JP3689222B2 - 杭の回転力伝達機構及びその形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、杭の回転力伝達機構及びその形成方法に関し、特に、端板を有するコンクリート杭をフランジや溶接等の固定手段ではなく、外嵌リング等によって接続する継手部の端板に杭を回転させる時の回転力を伝達することができるようにした杭の継手構造及びその形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンクリート杭を接続する時には、端板を溶接するのが最も普通であった。近年、作業能率を向上させ、天候に支配されないようにするとともに、溶接技術者の払底に対応する技術として無溶接継手が開発され、普及されつつある。
無溶接継手は主として、円錐テーパを利用する外嵌リングによって上下杭を結合するもので、杭間の引張り、圧縮、曲げに対して強固な継手を簡易に形成することができるが、杭に回転力を付与する必要が生じた時に、回転力伝達性能が確実とは言えない。そこで従来は、コンクリート杭の端板にＰＣ鋼線取付のために設けてあるねじ孔を利用し、ねじの内径より少し太い根元直径を持つピンをこのねじ孔に叩き込み、このピンを対向する端板のねじ孔に嵌入させ、このピンを回転力伝達手段とする技術が開発されている。
【０００３】
しかしながら、杭の端板同士のこのねじ孔が必ずしも対向する位置に位置するとは限らず、このため、他方の端板にこのピンが嵌入する孔を設ける必要がある場合がある。このような時に、丁度対向する位置に他の工作物があったり、又は他の構造に近接して十分な剪断耐力を確保することができない位置である等の問題がある。
【０００４】
これに対して、端板相互の最も適切な位置を選定して、回転力伝達用の専用のピン孔及びピンを設けることは可能であるが、この孔は、杭のコンクリート打設の時にペーストが進入し、孔が詰まる恐れがあるので、孔をふさぐ処理が必要である。例えば孔の底にキャップを設ける等の処置が取られるが、キャップの脱落、ずれ、変形等、確実性に欠ける問題があり、確実性を確保するには、入念な施工を要し、手間がかかる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑み開発されたもので、上記問題点を解決した杭の回転力伝達機構及びその形成方法を提供することを目的とする。すなわち本発明の課題は、次のとおりである。
無溶接継手を用いるコンクリート杭の継手部に、回転力伝達性能を付与する場合に、従来のように、コンクリート杭の端板にＰＣ鋼材取付のために設けてあるねじ孔を便宜的に利用するのではなく、最も適切な位置に、十分な強度を有すると共にペースト詰まり防止措置等が不要で、しかも省力的に安価確実に施工することができる継手構造を提供することにある。
【０００６】
併せてその適切な加工技術についても提供することが課題である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の技術手段は、外嵌リングによって無溶接接続するコンクリート杭の上下双方の端板に、杭軸と平行な軸を有する複数の有底孔をそれぞれ対向して設け、対向する有底孔の双方に亘る長さをもち、長手方向テーパを有し、杭の回転力を伝達する剪断ピンを該有底孔内に遊嵌したことを特徴とする杭の回転力伝達機構である。
【０００８】
前記有底孔の深さは端板の板厚の６０〜９０％とすると好適である。６０％未満では十分な回転力を伝達するのが不足である場合もあり、確実性を確保するために限定した。９０％を越えると、孔が貫通してしまう恐れがあり、貫通を避けるため９０％を上限とした。
上記有底孔を端板に加工する方法としては、コンクリート杭の端板をダイス孔を設けた絞りダイス上に固定し、ダイス孔と軸心が一致するパンチを端板の上面に圧入してダイスとパンチ間に端板の板厚より浅い有底孔を形成することを特徴とする杭の回転力伝達機構の形成方法を採用する。この方法により上記有底孔を簡単に加工することができる。
【０００９】
この時、前記ダイス孔及びパンチは断面円形であって、前記突起は円錐台形とし、絞りダイスとパンチによる剪断押し出しにより端板表面に有底孔を形成し、端板裏面に突起を突出した形状を容易に形成することができる。この突起は、杭のコンクリート中に埋設される部分であるから、なんら障害を生じない。
なお、前記端板上面にパンチを圧入して前記有底孔を形成するに当たり、前記端板の有底孔形成部が上面側に膨出する方向の曲げを端板に同時に付与し、有底孔形成後端板の上面が面一となるように加工することにより、端板の面にうねり等の歪や変形を生ずることなく、有底孔の加工を行うことが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図７は本発明が適用されるコンクリート杭の接続部の一例を示す断面図である。
接続すべき上杭１００ａは、コンクリート１０２ａにプレストレスを導入する多数のＰＣ鋼材１０１ａをコンクリート１０２ａ中に埋設しており、そのＰＣ鋼材１０１ａの端部は端板１ａを貫通して、丸頭加工を施した頭部を端板１ａのコンクリート側と反対側の露出面に係止している。この上杭に接続されるべき下杭１００ｂは、コンクリート１０２ｂ中にＰＣ鋼材１０１ｂを埋設しており、ＰＣ鋼材１０１ｂの端部は端板１ｂに同様に係止している。この杭１００ａ、１００ｂは、端板１ａ、１ｂの外周に外嵌する割りリング１１０、この割りリング１１０を円錐テーパで締めつける外リング１１１によって接続されている。このような杭の継手構造は、特に大径杭の接続に威力を発揮し、溶接等を必要とせず、現場で容易迅速に強固に杭を接続することができ、天候等に支配されず、杭施工工程の短工期化に大きく寄与するものである。この杭の接続構造はこのような優れた性能を有するが、杭を捻回する必要があるような場合には、回転力の伝達には別途の対策を要する。
【００１１】
本発明はこの回転力の伝達を確実に行うことができる技術である。図２、図３はコンクリート杭の端板の露出面の平面図を示すもので、図２は比較的小径の杭、例えば外径３００〜６００ｍｍφに用いられる端板、図３は大径杭、例えば７００〜１２００ｍｍφに用いられる端板である。端板１はコンクリート杭の内外径とほぼ同一の内外径を有し、鋼製の平板リング状をなしている。端板は、杭のＰＣ鋼材を定着するもので、ＰＣ鋼材の頭部丸頭が着坐する定着座４とこれに隣接するねじ孔３とからなる達磨状の形状をした定着部を多数備えている。定着座４の中央にＰＣ鋼材挿通孔が端板を貫通している。この定着部は、頭部丸頭加工をしたＰＣ鋼材をねじ孔３から挿通し、横移動させて丸頭を定着孔４に定着する。ねじ孔３はＰＣ鋼材を緊張する時端板を緊張ジャッキに固定するためのものである。コンクリート打設後はねじパンチ等によって塞いでおく。
【００１２】
この定着部と干渉しない適切な位置を選定して、端板の露出面側に有底孔２を設ける。図１はこの有底孔２の部分の端板１の断面図である。この有底孔２は、筒状の空所２１を備え端板の背面側に突起２２が突出している。この空所２１は円筒状であるのが最も望ましい。また有底孔２の口元２３の周縁には面取り２３が施されている。有底孔２の深さ２４は、端板１の厚さ１１の６０〜９０％とする。突起２２はほぼ円錐台形をなし、その突起高さは、ほぼ有底孔２の深さと等しく、その基部径は有底孔２の孔径とほぼ等しく、頂部径はこれより１〜２ｍｍ小さく、基部には断面変化が緩やかなスカート部を設ける。このような突起を形成することによって、突起の基部にクラックや欠陥が発生するのを防止することができる。
【００１３】
図４、図５は有底孔に挿入する剪断ピン５、６の外形を示すものである。図４はコンクリート杭の直径が３００〜４００ｍｍφ用、図５はコンクリート杭の直径が４５０〜１０００ｍｍφ用の例を示した。図４に示す剪断ピン５は
下部テーパ部５１：大径１８．３ｍｍφ×小径１８ｍｍφ×長さ６ｍｍ
中間テーパ部５２：大径１８ｍｍφ×小径１６．５ｍｍφ×長さ１３ｍｍ
上部テーパ部５３：大径１６．５ｍｍφ×小径１４．５ｍｍφ×長さ１ｍｍ
図５に示す剪断ピン６は
下部太鼓部６１：下端径２１ｍｍφ×中間径２１．５ｍｍφ×上端径２１ｍｍφ×長さ１２ｍｍ
中間テーパ部６２：大径２０ｍｍφ×小径１９ｍｍφ×長さ１３ｍｍ
上部テーパ部６３：大径１９ｍｍφ×小径１７．５ｍｍφ×長さ１ｍｍ
である。
【００１４】
次に、端板に本発明の杭の回転力伝達機構を形成する形成方法について説明する。図６（ａ）、（ｂ）は端板に有底孔を形成する方法を説明するプレスの断面図である。図６（ａ）はプレスの上型の縦断面図、図６（ｂ）は下型の縦断面図を示している。本発明方法は基本的にプレス加工により、端板１に有底孔２１を形成するものであり、まず、図６（ｂ）に示すように、端板１をダイス孔８３を設けた絞りダイス８１上に固定する。（この図では、端板１は有底孔２１の加工が終了した時点の状態の端板を仮想線で示している。）この絞りダイス８１は端板１の大きさに応じ、適切な位置に必要な数と必要な寸法のダイス孔８３を備えている。また絞りダイス８１の上面は、プレス加工の時に端板のダイス孔の近傍が上方に膨出する方向に湾曲するように端板に曲げを付与する形状に形成してある。すなわち、絞りダイス８１の上面はダイス孔８３の周囲から一定の距離を隔てた位置で絞りダイス８１の上面と端板１の下面との間に逃がし隙間８２が設けられている。またダイス孔８３中には加工後端板１を突き挙げるノックアウトピン８４が内蔵されている。
【００１５】
一方、プレスダイ８８は、図６（ａ）に示すように、絞りダイス８１のダイス孔８３に対向する位置に、端板１に有底孔２１を形成する先端８９を備えたパンチ８７を装着しており、このパンチ８７の周囲に、弾性プレート８５、矯正プレート８６を装着している。弾性プレート８５は例えばウレタンスプリング等からなり、プレス加工の時、矯正プレート８６を端板１の上に弾性的に押し付け、端板１が絞りプレス８１の上面に倣って湾曲するように押圧し、その状態でパンチ８７を圧下しその先端８９を端板１に圧入して有底孔２１を形成する。
【００１６】
このパンチ８７によって圧下される端板１の部分は、パンチ８７の先端８９と絞りダイス８１のダイス孔８３によりパンチ８７の先端８９の直径に相当する部分の端板材料が剪断されて押し下げられ、空所（有底孔）２１を生ずる。パンチ８７の圧入深さを端板１の板厚より小さい寸法に定めておくと、端板１の上面に凹孔が形成され、下面に突起を生ずる。このようにして所望の寸法の有底孔を端板に形成することができる。
【００１７】
この加工の時、端板１は矯正板８６に押えられて絞りダイス８１の上面の形状に従って上に凸に湾曲する変形をしており、有底孔２１の加工を完了し、プレスダイ８８が上昇して矯正プレート８６の拘束が開放されると、図６（ｂ）に示すように、端板の上面が平面に戻り平坦性が確保される。
絞りダイス８１の上面の形状、弾性プレート８５や矯正プレート８６の寸法、弾性、構造等は、端板１の材質、寸法、有底孔の寸法等に応じて適切に定めることができる。実験により決定することとしてもよい。
【００１８】
本発明の上記有底孔形成方法によれば、１回の加工で必要な数の正確な寸法の有底孔を形成することができ、この有底孔に剪断ピンを挿入してコンクリート杭を接続することによって、コンクリート杭の接続部に簡単確実に回転力伝達機構を形成することができる。従って、機械加工により孔明けを行い、底部をふさぐ加工を行うような種々の工程と手間を要する作業は不要である。また、有底孔の底の部分は端板と一体のものであるから脱落したり、隙間発生等が全くなく、杭製造時に有底孔内にコンクリートペーストが進入することを確実に防止することができ、孔の掃除、手入れ等も全く必要がない。
【００１９】
【実施例】
表１〜表３に本発明の実施例の回転力伝達機構の仕様、寸法等を示した。表１は杭径と剪断ピンの本数、寸法を示している。表２は図２に示す端板の有底孔の位置と寸法を示し、表３は図３に示す端板の有底孔の位置と寸法を示すものである。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
【表３】

【００２３】
次に、本発明の回転力伝達機構の性能試験成績について説明する。図８に３面図を示す試験装置により、コンクリート杭継手の回転剪断試験を行った。図８に示すように、直径６００ｍｍφ×長さ８００ｍｍのコンクリート杭１００ａ、１００ｂを端板を突き合わせて、図７のようにリング状継手１１１により接続し、架台７１上に設けたローラー台７２上に載置し、コンクリート杭１００ａ、１００ｂに異なる方向の軸回り捻回トルクを付与するアーム７３をそれぞれ取付け、このアームの先端にジャッキ７４をそれぞれ載置し、そのジャッキの上に、アムスラー試験機のビーム８０を掛け渡し、コンクリート杭１００ａ、１００ｂに回転荷重を掛けるようにした。コンクリート杭１００ａ、１００ｂの端板に本発明によって対向する有底孔を図２、図３に示すように形成し、これに図４、５に示すピンを挿入した。コンクリート杭１００ａ、１００ｂにはそれぞれ変位計７５を取付けた。試験結果を表４に示した。剪断ピンの種類は直径と装着した本数及び材質を示している。荷重はトルク（ｔ．ｍ）で示した。この値はｋＮ÷９．８０６６５×０．８ｍ（腕の長さ）÷２（ジャッキ台数）として算出した。アンチラストは、リング状継手の接触面に塗布する防錆剤である。試験番号１６、１７から分かるように、アンチラストは剪断荷重にほとんど影響がなく、最大変位量に僅か差が生じただけであった。試験番号１〜１５の回転力伝達機構を備えた実施例では、剪断ピンを装着しない試験番号１６、１７に比べて、剪断荷重が大きい。試験番号８〜１１及び１５では剪断抵抗が大きく最大荷重直前にコンクリートにクラックが発生し剪断ピンが変形し、ピンの剪断に至らなかった。
【００２４】
【表４】

【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、コンクリート杭の継手部に優れた回転力伝達性能を付与することができる。また、本発明方法によれば、コンクリート杭の端板にペースト進入等のない、寸法精度の優れた回転力伝達機構を簡単な工程で省力的に容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の有底孔を示す端板の部分断面図である。
【図２】端板の平面図である。
【図３】端板の平面図である。
【図４】剪断ピンの外形図である。
【図５】剪断ピンの外形図である。
【図６】有底孔の形成工程を示す説明図である。
【図７】コンクリート杭のリング状継手部を示す説明図である。
【図８】試験装置の３面図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ 端板
２ 有底孔
３ ねじ孔
４ 定着孔
５、６ 剪断ピン
１１ 端板の厚さ
２１ 空所（有底孔）
２２ 突起
２３ 口元
２４ 深さ
５１ 下部テーパ部
５２ 中間テーパ部
５３ 上部テーパ部
６１ 下部太鼓部
６２ 中間テーパ部
６３ 上部テーパ部
７１ 架台
７２ ローラ台
７３ アーム
７４ ジャッキ
７５ 変位計
８０ ビーム
８１ 絞りダイス
８２ 逃がし隙間
８３ ダイス孔
８４ ノックアウトピン
８５ 弾性プレート
８６ 矯正プレート
８７ パンチ
８８ プレスダイ
８９ 先端
１００ａ 上杭
１００ｂ 下杭
１０１ａ，１０１ｂ ＰＣ鋼材
１０２ａ，１０２ｂ コンクリート
１１０ 割りリング
１１１ 外リング

Claims (4)

1. 外嵌リングによって無溶接接続するコンクリート杭の上下双方の端板に、杭軸と平行な軸を有する複数の有底孔をそれぞれ対向して設け、対向する有底孔の双方に亘る長さをもち、長手方向テーパを有し、杭の回転力を伝達する剪断ピンを該有底孔内に遊嵌したことを特徴とする杭の回転力伝達機構。
2. コンクリート杭の端板をダイス孔を設けた絞りダイス上に固定し、該ダイス孔と軸心が一致するパンチを該端板の上面に圧入して端板上面に凹部を形成するとともに端板の背面に突起を突出させ、端板に端板の板厚より浅い有底孔を形成することを特徴とする杭の回転力伝達機構の形成方法。
3. 前記突起は円錐台形であることを特徴とする請求項２記載の杭の回転力伝達機構の形成方法。
4. 前記端板上面にパンチを圧入して前記有底孔を形成するに当たり、前記端板の有底孔形成部が上面側に膨出する方向の曲げを端板に同時に付与し、有底孔形成後端板の上面が面一となるように加工することを特徴とする請求項２記載の杭の回転力伝達機構の形成方法。

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