JP5327780B2 - 鉄筋の継手構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄筋コンクリート構造物に使用する鉄筋の継手構造に関するものであり、特にテーパーネジを用いた機械式継手構造に関するものである。

従来、鉄筋コンクリート構造物に使用される鉄筋は、運搬や作業上の制約から１０ｍ程度の長さに加工される。このため、軸方向に長い構造物を構築する際には、複数の鉄筋を継手部材により接続し、鉄筋に作用する力を伝達する継手構造が用いられる。このような継手構造には、重ね継手、溶接継手、機械式継手等がある。
これらの継手のうち、機械式継手は、雌ネジ部が設けられたスリーブ部材にネジ節鉄筋を挿入し、無収縮モルタルや樹脂などを注入することにより施工していた（特許文献１参照）。

特許文献１に記載された技術は、鋼管からなる継手金具に、その内部において鉄筋相互が突き合わせ状態となるようにして鉄筋を挿入し、継手金具と挿入された鉄筋との間隙に有機グラウト材を注入することにより鉄筋同士を接合するようにしたものである。

特開２００４−３２４１１２号公報

しかし、従来の機械式鉄筋継手では、スリーブ部材（継手部材）内に無収縮モルタルや樹脂などの注入が必要であるため、作業に手間が掛かるだけではなく、無収縮モルタルや樹脂などが硬化するまで時間が掛かるため、作業性が劣るという問題があった。また、鉄筋節形状がネジ節に限られるため、材料の入手先が限定されてしまい、材料費が高くならざるを得ないという問題があった。
さらに、スリーブ部材の寸法が長く、直径も大きいため、隣接する継手の間隔が狭くなり、コンクリートとの充填不良が生じやすいこと、帯鉄筋の配筋時に被り不足を生じやすいこと、継手の長手方向の離間が取れないこと等、種々の問題があった。
さらに、ネジを用いた継手構造では、ネジ部が弱点となってスリーブ部から鉄筋がずり抜けてしまうおそれがあり、ネジ部とスリーブ部との接合部における引っ張り強さを適切に管理する必要がある。そのためには、ネジ部の締め付けトルクを適切に管理することが必要である。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、接合部における引っ張り強さを適切に管理して、鉄筋母材の引っ張り強さを補償することができる鉄筋の継手構造を提供することを目的とする。

本発明に係る鉄筋の定着構造は、上述した目的を達成するため、鉄筋コンクリート構造物に使用する鉄筋の継手構造であって、鉄筋端部を塑性硬化させて見かけ上の降伏点を増加させ、鉄筋の母材と比較して鉄筋端部の強度を増加させた後、塑性硬化させた部分を残して、その先端部分を先細り状に切削加工して形成したテーパーネジ部と、当該テーパーネジ部に螺着する雌ネジ部を両端に有するスリーブ部とを備え、以下の特徴点を有している。

第１に、鉄筋端部の塑性硬化処理は、テーパーネジ部の基端部分にのみ施し、スリーブ部は、締め付けトルクを調節可能なトルク管理機構を有し、テーパーネジ部とスリーブ部との接合部における引っ張り強さが、鉄筋母材の引っ張り強さを上回るように設定することを特徴とするものである。

第２に、テーパーネジ部とスリーブ部との接合部における引っ張り強さは、スリーブ部の締め付けトルク及びテーパーネジ部の螺合ネジ長さに応じて設定することを特徴とするものである。なお、螺合ネジ長さとは、スリーブ部の雌ネジ部に螺合するテーパーネジ部のネジ長さ、すなわち、雄ネジ部であるテーパーネジ部のうち、スリーブ部の雌ネジ部と螺合する部分の長さのことをいう（以下同様）。

第３に、スリーブ部の締め付けトルクの増大に応じて、テーパーネジ部の螺合ネジ長さを短縮することを特徴とするものである。

第４に、スリーブ部の各雌ネジ部の長さは、鉄筋母材の直径の０．９〜１．２５倍であることを特徴とするものである。

第５に、スリーブ部の長さは、鉄筋母材の直径の１．８〜２．５倍であることを特徴とするものである。

第６に、スリーブ部の直径は、鉄筋母材の直径の１．０〜１．５倍であることを特徴とするものである。

本発明に係る鉄筋の継手構造では、テーパーネジ部とスリーブ部との接合部における引っ張り強さを適切に設定することにより、ネジ部が弱点とならずに、鉄筋母材の引っ張り強さを補償することができ、品質の高い鉄筋コンクリート構造物を提供することが可能となる。
また、スリーブ部への無収縮モルタルや樹脂等の注入を省略することができるため、施工における作業性が向上すると共に、材料費を低減することができる。また、鉄筋の節形状を問わないため、材料の入手先が広がると共に、この点においても材料費を低減することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る鉄筋の継手構造の実施形態を説明する。
本発明に係る鉄筋の継手構造は、鉄筋端部を塑性硬化させた後に先細り状に切削加工して形成したテーパーネジ部と、当該テーパーネジ部に螺着するスリーブ部とを備えている。

まず、鉄筋端部の塑性硬化処理について説明する。
図１〜図３は加工前の鉄筋を示すもので、図１は鉄筋を平面視した模式図、図２は鉄筋を正面視した模式図、図３は図２において鉄筋をＡ−Ａ断面視した模式図である。また、図４〜図６は塑性硬化処理を施した後の鉄筋を示すもので、図４は鉄筋を平面視した模式図、図５は鉄筋を正面視した模式図、図６は鉄筋を図５においてＡ−Ａ断面視した模式図である。また、図７及び図８は、切削加工後の鉄筋を示すもので、図７は鉄筋を平面視した模式図、図８は鉄筋を正面視した模式図である。また、図９及び図１０は、塑性硬化処理に用いる治具を示すもので、図９は治具を側面視した模式図、図１０は治具を縦断面視した模式図である。さらに、図１１は塑性硬化のイメージを示すもので、一般的な鉄筋の応力歪み関係の説明図である。

＜塑性硬化処理に用いる治具＞
本発明の実施形態で用いる鉄筋は、一般的なコンクリート構造物に用いられるものであり、例えば図１〜図８に示すように、異径鉄筋を用いることができる。鉄筋１０の端部に塑性硬化処理を施すための治具５０は、図９及び図１０に示すように、鉄筋１０を挟み込むように二分割されている。二分割された各治具５０は、内側へ向かって突出した凸部５１を有している。治具５０を組み合わせた状態で、対向する凸部５１間の距離が塑性硬化処理後の鉄筋１０の外径にほぼ等しくなっており、これ以外の箇所の距離が塑性硬化前の鉄筋１０の外径にほぼ等しくなっている。また、図示しないが、一対の角柱状の部材を治具５０としてもよい。なお、治具５０の材質は、公知の塑性加工に用いられるものでよい。

＜塑性硬化処理＞
鉄筋１０の端部に塑性硬化処理を施すには、加工すべき箇所に治具５０を取り付け、治具５０をプレス機で挟み付けて圧力をかければよい。塑性硬化処理に用いるプレス機は、一般的に普及している公知の小型のプレス機を用いることができる。このようにして塑性硬化処理を施すと、図１〜図３に示すような形状を呈していた鉄筋１０の端部が、図４〜図６に示すような形状に変化する。図４及び図５において、塑性加工処理を施した範囲を符号２０で示す。
このように、鉄筋１０の端部に塑性硬化処理を施すと、図１１に示すように、加工前と比較して見かけ上の降伏点が増大して、鉄筋１０の端部の強度を増加させることができる。なお、図１１において、縦軸は応力、横軸は歪みを示す。

＜ネジ加工＞
続いて、塑性硬化処理が施された鉄筋１０の端部にネジ加工を施す。このネジ加工は、旋盤等の公知の切削機を用いて行うことができる。本実施形態では、図７及び図８に示すように、塑性硬化処理が施された箇所から先端部に向かって先細り状に切削加工することにより、テーパーネジ部３０が形成される。
なお、上述した塑性硬化処理は、テーパーネジ部３０の基端部分のみに施すことが好ましい。このように、テーパーネジ部３０の基端部分のみに塑性硬化処理を施すことにより、塑性硬化処理を行うための治具５０やプレス機等をさらに小型化することができる。

＜スリーブ部＞
図１２〜図１５は、本発明の実施形態に係る鉄筋の継手構造を示すもので、図１２はテーパーネジ部及びスリーブ部の一例を示す側面図、図１３は第１の実施形態に係るトルク管理機構を有するスリーブ部の側面図（ａ）、斜視図（ｂ）、図１４は第２の実施形態に係るトルク管理機構を有するスリーブ部の側面図（ａ）、斜視図（ｂ）、図１５は第３の実施形態に係るトルク管理機構を有するスリーブ部の側面図（ａ）、斜視図（ｂ）である。
テーパーネジ部３０に螺着するスリーブ部４０は、図１２〜図１５に示すように、その雌ネジ部４１がテーパーネジ部３０の傾斜角度に応じて傾斜している。そして、鉄筋１０のテーパーネジ部３０にスリーブ部４０を螺着することにより、継手構造を形成することができる。なお、図１２〜図１４に示す例では、雌ネジ部４１がスリーブ部４０を貫通していないが、スリーブ部４０を貫通して雌ネジ部４１を設けてもよい。

＜テーパーネジ部とスリーブ部との接合部における引っ張り強さ＞
図１６は、ネジ長さと締め付けトルクとの関係を示す説明図である。
本発明では、テーパーネジ部３０とスリーブ部４０との接合部における引っ張り強さが、鉄筋母材の引っ張り強さを上回るように設定されている。この際、テーパーネジ部３０とスリーブ部４０との接合部における引っ張り強さは、スリーブ部４０の締め付けトルク及びテーパーネジ部３０の螺合ネジ長さに応じて設定する。

図１６に示すように、テーパーネジ部３０とスリーブ部４０との接合部において、テーパーネジ部３０からスリーブ部４０がずり抜けずに、鉄筋母材で破断させるためには、スリーブ部４０の締め付けトルクの増大に応じて、テーパーネジ部３０の螺合ネジ長さを短縮すればよい。なお、図１６では、１９ｍｍ径の鉄筋１０を用いた場合における螺合ネジ長さと締め付けトルクとの関係を示しているが、他の鉄筋径であっても、螺合ネジ長さと締め付けトルクとの関係は同様であるため、スリーブ部４０の締め付けトルクの増大に応じて、テーパーネジ部３０の螺合ネジ長さを短縮することにより、テーパーネジ部３０からスリーブ部４０がずり抜けずに、鉄筋母材で破断させることができる。
図１６では、鉄筋端部に塑性硬化処理を施した継手構造を示しているが、鉄筋端部に塑性硬化処理を施さない場合には、螺合ネジ長さと締め付けトルクとの関係を示す直線が、上方にシフトすることになる。

＜スリーブ部の雌ネジ部の長さ／スリーブ部の長さ／スリーブ部の直径＞
本実施形態のスリーブ部４０の両側に設けられた各雌ネジ部４１の長さは、それぞれ鉄筋母材の直径の０．９〜１．２５倍に設定されている。また、スリーブ部４０の長さは、鉄筋母材の直径の１．８〜２．５倍に設定されている。さらに、スリーブ部４０の直径は、鉄筋母材の直径の１．０〜１．５倍に設定されている。
このように、スリーブ部４０の各雌ネジ部４１の長さ、スリーブ部４０の長さ、スリーブ部４０の直径を、上記範囲に設定することにより、接合部の機械的性質が安定し、接合部の引っ張り強さが鉄筋母材の引っ張り強さを上回る継手構造となる。

＜トルク管理機構＞
本発明のスリーブ部４０は、締め付けトルクを調節可能なトルク管理機構を有している。
本発明の実施形態に用いるスリーブ部４０は、図１３〜図１５に示すように、スリーブ部４０の本体部分と、このスリーブ部４０の本体部分に連続して設けた締め付け作用部６０とから構成される。

＜トルク管理機構・第１の実施形態＞
第１の実施形態に係るスリーブ部４０の締め付け作用部６０は、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、スリーブ部４０の一側に、スリーブ部４０と同軸となるように設けられており、その外周面には軸方向に凹凸部６１が形成されている。

＜トルク管理機構／第２の実施形態・第３の実施形態＞
第２の実施形態及び第３の実施形態に係るスリーブ部４０は、それぞれ図１４及び図１５に示すように、締め付け作用部６０がスリーブ部４０と同軸に形成されている。この締め付け作用部６０は、その横断面の外周形状がポリゴン曲線等の３葉曲線となっている。第２の実施形態に係るスリーブ部４０は、図１４に示すように、スリーブ部４０の一側に締め付け作用部６０を設けている。また、第３の実施形態に係るスリーブ部４０は、図１５に示すように、スリーブ部４０の中央部に締め付け作用部６０を設けている。

なお、トルク管理機構は、特公平１−２４９２５号公報（特開昭６１−３６５１０号公報）に詳細に記載されている。すなわち、トルク管理機構は、トルクリミット機能及びロック機能付きスリーブ部からなる。このトルク管理機構は、外周面にその横断面の外周形状が非円形（スリーブ部の回転中心に対して非円形の形状）からなる接合部分を、内周面にボルトの雄ネジ部分に対応する雌ネジが形成されているスリーブ部であって、該スリーブ部をそれに対応するボルトに締め付ける際に、一定（設定値）以上の回転トルクが作用すると、締め付け工具に係合するスリーブ部の係合部分のうち該締め付け工具の最小半径で回転する部分によって、それより外側に位置する部分が塑性変形されて、該締め付け工具がスリップするようになっている。また、スリーブ部内周面の最小径となる雌ネジ部が、この部分と接触するボルトの雄ネジ部よりも小さく変形し、該スリーブ部の内周面が螺合する雄ネジの外周面を押圧するようになっている。さらに、スリーブ部の外周面の係合部分の横断面の外周形状を、多様曲線（例えばポリゴン曲線、ハイポリコイド曲線、エピトリコイド曲線で代表される３葉曲線）で構成している。

このようなトルク管理機構では、スリーブ部をテーパーネジ部に締め付ける際に、軸横断面の内周形状がスリーブ部の係合部分の軸横断面の外周線と相似で僅かに大きい凹部あるは貫通孔からなる係合部分を有するボックスレンチ等の締め付け工具を用いてスリーブ部を締め付ける。これにより、締め付けの回転トルクが所望の回転トルク以上になると、締め付け工具の最小の回転半径で回転する部分によって、それより外側（ボックスレンチの係合部分のうち、回転させた場合に最小回転半径となる部分の回転軌跡の外側）に位置するスリーブ部の係合部分の係合が解け、スリーブ部とレンチとの間でスリップを生じ、それ以上は回転しない。したがって、作業者は、スリーブ部とレンチが相対的にスリップするまでレンチを締め付けることにより、所定の回転トルク（締め付けトルク）を得ることができる。

また、スリーブ部の係合部分を構成する軸横断面の外周形状の塑性変形に伴って、スリーブ部の軸横断面の内周形状が塑性変形して、雌ネジ部分が形成されている内周面の軸横断面の内周形状が初期のスリーブ部外周形状に相似する形状に変形して、雄ネジ部分の外周面を押圧する。したがって、スリーブ部とレンチとのスリップが生じた際に、ボルトに対するスリーブ部の回転は所定の力でロックされ、スリーブ部の回り止めとして機能する。
また、ボルトと螺合するスリーブ部の軸横断面の内周面形状が当初の外周面形状に相似する多葉曲線となり、一部に極端な変形部分を形成しないため、必要に応じてロック機能を解除してスリーブ部を外すことができる。

上述したように、本発明に係る継手構造によれば、建築現場等で小型の製作装置を用いて鉄筋１０の端部を加工することができるので、鉄筋材料がネジ節鉄筋に限定されず、一般的な鉄筋１０を用いることができる。また、テーパーネジ部３０とスリーブ部４０との接合部における引っ張り強さを適切に管理することができるので、品質の高い継手構造とすることができる。さらに、スリーブ部４０にトルク管理機構を設けることにより、トルクレンチ等を用いた面倒な検査を行うことなく、現場において全数の品質管理を行うことが可能となる。

＜他の実施形態＞
本発明に係る鉄筋の継手構造は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えて実施することができる。
例えば、鉄筋１０の端部に対して塑性加工処理を施す範囲は、鉄筋１０の材質、外径、素材等に応じて適宜変更して実施することができる。

本発明の実施形態に用いる加工前の鉄筋を平面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる加工前の鉄筋を正面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる加工前の鉄筋を図２においてＡ−Ａ断面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる塑性硬化処理後の鉄筋を平面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる塑性硬化処理後の鉄筋を正面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる塑性硬化処理後の鉄筋を図５においてＡ−Ａ断面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる切削加工後の鉄筋を平面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる切削加工後の鉄筋を正面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる治具を側面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる治具を縦断面視した模式図。 一般的な鉄筋の応力歪み関係の説明図。 本発明の実施形態に係るテーパーネジ部及びスリーブ部の一例を示す側面図。 本発明の第１の実施形態に係るトルク管理機構を有するスリーブ部の側面図（ａ）、斜視図（ｂ）。 本発明の第２の実施形態に係るトルク管理機構を有するスリーブ部の側面図（ａ）、斜視図（ｂ）。 本発明の第３の実施形態に係るトルク管理機構を有するスリーブ部の側面図（ａ）、斜視図（ｂ） ネジ長さと締め付けトルクとの関係を示す説明図。

符号の説明

１０ 鉄筋
２０ 塑性加工処理を施した範囲
３０ テーパーネジ部
４０ スリーブ部
４１ 雌ネジ部
５０ 治具
５１ 凸部
６０ 締め付け作用部
６１ 凹凸部

Claims (6)

1. 鉄筋コンクリート構造物に使用する鉄筋の継手構造であって、
   鉄筋端部を塑性硬化させて見かけ上の降伏点を増加させ、鉄筋の母材と比較して鉄筋端部の強度を増加させた後、塑性硬化させた部分を残して、その先端部分を先細り状に切削加工して形成したテーパーネジ部と、当該テーパーネジ部に螺着する雌ネジ部を両端に有するスリーブ部と、を備え
   前記鉄筋端部の塑性硬化処理は、前記テーパーネジ部の基端部分にのみ施し、
   前記スリーブ部は、締め付けトルクを調節可能なトルク管理機構を有し、
   前記テーパーネジ部と前記スリーブ部との接合部における引っ張り強さが、鉄筋母材の引っ張り強さを上回るように設定することを特徴とする鉄筋の継手構造。
2. 前記テーパーネジ部と前記スリーブ部との接合部における引っ張り強さは、前記スリーブ部の締め付けトルク及び前記テーパーネジ部の螺合ネジ長さに応じて設定することを特徴とする請求項１に記載の鉄筋の継手構造。
3. 前記スリーブ部の締め付けトルクの増大に応じて、前記テーパーネジ部の螺合ネジ長さを短縮することを特徴とする請求項２に記載の鉄筋の継手構造。
4. 前記スリーブ部の各雌ネジ部の長さは、鉄筋母材の直径の０．９〜１．２５倍であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄筋の継手構造。
5. 前記スリーブ部の長さは、鉄筋母材の直径の１．８〜２．５倍であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鉄筋の継手構造。
6. 前記スリーブ部の直径は、鉄筋母材の直径の１．０〜１．５倍であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の鉄筋の継手構造。

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