JP5623923B2 - 鋼管の継手構造 - Google Patents
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- E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
- E02D5/22—Piles
- E02D5/24—Prefabricated piles
Description
(1)ステップ1
所定の外力の作用によって筒側キー溝に発生する引張応力を求め、筒側キー溝の基準強度を確保しつつ筒側キー溝が最も弱くなるように筒側キー溝の肉厚を決定する。
(2)ステップ2
他の部分の肉厚については、筒側キー溝よりも高強度となるように、その寸法を決定する。
鋼管杭は、複数の鋼管をほぼ同一の軸芯X上に位置させて、長手方向に互いに抜き差し不能に接合して構成する。鋼管杭の設計長さは、長いものであると数十メートルにも至るため、工場で接合してから施工現場に搬送するというのは不可能であり、通常は施工現場で打設を行いながら順次接合を行う。
鋼管杭が何本の鋼管から構成されていようとも、各鋼管同士の接合は全ての箇所において同一である。したがって、図1に示すごとく、上下関係にある特定の上杭2と下杭1とに着目して、鋼管の継手構造を説明する。形式的に上杭2と下杭1とに呼び分けるが、これらは実質的には同じ鋼管である。即ち、上杭2及び下杭1が、本発明に係る「二つの鋼管」に相当する。下杭1のうち上杭2の側の先端部には、工場において雄形のピン継手10が溶接により固着されている。上杭2のうち下杭1の側の先端部には、工場においてピン継手10に外嵌されるボックス継手20が溶接により固着されている。即ち、ピン継手10が本発明に係る「軸状継手部」に相当し、ボックス継手20が本発明に係る「筒状継手部」に相当する。
上述のような荷重伝達キー31を介しての接合において、上杭2及び下杭1に作用する引張外力は軸側キー溝16の側面又は筒側キー溝26の側面と荷重伝達キー31の側面との接触によって一方の継手から荷重伝達キー31に伝達される。即ち、軸側キー溝16、筒側キー溝26には内部せん断応力が発生する。軸側キー溝16及び筒側キー溝26には、この内部せん断応力に基づいて、継手部分を外側に開くように曲げモーメント(二次曲げ)が発生する。
この結果を受けてキー溝の位置を決定する手順を策定したので、以下にその手順を説明する。
(1)ステップ1
所定の外力の作用によって筒側キー溝26に発生する引張応力を求め、筒側キー溝26の基準強度を確保しつつ筒側キー溝26が最も弱くなるように筒側キー溝の肉厚を決定する。
(2)ステップ2
他の部分の肉厚については、筒側キー溝26よりも高強度となるように、その寸法を決定する。
(3)ステップ3
「筒側接合面23から筒側キー溝26の先端側端面までの距離BL4(図4参照)」(軸側接合面13から軸側キー溝16の下杭側端面までの距離PL4(図5参照)」)を33mm以下に設定する。なお、本実施形態においては、図3に示すごとく、「筒側接合面23から筒側キー溝26の先端側端面までの距離BL4」が33mm以下の範囲において、「筒側接合面23から最も離れた筒側キー溝26に発生する引張ひずみ」は基準ひずみを超えない(比率が1.0以下)が、基準ひずみの値によっては、「筒側接合面23から最も離れた筒側キー溝26に発生する引張ひずみ」が基準ひずみを超える場合もある。この場合は、「筒側接合面23から最も離れた筒側キー溝26に発生する引張ひずみ」が基準ひずみを超えない範囲で下限値を設定する。
(4)ステップ4
その他の寸法は、以下の考え方により、ほぼ一義的に決まる。筒側キー溝26及び軸側キー溝16の軸芯X方向の幅は、荷重伝達キー31の軸芯X方向の幅によって一義的に決まる。即ち、荷重伝達キー31の軸芯X方向の幅を、荷重伝達キー31に作用する軸芯X方向のせん断応力によって荷重伝達キー31がせん断破壊しない範囲で安全率を勘案して最小の値とする。これにより、「筒側接合面23から筒側キー溝26の上杭側端面までの距離BL3(図4参照)」及び「軸側接合面13から軸側キー溝16の先端側端面までの距離PL3(図5参照)」が決まる。また、「筒側キー溝26の上杭側端面から筒側基部21と嵌受部22との段差部までの距離」は、荷重伝達キー31に対する「筒側キー溝26の上杭側端面から筒側基部21と嵌受部22との段差部までの部分」の強度を確保できる範囲で安全率を勘案して最小の値とする。これにより、「嵌受部22の全長BL2(図4参照)」及び「軸側基部11の全長(PL2)」が決まる。そして、「筒側基部21の全長BL1(図4参照)」及び「軸側基部11の全長PL1」が、上杭2及び下杭1の肉厚等との関係から一義的に決まり、また、「筒側凸部24の軸芯X方向の突出長」、「筒側凹部25の軸芯X方向の凹入長」、「軸側凹部14の軸芯X方向の凹入長」、及び、「軸側凸部15の軸芯X方向の突出長」は一定の値であるので、これにより、「ボックス継手20の全長BL」及び「ピン継手10の全長PL」も決まる。
1.ボックス継手(図4参照)について
D :筒側基部21の上杭側の外径(上杭2及び下杭1の外径に等しい)
BD1:筒側基部21の上杭側の内径
BD2:筒側基部21の先端側の内径
BD3:嵌受部22の内径
BD4:嵌受部22の第二溝27における外径
BD5:嵌受部22の外径
BL :ボックス継手20の全長
BL1:筒側基部21の全長
BL2:嵌受部22の全長
BL3:筒側接合面23から筒側キー溝26の上杭側端面までの距離
BL4:筒側接合面23から筒側キー溝26の先端側端面までの距離
2.ピン継手(図5参照)について
D :軸側基部11の下杭側の外径(上杭2及び下杭1の外径に等しい)
PD1:軸側基部11の下杭側の内径
PD2:軸側基部11の先端側の内径
PD3:嵌挿部12の軸側凸部15における内径
PD4:嵌挿部12の外径
PD5:軸側基部11の先端側の外径
PL :ピン継手10の全長
PL1:嵌挿部12の全長
PL2:軸側基部11の全長
PL3:軸側接合面13から軸側キー溝16の先端側端面までの距離
PL4:軸側接合面13から軸側キー溝16の下杭側端面までの距離
BL3:筒側接合面23から、筒側接合面23に近い筒側キー溝26aの上杭側端面までの距離
BL4:筒側接合面23から、筒側接合面23に近い筒側キー溝26aの先端側端面までの距離
BL5:筒側接合面23から、筒側接合面23から離れた筒側キー溝26bの上杭側端面までの距離
BL6:筒側接合面23から、筒側接合面23から離れた筒側キー溝26bの先端側端面までの距離
2.ピン継手(図7参照)について
PL3:軸側接合面13から、軸側接合面13に近い軸側キー溝16aの上杭側端面までの距離
PL4:軸側接合面13から、軸側接合面13に近い軸側キー溝16aの先端側端面までの距離
PL5:軸側接合面13から、軸側接合面13から離れた軸側キー溝16bの上杭側端面までの距離
PL6:軸側接合面13から、軸側接合面13から離れた軸側キー溝16bの先端側端面までの距離
上述の実施形態においては、筒側キー溝26に配設された荷重伝達キー31が、セットボルト30の操作により軸側キー溝16と筒側キー溝26とに跨って係合し、ピン継手10とボックス継手20との相対移動が拘束される例を示したが、これに限られるものではない。ピン継手10とボックス継手20との相対移動を拘束する構成の別実施形態を、図12,図13に基づいて説明する。キー部材の構成以外は、上述の実施形態と同じ構成であるので説明はしない。また、上述の実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付す。
2 上杭(二つの鋼管)
10 ピン継手(軸状継手部)
11 軸側基部
12 嵌挿部
13 軸側接合面
14 軸側凹部
15 軸側凸部
16 軸側キー溝
16a 軸側キー溝
16b 軸側キー溝
20 ボックス継手(筒状継手部)
21 筒側基部
22 嵌受部
23 筒側接合面
24 筒側凸部
25 筒側凹部
26 筒側キー溝
26a 筒側キー溝
26b 筒側キー溝
31 荷重伝達キー(キー部材)
131 荷重伝達キー(キー部材)
Claims (2)
- 二つの鋼管を長手方向に互いに抜き差し不能に接合する鋼管の継手構造であって、
前記二つの鋼管のうちの一方の鋼管の先端部に固着された軸状継手部と、
前記二つの鋼管のうちの他方の鋼管の先端部に固着され、前記軸状継手部が挿入嵌合される筒状継手部と、を備え、
前記軸状継手部に、前記一方の鋼管に固着される軸側基部、前記軸側基部から延設されると共に外径が前記軸側基部よりも小さい嵌挿部、前記軸側基部と前記嵌挿部との段差部である軸側接合面、前記軸側接合面に周設された軸側凹部、及び、前記嵌挿部の先端部に周設された軸側凸部を備え、
前記筒状継手部に、前記他方の鋼管に固着される筒側基部、前記筒側基部から延設されると共に内径が前記筒側基部よりも大きく、前記嵌挿部を受け入れる嵌受部、前記嵌受部の先端部に設けられ、前記軸側接合面と接する筒側接合面、前記筒側接合面に周設され、前記軸側凹部と係合する筒側凸部、及び、前記筒側基部と前記嵌受部との段差部に周設され、前記軸側凸部と係合する筒側凹部を備え、
前記嵌挿部の外周部に、一以上の軸側キー溝を周設し、かつ、前記嵌受部の内周部に、前記軸状継手部を前記筒状継手部に挿入したときに前記軸側キー溝と対応する一以上の筒側キー溝を周設すると共に、
互いに対応する前記軸側キー溝と前記筒側キー溝とに跨って係合するように配設されて、少なくとも前記長手方向における前記軸状継手部と前記筒状継手部との相対移動を拘束する一以上のキー部材をさらに備え、
前記筒側接合面に最も近い前記筒側キー溝が、前記軸状継手部及び前記筒状継手部に外力が作用したときに前記筒側接合面から最も離れた前記筒側キー溝に発生する引張ひずみが、前記軸状継手部及び前記筒状継手部に前記外力が作用したときに前記軸側接合面に最も近い前記軸側キー溝に発生する引張ひずみよりも大きくなる位置にあることを特徴とする鋼管の継手構造。 - 前記筒側接合面から、前記筒側接合面に最も近い前記筒側キー溝の先端側端面までの距離を、0mmより大きく33mm以下に設定してある請求項1に記載の鋼管の継手構造。
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