JP5802296B2 - 鋼管の継手構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管の継手構造に関する。

従来、鋼管類を継施工する場合、例えば上杭と下杭との端部を溶接によって、接続する方法が採られていた。しかし、このような作業では、接続に時間を要したり、天候によっては作業ができなかったり、また空頭制限によって接続箇所が水中となるような場合には接続そのものができない状況であった。
これに対し、上杭と下杭それぞれの端部に、機械式継手部材を取り付けて簡便に接続する方法が提案されている。
例えば特許文献１には、接合する鋼管夫々の接合面端部に、外周に複数の溝を設けるとともに一方の接合面に凸部を設け、他方の接合面に凹部を設けた端部部材を配し、該凸部を該凹部に嵌合させて接合するとともに端部部材外周の溝に複数個に分割した連結部材を螺接する継手構造が記載されている。
また特許文献２では、継手部材を係合部材と被係合部材で構成し、少なくとも一方を弾性体として軸方向に挿通して相対的に変形させて接続する継手構造が提案されている。具体的には、係合部材（及び被係合部材）が径方向に変形する構造が開示されており、接続後、係合部材の変形を防止する変形防止具を接合部に固定している。
さらに特許文献３には、上杭下端に複数個のＬ字状爪を突出させ、さらに爪の内側に案内筒を設けた継手部材を配し、下杭端部に前記爪に対応する爪溝を設けた継手部材を配し、軸方向に挿通した後周方向に回転させて接合し、回転の戻りを抑えるロック手段を螺接する継手構造が開示されている。

特開２０１３−４０５３７号公報 特開２００３−３４６３号公報 実開昭６０−１９５３３０号公報

しかしながら、以上の従来技術にあっては依然として以下のような問題がある。
特許文献１に記載の発明では、端部部材を当接させ、全周に割って連結部材を螺接する工程を踏まなければならず手間がかかる。また、端部部材および連結部材は径方向に凹凸形状のある複雑な形状で加工費が嵩む。
特許文献２に記載の発明では、変形防止具を使わなければワンタッチで接続できるが固定が不確実であり、係合部材および被係合部材は径方向に凹凸形状のある複雑な形状で加工費が嵩む。また、トルク伝達手段がなく、回転杭には適用できず、曲げ剛性の確保も難しい。
特許文献３に記載の発明においては、継手部材の加工費は比較的低く抑えられるが、Ｌ字状爪を差し込んだ上で回転して嵌合させ、さらにロック手段を鋼管の全周にわたって螺接する工程を踏まなければならず煩雑である。また、回転杭では螺接手段が回転トルクを伝達するので螺接手段に相当のせん断抵抗を持たせなければならずコスト増となる。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、迅速、容易に継施工することができ、せん断力、曲げモーメントのみならず軸回転力に対しても耐え得る接合部を有し、製作を容易にする簡素な構造を備えた鋼管の継手構造を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、２本の鋼管を軸方向に接合する鋼管の継手構造であって、
前記２本の鋼管のうち、一方の鋼管の接合面端部周面に固設された雄型継手部材と、他方の鋼管の接合面端部周面に固設された雌型継手部材とを備え、
前記雌型継手部材は、周方向に間隔を隔てて配置され軸方向内方に切り欠いた複数個の凹部を有し、
前記雄型継手部材は、周方向に間隔を隔てて配置され軸方向外方に突出する複数個の凸部を有し、
前記凸部は、その先端から軸方向に切り込まれた態様のスリットを有し、該スリットの隙間の拡大・縮小を伴って周方向の両側部を周方向に変位させて当該両側部間の距離を拡大・縮小させる変形が可能にされ、
前記一方の鋼管の接合面と、前記他方の鋼管の接合面とを軸方向に接近、当接させる接続動作過程において、前記凹部は、前記凸部に干渉することにより前記変形を生じさせて前記凸部と嵌合する鋼管の継手構造である。

請求項２記載の発明は、前記雄型継手部材と前記雌型継手部材とが軸方向に突き合わさせる接合面が、前記一方の鋼管と前記他方の鋼管とが軸方向に突き合わさせる接合面から、軸方向にずれた位置に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の鋼管の継手構造である。

請求項３記載の発明は、前記凸部の前記両側部の何れか一方又は双方に周方向に突出する爪が形成され、前記凹部に前記爪を受容する爪溝が形成され、
前記接続動作過程において、前記凹部の干渉により前記スリットの隙間の縮小を伴って前記両側部間の距離を縮小させる弾性変形を前記凸部に生じさせた後の前記凸部の弾性回復変形により前記爪が前記爪溝に受容されて前記凸部が凹部に嵌合する構造に形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋼管の継手構造である。

請求項４記載の発明は、前記凹部は底部から軸方向に突出したガイド部を有し、
前記接続動作過程において、前記ガイド部の前記スリット内への侵入による前記スリットの隙間の拡大を伴って前記両側部間の距離を拡大させる変形を前記凸部に生じさせ前記両側部を前記凹部の両内側部に押圧した状態で前記凸部が凹部に嵌合する構造に形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋼管の継手構造である。

本発明によれば、一方の鋼管の接合面と、他方の鋼管の接合面とを軸方向に接近、当接させる接続動作のみで接合が完了するので、螺子その他の連結部材も、工具も必要なく、迅速、容易に継施工することができる。
また、軸方向にスリットの入った凸部の両側部の周方向に沿った互いに逆向きの変形を伴う凹部への嵌合によって接合するので、軸回りのいずれの方向の回転についても回転力に耐える接合部が構成される。
雄型継手部材及び雌型継手部材は、軸方向、周方向の凹凸形状に限定でき、平面に展開すれば板材から切り出して製作することができる簡素な構造であり、製作が容易である。
以上により、天候に影響を受けることなくすべての鋼管杭の継施工に適用できる。特に、地下工事や橋梁下部工など空頭制限がある場合に、また接続箇所が水中となるような場合でも容易に接続できる。

本発明の第１実施形態に係る鋼管の継手構造の分離状態斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る鋼管の継手構造の接合状態斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る鋼管の継手構造の嵌合構造を示す部分図であり、(a)は分離状態を示し、(b)は嵌合状態を示す。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

〔第１実施形態〕
まず、第１実施形態として図１及び図２に示す２本の鋼管１，２を軸方向に接合する継手構造につき説明する。この２本の鋼管１，２のうち、一方の鋼管は上に配置される上杭１であり、他方の鋼管は下に配置される下杭２である。本継手構造により、上杭１の下端部と下杭２の上端部とを接合する。

上杭１の接合面端部周面に雄型継手部材３が固設されている。雄型継手部材３は、円筒部３１と、係止凸部３２と、副凸部３３とを有する。円筒部３１が上杭１に外嵌めされて、溶接等で固定される。
係止凸部３２及び副凸部３３は、それぞれ円筒部３１から軸方向外方に突出して形成されている。この場合、軸方向外方は下方向である。係止凸部３２は複数個設けられ、これら複数個の係止凸部３２は、周方向に間隔を隔てて配置されている。その間隔は均等であることが好ましい。副凸部３３は係止凸部３２の間に配置される。

係止凸部３２は、その先端から軸方向に切り込まれた態様のスリット３２ａを有する。係止凸部３２はスリット３２ａの両側の部材として両側部３２ｂ、３２ｃを有する。
係止凸部３２は、スリット３２ａが形成されることによって、スリット３２ａの隙間の拡大・縮小を伴って周方向の両側部３２ｂ、３２ｃ間の距離を拡大・縮小させる変形が可能にされている。すなわち、スリット３２ａの隙間の拡大に伴って、両側部３２ｂ、３２ｃ間の周方向距離が拡大し、スリット３２ａの隙間の縮小に伴って、両側部３２ｂ、３２ｃ間の周方向距離が縮小する。
係止凸部３２の両側部３２ｂ、３２ｃには、周方向に突出する爪３２ｂ１，３２ｃ１が形成されている。すなわち、一方の側部３２ｂに形成される爪３２ｂ１の突出方向と、他方の側部３２ｃに形成される爪３２ｃ１の突出方向とが互いに逆方向であり、スリット３２ａを中心とした外側方向である。
爪３２ｂ１には、軸方向に対して傾斜した案内面３２ｂ２と、引抜き方向の係止面３２ｂ３とが形成されている。同様に爪３２ｃ１には、軸方向に対して傾斜した案内面３２ｃ２と、引抜き方向の係止面３２ｃ３とが形成されている。
以上のように係止凸部３２は、スリット３２ａを中心に対称な形状に形成されている。

一方、下杭２の接合面端部周面に雌型継手部材４が固設されている。雌型継手部材４は、円筒部３１と、係止凹部４２と、副凹部４３とを有する。円筒部４１が下杭２に外嵌めされて、溶接等で固定される。なお、雄型継手部材３と雌型継手部材４は、両者の径寸法が一致して嵌め合いができればよいので、本実施形態のように鋼管１，２の接合面端部の外周面に固設する場合のほか、内周面に固設して実施することが可能である。

雌型継手部材４の係止凹部４２及び副凹部４３が設けられた上端側外形は、雄型継手部材３の係止凸部３２及び副凸部３３が設けられた下端側外形と雄雌関係で一致する。すなわち、相欠き関係であり、１枚の板材から雄型継手部材３の下端側外形を切り出すことは、そのまま雌型継手部材４の上端側外形を切り出すことに相当する。但し、雄型継手部材３については、スリット３２ａの加工を別途施す。板材から切り出した場合は、さらに鋼管の曲率に併せて円筒状に丸め、上述したように鋼管１，２の接合面端部にそれぞれ固設する。
このように、雄型継手部材３及び雌型継手部材４は、共通周面内で軸方向・周方向に突出した雄型構造及びこれに対応して切り欠いた雌型構造であるので、外形ラインの全体を一平面に展開することができ、１枚の板材を切断分離することで材料ロスも少なく、容易に低コストに製作できる。

雄型継手部材３の係止凸部３２と、雌型継手部材４の係止凹部４２とが対応し、雄型継手部材３の副凸部３３と、雌型継手部材４の副凹部４３とが対応する。係止凹部４２には、係止凸部３２の爪３２ｂ１を受容する爪溝４２ｂ１と、係止凸部３２の爪３２ｃ１を受容する爪溝４２ｃ１とが形成される。図２に示すように雄型継手部材３の係止凸部３２と、雌型継手部材４の係止凹部４２とが嵌合するとともに、雄型継手部材３の副凸部３３と、雌型継手部材４の副凹部４３とが嵌合して、上杭１と下杭２とが接合される。

上杭１の接合面ａ１と、下杭２の接合面ａ２とを軸方向に接近、当接させる接続動作過程（図１→図２）に沿って説明する。
当該接続動作過程において、係止凹部４２が係止凸部３２に干渉して係止凸部３２に変形を生じさせて係止凸部３２と係止凹部４２とが嵌合する。
本実施形態の継手構造にあっては、当該接続動作過程において、係止凹部４２の干渉によりスリット３２ａの隙間の縮小を伴って両側部３２ｂ，３２ｃ間の距離を縮小させる弾性変形を係止凸部３２に生じさせ、その後の係止凸部３２の弾性回復変形により爪３２ｂ１，３２ｃ１が爪溝４２ｂ１，４２ｃ１に受容されて係止凸部３２が係止凹部４２に嵌合する。
より詳細に説明すると、係止凹部４２の上端の縁部に案内面３２ｂ２、３２ｃ２が接触すると、接続動作が進行するに従い、スリット３２ａの隙間を縮小させ爪３２ｂ１，３２ｃ１が後退するように弾性変形が進み、係止面３２ｂ３，３２ｃ３が爪溝４２ｂ１，４２ｃ１に至ることで解放され、スリット３２ａの隙間を拡大させ爪３２ｂ１，３２ｃ１が突出するように弾性回復変形が生じて爪３２ｂ１，３２ｃ１が爪溝４２ｂ１，４２ｃ１に受容される。そのため、係止凸部３２の先端の幅ｗ１と、係止凹部４２の開口幅ｗ２と、爪３２ｂ１‐３２ｃ１間の最大幅ｗ３とは、ｗ１＜ｗ２＜ｗ３の大小関係とする。また、係止凹部４２に嵌合する際の係止凸部３２の変形を容易にするために、係止凸部３２の突出長さｈ１と、係止凹部４２の深さｈ２とは、ｈ１＞ｈ２の大小関係とすることが好ましい。
以上のようにして、継施工がなされ、鋼管１，２の継手構造が完成する。
爪３２ｂ１，３２ｃ１が爪溝４２ｂ１，４２ｃ１に受容されることで、容易に引き抜けない接合力を確保することができる。この場合、接合後のスリット３２ａに、例えばスリット加工時に切り欠いた切片等を詰め込んでおくとなおよい。

図２に示すように雄型継手部材３と雌型継手部材４とが軸方向に突き合わさせる接合面ｂ（図１においてｂ１とｂ２に分かれる）が、上杭１と下杭２とが軸方向に突き合わさせる接合面ａ（図１においてａ１とａ２に分かれる）から、軸方向にずれた位置に配置されている。
本実施形態では、接合面ａが接合面ｂから雄型継手部材３側にずれた構造である。かかる構造によって、下杭２の上端部が雄型継手部材３の円筒部３１に挿入されて嵌合する。すなわち、鋼管の挿し込み構造がとられ、せん断荷重、曲げモーメントに対しても耐え得る接合部を構成することできる。なお、接合面ａが接合面ｂから雌型継手部材４側にずれた構造を実施してもよく、その場合、上杭１の下端部が雌型継手部材４の円筒部４１に挿入されて同様の作用効果を奏する。
また、以上のような係止凸部３２と係止凹部４２との嵌合によって、軸回りのいずれの方向の回転についても回転力に耐える接合部が構成され、さらに副凸部３３が副凹部４３に嵌め入れられることで強化される。

なお、本実施形態では、両側部３２ｂ、３２ｃの双方に、爪３２ｂ１，３２ｃ１を対で設けたが、片方のみでも接合することができる。片方の場合は爪の突出量を比較的長く設計し、引抜き抵抗力を適度に確保するとよい。

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態として図３に示す継手構造につき説明する。
本実施形態は、上記第１実施形態の係止凸部３２及び係止凹部４２に代えて、図３に示す係止凸部３４及び係止凹部４４を適用したものである。その他は同様の構造であり、図３において円筒部３１，４１は図１及び図２と共通の符号とする。

上記第１実施形態と同様に係止凸部３４は、スリット３４ａと、両側部３４ｂ，３４ｃを有するが、図３(a)に示すように両側部３４ｂ，３４ｃには爪は形成されておらず、両側部３４ｂ，３４ｃの外側端面は押圧面３４ｂ１，３４ｃ１とされる。また、スリット３４ａの開口端部には、斜めに切り開かれた案内面３４ｂ２，３４ｃ２が形成されている。

係止凹部４４は底部から軸方向に突出したガイド部４４ａを有する。
係止凹部４４の開口幅は、係止凸部３４の幅よりやや大きい程度にされており、係止凸部３４を係止凹部４４に挿入可能である。
係止凹部４４の両内側部４４ｂ、４４ｃは、奥ほど互いに離れるように傾斜している。ガイド部４４ａの先端両側部には、上記案内面３４ｂ２，３４ｃ２に対応して斜めに形成された案内面４４ｂ２，４４ｃ２が形成されており、ガイド部４４ａがスリット３４ａを円滑に押し広げて侵入するようにされている。
また、ガイド部４４ａの先端は、係止凹部４４の開口端より奥に位置しており、係止凹部４４に挿入された係止凸部３４に対して作用し、ガイド部４４ａがスリット３４ａを押し広げる作用に基づく係止凸部３４の変形に伴って押圧面３４ｂ１，３４ｃ１が両内側部４４ｂ、４４ｃを押圧するように構成されている。

上記第１実施形態と同様に接続動作過程（図３(a)→図３(b)）に沿って説明する。
当該接続動作過程において、係止凹部４４のガイド部４４ａが係止凸部３４のスリット３４ａに干渉して係止凸部３４に変形を生じさせて係止凸部３４と係止凹部４４とが嵌合する。
本実施形態の継手構造にあっては、当該接続動作過程において、ガイド部４４ａのスリット３４ａ内への侵入によるスリット３４ａの隙間の拡大を伴って両側部３４ｂ，３４ｃ間の距離を拡大させる変形を係止凸部３４に生じさせ両側部３４ｂ，３４ｃの押圧面３４ｂ１，３４ｃ１を係止凹部４４の両内側部４４ｂ、４４ｃに押圧した状態で係止凸部３４が係止凹部４４に嵌合する。
上杭１を下杭２に押し当てる軸方向力が、ガイド部４４ａとスリット３４ａの干渉によって、押圧面３４ｂ１，３４ｃ１が両内側部４４ｂ、４４ｃを押圧する力に変換され、強固に接合される。
以上のような両側部３４ｂ，３４ｃが開く変形は、弾性域内で起こってもよいし、塑性変形を伴っていてもよい。塑性変形量を大きくすることによって、いわゆる嵌め殺しにより容易に引き抜けない接合力を確保することができる。
上記第１実施形態と同様に、係止凸部３４と係止凹部４４との嵌合によって、軸回りのいずれの方向の回転についても回転力に耐える接合部が構成され、さらに副凸部３３が副凹部４３に嵌め入れられることで強化される。

以上の本発明の実施形態によれば、一方の鋼管１の接合面ａ１と、他方の鋼管２の接合面ａ２とを軸方向に接近、当接させる接続動作のみで接合が完了するので、螺子その他の連結部材も、工具も必要なく、迅速、容易に継施工することができる。
天候に影響を受けることなくすべての鋼管杭の継施工に適用できる。特に、地下工事や橋梁下部工など空頭制限がある場合に、また接続箇所が水中となるような場合でも容易に接続できる。

以上の本発明の実施形態に拘わらず、雄型継手部材３と雌型継手部材４とは、上下逆にして使用してもよい。すなわち、雄型継手部材３を上下反転して下杭２に、雌型継手部材４を上下反転して上杭１に固設して実施することができる。
なお、雄型継手部材３の鋼管への溶接固定は、接合面ｂ１に対する反対側の端面で行うとよい。同様に雌型継手部材４の鋼管への溶接固定は、接合面ｂ２に対する反対側の端面で行うとよい。

１ 上杭(鋼管)
２ 下杭(鋼管)
３ 雄型継手部材
４ 雌型継手部材
３１ 円筒部
３２ 係止凸部
３２ａ スリット
３２ｂ，３２ｃ両側部
３２ｂ１，３２ｃ１ 爪
３４ 係止凸部
３４ａ スリット
３４ｂ，３４ｃ両側部
４２ 係止凹部
４２ｂ１，４２ｃ１ 爪溝
４４ 係止凹部
４４ａ ガイド部
４４ｂ，４４ｃ両内側部
ａ 接合面
ａ１ 接合面
ａ２ 接合面
ｂ 接合面
ｂ１ 接合面
ｂ２ 接合面

Claims (4)

1. ２本の鋼管を軸方向に接合する鋼管の継手構造であって、
   前記２本の鋼管のうち、一方の鋼管の接合面端部周面に固設された雄型継手部材と、他方の鋼管の接合面端部周面に固設された雌型継手部材とを備え、
   前記雌型継手部材は、周方向に間隔を隔てて配置され軸方向内方に切り欠いた複数個の凹部を有し、
   前記雄型継手部材は、周方向に間隔を隔てて配置され軸方向外方に突出する複数個の凸部を有し、
   前記凸部は、その先端から軸方向に切り込まれた態様のスリットを有し、該スリットの隙間の拡大・縮小を伴って周方向の両側部を周方向に変位させて当該両側部間の距離を拡大・縮小させる変形が可能にされ、
   前記一方の鋼管の接合面と、前記他方の鋼管の接合面とを軸方向に接近、当接させる接続動作過程において、前記凹部は、前記凸部に干渉することにより前記変形を生じさせて前記凸部と嵌合する鋼管の継手構造。
2. 前記雄型継手部材と前記雌型継手部材とが軸方向に突き合わさせる接合面が、前記一方の鋼管と前記他方の鋼管とが軸方向に突き合わさせる接合面から、軸方向にずれた位置に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の鋼管の継手構造。
3. 前記凸部の前記両側部の何れか一方又は双方に周方向に突出する爪が形成され、前記凹部に前記爪を受容する爪溝が形成され、
   前記接続動作過程において、前記凹部の干渉により前記スリットの隙間の縮小を伴って前記両側部間の距離を縮小させる弾性変形を前記凸部に生じさせた後の前記凸部の弾性回復変形により前記爪が前記爪溝に受容されて前記凸部が凹部に嵌合する構造に形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋼管の継手構造。
4. 前記凹部は底部から軸方向に突出したガイド部を有し、
   前記接続動作過程において、前記ガイド部の前記スリット内への侵入による前記スリットの隙間の拡大を伴って前記両側部間の距離を拡大させる変形を前記凸部に生じさせ前記両側部を前記凹部の両内側部に押圧した状態で前記凸部が凹部に嵌合する構造に形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋼管の継手構造。

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