JP5895413B2 - 鋼管継手構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管同士をねじ結合で接続する鋼管継手構造に関し、曲がり管パイプルーフ工法など曲がり管同士を接続する鋼管継手構造に好適なものに関する。

鋼管継手は、バルブ又はフィティングと鋼管とを接続する継手（例えば、特許文献１）、流体を輸送する鋼管同士をカップリングを用いて接続する油井用鋼管継手（例えば特許文献２）、地盤等に打設された鋼管杭を連結する鋼管継手（例えば特許文献３）および建築構造物の現場で溶接継手に替わる建築構造用鋼管継手（例えば特許文献４）など様々なところで使用されている。

これらの鋼管継手の内、油井用鋼管継手に代表される、ねじ継手は、溶接作業が困難な狭いところでも鋼管を容易に、素早く接合できるため、昨今、使用頻度が大きくなっている。

鋼管のねじ継手には、１．鋼管-ネジ一体式ねじ継手と２．鋼管同士を継手部材を介してねじ結合する鋼管継手とがある。鋼管-ネジ一体式ねじ継手は、図５（１）に示すように一方の鋼管２ａの端部に端部に向けて拡径する雌ネジ２５ａ、他方の鋼管２ｂの端部に端部に向けて縮径する雄ネジ３０が加工されたねじ継手で、鋼管自体を回転させて両方の鋼管を結合する（図５（２）（３））。

図６は継手部材を介してねじ結合する鋼管継手を示し、端部に端部に向けて拡径する雌ネジ２５ａ，２６ａが加工された鋼管２ａ，２ｂを、継手部材として両端に端部に向けて縮径する雄ネジ４０ａ，４０ｂを加工した円筒部材４に螺合してねじ結合する。

土木・建築分野では鋼管-ネジ一体式ねじ継手が一部のパイプルーフ工法に利用されている。パイプルーフ工法は鋼管を本体構造物の外周に沿って等間隔で水平に打設し、ループや壁を造る工法（例えば、特許文献５）で、ループやアーチ状の管路を構築するため、曲管を用いる場合が曲管または曲線パイプルーフ工法である。

非特許文献１には首都高速中央環状新宿線富ヶ谷トンネル工事において２本のシールドトンネルを曲線パイプルーフ工法を用いて地中にて非開削で接合することが紹介されている。

ネジ継手の場合、軽く締めこんだ後、さらにトルクを導入して締め込むと、若干回転するため、曲管パイプルーフ工法に適用すると鋼管が土中を推進する際に発生する回転力で、当初は真っ直ぐになっていた鋼管同士が、継手を含めて回転し、継手を挟んで結合される鋼管が一平面内に収まらず、曲管パイプルーフの役割を満たさない。このような理由で、ネジ継手を曲管パイプルーフ工法に適用することは困難とされている。

鋼管-ネジ一体式ねじ継手の場合、ネジを回転嵌合するために鋼管自体を回したり、ネジを所定の位置で締結止めすることが難しく、曲管を決まった位置で締結止めすることが出来ない。

特開平４−１０２７９０号公報 特開昭６０−２６８７８号公報 特開２００５−９７９１０号公報 特開平１１−２４８０６７号公報 特開２００６−２７４６４８号公報

土橋等（首都高速道路公団）「太径曲線パイプルーフ工法による非開削大断面地下空間構築工法（その５）高水圧に対応した止水エントランス実験」土木学会第６０回年次学術講演会（平成１７年９月）

上述した理由で、現在、曲管パイプルーフ工法の場合、鋼管の接合は溶接接合によるが、接合部の品質の安定性、作業性の観点から鋼管-ネジ一体式ねじ継手の適用が強く要望されている。

そこで、本発明は、ねじ継手では鋼管自体の回転によってのみネジの締結が可能なため、締結する鋼管間の相対的位置決めが困難であるという課題を解決し、曲管パイプルーフ工法に適用可能な鋼管継手構造を提供することを目的とする。

本発明者等はねじ継手の場合、ネジの締結具合により、結合される鋼管同士の相対的位置関係が変化することを解決するため、鋼管自体が回転すること無く、締結完了できる鋼管継手構造を検討した。本発明の課題は以下の手段で達成可能である。
１．鋼管を直列に接続する鋼管継手構造において、第１の鋼管の端部部材と第２の鋼管の端部部材が、前記第１の鋼管の端部部材に回転可能に係止するナット状部材が第２の鋼管の端部部材に螺着することで、圧接されることを特徴とする鋼管継手構造。
2. 鋼管を直列に接続する鋼管継手構造において、第１の鋼管の端部に設けたフランジaと、第２の鋼管の端部に設けた、外周にネジ部が加工されたフランジｂと、前記第１の鋼管の管体側から装入されてフランジaに回転可能に係止し、前記第２の鋼管のフランジbのネジ部に螺合するナット状部材を有し、前記ナット状部材が前記第２の鋼管のフランジbのネジ部に螺着することで、前記第１の鋼管のフランジaと前記第２の鋼管のフランジbを圧接するようにしたことを特徴とする鋼管継手構造。
3. 鋼管の端部同士を接続する継手部材を備えた鋼管継手構造において、前記継手部材は、第１の鋼管の端部とネジ結合するネジ部材１と、第２の鋼管の端部とネジ結合するネジ部材２と、前記ネジ部材１とネジ結合することで前記ネジ部材１と前記ネジ部材２を圧接するナット状部材を備え、
前記ネジ部材１はフランジ１を有する円筒部と前記第１の鋼管の端部とネジ結合するネジ部を有し、前記ネジ部材２はフランジ２を有する円筒部と前記第２の鋼管の端部とネジ結合するネジ部を有し、
前記ナット状部材は一端が開口し、他端が中心部に開口部を有する円形蓋で閉じられた円筒体で、前記円筒体の環壁と前記ネジ部材１のフランジ１はネジ結合するためのネジ部を有し、
前記円形蓋の開口部は前記ネジ部材２のフランジ２の直径より小径で、前記ネジ部材２の円筒部より大径の円形で、前記ネジ部材１のフランジ１の直径が前記ネジ部材２のフランジ２の直径より大きく、前記円筒体の環壁は前記円形蓋と前記ネジ部材２のフランジ２と前記ネジ部材１のフランジ１が圧接した状態で、前記円筒体の環壁と前記ネジ部材１のフランジ１がネジ結合する長さを有していることを特徴とする鋼管継手構造。
4. 前記第１および第２の鋼管で前記ネジ部材側となる端部のネジが、前記ネジ部材側に拡径するテーパネジで、前記ネジ部材１および２の円錐部のネジが鋼管側に縮径するテーパネジであることを特徴とする３記載の鋼管継手構造。
5.１乃至４の何れか一つに記載の鋼管継手構造を用いたパイプルーフ工法による鋼構造物。

本発明によれば、鋼管同士をねじ結合する際、鋼管本体を回転させる必要がないので、従来不可能であった曲がり管によるパイプルーフ工法が可能となり、産業上極めて有用である。

本発明の一実施形態に係る鋼管継手構造を説明する概略模式図。 図１に示した鋼管継手構造の組立工程を説明する図。 本発明の他の実施形態に係る鋼管継手構造に用いる継手部材を説明する概略模式図で（ａ）は継手部材の部品構成を示し、（ｂ）は継手部材の構造を示す図。 図３に示した継手部材を用いた鋼管継手構造の組立工程を説明する図。 鋼管-ネジ一体式ねじ継手を説明する図。 鋼管同士を継手を介してねじ結合する鋼管継手を説明する図。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る鋼管継手構造を説明する概略模式図で、図において、２ａ，２ｂは鋼管、２０はナット状部材、２２はナット状部材の開口部側に設けられたネジ部、２２ａ，２２ｂはスペーサ、２３ａ，２３ｂは鋼管２ａ，２ｂの端部側に設けられたフランジ、２４はフランジ２３ａのネジ部を示す。

本発明は１の鋼管２ｂの端部に設けたフランジ２３ｂと、２の鋼管２ａの端部に設けたフランジ２３ａを、１の鋼管２ｂの管体側から装入されたナット状部材２０とフランジ２３ａがネジ結合することで圧接させることを特徴とする。ナット状部材２０にフランジ２３ｂが回転可能に係止された状態で、ナット状部材２０のネジ部２２と２の鋼管のフランジ２３ａのネジ部２４が螺合するので、フランジ２３ａとフランジ２３ｂはその間隔ｄが縮まり、圧接される。鋼管２ａ，２ｂが曲がり管で、曲率が微妙に相違して管軸直角方向に取り付けたフランジ２３ａとフランジ２３ｂが密着しない場合、スペーサ２２ａ，２２ｂで調整する。

図１に示した鋼管継手構造の各部における寸法制約を、組立工程を説明する図２を用いて説明する。図において２０ａはナット状部材２０の環壁、２１はナット状部材２０の円形蓋、２１ａは円形蓋２１の開口部、ｄはフランジ２３ａ，２３ｂの間隔、ｄ_０はナット状部材２０の環壁２０ａの内径、ｄ_２は開口部２１ａの直径、ｄ_３はフランジ２３ｂの直径、ｄ_４はフランジ２３ａの直径でネジ部２４のネジ山径、ｔ_１はフランジ２３ａの厚み、ｔ_２はフランジ２３ｂの厚み、ｔ_５は円形蓋２１の厚み、Ｌ_１は環壁２０ａの長さを示し、図１と同じものには同符号を付す。

組立工程（１）では、鋼管２ｂと鋼管２ａをそれぞれのフランジ２３ｂ、２３ａが対向するように配置し、組立工程（２）ではナット状部材２０を鋼管２ｂの管体側の端部から、フランジ２３ｂまで挿通させる。

ナット状部材２０は円形蓋２１に開口部２１ａを設けた蓋状で蓋の深さ方向に環壁２０ａを有する。開口部２１ａの直径ｄ_２は鋼管２ｂの管体部が挿通するように鋼管２ｂの外径超えで、開口部２１ａからフランジ２３ｂが抜けないように、フランジ２３ｂの外径ｄ_３未満の寸法とする。環壁２０ａはその先端、鋼管２ａ側に鋼管２ａのフランジ２３ａの外周部のネジ部２４と螺合するネジ部２２を有する。

組立工程（３）〜（５）では、ナット状部材２０の円形蓋２１で開口部２１ａの外縁となる部分にフランジ２３ｂが係止した状態で、鋼管２ａのフランジ２３ａの外周部のネジ部２４とナット状部材２０の環壁２０ａの内側のネジ部２２を螺合し、鋼管２ａおよび／またはナット状部材２０を回転させて、フランジ２３ａとフランジ２３ｂの間隔ｄを縮めてゆき、フランジ２３ａとナット状部材２０のねじ結合により、フランジ２３ａとフランジ２３ｂを圧接する。

フランジ２３ａの直径（ネジ部の外径）ｄ_４またはナット状部材２０の環壁２０ａの内側のネジ部の内径ｄ_５は、フランジ２３ｂがナット状部材２０に係止した状態で、環壁２０ａの内側のネジ部とネジ結合するように、フランジ２３ｂの直径ｄ_３超えの寸法とする。

また、ナット状部材２０のネジ部の長さＬ_２や、環壁２０ａの長さＬ_１は、フランジ２３ａとフランジ２３ｂの圧接部の強度や剛性が鋼構造物に関する種々の規格を満足するように適宜選定する。環壁２０ａの長さＬ_１は、少なくともフランジ２３ａの厚みｔ_１とフランジ２３ｂの厚みｔ_２を加算した長さとすることが望ましい。

フランジ２３ａの厚みｔ_１とフランジ２３ｂの厚みｔ_２、ナット状部材２０の円形蓋２１の厚みｔ_５、ナット状部材２０の各部の寸法も、フランジ２３ａとフランジ２３ｂの圧接部の強度や剛性を確保する観点から適宜選定する。

なお、フランジ２３ａの直径（ネジ部の外径）ｄ_４（またはナット状部材２０の環壁２０ａの内側のネジ部の内径ｄ_５）に対し、環壁２０ａの内側でネジ部以外の領域の内径ｄ_０は上述したフランジ２３ａ，２３ｂおよび開口部２１ａ間の寸法規定を満足すれば、大きくても小さくても良い。

圧接した際に、フランジ２３ａ，２３ｂを密着させることができない場合、図示したように、鋼管２ａ，２ｂの先端部にスペーサ２２ａ，２２ｂを設け、フランジ２３ａ，２３ｂが密着するように調整する。

図１に示したナット状部材２０を用いた継手部材により他の鋼管継手構造を構成することも可能である。図３は鋼管を直列に接続する鋼管継手構造に用いる継手部材１を説明する図で（ａ）は継手部材１の部品構成、（ｂ）は継手部材１の構造を示す。これらの図において、１ａ，１ｂはネジ部材、１１ａはネジ部材１ａの円筒部、１１ｂはネジ部材１ｂの円筒部、１２ａはネジ部材１ａのネジ部、１２ｂはネジ部材１ｂのネジ部、１３ａはネジ部材１ａのフランジ、１３ｂはネジ部材１ｂのフランジ、１４はネジ部材１ａのフランジ１３ａの外周に設けられたネジ部を示す。図１、２と同じものには同符号を付す。

継手部材１は、鋼管の端部（図示しない）とネジ結合するためのネジ部１２ａを有するネジ部材１ａと、鋼管の端部（図示しない）とネジ結合するためのネジ部１２ｂを有するネジ部材１ｂと、ネジ部材１ａとネジ部材１ｂを圧接するナット状部材２０で構成される。

ネジ部材１ａはネジ部１２ａの反対側の端部に円筒部１１ａを介してフランジ部１３ａを有する。フランジ１３ａの外周には、ナット状部材２０のネジ部２２と螺合するネジ部１４を備える。ネジ部材１ｂはネジ部１２ｂの鋼管と反対側の端部に円筒部１１ｂを介してフランジ１３ｂを有する。円筒部１１ａ、円筒部１１ｂはネジ部１２ａ、１２ｂの加工のために設ける。

ナット状部材２０は円形蓋２１に開口部２１ａを設けた蓋状の形状で蓋の深さ方向に環壁２０ａを有する。開口部２１ａの直径ｄ_２はネジ部材１ｂの円筒部１１ｂが挿通するように円筒部１１ｂの外径超えで、開口部２１ａからフランジ１３ｂが抜けないように、フランジ１３ｂの外径ｄ_１未満の寸法とする。環壁２０ａはネジ部材１ａ側にネジ部材１ａのフランジ１３ａの外周部のネジ部１４と螺合するネジ部２２を有する。

図示した鋼管継手構造の場合、鋼管2ａ，2ｂの内面に、継手部材１のネジ部材１ａ，１ｂのネジ部１２ａ，１２ｂと螺合するネジ部を設ける。鋼管２ａ，２ｂが曲がり管の場合、ネジ部材１ａ，１ｂ側に拡径するテーパネジとし、ネジ部材１ａ，１ｂのネジ部１２ａ，１２ｂは円錐状の鋼管側に縮径するテーパネジとすると、鋼管とネジ部材の螺合が円滑となり好ましい。鋼管2ａ，2ｂが直管の場合、鋼管2ａ，2ｂの内面のネジ部、ネジ部材１ａ，１ｂのネジ部１２ａ，１２ｂは直ネジとする。

図４に図３に示した継手部材を用いた鋼管継手構造の組立工程を示す。組立工程（１）ではネジ部材１ｂを、ナット状部材２０にそのネジ部２２側から挿入し、ナット状部材２０の開口部２１ａの外縁となる部分にフランジ１３ｂを回転可能に係止する。ネジ部材１ａは鋼管２ａに螺着させる。

組立工程（２）では、ネジ部材１ｂのネジ部１２ｂを鋼管２ｂの内側ネジ（図示しない）に螺合して、ネジ部材１ｂと鋼管２ｂを一体化する。ナット状部材２０の開口部２１ａを鋼管２ｂに挿通させて、ナット状部材２０を鋼管２ｂの管体側に移動させた後、ネジ部材１ｂを鋼管２ｂに螺着させる。または開口部２１ａの外縁となる部分にフランジ１３ｂが回転可能に係止されている状態でネジ部材１ｂを鋼管２ａ側から廻して鋼管２ｂに螺着させる。

組立工程（３）では、鋼管２ａに螺着しているネジ部材１ａのフランジ１３ａのネジ部１４に、ネジ部材１ｂに回転可能に係止されているナット状部材２０のネジ部２２を螺合させ、フランジ１３ａとフランジ１３ｂが密着(d=0)するまで、ナット状部材２０をフランジ１３ａのネジ部１４に締めこむ。

継手部材１を介して、ネジ部材１ａが螺着した鋼管２ａと、ナット状部材２０がフランジ１３ｂに回転可能に係止されているネジ部材１ｂを螺着した鋼管２ｂの鋼管継手構造が構成される。

図３、図４を用いて各部の寸法について説明する。フランジ１３ａの直径（ネジ部の外径）ｄ_６またはナット状部材２０の環壁２０ａの内側のネジ部の内径ｄ_５は、フランジ１３ｂがナット状部材２０に係止した状態で、フランジ１３ａのネジ部１４と環壁２０ａの内側のネジ部２２とネジ結合するように、フランジ１３ｂの直径ｄ_０超えの寸法とする。

また、ナット状部材２０のネジ部２２の長さＬ_２や、環壁２０ａの長さＬ_１は、フランジ１３ａとフランジ１３ｂの圧接部の強度や剛性が鋼構造物に関する種々の規格を満足するように適宜選定する。環壁２０ａの長さＬ_１は、少なくともフランジ１３ａの厚みｔ_４とフランジ１３ｂの厚みｔ_３を加算した高さとすることが望ましい。

フランジ１３ａの厚みｔ_４、とフランジ１３ｂの厚みｔ_３ナット状部材２０の円形蓋２１の厚みｔ_５、及びナット状部材２０の各部の寸法は、フランジ１３ａとフランジ１３ｂの圧接部の強度や剛性を確保する観点から適宜選定する。

フランジ１３ａの直径（ネジ部の外径）ｄ_６（またはナット状部材２０の環壁２０ａの内側のネジ部の内径ｄ_５）に対し、環壁２０ａの内側でネジ部以外の領域の内径ｄ_０は大きくても小さくても良い。

本発明に係る鋼管継手構造では、鋼管継手を構成する際に、鋼管本体を回転させる必要がないので、曲がり管のネジ結合によるパイプルーフ工法が可能となる。

１ 継手部材
１ａ，１ｂ ネジ部材
２ａ，２ｂ 鋼管
４ 円筒部材
１１ａ、１１ｂ 円筒部
１２ａ、１２ｂ、１４、２２ ネジ部
２０ ナット状部材
２２ａ，２２ｂ スペーサ
１３ａ、１３ｂ、２３ａ，２３ｂ フランジ
２５ａ，２６ａ 雌ネジ
３０、４０ａ，４０ｂ 雄ネジ
ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４、ｔ_５ 厚み
ｄ 間隔
ｄ_０、ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３、ｄ_４、ｄ_５、ｄ_６、ｄ_７ 直径
Ｌ_１、Ｌ_２ 長さ

Claims (5)

1. 鋼管を直列に接続する鋼管継手構造において、第１の鋼管の端部に設けたフランジａと、第２の鋼管の端部に設けた、外周にネジ部が加工されたフランジｂと、前記第１の鋼管の管体側から装入されてフランジａに回転可能に係止し、前記第２の鋼管のフランジｂのネジ部に螺合するナット状部材を有し、前記ナット状部材が前記第２の鋼管のフランジｂのネジ部に螺着することで、前記第１の鋼管のフランジａと前記第２の鋼管のフランジｂを圧接するようにしたことを特徴とする鋼管継手構造。
2. 鋼管の端部同士を接続する継手部材を備えた鋼管継手構造において、前記継手部材は、第１の鋼管の端部とネジ結合するネジ部材１と、第２の鋼管の端部とネジ結合するネジ部材２と、前記ネジ部材１とネジ結合することで前記ネジ部材１と前記ネジ部材２を圧接するナット状部材を備え、
   前記ネジ部材１はフランジ１を有する円筒部と前記第１の鋼管の端部とネジ結合するネジ部を有し、前記ネジ部材２はフランジ２を有する円筒部と前記第２の鋼管の端部とネジ結合するネジ部を有し、
   前記ナット状部材は一端が開口し、他端が中心部に開口部を有する円形蓋で閉じられた円筒体で、前記円筒体の環壁と前記ネジ部材１のフランジ１はネジ結合するためのネジ部を有し、
   前記円形蓋の開口部は前記ネジ部材２のフランジ２の直径より小径で、前記ネジ部材２の円筒部より大径の円形で、前記ネジ部材１のフランジ１の直径が前記ネジ部材２のフランジ２の直径より大きく、前記円筒体の環壁は前記円形蓋と前記ネジ部材２のフランジ２と前記ネジ部材１のフランジ１が圧接した状態で、前記円筒体の環壁と前記ネジ部材１のフランジ１がネジ結合する長さを有していることを特徴とする鋼管継手構造。
3. 前記第１および第２の鋼管で前記ネジ部材側となる端部のネジが、前記ネジ部材側に拡径するテーパネジで、前記ネジ部材１および２の円錐部のネジが鋼管側に縮径するテーパネジであることを特徴とする請求項２記載の鋼管継手構造。
4. 前記鋼管は、曲がり管であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の鋼管継手構造。
5. 請求項１乃至４の何れか一つに記載の鋼管継手構造を用いたパイプルーフ工法による鋼構造物。

Images