JP6079933B2 - 鋼管杭の継手構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管杭の継手構造に関する。
本願は、２０１４年７月２４日に日本に出願された特願２０１４−１５０４３７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来から、複数の鋼管杭を機械式継手で軸心方向に連結させることを目的として、特許文献１および２に開示される鋼管杭の継手構造が提案されている。

特許文献１に開示された鋼管杭の継手構造では、軸心方向に隣接する第１杭及び第２杭に、互いに嵌合自在な一対の外嵌端部と内嵌端部とが各別に形成されている。そして、外嵌端部及び内嵌端部に周方向に沿って設けられた係合部および被係合部が、外嵌端部に内嵌端部を挿入させた状態で軸心回りに相対回転させることで互いに係合する。この特許文献１に開示された鋼管杭の継手構造では、前記係合部および前記被係合部が、周方向に沿ってそれぞれ４つ設けられている。

特許文献２に開示された鋼管杭の継手構造では、軸心方向に隣接する第１杭及び第２杭に、互いに嵌合自在な一対の外嵌端部と内嵌端部とが各別に形成されている。そして、外嵌端部及び内嵌端部に周方向に沿って設けられた係合凸部および被係合凸部が、外嵌端部に内嵌端部を挿入させた状態で軸心回りに相対回転させることで互いに係合し合う。この特許文献２に開示された鋼管杭の継手構造では、前記係合凸部および前記被係合凸部が、周方向に沿ってそれぞれ４つ設けられている。また、外嵌端部が先端部側に設けられた係合凸部の形成箇所ほど基端部側に設けられた係合凸部の形成箇所よりも大径に形成されて、内嵌端部が先端部側に設けられた被係合凸部の形成箇所ほど基端部側に設けられた被係合凸部の形成箇所よりも小径に形成されている。

日本国特開平１１−４３９３７号公報 日本国特開平１１−４３９３６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された鋼管杭の継手構造では、軸心方向の引張力が作用した際に、外嵌端部および内嵌端部の基端側から先端側に向けて、引張力が低下するにも関わらず、外嵌端部および内嵌端部の板厚が同一とされている。このため、特許文献１に開示された鋼管杭の継手構造は、特に、外嵌端部及び内嵌端部の先端側の板厚に無駄な部分が多くなり、必要以上に板厚が増加してコスト上昇を招くという問題点があった。

また、特許文献２に開示された鋼管杭の継手構造では、軸心方向の引張力が作用した際に、外嵌端部及び内嵌端部の基端側から先端側に向けて、引張力が低下することに対応させて、外嵌端部及び内嵌端部の板厚が基端側から先端側に向けて徐々に小さくされている。そのため、外嵌端部及び内嵌端部の先端側ほど板厚が薄くなり、引張力が作用した際に、径方向の変形が大きくなるという問題点があった。

さらに、特許文献１および特許文献２の鋼管杭の継手構造では、係合部（係合凸部）および被係合部（被係合凸部）の周方向における個数が４つであり、第１杭および第２杭を互いに連結させる際の嵌合角（回転角）が大きくなり、連結作業に手間がかかるという問題点があった。この問題点を回避するための一案として、係合部および被係合部の周方向における個数を多くすること（例えば、上記の個数を８つ）が考えられる。この場合、嵌合角を小さくすることができるため、第１杭および第２杭の連結作業の手間を低減することが可能となる。
しかしながら、係合部（または被係合部）の個数を多くすると、周方向に隣り合う係合部間の間隔が狭くなり、圧縮力が作用した際に応力が集中する箇所が生じてしまい、圧縮耐力が低下するおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、鋼管杭の回転作業の手間を低減するとともに、鋼管杭の必要以上の板厚増加を回避して、外嵌端部及び内嵌端部に十分な引張耐力および圧縮耐力を付与することのできる、鋼管杭の継手構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下を採用した。
（１）本発明の第一の態様は、第１鋼管杭と第２鋼管杭とを直列に接合する、鋼管杭の継手構造である。この鋼管杭の継手構造は、前記第１鋼管杭の一端に設けられ、前記第１鋼管杭の軸心方向に沿って複数の外嵌段部が形成された外嵌端部と；前記第２鋼管杭の一端に設けられてかつ、前記外嵌端部に挿入されるとともに、前記第２鋼管杭の軸心方向に沿って複数の内嵌段部が形成された内嵌端部と；を備え、前記複数の外嵌段部のそれぞれが、その内周面から前記第１鋼管杭の径方向内側へ向かって突出してかつ、前記第１鋼管杭の周方向に沿って設けられた複数の外嵌山部と、前記第１鋼管杭の周方向において互いに隣り合う前記外嵌山部の間に形成された複数の外嵌溝部と、前記内周面において前記各外嵌山部に隣接してかつ前記第１鋼管杭に近い基端側に形成された外嵌谷部と、を有し、前記複数の内嵌段部のそれぞれが、その外周面から前記第２鋼管杭の径方向外側へ向かって突出してかつ、前記第２鋼管杭の周方向に沿って設けられた複数の内嵌山部と、前記第２鋼管杭の周方向において互いに隣り合う前記内嵌山部の間に形成された複数の内嵌溝部と、前記外周面において前記各内嵌山部に隣接してかつ前記第２鋼管杭に近い基端側に形成された内嵌谷部と、を有し、前記複数の外嵌段部では、前記第１鋼管杭に近い外嵌段部であるほど前記外嵌谷部の板厚が大きく形成され、前記複数の内嵌段部では、前記第２鋼管杭に近い内嵌段部であるほど前記内嵌谷部の板厚が大きく形成され、前記各外嵌段部における前記複数の外嵌山部の個数、および前記各内嵌段部における前記複数の内嵌山部の個数が、それぞれ８以上であり、前記第１鋼管杭から最も遠い外嵌段部である第１外嵌段部、および前記第２鋼管杭から最も遠い内嵌段部である第１内嵌段部において、前記第１鋼管杭の軸心方向における前記外嵌山部の長さと前記外嵌谷部の長さとの和、および前記第２鋼管杭の軸心方向における前記内嵌山部の長さと前記内嵌谷部の長さとの和をそれぞれＬｇ１と定義し、前記第１鋼管杭の軸心方向における前記外嵌山部の長さ、および前記第２鋼管杭の軸心方向における前記内嵌山部の長さをそれぞれＬｍ１と定義し、前記外嵌溝部および前記内嵌溝部の周方向における幅をＣ２と定義し、さらに、前記第１外嵌段部に隣接する第２外嵌段部、および前記第１内嵌段部に隣接する第２内嵌段部において、前記第１鋼管杭の軸心方向における前記外嵌山部の長さ、および前記第２鋼管杭の軸心方向における前記内嵌山部の長さをそれぞれＬｍ２と定義したとき、前記外嵌端部および前記内嵌端部の少なくとも一方が、下記の式（Ａ）および式（Ｂ）を満足する。
Ｃ２／２≧Ｌｇ１ ・・・式（Ａ）
Ｌｍ１＞Ｌｍ２ ・・・式（Ｂ）
（２）上記（１）に記載の態様において、前記複数の外嵌段部と前記複数の内嵌段部との間で互いに当接する当接面のうち、前記第１外嵌段部において圧縮力を負担させる圧縮側当接面の圧縮面積、および前記第１内嵌段部において圧縮力を負担させる圧縮側当接面の圧縮面積をそれぞれＡｃ１と定義し、前記第２外嵌段部において圧縮力を負担させる圧縮側当接面の圧縮面積、および前記第２内嵌段部において圧縮力を負担させる圧縮側当接面の圧縮面積をそれぞれＡｃ２と定義し、さらに、前記第２外嵌段部および前記第２内嵌段部において、前記第１鋼管杭の軸心方向における前記外嵌山部の長さと前記外嵌谷部の長さとの和、および前記第２鋼管杭の軸心方向における前記内嵌山部の長さと前記内嵌谷部の長さとの和をそれぞれＬｇ２と定義したとき、前記外嵌端部および前記内嵌端部の少なくとも一方が、下記の式（Ｃ）を満足してもよい。
Ｌｍ１≧（Ａｃ１／Ａｃ２）×Ｌｇ２ ・・・式（Ｃ）
（３）上記（１）または（２）に記載の態様において、以下のように構成してもよい：前記複数の外嵌段部の個数が４であり、前記第１外嵌段部の前記外嵌谷部の板厚が、前記第１鋼管杭に最も近い外嵌段部の前記外嵌谷部の板厚の５０％以上８０％以下である。
（４）上記（１）または（２）に記載の態様において、以下のように構成してもよい：前記複数の外嵌段部の個数が３であり、前記第１外嵌段部の前記外嵌谷部の板厚が、前記第１鋼管杭に最も近い外嵌段部の前記外嵌谷部の板厚の６０％以上８０％以下である。
（５）上記（１）または（２）に記載の態様において、以下のように構成してもよい：前記複数の外嵌段部の個数が２であり、前記第１外嵌段部の前記外嵌谷部の板厚が、前記第２外嵌段部の前記外嵌谷部の板厚の７０％以上９０％以下である。
（６）上記（１）または（２）に記載の態様において、以下のように構成してもよい：前記複数の外嵌段部の個数が５以上９以下であり、前記第１外嵌段部の前記外嵌谷部の板厚が、前記第１鋼管杭に最も近い外嵌段部の前記外嵌谷部の板厚の３５％以上７０％以下である。

本発明の上記各態様によれば、鋼管杭の回転作業の手間を低減するとともに、鋼管杭の必要以上の板厚増加を回避して、外嵌端部及び内嵌端部に十分な引張耐力および圧縮耐力を付与することができる。

本発明の一実施形態に係る鋼管杭の継手構造を示す斜視図である。 上記継手構造の外嵌端部を示す図であって、軸心を含む断面で見た場合の断面図である。 上記継手構造の外嵌端部を示す図であって、要部の断面図である。 上記継手構造の内嵌端部を示す正面図である。 上記継手構造の内嵌端部を示す図であって、要部の断面図である。 上記継手構造の外嵌端部に内嵌端部を挿入した状態を示す斜視図である。 上記継手構造の外嵌端部に内嵌端部を挿入して相対回転させた状態を示す図であって、一部が断面視された斜視図である。 上記継手構造の要部を示す部分断面図である。 上記継手構造の要部を示す部分断面図である。 上記継手構造の外嵌端部の第１外嵌段部及び第２外嵌段部を示す部分拡大正面図である。 上記継手構造の内嵌端部の第１内嵌段部及び第２内嵌段部を示す部分拡大正面図である。 上記継手構造の外嵌端部の第１外嵌段部及び第２外嵌段部を示す部分断面図である。 上記継手構造の内嵌端部の第１内嵌段部及び第２内嵌段部を示す部分断面図である。 上記継手構造を示す部分断面図である。 上記継手構造の部分断面図であって、外嵌端部の第１外嵌段部及び第２外嵌段部、及び内嵌端部の第３内嵌段部及び第４内嵌段部を示す図である。 上記継手構造の部分断面図であって、外嵌端部の第３外嵌段部及び第４外嵌段部、及び内嵌端部の第１内嵌段部及び第２内嵌段部を示す図である。 上記継手構造の外嵌端部を示す部分断面図である。 上記継手構造の内嵌端部を示す部分断面図である。 上記継手構造を示す部分断面図である。 上記継手構造を示す部分断面図であって、外嵌端部の第１外嵌段部に作用する引張力および曲げ力を示す図である。 上記継手構造を示す部分断面図であって、外嵌端部の第４外嵌段部に作用する引張力および曲げ力を示す図である。 上記継手構造の外嵌端部の各外嵌段部における曲げ耐力比と板厚比との関係を示すグラフである。 上記継手構造の外嵌端部の各外嵌段部における曲げ耐力比と板厚比との関係を示すグラフである。 上記継手構造の第１変形例を示す部分断面図である。 上記継手構造の第１変形例において、外嵌端部の各外嵌段部の曲げ耐力比と板厚比との関係を示すグラフである。 上記継手構造の第２変形例を示す部分断面図である。 上記継手構造の第２変形例において、外嵌端部の各外嵌段部の曲げ耐力比と板厚比との関係を示すグラフである。 上記継手構造の第３変形例を示す部分断面図である。 上記継手構造の第３変形例において、外嵌端部の各外嵌段部の曲げ耐力比と板厚比との関係を示すグラフである。 上記継手構造において、曲げ耐力比が最大となるときの第１外嵌段部の板厚比と外嵌段部の段数との関係を示すグラフである。 上記継手構造の外嵌端部の第１外嵌段部における外周面からの距離とひずみとの関係を示すグラフである。 上記継手構造の外嵌端部の第２外嵌段部における外周面からの距離とひずみとの関係を示すグラフである。 上記継手構造の外嵌端部の第３外嵌段部における外周面からの距離とひずみとの関係を示すグラフである。 上記継手構造の外嵌端部の第４外嵌段部における外周面からの距離とひずみとの関係を示すグラフである。 先端側の第１段部の山部における軸心方向の長さが、第２段部の山部の軸心方向の長さ以下となる外嵌端部を示す部分断面図である。 先端側の第１段部の山部における軸心方向の長さが、第２段部の山部の軸心方向の長さ以下となる内嵌端部を示す部分断面図である。 従来の鋼管杭の継手構造を示す概略断面図である。 図３０Ａと異なる、従来の鋼管杭の継手構造を示す概略断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る鋼管杭の継手構造７（以下、本実施形態に係る継手構造７、または単に継手構造７と呼ぶ場合がある）について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については同一符号を付することにより、それらの重複説明を省略する。
尚、以下の説明においては、鋼管杭の軸心延在方向を軸心方向Ｙ、軸心方向Ｙに直交する方向を軸心直交方向Ｘ、鋼管杭の軸心回りの方向を周方向Ｗと呼称する場合がある。

図１は、本実施形態に係る鋼管杭の継手構造７を示す斜視図である。図１に示すように、継手構造７は、地盤上に構築される構造物の基礎杭等において、断面円形状の第１鋼管杭１および第２鋼管杭２を軸心方向Ｙに沿って互いに連結する機械式継手として用いられる。

継手構造７は、第１鋼管杭１の上端に設けられた中空円柱状の外嵌端部３と、第２鋼管杭２の下端に設けられた中空円柱状の内嵌端部５とを備える。外嵌端部３と内嵌端部５とは互いに嵌合自在な構造を有する。なお、外嵌端部３は溶接等で第１鋼管杭１の上端に接合され、内嵌端部５は溶接等で第２鋼管杭２の下端に接合されている。

継手構造７では、軸心方向Ｙに沿って並べられた４つ（４段）の外嵌段部４（４１、４２、４３、４４）が外嵌端部３に設けられるとともに、軸心方向Ｙに沿って並べられた４つ（４段）の内嵌段部６（６１、６２、６３、６４）が内嵌端部５に設けられている。すなわち、外嵌端部３は、軸心方向Ｙで先端側から基端側まで、順番に第１外嵌段部４１、第２外嵌段部４２、第３外嵌段部４３、および第４外嵌段部４４を有する。同様に、内嵌端部５は、軸心方向Ｙで先端側から基端側まで、順番に第１内嵌段部６１、第２内嵌段部６２、第３内嵌段部６３、および第４内嵌段部６４を有する。
なお、図１において、軸心方向Ｙの下側（第１鋼管杭１に近い側）が外嵌端部３における基端側であり、軸心方向Ｙの上側（第２鋼管杭２に近い側）が内嵌端部５における基端側である。また、外嵌端部３および内嵌端部５の基端側と反対の側を、先端側と称する。以後、本明細書における全ての図において同様である。

４つの外嵌段部４の各々は、外嵌端部３の内壁面（内周面）で第１鋼管杭１の軸心直交方向Ｘ（軸心方向Ｙに対して直交する方向（径方向）：図１参照）の中心側（径方向内側）に突出するとともに周方向Ｗに沿って形成された８個の外嵌山部３１と、周方向Ｗに互いに隣り合う外嵌山部３１の間に形成された８個の外嵌溝部３２と、軸心方向Ｙで外嵌山部３１に隣接してかつ第１鋼管杭１に近い基端側に形成された外嵌谷部３３とを有する。
なお、図１に示すように、各々の外嵌段部４において、外嵌溝部３２及び外嵌谷部３３は、互いに面一となるように同じ板厚で形成されることが嵌合性及び加工性の観点から好ましい。

図２は、外嵌端部３を示す図であって、第１鋼管杭１の軸心を含む断面で見た場合の断面図である。図２に示すように、外嵌端部３の４つの外嵌段部４の各々において、外嵌山部３１の板厚よりも外嵌溝部３２の板厚が小さくされ、外嵌山部３１と外嵌溝部３２とが周方向Ｗで交互に形成されている。そして、複数の外嵌山部３１が、軸心方向Ｙ及び周方向Ｗで略一列に配置されている。また、複数の外嵌溝部３２が、軸心方向Ｙ及び周方向Ｗで略一列に配置されている。

外嵌端部３では、第４外嵌段部４４の外嵌谷部３３の基端側には、外嵌余長部３５が形成されている。外嵌余長部３５の先端側には、外嵌基端面３４が全周に亘って形成されている。なお、この外嵌余長部３５が第１鋼管杭１の上端に溶接されることにより、外嵌端部３は第１鋼管杭１に接合される。

外嵌山部３１は、周方向Ｗに所定の幅Ｃ１（外嵌山部３１の周長）を有するとともに、軸心直交方向Ｘに所定の高さを有する。また、外嵌溝部３２は、周方向Ｗに所定の幅Ｃ２（外嵌溝部３２の周長）を有する。

図３は、外嵌端部３を示す部分断面図である。図３に示すように、外嵌谷部３３の板厚は、外嵌端部３の基端側に近い外嵌段部４ほど大きく形成されている。すなわち、第１外嵌段部４１の外嵌谷部３３の板厚は、第２外嵌段部４２の外嵌谷部３３の板厚よりも小さく、第２外嵌段部４２の外嵌谷部３３の板厚は、第３外嵌段部４３の外嵌谷部３３の板厚よりも小さく、第３外嵌段部４３の外嵌谷部３３の板厚は、第４外嵌段部４４の外嵌谷部３３の板厚よりも小さく形成されている。

軸心方向Ｙで最も先端側に位置する第１外嵌段部４１の外嵌山部３１は、軸心方向Ｙで長さＬｍ１を有する。また、軸心方向Ｙで第１外嵌段部４１に隣り合う第２外嵌段部４２の外嵌山部３１は、軸心方向Ｙで長さＬｍ２を有する。また、軸心方向Ｙで第２外嵌段部４２に隣り合う第３外嵌段部４３の外嵌山部３１は、軸心方向Ｙで長さＬｍ３を有する。また、軸心方向Ｙで第３外嵌段部４３に隣り合う第４外嵌段部４４の外嵌山部３１は、軸心方向Ｙで長さＬｍ４を有する。

また、外嵌端部３では、中心軸から第１外嵌段部４１の外嵌山部３１までの半径ｒ４１、中心軸から第２外嵌段部４２の外嵌山部３１までの半径ｒ４２、中心軸から第３外嵌段部４３の外嵌山部３１までの半径ｒ４３、および中心軸から第４外嵌段部４４の外嵌山部３１までの半径ｒ４４と定義した場合に、ｒ４１＞ｒ４２＞ｒ４３＞ｒ４４の関係が満たされている。

更に、外嵌端部３では、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１で外嵌端部３の基端側の高さをｈｔ１、第２外嵌段部４２の外嵌山部３１で外嵌端部３の基端側の高さをｈｔ２、第３外嵌段部４３の外嵌山部３１で外嵌端部３の基端側の高さをｈｔ３、第４外嵌段部４４の外嵌山部３１で外嵌端部３の基端側の高さをｈｔ４と定義した場合に、ｈｔ１＝ｈｔ２＝ｈｔ３＝ｈｔ４の関係が満たされている。

また、外嵌端部３では、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１で外嵌端部３の先端側の高さをｈｃ１、第２外嵌段部４２の外嵌山部３１で外嵌端部３の先端側の高さをｈｃ２、第３外嵌段部４３の外嵌山部３１で外嵌端部３の先端側の高さをｈｃ３、第４外嵌段部４４の外嵌山部３１で外嵌端部３の先端側の高さをｈｃ４と定義した場合に、ｈｃ２＝ｈｃ３＝ｈｃ４の関係が満たされるとともに、ｈｃ１＜ｈｃ２の関係が満たされている。

第１外嵌段部４１の外嵌谷部３３は、軸心方向Ｙで長さＬｖ１を有する。第２外嵌段部４２の外嵌谷部３３は、軸心方向Ｙで長さＬｖ２を有する。第３外嵌段部４３の外嵌谷部３３は、軸心方向Ｙで長さＬｖ３を有する。第４外嵌段部４４の外嵌谷部３３は、軸心方向Ｙで長さＬｖ４を有する。

なお、図３において、Ｌｇ１は、第１外嵌段部４１における外嵌山部３１の長さＬｍ１と外嵌谷部３３の長さＬｖ１との和であり、Ｌｇ２は、第２外嵌段部４２における外嵌山部３１の長さＬｍ２と外嵌谷部３３の長さＬｖ２との和であり、Ｌｇ３は、第３外嵌段部４３における外嵌山部３１の長さＬｍ３と外嵌谷部３３の長さＬｖ３との和であり、Ｌｇ４は、第４外嵌段部４４における外嵌山部３１の長さＬｍ４と外嵌谷部３３の長さＬｖ４との和である。

内嵌端部５は、図１に示すように、各々の内嵌段部６（６１、６２、６３、６４）において、内嵌端部５の外壁面（外周面）で第２鋼管杭２の軸心直交方向Ｘの外向き（径方向外側）に突出するとともに周方向Ｗに沿って形成された８個の内嵌山部５１と、周方向Ｗに互いに隣り合う内嵌山部５１の間に形成された８個の内嵌溝部５２と、軸心方向Ｙで内嵌山部５１に隣接してかつ第２鋼管杭２に近い基端側に形成された内嵌谷部５３とを有する。

図１に示すように、各々の内嵌段部６において、内嵌溝部５２及び内嵌谷部５３は、互いに面一となるように同じ板厚で形成されることが嵌合性及び加工性の観点から好ましい。

図４は、内嵌端部５を示す正面図である。図４に示すように、内嵌端部５の４つの内嵌段部６の各々において、内嵌山部５１の板厚よりも内嵌溝部５２の板厚が小さくされ、内嵌山部５１と内嵌溝部５２とが周方向Ｗで交互に形成されている。そして、複数の内嵌山部５１が、軸心方向Ｙ及び周方向Ｗで略一列に配置されている。また、複数の内嵌溝部５２が、軸心方向Ｙ及び周方向Ｗで略一列に配置されている。

また、内嵌端部５では、第４内嵌段部６４の内嵌谷部５３の基端側に内嵌余長部５５が形成されている。内嵌余長部５５の先端側には、内嵌基端面５４が全周に亘って形成されている。なお、この内嵌余長部５５が第２鋼管杭２の下端に溶接されることにより、内嵌端部５は第２鋼管杭２に接合される。

また、内嵌山部５１は、周方向Ｗに所定の幅Ｃ１（内嵌山部５１の周長）を有するとともに、軸心直交方向Ｘに所定の高さを有する。また、内嵌溝部５２は、周方向Ｗに所定の幅Ｃ２（内嵌溝部５２の周長）を有する。

図５は、内嵌端部５を示す部分断面図である。図５に示すように、内嵌谷部５３の板厚は、内嵌端部５の基端側に近い内嵌段部６ほど大きく形成されている。すなわち、第１内嵌段部６１の内嵌谷部５３の板厚は、第２内嵌段部６２の内嵌谷部５３の板厚よりも小さく、第２内嵌段部６２の内嵌谷部５３の板厚は、第３内嵌段部６３の内嵌谷部５３の板厚よりも小さく、第３内嵌段部６３の内嵌谷部５３の板厚は、第４内嵌段部６４の内嵌谷部５３の板厚よりも小さく形成される。

軸心方向Ｙで最も先端側に位置する第１内嵌段部６１の内嵌山部５１は、軸心方向Ｙで長さＬｍ１を有する。また、軸心方向Ｙで第１内嵌段部６１に隣り合う第２内嵌段部６２の内嵌山部５１は、軸心方向Ｙで長さＬｍ２を有する。また、軸心方向Ｙで第２内嵌段部６２に隣り合う第３内嵌段部６３の内嵌山部５１は、軸心方向Ｙで長さＬｍ３を有する。また、軸心方向Ｙで第３内嵌段部６３に隣り合う第４内嵌段部６４の内嵌山部５１は、軸心方向Ｙで長さＬｍ４を有する。

また、内嵌端部５では、中心軸から第１内嵌段部６１の内嵌山部５１までの半径ｒ６１、中心軸から第２内嵌段部６２の内嵌山部５１までの半径ｒ６２、中心軸から第３内嵌段部６３の内嵌山部５１までの半径ｒ６３、中心軸から第４内嵌段部６４の内嵌山部５１までの半径ｒ６４と定義した場合に、ｒ６４＞ｒ６３＞ｒ６２＞ｒ６１の関係が満たされている。

更に、内嵌端部５では、第１内嵌段部６１の内嵌山部５１で内嵌端部５の基端側の高さをｈｔ１、第２内嵌段部６２の内嵌山部５１で内嵌端部５の基端側の高さをｈｔ２、第３内嵌段部６３の内嵌山部５１で内嵌端部５の基端側の高さをｈｔ３、第４内嵌段部６４の内嵌山部５１で内嵌端部５の基端側の高さをｈｔ４と定義した場合に、ｈｔ１＝ｈｔ２＝ｈｔ３＝ｈｔ４の関係が満たされている。

また、内嵌端部５では、第１内嵌段部６１の内嵌山部５１で内嵌端部５の先端側の高さをｈｃ１、第２内嵌段部６２の内嵌山部５１で内嵌端部５の先端側の高さをｈｃ２、第３内嵌段部６３の内嵌山部５１で内嵌端部５の先端側の高さをｈｃ３、第４内嵌段部６４の内嵌山部５１で内嵌端部５の先端側の高さをｈｃ４と定義した場合に、ｈｃ２＝ｈｃ３＝ｈｃ４の関係が満たされるとともに、ｈｃ１＜ｈｃ２の関係が満たされている。

第１内嵌段部６１の内嵌谷部５３は、軸心方向Ｙで長さＬｖ１を有する。第２内嵌段部６２の内嵌谷部５３は、軸心方向Ｙで長さＬｖ２を有する。第３内嵌段部６３の内嵌谷部５３は、軸心方向Ｙで長さＬｖ３を有する。第４内嵌段部６４の内嵌谷部５３は、軸心方向Ｙで長さＬｖ４を有する。

なお、図５において、Ｌｇ１は、第１内嵌段部６１における内嵌山部５１の長さＬｍ１と内嵌谷部５３の長さＬｖ１との和であり、Ｌｇ２は、第２内嵌段部６２における内嵌山部５１の長さＬｍ２と内嵌谷部５３の長さＬｖ２との和であり、Ｌｇ３は、第３内嵌段部６３における内嵌山部５１の長さＬｍ３と内嵌谷部５３の長さＬｖ３との和であり、Ｌｇ４は、第４内嵌段部６４における内嵌山部５１の長さＬｍ４と内嵌谷部５３の長さＬｖ４との和である。

継手構造７では、第１鋼管杭１と第２鋼管杭２とを同軸に連結するために、図６および図７に示すように、外嵌端部３と内嵌端部５とを互いに嵌合させる。なお、図７は、外嵌端部３の一部を切断した状態を示す斜視図である。
具体的には、まず、図６に示すように、第２鋼管杭２に取り付けられた内嵌端部５を第１鋼管杭１に取り付けられた外嵌端部３に挿入する。なお、各々の内嵌段部６において、内嵌山部５１の軸心直交方向Ｘの高さは、嵌合時に対応する外嵌溝部３２の軸心直交方向Ｘの深さ以下に設定されている。また、外嵌山部３１及び内嵌山部５１の周方向Ｗにおける幅Ｃ１は、外嵌溝部３２及び内嵌溝部５２の周方向Ｗにおける幅Ｃ２以下に設定されている。これらにより、内嵌端部５が外嵌端部３に干渉することを避けることができ、内嵌端部５を外嵌端部３に挿入することができる。

次に、図７に示すように、外嵌端部３に内嵌端部５を挿入した状態で、第１鋼管杭１と第２鋼管杭２とを軸心回りの周方向Ｗに相対回転させる。なお、各々の内嵌段部６において、内嵌谷部５３の軸心直交方向Ｘの深さは、嵌合時に対応する外嵌山部３１の軸心直交方向Ｘの高さ以上に設定されている。これにより、外嵌山部３１を内嵌谷部５３に嵌合可能な構造となる。

上述のように、各々の外嵌段部４では、８個の外嵌山部３１が形成され、各々の内嵌段部６では、８個の内嵌山部５１が形成されている。これに対して、上記特許文献１に記載の鋼管杭の継手構造では、外嵌山部３１に対応する係合部が周方向に４個形成され、内嵌山部５１に対応する被係合部が周方向に４個形成されている（特許文献２に記載の鋼管杭の継手構造においても同様）。本実施形態に係る継手構造７では、特許文献１に記載の鋼管杭の継手構造に対して、外嵌山部３１および内嵌山部５１の個数を多く形成することにより、第１鋼管杭１と第２鋼管杭２とを嵌合させる際の回転角（嵌合角）を小さくすることができるので、鋼管杭１と第２鋼管杭２との嵌合を容易に行うことができる。したがって、第１鋼管杭１と第２鋼管杭２とを連結させる回転作業の手間を低減することができる。
なお、本発明はこの構造のみに限定されず、８個より大きい数の外嵌山部３１および内嵌山部５１が周方向Ｗに所定間隔を空けて形成されてもよい。この場合、第１鋼管杭１と第２鋼管杭２とを嵌合させる際の回転角をさらに小さくすることができる。

ここで、外嵌端部３および内嵌端部５の真円度が、第１鋼管杭１および第２鋼管杭２の直径ｄのａ％以内の場合、軸心直交方向Ｘにおける、外嵌端部３と内嵌端部５との間のクリアランスｃは、ｃ≧（２×ｄ×ａ／１００）／Ｎであることが好ましい。なお、Ｎは、各々の外嵌段部４における外嵌山部３１の個数、および各々の内嵌段部６における内嵌山部５１の個数を表す。この場合、外嵌端部３および内嵌端部５の真円度に起因した、外嵌端部３と内嵌端部５との嵌合時における干渉を避けることができる。
一般的に、上記の真円度は、第１鋼管杭１および第２鋼管杭２の直径ｄの１％以内であり、また、上記のクリアランスｃは、１ｍｍ以上で設定される。これらを考慮すると、例えば直径ｄが４００ｍｍの場合、各々の外嵌段部４における外嵌山部３１の個数、および各々の内嵌段部６における内嵌山部５１の個数を８以上とすることにより、クリアランスｃが１ｍｍであっても、外嵌端部３および内嵌端部５の真円度に起因した、外嵌端部３と内嵌端部５との嵌合時における干渉を避けることができる。

図８は、外嵌端部３に内嵌端部５を挿入して相対回転させた状態を示す概略断面図である。図８に示すように、内嵌段部６および外嵌段部４において、内嵌山部５１の軸心方向Ｙの長さは、嵌合時に対応する外嵌谷部３３の軸心方向Ｙの長さと略同一に設定されており、外嵌山部３１の軸心方向Ｙの長さは、嵌合時に対応する内嵌谷部５３の軸心方向Ｙの長さと略同一に設定されている。これにより、軸心方向Ｙで外嵌山部３１と内嵌山部５１とを係合させることが可能となる。そして、外嵌山部３１と内嵌山部５１とが、軸心方向Ｙで互いに当接面８で当接して係合することにより、第１鋼管杭１と第２鋼管杭２とを、軸心方向Ｙで互いに離間させないように連結することができる。

また、図８に示すように、第１鋼管杭１と第２鋼管杭２とを連結させた状態で、第１鋼管杭１及び第２鋼管杭２から外嵌端部３及び内嵌端部５に、軸心方向Ｙの引張力Ｔ及び圧縮力Ｐが作用する際、引張力Ｔ及び圧縮力Ｐに対して、外嵌山部３１と内嵌山部５１とが軸心方向Ｙの当接面８で抵抗する。

継手構造７では、各々の外嵌段部４及び各々の内嵌段部６において、外嵌山部３１と内嵌山部５１とが互いに当接される当接面８のうち、外嵌端部３の基端側及び内嵌端部５の基端側が引張力Ｔを負担する引張側当接面８１であり、外嵌端部３の先端側及び内嵌端部５の先端側が圧縮力Ｐを負担する圧縮側当接面８６である。

そして、図９に示すように、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１と第４内嵌段部６４の内嵌山部５１とが、引張側当接面８１で引張面積Ａｔ１（Ａｔ１≒ｈｔ１×Ｃ１）を有し、第２外嵌段部４２の外嵌山部３１と第３内嵌段部６３の内嵌山部５１とが、引張側当接面８１で引張面積Ａｔ２（Ａｔ２≒ｈｔ２×Ｃ１）を有する。
また、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１と内嵌基端面５４とが、圧縮側当接面８６で圧縮面積Ａｃ１（Ａｃ１≒ｈｃ１×Ｃ１）を有し、第２外嵌段部４２の外嵌山部３１と第４内嵌段部６４の内嵌山部５１とが、圧縮側当接面８６で圧縮面積Ａｃ２（Ａｃ２≒ｈｃ２×Ｃ１）を有する。

同様に、第１内嵌段部６１の内嵌山部５１と第４外嵌段部４４の外嵌山部３１とが、引張側当接面８１で引張面積Ａｔ１（Ａｔ１≒ｈｔ１×Ｃ１）を有し、第２内嵌段部６２の内嵌山部５１と第３外嵌段部４３の外嵌山部３１とが、引張側当接面８１で引張面積Ａｔ２（Ａｔ２≒ｈｔ２×Ｃ１）を有する。
また、第１内嵌段部６１の内嵌山部５１と外嵌基端面３４とが、圧縮側当接面８６で圧縮面積Ａｃ１（Ａｃ１≒ｈｃ１×Ｃ１）を有し、第２内嵌段部６２の内嵌山部５１と第４外嵌段部４４の外嵌山部３１とが、圧縮側当接面８６で圧縮面積Ａｃ２（Ａｃ２≒ｈｃ２×Ｃ１）を有する。

図１０は、外嵌端部３の第１外嵌段部４１および第２外嵌段部４２を示す部分拡大正面図である。なお、図１０は、第１外嵌段部４１に圧縮力Ｐが作用した状態を示している。図１０に示すように、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１に軸心方向Ｙの圧縮力Ｐが作用することにより、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１から外嵌溝部３２に向けて、所定の分散範囲Ｒで圧縮力Ｐが応力分散する。この分散範囲Ｒは、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１及び外嵌谷部３３の側辺ｓ１と、側辺ｓ１の基端点ｇｂから周方向Ｗで側辺ｓ１に対して垂直に延びた下辺ｓ２と、側辺ｓ１の先端点ｇａから外嵌端部３の基端側に向けて角度αで傾斜した斜辺ｓ３とによって、略直角三角形状に形成される。なお、角度αは、圧縮力Ｐが応力分散するときの角度であって、α＝４５°である。

周方向Ｗで隣り合う外嵌山部３１に作用した圧縮力Ｐの分散範囲Ｒが、外嵌溝部３２で重なり合う場合には、この重なり合う部分に圧縮力Ｐの応力分散が集中することになる。そこで、継手構造７では、軸心方向Ｙにおける第１外嵌段部４１の長さＬｇ１（外嵌山部３１の長さＬｍ１と外嵌谷部３３の長さＬｖ１との和）と、外嵌溝部３２の周方向Ｗの幅Ｃ２とが下記式（１）を満足するように設定される。
Ｃ２／２≧Ｌｇ１ ・・・式（１）

第１外嵌段部４１において上記式（１）を満足することにより、圧縮力Ｐの分散範囲Ｒの下辺ｓ２が外嵌溝部３２の周方向Ｗの幅Ｃ２の半分以下の長さとなる。そのため、周方向Ｗで隣り合う外嵌山部３１に作用した圧縮力Ｐの分散範囲Ｒが、外嵌溝部３２で互いに重なり合うことを防止することができる。したがって、第１外嵌段部４１に圧縮力が作用した際の応力集中を防止することができるので、第１外嵌段部４１の板厚を増加させることなく、継手構造７の圧縮耐力を向上させることができる。

なお、継手構造７では、外嵌段部４のうち、最も板厚の薄い第１外嵌段部４１が上記式（１）を満足するが、第２外嵌段部４２、第３外嵌段部４３、および第４外嵌段部４４において、上記式（１）と同様の関係式を満足するように、Ｌｇ２〜Ｌｇ４を設定してもよい。

図１１は、内嵌端部５の第１内嵌段部６１および第２内嵌段部６２を示す部分拡大正面図である。なお、図１１は、第１内嵌段部６１に圧縮力Ｐが作用した状態を示している。図１０に示した外嵌端部３の場合と同様に、内嵌端部５は、図１１に示すように、第１内嵌段部６１の内嵌山部５１に軸心方向Ｙの圧縮力Ｐが作用することにより、第１内嵌段部６１の内嵌山部５１から内嵌溝部５２に向けて、所定の分散範囲Ｒで圧縮力Ｐが応力分散する。この分散範囲Ｒは、第１内嵌段部６１の内嵌山部５１及び内嵌谷部５３の側辺ｓ１と、側辺ｓ１の基端点ｇｂから周方向Ｗで側辺ｓ１に対して垂直に延びた上辺ｓ２と、側辺ｓ１の先端点ｇａから内嵌端部５の基端側に向けて角度αで傾斜した斜辺ｓ３とによって、略直角三角形状に形成される。角度αは、第１内嵌段部６１の内嵌山部５１に作用した軸心方向Ｙの圧縮力Ｐが応力分散するときの角度であって、α＝４５°である。

第１内嵌段部６１においても、上記式（１）を満足することにより、圧縮力Ｐの分散範囲Ｒの上辺ｓ２が内嵌溝部５２の周方向Ｗの幅Ｃ２の半分以下の長さとなる。そのため、周方向Ｗで隣り合う内嵌山部５１に作用した圧縮力Ｐの分散範囲Ｒが、内嵌溝部５２で互いに重なり合うことを防止することができる。したがって、第１内嵌段部６１に圧縮力が作用した際の応力集中を防止することができるので、第１内嵌段部６１の板厚を増加させることなく、継手構造７の圧縮耐力を向上させることができる。

上述のように、継手構造７では、第１外嵌段部４１および第１内嵌段部６１において、上記式（１）を満足することにより、外嵌端部３および内嵌端部５の板厚を増大させることなく、圧縮力Ｐに対して十分な圧縮耐力を付与することができる。なお、継手構造７は、第１外嵌段部４１および第１内嵌段部６１の少なくとも一方において、上記式（１）を満足する構造としてもよい。

図１２Ａは、外嵌端部３の第１外嵌段部４１および第２外嵌段部４２を示す部分断面図であり、図１２Ｂは、内嵌端部５の第１内嵌段部６１および第２内嵌段部６２を示す部分断面図である。図１２Ａに示すように、外嵌端部３では、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１の軸心方向Ｙの長さＬｍ１と、第２外嵌段部４２の外嵌山部３１の軸心方向Ｙの長さＬｍ２とが、下記式（２）を満足するように設定される。
Ｌｍ１＞Ｌｍ２ ・・・式（２）

同様に、図１２Ｂに示すように、内嵌端部５では、第１内嵌段部６１の内嵌山部５１の軸心方向Ｙの長さＬｍ１と、第２内嵌段部６２の内嵌山部５１の軸心方向Ｙの長さＬｍ２とが、上記式（２）を満足するように設定される。

ここで、外嵌端部３および内嵌端部５に上記式（２）を用いる理由について説明する。図２９Ａおよび図２９Ｂは、上記式（２）を満足しない鋼管杭の継手構造９を示す概略断面図である。図２９Ａおよび図２９Ｂに示すように、先端側の第１段部９１の山部９５における軸心方向Ｙの長さＬｍ１が、第２段部９２の山部９５の軸心方向Ｙの長さＬｍ２以下の場合、第１段部９１の山部９５の表面積が小さくなるため、引張力Ｔが伝達されることによって作用する軸心直交方向Ｘの外側に向けた応力Ｆが大きくなる。
このように引張力Ｔが作用した際の応力Ｆが大きい場合、外嵌端部３では、第２外嵌段部４２よりも第１外嵌段部４１の方が軸心直交方向Ｘの板厚が薄く、さらに、第１外嵌段部４１が第１鋼管杭１の上端部に拘束されないため（図８参照）、第１外嵌段部４１が軸心直交方向Ｘの外側に向けて拡がるフープ変形が、外嵌端部３に生じるおそれがある。
また、内嵌端部５でも、第２内嵌段部６２よりも第１内嵌段部６１の方が軸心直交方向Ｘの板厚が薄く、さらに、第１内嵌段部６１が第２鋼管杭２の下端部に拘束されないため、第１内嵌段部６１が軸心直交方向Ｘの内側に向けて潰れる座屈変形が、内嵌端部５に生じるおそれがある。

上記に対して、本実施形態に係る継手構造７では、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１、および第１内嵌段部６１の内嵌山部５１が上記式（２）を満足することにより、Ｌｍ１がＬｍ２よりも長くなる。その結果、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１、および第１内嵌段部６１の内嵌山部５１の軸心方向Ｙの表面積が大きくなり、引張力Ｔが作用した際の応力Ｆを小さくすることができる。したがって、引張力が作用した際に、第１外嵌段部４１のフープ変形、および第１内嵌段部６１の座屈変形を防止することができるので、引張耐力を向上させることができる。

上述のように、本実施形態に係る継手構造７では、図１０〜図１２Ｂに示すように、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１および第１内嵌段部６１の内嵌山部５１の長さＬｍ１が、上記式（２）を満足することにより、引張力Ｔに対して十分な引張耐力を付与することが可能となる。さらに、第１外嵌段部４１又は第１内嵌段部６１の長さＬｇ１が、上記式（１）を満足することにより、外嵌端部３又は内嵌端部５の加工コストまたは材料コスト等の製造コストの増大を抑制すると同時に、圧縮力Ｐに対して十分な圧縮耐力を付与することが可能となる。

次に、継手構造７の当接面８に関して説明する。外嵌端部３及び内嵌端部５は、打撃ハンマー等により鋼管杭が高荷重下で打設される場合に、引張力Ｔよりも圧縮力Ｐの方が過大になる。このような打撃ハンマー等による過大な圧縮力Ｐが作用した場合、図１３に示すように、外嵌端部３及び内嵌端部５では、第２外嵌段部４２から第４外嵌段部４４に向けて、及び、第２内嵌段部６２から第４内嵌段部６４に向けて傾斜した仮想せん断面Ｓにおいて、過大な圧縮力Ｐによるせん断破壊が生じることが想定される。

過大な圧縮力Ｐに対して、第１外嵌段部４１及び第１内嵌段部６１では、図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１の長さＬｍ１、および第１内嵌段部６１の内嵌山部５１の長さＬｍ１の範囲のみのせん断面積でせん断抵抗する。一方、第２外嵌段部４２及び第２内嵌段部６２では、仮想せん断面Ｓの範囲のせん断面積でせん断抵抗するため、せん断抵抗する際のせん断面の軸心方向Ｙの長さは、第２外嵌段部４２の長さＬｇ２、又は、第２内嵌段部６２の長さＬｇ２に近似される。

また、第２外嵌段部４２の外嵌山部３１、及び第２内嵌段部６２の内嵌山部５１に伝達される圧縮力Ｐ２は、圧縮側当接面８６の圧縮面積に比例するため、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１及び第１内嵌段部６１の内嵌山部５１に伝達される圧縮力Ｐ１、圧縮面積Ａｃ１、及び圧縮面積Ａｃ２から、下記式（３）で表される。
Ｐ２＝（Ａｃ２／Ａｃ１）×Ｐ１ ・・・式（３）

ここで、第２外嵌段部４２の板厚よりも第１外嵌段部４１の板厚が薄いことを考慮すると、過大な圧縮力Ｐに対する圧縮耐力を向上させためには、第１外嵌段部４１のせん断抵抗力を第２外嵌段部４２のせん断抵抗力以上に設定する必要がある。そのため、継手構造７では、外嵌端部３および内嵌端部５において、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１の長さＬｍ１、および第１内嵌段部６１の内嵌山部５１の長さＬｍ１と、第２外嵌段部４２および第２内嵌段部６２の長さＬｇ２とが、下記の式（４）を満足するように設定される。

Ｌｍ１／Ｐ１≧Ｌｇ２／Ｐ２ ・・・式（４）
Ｐ１：第１外嵌段部４１の外嵌山部３１または第１内嵌段部６１の内嵌山部５１に伝達される圧縮力
Ｐ２：第２外嵌段部４２の外嵌山部３１または第２内嵌段部６２の内嵌山部５１に伝達される圧縮力

そして、上記式（３）および式（４）により、外嵌端部３では、図１４Ａに示すように、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１の長さＬｍ１が、第２外嵌段部４２の長さＬｇ２に対して、下記式（５）を満足するように設定される。同様に、図１４Ｂに示すように、内嵌端部５では、第１内嵌段部６１の内嵌山部５１の長さＬｍ１が、第２内嵌段部６２の長さＬｇ２に対して下記式（５）を満足するように設定される。
Ｌｍ１≧（Ａｃ１／Ａｃ２）×Ｌｇ２ ・・・式（５）

外嵌端部３及び内嵌端部５において、上記式（５）を満足することにより、第１外嵌段部４１のせん断抵抗力を第２外嵌段部４２のせん断抵抗力以上に設定することができ、過大な圧縮力Ｐに対する圧縮耐力を向上させることができる。すなわち、継手構造７では、過大な圧縮力Ｐが伝達されたときに、圧縮力Ｐ１に対する第１外嵌段部４１の外嵌山部３１又は第１内嵌段部６１の内嵌山部５１のせん断抵抗力が、圧縮力Ｐ２に対する第２外嵌段部４２又は第２内嵌段部６２のせん断抵抗力以上の大きさとなり、全ての外嵌段部４又は内嵌段部６で所定のせん断抵抗力を確保して、過大な圧縮力Ｐに対する圧縮耐力を向上させることが可能となる。

なお、外嵌端部３において、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１と第４内嵌段部６４の内嵌山部５１との引張面積Ａｔ１と、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１と内嵌基端面５４との圧縮面積Ａｃ１とが略同一であるため、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１の長さＬｍ１は、上記式（５）を用いて下記式（６）により表される。また、内嵌端部５において、第１内嵌段部６１の内嵌山部５１と第４外嵌段部４４の外嵌山部３１との引張面積Ａｔ１と、第１内嵌段部６１の内嵌山部５１と外嵌基端面３４との圧縮面積Ａｃ１とが略同一であるため、第１内嵌段部６１の内嵌山部５１の長さＬｍ１は、上記式（５）を用いて下記式（６）により表される。
Ｌｍ１≧（Ａｔ１／Ａｃ２）×Ｌｇ２ ・・・式（６）

また、外嵌端部３において、第２外嵌段部４２の外嵌山部３１の長さＬｍ２と、第２外嵌段部４２の外嵌谷部３３の長さＬｖ２とが略同一の場合、第１外嵌段部４１の外嵌山部３１の長さＬｍ１が、下記式（７）および式（８）により表される。また、内嵌端部５において、第２内嵌段部６２の内嵌山部５１の長さＬｍ２と、第２内嵌段部６２の内嵌谷部５３の長さＬｖ２とが略同一の場合、第１内嵌段部６１の内嵌山部５１の長さＬｍ１が、下記式（７）式（８）により表される。
Ｌｍ１≧２×（Ａｃ１／Ａｃ２）×Ｌｍ２ ・・・式（７）
Ｌｍ１≧２×（Ａｔ１／Ａｃ２）×Ｌｍ２ ・・・式（８）

次に、外嵌端部３の外嵌谷部３３の板厚、および内嵌端部５の内嵌谷部５３の板厚について説明する。図１５および図１７に示すように、外嵌端部３では、第１外嵌段部４１の外嵌谷部３３が軸心直交方向Ｘで板厚ｔ１を有し、第２外嵌段部４２の外嵌谷部３３が軸心直交方向Ｘで板厚ｔ２を有し、第３外嵌段部４３の外嵌谷部３３が軸心直交方向Ｘで板厚ｔ３を有し、第４外嵌段部４４の外嵌谷部３３が軸心直交方向Ｘで板厚ｔ４を有する。また、外嵌余長部３５は、軸心直交方向Ｘで板厚Ｄを有する。
同様に、図１６および図１７に示すように、内嵌端部５では、第１内嵌段部６１の内嵌谷部５３が軸心直交方向Ｘで板厚ｔ１を有し、第２内嵌段部６２の内嵌谷部５３が軸心直交方向Ｘで板厚ｔ２を有し、第３内嵌段部６３の内嵌谷部５３が軸心直交方向Ｘで板厚ｔ３を有し、第４内嵌段部６４の内嵌谷部５３が軸心直交方向Ｘで板厚ｔ４を有する。また、内嵌余長部５５は、軸心直交方向Ｘで板厚Ｄを有する。

図１８Ａおよび図１８Ｂは、外嵌山部３１と内嵌山部５１とが互いに係合してかつ、第１鋼管杭１および第２鋼管杭２に引張力Ｔが作用した状態を示す概略断面図である。図１８Ａおよび図１８Ｂに示すように、継手構造７では、内嵌山部５１から外嵌山部３１に加わる曲げ力Ｍが、各々の外嵌段部４で同程度であるが、各々の外嵌段部４で内嵌山部５１からの引張力Ｔが累加する。そのため、第１鋼管杭１に近い基端側の外嵌段部４ほど、外嵌谷部３３が負担する引張力Ｔが大きくなり、略同一の曲げ力Ｍに対する引張力Ｔの大きさが相対的に大きくなる。すなわち、第１鋼管杭１から遠い先端側の外嵌段部４ほど、外嵌谷部３３の曲げ負担率が大きくなり、第１外嵌段部４１で外嵌谷部３３の曲げ負担率が最大になる。

外嵌端部３では、図１７に示すように、第１鋼管杭１に最も近い第４外嵌段部４４の外嵌谷部３３の板厚ｔ４をＴとすると、第１外嵌段部４１の外嵌谷部３３の板厚ｔ１が０．５０Ｔ〜０．８０Ｔとなるように設定される。すなわち、外嵌端部３では、第１鋼管杭１から最も遠い第１外嵌段部４１の外嵌谷部３３の板厚ｔ１が、第１鋼管杭１に最も近い第４外嵌段部４４の外嵌谷部３３の板厚ｔ４（ｔ４＝Ｔ）の５０％以上８０％以下となるように設定される。
また、外嵌端部３では、第２外嵌段部４２の外嵌谷部３３の板厚ｔ２が０．６０Ｔ〜０．９０Ｔ、および第３外嵌段部４３の外嵌谷部３３の板厚ｔ３が０．８０Ｔ〜０．９５Ｔとなるように設定される。

ここで、各々の外嵌段部４において、上記のように外嵌谷部３３の板厚を設定する理由を説明する。図３０Ａに示すように、例えば従来の鋼管杭の継手構造９０は、軸心方向Ｙでストレート形状に形成され、山部９５が所定の高さｈｔ１を有するとともに、谷部９６の板厚ｔ１が全て略同一に設定されている。また、図３０Ｂに示すように、例えば従来の鋼管杭の継手構造９８は、第４段部９４の谷部９６の板厚ｔ４（ｔ４＝Ｔ）に対して、第１段部９１の谷部９６の板厚ｔ１が０．２５Ｔ、第２段部９２の谷部９６の板厚ｔ２が０．５０Ｔ、第３段部９３の谷部９６の板厚ｔ３が０．７５Ｔとして設定されている。このように、従来の鋼管杭の継手構造９８では、第１段部９１の谷部９６の板厚ｔ１を基準に曲げ耐力が設計されており、第４段部９４の谷部９６の板厚ｔ４が非常に厚いテーパ形状に形成されている。

これらに対して本実施形態に係る継手構造７では、図１７に示すように、第１鋼管杭１に近い外嵌段部４ほど、外嵌谷部３３の板厚が大きく設定されているので、外嵌端部３をテーパ状に形成することができる。また、第１外嵌段部４１の外嵌谷部３３の板厚ｔ１を０．５０Ｔ〜０．８０Ｔと設定することにより、従来の鋼管杭の継手構造９８に比べて、第１外嵌段部４１の外嵌谷部３３の板厚ｔ１を厚くすることができる。そのため、第１外嵌段部４１で曲げ耐力を増大させることができるとともに、第４外嵌段部４４の外嵌谷部３３の板厚増加を抑制することができる。

図１９および図２０は、各々の外嵌段部４における板厚比と曲げ耐力比との関係を示すグラフである。図１９および図２０において、横軸の板厚比は、第１外嵌段部４１の板厚ｔ１、第２外嵌段部４２の板厚ｔ２、及び第３外嵌段部４３の板厚ｔ３を第４外嵌段部４４の板厚ｔ４（ｔ４＝Ｔ）で除した値を表し、縦軸の曲げ耐力比は、第４外嵌段部４４の曲げ耐力に対する、第１外嵌段部４１、第２外嵌段部４２、及び第３外嵌段部４３の曲げ耐力の比を表している。
なお、図１９は、外嵌余長部３５の板厚Ｄと、各々の外嵌段部４の外嵌山部３１の高さｈｔ１〜ｈｔ４（図１５参照）とが、ｈｔ１〜ｈｔ４＝Ｄ／８の関係を満足する場合の曲げ耐力比と板厚比との関係を示しており、図２０は、外嵌余長部３５の板厚Ｄと、各々の外嵌段部４の外嵌山部３１の高さｈｔ１〜ｈｔ４（図１５参照）とが、ｈｔ１〜ｈｔ４＝Ｄ／３の関係を満足する場合の曲げ耐力比と板厚比との関係を示している。

図１９および図２０に示すように、継手構造７では、第１外嵌段部４１の外嵌谷部３３の板厚ｔ１を０．５０Ｔ〜０．８０Ｔに設定することにより、第１外嵌段部４１の曲げ耐力を、第４外嵌段部４４の曲げ耐力と同等以上にすることできる。特に、図１９に示すように、ｈｔ１〜ｈｔ４＝Ｄ／８の場合、第１外嵌段部４１の外嵌谷部３３の板厚ｔ１が０．５５Ｔ〜０．７０Ｔの範囲にあると、第１外嵌段部４１の曲げ耐力比が１．２〜１．３程度となり、第１外嵌段部４１の曲げ耐力が非常に高くなる。また、図２０に示すように、ｈｔ１〜ｈｔ４＝Ｄ／３の場合、第１外嵌段部４１の外嵌谷部３３の板厚ｔ１が０．７０Ｔ〜０．７５Ｔの範囲にあると、第１外嵌段部４１の曲げ耐力比が１．２程度となり、第１外嵌段部４１の曲げ耐力が非常に高くなる。

また、図１９に示すように、継手構造７では、ｈｔ１〜ｈｔ４＝Ｄ／８の場合、第２外嵌段部４２の外嵌谷部３３の板厚ｔ２が０．６５Ｔ〜０．８０Ｔの範囲にあるとき、第２外嵌段部４２の曲げ耐力比が１．１〜１．２程度となり、第３外嵌段部４３の外嵌谷部３３の板厚ｔ３が０．８５Ｔ〜０．９０Ｔの範囲にあるとき、第３外嵌段部４３の曲げ耐力比が１．１程度となる。
また、図２０に示すように、ｈｔ１〜ｈｔ４＝Ｄ／３の場合、第２外嵌段部４２の板厚ｔ２が０．７５Ｔ〜０．８５Ｔの範囲にあるとき、第２外嵌段部４２の曲げ耐力比が１．１程度となり、第３外嵌段部４３の外嵌谷部３３の板厚ｔ３を０．９０Ｔとすると、第３外嵌段部４３の曲げ耐力比が１．１程度となる。

同様に、継手構造７では、各々の内嵌段部６において、第４内嵌段部６４の内嵌谷部５３の板厚ｔ４（ｔ４＝Ｔ）に対して、第１内嵌段部６１の内嵌谷部５３の板厚ｔ１が０．５０Ｔ〜０．８０Ｔ、第２内嵌段部６２の内嵌谷部５３の板厚ｔ２が０．６０Ｔ〜０．９０Ｔ、および第３内嵌段部６３の内嵌谷部５３の板厚ｔ３が０．８０Ｔ〜０．９５Ｔとなるように設定することにより、曲げ耐力を向上させることができる。なお、厳密には、外嵌段部４と内嵌段部６とで、鋼管杭の軸心方向Ｙの中心軸からの半径が異なるため、外嵌山部３１と内嵌山部５１とが軸心方向Ｙで互いに係合される面積を等しいと仮定すると、内嵌段部６の方が僅かに板厚が大きくなる。

上記の継手構造７では、外嵌段部４および内嵌段部６の段数がそれぞれ４である場合を示したが、図２１に示すように、外嵌段部４および内嵌段部６の段数がそれぞれ３であってもよい。この場合、第３外嵌段部４３の外嵌谷部３３の板厚ｔ３をＴとすると、図２２に示すように、第１外嵌段部４１の外嵌谷部３３の板厚ｔ１が０．６０Ｔ〜０．８０Ｔ、および第２外嵌段部４２の外嵌谷部３３の板厚ｔ２が０．７５Ｔ〜０．９５Ｔの範囲にあるとき、第１外嵌段部４１および第２外嵌段部４２の曲げ耐力を、第１鋼管杭１に最も近い第３外嵌段部４３の曲げ耐力よりも大きくすることができる。

また、図２３に示すように、外嵌段部４および内嵌段部６の段数がそれぞれ２であってもよい。この場合、第１鋼管杭１に最も近い第２外嵌段部４２の外嵌谷部３３の板厚ｔ２をＴとすると、図２４に示すように、第１外嵌段部４１の外嵌谷部３３の板厚ｔ１が０．７０Ｔ〜０．９０Ｔの範囲にあるとき、第１外嵌段部４１の曲げ耐力を第１鋼管杭１に最も近い第２外嵌段部４２の曲げ耐力よりも大きくすることができる。

また、図２５に示すように、外嵌段部４および内嵌段部６の段数がそれぞれ６であってもよい。この場合、外嵌端部３は、外嵌端部３の先端側から基端側まで、順番に第１外嵌段部４１、第２外嵌段部４２、第３外嵌段部４３、第４外嵌段部４４、第５外嵌段部４５、及び第６外嵌段部４６を有する。この構造によれば、第６外嵌段部４６の板厚ｔ６をＴとすると、図２６に示すように、第１外嵌段部４１の外嵌谷部３３の板厚ｔ１が０．３５Ｔ〜０．７０Ｔ、第２外嵌段部４２の外嵌谷部３３の板厚ｔ２が０．４５Ｔ〜０．７５Ｔ、第３外嵌段部４３の外嵌谷部３３の板厚ｔ３が０．５５Ｔ〜０．８０Ｔ、第４外嵌段部４４の外嵌谷部３３の板厚ｔ４が０．７０Ｔ〜０．９０Ｔ、および第５外嵌段部４５の外嵌谷部３３の板厚ｔ５が０．８０Ｔ〜０．９５Ｔの範囲にあるとき、第６外嵌段部４６を除く外嵌段部４（第１外嵌段部４１、第２外嵌段部４２、第３外嵌段部４３、第４外嵌段部４４、第５外嵌段部４５）の曲げ耐力を、第６外嵌段部４６の曲げ耐力よりも大きくすることができる。

また、外嵌段部４および内嵌段部６の段数は、上記のみに限定されない。図２７は、外嵌段部４の段数が２〜９の場合における、第１外嵌段部４１の曲げ耐力比が最大となる際の第１外嵌段部４１の外嵌谷部３３の板厚比（第１鋼管杭に最も近い外嵌段部４の外嵌谷部３３の板厚Ｔに対する第１外嵌段部４１の外嵌谷部３３の板厚ｔ１）と、外嵌段部４の段数との関係を示している。
なお、図２７において、四角形は、外嵌余長部３５の板厚Ｄと外嵌山部３１の高さ（ｈｔ１、ｈｔ２、・・・、ｈｔｎ：ｎは外嵌段部４の段数）とがｈｔ１〜ｈｔｎ＝Ｄ／３の関係にある場合を示し、菱形は、ｈｔ１〜ｈｔｎ＝Ｄ／８の関係にある場合を示す。

図２７に示すように、継手構造７では、外嵌段部４の段数が５〜９の場合、外嵌余長部３５の板厚Ｄと、外嵌山部３１の高さｈｔ１〜ｈｔｎとの関係をｈｔ１〜ｈｔｎ＝Ｄ／８〜Ｄ／３の範囲で変動させると、第１外嵌段部４１の曲げ耐力比が最大となるときの第１外嵌段部４１の板厚比は、０．３６〜０．６４程度の範囲で変動する。

図２８Ａ〜図２８Ｄは、継手構造７の各々の外嵌段部４（外嵌段部４の段数が４の場合）における、ＦＥＭ解析の結果を示す。具体的には、図２８Ａ〜図２８Ｄは、各々の外嵌段部４（４１、４２、４３、４４）における、外嵌谷部３３の外周面３６（図１７参照）からの距離と、外嵌谷部３３の軸心直交方向Ｘのひずみとの関係を示す。なお、図２８Ａは、第１外嵌段部４１の外嵌谷部３３の板厚ｔ１［ｍｍ］＝６の場合を示し、図２８Ｂは、第２外嵌段部４２の外嵌谷部３３の板厚ｔ２［ｍｍ］＝８の場合を示し、図２８Ｃは、第３外嵌段部４３の外嵌谷部３３の板厚ｔ３［ｍｍ］＝１０の場合を示し、図２８Ｄは、第４外嵌段部４４の外嵌谷部３３の板厚ｔ４［ｍｍ］＝１２の場合を示す。また、このＦＥＭ解析では、幾何学的非線形性を考慮した大変形を前提として、鋼管杭の一端を固定するとともに鋼管杭の他端に強制変位を与えており、また、外嵌端部３及び内嵌端部５の材料特性として、ヤング率、ポアソン比が鋼管杭と同一になるように設定している。

図２８Ａ〜図２８Ｄに示すように、各々の外嵌段部４では、外嵌端部３の外周面３６のひずみが最小となる直線勾配の応力分布となっている。すなわち、外嵌端部３の外周面３６から軸心直交方向Ｘに最も離間した位置のひずみが最大値となるように、各々の外嵌段部４で、外嵌谷部３３が曲げ応力を負担する。
また、図２８Ａに示すように、第１外嵌段部４１では、板厚比を０．５（ｔ１＝０．５Ｔ）とすることにより、最大ひずみを０．００２程度とすることができる。また、図２８Ｂに示すように、第２外嵌段部４２では、板厚比を０．６７（ｔ２＝０．６７Ｔ）とすることにより、最大ひずみを０．００２程度とすることができる。また、図２８Ｃに示すように、第３外嵌段部４３では、板厚比を０．８３（ｔ３＝０．８３Ｔ）とすることにより、最大ひずみを０．００２程度とすることができる。また、図２８Ｄに示すように、第４外嵌段部４４における最大ひずみは０．００２程度である。したがって、第１外嵌段部４１の板厚ｔ１、第２外嵌段部４２の板厚ｔ２、および第３外嵌段部４３の板厚ｔ３を上述した所定の範囲に設定することにより、各々の外嵌段部４における最大ひずみを略同一にすることができる。言い換えれば、上記所定の範囲に設定することにより、各々の外嵌段部４において、外嵌谷部３３の曲げ負担率に見合った板厚に設定できる。

このとき、本実施形態に係る継手構造７では、各々の外嵌段部４において、曲げ耐力と曲げ負担率とが均衡するため、従来のストレート形状の継手構造９０（図３０Ａ参照）、または従来の鋼管杭の継手構造９８（図３０Ｂ参照）と比較して、鋼材等の使用量を少なくしつつ、最大の曲げ耐力を得ることができる。

これにより、本実施形態に係る継手構造７では、外嵌端部３または内嵌端部５の板厚に無駄な部分を生じさせることなく、鋼材等の重量（体積）と曲げ耐力とが適切となるように設定されるため、必要以上に板厚を増加させることを抑制することができる。その結果、継手構造７の重量を低減させて鋼管杭の連結作業の効率を向上させるとともに、継手構造７の材料コストの上昇を抑制することが可能となる。また、継手構造７では、第１外嵌段部４１の板厚ｔ１を上述した所定の範囲に設定することにより、鋼材等の重量と曲げ耐力とを適切に設定することができ、継手構造７の設計精度を向上させるとともに、板厚の設計を容易にすることが可能となる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲がこれらの実施形態のみに限定されるものではない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、継手構造７では、第１鋼管杭１及び第２鋼管杭２の端部を切削することにより、第１鋼管杭１又は第２鋼管杭２の端部そのものに外嵌端部３又は内嵌端部５が設けられてもよい。また、第１鋼管杭１に内嵌端部５が設けられ、第２鋼管杭２に外嵌端部３が設けられてもよい。

本発明によれば、鋼管杭の回転作業の手間を低減するとともに、鋼管杭の必要以上の板厚増加を回避して、外嵌端部及び内嵌端部に十分な引張耐力および圧縮耐力を付与することのできる、鋼管杭の継手構造を提供することができる。従って、本発明は、産業上の利用可能性を十分に具備するものである。

１： 第１鋼管杭
２： 第２鋼管杭
３： 外嵌端部
３１： 外嵌山部
３２： 外嵌溝部
３３： 外嵌谷部
３４： 外嵌基端面
３５： 外嵌余長部
４： 外嵌段部
４１： 第１外嵌段部
４２： 第２外嵌段部
４３： 第３外嵌段部
４４： 第４外嵌段部
５： 内嵌端部
５１： 内嵌山部
５２： 内嵌溝部
５３： 内嵌谷部
５４： 内嵌基端面
５５： 内嵌余長部
６： 内嵌段部
６１： 第１内嵌段部
６２： 第２内嵌段部
６３： 第３内嵌段部
６４： 第４内嵌段部
７： 鋼管杭の継手構造
８： 当接面
８１： 引張側当接面
８６： 圧縮側当接面
Ｗ： 周方向
Ｘ： 軸心直交方向
Ｙ： 軸心方向

Claims (6)

1. 第１鋼管杭と第２鋼管杭とを直列に接合する、鋼管杭の継手構造であって、
   前記第１鋼管杭の一端に設けられ、前記第１鋼管杭の軸心方向に沿って複数の外嵌段部が形成された外嵌端部と；
   前記第２鋼管杭の一端に設けられてかつ、前記外嵌端部に挿入されるとともに、前記第２鋼管杭の軸心方向に沿って複数の内嵌段部が形成された内嵌端部と；
   を備え、
   前記複数の外嵌段部のそれぞれが、
   その内周面から前記第１鋼管杭の径方向内側へ向かって突出してかつ、前記第１鋼管杭の周方向に沿って設けられた複数の外嵌山部と、
   前記第１鋼管杭の周方向において互いに隣り合う前記外嵌山部の間に形成された複数の外嵌溝部と、
   前記内周面において前記各外嵌山部に隣接してかつ前記第１鋼管杭に近い基端側に形成された外嵌谷部と、
   を有し、
   前記複数の内嵌段部のそれぞれが、
   その外周面から前記第２鋼管杭の径方向外側へ向かって突出してかつ、前記第２鋼管杭の周方向に沿って設けられた複数の内嵌山部と、
   前記第２鋼管杭の周方向において互いに隣り合う前記内嵌山部の間に形成された複数の内嵌溝部と、
   前記外周面において前記各内嵌山部に隣接してかつ前記第２鋼管杭に近い基端側に形成された内嵌谷部と、
   を有し、
   前記複数の外嵌段部では、前記第１鋼管杭に近い外嵌段部であるほど前記外嵌谷部の板厚が大きく形成され、
   前記複数の内嵌段部では、前記第２鋼管杭に近い内嵌段部であるほど前記内嵌谷部の板厚が大きく形成され、
   前記各外嵌段部における前記複数の外嵌山部の個数、および前記各内嵌段部における前記複数の内嵌山部の個数が、それぞれ８以上であり、
   前記第１鋼管杭から最も遠い外嵌段部である第１外嵌段部、および前記第２鋼管杭から最も遠い内嵌段部である第１内嵌段部において、
   前記第１鋼管杭の軸心方向における前記外嵌山部の長さと前記外嵌谷部の長さとの和、および前記第２鋼管杭の軸心方向における前記内嵌山部の長さと前記内嵌谷部の長さとの和をそれぞれＬｇ１と定義し、
   前記第１鋼管杭の軸心方向における前記外嵌山部の長さ、および前記第２鋼管杭の軸心方向における前記内嵌山部の長さをそれぞれＬｍ１と定義し、
   前記外嵌溝部および前記内嵌溝部の周方向における幅をＣ２と定義し、
   さらに、前記第１外嵌段部に隣接する第２外嵌段部、および前記第１内嵌段部に隣接する第２内嵌段部において、前記第１鋼管杭の軸心方向における前記外嵌山部の長さ、および前記第２鋼管杭の軸心方向における前記内嵌山部の長さをそれぞれＬｍ２と定義したとき、
   前記外嵌端部および前記内嵌端部の少なくとも一方が、下記の式（１）および式（２）を満足する
   ことを特徴とする鋼管杭の継手構造。
   Ｃ２／２≧Ｌｇ１ ・・・式（１）
   Ｌｍ１＞Ｌｍ２ ・・・式（２）
2. 前記複数の外嵌段部と前記複数の内嵌段部との間で互いに当接する当接面のうち、前記第１外嵌段部において圧縮力を負担させる圧縮側当接面の圧縮面積、および前記第１内嵌段部において圧縮力を負担させる圧縮側当接面の圧縮面積をそれぞれＡｃ１と定義し、前記第２外嵌段部において圧縮力を負担させる圧縮側当接面の圧縮面積、および前記第２内嵌段部において圧縮力を負担させる圧縮側当接面の圧縮面積をそれぞれＡｃ２と定義し、
   さらに、前記第２外嵌段部および前記第２内嵌段部において、前記第１鋼管杭の軸心方向における前記外嵌山部の長さと前記外嵌谷部の長さとの和、および前記第２鋼管杭の軸心方向における前記内嵌山部の長さと前記内嵌谷部の長さとの和をそれぞれＬｇ２と定義したとき、
   前記外嵌端部および前記内嵌端部の少なくとも一方が、下記の式（３）を満足する
   ことを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭の継手構造。
   Ｌｍ１≧（Ａｃ１／Ａｃ２）×Ｌｇ２ ・・・式（３）
3. 前記複数の外嵌段部の個数が４であり、
   前記第１外嵌段部の前記外嵌谷部の板厚が、前記第１鋼管杭に最も近い外嵌段部の前記外嵌谷部の板厚の５０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管杭の継手構造。
4. 前記複数の外嵌段部の個数が３であり、
   前記第１外嵌段部の前記外嵌谷部の板厚が、前記第１鋼管杭に最も近い外嵌段部の前記外嵌谷部の板厚の６０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管杭の継手構造。
5. 前記複数の外嵌段部の個数が２であり、
   前記第１外嵌段部の前記外嵌谷部の板厚が、前記第２外嵌段部の前記外嵌谷部の板厚の７０％以上９０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管杭の継手構造。
6. 前記複数の外嵌段部の個数が５以上９以下であり、
   前記第１外嵌段部の前記外嵌谷部の板厚が、前記第１鋼管杭に最も近い外嵌段部の前記外嵌谷部の板厚の３５％以上７０％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管杭の継手構造。

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