JP6137115B2 - 鋼管の接合継手 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管杭、鋼管矢板、構真柱などの地中に打設する構造体を構成する鋼管同士を接合する鋼管の接合継手に関するものである。

地滑り抑止用の鋼管杭や長尺の支持杭等は施工場所の条件によっては、例えば直径２００〜１５００ｍｍ程度で長さ数十ｍにも及ぶものがある。
このような場合、短尺の鋼管杭を施工現場において杭の打設途中で接合することが必要となり、この接合には接合対象となる鋼管杭のそれぞれの端部に取り付けられる接合継手が用いられる。

このような接合継手の例として、特許文献１に開示された、「鋼管杭の接合継手」がある。
この鋼管杭の接合継手３１は、図８に示すように、接合される一方の鋼管杭端に接合された雄ねじを有する雄側筒体３３と、他方の鋼管杭端に接合された雌ねじを有する雌側筒体３５とからなり、ねじは平行ねじの３条以上の多条ねじとし、雄側筒体の先端に前記雌ねじ内径に遊嵌する外径を有する円筒部３７を設けたことを特徴とするものである（特許文献１の請求項１参照）。

特開平１０−３１１０２８号公報

図９は、図８に示した従来の接合継手３１の近傍を模式的に示したものであり、雄側筒体３３の基端側の外周面と雌側筒体３５の外周面とがほぼ面一になっている。このような構造にするために、雄側筒体３３では基端側から内側に張り出すように筒体を形成し、該筒体の外周面に雄ねじを形成している。
図９の矢印で示すような全体曲げ荷重が作用すると、接合継手３１の図中左側には圧縮力が作用し、図中右側には引張り力が作用する。
引張り力が作用する部位では、図９の長丸で囲んだ部分を図示した図１０に示すように、全体曲げ荷重に起因する若干の継手外れが生ずる。
また、上述したように、雄側筒体３３は基端側から内側に張り出すように筒体を形成しており、このような構造の接合継手３１に引張荷重が作用すると、雄側筒体３３では、図１１の破線で示すように、ねじの噛み合い部から一旦張出し部の中心付近を経由して基端側の中心に力が流れる。このため、図１１のＭで示すように、力の伝達経路に大きなズレが発生する。このズレに起因して、図１２の丸で囲んだ部位に局所曲げが作用して継手外れが生じる。この局所曲げが大きくなると、全体曲げに起因する継手外れと局所曲げに起因する継手外れが合わさって、継手が完全に外れてしまい、荷重が伝達できなくなる可能性がある。
このため、従来は一部のねじの噛み合いが外れても荷重を伝達できるようにねじ部の長さを長くする、あるいはねじ山の高さを高くする、セットボルトで雄側筒体と雌側筒体を接続する等の対策を必要とし、継手のサイズアップとコストアップの原因となっていた。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、ねじ部の長さを長くしたりしなくても引張り荷重が作用した際に外れにくい鋼管の接合継手を提供することを目的としている。

（１）本発明に係る鋼管の接合継手は、地中に打設する構造体を構成する鋼管の端部に取り付けられて前記鋼管同士を接合する鋼管の接合継手であって、
平行ねじで多条ねじからなる雄ねじを有すると共に一端側が前記鋼管との接合部となっている雄側筒体と、平行ねじで多条ねじからなる雌ねじを有すると共に一端側が前記鋼管との接合部となっている雌側筒体とを有し、
前記雄側筒体と前記雌側筒体を接合した状態で、前記雄ねじと前記雌ねじの中心と前記接合部の板厚方向の中心とが一致するように構成されていることを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記雄側筒体は、内方に向けて張り出して外径が縮径する縮径部を有し、該縮径部の外面に前記雄ねじが形成されており、前記雌側筒体は、外方に向けて張り出して外径が拡径する拡径部を有し、該拡径部の内面に前記雌ねじが形成されていることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記雌側筒体の先端部に、筒軸中心に対して点対称で、かつ径方向に傾斜する傾斜面を全周に亘って形成すると共に、前記雄側筒体に前記傾斜面と傾斜方向及び傾斜角が同じ傾斜面を全周に亘って形成し、
前記雄側筒体の雄ねじをねじ込んで締めた状態において、前記雌側筒体の先端部の傾斜面が前記雄側筒体に形成した前記傾斜面に当接することを特徴とするものである。

（４）また、上記（３）に記載のものにおいて、前記傾斜面の傾斜角度を５度〜２５度の範囲に設定したことを特徴とするものである。

（５）また、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、前記雄側筒体の基端側と前記雌側筒体の先端側の間、及び前記雄側筒体の先端側と前記雌側筒体の基端側との間に、それぞれインロー構造を設けたことを特徴とするものである。

本発明の鋼管の接合継手においては、平行ねじで多条ねじからなる雄ねじを有すると共に一端側が前記鋼管との接合部となっている雄側筒体と、平行ねじで多条ねじからなる雌ねじを有すると共に一端側が前記鋼管との接合部となっている雌側筒体とを有し、
前記雄側筒体と前記雌側筒体を接合した状態で、前記雄ねじと前記雌ねじの中心と前記接合部の板厚方向の中心とが一致するように構成したので、接合継手に引張り荷重が作用した場合に生ずる局所的な曲げが小さくなり、継手部が外れにくくなる。そのため、継手部の外れ防止のためにねじ部を長くしたりする必要がなく、接合継手のコンパクト化が実現できる。

本発明の一実施の形態に係る接合継手の要部の説明図である。 図１に示した接合継手の要部に引張り荷重が作用した際の作用を説明する説明図である。 本発明の一実施の形態に係る接合継手の他の特徴点を説明する説明図である。 本発明の一実施の形態に係る接合継手の作用を説明する説明図である。 本発明の一実施の形態に係る接合継手の傾斜角度の適正範囲について説明する説明図である。 本発明の他の実施の形態の説明図である。 図６の一部を拡大して示す拡大図である。 従来例の説明図である。 従来例の課題を説明する説明図である（その１）。 図９の長丸で囲んだ部位に引張り力が作用した場合の作用を説明する説明図である。 従来例の課題を説明する説明図である（その２）。 従来例の課題を説明する説明図である（その３）。

［実施の形態１］
本発明の一実施の形態に係る鋼管の接合継手１（以下、単に「接合継手１」という）は、地中に打設する構造体を構成する鋼管３の端部に取り付けられて鋼管３同士を接合する鋼管３の接合継手１であって、図１に示すように、雄側筒体５と雌側筒体７によって構成されている。

雄側筒体５は、平行ねじで多条ねじからなる雄ねじを有すると共に基端側に鋼管３と溶接接合する雄側接合部９が形成されている。雄側筒体５は、内方に向けて張り出して外径が縮径する縮径部１１を有し、縮径部１１の外面に雄ねじが形成されている。

雌側筒体７は、平行ねじで多条ねじからなる雌ねじを有すると共に基端側に鋼管３と溶接接合する雌側接合部１３が形成されている。雌側筒体７は、外方に向けて張り出して外径が拡径する拡径部１５を有し、拡径部１５の内面に雌ねじが形成されている。

雄側筒体５と雌側筒体７を接合した状態で、雄ねじと雌ねじの噛み合いの中心と接合部の板厚方向の中心とが一致するように構成されている。図１では、噛み合いの中心と接合部の板厚方向の中心を一点鎖線で示している。
このように、前記中心が一致することで、引張り荷重が作用した場合に生ずる局所的な曲げが小さくなり、継手部が外れにくくなる。
なお、ねじ継手の場合、雄ねじと雌ねじの間に数mmのクリアランスがあるのが一般的であり、本明細書において中心の一致とは、このようなクリアランスによるズレは誤差の範囲として、「一致」すると見なしている。

図２は、図１に示した接合継手１に引張り荷重が作用した際の力の流れを破線で示している。
図２に示すように、力の流れの偏芯量ｍが従来例を示した図１１の偏芯量Ｍよりも小さくなっており、その結果、多少の局所的な曲げは生ずるものの従来例に比較すると各段に小さくなっている。
このため、引張り荷重が作用しても、接合継手１が外れにくくなっており、換言すれば、従来例と同じ外れ難さを確保する場合、ねじ部の長さを短くすることができ、接合継手１のコンパクト化を図ることができる。

また、本実施の形態の接合継手１は、他の特徴として、図３に示すように、雌側筒体７の雌側先端部の全周に、筒軸中心に対して点対称となると共に、先端部を上方に向けた状態で径外方向に下り傾斜となる傾斜角度αの雌側傾斜面１７が形成されている。
他方、雄側筒体５の基端側の外周座には、接合状態において雌側傾斜面１７と傾斜方向及び傾斜角度が同じ雄側傾斜面１９が設けられている。
雄側筒体５ねじ込んで締めた状態において、雌側傾斜面１７と雄側傾斜面１９は当接する。
雌側傾斜面１７と雄側傾斜面１９が当接するためには、図３に示すように、雄側筒体５をねじ込んで締めた状態において、雄側筒体５の雄側先端部２１と雌側筒体７の内周座２３との間に隙間が生ずるようにすればよい。もっとも、接合継手１による接合完了と同時に、雄側筒体５の先端部と雌側筒体７の内周座２３とが当接するようにしてもよい。
なお、雌側筒体７の先端部の傾斜角度αの好ましい値については後述する。

上記のように構成された雌側傾斜面１７と雄側傾斜面１９の作用について説明する。
ねじ込み完了直前には、雌側筒体７に形成した雌側傾斜面１７が雄側筒体５に形成した雄側傾斜面１９に当接し、これらの当接とねじの回転による押し付け力によってクリアランスに基づく芯ずれを自動的に調整する作用が生ずる。
以下、この点について、図４に基づいて詳細に説明する。

図４（ａ）は、ねじ込み完了直前の雌側傾斜面１７と雄側傾斜面１９の一部が当接した状態における縦断面図である。
図４（ａ）に示すように、ねじ込み完了直前には、ねじ部に設けたクリアランスの影響で雌側傾斜面１７と雄側傾斜面１９が水平方向にずれる場合がある。このとき、仮に図４（ａ）に示すように図中上側にある雄側傾斜面１９が雌側傾斜面１７に対して図中右方向にずれたとすると、雄側傾斜面１９は水平状態を保って雌側傾斜面１７に近づくので、図中左側の雄側傾斜面１９と雌側傾斜面１７は当接するが、図中右側の雄側傾斜面１９と雌側傾斜面１７は当接することなく隙間が存在する。
この状態で、雄側筒体５を回転させて最後のねじ込みを行うと、上側に存在する雄側傾斜面１９が下側に存在する雌側傾斜面１７に案内されて傾斜面を滑るようにして、図４（ｂ）の状態になる。
このようにして、ねじ込み完了時には雌側筒体７と雄側筒体５の軸芯が一致した状態に自動的に調芯される。

なお、傾斜角度αが小さすぎるとねじ込み完了時の雄側筒体５を案内する作用が小さくなり、逆に傾斜角度αが大きくなりすぎると当接面における圧縮荷重の伝達機能が損なわれる。そこで、傾斜角度αの好ましい範囲について検討したので、この点について以下説明する。

図５は傾斜角度と芯ずれ補正力及び荷重伝達機能との関係をグラフ表示したものであり、横軸が傾斜角度αを示し、左側の縦軸が芯ずれ補正力を示し、右側の縦軸が荷重伝達機能の健全性を示している。
図５に示すように、傾斜角度αが大きくなるに従って芯ずれの補正力は向上する。他方、傾斜角度がある値（２５度）以上になると荷重伝達機能の健全性が阻害されるようになる。
このことから、補正力を発揮しつつ荷重伝達機能の健全性を担保できる傾斜角度αの範囲としては、５度以上２５度以下が好ましい。

なお、本発明は雄側筒体５と雌側筒体７を接合した状態で、雄ねじと雌ねじの噛み合いの中心と接合部の板厚方向の中心とが一致するように構成した点が第１の特徴であり、接合状態で当接する雌側傾斜面１７と雄側傾斜面１９を設ける点は必須ではない。

［実施の形態２］
本実施の形態の接合継手２５は、図６、図７に示すように、雌側筒体７の先端部及び雄側筒体５の外周座における傾斜面の径方向内側に互いに軸方向に遊嵌する遊嵌合部２７（インロー構造）を全周に亘って形成したものである。
図６、図７には遊嵌合部２７の例として、雌側筒体７の先端部に円環状の凸部２７ａを設け、雄側筒体５の外周座には、凸部２７ａが遊嵌する円環状の凹溝２７ｂを設けたものを示している。

遊嵌合部２７を設けることにより、接合された鋼管３に曲げ力が作用し、接合継手２５が湾曲したときにも、雌側筒体７と雄側筒体５の螺合しているねじが外れるのを防止することができる。

なお、凸部２７ａや凹溝２７ｂを設けた場合であっても、接合継手２５をねじ込んだときには雌側傾斜面１７及び雄側傾斜面１９が当接するためには、凸部２７ａと凹溝２７ｂとの間には図７に示すように隙間が形成されるようになっている。

１ 接合継手（実施の形態１）
３ 鋼管
５ 雄側筒体
７ 雌側筒体
９ 雄側接合部
１１ 縮径部
１３ 雄側接合部
１５ 拡径部
１７ 雌側傾斜面
１９ 雄側傾斜面
２１ 雄側先端部
２３ 内周座
２５ 接合継手（実施の形態２）
２７ 遊嵌合部
２７ａ 凸部
２７ｂ 凹溝

Claims (5)

1. 地中に打設する構造体を構成する鋼管の端部に取り付けられて前記鋼管同士を接合する鋼管の接合継手であって、
   平行ねじで多条ねじからなる雄ねじを有すると共に一端側が前記鋼管との接合部となっている雄側筒体と、平行ねじで多条ねじからなる雌ねじを有すると共に一端側が前記鋼管との接合部となっている雌側筒体とを有し、
   前記雄側筒体と前記雌側筒体を接合した状態で、前記雄ねじと前記雌ねじの中心と前記接合部の板厚方向の中心とが一致するように構成されていることを特徴とする鋼管の接合継手。
2. 前記雄側筒体は、内方に向けて張り出して外径が縮径する縮径部を有し、該縮径部の外面に前記雄ねじが形成されており、前記雌側筒体は、外方に向けて張り出して外径が拡径する拡径部を有し、該拡径部の内面に前記雌ねじが形成されていることを特徴とする請求項１記載の鋼管の接合継手。
3. 前記雌側筒体の先端部に、筒軸中心に対して点対称で、かつ径方向に傾斜する傾斜面を全周に亘って形成すると共に、前記雄側筒体に前記傾斜面と傾斜方向及び傾斜角が同じ傾斜面を全周に亘って形成し、
   前記雄側筒体の雄ねじをねじ込んで締めた状態において、前記雌側筒体の先端部の傾斜面が前記雄側筒体に形成した前記傾斜面に当接することを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼管の接合継手。
4. 前記傾斜面の傾斜角度を５度〜２５度の範囲に設定したことを特徴とする請求項３記載の鋼管の接合継手。
5. 前記雄側筒体の基端側と前記雌側筒体の先端側の間、及び前記雄側筒体の先端側と前記雌側筒体の基端側との間に、それぞれインロー構造を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の鋼管の接合継手。