JP6881388B2

JP6881388B2 - 鋼管の継手構造

Info

Publication number: JP6881388B2
Application number: JP2018089194A
Authority: JP
Inventors: 和臣市川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2018-05-07
Filing date: 2018-05-07
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2038-05-07
Also published as: JP2019196589A

Description

本発明は、鋼管を接合する鋼管の継手構造に関するものである。

鋼管杭や鋼管矢板では、施工現場において、溶接接合により継杭して施工されるのが一般的である。
しかしながら、溶接接合では、溶接部の品質が溶接工の技量に左右されること、施工が雨や風の影響を受けてしまうこと、鋼管が大径や厚肉になるほど時間を要すること、溶接後に超音波探傷などの非破壊検査が必要となることなどが問題となっており、溶接に変わる接合方法が望まれている。

溶接に代わる鋼管の接続方法として、機械式継手によるものが多数出願されており、例えば特許文献１に開示された「鋼管の継手構造２」がある（図５、図６参照）。
同公報に開示された鋼管の継手構造２は、図５、図６に示すように、「接合対象となる鋼管３の接合端部に外側継手管５と内側継手管７をそれぞれ設け、これら外側継手管５と内側継手管７を管軸方向に互いに挿入することにより鋼管３同士を接続する鋼管の継手構造２であって、内側継手管７に形成され、これらを周方向複数に分割するスリット９と、内側継手管７の外周面に形成した凸部１１と、外側継手管５の内周面に形成され、内側継手管７を外側継手管５に挿入した状態において凸部１１に係合して凸部１１と共に引張荷重に対して抵抗する係合部１３と」を備えたものである（同公報の請求項１参照）。
また、外側継手管５の基部側には周方向に一定の間隔を離してボルト１７を挿入するためのボルト孔１９が複数個設けられ、また、内側継手管７の先端側には、内側継手管７を外側継手管５に挿入した状態で、外側継手管５に設けたボルト孔１９に対向する位置にボルト孔２１が設けられている。

上記のように構成された「鋼管の継手構造２」の接合は以下のように行われる。
接続する鋼管３を現場に持ち込み、下側の鋼管３の外側継手管５を固着していない方の先端を土中に打ち込む。打ち込みが進み、上側の鋼管３を接続する状態になったときに、上側の鋼管３に固着した内側継手管７の先端を下側の鋼管３に固着した外側継手管５に位置合わせして、内側継手管７を外側継手管５に挿入する。内側継手管７はスリット９によって複数に分割されているので、挿入時には、分割された各片部１５が内側に弾性変形し、挿入完了時に該弾性変形が回復することで内側継手管７の凸部１１が外側継手管５の係合部１３に係合する。その状態で、外側継手管５のボルト孔１９と内側継手管７のボルト孔２１にボルト１７を挿通して締結することで接続が完了する。

特許第４６００４０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の鋼管の接続方法には以下の課題が残されていた。
内側継手管７にはスリット９が設けられており、スリット９で分割された各片部１５が内側継手管７の径方向に弾性変形するが、内側継手管７は円形であり、これをスリット９によって分割した各片部１５の基端部も周方向に湾曲しており、径方向の変形に対しては剛性が高く、弾性変形しにくい構造になっている。
そのため、内側継手管７と外側継手管５の接合時において、鋼管３の自重のみでは各片部１５が変形せず、内側継手管７を外側継手管５に完全に挿入して両者を篏合させることができず、別途、付加荷重を掛けなければならない場合が生じ、作業性が悪い。

また、接合の最後に行うボルト締結にも多大なトルクを要し、最悪の場合ボルト１７が破損する恐れがある。
これを解決するためには、スリット９による分割数を多くして、弾性変形する部位の周方向の幅を小さくするのが効果的であるが、製作コストが上昇するという問題がある。また、実際の嵌合時には必ずしも全て片部１５が均等に接触して荷重が作用する訳ではないため、一部の片部１５のみに接触した場合に容易にねじれたり曲がったりしてしまうため、現実的ではない。

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、製造コストが大きく上昇することなく、鋼管の接合時の作業性に優れ、また鋼管同士の接合後の機能に支障の生じない鋼管の継手構造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継手構造は、接合対象となる鋼管の一方の接合端部に設けられる外側継手管と、接合対象となる他方の鋼管の端部に設けられ、前記外側継手管に挿入可能で挿入完了時に前記外側継手管の係合部に係合する凸部を先端側に有する内側継手管とを有し、前記内側継手管は、スリットによって管周方向複数に分割された短冊状の片部を有し、前記外側継手管に挿入時に前記各片部が内側に弾性変形し、挿入完了時に該弾性変形が回復することで前記凸部が前記外側継手管の係合部に係合する鋼管の継手構造であって、
前記各片部は、基部側に径方向の断面積は基部の他部と同じか大きくて、径方向への変形が他部よりも容易な変形容易部を有し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、前記変形容易部は、径方向に凹凸する波形状部であることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記変形容易部は、内面及び外面が平坦面で断面が矩形状の矩形状部であることを特徴とするものである。

（４）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記変形容易部は、断面が矩形状で、かつ径方向に凹凸する波形である矩形波形状部であることを特徴とするものである。

本発明に係る鋼管の継手構造は、接合対象となる鋼管の一方の接合端部に設けられる外側継手管と、接合対象となる他方の鋼管の端部に設けられ、前記外側継手管に挿入可能で挿入完了時に前記外側継手管の係合部に係合する凸部を先端側に有する内側継手管とを有し、前記内側継手管は、スリットによって管周方向複数に分割された短冊状の片部を有し、前記外側継手管に挿入時に前記各片部が内側に弾性変形し、挿入完了時に該弾性変形が回復することで前記凸部が前記外側継手管の係合部に係合する鋼管の継手構造であって、
前記各片部は、基部側に径方向の断面積は基部の他部と同じか大きくて、径方向への変形が他部よりも容易な変形容易部を有していることにより、嵌合荷重やボルト締付けによって、各片部に水平方向荷重が作用した際に、変形容易部が弾性変形しやすいため、鋼管の接合時の作業性に優れ、また鋼管同士の接合後の機能に支障が生じることもなく、さらには、変形容易部を有していない場合と比較して、スリットによる分割数を増やす必要がなく、大きな製造コストの上昇もない。

本発明の実施の形態に係る鋼管の継手構造の説明図であって、該構造の一部を断面で示した図である。図１に示した鋼管の継手構造の作用の説明図である。図５、図６に示した従来例の作用の説明図である。本発明の実施の形態の他の態様図である。従来の鋼管の継手構造の説明図である。図５に示した鋼管の継手構造の一部を断面で示した図である。

本実施の形態に係る鋼管の継手構造を、図１に基づいて説明する。なお、全体構造は、従来例を示した図５、６と同様であり、図１は従来例の図６に相当する図である。従来例を説明した図と同一及び対応する部分には同一の符号を付してある。

本実施の形態に係る鋼管の継手構造１は、接合対象となる鋼管３の一方の接合端部に設けられる外側継手管５と、接合対象となる他方の鋼管３の端部に設けられ、外側継手管５に挿入可能で挿入完了時に外側継手管５の係合部２５に係合する凸部２３を先端側に有する内側継手管７とを有している。
以下、各構成を詳細に説明する。

＜外側継手管＞
外側継手管５は、円筒体からなり、その基部側の内面には、内側継手管７の凸部２３が係合する係合部２５が設けられている。
また、外側継手管５の基部側には、内側継手管７を挿入した状態でボルト接合するためのボルト孔１９が設けられている。

＜内側継手管＞
内側継手管７は、スリット９（図５参照）によって管周方向複数に分割された短冊状の片部１５を有し、各片部１５は、基部側に径方向に凹凸する波形状部２７を有している。波形状部２７は、径方向の断面積は基部の他部と同じか大きくて、径方向への変形が他部よりも容易になっており、本発明の変形容易部に相当する。
なお、内側継手管７は、切削加工によって形成するが、波形状部２７は、軸対称構造であるため、通常の切削方法で対応でき、製作コスト上昇がほとんどない。
波形状部２７の断面積を基部の他部と同じか大きく設定しているのは、内側継手管７と外側継手管５の連結後、引っ張り荷重が作用したときに当該部位の耐力が低下するのを防止するためである。

また、内側継手管７は、先端側の外面には、外側継手管５の係合部２５に係合する凸部２３が設けられている。さらに、内側継手管７の先端側には、外側継手管５とボルト接合するためのボルト孔２１が設けられている。

以上のように構成された本実施の形態に係る鋼管の継手構造１の作用について、図２に基づいて説明する。
図２に示すように、内側継手管７を外側継手管５に挿入すると、内側継手管７の凸部２３が外側継手管５の内面に当接するため、内側継手管７の各片部１５は、図２に示すように、径方向内側方向の水平力を受けて弾性変形する。このとき、図３に示す従来例の場合には、板厚の内側が縮み外側が伸びて曲げが発生して弾性変形することになる。しかし、この場合、曲げが発生する箇所は、若干湾曲しているため、剛性が高く曲がりにくい。

これに対して、本実施の形態では、図２に示すように、波形状部２７における波形状の角度が変化する（広がる）ことができるので、板としての曲げ剛性が大幅に低下しており、従来例に比較すると、小さな水平力で弾性変形することができる。このため、内側継手管７の外側継手管５への挿入を自重のみで行うことも可能となり、作業性が向上する。
また、挿入完了後にボルト１７による締め付けを行う際の締め付け荷重も小さくすることができる。

以上のように、本実施の形態においては、内側継手管７の各片部１５の基部に波形状部２７を設けたことにより、各片部１５に水平方向荷重が作用した際に、通常の曲げ（圧縮側の面が縮み、引張側の面が伸びることによる変形）に加えて波形状部２７の角度が変化することになる。このため、波形状部２７がない場合と比較して、スリット９による分割数を増やさなくても曲げ剛性を大幅に低減させ、内側継手管７の外側継手管５への挿入作業や、ボルト１７による締め付け作業を円滑に行うことができる。

なお、上記の実施の形態では、本発明の変形容易部として、一つの波形状からなる波形状部２７の例であったが、図４に示すように、波形状が複数からなる波形状部２９であってもよい。
波形状が複数あれば篏合時やボルト締結時に、各波形状の角度が開くように変形するので、波形状の数が多いほど、剛性が低下して篏合作業やボルト締結作業がより円滑化される。もっとも、波形状は先端側にいくほど剛性低下の効果が小さくなるので、波形状の数は、加工コストを踏まえて数を適切に設定するのがよい。

また、本発明の変形容易部は、上述したような波形状に限られず、径方向の断面積が基部の他部と同じか大きくて、径方向への変形が他部よりも容易な形状であればよく、内面及び外面が平坦面で断面が矩形状からなるものであってもよい。
また、断面が矩形状でかつ波形状からなるものであってもよい。

１鋼管の継手構造(本発明)
２鋼管の継手構造(従来例)
３鋼管
５外側継手管
７内側継手管
９スリット
１１凸部
１３係合部
１５片部
１７ボルト
１９ボルト孔（外側継手管）
２１ボルト孔（内側継手管）
２３凸部
２５係合部
２７波形状部
２９波形状部（複数）

Claims

接合対象となる鋼管の一方の接合端部に設けられる外側継手管と、接合対象となる他方の鋼管の端部に設けられ、前記外側継手管に挿入可能で挿入完了時に前記外側継手管の係合部に係合する凸部を先端側に有する内側継手管とを有し、前記内側継手管は、スリットによって管周方向複数に分割された短冊状の片部を有し、前記外側継手管に挿入時に前記各片部における前記先端側と反対側である基部側が内側に弾性変形し、挿入完了時に該弾性変形が回復することで前記凸部が前記外側継手管の係合部に係合する鋼管の継手構造であって、
前記各片部は、曲げ剛性が該各片部における他部よりも低減されて径方向への変形が容易な変形容易部を前記基部側に有し、該変形容易部の径方向の断面積は前記基部側における前記他部の径方向断面積と同じか大きく設定されていることを特徴とする鋼管の継手構造。
前記変形容易部は、径方向に凹凸する波形状部であることを特徴とする請求項１記載の鋼管の継手構造。
前記変形容易部は、内面及び外面が平坦面で断面が矩形状の矩形状部であることを特徴とする請求項１記載の鋼管の継手構造。
前記変形容易部は、断面が矩形状で、かつ径方向に凹凸する波形である矩形波形状部であることを特徴とする請求項１記載の鋼管の継手構造。