JP6897514B2 - 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。

特許文献１および特許文献２には、鋼管杭を軸芯方向に連結する継手構造が記載されている。この継手構造において、それぞれの杭に形成される一対の外嵌端部および内嵌端部は、外嵌端部と内嵌端部とを互いに嵌合させた状態で軸芯回りに相対回転させたときに互いに係合し合う係合部および被係合部を有する。このような形式の継手構造は、例えば従来用いられていたねじ式のものに比べて、双方の杭の回転量が小さいため施工が容易であり、また曲げ剛性が向上するという利点を有する。

特開２０１６−２９２５０号公報 特開２０１５−１４３４６６号公報

図１１に示すように、上記の特許文献１および特許文献２では、外嵌端部（外嵌部材）の外径が鋼管杭の外径に一致している。図１１（Ａ）は、特許文献１に記載された継手構造を模式的に示す図である。図示された継手構造は、内嵌部材７０と外嵌部材８０とを含み、外嵌部材８０の外周面８０Ａが鋼管杭１および鋼管杭２の外周面に揃えられている。すなわち、外嵌部材８０の外径は鋼管杭１および鋼管杭２の外径に一致する。図１１（Ａ）の例では、内嵌部材７０を外嵌部材８０の内側に嵌合させた組立体９０の板厚ｔ_９０が鋼管杭１および鋼管杭２の板厚ｔよりも厚く、従って組立体９０の板厚中心ｔ_ｃ９０は鋼管杭１および鋼管杭２の板厚ｔの範囲から外れて内側に位置し、鋼管杭１および鋼管杭２の板厚中心ｔ_ｃから離れている。

一方、図１１（Ｂ）は、特許文献２に記載された継手構造を模式的に示す図である。この継手構造では、外嵌部材８０の外周面８０Ａが鋼管杭１および鋼管杭２の外周面に揃えられているのに加えて、内嵌部材７０の内周面７０Ａが鋼管杭１および鋼管杭２の内周面に揃えられている。つまり、図１１（Ｂ）の例では、内嵌部材７０および外嵌部材８０からなる組立体９０の板厚ｔ_９０が鋼管杭１および鋼管杭２の板厚ｔに等しく、従って組立体９０の板厚中心ｔ_ｃ９０は鋼管杭１および鋼管杭２の板厚中心ｔ_ｃに一致する。

ここで、組立体９０の板厚中心ｔ_ｃ９０は、全体として管状の組立体９０の管壁にあたる部分の板厚の中心、すなわち組立体９０が構成されたときに内嵌部材７０の内周面７０Ａと外嵌部材８０の外周面８０Ａとを組立体９０の径方向に結ぶ線分の中点によって形成される面である。板厚中心ｔ_ｃ９０は３次元的には円筒面であるが、図１１のような断面図では組立体９０の管壁にあたる部分の中心線として現れる。同様に、鋼管杭１および鋼管杭２の板厚中心ｔ_ｃも、鋼管杭１および鋼管杭２の内周面と外周面とを径方向に結ぶ線分の中点によって形成される円筒面であり、断面図では鋼管杭１および鋼管杭２の管壁の中心線として現れる。以下、本明細書において定義される他の部材の板厚中心についても同様である。

継手構造によって軸芯方向に連結された鋼管杭は、一般に杭基礎や鋼管矢板として利用される。杭基礎で十分な周面摩擦力を発生させる必要がある場合や、鋼管矢板で壁幅方向に隣接する鋼管杭との間の継手を取り付ける場合には、継手構造において外嵌部材が鋼管杭よりも外側に張り出すことは好ましくない。上記で図１１に示した継手構造は、このような需要を反映して、外嵌部材８０の外径が鋼管杭１および鋼管杭２の外径に一致するように設計されている。

しかしながら、例えば図１１（Ａ）に示した例の継手構造では、内嵌部材７０および外嵌部材８０からなる組立体９０の板厚中心ｔ_ｃ９０が鋼管杭１および鋼管杭２の板厚中心ｔ_ｃから離れているために大きな偏芯曲げモーメントが発生し、これに対抗するために内嵌部材７０および外嵌部材８０の板厚を厚くする必要がある。必要とされる板厚は鋼管杭１および鋼管杭２の板厚ｔに比例して増大するため、板厚ｔが特に厚い場合には、内嵌部材７０および外嵌部材８０の板厚が厚くなりすぎて材料費が膨大になったり、製造自体が困難になったりする場合があった。

また、例えば図１１（Ｂ）に示した例の継手構造では、発生する偏芯曲げモーメントは小さいものの、内嵌部材７０および外嵌部材８０からなる組立体９０の板厚ｔ_９０が鋼管杭１および鋼管杭２の板厚ｔ以下に制限されるため、内嵌部材７０および外嵌部材８０の板厚が薄くなる。継手構造は偏芯曲げ以外にも鋼管杭１と鋼管杭２との間の曲げや引張に対抗する必要があるが、内嵌部材７０および外嵌部材８０の板厚が制限されると曲げや引張に対する剛性も小さくなるため、施工条件によっては図１１（Ａ）のような構成をとらざるを得ない場合も多かった。

そこで、本発明は、内嵌部材を外嵌部材の内側に嵌合させることによって鋼管杭を軸芯方向に連結する継手構造において、部材の板厚を確保しながら偏芯曲げモーメントを低減することが可能な鋼管杭の継手構造を提供することを目的とする。

本発明のある観点によれば、内嵌部材および外嵌部材を含み、内嵌部材を外嵌部材の内側に嵌合させることによって第１の鋼管杭と第２の鋼管杭とを軸芯方向に連結する継手構造であって、内嵌部材は、第１の鋼管杭に接合される内嵌基端部と、内嵌基端部に続いて形成される少なくとも１段の内嵌段差部とを備え、内嵌段差部は、内嵌基端部に近い側に位置し、内嵌基端部または前段の内嵌段差部よりも小さい外径を有し周方向に形成される内嵌谷部と、内嵌基端部から遠い側に位置し、内嵌谷部よりも大きい外径を有する突出部が周方向について間欠的に形成される内嵌山部とを含み、外嵌部材は、第２の鋼管杭に接合される外嵌基端部と、外嵌基端部に続いて形成され内嵌段差部に対応する段数の外嵌段差部とを備え、外嵌段差部は、外嵌基端部に近い側に位置し、対応する内嵌段差部に形成される突出部の外径に対応する内径を有し周方向に形成される外嵌谷部と、外嵌基端部から遠い側に位置し、対応する内嵌段差部に含まれる内嵌谷部の外径に対応する内径を有する突出部が周方向について間欠的に形成される外嵌山部とを含み、外嵌部材の外径は、第１の鋼管杭および第２の鋼管杭の外径よりも大きい、鋼管杭の継手構造が提供される。
上記の構成によれば、内嵌部材または外嵌部材の板厚を厚くした場合であっても、外嵌部材の外周面が鋼管杭の外周面よりも外側に張り出すことによって内嵌部材を外嵌部材の内側に嵌合させた組立体の板厚中心を鋼管杭の板厚中心に近づけることができ、これによって偏芯曲げモーメントを低減することができる。

上記の鋼管杭の継手構造において、内嵌部材を外嵌部材の内側に嵌合させた組立体の板厚中心は、第１の鋼管杭または第２の鋼管杭の少なくともいずれかの板厚の範囲に含まれてもよい。さらにこの場合において、組立体の板厚中心は、第１の鋼管杭または第２の鋼管杭の少なくともいずれかの板厚中心に一致してもよい。
既に述べたように、内嵌部材を外嵌部材の内側に嵌合させた組立体の板厚中心を鋼管杭の板厚中心に近づけるだけでも偏芯曲げモーメントを低減させる効果は得られるが、組立体の板厚中心を鋼管杭の板厚の範囲に含め、さらには鋼管杭の板厚中心に一致させることによって、この効果を最大化することができる。

上記の鋼管杭の継手構造において、外嵌部材は、外嵌基端部から最も遠い外嵌段差部に続いて形成される周壁状の延長部をさらに備え、内嵌部材が外嵌部材の内側に嵌合した状態で延長部と内嵌基端部との間に形成される溝部に止水材が埋め込まれてもよい。
外嵌部材の外周面が鋼管杭の外周面よりも外側に張り出したことによって、外嵌基端部から最も遠い外嵌段差部において突出部の間に形成される非突出部と、対応する内嵌段差部の内嵌谷部との間に生じる間隙が外部に露出される場合がある。このような場合には、外嵌部材に延長部を形成し、延長部と内嵌基端部との間に形成される溝部に止水材を埋め込むことによって、間隙が外部に露出しないようにすることができる。

以上で説明したように、本発明によれば、内嵌部材を外嵌部材の内側に嵌合させることによって鋼管杭を軸芯方向に連結する継手構造において、部材の板厚を確保しながら偏芯曲げモーメントを低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る鋼管杭の継手構造の斜視図である。 図１（Ｂ）に示す継手構造の断面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る鋼管杭の継手構造の断面図である。 図４に示す継手構造に止水材を埋め込んだ例を示す図である。 本発明の実施例における偏芯曲げモーメント低減の効果について説明するための図である。 本発明の実施例における継手構造の軸芯方向長さ短縮の効果について説明するための図である。 本発明に係る継手構造の設計例について説明するためのグラフである。 本発明に係る継手構造の設計例について説明するための図である。 図９に示す実施例および比較例における有限要素解析で算出された荷重と相当ひずみとの関係を示すグラフである。 従来の鋼管杭の継手構造を模式的に示す図である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る鋼管杭の継手構造の斜視図である。図１（Ａ）には連結前の状態が示され、図１（Ｂ）には連結後の状態が示されている。図２は、図１（Ｂ）に示す継手構造の断面図である。図示されているように、鋼管杭１（第１の鋼管杭）と鋼管杭２（第２の鋼管杭）とを軸芯方向に連結する継手構造３は、内嵌部材１０および外嵌部材２０を含み、内嵌部材１０を外嵌部材２０の内側に嵌合させることによって鋼管杭１と鋼管杭２とを連結する。

内嵌部材１０は、内嵌基端部１１と、少なくとも１段の内嵌段差部１２とを含む。内嵌基端部１１は、接合面１１Ａにおいて鋼管杭１に接合される。図１に示された例では、内嵌基端部１１に続いて２段の内嵌段差部１２Ａ，１２Ｂが形成される。それぞれの内嵌段差部１２は、内嵌谷部１２１と、内嵌山部１２３とを含む。内嵌谷部１２１は、内嵌段差部１２の内嵌基端部１１に近い側に位置し、隣接する部分（内嵌段差部１２Ａの場合は内嵌基端部１１、内嵌段差部１２Ｂの場合は前段の内嵌段差部１２Ａ）よりも小さい外径を有し周方向に形成される。一方、内嵌山部１２３は、内嵌段差部１２の内嵌基端部１１から遠い側に位置する。内嵌山部１２３では、突出部１２２が周方向について間欠的に形成される。つまり、内嵌山部１２３では、内嵌部材１０の周方向について、内嵌谷部１２１よりも大きい外径を有する突出部１２２と、内嵌谷部１２１と同じ外径を有する非突出部とが交互に形成される。

外嵌部材２０は、外嵌基端部２１と、少なくとも１段の外嵌段差部２２とを含む。外嵌基端部２１は、接合面２１Ａにおいて鋼管杭２に接合される。図１に示された例では、外嵌基端部２１に続いて、内嵌段差部１２に対応する段数、すなわち２段の外嵌段差部２２Ａ，２２Ｂが形成される。それぞれの外嵌段差部２２は、外嵌谷部２２１と、外嵌山部２２３とを含む。外嵌谷部２２１は、外嵌段差部２２の外嵌基端部２１に近い側に位置し、対応する内嵌段差部１２（外嵌段差部２２Ａの場合は内嵌段差部１２Ａ、外嵌段差部２２Ｂの場合は内嵌段差部１２Ｂ）の突出部１２２の外径に対応する内径を有し周方向に形成される。一方、外嵌山部２２３は、外嵌段差部２２の外嵌基端部２１から遠い側に位置する。外嵌山部２２３では、突出部２２２が周方向について間欠的に形成される。つまり、外嵌山部２２３では、外嵌部材２０の周方向について、対応する内嵌段差部１２の内嵌谷部１２１の外径に対応する、外嵌谷部２２１よりも小さい内径を有する突出部２２２と、外嵌谷部２２１と同じ内径を有する非突出部とが交互に形成される。

上記のような継手構造３は、内嵌部材１０と外嵌部材２０とを互いに嵌合させた状態で軸芯回りに相対回転させることで、鋼管杭１と鋼管杭２とが軸芯方向に連結されるように構成されている。具体的には、内嵌山部１２３は突出部１２２の周方向長さが非突出部の周方向長さ以下になるように形成されており、外嵌山部２２３は突出部２２２の周方向長さが非突出部の周方向長さ以下になるように形成されている。従って、内嵌部材１０を外嵌部材２０の内側に挿入したときに、内嵌段差部１２の内嵌山部１２３に形成された突出部１２２は、対応する外嵌段差部２２の外嵌山部２２３の非突出部を通過して外嵌谷部２２１に嵌合することができる。逆も同様で、外嵌段差部２２の外嵌山部２２３に形成された突出部２２２は、対応する内嵌段差部１２の内嵌山部の非突出部を通過して内嵌谷部１２１に嵌合することができる。その後に内嵌部材１０と外嵌部材２０とを軸芯回りに相対回転させると、外嵌谷部２２１に嵌合した突出部１２２と内嵌谷部１２１に嵌合した突出部２２２とが互いに係合し合い、これによって鋼管杭１と鋼管杭２とが軸芯方向に連結される。

ここで、本実施形態に係る継手構造３では、外嵌部材２０の外周面２０Ａが、鋼管杭１および鋼管杭２の外周面よりも外側に張り出している。すなわち、外嵌部材２０の外径は、鋼管杭１および鋼管杭２の外径よりも大きい。本発明者らの検討によれば、既に述べたように継手構造において外嵌部材が鋼管杭よりも外側に張り出すことが好ましくない場合はあるものの、それがすべてではなく、外嵌部材が鋼管杭よりも外側に張り出すことが許容される場合もある。具体的には、例えば、鋼管杭を地中に打設した後で、地下空間を掘削して鋼管柱として利用する場合には、周面摩擦力を考慮する必要がないため外嵌部材が鋼管杭よりも外側に張り出していてもよい。また、鋼管杭をそのまま杭基礎として利用する場合であっても、周面摩擦力を確保しなくてよい区間があれば、その区間では外嵌部材が鋼管杭よりも外側に張り出していてもよい。また、杭周面にセメントミルク等の経時性固化材を充填する場合や原位置地盤と経時性固化材を混合させてソイルセメントなどで満たす場合は、外嵌部材が鋼管杭よりも外側に張り出していても周面摩擦力を確保できる。本実施形態では、このような場合を想定して、外嵌部材２０の外径を鋼管杭１および鋼管杭２の外径よりも大きくすることによって、以下で説明するように、内嵌部材１０および外嵌部材２０の板厚を確保しながらも偏芯曲げモーメントを小さくすることを可能にしている。

図２には、鋼管杭１の板厚ｔ_１および板厚中心ｔ_ｃ１、鋼管杭２の板厚ｔ_２および板厚中心ｔ_ｃ２、ならびに内嵌部材１０を外嵌部材２０の内側に嵌合させた組立体３０の板厚ｔ_３０および板厚中心ｔ_ｃ３０が示されている。なお、既に述べたように、本明細書において、管状の部材の板厚中心は、部材の内周面と外周面とを径方向に結ぶ線分の中点によって形成される円筒面であり、断面図では部材の管壁にあたる部分の中心線として現れる。本実施形態では、上述のように外嵌部材２０の外径を鋼管杭１および鋼管杭２の外径よりも大きくすることによって、内嵌部材１０および外嵌部材２０の板厚が大きい場合、具体的には内嵌部材１０および外嵌部材２０からなる組立体３０の板厚ｔ_３０が鋼管杭１の板厚ｔ_１および鋼管杭２の板厚ｔ_２よりも大きい場合であっても、組立体３０の板厚中心ｔ_ｃ３０を鋼管杭１の板厚中心ｔ_ｃ１および鋼管杭２の板厚中心ｔ_ｃ２に一致させ、これによって内嵌部材１０および外嵌部材２０にかかる偏芯曲げモーメントを低減することができる。ここで、板厚中心が一致することは、円筒面としての板厚中心、または断面における板厚の中心線が厳密に一致することには限定されず、例えば機能上許容される程度の誤差がある場合を含む。また、板厚中心が一致することは、板厚中心を一致させることが意図されている場合、具体的には例えば設計図面において円筒面としての板厚中心、または断面における板厚の中心線が一致している場合を含む。

なお、図示された例において、組立体３０の板厚ｔ_３０は、内嵌部材１０の内周面１０Ａの内径、および外嵌部材２０の外周面２０Ａの外径が一定である場合に、内嵌段差部１２Ａにおける内嵌谷部１２１の板厚ｔ_１２１、外嵌段差部２２Ａにおける突出部２２２の突出厚さｔ_２２２、および外嵌谷部２２１の板厚ｔ_２２１を用いて、ｔ_３０＝ｔ_１２１＋ｔ_１２２＋ｔ_２２１によって求められる。組立体３０の板厚中心ｔｃ３０が鋼管杭１の板厚中心ｔｃ１に一致する場合、内嵌部材１０の内周面１０Ａを基準にして外側にｔ_３０／２だけ離れた位置に、鋼管杭１の板厚中心ｔ_ｃ１が位置する。

図３は、本発明の第１の実施形態の変形例を示す図である。図３（Ａ）に示された例において、内嵌部材１０および外嵌部材２０からなる組立体３０の板厚中心ｔ_ｃ３０は、鋼管杭１および鋼管杭２の内周面に一致する。図３（Ｂ）に示された例において、組立体３０の板厚中心ｔ_ｃ３０は、鋼管杭１および鋼管杭２の外周面に一致する。本実施形態では、必ずしも、組立体３０の板厚中心ｔ_ｃ３０が鋼管杭１の板厚中心ｔ_ｃ１および鋼管杭２の板厚中心ｔ_ｃ２に一致しなくてもよく、例えば図３に示された例のように、組立体３０の板厚中心ｔ_ｃ３０が鋼管杭１の板厚ｔ_１および鋼管杭２の板厚ｔ_２の範囲に含まれていてもよい。例えば、鋼管杭の内側または外側で許容される張り出し量に制約がある場合や、内嵌部材１０または外嵌部材２０のいずれかにかかる偏芯曲げモーメントを優先的に低減したい場合には、鋼管杭１の板厚ｔ_１および鋼管杭２の板厚ｔ_２の範囲内の任意の位置に組立体３０の板厚中心ｔ_ｃ３０が位置するように、内嵌部材１０および外嵌部材２０を設計してもよい。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る鋼管杭の継手構造の断面図である。図４に示されるように、本実施形態では、内嵌部材１０に４段の内嵌段差部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄが形成され、外嵌部材２０にも４段の外嵌段差部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄが形成される。内嵌段差部１２Ａは外嵌段差部２２Ａに対応し、内嵌段差部１２Ｂは外嵌段差部２２Ｂに対応し、内嵌段差部１２Ｃは外嵌段差部２２Ｃに対応し、内嵌段差部１２Ｄは外嵌段差部２２Ｄに対応する。それ以外の点について、本実施形態は上記の第１の実施形態と同様に構成される。他の実施形態では、２段または４段以外の段数の内嵌段差部１２および外嵌段差部２２を形成することも可能である。

図５は、図４に示す継手構造に止水材を埋め込んだ例を示す図である。図５に示された例において、外嵌部材２０には、外嵌基端部２１および外嵌段差部２２に加えて延長部２３が形成される。延長部２３は、外嵌基端部２１から最も遠い外嵌段差部２２（図示された例では外嵌段差部２２Ａ）に続いて形成され、内嵌部材１０の内嵌基端部１１の外径よりも大きい内径を有する周壁状の部分である。内嵌部材１０が外嵌部材２０の内側に嵌合したときに延長部２３と内嵌基端部１１との間に形成される溝部に、止水材２４が埋め込まれる。止水材２４は、例えば水膨張性を有するエラストマーであり、例えば天然ゴム、またはクロロプレンゴムに、澱粉系、セルロース系、ポリアクリル酸塩系、ポリビニルアルコール系などの高分子物質を配合したものである。

上記で説明した図１（Ｂ）に示されるように、外嵌基端部２１から最も遠い外嵌段差部２２Ａの内径、および内嵌基端部１１の外径の寸法によっては、内嵌部材１０を外嵌部材２０の内側に嵌合させたときに、外嵌段差部２２Ａの外嵌山部２２３の非突出部と、対応する内嵌段差部１２Ａの内嵌谷部１２１との間に生じる間隙が外部に露出される。このような場合でも、外嵌部材２０に延長部２３を形成しておき、例えば内嵌部材１０と外嵌部材２０とを互いに嵌合させた状態で軸芯回りに相対回転させて継手構造が完成した後に延長部２３と内嵌基端部１１との間に形成される溝部に止水材２４を埋め込むことによって、間隙が外部に露出しないようにすることができる。なお、図５に示された例では第２の実施形態に係る継手構造において止水材２４が埋め込まれているが、第１の実施形態に係る継手構造でも同様に止水材２４を埋め込むことが可能である。

図６は、本発明の実施例における偏芯曲げモーメント低減の効果について説明するための図である。図６（Ａ）には、内嵌部材１０’および外嵌部材２０’を含み、外嵌部材２０’の外径が鋼管杭１および鋼管杭２の外径に一致する比較例に係る継手構造が示されている。図６（Ｂ）には、内嵌部材１０および外嵌部材２０を含み、外嵌部材２０の外径が鋼管杭１および鋼管杭２の外径よりも大きい本発明の実施例に係る継手構造が示されている。なお、図６では第２の実施形態に係る継手構造が例として示されているが、第１の実施形態を含む他の実施形態でも同様の効果が得られる。

図示されているように、比較例では、内嵌部材１０’の内嵌谷部の板厚中心ｔ_ｃ１０’から鋼管杭１および鋼管杭２の板厚中心ｔ_ｃまでの距離ｅが大きいため、継手構造に引張力Ｔが作用したときに大きな偏芯曲げモーメントＭが発生する。一方、実施例では、内嵌部材１０の内嵌谷部の板厚中心ｔ_ｃ１０から鋼管杭１および鋼管杭２の板厚中心ｔ_ｃまでの距離ｅが小さいため、継手構造に引張力Ｔが作用したときの偏芯曲げモーメントＭは比較例に比べて小さくなる。この結果、上述のように、偏芯曲げモーメントＭに対抗するために必要とされる内嵌部材１０の板厚は、比較例の場合に比べて実施例では薄くなる。

図７は、本発明の実施例における継手構造の軸芯方向長さ短縮の効果について説明するための図である。図６と同様に、図７（Ａ）には外嵌部材２０’の外径が鋼管杭１および鋼管杭２の外径に一致する比較例に係る継手構造が示され、図７（Ｂ）には本発明の実施例に係る継手構造が示されている。なお、図７では第２の実施形態に係る継手構造が例として示されているが、第１の実施形態を含む他の実施形態でも同様の構成が可能である。

図示されているように、比較例では、鋼管杭１の内周面に対する内嵌部材１０’の内周面１０Ａの張り出し量が大きいため、鋼管杭１と内嵌部材１０’との接合面１１Ａ’から最初の内嵌段差部１２Ａ’までの間の内嵌基端部１１’の板厚ｔ_１１’が厚くなる。内嵌基端部１１’には、鋼管杭１から内嵌部材１０’に応力をスムーズに伝えるために３０°〜４５°程度の角度を有するテーパー形状が形成されているため、上記のように内嵌基端部１１’の板厚板厚ｔ_１１’が厚くなることによって内嵌部材１０’の軸芯方向長さＬ’も長くなる。一方、実施例では、鋼管杭１の内周面に対する内嵌部材１０の内周面１０Ａの張り出し量が比較例よりも小さいため、接合面１１Ａから最初の内嵌段差部１２Ａまでの間の内嵌基端部１１の板厚ｔ_１１を薄くし、内嵌部材１０の軸芯方向長さＬを短くすることができる。従って、実施例では、比較例よりも内嵌部材１０の材料が節約され、また内嵌部材１０の製造が容易になる。

図８は、本発明に係る継手構造の設計例について説明するためのグラフである。上述のように、本実施形態では、継手構造に引張力が作用したときの偏芯曲げモーメントを小さくすることができるため、偏芯曲げモーメントＭに対抗しながら内嵌部材１０の板厚を薄くすることができる。図８に示されたグラフは、図６（Ａ）に示された比較例と図６（Ｂ）に示された実施例との間で、同じ引張力Ｔを想定した場合に必要とされる内嵌部材の最大板厚ｔ_{１０ＭＡＸ}（比較例の場合、内嵌基端部の板厚。実施例の場合、図４に示す内嵌段差部１２Ａの内嵌山部１２３の板厚ｔ_１２３）と、鋼管杭１および鋼管杭２の板厚ｔとの関係を示す。なお、鋼管杭１および鋼管杭２の直径は１６００ｍｍ、材質はＳＭ５７０である。

図示されているように、比較例では、鋼管杭１および鋼管杭２の板厚ｔに対して必要とされる内嵌部材の最大板厚ｔ_{１０ＭＡＸ}が大きい。例えば板厚ｔが３０ｍｍになった場合には最大板厚ｔ_{１０ＭＡＸ}が１００ｍｍを超え、このような厚い板厚の内嵌部材を製造することは困難である。一方、実施例では、鋼管杭１および鋼管杭２の板厚ｔが２４ｍｍに達するまでは内嵌部材１０の最大板厚ｔ_{１０ＭＡＸ}が６０ｍｍ未満であり、板厚ｔが３０ｍｍになっても最大板厚ｔ_{１０ＭＡＸ}が８０ｍｍ未満に抑えられる。このように、本発明の実施形態に係る継手構造を採用することによって、鋼管杭１および鋼管杭２の板厚ｔが厚い場合であっても内嵌部材１０の最大板厚ｔ_{１０ＭＡＸ}を抑え、材料費を節減できる、または製造自体が困難であったものが可能になる場合がある。

図９は、本発明の実施形態に係る継手構造の設計例について説明するための図である。図９（Ａ）には外嵌部材２０’の外径が鋼管杭１および鋼管杭２の外径に一致する比較例に係る継手構造が示され、図９（Ｂ）には本発明の実施例に係る継手構造が示されている。それぞれの例において図中に示した寸法を、以下の表１に示す。表１に示されるように、実施例と比較例との間では、内嵌部材１０および外嵌部材２０の各部の板厚、突出部２２２の突出厚さｔ_２２２および軸芯方向長さＬ_２２２、ならびに内嵌段差部１２および外嵌段差部２２の各部の厚さｔ_２２１Ａ、ｔ_２２１Ｄ、ｔ_１２１Ｄ、ｔ_１２１Ａおよび軸芯方向長さＬ_１が同じであり、外嵌基端部２１の軸芯方向長さＬ_２および内嵌基端部１１の軸芯方向長さＬ_３が異なっている。具体的には、比較例では外嵌基端部２１の長さＬ_２が内嵌基端部１１の長さＬ_３に比べて顕著に長いのに対して、実施例では長さＬ_２と長さＬ_３とが同程度になっている。なお、鋼管杭１および鋼管杭２の直径は１５００ｍｍ、板厚ｔは３０ｍｍ、材質はＳＭ５７０（ＪＩＳ Ｇ３１０６ 溶接構造用圧延鋼材）である。

図１０は、図９に示す実施例および比較例における有限要素解析で算出された荷重と相当ひずみとの関係を示すグラフである。相当ひずみは、図９（Ａ）および図９（Ｂ）にそれぞれ示された、外嵌部材２０で外嵌基端部２１に最も近い外嵌段差部２２の外嵌谷部２２１と外嵌山部２２３との境界に位置する突出部２２２の付け根部分Ｐ（ひずみが最大になる部分）における値である。

グラフを参照すると、実施例では、同じ荷重に対する相当ひずみが比較例よりも小さいことがわかる。具体的には、鋼管杭１および鋼管杭２の全塑性耐力Ｍｐに相当する荷重がかかった場合に、比較例の相当ひずみが４．８％であるのに対して、実施例の相当ひずみは３．０％である。この結果から、本発明の実施例に係る継手構造では、比較例に係る継手構造よりも剛性が向上するといえる。従って、同じ荷重が想定されている場合、実施例では比較例よりも内嵌部材１０の板厚を薄くすることが可能である。これによって内嵌部材１０の材料が節約され、また内嵌部材１０の製造が容易になる。

なお、上記では継手構造によって連結される鋼管杭１および鋼管杭２の板厚ｔ_１，ｔ_２が同じである例について説明したが、板厚ｔ_１，ｔ_２は異なっていてもよい。この場合、内嵌部材１０および外嵌部材２０からなる組立体３０の板厚中心ｔ_ｃ３０は、鋼管杭１の板厚中心ｔ_ｃ１に一致してもよいし、鋼管杭２の板厚中心ｔ_ｃ２に一致してもよいし、板厚中心ｔ_ｃ１と板厚中心ｔ_ｃ２との中間にあってもよい。この場合、組立体３０の板厚中心ｔ_ｃ３０は、鋼管杭１または鋼管杭２の少なくともいずれかの板厚の範囲に含まれる。ここで、板厚の範囲は、鋼管杭１または鋼管杭２の内周面と外周面との間の範囲を意味する。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変形例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１，２…鋼管杭、３…継手構造、１０…内嵌部材、１０Ａ…内周面、１１…内嵌基端部、１２…内嵌段差部、１２１…内嵌谷部、１２２…突出部、１２３…内嵌山部、２０…外嵌部材、２０Ａ…外周面、２１…外嵌基端部、２２…外嵌段差部、２２１…外嵌谷部、２２２…突出部、２２３…外嵌山部、２３…延長部、２４…止水材、３０…組立体。

Claims (4)

1. 内嵌部材および外嵌部材を含み、前記内嵌部材を前記外嵌部材の内側に嵌合させることによって第１の鋼管杭と第２の鋼管杭とを軸芯方向に連結する継手構造であって、
   前記内嵌部材は、前記第１の鋼管杭に接合される内嵌基端部と、前記内嵌基端部に続いて形成される少なくとも１段の内嵌段差部とを備え、
   前記内嵌段差部は、前記内嵌基端部に近い側に位置し、前記内嵌基端部または前段の前記内嵌段差部よりも小さい外径を有し周方向に形成される内嵌谷部と、前記内嵌基端部から遠い側に位置し、前記内嵌谷部よりも大きい外径を有する突出部が周方向について間欠的に形成される内嵌山部とを含み、
   前記外嵌部材は、前記第２の鋼管杭に接合される外嵌基端部と、前記外嵌基端部に続いて形成され前記内嵌段差部に対応する段数の外嵌段差部とを備え、
   前記外嵌段差部は、前記外嵌基端部に近い側に位置し、対応する前記内嵌段差部に形成される突出部の外径に対応する内径を有し周方向に形成される外嵌谷部と、前記外嵌基端部から遠い側に位置し、対応する前記内嵌段差部に含まれる前記内嵌谷部の外径に対応する内径を有する突出部が周方向について間欠的に形成される外嵌山部とを含み、
   前記外嵌部材の外径は、前記第１の鋼管杭および前記第２の鋼管杭の外径よりも大きい、鋼管杭の継手構造。
2. 前記内嵌部材を前記外嵌部材の内側に嵌合させた組立体の板厚中心は、前記第１の鋼管杭または前記第２の鋼管杭の少なくともいずれかの板厚の範囲に含まれる、請求項１に記載の鋼管杭の継手構造。
3. 前記組立体の板厚中心は、前記第１の鋼管杭または前記第２の鋼管杭の少なくともいずれかの板厚中心に一致する、請求項２に記載の鋼管杭の継手構造。
4. 前記外嵌部材は、前記外嵌基端部から最も遠い前記外嵌段差部に続いて形成される周壁状の延長部をさらに備え、
   前記内嵌部材が前記外嵌部材の内側に嵌合した状態で前記延長部と前記内嵌基端部との間に形成される溝部に止水材が埋め込まれる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鋼管杭の継手構造。
   

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