JP7478128B2 - 小口径場所打ち杭用補強芯材および転造ネジの成形方法 - Google Patents
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Description
小口径場所打ち杭に用いられる従来の補強芯材は、ネジ節異形棒鋼からなり、ネジ節異形棒鋼の外周面にナット上の鍔材を螺着して使用している。
そこで、出願人は、ネジ節異形棒鋼に代えて窪み付き鋼管を使用することを提案している。
窪み付き鋼管は、管本体の外周面に複数の窪み部を形成した鋼管であり、管本体の外周面の管軸方向および管周方向に沿って複数の窪み部を有している(特許文献3)。
管本体の外周面に形成した複数の窪み部がモルタル等の固結材に対して高い付着力を発揮することが確認されている。
窪み付き鋼管を構成する管本体の真円度の公差が大きいため、通常の切削ネジ加工は適用不能とされている。
そのため、継手構造としてはつぎの二つの方法が検討されている。
1)嵌め込み式
管本体の端部に筒状のソケットを被せ、ソケットと管本体の間を複数のボルトで固定する方法。
2)溶接式
予め鋼管にネジ加工を施した別途のネジ付き短管を管本体の端部に溶接により固着する方法。
<1>窪み付き鋼管を構成する管本体の円筒度(真円度)の公差が大きく、円筒度が0.2以下であると、母材が不足するために、切削によるJIS規格管用平行ネジ加工をすることができない。
<2>嵌め込み式の継手構造では、接合部に十分な強度が得られないだけでなく、現場での手数がかかるため、施工性に劣るといった課題がある。
<3>溶接式の継手構造では、高度な溶接技術が要求されるため、生産性が劣り、製造コストが高くつくといった課題がある。
本発明の他の形態において、前記管本体の窪み部を跨いで管円周方向に向けて前記転造ネジが成形してある。
本発明の他の形態において、前記管本体が直径48.6mm、厚さ6mmの窪み部付き鋼管である。
本発明の他の形態において、前記管本体の両端部に成形した前記転造ネジ部の山部のフランク面が内側に窪んだ湾曲面を呈し、前記転造ネジ部の谷部が内側に窪んだ湾曲面を呈し、前記山部と谷部の湾曲面の曲率が互いに異なる。
本発明の他の形態において、前記管本体の両端部に成形した前記転造ネジ部の山部と谷部の何れか一方の曲率が1mmであり、前記転造ネジ部の山部と谷部の何れか他方の曲率が2mmである。
本発明の他の形態において、前記管本体の両端部に成形した前記転造ネジ部のピッチが6mmである。
本発明の他の形態において、前記管本体の管円周方向に沿って3箇所に窪み部を有している。
本発明の他の形態において、前記窪み部は管本体の外周面に管軸方向に平行な長軸を有する楕円形状の扁平部と、該扁平部の中央に扁平部より深く形成した柱状溝とを具備している。
さらに本発明は、管本体の外周面に管円周方向および管軸方向に沿って複数の窪み部を形成した鋼管製の小口径場所打ち杭用の補強芯材の両端部の外周面にネジ部を形成する転造ネジの成形方法であって、前記管本体は直径48.6mm、厚さ6mmの窪み部付き鋼管であり、前記管本体の管円周方向に沿って3箇所に窪み部を有しており、前記管本体の両端部に冷間鍛造により転造ネジ部を成形し、前記転造ネジ部の山部と谷部の何れか一方の曲率が1mmであり、前記転造ネジ部の山部と谷部の何れか他方の曲率が2mmであり、前記転造ネジ部のピッチが6mmに成形した。
<1>JIS規格管用平行ネジではネジ山が小さく、ピッチが細かく、円筒度(真円度)が悪い特殊鋼管に対しては、転造加工によって有効ネジを形成することがきわめて困難であった。
本発明では、窪み部付き補強芯材の径、板厚、管円周方向に形成する窪み部の数を限定すると共に、転造ネジ部の山部と谷部の形状を異なる組合せとすることで、補強芯材の両端部に有効ネジの機能を有する転造ネジを成形することが可能となる。
<2>小口径場所打ち杭の芯材として筒状の補強芯材を使用することができて、ネジ節異形棒鋼の数倍以上の断面性能を発揮しつつ、芯材の大幅な軽量化が可能となる。
<3>外周面に複数の窪み部を形成した補強芯材の両端部に転造ネジ部を成形できるので、転造ネジ部にカプラーを螺着して補強芯材を連結することができる。
突き合せた補強芯材の継手部に跨ってカプラーを螺着して補強できるので、補強芯材の継手部においても全強と同等の強度を確保することができる。
<4>補強芯材の両端部に成形した転造ネジ部を利用して、補強芯材の先端に先端キャップを螺着したり、補強芯材の基端に頭部キャップを螺着したりすることができる。
[実施例1]
図1を参照して説明すると、小口径場所打ち杭10は、杭孔20に注入した固結材25と、杭孔20に内挿して固結材25と一体化した補強芯材30とを少なくとも具備する。
本発明では小口径場所打ち杭10の芯材として、管本体31の外周面に複数の窪み部32を形成した特殊鋼管製の補強芯材30を使用する。
外周面に複数の窪み部32を形成した特殊鋼管は公知であるが(特許第5085809号公報)、この特殊鋼管は円筒度(真円度)が低いために、従来の切削加工によるネジの形成が困難であるため、小口径場所打ち杭10の芯材としての適用ができなかった。
管本体31の両端部に有孔ネジの転造ネジ部33の成形を可能とすることで、複数の窪み部32を有する特殊鋼管を小口径場所打ち杭10の芯材としての継手(接手)を有する長尺化を実現した。
補強芯材30の両端部の外周面に転造ネジ部33を成形するため、管本体31の径dが40A(径48.6mm)、躯体厚tが6mmの鋼管を使用する。
補強芯材30はその管本体31の外周面がフラットな形状ではなく、固結材25との付着力を高めるために凹凸形状を呈する。
本例の補強芯材30は、管本体31の管軸方向および円周方向に沿って複数の窪み部32を有している。
図4に例示した窪み部32について説明すると、管本体31の外周面に管軸方向に平行な長軸を有する楕円形状の扁平部32aを形成すると共に、扁平部32aの中央に扁平部より深い柱状溝32bを形成している。
扁平部32aの大きさと柱状溝32bの深さは適宜選択が可能である。
図4(A)に示すように、補強芯材30は管本体31の円周方向に向けて等間隔に形成した3つの窪み部32を有する。
管本体31の円周方向に向けた窪み部32の形成数が4つを越えると、有効ネジを形成することができず、さらに管本体31の円周方向に向けた窪み部32の形成数が2つであると、転造ダイスに作用する圧力が補強芯材の縦断方向に一定にならないために、転造ネジの精度確保が困難になるといった問題が生じる。
本発明でいう「有効ネジ」とは、ネジ機能を発揮できるねじ形状を指す。
補強芯材30は、管本体31の管軸方向に沿って適宜の間隔を隔てて複数の窪み部32を有している。
図5に窪み部32の配置例を示す。図5(A)は、複数の窪み部32を管本体31の管軸方向に沿って列をなすように一定間隔で形成すると共に、管本体31の同一円周上に一定間隔に形成した形態を示し、図5(B)は、周方向に隣接する複数窪み部32の列同士が互いに管軸方向に位相差を有して形成した形態を示している。
管軸方向に沿った複数の窪み部32の配置形態は、図5(A)、(B)の何れの形態でもよい。
窪み部32は、例えば表面に複数の突起部を有する鋼管造形用ロールを用いた熱間ロール成形によって形成することが可能である。
補強芯材30は外周面に複数の窪み部32を形成しているにもかかわらず、直管とほぼ同等の圧縮性能および曲げ性能を有している。
補強芯材30は、管本体31の各端部の外周面に、所定の区間(40mm)に亘って転造ネジ部33を有している。
本発明では、構造用接合部として平行ネジを選定し、母管と同等の強度および断面を確保するため転造(冷間転造)により転造ネジ部33を成形することとした。
冷間転造とは、母管に熱を加えずに、常温のまま圧力を加えて母管を塑性変形させる加工方法である。
JIS規格管用平行ネジではネジ山が小さく、ピッチが細かく、円筒度(真円度)が悪い特殊鋼管に対しては、転造加工により有効ネジを形成できない。
特に、管表面に陥没した窪み部32が存在することで、母材の盛り上げに限界があり、有効ネジに達したネジ山を隆起させることができない。
図3を参照して説明すると、補強芯材30の窪み部32の影響を受けて円筒度の悪くなった管本体31に対して、有効ネジの成形を実現するため、ネジピッチPをJIS規格の2~3倍程度大きくすると共に、転造用の丸ダイスの押し付け圧を管本体31の内空へ逃がさずに管軸方向に寄せてネジ山立ち上げ方向の応力へ導くため、転造ネジ部33の山部34と谷部35の断面形状を互いに異なる形状とした。
本例では、転造ダイスの雄ネジの谷部の形状を幅広の丸ネジ(丸ネジと台形ネジの複合形状)となるように設定して、転造ネジ部33の山部34の断面形状を、山頂角度θのほぼ60°(60.3600°)を維持する変形台形ネジ(三角ネジと丸ネジを複合した形状)とした。
転造ネジ部33の山部34のフランク面34aは内側に窪んだ湾曲面を呈し、谷部35が隣り合うふたつのフランク面34aの間を内側に窪んだ湾曲面で結んでいる。
谷部35の湾曲面35aは山部34の湾曲したフランク面34aに対して曲率が大きい関係にある。
このように山部34と谷部35は、その断面形状が異なるだけでなく、山部34と谷部35の湾曲面においても曲率が異なっている。
転造ネジ部33の山部34と谷部35の比を以下のように1:2に設定した。
そのため、管本体31の外周面のうち、窪み部32が形成されていない部位にあっては、窪み部32の影響を受けずに有効ネジを成形できる。
換言すると、転造ネジ部33の形成予定範囲に窪み部32が形成されていても、窪み部32の形成箇所では転造ネジ部33の一部のネジ山に欠損を生じるものの、円周方向に隣り合う窪み部32の間の部位では母材を隆起させて有効なネジ山を成形して、窪み部32の部位におけるネジ山の欠損を補うことができる。
管本体31の円周方向に三箇所の窪み部32が形成されている場合は、三箇所でネジ山が分断されるが、残り三箇所に有効ネジである転造ネジ部33のネジ山が形成される。
転造ネジ部33は転造加工により成形する。
転造加工とは、素材を転がしながら圧縮して成形する塑性加工の一つで、切削ネジに比べて金型が必要となるものの、強度が強く、生産性が高く、大量生産に適している。
具体的には、例えば互いの回転軸を平行に配置した一対の丸ダイス転造施設を使用して転造ネジ部33を成形できる。
一対の丸ダイスの間に補強芯材30の管本体31の端部を位置させた状態で、一対の丸ダイスを回転させ、管本体31の端部の母材が隆起するように塑性変形させることで有効ネジの成形が可能である。
上記した寸法条件で成形した転造ネジ部33は、直径誤差が-0.5mm、+0.35mmの鋼管において、ネジ嵌合に問題がなく、さらにネジ部の引張り強度が母管の全強を確保することを、実証実験により確認した。
図1,7を参照して説明すると、カプラー40は内周面にメネジ41を形成した筒状の連結具である。
カプラー40の内周面のメネジ41は、既述した補強芯材30の端部に形成した転造ネジ部33と螺合可能である。
カプラー40はその両端開口部に各補強芯材30の転造ネジ部33をねじ込むことで、複数の補強芯材30を連結できる。
つぎに小口径場所打ち杭10の構築方法について説明する。
ボーリングマシンを使用し、インナーロッド21とケーシング22を二重にした削孔具に回転と打撃を与えて所定の深さの杭孔20を削孔する(図8(A))。
削孔を終えたらインナーロッド21を抜き取り、ケーシング22を孔内に残置する(図8(B))。
削孔直後の杭孔20内に補強芯材30を挿入する(図8(C))。
定寸の補強芯材30を延長するには、カプラー40の両端部に各補強芯材30の転造ネジ部33をねじ込んで補強芯材30を連結する。
補強芯材30を通じて杭孔20内に固結材25を注入する(図8(C))。
固結材25としては、モルタル、セメントミルク等である。必要に応じて固結材25に膨張材を混入させてもよい。
杭孔20の孔底から固結材25を吐出させて杭孔20内に充填する。
削孔時に残置したケーシング22を抜き取る。
この際、ケーシング22を抜き取りながら杭孔内にエアを送気して加圧して小口径場所打ち杭10の施工を終了する(図8(D))。
地表に露出する補強芯材30の調整および防護を行う。
具体的には、固結材25が硬化した後に、地表に突出した補強芯材30の頭部が隠れるまでコンクリートを場所打ちして擁壁等のコンクリート構造物を構築し、補強芯材30の頭部とコンクリート構造物を一体化する。
すなわち、地表に露出する隣り合う補強芯材30の杭頭間隔の調整、補強芯材30の変形やさびの防止対策を行う。
図9を参照して説明すると、補強芯材30は凹凸状に形成した管本体31の外周面が固結材25と付着する。
特に、補強芯材30の外周面に形成した窪み部32と、補強芯材30の内周面に形成した窪み部32が固結材25と密着するので、補強芯材30と固結材間で高い付着力(摩擦抵抗)を得ることができる。
本発明で使用する補強芯材30は、従来のネジ節異形棒鋼製の芯材と比べて、3倍以上の断面性能を有するので、小口径場所打ち杭の芯材としての適用が可能となる。
以降に他の実施例について説明するが、その説明に際し、前記した実施例と同一の部位は同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
先の実施例では、転造ネジ部33の山部34の曲率を1mm、谷部35の曲率を2mmとした形態について説明したが、山部34と谷部35の曲率を逆の組合せにしてもよい。
本例では山部34の湾曲したフランク面34aは谷部35の湾曲面35aに対して曲率が大きい関係にある。
転造ネジ部33の成形方法は先の実施例と同様であるので説明を省略する。
<1>先端キャップ(図11)
補強芯材30の端部には転造ネジ部33が成形してあるので、カプラー40を螺着することの他に、補強芯材30の先端側に先端キャップ50を螺着してもよい。
先端キャップ50は有底構造の筒部51と、筒部51の側面に開設した単数または複数の吐出口52とを具備する。
筒部51は管本体31の先端部に外装可能な寸法を有し、内周面にメネジを形成している。
杭孔20を削孔する際に孔内に泥土23が在留するが、先端キャップ50の筒部51の底面51aが補強芯材30の開口部の蓋材として機能するため、補強芯材30を杭孔20に挿入する際に、先端キャップ50を通じて管本体31内に泥土23が侵入し難くなる。
<1>頭部キャップ(図12)
既述した実施例において、補強芯材30を構成する管本体31の頭部に頭部キャップ55を螺着してもよい。
定着板57の外径は筒部56の径より大きく、定着板57の外径は適宜選択が可能である。
なお、本例では筒部56と定着板57の間に補強リブ58を設けた形態を示すが、補強リブ58は必須ではない。
頭部キャップ55は補強芯材30の取り扱い時に管本体31の頭部が損傷しないように保護機能を発揮する。
さらに頭部キャップ55は、地表にコンクリート構造物26を構築する杭頭処理工程において、頭部キャップ55の定着板57が補強芯材30の頭部とコンクリート構造物50との間の連結強度を高めるために機能する。
20・・・・・杭孔
21・・・・・インナーロッド
22・・・・・ケーシング
25・・・・・固結材
30・・・・・補強芯材
31・・・・・管本体
32・・・・・補強芯材の窪み部
32a・・・・窪み部の扁平部
32b・・・・窪み部の柱状溝
33・・・・・転造ネジ部
34・・・・・転造ネジ部の山部
35・・・・・転造ネジ部の谷部
40・・・・・カプラー
41・・・・・カプラーのメネジ
50・・・・・先端キャップ
51・・・・・先端キャップの筒部
52・・・・・先端キャップの吐出口
55・・・・・頭部キャップ
56・・・・・頭部キャップの筒部
57・・・・・頭部キャップの定着板
Claims (9)
- 管本体の外周面に管円周方向および管軸方向に沿って複数の窪み部を形成した鋼管製の小口径場所打ち杭用の補強芯材であって、
前記管本体はその両端部の外周面に転造ネジ部を有し、
前記転造ネジ部は三角ネジと丸ネジを複合した変形台形ネジであり、
前記転造ネジ部のネジピッチがJIS規格より大きい寸法関係にあり、
前記転造ネジ部の山部と谷部の形状を異なる組合せとしたことを特徴とする、
小口径場所打ち杭用の補強芯材。 - 前記管本体の窪み部を跨いで管円周方向に向けて前記転造ネジが成形してあることを特徴とする、請求項1に記載の小口径場所打ち杭用の補強芯材。
- 前記管本体が直径48.6mm、厚さ6mmの窪み部付き鋼管であることを特徴とする、請求項1または2に記載の小口径場所打ち杭用の補強芯材。
- 前記管本体の両端部に成形した前記転造ネジ部の山部のフランク面が内側に窪んだ湾曲面を呈し、前記転造ネジ部の谷部が内側に窪んだ湾曲面を呈し、前記山部と谷部の湾曲面の曲率が互いに異なることを特徴とする、請求項1乃至3の何れか一項に記載の小口径場所打ち杭用の補強芯材。
- 前記管本体の両端部に成形した前記転造ネジ部の山部と谷部の何れか一方の曲率が1mmであり、前記転造ネジ部の山部と谷部の何れか他方の曲率が2mmであることを特徴とする、請求項4に記載の小口径場所打ち杭用の補強芯材。
- 前記管本体の両端部に成形した前記転造ネジ部のピッチが6mmであることを特徴とする、請求項1乃至5の何れか一項に記載の小口径場所打ち杭用の補強芯材。
- 前記管本体の管円周方向に沿って3箇所に窪み部を有していることを特徴とする、請求項1乃至6の何れか一項に記載の小口径場所打ち杭用の補強芯材。
- 前記窪み部は管本体の外周面に管軸方向に平行な長軸を有する楕円形状の扁平部と、該扁平部の中央に扁平部より深く形成した柱状溝とを具備することを特徴とする、請求項1乃至7の何れか一項に記載の小口径場所打ち杭用の補強芯材。
- 管本体の外周面に管円周方向および管軸方向に沿って複数の窪み部を形成した鋼管製の小口径場所打ち杭用の補強芯材の両端部の外周面にネジ部を形成する転造ネジの成形方法であって、
前記管本体は直径48.6mm、厚さ6mmの窪み部付き鋼管であり、
前記管本体の管円周方向に沿って3箇所に窪み部を有しており、
前記管本体の両端部に冷間鍛造により転造ネジ部を成形し、
前記転造ネジ部の山部と谷部の何れか一方の曲率が1mmであり、前記転造ネジ部の山部と谷部の何れか他方の曲率が2mmであり、
前記転造ネジ部のピッチが6mmであることを特徴とする、
小口径場所打ち杭用の補強芯材の転造ネジの成形方法。
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JP2019056285A (ja) | 2017-09-22 | 2019-04-11 | 株式会社Tft | 地山埋設鋼管 |
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- 2021-12-02 JP JP2021196118A patent/JP7478128B2/ja active Active
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