JPH05339937A - 中空管の接合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 接合部における十分な耐力が得られ、施工性
やコストの面でも優れた中空管の接合構造を提供する。 【構成】 径の大きい方の中空管１ａの端部に径方向内
側に延びる内向きフランジ２を形成し、径の小さい方の
中空管１ｂの端部に径方向外側に延びる外向きフランジ
３を形成し、外向きフランジ３の外径は内向きフランジ
２の内側に挿入可能な径とし、径の小さい方の中空管１
ｂの端部を径の大きい方の中空管１ａの端部に所定長挿
入し、内向きフランジ２と外向きフランジ３との間にコ
ンクリート４を充填し、両中空管１ａ，１ｂどうしを結
合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管の接合構造に関する
もので、例えば鋼管等を構造部材として用いた建築物架
構、あるいは港湾、海洋構造物としての桟橋、石油掘削
用リグ等のパイプ構造物において、構造部材としての管
どうしの接合等に利用される。なお、管内にはコンクリ
ートを充填する等して複合構造とする場合もある。

【０００２】

【従来の技術】管の接合構造としては、管の種類、用途
等に応じ、種々の形式があり、代表的なものとしては、
以下の方式がある。 突き合わせ溶接 接合すべき管５１どうしの端部を突き合わせて溶接５２
する方法（図１１参照）。 ボルト接合 接合すべき管５１の端部にフランジ５３を設け、フラン
ジ５３どうしをボルト５４で接合する方法（図１２参
照）や、管５１の端部の内外に十字状断面の接合プレー
ト５５を溶接しておき、接合プレート５５どうしをボル
ト５６で接合する方法（図１３参照）等がある。 二重管構造 管５１の接合部に、接合すべき管５１より内径が僅かに
大きい接合管５７を用い、接合管５７によって管５１ど
うしを接合する形式（図１４参照）。管５１と接合管５
７はすみ肉溶接で固定したり、あるいは管５１と接合管
５７の間隙にグラウト材を充填する等の方法で固定され
る。 ねじ方式 接合すべき管５１の端部にねじ５８を加工し、ねじ式に
接合する方式（図１５参照）。 いんろう方式 接合すべき管５１の端部に切削加工５９を施し、いんろ
う式に接合する方式（図１６参照）。 テーパー方式 接合すべき一方の管５１の端部にテーパー６０を設け
て、接合すべき他方の管５１に挿入して接合する方式
（図１７参照）。 なお、二重管構造の具体例としては、例えば特開平３−
７６９１８号公報に記載の透過性鋼製砂防ダムに用いた
接合構造があり、構造体ユニットを構成する鋼管どうし
を、該鋼管より径の大きい鋼管を加工してなる継手に挿
入し、溶接する方法が開示されている。さらに、特公平
３−６４００８号公報には、構築物の柱と杭との接合構
造として、鋼管またはコンクリート充填鋼管構造の杭の
上端部に、それより径の小さい鋼管またはコンクリート
充填鋼管構造の柱の下端部を挿入するとともに、杭の鋼
管内面及び柱の鋼管外面にスタッドジベル等を溶植して
おき、間に充填されたコンクリートを介して両者を接合
した構造が開示されている。また、特公平３−５４７２
４号公報には、コンクリート充填鋼管構造を道路橋等の
橋脚に適用した場合において、上部の細柱部と下部の太
柱部間での引張力の伝達を太柱部内にアンカーをとった
鉄筋と、細柱部と太柱部を上下に貫く鉄筋によって行う
構造が記載されている。また、同公報に開示された発明
では、鋼管と鋼管内部に充填されたコンクリートとの間
をアンボンド状態とするとともに、鋼管上端と橋脚の上
梁との間に隙間を設けることで、鋼管に作用する圧縮力
を低減し、鋼管の座屈等に伴って、充填コンクリートに
対する拘束効果が損なわれるのを防止し、軸方向の圧縮
荷重に対する強度向上と、断面の縮小を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したの突き合わ
せ溶接で管を接合する場合、あるいはの二重管構造で
すみ肉溶接を施す場合には、現場溶接の信頼性の問題、
溶接部の劣化の問題、さらに熟練した溶接工を要すると
いった問題がある。また、及び〜の方式は、いず
れも管端部について高い精度の加工を要し、加工コスト
が高くつくといった問題がある。また、管軸方向の耐力
についても必ずしも十分とは言えない。また、の二重
管構造の場合において、応力は主として内管と外管の間
の支圧力によって伝達されるが、グラウト材を充填した
場合においても、管軸方向について十分な耐力を得るの
は難しい。

【０００４】さらに、建築物架構、桟橋、石油掘削用リ
グ、その他のパイプ構造物を考えた場合、構造部材とし
ての管表面には、通常、耐候性を確保する等の目的で、
厚膜型の重防食塗装を施したり、あるいは亜鉛めっき、
アルミニュウムめっき等のめっきによる表面処理を行う
必要がある。その場合、現場での塗装作業等を少なくす
るためには、予め表面処理を施した状態の部材を搬入
し、組み立てることが望ましい。しかし、現場溶接やボ
ルト接合が必要な構造では、表面処理を施した管が使用
できなかったり、使用できても接合部が現場溶接やボル
ト接合部の加工で損傷することにより、接合後、再度、
塗装等の表面処理部の補修が必要となるため、その部分
の品質不良から腐食が多発するといった問題がある。本
発明は、上述のような従来技術における問題点の解決を
図ったもので、簡単な構造で、接合部における十分な耐
力が得られ、かつ施工性やコストの面でも優れた中空管
の接合構造を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の中空管の接合構
造は、主として建築物架構や、桟橋、石油掘削用リグ等
のパイプ構造物における構造部材を構成する中空管の接
合部への適用を目的としたものであるが、必ずしもパイ
プ構造物における管接合部に限定する必要はなく、他の
用途における管どうしの接合にも利用することができ
る。対象となる中空管としては鋼管が一般的であるが、
各種金属管の他、合成樹脂パイプや複合材料からなるパ
イプにも適用可能である。また、特にパイプ構造物に適
用する場合等においては、中空管内にコンクリートを充
填することで、コンクリート充填鋼管構造等の複合構造
として、コンクリートに圧縮力を負担させることができ
る。本発明では中空管どうしの接合において、一方の中
空管（第１の中空管とする）の端部に径方向内側に延び
る内向きフランジを形成し、他方の中空管（第２の中空
管とする）の端部に径方向外側に延びる外向きフランジ
を形成しておく。第２の中空管の外向きフランジは、第
１の中空管の内向きフランジの内側に挿入可能な大きさ
とする。なお、中空管は必ずしも円形断面のものに限ら
ず、角形断面であってもよい。また、内向きフランジ、
外向きフランジの形状については、外向きフランジが内
向きフランジの内側を通過可能な形状、大きさものであ
ればよい。

【０００６】これら第１及び第２の中空管の接合は、外
向きフランジを形成した第２の中空管の端部を、第１の
中空管の端部の内向きフランジ内に通して所定長挿入
し、内向きフランジと外向きフランジとの間にコンクリ
ートあるいはモルタル等の硬化材を充填することによっ
て行われ、充填した硬化材の硬化により両中空管が結合
される。この場合、必要に応じ第１の中空管の内面と外
向きフランジとの間、または第２の中空管の外面と内向
きフランジとの間、あるいはその両者において、硬化材
が漏れないように詰め物をしたり、あるいは型枠を用い
る等の処理が行われる。また、コンクリート充填鋼管構
造等、中空管の全長にわたってコンクリートが充填され
る構造では、この処理は比較的容易である。なお、当
然、内向きフランジを形成した第１の中空管は、外向き
フランジを形成した第２の中空管より径が大きいのが通
常であるが、第１の中空管と第２の中空管について同一
径のものを用いたい場合等には、第２の中空管の端部の
み径を絞り込んだものを用いること等も考えられる。端
部が第１の中空管の内部に納まる第２の中空管について
は、硬化材と接する管外面にスタッドジベル等の突起を
設けることにより、硬化材との接触面における剥離ある
いはすべりが防止され、硬化材との付着力に加え、突起
部分での支圧力の形で軸方向の応力がスムーズに伝達さ
れる。突起は、スタッドジベルを溶植したものの他、中
空管を突起付鋼板で形成したり、中空管の接合端部に鉄
筋を円環状または螺旋状に溶接すること等により得られ
る。また、同様の理由で外側にくる第１の中空管の内面
にも突起を設けることで、軸方向応力の伝達がスムーズ
となる。

【０００７】本発明の接合構造では、第１の中空管の内
向きフランジと第２の中空管の外向きフランジが向き合
う形で設けられており、高い引抜耐力が得られるが、管
軸方向の圧縮力に対しても高い耐力を期待する場合に
は、第１の中空管の内面に第２内向きフランジを形成
し、端部の内向きフランジと管軸方向内側の第２内向き
フランジとの間に、第２の中空管の外向きフランジを位
置させ、これらの間、あるいは両中空管の全長にわたっ
て硬化材を充填する構造が考えられる。すなわち、管軸
方向の圧縮力に対し、第２中空管の外向きフランジから
の硬化材に対する支圧力がさらに第１の中空管の第２内
向きフランジに支圧力の形で伝わるため、引抜耐力及び
圧縮耐力の双方に優れた接合構造となる。

【０００８】一方、外側の第１の中空管について、突起
を設けることなく、その内面にアスファルト、グリース
等を塗布する等してアンボンド処理を施し、内部に充填
した硬化材と非付着状態とすることも考えられる。すな
わち、内部に充填したコンクリート等の硬化材は、外側
が中空管で拘束されていることで管軸方向について高い
圧縮耐力を発揮するが、非付着状態とすることで、管軸
方向の圧縮力による中空管の降伏や局部座屈が防止さ
れ、内側の硬化材に対する拘束効果が維持されるため、
管軸方向の圧縮力に対し大きな耐力を発揮し、断面の縮
小が可能となる。

【０００９】さらに、パイプ構造物に適用する場合等に
おいて、中空管として鋼管等の表面に予め厚膜型の重防
食塗装、あるいは亜鉛めっき、アルミニュウムめっき等
の表面処理を施した管を用いることができる。すなわ
ち、本発明では、中空管どうしの接合を、継ぎ目部分へ
の硬化材の充填により行っているため、予め表面処理を
施した中空管をそのまま使用することができ、表面処理
効果を損なうことなく接合を行うことができ、溶接やボ
ルト接合の場合のような現場における表面処理損傷部の
補修作業を必要としない。

【００１０】

【実施例】次に、図示した実施例について説明する。図
１は本発明の中空管の接合構造の基本構造を示したもの
で、径の異なる中空管１ａ，１ｂの端部にそれぞれ内向
きフランジ２、外向きフランジ３を設け、径の小さい方
の中空管１ｂの端第を径の大きい方の中空管１ａの端部
に所定長挿入し、各中空管１ａ，１ｂの間および内向き
フランジ２と外向きフランジ３との間に硬化材としての
コンクリート４を充填することにより、両中空管１ａ，
１ｂどうしを結合させている。

【００１１】図２は柱材をコンクリート充填鋼管構造と
したパイプ構造物の格点に適用した場合の実施例を示し
たものである。本実施例では軸組材としての柱材に径の
大きい中空管１１ａを用い、格点に径の小さい中空管１
１ｂを用い、柱材の中空管１１ａの端部に内向きフラン
ジ１２を設け、格点の中空管１１ｂに外向きフランジ１
３を設けている。また、径の大きい中空管１１ａの内面
と、径の小さい中空管１１ｂの外面にはスタッドジベル
１５が溶植されており、それらの間に充填したコンクリ
ート１４との剥離あるいはすべりを防止している。図
中、１６は格点に取り付く梁（または梁接合部）を示
す。なお、本実施例では格点の中空管に径の小さいもの
を用いているが、格点の中空管に柱材より径の大きいも
のを用いることで、柱梁接合部の耐力を増すことができ
る。

【００１２】図３は本発明の中空管の接合構造の他の実
施例として、図１の実施例に対し、径の大きい方の中空
管１ａの内向きフランジ２のさらに管軸方向内側に、第
２内向きフランジ５を設け、径の小さい方の中空管１ｂ
の外向きフランジ３をこれら内向きフランジ２及び第２
内向きフランジ５で挟む形で、それらの間に硬化材とし
てのコンクリート４を充填することにより、両中空管１
ａ，１ｂどうしを結合させている。第２内向きフランジ
５は、管軸方向の圧縮力に対しコンクリート４からの支
圧力の形で、圧縮応力を伝える機能を有し、径方向のフ
ランジ幅が大きい程、その機能に優れ、接合部近傍にの
みコンクリート４を充填する場合には、中空管１ａを完
全にあるいは略閉塞するものでもよいが、逆に両中空管
１ａ，１ｂの全長にわたってコンクリート４を充填する
コンクリート充填鋼管構造の場合には、あまりフランジ
幅が大きいとコンクリート４の充填性に影響を与える場
合がある。

【００１３】図４は柱材をコンクリート充填鋼管構造と
したパイプ構造物の格点に適用した場合の他の実施例を
示したものである。本実施例において、径の大きい外側
の中空管１１ａの内面にはアスファルトを塗布する等し
てアンボンド処理層１７を形成し、内部に充填したコン
クリート１４との付着を切っている。前記中空管１１ａ
は内部のコンクリート１４と非付着状態となっているの
で、軸力の大部分を内部の充填コンクリート１４が受け
持ち、中空管１１ａは座屈し難くなる。従って、中空管
１１ａのコンクリート１４に対する径方向内側への拘束
は損なわれることがなく、充填コンクリート１４は高い
圧縮強度を維持することができる。

【００１４】図５は図２または図４の構造を用いたパイ
プ構造物の概要を示したもので、軸組材として用いた外
側の中空管１１ａと格点に用いた中空管１１ｂとを充填
コンクリートを介して接合し、格点間を横架材としての
梁１６やブレース１８で連結することで、軸組を形成し
たものである。

【００１５】図６は本発明の接合構造を橋脚あるいは構
造物の支柱等の柱脚構造体に適用した場合の実施例を示
したものである。本実施例では径の異なる中空管を上方
に行くに従い径が小さくなるよう複数段（図では３段）
接続しており、径の大きい１段目の中空管２１ａの上端
に内向きフランジ２２ａを形成し、２段目の中空管２１
ｂの下端に外向きフランジ２３ａを、上端に内向きフラ
ンジ２２ｂを形成し、径の小さい３段目の中空管２２ｃ
の下端に外向きフランジ２３ｂを形成している。外向き
フランジ２３ａ，２３ｂはそれぞれ対応する内向きフラ
ンジ２２ａ，２２ｂの内側に挿入可能な外径を有してお
り、各段の中空管２１ａ，２１ｂ，２１ｃをそれぞれ所
定長オーバーラップさせた状態で内部にコンクリート２
４を充填し、中空管２１ａ，２１ｂ，２１ｃどうしを結
合させている。

【００１６】以上の実施例では、中空管を上下方向に用
い、上下方向に接合しているが、図７の実施例は水平方
向に接合した場合を示したものである。すなわち、径の
大きい左右の中空管３１ａの端部に内向きフランジ３２
を形成し、内向きフランジ３２の内側に挿入可能な外向
きフランジ３３を両端に形成した径の小さい中空管３１
ｂの両端を左右の中空管３１ａ内に所定長挿入し、それ
らの間にモルタルあるいは合成樹脂等の硬化材３４を充
填している。図中、３５は硬化材３４の漏れを防ぐため
の閉塞板である。本実施例は中空管３１ａ，３１ｂの内
部が中空のままであり、流体等を送るための管路等にも
適用することができる。

【００１７】図８〜図１０は本発明の接合構造の作用を
説明するための図であり、径の大きい中空管１ａ及び径
の小さい中空管１ｂの内部に全長にわたってコンクリー
ト４を充填したコンクリート充填鋼管構造の場合の接合
部におけるコンクリート４の破壊性状を比較して示して
いる。図８は単に異径中空管１ａ，１ｂどうしを所定長
オーバーラップさせ、間にコンクリート４を充填した場
合であり、引抜き力に対し、中空管１ｂとコンクリート
４の付着面において、付着せん断破壊ａという形で破壊
し、引抜耐力が最も小さい。

【００１８】図９は図８のものに対し、中空管１ａ，１
ｂのコンクリート４との接触面に突起５を設けた場合で
あり、コンクリート４との付着力が増すことで、斜め引
張せん断破壊ｂを生ずる。この場合、付着せん断破壊す
る図８よりは高い引抜耐力が得られる。

【００１９】図１０は内向きフランジ２及び外向きフラ
ンジ３を設けた本発明の接合構造に相当するものであ
り、接合部の破壊性状はそれらの間に充填したコンクリ
ート４の純せん断破壊となるため、最も高い引抜耐力が
得られる。さらに、軸圧縮力に対して、図８、図９の上
記２構造では上側の中空管１ｂの先端において、コンク
リート４との支圧応力が集中し、耐力に限界があるが、
本発明の構造では下端部にフランジ（外向きフランジ
３）があるため、この部分における支圧応力が軽減され
る。

【００２０】

【発明の効果】 接合される中空管どうしを所定長オーバーラップさ
せ、間に充填した硬化材を介して接合する構造であるた
め、中空管に作用する曲げに対し、オーバーラップ部分
の硬化材の支圧力によって応力が伝達され、接合部の構
造が簡単になる。 現場溶接やボルト接合のための加工が不要であり、
鋼管等をそのまま使用することができる。また、中空管
や端部のフランジの歩留りについてはそれほど高い精度
を必要としない。 中空管端部の内向きフランジと外向きフランジを向
き合わせた構造であり、硬化材を充填した接合部の破壊
性状は純せん断破壊となるため、単に異径管どうしをオ
ーバーラップさせ、それらの間に硬化材を充填した場合
や、硬化材と接する部分に突起を形成しただけの場合に
比べて破壊強度が高く、大きな接合部引張耐力が得られ
る。 径の大きい方の中空管にさらに第２内向きフランジ
を形成し、端部の内向きフランジとの間にもう一方の中
空管の外向きフランジを位置させた形式では、優れた引
張耐力に加え、圧縮耐力の面でも高耐力の接合部が形成
される。 接合される中空管どうしの端部にフランジがあるこ
とで、硬化材に対する軸方向応力の集中が避けられ、そ
の点でも硬化材が破壊し難く、優れた接合部耐力が得ら
れる。 接合を継ぎ目部分への硬化材の充填により行ってお
り、現場溶接やボルト接合を必要としないため、中空管
として予め塗装やめっき等の表面処理を施した管を用い
ることができる。また、溶接やボルト接合部の加工に伴
う表面処理損傷部に対する現場補修作業が省略でき、現
場作業の簡略化が図れる。 パイプ構造物に適用する場合等には接合部だけでな
く、中空管全長にわたってコンクリートを充填してもよ
く、特に大きな耐荷力及び曲げ強度を必要とする柱材等
をコンクリート充填構造とすることで、強度、耐候性に
優れたパイプ構造物を構築することができる。 コンクリート充填鋼管構造の場合、接合部における
外側の中空管の内面とコンクリートとの間をアンボンド
処理により非付着状態とすれば、内部の充填コンクリー
トが高い圧縮耐力を発揮し、部材断面の縮小が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空管の接合構造の基本構造としての
実施例を示す縦断側面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す鉛直断面図である。

【図３】本発明のさらに他の実施例を示す縦断側面図で
ある。

【図４】本発明のさらに他の実施例を示す鉛直断面図で
ある。

【図５】本発明をパイプ構造物に適用した場合の概要を
示す正面図である。

【図６】本発明を柱脚構造体に適用した場合の実施例を
示す鉛直断面図である。

【図７】本発明を水平方向の中空管の接合に利用した場
合の実施例を示す鉛直断面図である。

【図８】本発明の構造の作用を説明するための比較例を
示す鉛直断面図である。

【図９】本発明の構造の作用を説明するためのもう一つ
の比較例を示す鉛直断面図である。

【図１０】本発明の構造の作用を説明するための鉛直断
面図である。

【図１１】従来の管接合構造の一例を示す断面図であ
る。

【図１２】従来の管接合構造の他の例を示す断面図であ
る。

【図１３】従来の管接合構造のさらに他の例を示す断面
図である。

【図１４】従来の管接合構造のさらに他の例を示す断面
図である。

【図１５】従来の管接合構造のさらに他の例を示す断面
図である。

【図１６】従来の管接合構造のさらに他の例を示す断面
図である。

【図１７】従来の管接合構造のさらに他の例を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 中空管 ２ 内向きフランジ ３ 外向きフランジ ４ コンクリート ５ 第２内向きフランジ １５ スタッドジベル １７ アンボンド処理層

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部に径方向内側に延びる内向きフラン
   ジを形成した第１の中空管の該端部に、端部に径方向外
   側に延び前記内向きフランジの内側に挿入可能な大きさ
   の外向きフランジを形成した第２の中空管の該端部を所
   定長挿入し、前記内向きフランジと前記外向きフランジ
   との間に硬化材を充填して前記両中空管どうしを結合し
   たことを特徴とする中空管の接合構造。
2. 【請求項２】 前記第１の中空管及び第２の中空管の内
   部には全長にわたって硬化材が充填されている請求項１
   の中空管の接合構造。
3. 【請求項３】 前記第２の中空管の外面の前記硬化材と
   接する部分には突起が設けられている請求項１または２
   の中空管の接合構造。
4. 【請求項４】 前記第１の中空管の内面の前記硬化材と
   接する部分には突起が設けられている請求項１、２また
   は３の中空管の接合構造。
5. 【請求項５】 前記第１の中空管の内面に、管軸方向に
   ついて前記内向きフランジより所定長内側に、径方向内
   側に延びる第２内向きフランジを形成し、前記外向きフ
   ランジを前記内向きフランジ及び前記第２内向きフラン
   ジ間に位置させた状態で、前記外向きフランジと前記第
   ２内向きフランジとの間にも硬化材を充填してある請求
   項１、２、３または４の中空管の接合構造。
6. 【請求項６】 前記第１の中空管の内面と該中空管内に
   充填した硬化材との間にはアンボンド処理が施されてい
   る請求項１、２または３の中空管の接合構造。
7. 【請求項７】 前記両中空管の外面には、予め表面処理
   が施されている請求項１、２、３、４、５または６の中
   空管の接合構造。