JPH11293786A

JPH11293786A - 構造物用管継手

Info

Publication number: JPH11293786A
Application number: JP9584398A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Sugino; 正明杉野; Kazuo Okamura; 一男岡村; Seiichi Furuya; 精市古谷; Noboru Kubota; 登久保田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1998-04-08
Publication date: 1999-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】管構造物、特に鋼管を主要部材とする送電鉄
塔、橋梁等に用いられる作業性に優れた構造物用管継手
を提供する。【解決手段】１対の管端部材を円周方向に分割された
カップリング部材で覆って締め付ける構造で構成するＡ
型またはＢ型の管継手である。Ａ型の管端部材は円錐面
をもつフランジ部を有し、複数個に分割されたカップリ
ング部材で管端部材のフランジ部を覆って締め付け、管
端部材同士を緊密に突き合わせる。Ｂ型の管端部材は外
周に溝を有し、カップリング部材はこの溝と嵌合する山
部を有し、カップリング部材を締め付けると溝と山部が
緊密に結合する。管端部材の突合わせ面には芯出し用お
よび耐せん断力用の凹部と凸部を設けてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物の部材を構
成する管（以下、構造物部材管という）を組み上げるこ
とにより建造される構造物用の管継手、とくに鋼管を主
要部材とする送電鉄塔、橋梁などに用いられる構造物用
管継手に関する。

【０００２】

【従来の技術】管材を主要部材とする送電鉄塔や橋梁は
通常、山岳部あるいは河川、海峡など険しい地形の環境
で建設作業が行われることが多い。また、構造物部材管
同士を接続する作業、構造物部材管とトラスの結節部な
どの構造物とを接続する作業、または構造物同士を接続
する作業についても高所作業が多い。このため、予め工
場で構造物部材管の両端または構造物自体にフランジを
取り付け、建設現場においてフランジ同士を突き合わせ
てボルトとナットで締結する方法が広く用いられてい
る。以下、構造物部材管同士の接続を例にして説明す
る。

【０００３】図１１は一般的な従来技術のリブ付きフラ
ンジ継手の構造を示す概要図である。同図は片側の継手
を示している。同図(a) のように、フランジ１８と構造
物部材管４とをリブ２０で補強し、フランジ１８の周囲
１列のフランジボルト穴１９にボルト（図示せず）を６
本以上、さらに強度を確保する場合には同図(b) のよう
にボルトを２列に配して構造物部材管４同士を締結す
る。

【０００４】この方式の管継手において、フランジの構
造にはさまざまなものがあり、例えば特開昭５５−９５
７５０号公報には、一体型フランジ継手が開示されてい
る。図１２は同公報に開示された、一体型フランジ継手
の構造を示す概要図である。同図に示すように、この管
継手はフランジ１８に続く管端部を厚肉にした一体物管
継手であり、フランジ１８の反対側の端部で構造物部材
管４とを接合する構造を有する。

【０００５】これらの継手に共通する構造は、フランジ
同士を突き合わせ、フランジ部全周にわたり均等に配置
されたボルト孔を通してボルト、ナットで締結すること
により管同士を接続するところにある。これらのフラン
ジ継手はいずれも継手に作用する引張および曲げ荷重を
すべてボルト・ナットで負担する構造になっている。

【０００６】この構造は送電鉄塔や橋梁のような大型構
造物では自重に耐える静的強度と、強風、構造物の固有
振動、送電鉄塔にあっては電線の振動、または橋梁にあ
っては車両の通行による振動などの低サイクルの繰り返
し引張荷重ないし曲げ荷重に耐える疲労強度を確保する
ため、多くのボルトが必要となり、締結作業に多大な工
数が必要となる。すなわち、送電鉄塔や橋梁では上記締
結作業は高所あるいは足場の悪い場所での手作業である
ため、締結に多数のボルト、ナットを使用すると、著し
く施工能率が低下し、施工費用の増大を招くことにな
る。

【０００７】管同士を接続する他の方法として、ねじ継
手がある。ねじ継手は片方の管端外周面に雄ねじを設
け、相対する管端あるいはカップリングの内面に雌ねじ
を設けて、両者を締め付けることにより管を接続するも
のであり、特に油井管用のねじ継手には管と同等以上の
強度性能を有するものもある。しかし、ねじ継手は接続
する際に管本体を回転させなければならず、かつその締
め付け作業が人力のみでは不可能であるため、現場の手
作業が必須要件である構造物用継手には適用できない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、送電鉄
塔等の大型構造物の施工コストを低減できる簡便かつ安
全な継手が要望されているにもかかわらず、その要望を
満たすような構造物用管継手は実用化されていない。

【０００９】本発明の目的は、強度を確保しつつ、高い
施工能率で構造物部材管同士、構造物と構造物部材管、
または構造物同士を接続でき、かつ安価な管継手を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来型の
フランジ継手＋ボルト・ナット接続の問題点を検討し
た。構造物用のフランジ継手には強度上の制約があるた
めボルト本数が多い。すなわち、前記のように静的圧縮
荷重および低サイクルの繰り返し引張荷重ないしは曲げ
荷重が作用するが、従来のフランジ継手では張荷重およ
び曲げ荷重はすべてボルト・ナットが負担する構造にな
っている。この引張あるいは曲げ荷重の設計荷重値は個
々の構造物により異なるが、送電鉄塔の例ではおおむね
接続する構造物部材管の降伏荷重（降伏応力×構造物部
材管の断面積）の２／３〜１．０倍程度までの荷重に耐
えなければならないため、特に大径の構造物部材管を接
続するフランジ継手においてはボルト本数が多くなる。

【００１１】本発明者らは、継手に作用する引張荷重お
よび曲げ荷重を、ボルト、ナット以外の継手構造で負担
するようにすればボルト・ナット本数を大幅に削減する
ことができ、ひいては高所における人力締結作業の効率
を格段に向上させることができるとの着想を得た。

【００１２】本発明者らは管継手を、１対の管端部材と
カップリング部材の２種の部材で構成し、１対の管端部
材を突き合わせた状態で、カップリング部材でこれを覆
い、管端部材を強固に接続する構造を検討した。本発明
の構造では、構造物部材管にかかる引張荷重、曲げ荷重
またはせん断荷重はカップリング部材が負担する構造と
し、カップリング部材を締め付けるボルト等の部品は管
軸方向に作用する引張、曲げ荷重を直接負担しないた
め、締め付けのボルトは小さなボルトでよく、本数も少
なくできることをねらっている。

【００１３】本発明の構造の一つは、フランジ部を有す
る１対の管端部材と、該フランジ部を突き合わせた状態
でフランジ部の外周を覆うカップリング部材とで構成す
る構造である。以下、この構造の管継手をＡ型という。

【００１４】他の一つは外周面に複数の溝を配置した１
対の管端部材と、該溝と嵌め合う山部を内面に有するカ
ップリング部材とで構成し、カップリング部材で管端部
材のの外周を覆う構造である。以下、この構造の管継手
をＢ型という。

【００１５】本発明者らは更に以下の検討を行って本発
明を完成した。継手部分で構造物部材管が回転したり、
せん断ずれを起こしたり、ガタつくのは好ましくない。
これを防止するため、Ａ型においては、管端部材のフラ
ンジ部のカップリング部材との接触面を管軸を回転軸と
する円錐面とし、かつカップリング内面のフランジ面と
の接触面を、フランジ部の円錐面と雄雌をなすような円
錐面状とし、管端部材とカップリング部材とが円錐面で
のみ接触する構造とする。これにより、カップリング部
材を周方向にボルト等で締め付けた状態でフランジ円錐
面との接触面に接触圧が発生し、その管軸方向成分がフ
ランジ部の両突き合わせ面同士を押しつけ合って面圧が
大きくなる。その結果、継手部の回転、ずれへの耐力が
高まる。

【００１６】Ｂ型においては、管端部材の外周面に設け
た溝の側壁に傾斜をつけ、この溝に対応するカップリン
グ部材の山部の幅を溝の幅より若干大きくする。カップ
リング部材を周方向にボルト等で強く締め付けると溝の
側壁面と山部の側面の間に接触圧が生ずるため、管端部
材とカップリング部材の軸方向のずれが堅固に固定され
る。言いかえれば、カップリング部材を締め付けた状態
で、溝の側壁面と山部の側面が接触し、溝底と山部の頂
上との間にわずかな隙間があって、溝縁と山部の基部面
との間にもわずかな隙間がある状態で締め付けられる。

【００１７】さらに発明者らは、施工能率の向上を検討
した。現場の作業では、構造物部材管をクレーンあるい
はヘリコプターで吊り下げ、すでに固定した構造物部材
管の管端部材と突合わせ、突合わせ面の中心がほぼ同じ
位置にくるよう微調整する。この作業を芯出しという
が、非常な熟練を要し、時間もかかる作業である。

【００１８】この対策として、管端のフランジ部の突き
合わせ面の片方に凸部を設け、他方の管端部材の突き合
わせ面には、前記凸部と雄雌をなすような凹部を設け、
凸部を案内にして管端部材をはめ合わせるようにする。
管端部同士を突き合わせたとき、凸部と凹部がちょうど
嵌合する構造とすれば、継手に作用するせん断荷重を凸
部と凹部が分担し、せん断強度が飛躍的に向上する効果
もある。

【００１９】本発明は上記した技術思想に基づき完成さ
れたもので、下記の構造物用管継手をその要旨とする。 (1) １対の管端部材とカップリング部材とで構成された
構造物用管継手であって、前記管端部材は一端に構造物
の部材と接合する接合面を、他端にフランジ部を有し、
前記フランジ部には他方の管端部材と突き合わせる突合
わせ面を有し、前記カップリング部材は円周方向に分割
した複数個の分割体で構成され、前記１対の管端部材の
フランジ部が突き合わされた状態で双方のフランジ部を
覆う構造を有し、かつ前記分割体間を締め付ける手段を
有することを特徴とする構造物用管継手。

【００２０】(2) 管継手が組み立てられ分割体間が締め
付けられた状態において、カップリング部材と接触する
管端部材のフランジ部の面は管継手の軸芯に対する傾斜
が２５〜８０°の円錐面であって、カップリング部材に
対する雄面を形成し、前記フランジ部の円錐面に接触す
るカップリング部材の面は、フランジ部の円錐面と同等
の円錐面であって、フランジ部に対して雌面を形成し、
管端部材とカップリング部材とは前記円錐面でのみ接触
することを特徴とする前記(1) 項に記載の構造物用管継
手。

【００２１】(3) １対の管端部材とカップリング部材と
で構成された構造物用管継手であって、前記管端部材は
一端に構造物の部材と接合する接合面を、他端に他方の
管端部材と向き合う突合わせ面を有し、外周面に複数の
溝を有し、前記カップリング部材は円周方向に分割した
複数個の分割体で構成され、内面には管継手が組み立て
られ分割体間が締め付けられた状態で管端部材の溝と嵌
め合う山部を有し、かつ前記分割体間を締め付ける手段
を有することを特徴とする構造物用管継手。

【００２２】(4) 管端部材の溝が、管継手軸を中心とす
る円状または円弧状の溝であることを特徴とする前記
(3) 項に記載の構造物用管継手。

【００２３】(5) カップリング部材の山部の両側の側面
の少なくとも一方が管継手方向に対して４５〜８７°傾
斜し、管継手が組み立てられ分割体間が締め付けられた
状態で管端部材の溝の側壁面とカップリング部材の山部
の側面とが接触し、管端部材の溝の底面とカップリング
部材の山部の頂面との間に溝深さの０．００５倍以上の
隙間があり、管端部材の溝の縁面とカップリング部材の
山部の基部面との間に溝深さの０．００５〜０．５倍の
隙間があることを特徴とする前記(3) または(4) 項に記
載の構造物用管継手。

【００２４】(6) １対の管端部材のうち一方の管端部材
の突合わせ面に凸部を有し、他方の管端部材の突合わせ
面に前記凸部と嵌合する凹部を有することを特徴とする
前記(1) から(5) 項までのいずれかに記載の構造物用管
継手。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は本発明のＡ型の管継手の構
造を示す部分断面斜視図である。同図において、上下の
管端部材１は上下の構造物部材管４と接合面１０を介し
てそれぞれ接合されている。管端部材１の端部にはフラ
ンジ部２があり、上下のフランジ部２は突合わせ面７を
介して突合わされている。１対の管端部材１のフランジ
部２の外周はカップリング部材３で覆われ、管端部材同
士が離間しないようになっている。

【００２６】図２は本発明のＡ型の管継手の要部を示す
断面図である。フランジ部２のカップリング部材と接す
る面は継手軸に対してαの傾斜を持つ円錐状であり、こ
れをフランジ円錐面５という。カップリング部材３のリ
ップ部１７の内面はフランジ円錐面５を雄面とした雌面
を形成しており、これをカップリング円錐面６という。
フランジ部２の突合わせ面７には凸部８が、他方の管端
部材のフランジ部２の突合わせ面７には凹部９が形成さ
れている。同図では接合面１０からフランジ部にかけて
の部分は管形状となっており、この部分を管部分１４と
いう。同図のギャップＧ１およびＧ２については後述す
る。

【００２７】図３は本発明のＡ型の管継手のカップリン
グ部材３の斜視図であり、同図(a)は２つの分割体１１
の両端を締結ボルト穴１２を介してボルト留めとする場
合、同図(b) は３つの分割体１１の２個所をヒンジ１３
による結合、１個所をボルト留めとする場合である。

【００２８】図４は本発明のＢ型の管継手の構造を示す
部分断面斜視図である。同図において、上下の管端部材
１は上下の構造物部材管４と接合面１０を介してそれぞ
れ接合されている。管端部材１の端部には突合わせ面７
があり、上下の管端部材１は突合わせ面７を介して向き
合っている。１対の管端部材１の外周はカップリング部
材３で覆われ、管端部材の溝１５とカップリング部材３
の内面の山部１６とが嵌め合って、管端部材１同士が離
間しないようになっている。

【００２９】図５は本発明のＢ型の管継手の要部を示す
断面図である。突合わせ面７には凸部８が、他方の管端
部材のフランジ部２の突合わせ面７には凹部９が形成さ
れている。同図では接合面１０からフランジ部にかけて
の部分は管形状となっており、この部分を管部分１４と
いう。同図の溝１５および山部１６の形状については後
述する。

【００３０】図６は本発明のＢ型の管継手のカップリン
グ部材３の斜視図であり、同図(a)は２つの分割体の両
端を締結ボルト穴１２を介してボルト留めとする場合、
同図(b) は２つの分割体１１の１端をヒンジ１３による
結合、他端をボルト留めとする場合である。

【００３１】図１〜６において、同一部品は同一符号を
付す。本発明の構造物用管継手の各部材の形状と寸法の
限定理由について以下に説明する。

【００３２】(a) 管端部材Ａ型、Ｂ型とも管端部材１は構造物部材管４と一体物と
してもよいし、構造物部材管４に接合面１０を介して接
合される単一部材の構造でもよい。ここでいう「接合」
とは、溶接、拡散接合、圧接などの溶融接合、ネジ接合
または嵌合や突合わせ後のボルト、リベット留めが含ま
れる。また構造物部材管４の管軸と管端部材１の軸は必
ずしも合っていなくてもよく、構造物の施工の形態に応
じて必要な角度だけ傾けて接合してもよい。

【００３３】管端部材１は構造物部材管４と接合される
ほか、例えばトラス構造の結節部の構造物や基礎構造物
などの管以外の構造物と接合される場合もある。また、
図１〜２および図４〜５の管端部材１は中心が貫通した
管形状となっているが、後述のように中実でもよく、あ
るいは内面にリブ、竹の節状の部材などの補強部材が設
けられていてもよい。これらを総称して便宜上管端部材
という。

【００３４】図２に示すように、Ａ型の管継手の場合、
フランジ円錐面５はカップリング円錐面６と対面し、接
触する。

【００３５】フランジ円錐面５と継手軸のなす角度（フ
ランジ円錐面傾斜角）αは２５°以上８０°以下の範囲
にあるのが望ましい。αが２５°未満であると、フラン
ジ円錐面５とカップリング円錐面６間の接触圧が小さく
なり、軸方向成分が小さくなり、フランジ部の突合わせ
面７を押し付け合う力が弱くなって、構造物部材管同士
が回転したり、ずれたりする。過大な引張あるいは曲げ
荷重か負荷された場合にはすっぽ抜けるおそれ、または
カップリング部材の締め付けボルト、ピン、ヒンジ等に
過大な力が働き破断するおそれがある。αが８０°より
大きいと、製品加工の際にフランジ部の厚みおよびカッ
プリング内面の許容される製造公差が小さくなり、加工
コスト高になる。さらに好ましくは４５〜７５°であ
る。

【００３６】Ａ型の管端部材の突き合わせ面７は通常継
手軸に垂直な平面が好ましいが、突合わせ面７同士が密
着する構造であれば形状は問わない。突合わせ面７の面
積は、これに管端部材の降伏強度を乗じた値が、構造物
部材管４の断面積に降伏強度を乗じた値よりも大きくな
るようにする。管端部材と構造物部材管が同等の強度を
有する材料であるなら、突合わせ面７の面積は構造物部
材管の断面積より大きければよい。

【００３７】Ａ型の管端部材１の各部の寸法範囲は、接
続する管の外径、肉厚および材料強度に依存するため一
概には言えない。すなわち、強度要求性能により寸法の
下限が、またコストの点から寸法の上限が定まり、構造
物部材管のサイズや材料強度が異なると、設計条件が大
きく変化するからである。仮に構造物部材管と管継手の
部材が同強度の材料から構成されているとして、おおむ
ね下記の範囲にあることが望ましい。

【００３８】すなわち、管端部材の長さは構造物部材管
の外径の０．１〜２倍、管端部材のフランジ部を除く部
分の外径は構造物部材管の外径の１〜２倍、フランジ部
の肉厚（フランジ部の基部の厚さ）は構造物部材管の肉
厚の１〜１０倍、フランジ部の外径は構造物部材管の外
径の１．１〜３倍、である。

【００３９】前記管端部材の長さについては、構造物部
材管の外径の０．１倍未満ではフランジ部の肉厚とカッ
プリング部材のリップの部分の肉厚が十分にとれず、引
張強度が十分得られないためである。２倍を超えても、
前記リップの部分の肉厚増加には不必要であり、コスト
高、および取り扱いが不便になる。

【００４０】前記管端部材の外径については、構造物部
材管の外径の１倍未満では曲げ剛性が十分でなく、２倍
を超えても曲げ剛性増加による効果は小さくコスト高に
なる。

【００４１】前記フランジ部の肉厚が構造物部材管の肉
厚の１倍未満であると、曲げ剛性が不足し、１０倍を超
えるとコスト高になるとともに重量増となって取り扱い
が不便になる。

【００４２】前記フランジ部の外径が構造物部材管の外
径の１．１倍未満であると、カップリング部材を締め付
けるときに、締め付けのストロークを十分に取れず、突
合わせ面の面圧が不足する恐れがあり、３倍を超えると
引張、曲げ力に対してフランジ部が倒れる恐れがある。

【００４３】図２に示すように、管端部材１が管形状の
場合、管端部材１の管部分１４の肉厚は、構造物部材管
４との接合面１０の開先加工などの部分を除き、構造物
部材管４の肉厚の１〜５倍であることが望ましい。管部
分１４の肉厚が構造物部材管の肉厚の１倍未満では、強
度が不十分で、台風などの強風により継手部に作用する
大きな引張、曲げの繰り返し負荷に耐える疲労強度を確
保できないためである。管部分１４の肉厚が５倍を超え
るとコスト高になる。

【００４４】管端部材１が管形状で、管部分１４の肉厚
が構造物部材管４の肉厚より厚い場合、応力集中を生じ
させないために構造物部材管４との接合面１０からフラ
ンジ部にかけてテーパを付け、肉厚を緩やかに増大させ
ることが望ましい。また、フランジ部に対応する部分の
内径は特に限定しないが、管部分１４の内径と連続して
いて同等であることが製作、加工上から望ましい。

【００４５】図２において、管端部材とカップリング部
材を１つに締結したとき、フランジ部とカップリング部
材とはフランジ円錐面５とカップリング円錐面６（総称
して円錐面）でのみ接触する。すなわち、フランジ部２
の基部面とカップリング部材３の縁面とのギャップＧ
１、およびフランジ部２の外周面とカップリング部材３
の溝底面とのギャップＧ２のいずれもが確保されている
必要がある。これにより、カップリングを周方向に締め
付けた時に円錐面に接触圧を伴った接触が生じ、継手を
軸方向およびせん断方向に強固に接続することができる
からである。ギャップＧ１およびＧ２はフランジ部２の
高さ（フランジ部外径と管部分１４の外径の差の半分）
の０．００５〜０．５倍とするのが望ましい。０．００
５倍より小さいと、カップリング部材３のわずかな変形
で管端部材１とカップリング部材３とが円錐面以外で接
触する恐れがあり円錐面での面圧が低下し、０．５倍よ
り大きいと円錐面を有効に使えず、円錐面で局部的に過
大な荷重がかかるためである。

【００４６】特殊な場合として、後述のように、管端部
材１の溝１５が断続的に配置されている場合、溝１５は
貫通穴（管端部材１にスリットが刻設された状態）であ
ってもよく、その場合はギャップＧ１は存在しない。

【００４７】なお、フランジ部の基部のコーナーには
０．５〜３０．０ｍｍのＲを設けて、応力集中を回避す
るのが望ましい。

【００４８】図５に示すように、Ｂ型の場合、管端部材
１の外周面に溝１５を設ける。溝１５の数は２以上でな
ければならない。溝が１本のみでは引張強度が十分に確
保できないためである。溝の数の上限は特に定めない
が、加工コストおよびカップリング部材３が不必要に長
くならないことを考慮すれば、上限を片側の管端部材で
５０本とするのが好ましい。

【００４９】溝の円周面上の形状は種々の態様がある。
図７は本発明のＢ型の管端部材１の概要を示す斜視図で
あり、同図(a) は溝１５が全周に配置されている場合、
同図(b) は円弧状に断続的に配置されている場合、同図
(c) は継手軸方向に傾斜した溝が断続的に配置されてい
る場合である。同図(a) の形状は最も加工がしやすく、
同図(b) および(c) は継手軸回りの回転に対する耐力を
得られる特徴がある。同図(b) または(c) のように溝１
５が断続的に配置されている場合は溝１５は貫通穴であ
ってもよい。

【００５０】図８は本発明のＢ型の管継手の溝の断面形
状を示す断面図であり、同図(a) は台形、同図(b) は三
角形の場合である。

【００５１】同図において、管端部材１の溝１５の側壁
傾斜角β１およびβ２の少なくとも一方が４５〜８７°
の範囲で傾斜しているのが望ましい。カップリング部材
３を締め付けたとき、カップリング部材３の山部１６が
管端部材１の溝１５に嵌合し、強固に結合するためであ
る。溝１５の側壁傾斜角が４５°未満では、引張荷重や
曲げ荷重が負荷されたときに山部が溝の側壁を乗り越え
て管端部材がカップリングから抜け落ちる、いわゆるジ
ャンプアウトが発生し易くなり、また８７°を超える
と、溝１５と山部１６の製造精度が厳しくなり、加工コ
ストが上昇するためである。

【００５２】Ｂ型の管継手についても、管端部材の各部
の寸法範囲は、接続する管の外径、肉厚および材料強度
に依存するため一概には言えない。構造物部材管と管継
手の部材が同強度の材料から構成されているとして、お
おむね下記の範囲にあることが望ましい。

【００５３】すなわち、管端部材の長さは構造物部材管
の外径の０．２〜５倍、管端部材の外径は構造物部材管
の外径の１〜２倍、溝深さは０．５〜３０ｍｍ、隣り合
う溝の間隔は溝深さの１〜１０倍、である。

【００５４】前記管端部材の長さについては、構造物部
材管の外径の０．２倍未満では十分な数の溝を設けられ
ず、引張強度が十分得られないためである。５倍を超え
ると強度が過剰となりコスト高になる。

【００５５】前記管端部材の外径については、構造物部
材管の外径の１倍未満では曲げ剛性が十分でなく、２倍
を超えても剛性が過剰となりコスト高になる。

【００５６】前記溝深さが０．５ｍｍ未満ではジャンプ
アウトが生じ易くなり、３０ｍｍを超えるとコスト高お
よび取り扱い性が低下する。

【００５７】前記隣り合う溝の間隔が溝深さの１倍未満
ではこれに対応するカップリング部材の山部の厚さが小
さくなり、強度が不足するし、１０倍を超えるとカップ
リング部材が長くなってコスト高になる。

【００５８】また、図４、５のように管端部材１が管形
状の場合、管端部材１の管部分１４の肉厚は、構造物部
材管４との接合面１０の開先加工などの部分を除き、構
造物部材管４の肉厚の１〜５倍であることが望ましい。
管部分１４の肉厚が構造物部材管の肉厚の１倍未満で
は、強度が不十分で、継手部に作用する大きな引張、曲
げの繰り返し負荷に耐える疲労強度を確保できないし、
５倍を超えるとコスト高になる。

【００５９】管端部材１が管形状で、管部分１４の肉厚
を構造物部材管４の肉厚より厚くする場合、応力集中を
生じさせないために構造物部材管４との接合面１０から
溝１５の部分にかけてテーパを付け、肉厚を緩やかに増
大させることが望ましい。また、溝１５に対応する部分
の内径は特に限定しないが、管部分１４の内径と連続し
ていて、同等の内径である方が製作、加工の面から望ま
しい。

【００６０】図８に示すように、管端部材の溝１５の幅
とカップリング部材の山部１６の幅の関係は、（溝の幅
＜山部の幅）とするのが望ましい。いいかえれば、カッ
プリング部材を締め付けたとき、溝１５の溝底とカップ
リング部材３の山部１６の頂上面との間にギャップＧ
１、溝１５の溝縁の面と山部１６の基部の面との間にギ
ャップＧ２があるようにするのが望ましく、Ｇ１または
Ｇ２は、溝の深さＨに対し、０．０１〜０．５倍である
ことが望ましい。ギャップＧ１またはＧ２が０．０１Ｈ
未満では、管端部材およびカップリング部材の製作誤差
等を考慮すると、カップリング部材を締め付けたとき溝
底面と山部の頂面、または溝縁面と山部の基部面が当た
り、溝側壁で十分な面圧を得られないおそれがあり、
０．５Ｈを超えると溝側壁全面を有効に使うことができ
ず、局部的に溝側面に過大な面圧が負荷されるためであ
る。

【００６１】溝底および溝縁のコーナーは図８に示すよ
うに、適度の面取り（Ｒ０．２〜１０ｍｍ）を施し集中
応力を回避するのが望ましい。

【００６２】Ａ型およびＢ型の管継手について、管端部
材の突合わせ時の芯出しを容易にするため、一方の管端
部材１の突合わせ面７に凸部、他方の管端部材１の突合
わせ面７に前記凸部に相対する凹部を設けるのが好まし
い。嵌合が容易になるよう、凸部の先端は凹部の開口よ
り小さくする必要がある。

【００６３】凸部の形状には特に制約はないが、加工の
容易性や、耐せん断強度をある程度負担させる場合に
は、凸部を継手軸を中心とした円錐、円筒またはリング
状とするのが望ましい。構造物部材管４相互の方位を限
定しなければならない場合は、同心円以外の形状、例え
ば４角錐台形、多数の突起と穴など、で方向性を決め出
すようにするのが望ましい。

【００６４】図９は本発明のＡ型の管端部材１の突合わ
せ面７に凸部８および凹部９を設けた態様例の内、図２
以外の態様例を示す概要図で、同図(a) は内周側のリン
グ状の凸部８の場合、同図(b) はフランジ部２外周側の
リング状の凸部８を設けた場合、同図(c) は一つの管端
部材１にリング状の凸部８と凹部９をともに有する場
合、同図(d) は軸心に円錐状の凸部８を有する場合であ
る。なお、同図(d) は管端部材１が図２のような管形状
ではなく、中実形状の例を示している。

【００６５】図１０は本発明のＢ型の管端部材に凸部を
設けた態様例の内、図５以外の態様例を示す概要図で、
同図(a) は管形状の先端を絞った形の凸部８を設けた場
合、同図(b) は中心部に円錐状の凸部８を設けた場合で
ある。同図(a) では、上側の管端部材１の凹部９には管
端部材の管形状そのものを利用している。また、同図
(b) は管端部材１が図５のような管形状ではなく、竹の
節状の膜部材２１で補強されている例を示している。

【００６６】Ａ型およびＢ型の管継手において、突合わ
せ時の芯出しの目的のみであれば凸部と凹部の嵌合は緊
密でなくてもよいが、凸部対凹部の嵌合によってせん断
耐力または回転耐力を期待する場合は、凸部の基部の寸
法に対して凹部の突合わせ面位置での開口寸法を０．１
〜１０％程度大きく加工するのが好ましい。なお、前記
のように、凸部の基部の寸法に対して凹部の開口寸法を
若干大きくすることにより、Ａ型の管継手においては突
合わせ面の面接触を優先させ、Ｂ型の管継手において
は、溝側面と山部との接触を優先させている。従って、
通常は管端部材間のせん断耐力または回転耐力を前記凸
部と凹部との嵌合で負担することはないが、過大なせん
断荷重または回転荷重が負荷されたときには、前記凸部
と凹部の嵌合でせん断荷重または回転荷重の大部分を負
担するようになる。

【００６７】(b) カップリング部材図３または図６に示すように、Ａ型、Ｂ型ともにカップ
リング部材３は複数個の分割体１１に分割される。部品
点数を少なくするためには２分割とするのが望ましい
が、分割体１１の加工性、ハンドリング容易性などを考
慮して分割数を決める。

【００６８】分割体１１は図３(a) または図６(a) のよ
うに、締結ボルト穴１２を分割体１１の両端に設けた構
造としてもよいし、図３(b) または図６(b) のように、
分割体１１の片端または両端をヒンジまたはピン構造と
し、１箇所のみをボルト・ナットで締結する構造として
もよい。強度的に許容する範囲で、ピンやヒンジ構造を
用いる方が作業性がよい。

【００６９】Ａ型のカップリング部材の肉厚は、管およ
びフランジ部材と同強度材であるならフランジ突き合わ
せ面に十分大きな接触圧を発生させるだけの剛性を有す
ることが望ましく、構造物部材管の肉厚の１〜１０倍で
あるのが好ましい。１倍未満では剛性が不十分である。
１０倍より大きいと、カップリング部材の重量が増加
し、材料コスト、施工コストが増加する。

【００７０】Ａ型のカップリング部材のリップ部１７の
厚さ（カップリング部材の溝底部での厚さ）は管端部材
１と同強度材の場合、フランジ部２の厚さの０．５〜２
倍とするのが好ましい。フランジ部の厚さの０．５倍よ
り小さいと、過大荷重のときカップリング部材が先に破
壊し、２倍より大きいと強度向上効果は飽和しコスト高
になるからである。

【００７１】Ａ型のカップリング部材の溝底部のコーナ
ーには０．５〜３０mmのＲをとって、応力集中を回避す
るのが望ましい。

【００７２】Ｂ型のカップリング部材の肉厚について
も、管および管端部材と同強度材であるなら管端部材の
溝とカップリング部材の山部の側壁間に十分大きな接触
圧を発生させるだけの剛性を有することが望ましく、構
造物部材管の肉厚の１〜１０倍とするのが好ましい。１
倍未満では剛性が不十分である。１０倍より大きいと、
カップリング部材の重量が増加し、材料コスト、施工コ
ストが増加する。

【００７３】なお、本発明の管継手は主に送電鉄塔や橋
梁などの鋼構造物を想定したもので、「構造物部材
管」、「管端部材」および「カップリング部材」の材料
にも鋼が用いられるが、非鉄金属でもよく、ポリアセタ
ールやポリアミドなどのエンジニアリングプラスチック
や、カーボン繊維、ガラス繊維などで強化された繊維強
化樹脂などであってもよい。構造物部材管、管端部材お
よびカップリング部材は同じ材質であってもよいし、異
なる材質であってもよい。

【００７４】

【実施例】本発明の効果を実証するために、Ａ型および
Ｂ型の本発明のＡ型およびＢ型の管継手（本発明例、識
別ＡおよびＢ）および従来技術のフランジボルト留め型
（比較例、識別ＣおよびＤ）の管継手を施工試験および
引張の疲労試験に供試し、比較した。表１に供試した構
造物部材管のサイズ、材料種類を示す。本発明例および
比較例の管継手の材料は構造物部材管の材料と同程度の
ものを使用した。

【００７５】

【表１】

【００７６】本発明の構造物用管継手のカップリングは
２分割でかつヒンジ式のものを使用した。表２に供試し
た構造物用管継手の仕様を示す。

【００７７】

【表２】

【００７８】表２に示す継手を以下の試験に供試した。

【００７９】(a) 締結試験上側の管端部材を溶接された構造物部材管をクレーンで
吊るし、地上で、地面に水平に据えられた下側の管端部
材の上部にクレーンを操作して設置し、芯合わせ後に専
用のレンチにてボルトを締結する試験を行った。作業員
２名にてこの作業を行い、芯合わせからボルト締結完了
までの時間を測定した。

【００８０】(b) 繰り返し引張試験上記の締結試験にて締結した供試材を繰り返し引張り試
験に供試し、ボルトあるいは継手部材（カップリング部
材および管端部材）の回復不可能な損傷（破損、欠損あ
るいは過度の塑性変形）が生じるまでの荷重の繰り返し
数を記録した。試験は、降伏強度の２／３の応力が構造
物部材管に発生する荷重Ｐｏ＝３１７．２ｔｏｎを平均
応力とし、１．０Ｐｏ±０．５Ｐｏの繰り返し引張荷重
を負荷した。表３に締結試験および繰り返し引張試験の
結果を示す。

【００８１】

【表３】

【００８２】表３より、本発明の継手は既存の継手と比
べ、必要な継手強度を保持しつつ飛躍的に作業時間が短
縮した。

【００８３】本施工試験は地上にて行ったが、実際の施
工現場では高所あるいは足場の悪い場所での作業になる
ため、本発明の管継手の作業性は従来品に比べ、一層向
上すると考えられる。また、従来のボルト・ナット接続
のフランジ継手では、１組の継手を締結するのに必要な
ボルトを一度に作業現場まで持って上がることができな
いため、本発明の管継手の場合より締結作業時間は多く
なり、本発明はいっそう有利になる。

【００８４】

【発明の効果】本発明の管継手を適用することにより、
従来のフランジ継手と同等以上の強度性能を有しつつ、
かつ締結作業効率を格段に向上させることができること
から、鋼管を主体にした構造物を簡便かつ短期間で建造
でき、経済効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＡ型の管継手の構造を示す部分断面斜
視図である。

【図２】本発明のＡ型の管継手の要部を示す断面図であ
る。

【図３】本発明のＡ型の管継手のカップリング部材の斜
視図であり、同図(a) は２つの分割体の両端をボルト留
めとする場合、同図(b) は３つの分割体の２個所をヒン
ジ結合、１個所をボルト留めとする場合である。

【図４】本発明のＢ型の管継手の構造を示す部分断面斜
視図である。

【図５】本発明のＢ型の管継手の要部を示す断面図であ
る。

【図６】本発明のＢ型の管継手のカップリング部材の斜
視図であり、同図(a) は２つの分割体の両端をボルト留
めとする場合、同図(b) は２つの分割体の１個所をヒン
ジ結合、１個所をボルト留めとする場合である。

【図７】本発明のＢ型の管端部材の概要を示す斜視図で
あり、同図(a) は溝が全周に配置されている場合、同図
(b) は円弧状に断続的に配置されている場合、同図(c)
は継手軸方向に傾斜した溝が断続的に配置されている場
合である。

【図８】本発明のＢ型の溝の断面形状を示す断面図であ
り、同図(a) は台形、同図(b)は三角形の場合である。

【図９】本発明のＡ型の管端部材に凸部を設けた態様例
を示す概要図で、同図(a) は内周側のリング状凸部を、
同図(b) はフランジ外周側のリング状凸部を、同図(c)
は一つの管端部材にリング状凸部と凹部を有する場合、
同図(d) は軸心の円錐状凸部を有する場合である。

【図１０】本発明のＢ型の管端部材に凸部を設けた態様
例を示す概要図で、同図(a) は管形状の先端を絞った形
の凸部を設けた場合、同図(b) は中心部に円錐状の凸部
を設けた場合である。

【図１１】従来技術のリブ付きフランジ継手の構造を示
す概要図である。

【図１２】従来技術の一体型フランジ継手の構造を示す
概要図である。

【符号の説明】

１管端部材２フランジ部３カップリング部材４構造物部材管５フランジ円錐面６カップリング円錐面７突合わせ面８凸部９凹部１０接合面１１分割体１２締結ボルト穴１３ヒンジ１４管部分１５溝１６山部１７リップ部１８フランジ１９フランジボルト穴２０リブ２１膜部材Ｇ１、Ｇ２ギャップＨ溝深さ α フランジ円錐面傾斜角 β１、β２溝側壁傾斜角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古谷精市大阪市此花区島屋５丁目１番109号住友金属工業株式会社関西製造所製鋼品事業所内 (72)発明者久保田登大阪市此花区島屋５丁目１番109号住友金属工業株式会社関西製造所製鋼品事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１対の管端部材とカップリング部材とで
構成された構造物用管継手であって、前記管端部材は一
端に構造物の部材と接合する接合面を、他端にフランジ
部を有し、前記フランジ部には他方の管端部材と突き合
わせる突合わせ面を有し、前記カップリング部材は円周
方向に分割した複数個の分割体で構成され、前記１対の
管端部材のフランジ部が突き合わされた状態で双方のフ
ランジ部を覆う構造を有し、かつ前記分割体間を締め付
ける手段を有することを特徴とする構造物用管継手。
【請求項２】管継手が組み立てられ分割体間が締め付
けられた状態において、カップリング部材と接触する管
端部材のフランジ部の面は管継手の軸芯に対する傾斜が
２５〜８０°の円錐面であって、カップリング部材に対
する雄面を形成し、前記フランジ部の円錐面に接触する
カップリング部材の面は、フランジ部の円錐面と同等の
円錐面であって、フランジ部に対して雌面を形成し、管
端部材とカップリング部材とは前記円錐面でのみ接触す
ることを特徴とする請求項１に記載の構造物用管継手。
【請求項３】１対の管端部材とカップリング部材とで
構成された構造物用管継手であって、前記管端部材は一
端に構造物の部材と接合する接合面を、他端に他方の管
端部材と向き合う突合わせ面を有し、外周面に複数の溝
を有し、前記カップリング部材は円周方向に分割した複
数個の分割体で構成され、内面には管継手が組み立てら
れ分割体間が締め付けられた状態で管端部材の溝と嵌め
合う山部を有し、かつ前記分割体間を締め付ける手段を
有することを特徴とする構造物用管継手。
【請求項４】管端部材の溝が、管継手軸を中心とする
円状または円弧状の溝であることを特徴とする請求項３
に記載の構造物用管継手。
【請求項５】カップリング部材の山部の両側の側面の
少なくとも一方が管継手方向に対して４５〜８７°傾斜
し、管継手が組み立てられ分割体間が締め付けられた状
態で管端部材の溝の側壁面とカップリング部材の山部の
側面とが接触し、管端部材の溝の底面とカップリング部
材の山部の頂面との間に溝深さの０．００５倍以上の隙
間があり、管端部材の溝の縁面とカップリング部材の山
部の基部面との間に溝深さの０．００５〜０．５倍の隙
間があることを特徴とする請求項３または４に記載の構
造物用管継手。
【請求項６】１対の管端部材のうち一方の管端部材の
突合わせ面に凸部を有し、他方の管端部材の突合わせ面
に前記凸部と嵌合する凹部を有することを特徴とする請
求項１から５までのいずれかに記載の構造物用管継手。