JPWO2017090503A1 - 鋼管杭の継手構造 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2015年11月27日に日本に出願された特願2015−231400号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本実施形態に係る鋼管杭の継手構造7は、地滑り杭、支持杭又は摩擦杭等に利用されるものであり、図1に示すように、断面略円形状等の第1鋼管杭1と第2鋼管杭2とを軸芯方向Yに連結する。
なお、図3、図5、図8から図13、図16の断面図については、図を見やすくするために、ハッチングを省略している。
即ち、本実施形態に係る鋼管杭の継手構造7においては、第1鋼管杭1に最も近い内嵌谷部53の板厚よりも、第2鋼管杭2に最も近い外嵌谷部33の板厚の方が小さく、かつ、第1鋼管杭1に最も近い内嵌谷部53の板厚によって、第2鋼管杭2に最も近い外嵌谷部33の板厚を除算した比率が0.84以上である。
ここで、図13の(a)に示すように、本実施形態に係る鋼管杭の継手構造7では、第1鋼管杭1に最も近い内嵌谷部53の板厚よりも、第2鋼管杭2に最も近い外嵌谷部33の板厚の方が小さい。これに対して、図13の(b)に示されるような従来の鋼管杭の継手構造9では、第1鋼管杭1に最も近い内嵌谷部53の板厚と、第2鋼管杭2に最も近い外嵌谷部33の板厚とが同一である。図13の(c)は、図13の(a)と図13の(b)との比較を示す図である。図13の(c)では、図13の(b)の従来の鋼管杭の継手構造9が点線で示されている。これによると、本実施形態に係る鋼管杭の継手構造7の方が、特に外嵌端部3の全体の厚みが低減されていることがわかる。
継手を適用する鋼管杭の範囲は、外径Dpを400.0mm〜1600.0mm、鋼管杭の板厚tpを6.0mm〜30.0mmとした。材料規格は、JIS A 5525に規定されるSKK40とJIS G 3106に規定されるSM570である。図14のグラフは、接合する鋼管杭の外径Dpと板厚tpとの径厚比(Dp/tp) を横軸として、FEM解析で算出された本実施形態に係る鋼管杭の継手構造7の最大曲げモーメントMmax(継手部分)と鋼管杭の全塑性曲げモーメントMp(鋼管部分)との比率(Mmax/Mp)を縦軸としている。図14からは、外嵌端部3の板厚tbを低減させた場合でも、継手の最大曲げモーメントMmaxが、接合する鋼管の全塑性曲げモーメントMpを上回ることがわかる。また、継手は鋼管より強いため、本継手は鋼管に先行して破壊することは無いことがわかる。表1に、図14の数値データを示す。
図15Aによると、内嵌端部5においては、径厚比が変化した場合に耐力比も変化するため、耐力比が径厚比の一次関数となることがわかる。これに対して、図15Bによると、外嵌谷部33においては、耐力比が径厚比によらず一定となることがわかる。なお、図15A及び図15Bでも、鋼管杭の外径Dpを400.0mm〜1600.0mm、鋼管杭の板厚tを6.0mm〜30.0mmとした範囲で、鋼管杭の通常の材料規格の下限値としてJIS A 5525に規定されるSKK400を示すとともに、材料規格の上限値としてJIS G 3106に規定されるSM570を示している。表2に、図15A及び図15Bの数値データを示す。
このことから、径厚比が200.00となる範囲で、内嵌谷部53の破壊を基準として設計すると、外嵌谷部33の断面積を71%(0.50/0.70≒0.71)まで低減できる。このため、外嵌谷部33の断面積は、外嵌谷部33の板厚tbの2乗と比例関係にあることから、外嵌谷部33の板厚tbが内嵌谷部53の板厚tpの0.84倍まで低減しても(0.842≒0.71)、内嵌谷部53と同等以上の断面積を確保できる。よって、外嵌谷部33と内嵌谷部53とで同等の耐力を確保することができる。径厚比50程度では、内嵌谷部53の破壊を基準として設計すると、外嵌谷部33の断面積を97%(0.68/0.70≒0.97)まで低減できる。このため、外嵌谷部33の断面積は、外嵌谷部33の板厚tbの2乗と比例関係にあることから、外嵌谷部33の板厚tbが内嵌谷部53の板厚tpの0.94倍まで低減しても(0.972≒0.94)、内嵌谷部53と同等以上の断面積を確保できる。
さらに、第1外嵌段部41及び第1内嵌段部61では、第2外嵌段部42第4外嵌段部44、及び、第2内嵌段部62〜第4内嵌段部64より、外嵌山部31の圧縮面31b及び内嵌山部51の圧縮面51bの突出高さHcが大きくなる。これにより、外嵌端部3及び内嵌端部5の各々において、引張耐力より圧縮耐力が大きくなる特徴を有する。
これにより、鋼管杭の継手構造7は、突出高さHcに対する突出高さHtの比率を、0.5以上、0.9以下として、突出高さHcを低減させて圧縮耐力の過剰設計を回避できる。これにより、従来の鋼管杭の継手構造9と比較して、少ない重量及び体積の鋼材等の使用量で、最大の圧縮と引張と曲げの耐力が得られる。その結果、継手全体の重量、体積を低減させて連結作業の効率を向上させるとともに、継手全体の材料コストの上昇を抑制することが可能となる。
本発明の第2実施形態について以下に説明するが、基本的に上記第1実施形態の変形例に相当するので、上記第1実施形態で用いた符号と同一の符合を用いて説明し、図示は省略する。
すなわち、本実施形態は、基本的には、上記第1実施形態と同様の構成であるが、第1鋼管杭1に最も近い内嵌谷部53の板厚によって、第2鋼管杭2に最も近い外嵌谷部33の板厚を除算した比率が、0.84以上、0.94以下である。
(tb1/tp1)=0.99−0.001×(Dp/tb1)…(式1)
本発明の第3実施形態について以下に説明するが、基本的に上記第1実施形態の変形例に相当するので、上記第1実施形態で用いた符号と同一の符合を用いて説明し、図示は省略する。
すなわち、本実施形態は、基本的には、上記第1実施形態と同様の構成であるが、各々の外嵌山部31において、相対的に第2鋼管杭2に近い外嵌山部31の突出高さにより、当該外嵌山部31の隣にある他の外嵌山部31の突出高さを除算した比率が、0.6以上、0.8以下であり、各々の内嵌山部51において、相対的に第1鋼管杭1に近い内嵌山部51の突出高さにより、当該内嵌山部51の隣にある他の内嵌山部51の突出高さを除算した比率が、0.6以上、0.8以下である。
2 :第2鋼管杭
3 :外嵌端部
31 :外嵌山部
31a:引張面
31b:圧縮面
32 :外嵌溝部
33 :外嵌谷部
38 :外嵌余長部
4 :外嵌段部
41 :第1外嵌段部
42 :第2外嵌段部
43 :第3外嵌段部
44 :第4外嵌段部
5 :内嵌端部
51 :内嵌山部
51a:引張面
51b:圧縮面
52 :内嵌溝部
53 :内嵌谷部
58 :内嵌余長部
6 :内嵌段部
61 :第1内嵌段部
62 :第2内嵌段部
63 :第3内嵌段部
64 :第4内嵌段部
7 :鋼管杭の継手構造
A :先端側
B :基端側
L :軸芯線
W :周方向
X :軸芯直交方向
Y :軸芯方向
Claims (3)
- 外嵌端部を有する第1鋼管杭と内嵌端部を有する第2鋼管杭とが、前記外嵌端部と前記内嵌端部とにおいて同一の軸芯線を共有した状態で連結された鋼管杭の継手構造であって、
前記軸芯線に沿って断面視した場合に:
前記外嵌端部の内側の、前記軸芯線に沿った複数位置に、前記第2鋼管杭に向かって段階的に拡径するように外嵌段部が設けられ、
各々の前記外嵌段部が、相対的に前記第2鋼管杭に近い外嵌山部と、当該外嵌山部に隣接する外嵌谷部とを有し;
前記内嵌端部の外側の、前記軸芯線に沿った複数位置に、前記第1鋼管杭に向かって段階的に縮径するように内嵌段部が設けられ、
各々の前記内嵌段部が、相対的に前記第1鋼管杭に近い内嵌山部と、当該内嵌山部に隣接する内嵌谷部とを有し、
各々の前記内嵌山部が、前記外嵌端部内に前記内嵌端部を挿入して前記軸芯線回りに相対回転させた状態で、各々の前記外嵌山部に対して係止され;
各々の前記外嵌山部において、相対的に前記第2鋼管杭に近い前記外嵌山部の突出高さにより、当該外嵌山部の隣にある前記外嵌山部の突出高さを除算した比率が、0.5以上、0.9以下であり、
各々の前記内嵌山部において、相対的に前記第1鋼管杭に近い前記内嵌山部の突出高さにより、当該内嵌山部の隣にある前記内嵌山部の突出高さを除算した比率が、0.5以上、0.9以下であり、
前記第1鋼管杭に最も近い前記内嵌谷部の板厚よりも、前記第2鋼管杭に最も近い前記外嵌谷部の板厚の方が小さく、かつ、前記第1鋼管杭に最も近い前記内嵌谷部の板厚によって、前記第2鋼管杭に最も近い前記外嵌谷部の板厚を除算した比率が、0.84以上である;
ことを特徴とする鋼管杭の継手構造。 - 前記第1鋼管杭に最も近い前記内嵌谷部の板厚によって、前記第2鋼管杭に最も近い前記外嵌谷部の板厚を除算した比率が、0.84以上、0.94以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の鋼管杭の継手構造。 - 各々の前記外嵌山部において、相対的に前記第2鋼管杭に近い前記外嵌山部の突出高さにより、当該外嵌山部の隣にある前記外嵌山部の突出高さを除算した比率が、0.6以上、0.8以下であり、
各々の前記内嵌山部において、相対的に前記第1鋼管杭に近い前記内嵌山部の突出高さにより、当該内嵌山部の隣にある前記内嵌山部の突出高さを除算した比率が、0.6以上、0.8以下であり、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の鋼管杭の継手構造。
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