WO2022270263A1 - 機械式継手、継手付き鋼管、継手付き鋼管の製造方法、構造体、構造体の施工方法、機械式継手の設計方法 - Google Patents

機械式継手、継手付き鋼管、継手付き鋼管の製造方法、構造体、構造体の施工方法、機械式継手の設計方法 Download PDF

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WO2022270263A1
WO2022270263A1 PCT/JP2022/022435 JP2022022435W WO2022270263A1 WO 2022270263 A1 WO2022270263 A1 WO 2022270263A1 JP 2022022435 W JP2022022435 W JP 2022022435W WO 2022270263 A1 WO2022270263 A1 WO 2022270263A1
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WO
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joint pipe
pipe
split pieces
convex portion
outer joint
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PCT/JP2022/022435
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Inventor
和臣 市川
Original Assignee
Ｊｆｅスチール株式会社
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/24—Prefabricated piles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L37/00—Couplings of the quick-acting type
    • F16L37/08—Couplings of the quick-acting type in which the connection between abutting or axially overlapping ends is maintained by locking members
    • F16L37/12—Couplings of the quick-acting type in which the connection between abutting or axially overlapping ends is maintained by locking members using hooks, pawls or other movable or insertable locking members
    • F16L37/133—Couplings of the quick-acting type in which the connection between abutting or axially overlapping ends is maintained by locking members using hooks, pawls or other movable or insertable locking members using flexible hooks

Definitions

  • the present invention provides a mechanical joint used for joining steel pipes together, a steel pipe with a joint provided with the mechanical joint, a method for manufacturing a steel pipe with a joint, a mechanical joint, and a structure provided with a plurality of steel pipes joined by the mechanical joint,
  • the present invention relates to a method of constructing a structure and a method of designing a mechanical joint.
  • Patent Document 1 discloses a joint that can be joined simply by inserting and has excellent workability.
  • an outer joint pipe and an inner joint pipe are provided at ends of steel pipes to be joined, and the outer joint pipe and the inner joint pipe are mutually connected in the pipe axial direction. It joins steel pipes by inserting and fitting them.
  • Either one of the outer joint tube and the inner joint tube has a distal end that is divided in the circumferential direction so that it can bend in the radial direction. A pushing load is applied in the axial direction, and the tip of either the outer joint pipe or the inner joint pipe is bent and inserted.
  • the portion in which the tip is divided in the circumferential direction has a circular arc cross section, and therefore has higher bending rigidity than a rectangular cross section, and a large amount of bending rigidity when fitting the joints together. Requires an indentation load.
  • joints generally require compressive and tensile strengths equivalent to those of steel pipes, so if the plate thickness of the joint is increased according to the specifications of the steel pipe, a larger indentation load is required. Since an increase in the pressing load required for fitting by insertion deteriorates workability, methods for reducing the pressing load are being studied.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its object is to reduce the pressing load required for fitting and improve workability without increasing the processing cost and reducing the strength. , a mechanical joint, a steel pipe with a joint, a method of manufacturing a steel pipe with a joint, a structure, a method of constructing the structure, and a method of designing the mechanical joint.
  • a mechanical joint includes an inner joint pipe and an outer joint pipe that are provided at ends of steel pipes to be joined, and one of the inner joint pipe and the outer joint pipe is A projection formed on the outer peripheral surface of the inner joint pipe, which is divided at equal intervals in the circumferential direction and configured by split pieces that can bend in the radial direction, and a convex portion formed on the inner peripheral surface of the outer joint pipe, the inner an engaging portion that engages with the convex portion and resists a tensile load together with the convex portion in a state in which the joint pipe and the outer joint pipe are completely fitted together; is provided for engaging the split piece while the inner joint tube and the outer joint tube are being fitted together, the split piece abutting against the convex portion to cooperate with the convex portion to bend the split piece and the bent state to the engagement and a guide part that maintains the split pieces up to the joint, wherein the split pieces are grouped into a plurality of groups that satisfy the following conditions (1) and (2), and the same
  • the split pieces belonging to the same group have the same axial position at which the maximum deflection occurs in the guide portion, and the axial positions are different for each group.
  • the split pieces belonging to the same group Connecting the centers of directions with straight lines to form a straight line through the center of the tube or a polygon whose center of gravity coincides with the center of the tube
  • a mechanical joint includes an inner joint pipe and an outer joint pipe that are provided at ends of steel pipes to be joined, and one of the inner joint pipe and the outer joint pipe is Protrusions formed on the inner peripheral surface of the outer joint pipe, which are divided at equal intervals in the circumferential direction and configured by split pieces that are radially flexible, and formed on the outer peripheral surface of the inner joint pipe, the outer an engaging portion that engages with the convex portion and resists a tensile load together with the convex portion in a state in which the joint pipe and the inner joint pipe are completely fitted together; is provided for engaging the outer joint tube and the inner joint tube, contacting the protrusion to bend the split piece in cooperation with the protrusion while the outer joint tube and the inner joint tube are being fitted together.
  • split pieces are grouped into a plurality of groups that satisfy the following conditions (1) and (2), and the same group is split in the fitting process It is configured to shift the timing to reach the maximum deflection for each piece.
  • the split pieces belonging to the same group have the same axial position at which the maximum deflection occurs in the guide portion, and the axial positions are different for each group.
  • the split pieces belonging to the same group Connecting the centers of directions with straight lines to form a straight line through the center of the tube or a polygon whose center of gravity coincides with the center of the tube
  • the split pieces in one group do not start to flex in the radial direction before the split pieces in one group reach the maximum deflection.
  • a steel pipe with a joint according to one aspect of the present invention includes the inner joint pipe and/or the outer joint pipe of the mechanical joint according to the above invention at both ends or one end.
  • a method for manufacturing a steel pipe with a joint according to one aspect of the present invention is a method for manufacturing a steel pipe with a joint according to the above invention, wherein the outer joint pipe and/or the inner joint pipe in the mechanical joint according to the above invention are joined. Each is attached to the end of the target steel pipe.
  • a structure according to one aspect of the present invention includes the mechanical joint according to the above invention and a plurality of steel pipes joined by the mechanical joint.
  • a method for constructing a structure according to an aspect of the present invention is a method for constructing a structure according to the above-described invention, comprising a steel pipe having the outer joint pipe attached to its end, and a steel pipe having the inner joint pipe attached to its end. With one of the attached steel pipes standing in the ground, the other steel pipe is placed on the one steel pipe, and the inner joint pipe and the outer joint pipe are fitted together. Join.
  • a method for designing a mechanical joint includes an inner joint pipe and an outer joint pipe provided at ends of steel pipes to be joined, and either one of the inner joint pipe and the outer joint pipe is provided. is divided at equal intervals in the circumferential direction and composed of divided pieces that can be bent in the radial direction, a convex portion formed on the outer peripheral surface of the inner joint pipe, and an engaging portion that engages with the convex portion and resists a tensile load together with the convex portion in a state in which the inner joint pipe and the outer joint pipe are completely fitted;
  • the split piece is provided on the distal end side, and in the middle of fitting the inner joint tube and the outer joint tube, the split piece abuts against the convex portion and cooperates with the convex portion to bend and bend the split piece.
  • the divided pieces are grouped into a plurality of groups satisfying the following conditions (1) and (2):
  • the timing at which the split pieces of the same group reach the maximum deflection is shifted, and the horizontal stress caused by the deflection of the split pieces is offset.
  • the split pieces belonging to the same group have the same axial position at which the maximum deflection occurs in the guide portion, and the axial positions are different for each group.
  • the split pieces belonging to the same group Connecting the centers of directions with straight lines to form a straight line through the center of the tube or a polygon whose center of gravity coincides with the center of the tube
  • a method for designing a mechanical joint according to an aspect of the present invention includes an inner joint pipe and an outer joint pipe that are provided at ends of steel pipes to be joined, and either the inner joint pipe or the outer joint pipe is provided. One of them is divided at equal intervals in the circumferential direction and composed of split pieces that are radially flexible, and includes a convex portion formed on the inner peripheral surface of the outer joint pipe and a convex portion formed on the outer peripheral surface of the inner joint pipe.
  • an engaging portion that engages with the convex portion and resists a tensile load together with the convex portion in a state in which the outer joint pipe and the inner joint pipe are completely fitted together; is also provided on the distal end side, and in the middle of fitting the outer joint tube and the inner joint tube, it abuts against the convex portion and cooperates with the convex portion to bend the split piece and bend it. and a guide portion that maintains up to the engaging portion, wherein the divided pieces are divided into a plurality of groups satisfying the following conditions (1) and (2): The split pieces are divided into groups, and the timing at which the split pieces of the same group reach maximum deflection is shifted in the fitting process, and the horizontal stress caused by the deflection of the split pieces is offset.
  • the split pieces belonging to the same group have the same axial position at which the maximum deflection occurs in the guide portion, and the axial positions are different for each group.
  • the split pieces belonging to the same group Connecting the centers of directions with straight lines to form a straight line through the center of the tube or a polygon whose center of gravity coincides with the center of the tube
  • the split pieces are grouped into a plurality of groups so as to satisfy a predetermined condition, and the timing at which the split pieces of the same group reach maximum deflection during the fitting process is shifted. It can reduce the pressing load required for installation and improve workability. Moreover, according to the present invention, the pressing load can be reduced without increasing the number of split pieces, so that the processing cost does not increase and the strength does not decrease.
  • FIG. 1A is a diagram showing a mechanical joint according to an embodiment of the present invention, and is a diagram schematically showing how split pieces bend during the joining process.
  • FIG. 1B is a diagram showing a mechanical joint according to an embodiment of the present invention, and is a diagram schematically showing how split pieces bend during the joining process.
  • FIG. 1C is a diagram showing a mechanical joint according to an embodiment of the present invention, and is a diagram schematically showing how split pieces bend during the joining process.
  • FIG. 1D is a diagram showing a mechanical joint according to an embodiment of the present invention, and schematically showing how split pieces bend during the joining process.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of grouping eight divided pieces so as to satisfy the conditions of the present invention.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining an indentation load when a conventional mechanical joint is used as a comparative example.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining an indentation load when a conventional mechanical joint is used as a comparative example.
  • FIG. 3C is a diagram for explaining an indentation load when a conventional mechanical joint is used as a comparative example.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining an indentation load in a mechanical joint according to one embodiment of the present invention;
  • FIG. 4B is a diagram for explaining the indentation load in the mechanical joint according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4C is a diagram for explaining the indentation load in the mechanical joint according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of grouping four divided pieces so as to satisfy the conditions of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of grouping eight divided pieces so as not to satisfy the conditions of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a state before fitting of a mechanical joint according to a modification of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a state after fitting of a mechanical joint according to a modification of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A is a diagram for explaining a joining process of a mechanical joint according to another aspect;
  • FIG. 9B is a diagram for explaining a joining process of a mechanical joint according to another aspect;
  • FIG. 9C is a diagram for explaining a joining process of a mechanical joint according to another aspect;
  • FIG. 9A is a diagram for explaining a joining process of a mechanical joint according to another aspect
  • FIG. 9B is a diagram for explaining a joining process of a mechanical joint according to another aspect
  • FIG. 9D is a diagram for explaining a joining process of a mechanical joint according to another aspect
  • FIG. 10A is a view showing another aspect of the mechanical joint of FIG. 1A, and a view schematically showing how split pieces bend during the joining process.
  • FIG. 10B is a diagram showing another aspect of the mechanical joint of FIG. 1B, and schematically showing how the split pieces bend during the joining process.
  • FIG. 10C is a view showing another aspect of the mechanical joint of FIG. 1C, and a view schematically showing how split pieces bend during the joining process.
  • FIG. 10D is a view showing another aspect of the mechanical joint of FIG. 1D, and a view schematically showing how split pieces bend during the joining process.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a conventional mechanical joint, showing a state before fitting.
  • FIG. 12 is a diagram showing a state after fitting in the mechanical joint of FIG. 11.
  • FIG. 13 is a view taken along line AA of FIG. 11.
  • FIG. 14A is a diagram for explaining a joining process of a conventional mechanical joint;
  • FIG. 14B is a diagram for explaining a joining process of a conventional mechanical joint.
  • FIG. 14C is a diagram for explaining a joining process of a conventional mechanical joint;
  • FIG. 14D is a diagram for explaining a joining process of a conventional mechanical joint.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between axial displacement and load in one split piece in the joining process shown in FIG.
  • FIGS. 11, 12, 13, 14A, 14B, 14C, and 14D Before describing a mechanical joint according to an embodiment of the present invention, the structure of a conventional mechanical joint will be described based on FIGS. 11, 12, 13, 14A, 14B, 14C, and 14D. explain.
  • an example of a conventional mechanical joint 23 is composed of an inner joint pipe 5 and an outer joint pipe 25 provided at the ends of steel pipes 3 to be joined.
  • the inner joint pipe 5 and the outer joint pipe 25 are arranged vertically facing each other.
  • an axial load is applied to the upper inner joint pipe 5 and the inner joint pipe 5 is inserted into the outer joint pipe 25 to fit the inner joint pipe 5 and the outer joint pipe 25 together.
  • the upper and lower steel pipes 3 are joined as shown in FIG.
  • the inner joint pipe 5 has a base end portion 9 that is welded to the steel pipe 3, and on the tip side of the base end portion 9 is a cylindrical member having an outer diameter smaller than that of the base end portion 9 with a slit extending in the axial direction.
  • a split piece 11 is provided which is split to form a .
  • FIG. 13 is a view taken along the line AA in FIG. 11, showing only the tip of the split piece 11.
  • the mechanical joint 23 is obtained by dividing the tip of the inner joint pipe 5 into, for example, eight, and the eight divided pieces 11 having an arcuate cross section are arranged in the circumferential direction at regular intervals. .
  • the split piece 11 can be bent in the radial direction, and a projection 13 projecting outward is formed on the outer peripheral surface of the tip portion.
  • the inner diameter of the outer joint pipe 25 is smaller than the outer diameter of the portion of the inner joint pipe 5 where the protrusion 13 is formed, and the inner peripheral surface of the outer joint pipe 25 has a recess 15 formed on the proximal end side.
  • FIGS. 14A, 14B, 14C, and 14D schematically show cross sections in the axial direction at the B portion of FIG. 11.
  • FIG. 14A an engaging portion 17 and a guide portion 19 are provided on the inner peripheral surface of the outer joint tube 25 .
  • the engaging portion 17 constitutes a side wall of the concave portion 15 and engages with the convex portion 13 of the inner joint pipe 5 .
  • the guide portion 19 cooperates with the convex portion 13 to bend the split piece 11 while the inner joint tube 5 is being inserted into the outer joint tube 25 to be fitted, and maintains the bent state up to the engaging portion 17 . do.
  • the guide portion 19 has an inclined surface portion 19 a that initiates bending of the split piece 11 and guides it to maximum bending, and a flat surface portion 19 b that maintains the maximum bending up to the engaging portion 17 .
  • An inclined surface portion 13 a having a shape corresponding to the inclined surface portion 19 a of the guide portion 19 is formed on the outer peripheral side of the distal end of the convex portion 13 of the inner joint pipe 5 .
  • FIG. 14A shows the state before the inner joint tube 5 and the outer joint tube 25 are pressed into contact with each other, that is, before the split piece 11 starts bending.
  • the axial position of the projection 13 at this time is X 0 .
  • FIG. 14B shows a state in which the outer peripheral surface of the convex portion 13 reaches the apex of the inclined surface portion 19a, that is, the split piece 11 is bent most. Also, the axial position of the projection 13 at this time is defined as X1.
  • the insertion is advanced while maintaining the split piece 11 in the maximum bending state.
  • the axial position of the projection 13 shown in FIG . 14C is defined as X2.
  • the axial position of the projection 13 at this time is defined as X3.
  • the compressive load acting in the axial direction between the inner joint pipe 5 and the outer joint pipe 25 is applied to the base end portion 9 of the inner joint pipe 5 and the outer joint pipe. 25 tip.
  • the tensile load acting in the axial direction between the inner joint pipe 5 and the outer joint pipe 25 is prevented by resist by.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the axial displacement and the magnitude of the load required to bend and insert one split piece 11 .
  • FIG. 15 is a graph showing the load required to insert and fit one split piece 11 while bending it.
  • the load as shown in FIG. is necessary for That is, in the case of the mechanical joint 23 shown in FIGS. 11 to 13, since the eight split pieces 11 are uniformly bent, the load required to insert and fit the inner joint tube 5 is shown in FIG. About eight times the load.
  • a mechanical joint 1 includes an inner joint pipe 5 and an outer joint pipe 7 provided at the ends of steel pipes 3 to be joined.
  • the inner joint tube 5 is circumferentially divided into, for example, eight equal intervals, and is composed of divided pieces 11 that are radially flexible.
  • a convex portion 13 is formed on the outer peripheral surface of the split piece 11 .
  • an engaging portion 17 is engaged with the convex portion 13 in a state in which the inner joint pipe 5 and the outer joint pipe 7 are completely fitted to resist a tensile load together with the convex portion 13. is provided.
  • the guide portion 19 has an inclined surface portion 19 a that starts bending of the split piece 11 and guides it to the maximum bending, and a flat surface portion 19 b that maintains the maximum bending up to the engaging portion 17 .
  • An inclined surface portion 13 a having a shape corresponding to the inclined surface portion 19 a of the guide portion 19 is formed on the outer peripheral side of the distal end of the convex portion 13 of the inner joint pipe 5 .
  • the inner joint pipe 5 according to this embodiment has the same shape as the conventional example except for the split piece 11 .
  • the eight divided pieces 11 according to this embodiment are divided into a plurality of groups that satisfy the following conditions (1) and (2).
  • the eight split pieces 11 are configured such that the timing at which the split pieces of the same group reach the maximum deflection differs during the fitting process.
  • the number of divisions is 4 or more. If the number of divisions is 3 or less, one division piece may belong to one group, and in this case, the straight line or polygon of condition (2) cannot be formed.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of the segmented pieces 11 of A 1 to A 4 and the guide portion 19 of the portion that contacts the segmented pieces 11 of A 1 to A 4 .
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the split pieces 11 of B 1 to B 4 and the guide portion 19 of the portion that abuts on the split pieces 11 of B 1 to B 4 .
  • 1A and 1B show the initial state of inserting the inner joint pipe 5 into the outer joint pipe 7.
  • the inclined surface portion 19a with which the segmented pieces 11 of A 1 to A 4 abut is formed between X 0 and X 1 and is located at the top of the inclined surface portion 19a, which is the position where the deflection is maximum.
  • the position is X1.
  • the inclined surface portion 19a with which the divided pieces 11 of B 1 to B 4 abut is formed between X 1 and X 2 , and the top of the inclined surface portion 19a, which is the position where the deflection is maximum, The position of is X2.
  • FIGS. 1C and 1D show states in which the inner joint tube 5 is further inserted from the positions shown in FIGS. 1A and 1B, respectively.
  • the segmented pieces 11 of A 1 to A 4 are in contact with the flat surface portion 19b and maintain the maximum deflection
  • the segmented pieces 11 of B 1 to B 4 are in contact with the inclined surface portion 19a. It is in the middle of bending in contact with the
  • the axial position at which each split piece 11 reaches the maximum deflection is the same in the same group and different in each group. In other words, in the fitting process, the timing at which the split pieces 11 of the same group reach the maximum deflection is different.
  • FIG. 3A shows the load required to bend the four split pieces 11 corresponding to the positions A 1 to A 4 shown in FIG.
  • the largest load is required when the segmented pieces 11 of A 1 to A 4 reach the maximum deflection (X 1 ).
  • FIG. 3B shows the load required to bend the four split pieces 11 corresponding to positions B 1 to B 4 shown in FIG.
  • the split pieces 11 of B 1 to B 4 also reach maximum deflection at the same timing (X 1 ) as the split pieces 11 of A 1 to A 4 , and require the largest load at this time.
  • FIG. 3C is a composite of FIGS. 3A and 3B.
  • FIG. 3C shows the load required to bend the eight split pieces 11 when the inner joint tube 5 is inserted and fitted into the outer joint tube 25 and the timing thereof. As shown in FIG. 3C, the required load reaches its maximum value when all of the eight segments 11 of A 1 to A 4 and B 1 to B 4 reach their maximum deflection (X 1 ).
  • the maximum required load is the sum of the maximum load in FIG. 3A and the maximum load in FIG. 3B.
  • 4A, 4B, and 4C respectively show the relationship between the axial displacement and the load required for insertion when the inner joint pipe 5 is inserted and fitted into the outer joint pipe 7 according to this embodiment.
  • FIG. 4A shows the load required to bend the four split pieces 11 of A 1 to A 4 and the timing of the bending. As shown in FIG. 4A, the load required to bend the four segments 11 is greatest when the segments A 1 to A 4 reach their maximum deflection (X 1 ).
  • FIG. 4B shows the load required to bend the four split pieces 11 of B 1 to B 4 and the timing of the bending. As shown in FIG. 4B, the load required to deflect the four segments 11 is greatest when the segments B 1 to B 4 reach their maximum deflection (X 2 ).
  • FIG. 4C is a composite of FIGS. 4A and 4B.
  • FIG. 4C shows the load and timing required to bend the eight split pieces 11 when the inner joint tube 5 is inserted into the outer joint tube 7 .
  • FIG. 4C by shifting the timing of reaching the maximum deflection for each segment 11 of the same group of A 1 to A 4 and B 1 to B 4 , the timings requiring a large load are distributed to two locations. .
  • the maximum value of the load required for inserting the mechanical joint 1 is approximately half of that in FIG. 3C.
  • the above example is an example in which the eight segmented pieces 11 are divided into two groups and the timing at which the maximum deflection occurs is shifted between the two groups.
  • the maximum load can be further reduced by shifting the timing of maximum deflection. That is, four groups of A 1 and A 3 , A 2 and A 4 , B 1 and B 3 , and B 2 and B 4 shown in FIG. 2 are set.
  • the positions of the inclined surface portions 19a of the outer joint pipe 7 are varied in the axial direction so that the timing of reaching the maximum deflection is shifted between these four groups. Thereby, it can be inserted with a load of about 1/4 compared to FIG. 3C.
  • the load reduction effect changes depending on the number of groups.
  • FIG. 5 shows an example in which the tip of the inner joint tube 5 is divided into four as the minimum number of divisions.
  • the straight line connecting the centers of the split pieces 11 in the same group in the circumferential direction passes through the center 21 of the tube, so the condition (2) of the present invention is satisfied.
  • the number of split pieces 11 is not limited to a multiple of 2, and may be a multiple of 3 as long as the condition (2) of the present invention is satisfied.
  • the tip of the inner joint tube 5 may be divided into nine, and three groups may be set such that the figures formed by connecting the centers of the divided pieces 11 in the circumferential direction with straight lines are equilateral triangles. Even in such a case, the center of gravity of the three equilateral triangles coincides with the center 21 of the pipe, so the present invention is applicable (not shown).
  • condition (2) of the present invention is that when the inner joint pipe 5 is inserted into the outer joint pipe 7 and fitted, the stress in the horizontal direction caused by the bending of the split piece 11 is the same. This is a condition for offsetting by the horizontal stress of the other split pieces 11 that bend with timing.
  • the stress in the horizontal direction is canceled within the group, and workability during construction is not deteriorated.
  • FIG. 6 shows an example in which condition (2) is not satisfied.
  • eight divided pieces 11 are divided into three groups A 1 to A 2 , B 1 to B 3 and C 1 to C 3 .
  • the straight line connecting the centers of the split pieces 11 in the circumferential direction of A 1 to A 2 does not pass through the center 21 of the tube.
  • the stresses in the horizontal direction do not cancel each other out.
  • the centers of the segmented pieces 11 of B 1 to B 3 see ⁇ in FIG. 6) and the centers of the segmented pieces 11 of C 1 to C 3 in the circumferential direction (see ⁇ in FIG.
  • all the split pieces 11 are grouped into a plurality of groups, and the positions at which the split pieces 11 abut and cause maximum deflection are different for each group.
  • the timing at which the split pieces 11 of the same group reach the maximum deflection is shifted during the fitting process, so that the pressing load required for fitting can be reduced, and workability can be improved.
  • the pressing load can be reduced without increasing the number of split pieces 11, there is no increase in processing cost or reduction in strength.
  • the split pieces 11 in one group before the split pieces 11 in one group reach the maximum deflection, the split pieces 11 in another group do not start to flex in the radial direction.
  • the invention is not limited to this.
  • the greatest load is required when the split piece 11 reaches its maximum deflection. Therefore, the effect of the present invention can be obtained at least if there is a time difference in the timing of reaching the maximum deflection. Therefore, it is sufficient that at least the positions of the tops of the inclined surface portions 19a are formed so as to differ in the axial direction for each group.
  • the split pieces are grouped into a plurality of groups that satisfy the following conditions (1) and (2), and the axial position that causes the maximum deflection of the guide portion formed on the inner peripheral surface of the split piece is determined.
  • the split pieces belonging to the same group have the same axial position at which the maximum deflection occurs in the guide portion, and the axial positions are different for each group.
  • the split pieces belonging to the same group Connecting the centers of directions with straight lines to form a straight line through the center of the tube or a polygon whose center of gravity coincides with the center of the tube
  • the mechanical joint 2 according to the second modified example is composed of an inner joint pipe 5A and an outer joint pipe 7A which are respectively provided at the ends of the steel pipes 3 to be joined.
  • 5 A of inner joint pipes and 7 A of outer joint pipes are arrange
  • An axial load is applied to the outer joint pipe 7A arranged above in the state shown in FIG. 7 to fit the outer joint pipe 7A onto the inner joint pipe 5A.
  • the outer joint pipe 7A and the inner joint pipe 5A are fitted to join the upper and lower steel pipes 3 together.
  • the outer joint pipe 7A has a base end portion 9A that is welded to the steel pipe 3, and on the tip side of the base end portion 9A, split pieces are formed by forming slits extending in the axial direction in a cylindrical member. 11A is provided.
  • the tip of the outer joint pipe 7A is divided into eight, for example, and the eight divided pieces 11A having an arcuate cross section are arranged in the circumferential direction at regular intervals.
  • the split piece 11A is radially flexible, and has an inwardly protruding protrusion 13A formed on the inner peripheral surface of the tip.
  • the outer diameter of the inner joint pipe 5A is larger than the inner diameter of the portion of the outer joint pipe 7A where the convex portion 13A is formed, and the concave portion 15A is formed on the base end side of the outer peripheral surface of the inner joint pipe 5A.
  • the outer peripheral surface of the inner joint pipe 5A and the convex portion 13A of the outer joint pipe 7A are pressed into contact with each other, so that the split piece 11A of the outer joint pipe 7A expands in diameter. direction outward.
  • the bending of the split piece 11A is restored, and the convex portion 13A of the outer joint pipe 7A enters the concave portion 15A of the inner joint pipe 5A to complete the fitting.
  • Each divided piece 11A in the second modified example is divided into a plurality of groups that satisfy the conditions (1) and (2) as in the above-described embodiment.
  • the eight split pieces 11A are configured such that the timing at which the split pieces of the same group reach the maximum deflection differs during the fitting process.
  • the number of divisions is 4 or more on the assumption that the conditions (1) and (2) are satisfied.
  • the method of dividing each segment 11A into a plurality of groups is the same as in the first embodiment.
  • FIG. 9A is a cross-sectional view of the split piece 11A of A 1 to A 4 and the guide portion 19A of the portion that abuts on the split piece 11A of A 1 to A 4 .
  • the outer peripheral surface of the inner joint pipe 5A is provided with an engaging portion 17A that engages with the convex portion 13A and resists the tensile load together with the convex portion 13A when the outer joint pipe 7A and the inner joint pipe 5A are completely fitted.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view of the split pieces 11A of B 1 to B 4 and the guide portion 19A of the portion that abuts on the split pieces 11A of B 1 to B 4 .
  • 9A and 9B show the initial state of fitting the outer joint pipe 7A to the inner joint pipe 5A.
  • 9A and 9B are diagrams corresponding to FIGS. 1A and 1B, respectively, described above.
  • the inclined surface portion 19a with which the split pieces 11A of A 1 to A 4 abut is formed between X 0 and X 1 and is located at the top of the inclined surface portion 19a, which is the position where the deflection is maximum.
  • the position is X1.
  • the inclined surface portion 19a with which the segmented pieces 11A of B 1 to B 4 abut is formed between X 1 and X 2 .
  • the position of is X2.
  • the split pieces 11A of A 1 to A 4 are in the process of contacting the inclined surface portion 19a and being bent, whereas B 1 to A 4 are in the process of bending.
  • the B4 split piece 11A is not in contact with the inclined surface portion 19a and is not bent.
  • FIGS. 9C and 9D show the state in which the outer joint tube 7A is pushed further from the positions shown in FIGS. 9A and 9B, respectively.
  • FIG. 9C shows a state in which the outer joint pipe 7A is pushed in from the position shown in FIG. 9A.
  • FIG. 9D shows a state in which the outer joint pipe 7A is pushed in from the position shown in FIG. 9B.
  • 9C and 9D correspond to FIGS. 1C and 1D described above, respectively.
  • the configuration shown in FIGS. 9A-9D is similar to the mechanical joint according to the present invention described above with respect to FIGS. 1A-1D.
  • both the convex portion 13 of the inner joint pipe 5 and the guide portion 19 of the outer joint pipe 7 have the inclined surface portions 13a and 19a.
  • the inclined surface portion may be formed only on one side of 19 . If an inclined surface portion is formed on either the convex portion 13 or the guide portion 19, the split piece 11 can be bent by using the press-fitting load for inserting the inner joint pipe 5.
  • FIG. Therefore, as another aspect of the mechanical joint 1 of FIG. 1, an example in which the convex portion 13 is formed with the inclined surface portion 13a and the guide portion 19 is not formed with the inclined surface portion 19a is shown in FIG.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view of the portion of the guide portion 19 that abuts on the split pieces 11 of A 1 to A 4 and the split pieces 11 of A 1 to A 4
  • FIG. 10B is a cross-sectional view of the split pieces 11 of B 1 to B 4
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion of the guide portion 19 that abuts on the split pieces 11 of B 1 to B 4
  • 10A and 10B show the initial state of inserting the inner joint pipe 5 into the outer joint pipe 7.
  • FIGS. 10C and 10D respectively show a state in which the inner joint tube 5 is further inserted from the positions shown in FIGS. 10A and 10B.
  • the position at which the split pieces 11 of A 1 to A 4 and the guide portion 19 contact and the position at which the split pieces 11 of B 1 to B 4 and the guide portion 19 contact are different in the axial direction. By doing so, it is possible to shift the timing of reaching the maximum deflection for each divided piece in the same group.
  • the above is an example in which the convex portion 13 is formed with the inclined surface portion 13a and the guide portion 19 is not formed with the inclined surface portion 19a. The same is true when it is not formed.
  • the fitting load varies depending on the axial length of the inclined surface portion (specifically, the larger the axial length of the inclined surface portion, the smaller the fitting load), one of the convex portion 13 and the guide portion 19 In the case where the inclined surface portion is formed only on the side, it is more rational to provide the inclined surface portion on the guide portion 19 side because the length of the inclined surface portion in the axial direction can be secured.
  • the guide portion 19 (the gray portion in FIG. 1) of the outer joint pipe 7 may be integrated with the outer joint pipe 7, or may be manufactured as a separate member and attached to the inner peripheral surface of the outer joint pipe 7. It may be installed.
  • the engaging portion 17 of the outer joint pipe 7 is a portion that resists the tensile load together with the convex portion 13 of the inner joint pipe 5 during fitting, and thus requires high durability. Since only a pressing load is applied and no load is applied during fitting, high durability is not required. Therefore, the guide portion 19 may be manufactured as a separate member with a strength equivalent to that of ordinary steel, and attached to the inner peripheral surface of the outer joint pipe 7 by bolts or welding. I don't mind.
  • the guide portion 19 When the guide portion 19 is attached as a separate member, the guide portion 19 and the engaging portion 17 may be brought into contact with each other as shown in FIG. If possible, there may be a gap as shown in FIG.
  • the mechanical joint attached to the end of the steel pipe has been described.
  • a steel pipe with a joint can be manufactured. That is, the jointed steel pipe described above has the inner joint pipe and/or the outer joint pipe of the mechanical joint described in the embodiment at both ends or one end.
  • structures such as steel pipe piles, steel pipe sheet piles, steel pipe sheet pile walls connecting steel pipe sheet piles, steel pipe columns, and steel pipe beams can be formed. That is, these structures include the mechanical joints described in the above embodiments and a plurality of steel pipes joined by the mechanical joints.
  • one steel pipe with a joint to be joined is restrained, and the mechanical joint of the other steel pipe with a joint is aligned with the mechanical joint of the one steel pipe with a joint and inserted. It is only necessary to fit them together.
  • the structure is a steel pipe pile
  • either the steel pipe with the outer joint pipe attached to the end or the steel pipe with the inner joint pipe attached to the end is erected in the ground. If the other steel pipe is placed on top of the other steel pipe by lifting it with a crane, etc., the inner joint pipe is inserted into the outer joint pipe, and the inner joint pipe and the outer joint pipe are fitted and joined. good.
  • the mechanical joint of the present invention reduces the load required for insertion and is configured to offset the stress in the horizontal direction during insertion. No need to constrain horizontal movement.
  • a mechanical joint design method includes an inner joint pipe and an outer joint pipe provided at ends of steel pipes to be joined, and one of the inner joint pipe and the outer joint pipe is arranged in the circumferential direction.
  • a convex portion formed on the outer peripheral surface of the inner joint pipe which is divided into equal intervals and configured by split pieces that can be bent in the radial direction, and a convex portion formed on the inner peripheral surface of the outer joint pipe, and the inner joint pipe an engaging portion that engages with the convex portion and resists a tensile load together with the convex portion in a state where the outer joint pipe and the outer joint pipe are completely fitted together;
  • the split piece In the middle of fitting the inner joint tube and the outer joint tube, the split piece abuts on the convex portion and cooperates with the convex portion to bend the split piece, and the bent state is extended to the engaging portion.
  • split pieces are grouped into a plurality of groups satisfying the following conditions (1) and (2), and in the fitting process, the same group In order to offset the horizontal stress caused by the bending of the split pieces, the timing of reaching the maximum deflection is shifted for each split piece.
  • the split pieces belonging to the same group have the same axial position at which the maximum deflection occurs in the guide portion, and the axial positions are different for each group.
  • the split pieces belonging to the same group Connecting the centers of directions with straight lines to form a straight line through the center of the tube or a polygon whose center of gravity coincides with the center of the tube
  • a mechanical joint according to another example is designed by the following design method. That is, a mechanical joint design method includes an inner joint pipe and an outer joint pipe provided at ends of steel pipes to be joined, and one of the inner joint pipe and the outer joint pipe is arranged in the circumferential direction.
  • a convex portion formed on the inner peripheral surface of the outer joint pipe which is divided into equal intervals and configured by split pieces that can be bent in the radial direction, and a convex portion formed on the outer peripheral surface of the inner joint pipe, and the outer joint pipe an engaging portion that engages with the convex portion and resists a tensile load together with the convex portion in a state where the inner joint pipe and the inner joint pipe are completely fitted together;
  • the split piece In the middle of fitting the outer joint tube and the inner joint tube, the split piece abuts against the convex portion and cooperates with the convex portion to bend the split piece, and the bent state is extended to the engaging portion.
  • the divided pieces are grouped into a plurality of groups satisfying the following conditions (1) and (2),
  • the timing at which the split pieces of the same group reach the maximum deflection is shifted, and the horizontal stress caused by the deflection of the split pieces is offset.
  • the split pieces belonging to the same group have the same axial position at which the maximum deflection occurs in the guide portion, and the axial positions are different for each group.
  • the split pieces belonging to the same group Connecting the centers of directions with straight lines to form a straight line through the center of the tube or a polygon whose center of gravity coincides with the center of the tube
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention, and mutual embodiments and modifications. A form in which the examples are combined can be adopted.
  • the guide portion 19A and the recessed portion 15A may be provided on the inner peripheral surface of the outer joint pipe 7A, and the convex portion 13A may be provided on the outer peripheral surface of the inner joint pipe 5A.
  • the present invention is suitable for application to joining steel pipes.

Abstract

加工コストの増大および強度の低下を招くことなく、嵌合に必要な押し込み荷重を低下させることを目的とする。本発明に係る機械式継手１は内側継手管５と外側継手管７を備え、径方向に撓み可能な分割片１１と凸部１３と係合部１７とガイド部１９とを備え、分割片１１は下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けされ、嵌合過程において同一グループの分割片１１ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすようにされている。（１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること、（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること。

Description

機械式継手、継手付き鋼管、継手付き鋼管の製造方法、構造体、構造体の施工方法、機械式継手の設計方法
　本発明は、鋼管同士の接合に用いる機械式継手、機械式継手を備える継手付き鋼管、継手付き鋼管の製造方法、機械式継手、および機械式継手で接合された複数の鋼管を備える構造体、構造体の施工方法、機械式継手の設計方法に関する。
　従来、鋼管同士の接合については主に溶接が用いられていたが、近年工期の短縮や品質管理上の問題があり、機械的な接合も用いられるようになってきた。この機械式接合に関して、差し込むだけで接合が可能な施工性に優れた継手が特許文献１に開示されている。
　特許文献１に記載の「鋼管の継手構造」は、接合対象となる鋼管の端部に外側継手管と内側継手管をそれぞれ設け、これらの外側継手管と内側継手管とを管軸方向に互いに挿入し嵌合させることによって鋼管を接合するものである。外側継手管および内側継手管のいずれか一方は、先端が周方向に分割されて径方向に撓み可能となっている。軸方向に押し込み荷重をかけて外側継手管および内側継手管のいずれか一方の先端を撓ませて挿入する。このとき、挿入の終了位置で撓みが戻るとともに、内側継手管の外周面に形成された凸部と外側継手管の内周面に形成された係合部とが係合して嵌合したり、外側継手管の内周面に形成された凸部と内側継手管の外周面に形成された係合部とが係合したりして嵌合する。
特開２００４－３６３２９号公報
　特許文献１に記載の継手において先端が周方向に分割された部分は、その断面が円弧状であるため、断面矩形状のものに比べて曲げ剛性が高く、継手同士を嵌合させる際に大きな押し込み荷重を必要とする。また、一般的に継手は鋼管と同等の圧縮・引張強度を必要とするので、鋼管の仕様に伴って継手の板厚を厚くすると、さらに大きな押し込み荷重を必要とする。挿入による嵌合に必要な押し込み荷重が増大することは施工性を悪化させるため、押し込み荷重の低減する方法が検討されている。
　そこで、必要な押し込み荷重を低減するには、撓ませる部分の分割数を増やすことが考えられるが、当該部分を切削して製作する場合には、切削箇所数が増加して加工コストがかかる。さらに、分割数の増加に伴って当該部分の強度が低下し、運搬時や作業時の予期せぬ荷重によってねじれなどの不可逆的な変形が生じる場合があり、施工時に嵌合ができなくなる恐れがある。したがって、分割数を増やすことなく押し込み荷重を低減できる機械式継手が求められていた。
　本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、加工コストの増大および強度の低下を招くことなく、嵌合に必要な押し込み荷重を低下させて施工性を向上できる、機械式継手、継手付き鋼管、継手付き鋼管の製造方法、構造体、構造体の施工方法、機械式継手の設計方法を提供することにある。
　本発明の一態様に係る機械式継手は、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管とを備え、前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、前記内側継手管の外周面に形成された凸部と、前記外側継手管の内周面に形成され、前記内側継手管と前記外側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、前記外側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記内側継手管と前記外側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手であって、前記分割片は下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けされ、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすように構成される。
（１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
　本発明の一態様に係る機械式継手は、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管とを備え、前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、前記外側継手管の内周面に形成された凸部と、前記内側継手管の外周面に形成され、前記外側継手管と前記内側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、前記内側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記外側継手管と前記内側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手であって、前記分割片は下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けされ、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすように構成される。
（１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
　本発明の一態様に係る機械式継手は、上記の発明において、一つの前記グループにおける分割片が最大撓みに至る前に、他のグループにおける分割片に径方向の撓みが開始しない。
　本発明の一態様に係る継手付き鋼管は、上記の発明による機械式継手における内側継手管および／または外側継手管を、両端または一端に備える。
　本発明の一態様に係る継手付き鋼管の製造方法は、上記の発明による継手付き鋼管を製造する方法であって、上記の発明による機械式継手における外側継手管および／または内側継手管を、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ取り付ける。
　本発明の一態様に係る構造体は、上記の発明による機械式継手と、前記機械式継手で接合された複数の鋼管とを備える。
　本発明の一態様に係る構造体の施工方法は、上記の発明による構造体を施工する方法であって、前記外側継手管が端部に取り付けられた鋼管と、前記内側継手管が端部に取り付けられた鋼管とのいずれか一方を地中に立設した状態で、他方の鋼管を前記一方の鋼管の上に配置して、前記内側継手管とを前記外側継手管とを嵌合させて接合する。
　本発明の一態様に係る機械式継手の設計方法は、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管を備え、前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、前記内側継手管の外周面に形成された凸部と、前記外側継手管の内周面に形成され、前記内側継手管と前記外側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、前記外側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記内側継手管と前記外側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手を設計する機械式継手の設計方法であって、前記分割片を下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けし、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすとともに分割片の撓みによって生ずる水平方向の応力が相殺されるようにする。
（１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
　本発明の一態様に係る機械式継手の設計方法は、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管とを備え、前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、前記外側継手管の内周面に形成された凸部と、前記内側継手管の外周面に形成され、前記外側継手管と前記内側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、前記内側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記外側継手管と前記内側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手を設計する機械式継手の設計方法であって、前記分割片を下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けし、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすとともに分割片の撓みによって生ずる水平方向の応力が相殺されるようにする。
（１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
　本発明によれば、分割片は所定の条件を満たすように複数のグループにグループ分けされ、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすようにしたことにより、嵌合に必要な押し込み荷重を低減でき、施工性が向上する。また、本発明によれば、分割片の数を増やすことなく押し込み荷重を低減できるので、加工コストが増大したり、強度が低下したりすることもない。
図１Ａは、本発明の一実施形態に係る機械式継手を示す図であり、接合過程における分割片が撓む様子を模式的に示した図である。 図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る機械式継手を示す図であり、接合過程における分割片が撓む様子を模式的に示した図である。 図１Ｃは、本発明の一実施形態に係る機械式継手を示す図であり、接合過程における分割片が撓む様子を模式的に示した図である。 図１Ｄは、本発明の一実施形態に係る機械式継手を示す図であり、接合過程における分割片が撓む様子を模式的に示した図である。 図２は、８個の分割片を本発明の条件を満たすようにグループ分けした例を示す図である。 図３Ａは、比較例として、従来の機械式継手を用いた場合の押し込み荷重について説明するための図である。 図３Ｂは、比較例として、従来の機械式継手を用いた場合の押し込み荷重について説明するための図である。 図３Ｃは、比較例として、従来の機械式継手を用いた場合の押し込み荷重について説明するための図である。 図４Ａは、本発明の一実施形態に係る機械式継手における押し込み荷重について説明するための図である。 図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る機械式継手における押し込み荷重について説明するための図である。 図４Ｃは、本発明の一実施形態に係る機械式継手における押し込み荷重について説明するための図である。 図５は、４個の分割片を本発明の条件を満たすようにグループ分けした例を示した図である。 図６は、８個の分割片を本発明の条件を満たさないようにグループ分けした例を示した図である。 図７は、本発明の一実施形態の変形例に係る機械式継手の嵌合前の状態を示す模式図である。 図８は、本発明の一実施形態の変形例に係る機械式継手の嵌合後の状態を示す模式図である。 図９Ａは、他の態様による機械式継手の接合過程を説明するための図である。 図９Ｂは、他の態様による機械式継手の接合過程を説明するための図である。 図９Ｃは、他の態様による機械式継手の接合過程を説明するための図である。 図９Ｄは、他の態様による機械式継手の接合過程を説明するための図である。 図１０Ａは、図１Ａの機械式継手の他の態様を示す図であり、接合過程における分割片が撓む様子を模式的に示した図である。 図１０Ｂは、図１Ｂの機械式継手の他の態様を示す図であり、接合過程における分割片が撓む様子を模式的に示した図である。 図１０Ｃは、図１Ｃの機械式継手の他の態様を示す図であり、接合過程における分割片が撓む様子を模式的に示した図である。 図１０Ｄは、図１Ｄの機械式継手の他の態様を示す図であり、接合過程における分割片が撓む様子を模式的に示した図である。 図１１は、従来の機械式継手を示す模式図であり、嵌合前の状態を示す図である。 図１２は、図１１の機械式継手における嵌合後の状態を示す図である。 図１３は、図１１のＡ－Ａ矢視図である。 図１４Ａは、従来の機械式継手の接合過程を説明するための図である。 図１４Ｂは、従来の機械式継手の接合過程を説明するための図である。 図１４Ｃは、従来の機械式継手の接合過程を説明するための図である。 図１４Ｄは、従来の機械式継手の接合過程を説明するための図である。 図１５は、図１４に示した接合過程において、一つの分割片における軸方向の変位と荷重の関係を示すグラフである。
　本発明の一実施形態に係る機械式継手を説明する前に、従来の機械式継手の構造について、図１１、図１２、図１３、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、および図１４Ｄに基づいて説明する。
　図１１に示すように、従来の機械式継手２３の一例は、接合対象となる鋼管３の端部にそれぞれ設けられる内側継手管５と外側継手管２５とから構成される。内側継手管５と外側継手管２５とは、上下に対向して配置される。図１１の状態において、上方に配置された内側継手管５に軸方向の荷重をかけて内側継手管５を外側継手管２５に挿入し、内側継手管５と外側継手管２５を嵌合させて、図１２に示すように上下の鋼管３を接合させる。
　内側継手管５は、鋼管３に溶接接合される基端部９を有し、基端部９の先端側には、基端部９より外径が小さい円筒状の部材に軸方向に延びるスリットを形成して分割された分割片１１が設けられている。図１３は図１１のＡ－Ａ矢視図であり、分割片１１の先端部のみを図示したものである。図１１および図１３に示すように、機械式継手２３は、内側継手管５の先端を例えば８分割したものであり、断面円弧状の８つの分割片１１が周方向に等間隔で並んでいる。分割片１１は径方向に撓み可能であり、先端部の外周面には外方に突出する凸部１３が形成されている。
　外側継手管２５の内径は、内側継手管５の凸部１３が形成された部位の外径よりも小さく、外側継手管２５の内周面の基端側には凹部１５が形成されている。内側継手管５を外側継手管２５に挿入して嵌合させる途中においては、外側継手管２５の内周面と内側継手管５の凸部１３とが押圧接触することにより、内側継手管５の分割片１１が径方向内側に撓む。挿入完了状態においては、分割片１１の撓みが戻るとともに内側継手管５の凸部１３が外側継手管２５の凹部１５に入り込んで嵌合が完了する。
　内側継手管５と外側継手管２５との接合過程について、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、および図１４Ｄに基づいて、より具体的に説明する。図１４Ａ～図１４Ｄは、図１１のＢ部における軸方向の断面を模式的に示したものである。図１４Ａに示すように、外側継手管２５の内周面には、係合部１７およびガイド部１９が設けられている。係合部１７は、凹部１５の側壁を構成するとともに、内側継手管５の凸部１３と係合する。ガイド部１９は、内側継手管５を外側継手管２５に挿入して嵌合させる途中において凸部１３と協働して分割片１１を撓ませるとともに、撓ませた状態を係合部１７まで維持する。ガイド部１９は、分割片１１の撓みを開始させるとともに、最大撓みまで誘導する傾斜面部１９ａと最大撓みを係合部１７まで維持する平坦面部１９ｂとを有する。また、内側継手管５の凸部１３の先端外周側には、ガイド部１９の傾斜面部１９ａに対応する形状の傾斜面部１３ａが形成されている。
　図１４Ａは、内側継手管５と外側継手管２５とを押圧接触させる前、すなわち分割片１１が撓みを開始する前の状態を示す。なお、このときの凸部１３の軸方向位置をＸ0とする。内側継手管５に軸方向の荷重が加わることにより、分割片１１が下方に移動すると、図１４Ｂに示すように、内側継手管５の凸部１３の傾斜面部１３ａが外側継手管２５のガイド部１９の傾斜面部１９ａと接触し、これによって凸部１３が押圧されて分割片１１が半径内側方向に撓む。このようにガイド部１９および凸部１３にそれぞれ、対応する形状の傾斜面部１９ａ，１３ａが設けられていることによって、管軸方向の力が径方向の力に変換され、挿入による嵌合をスムーズに行うことができる。なお、図１４Ｂは凸部１３の外周面が傾斜面部１９ａの頂点に至ったとき、すなわち分割片１１が最も撓んだ状態を示す。また、このときの凸部１３の軸方向位置をＸ1とする。
　その後、図１４Ｃに示すように、分割片１１を最大撓みの状態で維持したまま挿入を進める。ここでの図１４Ｃに示す凸部１３の軸方向位置をＸ2とする。外側継手管２５の先端部が内側継手管５の基端部９に当接したとき、図１４Ｄに示すように、分割片１１の撓みが戻るとともに、凸部１３と係合部１７とが係合して嵌合し接合が完了する。このときの凸部１３の軸方向位置をＸ3とする。
　上述したように接合が完了した機械式継手２３において、内側継手管５と外側継手管２５との軸方向に作用する圧縮荷重に対しては、内側継手管５の基端部９と外側継手管２５の先端部とによって抵抗する。また、機械式継手２３において、内側継手管５と外側継手管２５との軸方向に作用する引張荷重に対しては、内側継手管５の凸部１３と外側継手管２５の係合部１７とによって抵抗する。
　上述した接合過程においては、分割片１１の撓みの状態によって内側継手管５を挿入するのに要する荷重が異なる。この点について図１５を用いて説明する。図１５は、軸方向の変位と１つの分割片１１を撓ませて挿入するのに要する荷重の大きさとの関係を示すグラフである。
　図１５に示すように、ガイド部１９の傾斜面部１９ａと凸部１３の傾斜面部１３ａとが当接して分割片１１を撓ませながら挿入し嵌合させる過程（Ｘ0～Ｘ1）においては、挿入に大きな荷重を要する。特に、分割片１１が最大撓みに至るとき（Ｘ1）に最も大きな荷重を要する。一方、ガイド部１９の平坦面部１９ｂや係合部１７の内周面と凸部１３の外周面とが当接して最大撓みを維持しながら挿入し嵌合させる過程（Ｘ1～Ｘ3）においては、内側継手管５と外側継手管２５との間の摩擦抵抗を上回る荷重があれば良いため、小さな荷重で嵌合させることができる。
　図１５は、１つの分割片１１を撓ませながら挿入し嵌合させるのに必要な荷重を示すグラフであるが、図１５に示すような荷重は、他の７つの分割片１１においてもそれぞれ同様に必要である。すなわち、図１１～図１３に示す機械式継手２３の場合、８つの分割片１１が一様に撓むので、内側継手管５を挿入し嵌合させるのに必要とする荷重は図１５に示す荷重の約８倍になる。
　上述したように、従来の機械式継手２３においては、全ての分割片１１を一様に撓ませて挿入していた。そのため、８つの分割片１１が同時に最大撓み（Ｘ1）に至るときに特に大きな荷重を必要としていた。本発明者は、この観点から、それぞれの分割片１１の最大撓みに至るタイミングをずらす方法を案出した。これにより、機械式継手２３の全体として挿入に必要とする荷重の最大値を低減できる。
　ところで、上述した機械式継手２３を用いて鋼管３を接合する場合、外側継手管２５を取り付けた鋼管３と内側継手管５を取り付けた鋼管３とのいずれか一方を地中に立設し、他方をクレーンで吊り上げるなどして地中に立設した鋼管３の上方に配置して挿入する。このとき、クレーンによって吊り上げられた上側の鋼管３の水平方向の動きを拘束することは困難であるため、接合過程において分割片１１が撓む際に生じる水平方向の応力を、全体として相殺させることが好ましい。この点、従来の機械式継手２３は、各分割片１１の円弧の中心（図１３中、×印）を結んだ多角形（図１３中、二点鎖線）の重心が管の中心２１と一致している。これにより、分割片１１の撓みによって生ずる水平方向の応力が相殺される。挿入時における水平方向の応力の相殺は、上述したように分割片１１の最大撓みに至るタイミングをずらす場合にも考慮するべきものである。本発明はかかる知見に基づくものである。以下に説明する一実施形態においては、内側継手管が例えば８分割されたものを例に説明する。なお、以下の説明において、従来例を示した図１１～図１４と同一部分には同一の符号を付してある。
　本発明の一実施形態に係る機械式継手１は、接合対象となる鋼管３の端部にそれぞれ設けられる内側継手管５と外側継手管７とを備える。内側継手管５は、周方向に等間隔に例えば８分割され、径方向に撓み可能な分割片１１により構成される。分割片１１の外周面には、凸部１３が形成されている。外側継手管７の内周面には、内側継手管５と外側継手管７とが嵌合完了した状態で凸部１３に係合して凸部１３とともに引張荷重に抵抗する係合部１７が設けられている。外側継手管７の係合部１７よりも先端側には、内側継手管５と外側継手管７とを嵌合させる途中において凸部１３に当接して凸部１３と協働して分割片１１を撓ませるとともに、撓ませた状態を係合部１７まで維持するガイド部１９が設けられている。ガイド部１９は、分割片１１の撓みを開始させるとともに最大撓みまで誘導する傾斜面部１９ａと最大撓みを係合部１７まで維持する平坦面部１９ｂとを有している。また、内側継手管５の凸部１３の先端外周側には、ガイド部１９の傾斜面部１９ａに対応する形状の傾斜面部１３ａが形成されている。これらの構成は、図１１～図１４Ｄで説明した従来の機械式継手２３と同様であるので説明を省略する。以下においては、本実施形態による特徴部分について具体的に説明する。
　本実施形態による内側継手管５は、分割片１１以外は、従来例と同じ形状を有する。本実施形態による８つの分割片１１は、以下の条件（１）および条件（２）を満たす複数のグループに分けられる。８つの分割片１１は、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至る時期がずれるように構成される。
　＜条件＞
（１）同一グループに属する分割片のガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで軸方向位置が異なること
　（１）の条件は、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミング（時期）をずらすためのものである。
（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
　（２）の条件は、機械式継手の嵌合過程で、分割片１１の撓みによって生ずる水平方向の応力が、全体として相殺されるための条件である。
　これらの条件（１）、（２）を満たす前提として、分割数は４以上である。分割数が３以下の場合、一つのグループに分割片が１つ属する場合があり、この場合には、条件（２）の直線または多角形を形成できない。
　本実施形態においては、内側継手管５の８つの分割片１１は、図２に示すように、Ａ1～Ａ4とＢ1～Ｂ4との２つのグループに分けられている。条件（１）から、各グループの分割片１１を撓ませる傾斜面部１９ａの軸方向位置がグループごとに異なっている。図１Ａは、Ａ1～Ａ4の分割片１１およびＡ1～Ａ4の分割片１１と当接する部分のガイド部１９の断面図である。図１Ｂは、Ｂ1～Ｂ4の分割片１１およびＢ1～Ｂ4の分割片１１と当接する部分のガイド部１９の断面図である。図１Ａおよび図１Ｂは、内側継手管５を外側継手管７に挿入する初期の状態を示す。
　図１Ａに示すように、Ａ1～Ａ4の分割片１１が当接する傾斜面部１９ａは、Ｘ0～Ｘ1の間に形成され、撓みが最大となる位置である、傾斜面部１９ａの頂上の位置は、Ｘ1である。また、図１Ｂに示すように、Ｂ1～Ｂ4の分割片１１が当接する傾斜面部１９ａはＸ1～Ｘ2の間に形成され、撓みが最大となる位置である、傾斜面部１９ａの頂上の位置は、Ｘ2である。
　これにより、図１Ａおよび図１Ｂに示す挿入の初期段階においては、Ａ1～Ａ4の分割片１１が傾斜面部１９ａに当接して撓んでいる途中の状態であるのに対し、Ｂ1～Ｂ4の分割片１１は傾斜面部１９ａに当接しておらず、撓みも生じていない。
　次に、図１Ａおよび図１Ｂの位置からさらに内側継手管５を挿入させた状態をそれぞれ、図１Ｃおよび図１Ｄに示す。図１Ｃおよび図１Ｄに示すように、Ａ1～Ａ4の分割片１１が平坦面部１９ｂと当接して最大撓みを維持した状態であるとき、Ｂ1～Ｂ4の分割片１１は傾斜面部１９ａに当接して撓んでいる途中の状態となっている。
　このように、本実施形態においては、各分割片１１の最大撓みに至る軸方向位置が、同一グループにおいて同じ位置であるとともに、各グループにおいて異なる位置になるる。換言すると、嵌合過程において、同一グループの分割片１１ごとに最大撓みに至るタイミングがずれている。
　また、本実施形態においては、図２に示すように、同一グループの分割片１１においては、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、それぞれ、重心が管の中心２１と一致する四角形を形成する（図２中、二点鎖線）（条件（２））。なお、図２中において、Ａ1～Ａ4の分割片１１のグループを×印、Ｂ1～Ｂ4の分割片１１のグループを□印により示す。また、上述した「周方向の中心」は、各分割片１１において軸方向で同じ位置であるものとする。Ａ1～Ａ4の分割片１１が撓むときには、互いに対向する位置に配置された、Ａ1とＡ3との分割片１１同士、およびＡ2とＡ4との分割片１１同士で水平方向の応力が相殺されるので、全体として水平方向の応力が生じない。同様に、Ｂ1～Ｂ4の分割片１１が撓むときには、互いに対向する位置に配置された、Ｂ1とＢ3との分割片１１同士、およびＢ2とＢ4との分割片１１同士で水平方向の応力が相殺されるので、全体として水平方向の応力が生じない。
　次に、以上のように構成された本実施形態の機械式継手１における荷重の低減効果について、以下に説明する。まず、比較例として、図２のように８分割された内側継手管５を、従来の外側継手管２５（図１４参照）に挿入し嵌合させた場合について説明する。上述したように、従来の外側継手管２５は８つの分割片１１が当接する傾斜面部１９ａが全て軸方向で同じ位置に形成されたものである（図１４に示すＸ0～Ｘ1の位置）。上述したような、従来の外側継手管２５に内側継手管５を挿入し嵌合させた場合における軸方向の変位と挿入に要する荷重との関係を図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃにそれぞれ示す。
　図３Ａは、従来の外側継手管２５において、図２に示すＡ1～Ａ4の位置に相当する４つの分割片１１を撓ませるのに必要な荷重と撓みの生じるタイミングとを示す。図３Ａに示すように、Ａ1～Ａ4の分割片１１が最大撓み（Ｘ1）に至るとき、最も大きな荷重を要する。図３Ｂは、従来の外側継手管２５において、図２に示すＢ1～Ｂ4の位置に相当する４つの分割片１１を撓ませるのに必要な荷重と撓みの生じるタイミングとを示す。図３Ｂに示すように、Ｂ1～Ｂ4の分割片１１においてもＡ1～Ａ4の分割片１１と同じタイミング（Ｘ1）で最大撓みに至り、このとき最も大きな荷重を要する。
　図３Ｃは、図３Ａと図３Ｂとを合成したものである。図３Ｃは、内側継手管５を外側継手管２５に挿入し嵌合させた際に、８つの分割片１１を撓ませるのに必要な荷重とそのタイミングとを示す。図３Ｃに示すように、Ａ1～Ａ4、Ｂ1～Ｂ4の８つの分割片１１のすべてが最大撓み（Ｘ1）に至るとき、必要荷重が最大値に達する。必要荷重の最大値は、図３Ａの荷重の最大値と図３Ｂの荷重の最大値との合計になる。
　次に、図２に示す内側継手管５を、本実施形態による外側継手管７に挿入し嵌合させた場合について説明する。本実施形態による外側継手管７において、Ａ1～Ａ4の４つの分割片１１が当接する傾斜面部１９ａは、図１に示すＸ0～Ｘ1の位置にそれぞれ形成されている。また、外側継手管７において、Ｂ1～Ｂ4の４つの分割片１１が当接する傾斜面部１９ａは、図１に示すＸ1～Ｘ2の位置にそれぞれ形成されている。図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃはそれぞれ、本実施形態による外側継手管７に内側継手管５を挿入し嵌合させた場合における軸方向の変位と挿入に要する荷重の関係を示す。
　図４Ａは、Ａ1～Ａ4の４つの分割片１１を撓ませるのに必要な荷重と撓みの生じるタイミングとを示す。図４Ａに示すように、４つの分割片１１を撓ませるのに必要な荷重は、Ａ1～Ａ4の分割片１１が最大撓み（Ｘ1）に至るとき、最も大きくなる。図４Ｂは、Ｂ1～Ｂ4の４つの分割片１１を撓ませるのに必要な荷重と撓みの生じるタイミングとを示す。図４Ｂに示すように、４つの分割片１１を撓ませるのに必要な荷重は、Ｂ1～Ｂ4の分割片１１が最大撓み（Ｘ2）に至るとき、最も大きくなる。
　図４Ｃは、図４Ａと図４Ｂとを合成したものである。図４Ｃは、内側継手管５を外側継手管７に挿入した際に、８つの分割片１１を撓ませるのに必要な荷重とそのタイミングとを示す。図４Ｃに示すように、Ａ1～Ａ4、Ｂ1～Ｂ4の同一グループの分割片１１ごとに最大撓みに至るタイミングをずらしたことにより、大きな荷重を要するタイミングが２箇所に分散される。これにより、機械式継手１の挿入に必要な荷重の最大値が、図３Ｃに比してほぼ半分程度になることがわかる。
　なお、上述した例は、８つの分割片１１を２つのグループに分け、２つのグループ間で最大撓みに至るタイミングをずらすようにした例であるが、例えば、対向する２つの分割片１１ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすようにすると、最大荷重をさらに低減できる。すなわち、図２にしめすＡ1およびＡ3、Ａ2およびＡ4、Ｂ1およびＢ3、Ｂ2およびＢ4の４つのグループを設定する。その上で、これらの４つのグループ間において最大撓みに至るタイミングがずれるように、外側継手管７の傾斜面部１９ａの位置を軸方向で相違させる。これにより、図３Ｃに比して約１／４の荷重で挿入できる。
　このように、分割片１１の数が同じであっても、グループの数によって荷重の低減効果が変わる。施工上、上方に配置される鋼管３の自重のみで挿入できて嵌合可能であるのが望ましいため、分割数、分割片１１の板厚、および鋼管３の重量などを勘案して、荷重の低減目標を設定してグループ数を決定することが好ましい。
　また、上述した例は、内側継手管５の先端を８分割したものであったが、分割数はこの限りではない。例えば、一般的に鋼管直径が４００ｍｍ以下の小さいものでは分割数を４以上、４００ｍｍを超えるものでは８以上とするのが望ましい。そこで、最低限の分割数として内側継手管５の先端を４分割した例を図５に示す。分割片１１が４つの場合には、図５に示すように、対向するＡ1とＡ2、Ｂ1とＢ2をそれぞれ同一グループにするとよい。図５の例においても、同一グループの分割片１１の周方向の中心を結んだ直線（図５中、二点鎖線）は管の中心２１を通るので、本発明の条件（２）を満たしている。
　なお、本発明の条件（２）を満たすものであれば、分割片１１の数は２の倍数に限られず、３の倍数であってもよい。例えば、内側継手管５の先端を９分割し、分割片１１の周方向の中心を直線で結んでできる図形が正三角形となるようなグループを３つ設定してもよい。その場合も、３つの正三角形の重心はそれぞれ管の中心２１と一致するので本発明の適用内である（図示せず）。
　なお、上述したように、本発明の条件（２）は、内側継手管５を外側継手管７に挿入し嵌合させる際に、分割片１１の撓みに伴って生じる水平方向の応力を、同一タイミングで撓む他の分割片１１の水平方向の応力によって相殺するための条件である。各グループが本発明の条件（２）を満たすことによって、グループ内において水平方向の応力が相殺され、施工時の作業性を悪化させることがない。
　これに対し、条件（２）を満たさない例を図６に示す。図６は、８つの分割片１１をＡ1～Ａ2、Ｂ1～Ｂ3、Ｃ1～Ｃ3の３つのグループに分けたものである。図６に示す例では、Ａ1～Ａ2の分割片１１の周方向の中心（図６中、×印を参照）を結んだ直線は管の中心２１を通っていないので、Ａ1～Ａ2の分割片１１のみを撓ませたときには水平方向の応力が互いに相殺されない。同様にＢ1～Ｂ3の分割片１１の中心（図６中、□印を参照）、Ｃ1～Ｃ3の分割片１１の周方向の中心（図６中、△印を参照）をそれぞれ結んだ三角形の重心も管の中心２１と一致していないので、同一グループ内において水平方向の応力が相殺されない。上述した例は、施工の際、挿入および嵌合に必要な荷重は低減するものの、クレーンなどによって吊下された上方の鋼管３に水平方向の動きが生じて作業性を悪化させるので、好ましくない。
　以上のように、本実施形態による機械式継手１によれば、全ての分割片１１を複数のグループにグループ分けし、分割片１１が当接して最大撓みを生ずる位置がグループごとに異なっていることにより、嵌合過程において同一グループの分割片１１ごとに最大撓みに至るタイミングがずれるので、嵌合に必要な押し込み荷重を低減でき、施工性を向上できる。また、分割片１１の数を増やすことなく押し込み荷重を低減できるので、加工コストが増大したり、強度が低下したりすることもない。
　なお、上述した実施形態は、１つのグループにおける分割片１１が最大撓みに至る前に、他のグループにおける分割片１１に径方向の撓みが開始しないように構成されたものであったが、本発明はこの限りではない。前述したように、分割片１１が最大撓みに至るときに最も荷重を要するので、少なくとも最大撓みに至るタイミングに時間差があれば本発明の効果を得られる。したがって、少なくとも傾斜面部１９ａの頂上の位置がグループごとに軸方向で異なるように形成されていればよい。
　（第１変形例）
　また、上述した実施形態は、内側に挿入する側（内側継手管）を分割した例を示したが、本発明はこれに限られず、機械式継手の第１変形例として、外側に配置される側（外側継手管）を分割する構成を採用してもよい。この場合、外側継手管に径方向に撓み可能な分割片が周方向に等間隔に形成され、分割片の内周面にガイド部が形成される。また、内側継手管においては、基端部の先端側に設けられた基端部より小径の筒状部材の外周面に凸部が形成される。上述した場合も、分割片が下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けし、分割片の内周面に形成されたガイド部の最大撓みを生じさせる軸方向位置をグループごとに異なるようにすれば、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすことができ、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
（１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
　（第２変形例）
　以下に、この機械式継手の第２変形例について図７、図８、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、および図９Ｄに基づいて説明する。図７に示すように、第２変形例による機械式継手２は、接合対象となる鋼管３の端部にそれぞれ設けられる内側継手管５Ａと外側継手管７Ａとから構成される。内側継手管５Ａと外側継手管７Ａとは、上下に対向して配置される。図７に示す状態で上方に配置された外側継手管７Ａに対して軸方向の荷重をかけて外側継手管７Ａを内側継手管５Ａに外嵌させる。これにより、図８に示すように、外側継手管７Ａと内側継手管５Ａとが嵌合されて上下の鋼管３が接合される。
　外側継手管７Ａは、鋼管３に溶接接合される基端部９Ａを有し、基端部９Ａの先端側には、円筒状の部材に軸方向に延びるスリットを形成して分割された分割片１１Ａが設けられている。図７に示す機械式継手２は、外側継手管７Ａの先端が例えば８分割されたものであり、断面円弧状の８つの分割片１１Ａが周方向に等間隔で並んでいる。分割片１１Ａは径方向に撓み可能であり、先端部の内周面には内方に突出する凸部１３Ａが形成されている。
　内側継手管５Ａの外径は、外側継手管７Ａの凸部１３Ａが形成された部位の内径よりも大きく、内側継手管５Ａの外周面の基端側には凹部１５Ａが形成されている。外側継手管７Ａを内側継手管５Ａと嵌合させる途中においては、内側継手管５Ａの外周面と外側継手管７Ａの凸部１３Ａとが押圧接触することにより外側継手管７Ａの分割片１１Ａが径方向外側に撓む。挿入完了状態においては、分割片１１Ａの撓みが戻るとともに、外側継手管７Ａの凸部１３Ａが内側継手管５Ａの凹部１５Ａに入り込んで嵌合が完了する。
　第２変形例におけるそれぞれの分割片１１Ａは、上述した一実施形態と同様に条件（１）および（２）を満たす複数のグループに分けられる。８つの分割片１１Ａは、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至る時期がずれるように構成される。第２変形例においても、条件（１）、（２）を満たす前提として、分割数は４以上である。また、それぞれの分割片１１Ａを複数のグループに分ける方法についても、一実施形態と同様である。
　すなわち、第２変形例においては、内側継手管５Ａの８つの分割片１１Ａは、図２と同様にＡ1～Ａ4とＢ1～Ｂ4との２つのグループに分けられる。条件（１）から、各グループの分割片１１Ａを撓ませる傾斜面部１９ａの軸方向位置がグループごとに異なっている。図９Ａは、Ａ1～Ａ4の分割片１１ＡおよびＡ1～Ａ4の分割片１１Ａと当接する部分のガイド部１９Ａの断面図である。内側継手管５Ａの外周面には、外側継手管７Ａと内側継手管５Ａとが嵌合完了した状態で凸部１３Ａに係合して凸部１３Ａとともに引張荷重に抵抗する係合部１７Ａが設けられている。図９Ｂは、Ｂ1～Ｂ4の分割片１１ＡおよびＢ1～Ｂ4の分割片１１Ａと当接する部分のガイド部１９Ａの断面図である。図９Ａおよび図９Ｂは、外側継手管７Ａを内側継手管５Ａに嵌合させる初期の状態を示す。図９Ａおよび図９Ｂはそれぞれ、上述した図１Ａおよび図１Ｂに対応する図である。
　図９Ａに示すように、Ａ1～Ａ4の分割片１１Ａが当接する傾斜面部１９ａは、Ｘ0～Ｘ1の間に形成され、撓みが最大となる位置である、傾斜面部１９ａの頂上の位置は、Ｘ1である。また、図９Ｂに示すように、Ｂ1～Ｂ4の分割片１１Ａが当接する傾斜面部１９ａはＸ1～Ｘ2の間に形成され、撓みが最大となる位置である、傾斜面部１９ａの頂上の位置は、Ｘ2である。
　これにより、図９Ａおよび図９Ｂに示す嵌合の初期段階においては、Ａ1～Ａ4の分割片１１Ａが傾斜面部１９ａに当接して撓んでいる途中の状態であるのに対し、Ｂ1～Ｂ4の分割片１１Ａは傾斜面部１９ａに当接しておらず、撓みも生じていない。
　次に、図９Ａおよび図９Ｂの位置からさらに外側継手管７Ａを押し込んだ状態をそれぞれ、図９Ｃおよび図９Ｄに示す。図９Ｃは、外側継手管７Ａを図９Ａに示す位置から押し込んだ状態を示す。図９Ｄは、外側継手管７Ａを図９Ｂに示す位置から押し込んだ状態を示す。すなわち、図９Ｃおよび図９Ｄはそれぞれ、上述した図１Ｃおよび図１Ｄに対応する図である。また、図９Ａ～図９Ｄに示す構成は、上述した図１Ａ～図１Ｄについて説明した本発明に係る機械式継手の場合と同様である。
　図９Ｃおよび図９Ｄに示すように、Ａ1～Ａ4の分割片１１Ａが平坦面部１９ｂと当接して最大撓みを維持した状態であるとき、Ｂ1～Ｂ4の分割片１１Ａは傾斜面部１９ａに当接して撓んでいる途中の状態となっている。このように、第２変形例においても、それぞれの分割片１１Ａの最大撓みに至る軸方向位置が、同一グループにおいて同じ位置であるとともに、各グループにおいて異なる位置になる。換言すると、嵌合過程において、同一グループの分割片１１Ａごとに最大撓みに至るタイミングがずれている。さらに外側継手管７Ａを押し込むと、凸部１３Ａが凹部１５Ａに係合して接合が完了する（このときの凸部１３Ａの軸方向位置をＸ3とする）。その他の構成は、一実施形態と同様である。
　（第３変形例）
　次に、第３変形例について説明する。すなわち、図１に示す例においては、内側継手管５の凸部１３と外側継手管７のガイド部１９との双方に傾斜面部１３ａ，１９ａを有するものであったが、凸部１３とガイド部１９との一方のみに傾斜面部が形成されていてもよい。凸部１３とガイド部１９とのいずれかに傾斜面部が形成されていれば、内側継手管５を挿入する圧入荷重を用いて分割片１１を撓ませることができる。そこで、図１の機械式継手１の他の態様として、凸部１３に傾斜面部１３ａが形成されてガイド部１９に傾斜面部１９ａが形成されていない例を図１０に示す。
　図１０Ａは、Ａ1～Ａ4の分割片１１およびＡ1～Ａ4の分割片１１と当接する部分のガイド部１９の断面図であり、図１０ＢはＢ1～Ｂ4の分割片１１およびＢ1～Ｂ4の分割片１１と当接する部分のガイド部１９の断面図である。図１０Ａおよび図１０Ｂは、内側継手管５を外側継手管７に挿入する初期の状態を示す。図１０Ｃおよび図１０Ｄはそれぞれ、図１０Ａおよび図１０Ｂの位置からさらに内側継手管５を挿入させた状態を示す。
　図１０に示すように、ガイド部１９に傾斜面部１９ａが形成されていない場合には、凸部１３の傾斜面部１３ａとガイド部１９の先端側角部（平坦面部１９ｂの先端側端部）とが押圧接触することにより、分割片１１が半径内側方向に撓む。
　本例の場合も、Ａ1～Ａ4の分割片１１とガイド部１９が接触する位置と、Ｂ1～Ｂ4の分割片１１とガイド部１９が接触する位置とが軸方向で異なるようにすることで、同一グループの分割片ごとに最大撓みに至る時期をずらすことができる。上記は、凸部１３に傾斜面部１３ａが形成されてガイド部１９に傾斜面部１９ａが形成されていない例であるが、ガイド部１９に傾斜面部１９ａが形成されて凸部１３に傾斜面部１３ａが形成されない場合も同様である。
　もっとも、傾斜面部の軸方向長さによって嵌合荷重が異なる（具体的には、傾斜面部の軸方向長さが長い方が嵌合荷重は小さくなる）ので、凸部１３とガイド部１９の一方にのみ傾斜面部を形成する場合には、ガイド部１９側に傾斜面部を設ける方が、傾斜面部の軸方向長さを確保できて合理的である。
　また、外側継手管７のガイド部１９（図１のグレーの部分）は、外側継手管７と一体となったものでもよいし、別部材として製造したものを外側継手管７の内周面に取り付けたものであってもよい。例えば、外側継手管７の係合部１７は、嵌合時に内側継手管５の凸部１３とともに引張荷重に抵抗する部分であるため強い耐久性を必要とするが、ガイド部１９は、挿入時に押圧荷重が作用するのみで、嵌合時には荷重が作用しないので、強い耐久性を必要としない。したがって、普通鋼材程度の強度で別部材としてガイド部１９を製造し、ボルトや溶接などで外側継手管７の内周面に取り付けるようにしてもよく、その際のボルトや溶接も最低限のもので構わない。
　また、ガイド部１９を別部材として取り付ける際には、図１４のようにガイド部１９と係合部１７とを当接させても良いし、分割片１１の最大撓みを係合部１７まで維持できるものであれば、図１のように隙間があっても構わない。
　上述した実施形態においては、鋼管の端部に取り付ける機械式継手について説明したが、この機械式継手における外側継手管および／または内側継手管を、あらかじめ工場などにおいて、鋼管の端部に溶接などによって取り付けることで、継手付き鋼管を製造することができる。すなわち、上述した継手付き鋼管は、実施形態において説明した機械式継手における内側継手管および／または外側継手管を両端または一端に備えている。
　そして、施工現場などにおいて、複数の継手付き鋼管を連結することで、鋼管杭、鋼管矢板、鋼管矢板を連結した鋼管矢板壁、鋼管柱、鋼管梁などの構造体を形成することができる。すなわち、これら構造体は、上述した実施形態で説明した機械式継手と該機械式継手で接合された複数の鋼管とを備えている。
　これら構造体を施工する場合に際して、接合対象となる一方の継手付き鋼管を拘束した状態で、他方の継手付き鋼管の機械式継手を前記一方の継手付き鋼管の機械式継手に位置合わせして挿入し嵌合させるようにすればよい。例えば、構造体が鋼管杭などの場合には、外側継手管が端部に取り付けられた鋼管と、内側継手管が端部に取り付けられた鋼管のいずれか一方を地中に立設した状態で、クレーンで吊り上げるなどして他方の鋼管を一方の鋼管の上に配置し、内側継手管を外側継手管に挿入し、内側継手管と外側継手管とを嵌合させて接合するようにすればよい。
　そして、本発明の機械式継手は、挿入に要する荷重を低減するとともに、挿入時の水平方向の応力を相殺するように構成されているので、施工時にクレーンで吊り上げている上方の鋼管に対して水平方向の動きを拘束する必要がない。
　また、上述した説明においては、物としての機械式継手を説明したが、この機械式継手は以下のような設計方法によって設計される。すなわち、機械式継手の設計方法は、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管とを備え、前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、前記内側継手管の外周面に形成された凸部と、前記外側継手管の内周面に形成され、前記内側継手管と前記外側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、前記外側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記内側継手管と前記外側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手を設計する方法であって、前記分割片を下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けし、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすとともに分割片の撓みによって生ずる水平方向の応力が相殺されるようにする。
（１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
　また、他の例による機械式継手は、以下のような設計方法によって設計される。すなわち、機械式継手の設計方法は、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管とを備え、前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、前記外側継手管の内周面に形成された凸部と、前記内側継手管の外周面に形成され、前記外側継手管と前記内側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、前記内側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記外側継手管と前記内側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手を設計する機械式継手の設計方法であって、前記分割片を下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けし、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすとともに分割片の撓みによって生ずる水平方向の応力が相殺されるようにする。
（１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
　以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形や、相互の実施形態や変形例を組み合わせた形態を採用できる。例えば上述した第２変形例において、外側継手管７Ａの内周面にガイド部１９Ａや凹部１５Ａを設け、内側継手管５Ａの外周面に凸部１３Ａを設けるようにしても良い。
　本発明は、鋼管同士の接合に適用して好適なものである。
　１，２　機械式継手
　３　鋼管
　５，５Ａ　内側継手管
　７，７Ａ　外側継手管
　９，９Ａ　基端部
　１１，１１Ａ　分割片
　１３，１３Ａ　凸部
　１３ａ　傾斜面部
　１５，１５Ａ　凹部
　１７，１７Ａ　係合部
　１９，１９Ａ　ガイド部
　１９ａ　傾斜面部
　１９ｂ　平坦面部
　２１　管の中心

Claims (9)

  1. 　接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管とを備え、
    　前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、
    　前記内側継手管の外周面に形成された凸部と、
    　前記外側継手管の内周面に形成され、前記内側継手管と前記外側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、
    　前記外側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記内側継手管と前記外側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手であって、
    　前記分割片は下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けされ、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすように構成された
    　機械式継手。
    （１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
    （２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
  2. 　接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管とを備え、
    　前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、
    　前記外側継手管の内周面に形成された凸部と、
    　前記内側継手管の外周面に形成され、前記外側継手管と前記内側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、
    　前記内側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記外側継手管と前記内側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手であって、
    　前記分割片は下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けされ、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすように構成された
    　機械式継手。
    （１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
    （２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
  3. 　一つの前記グループにおける分割片が最大撓みに至る前に、他のグループにおける分割片に径方向の撓みが開始しない
    　請求項１または２に記載の機械式継手。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の機械式継手における内側継手管および／または外側継手管を、両端または一端に備える
    　継手付き鋼管。
  5. 　請求項４に記載の継手付き鋼管を製造する方法であって、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の機械式継手における外側継手管および／または内側継手管を、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ取り付ける
    　継手付き鋼管の製造方法。
  6. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の機械式継手と、
    　前記機械式継手によって接合された複数の鋼管と、を備える
    　構造体。
  7. 　請求項６に記載の構造体を施工する方法であって、
    　前記外側継手管が端部に取り付けられた鋼管と、前記内側継手管が端部に取り付けられた鋼管とのいずれか一方を地中に立設した状態で、他方の鋼管を前記一方の鋼管の上に配置して、前記内側継手管と前記外側継手管とを嵌合させて接合する
    　構造体の施工方法。
  8. 　接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管を備え、
    　前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、
    　前記内側継手管の外周面に形成された凸部と、
    　前記外側継手管の内周面に形成され、前記内側継手管と前記外側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、
    　前記外側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記内側継手管と前記外側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手を設計する機械式継手の設計方法であって、
    　前記分割片を下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けし、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすとともに分割片の撓みによって生ずる水平方向の応力が相殺されるようにする
    　機械式継手の設計方法。
    （１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
    （２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
  9. 　接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管とを備え、
    　前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、
    　前記外側継手管の内周面に形成された凸部と、
    　前記内側継手管の外周面に形成され、前記外側継手管と前記内側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、
    　前記内側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記外側継手管と前記内側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手を設計する機械式継手の設計方法であって、
    　前記分割片を下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けし、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすとともに分割片の撓みによって生ずる水平方向の応力が相殺されるようにする
    　機械式継手の設計方法。
    （１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
    （２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
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