WO2022270266A1 - 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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WO2022270266A1
WO2022270266A1 PCT/JP2022/022470 JP2022022470W WO2022270266A1 WO 2022270266 A1 WO2022270266 A1 WO 2022270266A1 JP 2022022470 W JP2022022470 W JP 2022022470W WO 2022270266 A1 WO2022270266 A1 WO 2022270266A1
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joint pipe
pipe
joint
outer joint
convex portion
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和臣 市川
Original Assignee
Ｊｆｅスチール株式会社
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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
    • 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
    • E02D5/52—Piles composed of separable parts, e.g. telescopic tubes ; Piles composed of segments
    • E02D5/523—Piles composed of separable parts, e.g. telescopic tubes ; Piles composed of segments composed of segments
    • E02D5/526—Connection means between pile segments
    • 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
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D2600/00—Miscellaneous
    • E02D2600/20—Miscellaneous comprising details of connection between elements

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 A projection formed on the outer peripheral surface of the inner joint pipe, which is divided in the direction at equal intervals and configured by split pieces that are radially flexible, and a convex portion formed on the inner peripheral surface of the outer joint pipe, the inner joint 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 pipe and the outer joint pipe are completely fitted; a slanted surface portion that abuts on the convex portion in the middle of fitting the inner joint pipe and the outer joint pipe and cooperates with the convex portion to bend the split piece.
  • the inclined surface portion is provided continuously from the end portion of the outer joint pipe to the engaging portion.
  • 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 A convex portion formed on the inner peripheral surface of the outer joint pipe and 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 pipe and the inner joint pipe are completely fitted; a slanted surface portion that abuts on the convex portion and cooperates with the convex portion to deflect the split piece while the outer joint pipe and the inner joint pipe are being fitted together.
  • the inclined surface portion is provided continuously from the end portion of the inner joint pipe to the engaging portion.
  • 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 of the mechanical joint according to the above invention are joined. It is attached to each end of the 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 The other steel pipe is placed on top of the one steel pipe with one of the two steel pipes standing in the ground, and the outer joint pipe and the inner joint pipe are fitted and joined. .
  • 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.
  • 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; an inclined surface portion provided on a distal end side, which abuts on the convex portion and bends the split piece in cooperation with the convex portion while the inner joint pipe and the outer joint pipe are being fitted together.
  • the inclined surface portion is provided continuously from the end portion of the outer joint tube to the engaging portion, and a vertical load is converted into a horizontal stress that bends the split pieces.
  • 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.
  • 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; an inclined surface portion provided on a distal end side, which abuts on the convex portion and bends the split piece in cooperation with the convex portion while the outer joint pipe and the inner joint pipe are being fitted together.
  • the inclined surface portion is provided continuously from the end portion of the inner joint tube to the engaging portion, and a vertical load is converted into a horizontal stress that bends the split pieces.
  • the inclined surface portion is provided continuously from the end portion of the outer joint pipe to the engaging portion, the maximum pushing load in the fitting process is smaller than before, and workability is improved.
  • the pressing load can be reduced without increasing the number of split pieces, there is no increase in processing cost or reduction in strength.
  • FIG. 1A is a diagram of a mechanical joint according to an embodiment of the present invention, and is a diagram schematically showing the state of bending of split pieces during the joining process.
  • FIG. 1B is a diagram of a mechanical joint according to an embodiment of the present invention, and is a diagram schematically showing the bending state of the split pieces during the joining process.
  • FIG. 1C is a diagram of a mechanical joint according to one embodiment of the present invention, and is a diagram schematically showing the state of bending of the split pieces during the joining process.
  • FIG. 1D is a diagram of a mechanical joint according to an embodiment of the present invention, and is a diagram schematically showing the state of bending of the split pieces during the joining process.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between axial displacement and load in the joining process, where the dashed line shows the case of the conventional mechanical joint shown in FIG. 5, and the solid line shows the case of the mechanical joint shown in FIG. is.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a conventional mechanical joint, showing a state before fitting. 4 is a diagram showing a state after fitting in the mechanical joint of FIG. 3.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating a joining process of a conventional mechanical joint.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating a joining process of a conventional mechanical joint.
  • FIG. 5C is a diagram illustrating a joining process of a conventional mechanical joint.
  • FIG. 5D is a diagram illustrating a joining process of a conventional mechanical joint.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating a joining process of a conventional mechanical joint.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating a joining process of a conventional mechanical joint.
  • FIG. 5C is a diagram illustrating a joining process
  • FIG. 5C is a graph showing the relationship between axial displacement and load during the joining process in FIGS. 5A-5D;
  • FIG. 7A is a diagram for explaining the conversion relationship between the press-fit load W and the horizontal force P on the inclined surface portion.
  • FIG. 7B is a diagram for explaining the conversion relationship between the press-fit load W and the horizontal force P on the inclined surface portion.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating the relationship between the inclination angle ⁇ , the length L of the inclined surface portion, and the height H of the engaging portion.
  • FIG. 8B is a diagram illustrating the relationship between the inclination angle ⁇ , the length L of the inclined surface portion, and the height H of the engaging portion.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the relationship between the length L of the inclined surface portion and the press-fit load W/horizontal force P.
  • FIG. 10 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. 11 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. 3 an example of a conventional mechanical joint 21 is composed of an inner joint pipe 5 and an outer joint pipe 23 provided at the ends of steel pipes 3 to be joined.
  • the inner joint pipe 5 and the outer joint pipe 23 are arranged vertically facing each other.
  • an axial load is applied to the inner joint pipe 5 placed above and the inner joint pipe 5 is inserted into the outer joint pipe 23 to fit the inner joint pipe 5 and the outer joint pipe 23 together. to join the upper and lower steel pipes 3 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. are provided at equal intervals in the circumferential direction.
  • 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 23 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 23 is formed with a recess 15 on the proximal end side.
  • FIGS. 5A, 5B, 5C, and 5D schematically show cross sections in the axial direction in the A part of FIG. 3.
  • FIG. 5A an engaging portion 17 and a guide portion 25 are provided on the inner peripheral surface of the outer joint tube 23 .
  • 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 25 cooperates with the convex portion 13 to bend the split piece 11 while inserting and fitting the inner joint tube 5 into the outer joint tube 23 , and maintains the bent state up to the engaging portion 17 . .
  • the guide portion 25 has an inclined surface portion 25 a that initiates bending of the split piece 11 and guides it to maximum bending, and a flat surface portion 25 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 25 a of the guide portion 25 is formed on the outer peripheral side of the distal end of the convex portion 13 of the inner joint pipe 5 .
  • FIG. 5A shows the state before the inner joint tube 5 and the outer joint tube 23 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. 5B shows a state in which the outer peripheral surface of the convex portion 13 reaches the apex of the inclined surface portion 25a, that is, the split piece 11 is most bent. Also, the axial position of the projection 13 at this time is defined as X1.
  • the insertion proceeds while maintaining the split piece 11 in the maximum bending state.
  • the axial position of the projection 13 in FIG . 5C 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 of the inner joint pipe 5 and the outer joint pipe 23 is Resist by tip and.
  • the tensile load acting in the axial direction between the inner joint pipe 5 and the outer joint pipe 23 is prevented by resist by.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the axial displacement and the magnitude of the load required for insertion.
  • FIG. 7A is a diagram showing a state when the inclined surface portion 25a of the guide portion 25 and the inclined surface portion 13a of the convex portion 13 are in contact during the insertion and fitting process.
  • FIG. 7B is a diagram schematically showing an enlarged portion surrounded by a dashed circle in FIG. 7A.
  • the press-fit load W and the horizontal force P shown in FIG. 7B can be described by the following equations (1) and (2), respectively.
  • P N sin ⁇ F cos ⁇ (1)
  • W N cos ⁇ +F sin ⁇ (2)
  • N is the force perpendicular to the inclined surface portions 13a and 25a
  • F is the frictional force
  • ⁇ is the inclination of the inclined surface portion 25a (hereinafter also simply referred to as the inclination ⁇ ).
  • the frictional force F is represented by the following equation (3).
  • F ⁇ N (3)
  • ⁇ is the coefficient of friction between the inclined surface portions 13a and 25a.
  • FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining the relationship between the inclination angle ⁇ , the length L of the inclined surface portion, and the height H of the engaging portion.
  • the inclination ⁇ of the inclined surface portion 25a is determined by the axial length L of the inclined surface portion 25a (hereinafter simply referred to as the length L) and the height H of the engaging portion 17, that is, the recessed portion 15 determined by the depth of Specifically, it is represented by the following equation (5).
  • ⁇ tan ⁇ 1 (L/H) (5)
  • the coefficient of friction ⁇ between steel materials is considered to be about 0.05 or more and 0.20 or less, assuming the use of a lubricant.
  • the length L of the inclined surface portion 25a depends on the diameter of the steel pipe 3, but is generally about 200 mm or more and 400 mm or less.
  • the standard height H of the engaging portion 17 is considered to be about 4 mm or more and 7 mm or less.
  • FIG. 9 shows the relationship between the press-fit load W normalized by the horizontal force P, that is, the press-fit load W/horizontal force P and the length L of the inclined surface portion.
  • the height H of the engaging portion 17 is constant and the coefficient of friction ⁇ between the steel materials is varied.
  • the length L of the inclined surface portion 25a is The value of press-fitting load W/horizontal force P decreases as the length increases.
  • a decrease in the value of the press-fit load W/horizontal force P means that the press-fit load W required to obtain a predetermined horizontal force P is decreased. That is, by lengthening the inclined surface portion 25a, the press-fitting load W can be converted into the horizontal force P more efficiently.
  • 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 divided in the circumferential direction at equal intervals and composed of divided pieces 11 that are radially flexible.
  • a convex portion 13 is formed on the outer peripheral surface of each split piece 11 .
  • An inclined surface portion 13a having a shape corresponding to an inclined surface portion 19 of the outer joint pipe 7, which will be described later, is formed on the outer peripheral side of the distal end of the convex portion 13. As shown in FIG.
  • 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.
  • FIGS. 1A, 1B, 1C, and 1D are diagrams schematically showing axial cross-sections in section A of FIG. 3, similarly to FIGS. 5A to 5D.
  • the outer joint tube 7 according to the present embodiment, it abuts on the convex portion 13 while the inner joint tube 5 and the outer joint tube 7 are being fitted to each other on the tip side of the engaging portion 17.
  • An inclined surface portion 19 is provided for bending the split piece 11 in cooperation with the convex portion 13 .
  • the outer joint pipe 23 of the conventional mechanical joint 21 is provided with a guide portion 25 having an inclined surface portion 25a and a flat surface portion 25b.
  • FIG. 1A in the outer joint tube 7 according to the present embodiment, it abuts on the convex portion 13 while the inner joint tube 5 and the outer joint tube 7 are being fitted to each other on the tip side of the engaging portion 17.
  • An inclined surface portion 19 is provided for bending the split piece 11 in cooperation with the convex portion 13 .
  • the outer joint tube 7 has a portion corresponding to the guide portion 25 formed of the inclined surface portion 19 and does not have a portion corresponding to the flat surface portion 25b.
  • the inclined surface portion 19 of the outer joint pipe 7 has a length from the tip of the outer joint pipe 7 to the engaging portion 17, which is longer than the inclined surface portion 25a provided on the conventional outer joint pipe 23. It's becoming
  • the inclined surface portion 19 is preferably provided over the entire length from the end portion of the outer joint pipe 7 to the engaging portion 17 .
  • the axial length L of the inclined surface portion 19 can be set longer, thereby further reducing the press-fit load. can be done. Note that the longer the joint itself, the higher the material and processing costs of the joint. It is desirable that the length be such that the necessary indentation load can be secured by the weight of the upper steel pipe and the upper joint.
  • FIG. 1A shows the state before the inner joint tube 5 and the outer joint tube 7 are brought into pressure contact, that is, before the split piece 11 starts bending.
  • the axial position of the projection 13 in FIG. 1A is the same as in FIG. 5A.
  • the inclined surface portion 13 a of the convex portion 13 of the inner joint pipe 5 moves toward the inclined surface of the outer joint pipe 7 . contact with the surface portion 19; As a result, the convex portion 13 of the inner joint pipe 5 is pressed and the split piece 11 is bent radially inward.
  • the insertion is advanced while maintaining the state of maximum bending in the split piece 11 .
  • the axial position of the projection 13 at this time is defined as X'2 .
  • FIG. 1D when the distal end portion of the outer joint tube 7 abuts the proximal end portion 9 of the inner joint tube 5, the bending of the split piece 11 is restored, and the convex portion 13 and the engaging portion 17 are separated. are engaged to complete the joining. Note that the axial position of the projection 13 in FIG. 1D is the same as in FIG. 5D.
  • FIG. 2 like FIG. 6, is a graph showing the relationship between the axial displacement and the magnitude of the load required for insertion.
  • the case of the conventional mechanical joint 21 (similar to FIG. 6) is indicated by a dotted line, and the case of the mechanical joint 1 according to this embodiment is indicated by a solid line.
  • the inclined surface portion 19 of the outer joint pipe and the inclined surface portion 13a of the inner joint pipe are brought into contact with each other, and the split piece 11 is bent and inserted into the fitting process (X 0 to X′ 1 ).
  • the load gradually increases.
  • the slope of the load increase is gentler than that of the conventional outer joint pipe 23 (dashed line), and the maximum value of the load is also reduced. It can be seen that This is because the slope portion 19 according to the present embodiment formed between X 0 and X′ 1 is larger than the prior art slope portion 25a (see FIG. 5A) formed between X 0 and X 1 .
  • the press-fit load is efficiently converted into a horizontal force.
  • 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, an increase in processing cost and a decrease in strength can be suppressed.
  • FIG. 10 the mechanical joint 2 according to the second modification 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. 10 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.
  • An inclined surface portion 13a having a shape corresponding to the inclined surface portion 19 of the inner joint pipe 5A is formed on the inner peripheral side of the distal end of the convex portion 13A of the outer joint pipe 7A.
  • an engaging portion 17 that engages with the convex portion 13A and resists the tensile load together with the convex portion 13A. (not shown) are provided.
  • 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, thereby separating the split pieces 11A of the outer joint pipe 7A. bends radially inward.
  • the bending of the split piece 11A returns and the projection 13A of the outer joint pipe 7A enters the recess 15A of the inner joint pipe 5A to complete the fitting.
  • the outer joint pipe 7 becomes the inner joint pipe 5A and the inner joint pipe 5 becomes the outer joint pipe 7A, which is the same as the so-called interchanged state. In other words, in the examples shown in FIGS.
  • the mechanical joint attached to the end of the steel pipe was described, but the outer joint pipe and/or the inner joint pipe in this mechanical joint are preliminarily prepared at the factory or the like at the end of the steel pipe to be joined.
  • a joint-equipped steel pipe can be manufactured by attaching the joints to the respective parts by welding or the like. That is, the jointed steel pipe 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.
  • 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.
  • the mechanical joint is designed by the following design method. That is, an inner joint pipe and an outer joint pipe are provided at the ends of the steel pipes to be joined, and either the inner joint pipe or the outer joint pipe is divided at equal intervals in the circumferential direction, and a convex portion formed on the outer peripheral surface of the inner joint pipe and formed on the inner peripheral surface of the outer joint pipe, and the inner joint pipe and the outer joint pipe are fitted together.
  • a method of designing a mechanical joint comprising: an inclined surface portion that abuts on the convex portion and bends the split piece in cooperation with the convex portion in the middle of fitting with the joint pipe, the inclined surface portion is continuously provided from the end of the outer joint tube to the engaging portion, and converts a vertical load into a horizontal stress that bends the split piece.
  • the mechanical joint may be designed by the following design method. That is, an inner joint pipe and an outer joint pipe are provided at the ends of the steel pipes to be joined, and either one of the inner joint pipe and the outer joint pipe is divided at equal intervals in the circumferential direction, a convex portion formed on the inner peripheral surface of the outer joint pipe and formed on the outer peripheral surface of the inner joint pipe, and the outer joint pipe and the inner joint pipe are fitted together.
  • a method of designing a mechanical joint comprising: an inclined surface portion that abuts on the convex portion and bends the split piece in cooperation with the convex portion in the middle of fitting with the joint pipe, the inclined surface portion is continuously provided from the end of the outer joint tube to the engaging portion, and converts a vertical load into a horizontal stress that bends the split piece.
  • 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 inclined surface portion 19 and the concave 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.
  • Reference Signs List 1 2 mechanical joint 3 steel pipe 5, 5A inner joint pipe 7, 7A outer joint pipe 9, 9A base end portion 11, 11A split piece 13, 13A convex portion 13a inclined surface portion 15, 15A concave portion 17 engaging portion 19 inclined surface portion

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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て施工性が向上する機械式継手、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を目的とする。機械式継手１は、内側継手管５と外側継手管７とを備え、内側継手管５および外側継手管７のいずれか一方は、周方向に等間隔で分割され、径方向に撓み可能な分割片１１により構成され、内側継手管５の外周面に形成された凸部１３と、外側継手管７の内周面に形成され、凸部１３に係合する係合部１７と、外側継手管７における係合部１７よりも先端側に設けられ、凸部１３に当接して凸部１３と協働して分割片１１を撓ませる傾斜面部１９と、を備えたものであって、傾斜面部１９は、外側継手管７の端部から係合部１７まで連続して設けられている。

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、周方向に等間隔で分割され、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傾斜面部と、を備えた機械式継手であって、前記傾斜面部は、前記外側継手管の端部から前記係合部まで連続して設けられている。
　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、周方向に等間隔で分割され、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傾斜面部と、を備えた機械式継手であって、前記傾斜面部は、前記内側継手管の端部から前記係合部まで連続して設けられている。
　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の製造方法であって、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の施工方法であって、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、前記外側継手管と前記内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、周方向に等間隔で分割され、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傾斜面部と、を備えた機械式継手の設計方法であって、前記傾斜面部を、前記外側継手管の端部から前記係合部まで連続して設け、鉛直荷重を、前記分割片を撓ませる水平応力に変換させる。
　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、周方向に等間隔で分割され、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傾斜面部と、を備えた機械式継手の設計方法であって、前記傾斜面部を、前記内側継手管の端部から前記係合部まで連続して設け、鉛直荷重を、前記分割片を撓ませる水平応力に変換させる。
　本発明によれば、傾斜面部を、外側継手管の端部から係合部まで連続して設けたことにより、嵌合過程における最大押し込み荷重が従来よりも小さくなり、施工性が向上する。また、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の図であり、接合過程における分割片の撓みの状態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の図であり、接合過程における分割片の撓みの状態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の図であり、接合過程における分割片の撓みの状態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の図であり、接合過程における分割片の撓みの状態を模式的に示した図である。 図２は、接合過程における軸方向の変位と荷重の関係を示すグラフであり、破線が図５の従来の機械式継手の場合を示し、実線が図１の機械式継手の場合を示したものである。 図３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４は、図３の機械式継手における嵌合後の状態を示す図である。 図５Ａは、従来の機械式継手の接合過程を説明する図である。 図５Ｂは、従来の機械式継手の接合過程を説明する図である。 図５Ｃは、従来の機械式継手の接合過程を説明する図である。 図５Ｄは、従来の機械式継手の接合過程を説明する図である。 図５Ａ～図５Ｄにおける接合過程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。 図７Ａは、傾斜面部における圧入荷重Ｗと水平力Ｐの変換関係を説明する図である。 図７Ｂは、傾斜面部における圧入荷重Ｗと水平力Ｐの変換関係を説明する図である。 図８Ａは、傾斜角度θと傾斜面部長さＬおよび係合部高さＨとの関係を説明する図である。 図８Ｂは、傾斜角度θと傾斜面部長さＬおよび係合部高さＨとの関係を説明する図である。 図９は、傾斜面部長さＬと圧入荷重Ｗ／水平力Ｐの関係を説明する図である。 図１０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１１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。
＜発明に至った経緯＞
　本発明の一実施形態に係る機械式継手を説明するに先立って、従来の機械式継手の構造について図３および図４に基づいて説明する。図３に示すように、従来の機械式継手２１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２３とから構成される。内側継手管５と外側継手管２３とは、上下に対向して配置される。図３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２３に挿入し、内側継手管５と外側継手管２３とを嵌合させて、図４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周方向に等間隔で形成して分割された分割片１１が設けられている。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２３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２３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２３に挿入し嵌合させる途中においては、外側継手管２３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が径方向内側に撓み、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２３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２３との接合過程について、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、および図５Ｄに基づいて、より具体的に説明する。図５Ａ～図５Ｄは、図３のＡ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５Ａに示すように、外側継手管２３の内周面には、係合部１７およびガイド部２５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２５は、内側継手管５を外側継手管２３に挿入し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２５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２５ａと最大撓みを係合部１７まで維持する平坦面部２５ｂ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、上記ガイド部２５の傾斜面部２５ａに対応する形状の傾斜面部１３ａが形成されている。
　図５Ａは、内側継手管５と外側継手管２３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に軸方向の圧入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５Ｂ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２３のガイド部２５の傾斜面部２５ａ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２５および凸部１３にそれぞれ、対応する形状の傾斜面部２５ａ，１３ａが設けられていることによって、管軸方向の圧入荷重が径方向の力に変換され、挿入および嵌合をスムーズに行うことができる。なお、図５Ｂは凸部１３の外周面が傾斜面部２５ａ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。
　その後は、図５Ｃ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５Ｃの凸部１３の軸方向位置をＸ2とする。外側継手管２３の先端部が内側継手管５の基端部９に当接したとき、図５Ｄ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とが係合して嵌合することにより接合が完了する。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２１において、内側継手管５と外側継手管２３の軸方向にかか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２３の先端部とによって抵抗する。また、機械式継手２１において、内側継手管５と外側継手管２３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２３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６を用いて説明する。図６は、軸方向の変位と挿入に要する荷重の大きさとの関係を示すグラフである。
　図６に示すように、ガイド部２５の傾斜面部２５ａ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、分割片が最大撓みに至るまで徐々に荷重が増大する。一方、ガイド部２５の平坦面部２５ｂ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２３との間の摩擦抵抗を上回る荷重があれば良いため、小さな荷重で挿入できる。
　上述したように、ガイド部２５の傾斜面部２５ａ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、管軸方向の圧入荷重が半径方向の水平力に変換される。この点について図７を用いて説明する。図７Ａは、挿入と嵌合過程においてガイド部２５の傾斜面部２５ａと凸部１３の傾斜面部１３ａとが当接しているときの状態を示す図である。図７Ｂは、図７Ａの破線円で囲んだ部分を拡大して模式的に示した図である。
　図７Ｂに示す圧入荷重Ｗおよび水平力Ｐは、それぞれ以下の（１）式、（２）式のように記述できる。
　　Ｐ＝Ｎsinθ－Ｆcosθ　…（１）
　　Ｗ＝Ｎcosθ＋Ｆsinθ　…（２）
　ここで、Ｎは傾斜面部１３ａ，２５ａに対して垂直な方向の抗力、Ｆは摩擦力、θは傾斜面部２５ａの傾き（以下、単に傾きθともいう）である。
　摩擦力Ｆは、以下の（３）式で表される。
　　Ｆ=μＮ　…（３）
　ここで、μは傾斜面部１３ａ，２５ａ間の摩擦係数である。
　（１）式～（３）式から、圧入荷重Ｗと水平力Ｐとの関係は、以下の（４）式となる。
　Ｐ＝Ｗ×（sinθ－μcosθ）／（cosθ＋μsinθ）　…（４）
　図８Ａおよび図８Ｂは、傾斜角度θと傾斜面部長さＬおよび係合部高さＨとの関係を説明するための図である。図８Ａおよび図８Ｂに示すように、傾斜面部２５ａの傾きθは、傾斜面部２５ａの軸方向長さＬ（以下、単に長さＬともいう）および係合部１７の高さＨ、すなわち凹部１５の深さによって定まる。具体的には以下の（５）式のように表される。
　θ＝tan-1（Ｌ／Ｈ）　…（５）
　すなわち、図８Ａに示すように、係合部１７の高さＨが一定である場合、長さＬが短いほど傾きθは小さくなる。反対に、図８Ｂに示すように、係合部１７の高さＨが一定である場合、長さＬが長いほど傾きθは大きくなる。
　なお、鋼材同士の摩擦係数μは、潤滑剤の使用を前提にすれば、０．０５以上０．２０以下程度と考えられる。傾斜面部２５ａの長さＬは、鋼管３の径にも依存するが、一般に、２００ｍｍ以上４００ｍｍ以下程度である。また、標準的な係合部１７の高さＨは４ｍｍ以上７ｍｍ以下程度と考えられる。これを踏まえて、図９に、水平力Ｐによって規格化された圧入荷重Ｗ、すなわち、圧入荷重Ｗ／水平力Ｐと、傾斜面部長さＬとの関係を示す。図９において、比較しやすいように、係合部１７の高さＨを一定とし、鋼材同士の摩擦係数μを変化させた。
　図９に示すように、係合部１７の高さＨを５ｍｍとした場合、摩擦係数μが０．０５～０．２０の範囲内のいずれの場合においても、傾斜面部２５ａの長さＬが長くなるほど、圧入荷重Ｗ／水平力Ｐの値は小さくなる。圧入荷重Ｗ／水平力Ｐの値が小さくなることは、所定の水平力Ｐを得るのに必要な圧入荷重Ｗが小さくなることである。すなわち、傾斜面部２５ａを長くすることによって、圧入荷重Ｗをより効率的に水平力Ｐに変換できる。以下に説明する本発明の一実施形態は、本発明者によるかかる鋭意検討に基づくものである。
　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を備えたものである。内側継手管５は、周方向に等間隔で分割され、径方向に撓み可能な分割片１１により構成されている。それぞれの分割片１１の外周面には凸部１３が形成されている。凸部１３の先端外周側には、後述する外側継手管７の傾斜面部１９に対応する形状の傾斜面部１３ａ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。これらの構成は、図３～図５Ｄによって説明した従来の機械式継手２１と同様であるので説明を省略する。以下においては、本実施形態の特徴部分について具体的に説明する。
　図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、および図１Ｄはそれぞれ、図５Ａ～図５Ｄと同様に、図３のＡ部における軸方向の断面を模式的に示した図である。図１Ａに示すように、本実施形態による外側継手管７においては、係合部１７よりも先端側に、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を撓ませる傾斜面部１９が設けられている。図５に示すように、従来の機械式継手２１の外側継手管２３は、傾斜面部２５ａおよび平坦面部２５ｂを有するガイド部２５が設けられている。これに対し、図１Ａに示すように、本実施形態による外側継手管７は、ガイド部２５に相当する部位を傾斜面部１９から構成し、平坦面部２５ｂに相当するものを設けていない。これにより、外側継手管７の傾斜面部１９は、外側継手管７の先端から係合部１７に至る長さを有し、従来の外側継手管２３に設けられた傾斜面部２５ａに比して長くなっている。
　また、上述した図９によって説明したように、傾斜面部１９の軸方向長さが長いほど、圧入荷重を水平力により効率的に変換できる。そのため、傾斜面部１９は、外側継手管７の端部から係合部１７までの間の全長に設けられることが好ましい。なお、例えば外側継手管７の先端側の内周面部の一部に平坦部を形成する必要が生じ、傾斜面部１９が外側継手管７の端部から係合部１７までの間の全長に亘ることができない場合がある。この場合においても、傾斜面部１９を、外側継手管７の先端部から係合部１７までの間の長さの９０％以上の部分に設けることが好ましい。
　なお、外側継手管７の先端部から係合部１７の間の長さを長くすれば、傾斜面部１９の軸方向長さＬをより長く設定することができるので、圧入荷重をさらに低減することができる。なお、継手自体が長くなると継手の材料費や加工費が高コスト化するので、外側継手管７の先端部から係合部１７の間の長さおよび傾斜面部１９の軸方向長さＬは、上側鋼管および上側継手の自重によって必要な押込荷重を確保できる程度の長さにすることが望ましい。
　次に、上述したように構成された本実施形態による機械式継手１の接合過程について説明する。図１Ａは、内側継手管５と外側継手管７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、図１Ａにおけるの凸部１３の軸方向位置は、図５Ａと同様である。図１Ａに示すように、内側継手管５に軸方向の圧入荷重が作用することによって分割片１１が下方に移動すると、内側継手管５の凸部１３の傾斜面部１３ａが外側継手管７の傾斜面部１９と接触する。これにより、内側継手管５の凸部１３が押圧されて分割片１１が半径内側方向に撓む。その後、図１Ｂに示すように、凸部１３の外周面が傾斜面部１９の頂点に至ったとき、換言すると、凸部１３の外周面が係合部１７に到達したときに、分割片１１が最大撓みに至る。なお、このときの凸部１３の軸方向位置をＸ´1とする。
　その後、図１Ｃに示すように、分割片１１において最大撓みの状態を維持したまま挿入を進める。なお、このときの凸部１３の軸方向位置をＸ´2とする。続いて、図１Ｄに示すように、外側継手管７の先端部が内側継手管５の基端部９に当接したとき、分割片１１の撓みが戻るとともに、凸部１３と係合部１７とが係合して接合が完了する。なお、図１Ｄの凸部１３の軸方向位置は、図５Ｄと同様である。
　上述のように構成された本実施形態による機械式継手１における荷重の低減効果について、図２を用いて以下に説明する。図２は、図６と同様に、軸方向の変位と挿入に要する荷重の大きさとの関係を示すグラフである。図２において、従来の機械式継手２１の場合（図６と同様）を点線で示し、本実施形態による機械式継手１の場合を実線で示す。
　図２から、本実施形態においても外側継手管の傾斜面部１９と内側継手管の傾斜面部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～Ｘ´1）において、荷重が徐々に増大することが分かる。しかしながら、図２からは、本実施形態による外側継手管７によれば、荷重の増加の傾きは従来（破線）の外側継手管２３に比して緩やかであり、さらに荷重の最大値も低下していることがわかる。これは、Ｘ0～Ｘ1の間に形成された従来技術による傾斜面部２５ａ（図５Ａ参照）に比して、Ｘ0～Ｘ´1の間に形成された本実施形態による傾斜面部１９の方が、軸方向の長さが長いことによって、圧入荷重が水平力により効率的に変換されたからであると考えられる。なお、一実施形態による外側継手管７による効果は、摩擦係数μが小さいほど奏しやすいため、嵌合前に傾斜面部１９に潤滑剤などを塗布しておくことが望ましい。
　以上説明したように、本実施形態の機械式継手１によれば、外側継手管７の傾斜面部１９の軸方向長さを長くしたことにより、圧入荷重が水平力に効率的に変換されて、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の数を増加させることなく押し込み荷重を低減できるので、加工コストの増大や強度の低下を抑制できる。
　（第１変形例）
　また、上述した実施形態においては、内側に挿入する側（内側継手管）を分割した例について説明したが、本発明はこれに限られず、外側に配置される側（外側継手管）を分割してもよい。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、さらに分割片の内周面に傾斜面部が形成される。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。
　この第１変形例においても、外側継手管の端部から係合部までの間の少なくとも９０％以上の部分、好適には全長に亘って傾斜面部を設けることにより、上述した一実施形態と同様の効果を得ることができる。
　（第２変形例）
　次に、第２変形例について、図１０および図１１に基づいて説明する。図１０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１０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１１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１０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の凸部１３Ａの先端内周側には、内側継手管５Ａの傾斜面部１９に対応する形状の傾斜面部１３ａが形成されている。内側継手管５Ａの内周面には、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１７（図示せず）が設けられている。
　外側継手管７Ａと内側継手管５Ａとを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が径方向内側に撓む。挿入が完了した状態においては、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。これらの構成は、図１Ａ～図１Ｄにおいて、外側継手管７が内側継手管５Ａとなり、内側継手管５が外側継手管７Ａとなって、いわゆる入れ替わった状態と同様である。換言すると、図１Ａ～図１Ｄに示す例においては、図中右側が外側継手管７Ａ（図１Ａ～図１Ｄにおいては内側継手管５）となり、図中左側が内側継手管５Ａ（図１Ａ～図１Ｄにおいては外側継手管７）となる。すなわち、図１０および図１１に示す第２変形例における嵌合方法は、図１Ａ～図１Ｄを用いて説明した上述した一実施形態による機械式継手１の場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。
　図１０および図１１に示す第２変形例の場合においても、内側継手管５Ａの端部から係合部の間の少なくとも９０％以上の部分、好適には全長に亘って、傾斜面部を設けることにより、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
　また、上記の実施形態では、鋼管の端部に取り付ける機械式継手を説明したが、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、あらかじめ工場等において、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ溶接等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。つまり、上記継手付き鋼管は、実施形態で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、施工現場等において、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、鋼管梁等の構造体を形成することができる。つまり、これら構造体は、上記の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、構造体が鋼管杭等の場合には、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て、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。
　また、上述においては、物の発明としての機械式継手について説明したが、当該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、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、前記内側継手管または前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔で分割され、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傾斜面部と、を備えた機械式継手の設計方法であって、前記傾斜面部を、前記外側継手管の端部から前記係合部まで連続して設け、鉛直荷重を、前記分割片を撓ませる水平応力に変換させる。
　また、当該機械式継手は以下のような設計方法によって設計してもよい。すなわち、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、周方向に等間隔で分割され、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傾斜面部と、を備えた機械式継手の設計方法であって、前記傾斜面部を、前記外側継手管の端部から前記係合部まで連続して設け、鉛直荷重を、前記分割片を撓ませる水平応力に変換させる。
　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。例えば上述した変形例において、外側継手管７Ａの内周面に傾斜面部１９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　係合部
　１９　傾斜面部

Claims (8)

  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、周方向に等間隔で分割され、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傾斜面部と、を備えた機械式継手であって、
    　前記傾斜面部は、前記外側継手管の端部から前記係合部まで連続して設けられている
    　機械式継手。
  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、周方向に等間隔で分割され、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傾斜面部と、を備えた機械式継手であって、
    　前記傾斜面部は、前記内側継手管の端部から前記係合部まで連続して設けられている
    　機械式継手。
  3. 　請求項１または２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。
  4. 　請求項３に記載の継手付き鋼管の製造方法であって、
    　請求項１または２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。
  5. 　請求項１または２に記載の機械式継手と、
    　該機械式継手で接合された複数の鋼管と、を備える
    　構造体。
  6. 　請求項５に記載の構造体の施工方法であって、
    　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、前記外側継手管と前記内側継手管とを嵌合させて接合する
    　構造体の施工方法。
  7. 　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、周方向に等間隔で分割され、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傾斜面部と、を備えた機械式継手の設計方法であって、
    　前記傾斜面部を、前記外側継手管の端部から前記係合部まで連続して設け、鉛直荷重を、前記分割片を撓ませる水平応力に変換させる
    　機械式継手の設計方法。
  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、周方向に等間隔で分割され、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傾斜面部と、を備えた機械式継手の設計方法であって、
    　前記傾斜面部を、前記内側継手管の端部から前記係合部まで連続して設け、鉛直荷重を、前記分割片を撓ませる水平応力に変換させる
    　機械式継手の設計方法。
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