(57)【要約】【課題】内嵌部材を外嵌部材の内側に嵌合させることによって鋼管杭を軸芯方向に連結する継手構造において、部材の変形を防止しながら鋼管杭の中空部への部材の張り出しを小さくするか、またはなくす。【解決手段】鋼管杭の継手構造３は、内嵌部材１０および外嵌部材２０を含む。内嵌部材１０は、第１の鋼管杭１に接合される内嵌基端部１１と、内嵌基端部１１に続いて形成される少なくとも１段の内嵌段差部１２とを備える。外嵌部材２０は、第２の鋼管杭２に接合される外嵌基端部２１と、外嵌基端部２１に続いて形成され内嵌段差部１２に対応する段数の外嵌段差部２２とを備える。内嵌部材１０の内径は、第１の鋼管杭１の内径および第２の鋼管杭２の内径のうち少なくとも小さい方に揃えられ、外嵌部材２０の外径は、第１の鋼管杭１の外径および第２の鋼管杭２の外径のうち少なくともいずれかよりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内嵌部材および外嵌部材を含み、前記内嵌部材を前記外嵌部材の内側に嵌合させることによって第１の鋼管杭と第２の鋼管杭とを軸芯方向に連結する継手構造であって、
前記内嵌部材は、前記第１の鋼管杭に接合される内嵌基端部と、前記内嵌基端部に続いて形成される少なくとも１段の内嵌段差部とを備え、
前記内嵌段差部は、前記内嵌基端部に近い側に位置し、前記内嵌基端部または前段の前記内嵌段差部よりも小さい外径を有し周方向に形成される内嵌谷部と、前記内嵌基端部から遠い側に位置し、前記内嵌谷部よりも大きい外径を有する突出部が周方向について間欠的に形成される内嵌山部とを含み、
前記外嵌部材は、前記第２の鋼管杭に接合される外嵌基端部と、前記外嵌基端部に続いて形成され前記内嵌段差部に対応する段数の外嵌段差部とを備え、
前記外嵌段差部は、前記外嵌基端部に近い側に位置し、対応する前記内嵌段差部に形成される突出部の外径に対応する内径を有し周方向に形成される外嵌谷部と、前記外嵌基端部から遠い側に位置し、対応する前記内嵌段差部に含まれる前記内嵌谷部の外径に対応する内径を有する突出部が周方向について間欠的に形成される外嵌山部とを含み、
前記内嵌部材の内径は、前記第１の鋼管杭の内径もしくは前記第２の鋼管杭の内径の少なくともいずれか、または前記第１の鋼管杭の内径および前記第２の鋼管杭の内径の両方に対応し、
前記外嵌部材の外径は、前記第１の鋼管杭の外径および前記第２の鋼管杭の外径の少なくともいずれかよりも大きい、鋼管杭の継手構造。
【請求項２】
前記内嵌部材の内径は、前記第１の鋼管杭の内径および前記第２の鋼管杭の内径に一致する、請求項１に記載の鋼管杭の継手構造。
【請求項３】
前記内嵌基端部から最も遠い前記内嵌段差部に含まれる前記内嵌谷部の板厚は、前記外嵌基端部から最も遠い前記外嵌段差部に含まれる前記外嵌谷部の板厚よりも薄い、請求項１または請求項２に記載の鋼管杭の継手構造。
【請求項４】
前記外嵌部材は、前記外嵌基端部から最も遠い前記外嵌段差部に続いて形成される周壁状の延長部をさらに備え、
前記内嵌部材が前記外嵌部材の内側に嵌合した状態で前記延長部と前記内嵌基端部との間に形成される溝部に止水材が埋め込まれる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鋼管杭の継手構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管杭の継手構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１および特許文献２には、鋼管杭を軸芯方向に連結する継手構造が記載されている。この継手構造において、それぞれの杭に形成される一対の外嵌端部および内嵌端部は、外嵌端部と内嵌端部とを互いに嵌合させた状態で軸芯回りに相対回転させたときに互いに係合し合う係合部および被係合部を有する。このような形式の継手構造は、例えば従来用いられていたねじ式のものに比べて、双方の杭の回転量が小さいため施工が容易であり、また曲げ剛性が向上するという利点を有する。
【０００３】
一方、特許文献３には、鋼管杭の施工方法として、鋼管杭の中空部に挿入されたオーガーを用いて地盤を掘削しながら、鋼管杭を地中に貫入させる中掘り杭工法が記載されている。中掘り杭工法は、オーガーや掘削ビットなどを用いて地盤を掘削するために、より少ない振動や騒音で鋼管杭を地中に貫入させることができ、またオーガーなどの先端部からセメントミルクなどの固化材液を注入することによって、鋼管杭先端部の根固めが可能であるという利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２９２５０号公報
【特許文献２】特開２０１５−１４３４６６号公報
【特許文献３】特開２００６−２４９９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１１（Ａ）は、特許文献１に記載された継手構造を模式的に示す図である。図示された継手構造は、内嵌部材７０と外嵌部材８０とを含み、外嵌部材８０の外周面８０Ａが鋼管杭１および鋼管杭２の外周面に揃えられている。その一方で、内嵌部材７０の内周面７０Ａは、鋼管杭１および鋼管杭２の内周面よりも内側に張り出している。すなわち、図示された例では、外嵌部材８０の外径は鋼管杭１および鋼管杭２の外径に一致し、内嵌部材７０の内径は鋼管杭１および鋼管杭２の内径よりも小さい。
【０００６】
図１１（Ｂ）は、特許文献２に記載された継手構造を模式的に示す図である。図示された継手構造は、内嵌部材７０と外嵌部材８０とを含み、外嵌部材８０の外周面８０Ａが鋼管杭１および鋼管杭２の外周面に揃えられているのに加えて、内嵌部材７０の内周面７０Ａも鋼管杭１および鋼管杭２の内周面に揃えられている。すなわち、図示された例では、外嵌部材８０の外径が鋼管杭１および鋼管杭２の外径に一致し、内嵌部材７０の内径も鋼管杭１および鋼管杭２の内径に一致する。
【０００７】
ここで、継手構造によって軸芯方向に連結された鋼管杭は、一般に杭基礎や鋼管矢板による壁構造として利用される。杭基礎で十分な周面摩擦力を発生させる必要がある場合や、鋼管矢板で壁幅方向に隣接する鋼管杭との間の継手を取り付ける場合には、継手構造において外嵌部材が鋼管杭よりも外側に張り出すことは好ましくない。上記で図１１に示した継手構造は、このような需要を反映して、外嵌部材８０の外径が鋼管杭１および鋼管杭２の外径に一致するように設計されている。
【０００８】
その一方で、上記で図１１（Ａ）に示した継手構造では、特許文献３に記載されたような中掘り杭工法を採用しにくい場合があった。内嵌部材７０の内周面７０Ａが鋼管杭１および鋼管杭２の内周面よりも内側に張り出しており、鋼管杭の中空部に挿入されるオーガーや掘削ビットと内嵌部材７０とが干渉する可能性があるためである。図１１（Ｂ）に示した継手構造では内嵌部材７０の内周面７０Ａが張り出していないため中掘り杭工法を採用することは可能であるが、内嵌部材７０および外嵌部材８０の板厚が抑えられる傾向にあるため、特に内嵌部材７０にラッパ状変形が生じる可能性があった。
【０００９】
そこで、本発明は、内嵌部材を外嵌部材の内側に嵌合させることによって鋼管杭を軸芯方向に連結する継手構造において、部材の変形を防止しながら鋼管杭の中空部への部材の張り出しを小さくするか、またはなくすことが可能な鋼管杭の継手構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある観点によれば、内嵌部材および外嵌部材を含み、内嵌部材を外嵌部材の内側に嵌合させることによって第１の鋼管杭と第２の鋼管杭とを軸芯方向に連結する継手構造であって、内嵌部材は、第１の鋼管杭に接合される内嵌基端部と、内嵌基端部に続いて形成される少なくとも１段の内嵌段差部とを備え、内嵌段差部は、内嵌基端部に近い側に位置し、内嵌基端部または前段の内嵌段差部よりも小さい外径を有し周方向に形成される内嵌谷部と、内嵌基端部から遠い側に位置し、内嵌谷部よりも大きい外径を有する突出部が周方向について間欠的に形成される内嵌山部とを含み、外嵌部材は、第２の鋼管杭に接合される外嵌基端部と、外嵌基端部に続いて形成され内嵌段差部に対応する段数の外嵌段差部とを備え、外嵌段差部は、外嵌基端部に近い側に位置し、対応する内嵌段差部に形成される突出部の外径に対応する内径を有し周方向に形成される外嵌谷部と、外嵌基端部から遠い側に位置し、対応する内嵌段差部に含まれる内嵌谷部の外径に対応する内径を有する突出部が周方向について間欠的に形成される外嵌山部とを含み、内嵌部材の内径は、第１の鋼管杭の内径もしくは第２の鋼管杭の内径の少なくともいずれか、または第１の鋼管杭の内径および第２の鋼管杭の内径の両方に対応し、外嵌部材の外径は、第１の鋼管杭の外径および第２の鋼管杭の外径の少なくともいずれかよりも大きい、鋼管杭の継手構造が提供される。
上記の構成によれば、内嵌部材の内径が鋼管杭の内径に対応することによって鋼管杭の中空部への部材の張り出しを小さくするか、またはなくすことができるのに加えて、外嵌部材の外径が鋼管杭の外径よりも大きいことによって部材の変形を防止するために必要な板厚を確保することができる。
【００１１】
上記の鋼管杭の継手構造において、内嵌部材の内径は、第１の鋼管杭の内径および第２の鋼管杭の内径に一致してもよい。
例えば第１の鋼管杭の内径と第２の鋼管杭の内径とが同じである場合には、内嵌部材の内径と両方の鋼管杭の内径とをすべて一致させることができる。
【００１２】
上記の鋼管杭の継手構造において、内嵌基端部から最も遠い内嵌段差部に含まれる内嵌谷部の板厚は、外嵌基端部から最も遠い外嵌段差部に含まれる外嵌谷部の板厚よりも薄くてもよい。
内嵌部材の内径が鋼管杭の内径に対応することによって、内嵌部材の板厚中心から鋼管杭の板厚中心までの距離が短くなる。これによって、内嵌部材側に発生する偏芯曲げモーメントが小さくなるため、内嵌部材、具体的には内嵌谷部の板厚を薄くしても内嵌部材のラッパ状変形を防止することができ、内嵌谷部の板厚は外嵌谷部の板厚に対して相対的に薄くなる。
【００１３】
上記の鋼管杭の継手構造において、外嵌部材は、外嵌基端部から最も遠い外嵌段差部に続いて形成される周壁状の延長部をさらに備え、内嵌部材が外嵌部材の内側に嵌合した状態で延長部と内嵌基端部との間に形成される溝部に止水材が埋め込まれてもよい。
外嵌部材の外径が鋼管杭の外径よりも大きくなることによって、外嵌基端部から最も遠い外嵌段差部において突出部の間に形成される非突出部と、対応する内嵌段差部の内嵌谷部との間に生じる間隙が外部に露出される場合がある。このような場合には、外嵌部材に延長部を形成し、延長部と内嵌基端部との間に形成される溝部に止水材を埋め込むことによって、間隙が外部に露出しないようにすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上で説明したように、本発明によれば、内嵌部材を外嵌部材の内側に嵌合させることによって鋼管杭を軸芯方向に連結する継手構造において、部材の変形を防止しながら鋼管杭の中空部への部材の張り出しを小さくするか、またはなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋼管杭の継手構造の斜視図である。
【図２】図１（Ｂ）に示す継手構造の断面図である。
【図３】鋼管杭の内径が異なる例を示す断面図である。
【図４】図１に示す継手構造における変形防止の効果について説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態の変形例に係る鋼管杭の継手構造の断面図である。
【図６】図５に示す継手構造に止水材を埋め込んだ例を示す図である。
【図７】本発明に係る継手構造の設計例について説明するためのグラフである。
【図８】本発明に係る継手構造の設計例について説明するためのグラフである。
【図９】本発明に係る継手構造の設計例について説明するためのグラフである。
【図１０】図４（Ａ）に示す比較例および図４（Ｂ）に示す実施例における有限要素解析で算出された荷重と相当ひずみとの関係を示すグラフである。
【図１１】従来の鋼管杭の継手構造を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る鋼管杭の継手構造の斜視図である。図１（Ａ）には連結前の状態が示され、図１（Ｂ）には連結後の状態が示されている。図２は、図１（Ｂ）に示す継手構造の断面図である。図示されているように、鋼管杭１（第１の鋼管杭）と鋼管杭２（第２の鋼管杭）とを軸芯方向に連結する継手構造３は、内嵌部材１０および外嵌部材２０を含み、内嵌部材１０を外嵌部材２０の内側に嵌合させることによって鋼管杭１と鋼管杭２とを連結する。
【００１８】
内嵌部材１０は、内嵌基端部１１と、少なくとも１段の内嵌段差部１２とを含む。内嵌基端部１１は、接合面１１Ａにおいて鋼管杭１に接合される。図１に示された例では、内嵌基端部１１に続いて４段の内嵌段差部１２Ａ〜１２Ｄが形成される。それぞれの内嵌段差部１２は、内嵌谷部１２１と、内嵌山部１２３とを含む。内嵌谷部１２１は、内嵌段差部１２の内嵌基端部１１に近い側に位置し、隣接する部分（内嵌段差部１２Ａの場合は内嵌基端部１１、内嵌段差部１２Ｂの場合は前段の内嵌段差部１２Ａ、以下同様）よりも小さい外径を有し周方向に形成される。一方、内嵌山部１２３は、内嵌段差部１２の内嵌基端部１１から遠い側に位置する。内嵌山部１２３では、突出部１２２が周方向について間欠的に形成される。つまり、内嵌山部１２３では、内嵌部材１０の周方向について、内嵌谷部１２１よりも大きい外径を有する突出部１２２と、内嵌谷部１２１と同じ外径を有する非突出部とが交互に形成される。
【００１９】
外嵌部材２０は、外嵌基端部２１と、少なくとも１段の外嵌段差部２２とを含む。外嵌基端部２１は、接合面２１Ａにおいて鋼管杭２に接合される。図１に示された例では、外嵌基端部２１に続いて、内嵌段差部１２に対応する段数、すなわち４段の外嵌段差部２２Ａ〜２２Ｄが形成される。それぞれの外嵌段差部２２は、外嵌谷部２２１と、外嵌山部２２３とを含む。外嵌谷部２２１は、外嵌段差部２２の外嵌基端部２１に近い側に位置し、対応する内嵌段差部１２（外嵌段差部２２Ａの場合は内嵌段差部１２Ａ、外嵌段差部２２Ｂの場合は内嵌段差部１２Ｂ、以下同様）の突出部１２２の外径に対応する内径を有し周方向に形成される。一方、外嵌山部２２３は、外嵌段差部２２の外嵌基端部２１から遠い側に位置する。外嵌山部２２３では、突出部２２２が周方向について間欠的に形成される。つまり、外嵌山部２２３では、外嵌部材２０の周方向について、対応する内嵌段差部１２の内嵌谷部１２１の外径に対応する、外嵌谷部２２１よりも小さい内径を有する突出部２２２と、外嵌谷部２２１と同じ内径を有する非突出部とが交互に形成される。
【００２０】
上記のような継手構造３は、内嵌部材１０と外嵌部材２０とを互いに嵌合させた状態で軸心回りに相対回転させることで、鋼管杭１と鋼管杭２とが軸芯方向に連結されるように構成されている。具体的には、内嵌山部１２３は突出部１２２の周方向長さが非突出部の周方向長さ以下になるように形成されており、外嵌山部２２３は突出部２２２の周方向長さが非突出部の周方向長さ以下になるように形成されている。従って、内嵌部材１０を外嵌部材２０の内側に挿入したときに、内嵌段差部１２の内嵌山部１２３に形成された突出部１２２は、対応する外嵌段差部２２の外嵌山部２２３の非突出部を通過して外嵌谷部２２１に嵌合することができる。逆も同様で、外嵌段差部２２の外嵌山部２２３に形成された突出部２２２は、対応する内嵌段差部１２の内嵌山部１２３の非突出部を通過して内嵌谷部１２１に嵌合することができる。その後に内嵌部材１０と外嵌部材２０とを軸芯回りに相対回転させると、外嵌谷部２２１に嵌合した突出部１２２と内嵌谷部１２１に嵌合した突出部２２２とが互いに係合し合い、これによって鋼管杭１と鋼管杭２とが軸芯方向に連結される。
【００２１】
ここで、本実施形態に係る継手構造３では、内嵌部材１０の内周面１０Ａが鋼管杭１および鋼管杭２の内周面に揃えられ、かつ外嵌部材２０の外周面２０Ａが鋼管杭１および鋼管杭２の外周面よりも外側に張り出している。すなわち、本実施形態では、内嵌部材１０の内径が鋼管杭１の内径および鋼管杭２の内径に対応し、かつ外嵌部材２０の外径が鋼管杭１および鋼管杭２の外径よりも大きい。
【００２２】
ここで、図示された例のように鋼管杭１の内径と鋼管杭２の内径とが等しい場合、内嵌部材１０の内径が鋼管杭１および鋼管杭２の内径に対応することは、内嵌部材１０の内径が鋼管杭１および鋼管杭２の内径に一致することを意味する。ただし、この場合、内径同士は必ずしも厳密に一致する必要はなく、例えば機能上許容される程度の誤差があってもよい。また、内径が一致することは、内径を一致させることが意図されている場合、具体的には例えば設計図面において内径が一致している場合を含む。
【００２３】
また、例えば、図３に示されるように、鋼管杭１，２の外径は一致するが鋼管杭１の板厚ｔ１と鋼管杭２の板厚ｔ２とが異なるために鋼管杭１，２の内径が互いに異なる場合、鋼管杭１に接続される内嵌部材１０の内径は鋼管杭１の内径に一致し、鋼管杭２に接続される外嵌部材２０の内径は鋼管杭２の内径に一致してもよい。この場合も、内径が一致することは、上記の例と同様に誤差がある場合や、内径を一致させることが意図されている場合を含む。あるいは、内嵌部材１０および外嵌部材２０が、鋼管杭１の内径および鋼管杭２の内径の両方に対応する共通の内径を有していてもよい。具体的には、例えば、内嵌部材１０および外嵌部材２０の内径が、鋼管杭１の内径と鋼管杭２の内径との中間値に決定されてもよい。
【００２４】
本発明者らの検討によれば、既に述べたように継手構造において外嵌部材が鋼管杭よりも外側に張り出すことが好ましくない場合はあるものの、すべての場合においてそうではなく、外嵌部材が鋼管杭よりも外側に張り出すことが許容される場合もある。具体的には、例えば、鋼管杭を地中に打設した後で、地下空間を掘削して鋼管柱として利用する場合には、周面摩擦力を考慮する必要がないため外嵌部材が鋼管杭よりも外側に張り出していてもよい。また、鋼管杭をそのまま杭基礎として利用する場合であっても、周面摩擦力を確保しなくてよい区間があれば、その区間では外嵌部材が鋼管杭よりも外側に張り出していてもよい。また、杭周面にセメントミルク等の経時性固化材を充填する場合や原位置地盤と経時性固化材を混合させてソイルセメントなどで満たす場合は、外嵌部材が鋼管杭よりも外側に張り出していても周面摩擦力を確保できる。本実施形態では、このような場合を想定して、外嵌部材２０の外径を鋼管杭１および鋼管杭２の外径よりも大きくし、かつ内嵌部材１０の内径を鋼管杭１の内径および鋼管杭２の内径に揃えることによって、以下で説明するように、部材の変形を防止しながら鋼管杭の中空部への部材の張り出しを小さくするか、またはなくすことを可能にしている。
【００２５】
図４は、図１に示す継手構造における変形防止の効果について説明するための図である。図４（Ａ）には、内嵌部材１０’および外嵌部材２０’を含み、内嵌部材１０’の内径が鋼管杭１および鋼管杭２の内径よりも小さく、かつ外嵌部材２０’の外径が鋼管杭１および鋼管杭２の外径に一致する比較例に係る継手構造が示されている。図４（Ｂ）には、内嵌部材１０および外嵌部材２０を含み、内嵌部材１０の内径が鋼管杭１および鋼管杭２の内径に揃えられ、かつ外嵌部材２０の外径が鋼管杭１および鋼管杭２の外径よりも大きい本発明の実施例に係る継手構造が示されている。
【００２６】
図４（Ａ）に示される比較例では、内嵌部材１０’の内嵌基端部から最も遠い内嵌段差部に含まれる内嵌谷部の板厚中心ｔｃ１２１−１’から鋼管杭１および鋼管杭２の板厚中心ｔｃまでの距離ｅ１が大きいため、継手構造に引張力Ｔが作用したときに内嵌部材１０’側に大きな偏芯曲げモーメントＭ１が発生する。この偏芯曲げモーメントＭ１による応力は、内嵌部材１０’を内嵌基端部から遠い側が縮径するラッパ状に変形させるように作用する。このとき内嵌部材１０’は周方向に圧縮されるため、座屈が発生しやすい。従って、内嵌部材１０’の変形を防止するために内嵌谷部の板厚ｔ１２１−１’を厚くする必要がある。
【００２７】
一方、図４（Ｂ）に示される実施例では、内嵌部材１０の内嵌基端部１１から最も遠い内嵌段差部１２Ｄに含まれる内嵌谷部１２１の板厚中心ｔｃ１２１−１から鋼管杭１および鋼管杭２の板厚中心ｔｃまでの距離ｅ１が、鋼管杭１および鋼管杭２の板厚ｔの１／２程度まで短くなる。従って、継手構造に引張力Ｔが作用したときに内嵌部材１０側に発生する偏芯曲げモーメントＭ１が小さく、比較例における板厚ｔ１２１−１’よりも薄い内嵌谷部１２１の板厚ｔ１２１−１で内嵌部材１０の変形を防止することができる。他の内嵌谷部１２１の板厚についても同様である。
【００２８】
ここで、外嵌部材２０の外嵌基端部２１から最も遠い外嵌段差部２２Ａに含まれる外嵌谷部２２１の板厚中心ｔｃ２２１−１から鋼管杭１および鋼管杭２の板厚中心ｔｃまでの距離ｅ２については、実施例の方が比較例よりも大きい。それゆえ、継手構造に引張力Ｔが作用したときに外嵌部材２０側に発生する偏芯曲げモーメントＭ２は、実施例の方が比較例よりも大きくなる。この偏芯曲げモーメントＭ２は、外嵌部材２０を外嵌基端部２１から遠い側が拡径するラッパ状に変形させるように作用する。しかしながら、このとき外嵌部材２０は周方向に引っ張られるため座屈は発生しにくく、外嵌谷部２２１の板厚ｔ２２１−１を厚くしなくても外嵌部材２０の変形を防止することができる。
【００２９】
図５は、本発明の一実施形態の変形例に係る鋼管杭の継手構造の断面図である。本変形例では、内嵌部材１０の内嵌基端部１１の外径が、鋼管杭１の外形に一致している。それ以外の点について、本変形例に係る継手構造の構成は上記で図１を参照して説明した継手構造と同様である。このような例の他、例えば内嵌段差部１２および外嵌段差部２２を２段、３段、または５段以上とした変形例も可能である。
【００３０】
図６は、図５に示す継手構造に止水材を埋め込んだ例を示す図である。図６に示された例において、外嵌部材２０には、外嵌基端部２１および外嵌段差部２２に加えて延長部２３が形成される。延長部２３は、外嵌基端部２１から最も遠い外嵌段差部２２（図示された例では外嵌段差部２２Ａ）に続いて形成され、内嵌部材１０の内嵌基端部１１の外径よりも大きい内径を有する周壁状の部分である。内嵌部材１０が外嵌部材２０の内側に嵌合したときに延長部２３と内嵌基端部１１との間に形成される溝部に、止水材２４が埋め込まれる。止水材２４は、例えば水膨張性を有するエラストマーであり、例えば天然ゴム、またはクロロプレンゴムに、澱粉系、セルロース系、ポリアクリル酸塩系、ポリビニルアルコール系などの高分子物質を配合したものである。
【００３１】
上記で説明した図１（Ｂ）に示されるように、外嵌基端部２１から最も遠い外嵌段差部２２Ａの内径、および内嵌基端部１１の外径の寸法によっては、内嵌部材１０を外嵌部材２０の内側に嵌合させたときに、外嵌段差部２２Ａの外嵌山部２２３の非突出部と、対応する内嵌段差部１２Ａの内嵌谷部１２１との間に生じる間隙が外部に露出される。このような場合でも、外嵌部材２０に延長部２３を形成しておき、例えば内嵌部材１０と外嵌部材２０とを互いに嵌合させた状態で軸芯回りに相対回転させて継手構造が完成した後に延長部２３と内嵌基端部１１との間に形成される溝部に止水材２４を埋め込むことによって、間隙が外部に露出しないようにすることができる。なお、図６に示された例では図５に示した変形例に係る継手構造において止水材２４が埋め込まれているが、図１から図４に示した継手構造でも同様に止水材２４を埋め込むことが可能である。
【００３２】
図７から図９は、本発明に係る継手構造の設計例について説明するためのグラフである。図７および図８では、図４（Ａ）に示された比較例と図４（Ｂ）に示された実施例との間で、同じ引張力Ｔを想定した場合に必要とされる内嵌部材の各部の板厚の外嵌部材の各部の板厚に対する比が示されている。具体的には、図７には、内嵌基端部１１から最も遠い内嵌段差部１２Ｄに含まれる内嵌谷部１２１の板厚ｔ１２１＿１の、外嵌基端部２１から最も遠い外嵌段差部２２Ａに含まれる外嵌谷部２２１の板厚ｔ２２１＿１に対する比ｒ１が示されている。図８には、内嵌基端部１１に最も近い内嵌段差部１２Ａに含まれる内嵌谷部１２１の板厚ｔ１２１＿２の、外嵌基端部２１に最も近い外嵌段差部２２Ｄに含まれる外嵌谷部２２１の板厚ｔ２２１＿２に対する比ｒ２が示されている。一方、図９には、内嵌部材１０を外嵌部材２０の内側に嵌合させた組立体の板厚について、図４（Ｂ）の実施例における板厚ｔ３０の図４（Ａ）の比較例に板厚ｔ３０’に対する比ｒ３が示されている。
【００３３】
なお、鋼管杭１および鋼管杭２の管径は６００ｍｍまたは１６００ｍｍである。管径が６００ｍｍの場合、鋼管杭１および鋼管杭２の板厚ｔは９ｍｍ〜２２ｍｍ、材質はＳＳ４００（ＪＩＳ  Ｇ３１０１  一般構造用圧延鋼材）である。管径が１６００ｍｍの場合、板厚ｔは１６ｍｍ〜３０ｍｍ、材質はＳＭ５７０（ＪＩＳ  Ｇ３１０６  溶接構造用圧延鋼材）である。また、上記に示した内嵌部材および外嵌部材の各部の板厚については、図４に示されている。
【００３４】
上記で図４を参照して説明したように、本発明の実施例では、継手構造に引張力Ｔが作用したときに内嵌部材１０側に発生する偏芯曲げモーメントＭ１が小さくなることによって、より薄い内嵌部材１０の板厚で変形を防止することができる。その一方で、外嵌部材２０側に発生する偏芯曲げモーメントＭ２が大きくなっても、外嵌部材２０の座屈は発生しにくいため、外嵌部材２０の板厚を例えば従来の場合に比べて厚くしなくてもよい。この結果、本発明の実施例では、内嵌部材１０の板厚が外嵌部材２０の板厚に比べて相対的に薄くなり、例えば内嵌基端部１１から最も遠い内嵌段差部１２Ｄに含まれる内嵌谷部１２１の板厚ｔ１２１＿１が、外嵌基端部２１から最も遠い外嵌段差部２２Ａに含まれる外嵌谷部２２１の板厚ｔ２２１＿１よりも薄くなる。
【００３５】
それゆえ、図７および図８に示されているように、比較例では鋼管杭１および鋼管杭２の板厚にかかわらず内嵌部材１０の板厚の外嵌部材２０の板厚に対する比ｒ１，ｒ２が１を超えるのに対し、実施例では上記のように内嵌部材１０の板厚を薄くすることができるため、比ｒ１，ｒ２は１よりも小さくなる。この結果、図９に示されているように、実施例では組立体の板厚が比較例に対して１０％程度薄くなる。
【００３６】
図１０は、図４（Ａ）に示す比較例および図４（Ｂ）に示す実施例における有限要素解析で算出された荷重と相当ひずみとの関係を示すグラフである。実施例の相当ひずみは、図４（Ｂ）に示された外嵌部材２０で外嵌基端部２１に最も近い外嵌段差部２２Ｄの外嵌谷部２２１と外嵌山部２２３との境界に位置する突出部２２２の付け根部分Ｐ(ひずみが最大になる部分)における値である。また、比較例の相当ひずみは、図４（Ａ）に示された内嵌部材１０’で内嵌基端部に最も近い内嵌段差部の内嵌谷部と内嵌山部との境界に位置する突出部の付け根部分Ｐ’（ひずみが最大になる部分）における値である。
【００３７】
グラフを参照すると、実施例では、同じ荷重に対する相当ひずみが比較例よりも小さいことがわかる。具体的には、継手構造２および鋼管杭１，２の全塑性耐力Ｍｐに相当する荷重がかかった場合に、比較例の相当ひずみが４．６％であるのに対して、実施例の相当ひずみは１．３％である。この結果から、本発明の実施例に係る継手構造では、比較例に係る継手構造よりも剛性が向上するといえる。従って、同じ荷重が想定されている場合、実施例では外嵌部材２０の板厚を比較例の内嵌部材１０’の板厚よりも薄くすることが可能である。これによって外嵌部材２０の材料が節約され、また外嵌部材２０の製造が容易になる。
【００３８】
このように、本発明の実施形態に係る継手構造を採用することによって、鋼管杭の中空部への部材の張り出しを小さくするか、またはなくすことができるだけでなく、継手構造の部材の全体的な板厚を薄くし、材料費を節減する、または製造を容易にすることが可能になる場合がある。
【００３９】
同様に、鋼管杭１および鋼管杭２の板厚が互いに異なる場合、外嵌部材２０の外径は、鋼管杭１の外径および鋼管杭２の外径のうち少なくともいずれかよりも大きい。具体的には、鋼管杭１の外径が鋼管杭２の外径よりも大きい場合、外嵌部材２０の外径は、大きい方である鋼管杭１の外径よりもさらに大きくてもよいし、小さい方である鋼管杭２の外径よりは大きいが鋼管杭１の外径よりは小さくてもよい。
【００４０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変形例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４１】
１，２…鋼管杭、３…継手構造、１０…内嵌部材、１０Ａ…内周面、１１…内嵌基端部、１２…内嵌段差部、１２１…内嵌谷部、１２２…突出部、１２３…内嵌山部、２０…外嵌部材、２０Ａ…外周面、２１…外嵌基端部、２２…外嵌段差部、２２１…外嵌谷部、２２２…突出部、２２３…外嵌山部、２３…延長部、２４…止水材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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