(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の鋼管に溶接により取り付けられた雄型のピン継手材を、他方の鋼管に溶接により取り付けられた雌型のボックス継手材に挿入する際に、前記ボックス継手材の内周面全周にわたって形成された溝と、前記ピン継手材の外周面全周にわたって形成された溝を対向させるとともに、周方向に適宜分割された円弧上の荷重伝達キーを両溝に跨って噛み合せることにより、これら鋼管を長手方向に連結する鋼管の連結構造であって、
前記ピン継手材の前記他方の鋼管側である端部に、前記他方の鋼管側に向かって長手方向に伸びる前記ピン継手材側の突起が設けられ；
前記ボックス継手材は、外周面は長手方向に同一径であり、内周面は前記一方の鋼管側の端部側の径の大きい部分と溶接部側の径の小さい部分とからなり、両部分の境界では長手方向に垂直な平面が形成され、この平面に、前記ピン継手材側の突起が挿入される前記ボックス継手材側の凹部が形成され；
前記ボックス継手材の前記一方の鋼管側である端部に、前記一方の鋼管側に向かって長手方向に伸びる前記ボックス継手材側の突起が設けられ；
前記ピン継手材において、外周面は前記他方の鋼管側の端部側の径の小さい部分と溶接部側の径の大きい部分とからなり、両部分の境界では長手方向に垂直な平面が形成され、この平面に、前記ボックス継手材側の突起が挿入される前記ピン継手材側の凹部が形成され；
前記ボックス継手材側の凹部及び前記ピン継手材側の凹部それぞれにおいて、両側面と底面とが連接される連接部に、曲面、隣接する面と鈍角で交差する面、のいずれか一方又はこれらの組合せからなる応力緩和形状部が設けられ；
前記ピン継手材側の突起の天面と前記ボックス継手側の凹部の底面との間、及び前記ボックス継手材側の突起の天面と前記ピン継手側の凹部の底面との間に、荷重作用により生じる前記突起の前記長手方向の変動による前記ボックス継手材と前記ピン継手材との接触を防止する接触防止形状部がさらに設けられ；
前記ピン継手材側の突起の外周側の側面と前記ボックス継手材側の凹部の外周側側面が、前記連接部より前記ボックス継手材側の凹部の開口側の位置で接触し、かつ前記一方の鋼管と前記他方の鋼管との間に引張荷重が作用し前記ピン継手材側の突起の面外変形が生じた場合に、前記ピン継手材側の突起の内周側の側面と前記ボックス継手材側の凹部の内周側側面とが接触しないように、前記ピン継手材側の突起の内周側の側面と前記ボックス継手材側の凹部の内周側側面との間に前記面外変形の変位を考慮した間隙が形成されており；
前記ボックス継手材側の突起の内周側の側面と前記ピン継手材側の凹部の内周側側面が、前記連接部より前記ピン継手材側の凹部の開口側の位置で接触し、かつ前記一方の鋼管と前記他方の鋼管との間に引張荷重が作用し前記ボックス継手材側の突起の面外変形が生じた場合に、前記ボックス継手材側の突起の外周側の側面と前記ピン継手材側の凹部の外周側側面とが接触しないように、前記ボックス継手材側の突起の内周側の側面と前記ピン継手材側の凹部の外周側側面との間に前記面外変形の変位を考慮した間隙が形成されている；
ことを特徴とする鋼管の連結構造。
【請求項２】
前記応力緩和形状部の径方向の幅が、前記荷重伝達キーにより連結された連結部位における前記一方の鋼管と前記他方の鋼管の合計厚さの１／１１以上であることを特徴とする、請求項１に記載の鋼管の連結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管同士を長手方向に連結するための鋼管の連結構造に関する。
本願は、２００９年１０月２１日に、日本国に出願された特願２００９−２４２２６７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来、土木または建築構造物には、杭や柱等に鋼管が広く用いられている。
これら鋼管を土木または建築構造物に用いる場合、製作および運搬等の都合から、定尺物の鋼管を現場に搬入し、現場で連結して所定の長さに形成する場合が多い。この接合には、溶接が使われることが多いが、省力化、施工時間の短縮などを目的として、現地での溶接を使わない機械式継手が使われることも多い。【０００３】
機械式継手を用いて連結した鋼管は、施工時や供用時に力が加わり、それにより連結部分に引張荷重や曲げ荷重が作用すると、連結部分が互いに面外変形して抜け出す可能性がある。【０００４】
このような鋼管の連結に関して、例えば特許文献１には、一方の鋼管に接合した継手材に設けられた突起を、他方の鋼管に接合された継手材の凹部に挿入して、上記突起を凹部の外周壁部で保持することで、継手材が互いに抜け出さないようにする技術が開示されている。【０００５】
継手材を用いた鋼管の連結構造は、図８に示すように、例えば、工場において、上側鋼管１０１の下端に雌形のボックス継手材１０２を溶接部１０３で溶接して取り付け、下側鋼管１０４の上端に雄形のピン継手材１０５を溶接部１０６で溶接して取り付ける。【０００６】
そして、図９に示すように、ピン継手１０５の突起１１２を、ボックス継手材２の凹部１２２に挿入するとともに、ボックス継手材１０２の周方向に複数の円弧状の荷重伝達キー１０７を取り付け、この荷重伝達キー１０７をピン継手材１０５外周のキー溝１１１にはめ込むことにより、上下の鋼管１０１、１０２が連結される。【０００７】
一方、特許文献２には、上記突起及び凹部の径方向クリアランスを、嵌め合い可能な程度に小さくして、継手材同士の抜け出し防止に加えて曲げ力に対する耐力を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本国特開２００４−３４６６６０号公報
【特許文献２】日本国特開２００６−２９１５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、連結された鋼管同士の間に引張荷重が作用すると、上下の継手材１０２、１０５には、図９に示すような互いに離れる方向の曲げ力Ｍが発生し、その結果、図１０に示すような面外変形が突起１１２に生じる。【００１０】
このような面外変形が突起１１２に生じると、凹部１２２の面外変形とは反対側の側面と底面との連接部１２２ａに応力が集中し、凹部１２２周辺を起点とする亀裂が発生する恐れがある。鋼管の連結構造の耐力が向上すると、凹部１２２周辺を起点とする亀裂発生の可能性が増大する。
そこで、引張荷重等に対する耐力向上に合わせて、突起部の面外変形で生じる曲げ力に起因する凹部１２２周辺の亀裂発生を防止する技術への強い要請がある。
これは、ボックス継手材２下端部の突起１２３がはめ込まれているピン継手材１０５の凹部１１３についても同様である。【００１１】
本発明の発明者らは、上記鋼管の連結構造における応力集中に関して鋭意研究した結果、凹部の側面と底面の連接部に加わる応力を、無対策の場合の１／１．５以下に抑えることで、突起の面外変形等による応力集中が緩和され、凹部周辺の亀裂発生が抑制されるとの知見を得た。【００１２】
本発明の目的は、一方の鋼管側に設けられた突起を、他方の鋼管側に形成した凹部に挿入した鋼管の連結構造に関して、凹部への応力集中を緩和し、ひいては凹部周辺の亀裂発生を抑制できる鋼管の連結構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る第１の態様は、一方の鋼管に溶接により取り付けられた雄型のピン継手材を、他方の鋼管に溶接により取り付けられた雌型のボックス継手材に挿入する際に、前記ボックス継手材の内周面全周にわたって形成された溝と、前記ピン継手材の外周面全周にわたって形成された溝を対向させるとともに、周方向に適宜分割された円弧上の荷重伝達キーを両溝に跨って噛み合せることにより、これら鋼管を長手方向に連結する鋼管の連結構造であって、前記ピン継手材の前記他方の鋼管側である端部に、前記他方の鋼管側に向かって長手方向に伸びる前記ピン継手材側の突起が設けられ、前記ボックス継手材は、外周面は長手方向に同一径であり、内周面は前記一方の鋼管側の端部側の径の大きい部分と溶接部側の径の小さい部分とからなり、両部分の境界では長手方向に垂直な平面が形成され、この平面に、前記ピン継手材側の突起が挿入される前記ボックス継手材側の凹部が形成され、前記ボックス継手材の前記一方の鋼管側である端部に、前記一方の鋼管側に向かって長手方向に伸びる前記ボックス継手材側の突起が設けられ、前記ピン継手材において、外周面は前記他方の鋼管側の端部側の径の小さい部分と溶接部側の径の大きい部分とからなり、両部分の境界では長手方向に垂直な平面が形成され、この平面に、前記ボックス継手材側の突起が挿入される前記ピン継手材側の凹部が形成され、前記ボックス継手材側の凹部及び前記ピン継手材側の凹部それぞれにおいて、両側面と底面とが連接される連接部に、曲面、隣接する面と鈍角で交差する面、のいずれか一方又はこれらの組合せからなる応力緩和形状部が設けられ、前記ピン継手材側の突起の天面と前記ボックス継手側の凹部の底面との間、及び前記ボックス継手材側の突起の天面と前記ピン継手側の凹部の底面との間に、荷重作用により生じる前記突起の前記長手方向の変動による前記ボックス継手材と前記ピン継手材との接触を防止する接触防止形状部がさらに設けられ、前記ピン継手材側の突起の外周側の側面と前記ボックス継手材側の凹部の外周側側面が、前記連接部より前記ボックス継手材側の凹部の開口側の位置で接触し、かつ前記一方の鋼管と前記他方の鋼管との間に引張荷重が作用し前記ピン継手材側の突起の面外変形が生じた場合に、前記ピン継手材側の突起の内周側の側面と前記ボックス継手材側の凹部の内周側側面とが接触しないように、前記ピン継手材側の突起の内周側の側面と前記ボックス継手材側の凹部の内周側側面との間に前記面外変形の変位を考慮した間隙が形成されており、前記ボックス継手材側の突起の内周側の側面と前記ピン継手材側の凹部の内周側側面が、前記連接部より前記ピン継手材側の凹部の開口側の位置で接触し、かつ前記一方の鋼管と前記他方の鋼管との間に引張荷重が作用し前記ボックス継手材側の突起の面外変形が生じた場合に、前記ボックス継手材側の突起の外周側の側面と前記ピン継手材側の凹部の外周側側面とが接触しないように、前記ボックス継手材側の突起の内周側の側面と前記ピン継手材側の凹部の外周側側面との間に前記面外変形の変位を考慮した間隙が形成されている。
上記鋼管の連結構造によれば、連接部のうち突起の面外変形により曲げ力が発生する部分に、応力緩和形状部が設けられているので、上記曲げ力が作用しても連接部の応力集中が緩和され、ひいては凹部周辺を起点とする亀裂の発生を抑制することができる。
また上記鋼管の連結構造によれば、接触防止形状部が設けられていて、突起の天面と凹部の底面との接触が防止されるので、打撃等の衝撃荷重が突起から凹部底面に直接伝達されることがない。
その結果、衝撃荷重のような荷重作用による応力集中が生じることがなく、ひいては凹部周辺を起点とする亀裂発生を抑制することができる。
また上記鋼管の連結構造によれば、突起の面外変形が生じた場合に、面外変形が発生する側では、突起と凹部の側面との間に間隙が形成されるので面外変形による曲げ力の発生が抑制される。その結果、突起の面外変形による応力集中が抑制され、ひいては凹部周辺を起点とする亀裂発生を抑制することができる。
【００１４】
本発明に係る第２の態様は、第１の態様に記載の鋼管の連結構造であって、前記応力緩和形状部の径方向の幅が、前記荷重伝達キーにより連結された連結部位における前記一方の鋼管と前記他方の鋼管の合計厚さの１／１１以上である。
上記鋼管の連結構造によれば、凹部の側面と底面の連接部分に加わる応力を１／１．５以下に抑えて、応力集中に起因する凹部周辺を起点とする亀裂発生を抑制することができる。なお、応力緩和形状部の径方向の長さは，凹部の幅（径方向の長さ）の範囲で選択される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、鋼管の連結構造に作用する応力集中を緩和し、ひいては凹部周辺の亀裂発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明に係る鋼管の連結構造の一例を示す斜視図であり、連結前の状態を示す図である。
【図１Ｂ】同鋼管の連結構造の斜視図であり、連結した状態を示す図である。
【図２Ａ】同鋼管の連結構造の連結手順を示す部分断面図であり、連結する前の状態を示す図である。
【図２Ｂ】同鋼管の連結構造の連結手順を示す部分断面図であり、組み合わせた状態を示す図である。
【図２Ｃ】同鋼管の連結構造の連結手順を示す部分断面図であり、連結した状態を示す図である。
【図３Ａ】本発明の第１の実施形態に係る鋼管の連結構造の部分断面図であり、図２ＣのＡ１部の詳細を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る鋼管の連結構造の部分断面図であり、図２ＣのＡ１部の詳細を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の第３の実施形態に係る鋼管の連結構造の部分断面図であり、図２ＣのＡ１部の詳細を示す図である。
【図４Ａ】本発明の第４の実施形態に係る鋼管の連結構造の部分断面図であり、図２ＣのＡ１部の詳細を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の第５の実施形態に係る鋼管の連結構造の部分断面図であり、図２ＣのＡ１部の詳細を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の第６の実施形態に係る鋼管の連結構造の部分断面図であり、図２ＣのＡ１部の詳細を示す図である。
【図５】ひずみの解析を行った鋼管の連結構造の寸法を示す図である。
【図６】第１の実施形態に係る鋼管の連結構造の凹部のＲ寸法と主ひずみの比を示すグラフである。
【図７】本発明に係る鋼管の連結構造の別の実施形態を示す縦断面図である。
【図８】従来の鋼管の連結構造の一例を示す斜視図である。
【図９】図８に示した鋼管の連結構造を示す縦断面図である。
【図１０】図９のＡ２部における応力集中部分を説明する拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図１Ａから図３Ａを参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
第１の実施形態に係る鋼管の連結構造は、図１Ａ、図１Ｂに示すように、上側鋼管１に取付けられた雌形のボックス継手材２に、下側鋼管４に取付けられた雄形のピン継手材５が挿入されている。
【００２０】
また、ボックス継手材２は、全周にわたって、適宜分割された円弧状の荷重伝達キー７が取り付けられ、この荷重伝達キー７を、ピン継手材５外周のキー溝１１にはめ込むことにより、上下の鋼管１、２間の引張荷重の伝達が可能に、機械的に連結されている。
【００２１】
ボックス継手材２は、上側鋼管１の下端に溶接部３で溶接して取り付けられ、ピン継手材５は、下側鋼管４の上端に溶接部６で溶接して取り付けられている。これら、溶接部３及び溶接部６は、例えば、工場において溶接されている。
【００２２】
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、ボックス継手材２とピン継手材５との連結手順を示す図である。
まず、ボックス継手材２には、図２Ａに示すように、ねじ８および荷重伝達キー７が取り付けられている。ねじ８は、例えば六角穴付きねじが用いられ、ボックス継手材２のねじ孔２１にねじ止めして取り付けられる。
【００２３】
次に、図２Ｂに示すように、ピン継手材５上端部に形成され上方へ突出する突起１２とボックス継手材２の凹部２２、ボックス継手材２下端部に形成され下方へ突出する突起２３とピン継手材５の凹部１３を、それぞれはめ合わせる。
突起２３と凹部１３をはめ合わせると、ボックス継手材２とピン継手材５とが縦方向に位置決めされ、荷重伝達キー７の先端が、ピン継手材５のキー溝１１の入口に配置される。
【００２４】
次いで、ねじ孔２１の外側から、六角レンチ等を用いてねじ８を所定の方向に回すと、図２Ｃに示すように、荷重伝達キー７がねじ８の軸線に沿って前進し、キー溝１１に入っていく。
図２Ａ〜図２Ｃに示すように、キー溝１１の深さよりも荷重伝達キー７の厚さを大きくすることで、荷重伝達キー７はボックス継手材２とピン継手材５の両方にまたがって配置される。
【００２５】
こうして、ボックス継手材２とピン継手材５とが連結される。ねじ８をねじ込んだ後は、ボックス継手材２の外側から、深さゲージ等でねじ８の埋込深さを測定し、荷重伝達キー７が確実にキー溝１１にはめ込まれていることを確認する。
【００２６】
さらに、ボックス継手材２とピン継手材５とが連結された際の継ぎ目には、１個所または適宜周間隔で複数個所に、上下の鋼管１、４が軸まわりに相対回転するのを抑止する回転抑止キー１０が取り付けられる。
回転抑止キー１０は、例えば、図２Ａに示すように、ピン継手材５の下端部に予め回転抑止キー用ねじ９をねじ止め等により固定し、回転抑止キー用ねじ９の先端部に、ナットを備えた部材をねじ止めして取り付けられる。
【００２７】
この実施形態において、突起１２は、継手材２と継手材５を連結する際に、凹部２２にスムーズに挿入できるように、例えば、面取により先端が細くなるように形成されている。
【００２８】
次に、図３Ａを参照して、第１の実施形態に係る鋼管の連結構造３０の詳細について説明する。
図３Ａは、鋼管の連結構造３０の鋼管１の中心線を含む部分断面図であり、図２ＣのＡ１部の詳細を示している。
鋼管の連結構造３０は、図３Ａに示すように、例えば、凹部２２の鋼管１の内周側に位置する連接部（以下、内周側連接部という）２２ａに、側面２２Ｓおよび底面２２Ｂと接する曲率半径Ｒの曲面に形成された余肉からなる応力緩和形状部３１が設けられている。
また、曲率半径Ｒは、両方の継手材２、５を連結したときの連結部位の合計厚さＴ（図２Ｃ参照）の１／１１以上の寸法とされている。なお、応力緩和形状部の曲率半径Ｒは，凹部の幅（径方向の長さ）の範囲で選択される。
すなわち、
連結部位の合計厚さＴの１／１１  ≦  Ｒ  ≦  凹部の幅
に設定することが好適である。
【００２９】
継手材２、５を介して連結した鋼管１、４の連結構造３０には、荷重作用により引張が作用すると、例えば、突起１２に外周側に面外変形が生じ、その結果、凹部２２の内周側連接部２２ａに曲げ力が発生する。
【００３０】
この実施形態において、継手材２の突起２３及び継手材５の凹部１３を、突起１２及び凹部２２と同様の構成としてもよい。また、凹部２２の鋼管１における外周側の連接部（以下、外周側連接部という）に応力緩和形状部を設けてもよい。
【００３１】
鋼管の連結構造３０によれば、鋼管１と鋼管４の間の引張荷重により鋼管１の外周側に突起１２が面外変形しても、凹部２２の内周側連接部２２ａへの応力の集中を緩和することができる。
【００３２】
また、応力緩和形状部３１の曲率半径Ｒを、両方の継手材２、５を連結したときの連結部位の合計厚さＴの１／１１以上とした場合には、内周側連接部２２ａの応力が１／１．５以下に軽減され、応力集中に起因する凹部２２周辺（特に内周側連接部２２ａ近傍）を起点とする亀裂発生を防止することができる。
【００３３】
次に、図３Ｂを参照して、この発明の第２の実施形態に係る鋼管の連結構造４０について説明する。
【００３４】
本実施形態に係る鋼管の連結構造４０が、上記鋼管の連結構造３０と異なるのは、曲面からなる応力緩和形状部３１に代えて、図３Ｂに示すように、鋼管１の中心を含む断面が、側面２２Ｓ及び底面２２Ｂとそれぞれ内角１３５°で交差する各辺の長さＣの傾斜面を有する余肉からなる応力緩和形状部４１が設けられている点である。その他は、上記第１の実施形態と同様であるため、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００３５】
鋼管の連結構造４０によれば、鋼管１の外周側に突起１２が面外変形しても、内周側連接部２２ａへの応力の集中を緩和することができる。
また、応力緩和形状部４１の一辺の寸法Ｃを、両方の継手材２、５を連結したときの連結部位の合計厚さＴの１／１１以上とすることにより、凹部２２周辺を起点とする亀裂発生を抑制することができる。なお、応力緩和形状部の径方向の長さは，凹部の幅（径方向の長さ）の範囲で選択される。
すなわち、
連結部位の合計厚さＴの１／１１  ≦  Ｃ  ≦  凹部の幅
に設定することが好適である。
【００３６】
次に、図３Ｃを参照して、この発明の第３の実施形態に係る鋼管の連結構造５０について説明する。
【００３７】
本実施形態に係る鋼管の連結構造５０が、上記鋼管の連結構造３０と異なるのは、曲面からなる応力緩和形状部３１に代えて、応力緩和形状部５１が設けられている点である。応力緩和形状部５１は、図３Ｃに示すように、鋼管１の中心を含む断面が、側面２２Ｓと鈍角で交差し、凹部２２の底面２２Ｂ側が長さＣ１、側面２２Ｓ側が長さＣ２の辺からなる傾斜面と底面２２Ｂと接する曲率半径Ｒ１の曲面とを組合せた余肉から構成されている。
その他は、上記第１の実施形態と同様であるため、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００３８】
鋼管の連結構造５０によれば、傾斜面を構成するＣ１、Ｃ２を加工に適した寸法に設定することにより、応力緩和形状部５１を効率的に加工することができる。また、応力緩和形状部５１の径方向寸法を、継手材２、５を連結したときの連結部位の合計厚さＴの１／１１以上とすることで、凹部２２周辺の亀裂発生を抑制することができる。
【００３９】
なお、上記第１から第３の実施形態において、応力緩和形状部３１、４１、５１の径方向寸法を、連結部位の合計厚さＴの１／１１以上とするかどうかは、任意に設定することができる。
【００４０】
次に、図４Ａを参照して、この発明の第４の実施形態に係る鋼管の連結構造６０について説明する。
【００４１】
本実施形態に係る鋼管の連結構造６０が、上記鋼管の連結構造３０と異なるのは、図４Ａに示すように、曲率半径Ｒ２の曲面からなる応力緩和形状部６１に加えて、施工時の上下方向の振幅を考慮した突起１２の天面１２Ａと凹部２２の底面２２Ｂとの間に寸法Ｌ１の間隔を確保するための接触防止形状部（例えば、隙間）６２が設けられている点である。その他は、上記第１の実施形態と同様であるため、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００４２】
次に、図４Ｂを参照して、この発明の第５の実施形態に係る鋼管の連結構造７０について説明する。
【００４３】
本実施形態に係る鋼管の連結構造７０が、上記鋼管の連結構造３０と異なるのは、曲面からなる応力緩和形状部３１に代えて、応力緩和形状部７１と接触防止形状部７２が設けられている点である。
応力緩和形状部７１は、図４Ｂに示すように、鋼管１の中心を含む断面が、側面２２Ｓと鈍角で交差し、凹部２２の底面２２Ｂ側が長さＣ３、側面２２Ｓ側が長さＣ４の辺からなる傾斜面と、この傾斜面、底面２２Ｂ、及び外周側の側面２２Ｔと接する曲率半径Ｒ３の曲面を組合せた余肉から構成されている。
また、接触防止形状部６２は、例えば、施工時の上下方向の振幅を考慮した突起１２の天面１２Ａと凹部２２の底面２２Ｂとの間に寸法Ｌ２の間隔を確保可能な隙間により構成されている。
その他は、上記第１の実施形態と同様であるため、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００４４】
鋼管の連結構造６０、７０によれば、応力緩和形状部６１、７１により内周側連接部２２ａにおける応力の集中が緩和される。さらに、接触防止形状部６２、７２が設けられているので、突起１２の天面１２Ａと凹部２２の底面２２Ｂとの接触が防止される。
その結果、連結された鋼管１、４を施工する際に加わる打撃等による衝撃荷重が、突起１２から凹部２２の底面２２Ｂに直接伝達されることがないため、内周側連接部２２ａの応力の集中が抑制され、ひいては凹部２２周辺を起点とする亀裂発生を抑制することができる。
【００４５】
次に、図４Ｃを参照して、この発明の第６の実施形態に係る鋼管の連結構造８０について説明する。
【００４６】
本実施形態に係る鋼管の連結構造８０が、上記鋼管の連結構造３０と異なるのは、図４Ｃに示すように、応力緩和形状部８１に加えて、曲げ力緩和形状部が設けられている点である。
【００４７】
応力緩和形状部８１は、内周側連接部２２ａに設けられ、鋼管１の中心線を含む断面が曲面からなる余肉により構成されている。
また、曲げ力緩和形状部は、突起１２から内周側連接部２２ａへの直接荷重を防止するとともに、突起１２の面外変形が外周側の側面２２Ｔに作用して生じる内周側連接部２２ａへの曲げ応力を減少させるようにするものである。
【００４８】
具体的には、内周側の側面２２Ｓは開口側が内周側に傾斜するテーパ部８２とされ、その結果、突起１２と、突起１２の面外変形により曲げ応力が発生する凹部２２の内周側の側面２２Ｓが、内周側連接部２２ａより凹部２２の開口側で接触するようになっている。
また、例えば、突起１２の外周側の側面には、突起１２に面外変形（図４Ｃに二点鎖線で図示）が生じた場合に、突起１２が側面２２Ｔと接触しないように、面外変形の変位を考慮した形状部８３が形成されている。
【００４９】
その他は、上記第１の実施形態と同様であるため、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００５０】
鋼管の連結構造８０によれば、面外変形による曲げ応力が発生する内周側では、テーパ部８２により、突起１２と凹部２２の内周側の側面２２Ｓが内周側連接部２２ａより凹部２２の開口側で接触するので、突起１２から凹部２２の底面２２Ｂに荷重が伝達されない。
また、突起１２に面外変形に対応する形状部８３が形成されているので、突起１２に面外変形が生じても、凹部２２の外周側の側面２２Ｔとの間に間隙が確保されるので、突起１２の面外変形による内周側連接部２２ａへの曲げ力の発生が低減される。その結果、突起１２の面外変形による凹部２２への応力の集中が低減され、ひいては凹部２２周辺の亀裂発生が抑制される。
【実施例１】
【００５１】
次に、図５、図６を参照して、第１の実施形態に係る鋼管の連結構造３０を実施例とする本発明の効果について説明する。
図５に示す寸法のボックス継手材２およびピン継手材５を連結し、矢印方向に、鋼管の降伏荷重に相当する４０４０ｋＮの引張荷重をかけた際に凹部２２において曲げ力が発生する内周側連接部２２ａに生じる主ひずみを解析した。継手材２、５の材質は、ＳＦＣＭ８８０（９００ＭＰａ級鋼）とした。また、鋼管の外径φを１６００ｍｍ、厚さｔ＝２３ｍｍとした。凹部２２の内周側連接部２２ａにＲ面またはＣ面を形成しなかった場合（Ｒ＝０ｍｍ）を１として、Ｒ寸法毎のひずみの比を図６に示す。【００５２】
図６に示すように、Ｒ寸法を大きくするに従ってひずみが小さくなり、連接部をＲ面とすることにより応力集中が緩和された。そして、Ｒ＝６ｍｍのときに、Ｒ面を形成しないときに対する主ひずみの比がほぼ１／１．５となった。継手材の連結部位の合計厚さは図５に示すように６８．１ｍｍであるため、ひずみ値、すなわち応力が１／１．５になるときの、継手材の合計厚さに対するＲ寸法の割合は、６／６８．１（＝1／１１．３５）である。
以上のように、Ｒ面を継手材の連結部位の合計厚さの１／１１以上とすると、応力集中が緩和される。【００５３】
したがって、継手材の接合部に突起を設けて、耐力が１．５倍に上昇した場合に、凹部２２の内周側連接部２２ａに継手材の合計厚さの１／１１以上となるような曲率半径Ｒの曲面を設けることにより、凹部２２の内周側連接部２２ａに作用する応力が１／１．５以下となり、継手材の材質や板厚を変更することなく破壊を防ぐことができる。内周側連接部２２ａにおける応力緩和形状部が曲面以外の場合においても、同様の効果が確保されると考えられる。【００５４】
以上、本発明の好適な第１から第６の実施形態について説明したが、本発明はかかる例のみに限定されない。当業者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、そ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。【００５５】
例えば、ボックス継手材とピン継手材とが、図１Ａ、図１Ｂと、上下逆であっても構わないし、図１Ａ、図１Ｂに示すボックス継手材とピン継手材以外の構成に適用できることはいうまでもない。【００５６】
また、上記実施の形態においては、連結構造をボックス継手材２とピン継手材５に適用される場合について説明したが、連結部が上側鋼管１と下側鋼管４のいずれか一方または双方に直接形成される構成とすることもできる。【００５７】
また、上記実施の形態においては、鋼管１、４が円筒形の鋼管杭である場合について説明したが、鋼管杭以外の建築部材等に適用できることはいうまでもないし、形状に関して四角形筒をはじめとする多角形の鋼管に適用してもよい。また、継手材に関しても同様である。【００５８】
また、図７に示すように、例えば、長手方向に形成されたスプライン等を用いて、一方の継手９１と他方の継手材９３を長手方向に挿入し、次いで互いに回動させることで、荷重伝達キーに代えて、一方の継手９１に設けられた凸部９２と他方の継手材９３に設けられた凹部９４とを噛み合わせて連結する構成としてもよい。【００５９】
また、上記実施の形態に係る鋼管の連結構造３０、４０、５０、６０、７０、８０おいては、施工時に作用する引張荷重が、内周側連接部２２ａに曲げ力を発生させる場合について説明したが、この発明の趣旨の範囲において、施工時の荷重により外周側連接部に発生する曲げ力に適用してもよい。【００６０】
また、上記実施の形態においては、凹部２２の内周側連接部２２ａに応力緩和形状部３１、４１、５１、６１、７１、８１を設ける場合について説明したが、凹部２２の外周側連接部に応力緩和形状部を設けてもよい。また、突起２３、凹部１３についても同様である。【００６１】
また、凹部１３に係る応力緩和形状部を、凹部２２に係る応力緩和形状部３１、４１、５１、６１、７１、８１とは異なる構成としてもよい。
なお、応力緩和形状部３１、４１、５１、６１、７１、８１を、鋼管１の中心を含む断面において、曲面、傾斜面のいずれか一方とするか、これらを組合せて構成するかは、任意に設定することができる。【００６２】
また、応力緩和形状部が、断面視曲面である場合に、曲面と底面、側面とを接するように連接するか、鈍角で交差するように連接するかは、任意に設定することができる。また、応力緩和部の一部が曲面である場合に、隣接する傾斜面又は曲面との連接についても同様である。【００６３】
なお、上記第５、６の実施の形態においては、接触防止形状部６２、７２が、突起１２の天面２２Ａと凹部２２の底面２２Ｂとの間に形成された隙間により構成される場合について説明したが、他の形状を用いてもよい。【００６４】
また、上記第６の実施の形態においては、曲げ力緩和形状部が、側面２２Ｓのテーパ部８２と突起１２に形成された面外変形に対応した形状部８３により構成される場合について説明したが、突起１２と内周側の側面２２Ｓとが内周側連接部２２ａより開口側で接触し、かつ突起１２に面外変形が生じた場合に、突起１２と凹部２２の外周側の側面２２Ｔの間に間隙が確保される他の構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明によれば、連結構造における応力集中が緩和され、破壊が抑制されるので、産業上利用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１    上側鋼管
２    ボックス継手材
３、６  溶接部
４    下側鋼管
５    ピン継手材
７    荷重伝達キー
８    ねじ
９    回転抑止キー用ねじ
１０  せん断キー
１１  キー溝
１２、２３  突起
１３、２２  凹部
２１  ねじ孔
２２ａ  連接部（曲げ力が発生する部分）
３０、４０、５０、６０、７０、８０  鋼管の連接構造
３１、４１、５１、６１、７１、８１  応力緩和形状部
６２、７２  接触防止形状部
８２  テーパ部（接触防止形状部）
８３  形状部（接触防止形状部）
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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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