(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの鋼管を長手方向に互いに抜き差し不能に接合する鋼管の継手構造であって、
前記二つの鋼管のうちの一方の鋼管の先端部に固着された軸状継手部と、
前記二つの鋼管のうちの他方の鋼管の先端部に固着され、前記軸状継手部が挿入嵌合される筒状継手部と、を備え、
前記軸状継手部に、前記一方の鋼管に固着される軸側基部、前記軸側基部から延設されると共に外径が前記軸側基部よりも小さい嵌挿部、前記軸側基部と前記嵌挿部との段差部である軸側接合面、前記軸側接合面に周設された軸側凹部、及び、前記嵌挿部の先端部に周設された軸側凸部を備え、
前記筒状継手部に、前記他方の鋼管に固着される筒側基部、前記筒側基部から延設されると共に内径が前記筒側基部よりも大きく、前記嵌挿部を受け入れる嵌受部、前記嵌受部の先端部に設けられ、前記軸側接合面と接する筒側接合面、前記筒側接合面に周設され、前記軸側凹部と係合する筒側凸部、及び、前記筒側基部と前記嵌受部との段差部に周設され、前記軸側凸部と係合する筒側凹部を備え、
前記嵌挿部の外周部に、一以上の軸側キー溝を周設し、かつ、前記嵌受部の内周部に、前記軸状継手部を前記筒状継手部に挿入したときに前記軸側キー溝と対応する一以上の筒側キー溝を周設すると共に、
互いに対応する前記軸側キー溝と前記筒側キー溝とに跨って係合するように配設されて、少なくとも前記長手方向における前記軸状継手部と前記筒状継手部との相対移動を拘束する一以上のキー部材をさらに備え、
前記筒側接合面に最も近い前記筒側キー溝が、前記軸状継手部及び前記筒状継手部に外力が作用したときに前記筒側接合面から最も離れた前記筒側キー溝に発生する引張ひずみが、前記軸状継手部及び前記筒状継手部に前記外力が作用したときに前記軸側接合面に最も近い前記軸側キー溝に発生する引張ひずみよりも大きくなる位置にあることを特徴とする鋼管の継手構造。
【請求項２】
前記筒側接合面から、前記筒側接合面に最も近い前記筒側キー溝の先端側端面までの距離を、０ｍｍより大きく３３ｍｍ以下に設定してある請求項１に記載の鋼管の継手構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管杭や鋼管矢板等に用いられる二つの鋼管を長手方向に互いに抜き差し不能に接合する鋼管の継手構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような鋼管の継手構造として、特許文献１に記載のようなものがあった。特許文献１に記載の鋼管の継手構造は、二つの鋼管のうちの一方の鋼管の先端部に固着された軸状継手部（文献では「ピン継手材」）と、二つの鋼管のうちの他方の鋼管の先端部に固着され、軸状継手部が挿入嵌合される筒状継手部（文献では「ボックス継手材」）と、を備えている。軸状継手部には、一方の鋼管に固着される軸側基部（文献では「基筒部」）、軸側基部から延設されると共に外径が軸側基部よりも小さい嵌挿部、軸側基部と嵌挿部との段差部である軸側接合面（文献では「係合端面」）、軸側接合面に周設された軸側凹部（文献では「係合凹部」）、及び、嵌挿部の先端部に周設された軸側凸部（文献では「係合突部」）が備えられている。
【０００３】
また、筒状継手部には、他方の鋼管に固着される筒側基部、筒側基部から延設されると共に内径が筒側基部よりも大きく、嵌挿部を受け入れる嵌受部、嵌受部の先端部に設けられ、軸側接合面と接する筒側接合面（文献では「端面」）、筒側接合面に周設され、軸側凹部と係合する筒側凸部（文献では「突部」）、及び、筒側基部と嵌受部との段差部に周設され、軸側凸部と係合する筒側凹部（文献では「凹部」）が備えられている。
【０００４】
さらに、嵌挿部の外周部に、一以上の軸側キー溝（文献では「外溝条」）を周設し、かつ、嵌受部の内周部に、軸状継手部を筒状継手部に挿入したときに軸側キー溝と対応する一以上の筒側キー溝（文献では「内溝条」）を周設してある。そして、少なくとも長手方向における軸状継手部と筒状継手部との相対移動を拘束する手段として、互いに対応する軸側キー溝と筒側キー溝とに跨って係合するように配設される一以上のキー部材（文献では「荷重伝達キー」）が備えられている。キー部材は筒側キー溝内に配設されており、筒状継手部の外側からの操作で径方向内側に螺進するボルトによって、軸側キー溝と筒側キー溝とに跨って係合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２３４３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このような鋼管の継手構造については、二つの鋼管や鋼管の接合箇所（軸状継手部及び筒状継手部）に地震力のような外力が作用したとき、先ずは鋼管自体で破壊か生じるが、さらに外力が相当大きい場合は、鋼管の接合箇所のうち肉厚の薄い箇所（軸側キー溝及び筒側キー溝）で破壊が生じる。鋼管の継手構造は鉄を主材質とするため、特に、引張による破壊が起こる。また、地震時等において構造物が損壊した場合等、鋼管杭等を引き抜いて破壊状況を検証することがあるが、この場合、特定の箇所が破壊されていると検証が行い易い。そこで、目視が行い易い等の理由により、外側に露出する筒状継手部の筒側キー溝が、軸側キー溝に先立って破壊されるように各部寸法を設計する手法が採用されていた。
【０００７】
この設計手法では、以下の二つのステップにより各部寸法を決定していた。
（１）ステップ１
所定の外力の作用によって筒側キー溝に発生する引張応力を求め、筒側キー溝の基準強度を確保しつつ筒側キー溝が最も弱くなるように筒側キー溝の肉厚を決定する。
（２）ステップ２
他の部分の肉厚については、筒側キー溝よりも高強度となるように、その寸法を決定する。
【０００８】
なお、軸側キー溝、筒側キー溝、及びキー部材が複数組設けられているときは、各継手部の先端部から離れれば離れるほど内部応力が高くなることから、筒側接合面から最も離れた筒側キー溝と、軸側接合面に最も近い軸側キー溝とに着目し、少なくとも筒側接合面から最も離れた筒側キー溝が軸側接合面に最も近い軸側キー溝に先立って破壊するように設計していた。
【０００９】
しかしながら、このように設計された継手構造では、継手長をどのように設定するかについての基準がなく、不要に軸状継手部や筒状継手部が長くせざるを得ず、経済性が良くない継手構造となっていた。単純に嵌挿部と嵌受部との重なりを短くすると、継手部分の強度が落ちてしまうため、何の指針もなく継手部分の長さを短くすることには限界がある。
【００１０】
本発明の目的は、このような実情に鑑み、基準強度を確保しつつ、継手部分の長さを短く出来る継手構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る鋼管の継手構造の特徴構成は、二つの鋼管を長手方向に互いに抜き差し不能に接合する鋼管の継手構造であって、前記二つの鋼管のうちの一方の鋼管の先端部に固着された軸状継手部と、前記二つの鋼管のうちの他方の鋼管の先端部に固着され、前記軸状継手部が挿入嵌合される筒状継手部と、を備え、前記軸状継手部に、前記一方の鋼管に固着される軸側基部、前記軸側基部から延設されると共に外径が前記軸側基部よりも小さい嵌挿部、前記軸側基部と前記嵌挿部との段差部である軸側接合面、前記軸側接合面に周設された軸側凹部、及び、前記嵌挿部の先端部に周設された軸側凸部を備え、前記筒状継手部に、前記他方の鋼管に固着される筒側基部、前記筒側基部から延設されると共に内径が前記筒側基部よりも大きく、前記嵌挿部を受け入れる嵌受部、前記嵌受部の先端部に設けられ、前記軸側接合面と接する筒側接合面、前記筒側接合面に周設され、前記軸側凹部と係合する筒側凸部、及び、前記筒側基部と前記嵌受部との段差部に周設され、前記軸側凸部と係合する筒側凹部を備え、前記嵌挿部の外周部に、一以上の軸側キー溝を周設し、かつ、前記嵌受部の内周部に、前記軸状継手部を前記筒状継手部に挿入したときに前記軸側キー溝と対応する一以上の筒側キー溝を周設すると共に、互いに対応する前記軸側キー溝と前記筒側キー溝とに跨って係合するように配設されて、少なくとも前記長手方向における前記軸状継手部と前記筒状継手部との相対移動を拘束する一以上のキー部材をさらに備え、前記筒側接合面に最も近い前記筒側キー溝が、前記軸状継手部及び前記筒状継手部に外力が作用したときに前記筒側接合面から最も離れた前記筒側キー溝に発生する引張ひずみが、前記軸状継手部及び前記筒状継手部に前記外力が作用したときに前記軸側接合面に最も近い前記軸側キー溝に発生する引張ひずみよりも大きくなる位置にある点にある。
【００１２】
上述したように、鋼管の継手構造においては、従来は、各キー溝に発生する引張応力に着目していたが、試験、研究を重ねるうちに、発明者は、各キー溝には引張応力に基づいて曲げモーメント（二次曲げ）が発生し、キー溝の破壊にはその曲げモーメントによる影響が大きいのではないかと考えた。そして、発明者の鋭意研究により、本特徴構成のように、筒側接合面から、筒側接合面に最も近い筒側キー溝までの距離を管理することにより、軸状継手部及び筒状継手部に外力が作用したときに筒側接合面から最も離れた筒側キー溝に発生する引張ひずみを、軸側接合面に最も近い軸側キー溝に発生する引張ひずみよりも大きくすることができることが分かった。即ち、軸側接合面に最も近い軸側キー溝に先立って筒側接合面から最も離れた筒側キー溝が破壊するような継手長に関する設計基準が明確となったので、継手部分の長さを従来よりも短くすることができ、経済性の良い鋼管の継手構造を提供できる。
【００１３】
本発明に係る鋼管の継手構造においては、前記筒側接合面から、前記筒側接合面に最も近い前記筒側キー溝の先端側端面までの距離を、０ｍｍより大きく３３ｍｍ以下に設定すると好適である。
【００１４】
発明者のさらなる鋭意研究により、本特徴構成のように、筒側接合面から筒側接合面に最も近い筒側キー溝の先端側端面までの距離を０ｍｍより大きく３３ｍｍ以下にする、という具体的な設計基準が明確となって、より設計のし易い鋼管の継手構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る鋼管の継手構造を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る鋼管の継手構造を示す長手方向断面図である。
【図３】ＢＬ４と基準ひずみに対するキー溝におけるひずみの比率との関係を示す図である。
【図４】一段型の継手構造における筒側キー溝の長手方向の断面図である。
【図５】一段型の継手構造における軸側キー溝の長手方向の断面図である。
【図６】二段型の継手構造における筒側キー溝の長手方向の断面図である。
【図７】二段型の継手構造における軸側キー溝の長手方向の断面図である。
【図８】鋼管ＳＫＫ４９０に対して好適な継手の一例（直径４００〜８００）である。
【図９】鋼管ＳＫＫ４９０に対して好適な継手の一例（直径９００〜１２００）である。
【図１０】鋼管ＳＫＫ４００に対して好適な継手の一例（直径４００〜８００）である。
【図１１】鋼管ＳＫＫ４００に対して好適な継手の一例（直径４００〜８００）である。
【図１２】別実施形態に係る鋼管の継手構造を示す斜視図である。
【図１３】別実施形態に係る鋼管の継手構造の継手要領を示す径方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る鋼管の継手構造を地中に埋設される鋼管杭（杭基礎）に適用した例を図面に基づいて説明する。
【００１７】
〔鋼管杭の概要〕
鋼管杭は、複数の鋼管をほぼ同一の軸芯Ｘ上に位置させて、長手方向に互いに抜き差し不能に接合して構成する。鋼管杭の設計長さは、長いものであると数十メートルにも至るため、工場で接合してから施工現場に搬送するというのは不可能であり、通常は施工現場で打設を行いながら順次接合を行う。
【００１８】
〔鋼管の継手構造の概要〕
鋼管杭が何本の鋼管から構成されていようとも、各鋼管同士の接合は全ての箇所において同一である。したがって、図１に示すごとく、上下関係にある特定の上杭２と下杭１とに着目して、鋼管の継手構造を説明する。形式的に上杭２と下杭１とに呼び分けるが、これらは実質的には同じ鋼管である。即ち、上杭２及び下杭１が、本発明に係る「二つの鋼管」に相当する。下杭１のうち上杭２の側の先端部には、工場において雄形のピン継手１０が溶接により固着されている。上杭２のうち下杭１の側の先端部には、工場においてピン継手１０に外嵌されるボックス継手２０が溶接により固着されている。即ち、ピン継手１０が本発明に係る「軸状継手部」に相当し、ボックス継手２０が本発明に係る「筒状継手部」に相当する。
【００１９】
ピン継手１０は、図１，図２に示すごとく、下杭１と同様に筒状に形成されている。ピン継手１０は、下杭１に固着される軸側基部１１と、軸側基部１１から延設されると共に外径が軸側基部１１よりも小さい嵌挿部１２と、軸側基部１１と嵌挿部１２との段差部である軸側接合面１３と、軸側接合面１３に周設された軸側凹部１４と、嵌挿部１２の先端部に周設された軸側凸部１５と、を備えている。
【００２０】
軸側基部１１は、下杭１側では、下杭１と同じ内径・外径・肉厚であり、中途部分から、内径を小さくしつつ外径を大きくして肉厚を厚くしてある。嵌挿部１２は、軸側基部１１の内周面を同径のまま延長した内周面と、軸側基部１１の外周面を段差的に縮径した外周面と、を有している。軸側凹部１４は、軸側接合面１３のうち内径側の部分を、軸芯Ｘ方向に沿って下杭１の側に環状に凹入して形成してある。軸側凸部１５は、嵌挿部１２の先端部のうち外径側の部分を、軸芯Ｘ方向に沿って先端側に環状に突出させて形成してある。
【００２１】
ボックス継手２０は、図１，図２に示すごとく、下杭１と同様に筒状に形成されている。ボックス継手２０は、上杭２に固着される筒側基部２１と、筒側基部２１から延設されると共に内径が筒側基部２１よりも大きく、嵌挿部１２を受け入れる嵌受部２２と、嵌受部２２の先端部に設けられ、軸側接合面１３と接する筒側接合面２３と、筒側接合面２３に周設され、軸側凹部１４と係合する筒側凸部２４と、筒側基部２１と嵌受部２２との段差部に周設され、軸側凸部１５と係合する筒側凹部２５と、を備えている。
【００２２】
筒側基部２１は、上杭２の側では、上杭２と同じ内径・外径・肉厚であり、中途部分から、内径を小さくしつつ外径を大きくして肉厚を厚くしてある。嵌受部２２は、筒側基部２１の内周面を段差的に拡径した内周面と、筒側基部２１の外周面を同径のまま延長した外周面と、を有している。筒側凸部２４は、筒側接合面２３のうち内径側の部分を、軸芯Ｘ方向に沿って先端側に環状に突出させて形成してある。筒側凹部２５は、筒側基部２１と嵌受部２２との段差部のうち外径側の部分を、軸芯Ｘ方向に沿って先端側に環状に凹入して形成してある。
【００２３】
図２に示すごとく、嵌挿部１２の外径と嵌受部２２の内径とはほぼ同一に設定してあり、ピン継手１０をボックス継手２０に挿入すると、嵌挿部１２の外周面と嵌受部２２の内周面とは密接し、軸側接合面１３と筒側接合面２３とも密接する。軸側凹部１４の軸芯Ｘ方向の断面形状は、筒側凸部２４と係合可能なよう設定してある。筒側凹部２５の軸芯Ｘ方向の断面形状は、軸側凸部１５と係合可能なよう設定してある。また、嵌挿部１２の内周面と筒側基部２１の内周面とは面一となるように設定してある。
【００２４】
嵌挿部１２の外周部に、軸芯Ｘの周方向に沿って一つの軸側キー溝１６を周設してある。同様に、嵌受部２２の内周部に、ボックス継手２０にピン継手１０を挿入したときに軸側キー溝１６と対応する一つの筒側キー溝２６を周設してある。軸側キー溝１６及び筒側キー溝２６の軸芯Ｘ方向の断面形状は、軸芯Ｘ方向の長さが同じである長方形にしてある。ボックス継手２０にピン継手１０を挿入したとき、軸側キー溝１６と筒側キー溝２６とは対向し、協働して長方形断面の一つの溝を構成する。
【００２５】
嵌受部２２のうち筒側キー溝２６が設けられた箇所には、嵌受部２２の外周部から筒側キー溝２６に連通するネジ孔が、周方向に沿って間隔をおいて複数穿孔されている。そして、ネジ孔には、セットボルト３０を螺合させてあり、セットボルト３０はボックス継手２０の外側からの締め込み操作によって、径方向内側に螺進可能である。筒側キー溝２６には、「キー部材」としての荷重伝達キー３１が収容されている。荷重伝達キー３１にはセットボルト３０の先端部が固定されており、セットボルト３０の締め込み操作によって、荷重伝達キー３１は筒側キー溝２６内から径方向内側に突出可能である。
【００２６】
筒側キー溝２６の溝深さは、荷重伝達キー３１の径方向の長さよりも大きくしてあり、かつ、軸側キー溝１６の溝深さは、荷重伝達キー３１の径方向の長さの約１／２程度にしてある。また、荷重伝達キー３１の形状は、筒側キー溝２６に最も引退された状態で筒側キー溝２６にほぼ隙間なく収容される円弧状にしてある。よって、荷重伝達キー３１を筒側キー溝２６に最も引退させると、荷重伝達キー３１が嵌受部２２の内周面から突出しない。即ち、荷重伝達キー３１を筒側キー溝２６に最も引退させておけば、ピン継手１０をボックス継手２０に円滑に挿入できる。また、ピン継手１０をボックス継手２０に挿入したときに、荷重伝達キー３１を筒側キー溝２６から最も突出させると、荷重伝達キー３１は筒側キー溝２６と軸側キー溝１６とにほぼ均等に跨って係止する。これにより、ピン継手１０とボックス継手２０との軸芯Ｘ方向の相対移動が拘束される。
【００２７】
なお、このように一組の軸側キー溝１６、筒側キー溝２６、及び、荷重伝達キー３１によって、ピン継手１０とボックス継手２０との軸芯Ｘ方向の相対移動を拘束する継手構造を、以下、「一段型の継手構造」と称することにする。本実施形態に係る鋼管の継手構造は一段型であるので、筒側キー溝２６が「筒側接合面２３に最も近い筒側キー溝」及び「筒側接合面２３から最も離れた筒側キー溝」に相当し、軸側キー溝１６が「軸側接合面１３に最も近い軸側キー溝」に相当する。
【００２８】
ピン継手１０とボックス継手２０との周方向の相対移動の拘束は、回転止めキー３２によって行う。具体的には、軸側基部１１の外周部のうち軸側接合面１３付近を切り欠いて第一溝１７を形成し、嵌受部２２の外周部のうち筒側接合面２３付近を切り欠いて第二溝２７を形成する。第一溝１７の周方向の長さと、第二溝２７の周方向の長さとは一致させてある。また、第一溝１７の軸芯Ｘ方向の長さと、第二溝２７の軸芯Ｘ方向の長さとも一致させてある。ピン継手１０をボックス継手２０に挿入した状態において、第一溝１７と第二溝２７とを位置合わせし、第一溝１７と第二溝２７とに跨るように回転止めキー３２を合致させ、ボルトを回転止めキー３２と第一溝１７に設けたネジ孔に締め込んで固定する。これにより、ピン継手１０とボックス継手２０との周方向の相対移動が拘束される。
【００２９】
以上のようにして、ピン継手１０とボックス継手２０とは挿入嵌合される。なお、軸側凹部１４と筒側凸部２４との係合、軸側凸部１５と筒側凹部２５との係合によって、ピン継手１０とボックス継手２０との嵌合が強化され、特に曲げに対する剛性が高まる。荷重伝達キー３１の数や回転止めキー３２の数は、上杭２及び下杭１の菅径等によって適宜設定すれば良い。
【００３０】
〔キー溝の位置について〕
上述のような荷重伝達キー３１を介しての接合において、上杭２及び下杭１に作用する引張外力は軸側キー溝１６の側面又は筒側キー溝２６の側面と荷重伝達キー３１の側面との接触によって一方の継手から荷重伝達キー３１に伝達される。即ち、軸側キー溝１６、筒側キー溝２６には内部せん断応力が発生する。軸側キー溝１６及び筒側キー溝２６には、この内部せん断応力に基づいて、継手部分を外側に開くように曲げモーメント（二次曲げ）が発生する。
【００３１】
発明者は、引張応力だけでなく、この曲げモーメントにも着目して試験・研究を重ね、「筒側接合面２３から筒側キー溝２６までの距離」を管理することにより、「筒側キー溝２６に発生する引張ひずみ」を「軸側キー溝１６に発生する引張ひずみ」よりも大きく設定できることを見出した。これにより、継手部分の破壊に際して、確実に筒側キー溝２６を軸側キー溝１６に先立って破壊させることができる。具体的には、「筒側接合面２３から筒側キー溝２６の先端側端面までの距離」を３３ｍｍ以下にすれば、鋼管（上杭２・下杭１）の径や肉厚等に関係なく、「筒側キー溝２６に発生する引張ひずみ」は「軸側キー溝１６に発生する引張ひずみ」よりも大きくなった。
【００３２】
その実証結果の一例を図３に示す。この実証結果は、鋼管の径が１０００ｍｍ、肉厚が１０ｍｍのときの実証結果である。図３において、縦軸は、基準としたひずみに対する軸側キー溝１６におけるひずみ、又は、基準としたひずみに対する筒側キー溝２６におけるひずみの比率を示し、横軸は、「筒側接合面２３から筒側キー溝２６の先端側端面までの距離ＢＬ４」を示す。基準ひずみは、各継手の破壊に対する安全基準であって適宜設定すれば良い。以下、便宜上、基準ひずみの値を「Ｓ」とする。即ち、図３には、「筒側接合面２３から筒側キー溝２６の先端側端面までの距離ＢＬ４」を変化させたときの「筒側キー溝２６に発生する引張ひずみ」／Ｓと、同「軸側キー溝１６に発生する引張ひずみ」／Ｓと、をプロットしている。図３から、「筒側接合面２３から筒側キー溝２６の先端側端面までの距離ＢＬ４」が３３ｍｍ以下であれば、「筒側キー溝２６に発生する引張ひずみ」は、「軸側キー溝１６に発生する引張ひずみ」よりも大きいことが分かる。この結果は、他の菅径、肉厚の鋼管についても同じであった。なお、図２乃至図４から明らかなように、「筒側接合面２３から筒側キー溝２６の先端側端面までの距離ＢＬ４」は、「軸側接合面１３から軸側キー溝１６のした下杭側端面までの距離ＰＬ４」に等しい。
【００３３】
〔キー溝の位置を決定する手順〕
この結果を受けてキー溝の位置を決定する手順を策定したので、以下にその手順を説明する。
（１）ステップ１
所定の外力の作用によって筒側キー溝２６に発生する引張応力を求め、筒側キー溝２６の基準強度を確保しつつ筒側キー溝２６が最も弱くなるように筒側キー溝の肉厚を決定する。
（２）ステップ２
他の部分の肉厚については、筒側キー溝２６よりも高強度となるように、その寸法を決定する。
（３）ステップ３
「筒側接合面２３から筒側キー溝２６の先端側端面までの距離ＢＬ４（図４参照）」（軸側接合面１３から軸側キー溝１６の下杭側端面までの距離ＰＬ４（図５参照）」）を３３ｍｍ以下に設定する。なお、本実施形態においては、図３に示すごとく、「筒側接合面２３から筒側キー溝２６の先端側端面までの距離ＢＬ４」が３３ｍｍ以下の範囲において、「筒側接合面２３から最も離れた筒側キー溝２６に発生する引張ひずみ」は基準ひずみを超えない（比率が１．０以下）が、基準ひずみの値によっては、「筒側接合面２３から最も離れた筒側キー溝２６に発生する引張ひずみ」が基準ひずみを超える場合もある。この場合は、「筒側接合面２３から最も離れた筒側キー溝２６に発生する引張ひずみ」が基準ひずみを超えない範囲で下限値を設定する。
（４）ステップ４
その他の寸法は、以下の考え方により、ほぼ一義的に決まる。筒側キー溝２６及び軸側キー溝１６の軸芯Ｘ方向の幅は、荷重伝達キー３１の軸芯Ｘ方向の幅によって一義的に決まる。即ち、荷重伝達キー３１の軸芯Ｘ方向の幅を、荷重伝達キー３１に作用する軸芯Ｘ方向のせん断応力によって荷重伝達キー３１がせん断破壊しない範囲で安全率を勘案して最小の値とする。これにより、「筒側接合面２３から筒側キー溝２６の上杭側端面までの距離ＢＬ３（図４参照）」及び「軸側接合面１３から軸側キー溝１６の先端側端面までの距離ＰＬ３（図５参照）」が決まる。また、「筒側キー溝２６の上杭側端面から筒側基部２１と嵌受部２２との段差部までの距離」は、荷重伝達キー３１に対する「筒側キー溝２６の上杭側端面から筒側基部２１と嵌受部２２との段差部までの部分」の強度を確保できる範囲で安全率を勘案して最小の値とする。これにより、「嵌受部２２の全長ＢＬ２（図４参照）」及び「軸側基部１１の全長（ＰＬ２）」が決まる。そして、「筒側基部２１の全長ＢＬ１（図４参照）」及び「軸側基部１１の全長ＰＬ１」が、上杭２及び下杭１の肉厚等との関係から一義的に決まり、また、「筒側凸部２４の軸芯Ｘ方向の突出長」、「筒側凹部２５の軸芯Ｘ方向の凹入長」、「軸側凹部１４の軸芯Ｘ方向の凹入長」、及び、「軸側凸部１５の軸芯Ｘ方向の突出長」は一定の値であるので、これにより、「ボックス継手２０の全長ＢＬ」及び「ピン継手１０の全長ＰＬ」も決まる。
【００３４】
この手順で設計した鋼管の継手構造は、基準強度が確保されつつ、継手部分の長さが従来よりも短くなっており、非常に経済性が良いものとなっている。
【００３５】
上述のステップ１乃至ステップ４の手順によってキー溝の位置を決定したピン継手１０及びボックス継手２０の一例を図８乃至図１１に示す。図８，９は、引張強さが４９０Ｍｐａ以上の鋼管杭に対するピン継手１０及びボックス継手２０を示す。このような鋼管は、一般に「ＳＫＫ４９０」と呼ばれている。図１０，１１は、引張強さが４００Ｍｐａ以上の鋼管杭に対するピン継手１０及びボックス継手２０を示す。このような鋼管は、一般に「ＳＫＫ４００」と呼ばれている。
【００３６】
一段型の継手構造の各部の寸法の称呼については以下のように定義した。
１．ボックス継手（図４参照）について
Ｄ    ：筒側基部２１の上杭側の外径（上杭２及び下杭１の外径に等しい）
ＢＤ１：筒側基部２１の上杭側の内径
ＢＤ２：筒側基部２１の先端側の内径
ＢＤ３：嵌受部２２の内径
ＢＤ４：嵌受部２２の第二溝２７における外径
ＢＤ５：嵌受部２２の外径
ＢＬ  ：ボックス継手２０の全長
ＢＬ１：筒側基部２１の全長
ＢＬ２：嵌受部２２の全長
ＢＬ３：筒側接合面２３から筒側キー溝２６の上杭側端面までの距離
ＢＬ４：筒側接合面２３から筒側キー溝２６の先端側端面までの距離
２．ピン継手（図５参照）について
Ｄ    ：軸側基部１１の下杭側の外径（上杭２及び下杭１の外径に等しい）
ＰＤ１：軸側基部１１の下杭側の内径
ＰＤ２：軸側基部１１の先端側の内径
ＰＤ３：嵌挿部１２の軸側凸部１５における内径
ＰＤ４：嵌挿部１２の外径
ＰＤ５：軸側基部１１の先端側の外径
ＰＬ  ：ピン継手１０の全長
ＰＬ１：嵌挿部１２の全長
ＰＬ２：軸側基部１１の全長
ＰＬ３：軸側接合面１３から軸側キー溝１６の先端側端面までの距離
ＰＬ４：軸側接合面１３から軸側キー溝１６の下杭側端面までの距離
【００３７】
なお、図６，図７に示すごとく、嵌挿部１２の外周部に、軸芯Ｘの周方向に沿って二つの軸側キー溝１６を周設すると共に、嵌受部２２の内周部に、ボックス継手２０にピン継手１０を挿入したときに軸側キー溝１６と対応する二つの筒側キー溝２６を周設し、それぞれの軸側キー溝１６と筒側キー溝２６とが協働して長方形断面の二つの溝を構成する「二段型の継手構造」においては、さらに以下のように定義する。二つの軸側キー溝１６とは、軸側接合面１３に近い筒側キー溝１６ａと、軸側接合面１３から離れた軸側キー溝１６ｂとを示す（図７参照）。また、二つの筒側キー溝２６とは、筒側接合面２３に近い筒側キー溝２６ａと、筒側接合面２３から離れた２６ｂとを示す（図６参照）。二段型の継手構造においては、筒側キー溝２６ａが「筒側接合面２３に最も近い筒側キー溝」に相当し、筒側キー溝２６ｂが「筒側接合面２３から最も離れた筒側キー溝」に相当し、軸側キー溝１６ａが「軸側接合面１３に最も近い軸側キー溝」に相当する。
【００３８】
１．ボックス継手（図６参照）について
ＢＬ３：筒側接合面２３から、筒側接合面２３に近い筒側キー溝２６ａの上杭側端面までの距離
ＢＬ４：筒側接合面２３から、筒側接合面２３に近い筒側キー溝２６ａの先端側端面までの距離
ＢＬ５：筒側接合面２３から、筒側接合面２３から離れた筒側キー溝２６ｂの上杭側端面までの距離
ＢＬ６：筒側接合面２３から、筒側接合面２３から離れた筒側キー溝２６ｂの先端側端面までの距離
２．ピン継手（図７参照）について
ＰＬ３：軸側接合面１３から、軸側接合面１３に近い軸側キー溝１６ａの上杭側端面までの距離
ＰＬ４：軸側接合面１３から、軸側接合面１３に近い軸側キー溝１６ａの先端側端面までの距離
ＰＬ５：軸側接合面１３から、軸側接合面１３から離れた軸側キー溝１６ｂの上杭側端面までの距離
ＰＬ６：軸側接合面１３から、軸側接合面１３から離れた軸側キー溝１６ｂの先端側端面までの距離
【００３９】
図８乃至図１１において、ＢＬ５、ＢＬ６、ＰＬ５、及び、ＰＬ６の記載があるものが二段型の継手構造であり、それ以外は一段型の継手構造である。これらに開示する一段型の継手構造及び二段型の継手構造は全て、「筒側接合面２３から最も離れた筒側キー溝２６に発生する引張ひずみ」が、「軸側接合面１３に最も近い軸側キー溝１６に発生する引張ひずみ」よりも大きくなる。
【００４０】
なお、本実施形態においては、一段型の継手構造の実証結果と、一段型の継手構造及び二段型の継手構造の一例と、を示したが、軸側キー溝１６及び筒側キー溝２６を三組以上備えていても、同様に、筒側接合面２３から、筒側接合面２３に最も近い筒側キー溝２６までの距離を３３ｍｍ以下とすれば、「筒側接合面２３から最も離れた筒側キー溝２６に発生する引張ひずみ」が、「軸側接合面１３に最も近い軸側キー溝１６に発生する引張ひずみ」よりも大きくなることが力学的に実証されている。これにより、継手部分の破壊に際して、確実に「筒側接合面２３から最も離れた筒側キー溝２６」を、「軸側接合面１３に最も近い軸側キー溝１６」に先立って破壊させることができる。
【００４１】
〔別実施形態〕
上述の実施形態においては、筒側キー溝２６に配設された荷重伝達キー３１が、セットボルト３０の操作により軸側キー溝１６と筒側キー溝２６とに跨って係合し、ピン継手１０とボックス継手２０との相対移動が拘束される例を示したが、これに限られるものではない。ピン継手１０とボックス継手２０との相対移動を拘束する構成の別実施形態を、図１２，図１３に基づいて説明する。キー部材の構成以外は、上述の実施形態と同じ構成であるので説明はしない。また、上述の実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付す。
【００４２】
図１２に示すごとく、ボックス継手２０の外側面に、筒側キー溝２６に連通するキー挿入口１３２を複数開口してある。左右一対の円弧状の荷重伝達キー１３１を軸芯Ｘの周方向に沿って、キー挿入口１３２から夫々軸芯Ｘ周りの左右方向に差し込む。荷重伝達キー１３１の軸芯Ｘ方向の断面形状は、軸側キー溝１６と筒側キー溝２６とを合わせた溝の軸芯Ｘ方向の断面形状に合わせてある。したがって、図１３に示すごとく、荷重伝達キー１３１が軸側キー溝１６と筒側キー溝２６とに跨って係合する。そして、特に図示はしないが、左右一対の荷重伝達キー１３１同士を突っ張る等して、荷重伝達キー１３１が軸側キー溝１６及び筒側キー溝２６から抜け出さないようにする。この結果、ピン継手１０とボックス継手２０との相対移動が拘束される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る鋼管の継手構造は、鋼管杭だけでなく、鋼管矢板等、二つの鋼管を長手方向に互いに抜き差し自在に接合する継手構造に適用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１      下杭（二つの鋼管）
２      上杭（二つの鋼管）
１０    ピン継手（軸状継手部）
１１    軸側基部
１２    嵌挿部
１３    軸側接合面
１４    軸側凹部
１５    軸側凸部
１６    軸側キー溝
１６ａ  軸側キー溝
１６ｂ  軸側キー溝
２０    ボックス継手（筒状継手部）
２１    筒側基部
２２    嵌受部
２３    筒側接合面
２４    筒側凸部
２５    筒側凹部
２６    筒側キー溝
２６ａ  筒側キー溝
２６ｂ  筒側キー溝
３１    荷重伝達キー（キー部材）
１３１  荷重伝達キー（キー部材）
【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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【図１２】
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【図１３】
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