(57)【要約】【課題】２本の鋼管杭を、各々の対応する端面に溶接で固着した内継手管と外継手管とを嵌め合わせ、ピン止めして一連に機械式に連結する継手構造を提供する。【解決手段】一方の鋼管杭１の端面に、周壁に連結用孔３ａ…が放射方向に穿たれた外継手管３が溶接ａで固着されている。他方の鋼管杭２の対応する端面には、端部金具４が溶接ｂで固着され、端部金具４の他側面に外継手管３の内側へ嵌めることができ周壁に連結用孔５ａ…が放射方向に穿たれた内継手管５が溶接ｃで固着されている。外継手管３の内径と内継手管５の外径との径差は、外継手管３の内径の０．７％以上１．５％以下の範囲に形成され、内継手管５の長さが、鋼管杭２の外径の０．６倍〜１．２倍の寸法で形成されている。外継手管３の管内へ内継手管５が挿入され、両管の連結用孔３ａ、５ａを一致させて連結用ピン６を挿入し、脱落防止処理を施して、２本の鋼管杭１、２が連結されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の鋼管杭を一連に機械式に連結する鋼管杭の機械式継手構造において、
一方の鋼管杭の端面に、周壁に複数の連結用孔が放射方向に穿たれた外継手管が溶接で固着されており、
他方の鋼管杭の対応する端面には、端部金具が溶接で固着され、該端部金具の他側面に前記外継手管の内側へ嵌めることができ周壁に前記外継手管の連結用孔と一致する配置で複数の連結用孔が放射方向に穿たれた内継手管が溶接で固着されており、
前記外継手管の内径と前記内継手管の外径との径差は、外継手管の内径の０．７％以上１．５％以下の範囲に形成され、前記内継手管の長さが、前記鋼管杭の外径の０．６倍〜１．２倍の寸法で形成されており、
前記外継手管の管内へ内継手管が挿入され、外継手管と内継手管それぞれの前記連結用孔を一致させて連結用ピンが挿入され、且つ脱落防止処理が施されて、２本の鋼管杭が連結されていることを特徴とする、鋼管杭の機械式継手構造。
【請求項２】
端部金具の形状は、円板形状又は円環形状であることを特徴とする、請求項１に記載した鋼管杭の機械式継手構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２本の鋼管杭の対応する端面に溶接で固着した内継手管と外継手管とを嵌め合わせ、ピン止めして一連に機械式に連結する継手構造の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼管杭を現場で一連に連結する手段の多くは、現場で相互に突き合わせた鋼管杭の端部を溶接で固着して連結する現場溶接継手が実施されてきた。しかし、現場における溶接は、溶接品質が作業員の技量や天候によって左右されやすく、更に現場での溶接作業は非常に手間が掛かり、工期が長引いてコストが嵩む問題があった。そのため、最近では現場溶接に代わる機械式継手で連結する継手構造が種々開発され、既に実用に供されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１に開示された鋼管杭の機械式継手構造は、図８に示すように、下位の鋼管杭１の上端面に、周壁に複数の連結用孔３ａ…が穿たれた外継手管３が予め工場における溶接ａで固着され、上位の鋼管杭２の下端面には、前記外継手管３の内径に密接する外径で、周壁に複数の連結用孔５ａ…が穿たれた内継手管５がやはり工場における溶接ｂで固着される。現場では前記内継手管５を外継手管３の管内へ嵌め込み、両管の連結用孔３ａ、５ａを一致させて同連結用孔３ａ、５ａへ連結用ピン６を係止部材５ｂに突き当たるまで挿入し、該連結用ピン６のボルト通し孔へ止めボルト７を挿入し、該ボルト７の先端部を係止部材５ｂのボルト孔へねじ込み締結して２本の鋼管杭１、２を連結した構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３７６１９号公報
【特許文献２】特開２００９−１３８３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示された鋼管杭の機械式継手構造は、図８に基づいて説明したように、上位の鋼管２と工場溶接で固着した内継手管５は、鋼管杭１、２の外径と、当該内継手管５の内径との寸法差Ｓ（一例として２５ｍｍ）に相当する厚さの厚板鋼管の外周面を、当該内継手管５の嵌め込み長さＬにわたり、例えば旋盤により外継手管３の内側へ密接する外径まで切削加工して製作し、残る上端部の非切削加工部５１を上位の鋼管杭２と工場で溶接し固着している。しかし、前記厚板鋼管の厚さの約半分を旋盤で切削加工する作業は、非常に手間が掛かり時間を要する上に、大量の鋼屑が発生して鋼材に多大な無駄が生じ、該鋼屑の処分にも手間とコストが掛かる。また、前記のような厚板鋼管は特殊サイズになるため入手が容易ではなく、納期が長く掛かる。更に、前記厚板鋼管の製作は、薄板鋼管の製作に比して重量当たりの単価が非常にコスト高になるという問題があった。
上記特許文献２に開示された鋼管杭の機械式継手構造も、基本的な構成が上記特許文献１の機械式継手構造とほぼ同じであるため、同様の問題点を有する。
【０００６】
因みに、上記特許文献１及び２に開示された所謂印籠型継手においては、通常外継手管の内面と内継手管の外面の両方を切削加工するため、外継手管の内径と内継手管の外径との差、即ち径差を０．５ｍｍ〜１．０ｍｍと小さく設定することが多く、このため外継手管の外径と厚さが決まると、内継手管の外径はほとんど自動的に決まった。ところが、鋼材単価の安い鋼管は外径が標準化されているため、同鋼管を使用すると、内継手管の外径が外継手管の内径に合わないことが多く、このため外継手管の内面または内継手管の外面を切削加工して所要の径に形成する必要がある。また、鋼管の外径、内径ともに造管時に若干の寸法誤差が避けられないし、断面形状も真円度誤差があり完全な円形ではないので、外継手管に内継手管を挿入できない虞がある。このため、両管の前記径差を従来のように、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍに設定すると、外継手管内面も内継手管外面も旋盤等で切削加工しなければならず、大きなコストアップとなる。
【０００７】
本発明の目的は、鋼管杭の機械式継手構造の製作が容易な構成とし、且つ安価に提供することである。より具体的に云えば、外継手管および内継手管は必要とする外径及び板厚の鋼管を選択し使用して構成することで、旋盤による周面切削加工の手間を大幅に省略でき、コストを大幅に削減できる、鋼管杭の機械式継手構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る鋼管杭の機械式継手構造は、
２本の鋼管杭を一連に機械式に連結する鋼管杭の機械式継手構造において、
一方の鋼管杭の端面に、周壁に複数の連結用孔が放射方向に穿たれた外継手管が溶接で固着されており、
他方の鋼管杭の対応する端面には、端部金具が溶接で固着され、該端部金具の他側面に前記外継手管の内側へ嵌めることができ周壁に前記外継手管の連結用孔と一致する配置で複数の連結用孔が放射方向に穿たれた内継手管が溶接で固着されており、
前記外継手管の内径と前記内継手管の外径との径差は、外継手管の内径の０．７％以上１．５％以下の範囲に形成され、前記内継手管の長さが、前記鋼管杭の外径の０．６倍〜１．２倍の寸法で形成されており、
前記外継手管の管内へ内継手管が挿入され、外継手管と内継手管それぞれの前記連結用孔を一致させて連結用ピンが挿入され、且つ脱落防止処理が施されて、２本の鋼管杭が連結されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した鋼管杭の機械式継手構造において、
端部金具の形状は、円板形状又は円環形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る鋼管杭の機械式継手構造は、一方の鋼管杭１の端面に、外継手管３を工場溶接で固着し、他方の鋼管杭２の対応する端面には、端部金具４を工場溶接で固着し、この端部金具４の他側面に、前記外継手管３の内側へ嵌めることができる内継手管５をやはり工場溶接で固着して構成するので、端部金具４と外継手管３および内継手管５は必要とする外径及び板厚の鋼管を選択して使用することができ、また、周面切削加工を大幅に省略できるので、その分の手間とコストを大幅に削減でき、安価な機械式継手構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る鋼管杭の機械式継手構造を分解して示す斜視図である。
【図２】本発明に係る鋼管杭の機械式継手構造を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る鋼管杭の機械式継手構造を示す断面図である。
【図４】（Ａ）は図３のＩＶ部拡大図である。（Ｂ）は鋼管杭へ外継手管を溶接する異なる構成を示す拡大図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図６】連結用孔を千鳥状配置に設けた外継手管を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る鋼管杭の機械式継手構造の異なる実施例を示す断面図である。
【図８】従来の鋼管杭の機械式継手構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明による鋼管杭の機械式継手構造は、一方の鋼管杭１の端面に、周壁に複数の連結用孔３ａが放射方向に穿たれた外継手管３が溶接ａで固着されており、他方の鋼管杭２の対応する端面には、端部金具４が溶接ｂで固着され、該端部金具４の他側面に前記外継手管３の内側へ嵌めることができ周壁に前記外継手管３の連結用孔３ａと一致する配置で複数の連結用孔５ａが放射方向に穿たれた内継手管５が溶接ｃで固着されている。
前記外継手管３の内径と前記内継手管５の外径との径差は、外継手管３の内径の０．７％以上１．５％以下の範囲に形成される。そして、前記内継手管５の長さが、前記鋼管杭１，２の外径の０．６倍〜１．２倍の寸法で形成されている。
前記外継手管３の管内へ内継手管５が挿入され、両管の連結用孔３ａ、５ａを一致させて連結用ピン６を挿入し、脱落防止処理を施して、２本の鋼管杭１、２が連結されている。
【実施例１】
【００１３】
以下に、本発明に係る鋼管杭の機械式継手構造の構成及び使用法等を図示した実施例に基づいて説明する。
図１〜５に示した鋼管杭の機械式継手構造は、一連に連結するべき上下２本の鋼管杭１、２のうち、下位の鋼管杭１の上端面に外継手管３を工場で溶接して固着している。上位の鋼管杭２の対応する下端面には、端部金具４が溶接され、その他側面（下面側）に内継手管５を同じく工場溶接で固着した構成とされている。現場では前記下位の鋼管杭１の外継手管３の中へ、上位の鋼管杭２の内継手管５を嵌め合わせ、連結用ピン６を用いて内外の継手管５と３を結合して、同２本の鋼管杭１、２を一連に機械式に連結して継手構造が完成される。なお、本発明の機械式継手構造は、図３に示す構成を上下逆にした構成でも同様に実施することができる。
【００１４】
更に詳しく各部の構成を説明する。図示した実施例の鋼管杭１、２は、外径が２１６．３ｍｍ、厚さが８．２ｍｍのもので、下位の鋼管杭１の上端面には、同鋼管杭１の外径と同じ外径で周壁に、一例として４つの連結用孔３ａ…が等間隔の配置で放射方向に穿たれた外継手管３が工場で溶接ａして固着されている。前記連結用孔３ａ…の孔径は、一例として４８．５ｍｍである。
前記外継手管３は、必要とする外径及び板厚の鋼管を選択して加工し使用される。この外継手管３の寸法は、一例として厚さが１４．７ｍｍ、長さが１８３．５ｍｍである。因みに、前記外継手管３を鋼管杭１の端面へ溶接ａする作業は、図４（Ａ）に拡大して示すように、予め外継手管３の内面に、ルートギャップを考慮し鋼管杭１に跨る裏当て材８ａを設置しておいて、管外面側から突き合わせ部を円周方向へ連続溶接して行われる。図示例の場合、外継手管３の下端にレ形の開先が形成されている。前記裏当て材８ａや後述の裏当て材８ｂ及び８ｃが、銅板等の材質で成る場合には、前記溶接後に取り除いて繰り返し使用できる。なお、図４（Ｂ）に示したように、外継手管３の下端にレ形の開先とともに下方へ突き出る突起部３ｂを形成することで、前記裏当て材８ａは省略できる。また、外継手管３の下端に開先を形成せず、対向する鋼管杭１の上端にレ形の開先を加工した構成でも同様に実施することができる。更に、外継手管３又は鋼管杭１へ開先を形成することなく溶接することもできる。この点は、以下の実施例においても同様とする。
上記連結用孔３ａの個数は、図示した４個に限定されない。例えば図６及び図７に示したように、複数設けた構成で実施することもできるし、３つでも実施することができる。また、連結用孔３ａの形状は、図示した円形状に限らず、例えば楕円形状や四角形状でも実施することができる。
【００１５】
一方、上位の鋼管杭２には、前記下位の鋼管杭１の上端面に対応する下端面に、同鋼管杭２の外径と同じ外径の円環形状の鋼板で成る端部金具４の上面が、工場における溶接ｂで固着されている。この端部金具４は、一例として長さｔ1が１９ｍｍ、厚さｔ２が３１．３ｍｍの円環形状である。前記端部金具４は、厚肉鋼管を短尺切断して製造してもよいし、鋼板を切断して製造してもよい。因みに、前記端部金具４を上位の鋼管杭２の下端面へ溶接ｂする作業は、予め端部金具４の上面に、ルートギャップを考慮し鋼管杭２を跨る裏当て材８ｂを設置し、端部金具４の外隅にレ形の開先を加工して溶接が行われている。なお、端部金具４の外隅に開先を形成せず、対向する鋼管杭２の上端にレ形の開先を加工した構成でも同様に実施することができる。
前記端部金具４は、図示した円環形状に限定されない。図示することは省略したが、例えば円板形状で実施することもできる。鋼板から端部金具４を製造する場合、円形形状は円環形状に比べて切断加工費が安くなるだけでなく、内継手端部の断面形状を抑えるため、継手の曲げ耐力の低下も抑制できるメリットがある。
【００１６】
上記端部金具４の下面に、上記外継手管３の内側へ嵌めることができ、周壁に外継手管３の連結用孔３ａ…と一致する配置で４つの連結用孔５ａ…が放射方向に穿たれた内継手管５が、工場における溶接ｃで固着されている。前記内継手管５を端部金具４の下面へ溶接ｃする作業も、予め内継手管３の内面にルートギャップを考慮し端部金具４に跨る裏当て材８ｃを設置しておいて、管外面側から突き合わせ部を円周方向へ連続溶接して行われる。
前記内継手管５も、外継手管３と同様、必要とする外径及び板厚の鋼管を選択して使用し製作される。この内継手管５の寸法は、一例として、外継手管３の内径が１８６．９ｍｍであるのに対して、外径が１８５ｍｍ、厚さが１４．７ｍｍである。前記外継手管３の内径と、内継手管５の外径とに径差（１．９ｍｍ、外継手内径との径差比率１．０２％）があっても、継手部の曲げモーメント耐力を十分に確保できる範囲内の寸法である。なお、内継手管５の外面を荒削りして嵌め合わせを良好にすることもできる。
そして、前記内継手管５の上端部外隅にレ形の開先を形成して、端部金具４との溶接が行われている。
【００１７】
外継手管３の内径と内継手管５の外径との径差は、同外継手管３および内継手管５の周面切削加工を省略するべく、外継手管３の内径の０．７％以上１．５％以下の範囲とすることが好ましい。
その理由は、外継手管３の内径と内継手管５の外径の径差を大きく設定することにより、内継手管５として標準外径の原管をそのまま使用でき、更に真円度誤差を吸収することもできるからである。具体的には、一般の鋼管の真円度は０．５％程度であることから、前記径差を０．７％未満にすると、外継手管３内へ内継手管５を挿入できなくなる虞がある。また、前記径差を大きくし過ぎると、継手の曲げモーメント耐力を低下させる。発明者が行った曲げ試験によると、両管３、５の前記径差を１．２％に設定した試験では、曲げ耐力が約２％低下した程度であったが、両管３、５の前記径差が１．８％では約１５％低下した。そこで、両管３、５の前記径差は、外継手管３の内径の０．７％以上１．５％以下に設定するのがよいことがわかった。前記の範囲内で径差を設けることで、外継手管３の内面と内継手管５の外面の一方または両方について切削加工を省略して形成できるとともに、継手の曲げ耐力の低下も防ぐことができる。
【００１８】
上記内継手管５の長さは、１５９ｍｍである。内継手管５の長さについては、鋼管杭２の外径の０．６倍〜１．２倍の寸法とするのが好ましい。したがって、鋼管杭２の外径が上記した２１６．３ｍｍであれば、内継手管５の長さは、１２９．８ｍｍ〜２５９．６ｍｍの範囲であれば足りる。以下に、その理由を概説する。
前記内継手管５と外継手管３は、圧縮力及び引張力が作用すると、それぞれ反対方向に回転しようとして互いに管軸方向に対して直角方向に押し合う。その押圧力が偶力となってモーメントが伝達される。そして、このモーメント伝達量は内継手管５の長さ（内継手管５と外継手管３とが重なる長さ）にほぼ比例するので、前記内継手管５が長いほど大きなモーメントを伝達できるのである。
例えば、内継手管５の長さが鋼管杭２の外径の０．６倍未満であると、内継手管５と外継手管３とのこじり合いにより発生するモーメントは、鋼管杭２の曲げモーメント耐力の３割以下になり、残りのモーメントをピン部の伝達に分担させるため、継手管の壁厚を厚くしたり、或いは後述する連結用ピン６の本数を増やさなければならない。また、継手部の曲げ剛性は著しく低下し、設計上問題となる。
一方、内継手管５の長さを鋼管杭２の外径の１．２倍以上にすると、曲げ耐力は増加するものの、コストの上昇に見合った効果が得られない。
そこで、前記内継手管５の長さを、鋼管杭２の外径の０．６倍〜１．２倍の寸法とすることで好適に実施することができる。
【００１９】
連結ピンの脱落防止処理の一例として、図３及び５に示す実施例では、上記内継手管５の管内面側には、前記連結用孔５ａの内側開口を全部塞ぐ配置で、後述する止めボルト７をねじ込むボルト孔７ａを有する係止部材５ｂが、やはり工場における溶接で固着されている。但し、前記係止部材５ｂは、連結用孔５ａの内側開口の一部分を塞ぐ配置に横断させ固着した構成で実施することもできる。また、図８の従来例に示すように、係止部材５ｂを円環形状とした構成で実施することもできる。
【００２０】
次に、上記２本の鋼管杭１、２の現場における連結作業について説明する。
図１に示すように、下位の鋼管杭１に固着され上向きに開口する外継手管３の管内へ、上位の鋼管杭２を杭打ち機等で吊り下げ、その下端に固着された内継手管５を挿入して嵌め合わせる。そして、内外の継手管３と５の各連結用孔３ａと５ａを一致させる。一致させた連結用孔３ａ、５ａへ、同連結用孔３ａ、５ａよりも僅かに径が小さい連結用ピン（図示した実施例では円柱体）を、内継手管５内の係止部材５ｂに突き当たるまで挿入する。そして、前記連結用ピン６のボルト通し孔６ａへ止めボルト７のネジ軸部を挿入し、該ネジ軸部７の先端部を係止部材５ｂのボルト孔へねじ込み締結して、２本の鋼管杭１、２を連結する。
なお、図示することは省略したが、止めボルト７の頭部は、前記連結用ピン６に同止めボルト７の頭部を収納できる凹部を設けて、該ボルト７の頭部を管外面から突き出ないように収納した構成で実施することもできる。
【００２１】
上述した本実施例の鋼管杭の機械式継手構造と、従来の鋼管杭の機械式継手構造の製作費用を比較検討する。
従来の鋼管杭の機械式継手構造では、外継手管３として、外径が２１６．３ｍｍ、厚さが１５ｍｍ、長さが１７３．５ｍｍの標準規格で成る鋼管を切削加工して真円度を高め、外径が２１６．３ｍｍ、厚さが１４．５ｍｍ、長さが１７３．５ｍｍにする。
また、内継手管５として、外径が２１６．３ｍｍで、厚さが２９．５ｍｍ、長さが１７８ｍｍで成る特殊鋼管を切削加工して、前記外継手管３内へ嵌め込む部分の寸法を、外径１８７．３ｍｍで、厚さが１４．５ｍｍ、長さ１５９ｍｍに形成する。
その理由は、上記段落番号［０００５］で説明したように、前記内継手管５は、鋼管杭１、２の外径と、当該内継手管５の内径との寸法差Ｓに相当する厚さの厚板鋼管の外周面を、当該内継手管５の嵌め込み長さＬにわたり、例えば旋盤により外継手管３の内側へ密接する外径まで切削加工する必要があるからである。
切削加工前の外継手管３と内継手管５を合わせた重量は３７．１ｋｇである。また、外継手管３と内継手管５の旋盤加工による切削量は、１．５９９×１０−３ｍ３ にもなる。
【００２２】
一方、上記寸法からなる本実施例の鋼管杭の機械式継手構造は、外継手管３として、外径が２１６．３ｍｍ、内径が１８８．３ｍｍ、厚さが１４．７ｍｍ、長さが１８３．５ｍｍの標準規格で成る鋼管をそのまま使用する。また、内継手管５は、外径が１８５ｍｍで、厚さが１４．７ｍｍ、長さが１５９ｍｍの標準規格で成る鋼管をそのまま使用する。前記外継手管３と内継手管５を合わせた重量は２８．７ｋｇである。そして、外継手管３と内継手管５は、切削加工を省略できるので、切削量及び切削費用は０である。
したがって、本実施例の鋼管杭の機械式継手構造では、従来の鋼管杭の機械式継手構造と比較して購入材料の総重量が２３％減であり、安価な鋼管を購入して使用できるし、周面切削加工を大幅に省略できるので、その分の手間とコストを大幅に削減できる。
【実施例２】
【００２３】
本発明に係る鋼管杭の機械式継手構造の異なる実施例２を、図７に示すように、外継手管３の外径や、端部金具４の外面は、周面摩擦の劣化を防止する許容寸法として、鋼管杭１の外面よりも約１０ｍｍ外方へ突き出す寸法で実施することができる。一例として、鋼管杭１、２の外径が３５５．６ｍｍ、厚さが１２、７ｍｍであるのに対し、外継手管３の外径が３６５．１ｍｍ、厚さが１８．５ｍｍ、長さが２９２ｍｍ、端部金具４の外径が３６５．１ｍｍ、長さｔ1が２５ｍｍ、厚さｔ２が４０．６ｍｍとする。
また、内継手管５は、一例として、外継手管３の内径が３２８．１ｍｍであるのに対して、外径が３２３．９ｍｍで厚さが２０ｍｍ、２６７．５ｍｍとする。前記外継手管３の内径と、内継手管５の外径とに径差（４．２ｍｍ、外継手内径との径差比率１．２８％）があっても、内継手管５を外継手管３内へ挿入ができ、且つ継手部の曲げモーメント耐力を十分に確保できる範囲内の寸法である。
【実施例３】
【００２４】
本発明に係る鋼管杭の機械式継手構造の更に異なる実施例３として、継手管の円周方向に多数の連結用孔を一列に配置させると開口部横断面の欠損面積が大きくなる場合には、図６及び図７に示すように、管軸方向へ千鳥状配置に設けた構成で実施する。
図７に示す実施例３では、上下に位置する連結用孔５ａ、５ａの中心間の高さ寸法差が７０ｍｍである。つまり、開口部横断面の欠損面積が小さくなり、継手部の各種耐力が低下することを防止できる。
【００２５】
以上に本発明を図示した実施例に基づいて説明したが、もとより本発明は、上述した実施の形態や実施例に限定されるものではない。いわゆる当業者が必要に応じて通常行う設計変更や応用の範囲内で様々な実施の形態が可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１    鋼管杭
２    鋼管杭
３    外継手管
３ａ  連結用孔
４    端部金具
５    内継手管
５ａ  連結用孔
６    連結用ピン
【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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