(57)【要約】【課題】簡明な構成でありながら、圧入時の応力を小さく抑えて圧入し易くし、圧入により一担係合した状態でより強く抜け止め可能にする。【解決手段】鋼管１の上端部１Ｂと鋼管１の下端部１Ａとが、内径先太り形状の雌テーパ部３及び外径先細り形状の雄テーパ部２の一方をそれぞれ有し、雌テーパ部３と雄テーパ部２との圧入により連結される鋼管の継手構造において、雌テーパ部３及び雄テーパ部２は、管端末に近い端側周面部分５ａ，６ａ及び該端側部分より管端末から離れた後側周面部分５ｂ，６ｂの二段以上にそれぞれ形成されかつ各テーパ部２，３の端側周面部分５ａ，６ａがほぼ同一勾配に形成されている。圧入時には一方の端側周面部分５ａ（６ａ）がテーパ部２，３の弾性拡開又は縮径を伴って他方の端側周面部分６ａ（５ａ）を乗り越え、端側周面部分５ａ，６ａが前記テーパ部の弾性復帰を伴って対応する後側周面部分５ｂ，６ｂに係合される。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下側鋼管の上端部と上側鋼管の下端部とが、内径先太り形状の雌テーパ部及び外径先細り形状の雄テーパ部の一方をそれぞれ形成しており、前記雌テーパ部と前記雄テーパ部との圧入により連結される鋼管の継手構造において、
前記雌テーパ部及び前記雄テーパ部は、管端末に近い端側周面部分及び該端側周面部分より管端末から離れた後側周面部分の二段以上にそれぞれ形成され、かつ、前記各テーパ部の端側周面部分がほぼ同一勾配に形成されており、
圧入過程において、前記一方の端側周面部分が前記テーパ部の弾性拡開又は弾性縮径を伴って他方の端側周面部分を乗り越え、同時に、前記各端側周面部分が前記テーパ部の弾性復帰を伴って前記対応する後側周面部分にそれぞれ係合されることを特徴とする鋼管の継手構造。
【請求項２】
前記各テーパ部の端側周面部分及び後側周面部分が共にほぼ同一勾配に形成されている請求項１に記載の鋼管の継手構造。
【請求項３】
前記鋼管が前記雄テーパ部の縮径又は／及び前記雌テーパ部の拡開を許容するための複数のスリットを形成している請求項１又は２に記載の鋼管の継手構造。
【請求項４】
前記鋼管が両端部に前記雄テーパ部及び雌テーパ部を機械加工により形成している請求項１から３の何れか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適用して、鋼管同士を順に連結する場合に好適な鋼管の継手構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管を順次継打ちしながら土中に打設する工法では、鋼管の打継ぎ部の継手構造として、溶接あるいはネジ式継手が多用されている。溶接による継手構造は、作業足場の確保と共に溶接に熟練を必要とし、施工に時間がかかる。ネジ式継手では回転してねじ込むため、鋼管矢板などの場合には施工が困難になることもある。そこで、従来でも、特許文献１に例示されるように溶接やネジ式継手に代わる色々な構造が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、鋼管端部に雄テーパ筒体や雌テーパ筒体を溶接し、両筒体同士を締付治具を介して軸方向に圧入して鋼管同士を連結する継手構造において、テーパ部同士の圧入による摩擦力に加え、例えば、補強手段として圧入部に直交するピン又はネジ等を付設したり、雄テーパ筒体内に変形防止用のバックアップ筒体を付設したり、各テーパ部を鋸歯状に形成して鋸歯同士を噛み合わせるようにすることが示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２４５８９８合公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記鋼管の継手構造としては、所定結合強度が確実に得られるだけではなく、特に現場にて簡単に実施できることが好ましい。この点から、特許文献１の継手構造では、例えば、ピンやネジ等を付設したりバックアップ筒体を付設する構造では施工が面倒となったり時間がかかり、鋸歯同士を噛み合わる構造では加工の煩雑性だけではなく圧入抵抗が過大になり易いというような問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、鋼管の端部に互いに係合される凹凸形状を形成し、これを圧入により係合するような鋼管の継手構造において、簡明な構成でありながら、圧入時の応力を小さく抑えて圧入し易くし、圧入により一担係合した状態でより強く抜け止めできるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明は、下側鋼管の上端部と上側鋼管の下端部とが、内径先太り形状の雌テーパ部及び外径先細り形状の雄テーパ部の一方をそれぞれ形成しており、前記雌テーパ部と前記雄テーパ部との圧入により連結される鋼管の継手構造において、前記雌テーパ部及び前記雄テーパ部は、管端末に近い端側周面部分及び該端側周面部分より管端末から離れた後側周面部分の二段以上にそれぞれ形成され、かつ、前記各テーパ部の端側周面部分がほぼ同一勾配に形成されており、圧入過程において、前記一方の端側周面部分が前記テーパ部の弾性拡開又は弾性縮径を伴って他方の端側周面部分を乗り越え、同時に、前記各端側周面部分が前記テーパ部の弾性復帰を伴って前記対応する後側周面部分にそれぞれ係合されることを特徴としている。
【０００８】
以上の継手構造は、鋼管が雄テーパ部及び雌テーパ部を機械加工により直に形成するタイプに好適なものとして開発され、圧入時の応力を小さく抑え、圧入後の抜け止め力を増大可能にしたものである。換言すると、雄テーパ部及び雌テーパ部を圧入する構造では、抜け止め力ないしは係合力を鋼管素材の弾性範囲内で設定しなければならない。本発明は、雄テーパ部及び雌テーパ部を端側周面部分及び後側周面部分の二段以上にそれぞれ形成することと、前記各テーパ部の端側周面部分同士をほぼ同一勾配に形成すること、その上で圧入過程において、各テーパ部の弾性拡開又は弾性縮径を伴って、一方の端側周面部分が他方の端側周面部分を乗り越え、同時に、各端側周面部分が対応する後側周面部分にそれぞれ係合されるようにしたものである。また、この継手構造では、各テーパ部の端側周面部分及び後側周面部分が共にほぼ同一勾配に形成されていること（請求項２）、鋼管が雄テーパ部の縮径又は／及び雌テーパ部の拡開を許容するための複数のスリットを形成していること（請求項３）、鋼管が両端部に前記雄テーパ部及び雌テーパ部を機械加工により形成していること（請求項４）がより好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
上記した本発明にあっては次のような優れた効果を具備できる。
・請求項１の発明では、両テーパ部の圧入構造において、簡明な構成であるため加工が簡単であり、ワンタッチ圧入が可能であると共に、圧入後は引張りに対する抜け止め力を増大できる。
・請求項２の発明では、各端側周面部分が対応する後側周面部分に隙間無く係合されるため部材間をより密着して抜け止め力を安定維持できる。
・請求項３の発明では、圧入時における弾性縮小や拡開の範囲を拡大して、その分だけ二段構成の段差を大きくでき、圧入時の応力を抑えながら、抜け止め力をより増大できる。
請求項４の発明では、例えば、鋼管が雌雄のテーパ部を機械加工により形成しているため、特許文献１のような別体の筒部を溶接により取付ける構造より経費を削減したり煩雑性を回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明を適用した鋼管の継手部を破断して示し、同（ａ）は基本例の模式図、同（ｂ）はスリットを形成した変形例の模式図である。図２は基本例の連結作動を示し、図３は変形例の鋼管を分解した模式断面図である。なお、基本例と変形例は、スリットの有無を除いて実質的に同じものとなっている。
【００１１】
図１〜図３において、鋼管１，１は所定の直径及び肉厚に形成されていて、一方の端部外周（上側鋼管１の下端部１Ａ）には外径先細り形状の雄テーパ部２が旋盤加工などにより形成され、他方の端部内周（下側鋼管１の上端部１Ｂ）には内径先太り形状の雌テーパ部３が同じく旋盤加工などにより形成されている。すなわち、下端部１Ａの端部外周つまり雄テーパ部２は一般部肉厚の概略１／２の肉厚となるように小径化され、上端部１Ｂの端部内周つまり雌テーパ部３は一般部肉厚の概略１／２の肉厚となるように大径化され、一般部との間が共にストッパ段部４となっている。また、雄テーパ部２及び雌テーパ部３は、管端末に近い端側周面部分５ａ，６ａと、管端末から離れた後側周面部分５ｂ，６ｂとの二段にそれぞれ形成されている。周面部分５ａ，５ｂは外周テーパ面であり、周面部分６ａ，６ｂは内周テーパ面である。端側周面部分５ａ，６ａの先端には面取り部７がそれぞれ形成されている
【００１２】
ここで、雄テーパ部２の端側周面部分５ａと雌テーパ部３の端側周面部分６ａとは、ほぼ同一勾配に設定されており、雄テーパ部２の弾性縮径及び雌テーパ部３の弾性拡開を伴って互いに圧入される関係となっている。これに対し、雄テーパ部２の後側周面部分５ｂ及び雌テーパ部３の後側周面部分６ｂは、前記対応する端側周面部分５ａや６ａのテーパ延長面を周回溝状に設けられ、又、その外周面が端側周面部分５ａ，６ａとほぼ同一勾配に設定されている。換言すると、以上の継手構造では雌テーパ部３と雄テーパ部２とが内外周逆の形状設定となっている。そして、両テーパ部２，３の圧入過程において、端側周面部分５ａ，６ａ同士はテーパ部２，３の弾性変形（拡開又は縮径）を伴って乗り越え、該乗り越えると同時に、テーパ部２，３の弾性復帰（初期形状に復元されること）を伴って、対応する後側周面部分５ｂ，６ｂにそれぞれ係合されるように形状設定されている。
【００１３】
また、図１（ｂ）と図３に示される上側鋼管１の下端部１Ａつまり雄テーパ部２には、所定幅ｗのスリット８が周囲を略８等分する箇所にそれぞれ形成されている。各スリット８は、雄テーパ部２の雌テーパ部３への圧入時において、スリット８の両側にある分割片が縮径する方向の応力を受けたときにこれを吸収し、縮径弾性を付与するために設けられるものであり、その切込み深さは後側周面部分５ｂの略中間か、ストッパ段部４よりやや深い位置に設定されている。なお、このようなスリット８は、上側鋼管１の下端部１Ａに付さない場合は、下側鋼管１の上端部１Ｂつまり雌テーパ部３でも同様に形成し、テーパ部２，３同士の圧入時において雌テーパ部３がそのスリットを介して弾性拡開されるようにしてもよい。
【００１４】
次に、上述した鋼管１同士を圧入係合する場合の作用を図２を用いて説明する。なお、この説明では一方の鋼管１の雌テーパ部３が固定され、他方の鋼管１の雄テーパ部２を圧入する場合を例示しているが、逆でも同じである。
【００１５】
この操作では、まず、（ａ）に示すように雄テーパ部２を雌テーパ部３に接近させつつ圧入動作が開始される。鋼管１，１は、管径に対して相対的にその肉厚が薄いため一般には位置決めが難しいが、面取り部７同士により挿入方向に位置決めを容易にし、上側鋼管１の下降により雄テーパ部２が雌テーパ部３の内径に圧入される。
【００１６】
圧入過程において、雄テーパ部２は、（ｂ）に示すように端側周面部分５ａが相手の端側周囲部分６ａに強く摺接しながら圧入されるが、周囲部分５ａ，６ａの寸法設定により雄テーパ部２には内側に向く縮径方向の応力が生じ、雌テーパ部３には外側に向く拡開方向の応力が生じ、これら応力はストッパ段部４が相手に当接するまで順次増大する。そして、各応力による変形は、雄テーパ部２側ではスリット８の幅ｗを縮めつつ行われる。
【００１７】
そして、この構造では、（ｃ）に示すように、端側周面部分５ａ，６ａ同士が互いに相手側を乗越えた時点で、両テーパ部２，３は元の形状に弾性復帰し、端側周面部分５ａが雌テーパ部３の後側周面部分６ｂに当接係合し、端側周面部分６ａが雄テーパ部２の後側周面部分５ｂに当接係合して、全体が鈎形に係合した状態で連結されることになる。
【００１８】
なお、以上の形態では、雄テーパ部２がスリット８を介して圧入時の弾性縮小を吸収する構造とした。しかし、図３の上側の拡大図に示したように端側周面部分５ａと後側周面部分５ｂとの段差寸法ｄ（や端側周面部分６ａと後側周面部分６ｂとの段差寸法ｄ）が小さい場合には、鋼管１そのものの弾性範囲で圧入作用を行うことが可能であるため、スリット８を省略してもよい。すなわち、この構造では、前記段差寸法ｄが大きければ、結合後の引抜き抵抗は大きいが、圧入時の荷重が大きく、かつ鋼管１，１そのものの弾性変形範囲を越える虞があり、そのようなときには長さを調整したスリット８が適宜に付設されることになる。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明の有用性を実施例により明らかにする。この実施例では、直径２１６ｍｍ、肉厚６ｍｍ、長さ２００ｍｍの鋼管１，１を用い、各鋼管端部を図４に示した形状に形成した。すなわち、（ａ）の鋼管１，１同士は、先端部３０mmの内外周に直線状の外径小部（雄側外径小部）及び内径大部（雌側内径大部）を形成したものである。（ｂ）の鋼管１，１同士は、雄テーパ部と雌テーパ部とが逆テーパにより引張り力を確保するようにしたものである。（ｃ）の鋼管１，１同士は、本発明の構造であって、端側周面部分５ａ（６ａ）と後側周面部分５ｂ（６ｂ）との段差寸法ｄ＝０．５mmとし、雄・雌テーパ部２，３ともにスリット８を設けない形態である。（ｄ）の鋼管１，１同士は、本発明の構造であって、端側周面部分５ａ（６ａ）と後側周面部分５ｂ（６ｂ）との段差寸法ｄ＝１．０mmとし、かつ、雄テーパ部２のみにスリット８を設けた形態である。
【００２０】
実施例では、上記（ａ）〜（ｄ）のサンプルを用意し、それぞれの雌側を下鋼管、雄側を上鋼管として、圧入時の最大圧縮力、圧入後の最大引張り力を測定した。測定手順は次の通りである。
【００２１】
ア）下鋼管、上鋼管を載荷装置にセットする。そして、上鋼管には、載荷装置に設けたロードセルにより荷重を計測しつつ徐々に圧縮力を加える。また、上鋼管の雄側が下鋼管の雌側に完全に圧入係合されたら、上鋼管に対する荷重を徐々に除荷する。
イ）連結した両鋼管を載荷装置から一旦外し、引張り用の鋼棒の一端を鋼管側に装着し、他端を載荷装置に装着する。そして、荷重を計測しつつ徐々に引張り力を載荷する。また、継手部分がはずれた時点を測定終了とし、終了後は各鋼管を載荷装置から外す。この測定結果を以下の表１に示す。
【００２２】
（表１）
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【００２３】
表１からは次のことが分かる。本発明の範囲外である（ａ），（ｂ）のものでは圧入時の圧縮力と圧入後の引張り力とも同等か、或いは引張り力の方が小さい。これに対し、本発明の（ｃ）のものでは引張り力が圧縮力の約２倍、（ｄ）では引張り力が圧縮力の約５倍となり、引抜きに対する抵抗がかなり大きくなる。換言すると、本発明の継手構造では、例えば、（ｂ）の逆テーパ部同士の圧入係合に比べて、最大圧縮力が大きくとも２倍程度に抑えられると共に、最大引張力が約４倍〜６倍大も増大されるため、鋼管矢板等の継手に要求されるはめ込み易く、抜け難いという相反する特性を充足できる。
【００２４】
また、試験では、以上の圧縮及び引張り試験と平行して（ｃ）のタイプについて、鉛直荷重と相対変位及び、鉛直荷重と周方向ひずみについて測定した。図５と図６はその結果をプロットしたものである。
【００２５】
鉛直荷重に対する相対変位は、縦横のひずみゲージを上鋼管及び下鋼管の表裏に貼付け、圧入係合時におけるひずみ量を計測したものであり、その結果、上鋼管と下鋼管との相対変位の履歴（Ｈ１・・・表側，Ｈ２・・・裏側）は図５に示す特性を示した。すなわち、図５及び表１から圧入係合時の最大荷重は４２ＫＮであり、これは上鋼管が下鋼管を拡開するときに必要な荷重であることが理解される。またこれ以上の荷重が加わっても相対変位は生じない。
【００２６】
鉛直荷重に対する周方向ひずみは、下鋼管の継手部分における表裏に水平方向計測用のひずみゲージを貼付け、圧入係合時における円周方向の伸びの履歴（Ｂ１Ｘ・・・表側、Ｂ２Ｘ・・・裏側）を計測したものであり、その結果、図６に示す特性を示した。図６の特性図から、上鋼管が下鋼管に収った時には下鋼管の円周方向ひずみＢ１Ｘは１４００μから１０００μに減少し、その後円周方向の伸びは変化せず、荷重のみが増加していることが分る。これにより、上鋼管が下鋼管に係合されるときに約４００μの円周方向の伸びが発生し、この伸びが上鋼管を圧入するときの伸びに相当している。また、圧入状態での円周方向のひずみは平均で１１００μであり、下鋼管にフープテンションが作用し、上鋼管を押える効果を与える。したがって、圧入時の荷重が少ないにも関わらず引張りに強い本発明の（ｃ）タイプ、（ｄ）タイプの形状が有利であることが確認された。
【００２７】
なお、以上の形態及び実施例は本発明を何ら制約するものではない。本発明の継手構造は、請求項１で特定される技術要素を備えておればよく、細部は必要に応じて種々変更可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を適用した鋼管同士の継手部分を破断して示す要部斜視図である。
【図２】図１（ａ）の作動を示す要部作動図である。
【図３】図１（ｂ）の要部構造を示す模式断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は実施例の継手部分を示す部分断面図である。
【図５】鉛直荷重と相対変位の関係を示すグラフである。
【図６】鉛直荷重と周方向ひずみの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１…鋼管
２…雄テーパ部
３…雌テーパ部
４…ストッパ段部
５ａ，６ａ…端側周面部分
６ａ，６ｂ…後側周面部分
８…スリット
ｄ…段差寸法
【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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