(57)【要約】【課題】鋼管同士を施工性よく強固に接合できる鋼管接合構造を実現する。【解決手段】接合対象の鋼管１０の端部を対向させて配置し、対向する鋼管１０の端部（フランジ部１１）を内部に収容するように収容体２０を設置し、その収容体２０の内部空間Ｓに充填材３０を充填することで鋼管接合構造１００を施工性よく構築でき、鋼管１０同士を施工性よく接合することができる。特に、この鋼管接合構造１００において対向する鋼管１０が離間する方向に引かれるような張力が作用した場合、鋼管１０のフランジ部１１と収容体２０の内壁面との間の充填材３０に圧縮力が作用するコンファインド効果により充填材の耐力が高まることで鋼管１０が拘束されるので、この鋼管接合構造１００によって対向する鋼管１０を強固に接合することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する鋼管の端部同士を接合してなる鋼管接合構造であって、
前記鋼管の端部にはフランジ部が形成されており、
前記対向する鋼管の端部を内部空間に前記フランジ部を含んだ形態で収容する収容体と、
前記収容体の内部空間を満たすように充填され、前記鋼管の端部の表面を覆う充填材と、
を備えたことを特徴とする鋼管接合構造。
【請求項２】
前記充填材は、膨張モルタルであることを特徴とする請求項１に記載の鋼管接合構造。
【請求項３】
前記収容体は、少なくとも２つのセグメント鋼管部材が締結部材によって結合された構造を有しており、
前記内部空間に前記充填材が充填された状態で前記締結部材が締め付けられることで、前記内部空間が収縮されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼管接合構造。
【請求項４】
前記収容体は、前記鋼管を中心にして配置されその鋼管の外周面との間に空間を形成する筒部と、前記筒部の両端に設けられ当該筒部と前記鋼管の外周面との間を塞ぐ蓋状部と、を有しており、
前記蓋状部は、前記鋼管の軸方向に凸状に膨らんだ形状又は凹状に凹んだ形状を呈していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼管接合構造。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管同士を施工性よく接合できる鋼管接合構造に係り、例えば対向配置された既設の構造物の間に施工性よく構築できる鋼管接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼管同士を長手方向に接合する手法として、鋼管端部に形成された雄ネジ継手部と雌ネジ継手部とを結合させるねじ式の接合方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、鋼管端部に形成されたフランジ部を突き合わせ、その突き合わせたフランジ部をカップリング部材で締結する接合方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−６０６５２号公報
【特許文献２】特開２００１−３４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の接合方法の場合、雄ネジ継手部と雌ネジ継手部の肉厚が薄いことに起因する接合部分の強度に関する問題や、そのネジ部が錆び付いてしまっていると接合することが困難になるという問題があった。
また、上記特許文献２の接合方法の場合、対向するフランジ部を現場で突き合わせる位置合わせ作業が困難なことがあり、特にフランジ部の突き合わせ面を現場で好適に密接させる調整が困難なことがあるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、鋼管同士を施工性よく強固に接合できる鋼管接合構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この発明は、
対向する鋼管の端部同士を接合してなる鋼管接合構造であって、
前記鋼管の端部にはフランジ部が形成されており、
前記対向する鋼管の端部を内部空間に前記フランジ部を含んだ形態で収容する収容体と、
前記収容体の内部空間を満たすように充填され、前記鋼管の端部の表面を覆う充填材と、
を備えるようにした。
なお、鋼管の端部は閉塞されているものとする。
【０００７】
かかる構成の鋼管接合構造は、接合対象の鋼管の端部を対向させて配置し、対向する鋼管の端部をその端部のフランジ部を含んで内部に収容するように収容体を設置し、その収容体の内部空間に充填材を充填することで構築することができる。
特に、対向する鋼管の端部（フランジ部）を現場で突き合わせ、その突き合わせた端面を密接させるような調整作業を行うことなく鋼管接合構造を構築することで対向する鋼管同士を接合できるので、施工性よく鋼管を接合することができる。
そして、例えば、この鋼管接合構造において対向する鋼管が離間する方向に引かれるような張力が作用した場合、鋼管のフランジ部と収容体の内壁面との間の充填材に圧縮力が作用するコンファインド効果により充填材の耐力が高まることで鋼管が拘束されるので、この鋼管接合構造によって対向する鋼管を強固に接合することができる。
つまり、この鋼管接合構造であれば、対向する鋼管を施工性よく強固に接合することができる。
【０００８】
また、望ましくは、
前記充填材は、膨張モルタルであるようにする。
【０００９】
収容体の内部空間に充填材として膨張モルタルを充填すると、その膨張モルタルが固化する際に膨張する。
収容体の内部空間に充填された充填材が膨張すると、その膨張圧に抗する収容体によって充填材が圧縮されるようになり、充填材に圧縮力が作用したことによるコンファインド効果により充填材の耐力が高まることで鋼管が拘束されるので、対向する鋼管を強固に接合することができる。
【００１０】
また、望ましくは、
前記収容体は、少なくとも２つのセグメント鋼管部材が締結部材によって結合された構造を有しており、
前記内部空間に前記充填材が充填された状態で前記締結部材が締め付けられることで、前記内部空間が収縮されるように構成されているようにする。 
なお、セグメント鋼管部材は、収容体が２分割された形態であっても、３分割された形態などであってもよく、その分割数は任意である。
【００１１】
収容体の内部空間に充填材が充填された状態でその内部空間が収縮されると、充填材が圧縮されるようになり、充填材に圧縮力が作用したことによるコンファインド効果により充填材の耐力が高まることで対向する鋼管が拘束されるので、対向する鋼管を強固に接合することができる。
【００１２】
また、望ましくは、
前記収容体は、前記鋼管を中心にして配置されその鋼管の外周面との間に空間を形成する筒部と、前記筒部の両端に設けられ当該筒部と前記鋼管の外周面との間を塞ぐ蓋状部と、を有しており、
前記蓋状部は、前記鋼管の軸方向に凸状に膨らんだ形状又は凹状に凹んだ形状を呈しているようにする。
【００１３】
例えば、蓋状部が外側に凸に膨らんだ形状を有している収容体の内部空間に充填材が加圧充填されると、収容体が充填材を鋼管に向けて圧密する圧縮力が作用する。その圧縮力が充填材に作用したことによるコンファインド効果により充填材の耐力が高まることで対向する鋼管が拘束されるので、対向する鋼管を強固に接合することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、鋼管同士を施工性よく強固に接合できる鋼管接合構造が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１の鋼管接合構造を示す正面図（ａ）と、側面図（ｂ）である。
【図２】実施形態１の鋼管接合構造を一部断面視して示す正面図（ａ）と、側面図（ｂ）である。
【図３】実施形態２の鋼管接合構造を一部断面視して示す正面図である。
【図４】実施形態３の鋼管接合構造を一部断面視して示す側面図である。
【図５】実施形態４の鋼管接合構造を一部断面視して示す正面図である。
【図６】鋼管接合構造からなる補強構造体によって補強された橋梁を示す断面図であり、レールに垂直な断面図（ａ）と、レールに平行な断面図（ｂ）である。
【図７】鋼管接合構造からなる補強構造体によって補強された橋梁を示す断面図であり、レールに垂直な断面図（ａ）と、レールに平行な断面図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係る鋼管接合構造の実施形態について詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
本実施形態の鋼管接合構造は、鋼管同士を長手方向に接合する場合に、対向する鋼管の端部同士が接していない状態でもそれらを強固に接合できる技術を実現したものである。
【００１７】
（実施形態１）
実施形態１の鋼管接合構造１００は、例えば、図１（ａ）（ｂ）、図２（ａ）（ｂ）に示すように、その端部にフランジ部１１が形成されている鋼管１０同士が接合されてなる接合構造であり、対向する鋼管１０の端部（フランジ部１１）を内部空間Ｓに収容する収容体２０と、収容体２０の内部空間Ｓを満たすように充填され、鋼管１０の端部表面を覆う充填材３０等を備えている。
【００１８】
鋼管１０は、鋼製の管状部材であり、その端部には鋼管１０の外周面から外方に張り出した鍔状のフランジ部１１が設けられている。
なお、フランジ部１１が設けられている鋼管端部の開口は、閉栓部材１２で塞がれている。
【００１９】
収容体２０は、例えば、２つの半割外鋼管２１が締結部材２２によって結合された構造を有している。
この半割外鋼管２１は、セグメント鋼管部材である。また、締結部材２２は、ボルトとナットで構成されている。
２つの半割外鋼管２１が結合されてなる収容体２０は、鋼管１０を軸心にしてその鋼管１０との間に空間（内部空間Ｓ）を形成する筒部２０ａと、筒部２０ａと鋼管１０の外周面との間を塞ぐ蓋状部２０ｂと、締結部材２２が取り付けられる縁部２０ｃとを有している。
なお、この収容体２０には、内部空間Ｓに充填材３０を充填するための逆止弁付注入口（図示省略）と、その充填時に内部空間Ｓから空気を逃がすための逆止弁付脱気口（図示省略）が設けられている。
【００２０】
充填材３０は、例えばモルタルなどのグラウトからなり、収容体２０の内部空間Ｓに充填された後に固化し、フランジ部１１を含む鋼管１０の端部表面を覆うようになっている。
【００２１】
このような構成の鋼管接合構造１００は、接合対象の鋼管１０の端部を対向させて配置し、対向する鋼管１０の端部（フランジ部１１）に２つの半割外鋼管２１を被せるようにして収容体２０を設置し、その収容体２０の内部空間Ｓに充填材３０を充填することで構築することができる。
特に、対向する鋼管１０の端部（フランジ部１１）を現場で突き合わせ、その突き合わせた端面を密接させるような調整作業を行うことなく鋼管接合構造１００を構築することで鋼管１０同士を接合できるので、鋼管１０同士を施工性よく接合することができる。
【００２２】
このように構築された鋼管接合構造１００によれば、例えば、図２（ａ）に示すように、対向する鋼管１０が離間する方向に引かれるような張力が作用した場合、鋼管１０のフランジ部１１と収容体２０の蓋状部２０ｂとの間の充填材３０に圧縮力が作用するコンファインド効果により充填材の耐力が高まることで鋼管１０が拘束されるので、この鋼管接合構造１００によって対向する鋼管１０を強固に接合することができる。
また、対向する鋼管１０が近接する方向に押されるような押圧力が作用した場合、対向するフランジ部１１の間の充填材３０に圧縮力が作用するコンファインド効果により充填材の耐力が高まることで鋼管１０が拘束されるので、この鋼管接合構造１００によって対向する鋼管１０を強固に接合することができる。
特に、鋼管１０のフランジ部１１の端面同士が接することなく隙間が空いていても、この鋼管１０と同等以上の断面積を有する外鋼管である収容体２０によって剛性が担保されているので、この鋼管接合構造１００によって対向する鋼管１０は強固に接合されている。
【００２３】
以上のように、本実施形態１の鋼管接合構造１００であれば、鋼管１０同士を施工性よく強固に接合することができる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、充填材３０はモルタルなどの固化材料であるとしたが、それに限らず、例えば、アスファルトにフィラーを混入してなる粘弾性材料であってもよい。
所定の粘性抵抗を有する粘弾性材料からなる充填材３０であれば、充填材３０に圧縮力が作用した際のコンファインド効果で対向する鋼管１０を拘束するように、それら鋼管１０を強固に接合することができる。
【００２５】
（実施形態２）
次に、本発明に係る鋼管接合構造の実施形態２について説明する。なお、実施形態１と同一部分には同符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００２６】
実施形態２の鋼管接合構造１００では、充填材３０として膨張モルタルを用いた。
例えば、図３に示すように、収容体２０の内部空間Ｓに充填材３０として膨張モルタルを充填すると、その膨張モルタルが固化する際に膨張する。
収容体２０の内部空間Ｓに充填された充填材３０が膨張すると、その膨張圧に抗する収容体２０によって充填材３０が圧縮されるようになり、充填材３０に圧縮力が作用したことによるコンファインド効果により充填材の耐力が高まることで鋼管１０が拘束されるようになる。
このような膨張モルタルによるコンファインド効果によって対向する鋼管１０が拘束されるので、実施形態２の鋼管接合構造１００によっても対向する鋼管１０を施工性よく強固に接合することができる。
【００２７】
（実施形態３）
次に、本発明に係る鋼管接合構造の実施形態３について説明する。なお、実施形態１と同一部分には同符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００２８】
実施形態３の鋼管接合構造１００における収容体２０には、例えば、図４に示すように、対を成す半割外鋼管２１の間を繋ぐ伸縮目地２３が設けられている。
伸縮目地２３は、例えば、ゴム製の帯状部材であり、対を成す半割外鋼管２１の間に接着されている。
【００２９】
そして、対を成す半割外鋼管２１からなる収容体２０の内部空間Ｓに充填材３０を充填すると伸縮目地２３が伸長し、その２つの半割外鋼管２１の間に隙間が生じる。
その２つの半割外鋼管２１の間の隙間を閉じるように締結部材２２を締め付け、収容体２０の内部空間Ｓを収縮することで、実施形態３の鋼管接合構造１００が構築される。
【００３０】
このように、収容体２０の内部空間Ｓに充填材３０が充填された状態でその内部空間Ｓが収縮されると、充填材３０が圧縮されるようになり、充填材３０に圧縮力が作用したことによるコンファインド効果により充填材の耐力が高まることで対向する鋼管１０が拘束されるようになる。
このような手順で構築された鋼管接合構造１００であれば、コンファインド効果によって対向する鋼管１０が拘束されるので、実施形態３の鋼管接合構造１００によっても対向する鋼管１０を施工性よく強固に接合することができる。
【００３１】
（実施形態４）
次に、本発明に係る鋼管接合構造の実施形態４について説明する。なお、実施形態１と同一部分には同符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００３２】
実施形態４の鋼管接合構造１００における収容体２０の蓋状部２０ｂは、例えば、図５に示すように、鋼管１０の軸方向に凸状に膨らんだ形状を有している。
また、この収容体２０の内部空間Ｓに充填材３０を充填する際、注入圧をかけて加圧充填することが好ましい。なお、ポンプを用いて充填材３０を充填する場合、そのポンプの注入圧がかかるようになっている。
【００３３】
蓋状部２０ｂが外側に凸に膨らんだ形状を有している収容体２０の内部空間Ｓに充填材３０が加圧充填されると、収容体２０が充填材３０を鋼管１０に向けて圧密する圧縮力が作用するので、充填材３０に圧縮力が作用したことによるコンファインド効果により充填材の耐力が高まることで対向する鋼管１０が拘束されるようになる。
【００３４】
このような実施形態４の鋼管接合構造１００であっても、コンファインド効果によって対向する鋼管１０が拘束されるので、対向する鋼管１０を施工性よく強固に接合することができる。
なお、ここでは、蓋状部２０ｂが外側に凸に膨らんだ形状を有している収容体２０の例に説明したが、蓋状部２０ｂが鋼管１０の軸方向に凹状に凹んだ形状（内側に凹んだ形状）を有している収容体２０であってもよい。
【００３５】
以上のように、本実施形態の鋼管接合構造１００であれば、対向する鋼管１０を施工性よく強固に接合することができる。
【００３６】
次に、本実施形態の鋼管接合構造１００を、対向配置された支持構造物の間に架け渡されている主桁を補強するための補強構造体に適用した使用例について説明する。
【００３７】
例えば、図６（ａ）（ｂ）に示す橋梁は、対向配置された支持構造物である橋脚１と、橋脚１の間に架け渡されている互いに平行な複数（本実施形態では４本）の主桁２を備えている。なお、主桁２は支承３を介して橋脚１上に設置されている。この支承３は、例えばゴム支承である。
複数（４本）の主桁２の両端部には、主桁２と交差する方向に延在して隣り合う主桁２同士を連結した端横桁４が設けられている。端横桁４は主桁２と一体に成型されている。
また、複数（４本）の主桁２における橋脚１間に相当する箇所には、主桁２と交差する方向に延在して隣り合う主桁２同士を連結した中間横桁５が設けられている。中間横桁５は主桁２と一体に成型されている。
この主桁２は、主桁２の上部に固定された床版６を支持しており、その床版６の上には、路盤コンクリート７と軌道スラブ８を介してレール９が敷設されて鉄道用の軌道が設けられている。
【００３８】
このような橋梁の主桁２を補強するための補強構造体を端横桁４と中間横桁５の間に構築するのに、本実施形態の鋼管接合構造１００の技術を適用した。ここでは、径間中央に一本の中間横桁５が設けられているので、一方の端横桁４と中間横桁５の間と、他方の端横桁４と中間横桁５の間にそれぞれ補強構造体を構築した。
【００３９】
具体的には、図６（ａ）（ｂ）に示すように、端横桁４と中間横桁５の壁面にベースプレート１５とアンカーを介して第１鋼管１０ａを設置し、その第１鋼管１０ａの間に第２鋼管１０ｂを配置して、対向する第１鋼管１０ａの端部と第２鋼管１０ｂの端部に被せるように収容体２０を設置し、その収容体２０の内部に充填材３０を充填するように鋼管接合構造１００を構築して、鋼管接合構造１００からなる補強構造体を構築した。
なお、第１鋼管１０ａの端部と第２鋼管１０ｂの端部にはフランジ部１１（図１、図２参照）が形成されている。
【００４０】
そして、本実施形態の鋼管接合構造１００は、対向する鋼管１０の端部（フランジ部１１）の端面を密接させるような調整作業を行うことなく、鋼管１０同士を接合できる技術であるので、既設の端横桁４と中間横桁５の間で施工性よく鋼管接合構造１００を構築するように、補強構造体を構築できる。
つまり、既設の端横桁４と中間横桁５の間の寸法に応じた長さの第１鋼管１０ａや第２鋼管１０ｂを製造し、それら鋼管の端部（フランジ部１１）の端面を密接させて接合するような高い精度が求められる施工によって補強構造体を構築するのに比べ、本実施形態の鋼管接合構造１００の技術を適用した補強構造体であれば、対向配置された既設の端横桁４と中間横桁５の間に施工性よく構築できる。
【００４１】
特に、本実施形態の鋼管接合構造１００では、コンファインド効果に起因する充填材３０の耐力向上よって、対向する第１鋼管１０ａと第２鋼管１０ｂが拘束されて強固に接合されているので、鋼管が本来持っている剛性が低下していないため、鋼管接合構造１００からなる補強構造体の剛性は高く、主桁２に沿う向きの補強構造体を端横桁４と中間横桁５の間に設置することで、鋼管接合構造１００からなる補強構造体によって主桁２にかかる荷重を支えるようにして、主桁２を補強することができる。
なお、第１鋼管１０ａと第２鋼管１０ｂのフランジ面同士が接することなく、間が空いていても、この鋼管と同等以上の断面積を有する外鋼管である収容体２０によって、剛性が担保されている。
【００４２】
また、図７（ａ）（ｂ）に示すように、補強構造体としての鋼管接合構造１００の第２鋼管１０ｂと床版６とを接続している応力伝達部材１６を備えてもよい。ここでは、鋼管からなる３つの応力伝達部材１６が設けられている。なお、応力伝達部材１６の上端部には、応力伝達部材１６を床版６に接続するための接続部が設けられている。
このような応力伝達部材１６を備えた補強構造体（鋼管接合構造１００）であれば、より好適に主桁２の剛性を高め、主桁２を補強することができる。
【００４３】
このように、本実施形態の鋼管接合構造１００を適用した補強構造体は、既設の端横桁４と中間横桁５の間に施工性よく構築でき、主桁２を好適に補強することができる。
なお、鋼管接合構造１００の技術を適用した補強構造体は、主桁２を補強するために、既設の端横桁４と中間横桁５の間に構築されるものに限らず、例えば、対向配置された既設の構造物の間に構築して、その既設の構造物が支持している任意の構造物などを補強するのに適用してもよい。
また、本実施形態では、鉄道構造物を補強するのに、鋼管接合構造１００を適用した補強構造体を構築したが、補強対象は鉄道構造物に限らず、任意の構造物を補強するのに本発明を適用してもよい。
【００４４】
なお、以上の実施の形態においては、鋼管１０の端部の外周面にフランジ部１１を設け、鋼管端部の開口を閉栓部材１２で塞いだものを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、鋼管１０の端部に鋼管１０の径よりも大きな径の円盤部材を配設して、鋼管端部の開口を塞ぐとともにフランジ部を形成するようにしてもよい。
【００４５】
また、以上の実施の形態においては、２つの半割外鋼管２１の両端部を締結部材２２で結合してなる収容体２０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、２つの半割外鋼管２１の一端部はヒンジ構造によって回動可能に繋がれており、他端部を締結部材２２で結合するようにした収容体２０であってもよい。
【００４６】
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４７】
１０    鋼管
１０ａ  第１鋼管
１０ｂ  第２鋼管
１１    フランジ部
１２    閉栓部材
２０    収容体
２０ａ  筒部
２０ｂ  蓋状部
２０ｃ  縁部
２１    半割外鋼管（セグメント鋼管部材）
２２    締結部材
２３    伸縮目地
３０    充填材
１００  鋼管接合構造
Ｓ      内部空間
１      橋脚
２      主桁
３      支承
４      端横桁
５      中間横桁
６      床版
７      路盤コンクリート
８      軌道スラブ
９      レール
【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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