(57)【要約】      （修正有）【課題】上下に配置された鋼管杭を裏当てリングを介して突合せ溶接する際に、従来に比べて均一なルート間隔を確保することによって好適な溶接部を実現することが可能な鋼管杭の溶接方法を提供する。【解決手段】外周面にルート間隔保持用の突起１２を有する裏当てリング１０を介して上下に配置された鋼管杭１５、１６を突合せ溶接する方法であって、裏当てリング１０の外周面と下側鋼管杭１６の内周面の間の隙間Ｌ（ｍｍ）、突起１２の円相当直径ｄ（ｍｍ）、突起１２の個数ｎ（個）、及び裏当てリング１０の厚みｔ（ｍｍ）を、８４≦ｄ２．８×ｔ×ｎ／Ｌ２．０の範囲で決定して裏当てリング１０を下側鋼管杭１６の上端部に設置する。ただし、３．０≦ｔ≦１０．１≦ｄ≦１０．３≦ｎ。【選択図】図１
2019094691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にルート間隔保持用の突起を有する裏当てリングを介して上下に配置された鋼管杭を突合せ溶接する方法であって、
前記裏当てリングの外周面と下側鋼管杭の内周面の間の隙間Ｌ（ｍｍ）、前記突起の円相当直径ｄ（ｍｍ）、前記突起の個数ｎ（個）、及び前記裏当てリングの厚みｔ（ｍｍ）を（１）式の範囲で決定して該裏当てリングを下側鋼管杭の上端部に設置することを特徴とする鋼管杭の溶接方法。
８４≦ｄ２．８×ｔ×ｎ／Ｌ２．０          （１）
ただし、３．０≦ｔ≦１０、１≦ｄ≦１０、３≦ｎ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管杭の溶接方法に関し、詳細には、上下に配置された鋼管杭を裏当てリングを介して突合せ溶接する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上下に配置された鋼管杭の端面同士を突合せ溶接する際に、端面間の隙間（ルート間隔）を一定の間隔に保持し、溶接時の溶接金属が鋼管杭の内側に脱落しないようにすることが溶接品質を確保するうえで重要である。
ルート間隔が均一でない場合、溶接時の溶け込み（鋼管杭端部への溶接金属の溶け込み）が一定とならず溶け込み不良による溶接欠陥となる場合がある。因って、鋼管杭全周に亘ってルート間隔を均一にする必要がある。また、溶融した溶接金属がルートギャップ部を通過して鋼管杭の内側に脱落すると、鋼管杭端面間の開先に溶接金属が充填されなくなるため、溶接部の強度が著しく低下する。そのため、上下に配置された鋼管杭の突合せ溶接では裏当てリングを用いることが多い。
【０００３】
上述したルート間隔の均一化や溶接金属の脱落防止を目的として、ルート間隔を均一化する機能を持たせた裏当てリングが開示されている。
例えば、特許文献１には、リング本体に取り付けられ、リング本体の軸方向中央部から外側へ放射状に突出すると共に、ハンマー打撃等による衝撃によってリング本体から分離されるように、それぞれの基端部に切り込みが設けられた複数本の細棒を有する裏当てリングが開示されている。
また、特許文献２には、裏当てリングに予め複数の孔を設けておき、現地溶接時に金属線（棒）を孔に挿通して、上下に配置された鋼管杭を突合せ溶接する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平６−８６８８５号公報
【特許文献２】特開２００５−２８２０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献２記載の技術によれば、鋼管杭周方向のルート間隔のバラツキ抑制に関して一定の効果を得ることができる。しかし、現地溶接時にルート間隔が均一にならない場合が見られ、更なる改善が望まれている。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、上下に配置された鋼管杭を裏当てリングを介して突合せ溶接する際に、従来に比べて均一なルート間隔を確保することによって好適な溶接部を実現することが可能な鋼管杭の溶接方法を提供することを目的とする。
【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、外周面にルート間隔保持用の突起を有する裏当てリングを介して上下に配置された鋼管杭を突合せ溶接する方法であって、
前記裏当てリングの外周面と下側鋼管杭の内周面の間の隙間Ｌ（ｍｍ）、前記突起の円相当直径ｄ（ｍｍ）、前記突起の個数ｎ（個）、及び前記裏当てリングの厚みｔ（ｍｍ）を（１）式の範囲で決定して該裏当てリングを下側鋼管杭の上端部に設置することを特徴としている。
８４≦ｄ２．８×ｔ×ｎ／Ｌ２．０          （１）
ただし、３．０≦ｔ≦１０、１≦ｄ≦１０、３≦ｎ
【０００８】
本発明者らは、現地施工において上側鋼管杭を下降させて上下鋼管杭を突き合わせる際に、上側鋼管杭が裏当てリングに接触衝突した場合、ルート間隔が均一にならないという問題を発見した。そして、上記問題を解決するため鋭意検討した結果、（１）式を満足すれば、上側鋼管杭が裏当てリングに接触衝突しても突起が変形せずルート間隔を均一に保てることに想到した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る鋼管杭の溶接方法では、上側鋼管杭が裏当てリングに接触衝突しても、突起が変形せずルート間隔を均一に保てるように、裏当てリングの外周面と下側鋼管杭の内周面の間の隙間、突起の円相当直径、突起の個数、及び裏当てリングの厚みを設定するので、従来に比べて均一なルート間隔を確保して好適な溶接部を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（Ａ）は上側鋼管杭、裏当てリング、下側鋼管杭の各斜視図、（Ｂ）は裏当てリングを介して上側鋼管杭を下側鋼管杭上に設置した状態の斜視図である。
【図２】上側鋼管杭を下降させて上下鋼管杭を突き合わせる際に発生する問題を説明するための模式図であって、（Ａ）は鉛直方向の接触衝突が生じた場合、（Ｂ）は水平方向の接触衝突が生じた場合をそれぞれ示している。
【図３】ルート間隔の測定方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
【００１２】
上側鋼管杭１５と下側鋼管杭１６を突合せ溶接する際に使用する裏当てリング１０は、図１（Ａ）に示すように、円筒状のリング本体１１と、リング本体１１の中心軸と直交する仮想平面内で、前記中心軸を中心としてリング本体１１の外周面から放射状に突出し、ルート間隔を保持する棒状の突起１２とから構成されている。
【００１３】
上側鋼管杭１５と下側鋼管杭１６を突合せ溶接する際には、下側鋼管杭１６の上端部に裏当てリング１０を挿入し、裏当てリング１０の突起１２を下側鋼管杭１６の上端面上に載置する（図１（Ａ）参照）。その際、裏当てリング１０の外周面と下側鋼管杭１６の内周面の間の隙間Ｌが均一になるように留意する。次いで、上側鋼管杭１５を下降させ、裏当てリング１０を上側鋼管杭１５の下端部に挿入して突起１２上に上側鋼管杭１５を載置し、ルートギャップ部１３の溶接を行う（図１（Ｂ）参照）。
【００１４】
前述したように、本発明者らは、上記作業において上側鋼管杭１５が裏当てリング１０に接触衝突した場合、ルート間隔が均一にならないという知見を得ている。
【００１５】
上側鋼管杭１５と裏当てリング１０の中心軸がずれている状態で上側鋼管杭１５を下降させ、上側鋼管杭１５が裏当てリング１０に接触衝突した場合、裏当てリング１０に偏心力が作用することによって一部の突起１２に曲がりが発生する（図２（Ａ）参照）。
また、上側鋼管杭１５を水平方向に移動させる際に、上側鋼管杭１５が裏当てリング１０に接触衝突した場合、リング本体１１の局部的な曲げ変形に伴って、水平だった突起１２が上方に傾く形態に変形する（図２（Ｂ）参照）。
【００１６】
鋼管杭１５、１６の中心軸に対する突起１２の水平性の悪化（傾き）若しくは突起１２の曲がりによって、確保されるルート間隔に鋼管杭周方向のバラツキが発生する。その結果、鋼管杭周方向のルート間隔を一定に保つことができなくなる。そのため、ルート間隔が実質的に一定となる範囲で、突起１２の傾き及び曲がりを抑制する必要がある。
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明の一実施の形態に係る鋼管杭の溶接方法では、裏当てリング１０の外周面と下側鋼管杭１６の内周面の間の隙間Ｌ（ｍｍ）、突起１２の円相当直径ｄ（ｍｍ）、突起１２の個数ｎ（個）、及び裏当てリング１０の厚みｔ（ｍｍ）を（２）式の範囲で決定して裏当てリング１０を下側鋼管杭１６の上端部に設置する。
８４≦ｄ２．８×ｔ×ｎ／Ｌ２．０          （２）
ただし、３．０≦ｔ≦１０、１≦ｄ≦１０、３≦ｎ
【００１８】
本発明者らは、突起１２の傾きや曲がりには、隙間Ｌ、突起１２の円相当直径ｄ、突起１２の個数ｎ、及び裏当てリング１０の厚みｔが関係するものと考えた。特に、突起１２の傾きにはｔ、突起の曲がりにはｄ及びＬ、これらにかかわる荷重の負荷分散にはｎが関連するものと考えた。そこで、Ｌ、ｄ、ｎ、ｔをパラメータとする式を構成し、上側鋼管杭１５の接触衝突に耐え得るように、各パラメータの係数及び指数を決定した。
【００１９】
突起１２には棒鋼が一般に用いられる。棒鋼の断面としては、円以外に多角形、正方形（縦横比１）、矩形（例えば縦横比が０．７以上）等が存在する。本発明では、これら棒鋼を一義的に扱うため円相当直径を用いた。
突起１２の円相当直径ｄが増加するにつれて突起１２自体の変形も抑制される。
なお、溶接品質を確保するうえで、ルート間隔として１０ｍｍ超を設定することが通常無いため、円相当直径ｄの上限値は１０ｍｍとした。一方、円相当直径ｄの下限値１ｍｍは、通常用いられるルート間隔の最低値である。
【００２０】
また、突起１２の個数ｎが増加するにつれて突起１２自体の曲げ変形が抑制される。
突起１２の個数ｎが２個の場合、上下鋼管杭１５、１６の突合せが安定しないため、突起１２の個数ｎは３以上としている。
【００２１】
突起１２の曲げ変形が抑制できても、裏当てリング１０に対する水平性が悪化し、裏当てリング１０の中心軸に対して裏当てリング１０が傾斜する（傾く）と、ルート間隔が拡大する。
裏当てリング１０の傾斜は、突起１２の基端部が接合されている裏当てリング１０の局所的な変形に起因する。裏当てリング１０の局所的な変形を抑制するためには、一定の厚みｔを有する裏当てリング１０が必要となる。裏当てリング１０の厚みｔの増加につれて裏当てリング１０の局所的な変形が抑制され、突起１２の水平性が維持される。
【００２２】
上下鋼管杭１５、１６の突合せ溶接時に発生する溶融した溶接金属を裏当てリング１０によって溶接部に残留させて、溶融した溶接金属が溶接部から脱落するのを防止する必要がある。本発明者らの知見では、裏当てリング１０の厚さｔは３．０ｍｍ以上必要である。一方、裏当てリング１０の厚みｔが厚すぎると、裏当てリング１０の荷重が増大し、現場施工における搬送性が悪くなる。そのため、裏当てリング１０の厚さｔの上限は１０ｍｍとした。なお、厚みｔの上限としては６ｍｍがより好適である。
【００２３】
裏当てリング１０の外周面と下側鋼管杭１６の内周面の間の隙間Ｌの増大は、突起１２を支持する下側鋼管杭１６の上端面から突起１２基端部までの距離が増大することであり、突起１２に発生する曲がりが大きくなる要因となる。従って、隙間Ｌを減少させることにより突起１２自体の曲げ変形を抑制する。
【００２４】
以上、本発明の一実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
【実施例】
【００２５】
本発明の効果について検証するために実施した数値シミュレーション結果の一覧を表１に示す。なお、溶接性評価は、実施工（ＧＭＡＷ、ＳＭＡＷ（いわゆる手溶接））における評価結果に基づいており、一部のケースについて実施した。
【００２６】
数値シミュレーションにおける鋼管杭には、鋼管杭として一般に用いられるものの一つである、外径１２００ｍｍ、厚み２５ｍｍ、長さ３００００ｍｍのサイズのものを使用した。
裏当てリングの中心軸方向に鉛直衝撃力を作用させた場合と、裏当てリングの上部に水平衝撃力を作用させた場合について、それぞれ数値計算を実施した。そして、突起の変形量が大きかったほうを採用し本発明の効果について検証した。
【００２７】
ルート間隔の評価では、図３に示すように、上下の鉛直方向から突起を平板で挟み、平板同士のギャップから突起直径を引いた値（≒変形代）を各突起について算出し、最大値から最小値を引いた値が２ｍｍ超のとき××、１ｍｍ超２ｍｍ以下のとき×、１ｍｍ以下のとき○とした。
また、溶接性評価では、実用可能な場合を○、実用上適さない場合を×とした。
【００２８】
【表１】
2019094691.tif 000003
【００２９】
数値シミュレーションにより判明したことを以下に列記する。
・実施例１〜８は、突起の変形代が１ｍｍ以下であった。
・比較例１は請求項記載の（１）式を充足しないケースであり、突起の変形代が２ｍｍ超となった。
・比較例２は請求項記載の（１）式を充足するが、裏当てリングの厚みが３．０ｍｍ未満のケースである。突起の変形代は適正範囲となったが、実施工では裏当てリングの溶け落ち発生頻度が高めとなるため採用し難い。
・比較例３は請求項記載の（１）式をわずかに充足しないケースであるため、突起の変形代は２ｍｍ以下であったが、１ｍｍ超となってしまった。
【００３０】
なお、実施例１（突起直径５ｍｍ）と比較例３（突起直径４ｍｍ）の溶接時間を比較すると、実施例１のルート間隔のほうが１ｍｍ大きい（実施例１は溶接パス数が１パス多い）にもかかわらず、比較例３は、実施例１に比べて２割程度溶接時間が余分にかかっている。これは、比較例３では、ルートギャップ部への溶接金属の未充填が一部に発生したため、溶接パスを１パス追加する作業が必要となったためである。
【符号の説明】
【００３１】
１０：裏当てリング、１１：リング本体、１２：突起、１３：ルートギャップ部、１５：上側鋼管杭、１６：下側鋼管杭
【図１】
2019094691.tif 000004
【図２】
2019094691.tif 000005
【図３】
2019094691.tif 000006