(57)【要約】【課題】経済性の高い鋼管連結構造を提供する。【解決手段】外向溝のうち、荷重伝達キー７との間で引張荷重を伝達するピン継手側伝達面３２ｂに連なる第一外向角部３２ｃの曲率半径ρ３、及び内向溝４２のうち、荷重伝達キー７との間で引張荷重を伝達するボックス継手側伝達面４２ｂに連なる第一内向角部４２ｃの曲率半径ρ４よりも、外向溝のうち、ピン継手側伝達面３２ｂに対向するピン継手側非伝達面３２ｄに連なる第二外向角部３２ｅの曲率半径ρ１、及び内向溝４２のうち、ボックス継手側伝達面４２ｂに対向するボックス継手側非伝達面４２ｄに連なる第二内向角部４２ｅの曲率半径ρ２ほうが大きく構成されている。【選択図】図２
2019085866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管本体の一方の端部に設けられるピン継手と、他方の端部に設けられるボックス継手と、前記ピン継手の外周面に周設された外向溝及び前記ボックス継手の内周面に、前記外向溝に対応して周設された内向溝に跨るように配置される荷重伝達キーとが備えられた鋼管連結構造であって、
前記外向溝のうち、前記荷重伝達キーとの間で引張荷重を伝達するピン継手側伝達面に連なる第一外向角部よりも、
前記外向溝のうち、前記ピン継手側伝達面に対向するピン継手側非伝達面に連なる第二外向角部のほうが、曲率半径が大きく構成されている鋼管連結構造。
【請求項２】
鋼管本体の一方の端部に設けられるピン継手と、他方の端部に設けられるボックス継手と、前記ピン継手の外周面に周設された外向溝及び前記ボックス継手の内周面に、前記外向溝に対応して周設された内向溝に跨るように配置される荷重伝達キーとが備えられた鋼管連結構造であって、
前記内向溝のうち、前記荷重伝達キーとの間で引張荷重を伝達するボックス継手側伝達面に連なる第一内向角部よりも、
前記内向溝のうち、前記ボックス継手側伝達面に対向するボックス継手側非伝達面に連なる第二内向角部のほうが、曲率半径が大きく構成されている鋼管連結構造。
【請求項３】
前記第二外向角部は、前記内向溝のうち、前記荷重伝達キーとの間で引張荷重を伝達するボックス継手側伝達面に対向するボックス継手側非伝達面に連なる第二内向角部と同じか、より大きな曲率半径を有するように構成されている請求項１に記載の鋼管連結構造。
【請求項４】
前記外向溝のうち、前記荷重伝達キーとの間で引張荷重を伝達するピン継手側伝達面に対向するピン継手側非伝達面に連なる第二外向角部は、前記第二内向角部と同じか、より大きな曲率半径を有するように構成されている請求項２に記載の鋼管連結構造。
【請求項５】
前記第二外向角部の曲率半径ρ１〔ｍｍ〕、前記第二内向角部の曲率半径ρ２〔ｍｍ〕は、以下の数式（１）（ただし、ｔは前記荷重伝達キーの横断面における厚み〔ｍｍ〕である。）及び数式（２）（ただし、ａは前記荷重伝達キーの横断面における対角線の長さの半分の長さ〔ｍｍ〕である。）を満たすように構成されている請求項３又は４に記載の鋼管連結構造。
【数１】
2019085866.tif 000011
【数２】
2019085866.tif 000012
【請求項６】
前記荷重伝達キーは、横断面における四隅に設けられた面取りＣ〔ｍｍ〕が、以下の数式（３）を満たすように構成されている請求項５に記載の鋼管連結構造。
【数３】
2019085866.tif 000013
【請求項７】
前記荷重伝達キーは、横断面における四隅の角部に設けられた面取りＣ〔ｍｍ〕のうち、前記外向溝のうち、前記荷重伝達キーとの間で引張荷重を伝達するピン継手側伝達面に連なる第一外向角部に対向する角部の面取りＣ〔ｍｍ〕よりも、前記第二外向角部に対向する角部の面取りＣ〔ｍｍ〕のほうが大きく、かつ、前記内向溝のうち、前記荷重伝達キーとの間で引張荷重を伝達するボックス継手側伝達面に連なる第一内向角部に対向する角部の面取りＣ〔ｍｍ〕よりも、前記第二内向角部に対向する角部の面取りＣ〔ｍｍ〕のほうが大きく構成されている請求項６に記載の鋼管連結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管本体の一方の端部に設けられるピン継手と、他方の端部に設けられるボックス継手と、前記ピン継手の外周面に周設された外向溝及び前記ボックス継手の内周面に、前記外向溝に対応して周設された内向溝に跨るように配置される荷重伝達キーとが備えられた鋼管連結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、鋼管本体の一方の端部に設けられるピン継手と、他方の端部に設けられるボックス継手と、前記ピン継手の外周面に周設された外向溝及び前記ボックス継手の内周面に、前記外向溝に対応して周設された内向溝に跨るように配置される荷重伝達キーとが備えられた鋼管矢板等の縦継ぎ装置が開示されている。
【０００３】
このような縦継ぎ装置においては、ピン継手及びボックス継手の圧縮荷重は、ピン継手及びボックス継手の軸心方向における当接部、すなわちピン継手の先端部分及びボックス継手において、ピン継手の先端部分と当接する部分、並びに、ボックス継手の先端部分及びピン継手において、ボックス継手の先端部分と当接する部分によって伝達される。一方、ピン継手及びボックス継手の引張荷重は、外向溝に備えられ、荷重伝達キーと当接するピン継手側伝達面、及び、内向溝に備えられ、荷重伝達キーと当接するボックス継手側伝達面によって伝達される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３３６４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の縦継ぎ装置は、ピン継手及びボックス継手に引張荷重が加わったときに、荷重伝達キーから外向溝に加わる力や、荷重伝達キーから内向溝に加わる力によって、外向溝や内向溝の、切削加工によって直角に形成された角部において応力分布が乱れ、局所的に応力集中する。
【０００６】
鋼管連結構造において、各継手は、外向溝及び内向溝が備えられている部分において、その他の部分よりも厚みが薄いため、構造上の弱点となる。したがって、ピン継手及びボックス継手にはそれなりの厚みが要求されてしまう。
【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、経済性の高い鋼管連結構造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】
【０００８】
上述の目的を達成するための、本発明に係る鋼管連結構造の特徴構成は、鋼管本体の一方の端部に設けられるピン継手と、他方の端部に設けられるボックス継手と、前記ピン継手の外周面に周設された外向溝及び前記ボックス継手の内周面に、前記外向溝に対応して周設された内向溝に跨るように配置される荷重伝達キーとが備えられた鋼管連結構造であって、前記外向溝のうち、前記荷重伝達キーとの間で引張荷重を伝達するピン継手側伝達面に連なる第一外向角部よりも、前記外向溝のうち、前記ピン継手側伝達面に対向するピン継手側非伝達面に連なる第二外向角部のほうが、曲率半径が大きく構成されている点にある。
【０００９】
発明者らの鋭意研究の結果、荷重伝達キーによってボックス継手とピン継手とを抜け止め状態に連結するように構成された鋼管連結構造においては、ボックス継手とピン継手とが引き抜かれる方向に力がかかったときに、ピン継手においては、特に、第一外向角部よりも、第二外向角部において応力集中がおこることが判明した。そこで、応力集中がおこる第二外向角部の曲率半径を、応力集中がそれほどでもない第一外向角部の曲率半径よりも大きくすることによって、第二外向角部における応力集中を緩和させることができるようになった。
【００１０】
したがって、ピン継手は、構造上の弱点になりうる、外向溝が備えられている部分であっても、より板厚を薄くすることができる。換言すると、板厚がそのままであるときに荷重伝達キーの段数を減らすことができる。したがって、鋼管連結構造の経済性を高めることができる。
【００１１】
一方、外向溝の角部の曲率半径を大きくすると、ピン継手側伝達面と荷重伝達キーとの接触面積が狭くなり、荷重伝達キーによる荷重伝達効率が低下してしまう。
【００１２】
発明者らの鋭意研究の結果、第一外向角部は、ピン継手側伝達面に連なるにも関わらず、第二外向角部ほどの応力集中がないことが判明した。そこで、第一外向角部の曲率半径を、第二外向角部の曲率半径よりも小さくすることによって、ピン継手側伝達面における荷重伝達キーとの接触面積を確保することができるようになった。
【００１３】
上述の目的を達成するための、本発明に係る鋼管連結構造の特徴構成は、鋼管本体の一方の端部に設けられるピン継手と、他方の端部に設けられるボックス継手と、前記ピン継手の外周面に周設された外向溝及び前記ボックス継手の内周面に、前記外向溝に対応して周設された内向溝に跨るように配置される荷重伝達キーとが備えられた鋼管連結構造であって、前記内向溝のうち、前記荷重伝達キーとの間で引張荷重を伝達するボックス継手側伝達面に連なる第一内向角部よりも、前記内向溝のうち、前記ボックス継手側伝達面に対向するボックス継手側非伝達面に連なる第二内向角部のほうが、曲率半径が大きく構成されている点にある。
【００１４】
発明者らの鋭意研究の結果、荷重伝達キーによってボックス継手とピン継手とを抜け止め状態に連結するように構成された鋼管連結構造においては、ボックス継手とピン継手とが引き抜かれる方向に力がかかったときに、ボックス継手においては、特に、第一内向角部よりも、第二内向角部において応力集中がおこることが判明した。そこで、応力集中がおこる第二内向角部の曲率半径を、応力集中がそれほどでもない第一内向角部の曲率半径よりも大きくすることによって、第二内向角部における応力集中を緩和させることができるようになった。
【００１５】
したがって、ボックス継手は、構造上の弱点になりうる、内向溝が備えられている部分であっても、より板厚を薄くすることができる。換言すると、板厚がそのままであるときに荷重伝達キーの段数を減らすことができる。したがって、鋼管連結構造の経済性を高めることができる。
【００１６】
一方、内向溝の角部の曲率半径を大きくすると、ボックス継手側伝達面と荷重伝達キーとの接触面積が狭くなり、荷重伝達キーによる荷重伝達効率が低下してしまう。
【００１７】
発明者らの鋭意研究の結果、第一内向角部は、ボックス継手側伝達面に連なるにも関わらず、第二内向角部ほどの応力集中がないことが判明した。そこで、第一内向角部の曲率半径を、第二内向角部の曲率半径よりも小さくすることによって、ボックス継手側伝達面における荷重伝達キーとの接触面積を確保することができるようになった。
【００１８】
本発明においては、前記第二外向角部は、前記内向溝のうち、前記荷重伝達キーとの間で引張荷重を伝達するボックス継手側伝達面に対向するボックス継手側非伝達面に連なる第二内向角部と同じか、より大きな曲率半径を有するように構成されていると好適である。
【００１９】
荷重伝達キーは、ボックス継手側伝達面とピン継手側伝達面とに、厚みが均等となるように跨って配置される場合には、ピン継手側伝達面はボックス継手側伝達面よりも内側に位置することから、ピン継手側伝達面と荷重伝達キーとの接触面積は、ボックス継手側伝達面と荷重伝達キーとの接触面積よりも、わずかながら小さい。したがって、ピン継手の第二外向角部にかかる応力は、ボックス継手の第二内向角部にかかる応力と同じか、より大きくなり得る。そのため、ピン継手はボックス継手と同じか、より大きな厚みが必要である。
【００２０】
上述の構成によると、ピン継手の外向溝はボックス継手の内向溝と同じか、より大きな応力に耐えることができる。したがって、ピン継手の厚みをボックス継手と同様の厚みにまで薄くすることができる。
【００２１】
本発明においては、前記外向溝のうち、前記荷重伝達キーとの間で引張荷重を伝達するピン継手側伝達面に対向するピン継手側非伝達面に連なる第二外向角部は、前記第二内向角部と同じか、より大きな曲率半径を有するように構成されていると好適である。
【００２２】
荷重伝達キーは、ボックス継手側伝達面とピン継手側伝達面とに、厚みが均等となるように跨って配置される場合には、ピン継手側伝達面はボックス継手側伝達面よりも内側に位置することから、ピン継手側伝達面と荷重伝達キーとの接触面積は、ボックス継手側伝達面と荷重伝達キーとの接触面積よりも、わずかながら小さい。したがって、ピン継手の第二外向角部にかかる応力は、ボックス継手の第二内向角部にかかる応力と同じか、より大きくなり得る。そのため、ピン継手はボックス継手と同じか、より大きな厚みが必要である。
【００２３】
上述の構成によると、ピン継手の外向溝はボックス継手の内向溝と同じか、より大きな応力に耐えることができる。したがって、ピン継手の厚みをボックス継手と同様の厚みにまで薄くすることができる。
【００２４】
本発明においては、前記第二外向角部の曲率半径ρ１〔ｍｍ〕、前記第二内向角部の曲率半径ρ２〔ｍｍ〕は、以下の数式（１）（ただし、ｔは前記荷重伝達キーの横断面における厚み〔ｍｍ〕である。）及び数式（２）（ただし、ａは前記荷重伝達キーの横断面における対角線の長さの半分の長さ〔ｍｍ〕である。）を満たすように構成されていると好適である。
【数１】
2019085866.tif 000003
【数２】
2019085866.tif 000004
【００２５】
上述の構成によると、第二外向角部の曲率半径ρ１〔ｍｍ〕、第二内向角部の曲率半径ρ２〔ｍｍ〕を算出することができる。
【００２６】
本発明においては、前記荷重伝達キーは、横断面における四隅に設けられた面取りＣ〔ｍｍ〕が、以下の数式（３）を満たすように構成されていると好適である。
【数３】
2019085866.tif 000005
【００２７】
上述の構成によると、荷重伝達キーは、外向溝の角部及び内向溝の角部の曲率半径以上の面取りがなされているため、荷重伝達キーの四隅が外向溝の角部や内向溝の角部に接触することがないので、外向溝の深さ及び内向溝の深さを可能な限り浅くすることができる。なお、荷重伝達キーの、横断面における四隅に設けられた面取りを大きくすればするほど、ピン継手側伝達面と荷重伝達キーとの接触面積及びボックス継手側伝達面と荷重伝達キーとの接触面積が狭くなり、荷重伝達キーによる荷重伝達効率が低下してしまう。そこで、面取りＣ〔ｍｍ〕の上限は上記のように設定される。
【００２８】
本発明においては、前記荷重伝達キーは、横断面における四隅の角部に設けられた面取りＣ〔ｍｍ〕のうち、前記外向溝のうち、前記荷重伝達キーとの間で引張荷重を伝達するピン継手側伝達面に連なる第一外向角部に対向する角部の面取りＣ〔ｍｍ〕よりも、前記第二外向角部に対向する角部の面取りＣ〔ｍｍ〕のほうが大きく、かつ、前記内向溝のうち、前記荷重伝達キーとの間で引張荷重を伝達するボックス継手側伝達面に連なる第一内向角部に対向する角部の面取りＣ〔ｍｍ〕よりも、前記第二内向角部に対向する角部の面取りＣ〔ｍｍ〕のほうが大きく構成されていると好適である。
【００２９】
上述の構成によると、荷重伝達キーの角部との接触が避けられることから、第一外向角部よりも第二外向角部の曲率半径を大きく、かつ、第一内向角部よりも第二内向角部の曲率半径を大きくすることができ、したがって、ピン継手側伝達面と荷重伝達キーとの接触面積や、ボックス継手側伝達面と荷重伝達キーとの接触面積を確保しながらも、第二外向角部及び第二内向角部における応力集中を緩和させることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る鋼管連結構造が備えられた鋼管杭の説明図
【図２】鋼管連結構造の要部拡大図
【図３】曲率半径と応力集中係数との関係を説明するグラフ
【図４】鋼管連結構造の要部拡大図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態に係る鋼管連結構造Ａを図面を参照しながら説明する。
【００３２】
図１に示すように、鋼管杭１（１Ａ，１Ｂ）は、円筒状のスパイラル鋼管等の鋼管本体２の一方の管端部に小径円筒状のピン継手３が溶接によって設けられるとともに、鋼管本体２の他方の管端部にピン継手３を嵌合可能な円筒状のボックス継手４が溶接によって設けられ、全長に亘って略一定の外径を備えた円筒状に形成されている。
【００３３】
複数の鋼管本体２の、軸心方向に沿った連結は、本発明による鋼管連結構造Ａによってなされる。以下、ピン継手３及びボックス継手４を中心に、本発明による鋼管連結構造Ａについて詳述する。
【００３４】
図１に示すように、ピン継手３は、鋼管本体２の外径と略同径とした基筒部３０と、基筒部３０に延設され基筒部３０よりも小径とした嵌挿部３１とを備えている。嵌挿部３１の外周面３１ａには、後述する荷重伝達キー７を係合可能な外向溝３２が周設されている。外向溝３２は、荷重伝達キー７の厚み方向の半分を収容可能な深さを有している。
【００３５】
ボックス継手４は、鋼管本体２の外径と略同径とした嵌受部４１が備えられている。嵌受部４１の内周に、外周面３１ａと対応する形状であり、ピン継手３の嵌挿部３１を受け入れ可能な内周面４１ａが形成されている。内周面４１ａには、外向溝３２に対応する位置に、荷重伝達キー７を収容可能な一条の内向溝４２が周設されている。内向溝４２は、荷重伝達キー７の厚み方向の全部を収容可能な深さを有している。
【００３６】
図２に示すように、外向溝３２のうち、荷重伝達キー７との間で引張荷重を伝達するピン継手側伝達面３２ｂに連なる第一外向角部３２ｃの曲率半径ρ３、及び内向溝４２のうち、荷重伝達キー７との間で引張荷重を伝達するボックス継手側伝達面４２ｂに連なる第一内向角部４２ｃの曲率半径ρ４より、外向溝３２のうち、ピン継手側伝達面３２ｂに対向するピン継手側非伝達面３２ｄに連なる第二外向角部３２ｅの曲率半径ρ１、及び内向溝４２のうち、ボックス継手側伝達面４２ｂに対向するボックス継手側非伝達面４２ｄに連なる第二内向角部４２ｅの曲率半径ρ２のほうが大きく構成されている。
【００３７】
図２に示すように、外向溝３２の第二外向角部３２ｅの曲率半径ρ１〔ｍｍ〕及び内向溝４２の第二内向角部４２ｅの曲率半径ρ２〔ｍｍ〕は、以下の数式（１）（ただし、ｔは荷重伝達キー７の横断面における厚み〔ｍｍ〕である。）及び数式（２）（ただし、ａは荷重伝達キー７の横断面における対角線の長さの半分の長さ〔ｍｍ〕である。）から算出される。
【数４】
2019085866.tif 000006
【数５】
2019085866.tif 000007
【００３８】
なお、本実施形態において、荷重伝達キー７は、横断面における高さｈが約１７．６〔ｍｍ〕であり、横断面における厚みｔが約１０．５〔ｍｍ〕であり、横断面における対角線の長さの半分の長さａが約１０．２〔ｍｍ〕である。このときの、曲率半径ρ〔ｍｍ〕と応力集中係数αの関係を下記表に示す。この表に基づいて、図３に、ρ/aを横軸にし、応力集中係数αを縦軸としたグラフを示す。なお、応力集中係数αは、下記数式（４）から算出した。
【数６】
2019085866.tif 000008
【表１】
2019085866.tif 000009
【００３９】
上記表及び図３に記載のように、曲率半径ρ１〔ｍｍ〕及び曲率半径ρ２〔ｍｍ〕を大きくしていくと、応力集中係数αは指数関数的に低下し、曲率半径ρ１〔ｍｍ〕及び曲率半径ρ２〔ｍｍ〕が１．０〔ｍｍ〕であるときは、０．４〔ｍｍ〕であるときよりも応力集中係数αが低下していることがわかる。また、ρ１/a及びρ２/aの値が０．６以上ともなると、応力集中係数αの低下の効果が小さい。なお、本実施形態においては、荷重伝達キー７の厚みｔは１０．５〔ｍｍ〕であることから、曲率半径ρ１〔ｍｍ〕及び曲率半径ρ２〔ｍｍ〕は、５．２５〔ｍｍ〕よりも小さい必要がある。上記から曲率半径ρ１〔ｍｍ〕は１．０≦ρ１≦３．０程度であり、曲率半径ρ２〔ｍｍ〕は１．０≦ρ２≦３．０程度であることが好ましいことがわかる。
【００４０】
なお、荷重伝達キー７は、外向溝３２と内向溝４２とに、厚みが均等となるように跨って配置される。ピン継手側非伝達面３２ｄはボックス継手側非伝達面４２ｄよりも内側に位置することから、ピン継手側非伝達面３２ｄと荷重伝達キー７との接触面積は、ボックス継手側非伝達面４２ｄと荷重伝達キー７との接触面積よりも、わずかながら小さい。したがって、ピン継手３の第二外向角部３２ｅにかかる応力は、ボックス継手４の第二内向角部４２ｅにかかる応力よりも、わずかながら大きい。そのため第二外向角部３２ｅの曲率半径と、第二内向角部４２ｅの曲率半径が同じであるとすると、ピン継手３はボックス継手４よりも厚みが必要となる。
【００４１】
そこで、第二外向角部３２ｅの曲率半径ρ１は、第二内向角部４２ｅの曲率半径ρ２よりも大きく構成されている。これにより、第二外向角部３２ｅは、第二内向角部４２ｅよりも大きな応力に耐えることができる。したがって、ピン継手３の厚みをボックス継手４と同様の厚みにまで薄くすることができる。
【００４２】
鋼管連結構造Ａにおいて、ピン継手３及びボックス継手４は、外向溝３２及び内向溝４２が備えられている部分において、その他の部分よりも厚みが薄いため、構造上の弱点となる。外向溝３２の第二外向角部３２ｅ及び内向溝４２の第二内向角部４２ｅが応力集中による破断の起点になりうる。
【００４３】
荷重伝達キー７によって抜け止め状態に連結されたボックス継手４とピン継手３とに抜ける方向に力がかかったときに、特に、第二外向角部３２ｅ及び第二内向角部４２ｅにおいて応力集中がおこる。この応力集中がおこりやすい第二外向角部３２ｅ及び第二内向角部４２ｅの曲率半径を上述のように設定することによって、第二外向角部３２ｅ及び第二内向角部４２ｅにおける応力集中を緩和させることができる。
【００４４】
したがって、ピン継手３及びボックス継手４は、構造上の弱点になりうる、外向溝３２や内向溝４２が備えられている部分であっても、より板厚を薄くすることができる。換言すると、板厚がそのままであるときに荷重伝達キー７の段数を減らすことができる。したがって、鋼管連結構造Ａの経済性を高めることができる。
【００４５】
ただし、外向溝３２の第二外向角部３２ｅの曲率半径ρ１〔ｍｍ〕及び内向溝４２の第二内向角部４２ｅの曲率半径ρ２〔ｍｍ〕を大きくすると、ピン継手側伝達面３２ｂと荷重伝達キー７との接触面積及びボックス継手側伝達面４２ｂと荷重伝達キー７との接触面積の面積が狭くなり、荷重伝達キー７による荷重伝達効率が低下してしまう。そこで、曲率半径ρ１〔ｍｍ〕及び曲率半径ρ２〔ｍｍ〕の上限は上記のように設定される。なお、曲率半径ρ１≦３．０〔ｍｍ〕であり、曲率半径ρ２〔ｍｍ〕≦３．０〔ｍｍ〕であることが好ましい。
【００４６】
なお、第一外向角部３２ｃ及び第一内向角部４２ｃは、ピン継手側伝達面３２ｂやボックス継手側伝達面４２ｂに連なるにも関わらず、第二外向角部３２ｅや第二内向角部４２ｅほどの応力集中がないため、第一外向角部３２ｃ及び第一内向角部４２ｃの曲率半径を小さくすることによって、ピン継手側伝達面３２ｂ及びボックス継手側伝達面４２ｂにおける荷重伝達キー７との接触面積を確保することができる。
【００４７】
本実施形態において、外向溝３２及び内向溝４２はそれぞれ一条であり、したがって荷重伝達キー７は一段である。応力集中が緩和されることで、外向溝３２や内向溝４２に作用する局所的な力が軽減されるため、荷重伝達キー７を一段とすることができる。ただし、外向溝３２及び内向溝４２は複数条であってもよく、したがって荷重伝達キー７は複数段であってもよい。たとえば、荷重伝達キー７が二段であってもよく、この場合はピン継手３に二条の外向溝３２が設けられ、ボックス継手４に二条の内向溝４２が設けられていればよい。
【００４８】
内向溝４２には、ボックス継手４の周方向に所定の間隔をおいて、ボックス継手４の外周面に連通するように複数のネジ孔４３が設けられている。ネジ孔４３にはセットボルト８が螺合されている。そして、セットボルト８は内向溝４２の内部において荷重伝達キー７と螺合されている。
【００４９】
荷重伝達キー７は、外向溝３２の曲率に沿った曲率を有する円弧状のキー部材であり、外向溝３２の周方向に所定間隔をおいて複数設けられる。荷重伝達キー７は、横断面における四隅に設けられた面取りＣ〔ｍｍ〕（図２参照）が、以下の数式（３）を満たすように構成されている。
【数７】
2019085866.tif 000010
【００５０】
荷重伝達キー７の面取りＣ〔ｍｍ〕は、外向溝３２の第二外向角部３２ｅの曲率半径ρ１〔ｍｍ〕以上、かつ、内向溝４２の第二内向角部４２ｅの曲率半径ρ２〔ｍｍ〕以上であるため、荷重伝達キー７の四隅が外向溝３２の第二外向角部３２ｅや内向溝４２の第二内向角部４２ｅに接触することがない。したがって、外向溝３２の深さ及び内向溝４２の深さを可能な限り浅くすることができる。なお、荷重伝達キー７の、横断面における四隅に設けられた面取りＣ〔ｍｍ〕を大きくすればするほど、ピン継手側伝達面３２ｂと荷重伝達キー７との接触面積及びボックス継手側伝達面４２ｂと荷重伝達キー７との接触面積が狭くなり、荷重伝達キー７による荷重伝達効率が低下してしまう。そこで、面取りＣ〔ｍｍ〕の上限は上記のように設定される。
【００５１】
上述した実施形態においては、第二外向角部３２ｅの曲率半径ρ１は、第二内向角部４２ｅの曲率半径ρ２よりも大きく構成されている場合について説明したが、第二外向角部３２ｅの曲率半径ρ１と、第二内向角部４２ｅの曲率半径ρ２とは同じ大きさであってもよい。
【００５２】
いずれにせよ、図４に示すように、荷重伝達キー７は、横断面における四隅の角部７ａ〜７ｄに設けられた面取りＣ〔ｍｍ〕のうち、第一外向角部３２ｃに対向する角部７ａの面取りＣ〔ｍｍ〕よりも、第二外向角部３２ｅに対向する角部７ｂの面取りＣ〔ｍｍ〕のほうが大きく、かつ、第一内向角部４２ｃに対向する角部７ｄの面取りＣ〔ｍｍ〕よりも、第二内向角部４２ｅに対向する角部７ｃの面取りＣ〔ｍｍ〕のほうが大きく構成されていると好適である。
【００５３】
この構成により、荷重伝達キー７の角部７ａ〜７ｄとの接触が避けられることから、第一外向角部３２ｃの曲率半径ρ３よりも第二外向角部３２ｅの曲率半径ρ１を大きく、かつ、第一内向角部４２ｃの曲率半径ρ４よりも第二内向角部４２ｅの曲率半径ρ２を大きくすることができ、したがって、ピン継手側伝達面と荷重伝達キー７との接触面積や、ボックス継手側伝達面と荷重伝達キー７との接触面積を確保しながらも、第二外向角部３２ｅ及び第二内向角部４２ｅにおける応力集中を緩和させることができる。
【００５４】
なお、本実施形態においては、第二外向角部３２ｅの曲率半径ρ１及び第二内向角部４２ｅの曲率半径ρ２はそれぞれ３．０〔ｍｍ〕であり、第一外向角部３２ｃの曲率半径ρ３の曲率半径ρ３及び第一内向角部４２ｃの曲率半径ρ４はそれぞれ１．０〔ｍｍ〕である。また、荷重伝達キー７の角部７ａ及び角部７ｄは１．０〔ｍｍ〕の面取りであり、角部７ｂ及び角部７ｃは３．０〔ｍｍ〕の面取りである。
【００５５】
本願発明者らは鋭意研究により、第二外向角部３２ｅの曲率半径ρ１を第一外向角部３２ｃの曲率半径ρ３に対して３倍の大きさにしたときに、第二外向角部３２ｅに生ずる歪みは、第二外向角部３２ｅの曲率半径ρ１が第一外向角部３２ｃの曲率半径ρ３と同じ場合に比べて、約７割小さくなるという知見を得た。また、第二内向角部４２ｅの曲率半径ρ２を第一内向角部４２ｃの曲率半径ρ４に対して３倍の大きさにしたときに、第二内向角部４２ｅに生ずる歪みは、第二内向角部４２ｅの曲率半径ρ２が第一内向角部４２ｃの曲率半径ρ４と同じ場合に比べて、約３割小さくなるという知見を得た。
【００５６】
各荷重伝達キー７は、それぞれに螺合したセットボルト８を正（右）回転させれば、内向溝４２内の収容位置から嵌挿部３１の外向溝３２と内向溝４２とに跨る位置まで前進し、逆（左）回転させれば荷重伝達キー７が外向溝３２と内向溝４２とに跨る位置から内向溝４２内の収容位置まで後退する。
【００５７】
鋼管杭１Ａ及び鋼管杭１Ｂを連結するには、鋼管杭１Ｂをクレーンで吊り上げ、鋼管杭１Ａの直上に運んで吊り降ろし、鋼管杭１Ｂ側のピン継手３を鋼管杭１Ａ側のボックス継手４の中へ挿入していけば、鋼管杭１Ａと鋼管杭１Ｂとが嵌合される。その後、セットボルト８を螺進させて、内向溝４２に収まっている荷重伝達キー７を外向溝３２に向け押し入れる。それによって、荷重伝達キー７は、外向溝３２及び内向溝４２に跨り、図１に示すように、鋼管杭１Ａ及び鋼管杭１Ｂは荷重伝達キー７を介して抜き差し不能に連結される。なお、必要に応じて、ピン継手３及びボックス継手４に跨るように、回転抑止キーを配置し、鋼管杭１Ａ及び鋼管杭１Ｂの軸心周りの相対回転が防止されるように構成してもよい。
【００５８】
本発明に係る鋼管連結構造Ａは、上述のような鋼管杭１に限らず、鋼管本体２の外周面に長手方向に沿って、隣り合う鋼管本体２どうしを連結可能な継手が設けられた鋼管矢板にも採用することができる。
【００５９】
上述した実施形態は、いずれも本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲において適宜変更設計可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１      ：鋼管杭
１Ａ    ：鋼管杭
１Ｂ    ：鋼管杭
２      ：鋼管本体
３      ：ピン継手
４      ：ボックス継手
７      ：荷重伝達キー
３２    ：外向溝
３２ｂ  ：ピン継手側伝達面
３２ｃ  ：第一外向角部
３２ｄ  ：ピン継手側非伝達面
３２ｅ  ：第二外向角部
４２    ：内向溝
４２ｂ  ：ボックス継手側伝達面
４２ｃ  ：第一内向角部
４２ｄ  ：ボックス継手側非伝達面
４２ｅ  ：第二内向角部
Ａ      ：鋼管連結構造
Ｃ      ：面取り
ρ      ：曲率半径
ρ１    ：曲率半径
ρ２    ：曲率半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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