(57)【要約】【課題】大口径の鋼管の場合であっても、鋼管同士を簡単に接続することができると共に、接続部での引き抜き荷重に対する抵抗力を十分高くすることができ、かつ継手材料の使用量も少なくできる鋼管の接続構造およびその接続方法を提供する。【解決手段】２つの鋼管（１、２）を継手（３、４）を介して接続する鋼管の接続構造であって、継手（３、４）は一方の鋼管（１）の端部に設けられた雌継手（３）と他方の鋼管（２）の端部に設けられた雄継手（４）とからなり、雌継手（３）と雄継手（４）とが嵌合される、雌継手（３）の内周面に周方向に１周する内向きリング溝（６）が形成されていると共に、雄継手（４）の外周面に周方向に１周する外向きリング溝（７）が内向きリング溝（６）に対向するように形成され、そのうえ、合口を有するばね鋼製の係止リング（５）が対向する内向きリング溝（６）と外向きリング溝（７）とに跨って装着され、鋼管（１、２）同士が鋼管長さ方向に抜け止め状態で接続されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの鋼管（１、２）を継手（３、４）を介して接続する鋼管の接続構造であって、
前記継手（３、４）は一方の鋼管（１）の端部に設けられた雌継手（３）と他方の鋼管（２）の端部に設けられた雄継手（４）とからなり、
前記雌継手（３）と前記雄継手（４）とが嵌合される、前記雌継手（３）の内周面に周方向に１周する内向きリング溝（６）が形成されていると共に、前記雄継手（４）の外周面に周方向に１周する外向きリング溝（７）が前記内向きリング溝（６）に対向するように形成され、
そのうえ、合口を有するばね鋼製の係止リング（５）が対向する内向きリング溝（６）と外向きリング溝（７）とに跨って装着され、鋼管（１、２）同士が鋼管長さ方向に抜け止め状態で接続されていることを特徴とする鋼管の接続構造。
【請求項２】
前記雌継手（３）の内向きリング溝（６）内に前記係止リング（５）を合口を広げた状態で支持できるリング拡径部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管の接続構造。
【請求項３】
請求項１に記載の鋼管の接続構造を得る接続方法であって、一方の鋼管（１）の端部に設けられた雌継手（３）と他方の鋼管（２）の端部に設けられた雄継手（４）とを接続するに当たり、
予め、合口を有するばね鋼製の係止リング（５）と、該係止リング（５）を合口を広げた状態で支持できるリング拡径部材を用意しておき、
雌継手（３）と雄継手（４）を嵌合する前に、
前記係止リング（５）を合口を広げた状態で前記リング拡径部材により支持して前記雌継手（３）の内向きリング溝（６）内に収納し、
雌継手（３）と雄継手（４）を嵌合した後、
前記リング拡径部材による支持を解き、前記係止リング（５）をスプリングバックにより対向する内向きリング溝（６）と外向きリング溝（７）とに跨って装着し、鋼管（１、２）同士を鋼管長さ方向に抜け止め状態で接続することを特徴とする鋼管の接続方法。
【請求項４】
前記リング拡径部材による支持をリング拡径部材挿入口（８）から挿入した押し棒（８ａ）と前記雌継手（３）の内向きリング溝（６）に設けられたストッパー（８ｂ）との組合せにより行うか、もしくは前記雌継手（３）の外周面から前記雌継手（３）の内向きリング溝（６）に到達するねじ孔（１１）に螺合させた２本のボルト（１１ａ  ）により行うことを特徴とする請求項３記載の鋼管の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管の接続構造に関するもので、特に、土木、建築等の構造物の基礎杭として使用される鋼管杭の接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管は製造上あるいは輸送上、長さに限度がある。そこで、たとえば土木、建築等の構造物の基礎杭として使用される鋼管杭は、現地で地盤に埋設する際に、所定の深度に到達させるために、２つ以上の鋼管杭を長さ方向に接続して使用する場合が多い。
【０００３】
鋼管杭の接続構造としては、従来、図８に示すように、開先を設けた２つの鋼管１３０  、１６０  の端部を突き合わせ、溶接箇所の内面に裏当てリング１４０  を配置して円周溶接し、接続部１５０  により接続する構造が知られていた。
このような円周溶接した接続部１５０  により鋼管を接続する場合、現地での溶接に長時間を要し、他の作業に支障をきたしたり、良好な溶接結果を得るには、熟練した技術を要するという欠点があった。
【０００４】
そこで、このような欠点を解消させた鋼管杭の接続構造として、一方の鋼管の端部外周面に螺設された雄ねじ部と、他方の鋼管の端部内周面に螺設された雌ねじ部とをねじ結合して接続部とする接続構造が提案されている。
例えば、特開平６−１９３０５４号公報には、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、鋼管１３０  、１６０  をねじ結合することにより、接続部１００  で接続する鋼管杭の接続構造が提案されている（特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、鋼管が大口径の場合、鋼管の周面は口径に比例して広くなるが、鋼管の厚みはそれほど厚くならないのが普通である。このため、ねじ結合により接続した大口径の鋼管杭を比較的大きな引き抜き荷重が作用するような地盤中に埋設した場合、接続部での厚み当たりの引き抜き荷重が大きくなって、雄ねじ部と雌ねじ部との間で山越えが発生してしまうことがあり、引き抜き荷重に対する接続部での抵抗力が不十分であるという問題があった。
【０００６】
また、ねじ結合による鋼管杭の接続構造は、鋼管が小口径である場合、接続時間はあまり問題にはならないが、鋼管が大口径で重量物である場合、螺合中に、雌ねじ部と雄ねじ部の間でこじれが生じやすく、慎重に接続作業を行うようになるので、接続時間が長くなるという問題があった。
ところで、図１０に示すフランジ継手による鋼管杭の接続構造では、上下のフランジ２３０  、２４０  に設けた貫通孔の位置合わせを行って、上下のフランジ２３０  、２４０  に設けた貫通孔に締結ボルト２５０  を通し、締結ボルト２５０  を締め付けることにより鋼管同士を接続すればよいので、接続時間をかなり短かくできるようにはなっている。
【０００７】
しかしながら、フランジ継手による鋼管杭の接続構造は、引き抜き荷重Ｐが作用した場合、接続部に比較的大きな曲げモーメントが作用するために、引き抜き荷重に対する抵抗力が小さく、一方、引き抜き荷重に対する抵抗力を十分なものにしようとすると、フランジ２３０  、２４０  に補強部材２６０  を取り付けたり、フランジ２３０  、２４０  の厚みを厚くしなければならず、継手材料の使用量が増えるという問題があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−１９３０５４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解消することにあり、大口径の鋼管の場合であっても、鋼管同士を簡単に接続することができると共に、引き抜き荷重に対する抵抗力を十分高くすることができ、かつ継手材料の使用量も少なくできる鋼管の接続構造およびその接続方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、合口を有するばね鋼製の係止リングを用い、継手を介して鋼管同士を接続することにより、上記課題を解決できるとの知見に基づいて本発明をなした。
本発明の鋼管の接続構造は、２つの鋼管を継手を介して接続する鋼管の接続構造であって、前記継手は一方の鋼管の端部に設けられた雌継手と他方の鋼管の端部に設けられた雄継手とからなり、前記雌継手と前記雄継手とが嵌合される、前記雌継手の内周面に周方向に１周する内向きリング溝が形成されていると共に、前記雄継手の外周面に周方向に１周する外向きリング溝が前記内向きリング溝に対向するように形成され、そのうえ、合口を有するばね鋼製の係止リングが対向する内向きリング溝と外向きリング溝とに跨って装着され、鋼管同士が鋼管長さ方向に抜け止め状態で接続されていることを特徴とする。
【００１１】
その場合、前記雌継手の内向きリング溝内に前記係止リングを合口を広げた状態で支持できるリング拡径部材が設けられていることが好適である。
また、本発明の鋼管の接続方法は、請求項１に記載の鋼管の接続構造を得る接続方法であって、一方の鋼管の端部に設けられた雌継手と他方の鋼管の端部に設けられた雄継手とを接続するに当たり、予め、合口を有するばね鋼製の係止リングと、該係止リングを合口を広げた状態で支持できるリング拡径部材とを用意しておき、雌継手と雄継手を嵌合する前に、前記係止リングを合口を広げた状態で前記リング拡径部材により支持して前記雌継手の内向きリング溝内に収納し、雌継手と雄継手を嵌合した後、前記リング拡径部材による支持を解き、前記係止リングをスプリングバックにより対向する内向きリング溝と外向きリング溝とに跨って装着し、鋼管同士を鋼管長さ方向に抜け止め状態で接続することを特徴とする鋼管の接続方法である。
【００１２】
その際、前記リング拡径部材による支持をリング拡径部材挿入口から挿入した押し棒と前記雌継手の内向きリング溝に設けられたストッパーとの組合せにより行うか、もしくは前記雌継手の外周面から前記雌継手の内向きリング溝の溝底に到達するねじ孔に螺合させた２本のボルトにより行うことが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施の形態に係る鋼管の接続構造について、図１〜４を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る鋼管の接続構造を示す一部断面図であり、接続する一方の鋼管１を図中上方に、接続する他方の鋼管２を図中下方に示してある。また、図２、３、４は図１に示す鋼管の接続構造とするのに用いた係止リング５、継手３、４を示す図である。
【００１４】
なお、図２は、継手３、４を介して鋼管１、２同士を接続する係止リング５の一例の形状を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
本発明の実施の形態に係る鋼管の継手構造は、図１に示すように、一方の鋼管１（図中上方）にはその端部に雌継手３が設けられ、一方の鋼管１と接続する他方（図中下方）の鋼管２の端部には雄継手４が設けられている。
【００１５】
この実施の形態では、接続する鋼管１、２の外径および厚みは略同じとされ、また、継手３、４の外径は、接続する鋼管外径と略同じに形成されている一方、継手３、４の厚みは接続する鋼管厚みより厚く形成されている。
また、雌継手３の内周面は図１で下方に行くほど内径が大きくなるように形成され、雄継手４の外周面は、上記の雌継手３内に嵌合可能な形状に形成されている。そのうえ、雌継手３の内周面に周方向に１周する内向きリング溝６が形成されていると共に、雄継手４の外周面に周方向に１周する外向きリング溝７が嵌合した際、内向きリング溝６に対向するように形成されている。またさらに、雌継手３と雄継手４とが嵌合され、係止リング５が対向している内向きリング溝６と外向きリング溝７とに跨って装着され、この係止リング５を介して鋼管１、２が鋼管長さ方向に抜け止め状態で接続されている。
【００１６】
ここで、継手３、４の材質は、鋼とすることができる。
また、上記の係止リング５は、図２に示したように合口を有するうえに、ばね鋼製のリングとされている。図２中符号Ｓは合口すき間である。
この実施の形態では、継手３、４にそれぞれリング溝６、７を対向するように２条形成した場合について示してあるが、リング溝６、７をそれぞれ１条対向するように形成してもよいし、場合により３条以上対向するように形成することもできる。その際、対向している内向きリング溝６と外向きリング溝７とに跨って装着するための、係止リング５は、図２に示すように、自由状態おいて合口すき間Ｓを有し、図２（ｂ）に示すように略Ｃ字状に形成すればよい。この図では、図１中上側に装着される係止リング５について示したが、下側の係止リング５についても、図２と同様な形状であり、内向きリング溝６と外向きリング溝７とに跨って装着可能な寸法に形成されている。
【００１７】
また、この実施の形態では、継手３、４の中心軸がそれぞれ鋼管１、２の中心軸に位置するように円周溶接により溶接部９で接合されている。
さらに詳細に、合口を有するばね鋼製の係止リング５を装着可能とされた継手３、４について、図３、４を用いて説明する。
図３、４は図１に示す鋼管の接続構造とするのに用いた継手３、４を示す図であって、図３は雌継手３の一部断面図、図４は雄継手４の一部断面図である。
【００１８】
上述したように雌継手３の内周面には内向きリング溝６が２条形成してあるが、図１および図３中上側の内向きリング溝６の幅および深さは、図２に示したその溝に収納される係止リング５のリング厚さａ、リング幅ｂよりそれぞれ大きくされている。図１および図３中下側の内向きリング溝６の幅および深さも同様に形成してあって、各内向きリング溝６内に、その溝に対応する係止リング５を合口すき間Ｓを広げた状態で収納可能に形成されている。このようにすると、雌継手３と雄継手４を嵌合する際、雄継手４が係止リング５に引っかかってしまうことなく、スムーズに雌継手３と雄継手４を嵌合することができる。
【００１９】
一方、雄継手４の外周面には、外向きリング溝７が内向きリング溝６に対向するように２条形成してあるが、図１、図４中上側の外向きリング溝７の幅は、図２に示したその溝に収納される係止リング５のリング幅ｂに対して、係止リング５自体の元に戻ろうとするスプリングバックにより、係止リング５がリング溝７内にも噛み込むようにされている。
【００２０】
また、この上側の外向きリング溝７の深さは、図２に示したその溝に収納される係止リング５のリング厚さａ寸法より浅くされている。すなわち、上側の外向きリング溝７の深さは、対応する上側の内向きリング溝６の深さより浅い溝に形成されている。図１、図４中下側の外向きリング溝７の幅および深さも同様に形成されている。
【００２１】
このように各外向きリング溝７を形成しておくと、雌継手３と雄継手４を嵌合した後、係止リング５の形状がスプリングバックにより、係止リング５が外向きリング溝７の溝底と接触するまで戻ったとき、係止リング５が対向する内向きリング溝６と外向きリング溝７とに跨って確実に装着される。
続いて、図１に示した鋼管の継手構造とする接続方法について図５を用いて説明する（適宜図２〜４参照）。
【００２２】
図５は、上述した係止リング５により鋼管１、２同士を接合する際の状態を示す図であり、それぞれ（ａ）は接続前、（ｂ）は接続後である。
上述した一方の鋼管１の端部に設けられた雌継手３と他方の鋼管２の端部に設けられた雄継手４とを接続するに当たり、予め、合口を有するばね鋼製の係止リング５を用意しておき、雌継手３と雄継手４を嵌合する前に、係止リング５を合口を広げた状態で内向きリング溝６内に収納する。その際、係止リング５が合口を有するばね鋼製とされているので、係止リング５の合口すき間Ｓを大きくすることが容易であり、リング内径ｄを大きくして、図５（ａ）に示すように内向きリング溝６内に収納することができる。
【００２３】
次いで、雌継手３と雄継手４を嵌合した後、広げられた合口を係止リング５自体のスプリングバックにより元に戻し、図５（ｂ）に示すように係止リング５を対向する内向きリング溝６と外向きリング溝７とに跨って装着する。このとき、係止リング５がばね鋼製であるので、係止リング５のスプリングバックにより、元の形状に戻る。
【００２４】
この状態で係止リング５がリング溝７の溝底に接触するように、図５中上側の対向するリング溝６、７に跨って装着される係止リング５の、リング内径ｄ、合口すき間Ｓなどの寸法（図２参照）を決めておくのが好ましく、図５中下側の、対向するリング溝６、７に跨って装着される係止リング５についても上側の係止リング５と同様にしておくことができる。
【００２５】
このようにすることにより、鋼管１、２同士を鋼管長さ方向に抜け止め状態で確実に接続することができる。
ここで、図６はその際に用いるリング拡径部材の作用を示した図であって、図６（ａ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ断面相当図、図６（ｂ）は図５（ｂ）Ｙ−Ｙ断面相当図である。
【００２６】
図６（ａ）、（ｂ）で、リング拡径部材は押し棒８ａおよび内向きリング溝６内に設けられたストッパー８ｂとからなり、押し棒８ａを挿入するための、リング拡径部材挿入口８は雌継手３の製作時に内向きリング溝６に到達するように形成されている。押し棒８ａおよびストッパー８ｂは、係止リング５の合口を広げた状態で支持できる部材であればよく、例えば押し棒８ａはばね鋼製の棒とし、ストッパー８ｂは内向きリング溝６内に取り付けた係止ボルトとすることができる。
【００２７】
図中符号５ａ、５ｂは係止リング５の合口端面である。
上記の押し棒８ａおよびストッパー８ｂとの組合せにより、鋼管１、２同士を接続するに当たり、雌継手３と雄継手４を嵌合する前に、リング拡径部材挿入口８から挿入した押し棒８ａで係止リング５の合口を押し広げ、押し棒８ａおよびストッパー８ｂとにより合口を広げた状態で係止リング５を支持することができる。また、雌継手３と雄継手４を嵌合した後、押し棒８ａによる支持を解くことによって、係止リング５のスプリングバックを直ちに生じさせることができるようになる。
【００２８】
以上説明したとおり、図１に示した鋼管の接続構造は、鋼管１、２同士を接続するに当たり、雌継手３と雄継手４を嵌合する前に、対向するリング溝６、７に対して、一本の係止リングを収納し、雌継手３と雄継手４を嵌合した後、押し棒８ａによる支持を解くという、簡単かつ短時間の接続作業により、鋼管１、２同士を鋼管長さ方向に抜け止め状態で確実に接続することができるのである。
【００２９】
但し、図６（ａ）、（ｂ）に示したように、リング拡径部材挿入口８から挿入した押し棒８ａと雌継手３の内向きリング溝６内に設けられたストッパー８ｂとの組合せにより、係止リング５の支持を行う代わりに、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、雌継手３の外周面から雌継手３の内向きリング溝６の溝底に到達するように貫通するねじ孔１１に螺合させた２本のボルト１１ａ  により行うこともできる。
【００３０】
２本のねじ孔１１の周方向間隔は、係止リング５の合口を押し広げ、係止リング５をねじ孔１１に螺合させた２本のボルト１１ａ  により支持した場合、雌継手３の内向きリング溝６内に係止リング５を収納できる間隔とされている。
この場合でも、雌継手３と雄継手４を嵌合する前に、対向するリング溝６、７に対して、一本の係止リングを収納し、雌継手３と雄継手４を嵌合した後、２本のボルト１１ａ  のいずれか一方を回すことにより螺合させたねじ孔１１による支持を解くという、簡単かつ容易な接続作業により、係止リング５が対向する内向きリング溝６と外向きリング溝７とに跨って装着され、鋼管１、２同士を鋼管長さ方向に抜け止め状態で確実に接続することができる。
【００３１】
このため、上述した実施の形態に係る鋼管の接続構造によれば、従来の円周溶接による鋼管の接続、あるいは大口径の鋼管同士のねじ結合による接続のように、接続に長時間を要することも、熟練した技術を要するということもない。
ところで以上説明した実施の形態に係る鋼管の接続構造においては、鋼管１、２への継手３、４の接合を周面溶接で行っているが、本発明では鋼管と継手との接合は周面溶接に限定されない。
【００３２】
また、実施の形態に係る鋼管の接続構造において、鋼管１、２を鋼管長さ方向に抜け止め状態で接続している係止リングを２本として説明したが、接続された鋼管を基礎杭として用いる場合、継手製作コスト、鋼管１、２同士の接続時間等の観点から、係止リングを１〜３本とするのが望ましい。
本発明を適用して好適な鋼管杭は、鋼管１、２の径が３００〜１０００ｍｍ、鋼管１、２の厚みｔ０  が６〜２５ｍｍである。
【００３３】
また、１〜３本の係止リングにより接続された鋼管１、２を基礎杭として用いる場合、係止リングのリング厚さａを４〜１５ｍｍとし、係止リングの内向きリング溝６に対する跨り量および係止リングの外向きリング溝７に対する跨り量を  ２〜８ｍｍとするのが接続部分の引き抜き強度を確保する意味で望ましい。また、その際、係止リングのリング幅ｂは、４〜１５ｍｍとするのが望ましい。
【００３４】
またさらに、本発明の鋼管の接続構造では、係止リング５が内向きリング溝６と外向きリング溝７とに跨って装着されている接合部分が、鋼管の厚み中央の面を延長した面からあまり外れていないので、接続された鋼管１、２を基礎杭として用いた場合、引き抜き荷重Ｐに対して、接続部に生じる曲げモーメントを小さくすることができる。このため、大口径の鋼管杭の場合でも、引き抜き荷重Ｐに対して、十分な抵抗力を有する鋼管杭の接続構造とすることができる。
【００３５】
なお、図１０に示した従来のフランジ継手による鋼管の接続構造では、接続された鋼管１、２を基礎杭として用いた場合、同じ引き抜き荷重Ｐが作用した場合、鋼管本体の厚み中央の面を延長した面から外れた位置にある締結ボルト２５０  で接続されている接続部に生じる曲げモーメントが大きく、接続部の変形が発生しやすいために、接続部の剛性を高めなければならず、継手材料の使用量が増える欠点があったのである。
【００３６】
また、本発明では、係止リング５が雌継手３の内向きリング溝６と雄継手４の外向きリング溝７とに跨って装着されている接合部分での強度を、鋼管本体１、２の小さいほうの軸方向引っ張り強度Ｓｍｉｎ  よりも小さくしてあることが、引っ張り強度Ｓｍｉｎ  よりも大きい引き抜き荷重が作用した場合、鋼管本体よりも先に接合部分が破壊するので、接続部分が過剰な軸方向強度を有するようなことがなく、無駄がないので好ましい。
【００３７】
この意味から、本発明においては、上述した接続部分での強度である引き抜き強度を０．７×Ｓｍｉｎ  以上、Ｓｍｉｎ  未満とするのが好ましい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、大口径の鋼管の場合であっても、鋼管同士を簡単に接続することができると共に、引き抜き荷重に対して接続部に生じる曲げモーメントを小さくすることができるので、継手材料の使用量を少なくでき、かつ引き抜き荷重に対する接続部の抵抗力を十分高くすることができる。
【００３９】
このため、土木、建築等の構造物の基礎杭として使用される鋼管杭の接続構造に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る鋼管の接続構造を示す一部断面図である。
【図２】図１に示す接続構造に用いた係止リングの一例の形状を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】図１に示す接続構造に用いた雌継手の一部断面図である。
【図４】図１に示す接続構造に用いた雄継手の一部断面図である。
【図５】図１に示す鋼管の接続前、接続後の状態を示す要部縦断面図である。
【図６】図１に示す鋼管の接続構造とする際に用いるリング拡径部材を示す図であって、（ａ）は鋼管の接続前、（ｂ）は鋼管の接続後の状態を示す概略横断面図である。
【図７】本発明に用いて好適な他のリング拡径部材と、それを用いた場合の鋼管の接続方法を示す図であって、（ａ）は鋼管の接続前、（ｂ）は鋼管の接続後の状態を示す概略横断面図である。
【図８】従来の溶接による接続方法を説明するための要部縦断面図である。
【図９】従来のねじ結合による接続方法を説明するための（ａ）は正面図、（ｂ）は要部縦断面図である。
【図１０】従来のフランジ継手の接続構造を示す（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面を含む正面図である。
【符号の説明】
１、２  鋼管
３、４  継手
５  係止リング
５ａ、５ｂ    合口端面
６  内向きリング溝
７  外向きリング溝
８  リング拡径部材挿入口
８ａ    押し棒（リング拡径部材）
８ｂ    ストッパー（リング拡径部材）
９  溶接部
１１ａ    ボルト  （リング拡径部材）
１１      ボルト孔
ａ  リング厚さ
ｂ  リング幅
ｄ  リング内径
Ｓ  合口すき間
１００    接続部
２１０  、２２０    鋼管本体
２３０  、２４０    フランジ
２５０    締結ボルト
２６０    補強部材
【図１】
2004293231.tif 000003
【図２】
2004293231.tif 000004
【図３】
2004293231.tif 000005
【図４】
2004293231.tif 000006
【図５】
2004293231.tif 000007
【図６】
2004293231.tif 000008
【図７】
2004293231.tif 000009
【図８】
2004293231.tif 000010
【図９】
2004293231.tif 000011
【図１０】
2004293231.tif 000012