(57)【要約】【課題】現場作業が容易で、安価な鋼管杭と上部構造の接合構造を得る。【解決手段】鋼管杭１と鋼製上部構造３の接合構造であって、鋼管杭１の杭頭部に接合された外面リブ付の内側継手管５と、内側継手管５の外側に該内側継手管５と所定の隙間Ｓを介して配置されると共に鋼製上部構造３とボルト接合された内面リブ付きの外側継手管７とを備え、外側継手管７と内側鋼管５の隙間Ｓに高強度無収縮モルタル１５を圧入して、内側継手管５及び外側継手管７と高強度無収縮モルタル１５との付着力、及び高強度無収縮モルタル１５自体の剪断力により、鋼製上部構造３からの力を鋼管杭１へ伝達する。【選択図】　　　　　図１
2004060250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管杭と鋼製上部構造の接合構造であって、
前記鋼管杭の杭頭部に接合された外面リブ付の内側継手管と、
該内側継手管の外側に該内側継手管と所定の隙間を介して配置されると共に前記鋼製上部構造とボルト接合された内面リブ付きの外側継手管とを備え、該外側継手管と前記内側鋼管の隙間に高強度無収縮モルタルを圧入してなることを特徴とする鋼管杭と上部構造の接合構造。
【請求項２】
外側継手管と内側継手管の隙間にモルタルを注入するためのモルタル注入口を外側継手管に設けると共に、前記外側継手管の上端部に上部構造とボルト接合するための端板を固定したことを特徴とする請求項１記載の鋼管杭と上部構造の接合構造。
【請求項３】
鋼管杭と鋼製上部構造の接合構造であって、
前記鋼管杭の杭頭部に接合された内面リブ付の外側継手管と、
該外側継手管の内側に該外側継手管と所定の隙間を介して配置されると共に前記鋼製上部構造とボルト接合された外面リブ付きの内側継手管とを備え、該内側継手管と前記外側鋼管の隙間に高強度無収縮モルタルを圧入してなることを特徴とする鋼管杭と上部構造の接合構造。
【請求項４】
外側継手管と内側継手管の隙間にモルタルを注入するためのモルタル注入口を外側継手管に設けると共に、前記内側継手管の上端部に上部構造とボルト接合するための端板を固定したことを特徴とする請求項３記載の鋼管杭と上部構造の接合構造。
【請求項５】
外側継手管と内側継手管の隙間をリブの高さの５倍以上になるように設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鋼管杭と上部構造の接合構造。
【請求項６】
鋼管杭と鉄筋コンクリート製上部構造の接合構造であって、
前記鋼管杭の杭頭部に接合された外面リブ付の内側継手管と、
該内側継手管の外側に該内側継手管と所定の隙間を介して配置されると共に前記鉄筋コンクリート製上部構造と接合された内面リブ付きの外側継手管とを備え、前記所定の隙間を前記リブの高さの５倍以上になるように設定すると共に、前記外側継手管と前記内側鋼管の隙間に高強度無収縮モルタルを圧入してなることを特徴とする鋼管杭と上部構造の接合構造。
【請求項７】
鋼管杭と鉄筋コンクリート製上部構造の接合構造であって、
前記鋼管杭の杭頭部に接合された内面リブ付の外側継手管と、
該外側継手管の内側に該外側継手管と所定の隙間を介して配置されると共に前記鉄筋コンクリート製上部構造と接合された外面リブ付きの内側継手管とを備え、前記所定の隙間を前記リブの高さの５倍以上になるように設定すると共に、前記内側継手管と前記外側鋼管の隙間に高強度無収縮モルタルを圧入してなることを特徴とする鋼管杭と上部構造の接合構造。
【請求項８】
外側継手管と内側継手管の両継手管の重なり合う長さＬが次式を満足することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の鋼管杭と上部構造の接合構造。
【数１】
2004060250.tif 000006
ここで、ｔＰ：鋼管杭の板厚（ｍｍ）、ＤＰ：鋼管杭の外径（ｍｍ）、σｙ：鋼管杭の降伏応力度（Ｎ／ｍｍ２）、σｃｋ：モルタルの圧縮応力度（Ｎ／ｍｍ２）である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管杭と上部構造との接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋼管杭と上部構造の接合は、上部構造が鋼製の場合には杭上端部と上部構造とを溶接により固定していた。
他方、上部構造が鉄筋コンクリート製の場合には、図７に示すように、鋼管杭１の頭部内に鉄筋籠３１を挿入して場所打ちコンクリート３３を打設することにより鋼管杭１と上部構造３５とを固定していた。
【０００３】
しかしながら、上記構造では、多数の鉄筋が主体となって結合がなされるので、鉄筋への負担が非常に大きなものになるばかりでなく、上部工の鉄筋３７の配筋も複雑化し、また、その配筋と鋼管杭１の鉄筋籠３１との結合も面倒である。
【０００４】
そこで、これらの問題点を解決するものとして図８に示す実開平３−７９３５０号公報に開示された結合構造が提案されている。これは、鋼管杭１の上端に、外面に螺旋突条を隔設した縞鋼管４１を固着すると共に、該縞鋼管４１の外面に、内面に螺旋突条を隔設し、外面に多数の鉄筋４３を上方に突出して設けた大径の縞鋼管４５を配設し、両縞鋼管４１，４５の上部および上記鉄筋４３を上部工４７のコンクリート中に埋設すると共に、上記両縞鋼管４１，４５の間に形成された環状空間内と縞鋼管内とに、上部工４７に打設のコンクリート４９（セメント＋細骨材＋粗骨材＋水を混ぜたもの）を充填して一体的に結合するというものである。
【０００５】
以上のように、鋼管杭と上部構造の接合構造の従来例としては、上部構造が鋼製の場合には、杭上端部と上部構造とを溶接により固定するものがあり、また上部構造が鉄筋コンクリート製の場合には、実開平３−７９３５０号公報に開示された結合構造がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の溶接接合は現場で行うことになるため、現場溶接では、鋼管杭の板厚が厚い場合には溶接所用時間が長くなるばかりでなく、溶接の検査などが必要となり接合に手間がかかる。
また、接合が終了するまで上部構造を保持する必要があり、上部構造の重量が大きい場合には、その作業も大変である。
【０００７】
また、実開平３−７９３５０号に開示された接合方法は、杭頭部を２重管にしているが、その隙間の大きさや、２重にする長さについては何らの記載もなく、実現化が難しいという問題もある。
【０００８】
本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、現場作業が容易で、安価な鋼管杭と上部構造の接合構造を得ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る鋼管杭と上部構造の接合構造は、鋼管杭と鋼製上部構造の接合構造であって、前記鋼管杭の杭頭部に接合された外面リブ付の内側継手管と、該内側継手管の外側に該内側継手管と所定の隙間を介して配置されると共に前記鋼製上部構造とボルト接合された内面リブ付きの外側継手管とを備え、該外側継手管と前記内側鋼管の隙間に高強度無収縮モルタルを圧入してなるものである。
【００１０】
また、外側継手管と内側継手管の隙間にモルタルを注入するためのモルタル注入口を外側継手管に設けると共に、前記外側継手管の上端部に上部構造とボルト接合するための端板を固定したものである。
【００１１】
また、前記鋼管杭の杭頭部に接合された内面リブ付の外側継手管と、該外側継手管の内側に該外側継手管と所定の隙間を介して配置されると共に前記鋼製上部構造とボルト接合された外面リブ付きの内側継手管とを備え、該内側継手管と前記外側鋼管の隙間に高強度無収縮モルタルを圧入してなるものである。
【００１２】
また、外側継手管と内側継手管の隙間にモルタルを注入するためのモルタル注入口を外側継手管に設けると共に、前記内側継手管の上端部に上部構造とボルト接合するための端板を固定したものである。
【００１３】
また、外側継手管と内側継手管の隙間をリブの高さの５倍以上になるように設定したものである。
【００１４】
また、鋼管杭と鉄筋コンクリート製上部構造の接合構造であって、前記鋼管杭の杭頭部に接合された外面リブ付の内側継手管と、該内側継手管の外側に該内側継手管と所定の隙間を介して配置されると共に前記鉄筋コンクリート製上部構造と接合された内面リブ付きの外側継手管とを備え、前記所定の隙間を前記リブの高さの５倍以上になるように設定すると共に、前記外側継手管と前記内側鋼管の隙間に高強度無収縮モルタルを圧入してなるものである。
【００１５】
また、鋼管杭と鉄筋コンクリート製上部構造の接合構造であって、前記鋼管杭の杭頭部に接合された内面リブ付の外側継手管と、該外側継手管の内側に該外側継手管と所定の隙間を介して配置されると共に前記鉄筋コンクリート製上部構造と接合された外面リブ付きの内側継手管とを備え、前記所定の隙間を前記リブの高さの５倍以上になるように設定すると共に、前記内側継手管と前記外側鋼管の隙間に高強度無収縮モルタルを圧入してなるものである。
【００１６】
また、外側継手管と内側継手管の両継手管の重なり合う長さＬが次式を満足することを特徴とするものである。
【数２】
2004060250.tif 000003
ここで、ｔＰ：鋼管杭の板厚（ｍｍ）、ＤＰ：鋼管杭の外径（ｍｍ）、σｙ：鋼管杭の降伏応力度（Ｎ／ｍｍ２）、σｃｋ：モルタルの圧縮応力度（Ｎ／ｍｍ２）である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本実施の形態の構造の説明図、図２は図１の構造の分解図である。以下、図１、図２に基づいて本実施の形態を説明する。
本実施の形態の鋼管杭１と鋼製上部構造３の接合構造は、鋼管杭１の杭頭部に接合された外面リブ付の内側継手管５と、該内側継手管５の外側に該内側継手管５と所定の隙間Ｓを介して配置される内面リブ付きの外側継手管７とを備えている。内側継手管５の下端部には外側継手管７を被せたときに外側継手管７と内側継手管５の隙間Ｓの底となるドーナツ状の底板９を固定している。
【００１８】
外側継手管７の上端部には端板１１が固定されており、該端板１１と上部構造３とがボルト１３によって接合されている。また、外側継手管７の周面には、外側継手管７と内側継手管５の隙間Ｓにモルタル１５を注入するためのモルタル注入口１７が設けられている。そして、外側継手管７と内側鋼管５の隙間Ｓにはモルタル注入口１７から注入された高強度無収縮モルタル１５が圧入されている。
【００１９】
上記構造においては、鋼製上部構造３から鋼管杭１への力の伝達は、外側継手管７及び内側継手管５と高強度無収縮モルタル１５との付着力、及び高強度無収縮モルタル１５自体の剪断力により行われる。
【００２０】
次に、上記のような鋼管杭１と鋼製上部構造３の接合構造の構築方法を説明する。下端部にドーナツ状の底板９を溶接した内側継手管５を準備し、この内側継手管５を工場において鋼管杭１の杭頭部分に溶接しておく。また、端部に端板１１を溶接した外側継手管７を用意する。
建設現場において、鋼管杭１の打設後、端板付き外側継手管７を鋼管杭１の杭頭に被せる。そして、両継手管５，７の隙間が３０ｍｍ程度となるように隙間調整して、さらに底板９と外側継手管７の下端部の隙間を塞ぎ、この状態でモルタル注入口１７から高強度無収縮モルタル１５を圧入する。
【００２１】
高強度無収縮モルタル１５としては、例えば、２〜３時間で２０Ｎ／ｍｍ２程度の圧縮強度が得られ、７日程度で６０Ｎ／ｍｍ２程度の圧縮強度を得られるものを使用する。
モルタル圧入後、鋼製上部構造３と端板１１とをボルト接合する。
このようにモルタル圧入後、鋼製上部構造３と端板１１をボルト接合することにより、重量物（上部構造）を保持する時間が短くなり、早期に安全に杭頭固定の施工が可能となる。
【００２２】
なお、上記接合構造では鋼製上部構造と端板１１をボルト接合するため、ボルト孔の位置合わせ等のため、端板の高さ、水平位置、向きなどの微調整が必要となるが、高強度無収縮モルタル１５が固化するまでには上記時間の余裕があり、また、両継手管には所定の隙間（約３０ｍｍ）があるので、この微調整は時間的、空間的に何等問題なく行うことができる。
【００２３】
次に、外側継手管７と内側継手管５の隙間、及び両継手管の重なり合う長さ（この明細書において「ラップ長」という）の設定方法について説明する。
まず、外側継手管７と内側継手管５の隙間について説明する。
両継手管の向かい合うリブ間を結ぶ亀裂を想定したＦＥＭ解析モデルを作成し、リブ間の距離をｔｇ、リブ高さをｈとしたときに、ｔｇ／ｈと継手部の耐力の関係の解析を行った。この解析結果を図３に示す。
【００２４】
図３においては縦軸は継手部の耐力（ｔｏｎｆ）を、横軸はｔｇ／ｈをそれぞれ示している。図３から分かるように、ｔｇ／ｈ＝５以上で耐力が大きく増加している。そこで、本実施の形態ではこの解析結果から、ｔｇ／ｈ＝５以上に設定したものである。
【００２５】
次に、外側継手管７と内側継手管５のラップ長について説明する。
鋼製上部構造３から鋼管杭１への力の伝達が、内側継手管５及び外側継手管７と高強度無収縮モルタル１５との付着力によってなされることから、この力の伝達を有効に行うためには、高強度無収縮モルタル１５とリブ付継手管５，７との付着荷重が鋼管杭１の引張降伏荷重以上になるようにラップ長を設定することが必要である。
【００２６】
高強度無収縮モルタル１５とリブ付継手管５，７との設計付着強度τｄとすると、高強度無収縮モルタル１５とリブ付継手管５，７との付着荷重が鋼管杭１の引張降伏荷重以上になるラップ長Ｌは下式にて表現できる。
Ｌ≧ｔＰ（ＤＰ−ｔＰ）σｙ／ＤＰτｄ
ここで、ｔＰ：鋼管杭の板厚（ｍｍ）、ＤＰ：鋼管杭の外径（ｍｍ）、σｙ：鋼管杭の降伏応力度（Ｎ／ｍｍ２）である。
【００２７】
なお、τｄは下式で与えられることが付着実験結果から知られている。
【数３】
2004060250.tif 000004
ここで、σｃｋはモルタルの圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）である。
【００２８】
結局、高強度無収縮モルタル１５とリブ付継手管５，７との付着荷重が鋼管杭１の引張降伏荷重以上になるラップ長Ｌは下式にて表現できる。
【数４】
2004060250.tif 000005
ここで、ｔＰ：鋼管杭の板厚（ｍｍ）、ＤＰ：鋼管杭の外径（ｍｍ）、σｙ：鋼管杭の降伏応力度（Ｎ／ｍｍ２）、σｃｋ：モルタルの圧縮応力度（Ｎ／ｍｍ２）である。
【００２９】
以上のように、本実施の形態の鋼管杭１と鋼製上部構造３の接合構造は、鋼製上部構造３と端板１１とをボルト接合により固定するものであり、ボルト接合は他の接合方法と比較して短時間に接合が可能であるため、重量が大きな鋼製上部構造自体を保持する時間を短縮することができる。
しかも、本実施の形態では、内側継手管５と外側継手管７の配置関係の調整は、外側継手管７を内側継手管５の上部に被せて内側継手管５上に保持させた状態で行えるので、現場での作業が容易である。
【００３０】
【実施例】
具体的な実施例を示すと以下のものがある。
外径φ１，２００ｍｍ×ｔ２２ｍｍの鋼管杭（ＳＫＫ４９０、σｙ＝３１５Ｎ／ｍｍ２）に対して、φ１，２００ｍｍ×ｔ２２ｍｍ×Ｌ１，２００ｍｍの内側継手管（外面リブ付鋼管）を溶接し、これに外径φ１，３００ｍｍ×ｔ２２ｍｍ×Ｌ１，２００ｍｍの外側継手管（内面リブ付鋼管）を被せて、高強度無収縮モルタルとして、設計基準強度σｃｋ＝６０Ｎ／ｍｍ２を圧入した。
【００３１】
実施の形態２．
図４は本実施の形態の構造の説明図であり、実施の形態１と同一又は相当する部分には同一符号を付している。
本実施の形態の鋼管杭１と鋼製上部構造３の接合構造は、鋼管杭１の杭頭部に接合された内面リブ付の外側継手管７と、該外側継手管７の内側に該外側継手管７と所定の隙間Ｓを介して配置される外面リブ付きの内側継手管５とを備えている。外側継手管７の下端部には内側継手管５を挿入したときに外側継手管７と内側継手管５の隙間Ｓの底となるドーナツ状の底板９を固定している。
【００３２】
内側継手管５の上端部には端板１１が固定されており、該端板１１と鋼製上部構造３とがボルト１３によって接合されている。また、外側継手管７の周面には、隙間Ｓに高強度無収縮モルタル１５を注入するためのモルタル注入口１７が設けられている。外側継手管７と内側鋼管５の隙間Ｓにはモルタル注入口１７から注入された高強度無収縮モルタル１５が圧入されている。
【００３３】
なお、鋼製上部構造３から鋼管杭１への力の伝達は実施の形態１と同様である。また、鋼管杭１と鋼製上部構造３の接合構造の構築方法についても実施の形態１と同様である。
【００３４】
実施の形態３．
図５は本実施の形態の構造の説明図であり、実施の形態１と同一又は相当する部分には同一符号を付している。
本実施の形態は、上部構造が鉄筋コンクリート構造の場合である。この実施の形態は、鋼管杭１と鉄筋コンクリート製上部構造２１の接合構造であって、鋼管杭１の杭頭部に接合された外面リブ付の内側継手管５と、該内側継手管５の外側に該内側継手管５と所定の隙間Ｓを介して配置される内面リブ付きの外側継手管７とを備えている。
【００３５】
そして、外側継手管７は鉄筋コンクリート製上部構造内に挿入されて、上部構造を構成するコンクリート２３と付着接合されている。
外側継手管７と内側継手管５の隙間Ｓは、実施の形態１と同様にリブの高さの５倍以上になるように設定されている。また、ラップ長Ｌも実施の形態１と同様に設定されている。
【００３６】
本実施の形態によれば、外側継手管７と内側継手管５の隙間Ｓをリブの高さの５倍以上になるように設定し、さらにラップ長Ｌを実施の形態１と同様に上記の数式で示されるように設定したので、鉄筋コンクリート上部構造２１から鋼管杭１への力の伝達が確実に行われる。
また、本実施の形態によれば、鋼管杭１の径よりも大径の外側継手管７を上部構造を構成するコンクリート２３に挿入しているので、鋼管杭１を直接挿入した場合に比較して付着面積が大きくなり、接合を確実にできる。
【００３７】
実施の形態４．
図６は本実施の形態の構造の説明図であり、実施の形態１と同一又は相当する部分には同一符号を付している。
本実施の形態も実施の形態３と同様に、上部構造が鉄筋コンクリート構造の場合である。この実施の形態においては、鋼管杭１の杭頭部に接合された内面リブ付の外側継手管７と、外側継手管７の内側に該外側継手管７と所定の隙間Ｓを介して配置される外面リブ付きの内側継手管５とを備えている。
【００３８】
そして、内側継手管５は鉄筋コンクリート製上部構造内に挿入されて、上部構造を構成するコンクリート２３と付着接合されている。
外側継手管７と内側継手管５の隙間は、実施の形態１と同様にリブの高さの５倍以上になるように設定されている。また、ラップ長Ｌも実施の形態１と同様に設定されている。
【００３９】
本実施の形態によれば、外側継手管７と内側継手管５の隙間Ｓをリブの高さの５倍以上になるように設定し、さらにラップ長Ｌを実施の形態１と同様に上記の数式で示されるように設定したので、鉄筋コンクリート上部構造２１から鋼管杭１への力の伝達が確実に行われる。
また、本実施の形態によれば、鋼管杭１の径よりも小径の外側継手管７を上部構造を構成するコンクリート２３に挿入するようにしたので、上部工のスペース等の問題で鋼管杭１を直接挿入できない場合にも対応できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の鋼管杭と鋼製上部構造の接合構造は、上部構造と端板とをボルト接合により固定するものであり、ボルト接合は他の接合方法と比較して短時間に接合が可能であるため、重量が大きな上部構造自体を保持する時間を短縮でき現場作業が容易で作業効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の構造の説明図である。
【図２】図１に示した構造の分解図である。
【図３】本発明の一実施の形態における継手部耐力と、リブ間距離ｔｇとリブ高さｈとの比ｔｇ／ｈとの関係を示すグラフである。
【図４】本発明の他の実施の形態の説明図である。
【図５】本発明の他の実施の形態の説明図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の説明図である。
【図７】従来の鋼管杭と上部構造との杭頭固定構造の説明図である。
【図８】従来の鋼管杭と上部構造との杭頭固定構造の説明図である。
【符号の説明】
１　鋼管杭
３　鋼製上部構造
５　内側継手管
７　外側継手管
９　底板
１１　端板
１３　ボルト
１５　高強度無収縮モルタル
１７　モルタル注入口
【図１】
2004060250.tif 000007
【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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【図８】
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