(57)【要約】【課題】  線材の靱性能を低下させることなく、安全で作業性に優れた線材の接合構造を提案することを課題とする。【解決手段】  先端に拡径部１２を有するアンカー筋１０（線材）と構造物とを、前記構造物に取り付けられている接続カプラー２０を介して接合する構造において、前記接続カプラー２０は、前記アンカー筋１０の前記拡径部１２の係止部を有し、且つ、筒状形状に形成されており、前記アンカー筋１０の前記拡径部１２が、前記接続カプラー２０の前記係止部に係止されていることを特徴とする線材の接合構造。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に拡径部を有する線材と構造物とを、前記構造物に取り付けられている接続カプラーを介して接合する構造において、
前記接続カプラーは、前記線材の前記拡径部の係止部を有し、且つ、筒状形状に形成されており、
前記線材の前記拡径部が、前記接続カプラーの前記係止部に係止されていることを特徴とする線材の接合構造。
【請求項２】
前記接続カプラーは、円筒形状であり、その外周部にネジ部が形成されており、
前記ネジ部が、前記構造物に締着されていることを特徴とする請求項１に記載の線材の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木構造物及び建築構造物における線材の接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種構造物、例えば、杭基礎構造の杭頭部とフーチングや基礎スラブとの接合や、鉄骨柱脚の接合は、通常、ネジ切り加工を施した線材を、アンカー筋として構造物やアンカープレートと接合させることにより行う。しかし、これらのアンカー筋は、ネジ切り加工を施すことにより、断面欠損が生じるため、過大な引張力が生じた場合、このネジ部において破断する。このため、アンカー筋の靱性能（伸び性能）は、ネジ部の耐力によって決定し、線材本来の靱性能が十分に発揮されない問題がある。また、ネジ切り加工を施さずに、溶接により接合する場合もあるが、この場合、高強度鋼材の溶接はできないことや、溶接により線材の材料特性が変化し、溶接箇所において線材の靱性能が低下するなどの問題がある。
【０００３】
従来、線材にネジ切り加工を施さずに、下記に示すような方法により線材の接合を行うことで、本来の靱性能を発揮することが可能な線材の接合構造が開示されている（特許文献１参照）。
（１）予め下方に広がるアンカー筋定着孔１３３が加工された杭頭部１３１の端板１３２に、先端１１１を熱したアンカー筋１１０を差し込み押圧力を加えることにより、先端１１１がアンカー筋定着孔１３３内で流動変形して拡径部１１２を形成することで、アンカー筋１１０が杭頭部１３１に接合される、アンカー筋の接合構造（図９（ａ）参照）。
（２）予め先端に拡径部１１２を有するアンカー筋１１０を、下方に広がるアンカー筋定着孔１３３を予め加工したジョイントプレート１３４に通し、このジョイントプレート１３４を杭頭部１３１の端板１３２に固定することでアンカー筋１１０が杭頭部１３１に接合される、アンカー筋の接合構造（図９（ｂ）参照）。
【特許文献１】特開２００２−２４２１７６号公報（［００１０］〜［００２１］、図１、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来のアンカー筋の接合構造には、それぞれ下記に示すような問題点がある。
（１）それぞれのアンカーの先端を、流動性を有する程度まで熱する作業に手間がかかり、また、高温に熱したアンカーの取り扱いに危険が伴う。
（２）複数本のアンカー筋を挿入したジョイントプレートの取り扱いが難しく、杭頭部の端板に固定する作業に手間がかかる。
【０００５】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、線材の靱性能を低下させることなく、安全で作業性に優れた線材の接合構造を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するために、請求項１に係る発明は、先端に拡径部を有する線材と構造物とを、前記構造物に取り付けられている接続カプラーを介して接合する構造において、前記接続カプラーは、前記線材の前記拡径部の係止部を有し、且つ、筒状形状に形成されており、前記線材の前記拡径部が、前記接続カプラーの前記係止部に係止されていることを特徴としている。
【０００７】
かかる線材の接合構造は、先端に拡径部を有する線材が、構造物等に接合された接続カプラーに挿入されており、その拡径部と接続カプラーの係止部により線材は係止され、接続カプラーから抜け出すことがなく構造物等に接合されるものである。したがって、線材にネジ切り加工を施す必要がなく、断面積が小さくなることによる線材の耐力の低下がないため、線材が本来有している耐力と靭性能を維持したまま、構造物への接合を行うことを可能とする。
【０００８】
なお、接続カプラーの係止部は、例えば、線材の拡径部との接触部に隅切り（テーパ）加工を施すことにより形成すれば、線材の拡径部がそのテーパ部に係止されて、ズレなどを生じることなくその機能を発揮することが可能となり好適である。
【０００９】
また、線材としてその両端に拡径部を有する鋼棒を使用すれば、接続カプラーを介した締着により、アンカープレートや構造物などへの接合作業を容易に行うことが可能となり好適である。また、鋼棒の断面積を小さくするような加工を施さないため、線材の耐力を最大限発揮させることが可能であり、細径鋼棒を使用する場合に有効である。また、特に普通鋼材に比べ降伏ひずみの大きい高強度鋼棒を使用することは、弾性範囲を広げ、例えば杭と基礎との接合部や、鉄骨柱脚の接合部の損傷限界と共に、耐震性能を飛躍的に向上させることが可能となり好適である。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の線材の接合構造であり、前記接続カプラーは、円筒形状であり、その外周部にネジ部が形成されており、前記ネジ部が、前記構造物に締着されていることを特徴としている。
【００１１】
かかる線材の接合構造は、接続カプラーの外周部にネジ切り加工が施されてあることにより、線材の構造物への接合の際、構造物の線材挿入孔（ボルト穴）に加工されたネジ部に締着することで線材の接合が完了するため、簡易な接合作業が可能となる。
【００１２】
ここで、構造物の線材との接合部に、接続カプラーを締着するためのボルト穴を有した端板を使用すれば、接続カプラーを、端板にねじ込むのみで線材と構造物の接合が完了するため、作業が容易で好適である。さらに、当該ボルト穴の背面に予め拡径部を収納するための凹部が形成されてあれば、線材の構造物への接合の際に、接続カプラーから突出する鋼棒の拡径部がボルト穴背面の構造物に当設することにより、接続カプラーの端板への締着が不十分になることがなく、確実に締着を行うことが可能となり、好適である。なお、端板として十分な厚みを有するものを使用するのであれば、鋼棒の拡径部がボルト穴から突出することなく接続カプラーの端板への締着が可能となるため、ボルト穴の背面に形成する凹部は必ずしも必要とするものではない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の線材の接合構造によれば、線材にネジ切り加工を施さないため、線材が本来有する耐力と靭性能を低下させることなく、アンカー筋としての機能を発揮させるとともに、構造物の耐震性能を向上させることが可能となる。また、線材の構造物等への接合は、接続カプラーを介して行うため、容易に行うことができ、安全で、短期間で施工を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１５】
本実施の形態は、コンクリート杭の杭頭部を基礎コンクリートと接合する際に、本発明による線材の接合構造を使用した態様である。
図１は、本発明に係る線材の接合構造１を示す斜視図であり、図２はその断面図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明による線材の接合構造１は、高強度丸鋼棒（降伏ひずみが高い鋼棒）からなるアンカー筋（線材）１０の両端部に接続カプラー２０が設置されており、その接続カプラー２０を介してアンカー筋１０の一端が円柱形状のコンクリート杭３０の杭頭部３１に、他端がアンカープレート４０のナット４２に接続されたものである。杭頭部３１には、複数のボルト穴が設けられた端板３２が設置されており、この端板３２に設けられたボルト穴に接続カプラー２０を締着することにより、アンカー筋１０が端板３２に固定されている。さらに、アンカー筋１０は、コンクリート杭３０の上部に打設されている基礎コンクリート２に埋設されている。この線材の接合構造１により、コンクリート杭３０と基礎コンクリート２とが一体に接合される（図２参照）。
【００１７】
以下、細部について説明する。
図３は、アンカー筋１０を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は拡径部の拡大斜視図である。また、図４は、接続カプラー２０を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側方断面図である。また、図５は、端板３２を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側方断面図である。
【００１８】
図３（ａ）に示すように、アンカー筋１０は、両端部に拡径部１２，１２を有する所定の長さの高強度鋼棒からなる。アンカー筋１０の両端部に設けられた拡径部１２，１２は、アンカー筋１０の両端部を熱した状態でその先端を軸方向に打撃することで、図３（ｂ）に示すように、鋼棒端部に軸部１１よりも大きな径に形成されたものである。この拡径部１２は、後述する接続カプラー２０からアンカー筋１０が抜け出さない程度の大きさを有するものであれば、その形状は限定されるものではない。
【００１９】
図４（ａ）に示すように、接続カプラー２０は、円筒形状であり、その内径はアンカー筋１０の軸部１１の直径より若干大きく、外径はアンカー筋１０の拡径部１２の最大径よりも大きい。また、接続カプラー２０の外周にはネジ切り加工が施されているネジ部２１を有している。また、接続カプラー２０の内空部におけるアンカー筋１０の拡径部１２との接触部には、図４（ｂ）に示すように、３０°〜４５°に隅切り加工を施し、拡径部１２を係止するテーパ部２３を有している。さらに、接続カプラー２０の拡径部１２との接触部と反対側の外周部には、工具の掛かり代２２として相対する２面において面取り加工が施されている（図４（ｂ）参照）。
なお、接続カプラー２０の外径と内径、長さ、ネジ切りの規格などは、アンカー筋１０の軸部１１の直径、耐力、拡径部１２の最大径、接合対象物の材質等に応じて適宜に設定する。ここで、接続カプラー２０の外周に設けたネジ部２１の耐力は、アンカー筋１０の軸部１１の耐力以上となるように設定することで、本来の軸部１１の靱性能を十分に発揮することが可能となり好適である。
【００２０】
コンクリート杭３０の杭頭部３１には、図５に示すような端板３２が設置されており、アンカー筋１０の接合を可能としている。この端板３２は、平面視でリング状に加工された鋼板からなり、複数のボルト穴３３が所定間隔で設けられている。ここで、ボルト穴３３は、前述の接続カプラー２０の締着が可能なネジ加工が内面に施してある。
なお、各ボルト穴３３下の杭頭部３１上面には、アンカー筋１０の拡径部１２の接続カプラー２０からの突出長と同程度の深さを有する凹部３４が形成されてあり、アンカー筋１０の拡径部１２の収納を可能としている（図６（ｂ）参照）。
【００２１】
本実施の形態で使用するアンカー筋１０は、図６（ａ）に示すように、予め２つの接続カプラー２０，２０に挿入されており、且つ、両端部に拡径部１２，１２を有している。
アンカー筋１０とコンクリート杭３０との接合部は、図６（ｂ）に示すように、端板３２に設けられたボルト穴３３に接続カプラー２０がねじ込まれており、この接続カプラー２０から突出したアンカー筋１０の先端の拡径部１２が、杭頭部３１に設けられた凹部３４の底面に当接した状態となっている。なお、端板３２の板厚が厚く、アンカー筋１０に負荷する引張力に対して十分なネジ耐力を発現可能であれば、杭頭部３１に凹部３４を形成せずに、アンカー筋１０の拡径部１２を、杭頭部３１のコンクリートに密着させつつ端板３２のボルト穴３３内に納める構造としても良い。
【００２２】
一方、アンカー筋１０とアンカープレート４０との接合部は、図７（ｂ）に示すように、アンカープレート４０のナット４２に接続カプラー２０がねじ込まれており、この接続カプラー２０から突出したアンカー筋１０の拡径部１２が、アンカープレート４０の鋼板４１に当接した状態となっている。そして、このアンカープレート４０が取り付けられたアンカー筋１０は、コンクリート杭３０の上部に打設される基礎コンクリート２に埋設され、コンクリート杭３０と基礎コンクリート２とを接合する。
なお、アンカープレート４０には、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、ナット４２に正方形の鋼板４１を溶接されたものを使用しているが、その形式形状は限定されるものではない。
【００２３】
上述のように、本発明による線材の接合構造１は、接続カプラー２０による締着のみで、アンカー筋１０の端板３２とアンカープレート４０への接合を行うため、図２に示すように、コンクリート杭３０と基礎コンクリート２との一体化を簡易に行うことが可能となる。
【００２４】
また、本発明による線材の接合構造１により、アンカー筋１０の一方の先端が、杭頭部３１のコンクリートに当接させてあるため、アンカー筋１０に働く引き抜き力は、拡径部１２から接続カプラー２０のテーパ部２３に伝達され、さらに、接続カプラー２０のネジ部２１から端板３２へと伝達される。また、アンカー筋１０の他方の先端は、アンカープレート４０の鋼板４１に当接させてあるため、アンカー筋１０に働く引き抜き力は、拡径部１２から接続カプラー２０のテーパ部２３に伝達され、さらに、接続カプラー２０のネジ部２１からナット４２へと伝達され、さらに、ナット４２から基礎コンクリートへ伝達される。そのため、アンカー筋１０に加わる引き抜き力は、一点に集中することなく分散されるため、鋼棒の本来有する耐力を十分に活用できる構造となる。
【００２５】
以上、本発明について、好適な実施形態についての一例を説明したが、本発明は当該実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、本実施の形態では、本発明による線材の接合構造を杭頭部と構造物基礎との接合に用いるものとしたが、これに限定されるものではなく、線材による接合を要するさまざまな構造物に用いることが可能であることはいうまでもない。
また、鋼棒を接続カプラーに挿入してから鋼棒の拡径部の加工を行うものとしたが、これに限定されるものではなく、予め拡径部の加工を施した鋼棒に、組立式の接続カプラーを取り付ける構造としてもよい。
また、コンクリート杭として、円柱形状のものとしたが、杭形状は限定されないことはいうまでもない。
【実施例】
【００２６】
次に、本発明による線材の接合構造の靱性能について実証実験を行った結果を示す。
本実証実験では、ネジ加工を施した鋼棒（φ９．２ｍｍ−ＰＣ鋼棒−Ｃ種：許容緊張荷重５７．９ｋＮ）を、ナット接合した状態での引張試験結果（比較例）と、拡径部を有する鋼棒（φ１１ｍｍ−ＰＣ鋼棒−Ａ種：許容緊張荷重６０．２ｋＮ）を、接続カプラーを介して接合した状態での引張試験結果（本発明実施例）とを比較する。
【００２７】
図８（ａ）は、前者のネジ加工を施した鋼棒による実験の結果を示したものであり、軸部が６４００μ程度伸びた時点でネジ部が破断している。一方、後者の本発明による接続カプラーを介した接合による鋼棒は、軸部が５７０００μ伸びた時点で破断している。つまり、本発明による線材の接合構造により、ほぼ同程度の許容緊張荷重を有しているＰＣ鋼材の軸部の伸びが約８．９倍に向上することがわかる。
【００２８】
この結果から、例えば杭径６００ｍｍの既製コンクリート杭の終局限界時の限界回転核を、アンカー長さを７０ｃｍとして推定すると、ネジ加工を施した鋼棒では１／１３０ｒａｄ程度、本発明による線材の接合構造では１／１５ｒａｄ程度となり、杭頭接合部の耐震性能を飛躍的に向上することが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る線材の接合構造をコンクリート杭の杭頭に設置した状況を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る線材の接合構造を示す断面図である。
【図３】アンカー筋を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は拡径部の拡大斜視図である。
【図４】接続カプラーを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側方断面図である。
【図５】端板を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側方断面図である。
【図６】アンカー筋の設置状況を示す図であり（ａ）は接続カプラーに挿入したアンカー筋の全体図、（ｂ）はアンカー筋の端板への接合部分の拡大断面図である。
【図７】アンカープレートを示す図であり（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図８】実証実験結果を示す図であり、（ａ）はネジ加工を施した鋼棒による引き抜き試験結果、（ｂ）は本発明による鋼棒の引き抜き試験結果。
【図９】従来のアンカー筋の接合構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１      線材の接合構造
１０    アンカー筋（線材）
１２    拡径部
２０    接続カプラー
２１    ネジ部
２３    テーパ部
【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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【図８】
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【図９】
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