(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに接合しようとする一方の部材の継手面に形成された嵌合溝を有するメス継手と、他方の部材の継手面から突出し、前記メス継手の嵌合溝の溝連続方向に沿って嵌合されるオス継手とを有し、前記オス継手には前記メス継手の嵌合溝への嵌合により前記継手面どうしを引き寄せる方向の勾配を有する勾配部が形成されており、前記メス継手の嵌合溝内の所定位置には、前記オス継手の勾配部に対応する勾配を有しオス継手の勾配部と当接する勾配部材が、所定以上の力を受けることで固定機能を失う仮留め手段によって仮固定され、固定機能を失うことで該嵌合溝の溝連続方向に摺動可能となっている部材間継手装置において、前記メス継手と前記勾配部材との摺動面に摩擦抵抗を低減するための処理が施されていることを特徴とする部材間継手装置。
【請求項２】
前記摩擦抵抗を低減するための処理が、摺動面への樹脂加工によるコーティングであることを特徴とする請求項１記載の部材間継手装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構築物などの部材どうしを連結するための部材間継手の構造に関するもので、例えばシールドトンネルに用いられるセグメントやユニット化した建築構造部材の連結などに利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来、構築物の部材間継手としては、ボルトとナットを用いた方法が良く知られている。シールドトンネルに用いられるセグメントの連結についてもこの方法による結合が一般的であるが、組立てをロボット化するためには、ボルト接合は作業が煩雑であるため、きわめて高度な技術を要し、コストも割高となる。
【０００３】
このため、ボルトとナットを使わずに、所定の強度を有するボルトレス継手構造が開発されている。ボルトレス継手を使ったセグメントの接合は、セグメントピースを組立てる際に、既設のセグメントピースに対して、次に接合すべきセグメントピースをシールドマシンの推進用のジャッキを用いてトンネル軸方向に押し込む方法が多く、一般的にワンパス嵌合と呼ばれている。
【０００４】
この方法では、隣接するセグメントのリング間の接合と、ピース間の接合を同時に行うことができる。
【０００５】
これらのうち、ピース間に用いられる継手に関し、例えば、特許文献１には、Ｔ型形状をなすオス継手と摺動可能な勾配部材をもつメス継手からなり、前記勾配部材が所定以上の力を受けることで固定機能を失う仮留め部材で所定の位置に仮固定されている継手が記載されている。
【０００６】
図５は特許文献１に示されたものと同様の継手である。この継手構造では、挿入力が与えられることにより、継手面間に締結力が導入され、部材どうしを結合することができる。このとき、図６に示すようなプロセスで接合される。以下に接合のプロセスを簡単に説明する。なお、Ｔ型部材３が付いている方がオス継手１、嵌合溝（スリット）４が入っている方がメス継手２である。
【０００７】
まず、継手面どうしが接するように、オス継手１側のＴ型部材３をメス継手２の嵌合溝４に向かう方向に設置し、油圧ジャッキ等を使って継手面と平行な方向に挿入力を与える（図６(a)参照）。
【０００８】
次に、Ｔ型部材３が嵌合溝４を通り（図６(b) 参照）、勾配部材５と接触すると（図６(c) 参照）、その勾配による楔効果により、継手間に締結力が導入される。
【０００９】
さらに挿入力を増加させると、勾配部材５を仮固定している仮留め部材６が破壊に至り、勾配部材５が摺動可能な状態となるので、そのまま所定の位置まで押し込んで嵌合が終了する（図６(d) 参照）。
【００１０】
このとき、仮留め部材５のせん断耐力を調節することで、挿入力や締結力を制御することが可能である。
【００１１】
また、特許文献２には、オス継手に設けられた概略Ｔ字状のフランジ部分およびウェブ部分をメス継手に嵌入すると、オス継手のフランジと接触し、嵌入が進むにつれて、接触力が増加するテーパー面を有する部材が設けられ、接触力が所定値を超えて大きくなると、変形を生じてテーパー部材の摺動を生じさせるように設けられた保持部材からなる継手が示されている。さらに、保持部材として、せん断キー、せん断ピン、引張りピン、座屈材等が挙げられている。
【特許文献１】特開２００２−３５７０９５号公報
【特許文献２】特開２００１−２４８３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述の図５、図６の継手構造においては、Ｔ型部材３がトンネル軸方向に挿入されるに従い、継手板の締結力が上昇する。これに伴って、勾配部材５の摺動面に発生する摩擦抵抗も次第に大きくなが、この摩擦抵抗が大きくなれば、ジャッキ推力を大きくしても勾配部材５がトンネル軸方向に摺動しない場合も考えられる。
【００１３】
このことは、実施工において、セグメントピースを所定の位置に設置できなくなることを意味し、リング間に空隙ができるだけではなく、継手部の嵌合も不完全となるため、継手部に期待される所定の強度も確保できなくなり、構造物として本来期待される性能を発揮できなくなる。
【００１４】
また、この原因の一つには、従来、仮留め部材あるいはせん断キーなどが破断する荷重を基準に設計、管理が行われているものの、実際には摺動面における摩擦抵抗にバラツキがあるため、特に摩擦抵抗が大きくなると、想定した誤差の範囲では対処できなくなるということがある。
【００１５】
本発明は上述のような課題の解決を図ったものであり、メス継手に設けられた勾配部材の摺動面の摩擦抵抗を低減することにより、挿入時のジャッキ推力が過大となることを防ぎ、施工性に優れ、バラツキなく確実に嵌合可能な部材間継手を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の部材間継手装置は、互いに接合しようとする一方の部材の継手面に形成された嵌合溝を有するメス継手と、他方の部材の継手面から突出し、前記メス継手の嵌合溝の溝連続方向に沿って嵌合されるオス継手とを有し、前記オス継手には前記メス継手の嵌合溝への嵌合により前記継手面どうしを引き寄せる方向の勾配を有する勾配部が形成されており、前記メス継手の嵌合溝内の所定位置には、前記オス継手の勾配部に対応する勾配を有しオス継手の勾配部と当接する勾配部材が、所定以上の力を受けることで固定機能を失う仮留め手段によって仮固定され、固定機能を失うことで該嵌合溝の溝連続方向に摺動可能となっている部材間継手装置において、前記メス継手と前記勾配部材との摺動面に摩擦抵抗を低減するための処理が施されていることを特徴とするものである。
【００１７】
メス継手と勾配部材は、荷重が加わらない状態では仮留め手段で固定され相対的なすべりがないが、オス継手から勾配部材に力が加わると、メス継手と勾配部材との摺動面において徐々にすべりが生じ、所定以上の力を受けて仮留め手段が固定機能を失うことになる。
【００１８】
仮留め手段としては、特許文献１における仮止めボルトのようにボルトのせん断荷重で管理するものや、特許文献２におけるせん断ピン、せん断キー、引っ張りピン、座屈材などのように、オス継手の挿入嵌合の際に所定以上の力を受けることで固定機能を失う各種の仮留め手段が利用可能である。
【００１９】
このような仮留め手段が所定以上の力を受けることで固定機能を失い、勾配部材が摺動し、締結力を一定化するという考え方は、従来と同様であるが、従来の構造ではメス継手と勾配部材との摺動面における摩擦抵抗の影響を考慮していないため、部材や継手の製作誤差、施工誤差に加え、摺動面での摩擦抵抗のバラツキなどにより、オス継手を所定位置まで挿入できなかったり、無理に押し込むと、施工性を損ねるだけでなく、接合する部材や継手に変形や損傷を与える恐れがあった。
【００２０】
これに対し、本発明ではメス継手と前記勾配部材との摺動面の摩擦抵抗を低減することで、オス継手の挿入がスムーズになり、また摩擦抵抗が低減された状態ではそのバラツキの影響もほとんどなく、特に仮留め手段が固定機能を失った後の抵抗が小さいことで確実な嵌合が可能となり、安定した締結力を得ることができる。
【００２１】
メス継手と勾配部材との摺動面に対する摩擦抵抗を低減するための処理は、メス継手の摺動面と勾配部材の両者に施す場合に限らず、いずれか一方の側の摺動面にのみ施す場合も含まれる。
【００２２】
メス継手と勾配部材との摺動面に対する摩擦抵抗を低減するための処理としては、フッ素樹脂などの樹脂加工によるコーティングの他、摺動面の平滑度を上げたり、あるいは逆に表面に細かい凹凸を設け接触面積を低減するなどの表面加工を施す方法、摺動面に摩擦低減材料を塗布することなどが考えられる。
【００２３】
請求項２は、そのうち比較的処理が簡単でその効果も大きい樹脂加工によるコーティングの場合を限定したものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の部材間継手によれば、互いに接合しようとする部材の継手面に形成されたオス継手をメス継手に嵌合して行く際、オス継手を容易にかつ確実に所定の位置まで嵌合でき、それにより所定の締結力を確保して接合することができる。
【００２５】
また、その際、ジャッキ等を用いて部材をスライドさせる必要があるが、そのジャッキ推力を小さくすることができる。
【００２６】
したがって、実施工に本発明の継手構造を採用することにより、現場での作業が効率化されるとともに施工の高速化を図ることができ、施工コストの縮減にも寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は本発明の部材間継手の一実施形態として、シールドトンネルのセグメントピースに適用した場合を示したもので、各セグメントピースのひとつの継手面にオス継手１とメス継手２が１箇所ずつ取り付けられている。
【００２８】
図１(a)に示されるように、各継手は実施工における施工性を考慮してセグメントピースの端部に設置されており、本実施形態においては、メス継手２の継手板に、オス継手１のＴ型部材３を挿入できる程度の嵌合溝（スリット）４が形成されている。また、その内側のハウジング内部には、所定の力を受けると破壊する仮留め部材６により、勾配部材５が仮固定されている（図１(b)参照）。
【００２９】
この基本構成は、図５の場合と同様であるが、本実施形態では摺動面となるメス部材２（図１(c) 参照）および勾配部材５（図１(d) 参照）の接触面の一方または双方に、フッ素樹脂加工によるコーティング７ａ（メス継手側）、コーティング７ｂ（勾配部材側）が施し、摺動面での摩擦抵抗を低減している。
【００３０】
上記実施形態について嵌合実験を行い、その効果を確認した。摺動面の条件は表１のように設定した。
【００３１】
【表１】
0004441814.tif 000002
表１において、黒皮とは摩擦低減の処理を行わない場合、コーティングとは当該部材の摺動面にフッ素樹脂のコーティングを行った場合である。
【００３２】
図２〜図４にそれぞれの実験結果を示す。縦軸はセグメントの挿入荷重、横軸は挿入変位である。挿入変位δはδ＝０ｍｍのとき、挿入が完了した状態、すなわちセグメントが所定の位置に設置された状態であることを示す。
【００３３】
まず、ケース１の結果を図２に示す。挿入荷重はセグメントピースの挿入にしたがって上昇し、仮留め部材の破断直後に一時減少するが、その後はセグメントピースが滑らかに摺動しないため、挿入荷重が急激に上昇し、嵌合が終了する（δ＝０ｍｍとなる）までに挿入荷重を上昇させても変位しない結果となった。
【００３４】
また、各測定位置（δ１〜δ３）の値にバラツキがみられることから、挿入荷重によってセグメントピースに変形が生じていることがわかる。
【００３５】
これに対し、ケース２の実験結果は図３に示すように、セグメントピースの挿入開始直後から挿入荷重は徐々に増加し、仮留め部材が破断する際に一時的にピークが生じる。その後はセグメントピースを挿入し続けても、仮留め部材が破断した際の荷重を超えることなく滑らかに摺動し、嵌合終了（δ＝０ｍｍ）に至った。
【００３６】
ケース３ についても、図４に示すように、ケース２と同様、仮留め部材の破断時に挿入荷重のピークが現れるが、その後はピーク値を越えることなく滑らかに摺動し、嵌合終了（δ＝０ｍｍ）に至った。
【００３７】
また、ケース３の挿入荷重はケース２に比して小さな値となったが、これは摺動部の摩擦抵抗が小さくなったためであると考えられる。
【００３８】
上記結果から、継手板および勾配部材の摺動面がともに黒皮の場合、摩擦抵抗が大きくなるため、セグメントピースを所定の位置に嵌合できない場合も想定されるが、少なくとも勾配部材側の摺動面に摩擦抵抗を低減することを目的としたコーティングを施すことにより、セグメントピースを所定の位置に、ジャッキ推力も過大となることなく確実に設置することができることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の部材間継手の最良の実施形態を示したもので、(a)は本発明の継手によって部材どうしを接合する様子を示す図、(b)はメス継手と勾配部材の関係を示す図、(c)は摺動面のメス継手側への摩擦低減処理を示す図、(d)は摺動面の勾配部材側への摩擦低減処理を示す図である。
【図２】ケース１の嵌合実験結果を示すグラフである。
【図３】ケース２の嵌合実験結果を示すグラフである。
【図４】ケース３の嵌合実験結果を示すグラフである。
【図５】従来のセグメントピース間継手の例を示す斜視図である。
【図６】従来のセグメントピース間継手の接合プロセスの説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…オス継手、２…メス継手、３…Ｔ型部材、４…嵌合溝（スリット）、５…勾配部材、６…仮留め部材、７…摺動面、７ａ…コーティング（メス継手側）、７ｂ…コーティング（勾配部材側）、８…アンカー筋
【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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