(57)【要約】【課題】鋳鋼製トラスノード等の特殊且つ専用のジョイント部材を用いることなく、しかも、溶接熟練者等の高度な鋼管切断技能及び鋼管溶接技能に依存することなく、任意の方向に配向した鋼管同士を突合せ溶接する。【解決手段】鋼管(1)の仕口端同士を突合せ溶接するための仕口端は、鋼管の中心軸線に対して任意の角度に切断した小口部を有する。メタルタッチ面(14)を有する平板の外周面(11)が、位置決め手段(4,12)を用いて小口部の開口に部分的に挿入される。平板の外周面は、メタルタッチ面に対する母線(M1、M2)を鋼管の中心軸線(X,Y)と実質的に平行に配向し且つ小口部の開口に内接する輪郭を有し、メタルタッチ面は、小口部から突出した位置に位置決めされる。溶接すべき鋼管のメタルタッチ面同士は、位置決め機構(15,16,20)を用いて相対的に位置決めされる。【選択図】図３
2007023763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接するための鋼管仕口構造において、
前記仕口端を構成する前記鋼管の小口部は、該鋼管の中心軸線に対して傾斜角を有する小口面を備え、メタルタッチ面を有する平板の外周面が、前記小口部の開口に部分的に挿入され、前記平板の外周面は、前記メタルタッチ面に対する母線を前記鋼管の中心軸線と実質的に平行に配向し且つ前記小口部の開口に内接する輪郭を有し、前記メタルタッチ面は、前記小口部から突出した位置に位置決めされることを特徴とする鋼管仕口構造。
【請求項２】
軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接するための鋼管仕口構造において、
前記仕口端を構成する前記鋼管の小口部は、該鋼管の中心軸線に対して傾斜角を有する小口面を備え、メタルタッチ面を有する平板の外周面が、前記小口部の開口に部分的に挿入され、
前記小口部及び平板は、前記平板を前記小口部の開口に挿入する際に平板及び鋼管の相対位置を規制するとともに、平板の挿入位置及び相対回転を機械的に制限する位置決め機構を有することを特徴とする鋼管仕口構造。
【請求項３】
軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接するための鋼管仕口構造において、
前記仕口端を構成する前記鋼管の小口部は、該鋼管の中心軸線に対して傾斜角を有する小口面を備え、メタルタッチ面を有する平板の外周面が、前記小口部の開口に部分的に挿入され、
前記平板は、対向する前記メタルタッチ面同士の相対位置を位置決めするための位置決め機構を有することを特徴とする鋼管仕口構造。
【請求項４】
前記平板によってメタルタッチ面を形成した複数の鋼管の仕口端の間に第２の平板又は平板組立体を更に介挿したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鋼管仕口構造。
【請求項５】
軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接する鋼管接合方法において、
前記鋼管の中心軸線に対して傾斜角をなす小口面を切断して前記仕口端の小口部を形成し、
メタルタッチ面を有する平板の外周面を前記小口部の開口に部分的に挿入し、前記平板の外周面を前記小口部の開口に内接させるとともに、前記メタルタッチ面を前記小口部から突出した位置に位置決めし、
突合せ溶接すべき部材のメタルタッチ面に対して前記メタルタッチ面を面接触せしめ、前記メタルタッチ面の突出によって溶接ギャップを形成するとともに、溶接用裏当を前記外周面によって前記溶接ギャップのルート部に形成することを特徴とする鋼管接合方法。
【請求項６】
軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接する鋼管接合方法において、
前記鋼管の中心軸線に対して傾斜角をなす小口面を切断して前記仕口端の小口部を形成するとともに、前記小口部の開口に部分的に挿入され且つメタルタッチ面を有する平板の挿入位置及び相対回転を規制する機械的係合要素を前記平板及び前記小口部に形成し、
前記平板を前記小口部の開口に挿入する際に前記平板及び鋼管の相対位置を前記機械的係合要素によって決定するとともに、前記平板の挿入位置及び相対回転を前記機械的係合要素によって制限することを特徴とする鋼管接合方法。
【請求項７】
軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接する鋼管接合方法において、
前記鋼管の中心軸線に対して傾斜角をなす小口面を切断して前記仕口端の小口部を形成し、
メタルタッチ面を有する平板の外周面を前記小口部の開口に部分的に挿入するとともに、対向する前記メタルタッチ面同士の相対位置を位置決めするための機械的係合要素を前記平板に係合させることにより、メタルタッチ面同士の相対位置を位置決めすることを特徴とする鋼管接合方法。
【請求項８】
前記平板によってメタルタッチ面を形成した複数の鋼管の仕口端の間に第２の平板又は平板組立体を更に介挿し、前記メタルタッチ面を前記第２平板又は平板組立体に突合せ溶接することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の鋼管接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管仕口構造及び鋼管接合方法に関するものであり、より詳細には、鋼構造建築物の構造用鋼管を任意の角度に突合せ溶接することができる鋼管仕口構造及び鋼管接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
構造用鋼管を突合せ溶接する溶接法の従来方式として、段切り方式、裏当板スライド方式、裏当板メタルタッチ方式、裏当板張り出し方式等の各種方式が知られている。このような方式の溶接法の改良として、接合すべき鋼管の各小口面にエンドプレートを面一に固定するとともに、環状の鋼製介設部材をエンドプレート間に介挿して溶接ギャップを形成し、鋼管の小口面を突合せ溶接する溶接方法が、特開平８−２３９９０９公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
このような従来の溶接法は、いずれも、軸芯が合芯した鋼管同士を直管形態に接合する際に使用される。しかし、軸芯が相対的に傾斜した鋼管同士を接合する場合には、鋼管の小口面が鋼管の軸芯に対して傾斜した方向に切断され、楕円形小口面が仕口部に形成される。このため、裏当板や、裏当用鋼管等を鋼管の小口部に挿入し難く、小口部内周面に対して裏当板等を正確に内接させることも困難であるので、傾斜角を有する鋼管同士の突合せ溶接は、溶接熟練者等の高度な鋼管切断技能及び鋼管溶接技能に依存するか、或いは、高価な鋳鋼製トラスノード等を用いなければならなかった。
【０００４】
軸芯が相対的に傾斜した鋼管同士の突合せ溶接を要する鋼構造物として、単層ラチス構造のドームが挙げられる。単層ラチスドームは、ラチス部材を構成する鋼管同士を溶接によって剛接合し、鋼構造骨組の高剛性化及び軽量化を同時に実現しようとするものである。この種の単層ラチスドームは、同一規模の複層トラス構造の鋼構造骨組と比べ、鋼材量及びジョイント数が比較的少なく、建設コスト低減や、工期短縮等の観点からも有利であり、しかも、採光・遮光の設計自由度や、内部空間の有効利用等の点においても優れることから、競技場等の大空間の屋根構造として近年殊に注目されている。
【特許文献１】特開平８−２３９９０９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような単層ラチス構造においては、任意の方向に配向した鋼管同士をジョイント部で接合しなければならない。殊に、中規模又は大規模の単層ラチス構造物では、このような仕口構造を随所に適用しなければならないことから、溶接熟練者等の高度な鋼管切断技能及び鋼管溶接技能に依存することは、現実には困難である。このため、鋳鋼製トラスノード等の特殊且つ専用のジョイント部材を使用し、トラスノードに対して鋼管を溶接する方法が一般に採用されてきた。
【０００６】
しかし、この種のジョイント部材の使用は、建設費の高額化や、工期の長期化をもたらすばかりでなく、ジョイント部材の外観が構造体の意匠性に比較的大きく影響する。このため、このようなジョイント部材を用いず、しかも、溶接熟練者等の高度な鋼管切断技能及び鋼管溶接技能に依存することなく、単層ラチス構造の鋼管を突合せ溶接することができる鋼管仕口構造の開発が要望された。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鋳鋼製トラスノード等の特殊且つ専用のジョイント部材を用いることなく、しかも、溶接熟練者等の高度な鋼管切断技能及び鋼管溶接技能に依存することなく、軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接することができる鋼管仕口構造及び鋼管接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、近年の三次元レーザー切断技術の発展によって鋼管の仕口端を高精度に切断することが可能となった点に着目し、かかる知見に基づいて本発明を達成したものである。即ち、本発明は、
軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接するための鋼管仕口構造において、
前記仕口端を構成する前記鋼管の小口部は、該鋼管の中心軸線に対して傾斜角を有する小口面を備え、メタルタッチ面を有する平板の外周面が、前記小口部の開口に部分的に挿入され、前記平板の外周面は、前記メタルタッチ面に対する母線を前記鋼管の中心軸線と実質的に平行に配向し且つ前記小口部の開口に内接する輪郭を有し、前記メタルタッチ面は、前記小口部から突出した位置に位置決めされることを特徴とする鋼管仕口構造を提供する。
【０００９】
本発明の上記構成によれば、メタルタッチ面に対する平板外周面の母線が、鋼管の中心軸線と実質的に平行に配向され、平板外周面は、小口部内周面に内接するように仕口端開口に挿入される。平板外周面は、部分的に仕口端開口に挿入されるにすぎず、メタルタッチ面は、仕口端開口から突出した位置に位置決めされる。突合せ溶接すべき部材のメタルタッチ面に対して平板のメタルタッチ面を面接触させることにより、仕口端開口から突出した平板部分の周囲に溶接ギャップが形成される。このような構成によれば、軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端に上記平板を夫々配設し、メタルタッチ面同士を面接触させることにより、対向する鋼管仕口端の間に溶接ギャップを形成するとともに、溶接用裏当を平板外周面によって溶接ギャップのルート部に形成することができる。かくして、上記構成の鋼管仕口構造によれば、鋳鋼製トラスノード等の特殊且つ専用のジョイント部材を用いず、しかも、溶接熟練者等の高度な鋼管切断技能及び鋼管溶接技能に依存することなく、軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接することができる。
【００１０】
本発明は又、軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接するための鋼管仕口構造において、
前記仕口端を構成する前記鋼管の小口部は、該鋼管の中心軸線に対して傾斜角を有する小口面を備え、メタルタッチ面を有する平板の外周面が、前記小口部の開口に部分的に挿入され、
前記小口部及び平板は、前記平板を前記小口部の開口に挿入する際に平板及び鋼管の相対位置を規制するとともに、平板の挿入位置及び相対回転を機械的に制限する位置決め機構を有することを特徴とする鋼管仕口構造を提供する。
【００１１】
本発明の上記構成によれば、上記位置決め機構によって平板を正確に鋼管の小口部に位置決めできるので、平板の位置決め作業は簡素化し、接合作業の作業効率は向上する。また、鋼管小口部の開口に挿入された平板は、溶接すべき他の鋼材のメタルタッチ面に面接触し、平板部分の周囲に溶接ギャップが形成されるので、鋼管の仕口端を比較的容易に溶接することができる。かくして、このような構成の鋼管仕口構造によれば、鋳鋼製トラスノード等の特殊且つ専用のジョイント部材を用いず、しかも、溶接熟練者等の高度な鋼管切断技能及び鋼管溶接技能に依存することなく、軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接することができる。
【００１２】
本発明は更に、軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接するための鋼管仕口構造において、
前記仕口端を構成する前記鋼管の小口部は、該鋼管の中心軸線に対して傾斜角を有する小口面を備え、メタルタッチ面を有する平板の外周面が、前記小口部の開口に部分的に挿入され、
前記平板は、対向する前記メタルタッチ面の相対位置を位置決めするための位置決め機構を有することを特徴とする鋼管仕口構造を提供する。
【００１３】
相対的に傾斜した鋼管同士を接合する場合、対向するメタルタッチ面同士を正確に整合させることは困難であるが、本発明の上記構成によれば、位置決め機構の採用により、メタルタッチ面の相対位置を正確に位置決めし、鋼管同士を高精度に突合せ溶接することができるので、鋼管組立作業の作業効率は向上する。また、突合せ溶接すべき部材のメタルタッチ面に対して上記平板のメタルタッチ面を面接触させることにより、平板部分の周囲に溶接ギャップが形成されるので、鋼管の仕口端を比較的容易に溶接することができる。かくして、このような構成の鋼管仕口構造によれば、鋳鋼製トラスノード等の特殊且つ専用のジョイント部材を用いず、しかも、溶接熟練者等の高度な鋼管切断技能及び鋼管溶接技能に依存することなく、軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接することができる。
【００１４】
他の観点より、本発明は、軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接する鋼管接合方法において、
前記鋼管の中心軸線に対して傾斜角をなす小口面を切断して前記仕口端の小口部を形成し、
メタルタッチ面を有する平板の外周面を前記小口部の開口に部分的に挿入し、前記平板の外周面を前記小口部の開口に内接させるとともに、前記メタルタッチ面を前記小口部から突出した位置に位置決めし、
突合せ溶接すべき部材のメタルタッチ面に対して前記メタルタッチ面を面接触せしめ、前記メタルタッチ面の突出によって溶接ギャップを形成するとともに、溶接用裏当を前記外周面によって前記溶接ギャップのルート部に形成することを特徴とする鋼管接合方法を提供する。
【００１５】
本発明は又、軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接する鋼管接合方法において、
前記鋼管の中心軸線に対して傾斜角をなす小口面を切断して前記仕口端の小口部を形成するとともに、前記小口部の開口に部分的に挿入され且つメタルタッチ面を有する平板の挿入位置及び相対回転を規制する機械的係合要素を前記平板及び前記小口部に形成し、
前記平板を前記小口部の開口に挿入する際に前記平板及び鋼管の相対位置を前記機械的係合要素によって決定するとともに、前記平板の挿入位置及び相対回転を前記機械的係合要素によって制限することを特徴とする鋼管接合方法を提供する。
【００１６】
本発明は更に、軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接する鋼管接合方法において、
前記鋼管の中心軸線に対して傾斜角をなす小口面を切断して前記仕口端の小口部を形成し、
メタルタッチ面を有する平板の外周面を前記小口部の開口に部分的に挿入するとともに、対向する前記メタルタッチ面の相対位置を位置決めするための機械的係合要素を前記平板に係合させることにより、メタルタッチ面同士の相対位置を位置決めすることを特徴とする鋼管接合方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の鋼管仕口構造及び鋼管接合方法によれば、鋳鋼製トラスノード等の特殊且つ専用のジョイント部材を用いることなく、しかも、溶接熟練者等の高度な鋼管切断技能及び鋼管溶接技能に依存することなく、軸芯が相対的に傾斜した鋼管の仕口端同士を突合せ溶接することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の好適な実施形態によれば、平板の挿入位置及び相対回転を規制する機械的係合要素が、小口部及び平板の位置決め機構として平板及び小口部に形成され、平板及び鋼管の相対位置は、平板を小口部の開口に挿入する際に機械的係合要素によって決定され、平板の挿入位置及び相対回転は、機械的係合要素によって制限される。例えば、機械的係合要素として、スリット又は溝が鋼管の小口部に形成され、同じく機械的係合要素として、突起又はホゾが平板の外周面に形成される。平板は、突起又はホゾと、スリット又は溝とを整合させた状態で鋼管の小口部に挿入され、突起は、スリットの終端部に衝合し、更なる平板の挿入は、制限される。このような位置決め機構により、平板の位置決め作業を簡素化し、接合作業の作業効率を向上することができる。
【００１９】
本発明の更に好ましい実施形態によれば、メタルタッチ面同士の位置決め機構は、対向するメタルタッチ面の相対位置を位置決めするための機械的係合要素を有し、メタルタッチ面同士の相対位置は、機械的係合要素を平板に係合させることによって位置決めされる。機械的係合要素は、例えば、平板に穿設した方形断面のスロット又は長孔に係止可能な方形断面のキー部材からなる。
【００２０】
上記キー部材は、鋼管の外面に装着されるエレクションピースと実質的に同じ機能を果たすが、従来のエレクションピースと異なり、鋼管接合部に埋め殺すことができる。このため、このようなキー部材を採用することにより、エレクションピースを鋼管から切断撤去してピース係合部のグラインダ掛け処理等を行う従来の作業を省略することが可能となる。
【００２１】
本発明の鋼管仕口構造は、二本の鋼管の仕口端を突合せ溶接する鋼管仕口構造のみならず、複数（三本以上）の鋼管の仕口端を単一のジョイント部として突合せ溶接する鋼管仕口構造に適用することができる。従って、本発明は、中規模又は大規模の単層ラチス構造物の鋼管仕口構造として、極めて効果的に使用することができる。
【００２２】
本発明の応用として、上記平板によってメタルタッチ面を形成した鋼管の仕口端の間に第２の平板又は平板組立体を更に介挿しても良い。鋼管仕口端のメタルタッチは、第２平板又は平板組立体のメタルタッチ面に突合せ溶接され、鋼管同士は、第２平板又は平板組立体を介して接合される。第２平板又は平板組立体は、鋼管の応力伝達手段を構成する。所望により、鋼管と第２平板又は平板組立体とを位置決めするための簡易な構造のエレクションピースが使用される。エレクションピースは、例えば、第２平板又は平板組立体に係合するとともに、鋼管及び／又は鋼管仕口端の平板に係合し、第２平板又は平板組立体と鋼管との相対位置を規制する。
【実施例１】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の鋼管仕口構造を備えた剛接トラス構造体を部分的に示す側面図である。
【００２５】
図１には、真円形断面の鋼管１を接合部（ジョイント部）２において突合せ溶接した一体架構の剛接トラス構造体が示されている。図１に示すトラス構造体においては、同一管径且つ同一肉厚を有する鋼管１同士が上弦材及び下弦材として剛接される。鋼管１の中心軸線Ｘ、Ｙは、角度α（０°＜α＜１８０°）の相対角度をなして交差する。各鋼管１の仕口端には、溶接用裏当板を構成する鋼製平板１０が夫々内装される。対向する平板１０のスロット（長孔）１５、１６には、キー部材２０が係合し、平板１０は、キー部材２０によって相互係止される。鋼管１の仕口端は、突合せ溶接の溶接金属３０によって一体的に接合される。上弦材として示された上位鋼管１の接合部２と、下弦材として示された下位鋼管１の接合部２とは、実質的に同一の仕口構造を有する。相対的に小径の鋼管３が、鋼管１及び接合部２に接合される。斜材として示された小径鋼管３は、鋼管２の突合せ溶接後、従来の溶接方法に従って鋼管１及び接合２に隅肉溶接される。
【００２６】
図２は、本発明の鋼管仕口構造を備えた他の剛接トラス構造体を部分的に示す側面図である。
【００２７】
図２示すトラス構造体も又、真円形断面の鋼管１を接合部（ジョイント部）２において突合せ溶接した一体架構の剛接トラス構造体である。鋼管１の中心軸線Ｘ、Ｙは、角度β（１８０°＜β＜３６０°）の相対角度をなして交差し、各鋼管１の小口部に内装した鋼製平板１０は、キー部材２０によって相互係止し、鋼管１の仕口端は、突合せ溶接の溶接金属３０によって剛接される。上下の接合部２は、実質的に同一の仕口構造を有し、相対的に小径の鋼管３が、鋼管１及び接合部２に隅肉溶接される。
【００２８】
図３は、図１に示す上位鋼管１の接合部２を接合前の状態で示す拡大縦断面図、拡大側面図及び小口部概略斜視図であり、図４は、鋼管１の仕口端に楕円形平板を内装した状態を示す拡大縦断面図及び拡大側面図である。図１及び図２に示す他の接合部２も又、図３及び図４に示す仕口構造と実質的に同じ仕口構造を有するので、以下、図３及び図４を参照して本発明の仕口構造について説明する。
【００２９】
各鋼管１の仕口端は、三次元（３Ｄ）レーザー加工機によって予めレーザー切断される。仕口端の切断面（小口面）は、中心軸線Ｘ、Ｙに対して傾斜角α1、α２の角度をなす傾斜面に加工される。図３（Ｃ）に示すように、楕円形小口面が仕口端に形成され、小口面は、中心軸線Ｘ、Ｙと交差する水平短軸Ｚを有する。小口部には、溶接ギャップの開先角度α3を確保するようにテーパが付けられるとともに、左右一対のスリット（溝）４が形成される。スリット４は、小口面の短軸Ｚ上に配置される。スリット４は、小口面に開口するとともに、所定長に亘って中心軸線Ｘ、Ｙと平行に延びる。
【００３０】
平板１０の側面１３、１４は、鋼管１の仕口開口に内接可能な楕円形輪郭を有する。平板１０は、楕円形断面を有する円柱形態を有し、円柱母線Ｍ1、Ｍ２と円柱底面又は頂面（側面１３、１４）とがなす角度θ1、θ２は、傾斜角α1、α２と同一角度に設定される。従って、母線Ｍ1、Ｍ２は、鋼管１の中心軸線Ｘ、Ｙ及び内周面５と平行に配向される。
【００３１】
平板１０の外周面１１には、スリット４内に挿入可能又は嵌入可能な左右一対の突起（ホゾ）１２が一体的に形成される。突起１２及びスリット４を整合させて平板１０を鋼管１の小口部に挿入すると、突起１２は、スリット４の終端部に衝合し、更なる平板１０の挿入は、阻止される。従って、突起１２及びスリット４は、平板１０を小口部に挿入する際に平板１０及び鋼管１の相対位置を決定するとともに、平板１０の挿入位置及び相対回転を機械的に制限する位置決め機構を構成する。
【００３２】
図４に示す如く、突起１２は、スリット４に嵌装し、平板１０の外周面１１は、小口部の内周面５に内接し、平板１０の側面１４は、小口面から距離Ｓ1だけ突出した位置において静止する。図４には、平板１０を小口部に挿入した状態が示されている。
【００３３】
平板１０の側面１４は、中心軸線Ｘ、Ｙに対して角度α1をなす楕円形メタルタッチ面を各鋼管１の仕口端に形成する。対向する平板１０には、キー部材２０を挿入可能な方形断面のスロット（長孔）１５、１６が穿孔されている。一方の平板１０に形成されたスロット１５には、キー部材２０の係止部２１が係止し、他方の平板１０に形成されたスロット１６には、キー部材２０の係止部２２が係止する。
【００３４】
図５は、平板１０を面接触させた状態を示す鋼管仕口部の拡大縦断面図及び拡大側面図であり、図６（Ａ）は、キー部材２０及びスロット１５、１６の拡大縦断面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＩ−Ｉ線における断面図である。
【００３５】
平板１０の側面１４を面接触させる際、キー部材２０の係止部２１は、スロット１５に挿入され、キー部材２０の係止部２２は、スロット１６に挿入される。キー部材２０のスロット貫通部分２３、２４は、スロット１５、１６内に夫々収容される。係止部２１、２２は、各鋼管１内において平板１０の側面（裏面）１３に夫々係止する。
【００３６】
キー部材２０は、スロット１５、１６の幅と実質的に同じ幅を有する方形断面の鋼製部材からなり、スロット貫通部分２３、２４の間に形成された段差部２５は、係止部２１、２２と協働して平板１０同士の相対位置を規制する。キー部材２０によって相対位置を固定した平板１０は、側面１４同士を面接触状態に保持する。かくして、キー部材２０及びスロット１５、１６は、対向するメタルタッチ面（側面１４）の相対位置を位置決めする位置決め機構を構成する。
【００３７】
鋼管１の小口面には、三次元（３Ｄ）レーザー加工機によって予め開先加工が施されており、メタルタッチ面（側面１４）は、鋼管１の小口面から突出した位置に位置決めされるので、開先角度γの溶接ギャップ４０が、図５に示す如く、鋼管１の小口面の間に形成される。溶接ギャップ４０のルート部には、外周面１１の突出部分が露出し、外周面１１の露出部分は、溶接用裏当を構成する。
【００３８】
図７は、鋼管１の仕口端を突合せ溶接した状態を示す鋼管仕口部の拡大縦断面図及び拡大側面図である。
【００３９】
鋼管１の仕口端は、溶接ギャップ４０を外側から片面溶接することにより突合せ溶接され、鋼管１は、溶接金属３０によって剛接される。所望により、適当な余盛がなされる。平板１０及びキー部材２０は、鋼管１内に残留し、接合部２内に埋め殺される。
【００４０】
かくして、上記構成の鋼管仕口構造及び鋼管接合方法によれば、突起１２及びスリット４を整合させて平板１０を鋼管１の小口部に挿入し、キー部材２０及びスロット１５、１６を用いてメタルタッチ面（側面１４）同士を相対的に位置決めすることにより、対向する鋼管１のメタルタッチ面同士を面接触させることができ、同時に、突合せ溶接のための溶接ギャップ４０を形成することができる。従って、傾斜した鋼管１の仕口端は、鋳鋼製トラスノード等の特殊且つ専用のジョイント部材を用いず、しかも、溶接熟練者等の高度な鋼管切断技能及び鋼管溶接技能に依存することなく、比較的容易に突合せ溶接することができる。
【実施例２】
【００４１】
図８は、本発明の仕口構造を備えた単層ラチスドームを部分的に示す見上げ図であり、図９は、図８に示す鋼管接合部の部分拡大断面図である。
【００４２】
図８には、真円形断面の鋼管１を接合部（ジョイント部）２において剛接した単層ラチス構造の鋼構造骨組が示されている。この鋼構造骨組は、競技場等の大空間のドーム状屋根を構成する。接合部２において、同一管径且つ同一肉厚を有する多数の鋼管１（本例では４本の鋼管１）が十字形平板組立体５０を介して接合される。
【００４３】
図９に示す如く、鋼管１の小口部は、三次元レーザー加工機によって予めレーザー切断され、小口部は、平板５１、５２の垂直接合面５１ａ、５１ｂと平行な小口面（切断面）を有する。平板５１、５２は、複数の鋼管の仕口端の間に介挿される第２平板を構成する。小口部には、平板６０が挿入される。平板６０は、鋼管１の小口面から溶接ギャップ幅Ｓ2だけ突出するとともに、垂直接合面５１ａ、５１ｂと面接触する。鋼管１は、小口面と垂直接合面５１ａ、５１ｂとの間に形成された溶接ギャップを外側から片面溶接することにより、平板組立体５０に突合せ溶接される。
【００４４】
図１０及び図１１は、鋼管１の仕口端及び平板組立体５０の構造を示す分解斜視図ある。
【００４５】
鋼管１の仕口端には、前述の平板１０と同様の機能を有する平板６０が挿入され、平板６０は、鋼管１の小口開口に内接する。平板組立体５０は、円形輪郭を有する同一板厚の平板５１、５２を組付けた組立体からなる。
【００４６】
平板５１には、頂部開口形の垂直スリット５３が形成され、平板５２には、底部開口形の垂直スリット５４が形成される。ボルト接合等によって他の構造部材に連結可能な垂直ブラケット５５が、平板５１の上部に突設される。スリット５３、５４を整合させて平板５１、５２を組付けることにより、平板５１、５２は、直角に組付けられ、図１１に示す十字形の平板組立体５０が組立てられる。所望により、平板５１、５２の接触部が部分的に溶接され、平板組立体５０は一体化される。
【００４７】
平板組立体５０は、図１１に示す治具９０上に載置される。治具９０は、作業床等の支持面に着座可能な方形基板９１と、基板９１に垂直に立設した円筒形支持部９２とから構成される。支持部９２の上縁には、平板組立体５０の平板５１、５２を受入れ可能な複数の凹所９３が所定位置に形成される。平板組立体５０は、下縁部分を凹所９３内に挿入した状態で治具９０の所定位置に固定される。
【００４８】
図１０に示す如く、平板６０は、鋼管１の小口開口に内接可能な一対の平板分割片６１に分割されており、各平板分割片６１の外周面６６には、複数の突起６２が形成されるとともに、エレクションピース７０（図１１）に係合可能な凹所６３が形成される。鋼管１の小口部には、突起６２を挿入可能な複数の凹所６が形成されるとともに、エレクションピース７０と係合可能な凹所７が形成される。平板分割片６１は、図１１に示す如く、鋼管１の小口開口に挿入され、突起６２は、凹所６に挿入される。突起６２は、凹所６の奥壁に衝合し、平板分割片６１の外側面（メタルタッチ面）は、溶接ギャップ幅Ｓ2だけ鋼管１の小口面から突出した位置に位置決めされる。左右の平板分割片６１は、鋼管１の小口部先端において当接し、垂直な稜線６５を小口部先端に形成する。かくして、平板５１、５２の垂直接合面５１ａ、５１ｂ（図９）に面接触可能なメタルタッチ面が鋼管１の仕口端に形成される。
【００４９】
図１０及び図１１に示すように、平板５２には、エレクションピース７０を挿入可能な方形断面のスロット５６が対をなして穿設され、平板５２の上縁には、エレクションピース７１を嵌装可能な一対の凹所５７が形成される。平板６０及び鋼管１の凹所６３、７は整合し、エレクションピース７０に係合可能な窪み８を仕口端下部に形成する。鋼管１の小口部上面には、エレクションピース７１を係止可能な係止孔又は凹部９が形成される。
【００５０】
エレクションピース７０を平板組立体５０のスロット５６に挿入し、鋼管１の窪み８がエレクションピース７０に係合するようにして鋼管１の仕口端を平板組立体５０に突付けることにより、平板６０の外面（メタルタッチ面）と平板組立体５０の垂直接合面５１ａ、５１ｂ（メタルタッチ面）とを面接触させることができる。エレクションピース７１を平板組立体５０の凹所５７に嵌装し、エレクションピース７１の両端部を鋼管１の係止孔又は凹部９に係止することにより、鋼管１の位置を平板組立体５０に対して固定することができる。従って、平板組立体５０は、鋼管１の応力伝達手段として機能するのみならず、溶接時の位置決め及び誤差修正のための治具としても機能する。
【００５１】
図１２は、鋼管１の接合方法を示す横断面図及び平面図である。
【００５２】
平板組立体５０は、４つの直角隅部５５を形成し、鋼管１の仕口端は、各隅部５５に挿入される。平板５１、５２の垂直接合面５１ａ、５１ｂ（メタルタッチ面）は、平板６０の外面６０ａ（メタルタッチ面）に面接触する。エレクションピース７０は、平板組立体５０に組付けられており、エレクションピース７０の両端部が、各鋼管１の窪み８に挿入される。エレクションピース７１が、平板組立体５０の凹所５７に嵌装され、鋼管１の係止孔又は凹部９に係止される。
【００５３】
図１３は、鋼管１を平板組立体５０に組付けた状態を示す横断面図及び平面図であり、図１４は、鋼管１を平板組立体５０に突合せ溶接した状態を示す横断面図及び平面図である。
【００５４】
図１３に示す如く、溶接ギャップ幅Ｓ2の溶接ギャップ８０が、平板組立体５０と鋼管１の小口面との間に形成される。溶接ギャップ４０のルート部には、平板６０の外周面６６が露出し、外周面６６の露出部分は、溶接用裏当を構成する。
【００５５】
溶接ギャップ８０を外側から片面溶接することにより、鋼管１は、図１４に示すように平板組立体５０に突合せ溶接され、かくして、平板組立体５０を介して応力伝達可能に鋼管１を剛接する接合部２が形成される。所望により、鋼管１及び平板組立体５０の間の溶接金属８１には、適当な余盛がなされる。なお、平板６０は、接合部２に埋め殺され、エレクションピース７１、７２は、鋼管１に溶接される。所望により、エレクションピース７１、７２を取外し、接合部２に残留した凹所８、９を適切に仕上げ処理しても良い。
【実施例３】
【００５６】
図１５は、第１実施例の変形例に係る鋼管仕口構造を示す横断面図及び平面図である。
【００５７】
図１５には、第１実施例（図１〜図７）の仕口構造を用いて４本の鋼管１を接合した接合部２の構成が示されている。各鋼管１の仕口端には、第２実施例において説明した平板６０が挿入される。平板６０同士は、直に面接触し、溶接ギャップ幅Ｓ１×２の溶接ギャップ８０が、鋼管１の仕口端に形成される。鋼管１は、溶接ギャップ８０の突合せ溶接によって接合される。
【実施例４】
【００５８】
図１６は、第２実施例の変形例に係る鋼管仕口構造を示す横断面図及び平面図である。
【００５９】
図１６には、３本の鋼管１を接合するように構成された接合部２が示されている。平板組立体５０の対して垂直に突き付けられる鋼管１は、鋼管１の中心軸線に垂直な小口面を有し、真円形の平板６０’が鋼管１の小口部に挿入される。溶接ギャップ幅Ｓ2の溶接ギャップ８０が、平板組立体５０と鋼管１の仕口端との間に形成され、鋼管１は、溶接ギャップ８０の突合せ溶接によって平板組立体５０に接合される。
【００６０】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、このような変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。
【００６１】
例えば、上記実施例では、全高に亘って均一な楕円形断面を有する円柱形態の平板１０及び６０を用いているが、鋼管１の小口面から突出する平板１０及び６０の部分については、テーパ等によって断面を変形させることも可能である。
【００６２】
また、本発明は、単一接合部に接合可能な鋼管の本数や、鋼管同士の傾斜角度を限定されるものではなく、任意の本数及び傾斜角度の鋼管を本発明に従って接合することができる。
【００６３】
更に、上記実施例では、真円形断面の鋼管の接合に関して説明したが、本発明は、楕円形断面、多角形断面等の各種断面形状の鋼管の接合に適用し得るものである。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、鋼構造物の構造用鋼管を任意の角度に突合せ溶接する鋼管仕口構造及び鋼管接合方法に適用される。本発明の鋼管仕口構造及び鋼管接合方法は、鋼管同士を任意の角度に接合する仕口構造を随所に適用しなければならない鋼構造物、例えば、中規模又は大規模の単層ラチス構造物に好ましく使用し得る。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施例に係る鋼管仕口構造を備えた剛接トラス構造体を部分的に示す側面図である。
【図２】本発明の鋼管仕口構造を備えた他の剛接トラス構造体を部分的に示す側面図である。
【図３】図１に示す上位鋼管の接合部を接合前の状態で示す拡大縦断面図、拡大側面図及び小口部概略斜視図である。
【図４】鋼管の仕口端に楕円形平板を内装した状態を示す拡大縦断面図及び拡大側面図である。
【図５】平板を面接触させた状態が示す鋼管仕口部の拡大縦断面図及び拡大側面図である。
【図６】キー部材及びスロットの拡大縦断面図及びＩ−Ｉ線断面図である。
【図７】鋼管の仕口端を突合せ溶接した状態を示す鋼管仕口部の拡大縦断面図及び拡大側面図である。
【図８】本発明の第２実施例に係る鋼管仕口構造を備えた単層ラチスドームを部分的に示す見上げ図である。
【図９】図８に示す仕口部の部分拡大断面図である。
【図１０】鋼管の仕口端及び平板組立体の構造を示す分解斜視図ある。
【図１１】鋼管の仕口端及び平板組立体の構造を示す分解斜視図ある。
【図１２】鋼管の接合方法を示す横断面図及び平面図である。
【図１３】鋼管を平板組立体に組付けた状態を示す横断面図及び平面図である。
【図１４】鋼管を平板組立体に突合せ溶接した状態を示す横断面図及び平面図である。
【図１５】第１実施例の変形例に係る鋼管仕口構造を示す横断面図及び平面図である。
【図１６】第２実施例の変形例に係る鋼管仕口構造を示す横断面図及び平面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１：鋼管
２：接合部
４：スリット（溝）
１０：平板
１１：外周面
１２：突起
１３：側面（裏面）
１４：側面（メタルタッチ面）
１５：スロット（長孔）
１６：スロット（長孔）
２０：キー部材
３０：溶接金属
４０：溶接ギャップ
５０：平板組立体
５１、５２：平板（第２の平板）
６０：平板
７０、７１：エレクションピース
８０：溶接ギャップ
Ｍ1、Ｍ２：母線
θ1、θ２：角度
α1、α２：傾斜角
Ｘ、Ｙ：中心軸線
Ｓ1：距離（突出量）
Ｓ２：溶接ギャップ幅
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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