農業農村工学会論文集

IDRE Journal

No. 301 (84-1), pp.Ⅰ_15-Ⅰ_21 (2016.2)〈研究論文〉

合成鋼管用離脱防止継手の試作とその性能照査指標に関する検討
石井将幸＊
＊

野中資博＊

博＊＊ 秋元昌哲＊＊ 井川秀樹＊＊

坂村

島根大学生物資源科学部，〒690-8504 島根県松江市西川津町 1060＊＊

日本ヒューム株式会社，〒360-0161 埼玉県熊谷市万吉 3300

要旨

伸縮能力と離脱防止抵抗力の両方を備えた離脱防止継手は，地震時に隣接する管を次々に引き出し，複数の継手の伸縮能力を足し合わせることによって，地盤ひずみの集中に対応することができる．この種類の継手はパイプラインの耐震性を向上させる手段として期待されているが，その具体的な設計手法は確立されていない．合成鋼管を対象とし，カラーと止めネジの接触で抵抗力を生じさせる継手を試作して試験を行ったところ，直線施工と曲げ施工の両方において，想定したとおりのメカニズムで離脱防止機能を発揮できることを確認できた．次に，この継手が備える伸縮性能と離脱防止抵抗力の両方を評価し，離脱防止継手の性能を照査する指標として，離脱防止抵抗力によって伸ばされる継手の伸び量の合計である，合計伸び能力を用いることを提案した．
キーワード：パイプライン，耐震設計，離脱防止継手，合成鋼管，性能照査

1. はじめに形が生じることが示され，その原因として振動の位相の違いが挙げられている．毛利ら（2008）の報告も同様の結論

農業用パイプラインをはじめとする埋設管路が地震によに至っているが，こちらの報告では地震後の抜け出し量がって受ける損傷には，継手のずれや離脱など管路の軸方向継手の許容する最大抜け出し量を上回る確率である被害確のものが多くみられる．このような被害を軽減するために，率が算出されており，構造物周辺での被害確率は直線管路管の継手の多くには伸縮能力と曲げ能力が付与されていの約 100 倍に達することが示されている．管路の耐震設計

る．伸縮能力は管路軸方向の地盤ひずみに，曲げ能力は軸では，地盤ひずみが局所的に集中する事態を想定した評価と直交する方向の振動や地盤の変形に追随するためのものを行うことが一般的であるが，このような手法の必要性をである．伸縮能力と曲げ能力のそれぞれに対し，その性能裏付ける結果であると言えよう．に応じた規格化が行われている．

離脱防止継手やその性能評価に関する研究としては，離近年，伸縮能力と曲げ能力に加え，離脱防止機能を持た脱防止抵抗力を実測したもの（井谷・岸，2009）や，地震せた継手が開発されている．この種の継手は離脱防止継手

時に離脱防止抵抗力を上回る荷重が継手に作用し，離脱防と呼ばれ，継手の伸びが設計した量に達するとそれ以上の止継手が破壊・離脱する確率を推定しようとしたもの（今伸びに対する抵抗力，すなわち離脱防止抵抗力が生じるよ井・小池，2010）がある．しかしこれらでは離脱防止継手うに設計されている．伸び能力と離脱防止抵抗力の両方でが持つ性能と要求される性能との比較，すなわち性能照査継手の離脱に抵抗するため，大きい地震動に対する安全性に主眼が置かれていないため，現在においても，離脱防止が期待できる．

継手を備えた管路の耐震設計手法が定まったとは言い難い

土地改良事業計画設計基準及び運用・解説 設計「パイプ状況にある．その理由として，地震時に継手の離脱を防ぐライン」においても，離脱防止継手を備えた管路は「鎖構機能が伸縮性能と離脱防止性能の両方で実現されているこ造管路」と表現され，「有効な耐震対策である」とされていと，さらに後に示す設計資料では一方が持つ性能上の余裕る（農林水産省農村振興局整備部設計課，2009）．しかし具を他方に振り分けた設計が可能であるとされていながら，体的な要求性能や設計手法は上記の設計基準には明示されその具体的な手法が明確ではないことが挙げられる．ていない．

そこで本研究では合成鋼管，すなわち外殻としての鋼管

地震時に管の継手が受ける被害に関する研究として，例を備えたコンクリート管を対象として離脱防止継手を開発

えば藤田ら（2007）のものを挙げることができる．地震でし，それらに対する性能試験を実施した．そして継手の伸実際の管路に生じた継手の残留変位量について調査を行っ縮能力と離脱防止抵抗力の両方を定量的に評価し，管路のた結果，管路と他種構造物との接合部付近で大きい残留変耐震設計を行う際に用いる指標について検討を行った．

Ⅰ_15

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2. 離脱防止継手の性能評価基準

No.301(84-1), pp.Ⅰ_15-Ⅰ_21 (2016.2)

Table 1 伸縮性能と離脱防止性能の区分
Classes of expansion and restraint performances(a) 伸縮性能

2.1 離脱防止継手の概要
管の継手には伸縮能力を備えているものが多い．管自体

区分には伸縮能力や曲げ変形能力がなくても，継手がそれらのS-1 類能力を持っていれば，管路全体が伸縮したり曲げ変形を起S-2 類こしたりすることができる．これによって，地震時の地盤

S-3 類

継手の性能
伸縮量±0.01以上

以上

±0.01

伸縮量±0.005未満

伸縮量±0.005未満

ひずみや不等沈下に管路を追随させることが可能になる．
しかし継手の伸び能力には限界があるため，それを超え(b) 離脱防止性能

た伸びが管路に要求されると継手の離脱が生じる．地震時

区分の地盤ひずみが均一であれば，地盤の変形と管の変位は分

A級

継手の性能
離脱防止抵抗力 3kN 以上散され，各継手の伸び量はそれほど大きくならない．しかB級

離脱防止抵抗力 1.5

kN 以上 3kN 未満

し異種構造物との接合箇所や，地割れの発生箇所などにおC級離脱防止抵抗力 0.75

kN 以上 1.5kN 未満

いて，地盤ひずみの局所的な集中が生じる．この場合，そD級の周辺で局所的に管路が引き伸ばされることになると，継手の伸び能力が不足して継手が離脱する（毛利ら，2008）．
これを防ぐために，離脱防止継手では継手が設計した量まで伸びたところで離脱防止抵抗力が発生するようになっている．しかしその目的は当該継手の離脱を防ぐことよりも，管を引き出して隣接する継手を伸ばすことにある．隣り合った管を次々に引き出して次々に継手を伸ばすことができれば，複数の継手の伸び能力を合わせて集中した地盤ひずみに対応することが可能になる．その様子を図示すると Fig. 1 のようになる．鎖構造管路と呼ばれる所以である．
以上を踏まえると，各継手の伸び能力が高ければ，さほど大きな離脱防止抵抗力は必要ないと言える．少数の継手の伸び能力を足し合わせるだけで，集中した地盤ひずみに対応できるためである．逆に，離脱防止抵抗力が大きければ，各継手の伸び能力は小さくても良いと考えられる．同一の性能（対応する集中ひずみの量）を実現するうえで，2とおりのアプローチがあり得ると言える．

kN 未満の 2 つがある．しかし厳密に言えば，資料(2)は資料(1)を引用しているものであり，内容はほぼ同一である．離脱防止継手の設計手法に関する現状を確認するために，ここでは(1)の内容と解釈について検討する．
資料では，継手の性能として伸縮性能と離脱防止性能を定義し，それぞれに対して個別の性能区分を設定している．
その具体的な内容を Table 1 に示す．なお引用に当たり，離脱防止抵抗力を SI 単位に変換した．伸縮性能は伸縮量，すなわち継手が離脱や離脱防止抵抗力の発生なしに伸縮できる長さで評価される．伸縮性能の類は管の有効長との比で規定されているが，有効長とは管全体の長さから継手部分の長さを引いたものであり，複数の管をつなげたときに 1本分となる長さである．一方，離脱防止性能は離脱防止抵抗力で評価されている．これは，継手を離脱させようとする動きに抵抗した際に継手に生じる最大の力である．
A 級の離脱防止抵抗力を 3d kN とした根拠として，資料では「離脱防止性能については，100m 程度の範囲において2.2 既往の基準文書
離脱防止継手の性能に関する基準として広く引用されているものに(1) （財）国土開発技術研究センター：地下埋設管路耐震継手の技術基準（案）(2) 日本ダクタイル鉄管協会：NS 形・S 形ダクタイル鉄管管路の設計離脱防止抵抗力 0.75

：管 1 本の有効長（mm）， ：管外径（呼び径を用いる）（mm）

は地盤の歪が一ヵ所に集中すると仮定し，100m に相当する管の周面摩擦力に耐えうる継手の離脱防止性能を有するものを A 級とし，B 級は A 級の 1/2 の離脱防止性能を有し，C 級は B 級の 1/2 の（以下略）」としている．この記述に基づいて計算すると，管と地盤の間に生じるせん断応力の大きさとして 10kN/m2 を見込んでいることがわかる．しかし，管と地盤の間にどれくらいの相対変位が生じたときにこの大きさのせん断応力が生じるかに関する記述はない．
B 級が備えるべき A 級の 1/2 の 離脱防止性能が，A 級の半分の離脱防止抵抗力を指すことは明らかである．しかし，これが 50m に相当する管の周面摩擦力に耐える性能を意味しているのか，せん断応力が 5kN/m2 である場合を想定しているのかは不明瞭である．本論文では前者の解釈に立ち，管と地盤の間のせん断応力を 10kN/m2 としたうえで，B 級は 50m 以上 100m 未満，C 級は 25m 以上 50m 未満，D 級は25m 未満の管を引き出す性能であるとして議論を進める．

Fig. 1

伸縮性能については，1%の地盤ひずみを吸収できるもの

離脱防止継手による集中した地盤ひずみへの追随
Prevention of joint separation by restraint joints

を S-1 類と定めている．そして「離脱防止性能がなくてもⅠ_16

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ここに示す離脱防止性能に相当する余裕長を持つものは，

一方 Type2 は，伸縮能力よりも離脱防止抵抗力に主眼をそれぞれの類，級に該当させることができる」としている．

置いたものである．止めネジと接触する部材をカラーのく先に述べたように，継手の伸縮性能と離脱防止抵抗力は相びれから角鋼に変更し，また止水ゴムと土砂流入防止ゴム補的であるため，両者の読み替えを可能とする考え方は自を一体化して，Type1 とは逆にカラー側，角鋼の隣に接着然である．しかし具体的な方法や基準については，資料中した．角鋼と止めネジの太さを変えることによって，には示されていない．またこれらの規定は継手の性能の規Type2A と Type2B の 2 種類を試作した．なお Type1 では止格化であり，要求性能の提示や性能照査手法の明確化も行

めネジがカラーの端に達するまで継手が伸びることができわれていない．

るが，Type2 では止水ゴムの幅の分だけ伸び能力が制限されるため，カラー部を長くする必要が生じた．

3. 離脱防止継手の試作と性能試験
3.2 離脱試験の概要
これらの継手に対して直線離脱試験と曲げ離脱試験の 23.1 試作した離脱防止継手の概要
呼び径 800mm の合成鋼管を対象として，離脱防止継手を種類の試験を行い，継手の伸び能力と離脱防止抵抗力を測試作した．合成鋼管は主に推進工法に用いられる管であり，定した．試験時の様子を Fig. 3 に示す．写真左側のカラー不とう性管に分類される．この管に対し，推進管の基準で側管と右側の内挿管側管が，写真中央付近で接合されていある JSWAS A-2 に定める継手性能 JC の規格に従い，水密る．ジャッキ，ロードセルと変位計は管の反対側にも取り性を保ったままでの約 60mm の伸び能力，これによる曲げ付けられており，個別の制御と測定が可能となっている．

能力，そしてその後の離脱防止機能を持たせることを目標

直線離脱試験では，まず 2 本の管を直線状に接合した．

として，3 種類の継手を試作した．
継手部の概要は Fig. 2 のとおりである．継手はカラーとジャッキ呼ばれる内径の大きい部位に外径の小さい内挿部が入り込む構造となっており，Fig. 2 は左側に位置するカラー側の管内挿管側管に，右側から内挿側の管を継いだ様子を示している．Type1は伸縮能力に主眼を置いて設計したものであり，抜け出しによってカラーのくびれ部が止めネジに接触すると離脱防変位計

カラー側管止抵抗力が発生する．また内挿管側には止めネジの両側にロードセル

土砂流入防止ゴムと止水ゴムが接着されている．継手が伸びると土砂流入防止ゴムが抜け出してしまうが，離脱防止

Fig. 3

抵抗力が発揮されるような伸びが生じても止水ゴムは抜け

Outline of extraction tests

出さないため，水密性が保たれるようになっている．

離脱防止作動時

接合状態
外殻鋼板

止めネジ

離脱試験の様子

カラーのくびれ

外殻鋼板
外殻鋼板

止水ゴム

土砂流入防止ゴム

抜け出し長(a) Type1 継手
離脱防止作動時

接合状態
外殻鋼板 止めネジ 角鋼

外殻鋼板
止水ゴム
外殻鋼板
Type2A：角鋼幅 16mm，高さ 12mm，止めネジφ16mm

抜け出し長Type2B：角鋼幅 25mm，高さ 12mm，止めネジφ20mm(b) Type2 継手
Fig. 2試作した継手の種類と概要
Outlines of restraint joints

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ピークに達し，その後止めネジが抵抗部材を通過すると低下した．離脱防止抵抗力の最大値は Type1 で 175kN，Type2Aで 421kN，Type2B で 1,483kN となった．Type1 に対して
Type2A は約 2.4 倍，2B は約 8.5 倍の離脱防止抵抗力を発揮した．また離脱防止抵抗力がほぼ最大となる抜け出し長はType1 が 63mm，2A が 59mm，2B が 63mm となった．
Type1 と Type2B の離脱防止抵抗力には明瞭なピークがみ(a) 直線離脱試験用
Fig. 4られるのに対し，Type2A にはそのようなピークがない．そ(b) 曲げ離脱試験用の理由としては，Type1 のくびれが山形の形状をしている

止めネジの配置こと，また Type2A では継手の破壊モードが主に角鋼のえ

Arrangements of restraint bolts

ぐれであるのに対し，Type2B では止めネジの折損であった
そして継手の左右両側に配置した油圧ジャッキ 2 本で管をことが挙げられる．Type2B では離脱防止抵抗力が減少した

押して離脱させ，抜け出し長と離脱防止抵抗力の変化を測後ふたたび上昇しているが，これは折損したボルトの基部定した．試験中は 2 本の管が直線を保つようにジャッキをが止水ゴムと接触したためと考えられる．

制御するとともに，それぞれのジャッキから加えられる力

Type2B の試験において，各ジャッキから加えられた荷重を個別に測定した．両ジャッキからの力の合計が離脱防止の変化を Fig. 6 に示す．2 つのジャッキの荷重はほぼ同じ変抵抗力となる．離脱防止抵抗力の元になる止めネジは 10 本化を示しており，10 本すべての止めネジが概ね同時に角鋼で，配置は Fig. 4 のとおりである．に当たっていることがわかる．最大荷重は A ジャッキでは一方曲げ離脱試験では，管の片側で継手の伸び量が60mm に，反対側では継手が完全に接合されるように調整

抜け出し長 63mm 時の 733kN，B ジャッキで同じく 63mm時の 751kN であった．

し，2 本の管が折れ曲がってつながった初期状態を作り出離脱試験後に止水ゴムや土砂流入防止ゴムの状態を調べした．合成鋼管を用いた推進工法では，継手の曲げ能力をたところ，Type1 では止水ゴムが一部切断されていた．こ使って曲線状の管路を敷設することができる．この場合，れは抜け出しの過程でカラーがえぐられ，めくれ上がった曲線の外側では継手が伸びた状態に，内側では縮んだ状態金属片が，ゴム輪を切り裂いたものであった．つまり一時になり，地震時などにはそこからさらに継手が抜け出すこ的であっても抜け出し量がある限度を超えると，継手の水とになる．曲げ離脱試験ではこの状況を想定し，2 本の管密性が損なわれることになる．一方カラー側に止水ゴムをが成す角度が変化しないよう，両ジャッキの伸び量が等し接着した Type2 では，止水ゴムの切断は生じなかった．

くなるように制御しながら継手を離脱させた．2 本の管の継手離脱後の管の状態を調べると，Type1 と Type2A では軸が成す曲がり角は約 4.3 度であり，この試験での抜け出管そのものには損傷がみられなかったのに対し，離脱防止し長は試験開始時からの各ジャッキの伸び量である．曲げ抵抗力が大きい Type2B では管のコンクリートに円周方向離脱試験の対象とした継手は，直線離脱試験で最も離脱防のひび割れが生じていた．つまり継手部分を Type2B より止抵抗力が大きかった Type2B である．

さらに強化して離脱防止抵抗力を増そうとしても，管が先に破壊されてしまうことになる．

3.3 直線離脱試験の結果
直線離脱試験における左右平均の抜け出し長と離脱防止

3.4 曲げ離脱試験の結果抵抗力の関係を Fig. 5 に示す．離脱防止抵抗力は，継手が曲げ離脱の状態では，まず外側で止めネジと角鋼の干渉抜け出すことで止めネジが抵抗部材と接触すると増加してが生じて離脱防止抵抗力が発生する．離脱の進行によって

800

1,600

700

Type2B
Type2A
Type11,2001,000

離脱防止抵抗力 [kN]

離脱防止抵抗力 [kN]

1,400

800
600
400600
Aジャッキ

500

Bジャッキ

400300200100200000Fig. 5204060
抜け出し長 [mm]080

Fig. 6直線離脱試験における離脱防止抵抗力

204060
抜け出し長 [mm]80Type2B 継手の直線離脱試験における各ジャッキの荷重

Loads on each jack in axial extraction tests for Type2B joint

Restraint force in axial extraction tests

Ⅰ_18

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800までに外側が抜けきってしまうため，すべての止めネジが700
離脱防止抵抗力 [kN]

次々に止めネジが機能するが，内側の止めネジが干渉する同時に機能することはないと考えられる．そこで Fig. 4 に示したように，片側に止めネジを多く配置して，曲げ離脱でも大きな離脱防止抵抗力が発生するようにした．推進工法で管路を敷設する際に生じる管の自転は軽微であるため，実施工において止めネジが多い側を狙った向きに位置させることが可能である．以下では止めネジを増やした側を曲No.301(84-1), pp.Ⅰ_15-Ⅰ_21 (2016.2)

外ジャッキ

600

内ジャッキ

500
400
300
200
100

線の外側にした試験を正曲げ離脱試験，内側にしたものを00

負曲げ離脱試験と称する．

204060
抜け出し長 [mm]80

正曲げ離脱試験と負曲げ離脱試験で得られた離脱防止抵(a) 正曲げ離脱試験

抗力の変化を Fig. 7 に示す．正曲げでは急激に離脱防止抵
800
700

外ジャッキ

600

内ジャッキ

離脱防止抵抗力 [kN]

抗力が立ち上がり，抜け出し長 12mm で最大の 720kN に達した．その後増加と減少を繰り返しながら，全体としては減少していった．一方負曲げ試験における離脱防止抵抗力は，増加と減少を繰り返しながら徐々に増加し，抜け出し長 59mm で最大の 731kN を記録した．そしてその後急激に低下した．
最大の離脱防止抵抗力は，正曲げと負曲げでほぼ同じ値500400300200となった．これは正曲げで 12mm，負曲げで 59mm の抜け100出し長において，密に配置された止めネジが角鋼に同じよ00うに当たったためであると考えられる．また止めネジが 1204060
抜け出し長 [mm]80本ずつ折損，あるいは角鋼を通過することにより，離脱防(b) 負曲げ離脱試験

止抵抗力が増加と減少を繰り返していると考えられる．
Fig. 8

正曲げと負曲げの曲げ離脱試験における，内外それぞれLoads on each jack in bended extraction tests for Type2B jointのジャッキから加えられた荷重の変化を Fig. 8 に示す．正曲げ試験では，外ジャッキの荷重が先に立ち上がり，抜け出し長 13mm で最大荷重 565kN を記録した．そしてこのときに，合計の最大荷重も得られている．その後も内ジャッキの荷重は増加を続けるが，外ジャッキの荷重低下がそれを上回るため，合計の荷重は低下する．密に配置された側の止めネジが角鋼を通過しており合計荷重の増加が見込めないことから，抜け出し長 48mm で試験を打ち切った．そのため内ジャッキの最大荷重は明らかではないが，測定された範囲では 43mm での 305kN が最大であった．
負曲げ試験でも同様に，外ジャッキの荷重が先に立ち上離脱防止抵抗力 [kN]がっている．しかし外側の止めネジが少ないため，抜け出

Type2B 継手曲げ離脱試験における各ジャッキの荷重し長 13mm で外ジャッキの荷重がピークの 309kN を迎え，その後いったん低下する．外ジャッキの最大荷重は 27mmでの 350kN であった．一方内ジャッキの荷重は増加を続け，抜け出し長 58mm でピーク荷重の 530kN を記録した．正曲げ試験で外ジャッキ荷重の最大時に合計荷重が最大となったのと同様に，負曲げ試験では内ジャッキの荷重が最大となった時点で合計荷重も最大となった．
直線抜け出し試験では，両ジャッキの荷重がほぼ同時に最大になった．また曲げ抜け出し試験では，正曲げの外ジャッキと負曲げの内ジャッキの最大荷重はほぼ一致し，またもう一方のジャッキの最大荷重も概ね同じであると推察800される．直線離脱ではすべての止めネジが一斉に機能し，700

曲げ離脱では密に配置した側のネジが概ね一斉に機能す

600る，という挙動が実現できたと考えられる．

5004. 離脱防止継手の性能評価指標に関する検討

400300正曲げ200

一連の試験で得られた伸び能力と離脱防止抵抗力をまと

負曲げ100

めると，Table 2 のとおりとなる．なおここで言う伸び能力は，離脱防止抵抗力が最大となる抜け出し長のことである.

00Fig. 7204060
抜け出し長 [mm]

曲げ離脱試験における離脱防止抵抗力

Restraint force in bended extraction tests

80

離脱防止抵抗力が最も大きく，かつ伸び能力も比較的大きい Type2B の継手を対象とし，前述の基準に基づいて性能評価を行ってみる．なお管の呼び径を 800mm とし，管 1本の有効長 については合成鋼管の規格に従って 1.20m とⅠ_19

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Table 2 各継手の伸び能力と離脱防止抵抗力

Table 4 離脱防止継手の引き出し長と合計伸び能力

Expansion capacity and restraint force of restraint joints

Cumulative expansion capacity of restraint joints

継手種類

伸び能力

離脱防止抵抗力

Type1 直線63mm

175kN

継手種類

管長

引き出し長（m）（m）

Type2B 直線

1.2059.0

継手数

合計伸び能力（mm）

50

3,150

Type2A 直線59mm

421kN

Type2B 直線63mm

1,483kN

Type2B 直線

2.4359.025

1,575

1.2028.624288

Type2B 正曲げ12mm

720kN

Type2B 正曲げType2B 負曲げ59mm731kN

Type2B 正曲げ

2.4328.612144

Type2B 負曲げ

1.2029.1251,475

Type2B 負曲げ

2.4329.112708

S-1 類 A 級

1.2095.580960

S-1 類 A 級

2.4395.540972

2.43m の 2 つの場合を考えることとする．
評価の結果は Table 3 のようになった．伸縮性能の類は伸び能力と管長の比で決まるため，管 1 本が長いと類が下がる場合がある．しかし直線と負曲げの場合においては S-1

離脱防止抵抗力と伸び能力がともに大きい直線離脱の条類に要求されるものを上回る伸び能力を備えており，余裕件では，大きい合計伸び能力が得られている．前掲の資料長が得られている．一方，離脱防止性能の級は管の呼び径が仮定するように 100m の範囲の地盤ひずみが 1 箇所に集と離脱防止抵抗力で決まるため，評価結果は管長には影響中した場合，管長 1.20m では 3,150mm の集中ひずみに対応されない．

する 3.2%の地盤ひずみに，管長 2.43m では 1,575mm に対

次に，各継手が対応できる集中ひずみの量を求めてみた．

応する 1.6%の地盤ひずみに耐えることができる．

地盤と管の間に作用するせん断応力の大きさを前掲の資料

一方，曲げ離脱の場合には合計伸び能力の低下がみられに従って 10kN/m2 とし，離脱防止抵抗力とせん断力がつりる．しかし伸び能力が大きくなる負曲げの条件では，管長合う管側面の面積から管路の長さを求めた．この値が，離1.20m において S-1 類 A 級の約 1.5 倍の合計伸び能力が得ら

脱防止継手が引き出すことのできる管路の長さである．それている．

してその長さの管路の中に管と継手がいくつ含まれるかを伸縮性能の類と離脱防止性能の級で表現するならば，計算し，それらの継手の伸び能力を足し合わせて合計伸びType2B 継手は S-1 類 A 級を実現できていない．しかし合計能力とした．検討の対象を Type2B 継手の直線，正曲げ，伸び能力で比較すると，直線離脱では管長によらず Type2B負曲げの 3 つとし，伸縮性能が S-1 類で離脱防止性能が A

は S-1 類 A 級を上回り，管長 1.2m であれば負曲げ離脱でも級（ただし両者とも余裕なし）である仮想の継手を比較対上回る．離脱防止継手が有する性能の本質は合計伸び能力象とした．管の呼び径は仮想のものを含めて 800mm とし，にあることを考えると，伸縮性能の類や離脱防止性能の級

管の有効長は先ほどと同様に 1.20m と 2.43m の 2 種類を考ではなく，合計伸び能力を性能評価指標に用いた定量的なえた．仮想の S-1 類 A 級継手が持つ離脱防止抵抗力は性能評価をすべきであると言える．

2,400kN，伸び能力は管長 1.20m の場合に 12.0mm，管長2.43m では 24.3mm である．

ところで，地盤のひずみが集中して生じる現象の代表的なものの一つに地割れがある．地割れの幅に関する既往の得られた結果を Table 4 に示す．引き出し長は継手の種類研究によって，非超過確率 90%の幅として 300mm という値のみで決まり，管の長さによらない．しかし継手の数は管が提案されている（片桐ら，2001）．Type2B 継手は正曲げの長さに影響されるため，継手の種類が同じでも管 1 本がの場合を除き，2.43m の管においても 300mm を超える合計長ければ継手の数が減り，合計伸び能力が減少する．一方伸び能力が得られており，実用上十分な耐震性能が実現で仮想の S-1 類 A 級継手では，管長によらず管長の 1%の伸きていると考えられる．

び能力を持つと仮定しているため，継手の数が変わってもほぼ同じ合計伸び能力となっている．
Table 3

5. おわりに

Type2B 継手の伸縮性能と離脱防止性能の区分

Classes of expansion capacity and restraint force of Type2B joints
使用条件

直線正曲げ
負曲げ

推進工法に用いられる合成鋼管を対象として，伸び能力と離脱防止抵抗力を兼ね備えた離脱防止継手を開発し，そ伸縮性能伸縮性能

離脱防止の試験を実施した．その結果に基づき，既存の設計資料の（管長 1.20m）（管長 2.43m）

性能

内容を踏まえつつ，離脱防止継手の性能照査に用いる指標

S-1 類

S-1 類

B級について検討を行った．検討した内容と得られた知見をま（余裕長 51mm） （余裕長 39mm）
S-1 類（余裕長 0mm）
S-1 類

S-2 類

とめると以下のとおりとなる．
C級

1. 離脱防止継手は離脱防止抵抗力を持ち，地震時に隣接す
S-1 類（余裕長 47mm） （余裕長 35mm）る管を次々に引き出すことができる．これにより複数のC級継手の伸び能力を足し合わせることができ，集中した地

Ⅰ_20農業農村工学会論文集

IDRE Journal

No.301(84-1), pp.Ⅰ_15-Ⅰ_21 (2016.2)

盤ひずみが生じても継手の離脱を防ぐことができる．

8. 離脱防止継手の性能照査指標として，性能の本質を定量

2. 呼び径 800mm の合成鋼管を用いて 3 種類の離脱防止継的に評価できる合計伸び能力を用いることを提案した．

手を開発し，それらの性能試験を実施した．合成鋼管には曲げ施工が行われる場合があることを考慮して，管が離脱防止継手を備えた管路の実設計を行うためには，設直線を保って抜け出す直線抜け出し試験に加え，管が曲計手法に加えて要求性能の明確化が必要である．地割れやがった状態で抜け出す曲げ抜け出し試験を行った．

振動の位相差によって生じる集中ひずみの値を明確化しな

3. 曲げ抜け出し試験では管の片側に止めネジを密に配置ければならない．片桐ら（2001）の研究は前者に関するもし，それが曲がりの外側になる正曲げ試験と，曲がりののであるため，後者についてのさらなる研究が期待される．

内側になる負曲げ試験を行い，結果を比較した．
4. 直線抜け出し試験ではすべての止めネジが同時に作用し，非常に大きな離脱防止抵抗力が得られた．この試験

引用文献
藤田信夫，毛利栄征，鈴木尚登（2007）：地震動に対する継手構造

では継手と同時に管も損傷したため，継手を改良して離脱防止抵抗力を増そうとしても，管が先に破壊されると管路の伸縮余裕と安全性，農土論集，249，63-73．
今井俊雄，小池 武（2010）：継手構造水道管路の地震時被害率推推察された．

定式，土木学会論文集 A，66(2)，344-355．

5. 曲げ抜け出し試験では，正曲げと負曲げの両方でほぼ同

井谷昌功，岸 正蔵（2009）：巨大地震における耐震継手ダクタイ

じ大きさの離脱防止抵抗力が得られたが，その大きさはル鉄管の安全性，第 60 回全国水道研究発表会講演集，316-317．

直線抜け出しの半分程度であった．一方，伸び能力には片桐 信，高田至郎，山口真太（2001）：測方流動に伴う地割れ発大きな差が生じ，負曲げでは直線抜け出しと同等の伸び生量の推定法に関する研究，土木学会第 56 回年次学術講演会要能力であったが，正曲げではその 5 分の 1 程度となった．
6. 開発した継手の伸縮性能は直線と負曲げの両方で S-1

旨集，704-705．
国土開発技術研究センター（1977）：地下埋設管路耐震継手の技術

級，離脱防止性能は直線で B 級，負曲げで C 級となった．しかし伸び能力に大きな余裕があるため，直線と負基準(案)．
毛利栄征，藤田信夫，河端俊典（2008）：埋設管の地震被害と耐震曲げの両方で S-1 類 A 級と比べて同程度以上の合計伸び能力を実現した．

対策，農業農村工学会誌，76(2)，3-6．
日本ダクタイル鉄管協会（2014）：NS 形・S 形ダクタイル鉄管管路

7. 継手が実現した合計伸び能力は，地割れ幅の非超過確率90%値として提案された 300mm を上回っており，十分の設計．
農林水産省農村振興局整備部設計課（2009）：土地改良事業計画設な性能を有していると判断された．

計基準及び運用・解説 設計「パイプライン」，336-337．

Development of Restraint Joints for Composite Steel Pipeand Investigations for Their Performance Evaluation Index
ISHII Masayuki*, NONAKA Tsuguhiro*, SAKAMURA Hiromu**, AKIMOTO Masanori**
and IGAWA Hideki*** Faculty of Life and Environmental Science, Shimane University,
1060 Nishikawatsu, Matsue, Shimane 690-8504, JAPAN** Nippon Hume Corporation, 3300 Magechi, Kumagaya, Saitama 360-0161, JAPAN

Abstract
Detachment of joints is a common type of seismic damage on pipelines. Restraint joints, which have both
flexibility and restraint force against detachment, are expected to be a new method to enhance the safety of pipeline
against earthquakes. Prototypes of restraint joints for synthetic steel tube are made and applied to pull-out tests inorder to verify their performance in flexibility and restraint force. It is confirmed that the restraint action successfullyworks in both straight and bent connections of the joints. A cumulative flexibility, which is the total flexibility ofjoints activated by restraint force, is proposed as a performance index for restraint joints considering both offlexibility and restraint force.
Key words : Pipeline, Earthquake-resistant design, Restraint joint, Composite steel pipe, Performance evaluation
Ⅰ_21〔2015. 8. 19. 受稿，2015. 12. 10. 審査終了〕