JP2002357095A - 部材間継手装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボルトナットを用いない嵌合方式の継手装置
について、接合する部材間への締結力の導入およびその
管理が容易であり、継手の製作誤差や施工誤差を吸収が
可能な継手装置を提供する。 【解決手段】 接合しようとする一方の部材の継手板２
にオス継手としてのＴ型部材１を取り付ける。Ｔ型部材
１のフランジ部には所定の勾配を設ける。他方の部材の
継手板４には、メス継手として、Ｔ型部材１が挿入でき
る程度のスリット５を設け、その内側に嵌合溝を構成す
るハウジング７内に勾配受け部材３を収納する。勾配受
け部材３をハウジング７の側面から仮留めボルト６で仮
固定する。Ｔ型部材１の勾配部と勾配受け部材３が接触
するようにＴ型部材１を押し込むことで継手間に締結力
が発生し、仮留めボルト６に所定以上のせん断力が作用
すると、仮留めボルト６がせん断破壊し、そのままさら
にＴ型部材１を押し込むことで所定の締結力が維持され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、構築物などの部
材どうしを連結するための部材間継手装置に関するもの
であり、例えばユニット化した建築構造部材（一方が構
造物本体であってもよい）どうしの連結やトンネル覆工
用セグメントの連結などに利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】従来、部材どうしを連結する継手とし
て、ボルトとナットを用いた接合方法が一般に知られて
おり、シールドトンネルの分野などを含め、あらゆる分
野で広く利用されている。

【０００３】しかし、この接合方法は作業が煩雑であ
り、これをロボット化するにはきわめて高度な技術を必
要とするため、組み立ての自動化、省力化といった面で
は必ずしも適切な方法とは言えない。

【０００４】この点を改善するため、シールドトンネル
の分野では、トンネルを構築するためのセグメントの継
手を従来のボルト継手からボルトレス継手にする技術の
開発に積極的に取り組んでおり、これまでに多種多様な
継手が提案されている。

【０００５】例えば、嵌合タイプの継手としては、特開
平８−２９６３９７号公報、特開平１１−１０７６８９
号公報、特開２００１−３２６８８号公報記載の発明等
がある。

【０００６】より具体的には、例えば、特開２００１−
３２６８８号公報には、セグメントの継手面の一方にメ
ス継手としての嵌合溝を形成し、他方にオス継手として
Ｈ形鋼を一方のフランジ部が継手面から突出するように
埋め込み、オス継手のフランジ部を所定の勾配で傾斜さ
せておくことで、オス継手をメス継手の嵌合溝の端部か
ら嵌合して行く際に、継手面どうしを引き寄せるように
したものが記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】セグメントどうしをボ
ルトナットを用いずに結合する場合、新設セグメントは
既設セグメントに合わせる形で施工を行う。この際、双
方のセグメントおよび継手には製作誤差が存在し、この
誤差が施工精度に大きく影響を及ぼすこととなる。

【０００８】また、一般的に継手部は本体部と比べて構
造強度が低下する傾向にあることや、継手部の剛性を高
めるためには継手間に締結力が導入されていることが望
ましい。この締結力は、継手部が漏水環境にある場合に
止水性を確保するという面でも有効に作用することとな
る。

【０００９】継手部における初期締結力の導入や管理
は、従来のボルトナット方式による継手では比較的容易
であったのに対し、ボルトレス方式の場合はその管理が
難しいという課題がある。

【００１０】本願発明は、上記課題の解決を目的とした
ものであり、ボルトナットを用いずに短時間で部材どう
しの連結が可能であり、組立て接合における自動化が容
易な嵌合方式の部材間継手装置について、接合する部材
間への締結力の導入およびその管理が容易であり、継手
の製作誤差や施工誤差を吸収が可能な部材間継手装置を
提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係る発
明、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方向に沿って嵌
合されるオス継手とからなる部材間継手装置において、
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、前記メス継手には前記オス継手の
勾配部に対応する勾配を有し前記オス継手の勾配部と当
接する勾配受け部材が前記嵌合溝に沿って摺動可能に設
けられており、所定以上の力を受けることで固定機能を
失う仮留め部材によって前記勾配受け部材が前記嵌合溝
内の所定位置に仮固定されていることを特徴とするもの
である。

【００１２】この部材間継手装置は、メス継手へのオス
継手への嵌合により接合を行うものであるが、オス継手
の勾配部がメス継手の勾配受け部材に押し当てられた状
態でスライドさせることで、接合しながら互いの継手面
を密着させて行く構造となっている。

【００１３】スライドの方向はメス継手の嵌合溝が直線
的に延びている場合には直線方向となるが、必ずしも直
線方向に限定されるものではなく、例えば嵌合溝が曲線
状に延びている場合にはその曲線方向に回転させる形で
スライドさせて接合を行うことができる。

【００１４】また、メス継手の勾配受け部材は、仮留め
部材によって嵌合溝内に仮固定されているが、オス継手
の勾配部とこの勾配受け部材との間に働く力によって仮
留め部材が所定以上の力を受けると、仮留め部材が破壊
されるなどして固定機能を失い、オス継手の勾配部との
係合関係を維持したまま、勾配受け部材が嵌合溝内で摺
動することになる。

【００１５】この所定以上の力が働いた時点において、
接合される部材どうしの継手面に作用している力が、ほ
ぼ本願発明の継手装置による初期締結力となり、勾配受
け部材がオス継手の勾配部との係合関係を維持したまま
摺動することで、実質的に初期締結力が維持管理される
ことになる。

【００１６】仮留め部材の具体的な形態としては、嵌合
溝に対し勾配受け部材を嵌合方向と直角方向から止め付
けるピンまたはボルト状の部材が考えられ、その場合、
勾配受け部材を仮固定した状態で耐力以上のせん断力を
受けることでせん断破壊し、固定機能を失うことにな
る。なお、仮留め部材は、このようなせん断破壊により
固定機能を失うものに限定されず、また取り付け位置に
ついても種々の形態が考えられ、要はオス継手の勾配部
とメス継手側の勾配受け部材との間の力が所定以上にな
ったときに勾配受け部材の仮留め状態の拘束が解除（完
全な解除でなくてもよい）されるものであればよい。

【００１７】なお、初期締結力を確実に発生させるため
には、勾配受け部材は嵌合が終了する位置より手前に仮
固定しておき、嵌合が終了するまでに必ず、仮留め部材
が破壊されるようにする必要があり、それによって継手
に締結力が導入されたことが確認できる。

【００１８】請求項２は、請求項１に係る部材間継手装
置において、前記勾配受け部材が前記オス継手の嵌合方
向への移動を該オス継手の嵌合終了位置より手前の位置
で拘束する位置に仮固定されている場合を限定したもの
である。

【００１９】本願発明の部材間継手装置は、勾配受け部
材の仮止固定の位置と最終の嵌合状態での位置が異なる
ことで、継手装置の製作誤差や構築物の施工誤差などを
吸収することができるが、誤差吸収機能を確実に機能さ
せるためには、勾配受け部材がオス継手の嵌合方向への
移動をオス継手の嵌合終了位置より手前の位置で拘束す
るような位置に仮固定されていることが条件となる。勾
配受け部材の勾配長は、許容される−誤差および＋誤差
に応じて設計し、この長さを考慮した上で勾配受け部材
の仮固定位置を設計することが望ましい。

【００２０】請求項３は、請求項１または２に係る部材
間継手装置において、前記仮留め部材が所定以上のせん
断力を受けることで破壊される部材であり、せん断強度
の異なる任意の複数種の仮留め部材を交換可能としてい
る場合を限定したものである。

【００２１】これは、仮留め部材の強度区分を変化させ
ることで、継手の挿入力および継手締結力の設計を容易
にするものであり、例えば仮留め部材としてボルトを用
いる場合、ボルトは規格化されているため、嵌合後の継
手締結力の管理が可能となる。

【００２２】請求項４は、請求項１、２または３記載の
部材間継手装置において、前記勾配受け部材に、前記オ
ス継手の勾配部との当接関係を維持するための弾性部材
が設けられている場合を限定したものである。

【００２３】継手嵌合後、継手部に締結力以上の引張り
力が繰り返し作用した場合、勾配受け部材が移動するこ
とにより、締結力が減少する可能性があるが、例えば、
勾配受け部材後背部（オス継手の挿入側と反対側）にば
ねあるいはゴム等の弾性部材を設置することで、勾配受
け部材の移動を抑止することが可能となる。

【００２４】なお、弾性部材の配置は勾配受け部材の後
背部に限られるものではなく、側面から抑える場合など
もあり得る。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は本願発明の部材間継手装置
の一実施形態（試作装置）を示したもので、図中、右側
に位置する継手板２にオス継手としてのＴ型部材１が取
り付けられている。このＴ型部材１は断面形状がＴ型で
あり、そのフランジ部に所定の勾配が設けられている。

【００２６】図中、左側に位置する継手板４には、上記
勾配付きＴ型部材１が挿入できる程度のスリット５が形
成されており、その内側に嵌合溝を構成するハウジング
７を取り付け、その中に勾配受け部材３を収納し、ハウ
ジング７の側面から仮留めボルト６で勾配受け部材３を
仮固定している。

【００２７】実際の継手嵌合では、Ｔ型部材１と勾配受
け部材３が接触する位置は、継手部の製作誤差および施
工誤差により、若干前後するため、勾配受け部材３の仮
留め位置は継手部が嵌合終了する位置より手前に設け、
その誤差を吸収できるように、勾配受け部材３の勾配長
は勾配付きＴ型部材１の勾配長より長くしてある。

【００２８】本願発明の継手締結メカニズムを上述した
図１の試作装置を用いて、３つのプロセスに分けて説明
すると以下の通りである。

【００２９】(1) プロセス１ 勾配付きＴ型部材１をメス継手のスリット５へ挿入し、
継手板２，４どうしを押し当てて、挿入荷重Ｐでオス継
手であるＴ型部材１を嵌合方向へスライドさせる（図２
(a) 、(b) 参照）。

【００３０】(2) プロセス２ オス、メス双方の継手勾配部が接触し、仮留めボルト６
にせん断力が発生する。これに伴ないオス、メス継手間
に締結力が導入される（図３(a) 、(b) 参照）。

【００３１】(3) プロセス３ 仮留めボルト６は荷重Ｐ１でせん断破壊し、その後、締
結力Ｐ２を維持したままオス継手である勾配付きＴ型部
材１とメス継手側の勾配受け部材３がさらにスライド
し、嵌合を終了する（図４(a) 、(b) 参照）。

【００３２】上記締結メカニズムを確認するため、嵌合
実験を実施した。実験の目的は、継手に締結力が導入
可能か、製作および施工上の誤差吸収が可能か、また
仮留めボルトの強度区分により挿入荷重を変更できる
かの３点とした。供試体の仕様を表１に示す。

【００３３】継手はＴ型部材の勾配を１／１０、嵌合終
了の４０ｍｍ手前から締結力が導入されるものを基準
に、Ｔ型部材のウェブ高さを変化させることで、製作お
よび施工誤差を模擬した。

【００３４】すなわち、ウェブ高さを設計値（３０ｍ
ｍ）より２ｍｍ低くした供試体Ａは、設計より２０ｍｍ
手前から締結力が導入され、同２ｍｍ長くした供試体
Ｂ, Ｃは設計より２０ｍｍ後ろからの導入となり、合わ
せて４ｍｍの誤差を継手勾配から決定される４０ｍｍの
スライド範囲で吸収させることとなる。さらに、供試体
Ｃではボルトの強度区分をＡ, Ｂの１０．９から４．８
に低減させた。

【００３５】

【表１】

【００３６】図５に挿入荷重Ｐと挿入変位δの関係を示
す。挿入変位δは嵌合終了位置を０とした。嵌合終了ま
での挿入挙動として、定性的に以下が推察される。

【００３７】Ｔ型部材と勾配受け部材が馴染むのに伴
い、継手間の摩擦抵抗により荷重が徐々に増加する。

【００３８】継手勾配部が完全に密着する位置から荷
重が急激に増加し、仮留めボルトの破断まで継手締結力
が導入される。

【００３９】仮留めボルトがせん断破壊し、荷重が一
時減少。

【００４０】その後、継手締結力の発生により継手間
の摩擦抵抗を伴いながら、継手の嵌合を終了。

【００４１】挿入荷重の立ち上がりは、供試体Ａは−６
０ｍｍ、供試体Ｂ, Ｃは−２０ｍｍ近傍であり、予測ど
おりの挙動を示している。また、供試体Ａ, Ｂの最大挿
入荷重が、概ね３８０ｋＮで一致していることから、挿
入力をほぼ一定に管理できることが確認された。さらに
供試体Ｂ, Ｃの比較より、仮留めボルトの強度区分を変
更することで、容易に継手挿入力を調整できることも確
認された。

【００４２】挿入変位δと継手締結力Ｎの関係を把握す
るため、図６に挿入変位δと締結力を計測するために取
り付けた、Ｔ型部材ウェブ伸び方向の発生歪みε、およ
びその値より算出した締結力Ｎの関係を示す。Ｔ型部材
の発生歪みは、全て図５の挿入荷重の立ち上がりに対応
し、仮留めボルトがせん断破壊した時点で、供試体Ａ,
Ｂが６００μ、供試体Ｃが３６０μであった。その後、
継手の嵌合が終了するまで、概ねこの値を維持する挙動
を示した。

【００４３】これらの結果から供試体Ａ, Ｂの継手締結
力は１ヶ所あたり２００ｋＮ、供試体Ｃは１２０ｋＮと
算出され、楔理論式どおり、継手勾配が同じであれば、
締結力は仮留めボルトのせん断耐力で決まることを確認
した。また、継手挿入力も仮留めボルトのせん断耐力に
依存しており、本継手を設計する際は、継手挿入力と継
手に要求される初期締結力を勘案しながら、仮留めボル
トの条件を決定するのが望ましい。

【００４４】以上より、本願発明の継手構造がボルトの
せん断耐力により締結力を得ることに加え、その後、ボ
ルトをせん断破壊させることで、継手締結力を一定に保
ち、さらに継手の製作誤差および施工誤差を吸収する機
能を有することが確認できる。

【００４５】図７はコンクリート構造物に本願発明の継
手装置を適用した場合の一実施形態を示したものであ
る。継手部にそれぞれアンカー筋８を取り付けることに
よりコンクリート部材９と一体化し、継手引抜き力に対
して、コンクリート部材９にひび割れ等の損害を与える
ことなく、継手剛性を発揮することが可能となる。継手
の機能が発揮できる取り付け方法であれば、本願発明に
おいて取り付け方法は特に限定されない。

【００４６】なお、図７の実施形態は、２つのコンクリ
ート部材９間の連結の形態を示しているが、例えばトネ
ンル覆工用のセグメントのように、多数のセグメントが
リング方向およびトンネル方向に配置され、セグメント
リングを構成するセグメントのピース間の継手に利用す
ることもでき、その場合、メス継手側の嵌合溝を継手面
の端部からオス継手を挿入するような形態とすることも
できる。

【００４７】

【発明の効果】本願発明の部材間継手装置によれば、接
合部材の継手面を他方の継手面に押し当てスライドさせ
るだけで、接合部材間双方の誤差を吸収し、目標とする
所定の締結力を得ることが可能となる。また、締結力の
維持管理が容易となる。

【００４８】また、本継手装置は締結力を得ることで接
合部材間に高い引抜き剛性、曲げ剛性、及びせん断剛性
を有することとなる。

【００４９】施工面においては従来のボルトナット方式
と比べ、自動化に対応可能であることから、施工の省力
化、高速化を実現し、施工コストが縮減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明の部材間継手装置の一実施形態（試
作装置）を示す斜視図である。

【図２】 図１の試作装置による締結プロセス１を示し
たもので、(a) はメス継手の内側からみた正面図、(b)
はそのＡ−Ａ断面図である。

【図３】 図２に続く締結プロセス２を示したもので、
(a) はメス継手の内側からみた正面図、(b) はそのＡ−
Ａ断面図である。

【図４】 図３に続く締結プロセス３を示したもので、
(a) はメス継手の内側からみた正面図、(b) はそのＡ−
Ａ断面図である。

【図５】 誤差を模擬した供試体による嵌合実験の挿入
荷重と挿入変位の関係を示したグラフである。

【図６】 誤差を模擬した供試体による嵌合実験の勾配
付きＴ型部材の発生歪みと挿入変位の関係を示したグラ
フであり、また、Ｙ２軸には発生歪より推定した継手締
結力を示している。

【図７】 コンクリート構造物に本願発明の部材間継手
装置を適用した場合の一実施形態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１…勾配付きＴ型部材、２…継手板、３…勾配受け部
材、４…スリット付き継手板、５…スリット、６…仮留
めボルト、７…ハウジング、８…アンカー筋、９…コン
クリート部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩橋 正佳 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 石倉 洋一 大阪府大阪市中央区北久宝寺町３丁目６番 １号 株式会社鴻池組内 (72)発明者 西村 彰夫 大阪府大阪市中央区北久宝寺町３丁目６番 １号 株式会社鴻池組内 Ｆターム(参考） 2D055 BA01 GC01 GC04 LA12 2E125 AA51 AE02 AG08 AG41 BA02 BB01 BB02 BB08 BB09 BB12 BB25 BB31 BC09 BE08 BF05 CA46 CA71 EA11 EA33 3J001 FA02 GA07 GB01 HA02 HA03 HA09 JD16 KA19 KA26 KB04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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方向
   に沿って嵌合されるオス継手とからなる部材間継手装置
   において、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、前記メス継手には前記
   オス継手の勾配部に対応する勾配を有し前記オス継手の
   勾配部と当接する勾配受け部材が前記嵌合溝に沿って摺
   動可能に設けられており、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によって前記勾配受け部材が
   前記嵌合溝内の所定位置に仮固定されていることを特徴
   とする部材間継手装置。
2. 【請求項２】 前記勾配受け部材は前記オス継手の嵌合
   方向への移動を該オス継手の嵌合終了位置より手前の位
   置で拘束する位置に仮固定されている請求項１記載の部
   材間継手装置。
3. 【請求項３】 前記仮留め部材は所定以上のせん断力を
   受けることで破壊される部材であり、せん断強度の異な
   る任意の複数種の仮留め部材を交換可能としている請求
   項１または２記載の部材間継手装置。
4. 【請求項４】 前記勾配受け部材には、前記オス継手の
   勾配部との当接関係を維持するための弾性部材が設けら
   れている請求項１、２または３記載の部材間継手装置。