JP5053828B2 - 継手構造 - Google Patents

Description

本発明は、継手構造に関する。

従来から、地表近くの地盤強度が十分でない地盤上に建物や構造物を建設する場合には、建物や構造物の荷重を地中の深い支持層に伝えるため、杭基礎などの深い基礎が用いられている。この杭基礎で使用される杭には例えば鋼管杭などがあり、特に近年では、先端部に例えば螺旋状の翼部を取付けた鋼管杭を回転貫入させながら地中に埋設する工法が環境配慮の観点から注目を集めている。

ところで、地中の深い支持層にまで杭を埋設する場合には、運搬時の制約条件や打ち込みの都合から、作業現場において定尺の杭を接続しながら地中に埋設する必要がある。また上記ケース以外にも、作業現場の環境などに応じて、作業現場における杭の接続が必要とされる場合もある。さらに、構造物の柱・梁等についても、同様に作業現場における柱・梁等の接続が必要とされる場合もある。

そして、これら構造部材の接続方法には、現場溶接による接続方法と機械式継手による接続方法とがあるが、現場溶接による接続方法では、溶接作業に所定の技能資格を有する作業員を配置する必要があるため、コストが高くなってしまうとともに、品質管理試験を含め溶接作業にかなり長い時間を要するため、１日当たりの施工量が低下してしまうという問題がある。このため近年では、機械式継手による接続方法が広く採用されている。

この機械式継手として、例えば特許文献１には、下管の挿口に上管の受口を被せ、下管と上管とを通しボルトおよびナットで固定することで杭を接合する継手構造が提案されている。また、例えば特許文献２には、第１継手部と第２継手部とを締結部材で挟み込み、この締結部材をボルトおよびナットで固定することで杭を結合する継手構造が提案されている。
特開２００３−６４６６５号公報 特開２００７−２０５１３４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された継手構造では、通しボルトに第１のナットおよび第２のナットがねじ合わされているため、通しボルトが杭本体の外周面から大きく突出することになる。そのため、杭を地中に回転貫入する際に杭周面の地盤を乱すことになり、周面摩擦力が低下するという問題がある。さらに、杭周面の地盤の抵抗により、ナットの緩みや通しボルトの変形などが生じ、所要の継手強度が期待できなくなる恐れがある。

また特許文献２に開示された継手構造は、締結部材を緩く仮装着しておいた状態で、第１継手部と第２継手部とを突き合わせ、ボルトを締め付けることによって締結部材が第１突条と第２突条とを挟み込む構造となっている。このとき、ボルトの締め付け力のみで、テーパー形状に形成された締結部材の挟着凹部と、テーパー形状に形成された第１突条および第２突条とが、挟着面の略全体に亘って所要の結合力で当接可能にするために必要な部材の加工精度・取付精度が確保できるかという問題がある。さらに、ボルト長としては、突条の突出幅に相当する長さ分を長くする必要があり、その分だけ下側杭材の外周面から突出することになるので、杭を地中へ回転貫入する際にナットが緩み、所要の継手強度が期待できなくなる恐れがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、杭などの構造部材の接続作業を安全かつ容易に行うことができるとともに、継手に作用する荷重を確実に伝達することができる十分な強度を有する継手構造を提供することにある。

（１）本発明は、第１の構造部材と第２の構造部材とを接続するための継手構造であって、
前記第１の構造部材の一端側に一端が固定される第１の接続部材と、
前記第２の構造部材の一端側に一端が固定されるとともに、他端の開口部から前記第１の接続部材が挿入される筒状の第２の接続部材と、
前記第１の接続部材の側面部外周面に形成されたキー嵌合凹部と、
前記第２の接続部材の側面部であって、前記キー嵌合凹部に対応する位置に形成されたキー嵌合孔と、
前記第１の接続部材が前記第２の接続部材へ挿入され、かつ前記キー嵌合凹部と前記キー嵌合孔とが合致した状態において、前記キー嵌合凹部と前記キー嵌合孔からなるキー嵌め込み部に嵌め込むことで、前記第１の接続部材と前記第２の接続部材とを固定するキー部材とを備え、
前記第２の接続部材は、一端の開口部から前記第２の構造部材の一端が挿入された状態で前記第２の構造部材の一端側に一端が固定され、
前記第１の接続部材は、他端が前記第２の構造部材の一端と当接するまで、前記第２の接続部材へ挿入され、
前記第１の接続部材の他端と前記第２の構造部材の一端とが当接した状態では、前記キー嵌合凹部と前記キー嵌合孔との位置が軸方向において一致することを特徴とする。

本発明によれば、第１の接続部材が第２の接続部材へ挿入された状態で第１の接続部材と第２の接続部材とが固定されるため、二重管構造の継手となり、杭などの構造部材に対し十分な曲げ強度を保証することができる。また本発明によれば、キー嵌合凹部とキー嵌合孔からなるキー嵌め込み部にキー部材を嵌め込むことで、第１の接続部材と第２の接続部材とが固定されるため、キー部材が、構造部材の貫入時および引き抜き時に働くトルクに対し十分なねじり強度を保証することができるとともに、圧縮や引張りに対しても十分に抵抗することができる。さらに本発明によれば、キー嵌合凹部とキー嵌合孔からなるキー嵌め込み部にキー部材を嵌め込むという簡易な作業で、第１の接続部材と第２の接続部材とを固定できるため、杭などの構造部材の接続に要する施工時間を短縮することができる。

また本発明の継手構造では、前記第２の接続部材は、一端の開口部から前記第２の構造部材の一端が挿入された状態で前記第２の構造部材の一端側に一端が固定され、前記第１の接続部材は、他端が前記第２の構造部材の一端と当接するまで、前記第２の接続部材へ挿入され、前記第１の接続部材の他端と前記第２の構造部材の一端とが当接した状態では、前記キー嵌合凹部と前記キー嵌合孔との位置が軸方向において一致するようにしているため、キー部材に加え、第１の接続部材も圧縮に対して抵抗するため、継手全体の強度を向上させることができる。また、第１の接続部材の他端と第２の構造部材の一端とが当接した状態では、キー嵌合凹部とキー嵌合孔との位置が軸方向において一致するため、キー嵌合凹部とキー嵌合孔とを合致させる作業が容易となり、杭などの構造部材の接続に要する施工時間を更に短縮することができる。

（２）また本発明の継手構造では、前記第２の接続部材の側面部外周面に取り付けられる第３の接続部材を更に備え、前記キー部材は、ボルトの頭部が前記第３の接続部材に形成された第１のボルト貫通孔の内部に位置する状態で、前記キー部材に形成された第２のボルト貫通孔を介して、前記キー嵌合凹部の底部に形成されたネジ孔にボルトで固定され、前記第３の接続部材は、前記ボルトの頭部を前記第１のボルト貫通孔の内側に係止することで、前記第２の接続部材の側面部外周面に取り付けられるようにしてもよい。

このようにすると、キー嵌め込み部からのキー部材の脱落を防ぐことができる。特にボルトの頭部が第３の接続部材に形成された第１のボルト貫通孔の内部に位置する状態で、キー部材に形成された第２のボルト貫通孔を介して、キー嵌合凹部の底部に形成されたネジ孔にボルトで固定されるため、杭などの構造部材を地中に埋設する際に、ボルトの頭部に石などがぶつかり、ボルトが緩んでしまうという事態の発生も防止することができる。さらに、第３の接続部材によってボルトの頭部をガードすることができるため、キー部材に形成される第２のボルト貫通孔の径を小さくすることが可能となり、キー部材の寸法を小さくすることができる。このため、第１の接続部材に形成されるキー嵌合凹部や第２の接続部材に形成されるキー嵌合孔などの断面欠損を小さくすることができ、第１の接続部材や第２の接続部材の強度の低下を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態（本実施形態）について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．第１実施形態
１−１．継手の構成
図１は、本実施形態の継手１０により第１の鋼管杭２０（第１の構造部材の一例）と第２の鋼管杭３０（第２の構造部材の一例）とを接続した状態を模式的に示す斜視図であり、図２は、図１のII−II断面の断面図であり、図３は、図２のIII−III断面の断面図である。但し、図１、図２では、第１の鋼管杭２０の下端と第２の鋼管杭３０の上端との図示を省略している。

本実施形態の継手１０は鋼製の継手であり、図１〜図３に示すように、第１の接続部材４０と、第２の接続部材５０と、キー部材６０と、第３の接続部材７０と、ボルト８０とから構成されている。

本実施形態の継手１０は、第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０とを接続するものであり、具体的には、地中に埋設された第１の鋼管杭２０の上端に固定された第１の接続部材４０と、第２の鋼管杭３０の下端に固定された第２の接続部材５０とを、キー部材６０等を用いて固定することで、第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０とを接続するものである。そして、接続された第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０とを更に地中に埋設し、上端に第１の接続部材４０が固定された第２の鋼管杭３０にも同様の作業を行う。この作業を繰り返し行うことによって長尺の鋼管杭を形成する。

以下では、図４〜図１１を参照しながら、本実施形態の継手１０の組み立て過程を説明するとともに、本実施形態の継手１０を構成する各部材について詳細に説明する。

図４は、第１の接続部材４０と第２の接続部材５０との構造を模式的に示す斜視図であり、図５は、図４のV−V断面の断面図である。但し図４〜図５では、第１の鋼管杭２０の下端と第２の鋼管杭３０の上端との図示を省略している。

第１の接続部材４０は、図４および図５に示すように、円筒形状に形成されている。また、第１の接続部材４０の側面部４３の外周面には、第１の接続部材４０の径方向に互いに直交する２方向の各対向する所定位置にキー嵌合凹部４１が形成されており、キー嵌合凹部４１の底部には、側面部４３の内周面に向けて貫通するネジ孔４２が形成されている。

また、第１の接続部材４０の下端は、溶接部４８において第１の鋼管杭２０の上端に溶接により固定されている。なお、第１の接続部材４０と第１の鋼管杭２０との溶接は、予め工場等において行われており、施工現場には、第１の接続部材４０と第１の鋼管杭２０とが溶接された状態で搬入される。

また、第１の接続部材４０の外径は、第１の鋼管杭２０や第２の鋼管杭３０の外径と等しくなっており、第１の接続部材４０の内径は、第１の鋼管杭２０や第２の鋼管杭３０の内径よりも小さくなっている。つまり、第１の接続部材４０は、第１の鋼管杭２０の部材厚（ｔ１）や第２の鋼管杭３０の部材厚（ｔ２）に比べ、厚肉の部材厚（ａ）となっている（ａ＞ｔ１、ａ＞ｔ２、ｔ１＝ｔ２）。なお、第１の鋼管杭２０の部材厚（ｔ１）を第２の鋼管杭３０の部材厚（ｔ２）よりも厚肉にしてもよいし（ｔ１＞ｔ２）、第２の鋼管杭３０の部材厚（ｔ２）を第１の鋼管杭２０の部材厚（ｔ１）よりも厚肉にしてもよい（ｔ１＜ｔ２）。

このように本実施形態では、第１の接続部材４０の部材厚（ａ）を第１の鋼管杭２０の部材厚（ｔ１）や第２の鋼管杭３０の部材厚（ｔ２）よりも厚くしているので（詳細には、第１の接続部材４０の断面欠損（キー嵌合凹部４１）を除く部分の部材厚（ａ’）を第１の鋼管杭２０の部材厚（ｔ１）や第２の鋼管杭３０の部材厚（ｔ２）よりも大きくしているので（ａ’＞ｔ１、ａ’＞ｔ２））、第１の接続部材４０を鋼管杭本体（例えば、継手１０によって接続された第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０）の曲げ強度を上回る部材とすることができる。

第２の接続部材５０は、図４および図５に示すように、第２の鋼管杭３０や第１の接続部材４０に比べ内径および外径が一回り大きい円筒形状に形成されている。具体的には、図５に示すように、第２の接続部材５０の内径と、第２の鋼管杭３０の外径や第１の接続部材４０の外径とが内接するように形成されている。

また第２の接続部材５０の側面部５４には、第２の接続部材５０の径方向に互いに直交する２方向の各対向する所定位置であって、キー嵌合凹部４１に対応する各位置にキー嵌合孔５３が形成されている。

また第２の接続部材５０の上端は、第２の鋼管杭３０の下端が第２の接続部材５０の上端の開口部５２から挿入された状態で、溶接部５９において第２の鋼管杭３０の下端側に溶接により固定されている。具体的には、図５に示すように、第１の接続部材４０の上端から第１の接続部材４０に形成されたキー嵌合凹部４１までの距離（ｂ）と、第２の鋼管杭３０の下端から第２の接続部材５０に形成されたキー嵌合孔５３までの距離（ｃ）とが等しくなる位置で（ｂ＝ｃ）、第２の接続部材５０は第２の鋼管杭３０に溶接により固定される。なお、第２の接続部材５０と第２の鋼管杭３０との溶接は、予め工場等において行われており、施工現場には、第２の接続部材５０と第２の鋼管杭３０とが溶接された状態で搬入される。

また第２の接続部材５０の下端の開口部５１は、第１の接続部材４０の上端の挿入を誘導するガイド部５５を有している。ガイド部５５の外径は、第２の接続部材５０の外径と等しくなっているが、ガイド部５５の内径は、下端に向かうにつれて第２の接続部材５０の内径よりもゆるやかに大きくなるように（テーパー状に）形成されている。

このように本実施形態では、第２の接続部材５０の下端のガイド部５５の外径は、第２の接続部材５０の外径と等しくなっているが、ガイド部５５の内径は、下端に向かうにつれて第２の接続部材５０の内径よりもゆるやかに大きくなるように形成されているため、第２の接続部材５０の下端の開口部５１への第１の接続部材４０の挿入を容易に行うことができる。

図６は、第１の接続部材４０と第２の接続部材５０との接続構造およびキー部材６０の構造を模式的に示す斜視図であり、図７は、図６のVII−VII断面の断面図である。但し図６〜図７では、第１の鋼管杭２０の下端と第２の鋼管杭３０の上端との図示を省略している。

図６および図７に示すように、第１の鋼管杭２０は、第１の接続部材４０の上端が第２の鋼管杭３０の下端と当接するまで、第２の接続部材５０内に挿入される。そして、前述したように本実施形態では、第１の接続部材４０の上端から第１の接続部材４０に形成されたキー嵌合凹部４１までの距離（ｂ）と、第２の鋼管杭３０の下端から第２の接続部材５０に形成されたキー嵌合孔５３までの距離（ｃ）とが等しくなる位置で（ｂ＝ｃ）、第２の接続部材５０は第２の鋼管杭３０に溶接により固定されているため、第１の接続部材４０の上端と第２の鋼管杭３０の下端とが当接した状態では、キー嵌合凹部４１とキー嵌合孔５３との位置が継手１０の軸方向において一致することになる。

なお施工現場では、第１の鋼管杭２０は地中に埋設され、第２の鋼管杭３０は杭打ち機等によって回転可能な状態で吊持されているため、第１の接続部材４０の上端と第２の鋼管杭３０の下端とが当接した状態において、第２の接続部材５０が溶接固定された第２の鋼管杭３０を回転させることで、キー嵌合凹部４１とキー嵌合孔５３とを合致させることができる。

このように本実施形態では、第１の接続部材４０の上端と第２の鋼管杭３０の下端とが当接するため、後述するキー部材６０に加え、第１の接続部材４０も圧縮に対して抵抗することになり、継手１０の全体の強度を向上させることができる。また、第１の接続部材４０の上端と第２の鋼管杭３０の下端とが当接した状態では、キー嵌合凹部４１とキー嵌合孔５３との位置が継手１０の軸方向において一致することになるため、キー嵌合凹部４１とキー嵌合孔５３とを合致させる作業が容易となり、第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０との接続に要する施工時間を短縮することができる。

さらに、キー嵌合凹部４１とキー嵌合孔５３とが合致した状態において、キー嵌合凹部４１とキー嵌合孔５３とからなるキー嵌め込み部６５に第２のボルト貫通孔６１が形成されたキー部材６０が嵌め込まれることによって、第１の接続部材４０と第２の接続部材４０とが固定される。なお、図６に示すように、キー嵌め込み部６５（キー嵌合凹部４１、キー嵌合孔５３）の寸法（ｄ）は、キー部材６０を嵌め込むことができるように、キー部材６０の寸法（ｅ）よりも若干大きくなっている（ｄ＞ｅ）。

なお本実施形態においては、キー部材６０およびキー嵌合凹部４１を正方形状に形成した例について説明したが、円形や長方形あるいは任意の形状に形成してもよい。但し、キー部材６０およびキー嵌合凹部４１の形状は同じ寸法として標準化しておくことが望ましい。

このように本実施形態では、第１の接続部材４０が第２の接続部材５０へ挿入された状態で第１の接続部材４０と第２の接続部材５０とが固定されるため、二重管構造の継手となり、第１の鋼管杭２０および第２の鋼管杭３０に対し十分な曲げ強度を保証することができる。また、キー嵌合凹部４１とキー嵌合孔５３からなるキー嵌め込み部６５にキー部材６０を嵌め込むことで、第１の接続部材４０と第２の接続部材５０とが固定されるため、キー部材６０が、第１の鋼管杭２０および第２の鋼管杭３０の貫入時および引き抜き時に働くトルクに対し十分なねじり強度を保証することができるとともに、圧縮や引張りに対しても十分に抵抗することができる。さらに、キー嵌合凹部４１とキー嵌合孔５３からなるキー嵌め込み部６５にキー部材６０を嵌め込むという簡易な作業で、第１の接続部材４０と第２の接続部材５０とを固定できるため、第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０との接続に要する施工時間を短縮することができる。

なお、キー部材６０は、第１の接続部材４０の断面欠損（キー嵌合凹部４１）および第２の接続部材５０の断面欠損（キー嵌合孔５３）を補うとともに、第２の鋼管杭３０を介して第２の接続部材５０に作用する力を第１の接続部材４０を介して第１の鋼管杭２０に伝達する必要がある。従って、キー部材６０には、外力が作用した際の変形が小さい部材、即ち、所定のかたさを有する部材（例えば、機械構造用炭素鋼や機械構造用合金鋼など）を使用することが望ましい。

図８は、第１の接続部材４０と第２の接続部材５０とキー部材６０との接続構造および第３の接続部材７０の構造を模式的に示す斜視図であり、図９は、図８のIX−IX断面の断面図である。但し図８〜図９では、第１の鋼管杭２０の下端と第２の鋼管杭３０の上端との図示を省略している。

第３の接続部材７０は、図８および図９に示すように、第２の接続部材５０に比べ径が一回り大きい円筒形状に形成されている。具体的には、図９に示すように、第３の接続部材７０の内径と第２の接続部材５０の外径とが内接するように形成されている。

また第３の接続部材７０の側面部７２には、第３の接続部材７０の径方向に互いに直交する２方向の各対向する所定位置であって、キー嵌め込み部６５に対応する各位置にボルトの頭部８１よりも大径の第１のボルト貫通孔７１が形成されている。

図１０は、第１の接続部材４０と第２の接続部材５０とキー部材６０と第３の接続部材７０との接続構造およびボルト８０の構造を模式的に示す斜視図であり、図１１は、図１０のXI−XI断面の断面図である。但し図１０〜図１１では、第１の鋼管杭２０の下端と第２の鋼管杭３０の上端との図示を省略している。

キー部材６０は、図１０および図１１に示すように、ボルト８０によって第１の接続部材４０のキー嵌合凹部４１の底部に形成されたネジ孔４２にボルト８０で固定される。

キー部材６０は、具体的には図２および図３に示すように、ボルトの頭部８１が第３の接続部材７０に形成された第１のボルト貫通孔７１の内部に位置する状態で、キー部材６０に形成された第２のボルト貫通孔６１を介して、キー嵌合凹部４１の底部に形成されたネジ孔４２にボルト８０で固定される。

なお、第２のボルト貫通孔６１は、ボルトの頭部８１と係合するボルト係合部６２を有しており、ボルト係合部６２は、第２のボルト貫通孔６１に比べ径が大きくなっている。つまり、キー部材６０は、詳細には図２および図３に示すように、ボルトの頭部８１が第３の接続部材７０に形成された第１のボルト貫通孔７１の内部に位置し、かつボルトの頭部８１がボルト係合部６２と係合した状態で、キー部材６０に形成された第２のボルト貫通孔６１を介して、キー嵌合凹部４１の底部に形成されたネジ孔４２にボルト８０で固定される。

このように本実施形態では、キー部材６０は、キー部材６０に形成された第２のボルト貫通孔６１を介して、キー嵌合凹部４１の底部に形成されたネジ孔４２にボルト８０で固定されるため、キー嵌め込み部６５からのキー部材６０の脱落を防ぐことができる。特に本実施形態では、ボルトの頭部８１が第３の接続部材７０に形成された第１のボルト貫通孔７１の内部に位置する状態で、キー部材６０に形成された第２のボルト貫通孔６１を介して、キー嵌合凹部４１の底部に形成されたネジ孔４２にボルト８０で固定されるため、第１の鋼管杭２０および第２の鋼管杭３０を地中に埋設する際に、ボルトの頭部８１に石などがぶつかり、ボルト８０が緩んでしまうという事態の発生も防止することができる。さらに、第３の接続部材７０によってボルトの頭部８１をガードすることができるため、キー部材６０に形成される第２のボルト貫通孔６１の径をボルトの頭部８１の外径よりも小さくすることが可能となり、キー部材６０の寸法を小さくすることができる。このため、第１の接続部材２０に形成されるキー嵌合凹部４１や第２の接続部材３０に形成されるキー嵌合孔５３などの断面欠損を小さくすることができ、第１の接続部材２０や第２の接続部材３０の強度の低下を防止することができる。

第３の接続部材７０は、図１０および図１１に示すように、ボルト８０によって第２の接続部材５０の側面部５４の外周面に取り付けられる。

第３の接続部材７０は、具体的には図２および図３に示すように、ボルトの頭部８１を第１のボルト貫通孔７１の内側に係止することで、第２の接続部材５０の側面部５４の外周面に取り付けられる。このため第３の接続部材７０は、キー嵌め込み部６５からのキー部材６０の脱落を防止する機能を有する。

本実施形態の継手１０は、以上のような構成にしたことにより、鋼管杭などの構造部材の接続作業を容易に行うことができるとともに、継手１０に作用する荷重を十分に伝達することができ、かつ継手１０に作用する荷重に対して十分な強度を有する。

なお本実施形態では、第１の構造部材、第２の構造部材として、鋼管杭を例にとり説明したが、これに限られず、例えば、既製コンクリート杭や構造物の柱・梁等についても適用することができる。

１−２．鋼管杭の埋設手法
次に、本実施形態の継手１０により接続される第１の鋼管杭２０および第２の鋼管杭３０の埋設手法の一例を図１２〜図１３を参照しながら説明する。

まず、図１２（Ａ）に示すように、下端に切刃２１及び螺旋翼２２が取付けられ、上端に第１の接続部材４０が溶接固定された第１の鋼管杭２０を、杭打ち機９０に装備されている回転駆動装置９１に接続するとともに、振止装置９２で埋設位置を制御し、第１の鋼管杭２０を鉛直に設定する。

次に、図１２（Ｂ）に示すように、回転駆動装置９１によって第１の鋼管杭２０を時計回りに回転させ、回転翼２２の推進力で第１の鋼管杭２０を地中に貫入する。そして第１の接続部材４０の地表面からの高さが、所定の高さとなるまで第１の鋼管杭２０を埋設する。「所定の高さ」とは、作業員による第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０との接続作業に適した高さであり、例えば、地表面からの高さが１メートル前後となる高さが該当する。なお、第１の鋼管杭２０を反時計回りに回転させることで、第１の鋼管杭２０を地中に貫入するようにしてもよい。

次に、第１の鋼管杭２０と回転駆動装置９１との接続を解除し、下端に第２の接続部材５０が溶接固定され、上端に第１の接続部材４０が溶接固定された第２の鋼管杭３０を、杭打ち機９０によってつり込む。そして、図１３（Ａ）に示すように、第２の鋼管杭３０を回転駆動装置９１に接続するとともに、第２の鋼管杭３０の下端に溶接固定された第２の接続部材５０と第１の鋼管杭２０の上端に溶接固定された第１の接続部材４０とをキー部材６０等によって固定することで、第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０とを接続する。

なお本実施形態では、第２の鋼管杭３０の上端が回転駆動装置９１に接続されているため、第１の鋼管杭２０の上端に溶接固定された第１の接続部材４０を第２の鋼管杭３０の下端に溶接固定された第２の接続部材５０の下端から挿入した後に、第２の鋼管杭３０の上端から第３の接続部材７０をスライドさせて第２の接続部材５０の側面部５４の外周面に取り付けることはできない。

従って本実施形態では、第２の鋼管杭３０に第３の接続部材７０を一時的に取り付けた状態で、第１の鋼管杭２０の上端に溶接固定された第１の接続部材４０を第２の鋼管杭３０の下端に溶接固定された第２の接続部材５０の下端から挿入し、挿入後に、第３の接続部材７０をスライドさせて第２の接続部材５０の側面部５４の外周面に取り付ける手法を採用することが好ましい。

次に、図１３（Ｂ）に示すように、回転駆動装置９１によって第１の鋼管杭２０および第２の鋼管杭３０を時計回りに回転させ、回転翼２２の推進力で第１の鋼管杭２０および第２の鋼管杭３０を地中に貫入する。そして第１の接続部材４０の地表面からの高さが、所定の高さとなるまで第２の鋼管杭３０を埋設する。なお、回転駆動装置９１によって第２の鋼管杭３０に伝達される時計回りの回転力（トルク）は、第２の接続部材５０、キー部材６０、第１の接続部材４０を介して、第１の鋼管杭２０に伝達される。そして、所定長の鋼管杭が打ち止め層に到達するまで、この手順を繰り返し行う。

なお、第１の鋼管杭２０や第２の鋼管杭３０を撤去する場合には、回転駆動装置９１によって第１の鋼管杭２０および第２の鋼管杭３０を反時計回りに回転させることで、これらの鋼管杭を引き抜く。そして、時計回りの回転力（トルク）と同様に、回転駆動装置９１によって第２の鋼管杭３０に伝達される反時計回りの回転力（トルク）についても第２の接続部材５０、キー部材６０、第１の接続部材４０を介して、第１の鋼管杭２０に伝達される。

１−３．荷重の伝達および抵抗
続いて、継手１０に作用する荷重の伝達、継手１０に作用する荷重に対する抵抗について説明する。

まず、本実施形態の継手１０では、第１の鋼管杭２０や第２の鋼管杭３０からなる鋼管杭本体を地中に貫入する際に第２の鋼管杭３０に作用する圧縮力、時計回りの回転力（トルク）、鋼管杭本体を地中から引き抜く際に第２の鋼管杭３０に作用する引張り力、反時計回りの回転力（トルク）、第２の鋼管杭３０に作用する水平力などの荷重を、第２の接続部材５０、キー部材６０、第１の接続部材４０を介して、第１の鋼管杭２０に伝達する。具体的には、第２の鋼管杭３０→第２の接続部材５０→キー部材６０→第１の接続部材４０→第１の鋼管杭２０の順序でこれらの荷重を伝達する。

そして、本実施形態の継手１０では、第１の接続部材４０の断面欠損（キー嵌合凹部４１）および第２の接続部材５０の断面欠損（キー嵌合孔５３）を補うキー部材６０を、機械構造用炭素鋼や機械構造用合金鋼などの外力に対する変形が小さい高張力の部材を用いて形成しているため、圧縮力、引張り力、トルクなどの荷重に対して十分な強度を有している。従って、これらの荷重を十分に伝達することができる。

また、本実施形態の継手１０では、第１の接続部材４０の部材厚を第１の鋼管杭２０の部材厚や第２の鋼管杭３０の部材厚よりも厚くするとともに、第１の接続部材４０が第２の接続部材５０へ挿入された状態で第１の接続部材４０と第２の接続部材５０とを固定する二重管構造としているため、第１の鋼管杭２０や第２の鋼管杭３０からなる鋼管杭本体に対し十分な曲げ強度、せん断強度を有している。

本実施形態の継手１０は、以上のような構成にしたことにより、第２の鋼管杭３０に作用する荷重を第１の鋼管杭２０に十分に伝達することができるとともに、せん断力や曲げモーメント、トルク等の荷重に対しても十分な強度を有することがＦＥＭ解析によって確認されている。

２．第２実施形態
第１実施形態では、同径の鋼管杭を接続する継手の構成について説明したが、第２実施形態では、異径の鋼管杭を接続する継手の構成について説明する。なお、上述した第１実施形態と共通の構成については詳細な説明を省略し、主要な相違点を中心に説明する。

２−１．小径の第１の鋼管杭１２０を接続する継手の構成
図１４は、本実施形態の継手１００により、第２の鋼管杭３０よりも小径の第１の鋼管杭１２０と第２の鋼管杭３０とを接続した状態を示す縦断面図である。但し、図１４では、第１の鋼管杭１２０の下端と第２の鋼管杭３０の上端との図示を省略している。

なお、本実施形態の継手１００は、鋼製の継手であり、図１４に示すように、第１の接続部材１４０と、第２の接続部材５０と、キー部材６０と、第３の接続部材７０と、ボルト８０とから構成されているが、第１の接続部材１４０以外の部材の構成は第１実施形態と同一の構成であるため詳細な説明を省略し、第１の接続部材１４０の構成を中心に説明する。

第１の接続部材１４０は、図１４に示すように、円筒形状に形成されており、上端部１４５と下端部１４６とが内面において段差を有している。具体的に説明すると、上端部１４５の外径と下端部１４６の外径とは等しくなっており、上端部１４５の内径は下端部１４６の内径よりも小さくなっている。但し、下端部１４６の内径の大きさは、第１の鋼管杭１２０の外形に応じて適宜設定することができるため、必ずしも上端部１４５の内径よりも小さくする必要はない。

また、第１の接続部材１４０の上端部１４５の側面部の外周面には、第１の接続部材１４０の径方向に互いに直交する２方向の各対向する所定位置にキー嵌合凹部１４１が形成されており、キー嵌合凹部１４１の底部には、側面部の内周面に向けて貫通するネジ孔１４２が形成されている。

また、第１の接続部材１４０の下端部１４６は、溶接部１４８において第１の鋼管杭１２０の上端側に溶接により固定されている。なお、第１の接続部材１４０と第１の鋼管杭１２０との溶接は、予め工場等において行われており、施工現場には、第１の接続部材１４０と第１の鋼管杭１２０とが溶接された状態で搬入される。

そして、第１の接続部材１４０が第２の接続部材５０内に挿入された状態においては、第１の接続部材１４０の外径と第２の接続部材５０の内径とが内接し、第１の接続部材１４０の内径と第１の鋼管杭１２０の外径とが内接することになる。つまり、第１の接続部材１４０の下端部１４６が、第２の接続部材５０と第１の鋼管杭１２０との間に生じる隙間を埋めることになる。

このように本実施形態の継手１００では、第１の鋼管杭１２０が小径であったとしても、第１の接続部材１４０の下端部１４６がその差分を吸収することができるため、第２の鋼管杭３０よりも小径の第１の鋼管杭１２０と第２の鋼管杭３０とを接続することができ、第１実施形態で説明した内容と同様の作用効果を奏することができる。

２−２．小径の第２の鋼管杭２３０を接続する継手の構成
図１５は、本実施形態の継手２００により、第１の鋼管杭２０と第１の鋼管杭２０よりも小径の第２の鋼管杭２３０とを接続した状態を示す縦断面図である。但し、図１５では、第１の鋼管杭２０の下端と第２の鋼管杭２３０の上端との図示を省略している。

なお、本実施形態の継手２００は、鋼製の継手であり、図１５に示すように、第１の接続部材４０と、第２の接続部材２５０と、キー部材６０と、第３の接続部材７０と、ボルト８０とから構成されているが、第２の接続部材２５０以外の部材の構成は第１実施形態と同一の構成であるため詳細な説明を省略し、第２の接続部材２５０の構成を中心に説明する。

第２の接続部材２５０は、図１５に示すように、円筒形状に形成されており、上端部２５６と下端部２５７とが内面において段差を有している。具体的に説明すると、上端部２５６の外径と下端部２５７の外径とは等しくなっており、上端部２５６の内径は下端部２５７の内径よりも小さくなっている。但し、上端部２５６の内径の大きさは、第２の鋼管杭２３０の外形に応じて適宜設定することができる。

第２の接続部材２５０の下端部２５７は、図１５に示すように、第１の鋼管杭２０や第１の接続部材４０に比べ径が一回り大きい円筒形状に形成されている。具体的には、第２の接続部材２５０の下端部２５７の内径と、第１の鋼管杭２０の外径や第１の接続部材４０の外径とが内接するように形成されている。

また第２の接続部材２５０の下端部２５７の側面部には、第２の接続部材２５０の径方向に互いに直交する２方向の各対向する所定位置であって、キー嵌合凹部４１に対応する各位置にキー嵌合孔２５３が形成されている。

また第２の接続部材２５０の下端部２５７の開口部２５１は、第１の接続部材４０の上端の挿入を誘導するガイド部２５５を有している。ガイド部２５５の外径は、第２の接続部材２５０の下端部２５７の外径と等しくなっているが、ガイド部２５５の内径は、下端に向かうにつれて第２の接続部材２５０の下端部２５７の内径よりもゆるやかに大きくなるように（テーパー状に）形成されている。

また第２の接続部材２５０の上端部２５６は、第２の鋼管杭２３０の下端が第２の接続部材２５０の上端の開口部２５２から挿入された状態で、溶接部２５９において第２の鋼管杭２３０の下端側に溶接により固定されている。具体的には、第１実施形態で説明したように、第１の接続部材４０の上端から第１の接続部材４０に形成されたキー嵌合凹部４１までの距離と、第２の鋼管杭２３０の下端から第２の接続部材２５０に形成されたキー嵌合孔２５３までの距離とが等しくなる位置で、第２の接続部材２５０上端部２５６は第２の鋼管杭２３０に溶接により固定される。なお、第２の接続部材２５０と第２の鋼管杭２３０との溶接は、予め工場等において行われており、施工現場には、第２の接続部材２５０と第２の鋼管杭２３０とが溶接された状態で搬入される。

つまり、第２の接続部材２５０の上端部２５６の内径は、第２の鋼管杭２３０の外径と内接することになり、第２の接続部材２５０の上端部２５６が第２の接続部材２５０の下端部２５７と第２の鋼管杭２３０との間に生じる隙間を埋めることになる。

このように本実施形態の継手２００では、第２の鋼管杭２３０が小径であったとしても、第２の接続部材２５０の上端部２５６がその差分を吸収することができるため、第１の鋼管杭２０と第１の鋼管杭２０よりも小径の第２の鋼管杭２３０とを接続することができ、第１実施形態で説明した内容と同様の作用効果を奏することができる。

３．変形例
本発明は、上述した本実施形態で説明したものに限らず、種々の変形実施が可能である。なお、上記実施形態や、変形例として後述する各種の構成は、本発明を実現する構成として適宜組み合わせて採用したり、置き換えて採用することができる。

また上記実施形態で説明した構成は、一例を示したに過ぎず、上記実施形態の構成と同様の効果を奏する均等な手法を採用した場合においても本発明の範囲に含めることができる。

図１６は、変形実施形態の継手３００により、第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０とを接続した状態を示す縦断面図である。但し、図１６では、第１の鋼管杭２０の下端と第２の鋼管杭３０の上端との図示を省略している。

例えば上述した第1実施形態では、第１の鋼管杭２０の上端に固定された第１の接続部材４０と、第２の鋼管杭３０の下端に固定された第２の接続部材５０とを、キー部材６０等を用いて固定することで、第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０とを接続していたが、図１６に示す継手３００のように、第１の鋼管杭２０の上端に固定された第２の接続部材５０と、第２の鋼管杭３０の下端に固定された第１の接続部材４０とを、キー部材６０等を用いて固定することで、第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０とを接続するようにしてもよい。つまり、変形実施形態の継手３００は、第１実施形態の継手１０の上下を反対にしたものであり、このような使い方もできる。

図１７は、変形実施形態の継手４００により、第１の構造部材４２０と第２の構造部材４３０とを接続した状態を模式的に示す斜視図である。但し、図１７では、第１の構造部材４２０の下端と第２の構造部材４３０の上端との図示を省略している。

例えば上述した第１実施形態では、円筒形状の第１の鋼管杭２０および第２の鋼管杭３を接続するために、円筒形状に形成された継手１０を用いていたが、図１７に示すように、第１の構造部材４２０および第２の構造部材４３０として角型鋼管が用いられる場合には、第１の接続部材４４０（図示省略）、第２の接続部材４５０、第３の接続部材４７０を角筒状に形成した変形実施形態の継手４００を用いることができる。

このような角型鋼管を使用する具体例としては、構造物の柱、梁などの構造部材があり、サイズの異なる構造部材であっても、第２実施形態のような継手構造を採用することによって、接続することが可能となる。

図１８は、変形実施形態の継手５００により、第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０とを接続した状態を示す縦断面図である。但し、図１８では、第１の鋼管杭２０の下端と第２の鋼管杭３０の上端との図示を省略している。

例えば上述した第１実施形態では、第３の接続部材７０を第２の接続部材５０の側面部５４の外周面に取り付ける構成を採用していたが、図１８に示す継手５００のように、ボルトの頭部８１がキー部材５６０に形成されたボルト貫通孔５６１の内部に位置する状態で、キー嵌合凹部４１の底部に形成されたネジ孔４２にボルト８０で固定されるようにすれば、第１実施形態のように、第３の接続部材７０を第２の接続部材５０の側面部５４の外周面に取り付ける構成を採用しなくても、杭などの構造部材を地中に埋設する際に、ボルトの頭部に石などがぶつかり、ボルトが緩んでしまうという事態の発生も防止することができる。

図１９は、変形実施形態の継手６００により、第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０とを接続した状態を示す縦断面図である。但し、図１９では、第１の鋼管杭２０の下端と第２の鋼管杭３０の上端との図示を省略している。

例えば上述した第１実施形態では、第１の接続部材４０は、円筒形状に形成されていることを例にとり説明したが、図１９に示す継手６００のように、第１の接続部材６４０を円柱形状に形成するようにしてもよい。このようにすると、キー嵌合凹部６４１の底部に形成されたネジ孔６４２が貫通しなくなるため、継手６００によって接続された第１の鋼管杭２０および第２の鋼管杭３０を地中に埋設する際に、継手６００の外部から継手６００の内部への地下水の流入を防止でき、第１の鋼管杭２０、第２の鋼管杭３０および継手６００の内面の腐食を防止することができる。なお、第１の鋼管杭２０の下端（先端）に閉塞盤を設けることで、第１の鋼管杭２０の下端からの地下水の流入も防止することができる。

また、例えば上述した第１実施形態のように、第１の接続部材４０が、円筒形状に形成されている場合であっても、キー嵌合凹部４１の底部に形成されたネジ孔４２をシリコンなどの接着剤によってシールしたり、キー嵌め込み部６５にＯリングを装着させてキー部材６０を嵌め込むことによって、継手１０の外部から継手１０の内部への地下水の流入を防止でき、第１の鋼管杭２０、第２の鋼管杭３０および継手１０の内面の腐食を防止することができる。

また、例えば上述した第１実施形態では、第１の接続部材４０と第１の鋼管杭２０とを溶接により固定していたが、第１の接続部材４０と第１の鋼管杭２０とを一体的に形成するようにしてもよい。第１の接続部材４０と第１の鋼管杭２０とを一体的に形成する方法としては、厚肉鋼管または無垢の鋼管を切削加工したり、金型により精密鋳造する方法がある。

このようにすると、第１の接続部材４０を第１の鋼管杭２０に溶接接合する場合の溶接ひずみを解消することができるので、第１の接続部材４０への第２の接続部材５０の挿入作業が容易となり、施工時間を短縮することができる。

また、例えば上述した第１実施形態では、第１の鋼管杭２０の部材厚（ｔ１）と第２の鋼管杭３０の部材厚（ｔ２）とを同一の部材厚としていたが（ｔ１＝ｔ２）、第１の鋼管杭２０の部材厚（ｔ１）と第２の鋼管杭３０の部材厚（ｔ２）とは異なる部材厚であってもよい。

また、第１の接続部材４０に形成されるキー嵌合凹部４１および第２の接続部材５０に形成されるキー嵌合孔５３の数は、第１の接続部材４０および第２の接続部材５０の部材厚や、大きさ等に応じて適宜設定することができる。

継手１０により第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０とを接続した状態を模式的に示す斜視図。 図１のII−II断面の断面図。 図２のIII−III断面の断面図。 第１の接続部材４０と第２の接続部材５０との構造を模式的に示す斜視図。 図４のV−V断面の断面図。 第１の接続部材４０と第２の接続部材５０との接続構造およびキー部材６０の構造を模式的に示す斜視図。 図６のVII−VII断面の断面図。 第１の接続部材４０と第２の接続部材５０とキー部材６０との接続構造および第３の接続部材７０の構造を模式的に示す斜視図。 図８のIX−IX断面の断面図。 第１の接続部材４０と第２の接続部材５０とキー部材６０と第３の接続部材７０との接続構造およびボルト８０の構造を模式的に示す斜視図。 図１０のXI−XI断面の断面図。 第１の鋼管杭２０および第３の鋼管杭３０の埋設手法の説明図。 第１の鋼管杭２０および第３の鋼管杭３０の埋設手法の説明図。 継手１００により、第２の鋼管杭３０よりも小径の第１の鋼管杭１２０と第２の鋼管杭３０とを接続した状態を示す縦断面図。 継手２００により、第１の鋼管杭２０と第１の鋼管杭２０よりも小径の第２の鋼管杭２３０とを接続した状態を示す縦断面図。 継手３００により、第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０とを接続した状態を示す縦断面図。 継手４００により、第１の鋼管杭４２０と第２の鋼管杭４３０とを接続した状態を模式的に示す斜視図。 継手５００により、第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０とを接続した状態を示す縦断面図。 継手６００により、第１の鋼管杭２０と第２の鋼管杭３０とを接続した状態を示す縦断面図。

符号の説明

１０、１００、２００、３００、４００、５００、６００ 継手、
２０、１２０、４２０ 第１の鋼管杭、
２１ 切刃、
２２ 螺旋翼、
３０、２３０、４３０ 第２の鋼管杭、
４０、１４０、６４０ 第1の接続部材、
４１、１４１、６４１ キー嵌合凹部、
４２、１４２、６４２ ネジ孔、
４３ 側面部、
１４５ 上端部、
１４６ 下端部、
４８、１４８、６４８ 溶接部、
５０、２５０、４５０ 第２の接続部材、
５１〜５２、２５１〜２５２ 開口部、
５３、２５３ キー嵌合孔、
５４ 側面部、
５５、２５５ ガイド部、
２５６ 上端部、
２５７ 下端部、
５９、２５９ 溶接部、
６０、５６０ キー部材、
６１、５６１ ボルト貫通孔（第２のボルト貫通孔）、
６２、５６２ ボルト係合部、
６５、５６５ キー嵌め込み部、
７０、４７０ 第３の接続部材、
７１ 第１のボルト貫通孔、
７２ 側面部、
８０、４８０ ボルト、
８１ ボルト頭部、
９０ 杭打ち機、
９１ 回転駆動装置、
９２ 振止装置

Claims (2)

1. 第１の構造部材と第２の構造部材とを接続するための継手構造であって、
   前記第１の構造部材の一端側に一端が固定される第１の接続部材と、
   前記第２の構造部材の一端側に一端が固定されるとともに、他端の開口部から前記第１の接続部材が挿入される筒状の第２の接続部材と、
   前記第１の接続部材の側面部外周面に形成されたキー嵌合凹部と、
   前記第２の接続部材の側面部であって、前記キー嵌合凹部に対応する位置に形成されたキー嵌合孔と、
   前記第１の接続部材が前記第２の接続部材へ挿入され、かつ前記キー嵌合凹部と前記キー嵌合孔とが合致した状態において、前記キー嵌合凹部と前記キー嵌合孔からなるキー嵌め込み部に嵌め込むことで、前記第１の接続部材と前記第２の接続部材とを固定するキー部材とを備え、
   前記第２の接続部材は、一端の開口部から前記第２の構造部材の一端が挿入された状態で前記第２の構造部材の一端側に一端が固定され、
   前記第１の接続部材は、他端が前記第２の構造部材の一端と当接するまで、前記第２の接続部材へ挿入され、
   前記第１の接続部材の他端と前記第２の構造部材の一端とが当接した状態では、前記キー嵌合凹部と前記キー嵌合孔との位置が軸方向において一致することを特徴とする継手構造。
2. 請求項１において、
   前記第２の接続部材の側面部外周面に取り付けられる第３の接続部材を更に備え、
   前記キー部材は、ボルトの頭部が前記第３の接続部材に形成された第１のボルト貫通孔の内部に位置する状態で、前記キー部材に形成された第２のボルト貫通孔を介して、前記キー嵌合凹部の底部に形成されたネジ孔にボルトで固定され、
   前記第３の接続部材は、前記ボルトの頭部を前記第１のボルト貫通孔の内側に係止することで、前記第２の接続部材の側面部外周面に取り付けられることを特徴とする継手構造。

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