JP7180826B1 - 機械式継手、継手付き鋼管、継手付き鋼管の製造方法、構造体、構造体の施工方法、機械式継手の設計方法 - Google Patents

Abstract

加工コストの増大および強度の低下を招くことなく、嵌合に必要な押し込み荷重を低下させることを目的とする。本発明に係る機械式継手１は内側継手管５と外側継手管７を備え、径方向に撓み可能な分割片１１と凸部１３と係合部１７とガイド部１９とを備え、分割片１１は下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けされ、嵌合過程において同一グループの分割片１１ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすようにされている。（１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること、（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること。

Description

本発明は、鋼管同士の接合に用いる機械式継手、機械式継手を備える継手付き鋼管、継手付き鋼管の製造方法、機械式継手、および機械式継手で接合された複数の鋼管を備える構造体、構造体の施工方法、機械式継手の設計方法に関する。

従来、鋼管同士の接合については主に溶接が用いられていたが、近年工期の短縮や品質管理上の問題があり、機械的な接合も用いられるようになってきた。この機械式接合に関して、差し込むだけで接合が可能な施工性に優れた継手が特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載の「鋼管の継手構造」は、接合対象となる鋼管の端部に外側継手管と内側継手管をそれぞれ設け、これらの外側継手管と内側継手管とを管軸方向に互いに挿入し嵌合させることによって鋼管を接合するものである。外側継手管および内側継手管のいずれか一方は、先端が周方向に分割されて径方向に撓み可能となっている。軸方向に押し込み荷重をかけて外側継手管および内側継手管のいずれか一方の先端を撓ませて挿入する。このとき、挿入の終了位置で撓みが戻るとともに、内側継手管の外周面に形成された凸部と外側継手管の内周面に形成された係合部とが係合して嵌合したり、外側継手管の内周面に形成された凸部と内側継手管の外周面に形成された係合部とが係合したりして嵌合する。

特開２００４－３６３２９号公報

特許文献１に記載の継手において先端が周方向に分割された部分は、その断面が円弧状であるため、断面矩形状のものに比べて曲げ剛性が高く、継手同士を嵌合させる際に大きな押し込み荷重を必要とする。また、一般的に継手は鋼管と同等の圧縮・引張強度を必要とするので、鋼管の仕様に伴って継手の板厚を厚くすると、さらに大きな押し込み荷重を必要とする。挿入による嵌合に必要な押し込み荷重が増大することは施工性を悪化させるため、押し込み荷重の低減する方法が検討されている。

そこで、必要な押し込み荷重を低減するには、撓ませる部分の分割数を増やすことが考えられるが、当該部分を切削して製作する場合には、切削箇所数が増加して加工コストがかかる。さらに、分割数の増加に伴って当該部分の強度が低下し、運搬時や作業時の予期せぬ荷重によってねじれなどの不可逆的な変形が生じる場合があり、施工時に嵌合ができなくなる恐れがある。したがって、分割数を増やすことなく押し込み荷重を低減できる機械式継手が求められていた。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、加工コストの増大および強度の低下を招くことなく、嵌合に必要な押し込み荷重を低下させて施工性を向上できる、機械式継手、継手付き鋼管、継手付き鋼管の製造方法、構造体、構造体の施工方法、機械式継手の設計方法を提供することにある。

本発明の一態様に係る機械式継手は、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管とを備え、前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、前記内側継手管の外周面に形成された凸部と、前記外側継手管の内周面に形成され、前記内側継手管と前記外側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、前記外側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記内側継手管と前記外側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手であって、前記分割片は下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けされ、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすように構成される。
（１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること

本発明の一態様に係る機械式継手は、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管とを備え、前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、前記外側継手管の内周面に形成された凸部と、前記内側継手管の外周面に形成され、前記外側継手管と前記内側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、前記内側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記外側継手管と前記内側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手であって、前記分割片は下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けされ、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすように構成される。
（１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること

本発明の一態様に係る機械式継手は、上記の発明において、一つの前記グループにおける分割片が最大撓みに至る前に、他のグループにおける分割片に径方向の撓みが開始しない。

本発明の一態様に係る継手付き鋼管は、上記の発明による機械式継手における内側継手管および／または外側継手管を、両端または一端に備える。

本発明の一態様に係る継手付き鋼管の製造方法は、上記の発明による継手付き鋼管を製造する方法であって、上記の発明による機械式継手における外側継手管および／または内側継手管を、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ取り付ける。

本発明の一態様に係る構造体は、上記の発明による機械式継手と、前記機械式継手で接合された複数の鋼管とを備える。

本発明の一態様に係る構造体の施工方法は、上記の発明による構造体を施工する方法であって、前記外側継手管が端部に取り付けられた鋼管と、前記内側継手管が端部に取り付けられた鋼管とのいずれか一方を地中に立設した状態で、他方の鋼管を前記一方の鋼管の上に配置して、前記内側継手管とを前記外側継手管とを嵌合させて接合する。

本発明の一態様に係る機械式継手の設計方法は、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管を備え、前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、前記内側継手管の外周面に形成された凸部と、前記外側継手管の内周面に形成され、前記内側継手管と前記外側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、前記外側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記内側継手管と前記外側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手を設計する機械式継手の設計方法であって、前記分割片を下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けし、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすとともに分割片の撓みによって生ずる水平方向の応力が相殺されるようにする。
（１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること

本発明の一態様に係る機械式継手の設計方法は、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管とを備え、前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、前記外側継手管の内周面に形成された凸部と、前記内側継手管の外周面に形成され、前記外側継手管と前記内側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、前記内側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記外側継手管と前記内側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手を設計する機械式継手の設計方法であって、前記分割片を下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けし、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすとともに分割片の撓みによって生ずる水平方向の応力が相殺されるようにする。
（１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること

本発明によれば、分割片は所定の条件を満たすように複数のグループにグループ分けされ、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすようにしたことにより、嵌合に必要な押し込み荷重を低減でき、施工性が向上する。また、本発明によれば、分割片の数を増やすことなく押し込み荷重を低減できるので、加工コストが増大したり、強度が低下したりすることもない。

図１Ａは、本発明の一実施形態に係る機械式継手を示す図であり、接合過程における分割片が撓む様子を模式的に示した図である。 図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る機械式継手を示す図であり、接合過程における分割片が撓む様子を模式的に示した図である。 図１Ｃは、本発明の一実施形態に係る機械式継手を示す図であり、接合過程における分割片が撓む様子を模式的に示した図である。 図１Ｄは、本発明の一実施形態に係る機械式継手を示す図であり、接合過程における分割片が撓む様子を模式的に示した図である。 図２は、８個の分割片を本発明の条件を満たすようにグループ分けした例を示す図である。 図３Ａは、比較例として、従来の機械式継手を用いた場合の押し込み荷重について説明するための図である。 図３Ｂは、比較例として、従来の機械式継手を用いた場合の押し込み荷重について説明するための図である。 図３Ｃは、比較例として、従来の機械式継手を用いた場合の押し込み荷重について説明するための図である。 図４Ａは、本発明の一実施形態に係る機械式継手における押し込み荷重について説明するための図である。 図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る機械式継手における押し込み荷重について説明するための図である。 図４Ｃは、本発明の一実施形態に係る機械式継手における押し込み荷重について説明するための図である。 図５は、４個の分割片を本発明の条件を満たすようにグループ分けした例を示した図である。 図６は、８個の分割片を本発明の条件を満たさないようにグループ分けした例を示した図である。 図７は、本発明の一実施形態の変形例に係る機械式継手の嵌合前の状態を示す模式図である。 図８は、本発明の一実施形態の変形例に係る機械式継手の嵌合後の状態を示す模式図である。 図９Ａは、他の態様による機械式継手の接合過程を説明するための図である。 図９Ｂは、他の態様による機械式継手の接合過程を説明するための図である。 図９Ｃは、他の態様による機械式継手の接合過程を説明するための図である。 図９Ｄは、他の態様による機械式継手の接合過程を説明するための図である。 図１０Ａは、図１Ａの機械式継手の他の態様を示す図であり、接合過程における分割片が撓む様子を模式的に示した図である。 図１０Ｂは、図１Ｂの機械式継手の他の態様を示す図であり、接合過程における分割片が撓む様子を模式的に示した図である。 図１０Ｃは、図１Ｃの機械式継手の他の態様を示す図であり、接合過程における分割片が撓む様子を模式的に示した図である。 図１０Ｄは、図１Ｄの機械式継手の他の態様を示す図であり、接合過程における分割片が撓む様子を模式的に示した図である。 図１１は、従来の機械式継手を示す模式図であり、嵌合前の状態を示す図である。 図１２は、図１１の機械式継手における嵌合後の状態を示す図である。 図１３は、図１１のＡ－Ａ矢視図である。 図１４Ａは、従来の機械式継手の接合過程を説明するための図である。 図１４Ｂは、従来の機械式継手の接合過程を説明するための図である。 図１４Ｃは、従来の機械式継手の接合過程を説明するための図である。 図１４Ｄは、従来の機械式継手の接合過程を説明するための図である。 図１５は、図１４に示した接合過程において、一つの分割片における軸方向の変位と荷重の関係を示すグラフである。

本発明の一実施形態に係る機械式継手を説明する前に、従来の機械式継手の構造について、図１１、図１２、図１３、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、および図１４Ｄに基づいて説明する。

図１１に示すように、従来の機械式継手２３の一例は、接合対象となる鋼管３の端部にそれぞれ設けられる内側継手管５と外側継手管２５とから構成される。内側継手管５と外側継手管２５とは、上下に対向して配置される。図１１の状態において、上方に配置された内側継手管５に軸方向の荷重をかけて内側継手管５を外側継手管２５に挿入し、内側継手管５と外側継手管２５を嵌合させて、図１２に示すように上下の鋼管３を接合させる。

内側継手管５は、鋼管３に溶接接合される基端部９を有し、基端部９の先端側には、基端部９より外径が小さい円筒状の部材に軸方向に延びるスリットを形成して分割された分割片１１が設けられている。図１３は図１１のＡ－Ａ矢視図であり、分割片１１の先端部のみを図示したものである。図１１および図１３に示すように、機械式継手２３は、内側継手管５の先端を例えば８分割したものであり、断面円弧状の８つの分割片１１が周方向に等間隔で並んでいる。分割片１１は径方向に撓み可能であり、先端部の外周面には外方に突出する凸部１３が形成されている。

外側継手管２５の内径は、内側継手管５の凸部１３が形成された部位の外径よりも小さく、外側継手管２５の内周面の基端側には凹部１５が形成されている。内側継手管５を外側継手管２５に挿入して嵌合させる途中においては、外側継手管２５の内周面と内側継手管５の凸部１３とが押圧接触することにより、内側継手管５の分割片１１が径方向内側に撓む。挿入完了状態においては、分割片１１の撓みが戻るとともに内側継手管５の凸部１３が外側継手管２５の凹部１５に入り込んで嵌合が完了する。

内側継手管５と外側継手管２５との接合過程について、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ、および図１４Ｄに基づいて、より具体的に説明する。図１４Ａ～図１４Ｄは、図１１のＢ部における軸方向の断面を模式的に示したものである。図１４Ａに示すように、外側継手管２５の内周面には、係合部１７およびガイド部１９が設けられている。係合部１７は、凹部１５の側壁を構成するとともに、内側継手管５の凸部１３と係合する。ガイド部１９は、内側継手管５を外側継手管２５に挿入して嵌合させる途中において凸部１３と協働して分割片１１を撓ませるとともに、撓ませた状態を係合部１７まで維持する。ガイド部１９は、分割片１１の撓みを開始させるとともに、最大撓みまで誘導する傾斜面部１９ａと最大撓みを係合部１７まで維持する平坦面部１９ｂとを有する。また、内側継手管５の凸部１３の先端外周側には、ガイド部１９の傾斜面部１９ａに対応する形状の傾斜面部１３ａが形成されている。

図１４Ａは、内側継手管５と外側継手管２５とを押圧接触させる前、すなわち分割片１１が撓みを開始する前の状態を示す。なお、このときの凸部１３の軸方向位置をＸ₀とする。内側継手管５に軸方向の荷重が加わることにより、分割片１１が下方に移動すると、図１４Ｂに示すように、内側継手管５の凸部１３の傾斜面部１３ａが外側継手管２５のガイド部１９の傾斜面部１９ａと接触し、これによって凸部１３が押圧されて分割片１１が半径内側方向に撓む。このようにガイド部１９および凸部１３にそれぞれ、対応する形状の傾斜面部１９ａ，１３ａが設けられていることによって、管軸方向の力が径方向の力に変換され、挿入による嵌合をスムーズに行うことができる。なお、図１４Ｂは凸部１３の外周面が傾斜面部１９ａの頂点に至ったとき、すなわち分割片１１が最も撓んだ状態を示す。また、このときの凸部１３の軸方向位置をＸ₁とする。

その後、図１４Ｃに示すように、分割片１１を最大撓みの状態で維持したまま挿入を進める。ここでの図１４Ｃに示す凸部１３の軸方向位置をＸ₂とする。外側継手管２５の先端部が内側継手管５の基端部９に当接したとき、図１４Ｄに示すように、分割片１１の撓みが戻るとともに、凸部１３と係合部１７とが係合して嵌合し接合が完了する。このときの凸部１３の軸方向位置をＸ₃とする。

上述したように接合が完了した機械式継手２３において、内側継手管５と外側継手管２５との軸方向に作用する圧縮荷重に対しては、内側継手管５の基端部９と外側継手管２５の先端部とによって抵抗する。また、機械式継手２３において、内側継手管５と外側継手管２５との軸方向に作用する引張荷重に対しては、内側継手管５の凸部１３と外側継手管２５の係合部１７とによって抵抗する。

上述した接合過程においては、分割片１１の撓みの状態によって内側継手管５を挿入するのに要する荷重が異なる。この点について図１５を用いて説明する。図１５は、軸方向の変位と１つの分割片１１を撓ませて挿入するのに要する荷重の大きさとの関係を示すグラフである。

図１５に示すように、ガイド部１９の傾斜面部１９ａと凸部１３の傾斜面部１３ａとが当接して分割片１１を撓ませながら挿入し嵌合させる過程（Ｘ₀～Ｘ₁）においては、挿入に大きな荷重を要する。特に、分割片１１が最大撓みに至るとき（Ｘ₁）に最も大きな荷重を要する。一方、ガイド部１９の平坦面部１９ｂや係合部１７の内周面と凸部１３の外周面とが当接して最大撓みを維持しながら挿入し嵌合させる過程（Ｘ₁～Ｘ₃）においては、内側継手管５と外側継手管２５との間の摩擦抵抗を上回る荷重があれば良いため、小さな荷重で嵌合させることができる。

図１５は、１つの分割片１１を撓ませながら挿入し嵌合させるのに必要な荷重を示すグラフであるが、図１５に示すような荷重は、他の７つの分割片１１においてもそれぞれ同様に必要である。すなわち、図１１～図１３に示す機械式継手２３の場合、８つの分割片１１が一様に撓むので、内側継手管５を挿入し嵌合させるのに必要とする荷重は図１５に示す荷重の約８倍になる。

上述したように、従来の機械式継手２３においては、全ての分割片１１を一様に撓ませて挿入していた。そのため、８つの分割片１１が同時に最大撓み（Ｘ₁）に至るときに特に大きな荷重を必要としていた。本発明者は、この観点から、それぞれの分割片１１の最大撓みに至るタイミングをずらす方法を案出した。これにより、機械式継手２３の全体として挿入に必要とする荷重の最大値を低減できる。

ところで、上述した機械式継手２３を用いて鋼管３を接合する場合、外側継手管２５を取り付けた鋼管３と内側継手管５を取り付けた鋼管３とのいずれか一方を地中に立設し、他方をクレーンで吊り上げるなどして地中に立設した鋼管３の上方に配置して挿入する。このとき、クレーンによって吊り上げられた上側の鋼管３の水平方向の動きを拘束することは困難であるため、接合過程において分割片１１が撓む際に生じる水平方向の応力を、全体として相殺させることが好ましい。この点、従来の機械式継手２３は、各分割片１１の円弧の中心（図１３中、×印）を結んだ多角形（図１３中、二点鎖線）の重心が管の中心２１と一致している。これにより、分割片１１の撓みによって生ずる水平方向の応力が相殺される。挿入時における水平方向の応力の相殺は、上述したように分割片１１の最大撓みに至るタイミングをずらす場合にも考慮するべきものである。本発明はかかる知見に基づくものである。以下に説明する一実施形態においては、内側継手管が例えば８分割されたものを例に説明する。なお、以下の説明において、従来例を示した図１１～図１４と同一部分には同一の符号を付してある。

本発明の一実施形態に係る機械式継手１は、接合対象となる鋼管３の端部にそれぞれ設けられる内側継手管５と外側継手管７とを備える。内側継手管５は、周方向に等間隔に例えば８分割され、径方向に撓み可能な分割片１１により構成される。分割片１１の外周面には、凸部１３が形成されている。外側継手管７の内周面には、内側継手管５と外側継手管７とが嵌合完了した状態で凸部１３に係合して凸部１３とともに引張荷重に抵抗する係合部１７が設けられている。外側継手管７の係合部１７よりも先端側には、内側継手管５と外側継手管７とを嵌合させる途中において凸部１３に当接して凸部１３と協働して分割片１１を撓ませるとともに、撓ませた状態を係合部１７まで維持するガイド部１９が設けられている。ガイド部１９は、分割片１１の撓みを開始させるとともに最大撓みまで誘導する傾斜面部１９ａと最大撓みを係合部１７まで維持する平坦面部１９ｂとを有している。また、内側継手管５の凸部１３の先端外周側には、ガイド部１９の傾斜面部１９ａに対応する形状の傾斜面部１３ａが形成されている。これらの構成は、図１１～図１４Ｄで説明した従来の機械式継手２３と同様であるので説明を省略する。以下においては、本実施形態による特徴部分について具体的に説明する。

本実施形態による内側継手管５は、分割片１１以外は、従来例と同じ形状を有する。本実施形態による８つの分割片１１は、以下の条件（１）および条件（２）を満たす複数のグループに分けられる。８つの分割片１１は、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至る時期がずれるように構成される。

＜条件＞
（１）同一グループに属する分割片のガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで軸方向位置が異なること
（１）の条件は、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミング（時期）をずらすためのものである。
（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
（２）の条件は、機械式継手の嵌合過程で、分割片１１の撓みによって生ずる水平方向の応力が、全体として相殺されるための条件である。

これらの条件（１）、（２）を満たす前提として、分割数は４以上である。分割数が３以下の場合、一つのグループに分割片が１つ属する場合があり、この場合には、条件（２）の直線または多角形を形成できない。

本実施形態においては、内側継手管５の８つの分割片１１は、図２に示すように、Ａ₁～Ａ₄とＢ₁～Ｂ₄との２つのグループに分けられている。条件（１）から、各グループの分割片１１を撓ませる傾斜面部１９ａの軸方向位置がグループごとに異なっている。図１Ａは、Ａ₁～Ａ₄の分割片１１およびＡ₁～Ａ₄の分割片１１と当接する部分のガイド部１９の断面図である。図１Ｂは、Ｂ₁～Ｂ₄の分割片１１およびＢ₁～Ｂ₄の分割片１１と当接する部分のガイド部１９の断面図である。図１Ａおよび図１Ｂは、内側継手管５を外側継手管７に挿入する初期の状態を示す。

図１Ａに示すように、Ａ₁～Ａ₄の分割片１１が当接する傾斜面部１９ａは、Ｘ₀～Ｘ₁の間に形成され、撓みが最大となる位置である、傾斜面部１９ａの頂上の位置は、Ｘ₁である。また、図１Ｂに示すように、Ｂ₁～Ｂ₄の分割片１１が当接する傾斜面部１９ａはＸ₁～Ｘ₂の間に形成され、撓みが最大となる位置である、傾斜面部１９ａの頂上の位置は、Ｘ₂である。

これにより、図１Ａおよび図１Ｂに示す挿入の初期段階においては、Ａ₁～Ａ₄の分割片１１が傾斜面部１９ａに当接して撓んでいる途中の状態であるのに対し、Ｂ₁～Ｂ₄の分割片１１は傾斜面部１９ａに当接しておらず、撓みも生じていない。

次に、図１Ａおよび図１Ｂの位置からさらに内側継手管５を挿入させた状態をそれぞれ、図１Ｃおよび図１Ｄに示す。図１Ｃおよび図１Ｄに示すように、Ａ₁～Ａ₄の分割片１１が平坦面部１９ｂと当接して最大撓みを維持した状態であるとき、Ｂ₁～Ｂ₄の分割片１１は傾斜面部１９ａに当接して撓んでいる途中の状態となっている。

このように、本実施形態においては、各分割片１１の最大撓みに至る軸方向位置が、同一グループにおいて同じ位置であるとともに、各グループにおいて異なる位置になるる。換言すると、嵌合過程において、同一グループの分割片１１ごとに最大撓みに至るタイミングがずれている。

また、本実施形態においては、図２に示すように、同一グループの分割片１１においては、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、それぞれ、重心が管の中心２１と一致する四角形を形成する（図２中、二点鎖線）（条件（２））。なお、図２中において、Ａ₁～Ａ₄の分割片１１のグループを×印、Ｂ₁～Ｂ₄の分割片１１のグループを□印により示す。また、上述した「周方向の中心」は、各分割片１１において軸方向で同じ位置であるものとする。Ａ₁～Ａ₄の分割片１１が撓むときには、互いに対向する位置に配置された、Ａ₁とＡ₃との分割片１１同士、およびＡ₂とＡ₄との分割片１１同士で水平方向の応力が相殺されるので、全体として水平方向の応力が生じない。同様に、Ｂ₁～Ｂ₄の分割片１１が撓むときには、互いに対向する位置に配置された、Ｂ₁とＢ₃との分割片１１同士、およびＢ₂とＢ₄との分割片１１同士で水平方向の応力が相殺されるので、全体として水平方向の応力が生じない。

次に、以上のように構成された本実施形態の機械式継手１における荷重の低減効果について、以下に説明する。まず、比較例として、図２のように８分割された内側継手管５を、従来の外側継手管２５（図１４参照）に挿入し嵌合させた場合について説明する。上述したように、従来の外側継手管２５は８つの分割片１１が当接する傾斜面部１９ａが全て軸方向で同じ位置に形成されたものである（図１４に示すＸ₀～Ｘ₁の位置）。上述したような、従来の外側継手管２５に内側継手管５を挿入し嵌合させた場合における軸方向の変位と挿入に要する荷重との関係を図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃにそれぞれ示す。

図３Ａは、従来の外側継手管２５において、図２に示すＡ₁～Ａ₄の位置に相当する４つの分割片１１を撓ませるのに必要な荷重と撓みの生じるタイミングとを示す。図３Ａに示すように、Ａ₁～Ａ₄の分割片１１が最大撓み（Ｘ₁）に至るとき、最も大きな荷重を要する。図３Ｂは、従来の外側継手管２５において、図２に示すＢ₁～Ｂ₄の位置に相当する４つの分割片１１を撓ませるのに必要な荷重と撓みの生じるタイミングとを示す。図３Ｂに示すように、Ｂ₁～Ｂ₄の分割片１１においてもＡ₁～Ａ₄の分割片１１と同じタイミング（Ｘ₁）で最大撓みに至り、このとき最も大きな荷重を要する。

図３Ｃは、図３Ａと図３Ｂとを合成したものである。図３Ｃは、内側継手管５を外側継手管２５に挿入し嵌合させた際に、８つの分割片１１を撓ませるのに必要な荷重とそのタイミングとを示す。図３Ｃに示すように、Ａ₁～Ａ₄、Ｂ₁～Ｂ₄の８つの分割片１１のすべてが最大撓み（Ｘ₁）に至るとき、必要荷重が最大値に達する。必要荷重の最大値は、図３Ａの荷重の最大値と図３Ｂの荷重の最大値との合計になる。

次に、図２に示す内側継手管５を、本実施形態による外側継手管７に挿入し嵌合させた場合について説明する。本実施形態による外側継手管７において、Ａ₁～Ａ₄の４つの分割片１１が当接する傾斜面部１９ａは、図１に示すＸ₀～Ｘ₁の位置にそれぞれ形成されている。また、外側継手管７において、Ｂ₁～Ｂ₄の４つの分割片１１が当接する傾斜面部１９ａは、図１に示すＸ₁～Ｘ₂の位置にそれぞれ形成されている。図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃはそれぞれ、本実施形態による外側継手管７に内側継手管５を挿入し嵌合させた場合における軸方向の変位と挿入に要する荷重の関係を示す。

図４Ａは、Ａ₁～Ａ₄の４つの分割片１１を撓ませるのに必要な荷重と撓みの生じるタイミングとを示す。図４Ａに示すように、４つの分割片１１を撓ませるのに必要な荷重は、Ａ₁～Ａ₄の分割片１１が最大撓み（Ｘ₁）に至るとき、最も大きくなる。図４Ｂは、Ｂ₁～Ｂ₄の４つの分割片１１を撓ませるのに必要な荷重と撓みの生じるタイミングとを示す。図４Ｂに示すように、４つの分割片１１を撓ませるのに必要な荷重は、Ｂ₁～Ｂ₄の分割片１１が最大撓み（Ｘ₂）に至るとき、最も大きくなる。

図４Ｃは、図４Ａと図４Ｂとを合成したものである。図４Ｃは、内側継手管５を外側継手管７に挿入した際に、８つの分割片１１を撓ませるのに必要な荷重とそのタイミングとを示す。図４Ｃに示すように、Ａ₁～Ａ₄、Ｂ₁～Ｂ₄の同一グループの分割片１１ごとに最大撓みに至るタイミングをずらしたことにより、大きな荷重を要するタイミングが２箇所に分散される。これにより、機械式継手１の挿入に必要な荷重の最大値が、図３Ｃに比してほぼ半分程度になることがわかる。

なお、上述した例は、８つの分割片１１を２つのグループに分け、２つのグループ間で最大撓みに至るタイミングをずらすようにした例であるが、例えば、対向する２つの分割片１１ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすようにすると、最大荷重をさらに低減できる。すなわち、図２にしめすＡ₁およびＡ₃、Ａ₂およびＡ₄、Ｂ₁およびＢ₃、Ｂ₂およびＢ₄の４つのグループを設定する。その上で、これらの４つのグループ間において最大撓みに至るタイミングがずれるように、外側継手管７の傾斜面部１９ａの位置を軸方向で相違させる。これにより、図３Ｃに比して約１／４の荷重で挿入できる。

このように、分割片１１の数が同じであっても、グループの数によって荷重の低減効果が変わる。施工上、上方に配置される鋼管３の自重のみで挿入できて嵌合可能であるのが望ましいため、分割数、分割片１１の板厚、および鋼管３の重量などを勘案して、荷重の低減目標を設定してグループ数を決定することが好ましい。

また、上述した例は、内側継手管５の先端を８分割したものであったが、分割数はこの限りではない。例えば、一般的に鋼管直径が４００ｍｍ以下の小さいものでは分割数を４以上、４００ｍｍを超えるものでは８以上とするのが望ましい。そこで、最低限の分割数として内側継手管５の先端を４分割した例を図５に示す。分割片１１が４つの場合には、図５に示すように、対向するＡ₁とＡ₂、Ｂ₁とＢ₂をそれぞれ同一グループにするとよい。図５の例においても、同一グループの分割片１１の周方向の中心を結んだ直線（図５中、二点鎖線）は管の中心２１を通るので、本発明の条件（２）を満たしている。

なお、本発明の条件（２）を満たすものであれば、分割片１１の数は２の倍数に限られず、３の倍数であってもよい。例えば、内側継手管５の先端を９分割し、分割片１１の周方向の中心を直線で結んでできる図形が正三角形となるようなグループを３つ設定してもよい。その場合も、３つの正三角形の重心はそれぞれ管の中心２１と一致するので本発明の適用内である（図示せず）。

なお、上述したように、本発明の条件（２）は、内側継手管５を外側継手管７に挿入し嵌合させる際に、分割片１１の撓みに伴って生じる水平方向の応力を、同一タイミングで撓む他の分割片１１の水平方向の応力によって相殺するための条件である。各グループが本発明の条件（２）を満たすことによって、グループ内において水平方向の応力が相殺され、施工時の作業性を悪化させることがない。

これに対し、条件（２）を満たさない例を図６に示す。図６は、８つの分割片１１をＡ₁～Ａ₂、Ｂ₁～Ｂ₃、Ｃ₁～Ｃ₃の３つのグループに分けたものである。図６に示す例では、Ａ₁～Ａ₂の分割片１１の周方向の中心（図６中、×印を参照）を結んだ直線は管の中心２１を通っていないので、Ａ₁～Ａ₂の分割片１１のみを撓ませたときには水平方向の応力が互いに相殺されない。同様にＢ₁～Ｂ₃の分割片１１の中心（図６中、□印を参照）、Ｃ₁～Ｃ₃の分割片１１の周方向の中心（図６中、△印を参照）をそれぞれ結んだ三角形の重心も管の中心２１と一致していないので、同一グループ内において水平方向の応力が相殺されない。上述した例は、施工の際、挿入および嵌合に必要な荷重は低減するものの、クレーンなどによって吊下された上方の鋼管３に水平方向の動きが生じて作業性を悪化させるので、好ましくない。

以上のように、本実施形態による機械式継手１によれば、全ての分割片１１を複数のグループにグループ分けし、分割片１１が当接して最大撓みを生ずる位置がグループごとに異なっていることにより、嵌合過程において同一グループの分割片１１ごとに最大撓みに至るタイミングがずれるので、嵌合に必要な押し込み荷重を低減でき、施工性を向上できる。また、分割片１１の数を増やすことなく押し込み荷重を低減できるので、加工コストが増大したり、強度が低下したりすることもない。

なお、上述した実施形態は、１つのグループにおける分割片１１が最大撓みに至る前に、他のグループにおける分割片１１に径方向の撓みが開始しないように構成されたものであったが、本発明はこの限りではない。前述したように、分割片１１が最大撓みに至るときに最も荷重を要するので、少なくとも最大撓みに至るタイミングに時間差があれば本発明の効果を得られる。したがって、少なくとも傾斜面部１９ａの頂上の位置がグループごとに軸方向で異なるように形成されていればよい。

（第１変形例）
また、上述した実施形態は、内側に挿入する側（内側継手管）を分割した例を示したが、本発明はこれに限られず、機械式継手の第１変形例として、外側に配置される側（外側継手管）を分割する構成を採用してもよい。この場合、外側継手管に径方向に撓み可能な分割片が周方向に等間隔に形成され、分割片の内周面にガイド部が形成される。また、内側継手管においては、基端部の先端側に設けられた基端部より小径の筒状部材の外周面に凸部が形成される。上述した場合も、分割片が下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けし、分割片の内周面に形成されたガイド部の最大撓みを生じさせる軸方向位置をグループごとに異なるようにすれば、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすことができ、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
（１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること

（第２変形例）
以下に、この機械式継手の第２変形例について図７、図８、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、および図９Ｄに基づいて説明する。図７に示すように、第２変形例による機械式継手２は、接合対象となる鋼管３の端部にそれぞれ設けられる内側継手管５Ａと外側継手管７Ａとから構成される。内側継手管５Ａと外側継手管７Ａとは、上下に対向して配置される。図７に示す状態で上方に配置された外側継手管７Ａに対して軸方向の荷重をかけて外側継手管７Ａを内側継手管５Ａに外嵌させる。これにより、図８に示すように、外側継手管７Ａと内側継手管５Ａとが嵌合されて上下の鋼管３が接合される。

外側継手管７Ａは、鋼管３に溶接接合される基端部９Ａを有し、基端部９Ａの先端側には、円筒状の部材に軸方向に延びるスリットを形成して分割された分割片１１Ａが設けられている。図７に示す機械式継手２は、外側継手管７Ａの先端が例えば８分割されたものであり、断面円弧状の８つの分割片１１Ａが周方向に等間隔で並んでいる。分割片１１Ａは径方向に撓み可能であり、先端部の内周面には内方に突出する凸部１３Ａが形成されている。

内側継手管５Ａの外径は、外側継手管７Ａの凸部１３Ａが形成された部位の内径よりも大きく、内側継手管５Ａの外周面の基端側には凹部１５Ａが形成されている。外側継手管７Ａを内側継手管５Ａと嵌合させる途中においては、内側継手管５Ａの外周面と外側継手管７Ａの凸部１３Ａとが押圧接触することにより外側継手管７Ａの分割片１１Ａが径方向外側に撓む。挿入完了状態においては、分割片１１Ａの撓みが戻るとともに、外側継手管７Ａの凸部１３Ａが内側継手管５Ａの凹部１５Ａに入り込んで嵌合が完了する。

第２変形例におけるそれぞれの分割片１１Ａは、上述した一実施形態と同様に条件（１）および（２）を満たす複数のグループに分けられる。８つの分割片１１Ａは、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至る時期がずれるように構成される。第２変形例においても、条件（１）、（２）を満たす前提として、分割数は４以上である。また、それぞれの分割片１１Ａを複数のグループに分ける方法についても、一実施形態と同様である。

すなわち、第２変形例においては、内側継手管５Ａの８つの分割片１１Ａは、図２と同様にＡ₁～Ａ₄とＢ₁～Ｂ₄との２つのグループに分けられる。条件（１）から、各グループの分割片１１Ａを撓ませる傾斜面部１９ａの軸方向位置がグループごとに異なっている。図９Ａは、Ａ₁～Ａ₄の分割片１１ＡおよびＡ₁～Ａ₄の分割片１１Ａと当接する部分のガイド部１９Ａの断面図である。内側継手管５Ａの外周面には、外側継手管７Ａと内側継手管５Ａとが嵌合完了した状態で凸部１３Ａに係合して凸部１３Ａとともに引張荷重に抵抗する係合部１７Ａが設けられている。図９Ｂは、Ｂ₁～Ｂ₄の分割片１１ＡおよびＢ₁～Ｂ₄の分割片１１Ａと当接する部分のガイド部１９Ａの断面図である。図９Ａおよび図９Ｂは、外側継手管７Ａを内側継手管５Ａに嵌合させる初期の状態を示す。図９Ａおよび図９Ｂはそれぞれ、上述した図１Ａおよび図１Ｂに対応する図である。

図９Ａに示すように、Ａ₁～Ａ₄の分割片１１Ａが当接する傾斜面部１９ａは、Ｘ₀～Ｘ₁の間に形成され、撓みが最大となる位置である、傾斜面部１９ａの頂上の位置は、Ｘ₁である。また、図９Ｂに示すように、Ｂ₁～Ｂ₄の分割片１１Ａが当接する傾斜面部１９ａはＸ₁～Ｘ₂の間に形成され、撓みが最大となる位置である、傾斜面部１９ａの頂上の位置は、Ｘ₂である。

これにより、図９Ａおよび図９Ｂに示す嵌合の初期段階においては、Ａ₁～Ａ₄の分割片１１Ａが傾斜面部１９ａに当接して撓んでいる途中の状態であるのに対し、Ｂ₁～Ｂ₄の分割片１１Ａは傾斜面部１９ａに当接しておらず、撓みも生じていない。

次に、図９Ａおよび図９Ｂの位置からさらに外側継手管７Ａを押し込んだ状態をそれぞれ、図９Ｃおよび図９Ｄに示す。図９Ｃは、外側継手管７Ａを図９Ａに示す位置から押し込んだ状態を示す。図９Ｄは、外側継手管７Ａを図９Ｂに示す位置から押し込んだ状態を示す。すなわち、図９Ｃおよび図９Ｄはそれぞれ、上述した図１Ｃおよび図１Ｄに対応する図である。また、図９Ａ～図９Ｄに示す構成は、上述した図１Ａ～図１Ｄについて説明した本発明に係る機械式継手の場合と同様である。

図９Ｃおよび図９Ｄに示すように、Ａ₁～Ａ₄の分割片１１Ａが平坦面部１９ｂと当接して最大撓みを維持した状態であるとき、Ｂ₁～Ｂ₄の分割片１１Ａは傾斜面部１９ａに当接して撓んでいる途中の状態となっている。このように、第２変形例においても、それぞれの分割片１１Ａの最大撓みに至る軸方向位置が、同一グループにおいて同じ位置であるとともに、各グループにおいて異なる位置になる。換言すると、嵌合過程において、同一グループの分割片１１Ａごとに最大撓みに至るタイミングがずれている。さらに外側継手管７Ａを押し込むと、凸部１３Ａが凹部１５Ａに係合して接合が完了する（このときの凸部１３Ａの軸方向位置をＸ₃とする）。その他の構成は、一実施形態と同様である。

（第３変形例）
次に、第３変形例について説明する。すなわち、図１に示す例においては、内側継手管５の凸部１３と外側継手管７のガイド部１９との双方に傾斜面部１３ａ，１９ａを有するものであったが、凸部１３とガイド部１９との一方のみに傾斜面部が形成されていてもよい。凸部１３とガイド部１９とのいずれかに傾斜面部が形成されていれば、内側継手管５を挿入する圧入荷重を用いて分割片１１を撓ませることができる。そこで、図１の機械式継手１の他の態様として、凸部１３に傾斜面部１３ａが形成されてガイド部１９に傾斜面部１９ａが形成されていない例を図１０に示す。

図１０Ａは、Ａ₁～Ａ₄の分割片１１およびＡ₁～Ａ₄の分割片１１と当接する部分のガイド部１９の断面図であり、図１０ＢはＢ₁～Ｂ₄の分割片１１およびＢ₁～Ｂ₄の分割片１１と当接する部分のガイド部１９の断面図である。図１０Ａおよび図１０Ｂは、内側継手管５を外側継手管７に挿入する初期の状態を示す。図１０Ｃおよび図１０Ｄはそれぞれ、図１０Ａおよび図１０Ｂの位置からさらに内側継手管５を挿入させた状態を示す。

図１０に示すように、ガイド部１９に傾斜面部１９ａが形成されていない場合には、凸部１３の傾斜面部１３ａとガイド部１９の先端側角部（平坦面部１９ｂの先端側端部）とが押圧接触することにより、分割片１１が半径内側方向に撓む。

本例の場合も、Ａ₁～Ａ₄の分割片１１とガイド部１９が接触する位置と、Ｂ₁～Ｂ₄の分割片１１とガイド部１９が接触する位置とが軸方向で異なるようにすることで、同一グループの分割片ごとに最大撓みに至る時期をずらすことができる。上記は、凸部１３に傾斜面部１３ａが形成されてガイド部１９に傾斜面部１９ａが形成されていない例であるが、ガイド部１９に傾斜面部１９ａが形成されて凸部１３に傾斜面部１３ａが形成されない場合も同様である。

もっとも、傾斜面部の軸方向長さによって嵌合荷重が異なる（具体的には、傾斜面部の軸方向長さが長い方が嵌合荷重は小さくなる）ので、凸部１３とガイド部１９の一方にのみ傾斜面部を形成する場合には、ガイド部１９側に傾斜面部を設ける方が、傾斜面部の軸方向長さを確保できて合理的である。

また、外側継手管７のガイド部１９（図１のグレーの部分）は、外側継手管７と一体となったものでもよいし、別部材として製造したものを外側継手管７の内周面に取り付けたものであってもよい。例えば、外側継手管７の係合部１７は、嵌合時に内側継手管５の凸部１３とともに引張荷重に抵抗する部分であるため強い耐久性を必要とするが、ガイド部１９は、挿入時に押圧荷重が作用するのみで、嵌合時には荷重が作用しないので、強い耐久性を必要としない。したがって、普通鋼材程度の強度で別部材としてガイド部１９を製造し、ボルトや溶接などで外側継手管７の内周面に取り付けるようにしてもよく、その際のボルトや溶接も最低限のもので構わない。

また、ガイド部１９を別部材として取り付ける際には、図１４のようにガイド部１９と係合部１７とを当接させても良いし、分割片１１の最大撓みを係合部１７まで維持できるものであれば、図１のように隙間があっても構わない。

上述した実施形態においては、鋼管の端部に取り付ける機械式継手について説明したが、この機械式継手における外側継手管および／または内側継手管を、あらかじめ工場などにおいて、鋼管の端部に溶接などによって取り付けることで、継手付き鋼管を製造することができる。すなわち、上述した継手付き鋼管は、実施形態において説明した機械式継手における内側継手管および／または外側継手管を両端または一端に備えている。

そして、施工現場などにおいて、複数の継手付き鋼管を連結することで、鋼管杭、鋼管矢板、鋼管矢板を連結した鋼管矢板壁、鋼管柱、鋼管梁などの構造体を形成することができる。すなわち、これら構造体は、上述した実施形態で説明した機械式継手と該機械式継手で接合された複数の鋼管とを備えている。

これら構造体を施工する場合に際して、接合対象となる一方の継手付き鋼管を拘束した状態で、他方の継手付き鋼管の機械式継手を前記一方の継手付き鋼管の機械式継手に位置合わせして挿入し嵌合させるようにすればよい。例えば、構造体が鋼管杭などの場合には、外側継手管が端部に取り付けられた鋼管と、内側継手管が端部に取り付けられた鋼管のいずれか一方を地中に立設した状態で、クレーンで吊り上げるなどして他方の鋼管を一方の鋼管の上に配置し、内側継手管を外側継手管に挿入し、内側継手管と外側継手管とを嵌合させて接合するようにすればよい。

そして、本発明の機械式継手は、挿入に要する荷重を低減するとともに、挿入時の水平方向の応力を相殺するように構成されているので、施工時にクレーンで吊り上げている上方の鋼管に対して水平方向の動きを拘束する必要がない。

また、上述した説明においては、物としての機械式継手を説明したが、この機械式継手は以下のような設計方法によって設計される。すなわち、機械式継手の設計方法は、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管とを備え、前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、前記内側継手管の外周面に形成された凸部と、前記外側継手管の内周面に形成され、前記内側継手管と前記外側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、前記外側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記内側継手管と前記外側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手を設計する方法であって、前記分割片を下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けし、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすとともに分割片の撓みによって生ずる水平方向の応力が相殺されるようにする。
（１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること

また、他の例による機械式継手は、以下のような設計方法によって設計される。すなわち、機械式継手の設計方法は、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管とを備え、前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、前記外側継手管の内周面に形成された凸部と、前記内側継手管の外周面に形成され、前記外側継手管と前記内側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、前記内側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記外側継手管と前記内側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手を設計する機械式継手の設計方法であって、前記分割片を下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けし、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすとともに分割片の撓みによって生ずる水平方向の応力が相殺されるようにする。
（１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
（２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形や、相互の実施形態や変形例を組み合わせた形態を採用できる。例えば上述した第２変形例において、外側継手管７Ａの内周面にガイド部１９Ａや凹部１５Ａを設け、内側継手管５Ａの外周面に凸部１３Ａを設けるようにしても良い。

本発明は、鋼管同士の接合に適用して好適なものである。

１，２ 機械式継手
３ 鋼管
５，５Ａ 内側継手管
７，７Ａ 外側継手管
９，９Ａ 基端部
１１，１１Ａ 分割片
１３，１３Ａ 凸部
１３ａ 傾斜面部
１５，１５Ａ 凹部
１７，１７Ａ 係合部
１９，１９Ａ ガイド部
１９ａ 傾斜面部
１９ｂ 平坦面部
２１ 管の中心

Claims (13)

1. 接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管とを備え、
   前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、
   前記内側継手管の外周面に形成された凸部と、
   前記外側継手管の内周面に形成され、前記内側継手管と前記外側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、
   前記外側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記内側継手管と前記外側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手であって、
   前記分割片は下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けされ、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすように構成された
   機械式継手。
   （１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
   （２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
2. 接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管とを備え、
   前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、
   前記外側継手管の内周面に形成された凸部と、
   前記内側継手管の外周面に形成され、前記外側継手管と前記内側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、
   前記内側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記外側継手管と前記内側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手であって、
   前記分割片は下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けされ、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすように構成された
   機械式継手。
   （１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
   （２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
3. 一つの前記グループにおける分割片が最大撓みに至る前に、他のグループにおける分割片に径方向の撓みが開始しない
   請求項１または２に記載の機械式継手。
4. 請求項１または２に記載の機械式継手における内側継手管および／または外側継手管を、両端または一端に備える
   継手付き鋼管。
5. 請求項４に記載の継手付き鋼管を製造する方法であって、
   請求項１または２に記載の機械式継手における外側継手管および／または内側継手管を、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ取り付ける
   継手付き鋼管の製造方法。
6. 請求項１または２に記載の機械式継手と、
   前記機械式継手によって接合された複数の鋼管と、を備える
   構造体。
7. 請求項６に記載の構造体を施工する方法であって、
   前記外側継手管が端部に取り付けられた鋼管と、前記内側継手管が端部に取り付けられた鋼管とのいずれか一方を地中に立設した状態で、他方の鋼管を前記一方の鋼管の上に配置して、前記内側継手管と前記外側継手管とを嵌合させて接合する
   構造体の施工方法。
8. 接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管を備え、
   前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、
   前記内側継手管の外周面に形成された凸部と、
   前記外側継手管の内周面に形成され、前記内側継手管と前記外側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、
   前記外側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記内側継手管と前記外側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手を設計する機械式継手の設計方法であって、
   前記分割片を下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けし、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすとともに分割片の撓みによって生ずる水平方向の応力が相殺されるようにする
   機械式継手の設計方法。
   （１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
   （２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
9. 接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ設けられる内側継手管と外側継手管とを備え、
   前記内側継手管および前記外側継手管のいずれか一方は、周方向に等間隔に分割され、径方向に撓み可能な分割片により構成され、
   前記外側継手管の内周面に形成された凸部と、
   前記内側継手管の外周面に形成され、前記外側継手管と前記内側継手管とが嵌合完了した状態で前記凸部に係合して前記凸部とともに引張荷重に抵抗する係合部と、
   前記内側継手管における前記係合部よりも先端側に設けられ、前記外側継手管と前記内側継手管とを嵌合させる途中において前記凸部に当接して前記凸部と協働して前記分割片を撓ませるとともに撓ませた状態を前記係合部まで維持するガイド部と、を備えた機械式継手を設計する機械式継手の設計方法であって、
   前記分割片を下記の条件（１）、（２）を満たす複数のグループにグループ分けし、嵌合過程において同一グループの分割片ごとに最大撓みに至るタイミングをずらすとともに分割片の撓みによって生ずる水平方向の応力が相殺されるようにする
   機械式継手の設計方法。
   （１）同一グループに属する分割片の前記ガイド部における最大撓みを生じさせる軸方向位置が同じであり、かつ各グループで前記軸方向位置が異なること
   （２）同一グループに属する分割片は、周方向の中心を隣り合うもの同士直線で結ぶと、管の中心を通る直線、または重心が管の中心と一致する多角形を形成すること
10. 請求項３に記載の機械式継手における内側継手管および／または外側継手管を、両端または一端に備える
    継手付き鋼管。
11. 請求項１０に記載の継手付き鋼管を製造する方法であって、
    請求項３に記載の機械式継手における外側継手管および／または内側継手管を、接合対象となる鋼管の端部にそれぞれ取り付ける
    継手付き鋼管の製造方法。
12. 請求項３に記載の機械式継手と、
    前記機械式継手によって接合された複数の鋼管と、を備える
    構造体。
13. 請求項１２に記載の構造体を施工する方法であって、
    前記外側継手管が端部に取り付けられた鋼管と、前記内側継手管が端部に取り付けられた鋼管とのいずれか一方を地中に立設した状態で、他方の鋼管を前記一方の鋼管の上に配置して、前記内側継手管と前記外側継手管とを嵌合させて接合する
    構造体の施工方法。

Images