JP7441703B2 - 鋼管の機械式継手構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管の機械式継手構造に関する。

特許文献１および特許文献２には、２本の鋼管杭を、各々の端面に溶接した内継手管と外継手管とを互いに嵌合させてピン止めすることによって連結する鋼管の機械式継手構造が記載されている。ここで、機械式継手構造は、例えば工場溶接によって鋼管に継手部材を予め溶接しておき、現場では鋼管同士を直接的に溶接することなく、継手部材同士の機械的な係合によって鋼管同士を接合する継手構造を意味する。上記のような鋼管の機械式継手構造において、連結ピンは内継手管および外継手管にそれぞれ形成される貫通孔に嵌合し、外側から連結ピンを貫通して挿通されたボルトを内継手管の内周面に溶接された固定板に螺合させることによって固定される。

特開２００９－１３８３８２号公報 特開２０１１－２０８３７３号公報

しかしながら、上記のような従来の鋼管の機械式継手構造を回転貫入工法によって打設される鋼管杭に適用した場合、例えば地盤の中間層を貫通する工程で鋼管に正回転および逆回転のトルクを繰り返し加えたときに、連結ピンの軸が水平面内で内継手管および外継手管の径方向に対して傾く可能性があった。連結ピンの軸が傾くことによって、連結ピンの端面に面接触した固定板に大きなモーメントが加わり、固定板や固定板の溶接部などが損傷する可能性があった。

そこで、本発明は、内継手管と外継手管とを互いに嵌合させてピン止めする鋼管の機械式継手構造において、連結ピンの軸が傾いた場合にも部材の損傷を防止することが可能な鋼管の機械式継手構造を提供することを目的とする。

［１］第１の鋼管の軸方向端部に接合される外継手管と、第２の鋼管の軸方向端部に接合され、前記外継手管の内側に嵌合する内継手管と、前記外継手管および前記内継手管にそれぞれ形成される貫通孔に嵌合する連結ピンと、前記内継手管の内周面に接合され、前記連結ピンの端面に接触する固定板と、を備え、前記固定板に接触する前記連結ピンの端面、または前記固定板の前記連結ピンに接触する面の少なくとも一方が他方に対して凸な曲面を形成する、鋼管の機械式継手構造。
［２］前記連結ピンの端面は球面である、［１］に記載の鋼管の機械式継手構造。
［３］前記固定板の前記連結ピンに接触する面に、前記球面の直径よりも小さい直径を有する円形の凹部が形成される、［２］に記載の鋼管の機械式継手構造。
［４］前記連結ピンの端面、および前記固定板の前記連結ピンに接触する面の両方が、互いに対して凸な曲面を形成する、［１］または［２］に記載の鋼管の機械式継手構造。
［５］前記外継手管および前記内継手管の周方向に複数の前記連結ピンが配列され、前記固定板は、複数の前記連結ピンのそれぞれの端面に対して凸な曲面を形成する環帯状の部材である、［１］から［４］のいずれか１項に記載の鋼管の機械式継手構造。
［６］外側から前記連結ピンを貫通して挿通され、前記固定板に締結される締結手段をさらに備える、［１］から［５］のいずれか１項に記載の鋼管の機械式継手構造。
［７］前記連結ピンの外側に位置する前記締結手段の頭部と前記連結ピンとの間に介挿される弾性部材をさらに備える、［６］に記載の鋼管の機械式継手構造。
［８］前記外継手管の外周面に巻き付けられ、前記貫通孔の外側から前記連結ピンを押さえる帯材をさらに備える、［１］から［５］のいずれか１項に記載の鋼管の機械式継手構造。

上記の構成によれば、固定板に接触する連結ピンの端面、または固定板の連結ピンに接触する面の少なくとも一方を他方に対して凸な曲面とすることによって、連結ピンの端面と固定板とが面接触しなくなる結果、連結ピンの軸が傾いた場合に固定板に加わるモーメントが低減され、部材の損傷を防止することができる。

本発明の実施形態に係る鋼管の機械式継手構造の全体構成を示す斜視図である。 従来例に係る継手構造における連結ピン部分の拡大断面図である。 従来例において生じうる問題点について説明するための図である。 本発明の実施形態に係る継手構造の第１の例における連結ピン部分の拡大断面図である。 端面が球面である連結ピンの例を示す図である。 本発明の実施形態に係る継手構造の第２の例における連結ピン部分の拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る継手構造の第３の例における連結ピン部分の拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る継手構造の第４の例における連結ピン部分の拡大断面図である。 凹部が形成された固定板の例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る継手構造における連結ピン部分の拡大断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る鋼管の機械式継手構造の全体構成を示す斜視図である。図示された例において、継手構造１０は、鋼管１１の軸方向端部に接合される内継手管２と、鋼管１２の軸方向端部に接合され、内継手管２がその内側に嵌合する外継手管３と、内継手管２および外継手管３にそれぞれ形成される貫通孔２１，３１に嵌合する連結ピン４とを含む。貫通孔２１，３１は、内継手管２が外継手管３の内側に嵌合したときに互いに同心になるように形成される。連結ピン４は、外側から連結ピン４を軸方向に貫通して挿通されたボルト５を、内継手管２の内周面に溶接された固定板６に螺合させることによって固定される。ここで、ボルト５は固定板６に締結される締結手段の例である。連結ピン４は、内側では固定板６に接触することによって位置を固定される。一方、連結ピン４は、外側ではボルト５に挿通されたワッシャー５１によって位置を固定される。なお、連結ピン４および固定板６の構成例については後述する。

（従来例において生じうる問題点）
図２は従来例に係る継手構造における連結ピン部分の拡大断面図である。図示されるように、従来例において内継手管２側の連結ピン４Ｐの端面４１Ｐは平坦であり、固定板６Ｐは平板状である。従って、端面４１Ｐと固定板６Ｐとは面接触する。既に述べたように、内継手管２と外継手管３とを互いに嵌合させてピン止めする継手構造では、例えば回転貫入工法によって打設される鋼管杭が地盤の中間層を貫通する工程で、正回転および逆回転のトルクが繰り返し加えられることによって内継手管２および外継手管３の貫通孔２１，３１が不均等に拡張され、図３に示すように連結ピン４Ｐの軸が水平面内で内継手管２および外継手管３の径方向に対して傾く可能性がある。その場合、連結ピン４Ｐの端面４１Ｐに面接触した固定板６Ｐには大きなモーメントが加わり、固定板６Ｐ、固定板６Ｐと内継手管２との間の溶接部６Ｗ、および固定板６に螺合されたボルト５が損傷する可能性があった。なお、説明のため図３では連結ピン４Ｐが１箇所のみ図示されており、他の連結ピンは省略されている。

本発明の実施形態に係る鋼管の機械式継手構造は、上記の課題に鑑み、固定板６に接触する連結ピン４の端面、または固定板６の連結ピン４に接触する面の少なくとも一方を他方に対して凸な曲面とすることによって、連結ピン４の軸が内継手管２および外継手管３の径方向に対して傾いた場合に固定板６に加わるモーメントを低減する。その具体的な構成例について、以下でさらに説明する。

（第１の例）
図４は、本発明の実施形態に係る継手構造の第１の例における連結ピン部分の拡大断面図である。図示された例では、固定板６に接触する連結ピン４Ａの端面４１Ａが、固定板６に対して凸な曲面を形成する。端面４１Ａは、例えば図４に示された水平断面においてのみ曲面を形成する円柱面であってもよいし、水平断面および鉛直断面の両方で曲面を形成する球面であってもよい。図５に、端面４１Ａが球面である連結ピン４Ａの例を示す。端面４１Ａが曲面を形成することによって、固定板６が平板状であっても端面４１Ａと固定板６とが面接触しなくなる結果、上記で図３を参照して説明したように連結ピン４Ａの軸が内継手管２および外継手管３の径方向に対して傾いた場合に固定板６に加わるモーメントを低減することができる。

（第２の例）
図６は、本発明の実施形態に係る継手構造の第２の例における連結ピン部分の拡大断面図である。図示された例では、固定板６Ａの連結ピン４に接触する面が連結ピン４に対して凸な曲面を形成する。例えば図１の例のように連結ピン４のそれぞれについて個別の固定板６Ａが配置されてもよいし、内継手管２および外継手管３の周方向に配列される複数の連結ピン４のそれぞれの端面４１に対して凸な曲面を形成する環帯状の固定板６Ａが配置されてもよい。固定板６Ａが連結ピン４に対して凸な曲面を形成することによって、連結ピン４の端面４１が平坦であっても端面４１と固定板６Ａとが面接触しなくなる結果、上記で図３を参照して説明したように連結ピン４の軸が内継手管２および外継手管３の径方向に対して傾いた場合に固定板６Ａに加わるモーメントを低減することができる。

上記の例において、固定板６Ａは、例えば図６に示されるように内継手管２の内周面よりも小径の円弧状断面で形成され、スペーサー６１Ａを介して内継手管２の内周面に接合されてもよい。あるいは、固定板６Ａは、内継手管２の内周面よりも大径の円弧状断面で形成され、スペーサーを介さずに内継手管の内周面に接合されてもよい。

（第３の例）
図７は、本発明の実施形態に係る継手構造の第３の例における連結ピン部分の拡大断面図である。図示された例では、固定板６Ａに接触する連結ピン４の端面４１Ａが固定板６Ａに対して凸な曲面を形成するのに加えて、固定板６Ａの連結ピン４Ａに接触する面が連結ピン４に対して凸な曲面を形成する。上述のように端面４１Ａおよび固定板６Ａが互いに対して凸な曲面を形成することによって端面４１Ａと固定板６Ａとが面接触しなくなる結果、連結ピン４の軸が内継手管２および外継手管３の径方向に対して傾いた場合に固定板６Ａに加わるモーメントを低減することができる。さらに、図７の例では、端面４１Ａおよび固定板６Ａの両方が互いに対して凸な曲面を形成することによって、連結ピン４の軸の傾きが大きくなっても端面４１Ａと固定板６Ａとの接触面積が大きくならず、固定板６Ａに加わるモーメントが低減された状態を維持することができる。

（第４の例）
図８は、本発明の実施形態に係る継手構造の第４の例における連結ピン部分の拡大断面図である。図示された例では、固定板６Ｂに接触する連結ピン４Ａの端面４１Ａが固定板６Ａに対して凸な曲面、具体的には球面を形成するのに加えて、固定板６Ｂの連結ピン４Ａに接触する面に円形の凹部６２が形成される。図９に、凹部６２が形成された固定板６Ｂの例を示す。凹部６２は、ボルト５が螺合するねじ孔６３の周りに形成され、凹部６２の直径は連結ピン４Ａの端面４１Ａが形成する球面の直径よりも小さい。これによって、連結ピン４Ａの軸が内継手管２および外継手管３の径方向に対して傾いても端面４１Ａと凹部６２のリム部分との間で安定的に線状の接触が維持されるため、固定板６Ｂに加わるモーメントが低減された状態を維持することができる。

上記で説明した第１から第４の例では、連結ピン４，４Ａの外側に位置するボルト５の頭部と連結ピン４，４Ａとの間に介挿されるワッシャー５１の位置に例えば皿ばねやスプリングワッシャーのような弾性部材を追加することによって、連結ピン４Ｃの軸が傾いた場合のボルト５に作用する荷重を低減し、固定板に加わるモーメントが低減される効果と合わせてボルト５の損傷をより効果的に防止することができる。

（他の実施形態）
図１０は、本発明の他の実施形態に係る継手構造における連結ピン部分の拡大断面図である。図示された例では、連結ピン４Ｃを貫通する締結手段は配置されない。連結ピン４Ｃは、内側では図８の例と同様の固定板６Ｃ（ただし、ねじ孔６３が形成されない）に接触することによって位置を固定される。一方、連結ピン４Ｃは、外側では帯材７によって位置を固定される。帯材７は、外継手管３の外周面に巻き付けられ、貫通孔３１の外側から連結ピン４Ｃを押さえる。連結ピン４Ｃの外側の端面には凹部４２Ｃが形成され、凹部４２Ｃに嵌合させた小ピン５２（ナット）に帯材７の外側から挿通されたボルト５Ｃを螺合させることによって帯材７を連結ピン４Ｃと同じ高さに維持する。図示された例のように、小ピン５２とワッシャー５１との間で帯材７のラップした部分を締め付けることによって帯材７を固定してもよい。図８の例と同様に、固定板６Ｃに接触する連結ピン４の端面４１Ａが球面を形成し、固定板６Ｃに球面の直径よりも小さい直径を有する円形の凹部６２を形成することによって、連結ピン４Ｃの軸が内継手管２および外継手管３の径方向に対して傾いた場合に固定板６Ｃに加わるモーメントを低減することができる。さらに、図１０の例では、固定板６Ｃに締結される締結手段を用いずに連結ピン４Ｃの位置が固定されているため、連結ピン４の軸が傾くことによって締結手段が損傷する可能性がない。

なお、上記の実施形態において、図４，６，７，８の例ではボルト５を緩解することによって、図１０の例ではボルト５Ｃを緩解して帯材７を取り外すことによって連結ピン４，４Ｃを取り外し、外継手管３の中から内継手管２を抜き取ることによって鋼管１１，１２を分離することができる。このような構成によって、例えば仮設構造物の鋼管杭において継手構造を再利用することができる。

また、図示された例のように、内継手管２が上側の鋼管１１に接合され、外継手管３が下側の鋼管１２に接合されることが一般的であるが、これとは逆に外継手管３が上側の鋼管に接合され、内継手管２が下側の鋼管に接合されてもよい。鋼管１１，１２は、例えば両方が鋼管杭であってもよいし、上側の鋼管が施工機械に連結される治具の一部であってもよい。この場合、治具の一部に接合された内継手管２または外継手管３は、鋼管杭の打設後に治具とともに再利用することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０…継手構造、１１，１２…鋼管、２…内継手管、２１…貫通孔、３…外継手管、３１…貫通孔、４，４Ａ，４Ｃ…連結ピン、４１，４１Ａ…端面、４２Ｃ…凹部、５，５Ｃ…ボルト、５１…ワッシャー、５２…小ピン、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…固定板、６Ｗ…溶接部、６１Ａ…スペーサー、６２…凹部、６３…ねじ孔、７…帯材。

Claims (9)

1. 第１の鋼管の軸方向端部に接合される外継手管と、
   第２の鋼管の軸方向端部に接合され、前記外継手管の内側に嵌合する内継手管と、
   前記外継手管および前記内継手管にそれぞれ形成される貫通孔に嵌合する連結ピンと、
   前記内継手管の内周面に接合され、前記連結ピンの端面に接触する固定板と、
   を備え、前記固定板に接触する前記連結ピンの端面が前記固定板の前記連結ピンに接触する面に対して凸な曲面を形成する、鋼管の機械式継手構造。
2. 前記連結ピンの端面は球面である、請求項１に記載の鋼管の機械式継手構造。
3. 前記固定板の前記連結ピンに接触する面に、前記球面の直径よりも小さい直径を有する円形の凹部が形成される、請求項２に記載の鋼管の機械式継手構造。
4. 前記固定板の前記連結ピンに接触する面が、前記連結ピンの端面に対して凸な曲面を形成する、請求項１または請求項２に記載の鋼管の機械式継手構造。
5. 第１の鋼管の軸方向端部に接合される外継手管と、
   第２の鋼管の軸方向端部に接合され、前記外継手管の内側に嵌合する内継手管と、
   前記外継手管および前記内継手管にそれぞれ形成される貫通孔に嵌合する連結ピンと、
   前記内継手管の内周面に接合され、前記連結ピンの端面に接触する固定板と、
   を備え、前記固定板の前記連結ピンに接触する面が前記連結ピンの端面に対して凸な曲面を形成する、鋼管の機械式継手構造。
6. 前記外継手管および前記内継手管の周方向に複数の前記連結ピンが配列され、
   前記固定板は、複数の前記連結ピンのそれぞれの端面に対して凸な曲面を形成する環帯状の部材である、請求項４または請求項５に記載の鋼管の機械式継手構造。
7. 外側から前記連結ピンを貫通して挿通され、前記固定板に締結される締結手段をさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の鋼管の機械式継手構造。
8. 前記連結ピンの外側に位置する前記締結手段の頭部と前記連結ピンとの間に介挿される弾性部材をさらに備える、請求項７に記載の鋼管の機械式継手構造。
9. 前記外継手管の外周面に巻き付けられ、前記貫通孔の外側から前記連結ピンを押さえる帯材をさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の鋼管の機械式継手構造。

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