(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
少なくとも前記第一キー溝又は前記第二キー溝のいずれかと、前記脱落防止キーとのクリアランスは、前記キー配設部と前記回転抑止キーとのクリアランスより大きく構成されている請求項1に記載の鋼管連結構造。
【背景技術】
【0002】
従来、橋梁、港湾構造物、建築構造物などの基礎構造として鋼管杭が広く用いられている。このような鋼管杭は、油圧ハンマ等による打撃によって地中に設置する打撃工法、バイブロハンマによって振動を付与しつつ地中に設置する振動工法、杭体の中空部を掘削しながら地中に設置する中堀工法、先端部に羽根を取り付け回転させながら地盤に圧入する回転圧入工法などにより建て込みされる。
【0003】
鋼管杭は、資材搬入や建て込みの都合から工場製作された数メートル程度の定尺の複数の鋼管を、現場で地中に建て込みながら、鋼管連結構造によって順次連結することで、軟弱な地盤より下にある硬い地盤である支持層まで到達するような数十メートルもの長さを確保している。
【0004】
鋼管連結構造の一例として、特許文献1には、施工の省力化、工期短縮の観点から、施工現場での鋼管杭の継杭作業の効率化を図ることができる機械式継手が開示されている。
【0005】
該機械式継手は、上側鋼管の下端に設けられた雌型のボックス継手に、下側鋼管の上端に設けられた雄型のピン継手を差し込んだ後、ボックス継手内のキー溝に内蔵されている荷重伝達キーをピン継手側の溝にまで押出すことによって、ボックス継手とピン継手とを抜け止め状態に固定する構造となっている。
【0006】
さらに、該機械式継手は、上側鋼管と下側鋼管との継ぎ目に跨るように回転抑止キーが配設され、上側鋼管と下側鋼管とが互いに管軸周りに相対回転することが抑止された構造となっている。なお。回転抑止キーはボルトを用いて鋼管杭に対して固定される。
【0007】
建て込み施工時に鋼管杭に作用する強い衝撃や振動によって、回転抑止キーを固定しているボルトが緩んで脱落したり、ボルトが破断したりして、回転抑止キーを鋼管杭に対して固定できなくなって、回転抑止キーが脱落する虞があった。
【0008】
特に、回転圧入工法においては、回転抑止キーは上側鋼管の回転トルクを下側鋼管に伝達するために重要な役割を果たしており、回転抑止キーの脱落は施工の不能を招くため、回転抑止キーの脱落を防止する必要があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、鋼管杭の建て込み施工時に、回転抑止キーを鋼管に固定するボルトが緩んで脱落したり破断したりしても、該回転抑止キーが鋼管から脱落することない鋼管連結構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上述の目的を達成するための、本発明に係る鋼管連結構造の特徴構成は、複数の鋼管を上下に連結して構成される鋼管杭に設けられ、前記複数の鋼管のうち上側鋼管の下端部に設けられた下向継手の外周面の下端縁に備えられた下向切欠部と、前記上側鋼管に連結される下側鋼管の上端部に設けられた上向継手の外周面の上端縁であって、前記下向切欠部に対応する位置に備えられた上向切欠部とから構成されたキー配設部に回転抑止キーを配設し、該回転抑止キーを前記キー配設部にボルトを用いて固定することによって、連結された前記上側鋼管と前記下側鋼管とが管軸周りに相対的に回転することが抑止されるように構成された鋼管連結構造であって、前記キー配設部は、管軸方向又は管周方向において対向する一対の内周面のそれぞれに、該管軸方向又は該管周方向に沿って第一キー溝が備えられ、前記回転抑止キーは、前記管軸方向又は前記管周方向において対向する一対の外周面のそれぞれにおける、前記第一キー溝に対応する位置に前記管軸方向又は前記管周方向に沿って第二キー溝が備えられ、前記第一キー溝と前記第二キー溝とに跨って、前記回転抑止キーが前記キー配設部から脱落することを防止する脱落防止キーが差し込み可能に構成されている点にある。
【0012】
上述の構成によると、ボルトが緩んで脱落したり、ボルトが破断したりして、回転抑止キーを鋼管杭に対して固定できなくなったとしても、キー配設部に備えられた第一キー溝と回転抑止キーに備えられた第二キー溝とに跨って差し込まれた脱落防止キーによって、回転抑止キーはキー配設部から脱落することがなくなる。したがって、上側鋼管及び下側鋼管の相対的な回転が確実に抑止される。
【0013】
上側鋼管から下側鋼管への回転トルクの伝達は、キー配設部と回転抑止キーとの管周方向における接触面であるトルク伝達面において行われる。つまり、回転抑止キーは、上側鋼管から下側鋼管に伝達される大きな回転トルクに耐えうる高強度の材料で構成する必要がある。これに対して、脱落防止キーは、ボルトに不具合が発生して初めて回転抑止キーの脱落防止機能が発揮できればよく、その際も回転抑止キーほど大きな力に耐える必要はない。上述のように、回転抑止キーと脱落防止キーとが別体に構成されていることから、回転抑止キーはこれに適した材料から構成し、脱落防止キーはこれに適した材料から構成することができる。
【0014】
第一キー溝を、キー配設部において管軸方向において対向する一対の内周面のそれぞれに、該管軸方向に沿って備え、第二キー溝を、回転抑止キーにおいて、管軸方向において対向する一対の外周面のそれぞれにおける、第一キー溝に対応する位置に管軸方向に沿って備える場合は、脱落防止キーは、キー配設部と回転抑止キーとのトルク伝達面でない箇所に配設されることとなる。したがって、トルク伝達面は回転トルクの伝達に必要な十分の大きさを確保することができる。
【0015】
第一キー溝を、キー配設部において管周方向において対向する一対の内周面のそれぞれに、該管周方向に沿って備え、第二キー溝を、回転抑止キーにおいて、管周方向において対向する一対の外周面のそれぞれにおける、第一キー溝に対応する位置に管周方向に沿って備える場合は、脱落防止キーは、キー配設部と回転抑止キーとのトルク伝達面に配設されることとなる。したがって、上側鋼管と下側鋼管とが抜き差し移動しても、脱落防止キーはその影響を受けずに安定的に回転抑止キーの脱落を防止し続けることができる。
【0016】
本発明においては、少なくとも前記第一キー溝又は前記第二キー溝のいずれかと、前記脱落防止キーとのクリアランスは、前記キー配設部と前記回転抑止キーとのクリアランスより大きく構成されていると好適である。
【0017】
第一キー溝及び第二キー溝と脱落防止キーとのクリアランスが、キー配設部と回転抑止キーとのクリアランスより小さいと、キー配設部と回転抑止キーとの接触よりも先に脱落防止キーに大きな負荷がかかり壊れる虞がある。したがって、第一キー溝及び第二キー溝に対して余裕をもって差し込まれていることが好ましい。上述の構成によれば、脱落防止キーは、第一キー溝及び第二キー溝に緩嵌されることとなる。脱落防止キーは、不具合によってボルトがキー配設部から脱落したときに初めて機能し、回転抑止キーのキー配設部からの脱落を防止する際に、キー配設部と回転抑止キーとの接触よりも大きな負荷が脱落防止キーにかかることがないため壊れる虞がない。
【0018】
本発明においては、前記脱落防止キーは、前記回転抑止キーよりも強度が高く構成されていると好適である。
【0019】
第一キー溝及び第二キー溝並びに脱落防止キーは、上側鋼管から下側鋼管への回転トルクの伝達には寄与しない。第一キー溝及び第二キー溝並びに脱落防止キーをトルク伝達面に配設する場合には、それらの存在により、トルク伝達面の有効面積が減ってしまう。つまり、第一キー溝及び第二キー溝並びに脱落防止キーはトルク伝達面における占有面積が小さい方が好ましい。
【0020】
一方、脱落防止キーは、ボルトに不具合が発生したときに回転抑止キーの脱落防止機能が発揮できるだけの強度が必要である。そこで、脱落防止キーを、回転抑止キーよりも強度が高く構成するのである。これにより、第一キー溝及び第二キー溝並びに脱落防止キーのトルク伝達面における占有面積を小さくしながらも、回転抑止キーの脱落を防止するのに十分な強度を有することができる。また、第一キー溝及び第二キー溝並びに脱落防止キーを小さくできることから、加工範囲を少なくすることができ、これにより加工時間も短くできるため、加工コストを下げることができる。
【0021】
回転抑止キーの個数は、トルク伝達面の総面積と鋼管杭の建て込みに必要な回転トルクとから算出される。上述のように第一キー溝及び第二キー溝並びに脱落防止キーのトルク伝達面における占有面積を小さくすることによって、回転抑止キーは少ない個数で必要なトルク伝達面の面積を確保することができる。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分又は対応する部分には、同一符号を付してある。
【0024】
図1には、本発明に係る鋼管連結構造12が設けられた鋼管杭10が示されている。
【0025】
鋼管杭10は複数の鋼管11が上下に連結されて構成されるが、各鋼管11は同一の構成であり、各鋼管11どうしの鋼管連結構造12は全ての連結箇所において同一の構成である。なお、上下に連結される二本の鋼管11のうち、上側に位置する鋼管11が本発明における上側鋼管11Aであり、下側に位置する鋼管11が本発明における下側鋼管11Bである。
【0026】
鋼管連結構造12に、上側鋼管11Aの下端に溶接された雌型のボックス継手13と、下側鋼管11Bの上端に溶接された雄型のピン継手14とが備えられている。ボックス継手13が本発明における下向継手で、ピン継手14が本発明における上向継手である。
【0027】
上側鋼管11A及び下側鋼管11Bは、ボックス継手13にピン継手14を差し込んだ後、ボックス継手13に内蔵されている荷重伝達キー15を、セットボルト16を操作してピン継手14側に噛み合うまで押出すことによって、抜け止め状態に固定される。
【0028】
図2に示すように、ボックス継手13の外周面の下端縁に下向切欠部17が備えられている。ピン継手14の外周面の上端縁であって、下向切欠部17に対応する位置に上向切欠部18が備えられている。ボックス継手13にピン継手14を差し込んだときに、下向切欠部17と上向切欠部18とによって正面視及び断面視矩形状のキー配設部19が構成される。
【0029】
上側鋼管11A及び下側鋼管11Bは、キー配設部19に回転抑止キー20を配設することによって管軸周りに相対的に回転することが抑止される。なお、該回転抑止キー20は、キー配設部19にボルト21によって固定される。
【0030】
図3に示すように、回転抑止キー20は、正面視及び断面視矩形状に構成されている。
【0031】
回転抑止キー20には、回転抑止キー20を鋼管杭10、本実施形態においてはピン継手14に対して固定するボルト21用の座ぐり付きのボルト穴22が穿設されている。なお、ボルト21は、ピン継手14に備えられた上向切欠部18内に設けられたボルト穴23に螺合される。
【0032】
さらに、キー配設部19は、管周方向において対向する一対の内周面のそれぞれの、本実施形態においてはピン継手14の外周面の上端縁に沿った位置に、該管周方向に沿って第一キー溝24が備えられている。
【0033】
回転抑止キー20は、管周方向において対向する一対の外周面のそれぞれにおける、第一キー溝24に対応する位置に管周方向に沿って第二キー溝25が備えられている。第一キー溝24は、ピン継手14の外周面の上端縁に沿って備えられていることから、第二キー溝25は、回転抑止キー20の高さ方向中央やや下に備えられることとなる。
【0034】
ただし、第一キー溝24は、ピン継手14の外周面の上端縁に沿った位置にのみ備えられる構成に限らず、ボックス継手13の外周面の下端縁に沿った位置にのみ備えられる構成であってもよいし、ピン継手14の外周面の上端縁に沿った位置及びボックス継手13の外周面の下端縁に沿った位置に備えられる構成であってもよい。そして、回転抑止キー20に備えられる第二キー溝25は第一キー溝24に対応する位置に備えられる。
【0035】
第一キー溝24と第二キー溝25とに跨って、回転抑止キー20がキー配設部19から脱落することを防止する脱落防止キー26が差し込み可能に構成されている。本実施形態においては、脱落防止キー26は、第一キー溝24に差し込まれる側が先端が円弧形の平板状であり、第二キー溝25に差し込まれる側が丸棒状に構成されている。ただし、脱落防止キー26は全部が平板状であってもよいし、丸棒状であってもよい。いずれにせよ第一キー溝24及び第二キー溝25は脱落防止キー26形状に対応し、脱落防止キー26を抜き差し可能な形状に構成されている。
【0036】
第一キー溝24及び第二キー溝25と、脱落防止キー26とのクリアランスは、キー配設部19と回転抑止キー20とのクリアランスより大きく構成されている。本実施形態においては、第一キー溝24及び第二キー溝25と、脱落防止キー26とのクリアランスは例えば1mmであるのに対して、キー配設部19と回転抑止キー20とのクリアランスはそれより有意に小さい。
【0037】
回転抑止キー20がボルト21によって正常に固定されているときは、脱落防止キー26は第一キー溝24及び第二キー溝25に対して余裕をもって差し込まれる。脱落防止キー26はボルト21に不具合が発生して初めて回転抑止キー20の脱落防止機能が発揮できればよい。その際に、キー配設部19と回転抑止キー20との接触よりも大きな負荷が脱落防止キー26にかかることがないため壊れる虞がない。
【0038】
上側鋼管11Aから下側鋼管11Bへの回転トルクの伝達は、キー配設部19と回転抑止キー20との管周方向における接触面であるトルク伝達面において行われる。したがって、回転抑止キー20は、上側鋼管11Aから下側鋼管11Bに伝達される大きな回転トルクに耐えうる高強度の材料で構成する必要がある。
【0039】
これに対して、脱落防止キー26は、上述のようにボルト21に不具合が発生して初めて回転抑止キー20の脱落防止機能が発揮できればよく、その際も回転抑止キー20ほど大きな力に耐える必要はない。回転抑止キー20と脱落防止キー26とが別体に構成されていることから、回転抑止キー20はこれに適した材料から構成し、脱落防止キー26はこれに適した材料から構成することができる。
【0040】
ところで、第一キー溝24及び第二キー溝25並びに脱落防止キー26は、上側鋼管11Aから下側鋼管11Bへの回転トルクの伝達には寄与しない。第一キー溝24及び第二キー溝25並びに脱落防止キー26をトルク伝達面に配設する場合には、それらの存在により、トルク伝達面の有効面積が減ってしまう。つまり、第一キー溝24及び第二キー溝25並びに脱落防止キー26はトルク伝達面における占有面積が小さい方が好ましい。
【0041】
一方、脱落防止キー26は、ボルト21に不具合が発生したときに回転抑止キー20の脱落防止機能が発揮できるだけの強度が必要である。そこで、脱落防止キー26を、回転抑止キー20よりも強度が高く構成されている。
【0042】
これにより、第一キー溝24及び第二キー溝25並びに脱落防止キー26のトルク伝達面における占有面積を小さくしながらも、回転抑止キー20の脱落を防止するのに十分な強度を有することができる。また、第一キー溝24及び第二キー溝25並びに脱落防止キー26を小さくできることから、加工範囲を少なくすることができ、これにより加工時間も短くできるため、加工コストを下げることができる。
【0043】
回転抑止キー20の個数は、トルク伝達面の総面積と鋼管杭10の建て込みに必要な回転トルクとから算出される。上述のように第一キー溝24及び第二キー溝25並びに脱落防止キー26のトルク伝達面における占有面積を小さくすることによって、回転抑止キー20は少ない個数で必要なトルク伝達面の面積を確保することができる。
【0044】
以上説明したとおり、ボルト21が緩んで脱落したり、ボルト21が破断したりして、回転抑止キー20を鋼管杭10に対して固定できなくなったとしても、キー配設部19に備えられた第一キー溝24と、回転抑止キー20に備えられた第二キー溝25とに跨って差し込まれた脱落防止キー26によって、回転抑止キー20はキー配設部19から脱落することがなくなる。したがって、上側鋼管11A及び下側鋼管11Bの相対的な回転が確実に抑止される。
【0045】
なお、本実施形態においては、キー配設部19は、鋼管杭10の周方向において等間隔で8箇所に設けられ、各キー配設部19に回転抑止キー20が配設されている。しかし、キー配設部19及び回転抑止キー20の数、形状、配置箇所等は、鋼管杭10の直径や、建て込み工法等に基づいて設計によって適正に定めることができる。
【0046】
図1から
図4を参照しながら、本発明に係る鋼管連結構造12によって上側鋼管11Aと下側鋼管11Bとを連結する手順について説明する。まず、地面に対して下側鋼管11Bをある程度建て込んだ後に、
図2から
図4に示すように、下側鋼管11Bのピン継手14に備えられている上向切欠部18に、第二キー溝25に脱落防止キー26を接着剤等を用いて差し込み固定した状態の回転抑止キー20を、脱落防止キー26が第一キー溝24に差し込まれる態様によって配設する。そして、回転抑止キー20をボルト21を用いてピン継手14に固定する。
【0047】
上側鋼管11Aをクレーンで吊り上げ、既に地中に立て込まれた下側鋼管11Bの直上に運んで、回転抑止キー20が、上側鋼管11Aのボックス継手13に備えられている下向切欠部17に合うように上側鋼管11Aに吊り下ろし、ボックス継手13にピン継手14を差し込ませる。
【0048】
ボックス継手13の外側からセットボルト16を操作し、
図1に示すように、荷重伝達キー15をボックス継手13とピン継手14との抜け止め位置に移動させる。以上の手順によって、上側鋼管11Aと下側鋼管11Bとは、ボックス継手13とピン継手14とによって連結される。この作業を鋼管杭10が所定の長さとなるまで繰り返すことで、複数の鋼管11が抜け止め状態かつ回り止め状態で上下に連結された鋼管杭10が構成される。
【0049】
本発明に係る鋼管連結構造の別実施形態について説明する。なお、以下の説明では、上述した実施形態と対応する構成については同じ符号を付して説明する。
【0050】
本実施形態においては、第一キー溝24は、
図5に示すように、キー配設部19のうち管軸方向において対向する一対の内周面のそれぞれの、ボルト21用のボルト穴22を避けるため例えば中央を除いた左右二カ所に、管軸方向に沿って設けられている。第二キー溝25は、回転抑止キー20のうち管軸方向において対向する一対の外周面のそれぞれにおける、第一キー溝24に対応する位置に設けられている。脱落防止キー26は、
図6に示すように、第一キー溝24及び第二キー溝25に対して、管軸方向に沿って差し込まれる。
【0051】
したがって、脱落防止キー26は、キー配設部19及び回転抑止キー20の、上側鋼管11Aの回転トルクを下側鋼管11Bに伝達する際のトルク伝達面でなない箇所に配設されることとなる。したがって、トルク伝達面は回転トルクの伝達に必要な十分の大きさを確保することができる。
【0052】
上述したいずれの実施形態においても、第一キー溝24及び第二キー溝25と、脱落防止キー26とのクリアランスは、キー配設部19と回転抑止キー20とのクリアランスより大きく構成されている場合について説明したが、これに限らない。両クリアランスは、同じであってもよい。
【0053】
上述したいずれの実施形態においても、鋼管連結構造は、ボックス継手及びピン継手が鋼管とは別体のものを鋼管に取り付けられる構成について説明したが、これに限らない。ボックス継手及びピン継手は鋼管と一体的に形成されていてもよい。
【0054】
上述したいずれの実施形態においても、上向継手がピン継手14であり、下向継手がボックス継手13である構成について説明したが、これに限らない。上向継手がボックス継手13であり、下向継手がピン継手14であってもよい。
【0055】
上述したいずれの実施形態においても。脱落防止キー26は、回転抑止キー20よりも強度が高い材料から構成される場合について説明したが、これに限らない。脱落防止キー26は、回転抑止キー20と、例えば、同じ材質から構成されていてもよい。
【0056】
上述した実施形態は、いずれも本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能である。