特開 2024-53558 鋼管の連結構造および鋼管継手用の鋼管製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024053558

(43)【公開日】2024-04-15

(54)【発明の名称】鋼管の連結構造および鋼管継手用の鋼管製造方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 5/24 20060101AFI20240408BHJP

【ＦＩ】

E02D5/24 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023171448

(22)【出願日】2023-10-02

(31)【優先権主張番号】P 2022159412

(32)【優先日】2022-10-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】久積 和正

(72)【発明者】

【氏名】北濱 雅司

(72)【発明者】

【氏名】柳 悦孝

(72)【発明者】

【氏名】阿形 淳

【テーマコード（参考）】

2D041

【Ｆターム（参考）】

2D041AA02

2D041CA01

2D041CB01

2D041DB02

2D041DB11

(57)【要約】

【課題】鋼管の連結構造において、継手部材の構造性能を確保しながら低コスト化を可能にする。
【解決手段】第１および第２の鋼管を軸方向に連結する鋼管の連結構造は、第１の鋼管に接合される内嵌部材と、第２の鋼管に接合される外嵌部材とを備える。内嵌部材は、外嵌部材の内側に嵌合する第１の嵌合部を含み、外嵌部材は、内嵌部材の外側に嵌合する第２の嵌合部を含み、第１および第２の嵌合部は、軸方向についての抜け止め構造を有し、内嵌部材および外嵌部材は、溶接部が鋼管の軸方向に延びるベンドロール管で形成され、ベンドロール管を形成する鋼材の降伏点または０．２％耐力の少なくとも一方が２１５ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下、引張強さが４００ＭＰａ以上７２０ＭＰａ以下であり、溶接部における溶融凝固部のベンドロール管の周方向における幅は、径方向の全厚にわたり１ｍｍよりも大きい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１および第２の鋼管を軸方向に連結する鋼管の連結構造であって、
前記第１の鋼管の前記軸方向の端部に接合される内嵌部材と、前記第２の鋼管の前記軸方向の端部に接合される外嵌部材とを備え、
前記内嵌部材は、前記外嵌部材の内側に嵌合する第１の嵌合部を含み、前記外嵌部材は、前記内嵌部材の外側に嵌合する第２の嵌合部を含み、前記第１および第２の嵌合部は、前記軸方向についての抜け止め構造を有し、
前記内嵌部材および前記外嵌部材は、溶接部が前記軸方向に延びるベンドロール管で形成され、前記ベンドロール管を形成する鋼材の降伏点または０．２％耐力の少なくとも一方が２１５ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下、引張強さが４００ＭＰａ以上７２０ＭＰａ以下であり、
前記溶接部における溶融凝固部の前記ベンドロール管の周方向における幅は、径方向の全厚にわたり１ｍｍよりも大きい、鋼管の連結構造。

【請求項2】

前記ベンドロール管の板厚は３０ｍｍ以上７０ｍｍ以下である、請求項１に記載の鋼管の連結構造。

【請求項3】

前記溶接部は、前記内嵌部材および前記外嵌部材の周方向の剛性が相対的に低い部分に配置される、請求項１に記載の鋼管の連結構造。

【請求項4】

前記抜け止め構造は、前記第１の嵌合部の外側で前記周方向について第１の間隙部分を挟んで複数形成される第１の突出部と、前記第２の嵌合部の内側で前記周方向について第２の間隙部分を挟んで複数形成される第２の突出部とを含み、
前記第１および第２の突出部は、前記内嵌部材を前記外嵌部材の内側に嵌合させた状態で所定の位置まで回転させたときに互いに係合するように構成され、
前記溶接部は、前記第１の間隙部分および前記第２の間隙部分に位置する、請求項３に記載の鋼管の連結構造。

【請求項5】

前記溶接部は、前記内嵌部材および前記外嵌部材の周方向の剛性が相対的に低い部分に配置される、請求項２に記載の鋼管の連結構造。

【請求項6】

前記抜け止め構造は、前記第１の嵌合部の外側で前記周方向について第１の間隙部分を挟んで複数形成される第１の突出部と、前記第２の嵌合部の内側で前記周方向について第２の間隙部分を挟んで複数形成される第２の突出部とを含み、
前記第１および第２の突出部は、前記内嵌部材を前記外嵌部材の内側に嵌合させた状態で所定の位置まで回転させたときに互いに係合するように構成され、
前記溶接部は、前記第１の間隙部分および前記第２の間隙部分に位置する、請求項５に記載の鋼管の連結構造。

【請求項7】

前記内嵌部材のうち前記第１の鋼管に接合される接合部の板厚が前記第１の鋼管の板厚よりも厚く、かつ前記外嵌部材のうち前記第２の鋼管に接合される接合部の板厚が前記第２の鋼管の板厚よりも厚いか、
前記内嵌部材のうち前記第１の鋼管に接合される接合部の板厚が前記第１の鋼管の板厚よりも厚いか、または
前記外嵌部材のうち前記第２の鋼管に接合される接合部の板厚が前記第２の鋼管の板厚よりも厚い、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の鋼管の連結構造。

【請求項8】

鋼管継手用の鋼管製造方法であって、
降伏点または０．２％耐力の少なくとも一方が２１５ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下、引張強さが４００ＭＰａ以上７２０ＭＰａ以下である鋼板を板巻き加工する工程と、
前記板巻き加工された鋼板の端部同士を幅１ｍｍよりも大きい溶融凝固部が形成されるように溶接することによって前記鋼板をベンドロール管にする工程と
を含む、鋼管継手用の鋼管製造方法。

【請求項9】

前記ベンドロール管の板厚は３０ｍｍ以上７０ｍｍ以下である、請求項８に記載の鋼管継手用の鋼管製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼管の連結構造および鋼管継手用の鋼管製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鋼管同士を連結する方法として溶接が一般的であるが、鋼管径が拡大すると溶接時間が大幅に増加し、溶接工の技量や天候によって溶接品質にばらつきが生じるという問題がある。また、空頭制限のある現場では連結箇所が多くなり作業時間の短縮が求められる。そこで、現場での溶接作業を伴わず短時間での施工が可能な機械式継手を用いた鋼管接合方法が提案されている。例えば特許文献１および特許文献２には、鋼管の軸方向端部に予め溶接された内嵌部材および外嵌部材を用いた連結構造が記載されている。この方法では、内嵌部材を外嵌部材の内側に嵌合させた状態で回転させたときに、内嵌部材の外側および外嵌部材の内側でそれぞれ周方向に複数形成された突出部が互いに係合することによって鋼管同士が連結される。このような連結構造は、鋼管同士を溶接する場合に比べて施工性が高く、また十分な曲げ耐力を確保できるという利点を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－２９２５０号公報

【特許文献2】特開２０１５－１４３４６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような連結構造における継手部材は、突出部などを形成したことによる断面欠損があっても十分な引張力、圧縮力、およびせん断力を伝達して曲げ耐力を発揮できるように、強度を高める合金材料を使用したり、継手部材として用いられる鋼管を鍛造によって成形したり、熱処理を行ったりすることによって製造される。しかしながら、合金材料はそれ自体が高価であり、鋼管と継手部材との間の溶接においても継手部材の強度に合わせた高強度の溶接材料が必要になる。また、溶接時の予熱および後熱も必要になることによって余分なコストが生じる上、作業性も低くなる。鍛造による成形や熱処理も、コストが高くなる点では同様である。

【0005】

そこで、本発明は、継手部材の構造性能を確保しながら低コスト化を可能にした鋼管の連結構造および鋼管継手用の鋼管製造方法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】

【0006】

［１］第１および第２の鋼管を軸方向に連結する鋼管の連結構造であって、上記第１の鋼管の上記軸方向の端部に接合される内嵌部材と、上記第２の鋼管の上記軸方向の端部に接合される外嵌部材とを備え、上記内嵌部材は、上記外嵌部材の内側に嵌合する第１の嵌合部を含み、上記外嵌部材は、上記内嵌部材の外側に嵌合する第２の嵌合部を含み、上記第１および第２の嵌合部は、上記軸方向についての抜け止め構造を有し、上記内嵌部材および上記外嵌部材は、溶接部が上記軸方向に延びるベンドロール管で形成され、上記ベンドロール管を形成する鋼材の降伏点または０．２％耐力の少なくとも一方が２１５ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下、引張強さが４００ＭＰａ以上７２０ＭＰａ以下であり、上記溶接部における溶融凝固部の上記ベンドロール管の周方向における幅は、径方向の全厚にわたり１ｍｍよりも大きい、鋼管の連結構造。
［２］上記ベンドロール管の板厚は３０ｍｍ以上７０ｍｍ以下である、［１］に記載の鋼管の連結構造。
［３］上記溶接部は、上記内嵌部材および上記外嵌部材の周方向の剛性が相対的に低い部分に配置される、［１］に記載の鋼管の連結構造。
［４］上記抜け止め構造は、上記第１の嵌合部の外側で上記周方向について第１の間隙部分を挟んで複数形成される第１の突出部と、上記第２の嵌合部の内側で上記周方向について第２の間隙部分を挟んで複数形成される第２の突出部とを含み、上記第１および第２の突出部は、上記内嵌部材を上記外嵌部材の内側に嵌合させた状態で所定の位置まで回転させたときに互いに係合するように構成され、上記溶接部は、上記第１の間隙部分および上記第２の間隙部分に位置する、［３］に記載の鋼管の連結構造。
［５］上記溶接部は、上記内嵌部材および上記外嵌部材の周方向の剛性が相対的に低い部分に配置される、［２］に記載の鋼管の連結構造。
［６］上記抜け止め構造は、上記第１の嵌合部の外側で上記周方向について第１の間隙部分を挟んで複数形成される第１の突出部と、上記第２の嵌合部の内側で上記周方向について第２の間隙部分を挟んで複数形成される第２の突出部とを含み、上記第１および第２の突出部は、上記内嵌部材を上記外嵌部材の内側に嵌合させた状態で所定の位置まで回転させたときに互いに係合するように構成され、上記溶接部は、上記第１の間隙部分および上記第２の間隙部分に位置する、［５］に記載の鋼管の連結構造。
［７］上記内嵌部材のうち上記第１の鋼管に接合される接合部の板厚が上記第１の鋼管の板厚よりも厚く、かつ上記外嵌部材のうち上記第２の鋼管に接合される接合部の板厚が上記第２の鋼管の板厚よりも厚いか、上記内嵌部材のうち上記第１の鋼管に接合される接合部の板厚が上記第１の鋼管の板厚よりも厚いか、または上記外嵌部材のうち上記第２の鋼管に接合される接合部の板厚が上記第２の鋼管の板厚よりも厚い、［１］から［６］のいずれか１項に記載の鋼管の連結構造。
［８］鋼管継手用の鋼管製造方法であって、降伏点または０．２％耐力の少なくとも一方が２１５ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下、引張強さが４００ＭＰａ以上７２０ＭＰａ以下である鋼板を板巻き加工する工程と、上記板巻き加工された鋼板の端部同士を幅１ｍｍよりも大きい溶融凝固部が形成されるように溶接することによって上記鋼板をベンドロール管にする工程とを含む、鋼管継手用の鋼管製造方法。
［９］上記ベンドロール管の板厚は３０ｍｍ以上７０ｍｍ以下である、［８］に記載の鋼管継手用の鋼管製造方法。

【発明の効果】

【0007】

上記の構成によれば、鋼管の軸方向についての抜け止め構造を有する継手部材において、溶接部が軸方向に延びるベンドロール管を使用することによって、例えば鋼管と同等の低強度材料で継手部材を形成することができるため、鋼管の連結構造における構造性能を確保しつつ、低コスト化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係る鋼管の連結構造を示す斜視図である。

【図2】図１の例において継手部材を構成する鋼管の製造工程の例を示す図である。

【図3】図１の例において継手部材を構成する鋼管の寸法の例について説明するための図である。

【図4】本発明の実施形態において適用可能な継手構造の例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１は本発明の一実施形態に係る鋼管の連結構造を示す斜視図である。本実施形態に係る鋼管の連結構造１は、鋼管２１，２２を軸方向に連結する。鋼管２１，２２の製造工程は特に限定されるわけではなく、例えば、螺旋状に形成された溶接部を有するスパイラル鋼管であってもよいし、直線状に形成された溶接部を有する電縫管やＵＯ鋼管であってもよい。連結構造１は、内嵌部材３と、外嵌部材４とを含む。なお、以下の説明において、軸方向は、鋼管２１，２２の軸方向を意味し、ｚ方向として図示される。周方向は、軸方向の回りに回転する方向であり、ｙ方向として図示される。また、径方向は、軸方向に直交する方向であり、ｘ方向として図示される。鋼管２１，２２、内嵌部材３および外嵌部材４は、連結後の状態において同軸になるように配置されるため、軸方向、周方向および径方向はこれらの部材について共通になる。

【0010】

内嵌部材３および外嵌部材４は、それぞれ鋼管２１，２２の軸方向の端部に互いに相対するように、溶接部２３，２４で接合されている。内嵌部材３を外嵌部材４の内側に嵌合させた状態で軸方向の回りに所定の位置まで回転させ、図示しない回転抑止キーで固定することによって、内嵌部材３および外嵌部材４にそれぞれ接合された鋼管２１，２２が連結される。内嵌部材３は、鋼管２１に接合される接合部３１と、接合部３１に続いて形成され外嵌部材４の内側に嵌合する嵌合部３２（第１の嵌合部）とを含む。本実施形態において、嵌合部３２は、軸方向における鋼管２１とは反対側の端部に向かって外径が徐々に小さくなる縮径部３２１と、縮径部３２１の外側に突出し、周方向について間隙部分３２３を挟んで複数形成される突出部３２２（第１の突出部）とを含む。突出部３２２の長さ（周方向の寸法）は、周方向における突出部３２２の間隙部分３２３の長さ（周方向の寸法）よりも小さい。

【0011】

一方、外嵌部材４は、鋼管２２に接合される接合部４１と、接合部４１に続いて形成され内嵌部材３の外側に嵌合する嵌合部４２（第２の嵌合部）とを含む。本実施形態において、嵌合部４２は、軸方向における鋼管２２とは反対側の端部に向かって内径が徐々に大きくなる拡径部４２１と、拡径部４２１の内側に突出し、周方向について間隙部分４２３を挟んで複数形成される突出部４２２（第２の突出部）とを含む。突出部４２２の長さ（周方向の寸法）は、周方向における突出部４２２の間隙部分４２３の長さ（周方向の寸法）よりも小さい。内嵌部材３を外嵌部材４の内側に嵌合させた状態で軸方向の回りに所定の位置まで回転させたときに突出部３２２，４２２が互いに係合するように、突出部３２２，４２２の長さおよび間隔（周方向の寸法）、厚さ（軸方向の寸法）、ならびに突出高さ（径方向の寸法）は互いに対応している。このような構成によって、突出部３２２，４２２は、軸方向についての抜け止め構造を構成する。なお、他の実施形態において抜け止め構造は必ずしも突出部によって形成されなくてもよく、例えば内嵌部材３と外嵌部材４との間で荷重を伝達するねじやせん断キー、またはせん断プレートなどによって形成されてもよい。

【0012】

継手部材である内嵌部材３および外嵌部材４は、例えば鋼管を切削加工することによって製造される。内嵌部材３の場合は鋼管の外周面が、外嵌部材４の場合は鋼管の内周面がそれぞれ切削加工され、突出部３２２，４２２などが形成される。本実施形態において、内嵌部材３および外嵌部材４を構成する鋼材はＣｒやＭｏなどの合金材料の使用や熱処理によって強度を高めたものではなく、例えば鋼管２１，２２と同等の強度である。具体的には、例えば、内嵌部材３および外嵌部材４は、成分組成が質量％で０．０５≦Ｃ≦０．２５、Ｓｉ≦０．５５、０．６≦Ｍｎ≦２．０、Ｐ≦０．０３５、Ｓ≦０．０３５の条件を満たす鋼材で形成される。この鋼材の炭素当量Ｃｅｑは下記式（１）から求められ、Ｃｅｑ≦０．４７％、好ましくはＣｅｑ≦０．４４％、より好ましくはＣｅｑ≦０．４０％、さらに好ましくはＣｅｑ≦０．３８％である。式（１）中の各元素表示は含有量（質量％）を示す。なお、以下の説明において％は別途記載がない限り質量％を意味する。
Ｃｅｑ＝［Ｃ］＋［Ｍｎ］／６＋［Ｓｉ］／２４＋［Ｎｉ］／４０＋［Ｃｒ］／５＋［Ｍｏ］／４＋［Ｖ］／１４ ・・・（１）

【0013】

特に、Ｃの上限値として、通常の鋼材は０．２５％以下であるが、好ましくは０．２０％以下、より好ましくは０．１８％以下、さらに好ましくは０．１５％以下であっても良い。また、Ｃの下限値として、０．０５％以上が好ましいが、より好ましくは０．１％以上である。また、Ｍｎの上限値として、２．０％以下が好ましいが、より好ましくは１．７％以下、さらに好ましくは１．６５％以下である。また、Ｐの上限値として、０．０３５％以下が好ましいが、より好ましくは０．０２％以下である。また、Ｓの上限値として、０．０３５％以下が好ましいが、より好ましくは０．００６％以下である。また、Ｓｉの上限値として、０．５５％以下が好ましいが、より好ましくは０．３５％以下である。また、Ｎｉの上限値として、０．８％以下が好ましいが、より好ましくは０．４％以下である。また、Ｖの上限値として、０．１％以下が好ましい。上述のように内嵌部材３および外嵌部材４を構成する鋼材はＣｒやＭｏなどの合金材料の使用によって強度を高めたものではないため、Ｃｒの含有量は０．４％未満、好ましくは０．２％以下、Ｍｏの含有量は０．１５％未満、好ましくは０．０８％以下である。このような鋼材は降伏点または０．２％耐力の少なくとも一方が２１５ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下、引張強さが４００ＭＰａ以上７２０ＭＰａ以下であり、例えばＪＩＳ Ｇ３１０６に規定するＳＭ４００Ａ、ＳＭ４００Ｂ、ＳＭ４００Ｃ、ＳＭ４９０Ａ、ＳＭ４９０Ｂ、ＳＭ４９０Ｃ、ＳＭ４９０ＹＡ、ＳＭ４９０ＹＢ、ＳＭ５２０Ｂ、ＳＭ５２０ＣおよびＳＭ５７０などの溶接構造用圧延鋼材やＪＩＳ Ｇ３１４０に規定するＳＢＨＳ４００およびＳＢＨＳ５００などの橋梁用高性能鋼材を含む。なお、上記のような鋼材の成分組成や規格は一例であり、ベンドロール管に成形することが可能であれば鋼材は必ずしも上記の成分組成や規格によって限定されない。また、上記の鋼材は継手部材である内嵌部材３および外嵌部材４を構成するものであって、鋼管２１，２２を構成する鋼材とは異なりうる。

【0014】

ここで、上述した鋼材の降伏点および０．２％耐力を含む機械特性の測定方法について説明する。鋼管に成形された鋼材（溶接部３３，４３，５３は除く）について、ＪＩＳ Ｚ２２４１に示される引張試験方法に基づいて軸方向の機械特性を調査する。引張試験に用いられる試験片は、径方向の板厚の１／４または３／４の位置において軸方向に対して採取され、ＪＩＳ Ｚ２２４１の１１号、１２号（１２Ａ号、１２Ｂ号及び１２Ｃ号）、４号又は５号、１４号（１４Ａ号、１４Ｂ号及び１４Ｃ号）試験片のいずれかを用いる。ただし、４号試験片は、径１４ｍｍ（標点距離５０ｍｍ）とする。また、５号試験片を鋼管から採取する場合、平らにしてから試験片に加工したものを使用する。引張試験では、０．２％耐力と上降伏点及び下降伏点をそれぞれ測定し、３個の試験片のデータの平均値を取ることで機械特性を評価する。

【0015】

図２は、図１の例において継手部材を構成する鋼管の製造工程の例を示す図である。図２には、鋼板５１を板巻き加工して鋼管５２にする工程が示されている。板巻き加工では、例えば予め用意された金型を鋼板５１の外周面から押し付けることによって鋼板５１を鋼管５２の形状に加工してもよいし、鋼板５１を内周面からプレス曲げを行うことにより塑性化させながら徐々に所定の曲率に加工して鋼管５２の形状にしてもよい。この工程において、鋼板５１の端部同士は溶接部５３で接合され、溶接部５３は鋼管５２の軸方向（図中のｚ方向）に延びる。このようにして成形された鋼管をベンドロール管ともいう。ベンドロール管を構成する鋼材は、その降伏点または０．２％耐力が２１５ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下、引張強さが４００ＭＰａ以上７２０ＭＰａ以下となる比較的低強度の溶接構造用圧延鋼材などである。これらの鋼材の炭素当量ＣｅｑはＣｅｑ≦０．４７％、好ましくはＣｅｑ≦０．４４％、より好ましくはＣｅｑ≦０．４０％、さらに好ましくはＣｅｑ≦０．３８％と低いため溶接性が高く、鋼板５１の端部同士の溶接において予熱および後熱も不要になる。また鋼板５１の端部同士を接合された鋼管５２の溶接部５３においても高強度の溶接材料を用いなくてもよく、鋼管継手用の製造の効率化および低コスト化が可能になる。なお、ベンドロール管は最初から継手部材に使用される長さに成形されていてもよいし、所定の長さよりも長く成形されたあとに継手部材に使用される長さに切断されてもよい。後者の場合、長く成形されたベンドロール管の長さは、陸送での法令による一般制限を考慮して１２ｍ以下とすることが望ましいが、必ずしもこれに限るものではない。

【0016】

図１には、鋼板の板巻き加工時の溶接部が内嵌部材３の溶接部３３および外嵌部材４の溶接部４３として示されている。既に述べたように、溶接部３３，４３は、鋼管２１，２２の軸方向（図中のｚ方向）に延びている。本実施形態では、溶接部３３，４３を内嵌部材３および外嵌部材４の周方向（図中のｙ方向）の剛性が相対的に低い部分、より具体的には突出部３２２の間の間隙部分３２３（第１の間隙部分）および突出部４２２の間の間隙部分４２３（第２の間隙部分）に位置する。

【0017】

ここで、本実施形態に係る連結構造１において、軸方向についての抜け止め構造は突出部３２２，４２２によって構成される。つまり、連結構造１の曲げ耐力は、突出部３２２，４２２の係合によって引張力、圧縮力、およびせん断力が伝達されることによって発揮される。従って、一般的に構造上の弱点になりやすく、荷重を直接的に伝達する突出部３２２，４２２の間の間隙部分３２３，４２３に溶接部３３，４３が位置することによって、連結構造１の曲げ耐力に与える影響は小さくなり、例えば鋼管２１，２２と同等の強度の鋼材で内嵌部材３および外嵌部材４が形成されていたとしても十分な引張力、圧縮力、およびせん断力を伝達して曲げ耐力を発揮することができる。さらに、継手の材料強度が低くなることによって、従来の高強度材料を使用した継手と比較して相対的に肉厚になり、継手の剛性が上昇するため、嵌合部における局部的な変形が抑制され、十分な荷重伝達が可能となる。その結果、設計で想定していない継手部材の局部変形に伴う継手の離脱（ジャンプアウト）の発生を防止することができ、適切な構造性能を確保できる。なお、鋼管２１，２２の材料強度と内嵌部材３および外嵌部材４の材料強度とは必ずしも同等でなくてもよく、内嵌部材３および外嵌部材４の材料強度が鋼管２１，２２の材料強度よりも大きくてもよいし、鋼管２１，２２の材料強度が内嵌部材３および外嵌部材４の材料強度よりも大きくてもよい。さらに、内嵌部材３の材料強度と外嵌部材４の材料強度とが異なっていてもよい。いずれの場合も、上記の例と同様に、突出部３２２，４２２の間の間隙部分３２３，４２３に溶接部３３，４３が位置することによって連結構造１の曲げ耐力に与える影響が小さくなり、連結構造１が十分な引張力、圧縮力、およびせん断力を伝達して曲げ耐力を発揮することができる。

【0018】

その一方で、上記のように継手部材について強度を高める合金材料を使用せず、鋼板の板巻き加工によって元になる鋼管を製造し、また熱処理もしないことによって、継手部材の低コスト化が可能になる。また、継手部材である内嵌部材３および外嵌部材４が鋼管２１，２２と同等の強度の鋼材で形成されることによって、内嵌部材３および外嵌部材４と鋼管２１，２２とを接合する溶接部２３，２４に高強度の溶接材料を用いなくてもよく、また上述の通り内嵌部材３および外嵌部材４を形成する鋼材の炭素当量Ｃｅｑは０．４７％以下、好ましくはＣｅｑ≦０．４４％、より好ましくは０．４０％以下、さらに好ましくはＣｅｑ≦０．３８％と低いため溶接性が高く、溶接時の予熱および後熱も不要になることでさらに低コスト化が可能になる。また、一般的に材料の強度が低い場合は硬度も低くなるため、切削加工の負荷が小さくなる。

【0019】

図３は、図１の例において継手部材を構成する鋼管の寸法の例について説明するための図である。本実施形態で継手部材に使用されるベンドロール管の場合、鋼管５２の板厚ｄ（内嵌部材３および外嵌部材４の最大板厚）は鋼管２１，２２の板厚よりも厚く、例えば、一般的にスパイラル鋼管として製造される上限の３０ｍｍまたはそれ以上でありうる。また、鋼管５２の板厚ｄは、鋼管杭として内周面あるいは外周面への張り出し部分が大きくなって施工性を阻害しないように７０ｍｍまたはそれ以下でありうる。上述の通り、継手の材料強度が低くなることによって、従来の高強度材料を使用した継手と比較して相対的に肉厚になり、継手の剛性が上昇するため、嵌合部における局部的な変形が抑制され、十分な荷重伝達が可能となる。その結果、設計で想定していない継手部材の局部変形に伴う継手の離脱（ジャンプアウト）の発生を防止することができ、適切な構造性能を確保できる。一方、継手部材が過剰に肉厚になると、鋼管２１，２２の剛性に対して継手部材の剛性が極めて大きくなり、継手近傍に作用する荷重が急増する可能性が生じる。この急増した荷重は継手近傍に分布して作用するため、高剛性の継手部材のみならず、継手部材と連結している鋼管２１，２２への荷重も想定より大きくなり、継手近傍の鋼管２１，２２が局所的に破損するなど、鋼管全体の挙動が不安定化するリスクが高くなる。このリスクを勘案すると、継手部材の板厚は鋼管２１，２２の板厚の２倍程度に抑えることが好ましく、鋼管２１，２２の標準的な最大板厚が３０ｍｍであることと合わせて、通常想定されるベンドロール管から後加工工程で継手部材を形成する際に内周面や外周面から切削する総量を１０ｍｍ程度と考えれば、ベンドロール管の板厚は最大７０ｍｍ程度とすることが好ましい。また、継手部材に使用されるベンドロール管は、市中材として入手しやすい板厚として４０ｍｍ以上のものであってもよく、また鋼管杭としての施工性の維持および継手部材への切削量の低減のために板厚が６０ｍｍ以下のものであってもよい。このとき鋼管２１，２２の板厚は６ｍｍ以上３０ｍｍ以下、外径は４００ｍｍ以上１６００ｍｍ以下である。また、鋼管５２の溶接部５３（内嵌部材３および外嵌部材４の溶接部３３，４３）は例えばサブマージアークによって形成され、鋼管５２の周方向における溶融凝固部（溶接金属）の幅は径方向の全厚にわたり１ｍｍよりも大きくなる。

【0020】

上述のように本実施形態では継手部材に高価な合金材料を使用しない低強度材料を使用することによって材料コストが低く抑えられており、従って材料コストを抑制するために継手部材を薄肉化する必要はない。継手部材が薄肉化されていないことによって、例えば設計上想定されていない変形によって噛み合わせが悪化し、設計耐力が確保されない事態を回避することができる。継手の噛み合わせをより強固にする場合、継手部材の材料の強度を相対的に低くすることで材料コストを低く抑えたまま厚肉化が可能となる。さらに、継手部材が厚肉化されることで剛性が高くなるため、ベンドロール管を継手部材（内嵌部材３や外嵌部材４）に切削加工するときに残留応力や残留ひずみが解放されても変形を抑制でき、継手部材と鋼管（鋼管２１，２２）とを溶接するときの継手部材の変形を抑制することができる。加工や溶接時の変形が抑制されることで、熱矯正などの追加工程も不要となり、製品としての所定の寸法精度を満足しているかどうかの検査の効率化とそれに伴う検査コストの削減も図れる。仮に、変形が生じて熱矯正が必要になった場合でも、継手部材を構成する鋼材はＣｒやＭｏなどの合金材料の含有量が少ない、または強度向上を目的として直接的に使用していないため、入熱による割れに対する抵抗性も高い。

【0021】

ここで、溶接部３３，４３，５３の特定および鋼管５２の周方向における溶融凝固部の幅の測定方法について説明する。溶接部３３，４３，５３の特定は、継手部材の周方向断面から溶接部３３，４３，５３を含む部分で周方向に５０ｍｍ程度ずつの長さ（全長で１００ｍｍ程度）の試料を採取し、その断面を表面研磨して適切な方法で腐食させ、この研磨面を目視で観察し、溶融凝固部および熱影響部（溶接によって金属組織や機械特性が変化した、完全に溶融していない鋼管５２の母材部）からなる領域を特定する。その後、光学顕微鏡での観察により外面から内面まで板厚方向に１ｍｍ間隔で溶融凝固部の周方向の幅を測定する。ここで、代表的な腐食液としてナイタールが挙げられるが、鋼材の成分や種類に応じて適切な腐食液を選択すればよい。溶融凝固部は、腐食液によって母材部および熱影響部と異なる組織形態やコントラストを有する領域として視認できる。例えば、炭素鋼の溶融凝固部は、ナイタールで腐食した断面は、光学顕微鏡で白く観察される領域として特定できる。

【0022】

このようにして、本実施形態では、例えば鋼管２１，２２と同等の強度の材料で継手部材である内嵌部材３および外嵌部材４を形成することによって、構造性能を確保しつつ低コスト化を実現することができる。このような連結構造によって連結された複数の鋼管は、例えば建築および土木基礎用の鋼管杭や壁構造体、さらに仮設構造物として利用することができる。

【0023】

図４は、本発明の実施形態において適用可能な継手構造の例を示す断面図である。図示された例では、内嵌部材３のうち鋼管２１に接合される接合部３１の板厚が、鋼管２１の板厚よりも厚くなっている。内嵌部材３と鋼管２１との間の溶接部２３では鋼管２１の端面に外側から開先が形成され、内側にはリング状の裏当て金２３１が当接させられている。上記のように接合部３１の板厚は鋼管２１の板厚よりも厚く、接合部３１は鋼管２１よりも内側に張り出しているため、接合部３１の端面３１１に裏当て金２３１を当接させて位置決めすることは容易である。一方、外嵌部材４のうち鋼管２２に接合される接合部４１の板厚が、鋼管２２の板厚よりも厚くなっている。外嵌部材４と鋼管２２との間の溶接部２４では鋼管２２の端面が外側から開先加工され、内側にはリング状の裏当て金２４１が当接させられている。上記のように接合部４１の板厚は鋼管２２の板厚よりも厚く、接合部４１は鋼管２２よりも内側に張り出しているため、接合部４１の端面４１１に裏当て金２４１を当接させて位置決めすることは容易である。

【0024】

例えば、内嵌部材３や外嵌部材４の接合部３１，４１にテーパー部分を形成して鋼管２１，２２側の端部の板厚を鋼管２１，２２と同じにすることも可能であるが、切削などによってテーパー部分を形成するのには加工コストがかかる。上述のように継手部材について強度を高める合金材料を使用しない場合や、熱処理をしない場合には接合部３１，４１を含む継手部材の板厚が厚くなりテーパー部分を形成するための切削などの加工量も多くなる傾向がある。このような場合に、上記のようにテーパー部分を形成することなく接合部３１，４１の板厚が鋼管２１，２２の板厚よりも厚いままにすることで、加工コストを低減することは有用である。ただし、内嵌部材３や外嵌部材４の接合部３１，４１にテーパー部分を形成することを否定するものではない。また、内嵌部材３の内周面３４や外嵌部材４の外周面４４の全体を切削加工せず、黒皮のままにしてもよい。また、突出部３２２，４２２が形成されない、内嵌部材３の接合部３１の外周面３１２や、外嵌部材４の接合部４１の内周面４１２も切削加工せず、黒皮のままにしてもよい。

【0025】

ベンドロール管を継手形状に加工する際、内嵌部材３と外嵌部材４とが、軸方向（ｚ方向）および径方向（ｘ方向）において、互いに接触し得る突出部３２２，４２２および間隙部分３２３，４２３については切削加工で寸法精度を確保する必要があるが、それ以外の部分は黒皮のままにしておくことで加工コストを低減できる。図示された例のように鋼管２１，２２の端面を開先加工することで、鋼管２１，２２よりも板厚が大きい内嵌部材３および外嵌部材４の開先加工を不要にでき、継手製作にかかる加工量を最小化できる。

【0026】

なお、図示された例では鋼管２１，２２の端面が外側から開先加工されて内側から裏当て金２３１，２４１が当接させられるが、これとは逆に鋼管２１，２２の端面を内側から開先加工し、外側から裏当て金を当接させてもよい。また、図示された例では内嵌部材３のうち接合部３１の板厚が鋼管２１の板厚よりも厚く、かつ外嵌部材４のうち接合部４１の板厚が鋼管２２の板厚よりも厚くなっているが、これらの構成は個別に採用されてもよい。つまり、例えば内嵌部材３のうち接合部３１の板厚が鋼管２１の板厚よりも厚い一方で、外嵌部材４のうち接合部４１の板厚が鋼管２２の板厚以下であってもよい。また、内嵌部材３のうち接合部３１の板厚が鋼管２１の板厚以下である一方で、外嵌部材４のうち接合部４１の板厚が鋼管２２の板厚よりも厚くてもよい。また、図示された例では鋼管２１，２２の外周面と、内嵌部材３の接合部３１の外周面３１２と、外嵌部材４の外周面４４が略同一面上に位置しているが、各部材の外形は必ずしも同じでなくてもよい。従って、例えば、外嵌部材４の外周面４４が鋼管２１，２２の外周面または内嵌部材３の接合部３１の外周面３１２よりも外側に張り出していてもよい。

【符号の説明】

【0027】

１…連結構造、２１，２２…鋼管、２３，２４…溶接部、２３１，２４１…裏当て金、３…内嵌部材、４…外嵌部材、３１，４１…接合部、３１１，４１１…端面、３１２…外周面、４１２…内周面、３２，４２…嵌合部、３２１…縮径部、４２１…拡径部、３２２，４２２…突出部、３２３，４２３…間隙部分、３３，４３…溶接部、３４…内周面、４４…外周面、５１…鋼板、５２…鋼管、５３…溶接部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】