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特開2024-93735回転抑止キーのせん断耐力の評価方法、鋼管連結装置の製造方法、および鋼管連結装置
(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】P2024093735
(43)【公開日】2024-07-09
(54)【発明の名称】回転抑止キーのせん断耐力の評価方法、鋼管連結装置の製造方法、および鋼管連結装置
(51)【国際特許分類】
E02D 5/24 20060101AFI20240702BHJP
E02D 5/28 20060101ALI20240702BHJP
【ＦＩ】
E02D5/24 103
E02D5/28
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022210293
(22)【出願日】2022-12-27
(71)【出願人】
【識別番号】000001052
【氏名又は名称】株式会社クボタ
(74)【代理人】
【識別番号】110001818
【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ
(72)【発明者】
【氏名】永島 健
(72)【発明者】
【氏名】山本 浩之
(72)【発明者】
【氏名】可知 大暉
(72)【発明者】
【氏名】神 拓海
【テーマコード（参考）】
2D041
【Ｆターム（参考）】
2D041AA02
2D041BA19
2D041CB06
2D041DB02
2D041DB13
(57)【要約】 （修正有）
【課題】鋼管連結装置における回転抑止キーのせん断耐力を正確に評価することが可能な評価方法を提供する。
【解決手段】回転抑止キー２０の外側面において、回転抑止キー２０が装着される嵌合凹部１９におけるボックス継手１３とピン継手１４との境界線Ｂと重なる第一の仮想線Ｖ１と、第一の仮想線Ｖ１の両端と回転抑止キー２０を固定するボルトのための座ぐり付きボルト穴１９の座ぐり２２２の中心Ｃとを夫々結ぶ第二の仮想線Ｖ２および第三の仮想線Ｖ３とを仮定し、第一の仮想線Ｖ１の一端から第二の仮想線Ｖ２と座ぐり２２２の縁部との交点までの距離をｂ１とし、第一の仮想線Ｖ１の他端から第三の仮想線Ｖ３と座ぐり２２２の縁部との交点までの距離をｂ２としたとき、せん断耐力ＴＳを下記の式を用いて算出する。ｔ、σ１は夫々、回転抑止キー２０の厚さ、降伏応力であり、ｋは補正係数である。
【選択図】図２
【解決手段】回転抑止キー２０の外側面において、回転抑止キー２０が装着される嵌合凹部１９におけるボックス継手１３とピン継手１４との境界線Ｂと重なる第一の仮想線Ｖ１と、第一の仮想線Ｖ１の両端と回転抑止キー２０を固定するボルトのための座ぐり付きボルト穴１９の座ぐり２２２の中心Ｃとを夫々結ぶ第二の仮想線Ｖ２および第三の仮想線Ｖ３とを仮定し、第一の仮想線Ｖ１の一端から第二の仮想線Ｖ２と座ぐり２２２の縁部との交点までの距離をｂ１とし、第一の仮想線Ｖ１の他端から第三の仮想線Ｖ３と座ぐり２２２の縁部との交点までの距離をｂ２としたとき、せん断耐力ＴＳを下記の式を用いて算出する。ｔ、σ１は夫々、回転抑止キー２０の厚さ、降伏応力であり、ｋは補正係数である。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
同一の軸心を有するように連結可能なボックス継手およびピン継手と、
前記ボックス継手の外周面および前記ピン継手の外周面の双方に跨って設けられた嵌合凹部に装着され、前記ボックス継手と前記ピン継手との前記軸心周りの相対回転を抑止する回転抑止キーと、
前記回転抑止キーのうち前記ボックス継手側の領域と前記ピン継手側の領域とのいずれか一方に設けられた座ぐり付きのボルト取付穴を挿通して前記ボックス継手または前記ピン継手と螺合し、前記回転抑止キーを前記嵌合凹部内に固定するボルトと、を備える鋼管連結装置における前記回転抑止キーのせん断耐力を評価する評価方法であって、
前記回転抑止キーの外側面において、
前記嵌合凹部における前記ボックス継手と前記ピン継手との境界線と重なる第一の仮想線と、
前記第一の仮想線の一端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第二の仮想線と、
前記第一の仮想線の他端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第三の仮想線と、を仮定し、
前記第一の仮想線の前記一端から、前記第二の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ１とし、
前記第一の仮想線の前記他端から、前記第三の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ２としたとき、
前記回転抑止キーのせん断耐力ＴＳを、下記の式を用いて算出することを含む評価方法。
（ここで、ｔは前記回転抑止キーの厚さであり、σ１は前記回転抑止キーの降伏応力であり、ｋは所定の補正係数である。）
前記ボックス継手の外周面および前記ピン継手の外周面の双方に跨って設けられた嵌合凹部に装着され、前記ボックス継手と前記ピン継手との前記軸心周りの相対回転を抑止する回転抑止キーと、
前記回転抑止キーのうち前記ボックス継手側の領域と前記ピン継手側の領域とのいずれか一方に設けられた座ぐり付きのボルト取付穴を挿通して前記ボックス継手または前記ピン継手と螺合し、前記回転抑止キーを前記嵌合凹部内に固定するボルトと、を備える鋼管連結装置における前記回転抑止キーのせん断耐力を評価する評価方法であって、
前記回転抑止キーの外側面において、
前記嵌合凹部における前記ボックス継手と前記ピン継手との境界線と重なる第一の仮想線と、
前記第一の仮想線の一端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第二の仮想線と、
前記第一の仮想線の他端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第三の仮想線と、を仮定し、
前記第一の仮想線の前記一端から、前記第二の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ１とし、
前記第一の仮想線の前記他端から、前記第三の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ２としたとき、
前記回転抑止キーのせん断耐力ＴＳを、下記の式を用いて算出することを含む評価方法。
【数1】
【請求項2】
同一の軸心を有するように連結可能なボックス継手およびピン継手と、
前記ボックス継手の外周面および前記ピン継手の外周面の双方に跨って設けられた嵌合凹部に装着され、前記ボックス継手と前記ピン継手との前記軸心周りの相対回転を抑止する回転抑止キーと、
前記回転抑止キーのうち前記ボックス継手側の領域と前記ピン継手側の領域とのいずれか一方に設けられた座ぐり付きのボルト取付穴を挿通して前記ボックス継手または前記ピン継手と螺合し、前記回転抑止キーを前記嵌合凹部内に固定するボルトと、を備える鋼管連結装置の製造方法であって、
前記回転抑止キーの外側面において、
前記嵌合凹部における前記ボックス継手と前記ピン継手との境界線と重なる第一の仮想線と、
前記第一の仮想線の一端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第二の仮想線と、
前記第一の仮想線の他端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第三の仮想線と、を仮定し、
前記第一の仮想線の前記一端から、前記第二の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ１とし、
前記第一の仮想線の前記他端から、前記第三の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ２としたとき、
前記回転抑止キーのせん断耐力ＴＳを、下記の式を用いて算出することと、
（ここで、ｔは前記回転抑止キーの厚さであり、σ１は前記回転抑止キーの降伏応力であり、ｋは所定の補正係数である。）
前記せん断耐力ＴＳが所定の閾値以上となるように、ｂ１、ｂ２およびｔを設定することと、
設定されたｂ１、ｂ２およびｔに基づいて前記回転抑止キー、前記ボックス継手および前記ピン継手を製造することと、を含む製造方法。
前記ボックス継手の外周面および前記ピン継手の外周面の双方に跨って設けられた嵌合凹部に装着され、前記ボックス継手と前記ピン継手との前記軸心周りの相対回転を抑止する回転抑止キーと、
前記回転抑止キーのうち前記ボックス継手側の領域と前記ピン継手側の領域とのいずれか一方に設けられた座ぐり付きのボルト取付穴を挿通して前記ボックス継手または前記ピン継手と螺合し、前記回転抑止キーを前記嵌合凹部内に固定するボルトと、を備える鋼管連結装置の製造方法であって、
前記回転抑止キーの外側面において、
前記嵌合凹部における前記ボックス継手と前記ピン継手との境界線と重なる第一の仮想線と、
前記第一の仮想線の一端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第二の仮想線と、
前記第一の仮想線の他端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第三の仮想線と、を仮定し、
前記第一の仮想線の前記一端から、前記第二の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ１とし、
前記第一の仮想線の前記他端から、前記第三の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ２としたとき、
前記回転抑止キーのせん断耐力ＴＳを、下記の式を用いて算出することと、
【数2】
前記せん断耐力ＴＳが所定の閾値以上となるように、ｂ１、ｂ２およびｔを設定することと、
設定されたｂ１、ｂ２およびｔに基づいて前記回転抑止キー、前記ボックス継手および前記ピン継手を製造することと、を含む製造方法。
【請求項3】
前記回転抑止キーは、全体が前記ボックス継手側に位置するボックス継手側縁部と、全体が前記ピン継手側に位置するピン継手側縁部と、前記ボックス継手および前記ピン継手を跨る二つの支圧縁部と、を有する略矩形のものであり、
前記回転抑止キーは、前記ボックス継手側縁部および前記ピン継手側縁部が前記境界線に対して平行になり、且つ、二つの前記支圧縁部が前記軸心に対して平行になるように配置されており、
前記回転抑止キーの外側面において、前記軸心に対して平行になる第四の仮想線を仮定し、
前記第四の仮想線と前記ボックス継手側縁部との交点から、前記第四の仮想線と前記第一の仮想線との交点までの距離をＬ１とし、
前記第四の仮想線と前記ピン継手側縁部との交点から、前記第四の仮想線と前記第一の仮想線との交点までの距離をＬ２としたとき、
各前記支圧縁部のうち前記ボックス継手側に位置する第一の支圧部の支圧耐力ＴＢ１を、下記の式を用いて算出することと、
各前記支圧縁部のうち前記ピン継手側に位置する第二の支圧部の支圧耐力ＴＢ２を、下記の式を用いて算出することと、
前記支圧耐力ＴＢ１および前記支圧耐力ＴＢ２が所定の閾値以上となるように、Ｌ１、Ｌ２およびｔを設定することと、
前記せん断耐力ＴＳと、前記支圧耐力ＴＢ１および前記支圧耐力ＴＢ２のうち前記ボルト取付穴が設けられていない領域の支圧耐力に該当する方とが近づくように、Ｌ１およびＬ２の少なくとも一方を調整することと、を更に含み、
前記回転抑止キー、前記ボックス継手および前記ピン継手を製造するときに、調整されたＬ１およびＬ２の少なくとも一方を更に考慮する、請求項２に記載の製造方法。
前記回転抑止キーは、前記ボックス継手側縁部および前記ピン継手側縁部が前記境界線に対して平行になり、且つ、二つの前記支圧縁部が前記軸心に対して平行になるように配置されており、
前記回転抑止キーの外側面において、前記軸心に対して平行になる第四の仮想線を仮定し、
前記第四の仮想線と前記ボックス継手側縁部との交点から、前記第四の仮想線と前記第一の仮想線との交点までの距離をＬ１とし、
前記第四の仮想線と前記ピン継手側縁部との交点から、前記第四の仮想線と前記第一の仮想線との交点までの距離をＬ２としたとき、
各前記支圧縁部のうち前記ボックス継手側に位置する第一の支圧部の支圧耐力ＴＢ１を、下記の式を用いて算出することと、
【数3】
【数4】
前記せん断耐力ＴＳと、前記支圧耐力ＴＢ１および前記支圧耐力ＴＢ２のうち前記ボルト取付穴が設けられていない領域の支圧耐力に該当する方とが近づくように、Ｌ１およびＬ２の少なくとも一方を調整することと、を更に含み、
前記回転抑止キー、前記ボックス継手および前記ピン継手を製造するときに、調整されたＬ１およびＬ２の少なくとも一方を更に考慮する、請求項２に記載の製造方法。
【請求項4】
前記調整において、Ｌ１とＬ２との和が一定となるようにＬ１およびＬ２の両方を調整する、請求項３に記載の製造方法。
【請求項5】
前記調整において、Ｌ１とＬ２のいずれか一方のみを調整する、請求項３に記載の製造方法。
【請求項6】
前記ボルト取付穴は、前記回転抑止キーのうち前記ピン継手側の領域に設けられている、請求項２から５のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項7】
前記ボルト取付穴はｂ１＝ｂ２となる位置に設けられている、請求項２～５のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項8】
同一の軸心を有するように連結可能なボックス継手およびピン継手と、
前記ボックス継手の外周面および前記ピン継手の外周面の双方に跨って設けられた嵌合凹部に装着され、前記ボックス継手と前記ピン継手との前記軸心周りの相対回転を抑止する回転抑止キーと、
前記回転抑止キーのうち前記ボックス継手側の領域と前記ピン継手側の領域とのいずれか一方に設けられた座ぐり付きのボルト取付穴を挿通して前記ボックス継手または前記ピン継手と螺合し、前記回転抑止キーを前記嵌合凹部内に固定するボルトと、を備える鋼管連結装置であって、
前記回転抑止キーは、全体が前記ボックス継手側に位置するボックス継手側縁部と、全体が前記ピン継手側に位置するピン継手側縁部と、前記ボックス継手および前記ピン継手を跨る二つの支圧縁部と、を有する略矩形のものであり、
前記回転抑止キーは、前記ボックス継手側縁部および前記ピン継手側縁部が前記嵌合凹部における前記ボックス継手と前記ピン継手との境界線に対して平行になり、且つ、二つの前記支圧縁部が前記軸心に対して平行になるように配置されており、
前記回転抑止キーの外側面において、
前記境界線と重なる第一の仮想線と、
前記第一の仮想線の一端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第二の仮想線と、
前記第一の仮想線の他端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第三の仮想線と、
前記軸心に対して平行になる第四の仮想線と、を仮定し、
前記第一の仮想線の前記一端から、前記第二の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ１とし、
前記第一の仮想線の前記他端から、前記第三の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ２とし、
前記第四の仮想線と前記ボックス継手側縁部との交点から、前記第四の仮想線と前記第一の仮想線との交点までの距離をＬ１とし、
前記第四の仮想線と前記ピン継手側縁部との交点から、前記第四の仮想線と前記第一の仮想線との交点までの距離をＬ２としたとき、
前記回転抑止キーのせん断耐力ＴＳは下記の式で表され、
各前記支圧縁部のうち前記ボックス継手側に位置する第一の支圧部の支圧耐力ＴＢ１は、下記の式で表され、
そして、各前記支圧縁部のうち前記ピン継手側に位置する第二の支圧部の支圧耐力ＴＢ２は、下記の式で表され、
ここで、ｔは前記回転抑止キーの厚さであり、σ１は前記回転抑止キーの降伏応力であり、ｋは所定の補正係数であり、
前記せん断耐力ＴＳ、前記支圧耐力ＴＢ１および前記支圧耐力ＴＢ２が所定の閾値以上となり、且つ、
前記せん断耐力ＴＳと、前記支圧耐力ＴＢ１および前記支圧耐力ＴＢ２のうち前記ボルト取付穴が設けられていない領域の支圧耐力に該当する方とが実質的に等しくなるように、Ｌ１、Ｌ２、ｂ１、ｂ２およびｔが設定されている、鋼管連結装置。
前記ボックス継手の外周面および前記ピン継手の外周面の双方に跨って設けられた嵌合凹部に装着され、前記ボックス継手と前記ピン継手との前記軸心周りの相対回転を抑止する回転抑止キーと、
前記回転抑止キーのうち前記ボックス継手側の領域と前記ピン継手側の領域とのいずれか一方に設けられた座ぐり付きのボルト取付穴を挿通して前記ボックス継手または前記ピン継手と螺合し、前記回転抑止キーを前記嵌合凹部内に固定するボルトと、を備える鋼管連結装置であって、
前記回転抑止キーは、全体が前記ボックス継手側に位置するボックス継手側縁部と、全体が前記ピン継手側に位置するピン継手側縁部と、前記ボックス継手および前記ピン継手を跨る二つの支圧縁部と、を有する略矩形のものであり、
前記回転抑止キーは、前記ボックス継手側縁部および前記ピン継手側縁部が前記嵌合凹部における前記ボックス継手と前記ピン継手との境界線に対して平行になり、且つ、二つの前記支圧縁部が前記軸心に対して平行になるように配置されており、
前記回転抑止キーの外側面において、
前記境界線と重なる第一の仮想線と、
前記第一の仮想線の一端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第二の仮想線と、
前記第一の仮想線の他端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第三の仮想線と、
前記軸心に対して平行になる第四の仮想線と、を仮定し、
前記第一の仮想線の前記一端から、前記第二の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ１とし、
前記第一の仮想線の前記他端から、前記第三の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ２とし、
前記第四の仮想線と前記ボックス継手側縁部との交点から、前記第四の仮想線と前記第一の仮想線との交点までの距離をＬ１とし、
前記第四の仮想線と前記ピン継手側縁部との交点から、前記第四の仮想線と前記第一の仮想線との交点までの距離をＬ２としたとき、
前記回転抑止キーのせん断耐力ＴＳは下記の式で表され、
【数5】
【数6】
【数7】
前記せん断耐力ＴＳ、前記支圧耐力ＴＢ１および前記支圧耐力ＴＢ２が所定の閾値以上となり、且つ、
前記せん断耐力ＴＳと、前記支圧耐力ＴＢ１および前記支圧耐力ＴＢ２のうち前記ボルト取付穴が設けられていない領域の支圧耐力に該当する方とが実質的に等しくなるように、Ｌ１、Ｌ２、ｂ１、ｂ２およびｔが設定されている、鋼管連結装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼管杭を構成する鋼管同士の端部を相対回転不能に連結するための鋼管連結装置に関する。
【背景技術】
【0002】
上記鋼管連結装置としては、上側の鋼管に溶接されたボックス継手の外周面および下側の鋼管に溶接されたピン継手の外周面に跨って設けられた嵌合凹部に、回転抑止キーをボルトによって固定した構成のものが知られている（特許文献１）。特許文献１の鋼管連結装置によって連結された鋼管杭の沈設施工時に、上側の鋼管に与えられた回転トルクは、回転抑止キーによって相対回転が抑止されたボックス継手およびピン継手を介して下側の鋼管へ伝達される。
【0003】
上記鋼管連結装置の製造にあたり、回転抑止キーは、破損することなく回転トルクを伝達するためのせん断耐力を持つように形状パラメータ等が決められるのであるが、従来では、せん断耐力ＴＳを求める際に下記の式が使われていた。
ｂ：回転抑止キーの横方向の幅
ｔ：回転抑止キーの厚さ
σ１：回転抑止キーの降伏応力
【数1】
ｔ：回転抑止キーの厚さ
σ１：回転抑止キーの降伏応力
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９－６５５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、本願の発明者が回転抑止キーのせん断耐力について検証を行ったところ、上記式を用いて求められた数値と、実際の数値との間にある程度の差が存在することが分かった。この差の存在により、鋼管連結装置の製造時における回転抑止キーの形状パラメータ等に対する設定は十分に適切ではなく、改善の余地があった。
【0006】
そこで、本発明は、上述の課題を解決する、回転抑止キーのせん断耐力の評価方法、鋼管連結装置の製造方法および鋼管連結装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上述の目的を達成するための本発明に係る評価方法は、
同一の軸心を有するように連結可能なボックス継手およびピン継手と、
前記ボックス継手の外周面および前記ピン継手の外周面の双方に跨って設けられた嵌合凹部に装着され、前記ボックス継手と前記ピン継手との前記軸心周りの相対回転を抑止する回転抑止キーと、
前記回転抑止キーのうち前記ボックス継手側の領域と前記ピン継手側の領域とのいずれか一方に設けられた座ぐり付きのボルト取付穴を挿通して前記ボックス継手または前記ピン継手と螺合し、前記回転抑止キーを前記嵌合凹部内に固定するボルトと、を備える鋼管連結装置における前記回転抑止キーのせん断耐力を評価する評価方法であって、
前記回転抑止キーの外側面において、
前記嵌合凹部における前記ボックス継手と前記ピン継手との境界線と重なる第一の仮想線と、
前記第一の仮想線の一端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第二の仮想線と、
前記第一の仮想線の他端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第三の仮想線と、を仮定し、
前記第一の仮想線の前記一端から、前記第二の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ１とし、
前記第一の仮想線の前記他端から、前記第三の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ２としたとき、
前記回転抑止キーのせん断耐力ＴＳを、下記の式を用いて算出することを含むことを特徴とする。
（ここで、ｔは前記回転抑止キーの厚さであり、σ１は前記回転抑止キーの降伏応力であり、ｋは所定の補正係数である。）
同一の軸心を有するように連結可能なボックス継手およびピン継手と、
前記ボックス継手の外周面および前記ピン継手の外周面の双方に跨って設けられた嵌合凹部に装着され、前記ボックス継手と前記ピン継手との前記軸心周りの相対回転を抑止する回転抑止キーと、
前記回転抑止キーのうち前記ボックス継手側の領域と前記ピン継手側の領域とのいずれか一方に設けられた座ぐり付きのボルト取付穴を挿通して前記ボックス継手または前記ピン継手と螺合し、前記回転抑止キーを前記嵌合凹部内に固定するボルトと、を備える鋼管連結装置における前記回転抑止キーのせん断耐力を評価する評価方法であって、
前記回転抑止キーの外側面において、
前記嵌合凹部における前記ボックス継手と前記ピン継手との境界線と重なる第一の仮想線と、
前記第一の仮想線の一端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第二の仮想線と、
前記第一の仮想線の他端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第三の仮想線と、を仮定し、
前記第一の仮想線の前記一端から、前記第二の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ１とし、
前記第一の仮想線の前記他端から、前記第三の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ２としたとき、
前記回転抑止キーのせん断耐力ＴＳを、下記の式を用いて算出することを含むことを特徴とする。
【数2】
【0008】
回転抑止キーを介して回転トルクが伝達される際、回転抑止キーにはせん断応力が作用する。従来では、せん断応力は回転抑止キーの幅方向に沿って作用すると考えられていたが、回転抑止キーに座ぐり付きボルト取付穴が設けられている場合では、せん断応力は回転抑止キーの縁部のうちボックス継手とピン継手との境界線近傍の部位から、座ぐりに向かって作用するということを、本願の発明者は発見した。そこで、本願の発明者は、せん断応力の実際の向きを考慮したせん断耐力ＴＳの計算式を以上のように定義した。
【0009】
上記の式では、せん断応力が実際に作用する面の面積により近い面積を表す「（ｂ１＋ｂ２）×ｔ」を取り入れている。さらに、上記の式では、補正前の数値を実際の数値により近づかせるための補正係数ｋを取り入れている。したがって、上記の式によれば、回転抑止キーのせん断耐力ＴＳをより正確に評価することが可能になる。
【0010】
上述の目的を達成するための本発明に係る製造方法は、
同一の軸心を有するように連結可能なボックス継手およびピン継手と、
前記ボックス継手の外周面および前記ピン継手の外周面の双方に跨って設けられた嵌合凹部に装着され、前記ボックス継手と前記ピン継手との前記軸心周りの相対回転を抑止する回転抑止キーと、
前記回転抑止キーのうち前記ボックス継手側の領域と前記ピン継手側の領域とのいずれか一方に設けられた座ぐり付きのボルト取付穴を挿通して前記ボックス継手または前記ピン継手と螺合し、前記回転抑止キーを前記嵌合凹部内に固定するボルトと、を備える鋼管連結装置の製造方法であって、
前記回転抑止キーの外側面において、
前記嵌合凹部における前記ボックス継手と前記ピン継手との境界線と重なる第一の仮想線と、
前記第一の仮想線の一端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第二の仮想線と、
前記第一の仮想線の他端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第三の仮想線と、を仮定し、
前記第一の仮想線の前記一端から、前記第二の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ１とし、
前記第一の仮想線の前記他端から、前記第三の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ２としたとき、
前記回転抑止キーのせん断耐力ＴＳを、下記の式を用いて算出することと、
（ここで、ｔは前記回転抑止キーの厚さであり、σ１は前記回転抑止キーの降伏応力であり、ｋは所定の補正係数である。）
前記せん断耐力ＴＳが所定の閾値以上となるように、ｂ１、ｂ２およびｔを設定することと、
設定されたｂ１、ｂ２およびｔに基づいて前記回転抑止キー、前記ボックス継手および前記ピン継手を製造することと、を含むことを特徴とする。
同一の軸心を有するように連結可能なボックス継手およびピン継手と、
前記ボックス継手の外周面および前記ピン継手の外周面の双方に跨って設けられた嵌合凹部に装着され、前記ボックス継手と前記ピン継手との前記軸心周りの相対回転を抑止する回転抑止キーと、
前記回転抑止キーのうち前記ボックス継手側の領域と前記ピン継手側の領域とのいずれか一方に設けられた座ぐり付きのボルト取付穴を挿通して前記ボックス継手または前記ピン継手と螺合し、前記回転抑止キーを前記嵌合凹部内に固定するボルトと、を備える鋼管連結装置の製造方法であって、
前記回転抑止キーの外側面において、
前記嵌合凹部における前記ボックス継手と前記ピン継手との境界線と重なる第一の仮想線と、
前記第一の仮想線の一端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第二の仮想線と、
前記第一の仮想線の他端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第三の仮想線と、を仮定し、
前記第一の仮想線の前記一端から、前記第二の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ１とし、
前記第一の仮想線の前記他端から、前記第三の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ２としたとき、
前記回転抑止キーのせん断耐力ＴＳを、下記の式を用いて算出することと、
【数3】
前記せん断耐力ＴＳが所定の閾値以上となるように、ｂ１、ｂ２およびｔを設定することと、
設定されたｂ１、ｂ２およびｔに基づいて前記回転抑止キー、前記ボックス継手および前記ピン継手を製造することと、を含むことを特徴とする。
【0011】
評価方法について前述した通り、本発明におけるせん断耐力ＴＳの算出式は、せん断耐力ＴＳをより正確に評価できるものである。したがって、このせん断耐力ＴＳの算出式を用いた上記の製造方法によれば、所望のせん断耐力ＴＳを得るのに必要な回転抑止キーの形状パラメータ、すなわち、回転抑止キーの厚さｔと、回転抑止キーの縁部のうちボックス継手とピン継手との境界線近傍の部位から座ぐりまでの距離ｂ１、ｂ２とをより適切に設定することが可能になる。
【0012】
本発明に係る製造方法において、
前記回転抑止キーは、全体が前記ボックス継手側に位置するボックス継手側縁部と、全体が前記ピン継手側に位置するピン継手側縁部と、前記ボックス継手および前記ピン継手を跨る二つの支圧縁部と、を有する略矩形のものであり、
前記回転抑止キーは、前記ボックス継手側縁部および前記ピン継手側縁部が前記境界線に対して平行になり、且つ、二つの前記支圧縁部が前記軸心に対して平行になるように配置されており、
前記回転抑止キーの外側面において、前記軸心に対して平行になる第四の仮想線を仮定し、
前記第四の仮想線と前記ボックス継手側縁部との交点から、前記第四の仮想線と前記第一の仮想線との交点までの距離をＬ１とし、
前記第四の仮想線と前記ピン継手側縁部との交点から、前記第四の仮想線と前記第一の仮想線との交点までの距離をＬ２としたとき、
各前記支圧縁部のうち前記ボックス継手側に位置する第一の支圧部の支圧耐力ＴＢ１を、下記の式を用いて算出することと、
各前記支圧縁部のうち前記ピン継手側に位置する第二の支圧部の支圧耐力ＴＢ２を、下記の式を用いて算出することと、
前記支圧耐力ＴＢ１および前記支圧耐力ＴＢ２が所定の閾値以上となるように、Ｌ１、Ｌ２およびｔを設定することと、
前記せん断耐力ＴＳと、前記支圧耐力ＴＢ１および前記支圧耐力ＴＢ２のうち前記ボルト取付穴が設けられていない領域の支圧耐力に該当する方とが近づくように、Ｌ１およびＬ２の少なくとも一方を調整することと、を更に含み、
前記回転抑止キー、前記ボックス継手および前記ピン継手を製造するときに、調整されたＬ１およびＬ２の少なくとも一方を更に考慮すると好適である。
前記回転抑止キーは、全体が前記ボックス継手側に位置するボックス継手側縁部と、全体が前記ピン継手側に位置するピン継手側縁部と、前記ボックス継手および前記ピン継手を跨る二つの支圧縁部と、を有する略矩形のものであり、
前記回転抑止キーは、前記ボックス継手側縁部および前記ピン継手側縁部が前記境界線に対して平行になり、且つ、二つの前記支圧縁部が前記軸心に対して平行になるように配置されており、
前記回転抑止キーの外側面において、前記軸心に対して平行になる第四の仮想線を仮定し、
前記第四の仮想線と前記ボックス継手側縁部との交点から、前記第四の仮想線と前記第一の仮想線との交点までの距離をＬ１とし、
前記第四の仮想線と前記ピン継手側縁部との交点から、前記第四の仮想線と前記第一の仮想線との交点までの距離をＬ２としたとき、
各前記支圧縁部のうち前記ボックス継手側に位置する第一の支圧部の支圧耐力ＴＢ１を、下記の式を用いて算出することと、
【数4】
【数5】
前記せん断耐力ＴＳと、前記支圧耐力ＴＢ１および前記支圧耐力ＴＢ２のうち前記ボルト取付穴が設けられていない領域の支圧耐力に該当する方とが近づくように、Ｌ１およびＬ２の少なくとも一方を調整することと、を更に含み、
前記回転抑止キー、前記ボックス継手および前記ピン継手を製造するときに、調整されたＬ１およびＬ２の少なくとも一方を更に考慮すると好適である。
【0013】
回転抑止キーを介して回転トルクが伝達される際、回転抑止キーにはせん断応力のみならず支圧応力も作用する。これらの応力に対する回転抑止キーの総合耐力は、せん断応力に対するせん断耐力ＴＳと、支圧応力に対する支圧耐力ＴＢ１、ＴＢ２のうちの最小値に応じて決まる。そこで、回転抑止キーのｂ１、ｂ２、Ｌ１、Ｌ２およびｔは、せん断耐力ＴＳ、支圧耐力ＴＢ１および支圧耐力ＴＢ２のうちの最小値が、所望の総合耐力を得るための所定の閾値以上となるように設定されるのであるが、設定されたＬ１、Ｌ２の数値によっては、せん断耐力ＴＳと、ボルト取付穴が設けられていない領域の支圧耐力（支圧耐力ＴＢ１および支圧耐力ＴＢ２のいずれか一方）とが一致しないことがある。
【0014】
ここで、回転抑止キーのうちピン継手側の領域にボルト取付穴が設けられており、せん断耐力ＴＳ、支圧耐力ＴＢ１および支圧耐力ＴＢ２のうちせん断耐力ＴＳが最小値となっている場合を例に、Ｌ１、Ｌ２に対する調整を説明する。
【0015】
一例として、せん断耐力ＴＳが上昇して支圧耐力ＴＢ１が低下するように、Ｌ２を大きくしてＬ１を小さくし、または、支圧耐力ＴＢ１が一定であってせん断耐力ＴＳが上昇するように、Ｌ１を変えずにＬ２を大きくすることができる。この場合、せん断耐力ＴＳ、支圧耐力ＴＢ１および支圧耐力ＴＢ２のうちの最小値であるせん断耐力ＴＳが上昇することで、回転抑止キーの総合耐力は上昇することになる。すなわち、上記製造方法によれば、より高い総合耐力を有する回転抑止キーが得られる。
【0016】
別の例として、せん断耐力ＴＳが一定であって支圧耐力ＴＢ１が低下するように、Ｌ２を変えずにＬ１を小さくすることができる。この場合、せん断耐力ＴＳ、支圧耐力ＴＢ１および支圧耐力ＴＢ２のうちの最小値であるせん断耐力ＴＳが維持されたまま、回転抑止キーの高さ寸法が小さくなる。すなわち、上記製造方法によれば、総合耐力が維持されたまま小型化した回転抑止キーを得ることもできる。
【0017】
本発明に係る製造方法において、前記調整では、Ｌ１とＬ２との和が一定となるようにＬ１およびＬ２の両方を調整すると好適である。
【0018】
上記構成の製造方法によれば、高さ寸法が維持されたまま、より高い総合耐力を有する回転抑止キーを得ることができる。
【0019】
本発明に係る製造方法において、前記調整では、Ｌ１とＬ２のいずれか一方のみを調整すると好適である。
【0020】
上記構成によれば、Ｌ１とＬ２のいずれか一方のみを調整すれば済むのでＬ１とＬ２に対する設定が簡素化される。
【0021】
本発明に係る製造方法において、前記ボルト取付穴は、前記回転抑止キーのうち前記ピン継手側の領域に設けられると好適である。
【0022】
この構成の場合では、Ｌ１を小さくなるように調整すると、ボックス継手における、回転抑止キーが装着される嵌合凹部は、ボックス継手の内周面に設けられている、ボックス継手とピン継手とを抜け止め状態にするための荷重伝達キーが装着される溝部から離間して配置されることになるので、嵌合凹部と溝部との間の部位の強度が上昇して断面欠損が生じにくくなる。
【0023】
本発明に係る製造方法において、前記ボルト取付穴はｂ１＝ｂ２となる位置に設けられると好適である。
【0024】
上記構成によれば、回転抑止キーのうちボルト取付穴の左右両側に位置する部位のせん断耐力が均等になるので好適である。
【0025】
上述の目的を達成するための本発明に係る鋼管連結装置は、
同一の軸心を有するように連結可能なボックス継手およびピン継手と、
前記ボックス継手の外周面および前記ピン継手の外周面の双方に跨って設けられた嵌合凹部に装着され、前記ボックス継手と前記ピン継手との前記軸心周りの相対回転を抑止する回転抑止キーと、
前記回転抑止キーのうち前記ボックス継手側の領域と前記ピン継手側の領域とのいずれか一方に設けられた座ぐり付きのボルト取付穴を挿通して前記ボックス継手または前記ピン継手と螺合し、前記回転抑止キーを前記嵌合凹部内に固定するボルトと、を備え、
前記回転抑止キーは、全体が前記ボックス継手側に位置するボックス継手側縁部と、全体が前記ピン継手側に位置するピン継手側縁部と、前記ボックス継手および前記ピン継手を跨る二つの支圧縁部と、を有する略矩形のものであり、
前記回転抑止キーは、前記ボックス継手側縁部および前記ピン継手側縁部が前記嵌合凹部における前記ボックス継手と前記ピン継手との境界線に対して平行になり、且つ、二つの前記支圧縁部が前記軸心に対して平行になるように配置されており、
前記回転抑止キーの外側面において、
前記境界線と重なる第一の仮想線と、
前記第一の仮想線の一端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第二の仮想線と、
前記第一の仮想線の他端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第三の仮想線と、
前記軸心に対して平行になる第四の仮想線と、を仮定し、
前記第一の仮想線の前記一端から、前記第二の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ１とし、
前記第一の仮想線の前記他端から、前記第三の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ２とし、
前記第四の仮想線と前記ボックス継手側縁部との交点から、前記第四の仮想線と前記第一の仮想線との交点までの距離をＬ１とし、
前記第四の仮想線と前記ピン継手側縁部との交点から、前記第四の仮想線と前記第一の仮想線との交点までの距離をＬ２としたとき、
前記回転抑止キーのせん断耐力ＴＳは下記の式で表され、
各前記支圧縁部のうち前記ボックス継手側に位置する第一の支圧部の支圧耐力ＴＢ１は、下記の式で表され、
そして、各前記支圧縁部のうち前記ピン継手側に位置する第二の支圧部の支圧耐力ＴＢ２は、下記の式で表され、
ここで、ｔは前記回転抑止キーの厚さであり、σ１は前記回転抑止キーの降伏応力であり、ｋは所定の補正係数であり、
前記せん断耐力ＴＳ、前記支圧耐力ＴＢ１および前記支圧耐力ＴＢ２が所定の閾値以上となり、且つ、
前記せん断耐力ＴＳと、前記支圧耐力ＴＢ１および前記支圧耐力ＴＢ２のうち前記ボルト取付穴が設けられていない領域の支圧耐力に該当する方とが実質的に等しくなるように、Ｌ１、Ｌ２、ｂ１、ｂ２およびｔが設定されている、ことを特徴とする。
同一の軸心を有するように連結可能なボックス継手およびピン継手と、
前記ボックス継手の外周面および前記ピン継手の外周面の双方に跨って設けられた嵌合凹部に装着され、前記ボックス継手と前記ピン継手との前記軸心周りの相対回転を抑止する回転抑止キーと、
前記回転抑止キーのうち前記ボックス継手側の領域と前記ピン継手側の領域とのいずれか一方に設けられた座ぐり付きのボルト取付穴を挿通して前記ボックス継手または前記ピン継手と螺合し、前記回転抑止キーを前記嵌合凹部内に固定するボルトと、を備え、
前記回転抑止キーは、全体が前記ボックス継手側に位置するボックス継手側縁部と、全体が前記ピン継手側に位置するピン継手側縁部と、前記ボックス継手および前記ピン継手を跨る二つの支圧縁部と、を有する略矩形のものであり、
前記回転抑止キーは、前記ボックス継手側縁部および前記ピン継手側縁部が前記嵌合凹部における前記ボックス継手と前記ピン継手との境界線に対して平行になり、且つ、二つの前記支圧縁部が前記軸心に対して平行になるように配置されており、
前記回転抑止キーの外側面において、
前記境界線と重なる第一の仮想線と、
前記第一の仮想線の一端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第二の仮想線と、
前記第一の仮想線の他端と、前記座ぐりの中心とを結ぶ第三の仮想線と、
前記軸心に対して平行になる第四の仮想線と、を仮定し、
前記第一の仮想線の前記一端から、前記第二の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ１とし、
前記第一の仮想線の前記他端から、前記第三の仮想線と前記座ぐりの縁部との交点までの距離をｂ２とし、
前記第四の仮想線と前記ボックス継手側縁部との交点から、前記第四の仮想線と前記第一の仮想線との交点までの距離をＬ１とし、
前記第四の仮想線と前記ピン継手側縁部との交点から、前記第四の仮想線と前記第一の仮想線との交点までの距離をＬ２としたとき、
前記回転抑止キーのせん断耐力ＴＳは下記の式で表され、
【数6】
【数7】
【数8】
前記せん断耐力ＴＳ、前記支圧耐力ＴＢ１および前記支圧耐力ＴＢ２が所定の閾値以上となり、且つ、
前記せん断耐力ＴＳと、前記支圧耐力ＴＢ１および前記支圧耐力ＴＢ２のうち前記ボルト取付穴が設けられていない領域の支圧耐力に該当する方とが実質的に等しくなるように、Ｌ１、Ｌ２、ｂ１、ｂ２およびｔが設定されている、ことを特徴とする。
【0026】
上記構成によれば、より高い総合耐力を有する回転抑止キーを備えた鋼管連結装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明に係る鋼管連結装置を備えた鋼管杭を示す部分断面図である。
【図2】回転抑止キーの正面図である。
【図3】回転抑止キーのひずみ分布を模式的に示す図である。
【図4】回転抑止キーの掛かり長さと、回転抑止キーの耐力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明の鋼管連結装置およびこれに係る評価方法と製造方法の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
【0029】
〔鋼管連結装置〕
図１には、上下方向に隣り合わされた鋼管１１の互いに対向する端部を鋼管連結装置１２によって連結して構成した鋼管杭１０が示されている。鋼管連結装置１２に、上側の鋼管１１Ａの下端に溶接された雌型のボックス継手１３と、下側の鋼管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。上側の鋼管１１Ａおよび下側の鋼管１１Ｂは、ボックス継手１３およびピン継手１４を介して同一の軸心Ｘを有するように連結可能である。具体的には、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の内周面に形成された内向き溝部１３１に内蔵されている荷重伝達キー１５を、セットボルト１６に対する操作により、内向き溝部１３１に対向するようにピン継手１４の外周面に形成された外向き溝部１４１に跨る位置に押出すことで、上側の鋼管１１Ａおよび下側の鋼管１１Ｂは抜け止め状態に固定される。
図１には、上下方向に隣り合わされた鋼管１１の互いに対向する端部を鋼管連結装置１２によって連結して構成した鋼管杭１０が示されている。鋼管連結装置１２に、上側の鋼管１１Ａの下端に溶接された雌型のボックス継手１３と、下側の鋼管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。上側の鋼管１１Ａおよび下側の鋼管１１Ｂは、ボックス継手１３およびピン継手１４を介して同一の軸心Ｘを有するように連結可能である。具体的には、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の内周面に形成された内向き溝部１３１に内蔵されている荷重伝達キー１５を、セットボルト１６に対する操作により、内向き溝部１３１に対向するようにピン継手１４の外周面に形成された外向き溝部１４１に跨る位置に押出すことで、上側の鋼管１１Ａおよび下側の鋼管１１Ｂは抜け止め状態に固定される。
【0030】
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とによって正面視および断面視略矩形状の嵌合凹部１９が構成される。
【0031】
上側の鋼管１１Ａおよび下側の鋼管１１Ｂは、嵌合凹部１９に回転抑止キー２０を装着することによって、軸心Ｘ周りに相対的に回転することが抑止される。回転抑止キー２０は、全体がボックス継手１３側に位置するボックス継手側縁部２０１と、全体がピン継手１４側に位置するピン継手側縁部２０２と、ボックス継手１３およびピン継手１４を跨る二つの支圧縁部２０３とを有する、正面視および断面視略矩形状に構成されている。本実施形態において、回転抑止キー２０は、ボックス継手側縁部２０１およびピン継手側縁部２０２が嵌合凹部１９におけるボックス継手１３とピン継手１４との境界線Ｂに対して平行になり、且つ、二つの支圧縁部２０３が軸心Ｘに対して平行になるように配置されている。
【0032】
回転抑止キー２０は、嵌合凹部１９内にボルト２１によって固定される。回転抑止キー２０には、ボルト２１の軸部２１１が挿通される貫通穴２２１と、ボルト２１の頭部２１２が収容される座ぐり２２２とを有するボルト取付穴２２が穿設されている。本実施形態において、ボルト取付穴２２は、回転抑止キー２０をピン継手１４に対して固定できるように、回転抑止キー２０のうちピン継手１４側の領域に穿設されている。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１４２に螺合される。
【0033】
〔回転抑止キーの耐力の評価〕
上記構成の鋼管杭１０において、上側の鋼管１１Ａに回転トルクが与えられた場合では、ボックス継手１３の下向切欠部１７と、回転抑止キー２０の一方（図２の例では右の方）の支圧縁部２０３のうちボックス継手１３側に位置する第一の支圧部２０３Ａとが当接することにより、上側の鋼管１１Ａからボックス継手１３を介して回転抑止キー２０へ回転トルクが伝達され、そして、回転抑止キー２０の他方（図２の例では左の方）の支圧縁部２０３のうちピン継手１４側に位置する第二の支圧部２０３Ｂと、ピン継手１４の上向切欠部１８とが当接することにより、回転抑止キー２０からピン継手１４を介して下側の鋼管１１Ｂへ回転トルクが伝達される。
上記構成の鋼管杭１０において、上側の鋼管１１Ａに回転トルクが与えられた場合では、ボックス継手１３の下向切欠部１７と、回転抑止キー２０の一方（図２の例では右の方）の支圧縁部２０３のうちボックス継手１３側に位置する第一の支圧部２０３Ａとが当接することにより、上側の鋼管１１Ａからボックス継手１３を介して回転抑止キー２０へ回転トルクが伝達され、そして、回転抑止キー２０の他方（図２の例では左の方）の支圧縁部２０３のうちピン継手１４側に位置する第二の支圧部２０３Ｂと、ピン継手１４の上向切欠部１８とが当接することにより、回転抑止キー２０からピン継手１４を介して下側の鋼管１１Ｂへ回転トルクが伝達される。
【0034】
上記のように回転抑止キー２０を介して回転トルクが伝達される際、回転抑止キー２０に対して圧縮荷重およびせん断荷重がかかることにより、回転抑止キー２０にはせん断応力および支圧応力が作用するのであるが、これらの応力に対する回転抑止キー２０の総合耐力Ｔａは、一例として下記の式（１）によって表すことができる。
ここで、ＴＳはせん断耐力であり、ＴＢ１は第一の支圧部２０３Ａの支圧耐力であり、ＴＢ２は第二の支圧部２０３Ｂの支圧耐力である。Ｄは鋼管１１の直径である。Ｎは回転抑止キー２０の個数である。γｅｘは施工時割増係数であり、例えば１．５とすることができる。γｓは安全率であり、例えば１．７とすることができる。
【数9】
【0035】
以下、支圧耐力ＴＢ１、支圧耐力ＴＢ２およびせん断耐力ＴＳの求め方について説明する。
【0036】
〈せん断耐力ＴＳ〉
前述したように回転抑止キー２０を介して回転トルクが伝達される際に、回転抑止キー２０にはせん断応力が作用するのであるが、このせん断応力に対する回転抑止キー２０のせん断耐力の大きさは、主にせん断応力が作用する面の面積と、回転抑止キー２０の降伏強度とに応じて決まることが知られている。そこで、従来では、せん断応力は回転抑止キー２０のうち境界線Ｂに対して平行であり且つ同一の高さにある面に沿って作用すると仮定して、回転抑止キー２０のせん断耐力ＴＳを求めるための式を、下記のように定義していた。
ｂ：回転抑止キー２０の幅
ｔ：回転抑止キー２０の厚さ
σ１：回転抑止キーの降伏応力
前述したように回転抑止キー２０を介して回転トルクが伝達される際に、回転抑止キー２０にはせん断応力が作用するのであるが、このせん断応力に対する回転抑止キー２０のせん断耐力の大きさは、主にせん断応力が作用する面の面積と、回転抑止キー２０の降伏強度とに応じて決まることが知られている。そこで、従来では、せん断応力は回転抑止キー２０のうち境界線Ｂに対して平行であり且つ同一の高さにある面に沿って作用すると仮定して、回転抑止キー２０のせん断耐力ＴＳを求めるための式を、下記のように定義していた。
【数10】
ｔ：回転抑止キー２０の厚さ
σ１：回転抑止キーの降伏応力
【0037】
ところで、本願の発明者が、デジタル画像相関法により、回転抑止キー２０に回転トルクがかかった際のひずみ分布を分析したところ、図３に示されるようなひずみ分布となった。図３に示すように、支圧縁部２０３のうち境界線Ｂの近傍の部位から、ボルト取付穴２２の座ぐり２２２にかけて、ひずみが比較的大きく発生していた。このことから、せん断応力は、支圧縁部２０３のうち境界線Ｂの近傍の部位から座ぐり２２２に向かって作用していたことが分かる。このように、せん断応力が実際に作用する面の面積と、従来の式において採用している面積とは乖離があるので、従来の式によって求められたせん断耐力ＴＳは、実際の数値とある程度の差があると考えられる。
【0038】
そこで、本願の発明者は、せん断応力の実際の向きを考慮したせん断耐力ＴＳの計算式を以下のように新たに定義することに至った。
すなわち、図２に示すように、
回転抑止キー２０の外側面において、嵌合凹部１９におけるボックス継手１３とピン継手１４との境界線Ｂと重なる第一の仮想線Ｖ１と、
第一の仮想線Ｖ１の一端と、座ぐり２２２の中心Ｃとを結ぶ第二の仮想線Ｖ２と、
第一の仮想線Ｖ１の他端と、座ぐり２２２の中心Ｃとを結ぶ第三の仮想線Ｖ３と、を仮定し、
第一の仮想線Ｖ１の一端から、第二の仮想線Ｖ２と座ぐり２２２の縁部との交点までの距離をｂ１とし、
第一の仮想線Ｖ１の他端から、第三の仮想線Ｖ３と座ぐり２２２の縁部との交点までの距離をｂ２としたとき、
回転抑止キー２０のせん断耐力ＴＳを、下記の式（２）を用いて算出する。
すなわち、図２に示すように、
回転抑止キー２０の外側面において、嵌合凹部１９におけるボックス継手１３とピン継手１４との境界線Ｂと重なる第一の仮想線Ｖ１と、
第一の仮想線Ｖ１の一端と、座ぐり２２２の中心Ｃとを結ぶ第二の仮想線Ｖ２と、
第一の仮想線Ｖ１の他端と、座ぐり２２２の中心Ｃとを結ぶ第三の仮想線Ｖ３と、を仮定し、
第一の仮想線Ｖ１の一端から、第二の仮想線Ｖ２と座ぐり２２２の縁部との交点までの距離をｂ１とし、
第一の仮想線Ｖ１の他端から、第三の仮想線Ｖ３と座ぐり２２２の縁部との交点までの距離をｂ２としたとき、
回転抑止キー２０のせん断耐力ＴＳを、下記の式（２）を用いて算出する。
【数11】
【0039】
上記の式（２）では、従来の式における「ｂ×ｔ」の代わりに、図３に示すようにせん断応力が実際に作用する面の面積により近い面積を表す「（ｂ１＋ｂ２）×ｔ」を取り入れている。そして、上記の式（２）では、補正前の数値を実際の数値により近づかせるための補正係数ｋを取り入れている。補正係数ｋは、補正前の数値と実験等で得られた数値との相関関係に基づいて設定される。本実施形態ではｋを０．９とするがこの限りではない。
【0040】
表１は、検証のために、前述した構造を有する鋼管連結装置１２の複数のサンプルに関し、従来の式、上記の式（２）および実験によって求めたせん断耐力ＴＳの比較表である。なお、これらのサンプルにおいて、回転抑止キー２０のボルト取付穴２２はｂ１＝ｂ２となる位置に設けられている。そして、回転抑止キー２０のｔはいずれも１３ｍｍであり、σ１はいずれも９８０Ｎ／ｍｍ２であった。
【表1】
【0041】
表１において、実験値は、ｓ.ｆ.法を用いて求めたものである。具体的には、荷重変位曲線において初期勾配の１／３になったときを降伏荷重とする。
【0042】
表１から分かるように、いずれのサンプルにおいても、本発明の式（２）を用いて求めた数値は、従来の式を用いて求めた数値よりも実験値に近いものであった。すなわち、本発明の式（２）によれば、前述した構造を有する鋼管連結装置１２に使用される回転抑止キー２０のせん断耐力ＴＳをより正確に評価することが可能になる。
【0043】
〈支圧耐力ＴＢ１、支圧耐力ＴＢ２〉
上述したように回転抑止キー２０の各支圧縁部２０３には支圧応力が作用するのであるが、この支圧応力に対する第一の支圧部２０３Ａの支圧耐力ＴＢ１および第二の支圧部２０３Ｂの支圧耐力ＴＢ２の大きさは、主に支圧応力が作用する面の面積と、回転抑止キー２０の降伏強度とに応じて決まる。そこで、本発明においては、支圧耐力ＴＢ１、支圧耐力ＴＢ２を以下のように定義する。
すなわち、図２に示すように、
回転抑止キー２０の外側面において、軸心にＸ対して平行になる第四の仮想線Ｖ４を仮定し、
第四の仮想線Ｖ４とボックス継手側縁部２０１との交点から、第四の仮想線Ｖ４と第一の仮想線Ｖ１との交点までの距離（ボックス継手１３に対する回転抑止キー２０の掛かり長さと略同一）をＬ１とし、
第四の仮想線Ｖ４とピン継手側縁部２０２との交点から、第四の仮想線Ｖ４と第一の仮想線Ｖ１との交点までの距離（ピン継手１４に対する回転抑止キー２０の掛かり長さと略同一）をＬ２としたとき、
各支圧縁部２０３のうちボックス継手１３側に位置する第一の支圧部２０３Ａの支圧耐力ＴＢ１を、下記の式（３）を用いて算出し、そして、各支圧縁部２０３のうちピン継手１４側に位置する第二の支圧部２０３Ｂの支圧耐力ＴＢ２を、下記の式（４）を用いて算出する。
上述したように回転抑止キー２０の各支圧縁部２０３には支圧応力が作用するのであるが、この支圧応力に対する第一の支圧部２０３Ａの支圧耐力ＴＢ１および第二の支圧部２０３Ｂの支圧耐力ＴＢ２の大きさは、主に支圧応力が作用する面の面積と、回転抑止キー２０の降伏強度とに応じて決まる。そこで、本発明においては、支圧耐力ＴＢ１、支圧耐力ＴＢ２を以下のように定義する。
すなわち、図２に示すように、
回転抑止キー２０の外側面において、軸心にＸ対して平行になる第四の仮想線Ｖ４を仮定し、
第四の仮想線Ｖ４とボックス継手側縁部２０１との交点から、第四の仮想線Ｖ４と第一の仮想線Ｖ１との交点までの距離（ボックス継手１３に対する回転抑止キー２０の掛かり長さと略同一）をＬ１とし、
第四の仮想線Ｖ４とピン継手側縁部２０２との交点から、第四の仮想線Ｖ４と第一の仮想線Ｖ１との交点までの距離（ピン継手１４に対する回転抑止キー２０の掛かり長さと略同一）をＬ２としたとき、
各支圧縁部２０３のうちボックス継手１３側に位置する第一の支圧部２０３Ａの支圧耐力ＴＢ１を、下記の式（３）を用いて算出し、そして、各支圧縁部２０３のうちピン継手１４側に位置する第二の支圧部２０３Ｂの支圧耐力ＴＢ２を、下記の式（４）を用いて算出する。
【数12】
【数13】
【0044】
〔鋼管連結装置の製造方法〕
鋼管連結装置の製造にあたっては、回転抑止キー２０が破壊することなく回転トルクを伝達できるように、回転抑止キー２０の総合耐力Ｔａを想定される回転トルク以上とする必要がある。
鋼管連結装置の製造にあたっては、回転抑止キー２０が破壊することなく回転トルクを伝達できるように、回転抑止キー２０の総合耐力Ｔａを想定される回転トルク以上とする必要がある。
【0045】
総合耐力Ｔａを求めるための上記式（１）において、「ｍｉｎ（ＴＳ、ＴＢ１、ＴＢ２）」は、所望の総合耐力Ｔａ、直径Ｄ、個数Ｎ、割増係数γｅｘおよび安全率γｓに応じて閾値が決まり、すなわち、せん断耐力ＴＳ、支圧耐力ＴＢ１および支圧耐力ＴＢ２のうちの最小値を閾値以上とすることで、所望の総合耐力Ｔａを得ることができる。なお、せん断耐力ＴＳ、支圧耐力ＴＢ１および支圧耐力ＴＢ２のうちの最小値を閾値以上とするということは、せん断耐力ＴＳ、支圧耐力ＴＢ１および支圧耐力ＴＢ２のいずれも閾値以上とすることを意味する。
【0046】
そこで、本発明に係る製造方法においては、上記式（２）、（３）および（４）を用いて回転抑止キー２０のせん断耐力ＴＳ、支圧耐力ＴＢ１および支圧耐力ＴＢ２を算出し、その際、せん断耐力ＴＳ、支圧耐力ＴＢ１および支圧耐力ＴＢ２が、所望の総合耐力Ｔａ等に応じて決められた閾値以上となるように、回転抑止キー２０のｂ１、ｂ２、Ｌ１、Ｌ２およびｔを設定する。そして、設定されたｂ１、ｂ２、Ｌ１、Ｌ２およびｔに基づいて回転抑止キー２０、ボックス継手１３およびピン継手１４を製造する。
【0047】
更に、本発明に係る製造方法においては、設定された回転抑止キー２０のＬ１およびＬ２を以下説明のように調整してもよい。
【0048】
図４は、回転抑止キー２０におけるボルト取付穴２２の設置位置が一定である場合の、掛かり長さＬ１に応じた支圧耐力ＴＢ１の変化と、掛かり長さＬ２に応じたせん断耐力ＴＳおよび支圧耐力ＴＢ２の変化とを例示するグラフである。図４の例では、せん断耐力ＴＳおよび支圧耐力ＴＢ２のいずれもＬ２の増加に伴って上昇し、且つ、Ｌ２が１５ｍｍ～３５ｍｍの間にあるとき、せん断耐力ＴＳは支圧耐力ＴＢ２よりも低くなっている。一方、支圧耐力ＴＢ１はＬ１の増加に伴って上昇し、且つ、Ｌ１が１７．５ｍｍのときの支圧耐力ＴＢ１は、Ｌ２が３２．５ｍｍのときのせん断耐力ＴＳと等しくなり、Ｌ１が２５ｍｍのときの支圧耐力ＴＢ１は、Ｌ２が２５ｍｍのときの支圧耐力ＴＢ２と等しくなる。
【0049】
図４に示すように、設定されたＬ１、Ｌ２の数値によっては、せん断耐力ＴＳと、ボルト取付穴２２が設けられていない領域（本実施形態ではボックス継手１３側の領域）の支圧耐力ＴＢ１とが一致しない場合がある。このような場合には、両者が近づくように、Ｌ１およびＬ２の少なくとも一方を調整する。
【0050】
ここで、Ｌ１およびＬ２がいずれも２５ｍｍに設定され（すなわち、高さ５０ｍｍの回転抑止キー２０が境界線Ｂに対して上下対称に配置され）、せん断耐力ＴＳよりも支圧耐力ＴＢ１および支圧耐力ＴＢ２が大きくなっている場合を例に、調整の手法の幾つの例を説明する。但し、Ｌ１およびＬ２が他の寸法に設定された場合であっても以下の手法を適用可能であることは言うまでもない。
【0051】
一つの手法は、せん断耐力ＴＳが上昇するようにＬ２を２５ｍｍよりも大きくし且つ支圧耐力ＴＢ１が低下するようにＬ１を２５ｍｍよりも小さくする。このように調整することにより、せん断耐力ＴＳ、支圧耐力ＴＢ１および支圧耐力ＴＢ２のうち最小値であったせん断耐力ＴＳが上昇するので、「ｍｉｎ（ＴＳ、ＴＢ１、ＴＢ２）」に応じて決まる回転抑止キー２０の総合耐力Ｔａも上昇することになる。
【0052】
この手法では、Ｌ１とＬ２との和が一定となるように、すなわち、Ｌ２を大きくする分だけ、Ｌ１を小さくするように調整してもよい。この場合、調整後の回転抑止キー２０は、高さ寸法を維持したまま、ピン継手１４側寄りの配置（境界線Ｂに対して上下非対称な配置）になる。これにより、回転抑止キー２０の総合耐力Ｔａが上昇するだけでなく、ボックス継手１３における、回転抑止キー２０を装着するための下向切欠部１７と、荷重伝達キー１５を装着するための内向き溝部１３１との間の薄肉部位の断面積が増大するので、ボックス継手１３の断面欠損は生じにくくなる。なお、せん断耐力ＴＳと支圧耐力ＴＢ１とが実質的に等しくなるようにＬ１およびＬ２を調整する（図４の例ではＬ１を１７．５ｍｍにしてＬ２を３２．５ｍｍにする）と、「ｍｉｎ（ＴＳ、ＴＢ１、ＴＢ２）」が最大値となるのでより好ましい。
【0053】
他の手法では、Ｌ２を変えることなくＬ１のみを２５ｍｍよりも小さくすることで、支圧耐力ＴＢ１をせん断耐力ＴＳに対して近づかせる。この場合、調整後の回転抑止キー２０は、高さ寸法が小さくなるものの、「ｍｉｎ（ＴＳ、ＴＢ１、ＴＢ２）」が低下しないので総合耐力Ｔａが調整前と同一である。したがって、この手法によれば、総合耐力Ｔａを低下させることなく、回転抑止キー２０の高さ寸法を小さくして生産コストを削減することができる。更に、この手法の場合においても、前述したように下向切欠部１７と、内向き溝部１３１との間の薄肉部位の断面積が増大するので、ボックス継手１３の断面欠損は生じにくくなる。
【0054】
反対に、Ｌ１を変えることなくＬ２のみを２５ｍｍよりも大きくすることで、せん断耐力ＴＳを支圧耐力ＴＢ１に対して近づかせるように調整してもよい。この場合、調整後の回転抑止キー２０は、最小値であったせん断耐力ＴＳが上昇するので、「ｍｉｎ（ＴＳ、ＴＢ１、ＴＢ２）」に応じて決まる回転抑止キー２０の総合耐力Ｔａも上昇することになる。
【0055】
そして、本発明に係る製造方法においては、回転抑止キー２０、ボックス継手１３およびピン継手１４を製造するときに、調整されたＬ１およびＬ２の少なくとも一方を考慮する。
【0056】
なお、回転抑止キー２０の所望の総合耐力Ｔａは、例えば施工機械の最大回転トルクに従って決めることができる。
【0057】
〔別実施形態〕
（１）前述した実施形態では、ボルト取付穴２２が回転抑止キー２０のうちピン継手１４側の領域に設けられている鋼管連結装置１２を例に、回転抑止キー２０の耐力の評価方法および鋼管連結装置１２の製造方法について説明したが、本発明はこれに限られない。鋼管連結装置１２においては、ボルト取付穴２２を回転抑止キー２０のうちボックス継手１３側の領域に設けてもよい。この場合、回転抑止キー２０を固定するためのボルト２１は、例えばボックス継手１３およびピン継手１４の両方に連通して設けられたボルト取付穴（図示せず）に螺合される。
（１）前述した実施形態では、ボルト取付穴２２が回転抑止キー２０のうちピン継手１４側の領域に設けられている鋼管連結装置１２を例に、回転抑止キー２０の耐力の評価方法および鋼管連結装置１２の製造方法について説明したが、本発明はこれに限られない。鋼管連結装置１２においては、ボルト取付穴２２を回転抑止キー２０のうちボックス継手１３側の領域に設けてもよい。この場合、回転抑止キー２０を固定するためのボルト２１は、例えばボックス継手１３およびピン継手１４の両方に連通して設けられたボルト取付穴（図示せず）に螺合される。
【0058】
本実施形態の鋼管連結装置１２についても、前述した通りに回転抑止キー２０の耐力の評価方法および鋼管連結装置１２の製造方法を適用可能である。但し、上記式（２）を用いて算出したせん断耐力ＴＳは、前述した実施形態においては支圧耐力ＴＢ２に対して正の相関関係を有するのに対し、本実施形態においては支圧耐力ＴＢ１に対して正の相関関係を有することになる。そして、回転抑止キー２０のうちボルト取付穴２２が設けられていない領域はピン継手１４側の領域となるので、本実施形態においては、せん断耐力ＴＳと、ピン継手１４側の領域の支圧耐力ＴＢ２とが一致しない場合に、Ｌ１およびＬ２の少なくとも一方を調整することになる。
【0059】
（２）前述した実施形態では、ボルト取付穴がｂ１＝ｂ２となる位置に設けられた鋼管連結装置１２を例に、回転抑止キー２０の耐力の評価方法および鋼管連結装置１２の製造方法について説明したが、本発明はこれに限られない。鋼管連結装置１２においては、ボルト取付穴２２をｂ１＜ｂ２またはｂ１＞ｂ２となる位置に設けてもよい。この場合、（ｂ１＋ｂ２）の数値が前述した実施形態と異なることがあるため、上記式（２）を用いて算出したせん断耐力ＴＳも前述した実施形態と異なることがあるが、せん断耐力ＴＳに対する支圧耐力ＴＢ１および支圧耐力ＴＢ２の相関関係は図４に示すものと同一であるので、本実施形態の鋼管連結装置１２についても、前述した通りに回転抑止キー２０の耐力の評価方法および鋼管連結装置１２の製造方法を適用可能である。
【符号の説明】
【0060】
１０ ：鋼管杭
１１、１１Ａ、１１Ｂ ：鋼管
１２ ：鋼管連結装置
１３ ：ボックス継手
１３１ ：内向き溝部
１４ ：ピン継手
１４１ ：外向き溝部
１４２ ：ボルト穴
１５ ：荷重伝達キー
１６ ：セットボルト
１７ ：下向切欠部
１８ ：上向切欠部
１９ ：嵌合凹部
２０ ：回転抑止キー
２０１ ：ボックス継手側縁部
２０２ ：ピン継手側縁部
２０３ ：支圧縁部
２０３Ａ ：第一の支圧部
２０３Ｂ ：第二の支圧部
２１ ：ボルト
２１１ ：軸部
２１２ ：頭部
２２ ：ボルト取付穴
２２１ ：貫通穴
２２２ ：座ぐり
Ｂ ：境界線
Ｃ ：中心
Ｖ１ ：第一の仮想線
Ｖ２ ：第二の仮想線
Ｖ３ ：第三の仮想線
Ｖ４ ：第四の仮想線
Ｘ ：軸心
１１、１１Ａ、１１Ｂ ：鋼管
１２ ：鋼管連結装置
１３ ：ボックス継手
１３１ ：内向き溝部
１４ ：ピン継手
１４１ ：外向き溝部
１４２ ：ボルト穴
１５ ：荷重伝達キー
１６ ：セットボルト
１７ ：下向切欠部
１８ ：上向切欠部
１９ ：嵌合凹部
２０ ：回転抑止キー
２０１ ：ボックス継手側縁部
２０２ ：ピン継手側縁部
２０３ ：支圧縁部
２０３Ａ ：第一の支圧部
２０３Ｂ ：第二の支圧部
２１ ：ボルト
２１１ ：軸部
２１２ ：頭部
２２ ：ボルト取付穴
２２１ ：貫通穴
２２２ ：座ぐり
Ｂ ：境界線
Ｃ ：中心
Ｖ１ ：第一の仮想線
Ｖ２ ：第二の仮想線
Ｖ３ ：第三の仮想線
Ｖ４ ：第四の仮想線
Ｘ ：軸心
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】