特許 7605723 鋼板固定方法及び鋼板固定構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】鋼板固定方法及び鋼板固定構造

(51)【国際特許分類】

   E02D 5/24 20060101AFI20241217BHJP

   B23K 9/00 20060101ALI20241217BHJP

   B23K 9/02 20060101ALI20241217BHJP

   E02D 27/00 20060101ALI20241217BHJP

   E04B 1/58 20060101ALI20241217BHJP

   E02D 27/44 20060101ALN20241217BHJP

【ＦＩ】

E02D5/24 102

B23K9/00 501B

B23K9/02 M

E02D27/00 Z

E04B1/58 600F

E02D27/44 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021179563

(22)【出願日】2021-11-02

(65)【公開番号】P2023068438

(43)【公開日】2023-05-17

【審査請求日】2024-04-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122781

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 寛

(72)【発明者】

【氏名】井原 啓知

【審査官】亀谷 英樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０４５７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１８００６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２８４５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１３７０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２２７６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００４７１３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国登録特許第１０－１４８１０７６（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開２００２－１６１５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２７８２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１８８８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０４４４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０９６０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５０１０４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ ５／２２－５／８０

Ｅ０２Ｄ ７／００－１３／１０

Ｅ０２Ｄ ２９／０４５－２９／０５

Ｅ０２Ｄ １７／００－１７／２０

Ｅ０２Ｄ ２７／００－２７／５２

Ｂ２３Ｋ ９／００

Ｂ２３Ｋ ９／０２

Ｅ０４Ｂ １／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

既設のＨ鋼杭の上端に平滑な面を形成するために鋼板を固定する鋼板固定方法であって、
前記Ｈ鋼杭の上端面において、前記鋼板の板厚より小さい突出量で他の部分から上方に突出する突出部分が前記Ｈ鋼杭のウエブの上端に形成され、
前記鋼板には、前記突出部分が挿入される貫通穴が板厚方向に貫通するように形成され、
前記貫通穴に挿入された前記突出部分の上端面の周縁部と、前記貫通穴の内側面と、の角部に隅肉溶接が施される、鋼板固定方法。

【請求項2】

前記Ｈ鋼杭は一対のフランジを有しており、
前記鋼板は一対の平行な側周面を有しており、
前記フランジ同士の対向方向における前記Ｈ鋼杭の幅よりも小さい間隔で前記鋼板の前記測周面同士が離れて位置しており、
各々の前記測周面が、各前記フランジの各上端面に沿って配置され、
各々の前記側周面において、前記フランジの前記上端面と前記側周面との角部に隅肉溶接が施される、請求項１に記載の鋼板固定方法。

【請求項3】

既設のＨ鋼杭の上端に平滑な面を形成するために鋼板を固定する鋼板固定構造であって、
前記Ｈ鋼杭の上端面において、前記鋼板の板厚より小さい突出量で他の部分から上方に突出する突出部分が前記Ｈ鋼杭のウエブの上端に形成されており、
前記鋼板には、前記突出部分が挿入される貫通穴が板厚方向に貫通するように形成されており、
前記貫通穴に挿入された前記突出部分の上端面の周縁部と、前記貫通穴の内側面と、の角部に隅肉溶接が施されている、鋼板固定構造。

【請求項4】

前記Ｈ鋼杭は一対のフランジを有しており、
前記鋼板は一対の平行な側周面を有しており、
前記フランジ同士の対向方向における前記Ｈ鋼杭の幅よりも小さい間隔で前記鋼板の前記測周面同士が離れて位置しており、
各々の前記測周面が、各前記フランジの各上端面に沿って配置されており、
各々の前記側周面において、前記フランジの前記上端面と前記側周面との角部に隅肉溶接が施されている、請求項３に記載の鋼板固定構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼板固定方法及び鋼板固定構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、杭の上に構造物を構築する際には、まず杭の上端面に水平な鋼板が固定される。鋼板の上面は平滑な面であり、平滑な上面で構造物が支持されることで、構造物の重量が杭に対して均等に作用することになる。例えば、下記の特許文献１では、地盤に打ち込んだ鋼管杭に建物の鋼製柱を接続する際に、鋼管杭の上端面に溶接でベースプレートを固定する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第4313181号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、杭の上端に鋼板を溶接する際には、例えば作業者が鋼板の下に入り鋼板の下面と杭の上端面とを上向きで溶接することになる。このような上向きの溶接は施工性が悪く、また、下向きの溶接等に比べれば溶接品質が劣る場合がある。そこで本発明は、Ｈ鋼杭の上端に鋼板を固定する際に上向き溶接を回避する鋼板固定方法及び鋼板固定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】

【0005】

本発明の鋼板固定方法は、既設のＨ鋼杭の上端に平滑な面を形成するために鋼板を固定する鋼板固定方法であって、Ｈ鋼杭の上端面において、鋼板の板厚より小さい突出量で他の部分から上方に突出する突出部分がＨ鋼杭のウエブの上端に形成され、鋼板には、突出部分が挿入される貫通穴が板厚方向に貫通するように形成され、貫通穴に挿入された突出部分の上端面の周縁部と、貫通穴の内側面と、の角部に隅肉溶接が施される。

【0006】

鋼板は、Ｈ鋼杭のフランジの対向方向の幅よりも小さい間隔で離れて位置し、各々のフランジの上端面に沿って配置される一対の平行な側周面を有し、各々の側周面において、フランジの上端面と側周面との角部に隅肉溶接が施される、こととしてもよい。

【0007】

本発明の鋼板固定構造は、既設のＨ鋼杭の上端に平滑な面を形成するために鋼板を固定する鋼板固定構造であって、Ｈ鋼杭の上端面において、鋼板の板厚より小さい突出量で他の部分から上方に突出する突出部分がＨ鋼杭のウエブの上端に形成されており、鋼板には、突出部分が挿入される貫通穴が板厚方向に貫通するように形成されており、貫通穴に挿入された突出部分の上端面の周縁部と、貫通穴の内側面と、の角部に隅肉溶接が施されている。

【0008】

鋼板は、Ｈ鋼杭のフランジの対向方向の幅よりも小さい間隔で離れて位置し、各々のフランジの上端面に沿って配置される一対の平行な側周面を有し、各々の側周面において、フランジの上端面と側周面との角部に隅肉溶接が施されている、こととしてもよい。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、Ｈ鋼杭の上端に鋼板を固定する際に上向き溶接を回避する鋼板固定方法及び鋼板固定構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】（ａ），（ｂ）は、本実施形態の鋼板固定方法及び鋼板固定構造が適用される工事の手順を示す断面図である。

【図2】（ａ），（ｂ）は、図１に続いて工事の手順を示す断面図である。

【図3】（ａ）は、本実施形態の鋼板固定構造の分解斜視図であり、（ｂ）は、その斜視図である。

【図4】（ａ）は、図３に示される鋼板固定構造のIVa-IVa断面図であり、（ｂ）は、そのIVb-IVb断面図である。

【図5】（ａ），（ｂ）は、参考形態に係る鋼板固定構造を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら本発明に係る鋼板固定方法及び鋼板固定構造の実施形態について詳細に説明する。本実施形態の鋼板固定方法及び鋼板固定構造は図１及び図２に示される鉄道周辺の工事において使用される。図１及び図２に示される軌道１は、図の紙面に直交する方向に延在している。この工事では、図１（ａ）に示されるように、軌道１の側方で地盤Ｇ中に土留杭が打設され軌道１と平行に延びる土留壁３，３が形成される。なお、このような土留壁３，３及び土留壁３，３同士の間に構築される後述の構造物は、軌道１の左右両側に同じ構造で設けられるので、図１及び図２ではその一方のみを図示する。

【0012】

更に、土留壁３，３同士の間には、複数のＨ鋼杭５が打設される。Ｈ鋼杭５は、軌道１に平行な方向に配列される。そして、図１（ｂ）に示されるように、土留壁３，３同士の間の空間が掘削され、掘削空間Ｊに各Ｈ鋼杭５の上端部が露出した状態となる。その後、図２（ａ）に示されるように、掘削空間Ｊ内で各Ｈ鋼杭５の上端部が適切な長さに切断され、切断後の各Ｈ鋼杭５の上端面に水平な鋼板７がそれぞれ固定される。更に複数のＨ鋼杭５上の鋼板７の上面に架け渡すように桁受け梁９が設置される。桁受け梁９は、軌道１と平行に延びるＨ鋼で構成される。

【0013】

更に、桁受け梁９上にはかんざし桁１１が設置される。かんざし桁１１は、軌道１の左右にそれぞれ設置された桁受け梁９同士の間に架け渡されるように設置される。かんざし桁１１は、軌道１の直下で当該軌道１に直交する方向に延びるＨ鋼で構成され、複数のかんざし桁１１が軌道１と平行な方向に配列される。このような複数のかんざし桁１１を含む仮受け構造１３によって軌道１が仮受けされる。そして、仮受けされた軌道１の直下の地盤が掘削されて必要な工事が実行される。

【0014】

本実施形態の鋼板固定方法及び鋼板固定構造は、上記のＨ鋼杭５の上端面に鋼板７を固定するための鋼板固定方法及び鋼板固定構造である。このようにＨ鋼杭５の上端面に鋼板７を固定することにより、桁受け梁９を設置するための平滑な面（すなわち、鋼板７の上面）が形成される。そして、この鋼板７の平滑な面上に桁受け梁９が設置されることにより、桁受け梁９から作用する力がＨ鋼杭５全体に均等に伝達される。

【0015】

上記のようにＨ鋼杭５に対して鋼板７を固定するための鋼板固定方法及び鋼板固定構造１７について図３及び図４を参照しながら説明する。図３（ａ）は、鋼板固定構造１７におけるＨ鋼杭５と鋼板７とを示す分解斜視図であり、図３（ｂ）は、鋼板固定構造１７の斜視図である。図４（ａ）は、図３に示される鋼板固定構造１７のIVa-IVa断面図であり、図４（ａ）は、そのIVb-IVb断面図である。各図面では、鋼板固定方法及び鋼板固定構造１７の特徴を誇張して図示する場合があるので、各図面で示される構成要素の形状や寸法比は実物と一致しない場合があり、また、各図面同士の間でも構成要素の形状や寸法比が一致しない場合がある。以下では、図に示されるように、Ｈ鋼杭５の延在方向をＺ方向、Ｈ鋼杭５のフランジ２１に直交する方向をＹ方向、Ｈ鋼杭５のウエブ２３に直交する方向をＸ方向とする。

【0016】

本実施形態の鋼板固定方法では、Ｈ鋼杭５の上端面５ａが所定の形状に加工される。具体的には、図３（ａ）に示されるように、ウエブ２３の上端面に突出部分２５が形成される。突出部分２５は、Ｘ方向にはウエブ２３の幅全体に亘って広がり、Ｙ方向にはウエブ２３の長さよりもやや短い長さで延在し、ウエブ２３の上端面のＹ方向中央に位置している。上端面５ａの中で突出部分２５は他の部位よりも上方に突出しており、突出部分２５の他の部位からの突出量は、鋼板７の板厚よりも小さい。例えば、上記突出量は、鋼板７の板厚よりも約１０ｍｍ小さい。このような突出部分２５を形成するためには、フランジ２１の上端部を含めた突出部分２５以外の部分をＨ鋼杭５の上端部から切除する加工を行ってもよい。

【0017】

また、本実施形態の鋼板固定方法では、次のような鋼板７が製作される。平面視において、鋼板７の外形は、Ｈ鋼杭５よりもやや小さい長方形をなしている。具体的には、鋼板７のＸ方向長さはＨ鋼杭５とほぼ同じであり、鋼板７のＹ方向長さはＨ鋼杭５よりもフランジ２１の厚さ分だけ短い。長方形の板状の鋼板７は、厳密には直方体をなすので鉛直な４つの側周面７ｐ，７ｑ，７ｒ，７ｓを有している。また、鋼板７の中央には当該鋼板７を板厚方向に貫通する貫通穴３１が形成されている。貫通穴３１は、Ｈ鋼杭５の突出部分２５に対応する位置及び形状で形成され平面視でＹ方向に長い矩形を呈している。貫通穴３１のＸ方向及びＹ方向の寸法は突出部分２５よりも僅かに（例えば１ｍｍ程度）大きい。

【0018】

例えば、Ｈ鋼杭５は、Ｘ方向幅４０５ｍｍ、Ｙ方向幅４１４ｍｍ、フランジ厚さ２８ｍｍ、ウエブ厚さ１８ｍｍのものである。例えば、突出部分２５は、Ｙ方向長さ３２４ｍｍ、高さ２５ｍｍのものである。例えば、鋼板７は、Ｘ方向幅４０５ｍｍ、Ｙ方向幅３８６ｍ、板厚３５ｍｍのものである。上記のようにＨ鋼杭５及び鋼板７のサイズの一例を挙げたが、本発明はこのサイズの例に限定されるものではない。

【0019】

続いて、本実施形態の鋼板固定方法では、図３（ｂ）、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、鋼板７がＨ鋼杭５の上端面５ａ上に載置され、突出部分２５が貫通穴３１に挿入される。突出部分２５の上端面２５ａは、鋼板７の上面７ａよりも低い位置で貫通穴３１内に埋もれるとともに、当該貫通穴３１を通じて上面側に露出する。Ｈ鋼杭５の上端面５ａの他の部分（フランジ２１の上端面２１ａ等）は鋼板７の下面に当接する。

【0020】

また、鋼板７のＹ方向長さがＨ鋼杭５よりもフランジ２１の厚さ分だけ短い、といった寸法の関係性に基づき、鋼板７の２つの側周面７ｐ，７ｒはそれぞれ、フランジ２１の上端面２１ａの直上の位置からＹ方向にはみ出さないように位置する。なお、側周面７ｐ，７ｒは、Ｈ鋼杭５のフランジ２１の対向方向の幅（Ｙ方向幅）よりも小さい間隔で互いに離れて位置する一対の平行な側周面である。そして、鋼板７の側周面７ｐ，７ｒは、フランジ上端面２１ａに沿ってＸ方向に延びるとともに、フランジ上端面２１ａに対し当該フランジ上端面２１ａのＹ方向中央の位置で直交する。

【0021】

続いて、本実施形態の鋼板固定方法では、鋼板７がＨ鋼杭５の上端部に対して溶接で固定される。具体的には、貫通穴３１に挿入された突出部分２５の上端面２５ａの周縁部と、貫通穴３１の内側面３１ａと、の角部に隅肉溶接が施される。図３（ａ），（ｂ）に示されるように、上記角部に沿って矩形環状に溶接ビード３５が形成される。前述の通り突出部分２５の上端面２５ａが貫通穴３１を通じて上面側に露出しているので、この隅肉溶接は貫通穴３１内に上から溶接ツールを差し込むようにして下向きで実行することができる。

【0022】

更に、一方のフランジ２１の上端面２１ａと側周面７ｐとの角部に隅肉溶接が施され、同様に、他方のフランジ２１の上端面２１ａと側周面７ｒとの角部に隅肉溶接が施される。図３（ａ），（ｂ）に示されるように、上記角部沿ってＸ方向に延びる直線状の溶接ビード３７がそれぞれ形成される。この隅肉溶接も上方から下向きで実行することができる。なお、上記のようなＨ鋼杭５と鋼板７との溶接は、例えばアーク溶接、ガス溶接等によって行なわれる。図２（ｂ）においては、溶接ビード３５，３７の図示が省略されている。

【0023】

以上の鋼板固定方法により、図３（ｂ）、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示される鋼板固定構造１７が完成する。完成した鋼板固定構造１７では、既設のＨ鋼杭５の上端面５ａにおいて、鋼板７の板厚より小さい突出量で他の部分から上方に突出する突出部分２５がＨ鋼杭５のウエブ２３の上端中央部に形成されており、鋼板７には、突出部分２５が挿入される貫通穴３１が板厚方向に貫通するように形成されており、貫通穴３１に挿入された突出部分２５の上端面２５ａの周縁部と、貫通穴３１の内側面３１ａと、の角部に隅肉溶接が施されている。また、鋼板７は、Ｈ鋼杭５のフランジ２１の対向方向（Ｙ方向）の幅よりも小さい間隔で離れて位置する一対の平行な側周面７ｐ，７ｒを有しており、側周面７ｐ，７ｒは、各々のフランジ２１の上端面２１ａに沿って配置される。そして、一方のフランジ２１の上端面２１ａと側周面７ｐとの角部に隅肉溶接が施され、他方のフランジ２１の上端面２１ａと側周面７ｒとの角部に隅肉溶接が施されている。

【0024】

以上説明した本実施形態の鋼板固定方法及び鋼板固定構造１７によれば、Ｈ鋼杭５に対する鋼板７の固定を、前述の通り下向きの溶接によって行なうことができ、上向きの溶接作業を回避することができる。従って、下向きの溶接により施工性が向上し、溶接品質の向上が図られる。仮に、Ｈ鋼杭５に対する鋼板７の固定を上向きの溶接で行なうとすれば、図２（ａ）に示される掘削空間Ｊにおいて作業者が鋼板７の下方に入って溶接作業を行なう必要がある。そうすると、作業スペースを確保するために掘削空間Ｊをより深い位置まで広げる必要があり、掘削量が増加する。本実施形態のような鉄道周辺の工事は、多くの場合、夜間に短時間で実行する必要があるところ、Ｈ鋼杭５への鋼板７の下向きの溶接が可能になることで、掘削量の低減や施工性の向上により、作業時間の短縮を図ることができる。

【0025】

Ｈ鋼杭５に対する鋼板７の固定を鋼板７の上方から作業する手法としては、ボルト止めを利用することも考えられる。しかしながらこの場合、鋼板７の上面７ａにボルトの頭を突出させないように、ボルトの頭を収める座ぐり部を上面７ａに形成すること等が必要になる。これに対し、本実施形態の鋼板固定方法及び鋼板固定構造１７では、Ｈ鋼杭５と鋼板７との溶接に関わる突出部分２５が、鋼板７の上面７ａから上方の突出せずに貫通穴３１内に埋もれるので、鋼板７の上面７ａの平滑性が容易に確保される。また、ボルト止めに比較して施工の手間も小さい。

【0026】

〔参考形態〕
Ｈ鋼杭５に対する鋼板の固定を下向きの溶接によって行なう構造として、図５（ａ），（ｂ）に示される鋼板固定構造５１も考えられる。以下の説明において、前述の実施形態における構成要素と同一又は同等の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。この参考形態の鋼板固定構造５１では、Ｈ鋼杭５の上端面５ａは平坦に形成される。上端面５ａに溶接される鋼板として、同じ大きさの長方形をなす２枚の鋼板５７が準備される。鋼板５７のＹ方向長さはＨ鋼杭５よりもフランジ２１の厚さ分だけ短い。鋼板５７のＸ方向長さはフランジ２１のＸ方向長さの半分よりもやや短い。

【0027】

鋼板５７は、４つの側周面５７ｐ，５７ｑ，５７ｒ，５７ｓを有している。一方の鋼板５７がＨ鋼杭５の上端面５ａ上に載置されたときには、側周面５７ｐは一方のフランジ上端面２１ａに沿って位置し、側周面５７ｒは他方のフランジ上端面２１ａに沿って位置し、側周面５７ｑはウエブ上端面２３ａに沿って位置する。そして、側周面５７ｐと一方のフランジ上端面２１ａとが直交する角部、側周面５７ｒと他方のフランジ上端面２１ａとが直交する角部、及び側周面５７ｑとウエブ上端面２３ａとが直交する角部に対してそれぞれ隅肉溶接が施される。この隅肉溶接は、鋼板５７の上方から下向きで行なうことができる。

【0028】

他方の鋼板５７も、上記同様にして、上記鋼板５７と対称の配置でＨ鋼杭５の上端面５ａ上に溶接固定される。図５（ａ）の破線Ｗは溶接箇所を示している。実際には破線Ｗに沿って溶接ビードが形成されるが、図５（ａ），（ｂ）においては溶接ビードの図示が省略されている。なお、２枚の鋼板５７同士の間にはウエブ上端面２３ａ上においてウエブ２３の厚さよりもやや狭い間隙５８が形成される。従って、他方の鋼板５７の側周面５７ｓとウエブ上端面２３ａとが直交する角部との溶接についても、上記の間隙５８から溶接ツールを挿入することで下向きの溶接が可能である。

【0029】

このように、当該参考形態の鋼板固定構造５１によっても、Ｈ鋼杭５に対する鋼板５７，５７の固定を、下向きの溶接によって行なうことができる。但し、鋼板固定構造５１によれば、２つの鋼板の上面５７ａ，５７ａ同士の高さ及び傾斜がずれる場合があり、上面５７ａ，５７ａの平滑性の確保が容易ではない。この観点から、前述の実施形態の鋼板固定構造１７（図２）は、鋼板７の上面７ａの平滑性が確保し易く、鋼板固定構造５１に比べてより優れていると言える。

【0030】

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、変形例を構成することも可能である。各実施形態等の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

【0031】

例えば、実施形態では、貫通穴３１に挿入された突出部分２５の上端面２５ａの周縁部と、貫通穴３１の内側面３１ａと、の角部に隅肉溶接（以下「第１溶接」という）が施され、更に、各フランジ２１の上端面２１ａと側周面７ｐ，７ｒとの角部に隅肉溶接（以下「第２溶接」という）が施されている。しかし、第１溶接と第２溶接とが両方とも実行されることは必須ではなく、第１溶接と第２溶接のうち一方が省略されてもよい。例えば、第１溶接が実行された上で、第２溶接の代わりの他の手法で各フランジ２１と鋼板７とが接合されてもよい。

【符号の説明】

【0032】

５…Ｈ鋼杭、５ａ…上端面、７…鋼板、７ａ…上面（平滑な面）、７ｐ，７ｒ…側周面、１７…鋼板固定構造、２１…フランジ、２１ａ…フランジ上端面、２３…ウエブ、２５…突出部分、２５ａ…上端面、３１…貫通穴、３１ａ…内側面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】