JP2017190571A

JP2017190571A - 接合構造

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Publication number: JP2017190571A
Application number: JP2016079081A
Authority: JP
Inventors: 賢一内田; Kenichi Uchida
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2016-04-11
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2036-04-11
Also published as: JP6575422B2

Abstract

【課題】施工性の良好な鋼管杭と鋼製外管との接合構造を提供する。【解決手段】鋼管杭１２と鋼製外管１４との接合構造であって、鋼製外管１４に覆われた鋼管杭１２の外周面の少なくとも一部の領域には突起１２Ａが設けられており、鋼製外管１４は、内周面に突起の設けられていない無突起鋼管１６、１８と内周面に突起の設けられている突起付き鋼管２０とを有してなり、無突起鋼管１６、１８と突起付き鋼管２０とは鋼製外管１４の軸方向に位置が異なっていて、無突起鋼管１６、１８と突起付き鋼管２０との境界では溶接がなされて一体化されており、鋼製外管１４の突起付き鋼管２０の内周面においては、突起付き鋼管２０の他の部位と同一材質の突起２０Ａが設けられており、鋼管杭１２の外周面と鋼製外管１４の内周面との間の間隔には、グラウト２４が充填されて一体化されている。【選択図】図１

Description

本発明は接合構造に関し、詳細には鋼管杭と鋼製外管との接合構造に関する。ここで、鋼管杭は鋼管製の杭であればよく、その先端が岩盤などの十分な支持力のある支持層に達している支持杭だけでなく、その先端が岩盤などの十分な支持力のある支持層に達していない摩擦杭も含むものとする。また、鋼製外管とは、内周面が鋼管杭の外周面との間に間隔を開けて配置されて、鋼管杭の外周面の少なくとも一部の領域を覆うように配置される鋼管のことである。

鋼管杭と鋼製外管との接合構造を用いた構造物としては、ジャケットを鋼管杭で支持したジャケット式構造物がある。

例えば、ジャケット式構造物１００は、図５に示すように、ジャケット１０２と、鋼管杭１１２と、コンクリート床版１１４とからなり、ジャケット１０２のレグ１０８が鋼管杭１１２に差し込まれ、ジャケット１０２の上方にコンクリート床版１１４が設けられた構造である。ジャケット１０２は、縦横に配置された鋼桁１０４からなる格子状のデッキ１０６の格点下方に所定長さの鋼管製のレグ１０８が突出し、レグ１０８の間にはブレース材１１０が設けられて補強がなされた構造である。レグ１０８の間にブレース材１１０が設けられているため、レグ１０８同士の間の間隔を大きくすることが可能になっており、ジャケット１０２では、レグ１０８同士の間の間隔は大きく設定されている。レグ１０８は鋼管杭１１２に差し込まれていて、レグ１０８の内周面と鋼管杭１１２の外周面との間には、図示せぬグラウト材が注入されていて、レグ１０８と鋼管杭１１２とはグラウト材を介して連結されている。

また、例えば、ジャケット式構造物１２０は、図６に示すように、ジャケット１２２と、鋼管杭１３２と、コンクリート床版１３４とからなり、ジャケット１２２のレグ１２８が鋼管杭１３２に差し込まれ、ジャケット１２２の上方にコンクリート床版１３４が設けられた構造である。ジャケット１２２は、縦横に配置された鋼桁１２４からなる格子状のデッキ１２６の格点下方に所定長さの鋼管製のレグ１２８が突出した構造であるが、ブレース材は設けられておらず、ジャケット１２２では、レグ１２８同士の間の間隔は小さく設定されている。レグ１２８は鋼管杭１３２に差し込まれていて、レグ１２８の内周面と鋼管杭１３２の外周面との間には、図示せぬグラウト材が注入されていて、レグ１２８と鋼管杭１３２とはグラウト材を介して連結されている。

以上説明したように、ジャケット式構造物１００においては、レグ１０８の内周面と鋼管杭１１２の外周面との間には、図示せぬグラウト材が注入されていて、レグ１０８と鋼管杭１１２とはグラウト材を介して連結されており、ジャケット式構造物１２０においては、レグ１２８の内周面と鋼管杭１３２の外周面との間には、図示せぬグラウト材が注入されていて、レグ１２８と鋼管杭１３２とはグラウト材を介して連結されている。

したがって、ジャケット式構造物１００、１２０は、鋼管杭（鋼管杭１１２、１３２）と鋼製外管（レグ１０８、１２８）との接合構造を用いた構造物である。

鋼管杭と鋼製外管との接合構造についての技術として、特許文献１には、鋼管杭と前記鋼管杭の外側に間隔をおいて配置された鋼製外管との接合構造であって、複数の外向き突起を有し、第１の溶接部によって前記鋼管杭の外周面に固定された外向き突起付き鋼板と；複数の内向き突起を有し、第２の溶接部によって前記鋼製外管の内周面に固定された内向き突起付き鋼板と；少なくとも前記外向き突起付き鋼板と前記内向き突起付き鋼板とを埋め込むように前記間隔に充填されたグラウトと；を備え、前記複数の外向き突起は、互いに上下方向に間隔をおいて配置され、前記鋼管杭の周方向に渡って延びており；前記複数の内向き突起は、互いに上下方向に間隔をおいて配置され、前記鋼製外管の周方向に渡って延びている、ことを特徴とする接合構造が記載されている。

しかしながら、特許文献１に記載の接合構造では、突起付き鋼板を、鋼管杭の外周面および鋼製外管の内周面に溶接により取り付けている。このため、特許文献１に記載の接合構造においては、突起付き鋼板を必要な長さにカットした後に、鋼管の曲率に合わせてベンドする必要があり、手間がかかる。

ＷＯ２０１２／１１８１８６号公報

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであって、施工性の良好な鋼管杭と鋼製外管との接合構造を提供することを課題とする。

本発明は、以下の鋼管杭と鋼製外管との接合構造により、前記課題を解決したものである。

即ち、本発明に係る鋼管杭と鋼製外管との接合構造は、鋼管杭と、内周面が前記鋼管杭の外周面との間に間隔を開けて配置されて、前記鋼管杭の外周面の少なくとも一部の領域を覆うように配置された鋼製外管との接合構造であって、前記鋼製外管に覆われた前記鋼管杭の外周面の少なくとも一部の領域には突起が設けられており、前記鋼製外管は、内周面に突起の設けられていない無突起鋼管と内周面に突起の設けられている突起付き鋼管とを有してなり、前記無突起鋼管と前記突起付き鋼管とは前記鋼製外管の軸方向に位置が異なっていて、前記無突起鋼管と前記突起付き鋼管との境界では溶接がなされて一体化されており、前記鋼製外管の前記突起付き鋼管の内周面においては、前記突起付き鋼管の他の部位と同一材質の突起が設けられており、前記鋼管杭の外周面と前記鋼製外管の内周面との間の間隔には、グラウトが充填されて一体化されていることを特徴とする接合構造である。

前記突起付き鋼管の突起は、圧延により設けられた突起としてもよい。

なお、突起付き鋼管の突起が、圧延により設けられた突起であるかどうかについては、突起付き鋼管の突起を含む領域の金属組織を微視的に観察することで判断できる可能性はあると考えられる。しかしながら、突起付き鋼管の原材料である鋼板（突起を付ける前の鋼板）においても複数回の圧延が通常なされているので、突起を含む領域の金属組織について微視的な観察を行っても、当該金属組織は、突起を付けるための圧延のみの影響を受けた金属組織とは言えないと考えられる。このため、突起付き鋼管の突起を含む領域の金属組織を微視的に観察しても、当該突起が圧延により設けられた突起であるかどうかについて断定することには困難性を伴う。

前記接合構造において、前記鋼製外管の有する前記無突起鋼管を２つとし、前記突起付き鋼管の上側および下側に、それぞれ前記無突起鋼管が配置されているように構成してもよい。

また、前記接合構造において、前記鋼製外管の有する前記突起付き鋼管を２つとし、２つの前記無突起鋼管のうちの下側の無突起鋼管のさらに下側に、２つの前記突起付き鋼管のうちの１つが配置されているように構成してもよい。

また、前記鋼製外管を、１つの前記無突起鋼管と１つの前記突起付き鋼管を有してなるようにし、上側に前記無突起鋼管が配置され、下側に前記突起付き鋼管が配置されているように構成してもよい。

本発明によれば、鋼管杭と鋼製外管との接合構造において、施工性を良好にすることができる。

本発明の第１実施形態に係る接合構造１０を示す鉛直断面図本発明の第１実施形態に係る接合構造１０を上方から見た平面図本発明の第２実施形態に係る接合構造３０を示す鉛直断面図本発明の第３実施形態に係る接合構造４０を示す鉛直断面図ジャケット式構造物の一例を示す側面図ジャケット式構造物の他の一例を示す側面図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る接合構造を詳細に説明する。以下に説明する実施形態は、ジャケット式構造物における、鋼管杭と鋼製外管との接合構造である。ただし、本発明に係る接合構造の適用対象はジャケット式構造物に限定されず、鋼管杭と鋼製外管との接合構造を有している構造物であれば適用可能である。

（１）第１実施形態
図１は本発明の第１実施形態に係る接合構造１０を示す鉛直断面図である。ただし、図示の都合上、鋼管杭１２については鉛直断面ではなく側面を描いている。図２は本発明の第１実施形態に係る接合構造１０を上方から見た平面図である。

本発明の第１実施形態に係る接合構造１０は、鋼管杭１２と鋼製外管１４との接合構造である。鋼桁８０はジャケット式構造物の構成部材であり、縦横に配置された鋼桁８０からなる格子状のデッキの格点下方に鋼製外管１４がレグとして突出している。鋼製外管１４の外周面が鋼桁８０および補強リングプレート８２と接する部位は溶接されていて、鋼製外管１４は鋼桁８０および補強リングプレート８２と連結されている。

鋼管杭１２は、鉛直方向に地盤に打ち込まれていて、その先端が岩盤などの十分な支持力のある支持層に達している支持杭であり、ジャケット式構造物の全体の位置を保持する役割を有する。構築するジャケット式構造物の重量等の条件に応じて安全性が確認できた場合は、鋼管杭１２を、先端が岩盤などの十分な支持力のある支持層に達していない摩擦杭としてもよい。

鋼管杭１２の上端部には、その外周面を覆うように鋼製外管１４が配置されている。鋼管杭１２の上端部の外周面と鋼製外管１４の内周面との間は、間隔を開けて配置されている。鋼管杭１２の上端部の外周面には、突起１２Ａが設けられている。この突起１２Ａは圧延によって設けられた突起であり、突起１２Ａの材質は鋼管杭１２の他の部位（突起１２Ａ以外の部位）と同じ材質である。ただし、突起１２Ａを、溶接によって設けられた突起としてもよく、この場合には、突起１２Ａの材質は、鋼管杭１２の他の部位（突起１２Ａ以外の部位）と異なる材質となる。溶接によって突起を設ける場合、溶融凝固した溶接金属で形成された溶接ビードからなる突起としてもよく、あるいは、断面形状が角形の鋼材や丸型の鋼材をすみ肉溶接によって取り付けてなる突起としてもよい。ただし、突起１２Ａは圧延によって設けられた突起とした方が、突起１２Ａの設置のための溶接が不要となるので好ましい。

鋼管杭１２の上端部の外周面と鋼製外管１４の内周面との間の間隔にはグラウト２４が充填されていて、鋼管杭１２の上端部と鋼製外管１４とは一体化されている。鋼管杭１２の上端部の外周面に設けられている突起１２Ａは、グラウト２４を介してのせん断力の伝達に際してシアキーとして働き、鋼管杭１２の上端部の外周面と鋼製外管１４の内周面との間におけるせん断力の伝達を良好にする働きがある。

鋼製外管１４は、縦横に配置された鋼桁８０からなる格子状のデッキの格点下方に、ジャケットのレグ（図５および図６参照）として突出している円管状の部材である。

鋼製外管１４は、上側鋼管１６と、下側鋼管１８と、突起付き鋼管２０とを有してなる。上側鋼管１６および下側鋼管１８は、内周面に突起が設けられていない無突起鋼管であり、一方、突起付き鋼管２０は、内周面の全領域にわたって突起２０Ａが設けられている。

突起付き鋼管２０の上側に上側鋼管１６が配置されており、突起付き鋼管２０の下側に下側鋼管１８が配置されている。突起付き鋼管２０の上端部が上側鋼管１６の下端部に溶接されて連結されており、突起付き鋼管２０の下端部が下側鋼管１８の上端部に溶接されて連結されていて、鋼製外管１４は、突起付き鋼管２０が上側鋼管１６および下側鋼管１８によって上下に挟まれた構造となっている。

鋼製外管１４において、溶接が用いられている領域は、上側鋼管１６と突起付き鋼管２０との境界領域、および下側鋼管１８と突起付き鋼管２０との境界領域のみである（ただし、上側鋼管１６自体の製造の際に用いた溶接、下側鋼管１８自体の製造の際に用いた溶接、突起付き鋼管２０自体の製造の際に用いた溶接、ならびに鋼桁８０および補強リングプレート８２との連結のための溶接は除く。）。したがって、鋼製外管１４において、溶接が用いられている領域は少ない。

以上のように、鋼製外管１４は、内周面に突起が設けられていない上側鋼管１６および下側鋼管１８と内周面に突起が設けられている突起付き鋼管２０とを備え、無突起鋼管（上側鋼管１６および下側鋼管１８）と突起付き鋼管（突起付き鋼管２０）とは、鋼製外管１４の軸方向（鉛直方向）に位置が異なっていて、無突起鋼管と突起付き鋼管との境界（上側鋼管１６と突起付き鋼管２０との境界、および下側鋼管１８と突起付き鋼管２０との境界）では溶接がなされて一体化されている。

鋼製外管１４の内周面と鋼管杭１２の上端部の外周面との間の間隔にはグラウト２４が充填されていて、鋼製外管１４と鋼管杭１２の上端部とは一体化されている。鋼製外管１４の突起付き鋼管２０の内周面に設けられている突起２０Ａは、グラウト２４を介してのせん断力の伝達に際してシアキーとして働き、鋼製外管１４の内周面と鋼管杭１２の上端部の外周面との間におけるせん断力の伝達を良好にする働きがある。

なお、鋼製外管１４の突起付き鋼管２０の内周面に設けられた突起２０Ａの材質は、突起付き鋼管２０の他の部位の材質と同一である。この突起２０Ａは、圧延によって設けられた突起であり、このため、突起２０Ａの材質は突起付き鋼管２０の他の部位（突起２０Ａ以外の部位）と同じ材質である。

また、本実施形態で用いる突起付き鋼管２０の内周面に設けられた突起２０Ａは圧延によって設けられた突起であるので、突起２０Ａの設置のための溶接は不要である。このため、突起付き鋼管２０の製作において製作期間が短縮され、また、工数が削減されるので、突起付き鋼管２０の製作費を縮減することができる。

また、小径（φ８００ｍｍ程度）の鋼管の内周面に溶接により突起を設けることは、作業空間が狭いため困難であるが、本実施形態で用いる突起付き鋼管２０の内周面に設けられた突起２０Ａは圧延によって設けられた突起であり、突起２０Ａの設置のための溶接は不要であるので、突起付き鋼管２０は径を小径（φ８００ｍｍ程度）とすることも可能である。また、突起２０Ａの設置のための溶接が不要であるので、本実施形態で用いる突起付き鋼管２０は、溶接熱による残留応力によって疲労特性が悪くなる懸念が少ない。

また、圧延によって設けられた突起の高さは２．５〜４．０ｍｍ程度であるので、溶接により設けられた突起の高さ（６〜９ｍｍ程度）よりも低い。このため、本第１実施形態に係る接合構造１０は、鋼製外管１４の内周面と鋼管杭１２の上端部の外周面との間のクリアランスが溶接により突起を設けた場合と比べて大きいので、現地における据え付けが行いやすくなっている。

なお、符号２２はストッパである。ストッパ２２は鋼製であり、上側鋼管１６の内周面に溶接により取り付けられている。ストッパ２２の下面は鋼管杭１２の上端面に当接しており、鋼管杭１２の上端部と鋼製外管１４との一体化を補助する役割を有する。

また、符号２６はグラウトシールである。グラウトシール２６は、鋼管杭１２と鋼製外管１４との間の間隔に充填されたグラウト２４が硬化するまで、グラウト２４を保持する役割を有する。

また、符号８２は補強リングプレートである。補強リングプレート８２は、鋼桁８０と鋼製外管１４との連結部位を補強する役割を有する。

以上説明したように、本発明の第１実施形態に係る接合構造１０は、上端部の外周面に突起１２Ａが付けられた鋼管杭１２と、鋼製外管１４との間の間隔に、グラウト２４を充填してなる構造であり、また、鋼製外管１４は内周面に突起２０Ａを有する突起付き鋼管２０が上側鋼管１６および下側鋼管１８に上下に挟まれてなる構造であるので、本第１実施形態に係る接合構造１０では、特許文献１に記載の接合構造のように、突起付き鋼板をカットおよびベンドすることが不要であり、施工性に優れる。

また、本発明の第１実施形態に係る接合構造１０においては、鋼管杭１２と鋼製外管１４との間の必要な接合耐力に応じて、突起付き鋼管２０の軸方向の長さを調整して、必要最小限の量だけ突起付き鋼管２０を使用するようにすることができるので、材料コストを少なくすることができる。

（２）第２実施形態
図３は本発明の第２実施形態に係る接合構造３０を示す鉛直断面図である。ただし、図示の都合上、鋼管杭１２については鉛直断面ではなく側面を描いている。なお、第１実施形態に係る接合構造１０と同様の構成については同一の符号を付し、説明は省略する。

本第２実施形態に係る接合構造３０は、第１実施形態に係る接合構造１０において、下側鋼管１８の下にさらに突起付き鋼管３４を配置した構造であり、突起付き鋼管３４の上端部が下側鋼管１８の下端部に溶接されて連結されており、第１実施形態に係る接合構造１０よりもさらに接合耐力を向上させた実施形態である。本第２実施形態に係る接合構造３０で用いる鋼製外管３２は、図３に示すように、上から順に、上側鋼管１６、突起付き鋼管２０、下側鋼管１８、突起付き鋼管３４が配置されて構成されている。

突起付き鋼管３４の内周面に設けられた突起３４Ａは、突起付き鋼管２０の内周面に設けられた突起２０Ａと同様であるので、説明は省略する。

（３）第３実施形態
図４は本発明の第３実施形態に係る接合構造４０を示す鉛直断面図である。ただし、図示の都合上、鋼管杭１２については鉛直断面ではなく側面を描いている。なお、第１実施形態に係る接合構造１０と同様の構成については同一の符号を付し、説明は省略する。

本第３実施形態に係る接合構造４０において用いる鋼製外管４２は、レグ鋼管４４とその下方に設けられた突起付き鋼管４６とからなる。突起付き鋼管４６の上端部がレグ鋼管４４の下端部に溶接されて連結されている。レグ鋼管４４は、内周面に突起が設けられていない無突起鋼管である。

鋼製外管４２において、溶接が用いられている領域は、レグ鋼管４４と突起付き鋼管４６との境界領域のみである（ただし、レグ鋼管４４自体の製造の際に用いた溶接、突起付き鋼管４６自体の製造の際に用いた溶接、ならびに鋼桁８０および補強リングプレート８２との連結のための溶接は除く。）。したがって、本第３実施形態に係る接合構造４０で用いる鋼製外管４２において、溶接が用いられている領域は、第１実施形態に係る接合構造１０で用いる鋼製外管１４よりも少ない。

本第３実施形態に係る接合構造４０においては、必要な接合耐力の確保は、突起付き鋼管４６の長さを調整することによりなすことができる。

突起付き鋼管４６の内周面に設けられた突起４６Ａは、突起付き鋼管２０の内周面に設けられた突起２０Ａと同様であるので、説明は省略する。

１０、３０、４０…接合構造
１２…鋼管杭
１２Ａ、２０Ａ、３４Ａ、４６Ａ…突起
１４、３２、４２…鋼製外管
１６…上側鋼管（無突起鋼管）
１８…下側鋼管（無突起鋼管）
２０、３４、４６…突起付き鋼管
２２…ストッパ
２４…グラウト
２６…グラウトシール
４４…レグ鋼管（無突起鋼管）
８０…鋼桁
８２…補強リングプレート
１００、１２０…ジャケット式構造物
１０２、１２２…ジャケット
１０４、１２４…鋼桁
１０６、１２６…デッキ
１０８、１２８…レグ
１１０…ブレース材
１１２、１３２…鋼管杭
１１４、１３４…コンクリート床版

Claims

鋼管杭と、内周面が前記鋼管杭の外周面との間に間隔を開けて配置されて、前記鋼管杭の外周面の少なくとも一部の領域を覆うように配置された鋼製外管との接合構造であって、
前記鋼製外管に覆われた前記鋼管杭の外周面の少なくとも一部の領域には突起が設けられており、
前記鋼製外管は、内周面に突起の設けられていない無突起鋼管と内周面に突起の設けられている突起付き鋼管とを有してなり、
前記無突起鋼管と前記突起付き鋼管とは前記鋼製外管の軸方向に位置が異なっていて、前記無突起鋼管と前記突起付き鋼管との境界では溶接がなされて一体化されており、
前記鋼製外管の前記突起付き鋼管の内周面においては、前記突起付き鋼管の他の部位と同一材質の突起が設けられており、
前記鋼管杭の外周面と前記鋼製外管の内周面との間の間隔には、グラウトが充填されて一体化されていることを特徴とする接合構造。
前記突起付き鋼管の突起は、圧延により設けられた突起であることを特徴とする請求項１に記載の接合構造。
前記鋼製外管の有する前記無突起鋼管は２つであり、前記突起付き鋼管の上側および下側に、それぞれ前記無突起鋼管が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の接合構造。
前記鋼製外管の有する前記突起付き鋼管は２つであり、２つの前記無突起鋼管のうちの下側の無突起鋼管のさらに下側に、２つの前記突起付き鋼管のうちの１つが配置されていることを特徴とする請求項３に記載の接合構造。
前記鋼製外管は１つの前記無突起鋼管と１つの前記突起付き鋼管を有してなり、上側に前記無突起鋼管が配置され、下側に前記突起付き鋼管が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の接合構造。