JP7652181B2 - 機械式継手接合用治具、機械式継手の接合方法、構造体、構造体の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、機械式継手の接合に用いる機械式継手接合用治具、機械式継手接合用治具を用いた機械式継手の接合方法、該機械式継手の接合方法によって連結されてなる構造体、該構造体の施工方法に関する。

鋼管杭・鋼管矢板の接合については、従来から現場溶接主体で行われてきたが、近年は技能者減少、工期短縮、品質管理などから機械式の継手による接合が増加してきている。
鋼管杭・鋼管矢板では、管状の継手部材を鋼管とは別に製造し、接合する鋼管の端部にそれぞれ継手部材を溶接にて取り付け、継手部材同士を接合する方式が一般的である。

継手は杭の施工時および供用時に作用する圧縮・引張・せん断・ねじりといった荷重を伝達できる構造が必要である。圧縮に対しては継手部材の端面同士を面接触させること、せん断に対しては雄形状の管を雌形状の管に挿入し、二重管状態にすることにより容易に伝達できる。しかし、引張およびねじり荷重は単なる挿入・面接触では伝達することができず、構造に工夫が必要である。

引張およびねじり荷重伝達を可能とした機械式継手として、Ｃ字状のリング部材（以下、「Ｃ型リング部材」という場合あり）を用いたものが、例えば特許文献１に柱状体接続構造として開示されている。
特許文献１に開示の柱状接続構造は、第一柱状体（１）の一端部と第二柱状体（２）の一端部とに、一対の内側柱部（１１）と外側管部（２１）とを振り分けて設け、その内側柱部（１１）と外側管部（２１）とを互いに接続した柱状体接続構造である。そして、前記内側柱部（１１）の外周面に環状の外溝部（１２）を少なくとも１カ所設けるとともに、前記外側管部（２１）の内周面に環状の内溝部（２２）を少なくとも１カ所設けている。さらに、径変化自在で、前記外溝部（１２）もしくは内溝部（２２）の入り口から奥に引退した状態に収容可能なリング状部材（３）を設けている。そして、前記内側柱部（１１）を前記外側管部（２１）に嵌入した状態で、前記リング状部材（３）を、前記外溝部（１２）と前記内溝部（２２）との両者間にわたって介在して、その両者に係合状態に保持している（特許文献１の請求項２参照）。

特許文献１において、リング状部材としてのＣ型リング部材を縮径させた状態で内側柱部に収容し、内側柱部を外側管部に嵌入した状態で、Ｃ型リング部材の縮径状態を解除する態様が実施の形態２－２に記載されている。この態様は、熱可塑性樹脂製の接続部材でＣ型リング部材の両端部を接続して縮径状態とし、内側柱部を外側管部に嵌入した状態で接続部材を加熱融解させるというものである。

特開平１１－３６２８５号公報

特許文献１に開示の方法では、Ｃ型リング部材に特別な加工が必要である。
また、特許文献１では、リング状部材（３）を、外溝部（１２）と内溝部（２２）との両者間にわたって介在させた後、外溝部（１２）又は内溝部（２２）のいずれかに移動しないようにする手段については言及されていない。そのため、軸方向のみ荷重が作用するのであれば、支圧で耐えることができたとしても、変形により管径方向にリング状部材（３）が移動することがある場合には、耐力が低下する可能性は否めない。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、内側継手側と外側継手側に跨るように配置可能なＣ型リング部材を備えた機械式継手を接合するために用いるものであって、Ｃ型リング部材に特別な加工が不要で、Ｃ型リング部材を内側継手側と外側継手側に跨る位置に維持させることができる機械式継手接合用治具を提供することを目的としている。
また、前記機械式継手接合治具を用いた機械式継手の接合方法、該接合方法よって連結された複数の管を備えた構造体及び構造体の施工方法を提供することを目的としている。

（１）本発明に係る機械式継手接合用治具は、内側継手の外周面と外側継手の内周面のそれぞれに継手組合せ完了状態で対向するように形成された環状溝を有し、前記内側継手又は前記外側継手の前記環状溝に格納可能、かつ組合せ完了状態において前記環状溝内で前記内側継手側と前記外側継手側に跨るように配置可能なＣ型リング部材を備えた機械式継手を接合するために用いるものであって、
前記Ｃ型リング部材が格納された前記環状溝の前記Ｃ型リング部材と環状溝底と隙間において前記環状溝の全周に亘って配置可能なパイロットワイヤと、該パイロットワイヤに連結され、または連結可能で、前記環状溝の前記Ｃ型リング部材と環状溝底と隙間において前記環状溝の全周に亘って配置されて、前記Ｃ型リング部材を該Ｃ型リング部材が格納された前記内側継手側又は前記外側継手側から前記内側継手側と前記外側継手側に跨る位置に移動させてその位置に保持させるＣ型リング部材移動・保持部材と、を備えたものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記Ｃ型リング部材移動・保持部材は、線状部材と、該線状部材に所定の間隔を離して取り付けられ、前記線状部材よりも径が大きく前記Ｃ型リング部材に当接して押圧する複数の押圧部材とを備えてなるものである。

（３）また、上記（２）に記載のものにおいて、前記押圧部材のうち少なくとも先頭に配置されたものは、先端が先細になっているものである。

（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の機械式継手接合用治具を用いた機械式継手の接合方法であって、
前記Ｃ型リングを前記内側継手又は前記外側継手の前記環状溝に格納し、前記パイロットワイヤを前記Ｃ型リング部材と環状溝底と隙間に全周に亘って配置する工程と、
前記内側継手と前記外側継手を組み合わせて組合せ完了状態とする工程と、
前記外側継手に設けたアクセス孔から前記パイロットワイヤの一端にアクセスして前記Ｃ型リング部材移動・保持部材の一端とを連結状態にする工程と、
前記パイロットワイヤの他端に前記アクセス孔からアクセスして、前記パイロットワイヤの他端を引っ張って、前記Ｃ型リング部材移動・保持部材を前記Ｃ型リング部材と環状溝底と隙間に引き込んで、前記Ｃ型リング部材を前記内側継手側と前記外側継手側に跨る位置に移動させてその位置に保持させる工程と、を備えたものである。

（５）また、本発明に係る構造体は、前記機械式継手が取り付けられた継手付き管同士を、上記（４）に記載の機械式継手の接合方法によって連結されてなるものである。

（６）本発明に係る構造体の施工方法は、上記（５）に記載の構造体の施工方法であって、連結対象となる継手付き管の一方の管軸方向の位置を拘束した状態で、他方の継手付き管を前記一方の継手付き管に位置合わせして接合するものである。

本発明にかかる機械式継手接合用治具を使用することで、Ｃ型リング部材に特別な加工をすることなく、Ｃ型リング部材を用いた機械式継手の接合を極めて簡単に行うことができ、かつ安定的に荷重伝達が可能な状態を維持できる。

実施の形態１、２に係る機械式継手接合用治具の説明図である。 図１の一部拡大図である。 図１に示した機械式継手接合用治具を用いた機械式継手の接合方法の説明図である。 Ｃ型リング部材移動・保持部材が環状溝とＣ型リング部材との隙間に挿入される様子を示す図である。 Ｃ型リング部材移動・保持部材が環状溝内に配置された状態の説明図である。 Ｃ型リング部材移動・保持部材の他の態様の説明図である。 図６に示したＣ型リング部材移動・保持部材が環状溝とＣ型リング部材との隙間に挿入される様子を示す図である。 図６に示したＣ型リング部材移動・保持部材が環状溝内に配置された状態の説明図である。 Ｃ型リング部材移動・保持部材における押圧部材が２個の態様の説明図である。 実施の形態１において機械式継手接合用治具によって接合される機械式継手の説明図である。 実施の形態２に係る機械式継手の接合方法の説明図である。

［実施の形態１］
本実施の形態に係る機械式継手接合用治具を説明する前に、機械式継手接合用治具が用いられる機械式継手について、一例である図１０に基づいて説明する。

本発明が対象としている機械式継手１は、図１０に示すように、鋼管３の端部に備えられる管状の内側継手５と、他の鋼管３の端部に備えられて内側継手５と接合される管状の外側継手７と、を有している。
そして、内側継手５の基端側には段差部９が形成され、内側継手５と外側継手７とを組み合わせた状態（図１０（ｂ）参照）で、外側継手７の先端部が段差部９に当接して組合せ完了状態となるように構成されている。

内側継手５の外周面と外側継手７の内周面のそれぞれには環状溝１１が形成されており、この環状溝１１は継手の組合せ完了状態で対向するように配置されている。なお、図１０に示す環状溝１１は一段であるが、本発明が対象としている機械式継手１における環状溝１１は一段に限られず、複数段であってもよい。

また、内側継手５の環状溝１１に内側継手５の外側継手７への組合せを妨げないように格納可能なＣ型リング部材１３を備えている。
このＣ型リング部材１３は、継手の組合せ完了状態において環状溝１１内で内側継手５側と外側継手７側に跨るように配置される。このため、Ｃ型リング部材１３は、内側継手５の環状溝１１に格納された状態（自然状態）から外力を加えることで拡径可能である。すなわち、Ｃ型リング部材１３は、図１０（ａ）に示すように、内側継手５の環状溝１１に格納された状態から、外力を加えることで、図１０（ｂ）の黒矢印に示すように拡径して環状溝１１内で内側継手５側と外側継手７側に跨るように配置される。

上記のような機械式継手１の接合に用いられる機械式継手接合用治具１５（以下、単に「治具１５」という）を図１、図２に基づいて説明する。

本実施の形態に係る治具１５は、図１、図２に示すように、パイロットワイヤ１７とＣ型リング部材移動・保持部材１９とを備えている。
以下、各構成を詳細に説明する。

＜パイロットワイヤ＞
パイロットワイヤ１７は、Ｃ型リング部材１３が格納された環状溝１１のＣ型リング部材１３と環状溝１１と隙間において環状溝１１の全周に亘って配置可能な鋼線等からなる線状の部材である。

＜Ｃ型リング部材移動・保持部材＞
Ｃ型リング部材移動・保持部材１９は、パイロットワイヤ１７に連結され、または連結可能で、環状溝１１のＣ型リング部材１３と環状溝底と隙間において環状溝１１の全周に亘って配置されるものである。つまり、本発明の治具１５は、（ａ）パイロットワイヤ１７とＣ型リング部材移動・保持部材１９とが連結された１つの部材である場合と、（ｂ）パイロットワイヤ１７とＣ型リング部材移動・保持部材１９とが、それぞれ分離した部材の組である場合と、を含む。
そして、Ｃ型リング部材１３をＣ型リング部材１３が格納された内側継手５側から内側継手５側と外側継手７側に跨る位置に移動させ、その位置に保持させる機能を有している。

上記のような機能を有するＣ型リング部材移動・保持部材１９は、図２に示すように、線状部材２１（ワイヤ）と、線状部材２１に所定の間隔を離して取り付けられ、線状部材２１よりも径が大きくＣ型リング部材１３に当接して押圧する複数の押圧部材２３とを備えている。
押圧部材２３の数は特に限定されないが、本実施の形態では図２、図３（ｃ）に示すように、７個の例を示している。

線状部材２１と押圧部材２３との接合は、線状部材２１と押圧部材２３を溶接接合したり（図２の先頭から３番目の押圧部材２３参照）、押圧部材２３の前後の線状部材２１をかしめたり（図２の先頭から２番目の押圧部材２３参照）すればよい。また、線状部材２１を内蔵・固定するために押圧部材２３の内部にスリーブをいれて線状部材２１をかしめ、押圧具材自体は上下別パーツとしてそれをボルトなどで一体化するようにしてもよい（図２の先頭押圧部材２３ａ参照）。

本実施の形態では、パイロットワイヤ１７との接続部に最も近い位置（先頭）に配置された先頭押圧部材２３ａは、図２に示すように、先細となるように先端に向かって湾曲して傾斜する傾斜面になっている。
先頭押圧部材２３ａの先端を先細となる傾斜面にすることで、Ｃ型リング部材１３と環状溝１１の溝底との間に挿入し易くなる。

また、２番目以降の押圧部材２３は、Ｃ型リング部材１３を押圧して所定の寸法だけ拡径させるものである。押圧部材２３は、断面円形でも断面矩形でもよく、形状が限定されるものではない。もっとも、押圧部材２３はＣ型リング部材１３に安定して当接する形状が好ましく、直方体のような形状が好ましい。
なお、押圧部材２３の断面形状が円形の場合、押圧部材２３が環状溝１１内で片側にずれたりしないようにするのが好ましい。このために、Ｃ型リング部材１３や環状溝１１における押圧部材２３と当接する面に押圧部材２３の表面形状に沿って周方向に延びるＲ状の溝を形成するようにしてもよい。

先頭押圧部材２３ａ及び押圧部材２３は、環状溝１１の溝底及びＣ型リング部材１３の両方との摩擦抵抗が少ない部材が好ましく、例えば外面をパーカライジング処理した鋼材や、摩擦係数の少ない樹脂(例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン))を用いるか、グリス塗布してもよい。

押圧部材２３及び先頭押圧部材２３ａの機能は、前述したように、Ｃ型リング部材１３を拡径して内側継手５側と外側継手７側に跨る位置に移動させることである。この機能をより効果的に発揮させるために、押圧部材２３及び先頭押圧部材２３ａにおける最も大径部位の半径方向の寸法dsは、下式を満たすことが好ましい。
ds≦di+do-wc-esum
ただし、di:内側継手溝深さ(半径方向の幅)
do:外側継手溝深さ(半径方向の幅)
wc:C型リング部材の幅(半径方向)
esum:各部位の設計公差のうち正方向の公差の和
例えば、wc=12mm、di=12mm、do=6mmの場合、esum=0.5mmとして、dsは5.5mm以下となる。

また、Ｃ型リング部材１３が外側継手管７に最低限掛かる必要がある半径方向の幅をdomとして、換言すればＣ型リング部材１３が外側継手管７にdom程度掛かれば計画している耐力（支圧）を満たすとして、dsは下式を満たすことが好ましい。
ds≧di+dom-wc+esum’
であることが好ましい。ここで、esum’は各部位の設計公差のうち負方向の公差の和の絶対値である。

次に、上記のように構成された本実施の形態の治具１５を用いて機械式継手１を接合する機械式継手１の接合方法を図３～図５に基づいて説明する。
なお、環状溝１１を図面上で分かりやすくするため、内側継手５及び外側継手７における溝壁部分は他の部位よりも薄い灰色にしている。

まず、Ｃ型リング部材１３を内側継手５の環状溝１１に格納する。Ｃ型リング部材１３は、自然状態で環状溝１１内から突出しない状態で格納可能である。
環状溝１１の溝底とＣ型リング部材１３との間にパイロットワイヤ１７をＣ型リング部材１３の全周に亘るように配置する。このとき、パイロットワイヤ１７の両端をＣ型リング部材１３の切れ目の位置に配置する。

次に、内側継手５と外側継手７を組み合わせて組合せ完了状態とする（図３（ｂ）参照）。より具体的には、内側継手５を外側継手７に挿入し、外側継手７の先端部を内側継手５の段差部９に当接させて組合せ完了状態となる。

その後、外側継手７に設けたアクセス孔２７（図３（ｂ）（ｃ）参照）からパイロットワイヤ１７の一端側にアクセスし、パイロットワイヤ１７の一端とＣ型リング部材移動・保持部材１９の線状部材２１の一端とを連結する。
なお、パイロットワイヤ１７の一端とＣ型リング部材移動・保持部材１９の線状部材２１の一端とが事前に連結されている場合には、この連結作業は不要である。

上記の連結が完了後、パイロットワイヤ１７の他端を引っ張ることで、Ｃ型リング部材移動・保持部材１９がパイロットワイヤ１７に引っ張られて環状溝１１の溝底とＣ型リング部材１３との間に挿入される（図３（ｂ）、図４参照）。
先頭押圧部材２３ａの先端は先細になっているので、環状溝１１の溝底とＣ型リング部材１３の隙間に挿入しやすい。

Ｃ型リング部材移動・保持部材１９が環状溝１１の溝底とＣ型リング部材１３の隙間に挿入されることで、押圧部材２３によってＣ型リング部材１３が拡径され（図４参照）、Ｃ型リング部材１３が環状溝１１内において内側継手５側と外側継手７側に跨る位置に配置される。これによって、機械式継手１は引張荷重の伝達が可能となる。

図５（ａ）は、環状溝１１内における先頭押圧部材２３ａとＣ型リング部材１３の配置関係を示している。また、図５（ｂ）は、押圧部材２３とＣ型リング部材１３の配置関係を示している。
図５に示すように、先頭押圧部材２３ａ及び押圧部材２３は、環状溝１１内に配置され続けるので、Ｃ型リング部材１３の拡径状態を維持し、機械式継手１によって接合された鋼管３の供用中に、所定の支圧耐力を損なうことが無く、安全性を確保できる。

なお、機械式継手１の組合せ状態（接合状態）を解除して、鋼管３同士を分離させたい場合には、Ｃ型リング部材移動・保持部材１９を引き抜くことで、Ｃ型リング部材１３が自己の弾性により縮径する。これによって、Ｃ型リング部材１３は図３（ａ）に示したように、内側継手５の環状溝１１内に収納され、内側継手５を外側継手７から分離可能となる。

以上のように、本実施の形態の治具１５を使用することで、Ｃ型リング部材１３を用いた機械式継手１の接合を極めて簡単に行うことができ、かつ安定的に荷重伝達が可能な状態を維持できる。
また、機械式継手１を分離する際にも、Ｃ型リング部材移動・保持部材１９を引き抜くだけで良く、この点でも優れている。

なお、先頭押圧部材２３ａについては、図６～図８に示すように、先端の中心が挿入時に環状溝１１の溝底側に偏心した形状にすることで、先頭押圧部材２３ａの先端を溝底とＣ型リング部材１３の隙間に挿入し易くなるのでより好ましい。

なお、押圧部材２３及び先頭押圧部材２３ａの総数に関し、上記では７個の場合を例示したが、本発明の押圧部材２３の数はこれに限られない。もっとも、最低限で環状溝１１内で対面にある必要があるため、環状溝１１内での先頭押圧部材２３ａと押圧部材２３又は押圧部材２３同士の間隔が180度以下である必要がある。すなわち、押圧部材２３は最低でも180度に1個必要であり、この場合には、図９に示すように、全体で2個となる。これより多い例えば、120度に1個では全体で3個、45度に1個では、全体で8個、となる。

［実施の形態２］
実施の形態１においては、内側継手５と外側継手７の組合せ前の状態で、Ｃ型リング部材１３が内側継手５の環状溝１１に格納されている場合であった。
本発明の機械式継手接合用治具１５は上記の場合に限られず、Ｃ型リング部材１３が外側継手７の環状溝１１内に格納されている場合にも適用可能である。
この場合について、図１１に基づいて説明する。

組合せ前の状態では、図１１（ａ）に示すように、Ｃ型リング部材１３は外側継手７の環状溝１１内に格納され、溝底とＣ型リング部材１３との隙間にパイロットワイヤ１７を配置しておく。
次に、外側継手７と内側継手５を組合せた状態で、Ｃ型リング部材移動・保持部材１９を溝底とＣ型リング部材１３との隙間に挿入する。これによって、図１１（ｂ）の黒矢印で示すようにＣ型リング部材１３を縮径させ、Ｃ型リング部材１３は環状溝１１内で内側継手５側と外側継手７側に跨るように配置される。

実施の形態２における作用効果は、実施の形態１と同様である。

なお、上記の機械式継手１が取り付けられた継手付き鋼管３同士を、上述した機械式継手１の接合方法によって連結することで、構造体を構成することができる。
また、このような構造体の施工方法としては、連結対象となる継手付き鋼管３の一方の鋼管軸方向の位置を拘束した状態で、他方の継手付き鋼管３を前記一方の継手付き鋼管３に位置合わせして接合するようにすればよい。

１ 機械式継手
３ 鋼管
５ 内側継手
７ 外側継手
９ 段差部
１１ 環状溝
１３ Ｃ型リング部材
１５ 治具
１７ パイロットワイヤ
１９ Ｃ型リング部材移動・保持部材
２１ 線状部材
２３ 押圧部材
２３ａ 先頭押圧部材
２７ アクセス孔

Claims (6)

1. 内側継手の外周面と外側継手の内周面のそれぞれに継手組合せ完了状態で対向するように形成された環状溝を有し、前記内側継手又は前記外側継手の前記環状溝に格納可能、かつ組合せ完了状態において前記環状溝内で前記内側継手側と前記外側継手側に跨るように配置可能なＣ型リング部材を備えた機械式継手を接合するために用いる機械式継手接合用治具であって、
   前記Ｃ型リング部材が格納された前記環状溝の前記Ｃ型リング部材と環状溝底と隙間において前記環状溝の全周に亘って配置可能なパイロットワイヤと、
   該パイロットワイヤに連結され、または連結可能で、前記環状溝の前記Ｃ型リング部材と環状溝底と隙間において前記環状溝の全周に亘って配置されて、前記Ｃ型リング部材を該Ｃ型リング部材が格納された前記内側継手側又は前記外側継手側から前記内側継手側と前記外側継手側に跨る位置に移動させてその位置に保持させるＣ型リング部材移動・保持部材と、
   を備えた機械式継手接合用治具。
2. 前記Ｃ型リング部材移動・保持部材は、線状部材と、該線状部材に所定の間隔を離して取り付けられ、前記線状部材よりも径が大きく前記Ｃ型リング部材に当接して押圧する複数の押圧部材とを備えてなる請求項１に記載の機械式継手接合用治具。
3. 前記押圧部材のうち少なくとも先頭に配置されたものは、先端が先細になっている請求項２に記載の機械式継手接合用治具。
4. 請求項１～３のいずれかに記載の機械式継手接合用治具を用いた前記機械式継手の接合方法であって、
   前記Ｃ型リングを前記内側継手又は前記外側継手の前記環状溝に格納し、前記パイロットワイヤを前記Ｃ型リング部材と環状溝底と隙間に全周に亘って配置する工程と、
   前記内側継手と前記外側継手を組み合わせて組合せ完了状態とする工程と、
   前記外側継手に設けたアクセス孔から前記パイロットワイヤの一端にアクセスして前記Ｃ型リング部材移動・保持部材の一端とを連結状態にする工程と、
   前記パイロットワイヤの他端に前記アクセス孔からアクセスして、前記パイロットワイヤの他端を引っ張って、前記Ｃ型リング部材移動・保持部材を前記Ｃ型リング部材と環状溝底と隙間に引き込んで、前記Ｃ型リング部材を前記内側継手側と前記外側継手側に跨る位置に移動させてその位置に保持させる工程と、を備えた機械式継手の接合方法。
5. 機械式継手が取り付けられた継手付き管同士を、請求項４に記載の機械式継手の接合方法によって連結されてなる構造体。
6. 請求項５に記載の構造体の施工方法であって、連結対象となる継手付き管の一方の管軸方向の位置を拘束した状態で、他方の継手付き管を前記一方の継手付き管に位置合わせして接合する構造体の施工方法。