JPH07150553A - 鋼管抗の継手構造 - Google Patents

鋼管抗の継手構造

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JPH07150553A
JPH07150553A JP5300497A JP30049793A JPH07150553A JP H07150553 A JPH07150553 A JP H07150553A JP 5300497 A JP5300497 A JP 5300497A JP 30049793 A JP30049793 A JP 30049793A JP H07150553 A JPH07150553 A JP H07150553A
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JP
Japan
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pile
joint
pipe
steel pipe
tapered surface
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5300497A
Other languages
English (en)
Inventor
Shingo Mizutani
慎吾 水谷
Kimihisa Takano
公寿 高野
Toshio Shinohara
敏雄 篠原
Hisatoshi Shimaoka
久壽 島岡
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋼管杭の継手構造に関するもので、先に打ち
込んだ杭に後続の杭を簡単に接続できるようにする。 【構成】 管端部の管内面にテーパ面が形成されている
鋼管杭と、テーパ面が形成された嵌合部および円筒部を
有する継手管とを備えた鋼管抗の継手構造。更に、管端
部のテーパ面の長さ L と鋼管杭の外径 D0 との比 L/D
0 が、テーパ面の管端における厚さ Te 、鋼管杭の厚さ
T0 、降伏強度 Y0 、継手管の嵌合部の外径 D1 、厚さ
T1 、降伏強度 Y1 により下記の式で表される X の値
以上である鋼管抗の継手構造。 X = 2.81 − 0.86 x M1/M0 − 1.07 x Te/T0 但し、 M1 = (π/32) x [ D14− ( D1 −2 x T1)4 ]/
D1 x Y1 M0 = (π/32) x [ D04− ( D0 −2 x T0)4 ]/ D0 x Y0

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼管杭の継手構造に関
するもので、先に打ち込んだ杭(先行杭、以下同じ)に
後続の杭(後行杭、以下同じ)を簡単に接続できる継手
構造を提供する。
【0002】
【従来の技術】鋼管杭は、輸送や施工上の制約からその
長さが制限されるため、杭の埋設長さが長い場合は、複
数の杭を接続して用いている。この作業は、通常杭の埋
設現場で行われ、先行杭の上に後行杭を接続してゆく工
事方式が採用されている。
【0003】図 3は、従来の技術の継手構造うち、杭の
埋設現場で先行杭に後行杭を溶接して接続する方式の継
手構造を示す図である。図中、1 は先行杭、2 は後行
杭、5は先行杭1 と後行杭2 の端部を接続する溶接部、
12 はストッパ、 13 は裏当ングを示す。この方式で
は、鋼管杭の端部より少し入った位置にストッパ12を取
りつけておき、この端部が上端になるように先行杭を埋
設する。ついで、裏当てリング13を先行杭1 の端部の内
側に嵌め込み、ストッパ12で保持させておく。最後に、
後行杭の端部を裏当てリング13に嵌合させ、その状態で
先行杭1 と後行杭2の端部を溶接する。
【0004】図 4は、実開平3-13328 号公報に記載され
ている先行杭に後行杭を溶接して接続する方式の継手構
造を示す図である。図中、3 は継手管、10は先行杭の継
手管を示す。図4(a)は、先行杭と後行杭を嵌合させた状
態、図4(b)は、先行杭と後行杭を分離した状態を示す図
である。継手管3 は、円筒部4 と嵌合部6 からなり、円
筒部4 と嵌合部6 の間には段部5 が設けられ、嵌合部6
には先細りのテーパ面7 が形成されている。先行杭継手
管10の内面には先太りのテーパ面11が形成されている。
これらの継手管10、3 をそれぞれ先行杭1 、後行杭2 に
溶接しておき、それぞれのテーパ面11、7 を嵌合させ
て、先行杭1 と後行杭2 の接続作業を行う。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の継手構造には、
解決すべき問題点がある。先行杭と後行杭の端部を溶接
して接続する方式では、溶接作業を施工現場で行う他な
く、工事の能率が大幅に低下するばかりか、現場溶接に
よるコストアップ等が避けられない。施工上も、後行杭
が倒れないようクレーン等で吊るした状態で溶接作業を
実施することになり、安全上問題が多い。
【0006】先行杭と後行杭の双方に継手管を用いる方
式(実開平3-13328 号公報)では、継手管が継手1 箇所
あたり2 個ずつ必要でコストがかかる。また、先行杭と
後行杭の双方に継手管を溶接する必要があり、溶接工数
が倍増することも問題である。
【0007】また、これら継手管の形状や寸法諸元は経
験に基づいて設計されており、継手部の曲げ強度が鋼管
杭本体の曲げ強度より低くなってしまう場合もある。そ
れを避けるため、特に鋼管杭本体の曲げ強度より高い曲
げ強度を要求された場合などは、必要以上に頑丈な継手
寸法にするなど不経済な設計が行われていた。本発明
は、上記の問題点を解決し、更に、鋼管杭本体の曲げ強
度と同等あるいはそれより高い曲げ強度を有する継手構
造を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】第 1の発明は、管端部の
管内面に先太りのテーパ面が形成されている鋼管杭と、
このテーパ面に嵌合させるための先細りのテーパ面が形
成された嵌合部および円筒部を有する継手管とを備えた
鋼管抗の継手構造である。
【0009】第 2の発明は、前記管端部のテーパ面の長
さ L と前記鋼管杭の外径 D0 との比 L/D0 が、そのテ
ーパ面の管端における厚さ Te 、その鋼管杭の厚さ T0
、その鋼管杭の材料の降伏強度 Y0 、前記継手管の嵌
合部の外径 D1 、その継手管の嵌合部の厚さ T1 、その
継手管の材料の降伏強度 Y1 により下記の式で表される
X の値に等しいかそれより大きいことを特徴とする請
求項1の鋼管抗の継手構造である。
【0010】 X = 2.81 − 0.86 x M1/M0 − 1.07 x Te/T0 但し、M1とM0は次の式で表される。 M1 = (π/32) x [ D14− ( D1 −2 x T1)4 ]/ D1 x Y1 M0 = (π/32) x [ D04− ( D0 −2 x T0)4 ]/ D0 x Y0
【0011】
【作用】第1の発明では、先行杭の管端部の管内面に先
太りのテーパ面が形成されている。従って、後行杭に先
細りのテーパ面が形成された継手管を溶接しておけば、
これら2 つのテーパ面を嵌合させることにより先行杭と
後行杭を接合させることができる。なお本発明では、先
行杭と後行杭を入替えてもよく、継手管を先行杭に溶接
しておき、後行杭の管内面に先太りのテーパ面を加工し
ておいてもよい。これは、施工のし易さを考慮して適宜
選択すればよい。
【0012】第2の発明では、継手部の寸法諸元等を適
切にすることにより、継手部の曲げ強度を鋼管杭本体の
曲げ強度と同等あるいはそれより高くすることができ
る。以下、その理由を述べる。
【0013】この技術の開発にあたり、継手部の形状や
寸法諸元と曲げ強度の関係については、実験により解析
を行った。継手部の構造力学的な特徴を表す因子として
は、継手管の嵌合部の降伏曲げモーメント M1 、これに
嵌合する管端部に形成されたテーパ面の長さ L 、この
テーパ面の管端における厚さ Te を用いた。鋼管杭の本
体に関する諸因子としては、鋼管杭の降伏曲げモーメン
ト M0 、鋼管杭の外径D0 、鋼管杭の厚さ T0 を用い
た。
【0014】これら諸因子について、それらの比、M1/M
0 、L/D0、Te/T0 を無次元数として用いることにより、
強度解析を行った。なお、継手管の嵌合部の降伏曲げモ
ーメントM1、および、鋼管杭の本体の降伏曲げモーメン
ト M0 は、それぞれの断面係数(断面2 次モーメントを
半径で除した値)と材料の降伏強度の積であり、次の式
で表される。
【0015】 M1 = (π/32) x [ D14− ( D1 −2 x T1)4 ]/ D1 x Y1 (1) M0 = (π/32) x [ D04− ( D0 −2 x T0)4 ]/ D0 x Y0 (2) ここで、D1は継手管の嵌合部の外径(簡単のためテーパ
部の根元の外径とする)、T1は継手管の嵌合部の厚さ、
Y1は継手管の材料の降伏強度、D0は鋼管杭の外径、T0は
鋼管杭の厚さ、Y0は鋼管杭の材料の降伏強度をそれぞれ
表す。
【0016】実験は、これらの無次元数を種々変えた継
手について、継手部を嵌合させた状態での曲げ強度(継
手部の曲げ強度)S1を測定し、杭本体の曲げ強度S0との
比S1/S0 を求めた。実験結果について、次の形の回帰式
で回帰分析を行い、係数A,B,C,D を求めた。 S1/S0 = A + B x L/D0 + C x M1/M0 + D x Te/T0 (3) その結果、係数は次のようになった。 A = −1.112 、B = 0.751、C = 0.6423 、D = 0.8045 (4)
【0017】図 2は、継手部と本体の曲げ強度の比S1/S
0 について、前述の実験による実測値と上記の回帰式に
よる計算値の関係を示す図である。多少のバラツキはあ
るが、両者の相関は強く、実用上十分適用できる。
【0018】継手部の曲げ強度 S1 を、鋼管杭本体の曲
げ強度 S0 と同等以上とするには、この回帰式による S
1/S0 の計算値即ち上記の式(3) の右辺の値が、 1.0
以上となるように継手構造の寸法諸元を決定すればよ
い。式で表すと次のようになる。 A + B x L/D0 + C x M1/M0 + D x Te/T0 >= 1.0 (5) ここで、記号 >= は左辺が右辺より大きいか等しいこと
を表す(以下同じ)。
【0019】これらの継手構造の寸法諸元の中で、テー
パ面の長さ L が、設計上の自由度が比較的大きいこと
に着目し、無次元数 L/D0 について式を変形しておくと
設計上便利であり、式(5) は次のようになる。 L/D0 >= ( 1.0 − A)/B − C/B x M1/M0 − D/B x Te/T0 (6) 更に、係数A,B,C,D に式(4) の数値を入れると、式(6)
は次のようになる。 L/D0 >= 2.81− 0.86 x M1/M0 − 1.07 x Te/T0 (7) この条件式の右辺を X と置くと、 X = 2.81 − 0.86 x M1/M0 − 1.07 x Te/T0 (8) となり、継手部と本体の曲げ強度の比S1/S0 を 1.0以上
とするには、管端部のテーパ面の長さ L と鋼管杭の外
径 D0 との比 L/D0 を、下限値 X と等しいかそれ以上
の値にすればよいことになる。
【0020】なお、継手部の曲げ強度 S1 を、鋼管杭本
体の曲げ強度 S0 より確実に同等以上とするには、図 2
に見られるバラツキを考慮して、この回帰式による S1/
S0の計算値が 1.15 以上となるように、継手構造の寸法
諸元を決定すればよい。この場合、 L/D0 に対する条件
式は、式(6) の定数1.0 を 1.15 に置き換え、後は前述
と同様、係数A,B,C,D に式(4) の数値を入れることによ
り得られる。その結果は、次のようになる。 L/D0 >= 3.01 − 0.86 x M1/M0 − 1.07 x Te/T0 (9) その他、安全率等の要求に応じて、式(3) におけるS1/S
0 の計算値を適宜決定し、式(9) と同様の条件を求めれ
ばよい。
【0021】
【実施例】図 1は、本発明の実施例を示す図である。図
において、1 、2 は鋼管杭(それぞれ先行杭、後行
杭)、3 は継手管、4 、5 、6 、7 はそれぞれ継手管の
円筒部、段部、嵌合部、テーパ面、8 は鋼管杭と継手管
との溶接部、11は鋼管杭のテーパ面を示す。
【0022】テーパ面 11 は鋼管杭の管端部に予め工場
で加工しておき、鋼管杭と継手管との溶接部 8 も工場
又は作業場で溶接をしておくことにより、施工現場での
作業を減らしている。施工現場では先行杭 1 を埋設
し、その端部に後行杭に溶接されている継手管 3の嵌合
部 6を挿入して行う。その際、先行杭 1の端部に形成さ
れたテーパ面 11 に嵌合部 6のテーパ面 7 を強く嵌入
させて、双方の鋼管杭を接続する。
【0023】表 1は、種々の製品の継手構造の曲げ試験
結果の例を示す。表に記載の変数名D0,T0,Y0等は、前述
の鋼管杭と継手管の寸法諸元と降伏強度等である。ここ
で、A1, A2, A3, A4は本発明の発明品、B1, B2は発明品
ではあるが第 2の発明には該当しない継手構造であり、
C1は比較品である。発明品の内、A1, A2は先行杭にテー
パ面 11 を加工したもの、A3, A4は後行杭にテーパ面 1
1 を加工したものである。比較品C1は、先行杭と後行杭
の双方に継手管を用いた従来の技術(図 4)の継手構造
である。
【0024】発明品A1ないしA4は、 L/D0 の値が X よ
り大きく、発明品B1, B2は X より小さい。比較品C1に
ついては、継手管内面のテーパ部の長さとそのテーパ部
先端の厚さを、それぞれ L* と Te*として表に記載し
た。しかし、比較品C1の継手構造は本発明とは異なり、
L/D0 と X の値が計算できないので表には記載してい
ない。
【0025】曲げ試験結果は、継手部の曲げ強度 S1 と
杭本体の曲げ強度 S0 との比S1/S0で示してある。発明
品A1, A2, A3, A4は、いずれも曲げ強度の比 S1/S0が
1.0より大きく、継手部の曲げ強度が鋼管杭本体の曲げ
強度より大きくなっている。これに対し、発明品B1, B2
では曲げ強度の比が 1.0より小さく、継手部の曲げ強度
が鋼管杭本体の曲げ強度より小さい。比較品C1について
は、2 つの継手管の厚さがいずれも鋼管杭本体より厚い
にもかかわらず、曲げ強度が鋼管杭本体より小さくなっ
ている。
【0026】
【表1】
【0027】
【発明の効果】本発明により、先行杭と後行杭とを施工
現場で溶接する作業が不要となり、工事の能率の低下、
現場溶接によるコストアップ等が避けられる。施工上
も、後行杭をクレーン等で吊るした状態での溶接作業等
の、不安全な作業がなくなる。
【0028】継手管の数については、継手1 箇所あたり
1 個でよく、先行杭と後行杭の双方に継手管を用いる従
来の技術に比べ、継手管製作のコストが削減でき、溶接
工数も半減する。
【0029】継手管の形状や寸法諸元については、継手
部の曲げ強度が考慮されているので、継手部の曲げ強度
を鋼管杭本体の曲げ強度と同等かそれ以上とすることが
できる。また、管杭本体の曲げ強度より高い曲げ強度を
要求された場合にも、適切な寸法の継手構造とすること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明の継手構造の実施例を示す図。
【図2】継手部と本体の曲げ強度の比S1/S0 の実測値と
計算値の関係を示す図。
【図3】従来の技術で、先行杭に後行杭を溶接する方式
の継手構造を示す図。
【図4】従来の技術で、2 つの継手管を用いる方式の継
手構造を示す図。
【符号の説明】
1 先行杭 2 後行杭 3 継手管 4 継手管の円筒部 6 継手管の嵌合部 7 継手管のテーパ面 11 鋼管杭のテーパ面
フロントページの続き (72)発明者 島岡 久壽 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 管端部の管内面に先太りのテーパ面が形
    成されている鋼管杭と、このテーパ面に嵌合させるため
    の先細りのテーパ面が形成された嵌合部および円筒部を
    有する継手管とを備えた鋼管抗の継手構造。
  2. 【請求項2】 前記管端部のテーパ面の長さ L と前記
    鋼管杭の外径 D0 との比 L/D0 が、そのテーパ面の管端
    における厚さ Te 、その鋼管杭の厚さ T0 、その鋼管杭
    の材料の降伏強度 Y0 、前記継手管の嵌合部の外径 D1
    、その継手管の嵌合部の厚さ T1 、その継手管の材料
    の降伏強度 Y1 により下記の式で表される X の値に等
    しいかそれより大きいことを特徴とする請求項1の鋼管
    抗の継手構造。 X = 2.81 − 0.86 x M1/M0 − 1.07 x Te/T0 但し、M1とM0は次の式で表される。 M1 = (π/32) x [ D14− ( D1 −2 x T1)4 ]/ D1 x Y1 M0 = (π/32) x [ D04− ( D0 −2 x T0)4 ]/ D0 x Y0
JP5300497A 1993-11-30 1993-11-30 鋼管抗の継手構造 Withdrawn JPH07150553A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001048411A1 (en) * 1999-12-27 2001-07-05 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Screw joint for oil well pipe
JP2023169813A (ja) * 2022-05-17 2023-11-30 株式会社大林組 継手部材及び継手部材と鋼管の接続構造

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Effective date: 20010130