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公開番号2025153987
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-10
出願番号2024056737
出願日2024-03-29
発明の名称鋼管の連結構造および鋼管杭
出願人日本製鉄株式会社
代理人弁理士法人樹之下知的財産事務所
主分類E02D 5/24 20060101AFI20251002BHJP(水工;基礎;土砂の移送)
要約【課題】鋼管の機械式継手における継手先端部の面外変形を効果的に抑制する。
【解決手段】第1および第2の鋼管を軸方向に連結する鋼管の連結構造であって、前記第1の鋼管の前記軸方向の端部に接合される内嵌部材と、前記第2の鋼管の前記軸方向の端部に接合される外嵌部材とを備え、前記内嵌部材は、前記外嵌部材の内側に嵌合する内側嵌合部を含み、前記外嵌部材は、前記内嵌部材の外側に嵌合する外側嵌合部を含み、前記内側嵌合部および前記外側嵌合部は前記軸方向に対して垂直な接触面で互いに接触し、前記第1の鋼管および前記内嵌部材の径方向について、前記第1の鋼管の板厚中心から前記接触面の中心までの距離をX、前記第1の鋼管の板厚をt,前記外側嵌合部および内側嵌合部の管軸方向における配列数をnとした場合に0<X/t≦3n/4である、鋼管の連結構造。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
第１および第２の鋼管を軸方向に連結する鋼管の連結構造であって、
前記第１の鋼管の前記軸方向の端部に接合される内嵌部材と、前記第２の鋼管の前記軸方向の端部に接合される外嵌部材とを備え、
前記内嵌部材は、前記外嵌部材の内側に嵌合する内側嵌合部を含み、前記外嵌部材は、前記内嵌部材の外側に嵌合する外側嵌合部を含み、前記内側嵌合部および前記外側嵌合部は前記軸方向に対して垂直な接触面で互いに接触し、
前記第１の鋼管および前記内嵌部材の径方向について、前記第１の鋼管の板厚中心から前記接触面の中心までの距離をＸ、前記第１の鋼管の板厚をｔ，前記外側嵌合部および前記内側嵌合部の管軸方向における配列数をｎとした場合に０＜Ｘ／ｔ≦３ｎ／４である、鋼管の連結構造。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
第１および第２の鋼管を軸方向に連結する鋼管の連結構造であって、
前記第１の鋼管の前記軸方向の端部に接合される内嵌部材と、前記第２の鋼管の前記軸方向の端部に接合される外嵌部材とを備え、
前記内嵌部材は、前記外嵌部材の内側に嵌合する内側嵌合部を含み、前記外嵌部材は、前記内嵌部材の外側に嵌合する外側嵌合部を含み、
前記内側嵌合部の外周面には第１の周方向溝部が形成され、前記外側嵌合部の内周面には第２の周方向溝部が形成され、前記内嵌部材を前記外嵌部材に嵌合させたときに前記第１および第２の周方向溝部が互いに対向し、前記第１および第２の周方向溝部にまたがる抜け止め部材が挿入され、
前記内側嵌合部または前記外側嵌合部と前記抜け止め部材と前記軸方向に対して垂直な接触面で互いに接触し、
前記第１の鋼管および前記内嵌部材の径方向について、前記第１の鋼管の板厚中心から前記接触面の中心までの距離をＸ、前記第１の鋼管の板厚をｔ、前記外側嵌合部および前記内側嵌合部の管軸方向における配列数をｎとした場合に０＜Ｘ／ｔ≦３ｎ／４である、鋼管の連結構造。
【請求項３】
０．５０≦Ｘ／ｔである、請求項１または請求項２に記載の鋼管の連結構造。
【請求項４】
前記内嵌部材および前記外嵌部材を形成する鋼材の降伏点または０．２％耐力の少なくとも一方が２１５ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下、引張強さが４００ＭＰａ以上７２０ＭＰａ以下である請求項１または請求項２に記載の鋼管の連結構造。
【請求項５】
各元素の含有量を質量％で表した式（ｉ）で定義される、前記内嵌部材または前記外嵌部材の少なくともいずれかの炭素当量Ｃｅｑが０．２以上であり、Ｃｅｑが０．５１以下である、請求項１または請求項２に記載の鋼管の連結構造。
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【請求項６】
前記内側嵌合部の外側には、周方向について第１の間隙部分を挟んで第１の突出部が複数形成され、
前記外側嵌合部の内側には、前記周方向について第２の間隙部分を挟んで第２の突出部が複数形成され、
前記第１および第２の突出部は、前記内嵌部材を前記外嵌部材の内側に嵌合させた状態で所定の位置まで回転させたときに互いに係合するように構成される、請求項１または請求項２に記載の鋼管の連結構造。
【請求項７】
前記内側嵌合部の外側には、前記周方向について前記第１の間隙部分を挟んで１６箇所から３２箇所の前記第１の突出部が形成され、
前記外側嵌合部の内側には、前記周方向について前記第２の間隙部分を挟んで前記第１の突出部と同じ数の前記第２の突出部が形成される、請求項６に記載の鋼管の連結構造。
【請求項８】
前記内側嵌合部は、前記軸方向に配列された３つまたは４つの前記第１の突出部を含み、
前記外側嵌合部は、前記軸方向に配列された前記第１の突出部と同じ数の前記第２の突出部を含む、請求項７に記載の鋼管の連結構造。
【請求項９】
前記内嵌部材で前記軸方向に配列された前記第１の突出部の間に形成される第１の溝部における板厚は、前記軸方向の位置にかかわらず均等に形成され、
前記外嵌部材で前記軸方向に配列された前記第２の突出部の間に形成される第２の溝部における板厚は、前記軸方向の位置にかかわらず均等に形成される、請求項８に記載の鋼管の連結構造。
【請求項１０】
前記外側嵌合部の前記第２の鋼管へ向かう方向の先端部の側面と、
前記内側嵌合部の前記第１の鋼管へ向かう方向の先端部の側面に、
管軸方向に延びる突起又は管軸方向に窪む溝が設けられていない
ことを特徴とする請求項９に記載の鋼管の連結構造。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管の連結構造および鋼管杭に関する。
続きを表示（約 4,600 文字）【背景技術】
【０００２】
鋼管同士を連結する方法としては溶接が一般的であるが、現場での溶接作業を伴わず短時間での施工が可能な機械式継手を用いた鋼管接合方法も提案されている。例えば特許文献１には、鋼管杭の軸方向端部に接合される内嵌部材および外嵌部材を用いた連結方法が記載されている。この方法では、内嵌部材を外嵌部材の内側に嵌合させた状態で回転させたときに、内嵌部材の外側および外嵌部材の内側でそれぞれ周方向に間隙部分を挟んで複数形成された突出部が互いに係合することによって鋼管杭同士が連結される。このような連結構造は、従来用いられていた鋼管杭同士の溶接に比べて施工性が高く、かつ十分な曲げ剛性を確保できるという利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第６２０２１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記のような機械式継手において、例えば鋼管の降伏応力以上に相当する外力が作用した場合、他の部分に比べて板厚が薄い継手先端部において面外変形が顕著になり、要求性能を満足できない可能性がある。継手先端部の板厚を厚くすることで変形を抑制できる場合もあるが、それだけでは面外変形が改善しない場合もある。
【０００５】
そこで、本発明は、鋼管の機械式継手における継手先端部の面外変形を効果的に抑制することが可能な鋼管の連結構造および鋼管杭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】
【０００６】
［１］第１および第２の鋼管を軸方向に連結する鋼管の連結構造であって、前記第１の鋼管の前記軸方向の端部に接合される内嵌部材と、前記第２の鋼管の前記軸方向の端部に接合される外嵌部材とを備え、前記内嵌部材は、前記外嵌部材の内側に嵌合する内側嵌合部を含み、前記外嵌部材は、前記内嵌部材の外側に嵌合する外側嵌合部を含み、前記内側嵌合部および前記外側嵌合部は前記軸方向に対して垂直な接触面で互いに接触し、前記第１の鋼管および前記内嵌部材の径方向について、前記第１の鋼管の板厚中心から前記接触面の中心までの距離をＸ、前記第１の鋼管の板厚をｔ，前記外側嵌合部および内側嵌合部の管軸方向における配列数をｎとした場合に０＜Ｘ／ｔ≦３ｎ／４である、鋼管の連結構造。
［２］第１および第２の鋼管を軸方向に連結する鋼管の連結構造であって、前記第１の鋼管の前記軸方向の端部に接合される内嵌部材と、前記第２の鋼管の前記軸方向の端部に接合される外嵌部材とを備え、前記内嵌部材は、前記外嵌部材の内側に嵌合する内側嵌合部を含み、前記外嵌部材は、前記内嵌部材の外側に嵌合する外側嵌合部を含み、前記内側嵌合部の外周面には第１の周方向溝部が形成され、前記外側嵌合部の内周面には第２の周方向溝部が形成され、内嵌部材を外嵌部材に嵌合させたときに前記第１および第２の周方向溝部が互いに対向し、前記第１および第２の周方向溝部にまたがる抜け止め部材が挿入され、
前記内側嵌合部または前記外側嵌合部と前記抜け止め部材と前記軸方向に対して垂直な接触面で互いに接触し、前記第１の鋼管および前記内嵌部材の径方向について、前記第１の鋼管の板厚中心から前記接触面の中心までの距離をＸ、前記第１の鋼管の板厚をｔ、前記外側嵌合部および内側嵌合部の管軸方向における配列数をｎとした場合に０＜Ｘ／ｔ≦３ｎ／４である、鋼管の連結構造。
［３］０．５０≦Ｘ／ｔである、［１］または［２］に記載の鋼管の連結構造。
［４］前記内嵌部材および前記外嵌部材を形成する鋼材の降伏点または０．２％耐力の少なくとも一方が２１５ＭＰａ以上５５０ＭＰａ以下、引張強さが４００ＭＰａ以上７２０ＭＰａ以下である［１］または［２］に記載の鋼管の連結構造。
［５］各元素の含有量を質量％で表した式（ｉ）で定義される、前記内嵌部材または前記外嵌部材の少なくともいずれかの炭素当量Ｃｅｑが０．２以上であり、Ｃｅｑが０．５１以下である、［１］または［２］に記載の鋼管の連結構造。
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［６］前記内側嵌合部の外側には、周方向について第１の間隙部分を挟んで第１の突出部が複数形成され、前記外側嵌合部の内側には、前記周方向について第２の間隙部分を挟んで第２の突出部が複数形成され、前記第１および第２の突出部は、前記内嵌部材を前記外嵌部材の内側に嵌合させた状態で所定の位置まで回転させたときに互いに係合するように構成される、［１］または［２］に記載の鋼管の連結構造。
［７］前記内側嵌合部の外側には、前記周方向について前記第１の間隙部分を挟んで１６箇所から３２箇所の前記第１の突出部が形成され、前記外側嵌合部の内側には、前記周方向について前記第２の間隙部分を挟んで前記第１の突出部と同じ数の前記第２の突出部が形成される、［６］に記載の鋼管の連結構造。
［８］前記内側嵌合部は、前記軸方向に配列された３つまたは４つの前記第１の突出部を含み、前記外側嵌合部は、前記軸方向に配列された前記第１の突出部と同じ数の前記第２の突出部を含む、［７］に記載の鋼管の連結構造。
［９］前記内嵌部材で前記軸方向に配列された前記第１の突出部の間に形成される第１の溝部における板厚は、前記軸方向の位置にかかわらず均等に形成され、前記外嵌部材で前記軸方向に配列された前記第２の突出部の間に形成される第２の溝部における板厚は、前記軸方向の位置にかかわらず均等に形成される、［８］に記載の鋼管の連結構造。
［１０］前記外側嵌合部の前記第２の鋼管へ向かう方向の先端部の側面と、前記内側嵌合部の前記第１の鋼管へ向かう方向の先端部の側面に、管軸方向に延びる突起又は管軸方向に窪む溝が設けられていない
ことを特徴とする［９］に記載の鋼管の連結構造。
［１１］前記内嵌部材および前記外嵌部材の少なくともいずれか一方は、溶接部が前記軸方向に延びるベンドロール管で形成される、［１］または［２］に記載の鋼管の連結構造。
［１２］前記内嵌部材および前記外嵌部材の少なくともいずれか一方は、リング鍛造材で形成される、［１］または［２］に記載の鋼管の連結構造。
［１３］前記外側嵌合部と前記内側嵌合部が係合された状態で、これらの鋼管の連結構造の相対回転を抑止する回転抑止構造であって、前記外側嵌合部と前記内側嵌合部とを係合させた状態で、前記外側嵌合部の前記第２の鋼管へ向かう方向の先端部の側面と前記内側嵌合部の前記第１の鋼管へ向かう方向の先端部の側面とに連続して形成されるキー溝部と、前記外側嵌合部の前記第２の鋼管へ向かう方向の先端部の側面と前記内側嵌合部の前記第１の鋼管へ向かう方向の先端部の側面とに亘って前記キー溝部に嵌入されるキー部材とを備え、前記キー溝部は、前記外側嵌合部の前記第２の鋼管へ向かう方向の先端部の側面で前記内側嵌合部に対向する端面を切り欠いて形成される第１溝と、前記内側嵌合部の前記第１の鋼管へ向かう方向の先端部の側面で前記外側嵌合部に対向する端面を切り欠いて形成される第２溝とを有し、前記第１溝及び前記第２溝の何れか一方又は両方は、前記外側嵌合部と前記内側嵌合部との所定の相対回転によって前記キー部材の側辺と接触しながら前記キー部材を回転させる接触点部と、鋼管の軸芯の長手方向に対して水平又は傾斜させて設けられた、前記外側嵌合部と前記内側嵌合部との所定の相対回転によって前記キー部材の側辺と円周方向で接触する接触辺部とを有すること
を特徴とする［６］に記載の鋼管の連結構造。
［１４］前記内嵌部材における前記内側嵌合部および前記第１の鋼管との接合部以外の部分と
前記外嵌部材における前記外側嵌合部および前記第２の鋼管との接合部以外の部分に
鋼材の高温酸化により生じる黒皮が残存していてもよいことを特徴とする
［１］または［２］に記載の鋼管の連結構造。
［１５］［１］または［２］に記載された鋼管の連結構造によって連結された複数の鋼管を含む鋼管杭。
【発明の効果】
【０００７】
上記の構成によれば、内嵌部材と第２の鋼管との間で、鋼管の板厚中心から内嵌部材の接触面の中心までの距離Ｘが適切な範囲に決定される。これによって、鋼管から作用する外力による外嵌部材および内嵌部材の面外変形に対抗する剛性を確保し、継手の要求性能を満足することができる。また、内嵌部材に対して嵌合部の接触面で外嵌部材から加えられる力と基部側で鋼管から加えられる力との作用線のずれによって発生する偏心曲げモーメントが小さくなり、鋼管に対して内嵌部材が回転変位することによる継手先端部の面外変形や鋼管の変形を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る鋼管の連結構造を示す斜視図である。
図２は図１に示す連結構造の断面図である。
連結構造で生じる可能性がある面外変形について説明するための図である。
偏心曲げによる面外変形を効果的に抑制するための条件について説明するための図である。
継手部材の溝部の板厚による違いについて検証する解析モデル（例１）を示す図である。
継手部材の溝部の板厚による違いについて検証する解析モデル（例２）を示す図である。
解析によって算出された荷重変位関係を示すグラフである。
解析によって算出された軸方向の発生応力分布を示すグラフである。
本発明の他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する。
【００１０】
図１は本発明の一実施形態に係る鋼管の連結構造を示す斜視図であり、図２は図１に示す連結構造の断面図である。本実施形態に係る鋼管の連結構造１は、鋼管２１，２２を軸方向に連結する。鋼管２１，２２の製造工程は特に限定されるわけではなく、例えば、螺旋状に形成された溶接部を有するスパイラル鋼管であってもよいし、直線状に形成された溶接部を有する電縫管やＵＯ鋼管であってもよい。連結構造１は、内嵌部材３と、外嵌部材４とを含む。なお、以下の説明において、軸方向は、鋼管２１，２２の軸方向を意味し、ｚ方向として図示される。周方向は、軸方向の回りに回転する方向であり、ｙ方向として図示される。また、径方向は、軸方向に直交する方向であり、ｘ方向として図示される。鋼管２１，２２、内嵌部材３および外嵌部材４は、連結後の状態において同軸になるように配置されるため、軸方向、周方向および径方向はこれらの部材について共通になる。
（【００１１】以降は省略されています）

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