接头管及其制造方法、设计方法、带接头管的钢管及其制造方法、设计方法、钢管桩及钢管桩的施工方法

技术领域

本发明涉及用于钢管接合的接头管，特别是涉及用于小径的钢管桩的螺纹式或插入式的接头管及其制造方法、设计方法、带接头管的钢管及其制造方法、设计方法、钢管桩及钢管桩的施工方法。

背景技术

钢管桩由于制造上或运输上的原因而在长度上受到限制，需要在施工现场接合多个钢管桩。在该钢管的接合中，以往使用焊接，但近年来从施工时间的缩短、品质管理的提高的观点出发，使用机械式接头的情况增多。特别是在小径(例如406.4mm以下)的钢管桩中，有时也可以省略用于焊接的设备，开发并使用各种机械式接头。

作为机械式接头的种类，例如有专利文献1所公开的螺纹式的机械式接头，专利文献2所公开的插入剪切键而结合的机械式接头。这样的机械式接头由一对接头管构成。接头管大多与成为桩主体的钢管分开地切削短尺寸的钢管来制造，在工厂预先焊接安装在桩主体的钢管上。如专利文献1、2所述，接头管的外径一般与桩主体的直径相同。这是因为，由于接头部从桩向外侧伸出，担心施工性降低，作为钢管桩使用时发挥的周面摩擦力降低。基于同样的理由，例如在道路桥基础的领域中，将不影响周面摩擦的范围限制在9mm以下。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10－311028号公报

专利文献2：日本特开2009－138382号公报

发明内容

发明要解决的课题

如上所述，用于机械式接头的接头管与桩主体的钢管分开制造后，通过焊接等安装方法安装在钢管上。此时，特别是在小径的钢管桩那样的薄壁结构的情况下，端部的真圆度容易恶化，在对接接头管和钢管时，有时会产生错位。在此，所谓错位，是指在对接接头管和钢管的状态下，在接头管端部的外表面形状和钢管端部的外表面形状产生的半径方向的错位，或在接头管端部的内表面形状和钢管端部的内表面形状产生的半径方向的错位。若存在错位，则接头管和钢管的接合端面在径向上的凹凸在周向上变得不均匀。即，成为如下状态：在周向的某部分处成为接头管向外方突出的层差，在其他部分成为钢管向外方突出的层差。若在接合端面产生这样的不均匀的层差，则作为带接头管的钢管使用时的应力传递有可能在周向上不均等。因此，在焊接接头管和钢管之前需要对端部进行矫正(错位修正)，需要花费劳力和时间。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够省略在钢管上安装时的端部矫正的接头管及其制造方法、设计方法、带接头管的钢管及其制造方法、设计方法、钢管桩及钢管桩的施工方法。

用于解决课题的手段

本发明的一个方案的接头管，是安装在钢管的端部并接合上述钢管的螺纹式或插入式的接头管，与上述钢管接合的基端部的外径比上述钢管的外径大，上述基端部的内径比上述钢管的内径小，并且，在使管轴与上述钢管对准的状态下，上述基端部从上述钢管的外周面的伸出量为9mm以下。

本发明的一个方案的接头管的制造方法，是制造上述发明的接头管的制造方法，其中，选择供上述接头管安装的钢管，从规格内选定外径比所选择的上述钢管的规格尺寸大且内径比所选择的上述钢管的规格尺寸小的无缝钢管，将上述选定的无缝钢管作为上述接头管的原材料，在除了上述基端部以外的部分形成接头嵌合部。

本发明的一个方案的接头管的设计方法，是设计上述发明的接头管的设计方法，其中，选择供上述接头管安装的钢管，从规格内选定外径比所选择的上述钢管的规格尺寸大且内径比所选择的上述钢管的规格尺寸小的无缝钢管，将上述选定的无缝钢管作为上述接头管的原材料。

本发明的一个方案的带接头管的钢管，在上述钢管的一方或两方的端部具有上述发明的接头管。

本发明的一个方案的带接头管的钢管的制造方法，具有将上述发明的接头管安装在上述钢管的一方或两方的端部的工序。

本发明的一个方案的带接头管的钢管的设计方法，是设计上述发明的带接头管的钢管的设计方法，以如下方式进行设计，选择供上述接头管安装的钢管，从规格内选定外径比所选择的上述钢管的规格尺寸大且内径比所选择的上述钢管的规格尺寸小的无缝钢管，将以上述选定的无缝钢管为原材料的上述接头管设置在上述钢管的一方或两方的端部。

本发明的一个方案的钢管桩，具有上述发明的接头管和通过上述接头管接合的多根钢管。

本发明的一个方案的钢管桩的施工方法，是对上述发明的钢管桩进行施工的施工方法，在将端部安装有上述接头管的钢管竖立设置在地中的状态下，将端部安装有上述接头管的另一钢管配置在上述钢管上，并将上述接头管彼此接合。

发明的效果

在本发明中，与钢管接合的基端部的外径比钢管的外径大，并且基端部的内径比钢管的内径小，由此能够在钢管与基端部的接合端面的整周上以基端部向钢管的内外伸出的方式进行接合，不会产生周向上的不均匀的层差。因此，在作为带接头管的钢管使用时，不会在周向上传递不均匀的应力，能够省略安装在钢管上时的端部矫正。另外，在使管轴与钢管对准的状态下，基端部从钢管的外周面的伸出量为9mm以下，因此不会对桩的周面摩擦造成影响。

附图说明

图1是说明本发明的一实施方式的接头管的说明图，是将接头管(内侧接头管)安装在钢管上的状态的剖视图。

图2是表示本发明的一实施方式的接头管(内侧接头管和外侧接头管)的嵌合状态的图。

具体实施方式

对于本发明的一实施方式的接头管，以螺纹式的机械式接头中使用的内侧接头管为例，使用图1进行说明。图1是将接头管1(内侧接头管)和钢管3对准管轴进行安装的状态(带接头管的钢管4)的剖视图。如图1所示，本实施方式的接头管1安装在构成钢管桩的桩主体的钢管3的端部并接合钢管3，其特征在于，与钢管3接合的基端部1a的外径大于钢管3的外径，并且基端部1a的内径小于钢管3的内径。需要说明的是，图中7为垫板，9为焊道。

通过使接头管1的基端部1a的外径比钢管3的外径大，且使基端部1a的内径比钢管3的内径小，从而在对接接头管1和钢管3时，基端部1a在整个周向上向钢管3的内外伸出。由此，在接头管1与钢管3的对接部分不会在周向上产生不均匀的层差，在使用带接头管的钢管4(带接头管1的钢管3)时，能够在周向上大致均匀地传递应力。因此，不用矫正接头管1和钢管3的端部就能够将接头管1安装在钢管3上，从而能够节省劳力和时间。

另外，如上所述，当接头的伸出量超过9mm时，周面摩擦力有可能降低。关于这一点，如图1所示，本实施方式的接头管1在使管轴(参照图中单点划线)与钢管3对准的状态下，使基端部1a的从钢管3的外周面向外方的伸出量a(参照图中虚线圆所包围的部分的放大图)为9mm以下。

另外，作为上述接头管1，以螺纹式的机械式接头所使用的内侧接头管为例进行了说明，但外侧接头管的情况也相同。图2表示使作为内侧接头管的接头管1和作为外侧接头管的接头管5相互嵌合的状态的剖视图。如图2所示，在接头管5中，也使基端部5a的外径比钢管3的外径大，且使基端部5a的内径比钢管3的内径小，从而在将接头管5和钢管3的管轴对准来安装的状态(带接头管的钢管11)下，基端部5a在整个周向上向钢管3的内外伸出。由此，与接头管1(内侧接头管)同样，在接头管5与钢管3的对接部分不会在周向上产生不均匀的层差，在使用带接头管的钢管11(带接头管5的钢管3)时，能够在周向上大致均等地传递应力。另外，若接头管5的基端部5a从钢管3的外周面的伸出量也与接头管1同样为9mm以下，则不会降低带接头管钢管11使用时的支撑力。

需要说明的是，图1、图2仅图示了带接头管的钢管4和带接头管的钢管11的一端部，但本发明的带接头管的钢管不限于仅在一端部安装有接头管的钢管，也包括在两端部安装有接头管的钢管。具体而言，在钢管的一方或两方的端部具备作为内侧接头管的接头管的方式，在钢管的一方或两方的端部具备作为外侧接头管的接头管的方式，在钢管的一方的端部具备作为内侧接头管的接头管、在另一方的端部具备作为外侧接头管的接头管的方式，这些方式都包含在本发明中。

接着，对接头管1的制造方法进行说明。本实施方式的接头管1的制造方法的特征在于，选择安装接头管1的钢管，从规格内选定外径比所选择的钢管3的规格尺寸大且内径小的无缝钢管，将上述选定的无缝钢管作为接头管1的原材料，在除了基端部1a以外的部分上例如通过切削加工形成螺纹部而形成接头嵌合部1b。以下进行具体说明。

如上所述，在螺纹式接头管的情况下，接头管1一般是对与桩主体的钢管3不同的、短尺寸的钢管进行切削加工而制造的。因此，选择安装接头管1的钢管3，将外径比所选择的钢管3的规格尺寸(外径及内径)大且内径小的短尺寸的钢管作为接头管1的原材料即可。

在此，若短尺寸的钢管与构成桩主体的钢管3的外径差为18mm以下，则在安装于接头管1和钢管3时的伸出量a(参照图1)为9mm以下，因此，仅通过在除了基端部1a以外的部分利用切削加工形成接头嵌合部1b(螺纹部)就能够制造接头管1。在短尺寸的钢管与钢管3的外径差超过18mm的情况下，需要将外周面切削至18mm以下，因此作为原材料的短尺寸的钢管优选外径比桩主体的钢管稍大。关于这一点，在本实施方式中，通过使用无缝钢管作为短尺寸的钢管，能够高效地制造接头管1。对于通过使用无缝钢管能够高效地制造接头管1的理由，在后述的设计方法中进行具体说明。

另外，通过将接头管1安装在钢管3的一方或两方端部上，能够制造带接头管的钢管4。作为将接头管1安装在钢管3上的方法，一般是将钢管3横向放置在转向辊上，在其端部焊接安装接头管1。在钢管桩的施工上，钢管3与接头管1的管轴一致是很重要的，因此要留意这点来焊接接头管1与钢管3。由于接头管1和钢管3的外径不同，因此在将接头管1临时安装在钢管3上的状态下使转向辊旋转，确认接头管1和钢管3的管轴是否一致即可。

如上所述，使接头管1和钢管3的管轴一致后，在钢管3的内表面侧安装垫板7，从钢管3的外表面侧通过全周熔透焊接进行正式焊接。如上所述，本实施方式的接头管1在使管轴与钢管3对准的状态下成为在周向整体上从钢管3向外方伸出的形状，所以不需要矫正端部，焊接容易。需要说明的是，根据接头管1的必要强度，也可以不是熔透焊接，而是角焊。

接着，对接头管1的设计方法进行说明。本实施方式的接头管1的设计方法的特征在于，选择安装接头管1的钢管3，从规格内选定外径比所选择的钢管3的规格尺寸大且内径小的无缝钢管，将上述选定的无缝钢管作为接头管1的原材料。以下对此进行具体说明。

构成钢管桩主体的钢管3使用电阻焊钢管、无缝钢管、板卷钢管等。以下，作为钢管桩一般使用电阻焊钢管，因此以将电阻焊钢管用于钢管3的情况为例进行说明。由于电阻焊钢管作为工业产品其外径和板厚被标准化，所以首先根据施工场所的地基和荷重条件，从一般作为钢管桩使用的电阻焊钢管的规格尺寸中选择构成钢管3的电阻焊钢管。

接着，基于所选择的电阻焊钢管的规格尺寸(外径)，选定作为接头管1的原材料的短尺寸的钢管。此时，需要选定外径比钢管3大的钢管，但若在与钢管3相同的电阻焊钢管的规格内选定尺寸大一号的钢管，则外径大幅增大。本实施方式的接头管1需要使上述的伸出量a(图1参照)为9mm以下，因此，若将外径比钢管3大很多的钢管作为接头管1的原材料，则切削量增大而花费成本。

因此，在本实施方式中，使用无缝钢管作为接头管1的原材料。无缝钢管也是作为工业产品而标准化的产品，但无缝钢管的规格与各种尺寸对应，适合作为本实施方式的接头管1的尺寸，即外径比上述电阻焊钢管的规格尺寸稍大的产品也包含在规格中。表1表示钢管3所使用的电阻焊钢管的外径的规格，并且从规格内选定适合作为安装在其上的接头管1的无缝钢管。

[表1]

(表1)

例如，在钢管3为外径165.2mm的电阻焊钢管的情况下，若安装在其上的接头管1也为电阻焊钢管，则使用尺寸大一号的外径190.7mm的电阻焊钢管。若在外径165.2mm的钢管3上安装外径190.7mm的接头管1，则由于伸出量a超过9mm，所以需要进行减小该电阻焊钢管的外径的切削加工，增加加工成本。

另一方面，若接头管1为无缝钢管，则可使用外径168.3mm的无缝钢管。若是外径168.3mm的无缝钢管，则不需要减小外径的切削加工，仅通过接头嵌合部1b的切削加工就能够制造伸出量a为9mm以下的接头管1。

另外，在钢管3为外径406.4mm的电阻焊钢管的情况下，使用外径426.0mm的无缝钢管。因此，为了使伸出量a为9mm以下，需要减小无缝钢管的外径的切削加工，但由于该切削量为1mm左右，因此加工容易。

需要说明的是，表1所示的是规格上的基准直径，实际制造的钢管的端部的外径、内径以及壁厚在周向上变化，或者椭圆化，因此产生比基准直径大的部分、比基准直径小的部分。由于上述无缝钢管和电阻焊钢管的直径差很小，因此对电阻焊钢管和无缝钢管的直径偏离基准直径的情况也进行了研究。

在钢管桩的规格中，规定由下述式(1)定义的真圆度为1.0％以下。

真圆度＝(最大直径－最小直径)/标准直径×100(1)

需要说明的是，式(1)中的最大直径和最小直径是钢管的焊接部的直径。

例如，在钢管3(电阻焊钢管)和接头管1(无缝钢管)的真圆度分别为1％的情况下，当钢管3的最大直径部分与接头管1的最小直径部分对接时，在该部分，钢管3比接头管1更向外侧突出。这一点能够通过在焊接前的对位中使各自的最大直径的方向一致来防止。因此，只要考虑钢管3的基准直径的+0.5％的部分与接头管1的基准直径的－0.5％的部分对接的情况即可。其结果如表2所示。

[表2]

表2

如表2所示，若比较表1所示的电阻焊钢管的基准直径的1.005倍(+0.5％)的值和无缝钢管的基准直径的0.995倍(－0.5％)的值，则任何情况下无缝钢管的外径都比电阻焊钢管的外径大。如上所述，在使用无缝钢管作为接头管1的原材料的情况下，即使在电阻焊钢管(钢管3)或无缝钢管(接头管1)上产生变形，只要是规格上允许的程度，就可以认为对焊接接合接头管1和钢管3没有障碍。

另外，由于无缝钢管能够自由地设定板厚，因此也容易形成比钢管3(电阻焊钢管)的内径小的内径。关于这一点，使用表3进行说明。

[表3]

(表3)

表3表示钢管桩(钢管3)使用表1所示的各外径的电阻焊钢管时的一般板厚和表1所示的各外径的无缝钢管的制造板厚范围。例如，在表2中，外径为165.2mm、板厚为5.6mm的电阻焊钢管的内径为154mm，外径为165.2mm、板厚为7.1mm的电阻焊钢管的内径为151mm。与此相对，外径为168.3mm的无缝钢管的制造板厚范围为4.0mm以上40mm以下。因此，将板厚设定在该制造板厚范围内，使内径为小于154mm或151mm即可。

此外，通过将上述接头管1设置在钢管3的一方或两方的端部上地设计，可设计带接头管的钢管4。具体而言，选择安装接头管1的钢管3，从规格内选定外径比所选择的钢管3的规格尺寸大且内径小的无缝钢管，将以所选定的无缝钢管为原材料的接头管1设置在钢管3的一方或两方的端部，从而能够设计本实施方式的带接头管的钢管4。

需要说明的是，上述的接头管的制造方法和设计方法以及带接头管的钢管的制造方法和设计方法是以作为内侧接头管的接头管1和具有接头管1的带接头管的钢管4为例进行说明的，但作为外侧接头管的接头管5和具有接头管5的带接头管的钢管11的情况也相同。

如上所述，本实施方式的接头管1的接头管1的基端部1a的外径比钢管3的外径大，并且基端部1a的内径比钢管3的内径小，因此，在安装到钢管3上时，能够省去矫正接头管1和钢管3的端部的劳力和时间。另外，在使管轴与钢管3对准的状态下，从钢管3的外周面突出的突出量为9mm以下，因此在应用于钢管桩的情况下也能够发挥规定的支撑力。特别是，在将带接头管的钢管4的接头管1与带接头管的钢管11的接头管5接合而形成钢管桩的情况下，由于伸出量均为9mm以下，因此能够可靠地发挥规定的支撑力，从而更为优选。特别是在将本发明应用于一般被称为“小径”的外径为406.4mm以下的钢管桩的情况下，制作的劳力和时间大幅节省，因此能够降低制造成本。而且，外径406.4mm以下的钢管桩在旋转贯入桩的情况非常多，因此，对桩的周面摩擦影响小的本发明更为优选。进而，通过将无缝钢管用于接头管1的原材料，能够将对原材料进行切削加工时的切削量抑制到最低限度，因此能够削减制造成本。

在上述实施方式中，以接头管彼此通过形成于接头嵌合部的螺纹而嵌合的螺纹式的接头管为例进行了说明，但本发明的接头管、制造方法及设计方法并不限定于此。例如，也可以是通过将内侧接头管插入外侧接头管，形成在内侧接头管的外周面的凸部与形成在外侧接头管的内周面的凹部卡合而使接头管彼此嵌合的插入式接头管。

另外，在上述实施方式中，接头管1、5的接头嵌合部1b、5b通过切削加工形成，但本发明并不限定于此。也可以使用其他已知或未知的技术形成接头嵌合部1b、5b，在该情况下也能够得到本发明的效果。不过，本发明的接头管并不限定于如上所述在作为原材料的钢管上在之后加工接头嵌合部，例如也可以使用铸造或3D打印机同时制造接头嵌合部。

另外，在上述的带接头管的钢管的制造方法中，说明了通过焊接将接头管1、5安装在钢管3的端部的例子，但本发明并不限定于此。只要能够将接头管1、5在使管轴与钢管3对准的状态下可靠地接合在钢管3上，能够承受施工时或使用时等施加的各种荷重，并且能够发挥作为钢管桩的支撑力，也可以采用其他的安装方法。

另外，在上述实施方式中，对接头管和安装有接头管的带接头管的钢管进行了说明，但也可以在施工现场等，通过将多个带接头管的钢管的接头管彼此连接来形成钢管桩。即，钢管桩具有在上述实施方式中说明的接头管和通过该接头管接合的多根钢管。

另外，在对上述钢管桩进行施工时，可以在将端部安装有接头管的钢管(带接头管的钢管)竖立设置在地中的状态下，在该钢管上配置端部安装有接头管的另一钢管(另一带接头管的钢管)，将接头管彼此接合。

产业上的可利用性

本发明适用于钢管接合所使用的接头管，特别适用于小径的钢管桩所使用的螺纹式或插入式的接头管。

附图标记的说明

1接头管(内侧接头管)

1a基端部

1b接头嵌合部

3钢管

4带接头管的钢管

5接头管(外侧接头管)

5a基端部

5b接头嵌合部

7垫板

9焊道

11带接头管的钢管。