CN102282315A

CN102282315A - 组合钢板桩、由组合钢板桩构成的板桩壁和组合钢板桩的选定方法

Info

Publication number: CN102282315A
Application number: CN201080004497.4A
Authority: CN
Inventors: 寺崎滋树; 豊岛怪; 原田典佳; 永津亮祐
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2030-01-12
Also published as: HK1160193A1; WO2010082468A1; SG172878A1; JP4890646B2; CN102282315B; TW201033439A; JPWO2010082468A1

Abstract

本发明的组合钢板桩具有帽形钢板桩和H形钢，上述帽形钢板桩具有：腹板部；设置在上述腹板部两端的一对凸缘部；分别设置在上述一对凸缘部的端部的一对臂部；分别形成在上述一对臂部的端部的一对接头部，上述H形钢板桩具有：中央腹板部；设置在上述中央腹板部一端的第1凸缘部；设置在上述中央腹板部的另一端的第2凸缘部，上述第2凸缘部固定在上述帽形钢板桩的上述腹板部的外侧，上述H形钢的最小屈服点σ_yh与上述帽形钢板桩的最小屈服点σ_ys之比即最小屈服点之比σ_yh/σ_ys为1.105以上。

Description

组合钢板桩、由组合钢板桩构成的板桩壁和组合钢板桩的选定方法

技术领域

本发明涉及组合钢板桩、由组合钢板桩构成的板桩壁和组合钢板桩的选定方法。本发明的组合钢板桩及板桩壁特别在港湾岸壁设施、填海护岸、地下挖掘工事等中主要使用于防止土沙等坍陷。

背景技术

在土木建筑领域，作为主要用于防止土沙等坍陷的板桩壁或河川的护岸壁等的地下连续壁用钢材，一般使用钢板桩。该钢板桩例如使用U形、Z形、直线形、帽形等的钢板桩。在进行土木建筑工事时，在使相邻钢板桩的接头互相嵌合的同时埋入地下，通过这样形成一体的地下连续壁(壁体)。其中，作为用于提高壁体耐力的一般方法，有增大单个钢板桩的截面尺寸来提高截面性能的方法，或使用通过焊接等将H形钢或CT钢接合到U形、Z形、直线形、帽形等钢板桩上的组合钢板桩的方法等。

作为相关技术，例如专利文献1、2公开了使用组合钢板桩的地下连续壁。在这些专利文献1、2所公开的技术中，使用具有腹板部、连接设置在该腹板部两端上的一对凸缘部、连接设置在该一对凸缘部端部的一对臂部、以及形成在该一对臂部的端部的接头部的帽形钢板桩。并且，H形钢组合到该帽形钢板桩上。H形钢具有中央腹板部、和设置在该中央腹板部两端部的一对凸缘部(第1凸缘部和第2凸缘部)。具体而言，通过焊接等将H形钢的第2凸缘部固定在帽形钢板桩的腹板部的外侧表面上，帽形钢板桩和H形钢通过这样而组合。另外，在本发明中，将帽形钢板桩的臂部一侧(截面凹部一侧)定义为内侧，将腹板部一侧(截面凸部一侧)定义为外侧。

特别地，该组合钢板桩对于沿与长度方向(埋入方向)垂直的方向施加的弯曲外力的弯曲刚度较大。因此，组合钢板桩在以往作为防渗壁或自立式板桩壁频繁使用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-212943号公报

专利文献2：国际公开WO2008/029835号公报

发明的概要

发明要解决的问题

由于一般情况下防渗壁只在埋入时要求弯曲刚度，因此根据埋入后钢材产生的应力决定防渗壁截面形状的情况几乎不存在。因此，由组合钢板桩形成的防渗壁没有必要使用屈服点高的钢板桩或H形钢。

并且，自立式板桩壁不是根据板桩壁头部的位移决定截面形状、不是根据由土压或水压产生的弯曲力矩决定截面形状。因此，由组合钢板桩构成的自立式板桩壁没有必要使用屈服点高的钢板桩或H形钢。

表1是表示关于由帽形钢板桩(SYW295)和H形钢(SM490A)构成的组合钢板桩，帽形钢板桩和H形钢板桩各自的最小屈服点σ_ys、σ_yh、以及其组合构成的屈服点之比σ_yh/σ_ys。并且，关于H形钢区分其凸缘部厚度在16mm以下和超过16mm比较最小屈服点和最小屈服点之比。H形钢和帽形钢板桩用具有大致同等水平的强度的材料构成。SM490A的H形钢的最小屈服点为315～325N/mm²，SYW295帽形钢板桩的最小屈服点为295N/mm²。从表1可知，根据H形钢的凸缘部厚度是否超过16mm分类求出的屈服点之比σ_yh/σ_ys为：当H形钢的凸缘部厚度为16mm以下时，为1.102；当超过16mm时为1.068。从这些数据可知，不管H形钢的凸缘部厚度大小如何，屈服点之比σ_yh/σ_ys最高为1.1左右。

[表1]

但是，组合钢板桩除了用于自立式板桩壁以外，还用于大型港湾建筑物等使用的支撑式板桩壁。该支撑式板桩壁例如用拉杆等拉伸材料拉拢固定连结的钢板桩和H形钢的头部附近。但是，作为构成支撑式板桩壁的钢板桩，帽形钢板桩相对于热轧的Z形钢板桩不能够发挥显著的优越性。

表2表示每1米岸壁所需要的截面系数为4000cm³左右时的截面系数和钢材重量的比较结果例。在该表2中的组合钢板桩的例子中，组合了10H的帽形钢板桩和从下凸缘底面到上凸缘上表面的长度为700mm、凸缘宽度为200mm、中央腹板部厚度为9mm、凸缘部厚度为12mm的H形钢。并且，作为比较例例举了热轧的Z形钢板桩。从该表2可知，组合钢板桩满足与Z形钢板桩大致相同的必要截面系数(＝4000cm³)，并且钢材重量没有大差异。但是，组合钢板桩由于有必要通过相互焊接等将帽形钢板桩和H形钢固定，因此加工成本增大。因此，与Z形钢板桩相比不能够发挥显著的优越性。

[表2]

发明内容

因此，本发明是鉴于上述问题点而提出的。本发明的目的是提供一种通过大幅度提高帽形钢板桩与H形钢的组合钢板桩的弯曲耐力(尤其是在用于支撑式板桩壁的情况下等)，从而在保持必要的截面系数的同时实现轻量化，与现有技术的Z形钢板桩相比较能够发挥显著的优越性的组合钢板桩、以及通过连结这样的组合钢板桩构成的板桩壁。

用于解决问题的手段

本发明为了解决上述问题使用了以下的手段。

(1)本发明的第一方式为具有帽形钢板桩和H形钢的组合钢板桩。上述帽形钢板桩具有：腹板部；设置在上述腹板部两端的一对凸缘部；分别设置在上述一对凸缘部的端部的一对臂部；以及，分别形成在上述一对臂部的端部的一对接头部。上述H形钢具有：中央腹板部；设置在上述中央腹板部一端的第1凸缘部；以及，设置在上述中央腹板部的另一端的第2凸缘部。上述第2凸缘部固定在上述帽形钢板桩的上述腹板部的外侧，上述H形钢的最小屈服点σ_yh与上述帽形钢板桩的最小屈服点σ_ys之比即最小屈服点之比σ_yh/σ_ys为1.105以上。

(2)上述(1)所述的组合钢板桩中，也可以上述最小屈服点之比σ_yh/σ_ys为1.109以上、1.559以下。

(3)本发明的第二方式是使用了2个以上的上述(1)或(2)所述的组合钢板桩的板桩壁。该板桩壁，相邻的上述组合钢板桩的上述接头部互相连结。

(4)本发明的第三方式为具有帽形钢板桩和H形钢的组合钢板桩的组合选定方法。在该选定方法中，以使上述H形钢的最小屈服点σ_yh与上述帽形钢板桩的最小屈服点σ_ys之比即最小屈服点之比σ_yh/σ_ys为1.105以上的方式选定组合。

发明的效果

根据上述(1)、(4)记载的构成，当假设组合钢板桩的H形钢的最小屈服点为σ_yh、帽形钢板桩的最小屈服点为σ_ys时，通过使它们的比σ_yh/σ_ys为1.105以上，能够进一步增强组合钢板桩中的弯曲耐力。

根据上述(2)记载的构成，能够更切实并且牢固地实现组合钢板桩1中的弯曲耐力的增强。

根据上述(3)记载的构成，能够获得由更加增强了弯曲耐力的组合钢板桩构成的板桩壁。

这样，根据本发明，通过在满足必要的截面系数的基础上实现更轻量化，与现有技术的Z形钢板桩相比能够发挥显著的优越性。

附图说明

图1为本发明一个实施方式的组合钢板桩的主视图；

图2为上述组合钢板桩的立体图；

图3为上述组合钢板桩的侧视图；

图4为通过连结多个本发明一个实施方式的组合钢板桩而构成的地下连续壁体的主视图；

图5为上述地下连续壁体的立体图；

图6为表示194种组合钢板桩的y/H值的图。

具体实施方式

本发明者们为了解决上述问题，组合钢板桩的弯曲耐力，与其说着眼于由帽形钢板桩的材质支配，不如说由H形钢的材质支配这点。H形钢和帽形钢板桩通过焊接互相固定而形成组合钢板桩。因此，H形钢和帽形钢板桩的材质能够分别独立选定。即，H形钢的最小屈服点σ_yh和帽形钢板桩的最小屈服点σ_ys的组合以及它们的比σ_yh/σ_ys能够根据H形钢和帽形钢板桩的材质特质任意选定。因此，本发明者们发现了，通过将H形钢的最小屈服点σ_yh设定得比帽形钢板桩的最小屈服点σ_ys大，从而能够获得大的弯曲耐力。并且，本发明者还发现了，当假设从帽形钢板桩的臂部的底面到H形钢的第1凸缘部的上表面的长度为H、从臂部的底面到组合钢板桩的中性轴的长度为y时，比率y/H的值优选不到0.5，如后述那样最大为0.475左右。本发明者们对于通常使用的10H形帽形钢板桩(宽900mm、高230mm、截面积110cm²/根、截面惯性矩9430cm⁴/根)或者25H形帽形钢板桩(宽900mm、高300mm、截面积144.4cm²/根、截面惯性矩22000cm⁴/根)与具有400mm到1000mm范围高度的H形钢这194种组合钢板桩，调查了比率y/H的值。用于组合的H形钢，将用于柱材那样的凸缘部厚度超过30mm的特殊的H形钢除外。为了发挥规定的截面性能，钢板桩或H形钢限定所谓的板厚宽度比(t/d)的值。因此，组合钢板桩的y/H也分布在一定的范围内。如图6所示，上述范围的组合钢板桩的y/H的值下限为0.37左右，上限为0.48左右。接近上限的组合钢板桩在实际的设计中可以通过其他组合钢板桩进行更经济的组合钢板桩的选择。例如，y/H的值为0.48的、10H形钢板桩与高度为450mm、凸缘部宽度为250mm、凸缘部厚度为28mm的H形钢的组合钢板桩，虽然具有截面系数5050cm³/m、钢材重量266kg/cm²，但可以用截面系数5186cm³/m、钢材重量253kg/m的更经济的截面即10H形钢板桩与高度为500mm、凸缘部宽度为250mm、凸缘部厚度为25mm的H形钢的组合钢板桩取代。此时的组合钢板桩的y/H的值为0.467。但是，H形钢根据生产效率、获取的容易性，希望确保更宽广的组合。本发明者希望将y/H的上限值设定为接近上述分析结果的上限的0.475。这是因为通过设定在该值而使y/H的值接近上限值，能够充分发挥原来组合钢板桩所具有的特性的缘故。由于组合钢板桩的y/H的值在0.475以下，因此，从组合钢板桩的中性轴到H形钢的第1凸缘部的上表面的长度(H-y)与y之比变得大于1，(H-y)/y为1.105以上。因此，由H形钢的端缘应力决定弯曲耐力。

另一方面，在选定H形钢与帽形钢板桩的组合截面时，从不屈服弯曲引起的截面端部的应力的观点出发，虽然应该选定从该组合钢板桩的中性轴到H形钢中的第1凸缘部的上表面的长度(H-y)与y之比(H-y)/y为上述σ_yh/σ_ys以上那样的截面形状，但由于选择(H-y)/y比上述σ_yh/σ_ys非常大的范围成为选择不必要的钢材强度的情况，因此此时通过选择(H-y)/y与上述σ_yh/σ_ys大致相等的区域，从而在作用H形钢的外缘屈服的弯曲力矩时，能够用最低限度的钢材强度将帽形钢板桩外缘的发生应力抑制在帽形钢板桩的最小屈服点以下。因此，能够成为有效的组合钢板桩的截面结构。

发明者们发现：如果考虑应该选择在满足该(H-y)/y≥σ_yh/σ_ys的关系的同时满足大致(H-y)/y＝σ_yh/σ_ys的σ_yh和σ_ys的组合这点，则将截面形状的上述(H-y)/y≥1.105的限定置换成σ_yh/σ_ys这种材料特性的限定即σ_yh/σ_ys≥1.105，仅由材料特性能够获得组合钢板桩的设计指南。如果采用该设计指南，通过使屈服比σ_yh/σ_ys为1.105以上，能够提供对于作用相同的弯曲力矩而大幅度地减小钢材重量的组合钢板桩。

下面，作为本发明的优选实施方式，详细说明适用于板桩壁等的组合钢板桩1。

图1为本发明一个实施方式的组合钢板桩1的主视图，图2表示其立体图，图3表示其侧视图。

组合钢板桩1具有帽形钢板桩10和H形钢20。

帽形钢板桩10具有腹板部11、一对凸缘部12、一对臂部13和一对接头部14。一对凸缘部12从腹板部11的两侧倾斜地连接设置。并且，一对臂部13从该凸缘部12的顶端与腹板部11平行地连接设置。一对接头部14分别形成在臂部13的顶端部。在该一对接头部14中，一个接头部14与另一个接头部14具有互相点对称的截面形状。该接头部14具有能够与相邻的其他组合钢板桩1中的另一个接头部14互相嵌合的形状，尤其在嵌合时使接头部14不会互相脱离地提高嵌合强度。

并且，本发明使用的帽形钢板桩10为热轧加工形成的轧制钢材，接头部14被成形为复杂的形状，提高了接头部14的强度。

H形钢20通过轧制加工而制作。H形钢20具有中央腹板部21、设置在中央腹板部21两端的一对凸缘部22a(第1凸缘部)和22b(第2下侧凸缘部)。该H形钢20中的一个凸缘部22b(第2凸缘部)固定在帽形钢板桩10中的腹板部11的外侧表面。H形钢20的凸缘部22b(第2凸缘部)也可以通过例如焊接、粘接、螺栓、铆接、螺钉、铆钉等任一种手段相对于帽形钢板桩10的腹板部11固定。顺便说明一下，在以下的说明中，例举焊接部位27通过焊接相对于第2凸缘部22b固定的方式。该焊接部位27既可以如图3所示朝向H形钢20的长度方向(埋入方向)以任意间隔断续地焊接，也可以连续地焊接。通过这样焊接，能够容易并且牢固地固定帽形钢板桩10和H形钢20。

上述组合钢板桩1希望通过将H形钢20固定于帽形钢板桩10而成为一体的结构体，使H形钢20中的第2凸缘部22b与帽形钢板桩10的腹板部11的外侧表面面接触。其理由是因为，通过使第2凸缘部22b与帽形钢板桩10的腹板部11的外侧表面面接触，在组合钢板桩1承受水压等外力之际，能够使帽形钢板桩10和H形钢20互相分担力、作为一体的结构体而动作。而且，是因为在互相焊接帽形钢板桩10和H形钢20之际，能够使H形钢20稳定，能够容易地进行焊接加工作业。

图4、图5表示通过互相连接这种结构构成的组合钢板桩1而构成地下连续壁体5的例子。该地下连续壁体5通过各组合钢板桩1中的接头部14互相连接而构成一个壁体。并且，该地下连续壁体5通过连续地配置相同的组合钢板桩1而构成。

接着，再进一步说明本实施方式的组合钢板桩1的详细结构。在本实施方式的组合钢板桩1中，当假设H形钢20的最小屈服点为σ_yh，帽形钢板桩10的最小屈服点为σ_ys时，它们的比σ_yh/σ_ys设定为1.105以上。

在该σ_yh/σ_ys不足1.105的情况下，不能够充分提高组合钢板桩中的弯曲耐力。因此，为了确保所希望的截面系数，不得不通过增加钢材的截面积来增加钢材总重量。因此，在σ_yh/σ_ys不足1.105的情况下，与现有技术的Z形钢板桩相比加工成本增大，变得不利。与此相对，在本实施方式的组合钢板桩1中，如上所述，由于为使σ_yh/σ_ys为1.105以上而选定帽形钢板桩10的材质和H形钢20的材质，因此能够进一步提高组合钢板桩的弯曲耐力，尤其在将其用于支撑式板桩壁时能够发挥优越性。

另外，虽然该σ_yh/σ_ys的上限没有特别规定，但只要采用现行规格的帽形钢板桩和H形钢的最小屈服点之比的上限即1.6左右即可。顺便说明一下，即使在没有钢材规格的情况下，由于也能够制造高屈服点的H形钢，因此可以构成σ_yh/σ_ys为1.6以上的组合。

尤其在本发明中，H形钢的最小屈服点σ_yh与钢板桩的最小屈服点σ_ys之比σ_yh/σ_ys，如后所述的那样，可以调整为1.109～1.559。由此，能够更切实并且牢固地实现组合钢板桩1中的弯曲耐力的增强。

以下，参照图1说明本实施方式的组合钢板桩1的尺寸。如图1所示，假设从帽形钢板桩10的臂部13的底面到H形钢中的第1凸缘部22a的上表面的长度为H。并且，假设从臂部13的底面到组合钢板桩1中的中性轴的长度为y。此时，从组合钢板桩1的中性轴到H形钢20中的第1凸缘部22a的上表面的长度(H-y)与y之比表示为(H-y)/y。也可以选定截面形状，以使该比(H-y)/y大于σ_yh/σ_ys。通过决定帽形钢板桩10和H形钢20的形状使得比(H-y)/y大于σ_yh/σ_ys，从而当H形钢20中的第1凸缘部22a的外缘上作用产生相当于H形钢20的最小屈服点σ_yh的应力的弯曲力矩时，能够将帽形钢板桩10的外缘产生的应力控制在钢板桩的最小屈服点σ_ys以下地进行作用。由此，能够进一步增强组合钢板桩1中的弯曲耐力。结果，能够在满足必要的截面系数的基础上实现更轻量化，与现有技术的Z形钢板桩相比能够发挥显著的优越性。

以下，详细说明本发明一个实施方式的组合钢板桩1的组合。下面，说明H形钢的最小屈服点σ_yh与帽形钢板桩的最小屈服点σ_ys之比σ_yh/σ_ys为1.105以上的组合。

表3表示组合钢板桩1的帽形钢板桩10与H形钢20的组合的例子。

[表3]

在表3的组合例中，帽形钢板桩10使用JISA5523的SYW295。该SYW295的最小屈服点为295N/mm²。并且，在表3的组合例中，H形钢20分别使用中国标准GB/T1591的Q345B、JISG3106的SM490YA、以及JISG3106的SM570。表中分别表示H形钢20和帽形钢板桩10的最小屈服点σ_yh、σ_ys。从表1可知，在使用Q345B作为H形钢20的规格的情况下，σ_yh/σ_ys为1.169；在使用SM490YA作为H形钢20的规格的情况下，σ_yh/σ_ys为1.203；在使用SM570作为H形钢20的规格的情况下，σ_yh/σ_ys为1.559。

并且，表4表示组合钢板桩1的帽形钢板桩10与H形钢20的其他组合例。

[表4]

该表4使用欧洲标准EN10248的S320GP作为帽形钢板桩10的规格。该欧洲标准EN10248的S320GP的最小屈服点为320N/mm²。并且，H形钢20使用SM490YA和SM570作为例子。表4中分别表示H形钢20和帽形钢板桩10的最小屈服点σ_yh、σ_ys。从表4可知，在使用SM490YA作为H形钢20的规格的情况下，σ_yh/σ_ys为1.109；在使用SM570作为H形钢20的规格的情况下，σ_yh/σ_ys为1.438。

这样，通过使用表3、4所示规格构成的帽形钢板桩10和H形钢20，能够使σ_yh/σ_ys为1.109～1.559左右，能够增强组合钢板桩1的弯曲耐力。当然，由于在这些规格以外还存在各种钢材规格，因此也可以在组合钢板桩1的最小屈服点之比σ_yh/σ_ys为1.105以上的范围内任意地组合帽形钢板桩10和H形钢20。

在以下的说明中，说明从组合钢板桩的中性轴到H形钢的第1凸缘部22a的上表面的长度(H-y)与y之比(H-y)/y大于σ_yh/σ_ys地选定的截面形状。

根据图1所示的帽形钢板桩10、H形钢20的各尺寸，从臂部13的底面到该组合钢板桩1的中性轴的长度y能够由以下公式(1)求出。

y＝{(As·hs/2)+(2·Ah·hs+Ah ·h_h)/2}/(As+Ah)………(1)

其中，

hs：帽形钢板桩10的高度(参照图1)

h_h：H形钢20的高度(参照图1)

As：每一个帽形钢板桩10的截面积

Ah：每一个H形钢20的截面积

并且，y/H能够根据以下的公式(2)算出。

y/H＝{hs/H+(Ah/As)/(1+(Ah/As))}/2·………(2)

并且，从该组合钢板桩1的中性轴到H形钢20的第1凸缘部22a的上表面的长度(H-y)与H之比(H-y)/H用(1-(y/H))表示，并且，从组合钢板桩1的中性轴到帽形钢板桩10中的臂部13的底面的长度y与H之比用y/H表示。如果用公式表示它们之比(1-(y/H))/(y/H)为最小屈服点之比σ_yh/σ_ys以上，则为下述公式(3)。

(1-(y/H))/(y/H)≥σ_yh/σ_ys………(3)

该公式(3)表示从中性轴到H形钢20的第1凸缘部22a的上表面的长度与从中性轴到帽形钢板桩10中的臂部13的底面的长度之比为最小屈服点之比σ_yh/σ_ys以上。

如果将公式(2)的值代入该公式(3)中并展开，则变成公式(4)。

(2-((hs/H)+(Ah/As)/(1+(Ah/As)))/((hs/H)+(Ah/As)/(1+(Ah/As))≥σ_yh/σ_ys…………(4)

其中，使σ_yh/σ_ys＝β，通过对Ah/As进行求解，能够导出下述公式(5)。

Ah/As≤(2-(1+β)·(hs/H))/(β+(1+β)·(hs/H)-1)…………(5)

即，适用于组合钢板桩1的H形钢20的截面积Ah与帽形钢板桩10的截面积As之比Ah/As，能够根据公式(5)中定义的各参数求出。

即，在组合钢板桩1中，通过假设帽形钢板桩10和H形钢20的高度、假设该帽形钢板桩10和H形钢20的屈服点，来决定帽形钢板桩10的高度(hs)与组合钢板桩1的高度(H)之比(hs/H)以及H形钢20与帽形钢板桩10的屈服点之比β(＝σ_yh/σ_ys)。因此，能够根据满足公式(5)的帽形钢板桩10与H形钢20的截面的组合(Ah/As)设定合理的截面形状。

即，通过选定满足公式(5)的帽形钢板桩10与H形钢20的组合，能够选定各自的截面形状，使得从组合钢板桩1的中性轴到H形钢20中的第1凸缘部22a的上表面的长度之比(H-y)/y大于H形钢20与帽形钢板桩10的屈服点之比β(＝σ_yh/σ_ys)。其结果，在实际用组合钢板桩1构成的壁体中，当H形钢的第1凸缘部22a的外缘作用了产生相当于H形钢20的最小屈服点σ_yh的应力的弯曲力矩时，能够将帽形钢板桩10的外缘的产生应力控制在帽形钢板桩10自身的最小屈服点以下，能够通过增强弯曲耐力成为有效的组合钢板桩1的截面形状。

以下，说明用来选定组合钢板桩1的截面形状的逼近方法。表5表示说明本逼近方法上使用的帽形钢板桩10的截面数据，并且，表6表示H形钢20的截面数据。

[表5]

型式	宽	高度hs	截面积As	截面惯性矩Is	钢材重量
						10H	900mm/枚	230mm	110cm²/枚	9430cm⁴/枚	86.4kg/枚/m

[表6]

帽形钢板桩10使用表5所示的10H帽形钢板桩10。10H帽形钢板桩10的宽度、高度、截面积As、截面惯性矩Is、钢材重量如表5所示。并且，H形钢20准备了截面积Ah互不相同的7种。各自的尺寸、截面积Ah、截面惯性矩Ih、钢材重量如表6所示。

表7表示相对于表5所示的帽形钢板桩10，组合表6的各种H形钢20而构成的组合钢板桩1的一览表。

[表7]

该表7中的组合编号与表5所示的H形钢20的各组合编号相对应。例如，在该表7中的组合编号1中，将相当于表6的组合编号1的H形钢20与表5所示的帽形钢板桩10组合而构成组合钢板桩1。顺便说明一下，在该表7中，每个组合编号表示H形钢20的截面积Ah与帽形钢板桩10的截面积As之比Ah/As、帽形钢板桩10的高度(hs)与组合钢板桩1的高度(H)之比hs/H、从臂部13的底面到组合钢板桩1的中性轴的长度y与组合钢板桩1的高度H之比y/H、以及(1-(y/H))/(y/H)的各参数。并且，表示组合钢板桩1的由H形钢20的端缘应力决定的每根钢板桩1的截面系数Z(cm³)、组合钢板桩1的每根的钢材重量w(kg/根)、相对H形钢20的外缘(第1凸缘部22a的外缘)作用了相当于H形钢的最小屈服点的应力的情况下的钢板桩10的外缘产生的应力σ_s(N/mm²)。

一般，如果在弹性范围内，则产生的应力与中性轴的距离成比例。因此，帽形钢板桩10的外缘产生的应力σ_s能够用下述公式根据H形钢的第1凸缘部22a的外缘产生的应力σ_h和中性轴的距离之比(1-(y/H))/(y/H)算出。另外，帽形钢板桩10的外缘产生的应力σ_s即使超过了屈服点也假定能够使用本公式。

另外，H形钢凸缘部22a的外缘产生的应力σ_h，由于假定在作用H形钢的最小屈服点σ_yh的情况下，因此σ_h＝σ_yh。

G_h∶σ_s＝(H-y)∶y＝(1-(y/H))∶(y/H)

σ_s＝σ_h/((1-(y/H))/(y/H))

并且，表8中表示表7的组合构成的H形钢20和帽形钢板桩10中的最小屈服点以及最小屈服点之比。最小屈服点，H形钢20为355(N/mm²)，帽形钢板桩10为295(N/mm²)。并且，它们的屈服点之比(σ_yh/σ_ys)为1.20。

[表8]

H形钢20的最小屈服点σ_yh(N/mm²)	355
		帽形钢板桩10的最小屈服点σ_ys(N/mm²)	295
最小屈服点之比σ_yh/σ_ys	1.20

[表9]

hs/H	σ_yh/σ_ys(＝β)	最大Ah/As
			0.247	1.20	1.96

而且，表9中表示用公式(5)求出的、H形钢20的截面积Ah与帽形钢板桩10的截面积As之比Ah/As。由于从表8可知hs/H为0.247、并且屈服点之比σ_yh/σ_ys为1.20，因此面积比Ah/As为1.96。

为了实际选定组合钢板桩1的截面形状，如果根据公式(5)及表9选定Ah/As为1.96以下的组合截面，则能够选定截面使得比(1-(y/H))/(y/H)为最小屈服点之比σ_yh/σ_ys以上。因此，通过采用表7中所谓的组合编号1～4的截面形状，即使在对H形钢20的外缘作用了相当于H形钢的最小屈服点的应力的情况下，钢板桩10的外缘产生的应力σ_S都能够抑制在帽形钢板桩10的最小屈服点(295N/mm²)以下。实际如表7所示，算出的钢板桩10的外缘产生的应力σ_s为，组合编号1为213N/mm²、组合编号2为228N/mm²、组合编号3为239N/mm²、组合编号4为270N/mm²，被抑制在帽形钢板桩10的最小屈服点(295N/mm²)以下。其结果可知，能够通过增强弯曲耐力成为更有效的组合钢板桩1的截面形状。

但是，组合编号5～7的比率Ah/As分别为2.10、2.21、2.37，超过了从公式(5)算出的1.96。并且，钢板桩10的外缘产生的应力σ_s也为，组合编号5为305N/mm²、组合编号6为313N/mm²、组合编号7为321N/mm²，都超过了帽形钢板桩10的最小屈服点(295N/mm²)。因此，虽然与帽形钢板桩10的屈服点相比较使H形钢20的屈服点提高，但是不能享受其优点。其结果，为了成为帽形钢板桩10的最小屈服点(295N/mm²)以下，有必要降低截面系数。在上述实施例中，为了说明用于选定组合钢板桩1的截面形状的逼近方法，例举了表5所示的10H形的帽形钢板桩。组合钢板桩1所使用的钢板桩也可以是除此以外的帽形钢板桩。例如，也可以是具有宽度900mm、高度300mm、截面积144.4cm²/根、截面惯性矩为22000cm4/根的25H形的帽形钢板桩。

表10表示必要的屈服弯曲力矩为1450kN·m/根的情况下现有技术例和本发明例的钢材重量减轻效果。

[表10]

在现有技术例中，使帽形钢板桩10的最小屈服点为295N/mm²，使H形钢20的最小屈服点为315N/mm²。在必要的屈服弯曲力矩满足1450kN ·m/根的基础上，现有技术例需要195kg/根的钢材重量，而本发明能够达到用186kg/根的钢材重量，本发明例与现有技术例相比较能够实现5％左右的轻量化。

表11表示必要的屈服弯曲力矩为1490kN·m/根的情况下的现有技术例和本发明例的钢材重量减轻效果。在必要的屈服弯曲力矩满足1490kN·m/根的基础上，现有技术例需要225kg/根的钢材重量，而在本发明例中能够达到用186kg/根的钢材重量，本发明例与现有技术例相比较能够实现17％左右的轻量化。

[表11]

工业实用性

如果采用本发明，能够大幅度提高帽形钢板桩与H形钢组合形成的组合钢板桩的弯曲耐力，并且能够实现组合钢板桩的轻量化，因此，产业上的利用可能性很大。

符号说明

10帽形钢板桩；

11腹板部；

12凸缘部；

13臂部；

14接头部；

20H形钢；

21中央腹板部；

22a第1凸缘部；

22b第2凸缘部；

27焊接部位

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种组合钢板桩，具有帽形钢板桩和H形钢，其特征在于，

上述帽形钢板桩具有：腹板部；设置在上述腹板部两端的一对凸缘部；分别设置在上述一对凸缘部的端部的一对臂部；以及，分别形成在上述一对臂部的端部的一对接头部，

上述H形钢具有：中央腹板部；设置在上述中央腹板部一端的第1凸缘部；以及，设置在上述中央腹板部的另一端的第2凸缘部，

上述第2凸缘部固定在上述帽形钢板桩的上述腹板部的外侧，

上述H形钢的最小屈服点σ_yh与上述帽形钢板桩的最小屈服点σ_ys之比即最小屈服点之比σ_yh/σ_ys为1.105以上。

2.如权利要求1所述的组合钢板桩，其特征在于，

上述最小屈服点之比σ_yh/σ_ys为1.109以上、1.559以下。

3.一种板桩壁，是使用了2个以上权利要求1或2所述的组合钢板桩的板桩壁，其特征在于，

相邻的上述组合钢板桩的上述接头部互相连结。

4.一种组合钢板桩的组合选定方法，是具有帽形钢板桩和H形钢的组合钢板桩的组合选定方法，其特征在于，

以使上述H形钢的最小屈服点σ_yh与上述帽形钢板桩的最小屈服点σ_ys之比即最小屈服点之比σ_yh/σ_ys为1.105以上的方式选定组合。

Claims

1.一种组合钢板桩，具有帽形钢板桩和H形钢，其特征在于，

上述H形钢板桩具有：中央腹板部；设置在上述中央腹板部一端的第1凸缘部；以及，设置在上述中央腹板部的另一端的第2凸缘部，

上述第2凸缘部固定在上述帽形钢板桩的上述腹板部的外侧，

2.如权利要求1所述的组合钢板桩，其特征在于，

上述最小屈服点之比σ_yh/σ_ys为1.109以上、1.559以下。

相邻的上述组合钢板桩的上述接头部互相连结。