CN103572748A - 帽形钢板桩 - Google Patents

Abstract

提供帽形钢板桩，形成钢板桩壁时的每壁宽1m的截面惯性矩I(cm⁴/m)、单位壁面积的重量W(kg/m²)、贯入阻力(R)及腹板角度θ(°)的关系设定为满足下述式组(A)或者(B)中的任意一方。式组(A)：(W/I)×R≤0.004，并且2.65×10^-4×I+22≤θ≤2.80×10^-4×I+48，其中，20000≤I＜80000；2.65×10^-4×I+22≤θ≤70，其中，80000≤I＜180000。式组(B)：0.004＜(W/I)×R≤0.0075，并且2.80×10^-4×I+44.6＜θ≤80，其中，20000≤I＜80000；67＜θ≤80，其中，80000≤I＜200000)。

Description

帽形钢板桩

技术领域

本发明涉及在地下挡土、河流沪岸中使用的帽形钢板桩。

在本说明书中，所谓帽形钢板桩是指如下钢板桩：在上凸缘部的两端连续地形成有腹板部，在一对腹板部的各个端部形成有下凸缘部，整体形成为近似帽形状。

背景技术

作为通过使钢板桩的接头嵌合而构筑的钢板桩壁的性能指标之一，存在表示壁的刚性的截面惯性矩(I)。一般来说，如果截面惯性矩(I)大，则当作用有土压、水压等载荷时的壁体的变形量小。

虽然可以通过增加钢板桩的板厚(t)、高度(H)等而增大截面惯性矩(I)，但从经济性的观点来看，希望尽可能减小截面积(A)从而减轻钢重(W)。

另一方面，钢板桩的大型化会导致钢板桩的贯入阻力(R)增大。贯入阻力(R)是影响钢板桩的施工性(贯入性)的主要指标，希望贯入阻力(R)尽可能小。即，如果贯入阻力小，则会导致钢板桩的施工速度、施工效率提高。

钢板桩的贯入阻力(R)主要由基于地基阻力的支承力与接头阻力构成。其中，对于基于地基阻力的支承力(前端+周面摩擦)，通过使用射水沉桩法(water jet method)等辅助施工方法暂时降低地基的强度，能够人为地使支承力降低一定程度。

另一方面，接头彼此、或者接头与接头内的砂土之间的摩擦阻力是接头阻力的重要因素。

通常，由于在接头之间设置有数mm以下的间隙，因此，在与先行打入的钢板桩完全保持平行地打入的情况下，理论上应该几乎不会产生接头彼此之间的摩擦。

但是，由于实际上钢板桩并不是刚体，因此会由于基于地基阻力的支承力而导致钢板桩的截面变形，产生弯曲。结果，接头彼此接触而产生摩擦。

另外，为了减少摩擦阻力，虽然有在接头涂敷润滑剂的方法，但润滑剂会因接头与砂土之间的摩擦而剥离，因此其效果受到限制。

当产生接头阻力时，会发生如下的恶性循环：钢板桩倾斜，进而摩擦增加。

由于一旦陷入恶性循环则难以进行修正，因此，在打入钢板桩时使用引导框，以尽可能避免产生倾斜，在产生了倾倒、偏移的情况下，进行拔出钢板桩，再次重新打入的作业。

针对钢板桩的此类倾倒、偏移，虽然也有通过严格规定施工管理的标准来抑制接头阻力的方法，但同时导致了施工效率的降低。

并且存在如下问题：并未消除因钢板桩的截面变形而导致摩擦阻力增加的原因，从而即便拔出钢板桩并再次重新打入，也无法进行修正。

如上所述，虽然需要从经济性与施工性的观点考察钢板桩的截面设定，但在这一点，例如在以下所示的专利文献1～5中对帽型(hat-type)钢板桩的截面形状的设定方法进行了考察。

专利文献1以及2公开了如下的形状设定方法以及帽型钢板桩，通过同时满足新定义的凸缘宽度(Bf)与有效宽度(B)之间的关系式、和截面惯性矩(I)、高度(H)与B之间的关系式，能够得到比现有的U型钢板桩、宽幅型钢板桩更优异的截面性能。

另一方面，在专利文献3中，示出了利用截面惯性矩(I)的关系式来限定腹板角度θ的范围，从而使贯入阻力(R)最小化的帽型钢板桩。另外，专利文献5也同样示出了设定为满足I、B以及单位重量(W)的关系式，从而确保了贯入性的帽型钢板桩。

并且，专利文献4示出了如下帽型钢板桩，通过同时满足设定为超过现有的U型钢板桩的单位重量(W)与截面惯性矩(I)之间的线形关系的帽型钢板桩的I与W之间的关系式、有效宽度(B)与凸缘宽度(Bf)之间的关系式，由此提高了经济性。

上述帽型钢板桩以有效宽度(B)为700～1200mm、高度(H)约为200～350mm、截面惯性矩(I)约为10000～20000cm⁴/m的帽型钢板桩作为对象。

专利文献1：日本特开2008-069631号公报

专利文献2：日本专利第4069030号公报

专利文献3：日本专利第3488233号公报

专利文献4：日本专利第3458109号公报

专利文献5：日本特开2005-213895号公报

在上述专利文献1～5中，在帽型钢板桩的截面形状的设定中，着眼于经济性或者贯入性(施工性)中的任意一个，对其进行了专门考察。

但是，上述钢板桩的形状设定方法并不是在同时获得最佳的经济性与施工性这种明确的概念下的钢板桩的形状设定方法。在发明者所知范围内，没有关于同时获得最佳的经济性、施工性以及稳固性的帽形钢板桩的公开文献。

为了提高经济性，需要尽可能减少单位截面性能的钢重，考虑在扩大截面的同时减少板厚的方法。但显而易见，如果扩大截面，则施工时的贯入阻力增加。并且，如果减薄板厚，则在施工时、搬运时担心产生局部弯曲等损伤，在钢板桩的性能方面产生问题。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供同时获得最佳的经济性与施工性，并且还确保了稳固性的帽形钢板桩。

发明者考虑将A/I、W/I定义为经济性指标，A/I、W/I通过用每壁宽1m的截面积(A)或单位壁面积的重量(W)除以每壁宽1m的截面惯性矩(I)而得到。作为经济性，上述的经济性指标越小越理想。即，考虑到制造成本等，为了发挥某个截面惯性矩(I)所必须的截面积(A)、单位重量(W)的经济性指标越小越经济。

并且，在现有的400mm宽度的III型U型钢板桩中，W/I＝150/16800＝8.9×10^-3，与此相对，在大型化了的600mm宽度的IIIw型宽幅型钢板桩中，W/I＝136/32400＝4.2×10^-3，经济性提高至两倍以上。

如上所述，如果钢板桩壁的截面性能(截面惯性矩(I)或者截面系数(Z))相同，则单位壁面积的重量(W)越小越经济(相对于相同截面性能的钢材重量减少)。即，如果单位重量的制造成本相同，则单位截面性能的重量(W/I)越小越经济。

另一方面，如果单位截面性能的重量(W/I)减小，则钢板桩的截面尺寸(有效宽度(B)、高度(H))增大，板厚(t)减少。结果，施工时的钢板桩的变形量增大，难以进行打入。因此，W/I越大施工性越好，换句话说可以认为贯入阻力(R)越小。

因此，如果W/I(≈制造成本)减少，则贯入阻力(R)(≈施工成本)增加。相反，认为如果W/I增加，则贯入阻力(R)减少。换句话说，可以认为W/I与R存在悖论的关系。

因此，如何平衡作为经济性指标的W/I与作为施工性指标的R，对于使经济性与施工性这两方最佳化来说很重要。

本发明基于上述见解而完成，具体地说由以下结构构成。

(1)本发明所涉及的帽形钢板桩通过在上凸缘部的两端连续地形成腹板部，在一对腹板部的各个端部形成下凸缘部而形成，所述帽形钢板桩的特征在于，所述帽形钢板桩设定成，形成钢板桩壁时的每壁宽1m的钢板桩壁的截面惯性矩I、单位壁面积的重量W、贯入阻力R以及腹板角度θ之间的关系满足下述式组(A)或者(B)中的任意一方，其中，截面惯性矩I的单位为cm⁴/m，重量W的单位为kg/m²，角度θ的单位为°，

式组(A)：

(W/I)×R≤0.004，并且

2.65×10^-4×I+22≤θ≤2.80×10^-4×I+48，其中，20000≤I＜80000，

2.65×10^-4×I+22≤θ≤70，其中，80000≤I＜180000，

式组(B)：

0.004＜(W/I)×R≤0.0075，并且

2.80×10^-4×I+44.6＜θ≤80，其中，20000≤I＜80000，

67＜θ≤80，其中，80000≤I＜200000。

(2)本发明所涉及的帽形钢板桩通过在上凸缘部的两端连续地形成腹板部，并在一对腹板部的各个端部形成下凸缘部而形成，其中，形成钢板桩壁时的每壁宽1m的截面惯性矩I、单位壁面积的重量W、贯入阻力R以及腹板角度θ之间的关系设定为满足上述式组(A)，其中，截面惯性矩I的单位为cm⁴/m，重量W的单位为kg/m²，角度θ的单位为°。

(3)本发明所涉及的帽形钢板桩通过在上凸缘部的两端连续地形成腹板部，并在一对腹板部的各个端部形成下凸缘部而形成，其中，形成钢板桩壁时的每壁宽1m的截面惯性矩I、单位壁面积的重量W、贯入阻力R以及腹板角度θ之间的关系设定为满足上述式组(B)，其中，截面惯性矩I的单位为cm⁴/m，重量W的单位为kg/m²，角度θ的单位为°。

(4)本发明所涉及的帽形钢板桩，其特征在于，在上述(1)～(3)中任一个所记载的帽形钢板桩中，高度H与腹板厚度tw之间的关系设定成满足下式，

H/tw≤60.0。

在本发明中，由于形成钢板桩壁时的每壁宽1m的钢板桩壁的截面惯性矩I、单位壁面积的重量W、贯入阻力R以及腹板角度θ之间的关系设定为满足上述式组(A)或者(B)中的任意一项，因此，形成了具有最优化了的截面形状的帽形钢板桩，该帽形钢板桩满足经济性与施工性这两方、并且提高了施工性，其中，截面惯性矩I的单位为cm⁴/m，重量W的单位为kg/m²，角度θ的单位为°。

在本发明中，在上述内容的基础上，由于设定成高度H与腹板厚度tw之间的关系满足下式，因此，能够抑制因施工时的贯入阻力而导致的钢板桩的弯曲/变形，由此能够提供了确保稳固性的帽形钢板桩，

H/tw≤60.0。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式所涉及的帽形钢板桩的说明图。

图2是在本发明的一个实施方式中推导最佳截面的过程的说明图，是示出使B＝1400mm、tf＝16mm、tw＝8.5mm且恒定，并使高度(H)、腹板角度(θ)变化时的每壁宽1m的截面惯性矩和单位壁面积的重量之间的关系的图表。

图3是在本发明的一个实施方式中推导最佳截面的过程的说明图，是示出使B＝1400mm、H＝600且恒定，并使凸缘板厚(tf)和腹板厚度(tw)变化时的每壁宽1m的截面惯性矩和单位壁面积的重量之间的关系的图表。

图4是在本发明的一个实施方式中推导最佳截面的过程的说明图，是在I＝80000的情况下示出经济性指标与腹板角度之间的关系的图表。

图5是在本发明的一个实施方式中推导最佳截面的过程的说明图，是在I＝80000的情况下示出施工性指标与腹板角度之间的关系的图表。

图6是在本发明的一个实施方式中推导最佳截面的过程的说明图，是在I＝80000的情况下示出考虑了施工性以及经济性的指标与腹板角度之间的关系的图表。

图7是示出将本发明的一个实施方式中的帽形钢板桩形成为钢板桩壁时的每壁宽1m的截面惯性矩与腹板角度之间的关系的图表。

图8是示出将本发明的一个实施方式的其他形态的帽形钢板桩形成为钢板桩壁时的每壁宽1m的截面惯性矩与腹板角度之间的关系的图表。

图9是示出将本发明的一个实施方式的其他形态的帽形钢板桩形成为钢板桩壁时的每壁宽1m的截面惯性矩与腹板角度之间的关系的图表。

图10是示出标准化了的施工时贯入阻力(最大载荷)P/P45°与施工性指标R/R45°之间的关系的图。

图11是示出标准化了的施工时贯入阻力(最大载荷)P/P45°与腹板角度θ(°)之间的关系的图。

图12是示出标准化了的施工时贯入阻力(最大载荷)P/P67°与施工性指标R/R67°之间的关系的图。

图13是示出标准化了的施工时贯入阻力(最大载荷)P/P67°与腹板角度θ(°)之间的关系的图。

图14是示出施工时贯入阻力P与高度/腹板厚度之比、亦即H/tw之间的关系的图。

图15是示出试样的变形量与高度/腹板厚度之比、亦即H/tw之间的关系的图。

具体实施方式

对图1所示的本发明的一个实施方式所涉及的帽形钢板桩的形状确定方法进行说明。

限制帽形钢板桩的截面形状的参数包括：有效宽度(B)、高度(H)、腹板角度(θ)、凸缘宽度(Bf)、凸缘板厚(tf)、腹板厚度(tw)。

如果确定了上述参数，则单位壁面积的重量(W)以及每壁宽1m的截面惯性矩(I)由下式唯一确定。

I＝I₀+∑A×y²

W＝γ×A

(I₀：截面惯性矩、A：截面积、y：到形心轴(centroid)的距离、γ：单位体积重量)

通常，钢板桩的截面惯性矩(I)使用钢板桩截面的CAD数据，利用上式算出包含接头部的精确解。

但是，在进行本实施方式这样的截面形状研究、即参数研究时，每次都在制作CAD数据后算出I，作业非常繁琐。

因此，在钢板桩壁的截面惯性矩(I)的计算中考虑采用以下方法。

如图1所示，使用将帽形钢板桩截面分割成上下凸缘和腹板这三个部分，虽然是估算，但能够简便地算出I的方法。然而，由于该方法未考虑到接头部，因此所计算的I的值相应地减小。通过试算，计算值约为精确解的80～90％，但由于这一点在通过拟合求出对形状进行限定的直线时予以考虑，因而不存在问题。

如上所述，一般来说，截面惯性矩(I)利用下式表示。

I＝I₀+∑A×y²

在此，如图1所示那样将帽形钢板桩分割成三个长方形((i)(ii)(iii))，并推导各部分的I，结果如下。但是，(i)是补充在左右的长方形，作为一个长方形来处理。

[数学式1]

(i)(iii)：I＝{Bf×tf³/12+Bf×tf×(h/2)²}×2

           ＝Bf×tf/2×(tf²/3+h²)

$\left(\mathrm{ii}\right):I={\∫}_0^{h/2}[(\mathrm{\Δh}/\sin \mathrm{\θ}\×\mathrm{tw})\×h^2]\×2\×2$

$=2\×\mathrm{tw}/\sin \mathrm{\θ}\×{[h^3/3]}_0^{h/2}\×2$

$=\mathrm{tw}\×h^3/6\×1/\sin \mathrm{\θ}$

由此，每一个帽形钢板桩1的I’如下式所示。

I’＝Bf×tf/2×(tf²/3+h²)+tw×h³/6×1/sinθ

因此，每壁宽1m的截面惯性矩(I)如下式(1)所示。

I＝{Bf×tf/2×(tf²/3+h²)+tw×h³/6×1/sinθ}×1000/B…(1)

根据该(1)式，能够根据限定帽形钢板桩的截面形状的参数、亦即有效宽度(B)、高度(H＝h+tf)、腹板角度(θ)、凸缘宽度(Bf)、凸缘板厚(tf)以及腹板厚度(tw)容易地算出截面惯性矩(I)。

并且，单位壁面积的重量(W)也同样能够利用(2)式计算。

W＝(Bf×tf+h×tw/sinθ)×2×γ×1000/B    …(2)

另外，凸缘宽度(Bf)利用下式表示。

Bf＝B/2-h/(2×tanθ)

图2示出使用(1)式以及(2)式来试算I以及W的例子。在图2中，纵轴表示每壁宽1m的截面惯性矩I，横轴表示单位壁面积的重量W，其中，截面惯性矩I的单位为cm⁴/m，重量W的单位为kg/m²。

在本例中，使B＝1400mm、tf＝16mm、tw＝8.5mm且恒定，使高度(H)和腹板角度(θ)变化。

如图2所示可知，伴随着高度(H)以及腹板角度(θ)的增加，截面惯性矩(I)也增加。特别是由于高度(H)非常有助于I的增加，因此，在能够制造且施工性所允许的范围内增大H可以有效地提高经济性。

并且，图3示出使用(1)式以及(2)式试算I以及W的例子，且是使B＝1400mm、H＝600mm且恒定，使凸缘板厚(tf)与腹板厚度(tw)变化的例子。

在图3中，使tw按照8.5mm、9mm、10mm、12mm、14mm的顺序变化，在tf≥tw的条件下，使tf按照8.5mm、9mm、10mm、12mm、14mm、16mm、19mm、22mm的顺序变化，在图3的图表中，从各tw延伸的朝向右上方的曲线束中的各曲线表示在该tw时所能够取得的tf。

在图3中能够读出凸缘板厚(tf)和腹板厚度(tw)对I的影响。即，虽然使B＝1400mm、H＝600mm且恒定，但由于截面惯性矩式中存在到形心轴之间的距离y的平方项，因此距离形心轴远的凸缘板厚(tf)的增加所带来的效果大。

例如，着眼于tw＝8.5mm且θ＝90°，在tf＝8.5mm的情况下，I＝95000(cm⁴/m)，在tf＝16mm的情况下，I为155000(cm⁴/m)。另一方面，从图3显而易见，即便改变tw，I也不会大幅变化。

因此，增大tf并减小tw可以有效地增加I。

在此，需要特别说明的是，当关于图2以及图3的纵轴的某个I(例如I＝100000cm⁴/m)而观察横轴时，由于有多条线与之相交，因此可知，根据高度(H)、腹板角度(θ)、凸缘板厚(tf)以及腹板厚度(tw)的不同，能够呈现相同的截面惯性矩(I)的帽形钢板桩存在各种各样的规格。

因此，作为帽形钢板桩的产品结构，假定有I＝20000、40000、60000、80000、100000、120000、140000、160000、180000这九个类型，利用下述表1所示的参数推导能够呈现上述各个I的规格。另外，在此为了简化，使有效宽度(B)为1400且恒定，但是，在可制造的范围内，当然也可以进行以有效宽度(B)作为参数的研究。

表1

关于所推导出的多个帽形钢板桩的规格，如之前所述，为了设定具有最佳经济性以及施工性这两者的帽形钢板桩的截面形状，以如下方式进行了研究。

图4是以I＝80000(cm⁴/m)的帽形钢板桩为例，在每个高度(H＝600、550、500、450)示出经济性指标(W/I)与腹板角度(θ)之间的关系的图表，纵轴表示经济性指标(W/I)，横轴表示腹板角度(θ)。

在图4所示的图表中，针对表1的各个凸缘板厚(tf)，在使腹板角度(θ)逐渐增大的同时使腹板厚度(tw)变薄，在确保I＝80000(cm⁴/m)的同时减少重量。进而，当无法满足I＝80000(cm⁴/m)时，降低至下一等级的tf并且升高至下等级的tw，重复进行该作业。因此，在图4的图表中，形成呈锯齿状向右下方下降的图表。

根据图4的图表，观察各个tf的直线可知，存在随着腹板角度(θ)增加而经济性指标(W/I)减少的倾向，经济性提高。

如此，确认腹板角度(θ)与经济性指标(W/I)之间存在紧密的关联性。

另一方面，利用下述的(3)式来定义施工性指标(贯入阻力(R))。(3)式是表示根据钢板桩模型的室内打入实验获得的贯入阻力的算式的一例，之前示出的专利文献3中也示出了同样的算式。

R＝tanθ×H×2/Bf    …(3)

通过观察(3)式，能够理解下述现象的产生。

■如果腹板角度(θ)增大，则腹板立起，土压集中在钢板桩的槽内，钢板桩容易变形，贯入性降低。

■如果高度(H)增大，则地基阻力大，贯入性降低。

■如果凸缘宽度(Bf)增大，由于容易释放上述槽内的土压，因此贯入性提高。

如(3)式所示，限定贯入阻力(R)的参数包括腹板角度(θ)、高度(H)以及凸缘宽度(Bf)。

图5与图4的情况相同，以I＝80000(cm⁴/m)的帽形钢板桩为例，针对各个高度(H＝600、550、500、450)分别示出施工性指标(贯入阻力(R))与腹板角度θ(°)之间的关系。另外，从图5可知，存在使贯入阻力(R)最小的腹板角度θ(°)。

如上所述，经济性指标(W/I)以及施工性指标(R)均与腹板角度θ(°)紧密相关，因此能够将这两个指标组合成一个指标，并且，通过这样做，能够利用一个指标来评价经济性和施工性这两方。

作为组合经济性指标(W/I)以及施工性指标(R)的方法，采用将两个指标相乘的方法。

(经济性指标)×(施工性指标)＝α×(W/I)×β×(R)。

在此，α以及β分别是经济性指标以及施工性指标的权重系数。另外，在此采用将两个指标相乘的方法，设置α＝β＝1。

由于经济性指标(W/I)与施工性指标(R)均为，各值越小则经济性和施工性越优异，因此，在将经济性指标(W/I)与施工性指标(R)相乘之后的结果中，也可以按照乘积值小则经济性以及施工性这两方面优异的方式进行评价。

图6在I＝80000(cm⁴/m)的情况下，针对各个高度(H＝600、550、500、450)分别示出将经济性指标(W/I)以及施工性指标(R)相乘后的(W/I)×R与腹板角度θ(°)之间的关系。

如上所述，在图6的图表中，纵轴的值越小，则经济性、施工性越优异，但如何设定经济性指标(W/I)的上限值(阈值)成为问题。

因此，在对这一点进行研究时，以同样的方式对之前所述的钢板桩模型实验等进行了研究，发现纵轴的值为约0.004～0.0075，因此，在此将纵轴的值为约0.0075以下时的腹板角度θ(°)定义为能够同时确保经济性以及施工性的规格。

并且，在现有的帽型钢板桩中，将两个指标相乘后的值在10H时为约0.0081，在25H为约0.0097，可知未必一定是同时具有最佳的经济性和施工性的钢板桩形状。

基于上述定义而清楚知道，在图6中，在通过求得使得纵轴为0.0075以下的情况下的横轴范围而求得腹板角度θ(°)的范围时，在I＝80000(cm⁴/m)的情况下，为了同时获得最佳的经济性与施工性(贯入性)，希望腹板角度θ(°)为约49～77°(参照图6)。

通过改变作为目标的I的等级来进行上述的研究方法，能够使经济性与施工性平衡，且能够限定能够满足所要求的各个I的最佳截面形状。

表2中示出通过进行同样的研究而以与上述步骤相同的步骤针对各个I求得的腹板角度(θ)的优选范围。

表2

I(cm4/m)	最佳θ(°)
		20000	32～69
40000	40～70
		60000	46～75
80000	49～77
		100000	52～78
120000	56～79
		140000	62～78
160000	69～79
		180000	78

关于表2的结果，在图7中示出将纵轴设为腹板角度θ(°)，将横轴设为I(cm⁴/m)的图表。在图7中，绘制表2所示的上下限值，并利用直线进行拟合。

另外，如之前所述，在此所使用的截面惯性矩I的简便计算方法约为精确解的80～90％，因此，图6所示的(W/I)×R比精确解大。进而，如果考虑到图6的图表是向下凸出的图表，则通过利用简便计算方法，所判定出的最佳范围比精确解窄。因此，如图7所示，即便在利用直线对基于简便计算方法得出的点进行拟合时产生少许偏移，但也只不过是更接近于精确解，因此并没有问题。

若将图7所示的直线公式化，则如下所示。

2.65×10^-4×I+22≤θ≤80(20000≤I＜180000)

70≤θ≤80(180000≤I＜200000)  …(4)

如上所述，(4)式是同时考虑到经济性以及施工性而设定的，满足(4)式的范围的帽形钢板桩将满足经济性以及施工性这两方。

当然，根据打入帽形钢板桩的地基条件(以N值等作为指标的硬度)的不同，考虑其中存在更重视施工性，或者相反更重视经济性的情况。

即，能够判断出，在地基硬的情况下，为了使可打入性达到最大限度，需要减小贯入阻力(R)，不得不略微增加重量(W)。另一方面，能够判断出，在地基软的情况，降低重量(W)的好处较大，虽然这将导致贯入阻力(R)略微增大。

因此，以下对更重视施工性的情况下的最佳形状设定、和更重视经济性的情况下的最佳形状设定进行说明。

重视施工性

在利用上述(4)式限定的范围内，所谓更加重视施工性，如参照定义了施工性的(3)式(R＝tanθ×H×2/Bf)所能够理解的那样，是指减小θ的值。另一方面，参照示出了施工性、经济性与腹板角度θ之间的关系的图6可知，所谓减小θ的值即等价于降低阈值。

因此，作为重视施工性的形状设定，将(W/I)×R的阈值设为0.004以下，进行与上述相同的研究。在表3中示出针对各个I计算(W/I)×R为阈值0.004时的腹板角度θ(°)。

表3

I(cm4/m)	(W/I)×R为阈值0.004时的腹板角度θ(°)
		20000	49
40000	56
		60000	62
80000	64
		100000	66
120000	67
		140000	67

基于表3所示的计算结果，能够定义下述式组(A)。

式组(A)：

(W/I)×R≤0.004，并且

2.65×10^-4×I+22≤θ≤2.80×10^-4×I+48(20000≤I＜80000)

2.65×10^-4×I+22≤θ≤70(80000≤I＜180000)

图8将式组(A)图表化并示出。

重视经济性

所谓更加重视经济性是指减小经济性指标(W/I)。因此，如参照图4所理解那样，为了减小经济性指标(W/I)，只要增大腹板角度(θ)即可。另一方面，参照示出施工性、经济性与腹板角度θ之间的关系的图6可知，增大θ的值即等价于提高阈值。因此，作为重视经济性的形状设定，将(W/I)×R的阈值设为0.004以上0.0075以下，进行与上述相同的研究，结果定义了下述式组(B)。

式组(B)：

0.004＜(W/I)×R≤0.0075，并且

2.80×10^-4×I+44.6＜θ≤80(20000≤I＜80000)

67＜θ≤80(80000≤I＜200000)

图9将式组(B)图表化并示出。

如上所述，在帽形钢板桩的截面形状的设定(特别是腹板角度(θ))中，基本上同时确保经济性以及施工性，并且能够通过灵活使用θ的区域来更加重视施工性(式组(A))或者更加重视经济性(式组(B))。

进而，满足(4)式的范围的帽形钢板桩将满足经济性以及施工性这两方，满足式组(A)的范围的帽形钢板桩满足经济性以及施工性这两方，此外在施工性方面更加优异，满足式组(B)的范围的帽形钢板桩满足经济性以及施工性这两方，此外在经济性方面更加优异。

稳固性的确保

并且，在本发明中，在上述内容的基础上，由于高度(H)与腹板厚度(tw)之间的关系设定为满足下式，因此能够抑制因施工时的贯入阻力而导致的钢板桩的弯曲/变形，由此能够提供确保了稳固性的帽形钢板桩。

H/tw≤60.0

实施例1

作为本发明的实施例，设计了如下所示规格的帽形钢板桩。

B＝1400mm、H＝540mm、θ＝75°、I＝114810cm⁴/m

确认上述规格的帽形钢板桩是否在上述指标的范围内。

将上述帽形钢板桩的规格带入(4)式以及式组(C)，结果如下。

(4)式：2.65×10^-4×I+22≤θ≤80(20000≤I＜200000)

2.65×10^-4×I+22＝2.65×10^-4×114810+22＝52.4

52.4＜θ＝75＜80，θ在(4)式的范围内。

在式组(B)：67＜θ≤80(80000≤I＜200000)的情况下，上述帽形钢板桩的θ＝75°满足67＜θ＝75＜80、亦即式组(B)。

因此可知，上述本实施例的帽形钢板桩在经济性以及施工性方面优异，此外在经济性方面更优异。

实施例2

作为本发明的实施例，设计了如下所示的规格的帽形钢板桩。

B＝1400mm、H＝540mm、θ＝75°、I＝81454cm⁴/m

将上述帽形钢板桩的规格带入(4)式以及式组(B)，结果如下。

(4)式：2.65×10^-4×I+22≤θ≤80(20000≤I＜200000)

2.65×10^-4×I+22＝2.65×10^-4×81454+22＝43.6。

43.6＜θ＝75＜80，θ在(4)式的范围内。

当式组(B)：67＜θ≤80(80000≤I＜200000)的情况下，上述帽形钢板桩的θ＝75°满足67＜θ＝75＜80、亦即式组(B)。

因此可知，上述本实施例的帽形钢板桩在经济性以及施工性方面优异，此外在经济性方面更优异。

另外，在上述说明中，虽然将经济性指标与施工性指标相乘用作指标，但也可以将两个指标相加用作指标。

在该情况下，由于在相加时考虑到两个指标的权重，因此可以设为

(经济性指标)+(施工性指标)＝α×(W/I)+β×(R)。

并且，由于制造成本与单位壁重量的截面性能(I/W)、以及施工成本与贯入阻力的倒数(1/R)分别为相反关系，因此能够将I/W与1/R设为经济性、施工性的指标。

实施例3

作为关于本发明的施工性指标R的设定方法的研究事例，示出了将比例尺为1/12的钢板桩模型(长度100cm)以恒定速度压入利用5号硅砂制成的地基中而进行打入的模型施工试验的实施例。

关于模型施工试验的实施事例，表3示出换算成实际大小后的形状与基于该形状而确定的经济性指标1/W、以及施工性指标R。另外，将试样的形状设定为，使得本试样的每1m的截面惯性矩I在全部事例下均为约55000(cm⁴/m)。

表4

模型施工试验的实施事例

表5比较示出施工时贯入阻力(最大载荷)P以及利用事例(2)(θ＝45°)的贯入阻力(最大载荷)P45°标准化了的P/P45°的值、施工性指标R以及利用θ＝45°的情况下的施工性指标R45°标准化了的R/R45°。

[表5]

模型施工试验的施工时贯入阻力与施工指标之间的比较

图10示出标准化后的施工时贯入阻力(最大载荷)P/P45°与标准化后的施工性指标R/R45°的对应情况。由于两者很好地对应，因此能够确认本施工性指标的合理性。

图11示出标准化后的施工时贯入阻力(最大载荷)P/P45°与腹板角度θ(°)之间的关系。在本发明范围(36.6°≤θ≤63.4°)中，实验中的施工时贯入阻力被抑制地比较小，相对于此，在本发明的范围中(θ＝75°、82°)，施工时贯入阻力增大，因此能够确认本发明的合理性。

实施例4

作为关于本发明的施工性指标R的设定方法的研究事例，示出了将比例尺为1/12的钢板桩模型(长度100cm)以恒定速度压入利用5号硅砂制成的地基中而进行打入的模型施工试验的实施例。

关于模型施工试验的实施事例，表5示出换算成实际大小后的形状与基于该形状而确定的经济性指标1/W、以及施工性指标R。另外，将试样的形状设定为，使得本试样的每1m的截面惯性矩I在全部事例下均为约82000(cm⁴/m)。

[表6]

表7比较示出施工时贯入阻力(最大载荷)P与利用事例(6)(θ＝67°)的贯入阻力(最大载荷)P67°将P标准化后的P/P67°、施工性指标R以及利用θ＝67°的情况下的施工性指标R67°将R标准化后的R/R67°。

[表7]

模型施工试验的施工时贯入阻力与施工指标之间的比较

图12示出标准化后的施工时贯入阻力(最大载荷)P/P67°与标准化后的施工性指标R/R67°的对应情况。由于两者很好地对应，因此能够确认本施工性指标的合理性。

图13示出标准化后的施工时贯入阻力(最大载荷)P/P67°与腹板角度θ(°)之间的关系。在本发明范围(67°≤θ≤80°)内，实验中的施工时贯入阻力被抑制地比较小，相对于此，在本发明范围中(θ＝85°)，施工时贯入阻力增大，因此能够确认本发明的合理性。

实施例5

作为本发明的实施例，示出了将比例尺为1/8.5的钢板桩模型(长度110cm)以恒定速度压入利用7号硅砂制成的地基中而进行打入的模型施工试验的实施例。

关于模型施工试验的实施事例，表8示出换算成实际大小后的形状和贯入阻力值P。

[表8]

模型施工试验的实施示例

图14示出施工时贯入阻力P与高度/腹板厚度之比H/tw之间的关系。当高度/腹板厚度之比H/tw的值约为60时，贯入阻力增大。能够通过将高度/腹板厚度之比H/tw控制在约60来抑制变形，无需担心导致施工性的降低。

图15示出试样的变形量与高度/腹板厚度之比H/tw之间的关系。试样的变形量表示腹板与凸缘的交差角度的变化量。当高度/腹板厚度之比H/tw的值约为60时，试样的变形量大。能够通过将高度/腹板厚度之比H/tw控制在约60来抑制变形量。

Claims (4)

1.一种帽形钢板桩，

该帽形钢板桩通过在上凸缘部的两端连续地形成腹板部，在一对腹板部的各个端部形成下凸缘部而形成，

所述帽形钢板桩的特征在于，

所述帽形钢板桩设定成，形成钢板桩壁时的每壁宽1m的钢板桩壁的截面惯性矩I、单位壁面积的重量W、贯入阻力R以及腹板角度θ之间的关系满足下述式组(A)或者(B)中的任意一方，其中，截面惯性矩I的单位为cm⁴/m，重量W的单位为kg/m²，角度θ的单位为°，

式组(A)：

(W/I)×R≤0.004，并且

2.65×10^-4×I+22≤θ≤2.80×10^-4×I+48，其中，20000≤I＜80000，

2.65×10^-4×I+22≤θ≤70，其中，80000≤I＜180000，

式组(B)：

0.004＜(W/I)×R≤0.0075，并且

2.80×10^-4×I+44.6＜θ≤80，其中，20000≤I＜80000，

67＜θ≤80，其中，80000≤I＜200000。

2.根据权利要求1所述的帽形钢板桩，其特征在于，

所述帽形钢板桩设定成，满足所述式组(A)。

3.根据权利要求1所述的帽形钢板桩，其特征在于，

所述帽形钢板桩设定成，满足所述式组(B)。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的帽形钢板桩，其特征在于，

所述帽形钢板桩的高度H与腹板厚度tw之间的关系满足下式，

H/tw≤60.0。

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