JP2001032692A - セグメントの形状 - Google Patents
セグメントの形状Info
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- JP2001032692A JP2001032692A JP11202964A JP20296499A JP2001032692A JP 2001032692 A JP2001032692 A JP 2001032692A JP 11202964 A JP11202964 A JP 11202964A JP 20296499 A JP20296499 A JP 20296499A JP 2001032692 A JP2001032692 A JP 2001032692A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】低コストで、安全性の高いセグメントの形状を
提供することを目的とする。 【解決手段】セグメントの自重、および作業外力を細か
く分割する。それぞれの分割された力を逐次作用させる
ステップ解析を行う。発生した断面力を重ねあわせるこ
とにより、その時点での荷重の作用によって変化するセ
グメントの挙動を評価して製造した、セグメントの形状
である。
提供することを目的とする。 【解決手段】セグメントの自重、および作業外力を細か
く分割する。それぞれの分割された力を逐次作用させる
ステップ解析を行う。発生した断面力を重ねあわせるこ
とにより、その時点での荷重の作用によって変化するセ
グメントの挙動を評価して製造した、セグメントの形状
である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セグメントの形状
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、シールドトンネルのセグメントを
設計する場合に、セグメントの継手の挙動、および三次
元方向に接続された効果を、現実の挙動に忠実にモデル
化する設計方法として、「梁バネモデル」による設計が
採用されている。この設計方法は、 セグメント本体の各ピースを、梁としてモデル化し、 ピースとピース間を接続する「セグメント継手」を、
発生曲げモーメントに対する回転剛性を有する「回転バ
ネ」としてモデル化し、 セグメントの隣接リング間を接続する「リング継手」
を、発生せん断力に対する変位剛性を有する「せん断バ
ネ」としてモデル化する設計方法である。
設計する場合に、セグメントの継手の挙動、および三次
元方向に接続された効果を、現実の挙動に忠実にモデル
化する設計方法として、「梁バネモデル」による設計が
採用されている。この設計方法は、 セグメント本体の各ピースを、梁としてモデル化し、 ピースとピース間を接続する「セグメント継手」を、
発生曲げモーメントに対する回転剛性を有する「回転バ
ネ」としてモデル化し、 セグメントの隣接リング間を接続する「リング継手」
を、発生せん断力に対する変位剛性を有する「せん断バ
ネ」としてモデル化する設計方法である。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】前記した梁バネモデ
ルによって設計した従来のセグメントの形状にあって
は、次のような問題点がある。 ＜イ＞上記の「回転バネ値」「せん断バネ値」は、一定
値として解析している。そのためにセグメント継手、リ
ング継手ともに計算上大きな断面力が発生する場合が多
く、セグメントの形状および継手構造が過大となる傾向
があった。 ＜ロ＞この傾向は特にトンネルが大口径の場合や、周辺
地盤が硬い場合には大きい。したがって今後トンネルが
さらに大口径化、大深度化すれば過大な設計は価格に大
きく影響する。
ルによって設計した従来のセグメントの形状にあって
は、次のような問題点がある。 ＜イ＞上記の「回転バネ値」「せん断バネ値」は、一定
値として解析している。そのためにセグメント継手、リ
ング継手ともに計算上大きな断面力が発生する場合が多
く、セグメントの形状および継手構造が過大となる傾向
があった。 ＜ロ＞この傾向は特にトンネルが大口径の場合や、周辺
地盤が硬い場合には大きい。したがって今後トンネルが
さらに大口径化、大深度化すれば過大な設計は価格に大
きく影響する。
【０００４】
【本発明の目的】本発明は上記したような従来の問題を
解決するためになされたもので、低コストで、安全性の
高いセグメントの形状を提供することを目的とする。
解決するためになされたもので、低コストで、安全性の
高いセグメントの形状を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明のセグメントの形状は、シールドト
ンネルを形成するセグメントの形状であって、セグメン
トの自重、および作業外力を細かく分割し、それぞれの
分割された力を逐次作用させるステップ解析を行い、発
生した断面力を重ねあわせることにより、その時点での
荷重の作用によって変化するセグメントの挙動を評価し
て製造した、セグメントの形状を特徴としたものであ
る。
するために、本発明のセグメントの形状は、シールドト
ンネルを形成するセグメントの形状であって、セグメン
トの自重、および作業外力を細かく分割し、それぞれの
分割された力を逐次作用させるステップ解析を行い、発
生した断面力を重ねあわせることにより、その時点での
荷重の作用によって変化するセグメントの挙動を評価し
て製造した、セグメントの形状を特徴としたものであ
る。
【０００６】
【本発明の実施の態様】以下図面を参照しながら本発明
のセグメントの形状の実施例について説明する。
のセグメントの形状の実施例について説明する。
【０００７】＜イ＞本発明の基本概念。 本発明のセグメントの形状は、「セグメント継手」の回
転バネ値と、「リング継手」のせん断バネ値ともに、一
定値ではなく変化する変数としてモデル化して設計した
形状である。
転バネ値と、「リング継手」のせん断バネ値ともに、一
定値ではなく変化する変数としてモデル化して設計した
形状である。
【０００８】＜ロ＞セグメント継手。 環状ののセグメントリングを放射方向に複数に切断した
形状でセグメントピースを形成する。したがって各セグ
メントは円弧状の板である。セグメントリングは周囲の
地盤から大きな地圧を受けているから、セグメントの接
続部には大きな軸力が発生している。セグメントとセグ
メント間の継手は、ボルトなどの接続部材によって隣接
ピースと接続している。そして継手に発生する曲げモー
メントと、回転角の間には次の関係が成立することがわ
かっている。
形状でセグメントピースを形成する。したがって各セグ
メントは円弧状の板である。セグメントリングは周囲の
地盤から大きな地圧を受けているから、セグメントの接
続部には大きな軸力が発生している。セグメントとセグ
メント間の継手は、ボルトなどの接続部材によって隣接
ピースと接続している。そして継手に発生する曲げモー
メントと、回転角の間には次の関係が成立することがわ
かっている。
【０００９】＜ハ＞軸力より曲げモーメントが小さい場
合。 軸力に対して曲げモーメントが小さく、セグメントの継
手が全断面圧縮の状態では、継手の回転角は存在せず、
回転バネ値はきわめて大きい。すなわち、軸力の大きい
ところでは、小さい曲げモーメントがかかっても変形し
ないことになる。そのような位置では大きなバネ値を使
うことができ、大型の継手は必要がないはずである。
合。 軸力に対して曲げモーメントが小さく、セグメントの継
手が全断面圧縮の状態では、継手の回転角は存在せず、
回転バネ値はきわめて大きい。すなわち、軸力の大きい
ところでは、小さい曲げモーメントがかかっても変形し
ないことになる。そのような位置では大きなバネ値を使
うことができ、大型の継手は必要がないはずである。
【００１０】＜ニ＞軸力に対して曲げモーメントが大き
くなった場合。 軸力に対して曲げモーメントが大きくなり、セグメント
継手が引っ張り側で開く状態では、回転バネ値は前記の
場合に比較して小さくなる。しかし接続部材位置が圧縮
応力が作用している状態では、継手の接続部材には引っ
張り力は作用しない。
くなった場合。 軸力に対して曲げモーメントが大きくなり、セグメント
継手が引っ張り側で開く状態では、回転バネ値は前記の
場合に比較して小さくなる。しかし接続部材位置が圧縮
応力が作用している状態では、継手の接続部材には引っ
張り力は作用しない。
【００１１】＜ホ＞軸力に対して曲げモーメントが十分
に大きくなった場合。 軸力に対して曲げモーメントが十分に大きくなると、接
続部材位置が目開きを生じる状態になる。すると始めて
ボルトなどの接続部材に引っ張り力が作用し、継手部の
回転に抵抗する。この断面力状態では、回転バネ値は曲
げモーメントの増加に伴って急激に減少する。
に大きくなった場合。 軸力に対して曲げモーメントが十分に大きくなると、接
続部材位置が目開きを生じる状態になる。すると始めて
ボルトなどの接続部材に引っ張り力が作用し、継手部の
回転に抵抗する。この断面力状態では、回転バネ値は曲
げモーメントの増加に伴って急激に減少する。
【００１２】＜ヘ＞回転バネ値の特性。 このようにセグメント継手の回転バネ値は、その時点で
発生している軸力に対して曲げモーメントが小さいほ
ど、曲げ剛性が大きい。反対に曲げモーメントが大きい
ほど、曲げ剛性が小さくなる、という特性を有してい
る。そして継手ボルト部材に引っ張り力が作用しない場
合には、セグメント継手の回転バネ値はきわめて大きな
値となり、構造上は剛な構造となる。さらにセグメント
継手は、１リングのセグメントの内に、分割されたピー
スの数だけ存在するが、それぞれの位置のセグメント継
手が、それぞれの位置で発生している軸力と曲げモーメ
ントの関係に応じて変化することになる。以上から、セ
グメント継手は軸力に対して、曲げモーメントが小さ
い位置では剛性が高い。軸力に対して曲げモーメント
が大きいと、曲げ剛性が小さくなり、隣接したリングに
曲げモーメントを分配する性質を持つことがわかる。
発生している軸力に対して曲げモーメントが小さいほ
ど、曲げ剛性が大きい。反対に曲げモーメントが大きい
ほど、曲げ剛性が小さくなる、という特性を有してい
る。そして継手ボルト部材に引っ張り力が作用しない場
合には、セグメント継手の回転バネ値はきわめて大きな
値となり、構造上は剛な構造となる。さらにセグメント
継手は、１リングのセグメントの内に、分割されたピー
スの数だけ存在するが、それぞれの位置のセグメント継
手が、それぞれの位置で発生している軸力と曲げモーメ
ントの関係に応じて変化することになる。以上から、セ
グメント継手は軸力に対して、曲げモーメントが小さ
い位置では剛性が高い。軸力に対して曲げモーメント
が大きいと、曲げ剛性が小さくなり、隣接したリングに
曲げモーメントを分配する性質を持つことがわかる。
【００１３】＜ト＞回転バネ値を一定値とした場合の問
題 このような特性を持つセグメント継手の挙動を一定値と
して設計すると、継手位置の変化や軸力の変化に応じた
設計ができない。そのために 回転バネ値を大きく設定した場合には、継手に大きな
曲げモーメントが発生することになり、過大な継手構造
となる。同時にリング自体の剛性も高く評価されてしま
うために、トンネル周辺の地盤の拘束効果を適切に利用
できず、セグメントピースも大きな構造となってしま
う。 回転バネ値を小さく設定した場合には、継手に発生す
る回転角を隣接リングで支える挙動となり、隣接リング
のセグメントピースに曲げモーメントが伝達され、大き
な構造となる。また軸力が大きく、曲げモーメントが小
さい位置での回転バネ値は大きいのにこれを評価するこ
とができず、リングの変形やリング継手のせん断力が過
大に算出される。
題 このような特性を持つセグメント継手の挙動を一定値と
して設計すると、継手位置の変化や軸力の変化に応じた
設計ができない。そのために 回転バネ値を大きく設定した場合には、継手に大きな
曲げモーメントが発生することになり、過大な継手構造
となる。同時にリング自体の剛性も高く評価されてしま
うために、トンネル周辺の地盤の拘束効果を適切に利用
できず、セグメントピースも大きな構造となってしま
う。 回転バネ値を小さく設定した場合には、継手に発生す
る回転角を隣接リングで支える挙動となり、隣接リング
のセグメントピースに曲げモーメントが伝達され、大き
な構造となる。また軸力が大きく、曲げモーメントが小
さい位置での回転バネ値は大きいのにこれを評価するこ
とができず、リングの変形やリング継手のせん断力が過
大に算出される。
【００１４】＜チ＞リング継手。 セグメントリング間は、ボルトなどのリング継手によっ
て隣接するセグメントリングと連結している。セグメン
トリング間は、シールド掘進機の推進の反力を受けて、
トンネルの中心軸方向の軸力を受けている。
て隣接するセグメントリングと連結している。セグメン
トリング間は、シールド掘進機の推進の反力を受けて、
トンネルの中心軸方向の軸力を受けている。
【００１５】＜リ＞リング間継手のせん断バネ値。 リング継手のせん断バネ値は、継手に発生するせん断力
と、継手に発生する変位の間に次の関係が成立する。 継手に発生するせん断力が、接続部材により発生する
摩擦力以下の場合。この場合には変位はきわめて小さ
く、せん断バネ値はきわめて大きい。 継手に発生するせん断力が、接続部材により発生する
摩擦力と同等になれば、継手の発生するせん断力は変化
せず、変位量のみが接続部材周辺の余裕量（あそび量）
まで増加する。 継手に発生する変位が、変位量のみが接続部材周辺の
余裕量（あそび量）まで達した場合は、直接に接続部材
にせん断力が作用し、接続部材の耐力までせん断力が上
昇する。
と、継手に発生する変位の間に次の関係が成立する。 継手に発生するせん断力が、接続部材により発生する
摩擦力以下の場合。この場合には変位はきわめて小さ
く、せん断バネ値はきわめて大きい。 継手に発生するせん断力が、接続部材により発生する
摩擦力と同等になれば、継手の発生するせん断力は変化
せず、変位量のみが接続部材周辺の余裕量（あそび量）
まで増加する。 継手に発生する変位が、変位量のみが接続部材周辺の
余裕量（あそび量）まで達した場合は、直接に接続部材
にせん断力が作用し、接続部材の耐力までせん断力が上
昇する。
【００１６】＜ヌ＞リング継手の挙動。 このことから、リング継手は一定荷重まではせん断力を
伝達するが、一定の摩擦力以上となると、リング継手に
は過大なせん断力は発生せず、変位のみが増大すること
がわかる。これはまさつ限界まできたらリング継手がゆ
るみ、ゆるむと力の伝達がなくなる現象をあらわしてい
る。この挙動をせん断バネ値で表現すると「一定荷重ま
ではせん断バネ値はきわめて大きいが、それ以上になる
とせん断バネ値は急激に減少し、自動的に過大なせん断
力が作用しないように挙動する」ということができる。
伝達するが、一定の摩擦力以上となると、リング継手に
は過大なせん断力は発生せず、変位のみが増大すること
がわかる。これはまさつ限界まできたらリング継手がゆ
るみ、ゆるむと力の伝達がなくなる現象をあらわしてい
る。この挙動をせん断バネ値で表現すると「一定荷重ま
ではせん断バネ値はきわめて大きいが、それ以上になる
とせん断バネ値は急激に減少し、自動的に過大なせん断
力が作用しないように挙動する」ということができる。
【００１７】＜ル＞せん断バネ値を一定値とした場合の
問題。 このような特性を持つリング継手の挙動を一定値として
設計すると、継手位置の変化や軸力の変化に応じた設計
ができない。そのために、 せん断バネ値を大きく設定した場合には、一部の継手
に大きなせん断力が発生することになり、過大な継手構
造となる。 せん断バネ値を小さく設定した場合には、セグメント
継手で発生する回転を適切に隣接するリングへ伝達でき
ないので、逆にセグメント継手構造が過大となってしま
う。
問題。 このような特性を持つリング継手の挙動を一定値として
設計すると、継手位置の変化や軸力の変化に応じた設計
ができない。そのために、 せん断バネ値を大きく設定した場合には、一部の継手
に大きなせん断力が発生することになり、過大な継手構
造となる。 せん断バネ値を小さく設定した場合には、セグメント
継手で発生する回転を適切に隣接するリングへ伝達でき
ないので、逆にセグメント継手構造が過大となってしま
う。
【００１８】＜ヲ＞本発明の設計方法。 以上のとおり回転バネ値やせん断バネ値を一定値として
行う従来の設計では、過大な構造のセグメントを製造す
ることになり、不経済なものであった。本発明の設計方
法によって製造したセグメントは、解析に用いる回転バ
ネ値、せん断バネ値をそれぞれの位置、断面力に応じた
値とすることによって経済的なセグメントを得ることが
できる。そのための計算方法として、セグメントの自
重、および作業外力を細かく分割する。そしてそれぞれ
の分割された力を逐次作用させるステップ解析を行う。
そして発生した断面力を重ねあわせることにより、その
時点での荷重の作用によって変化するセグメントの挙動
を評価するものである。
行う従来の設計では、過大な構造のセグメントを製造す
ることになり、不経済なものであった。本発明の設計方
法によって製造したセグメントは、解析に用いる回転バ
ネ値、せん断バネ値をそれぞれの位置、断面力に応じた
値とすることによって経済的なセグメントを得ることが
できる。そのための計算方法として、セグメントの自
重、および作業外力を細かく分割する。そしてそれぞれ
の分割された力を逐次作用させるステップ解析を行う。
そして発生した断面力を重ねあわせることにより、その
時点での荷重の作用によって変化するセグメントの挙動
を評価するものである。
【００１９】＜ワ＞計算例。 例えば作用荷重をｎ分割したｉ番目の荷重作用時に発生
する、Ａ番の継手位置の断面力は、 軸力 ：Ｎ Ａｉ＝Ｎ Ａｉ−１＋ΔＮ Ａｉ 曲げモーメント ：Ｍ Ａｉ＝Ｍ Ａｉ−１＋ΔＭ Ａｉ せん断力 ：Ｓ Ａｉ＝Ｓ Ａｉ−１＋ΔＳ Ａｉ で表現し、Δは増分荷重による増分断面力を示す。ここ
で発生している断面力から、それぞれの位置、それぞれ
の断面力に応じた継手のバネ値を用いてｉ＋１番目の増
分断面力を計算し、これをｎ回繰り返してすべての作用
荷重による断面力計算を行う。以上の経過で型枠を設計
し、型枠内にコンクリートを打設してセグメントを製造
する。
する、Ａ番の継手位置の断面力は、 軸力 ：Ｎ Ａｉ＝Ｎ Ａｉ−１＋ΔＮ Ａｉ 曲げモーメント ：Ｍ Ａｉ＝Ｍ Ａｉ−１＋ΔＭ Ａｉ せん断力 ：Ｓ Ａｉ＝Ｓ Ａｉ−１＋ΔＳ Ａｉ で表現し、Δは増分荷重による増分断面力を示す。ここ
で発生している断面力から、それぞれの位置、それぞれ
の断面力に応じた継手のバネ値を用いてｉ＋１番目の増
分断面力を計算し、これをｎ回繰り返してすべての作用
荷重による断面力計算を行う。以上の経過で型枠を設計
し、型枠内にコンクリートを打設してセグメントを製造
する。
【００２０】
【本発明の効果】本発明のセグメントの形状は以上説明
したようになるから次のような効果を得ることができ
る。 ＜イ＞現実の挙動を忠実にモデル化した設計によって製
造したセグメントを使用することができる。 ＜ロ＞荷重の作用過程を追った、安全性の高いセグメン
トを得ることができる。 ＜ハ＞リング継手は、せん断力が一定値になるまではき
わめて剛性が高いのに、一定のせん断力以上では過大な
せん断力が発生しないという、継手の特徴を表現したセ
グメントである。そのために、従来よりも小さな継手構
造、および小さな寸法、形状のセグメントを得ることが
できる。 ＜ニ＞セグメント継手は、軸力に対して曲げモーメント
が小さい時には曲げ剛性が大きいのに、軸力に対して曲
げモーメントが大きい時には曲げ剛性が小さいというセ
グメント継手の特徴を表現したセグメントである。その
ために従来よりも小さな寸法、形状のセグメントを得る
ことができる。
したようになるから次のような効果を得ることができ
る。 ＜イ＞現実の挙動を忠実にモデル化した設計によって製
造したセグメントを使用することができる。 ＜ロ＞荷重の作用過程を追った、安全性の高いセグメン
トを得ることができる。 ＜ハ＞リング継手は、せん断力が一定値になるまではき
わめて剛性が高いのに、一定のせん断力以上では過大な
せん断力が発生しないという、継手の特徴を表現したセ
グメントである。そのために、従来よりも小さな継手構
造、および小さな寸法、形状のセグメントを得ることが
できる。 ＜ニ＞セグメント継手は、軸力に対して曲げモーメント
が小さい時には曲げ剛性が大きいのに、軸力に対して曲
げモーメントが大きい時には曲げ剛性が小さいというセ
グメント継手の特徴を表現したセグメントである。その
ために従来よりも小さな寸法、形状のセグメントを得る
ことができる。
【図１】セグメントの形状をモデル化した説明図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 修 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 Ｆターム(参考） 2D055 EB01
Claims (2)
- 【請求項１】シールドトンネルを形成するセグメントの
形状であって、 セグメントの自重、および作業外力を細かく分割し、 それぞれの分割された力を逐次作用させるステップ解析
を行い、 発生した断面力を重ねあわせることにより、その時点で
の荷重の作用によって変化するセグメントの挙動を評価
して製造した、 セグメントの形状。 - 【請求項２】シールドトンネルを構築するためのセグメ
ントの形状であって、 セグメント間の継手の寸法、形状は、 セグメント間継手に発生する軸力と曲げモーメントの関
係から回転バネとしてモデル化して定め、 セグメントリング間の継手の寸法、形状は、 リング間継手に発生するせん断力と、せん断力によって
発生する変位量との関係からせん断バネとしてモデル化
して定めて形成した、 セグメントの形状。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11202964A JP2001032692A (ja) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | セグメントの形状 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11202964A JP2001032692A (ja) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | セグメントの形状 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001032692A true JP2001032692A (ja) | 2001-02-06 |
Family
ID=16466089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11202964A Pending JP2001032692A (ja) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | セグメントの形状 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001032692A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107301305A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-10-27 | 中铁隧道集团有限公司 | 一种实现管片三维受载的结构力学性能的建模方法 |
-
1999
- 1999-07-16 JP JP11202964A patent/JP2001032692A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107301305A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-10-27 | 中铁隧道集团有限公司 | 一种实现管片三维受载的结构力学性能的建模方法 |
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