JP2004162460A - ハット型鋼矢板 - Google Patents

Abstract

【課題】断面性能を確保しつつ広幅化し、さらに、貫入抵抗を最小化したハット型鋼矢板を提供することを目的とする。
【解決手段】打設時の貫入抵抗を最小限に抑えるための要因を特定し、特定した前記要因に基づいて鋼矢板全体形状を規定し、前記要因がフランジ幅、ウェブ角度、断面高さであり、ウェブ角度θの範囲が下記の式で限定されることを特徴とするハット型鋼矢板。
０．０００７×（Ｉ）＋３３．７≦θ≦０．０００７×（Ｉ）＋５３．７
（Ｉは断面二次モーメント）
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、土木建築分野における地下土留め、基礎構造及び港湾、河川における護岸さらに地中における止水壁に用いる鋼製部材としての鋼矢板に関するもので、特にハット型鋼矢板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼矢板には、一般的にＵ型鋼矢板、Ｚ型鋼矢板、及びハット型鋼矢板がある。
【０００３】
【特許文献１】特許第２６８９７９４号公報。
【特許文献２】特開平１１−３３６０７６号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
Ｕ型鋼矢板の一つである広幅鋼矢板に見られるように鋼矢板１枚当たりの有効幅の拡大は、断面性能当たりの単位重量を低減し、鋼矢板の施工枚数の減少など経済的に大きなメリットを提供できるものである。しかし、鋼矢板の有効幅の増大などは、施工時における地中への貫入抵抗を増大させることが容易に類推でき、欧州や米国などの商品を見ても、最大有効幅は７５０ｍｍが最大のサイズである。特に、高剛性の断面性能を提供する鋼矢板形状は断面高さも高くなり、１枚当たりの有効幅の増加が貫入抵抗に多大な影響を与える。
【０００５】
本発明は、鋼矢板の形状を規定し、貫入抵抗を小さくしたハット型鋼矢板を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本第１発明は、前記課題を解決するために、ハット型鋼矢板において、打設時の貫入抵抗を最小限に抑えるための要因を特定し、特定した前記要因に基づいて鋼矢板全体形状を規定したことを特徴とする。
【０００７】
本第２発明は、本第１発明のハット型鋼矢板において、前記要因がフランジ幅、ウェブ角度、断面高さであることを特徴とする。
【０００８】
本第３発明は、本第１又は第２発明のハット型鋼矢板において、ウェブ角度θの範囲が下記の式で限定されることを特徴とする。
０．０００７×（Ｉ）＋３３．７≦θ≦０．０００７×（Ｉ）＋５３．７
（Ｉは断面二次モーメント）
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図により説明する。図１に示すように、ハット型鋼矢板１の形状は、略Ｕ字形状であり、フランジ部２、フランジ部２の両端から斜め方向に伸びるウェブ部３、ウェブ部３の端部からフランジ部２とほぼ平行に伸びるアーム部４、アーム部４の先端に形成される継手５により構成される。
【００１０】
継手の種類は多様であるが、図２に示されるように、一方向打設を前提としていることが多く、そのため図芯軸は断面高さ（Ｈ）のほぼ二分の一近傍に位置することが多い。
【００１１】
また、鋼矢板は前述したように壁構造として用いられることが多く、その断面二次モーメント（Ｉ）をはじめとする断面剛性は非常に重要な性能指標である。
しかし、これらの断面性能は鋼矢板の断面高さ（Ｈ）、有効幅（Ｗ）、フランジ幅（Ｗｆ）、ウェブ角度（θ）、板厚（ｔ）、その他の組合せにより様々な値を提供することができる。
例えば、同一の断面二次モーメント（Ｉ）を与える形状でも、図３に示されるように、鋼矢板の断面高さ（Ｈ_１）を抑制しつつウェブ角度（θ_１）を大きくしたものや、逆に、ウェブ角度（θ_２）を緩傾斜とし、断面高さ（Ｈ_２）を大きくとることも可能である。
【００１２】
一方で鋼矢板の経済性向上のためには、鋼矢板１枚当たりの有効幅（Ｗ）の拡大が効果的であることは周知の事実であるが、鋼矢板の有効幅（Ｗ）を拡大すれば地中への貫入抵抗が増大することは容易に類推できる。
【００１３】
本発明者らは、鋼矢板の貫入抵抗を低減させるべき鋭意検討・実験を行い、その結果、鋼矢板の形状のうち代表的な因子が貫入抵抗に対して支配的な要因であることを見出した。その要因は、鋼矢板のフランジ幅（Ｗｆ）、ウェブ角度（θ）、断面高さ（Ｈ）であり、図４に示されるように、貫入抵抗と前記要因はほぼ比例関係であることを見出した。
【００１４】
この関係式を用いて所定の断面二次モーメント（Ｉ）を与えるハット型鋼矢板形状を評価した結果を図５に示す。なお、ここでの断面二次モーメント（Ｉ）は壁面当たりの断面二次モーメントを対象としている。図５は、横軸に形状を示すウェブ角度（θ）を、縦軸に貫入抵抗（Ｒ）とほぼ比例関係を示す下記評価式の値をとり、各断面二次モーメント（Ｉ）をプロットしている。
評価式：Ｒ∝ｔａｎθ×（Ｈ）／（Ｗｆ）
この結果、各種断面二次モーメント（Ｉ）を与えるハット型鋼矢板の形状のうち、貫入抵抗（Ｒ）を最小化できるウェブ角度（θ）が存在することが見出された。
【００１５】
但し、図５の結果は、ハット型鋼矢板の形状の内、板厚（ｔ）や一枚当たりの有効幅（Ｗ）を一定として評価したものであり、一般的なハット型鋼矢板の板厚や、継手の大きさ及び一枚当たりの有効幅（Ｗ）が６００ｍｍ〜１２００ｍｍの範囲においてパラメトリックに検討すると、貫入抵抗を最小化する各断面二次モーメントにおけるウェブ角度（θ）は±１０度程度範囲でぶれが生じる。
【００１６】
図６は、図５の極小値を抽出し断面二次モーメント（Ｉ）と貫入抵抗（Ｒ）を最小化させるウェブ角度（θ）の関係をプロットしている。前述したように鋼矢板１枚当たりの有効幅（Ｗ）や板厚（ｔ）等の要因によりウェブ角度（θ）は±１０度程度範囲でぶれが生じるため、図６ではそのぶれの範囲も併せて点線で表記している。
【００１７】
なお、図６には、既存のハット型鋼矢板もプロットしているが、そのウェブ角度は７４度程度と非常に大きく、必要断面性能に対して貫入抵抗を最小化するような形状の最適化が行なわれていないことが明らかである。
【００１８】
（実施形態１）
図７、本発明の貫入抵抗を最小化する要因によりハット型鋼矢板形状を規定した一実施形態を示すものである。このハット型鋼矢板は、有効幅（Ｗ）が９００ｍｍ、フランジ幅（Ｗｆ）が２９０ｍｍ、フランジ厚（ｔ）が１１ｍｍ、断面高さ（Ｈ）が２３０ｍｍ、断面二次モーメントが１０，０００ｃｍ^４／ｍ^２、ウェブ角度（θ）が４８度である。
これを、下記式に当てはめてみると、
０．０００７×（Ｉ）＋３３．７＜θ＜０．０００７×（Ｉ）＋５３．７
４０．７＜θ＝４８＜６０．７
となり、ウェブ角度（θ）は、条件の範囲内にある。
【００１９】
（実施形態２）
図８は、本発明のハット型鋼矢板の他の実施形態を示すものである。
この実施形態のハット型鋼矢板は、有効幅（Ｗ）が９００ｍｍ、フランジ幅（Ｗｆ）が３４０ｍｍ、フランジ厚（ｔ）が１３ｍｍ、断面高さ（Ｈ）が３００ｍｍ、断面二次モーメントが２５，０００ｃｍ^４／ｍ^２、ウェブ角度（θ）が６４．８度である。
これを、下記式に当てはめてみると、
０．０００７×（Ｉ）＋３３．７＜θ＜０．０００７×（Ｉ）＋５３．７
５１．２＜θ＝６４．８＜７１．２
となり、ウェブ角度（θ）は、条件の範囲内にある。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の構成により、広幅化させ経済性を向上させたハット型鋼矢板形状に対して、施工時の貫入抵抗を最小化することで、施工性を改善したハット型鋼矢板を提供可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハット型鋼矢板を示す図。
【図２】ハット型鋼矢板を連結した状態を示す図。
【図３】断面性能を一定としてハット型鋼矢板の形状要因を変化させた例を示す図。
【図４】貫入抵抗と形状関数の関係を示す図。
【図５】貫入抵抗と関連する形状関数とウェブ角度との関係を示す図。
【図６】貫入抵抗を最小化するウェブ角度と断面二次モーメントの関係を示す図。
【図７】本発明のハット型鋼矢板の一実施形態を示す図。
【図８】本発明のハット型鋼矢板の他の実施形態を示す図。
【符号の説明】
１：ハット型鋼矢板
２：フランジ部
３：ウェブ部
４：アーム部
５：継手

Claims (3)

1. 打設時の貫入抵抗を最小限に抑えるための要因を特定し、特定した前記要因に基づいて鋼矢板全体形状を規定したことを特徴とするハット型鋼矢板。
2. 前記要因がフランジ幅、ウェブ角度、断面高さであることを特徴とする請求項１に記載のハット型鋼矢板。
3. ウェブ角度θの範囲が下記の式で限定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のハット型鋼矢板。
   ０．０００７×（Ｉ）＋３３．７≦θ≦０．０００７×（Ｉ）＋５３．７
   （Ｉは断面二次モーメント）

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