JP2009155896A - ハット形鋼矢板 - Google Patents

Abstract

【課題】施工を大多数回行う場合においても鋼矢板の変形を抑制可能であり、断面性能にも優れ、さらには経済性にも優れたハット形鋼矢板を提供する。
【解決手段】ウェブ部１１の両端に一対のフランジ部１２が連設され、フランジ部１２の他端にアーム部１３が連設されていると共に、そのアーム部１３の先端部に継手部１４を設けた断面ハット型形状とし、アーム部１３の幅（ba）と、ハット形鋼矢板１の高さ(h)との関係が(1)式を満足するように設定されている。
ba/h ＜0.247 ・・・ （1）
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼矢板に関するもので、土木建築分野における土留め壁、基礎構造、港湾河川の護岸・岸壁、さらには止水壁に用いる構造部材としてのハット形鋼矢板において、特に鋼矢板の変形を抑制し、断面性能並びに経済性を確保する上で好適なハット形鋼矢板に関する。

土木建築分野における土留め壁、基礎構造、港湾河川の護岸・岸壁、さらには止水壁に用いる構造部材として用いられる鋼矢板は、その幅方向の両端部に継手が設けられており、隣接する鋼矢板の継手を互いに嵌合させて地盤に打設することによって壁面を形成する。

このような鋼矢板において、例えば特許文献１における図２に開示される非対称Ｕ型鋼矢板は、耐力を維持しつつ、鋼矢板の打設回数を軽減することを目的として案出されたものであり、矢板壁に用いる横断面形状がＵ形の鋼矢板であって、その継手の形状が左右非対称で、横断面形状を同一方向にそろえて直線状に結合して矢板壁の構成が可能であることを特徴とした技術である。

また、特許文献２における図１に開示されているハット形鋼矢板は、従来のU型鋼矢板及びハット型鋼矢板と比較して広幅で経済性に優れたハット形鋼矢板を提供することを目的とし、壁幅１ｍ当りの単位重量（ｗ）と、断面二次モーメント（I）の関係を所定範囲に調整することにより、断面性能を確保しつつ、単位重量の小さい経済性を向上させたものである。

また特許文献３における図１に開示されている加熱圧延Z型のシートパイルは、シートパイルの比断面係数が減少し、ロールスタンドの幅の拡張を必要とすることなく、高熱圧延ｚ型シートパイルの断面係数を大きく増加させるため、ウェブの傾斜角を規定するとともに、ウェブの平坦面を延長した仮想平面について突出させた延長部を形成させている。

更に特許文献４における図１の開示技術では、フランジとウェブとの接続部において限定される凹状の角部について板厚を増加させることにより、シートパイルの打ち込み抵抗を低減させる技術が開示されている。
特開平５−１４０９２８号公報 特開２００４−１６２４５８号公報 特表２０００−５０８７２８号公報 特表２００１−５０２７６７号公報

しかしながら、特許文献１に開示される非対称Ｕ型鋼矢板は、Ｕ型鋼矢板よりも鋼重が重く、その経済性は低い傾向にある。また一般的に有効幅が６００mmのものが使用され、特許文献２に開示されるハット形鋼矢板の有効幅は、９００mmであるため、特許文献２に開示されるハット形鋼矢板に比べ、施工枚数が増えることにより、工事期間も増える傾向にある。

また、特許文献２に開示されるハット形鋼矢板は、断面性能を確保しつつ経済性に優れた鋼矢板であるが、施工を大多数回行った場合等において、鋼矢板の一部に変形が生じてしまうという問題点がある。具体的には、打設と引抜きを大多数回も繰り返し実施し、或いは硬質な地盤に打設し、もしくは矢板長が２０ｍを超える長尺な鋼矢板を打設等する場合、鋼矢板に、アーム部が変形するといった隅角部を中心とした曲げ変形が生じる傾向にあり、その後再打設するためには、鋼矢板の補修等が必要となる可能性を有する。上記の知見は、課題の分析ならびに課題に係る原因等の評価・対策の検討等を行うため、実地盤を対象とした繰り返し打設性能について検討し、断面形状を精査するとともに、数値解析による検討を行った結果、確認したものである。

また、特許文献３に開示されているＺ型シートパイルは、フランジに突出した延長部分を設けたものであるが、ハット形鋼矢板の保管時にこれを積み重ねた場合、継手同士が接触し鋼矢板の変形が生じてしまうという問題点がある。

また、特許文献４に開示されるＵ字型シートパイルは、フランジ/ウェブ接続部に限定し、隅角部を形成する凸面状の角部の曲率半径が２５ｍｍ以下であり、凹状の角部の曲率半径が少なくとも７５ｍｍであるシートパイルであるが、両半径の差が５０mm以上となると、隅角部の板厚が増加することにより、経済性が低下する傾向にある。例えば両半径の差が５０mmの場合、隅角部の板厚は差がないものと比べ、４割〜６割程度に増加する。特にフランジ部とアーム部のなす角度が70°以上に大きい場合、その傾向が大きくなる。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、施工を多数回行う場合においても鋼矢板の変形を抑制可能であり、断面性能にも優れ、さらには経済性にも優れたハット形鋼矢板を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、ウェブ部の両端に一対のフランジ部が連設され、上記フランジ部の他端にアーム部が連設されていると共に、そのアーム部の先端部に継手部を設けた断面ハット型形状であり、熱間圧延加工により製造されるハット形鋼矢板において、上記アーム部の幅（ba）と、当該ハット形鋼矢板の高さ(h)との関係が(1)式を満足することを特徴とする。
ba/h ＜0.247 ・・・ （1）

請求項２に記載の発明は、ウェブ部の両端に一対のフランジ部が連設され、上記フランジ部の他端にアーム部が連設されていると共に、そのアーム部の先端部に継手部を設けた断面ハット型形状であり、熱間圧延加工により製造されるハット形鋼矢板において、上記アーム部の幅（ba：mm）と上記アーム部の板厚 (ta：mm)との関係が(2)式を満足することを特徴とする。
ba²/ta³＜2.55 (1/mm) ・・・ （2）

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、上記ウェブ部と上記フランジ部との連設部に位置する第１隅角部、及び／又は上記アーム部と上記フランジ部との連設部に位置する第２隅角部において、板厚を増加させた間隔保持部が形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、上記第１隅角部並びに上記第２隅角部は、上記フランジ部の板厚が8mm以上である場合において、上記第１隅角部並びに上記第２隅角部の隅角凹部を形成する曲率半径と、その隅角凸部を形成する曲率半径との差が50ｍｍ未満の範囲において、その板厚を増加させてなることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のうち何れか１項記載の発明において、ハット形鋼矢板１枚の幅が７００ｍｍ以上である場合において、上記ハット形鋼矢板1枚当たりの弱軸方向の断面剛性(I)と上記継手部１個における弱軸方向の断面剛性(Ij) ならびに継手部の板厚(tj)との関係が（3）式を満足することを特徴とする。
Ij/I×tj³＞0.0345% ・・・ (3)

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のうち何れか１項記載の発明において、ハット形鋼矢板１枚の幅が７００ｍｍ以上である場合において、上記ハット形鋼矢板1枚の幅bと上記継手部の板厚tjとの関係が（4）式を満足することを特徴とする。
tj/b ＞ 0.9 % ・・・ (4)

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のうち何れか１項記載の発明において、上記継手部は、凹部の先端に形成された鉤爪と、上記凹部とアーム部との間に突出された凸部とを有し、上記凸部に繋がる凹部内面が、上記鉤爪の上端以上まで平面状に立ち上げられ、上記平面状の凹部内面の上端から上記凸部を形成する曲面が開始され、上記凸部は、アーム部表面を伸張した仮想平面に対する、高さ（hj）、幅（bj）と、当該仮想平面以上の断面積（A）との関係が (5)式を満足することを特徴とする。
bj×hj×0.04 ＜ A ・・・ (5)

上述した構成からなる本発明では、ウェブ部の両端に一対のフランジ部が連設され、フランジ部の他端にアーム部が連設されていると共に、そのアーム部の先端部に継手部を設けた断面ハット型形状とし、アーム部１３の幅（ba）と、ハット形鋼矢板１の高さ(h)との関係が(1)式を満足するように設定されていることにより、アーム部の幅を小さくすることによるアーム部の変形の抑制を実現することができる。また、正規化たわみ量を１５％以上減少させることができるということは、逆に耐力を２割程度以上に大きくすることが可能となることを意味するものであることから、土中へ打設を行う上でより大きな外力が負荷された場合においても、これに抵抗することが可能となる。また本発明は、(1)式で規定する条件を満たすようにサイズをコントロールすればよいことから、比較的安価で実現することができ、経済性にも優れている。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、土木建築分野における土留め壁、基礎構造、港湾河川の護岸・岸壁、さらには止水壁に用いる構造部材として用いられるハット形鋼矢板について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用したハット形鋼矢板１を示している。ハット形鋼矢板１は、互いに連結することにより地中連続壁体を構成するものであって、ウェブ部１１の両側に図中内側に向かって傾斜するようにフランジ部１２が一体に設けられ、そのフランジ部１２の先端からウェブ部１１に平行にアーム部１３が設けられ、更にそのアーム部１３の先端部に継手部１４が設けられている。この左右の継手部１４のうち、一方の継手部１４と、他方の継手部１４は、互いに点対称の形状となるように調整されている。この継手部１４は、隣接する他のハット形鋼矢板における継手部１４と互いに嵌合可能な形状で成形されており、特に嵌合時において継手部１４が相互に離脱しないようにかん合強度が高められている。また、ウェブ部１１とフランジ部１２との連設部には第１隅角部１６が形成されており、フランジ部１２とアーム部１３との連設部には第２隅角部１７が形成されている。

このような構成からなる、本発明を適用したハット形鋼矢板では、更に以下のアプローチに基づいて形状を最適化している。

ハット形鋼矢板において打設時や引抜時等において、生じえる変形パターンは、ウェブ部とフランジ部３２との連設部としての第１隅角部１６、フランジ部３２とアーム部３３との連設部としての第２隅角部３７における曲げ等の変形である。図２は、このうち、第２隅角部３７に生じた曲げ変形を示しており、図中点線が変形後の形態を示している。このような第１隅角部３６、第２隅角部３７における曲げ変形が生じると鋼矢板の断面形状そのものが変化してしまう。

この第１隅角部、第２隅角部３７における曲げ変形は、ハット形鋼矢板の打設時や引抜時において最も発生する可能性が高い。その理由として、隣接する他のハット形鋼矢板との間で継手同士を係合させた状態で土中へ打設していくことから、鋼矢板自体に土中から或いは他の継手を介して外力が加わるためである。さらに打設や引抜きを繰り返すことより、曲げ変形が生じる可能性が高くなる特徴を有する。

この鋼矢板自体に加わる外力の詳細としては、単純化すると、１）継手３４に生じる鉛直方向、即ち面外方向の集中荷重と、２）継手３４に生じる水平方向、即ち面内方向の集中荷重が考えられる。

図３(a)は、１）の鉛直方向の集中荷重による鋼矢板の変形形態を、また図３(b)は、２）の水平方向の集中荷重による鋼矢板の変形形態を、簡略化し、それぞれ骨組みモデルを用いて示している。

図３(a)に関しては、鋼矢板の打設時や引抜時に生じる打設機械の面外方向への偏心等により、鋼矢板が前傾又は後傾した際に生じるものと予測される。継手部３４の一端側を固定し、他端側の継手部３４に鉛直上向きの荷重Ｐｙを負荷すると、点線で示されるような形態に変形する。第１隅角部３６、第２隅角部３７は、それぞれ第１隅角部３６´、第２隅角部３７´となり、曲げ変形が生じることになる。

図３(b)に関しては、鋼矢板をまっすぐに打設することができず、鋼矢板が打ち伸び、打ち縮みした際に生じるものと想定される。継手部３４の一端側を固定し、他端側の継手部３４に水平方向の荷重Ｐｘを負荷すると、点線で示されるような形態に変形する。第１隅角部３６、第２隅角部３７は、それぞれ第１隅角部３６´、第２隅角部３７´となり、曲げ変形が生じることになる。

図４は、保管時や輸送時において、鋼矢板を積み重ねた際に、上下の鋼矢板の継手部３４同士が接触するため、フランジ部やウェブ部に変形が生じる点を、骨組みモデルを用いて示したものである。継手部３４同士の接触により、図４の点線で示され鋼矢板のように第１隅角部３６、第２隅角部３７が変形する可能性を有する。

これら変形を効果的に、しかも経済性を確保しつつ抑制するためには、アーム部３３の幅並びに第１隅角部３６、第２隅角部３７の断面剛性が重要なファクターとなる。

ここでアーム部３３の幅をbaとし、アーム部３３の剛性をＥ・Ｉとする。Ｅはアーム部を構成する鋼材の弾性率であり、Ｉは、その断面２次モーメントである。このとき、図３(a)に示すように継手部３４に荷重Ｐｙが負荷されたとき、アーム部３３のみのたわみ最大量y_maxは、第２隅角部３７を固定端した片持ち梁と考えた場合、y_max＝P_y・ba²/(3・E・I)で表される。即ち、baが小さくなるほど、またＥ・Ｉが大きくなるほど、アーム部３３のたわみは小さくなる。

同様に、水平方向の変形に対しては、鋼矢板の高さｈとし、継手部３４に水平方向の荷重Ｐｘが負荷された場合において、Ｐｘに起因する曲げモーメントM₂が継手部３４に生じ、第２隅角部37を固定端した片持ち梁と考えた場合、y_max＝M₂・ba²/(2・E・I)、ここでM₂＝Px・hとして考え、baが小さくなるほど、またＥ・Ｉが大きくなるほど、アーム部３３のたわみは小さくなる。

即ち、アーム部３３の幅を小さくすることにより、アーム部３３の変形を抑制することができ、連設部に相当する第１隅角部３６、第２隅角部３７の断面剛性を向上させることにより、アーム部３３や、かかる隅角部３６、３７の変形の抑制に寄与することになる。

なお、変形の抑制を図る上では、フランジ部やウェブ部の板厚も重要なファクターとなり得るが、これらを大きく設定し過ぎるとその影響範囲や鋼重が大きくなり、却って経済性を悪化させる要因ともなる。

なお、鋼矢板の変形には、上述した変形に加えて、フランジ部等においても変形が生じる場合があるが、本発明者らは、打設に係る検討や数値解析等により、そのフランジ部等における変形が相対的に小さいことを確認している。また、鋼矢板の土中への打設状況を踏まえると、鋼矢板は土中でアーム部３３や隅角部３６、３７、さらには一部のウェブ部やフランジ部により形成される屈曲した２面により拘束されることになるため、フランジ部のみが大きく変形することは想定しにくい。

以上のような知見から、本発明者らは、土中への打設時において変形を効果的に抑制可能とし、しかも経済性にも優れたハット形鋼矢板１を提供するために、以下に説明するように、各サイズの調整を図った。

先ず、本発明を適用したハット形鋼矢板１は、図５に示すアーム部３３の幅（ba）と、当該ハット形鋼矢板１の高さ(h)との関係が(1)式を満足することを必須の構成要素としている。
ba/h＜0.247 ・・・ （1）

この(1)式の意味するところは、ハット形鋼矢板１の高さ(h)に対するアーム部３３の幅（ba）を所定範囲内に抑え込んだものである。換言すれば、アーム部３３の幅（ba）をハット形鋼矢板１の高さ(h)との関係において所定範囲内まで短く構成したものである。

また、この(1)式において、閾値を0.247としている理由について説明をする。

表１は、従来規格２５Ｈと１０Ｈ並びに、本発明例１、２の各寸法を示す。

ここで有効幅ｂとは、図５に示すように一端側の継手部14の継手嵌合位置から他端側の継手部14の継手嵌合位置に至るまでの幅を示している。厚さｔは、ウェブ部１１、フランジ部１２、アーム部１３の板厚を示している。さらにアーム部３３の幅(ba)とは、第２隅角部１７の曲面の端部から継手部１４を形成する面の端部に至る、アーム部の長さを意味している。なお継手部１４を形成する面については、図５の実施例では曲面であるが、曲面であっても平面であってもいずれの形状であってもよい。また左右のアームについて、その幅が異なる場合は、短い方の幅を用いるものとする。一方、この表１において、鋼矢板の高さｈと、アーム部の幅baとの間で計算したba/hも示しておく。

図６は、このような従来規格２５Ｈと１０Ｈ並びに本発明例１、２について、ba/hを横軸に、たわみ量を縦軸に表したグラフである。因みにこのたわみ量は、従来規格２５Ｈにおけるたわみ量により正規化したものであり（以下、正規化たわみ量という。）、従来規格２５Ｈにおけるたわみ量を１としたときの比率として表している。

この図６に示すように本発明例１、２のプロットは、従来規格２５Ｈ、１０Ｈと比較してba/hが低く、また正規化たわみ量が低い傾向が見られた。また、従来規格２５Ｈと１０Ｈ並びに本発明例１、２の各プロットを通じて、ba/hと正規化たわみ量との間で線形関係が見られた。これら各プロットを近似させた直線αを図中に示す。

なお、この図６において、上述した(1)式で規定するラインを追記しておく。この(1)式で規定するラインと直線αとの交点から、ba/hの範囲を(1)式で規定することにより、正規化たわみ量を１５％以上減少させることが可能となることが分かる。なお、本発明の更になる望ましい形態として、上述した(1)式における閾値を0.20まで絞り込んだ下記の（1）’式を適用するようにしてもよい。
ba/h ＜0.20 ・・・ （1）’

この（1）’式で規定するラインを図６に示す。（1）’式で規定するラインと直線αとの交点から、ba/hの範囲を(1)’式で規定することにより、正規化たわみ量を３０％程度に減少させることが可能となることが分かる。

このように、本発明を適用したるハット形鋼矢板１では、ウェブ部１１の両端に一対のフランジ部１２が連設され、フランジ部１２の他端にアーム部１３が連設されていると共に、そのアーム部１３の先端部に継手部１４を設けた断面ハット型形状とし、アーム部１３の幅（ba）と、ハット形鋼矢板１の高さ(h)との関係が(1)式を満足するように設定されていることにより、アーム部１３の幅を小さくすることによるアーム部１３の変形の抑制を実現することができる。また、正規化たわみ量を１５％以上減少させることができるということは、逆に耐力を２割程度以上に大きくすることが可能となることを意味するものであることから、土中へ打設を行う上でより大きな外力が負荷された場合においても、これに抵抗することが可能となる。また本発明は、(1)式で規定する条件を満たすようにサイズをコントロールすればよいことから、比較的安価で実現することができ、経済性にも優れている。

なお、本実施例１は、従来規格の２５Ｈと比較して、正規化たわみ量を３割程度減少することができることに加え、経済性、製作性、構造性、打設性の観点からも優れているため、より好適な実施の形態である。

また、本発明例２は、従来規格の２５Ｈと比較して、正規化たわみ量を６割強減少することができ、構造性を追及した形態といえる。

なお、本発明では、製造容易性の観点や、打設時に使用する圧入機の把持部の径の関係から、ba/hの下限を0.1とすることが望ましい。また、ハット形鋼矢板１の高さ(h)は、２００ｍｍ以上、望ましくは２４０ｍｍ以上とするようにしてもよい。

また、本発明を適用したハット形鋼矢板１は、図５に示すアーム部１３の幅（ba：mm）とアーム部１３の板厚 (ta：mm)との関係が(2)式を満足することを必須の構成要素としている。

ba²/ta³＜2.55(1/mm) ・・・ （2）

この(2)式において、閾値を2.55としている理由について説明をする。

表２は、従来規格２５Ｈと１０Ｈ並びに、本発明例３、４の各寸法を示す。

図７は、このような従来規格２５Ｈと１０Ｈ並びに本発明例３、４について、ba²/ta³を横軸に、たわみ量を縦軸に表したグラフである。因みにこのたわみ量は、従来規格２５Ｈにおけるたわみ量により正規化した正規化たわみ量であり、従来規格２５Ｈにおけるたわみ量を１としたときの比率として表している。

この図７に示すように本発明例３、４のプロットは、従来規格２５Ｈ、１０Ｈと比較してba²/ta³が低く、また正規化たわみ量が低い傾向が見られた。また、従来規格２５Ｈと１０Ｈ並びに本発明例３、４の各プロットを通じて、ba²/ta³と正規化たわみ量との間で線形関係が見られた。これら各プロットを近似させた直線βを図中に示す。

なお、この図７において、上述した(2)式で規定するラインを追記しておく。この(2)式で規定するラインと直線βとの交点から、ba²/ta³の範囲を(2)式で規定することにより、正規化たわみ量を５％以上減少させることが可能となることが分かる。なお、本発明の更になる望ましい形態として、上述した(2)式における閾値を1.8まで絞り込んだ下記の（2）’式を適用するようにしてもよい。

ba²/ta³＜1.8 (1/mm) ・・・ （2）’

この（2）’式で規定するラインを図７に示す。（2）’式で規定するラインと直線βとの交点から、ba²/ta³の上限を(2)’式で規定することにより、正規化たわみ量を２０％以上減少させることが可能となることが分かる。

このように、本発明を適用したるハット形鋼矢板１では、ウェブ部１１の両端に一対のフランジ部１２が連設され、フランジ部１２の他端にアーム部１３が連設されていると共に、そのアーム部１３の先端部に継手部１４を設けた断面ハット型形状とし、アーム部１３の幅（ba：mm）と、アーム部１３の板厚 (ta：mm)との関係が(2)式を満足するように設定されていることにより、アーム部１３の変形の抑制を実現することができる。

なお、本発明例３は、従来規格の２５Hと比較して、正規化たわみ量を２０%強減少することができることに加え、経済性、製作性、構造性、打設性の観点からも優れているため、より好適な実施の形態である。

また、本発明例４は、従来規格の１０Ｈと比較して、正規化たわみ量を７割強減少することができ、構造性を追及した形態といえる。

なお、本発明では、製造容易性の観点並びに打設時に使用する圧入機の把持部の径の関係からから、ba²/ta³の下限を0.065としてもよい。またハット形鋼矢板１の高さ(h)は、２００ｍｍ以上、望ましくは２４０ｍｍ以上とするようにしてもよい。

また本発明では、上記(1)の条件と上記(2)の条件とを組み合わせた形態として具体化されていてもよい。図８は、上記(1)の条件と上記(2)の条件とを組み合わせたハット形鋼矢板１の形態を示している。実線で描いた本発明に係るハット形鋼矢板１は、これとほぼ同一高さで構成される２５Ｈと比較して、アーム部１３の幅が狭くなっているのが分かる。また、本発明に係るハット形鋼矢板１は、２５Ｈと比較して、アーム部１３の幅が狭い分においてフランジ部１２における傾斜が緩やかになっている。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、第１隅角部１６及び／又は第２隅角部１７において、板厚を増加させた間隔保持部を形成させるようにしてもよい。

図９は、間隔保持部１８を第１隅角部１６の外側に形成させた例を示している。この間隔保持部１８は、ウェブ部１１やフランジ部１２等とは異なる部材を第１隅角部１６の外側に取り付けるようにしてもよいし、第１隅角部１６より外側の肉厚を厚く構成するようにしてもよい。

このような間隔保持部１８を設けることによる作用効果について以下に説明する。

図１０(a),(b)は、このような間隔保持部１８が設けられたハット形鋼矢板１を上下に積み重ねた例を示している。因みに図１０(a)は、アーム部１３が下側になるように、また図１０(b)は、ウェブ部１１が下側になるように、ハット形鋼矢板１を互いに積み重ねた例である。

図１０(a)のケースでは、下段のハット形鋼矢板１における間隔保持部１８が、その直上に積み上げられるハット形鋼矢板１に当接することになる。その結果、この直上に積み上げられる上段のハット形鋼矢板１は、下段のハット形鋼矢板１における間隔保持部１８による当接を介して固定され、その状態で静止することになる。その結果、上段のハット形鋼矢板１における継手部１４は、下段のハット形鋼矢板１における継手部１４と離間した状態で静止することになる。上下の継手部１４を互いに離間させて積み上げ可能な構成とすることにより、上段に積み上げられるハット形鋼矢板１が上下の継手部１４同士が接触することにより、アーム部やフランジ部が隅角部を基点に曲がったり、鋼矢板が傾いてしまうことを防止することが可能となる。

図１０(b)のケースでは、上段に積み上げられるハット形鋼矢板１における間隔保持部１８が、その直下に位置するハット形鋼矢板１に当接することになる。その結果、この直上に積み上げられる上段のハット形鋼矢板１は、その間隔保持部１８による当接を介して固定され、その状態で静止することになる。その結果、上段のハット形鋼矢板１における継手部１４は、下段のハット形鋼矢板１における継手部１４と離間した状態で静止することになる。

因みに、この間隔保持部１８は、ちょうどこの図１０(a)に示すように、上段のハット形鋼矢板１を積み上げた時において、上下の継手部１４が離間するように、そのサイズや形状等が予め調整されている必要がある。

図１１は、この間隔保持部１８を取り付けたハット形鋼矢板１の他の例を示している。図１１(a)は、間隔保持部１８を第１隅角部１６内側に設けた例である。図１１(b)は、間隔保持部１８を第２隅角部１７の外側に設けた例である。図１１(c)は、間隔保持部１８を第２隅角部１７の外側並びに第１隅角部１６の内側に設けた例である。図１１(d)は、間隔保持部１８を第２隅角部１７外側、第１隅角部１６外側に設けた例である。

何れのケースにおいても、上段に積み上げるべきハット形鋼矢板１が間隔保持部１８による当接を介して固定され、その状態で静止することになる。その結果、上段のハット形鋼矢板１における継手部１４は、下段のハット形鋼矢板１における継手部１４と離間した状態で静止させることが可能となる。

また図１２(a)，(b)に示すように、第１隅角部１６並びに第２隅角部１７の凹部側を隅角凹部４１とし、凸部側を隅角凸部４２としたとき、第１隅角部１６並びに第２隅角部１７は、フランジ部１２の板厚が８mm以上であるという前提の下で、隅角凹部４１を形成する曲率半径と、その隅角凸部４２を形成する曲率半径との差が50ｍｍ未満の範囲において、その板厚を増加させることにより構成されていてもよい。因みに図１２(a),(b)の例では、フランジ部の板厚が８ｍｍである場合において、隅角凹部４１の曲率半径が７５ｍｍであり、隅角凸部４２の曲率半径が４０ｍｍである場合を示している。

隅角凹部４１を形成する曲率半径と、隅角凸部４２を形成する曲率半径との差を上述した範囲に抑えることにより、第１隅角部１６、第２隅角部１７における変形を効果的に抑制することが可能となる。

さらに本発明を適用したハット形鋼矢板では、更に以下のアプローチに基づいて形状を最適化するようにしてもよい。

図１３は、本発明を適用したハット形鋼矢板１の継手部１４の拡大図を示している。継手部１４は、凹部２１の先端に形成された鉤爪２２と、凹部２１とアーム部１３との間に突出された凸部２３とを有している。鉤爪２２は、互いに連結すべき相手側の継手部１４の凹部２１内に嵌合され、また凹部２１には、かかる相手側の継手部１４の鉤爪２２が嵌合することになる。凸部２３は、鉤爪２２が立ち上げられている方向と略同一方面に向けて突出されている。

このような構成からなる、本発明を適用したハット形鋼矢板では、更に以下のアプローチに基づいて形状を最適化している。

ハット形鋼矢板における継手について、継手部３４におけるのど厚部やアーム部３３が変形することにより、図１４(a)に示すように継手部３４が開くようにして変形し、或いは図１４(b)に示すように継手部３４が図中矢印方向に向けて曲げ変形してしまう場合もある。また、図１４(c)に示すように、鉤爪４２の先端が相手側の継手部３４の凹部４１に擦れて、或いは図１４(d)に示すように凸部４３が相手側の継手部３４と擦れてしまう場合もある。

このような変形は、ハット形鋼矢板の打設時や引抜時において最も発生する可能性が高い。その理由として、隣接する他のハット形鋼矢板との間で継手同士を係合させた状態で土中へ打設していくことから、鋼矢板自体に土中から或いは他の継手を介して外力が加わるためである。この鋼矢板自体に外力が加わる要因としては、単純化すると１）一方の鋼矢板の継手が回転した状態で、他方の鋼矢板の継手と近接（圧縮）すること、２）一方の鋼矢板の継手が回転した状態で、他方の鋼矢板の継手と離間（引張）すること、の２つが考えられる。

これらの要因は、鋼矢板の打設時、引抜時に生じる打設機械の面外方向への偏心等により鋼矢板が前傾し、或いは後傾することや、鋼矢板を真っ直ぐに打設できないことにより、鋼矢板自体が打ち伸び、打ち縮みした際に生じるものと考えられる。

また継手部の曲げ変形について、継手部の高さや継手部の幅さらに継手部の厚さが小さいと、剛性が低下してしまう。その結果、かかる剛性の低い継手部に外力が作用した場合に曲げ変形が生じやすくなる。また継手部の高さや継手の幅が小さい場合には、嵌合時の継手の余裕しろが小さくなり、継手部同士が接触し易くなり、係止部の損傷が生じやすくなる。

特に従来のハット形鋼矢板は、鋼矢板全体の弱軸方向の断面剛性に比べ、継手の剛性が小さい傾向にあり、大多数回の繰り返し打設を考えた場合、継手が変形する可能性を有する。

また継手部の高さや幅を大きくすることで、接続する継手部同士の間に形成される空隙部の面積を大きくすることができ、継手部同士が接触しにくい構造とすることができる。

以上のような知見から、本発明者らは、土中への打設時において変形を効果的に抑制可能とし、しかも経済性にも優れたハット形鋼矢板１を提供するために、以下に説明するように、各特性の調整を図った。

先ず、ハット形鋼矢板１枚の幅が７００ｍｍ以上である場合において、ハット形鋼矢板１の１枚当たりの弱軸（中立軸）方向の断面剛性(I)と継手部１４についいて１個あたりの弱軸方向の断面剛性(Ij)ならびに継手部の板厚(tj)との関係が（3）式を満足することを特徴とする。

Ij/I×tj³＞0.0345% ・・・ (3)

この(3)式に意味するところは、ハット形鋼矢板１の１枚当たりの弱軸方向の断面剛性(I)に対する継手部１４について１個あたりの弱軸方向の断面剛性(Ij)を所定値以上に向上させたものである。

なお、ここでいうIjの定義については、図１５(a)に示すように、継手部１４を形成する曲面の端部から先の継手部14の断面に係る弱軸方向の断面二次モーメントである。この断面二次モーメントを計算するためには、例えば構造計算により行うようにしてもよいし、図面作成に係るソフトウェア等を用いて行うようにしてもよい。

また、この(1)式において、閾値を0.0345としている理由について説明をする。

表３は、従来規格１０Ｈと２５Ｈ並びに、本発明例５、６について、それぞれ鋼矢板１枚当りの断面剛性（ｃｍ^４／枚）、継手部１４についいて１個あたりの弱軸方向の断面剛性(Ij)、有効幅ｂ、継手部１４の板厚tj、Ij/I×tj³、tj/bを示したものである。

図１６は、このような従来規格２５Ｈと１０Ｈ並びに本発明例５、６について、Ij/I×tj³を横軸に、たわみ量を縦軸に表したグラフである。因みにこのたわみ量は、従来規格２５Ｈにおけるたわみ量により正規化したものであり（以下、正規化たわみ量という。）、従来規格２５Ｈにおけるたわみ量を１としたときの比率として表している。

この図１６に示すように本発明例５、６のプロットは、従来規格２５Ｈ、１０Ｈと比較してIj/I×tj³が高く、また正規化たわみ量が低い傾向が見られた。また、従来規格２５Ｈと１０Ｈ並びに本発明例５、６の各プロットを通じて、Ij/I×tj³と正規化たわみ量との間で線形関係が見られた。これら各プロットを近似させた直線αを図中に示す。

なお、この図１６において、上述した(3)式で規定するラインを追記しておく。この(3)式で規定するラインと直線αとの交点から、Ij/I×tj³の範囲を(3)式で規定することにより、正規化たわみ量を20％程度減少させることが可能となることが分かる。なお、本発明の更なる望ましい形態として、上述した(3)式における閾値を0.08まで絞り込んだ下記の（1）’式を適用するようにしてもよい。

Ij/I×tj³＞ 0.06% ・・・ (3)’

この（3）’式で規定するラインを図１６に示す。（3）’式で規定するラインと直線αとの交点から、Ij/Iの範囲を(3)’式で規定することにより、正規化たわみ量を３０％以上減少させることが可能となることが分かる。

このように、本発明を適用したるハット形鋼矢板１では、ウェブ部１１の両端に一対のフランジ部１２が連設され、フランジ部１２の他端にアーム部１３が連設されていると共に、そのアーム部１３の先端部に継手部１４を設けた断面ハット型形状とし、ハット形鋼矢板１の1枚当たりの弱軸方向の断面剛性(I)と継手部１４の１個における弱軸方向の断面剛性(Ij)ならびに継手部の板厚(tj)との関係が（3）式を満足するように設定されていることにより、鋼矢板全体の弱軸方向の断面剛性に比べ、継手部１４の剛性を向上させることが可能となり、多数回繰り返して施工した場合においても継手の損傷を抑制することが可能となる。また鋼矢板の打設時、引抜時に生じる打設機械の面外方向への偏心等により鋼矢板が前傾し、或いは後傾して、鋼矢板自体が打ち伸び、打ち縮みした場合においても、この継手部１４における断面剛性を向上させていることから、当該箇所における変形を防止することができる。また本発明は、(3)式で規定する条件を満たすように断面剛性をコントロールすればよいことから、比較的安価で実現することができ、経済性にも優れている。

なお、本実施例５は、従来規格の２５Ｈと比較して、正規化たわみ量を６割弱まで減少することができることに加え、経済性、製作性、構造性、打設性の観点からも優れているため、より好適な実施の形態である。

また、本発明例６は、従来規格の２５Ｈと比較して、正規化たわみ量を７割強減少することができ、構造性を追及した形態といえる。

なお、本発明では、製造容易性の観点や、鋼材コスト等の経済的な観点から、(3)式の閾値において0.15％を上限とすることが望ましい。

また、本発明を適用したハット形鋼矢板１における1枚の幅b、継手部１４の板厚tjとの関係が（4）式を満足することを必須の構成要素としている。

tj/b ＞ 0.9 % ・・・ (4)

ここで、継手部１４の板厚tjは、図４(a)に示すように凹部２１を構成する部分の板厚に相当する。

この(4)式において、閾値を0.9としている理由について説明をする。

表４は、従来規格２５Ｈと１０Ｈ並びに、本発明例７、８の有効幅b、継手部１４の板厚tj、計算したtj/bを示している。

図１７は、このような従来規格２５Ｈと１０Ｈ並びに本発明例７、８について、tj/bを横軸に、たわみ量を縦軸に表したグラフである。因みにこのたわみ量は、従来規格２５Ｈ、１０Ｈにおけるたわみ量により正規化した正規化たわみ量であり、従来規格２５Ｈ、１０Ｈにおけるたわみ量を１としたときの比率として表している。

この図１７に示すように本発明例７、８のプロットは、従来規格２５Ｈ、１０Ｈと比較してtj/bが高く、また正規化たわみ量が低い傾向が見られた。また、従来規格２５Ｈと１０Ｈ並びに本発明例７、８の各プロットを通じて、tj/bと正規化たわみ量との間で線形関係が見られた。これら各プロットを近似させた直線βを図中に示す。

なお、この図１７において、上述した(4)式で規定するラインを追記しておく。この(4)式で規定するラインと直線βとの交点から、tj/bの範囲を(4)式で規定することにより、正規化たわみ量を５％以上減少させることが可能となることが分かる。なお、本発明の更になる望ましい形態として、上述した(4)式における閾値を0.99まで絞り込んだ下記の（4）’式を適用するようにしてもよい。

tj/b ＞ 0.99 % ・・・ (4)’

この（4）’式で規定するラインを図１７に示す。（4）’式で規定するラインと直線βとの交点から、tj/bの下限を(4)’式で規定することにより、正規化たわみ量を２０％以上減少させることが可能となることが分かる。

このように、本発明を適用したるハット形鋼矢板１では、ウェブ部１１の両端に一対のフランジ部１２が連設され、フランジ部１２の他端にアーム部１３が連設されていると共に、そのアーム部１３の先端部に継手部１４を設けた断面ハット型形状とし、ハット形鋼矢板１における1枚の幅bと継手部１４の板厚tjとの関係が（4）’式を満足するように設定されていることにより、継手部１４の断面剛性の向上を図ることができ、打設時においてハット形鋼矢板１が曲げ変形してしまうのを防止することが可能となる。

本実施例７は、従来規格の１０Ｈと比較して、正規化たわみ量を２５％強減少することができることに加え、経済性、製作性、構造性、打設性の観点からも優れているため、より好適な実施の形態である。

また、本発明例８は、従来規格の１０Ｈと比較して、正規化たわみ量を６割強減少することができ、構造性を追及した形態といえる。

なお、本発明では、製造容易性の観点、経済性の観点からtj/bの上限を1.5(%)としてもよい。

また本発明では、上記(3)の条件と上記(4)の条件とを組み合わせた形態として具体化されていてもよい。

さらに本発明では、図１３に示すように、凸部２３に繋がる凹部２１の内面２４が、鉤爪２２の高さ以上まで平面状に立ち上げられ、内面２４の最上端２７から凸部２３を形成する曲面２８が開始され、凸部２３は、継手部の高さ(hj)、幅(bj)と、アーム部１３の表面１３ａを伸張した仮想平面５１に対する、当該仮想平面５１以上の断面積(A)との関係が(5)式を満足するように調整されていてもよい。

bj×hj×0.04 ＜ A ・・・ (5)

ここでいう仮想平面５１以上の断面積（A）とは、図１３における凸部２３の色付きの部分で示された領域Ａの面積である。表５は、従来規格の１０Ｈ、２５Ｈと、本発明例における継手部１４の各hj(mm)、bj(mm)、tj(mm)、A(mm²)を示している。

継手部１４のhj(mm)、bj(mm)、Aに基づいてA/hj/bjを計算した結果も示しておく。従来規格の１０Ｈ、２５Ｈは、A/hj/bjが0.030であるのに対して、本発明例９では、0.061であった。このため、本発明例９と従来規格との閾値を0.04に設定することとした。

このようにして、継手部の高さ（hj）、幅（bj）と、当該仮想平面５１以上の断面積(A)を(5)式との関係で規定することにより、凸部の一部が損傷しても、その断面積が大きいため、継手部同士が離間させる外力が作用した場合においても、離間しにくい構造とすることができる。なおハット形鋼矢板の高さ(h)、アーム部の幅(ba)、アーム部の板厚(ta)、ハット形鋼矢板１枚当たりの弱軸方向の断面剛性（Ｉ）と継手部１個における弱軸方向の断面剛性（Ｉｊ）、ハット形鋼矢板１枚の幅(b)、継手部の板厚(tj)、継手部の高さ(hj)、幅(bj)、アーム部表面を伸張した仮想平面以上の断面積(A)は、設計で用いられる公称の値を意味するものである。

本発明を適用したハット形鋼矢板を示す図である。 第２隅角部に曲げ変形が生じた場合の例を示す図である。 (a)は、鉛直方向の集中荷重による鋼矢板の変形形態を、(b)は、水平方向の集中荷重による鋼矢板の変形形態を示す図である。 鋼矢板を積み重ねた際に、フランジ部やウェブ部に変形が生じる点を、骨組みモデルを用いて示した図である。 、本発明を適用したハット形鋼矢板の各寸法について説明するための図である。 従来規格２５Ｈと１０Ｈ並びに本発明例１、２について、ba/hを横軸に、たわみ量を縦軸に表した図である。 従来規格２５Ｈと１０Ｈ並びに本発明例３、４について、ba²/ta³を横軸に、たわみ量を縦軸に表した図である。 (1)の条件と(2)の条件とを組み合わせたハット形鋼矢板の形態を示す図である。 間隔保持部を第１隅角部の外側に形成させた例を示す図である。 間隔保持部が設けられたハット形鋼矢板を上下に積み重ねた例を示す図である。 間隔保持部を取り付けたハット形鋼矢板の他の例を示す図である。 隅角凹部の曲率半径と隅角凸部との差について説明するための図である。 本発明を適用したハット形鋼矢板の継手部の拡大図である。 ハット形鋼矢板における継手の損傷原因について説明するための図である。 本発明例の各寸法について説明するための図である。 本発明の効果について説明するための図である。 本発明の効果について説明するための他の図である。

符号の説明

１ ハット形鋼矢板
１１ ウェブ部
１２ フランジ部
１３ アーム部
１４ 継手部
１６ 第１隅角部
１７ 第２隅角部
３２ フランジ部
３３ アーム部
３４ 継手
３６ 第１隅角部
３７ 第２隅角部

Claims (7)

1. ウェブ部の両端に一対のフランジ部が連設され、上記フランジ部の他端にアーム部が連設されていると共に、そのアーム部の先端部に継手部を設けた断面ハット型形状であり、熱間圧延加工により製造されるハット形鋼矢板において、
   上記アーム部の幅（ba）と、当該ハット形鋼矢板の高さ(h)との関係が(1)式を満足すること
   を特徴とするハット形鋼矢板。
   ba/h ＜0.247 ・・・ （1）
2. ウェブ部の両端に一対のフランジ部が連設され、上記フランジ部の他端にアーム部が連設されていると共に、そのアーム部の先端部に継手部を設けた断面ハット型形状であり、熱間圧延加工により製造されるハット形鋼矢板において、
   上記アーム部の幅（ba：mm）と上記アーム部の板厚 (ta：mm)との関係が(2)式を満足することを特徴とするハット形鋼矢板。
   ba²/ta³＜2.55 (1/mm) ・・・ （2）
3. 上記ウェブ部と上記フランジ部との連設部に位置する第１隅角部、及び／又は上記アーム部と上記フランジ部との連設部に位置する第２隅角部において、板厚を増加させた間隔保持部が形成されていること
   を特徴とする請求項１又は２に記載のハット形鋼矢板。
4. 上記第１隅角部並びに上記第２隅角部は、上記フランジ部の板厚が8mm以上である場合において、上記第１隅角部並びに上記第２隅角部の隅角凹部を形成する曲率半径と、その隅角凸部を形成する曲率半径との差が50ｍｍ未満の範囲において、その板厚を増加させてなること
   を特徴とする請求項３に記載のハット形鋼矢板。
5. ハット形鋼矢板１枚の幅が７００ｍｍ以上である場合において、上記ハット形鋼矢板1枚当たりの弱軸方向の断面剛性(I)と上記継手部１個における弱軸方向の断面剛性(Ij)ならびに継手部の板厚(tj)との関係が（3）式を満足することを特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項記載のハット形鋼矢板。
   Ij/I×tj³＞0.0345% ・・・ (3)
6. ハット形鋼矢板１枚の幅が７００ｍｍ以上である場合において、
   上記ハット形鋼矢板1枚の幅bと上記継手部の板厚tjとの関係が（4）式を満足することを特徴とする請求項１〜５のうち何れか１項記載のハット形鋼矢板。
   tj/b ＞ 0.9 % ・・・ (4)
7. 上記継手部は、凹部の先端に形成された鉤爪と、上記凹部とアーム部との間に突出された凸部とを有し、
   上記凸部に繋がる凹部内面が、上記鉤爪の上端以上まで平面状に立ち上げられ、
   上記平面状の凹部内面の上端から上記凸部を形成する曲面が開始され、
   上記凸部は、継手部の高さ（hj）、幅（bj）と、アーム部表面を伸張した仮想平面以上の断面積（A）との関係が (5)式を満足すること
   を特徴とする請求項１〜６のうち何れか１項記載のハット形鋼矢板。
   bj×hj×0.04 ＜ A ・・・ (5)

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