JP2016169594A - 鋼矢板、該鋼矢板によって形成される鋼矢板壁、鋼矢板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サイズ調整の自由度が高く、かつ継手の強度、精度を保持した鋼矢板及びその製造方法、該鋼矢板によって形成される鋼矢板壁を提供する。
【解決手段】本発明に係る鋼矢板１は、熱間圧延によって成形された直線鋼矢板３を切断して得られる少なくとも継手部を有する直線鋼矢板分割第１部材７及び直線鋼矢板分割第２部材１１と、圧延又は折り曲げ加工によって製造された継手部のない基部材とを接合してなる鋼矢板１であって、前記基部材がハット形のハット形基部材１５に形成されてなり、ハット形基部材１５の両端に直線鋼矢板分割第１部材７及び直線鋼矢板分割第２部材１１をそれぞれ接合することで全体形状が軸方向直交断面で略Ｕ字状のＵ字状部の両端から外方に延びると共に先端に継手部を有するアーム部１０を備えた形状であることを特徴とするものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、鋼矢板、該鋼矢板によって形成される鋼矢板壁、鋼矢板の製造方法に関する。

大断面の鋼矢板として、例えば特許文献１に示されるようなハット形鋼矢板が知られている。また、特許文献２に示されるように、予め２枚のＺ形鋼矢板の継手部を嵌合し、かしめまたは溶接などで連結固定して左右対称なハット断面形状とする方法もある。

特開２００９−１１９５１３号公報 特開２００２−２９４６９１号公報

ハット形鋼矢板、Z形鋼矢板は通常、熱間圧延により成形されることから、工場設備などの制約上、型式の数や鋼矢板幅など鋼矢板のサイズが限られる。
このため、各施工現場で必要とされる構造性能に対し、必ずしも最適で合理的な断面形状になっていない。つまり、熱間圧延によって形成される鋼矢板の場合、既存のサイズの中から、必要とされる構造性能により近いものを選択することが行われている。

鋼矢板には、冷間加工（曲げ加工）で成形されるものもあり、このような鋼矢板は、そのサイズを調整する自由度が比較的高く、各施工現場ごとに必要とされる構造性能に対し、最適に近い断面を提供することが可能である。
しかしながら、冷間加工（曲げ加工）で成形される鋼矢板の継手部は、熱間圧延で成形される鋼矢板の継手部に比べて、強度および加工精度とも著しく劣る。このため、施工困難が生じる恐れや、施工時の継手損傷により十分な構造性能が発揮されないことが懸念される。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、サイズ調整の自由度が高く、かつ継手の強度、精度を保持した鋼矢板及びその製造方法、該鋼矢板によって形成される鋼矢板壁を提供することを目的としている。

（１）本発明に係る鋼矢板は、熱間圧延によって成形された直線鋼矢板を切断して得られる少なくとも継手部を有する直線鋼矢板分割第１部材及び直線鋼矢板分割第２部材と、圧延又は折り曲げ加工によって製造された継手部のない基部材とを接合してなる鋼矢板であって、前記基部材がＵ形に形成されてなり、前記Ｕ形の基部材の両端に前記直線鋼矢板分割第１部材及び前記直線鋼矢板分割第２部材をそれぞれ接合することで全体形状が軸方向直交断面で略Ｕ字状のＵ字状部の両端に、外方に延びると共に先端に継手部を有するアーム部を備えた形状であることを特徴とするものである。

（２）また、熱間圧延によって成形された直線鋼矢板を切断して得られる少なくとも継手部を有する直線鋼矢板分割第１部材及び直線鋼矢板分割第２部材と、圧延又は折り曲げ加工によって製造された継手部のない基部材とを接合してなる鋼矢板であって、前記基部材がハット形に形成されてなり、前記ハット形の基部材の両端に前記直線鋼矢板分割第１部材及び前記直線鋼矢板分割第２部材をそれぞれ接合することで全体形状が軸方向直交断面で略Ｕ字状のＵ字状部の両端に、外方に延びると共に先端に継手部を有するアーム部を備えた形状であることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、両側の継手部間の長さをL₁、Ｕ字状部における最も幅狭の部位の長さをL₂としたときに、1/6×L₁≦L₂≦1/2×L₁の関係を満たすことを特徴とするものである。

（４）本発明に係る鋼矢板壁は、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の鋼矢板の継手部を連結して地中に打設することによって形成されたことを特徴とするものである。

（５）本発明に係る鋼矢板の製造方法は、熱間圧延によって成形された直線鋼矢板を切断して端部に継手部を有する直線鋼矢板分割第１部材及び直線鋼矢板分割第２部材を製造する鋼矢板分割部材製造工程と、継手部のない基部材を圧延、折り曲げ加工によって製造する基部材製造工程と、基部材の両端に前記直線鋼矢板分割第１部材及び前記直線鋼矢板分割第２部材を接合する鋼矢板分割部材接合工程とを備えたことを特徴とするものである。

（６）また、上記（５）に記載のものにおいて、前記基部材製造工程はＵ形のＵ形基部材を製造し、前記鋼矢板分割部材接合工程は、軸方向直交断面で略Ｕ字状の両端部に外方に延びると共に継手部を有するアーム部を備えた形状になるように前記Ｕ形基部材の両端に前記直線鋼矢板分割第１部材と前記直線鋼矢板分割第２部材を接合することを特徴とするものである。

（７）また、上記（５）に記載のものにおいて、前記基部材製造工程はハット形のハット形基部材を製造し、前記鋼矢板分割部材接合工程は、軸方向直交断面で略Ｕ字状の両端部に外方に延びると共に継手部を有するアーム部を備えた形状になるように前記ハット形基部材の両端に前記直線鋼矢板分割第１部材と前記直線鋼矢板分割第２部材を接合することを特徴とするものである。

（８）また、上記（６）又は（７）に記載のものにおいて、両側の継手部間の長さをL₁、Ｕ字状部の中間部の長さをL₂としたときに、1/6×L₁≦L₂≦1/2×L₁の関係を満たすように設定されていることを特徴とするものである。

本発明に係る鋼矢板は、熱間圧延によって成形された直線鋼矢板を切断して得られる少なくとも継手部を有する直線鋼矢板分割第１部材及び直線鋼矢板分割第２部材と、圧延又は折り曲げ加工によって製造された継手部のない基部材とを接合してなる鋼矢板であって、前記基部材がＵ形に形成されてなり、前記Ｕ形の基部材の両端に前記直線鋼矢板分割第１部材及び前記直線鋼矢板分割第２部材をそれぞれ接合することで全体形状が軸方向直交断面で略Ｕ字状のＵ字状部の両端に、外方に延びると共に先端に継手部を有するアーム部を備えた形状であることから、サイズの自由度が高く、かつ継手の強度、精度を保持した鋼矢板となっており、良好な施工性を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係る鋼矢板の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る鋼矢板の他の形態の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る鋼矢板の他の形態の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る鋼矢板によって形成される鋼矢板壁の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る鋼矢板の他の態様によって形成される鋼矢板壁の説明図である。 本発明の実施例に係る鋼矢板の説明図である。 本発明の実施例の鋼矢板の効果を説明する説明図である。 本発明の実施例の鋼矢板の具体例を説明する説明図である。 本発明の実施例の鋼矢板の他の具体例を説明する説明図である。

本実施の形態の鋼矢板１は、図１に示すように、直線鋼矢板３を切断して得られる第１継手部５を有する直線鋼矢板分割第１部材７、第２継手部９を有する直線鋼矢板分割第２部材１１と、圧延又は折り曲げ加工によって製造された継手部のないＵ形のＵ形基部材１３とを接合してなる鋼矢板１である。そして、本実施の形態の鋼矢板１は、Ｕ形基部材１３の両端に直線鋼矢板分割第１部材７及び直線鋼矢板分割第２部材１１をそれぞれ接合することで全体形状が軸方向直交断面で略Ｕ字状のＵ字状部の両端部に外方に延びるアーム部１０を有し、アーム部１０の端部に第１継手部５及び第２継手部９を備えた形状となっている。

直線鋼矢板３は既存サイズのものを使用してもよいし、既存サイズのもの以外のものを適用してもよい。直線鋼矢板３は熱間圧延で製造されており、その継手部である第１継手部５及び第２継手部９は高精度に作られている。そのため、直線鋼矢板３を切断して得られる直線鋼矢板分割第１部材７及び直線鋼矢板分割第２部材１１を利用することで鋼矢板１の継手部は信頼性の高いものとなる。
Ｕ形基部材１３は、圧延又は折り曲げ加工によって製造する。Ｕ形基部材１３には、継手部がないので、形状が単純であり、継手を有する鋼矢板形状に比べて、熱間圧延成形においても、また冷間曲げ成形においても、成形が格段に容易であり、多彩なサイズのものを安価に成形できる。そのため、Ｕ形基部材１３は、その幅や板厚を自在に且つ容易に変えることができる。その結果、Ｕ形基部材１３を利用する本実施の形態の鋼矢板１は、各施工現場に必要とされる構造性能に対し、最適断面のものとなる。
なお、Ｕ形基部材１３は、継手を有する鋼矢板形状に比べて、熱間圧延成形においても、また冷間曲げ成形においても、成形が格段に容易であり、多彩なサイズに安価で成形できることは言うまでもない。

以上のように本実施の形態に係る鋼矢板１は、継手部が高精度で信頼性の高いものであり、かつ基部材が各施行現場に対応した最適断面とすることができるので、サイズの自由度が高く、かつ継手の強度、精度を保持した鋼矢板となっており、良好な施工性を得ることができる。
しかも、簡易に製造することができることから製造コストを低減することもできる。
つまり、本実施の形態の鋼矢板１は、サイズの自由度が高いことにより、（１）各施工現場ごとに必要とされる構造性能に対して最適断面を提供できること、（２）鋼矢板継手の強度、精度を保持することで良好な施工性を得ることの２点を両立している。しかも、本実施の形態の鋼矢板１と同断面の鋼矢板を熱間圧延で製造する場合に比較して、各段に少ない設備投資額での製造が可能となるものである。

上記のような鋼矢板１は、例えば以下のような製造方法によって簡易に製造することができる。
本実施の形態の鋼矢板１の製造方法は、直線鋼矢板３を切断して端部に継手部を有する直線鋼矢板分割第１部材７及び直線鋼矢板分割第２部材１１を製造する鋼矢板分割部材製造工程と、継手部のないＵ形のＵ形基部材１３を圧延、折り曲げ加工によって製造する基部材製造工程と、基部材の両端に直線鋼矢板分割第１部材７及び直線鋼矢板分割第２部材１１を接合する鋼矢板分割部材接合工程とを備え、鋼矢板分割部材接合工程は、軸方向直交断面で略Ｕ字状の両端部に外方に延びるアーム部１０を備えた形状になるようにＵ形基部材１３の両端に前記直線鋼矢板分割第１部材７と前記直線鋼矢板分割第２部材１１を接合する。

なお、直線鋼矢板分割第１部材７及び直線鋼矢板分割第２部材１１とＵ形基部材１３との接合は、図１に示す例では、溶接による溶接接合部１２を介して接合したが、その他の接合方法、例えばボルト接合であってもよい。
また、上記の例では、基部材として、略Ｕ形のＵ形基部材１３の例を示したが、図２に示すように、略ハット形のハット形基部材１５としてもよい。

なお、図３に示すように、両側の継手部間の長さをL₁、略Ｕ字状のＵ字状部における最も幅狭の部位の長さをL₂としたときに、1/6×L₁≦L₂≦1/2×L₁の関係を満たすようにすることが好ましい。
このような寸法関係を満たすようにすることで、鋼矢板１の施工安定性を保持することができる。
この点を以下詳細に説明する。
鋼矢板１において、組合せ鋼矢板全長L₁（両継手端部間の長さ）に対し、Ｕ形基部材１３もしくはハット形基部材１５により形成されるＵ字状部における最も幅狭の部位の長さL₂が1/6×L₁より小さくなると、ウェブ角度（図３のθ）が小さくなり、鋼矢板断面の捩り剛性が低下して、座屈破壊などのトラブルが生じるおそれが高くなる。
一方、Ｕ字状部の最も幅狭の部位の長さL₂が1/2×L₂より大きくなると、ウェブ角度が90°を上回り、鋼矢板１の隅角部（折れ曲がり部）における閉塞性が高まり、施工時の貫入抵抗が大きくなり、施工困難となる。
そこで、鋼矢板１の施工安定性を保持するため、Ｕ字状部の最も幅狭の部位の長さL₂を1/6×L₁≦L₂≦1/2×L₁とした。

なお、上記のような鋼矢板１を、継手部を嵌合させて地中に打設することで鋼矢板壁１７を構築することができる。
図４は、基部材がＵ形基部材１３のものであり、図５は基部材がハット形基部材１５のものである。
本実施の形態に係る鋼矢板１は第１継手部５、第２継手部９の強度及び精度が優れているので、鋼矢板１によって形成された鋼矢板壁１７は連結部の精度と強度に優れる。また、鋼矢板１における基部材（Ｕ形基部材１３、ハット形基部材１５）が各施工現場ごとに必要とされる構造性能に対して最適断面となっているので、このような鋼矢板１によって形成された鋼矢板壁１７は、施行現場の要求する最適断面となっている。

実施の形態１で説明した鋼矢板１に関し、鋼矢板１の全長L₁（両継手端部間の長さ）に対し、Ｕ形基部材１３により形成されるＵ字状部における最も幅狭の部位の長さL₂が最適となる範囲を調べる模型実験を行った。模型の形状を図６に示すと共に模型ケース（各部の長さ等）を表２に示す。

模型は、表１示すように、鋼矢板全長L₁（両継手端部間の長さ）は150mmで一定とし、Ｕ字状部長さL₂を15〜100mmまで変化させた。その時の直線鋼矢板分割部分の長さL₃はいずれのケースもＵ字状部の最も幅狭の部位の長さL₂の1/2の長さとした。また鋼矢板１の高さHは50mmで一定とした。また施工長は1000mmとした。

実験結果を図７に示す。図７は縦軸がケース２に対する貫入抵抗比率（ケース２の貫入抵抗を１とした場合の貫入抵抗）を示し、横軸がL₂/L₁を示している。ケース1のＵ字状部の最も幅狭の部位の長さL₂が15mmの場合（L₂/L₁＝1/10）、施工途中で鋼矢板１が座屈破壊し、所定長まで施工できなかった。ケース2〜6のＵ字状部の最も幅狭の部位の長さL₂が25mm以上の場合はいずれのケースも所定長まで施工完了したが、Ｕ字状部の最も幅狭の部位の長さL₂が85mm以上の場合（ケース5、6）では、施工時の貫入抵抗が急激に大きくなる結果となった。一方、Ｕ字状部の最も幅狭の部位の長さL₂が最適となるのは、ケース2（L₂/L₁＝17/100≒1/6）〜ケース4（L₂/L₁＝50/100＝1/2）の条件である（1/6×L₁≦L₂≦1/2×L₁）であることがわかった。

鋼矢板における最適形状の一例を図８、図９に示す。
図８に示したものは、基部材がＵ形のものであり、図９に示したものは、基部材がハット形のものである。

１ 鋼矢板
３ 直線鋼矢板
５ 第１継手部
７ 直線鋼矢板分割第１部材
９ 第２継手部
１０ アーム部
１１ 直線鋼矢板分割第２部材
１２ 溶接接合部
１３ Ｕ形基部材
１５ ハット形基部材
１７ 鋼矢板壁

Claims (5)

1. 熱間圧延によって成形された直線鋼矢板を切断して得られる少なくとも継手部を有する直線鋼矢板分割第１部材及び直線鋼矢板分割第２部材と、圧延又は折り曲げ加工によって製造された継手部のない基部材とを接合してなる鋼矢板であって、
   前記基部材がハット形に形成されてなり、
   前記ハット形の基部材の両端に前記直線鋼矢板分割第１部材及び前記直線鋼矢板分割第２部材をそれぞれ接合することで全体形状が軸方向直交断面で略Ｕ字状のＵ字状部の両端に、外方に延びると共に先端に継手部を有するアーム部を備えた形状であることを特徴とする鋼矢板。
2. 両側の継手部間の長さをL₁、Ｕ字状部における最も幅狭の部位の長さをL₂としたときに、1/6×L₁≦L₂≦1/2×L₁の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の鋼矢板。
3. 請求項１又は２に記載の鋼矢板の継手部を連結して地中に打設することによって形成されたことを特徴とする鋼矢板壁。
4. 熱間圧延によって成形された直線鋼矢板を切断して端部に継手部を有する直線鋼矢板分割第１部材及び直線鋼矢板分割第２部材を製造する鋼矢板分割部材製造工程と、継手部のないハット形のハット形基部材を圧延、折り曲げ加工によって製造する基部材製造工程と、軸方向直交断面で略Ｕ字状の両端部に外方に延びると共に継手部を有するアーム部を備えた形状になるように前記ハット形基部材の両端に前記直線鋼矢板分割第１部材と前記直線鋼矢板分割第２部材を接合する鋼矢板分割部材接合工程とを備えたことを特徴とする鋼矢板の製造方法。
5. 両側の継手部間の長さをL₁、Ｕ字状部の中間部の長さをL₂としたときに、1/6×L₁≦L₂≦1/2×L₁の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項４に記載の鋼矢板の製造方法。