JP3482456B2 - 正曲げモーメントを受ける合成セグメントの継手 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、図７に例示したよう
に横幅が５〜１５ｍもある大断面の矩形シールドトンネ
ルの覆工に使用される鉄骨鉄筋コンクリート造の合成セ
グメントが正曲げモーメントを受ける水平部分の継手Ａ
として実施される継手に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、土被りが１５ｍの２車線道路トン
ネルを矩形シールド工法で施工する場合は、図８にモー
メント図を略示したように、水平部材（セグメント）は
１ｍ当り２００トン・ｍもの大きな正曲げモーメントを
受ける。従って、このように大きな曲げモーメントを受
ける矩形シールドトンネルの覆工を、特に図７のように
中間に柱の無い無柱構造で施工しようとすると、水平セ
グメントに発生する曲げモーメントの大きさに比例し
て、例えば鉄筋コンクリート造セグメントの場合はその
桁高さ（躯体の厚さ）が甚だしく大きくなるし、大重量
となる。その結果、セグメント組立て用エレクターの能
力（１０〜２０トン程度）を前提として１ピースの大き
さが制限される現状では、セグメントの分割数が増え、
継手の数が増えて構造として弱いものとなるほか、組立
て工数が増えて接合作業が面倒なものとなる。

【０００３】同様な条件の覆工に鋼製セグメントを採用
した場合は、重量こそ割合軽くなるが、剛性が小さい分
だけ変形が大きくなる。また、シールドジャッキの推力
が大きいときは、その推力に耐えるだけの構造に補強す
る必要が有り、多大な費用がかかる。上記のような問題
の解決を図る手段として、特願平４−３３１９１４号明
細書及び図面（特開平６−１７３５９９号公報）には、
鉄骨鉄筋コンクリート造（以下、ＳＲＣと略す。）の大
断面矩形シールド覆工用の合成セグメントが提案されて
いる。前記ＳＲＣ合成セグメントの引張型継手に関して
は、従来、橋梁や建築の分野では、図９に例示したよう
に、高力ボルトによる摩擦接合又は支圧接合の継手が参
照される。図９は支圧接合の例であって、Ｈ形鋼Ｂの上
下のフランジｂの両面に連結板Ｃを当てがい、複数の高
力ボルトＤ及びナットＥで縫うが如くに締結が行なわれ
ている。ウエブの両面にも連結板Ｆを当てがい、高力ボ
ルト及びナットで締結が行なわれている。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】図９に例示した高力
ボルト継手（支圧接合）は、正曲げモーメントによる引
張力に起因して連結板Ｃとフランジｂとの間に発生する
せん断力を高力ボルトＤが耐える（抵抗する）ことによ
り、隣り合う一方のＨ鋼フランジに作用する引張力をも
う一方のＨ鋼フランジヘ伝達する構成であるが、上述し
たように１ｍ当り２００トン・ｍもの大きな正曲げモー
メントを受ける条件下で図９のような高力ボルト継手を
採用するときは、一箇所当たり２４mmの高力ボルトが片
側で４０本、両側で８０本もの多数必要となり、場所を
小さく限られた継手部の断面にこれだけ多数のボルトを
配置することは至難である。のみならず１リングのセグ
メントを８分割としたときは１リング当たり約１０００
本もの多数のボルト、ナット及びその締結作業が必要と
なって多大な労力と時間を要するから解決すべき課題と
なっている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、本発明に係る正曲げモーメントを受け
る合成セグメントの継手は、鉄骨鉄筋コンクリート造合
成セグメント１の引張力を負担する鉄骨材２の継手にお
いて、引張力を負担する鉄骨材２の内側フランジ２ａの
接合端部にその材軸方向と略直角な向きに凸条をなす接
合用こぶ３が形成されており、接合するべき隣接の二つ
の合成セグメント１，１は前記接合用こぶ３，３同士が
突き合わされること、そして、前記のように突き合わさ
れた二つの接合用こぶが略密接に納まる形状、深さの凹
部４を形成された連結板５が前記内側フランジ２ａへ前
記二つの接合用こぶを凹部４に納めて双方の内側フラン
ジに跨がる配置で当てがわれ、連結板及び内側フランジ
を共通に垂直な向きに貫通させた複数のボルト６及び同
ボルトへねじ込まれたナット７により締結されているこ
とを特徴とする。

【０００６】本発明はまた、前記の接合用こぶ３は、鉄
骨材２に負荷される引張力に対して強度上必要十分な断
面積を持つ大きさとされ、その引張り方向前側の端面３
ａは引張力に対して略直角乃至は若干の角度後方側へ傾
斜されており、連結板５の凹部４も引張力に対して垂直
な壁面４ａは引張力に対して直角乃至は若干の角度後方
側へ傾斜されていることも特徴とする。

【０００７】

【作用】引張力を負担する鉄骨材２の内側フランジ２ａ
に最大引張り応力が発生する。当該内側フランジ２ａの
接合端部に凸条に形成した接合用こぶ３が連結板５の凹
部４内に拘束される結果、前記引張力は接合用こぶ３及
び連結板５のせん断強度によって抵抗し耐える。つま
り、高力ボルト６は連結板５の凹部４が接合用こぶ３を
拘束するのに必要な締結力を発揮すれば足り、前記引張
力に耐えるせん断強度を要求されない。高力ボルト６は
連結板５の凹部４による接合用こぶの拘束に必要なだけ
の本数及び配置とすれば足りる。鉄骨材２が負担する引
張力は、接合用こぶ３及び連結板５のせん断強度並びに
連結板５の引張強度の観点でのみ設計、製作して対処で
きる。従って、接合用こぶ３及び凹部４の形状も矩形に
限らず、円形、台形、多角形などを適宜採用できる。

【０００８】

【実施例】次に、図示した本発明の実施例を説明する。
図１と図２は、大きな正曲げモーメントを受ける合成セ
グメント１の継手部分を示している。図示例の合成セグ
メント１は、その外側略半分の圧縮応力を負担する部分
１ａが鉄筋コンクリート造とされ、内側略半分の引張り
応力を負担する部分が鉄骨材２で構成されている。鉄骨
材２は複数のスタッド１０…により鉄筋コンクリート部
分１ａと一体化されている。鉄骨材２は、鉄筋コンクリ
ート部分１ａに内接する境界鉄板２ｂの内側に倒立Ｔ形
材を用いて内側フランジ２ａ，２ａを２列平行に設けた
構成とされている（図２）。前記内側フランジ２ａの接
合端部に、材軸方向（引張力の作用方向）と略直角な向
きに、断面が略矩形状の接合用こぶ３が形成されてい
る。接合するべき隣接の二つの合成セグメント１，１は
前記接合用こぶ３，３同士がぴったり突き合わされる。
そして、前記二つの接合用こぶ３，３がぴったり密接に
納まる形状、深さの凹部４を形成された連結板５が、前
記のように突き合わされた二つの接合用こぶ３，３を凹
部４に収めて双方の内側フランジ２ａ，２ａへ略等分の
長さに跨がる配置で内側フランジ２ａの上下面にぴった
り当てがわれ、これら上下２枚の連結板５，５及びサン
ドイッチ状態の内側フランジ２ａを共通に垂直な向きに
貫通させた高力ボルト６へ内側（坑内側）からナット７
をねじ込んで三位一体的に締結した構成とされている。
前記倒立Ｔ形材のウエブ同士も、突き当せ部分へ等分の
長さ跨がる配置で両面へ当てがった連結板１１を高力ボ
ルト１２で締結して接合されている。

【０００９】図３と図４は、接合用こぶ３及び連結板５
の凹部４の形状の異なる実施例を示している。まず図３
は、接合用こぶ３が横断面を長方形状に形成され、凹部
４も略同形、同大の長方形状に形成された例を示してい
る。図４は、図３の長方形を基本形状とした上で、接合
用こぶ３の引張り方向前側の端面３ａ、及び連結板５の
凹部４ａにおける対応する壁面４ａが各々５°〜３０°
ぐらいの角度で後方側へ傾いた傾斜面に形成されてお
り、結局、凹部４は台形状に形成されていることを特徴
とする。図４の前記構成によれば、接合用こぶ３の端面
３ａ、及び凹部４の壁面４ａの傾斜効果によって両者の
はめ合せ作業が容易となり、接合作業の能率が向上す
る。

【００１０】次に、図５は、土被りが１５ｍの２車線道
路トンネルを矩形シールドで施工するにあたり、図７の
ように中間柱のない覆工を合成セグメントで行なった場
合であって、水平のセグメントが１ｍ当り最大２００ト
ン・ｍの正曲げモーメントを受けることを条件として具
体的に設計した継手を示している。構造用鋼で製作され
た内側フランジ２ａの幅寸は４００mmで、その接合端部
の全幅にわたり、幅が２０mm、有効高さが１２mmの凸条
をなす矩形状の接合用こぶ３が形成されている。一方、
連結板５も構造用鋼板により図６に示したように長さ１
９１mm、幅寸１５１mm、有効厚さが２５mm（又は２９m
m）の長方形板に製作されており、同鋼板の中央部に幅
寸が４３mm、深さ１３mmの凹部４が形成されている。そ
して連結板５の４隅位置に合計４個のボルト孔１３（口
径２３mm）が設けられ、２０mmの高力ボルト６を使用す
る構成となっている。要するに、内側フランジ２ａの内
側面には２枚の連結板が横並びの配置で使用され、外側
面にはウエブを間に挟んで２枚の連結板が配置され、合
計８本のＭ２０の高力ボルト６を使用して締結が行なわ
れている。接合用こぶ３は比較的小さな凸条であり、高
力ボルト６も割合に細径のものを１箇所当り８本使用す
ることで足りる。接合用こぶ３は内側フランジ２ａの一
部分と共に鋳鋼又は鍛鋼製品として製造し、これを内側
フランジ２ａの端部へ取付けて実施することもできる。

【００１１】

【本発明が奏する効果】本発明に係る正曲げモーメント
を受ける合成セグメントの継手は、内側フランジ２ａに
形成した接合用こぶ３及び連結板５のせん断強度並びに
連結板５の引張強度によって引張力に抵抗し耐える構成
であり、高力ボルト６は連結板５の凹部４によって二つ
の接合用こぶ３，３を拘束する役目にすぎず、そのよう
な拘束力に必要な本数で足りるから、巨大な正曲げモー
メントを受ける条件下でも１箇所当り又は１リング当り
の高力ボルトの使用本数は格別少なくて済み、合成セグ
メントの組立て（接合）における労力と時間を大幅に減
縮することができる。接合用こぶ３及び連結板５も比較
的小さな構造で、加工及び取扱いが容易であるから、コ
スト的にも有利で、接合時の労力、時間の軽減に寄与す
る利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の継手を示した正面図である。

【図２】図１の２−２矢視断面図である。

【図３】継手の主要部を拡大した正面図である。

【図４】継手の異なる構成例を示した正面図である。

【図５】特定大きさの正曲げモーメントに対して設計さ
れた継手の主要部を示した正面図である。

【図６】同前の継手に使用した連結板の平面図である。

【図７】大断面矩形シールドの覆工セグメントの配置図
である。

【図８】同上の矩形シールドセグメントの曲げモーメン
ト図である。

【図９】従来一般のボルト継手を示した正面図である。

【符号の説明】

１ 合成セグメント ２ 鉄骨材 ２ａ 内側フランジ ３ 接合用こぶ ４ 凹部 ５ 連結板 ６ 高力ボルト ７ ナット ４ａ 壁面

フロントページの続き (72)発明者 福本 忠浩 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式 会社竹中土木内 (72)発明者 近 信明 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式 会社竹中土木内 (72)発明者 真川 三雄 東京都中央区銀座八丁目21番１号 株式 会社竹中土木内 (72)発明者 橋本 博英 東京都中央区八重洲二丁目６番21号 石 川島建材工業株式会社内 (72)発明者 小林 一博 東京都中央区八重洲二丁目６番21号 石 川島建材工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−146796（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−173599（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 11/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄骨鉄筋コンクリート造合成セグメント
   の引張力を負担する鉄骨材の継手において、 引張力を負担する鉄骨材の内側フランジの接合端部にそ
   の材軸方向と略直角な向きに凸条をなす接合用こぶが形
   成されており、接合するべき隣接の二つの合成セグメン
   トは前記接合用こぶ同士が突き合わされること、前記の
   ように突き合わされた二つの接合用こぶが略密接に納ま
   る形状、深さの凹部を形成された連結板が前記内側フラ
   ンジへ前記二つの接合用こぶを凹部に納めて双方の内側
   フランジに跨がる配置で当てがわれ、連結板及び内側フ
   ランジを共通に垂直な向きに貫通させた複数のボルト及
   び同ボルトへねじ込まれたナットにより締結されている
   ことを特徴とする、正曲げモーメントを受ける合成セグ
   メントの継手。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した接合用こぶは、鉄骨
   材に負荷される引張力に対して強度上必要十分な断面積
   を持つ大きさとされ、その引張り方向前側の端面は引張
   力に対して略直角乃至は若干の角度後方側へ傾斜されて
   おり、連結板の凹部も引張力に対して垂直な壁面は引張
   力に対して直角乃至は若干の角度後方側へ傾斜されてい
   ることを特徴とする、正曲げモーメントを受ける合成セ
   グメントの継手。