JP4066298B2

JP4066298B2 - 緩衝材挿入型継手

Info

Publication number: JP4066298B2
Application number: JP2000081373A
Authority: JP
Inventors: 正人本多; 浩戸井田; 真之藤井; 弘三藤井
Original assignee: Hayakawa Rubber Co Ltd; JFE Metal Products and Engineering Inc; Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Current assignee: Hayakawa Rubber Co Ltd; JFE Metal Products and Engineering Inc; Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: JP2001262980A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば上下水道などのシールドトンネルの構築のために用いられるセグメントの継手の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばシールドトンネルとして用いられるセグメントは、トンネルの軸方向のみならず、トンネルの円周方向にも複数個に分割されたセグメントピースを、軸方向のみならず円周方向ににも締結しつつセグメントリングとして組立てる。この円周方向の締結に用いられる継手について、出願人は、既に特許出願を行っている（特願平７−１８７３５１号公報）。この出願に係る継手においては、一方のセグメントピースの継手面に設けられた雄継手が、他方のセグメントピースの継手面に設けられた雌継手へ嵌入されて締結が行われる。
【０００３】
この継手の拡大図を図１０に示す。すなわち、雄継手１０１は断面が概略Ｔ字状を成し、雌継手１０３は断面が概略Ｔ字状の溝１０５を有する。雄継手１０１のＴ字状を構成するウェブ部分１１１は嵌入が進む方向（図中下方向）にしたがって短くなっており、逆に、雌継手１０３の溝１０５のＴ字状のフランジ部分１１３を構成する顎部分１１５が、嵌入が進む方向にしたがって厚くなる。
【０００４】
このような二つのテーパー形状のくさび効果により、嵌入の際に、雌継手１０３と顎部分１１５は互いに接触し、ウェブ部分１１１に張力が発生する。この張力により、２つのセグメントピースの継手面は、十分に大きな力で引きつけられ締結が行われるものである。
このような継手は、セグメントの組立作業が簡単になるなどの利点を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、雄金具ウェブ部に適正な張力を導入できるようにするためには、金型製作精度を非常に高くすることが必要であり、実際の製作上は難かった。
【０００６】
また、嵌入の際に雄継手１０１の一部が塑性変形を起こして誤差を吸収するように工夫することも考えられるが、塑性変形した後は、もはや十分な反発力を有さず、よって十分な張力を発揮しないので不適当である。
この発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、継手の誤差を吸収し、かつ、十分な張力を締結部に導入できる継手構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、第一の発明は、継手面の一方に設けられ断面が概略Ｔ字状の雄継手と、継手面の他方に設けられ前記雄継手が嵌入する断面が概略Ｔ字状の溝を有する雌継手と、前記嵌入が進むに従って前記雄継手の概略Ｔ字状を構成するフランジ部分と前記雌継手の溝の概略Ｔ字状を構成するフランジ部分とが接近するよう形成されたテーパー形状と、前記両フランジ部分の少なくともいずれかに設けられ前記接近により接触を生じて前記雄継手に張力を発生する緩衝材と、この緩衝材を構成するため前記フランジ部分で前記嵌入方向に配置された金属管材と、を有することを特徴とする緩衝材挿入型継手である。
【０００８】
第二の発明は、更に、前記金属管材は、鋼管で、ゴム材に埋め込まれた状態であることを特徴とする緩衝材挿入型継手である。
【０００９】
第三の発明は、更に、前記テーパー形状は、雄継手の概略Ｔ字状を構成するウェブ部分が前記嵌入が進む方向に従って短くなることで、形成されたことを特徴とする緩衝材挿入型継手である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を、図１乃至図４において説明する。
まず、図２は、この実施形態に係る継手が用いられるシールドセグメント１の全体斜視図である。円周方向に分割された５つのセグメントピースＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｋが、それぞれ、この実施形態に係る継手により締結され、リング体３が形成される。このリング体３は更に軸方向に締結される。なお、リング体３間の締結は別の継手によって行われる。
【００１１】
図３に、図２のシールドセグメント１を構成するセグメントピースＢ１、Ｋ、Ｂ２を周方向に締結するための継手の構造を示す。これらのセグメントピースＢ１、Ｋ、Ｂ２は、鋼材とコンクリートからなる合成セグメントである。コンクリート躯体５の内部には、コンクリートとの食い付きをよくするための突起７が設けられた鋼板９が周方向に配置され、この鋼板９の両端部に継手１１、１３が溶接され、コンクリート面から露出される。
【００１２】
図３、図１に示すように、継手には雄継手１１と雌継手１３とがあり、共に概略Ｔ字状の断面を成し、嵌入が行われるように設計される。雄継手１１のＴ字状を構成するウェブ部分１５は、嵌入が進む方向、すなわち図３中の略左方向にしたがって短くなっており、逆に、雌継手１３の溝１７のＴ字状のフランジ部分を構成する顎部分１９が、嵌入が進む方向にしたがって厚くなる。これによって、雄継１１および雌継手１３がそれぞれテーパー形状を成し、これらのテーパー形状（１５）（１９）により、嵌入の際に楔効果が得られ、しっかりとした締結が図られる。
【００１３】
また雄継手１１のＴ字状のフランジ部分２１のうちウェブ部分１５に向いている面２３には、緩衝材２５が配置される。この緩衝材２５は図５（Ｃ）に示すように、全体がゴム製で長方形の断面を有し、中央に鋼管２７が配置され、周囲をゴム材２９が取り囲む。長方形の一方の端面には鋼板３１が取り付けられる。鋼板３１により、フランジ部分２１への取付が容易になり、力の伝達を均一にし、変形特性を安定したものにできる。
【００１４】
このような緩衝材２５を設けることにより、後述するように、ゴム材単体の場合より堅く、鋼材単体の場合より柔らかい状態で、弾性が保てる緩衝材とすることができる。これにより雄継手１１や雌継手１３の誤差、すなわち製造時の誤差や取付誤差などを吸収でき、かつ、十分な圧縮力を受けられ、反作用としてウェブ部分１５に十分な張力を導入できる。
【００１５】
図４はこのようなセグメントピースＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｋが締結される配置図を、シールドセグメント１の展開図として表したものである。各リング体３についてそれぞれ５種類のセグメントピースＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｋが設けられる。なお、図中のＭは雄継手を表し、Ｆは雌継手を表す。
【００１６】
これらのセグメントピースのうちＡ１型Ａ２型は、共に展開図が長方形であり、雄継手Ｍと雌継手Ｆの配置のみが異なる。Ｂ１型とＢ２型は、共に台形であり、台形のうち２つの角は直角となって、この直角に挟まれたまっすぐな辺が前記Ａ１型またはＡ２型のセグメントピースに接する継手面となる。Ｂ１型Ｂ２型の台形の斜辺は、共にＫ型のセグメントピースの斜辺に接する継手面となる。このＫＡ型は２つの斜辺を有する台形であり、５つのセグメントピースのうち最後に圧入力が与えられて押し込まれ締結が行われ、リング体３が完成する。
【００１７】
各リング体３は、円周方向に所定量だけずらされ、このずらしが千鳥状に行われる。この千鳥状のずらしにより、継手面が一列にならんでしまい全体の強度を弱めてしまうのを避ける。
【００１８】
この実施形態に係る緩衝材２５の性能を図５、図６、及び図７において説明する。図５の（Ｃ）がこの実施形態に係る緩衝材２５であり、他の（Ａ）（Ｂ）（Ｄ）は比較のために実験に用いた緩衝材である。このうち（Ａ）は（Ｃ）と同じ断面を用いすべて鋼材としたものである。（Ｂ）は鋼管単体を緩衝材としたものである。（Ｄ）は（Ｃ）と同じ断面のすべてゴム材としたものである。
【００１９】
これらの緩衝材をもとに圧縮試験をした結果を図６に示す。この試験結果からわかるように（Ａ）の鋼材のみの場合には、大きな圧縮力を加えても変位が極めてわずかであり、更に大きな圧縮力を加えると降伏点をむかえて塑性変化を起こしてしまう。したがって、継手に大きな誤差、例えば１ｍｍ程度の製造誤差あるいは取付誤差がある場合に、とても吸収できるものではなかった。また（Ｂ）のゴム単体の場合には、小さな圧縮力で大きな変位を生じてしまい、十分な圧縮力をくわえることができなかった。十分な圧縮力に耐えるためには、力を受ける面積が大きくする必要があり、全体として継手が大きくなりすぎるものであった。
【００２０】
これに対し（Ｂ）の鋼管の場合、および（Ｃ）（この実施形態に係る鋼管２７とゴム材２９からなる緩衝材）の場合には、共にゴム単体（Ｄ）より堅く、鋼材（Ａ）よりも柔らかく、弾性が保てる緩衝材となった。すなわち、設計誤差や取付誤差を吸収するのに必要な所定の変位量に対する圧縮力が、ゴム材より大きくでき、継手をそれほど大きくせずに済む。また、そのような所定の変位量に対して、鋼材のように降伏せずに弾性を維持できる。
【００２１】
（実施形態の作用効果）
以上のように、鋼管２７は、弾性範囲内において、鋼材より柔らかくゴム材より堅い。このため継手の設計誤差を吸収し、かつ、十分な張力を発揮できる緩衝材挿入継手となる。
【００２２】
また、鋼管単体の場合に比べ鋼管２７がゴム材２９に埋め込まれることにより、ゴム面が露出し金属などへの接着が比較的容易となって、フランジ部分２１への取り付けが簡単になる。また、ゴム材２９が介在することにより力の伝達が一様になることが期待される。更に、このゴム材２９の働きで止水効果が発揮されることも期待される。また、高い圧縮力に絶えられる特殊なゴムも存在するが、コストが高くなってしまうことに比べ、安価な緩衝材２５となり、継手全体のコストを低くできる。
【００２３】
（実施例）
以上の実施形態を、直径３８００ｍｍ、幅１０００ｍｍ、厚さ１５０ｍｍの下水道用トンネル向けシールドセグメント１の緩衝材２５をもつ継手１１、１３に実施した。雄継手１１として、厚さ６ｍｍ有効長さ４００ｍｍのものを用いることとした。
【００２４】
設計計算を実施した結果、雄継手１１のウェブ部１５には９００ｋｇｆ／ｃｍ２の初期張力が導入されれば、設計土水圧による発生応力度は、これ以下であるので、高剛性の継手が実現できることがわかった。
【００２５】
図５（Ｃ）の緩衝材２５を用いるとし、
１）±１ｍｍ程度の寸法誤差を吸収する。
２）ゴム材の応力緩和を考慮し応力緩和終了後でもウェブ部には９００ｋｇｆ／ｃｍ２以上の応力度が生じているものとする。
４）嵌合直後のウェブ応力度は、降伏点の８０％を超えない。
の諸条件を満足する緩衝材２５を設計した。図６の実験結果を基に、図７の結果が得られ、設計圧縮量を４．５ｍｍとすれば、目標仕様を満足することがわかった。
【００２６】
すなわち、緩衝材２５の設計圧縮量を４．５ｍｍとすれば、寸法誤差などにより、１ｍｍの増減があっても１４００〜９５０ｋｇｆ／ｃｍ２のウェブ張力が導入できる。これば、設計上必要な応力値９００ｋｇｆ／ｃｍ２以上であるし、また嵌入直後のウェブ部分１５の最大引っ張り応力は２０００ｋｇｆ／ｃｍ２であり材料降伏点の８０％を超えない。尚、図７の表の緩衝材圧縮応力度は、実験時の圧縮荷重を、緩衝材の断面積で割った値である。
【００２７】
緩衝材２５はセグメントピースの養生完了後に工場で雄継手１１に取り付けた。Ｂ型−Ｋ型ピース間の継手１１、１３は、Ｋ型ピースの挿入角を考慮し、Ａ型−Ａ型ピース間、Ａ型−Ｂ型ピース間とは別の形状のものを用いいるのが望ましいが、この２種類の継手で、継手部の楔角が変わってもよいとすれば、１種類の形状の継手１１、１３で兼用することもできる。
【００２８】
また、リング体間の継手としては、別のワンタッチ式の金具を用いた（図示は省略）。セグメント組立ては、図４で示す、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｋの順に行ったが、ピース間の嵌合に必要な押込み力は、継手１個所当たり１０ｔｆ程度で小さく、セグメントにクラックなどを生じさせずに組立てることができた。
【００２９】
（他の実施形態）
以上の実施形態においては、雄継手１１に取り付けられる緩衝材２５は、ゴム材２９に鋼管２７が埋め込まれた状態のものであった（図５（Ｃ））であるが、他の実施形態においては、鋼管のみの緩衝材（図５（Ｂ）参照）であっても良い。この場合に、雄継手１１のフランジ部分２１への取付は、例えば図８（Ａ）に示すようにフランジ部分に半円筒状のくぼみ３３を設け、そのくぼみ３３へ鋼管３５を嵌合し溶接や接着などで取り付けたり、あるいは同図（Ｂ）に示すように、鋼管３５の一部をつぶして平にし、この平の面３７をフランジ部分２１へ溶接や接着などで取り付けることも可能である。また同図（Ｃ）に示すように、鋼管３５の長手方の両端をつぶして偏平にし、この偏平部分３９にボルト孔を開けボルト４１による取り付けを行うことも可能である。
【００３０】
また、以上の実施形態においては、緩衝材２５は雄継手１１のＴ字状を構成するフランジ部分２１に取り付けられたが、他の実施形態においては、雌継手１３の溝のＴ字状を構成する顎部分１９へ取り付けても構わない。
【００３１】
また、以上の実施形態においては、図５（Ｃ）に示すように断面の一方の端面に鋼板３１がはりつけられるものであったが、他の実施形態においては、例えば図９（Ａ）に示すように、断面の両端面に鋼板３１、３１がはりつけられるものとすることが可能である。両端面に鋼板３１をはりつけることで、この鋼板３１へ圧縮力を受けることで、鋼管２７やゴム材２９に対し均一に力を伝達することが可能となる。また、同図（Ｂ）に示すようにこのような鋼板をまったく設けないことも可能である。
【００３２】
また、同図（Ｃ）に示すように、緩衝材２５の断面において鋼管２７を偏在させ、鋼管２７の一部をゴム材２９から露出させることが可能である。この露出位置は、相手方の継手の接触面に露出するようにする。
このような緩衝材２５は、型を用いた加硫時に、鋼管２７を型内に配置して、製造する。
【００３３】
また、以上の実施形態においては、継手によって締結されるのはセグメントピースであったが、他の実施形態では、他の構造物や機械部分であっても良い。
また、以上の実施形態においては、金属管材として鋼管を用いたが、他の実施形態においては、例えばステンレス管などの他の金属管材であっても良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この第１、２、または３の発明によれば、緩衝材として金属管材を用い、金属管材は鋼材より柔らかくゴム材より堅く、弾性が保てるものである。このため継手の設計誤差を吸収し、かつ、十分な張力を発揮できる緩衝材挿入継手を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る緩衝材挿入型継手の働きを示すもので、（Ａ）は雄型が雌型へ嵌入される初期の状態を示す図（Ｂ）は嵌入が完了した状態を示す図である。
【図２】図１の継手により締結されたシールドセグメント全体の斜視図である。
【図３】図２のシールドセグメナントを構成するセグメントピースを示す斜視図である。
【図４】図２の展開図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）はこの実施形態の効果を示す実験に用いられた緩衝材の試験材を示すものである。
【図６】図５の試験材を用いた圧縮試験の結果を示すグラフ図である。
【図７】図６の結果を整理するための表である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は他の実施形態の雄継手を示す図である。
【図９】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は他の実施形態における緩衝材を示す断面図である。
【図１０】従来の継手を構成する雄継手と雌継手の斜視図である。
【符号の説明】
１シールドセグメント
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｋセグメントピース
３リング体
５コンクリート躯体
７突起
９鋼板
１１雄継手
１３雌継手
１５ウェブ部分
１７溝
１９顎部分
２１フランジ部分
２５緩衝材
２７鋼管
２９ゴム材
３１鋼板

Claims

継手面の一方に設けられ断面が概略Ｔ字状の雄継手と、継手面の他方に設けられ前記雄継手が嵌入する断面が概略Ｔ字状の溝を有する雌継手と、前記嵌入が進むに従って前記雄継手の概略Ｔ字状を構成するフランジ部分と前記雌継手の溝の概略Ｔ字状を構成するフランジ部分とが接近するよう形成されたテーパー形状と、前記両フランジ部分の少なくともいずれかに設けられ前記接近により接触を生じて前記雄継手に張力を発生する緩衝材と、この緩衝材を構成するため前記フランジ部分で前記嵌入方向に配置された金属管材と、を有することを特徴とする緩衝材挿入型継手。
前記金属管材は、鋼管で、ゴム材に埋め込まれた状態であることを特徴とする請求項１に記載の緩衝材挿入型継手。
前記テーパー形状は、雄継手の概略Ｔ字状を構成するウェブ部分が前記嵌入が進む方向に従って短くなることで、形成されたことを特徴とする請求項１、または２に記載の緩衝材挿入型継手。