JP4528326B2 - ハット型鋼矢板の形状設定方法 - Google Patents
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本願発明においてハット型鋼矢板とは、
幅Bf[mm]のフランジ、フランジの両端に接続され互いに線対称関係にある幅Bw[mm]のウェブ、ウェブのフランジが接続されていない端部に接続されたフランジとほぼ平行なアーム、アームのウェブが接続されていない端部に接続された継手から構成された鋼矢板を意味する。
図1は、ハット型鋼矢板の有効幅B[mm]、高さH[mm]、フランジ幅Bf[mm]、ウェブ幅[Bw]、フランジ厚みt[mm]をそれぞれ示したものである。尚、鋼矢板の有効幅Bは、左の継手の嵌合中心から右の継手の嵌合中心までの距離である。
鋼矢板は、継手を介して複数の鋼矢板を連結することによって鋼製の壁を構成するように用いられるため、鋼矢板の有効幅(B[mm])を広くするとことによって施工枚数を減少させることは経済的に大きなメリットを提供できるものである。しかしながら従来の鋼矢板は有効幅がせいぜい600mmであった。
また、鋼矢板に対してはその用途に応じて所定の断面剛性が要求される。断面剛性は断面二次モーメントI[cm4/m](=断面積×(鋼矢板重心軸までの距離)2)としてとして計算され、一般的にはI>6,000[cm4/m]であるが、同じ断面剛性の鋼矢板であれば鋼矢板単位重量W[kg/m2](鋼矢板壁面単位面積当たりの鋼矢板重量)が小さいもの、すなわち断面性能(I/W)に優れたものが経済的である。
そこで、有効幅が700mm以上で施工枚数を減少させることができかつ、従来以上の断面性能を有する鋼矢板が切望されていた。
建築施工法ポケットブック 243頁 昭和37年2月20日株式会社オーム社発行
断面剛性は断面二次モーメントI[cm4/m](=断面積×(鋼矢板重心軸までの距離)2)として計算することができる。
(Jx:断面二次モーメント、y:重心軸からの距離、A:断面積)
Bf≦0.0005×B2−0.05×B・・・・・(1)
−0.073×B+0.0043×I+230≦H≦380・・・・(2)
また、第2発明では、第1発明のハット型鋼矢板の形状設定方法において、更に以下の条件を満足するようにハット型鋼矢板の形状を設定することを特徴とする。
Bf×0.6≦B−Bf−Bw×2≦Bf×1.1
また、第3発明では、第2発明のハット型鋼矢板の形状設定方法において、断面二次モーメントが9,500〜10,500[cm4/m]となるように、有効幅B[mm]、フランジ幅Bf[mm]、高さH[mm]が、更に以下の条件を満たすようにハット型鋼矢板の形状を設定することを特徴とする。
890≦B≦920、 280≦Bf≦350、 210≦H≦350
ある所定の断面二次モーメント(I[cm4/m])と所定の有効幅(B[mm])を与えるハット型鋼矢板の形状に対して、鋼矢板の高さ(H[mm])を高く、フランジ幅(Bf[mm])を小さく、フランジとその両側のウェブとにより形成される溝側において、アームの溝側延長面Fとウェブがなす角度θ [degree] (ウェブ角度)を小さくすることによって、同じ断面二次モーメント(I)と有効幅(B)でありながら高さやフランジ幅の異なる別形状のハット型鋼矢板を準備することができる。ある所定の断面二次モーメント(I[cm4/m])と所定の有効幅(B[mm])を与える、異なる高さのハット型鋼矢板の概要図を図3に示す。
検討に当たって、断面二次モーメント(I[cm4/m])は前述した方法で求めた。
また、所定の断面二次モーメント(I[cm4/m])と所定の有効幅(B[mm])を与える複数のハット型鋼矢板断面形状は、次のステップで決定した。
所定のハット型鋼矢板の断面二次モーメント(I[cm4/m])として、10,000[cm4/m]、25,000[cm4/m]、45,000[cm4/m]を選んだ。
また、所定のハット型鋼矢板の有効幅(B[mm])として、700mm、750mm、800mm、850mm、900mm、1,000mmを選んだ。
図4は、断面二次モーメントI=10,000[cm4/m]の場合を示すものであり、図中の近似直線よりも下側であればI>470W−38,000を満足する結果が得られた。即ち、本願発明者は有効幅(B[mm])とフランジ幅(Bf[mmm])がBf/B≦0.0005B−0.05、即ち、Bf≦0.0005B2−0.05B
の関係を満足すれば従来の断面性能よりも優れた、すなわちI>470W−38,000となるハット型鋼矢板を提供することができることを見出したのである。
所定の断面二次モーメント(I[cm4/m])と所定の有効幅(B[mm])を与えるハット型鋼矢板について高さを変えて見出される、従来の断面性能よりも優れている形状は、Bf/B≦0.0005B−0.05 (Bf≦0.0005B2−0.05B)を満足することは先に述べたとおりであるが、発明者は、この形状の有効幅(B[mm])と鋼矢板高さ(H[mm])についても関係があることを見出した。
図5は、所定の断面二次モーメント(I[cm4/m])と所定の有効幅(B[mm])で、I>470W−38,000となるハット型鋼矢板について、有効幅(B[mm])と高さ(H[mm])下限の関係を示したものである。
即ち、発明者は鋼矢板の高さ(H[mm])が「−0.073×B+0.0043×I+230≦H」を満足し、かつBf/B≦0.0005B−0.05を満足すれば従来の断面性能よりも優れた、すなわちI>470W−38,000となるハット型鋼矢板を提供することができることを見出した。
Bf×0.6≦B−Bf−Bw×2≦Bf×1.1
「Bf×0.6≦B−Bf−Bw×2≦Bf×1.1」とすることで、重心軸が鋼矢板高さの概ね半分の位置にくるようにすることが可能である。
通常、バイブロハンマーのチャッキング装置は200〜250[mm]の幅がある。そこで、フランジ幅(Bf[mm])については、鋼矢板を打設する際に用いられるバイブロハンマーがハット型鋼矢板のフランジ部分をチャッキングすることができるように、前記通常のチャッキング装置の最小幅200[mm]〜250[mm]を考慮し、余裕代を考慮して280[mm]以上であることが望ましい。
まず、フランジ幅Bf[mm]が280≦Bf≦350であれば常に、「280≦Bf≦0.0005×B2−0.05×B」を満足する。また、高さH[mm]については、210[mm]以上であれば常に、「−0.073×B+0.0043×I+230≦H≦380」を満足する。高さH[mm]の上限については380[mm]以下であれば製造可能であるが、より製造しやすくするために350[mm]を上限として設定することができる。その上で、Bf×0.6≦B−Bf−Bw×2≦Bf×1.1となるようにフランジ幅、高さを仮決定し、断面二次モーメントを算出した結果、断面二次モーメントが9,500〜10,500[cm4/m]に不足していれば、高さを大きくするか、フランジ角度を大きくする方向で調整し、再計算を繰り返すことで所定値の断面二次モーメントに近づけ、逆に計算した断面二次モーメントが9,500〜10,500[cm4/m]を超えていれば、高さを小さくするか、フランジ角度を小さくする方向で調整することにより、最終的な形状に絞り込んでいく。
(1) 鋼矢板の有効幅(B[mm])
700≦B≦1200
(2) 鋼矢板のフランジの幅(Bf[mm])
280≦Bf≦0.0005×B2−0.05×B
Bf×0.6≦B−Bf−Bw×2≦Bf×1.1
(3) 鋼矢板の高さ(H[mm])
−0.073×B+0.0043×I+230≦H≦380
ハット型鋼矢板は、ブルームまたはスラブと呼ばれる鋼片を、加熱炉で約1250℃前後に加熱した後、圧延することで製造される。鋼矢板の圧延は複雑な形状の孔型と呼ばれるロールの間を何回も通過する間に、方形の鋼片から徐々に成形が重ねられて最終の断面形状へ近づけられる。最終断面形状へ成形された鋼矢板は、高温の状態で所定の製品長さに切断され、冷却される。その後、ローラー矯正機やプレス矯正機をとおり、圧延時に生じた曲がり・そりなどを矯正し、最終商品となる。
尚、断面二次モーメントは前述の式によって求めた。
一方、上記(1)、(2)、(3)のいずれかの条件を満足していない例については、従来よりも断面性能が劣っていた。
2:フランジ
3:ウェブ
4:アーム
5:継手
6:U型鋼矢板
Claims (3)
- フランジ厚みが10mm以上28mm以下、有効幅Bが700mm以上1200以下で、バイブロハンマーのチャッキング装置がチャッキングすることができ大きくても下記条件により設定される値の幅Bf[mm]のフランジ、フランジの両端に接続され互いに線対称関係にある幅Bw[mm]のウェブ、ウェブのフランジが接続されていない端部に接続されたフランジとほぼ平行なアーム、アームのウェブが接続されていない端部に接続された継手からなる、所定の断面二次モーメントI[cm4/m]、所定の有効幅B[mm]、所定の高さH[mm]を有するハット型鋼矢板の形状設定方法であって、前記所定の断面二次モーメントI[cm4/m]と有効幅B[mm]を設定した後、鋼矢板の高さH[mm]と、アームの溝側延長面とウェブがなす角度θ[degree]を調整して、前記所定の断面二次モーメントとするにあたり、フランジ幅Bf[mm]と有効幅B[mm]との下記関係式(1)と、断面二次モーメントI[cm4/m]と鋼矢板の高さH[mm]と有効幅B[mm]との下記関係式(2)を満足するようにハット型鋼矢板の高さH[mm]を調整してハット型鋼矢板の形状を設定することを特徴とするハット型鋼矢板の形状設定方法。
Bf≦0.0005×B2−0.05×B・・・・・(1)
−0.073×B+0.0043×I+230≦H≦380・・・・(2) - 更に以下の条件を満足するようにハット型鋼矢板の形状を設定することを特徴とする請求項1に記載のハット型鋼矢板の形状設定方法。
Bf×0.6≦B−Bf−Bw×2≦Bf×1.1 - 断面二次モーメントが9,500〜10,500[cm4/m]となるように、有効幅B[mm]、フランジ幅Bf[mm]、高さH[mm]が、更に以下の条件を満たすようにハット型鋼矢板の形状を設定することを特徴とする請求項2に記載のハット型鋼矢板の形状設定方法。
890≦B≦920、 280≦Bf≦350、 210≦H≦350
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