JP6924999B1 - 山留材の接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】作業効率を改善して大幅な省力化、工期短縮および工費削減を実現できる、山留材の接合構造を提供すること。【解決手段】添接板を使用せずに複数の高力ボルトで材軸方向に突き合せた第１山留材１０Ａと第２山留材１０Ｂの端部の間を連結する接合構造であって、第１山留材１０Ａおよび第２山留材１０Ｂの端面に端板１６を全周溶接により固着し、端板１６の板厚は第１山留材および第２山留材のフランジ厚より厚い寸法関係にあり、接合面を当接させて配置した一対の端板１６，１６間に大きな圧縮力を生じ得るように、一対の端板１６，１６間を複数の高力ボルト２０で締結し、端板１６の曲げ強度度と複数の高力ボルト２０に導入した軸力により、一対の端板１６，１６間に作用する曲げ力とせん断力に対抗し得るように構成した。【選択図】図２

Description

本発明は腹起、切梁、支持杭、中間杭、ＳＭＷ工法等の山留壁の芯材等の鋼材の接合に適用する引張接合技術に関し、特に少ないボルト本数で以て強力に接合できる山留材の接合構造に関する。

一般的な山留工事において使用される山留材は、高剛性のＨ型鋼からなり、鋼材を延長する場合は添接板を含むボルト継手を介して山留材の端部間を連結している。

図７を参照して従来の山留材の接合方法について説明する。
図７（Ａ）は切梁での使用形態を示し、（Ｂ）は腹起での使用形態を示している。
何れの形態にあっても、２本の山留材１０Ａ，１０Ｂの隣り合うフランジの外面間に添接板４０を掛け渡し、フランジと添接板４０間に挿通させた多数の連結ボルト４１を取り付けて連結している。
図７（Ｃ）は杭体または山留壁の芯材に適用した形態を示していて、Ｈ型鋼のフランジの内外面間とウェブの両面間に挟持するように２枚の添接板４０，４０を配置し、多数の連結ボルト４１を取り付けて連結している。

従来のボルト継手は、山留材１０Ａ，１０Ｂと添接板４０との接触面に生じる摩擦力を利用した摩擦接合(１面摩擦または２面摩擦)または支圧接合によるもので、その摩擦力は接合面の摩擦係数と連結ボルト４１の軸力に依存し、連結ボルト４１は要求される軸力やせん断力の大きさに応じて普通ボルトと高力ボルト（ハイテンションボルト）の使い分けをしている。

特開２０１７−５７６５３号公報 実用新案登録第３０１５９０７号 特開２００７−１２００９７号公報

摩擦接合または支圧接合に基づく従来の山留材の接合技術にはつぎのような問題点がある。
＜１＞従来は一箇所の継手に、多数枚の添接板４０と数十本から数百本単位の連結ボルト４１を使用するために接合部材数が非常に多いことにくわえて、ボルト本数分だけボルト孔の位置合わせとボルト締付作業を繰り返し行う必要がある。
そのため、作業効率が悪く、山留材の接合作業に要する労力と時間の負担が非常に大きい。
＜２＞作業員の高齢化と人手不足の問題が解決されないなか、多発する災害現場だけでなく一般の建設工事現場においても、作業員不足の問題がますます深刻化している。
そのため、多くの労力と時間を要する従来の摩擦接合または支圧接合に基づくボルト継手は、山留工事の遅延化と工事費高騰の一因になっていて、その改善技術の提案が切望されている。

本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところは、作業効率を改善して大幅な省力化、工期短縮および工費削減を実現できる、山留材の接合構造を提供することにある。

本発明は、材軸方向に突き合せたＨ型鋼製の第１山留材とＨ型鋼製の第２山留材の端部間を、添接板を使用せずに複数の高力ボルトで連結する山留材の接合構造であって、前記第１山留材および第２山留材の端面にボルト孔を開設した端板を全周溶接により固着し、前記端板の板厚は第１山留材および第２山留材のフランジ厚より厚い寸法関係にあり、接合面を当接させて配置した一対の端板間に大きな圧縮力を生じ得るように、一対の端板間を複数の高力ボルトで締結し、前記端板の曲げ強度と複数の高力ボルトに導入した軸力により、一対の端板間に作用する曲げ力とせん断力に対抗し得るように構成した。
本発明の他の形態において、前記端板の母材にＳＳ材、ＳＭ材またはＳＮ材の何れか１種を用いる。
本発明の他の形態において、前記第１山留材および第２山留材の母材にＳＳ材を用い、前記端板の母材にＳＭ材を用いることが好適である。
本発明の他の形態において、前記端板の板厚がフランジの板厚の１．１〜５倍の厚さであることが望ましい。
本発明の他の形態において、前記第１山留材および第２山留材のウェブの側面と端板との間にフランジと平行に向けたリブを設置して補強してもよい。
本発明の他の形態において、前記山留材が腹起、切梁、杭体、山留壁の芯材の何れか一種である。

本発明は少なくともつぎのひとつの効果を奏する。
＜１＞端板と複数の高力ボルトの組み合わせによる引張接合により第１および第２山留材の端部間を連結できて、第１および第２山留材の接合部に作用する圧縮力、せん断力および曲げ力に対抗できて良好な接合状態を維持できる。
＜２＞従来の摩擦接合のような複数の添接板や多数本の連結ボルトが一切不要であり、現場では突き合せた一対の端板間を複数の高力ボルトで締結するだけである。
そのため、現場における作業時間と労力を大幅に低減できて、大幅な省力化、工期短縮および工費削減を実現できる。
＜３＞従来の摩擦接合や支圧接合で用いていた連結ボルトや添接板等の鋼材の使用量を削減できるので、環境負荷の抑制にも貢献することができる。
＜４＞第１および第２山留材の連結部の外面に添接板や連結ボルト等の突起物が残らず、フラットな形状となるので、山留材の使用がし易くなる。

本発明に係る山留材の接合構造の分解組立説明図 図１における縦断面図 図２におけるIII−IIIの縦断面図 図２におけるＩＶ−ＩＶの縦断面図 高力ボルトの配置形態の説明図で、（Ａ）は図２におけるＶ−Ｖの縦断面図、（Ｂ）は高力ボルトの他の配置形態の説明図 山留材の接合部の強度評価の説明図 従来の山留材の使用例の説明図であり、（Ａ）は切梁での使用形態の説明図、（Ｂ）は腹起での使用形態の説明図、（Ｃ）は支持杭または山留壁の芯材での使用形態の説明図

以下に図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。

＜１＞山留支保工用山留材の接合構造
図１〜６を参照しながら材軸方向に突き合せた第１山留材である山留材１０Ａと第２山留材である山留材１０Ｂの接合構造について説明する。

本発明は添接板を使用せずに「引張接合」を適用した継手構造であり、各山留材１０Ａ，１０Ｂの端面に高剛性の端板１６，１６を予め固着しておき、接面させた両端板１６，１６間を複数の高力ボルト２０で締結して連結する。

＜２＞山留材
山留材１０Ａ，１０Ｂは、例えば腹起、切梁、支持杭、中間杭、ＳＭＷ工法等の山留壁の芯材等に適用可能な鋼材である。
山留材１０Ａ，１０Ｂは、Ｈ型鋼製の主材１５と、主材１５の端面に溶接により一体に固着した矩形の端板１６と、主材１５の端面と端板１６の間に跨って溶接により一体に固着したリブ１７とからなる。

＜２．１＞主材
主材１５はＨ型鋼であり、ウェブ１１と、ウェブ１１の両端に形成した一対のフランジ１２，１３を有する。

＜２．２＞端板
端板１６は２本の山留材１０Ａ，１０Ｂの端部間を接合するための接続板としての機能と、主材１５の端部の変形を抑制するための補強板としての機能を併有した高強度の板体である。
端板１６は複数のボルト孔１６ａを有する。
一対の端板１６，１６を接合したときの密着性を高めるため、各端板１６の接合面１６ｂは高い平面度に形成してある。

＜２．３＞主材と端板の材質
主材１５の母材にはＳＳ材（一般構造用圧延鋼材）を用いる。
端板１６の母材には主材１５の断面寸法や端板１６の板厚等を考慮して、ＳＳ材、ＳＭ材（溶接構造用圧延鋼材）またはＳＮ材（建築構造用圧延鋼材）の何れか１種を用いる。

ＳＳ材にはＳＳ４００／ＳＳ４９０／ＳＳ５４０を使用できる。
ＳＭ材にはＳＭ４９０Ａ，Ｂ，Ｃ／ＳＭ４９０ＹＡ，ＹＢ／ＳＭ５２０を含み、ＳＮ材にはＳＮ４００Ａ，Ｂ，Ｃ／ＳＮ４９０Ａ，Ｂ，Ｃを使用できる。

経済性、加工性、溶接性を考慮すると、主材１５にＳＳ材を用い、端板１６にＳＭ材を用いる組合せが好適である。

＜２．４＞端板の板厚
図４を参照して説明すると、端板１６の板厚ｔ_１はフランジ１２，１３の板厚ｔ_２より大きい寸法関係にある。
端板１６の板厚ｔ_１をこのような寸法関係にしたのは、山留材１０Ａ，１０Ｂの接合部に曲げ力等の外力が作用したときに、端板１６における高力ボルト２０の設置個所の応力集中を緩和するためである。

端板１６の板厚ｔ_１がフランジ１２，１３の板厚ｔ_２と同厚または薄厚であると、端板１６の強度が不足して主材１５の端部と端板１６とに降伏変形が生じ易くなる。
実用上、端板１６の板厚ｔ_１はフランジ１２，１３の板厚ｔ_２の１．１〜５倍程度の厚さがあれば、主材１５の端部と端板１６そのものの降伏変形を回避することができる。
端板１６の板厚ｔ_１がフランジ１２，１３の板厚ｔ_２の１．１倍を下回ると、端板１６の強度が不足し、端板１６の板厚ｔ_１がフランジ１２，１３の板厚ｔ_２の５倍を超えると端板１６の重量が増すだけで強度的に変化がみられない。
主材１５がＳＳ材で端板１６がＳＭ材の組合せを採用した場合、端板１６の板厚ｔ_１はフランジ１２，１３の板厚ｔ_２の１．４〜２．５倍の厚さがあればよい。

＜２．５＞主材と端板の固着手段
端板１６は主材１５の端面に溶接により固着する。
主材１５の端面と端板１６間の溶接は部分溶接ではなく、主材１５の輪郭形に沿って連続した全周溶接とする。
主材１５と端板１６の固着手段に全周溶接を採用するのは、山留材１０Ａ，１０Ｂの接合部に作用する曲げ力（引張と圧縮）とせん断力に対抗し得るようにするためである。
溶接はスミ肉溶接やパーシャル溶接でもよいが、固着強度を高めるためにプルペネ溶接が好適である。

端板１６に強度、靭性および溶接性に優れたＳＭ材を用いると、端板１６に溶接残留応力(溶接歪)が生じ難くなる。

＜２．６＞リブ
ウェブ１１の左右両側面と端板１６との間にフランジ１２，１３と平行な一対のリブ１７を設置する。
リブ１７は単数でもよいが、ウェブ１１の高さ方向に間隔を隔てて複数のリブ１７を多段的に設置してもよい。
リブ１７は端板１６とウェブ１１間の連結を補強する機能の他に、２本の山留材１０Ａ，１０Ｂの間に作用する対称軸方向の引張力に対する端板１６の変形抵抗（降伏抵抗）を高める機能を発揮する。
なお、リブ１７は必須ではなく、端板１６のみで十分な強度を確保できる場合はリブ１７を省略してもよい。

＜３＞高力ボルト
高力ボルト２０は重合させた２枚の端板１６，１６間を強力に圧接して「引張接合」をするためのハイテンションボルトであり、座金２１とナット２２を組み合わせて端板１６，１６間を接合する。

＜３．１＞引張接合とは
本発明では山留材１０Ａ，１０Ｂの接合手段として、端板１６と高力ボルト２０を組み合わせた「引張接合」を適用する。
引張接合とは、高力ボルト２０に大きな締付力を加えて端板１６，１６間に大きな圧縮力を生じさせ、ボルト軸方向に作用する引張外力がこれと打ち消し合う形で応力の伝達を行う接合方式である。
具体的には、端板１６の曲げ強度度と高力ボルト２０に導入した軸力を利用して、山留材１０Ａ，１０Ｂの接合部（端板１６，１６間）に作用する曲げ力（引張と圧縮）とせん断力に対抗し得るようにしたものである。

＜３．２＞引張接合を採用した理由
山留材１０Ａ，１０Ｂの接合手段として引張接合方式を適用したのは、従来の添接板を使用せずに、従来の摩擦接合または支圧接合と同等以上の接合強度を確保するためと、連結ボルトの使用本数を減らして連結作業を簡易化するためである。
さらに引張接合方式を適用したのは、山留材１０Ａ，１０Ｂの接合部における剛性低下を抑制すると共に、端板１６，１６の接合面１６ｂの離間（開き）を効果的に抑制するためである。

＜３．３＞高力ボルトの使用本数
図５に端板１６に対する高力ボルトの２０の設置例を示す。
図５（Ａ）は端板１６の上下左右の位置に４本の高力ボルト２０を設置した形態を示し、図５（Ｂ）は端板１６の斜め方向に交差させて８本の高力ボルト２０を設置した形態を示している。
高力ボルト２０の使用本数や設置間隔は山留材１０Ａ，１０Ｂの使途や接合面積等を考慮して適宜選択する。

＜４＞山留材の接合方法
図１〜３を参照して山留材１０Ａ，１０Ｂの接合方法について説明する。
本発明では、山留材１０Ａ，１０Ｂの端面に所定の板厚の端板１６を予め溶接して固着しておく。
両山留材１０Ａ，１０Ｂの端部の端板１６，１６を接面させて突き合せる。
重合させた山留材１０Ａ，１０Ｂの複数のボルト孔１６ａに高力ボルト２０を挿通し、ナット２２を螺着して所定のトルクに達するまで締め付ける。

このように重合させた端板１６，１６の間を複数本の高力ボルト２０で締結するだけで山留材１０Ａ，１０Ｂの接合を完了する。
従来のボルト継手のような複数枚の添接板の配設や添接板を取り付けるための多数本の連結ボルトの連結作業は一切不要である。
したがって、現場における山留材１０Ａ，１０Ｂの組立、解体作業が容易である。

＜５＞山留材の接合部の強度評価
図６を参照して山留材１０Ａ，１０Ｂの接合部の圧縮、せん断および曲げに対する評価について検討する。

＜５．１＞圧縮力
山留材１０Ａ，１０Ｂの接合部に軸方向へ向けた圧縮力が作用した場合、圧縮力は端板１６，１６の接合面を通じて伝達し合う。
圧縮力は端板１６，１６の接面方向に作用するので各端板１６，１６には変形も分離も生じない。

＜５．２＞せん断力
山留材１０Ａ，１０Ｂの接合部にせん断力が作用した場合、高力ボルト２０に導入した軸力（ボルト部のせん断抵抗）がせん断力に抵抗するので、高力ボルト２０にせん断破壊が生じない。
したがって、引張接合した端板１６，１６の間には摺動も分離も生じない。

＜５．３＞曲げ力
山留材１０Ａ，１０Ｂの接合部に下向きの曲げ力が使用した場合、山留材１０Ａ，１０Ｂの上側が圧縮領域となり、山留材１０Ａ，１０Ｂの下側が引張領域となる。

＜５．３．１＞高力ボルトへの影響
引張接合の場合、山留材１０Ａ，１０Ｂの接合部に曲げ力が作用すると、高力ボルト２０はその配設位置により軸力が変化する。
本例の場合では、上位の高力ボルト２０に圧縮力が作用し、下位の高力ボルト２０には引張力が作用する。

圧縮力が作用する上位の高力ボルト２０では高力ボルト２０に予め導入した軸力が多少減少するもの完全に消失することはない。

引張力が作用する下位の高力ボルト２０では、高力ボルト２０に予め導入した軸力に対して引張力が新たに加わるが、高力ボルト２０が高耐力に設定してあるため、下位の高力ボルト２０が破断する心配がない。

＜５．３．２＞端板への影響
さらに各端板１６，１６の板厚ｔ_１が応力集中を緩和し得る寸法に設定してあるので、主材１５の端部と端板１６，１６に降伏変形が生じず、その結果、引張接合した端板１６，１６の接合面が離間しない。
さらに各主材１５と各端板１６の接合部も全周溶接が施してあるので、主材１５と端板１６の溶接部が分離しない。

このように、山留材１０Ａ，１０Ｂの接合部の端板１６の剛性を高めつつ、重合させた端板１６，１６間を複数の高力ボルト２０で締結して引張接合とすることで、山留材１０Ａ，１０Ｂの接合部に作用する圧縮力、せん断力および曲げ力に対抗できて良好な接合状態を維持できる。
端板１６，１６間のみを高力ボルト２０で締結するだけであるので、現場における作業時間と労力を大幅に低減できて施工性を大幅に改善できて、工期の大幅短縮も可能である。

さらに山留材１０Ａ，１０Ｂのフランジ外面に従来の摩擦接合のような添接板や連結ボルト等の突起物が一切なくなるから、連結ボルトの使用本数や添接板等の鋼材の使用量を削減できて、環境負荷の抑制にも貢献できる。

１０Ａ・・・山留材（第１山留材）
１０Ｂ・・・山留材（第２山留材）
１１・・・・ウェブ
１２・・・・フランジ
１３・・・・フランジ
１５・・・・主材
１６・・・・端板
１６ａ・・・ボルト高
１６ｂ・・・端板の接合面
２０・・・・高力ボルト
２１・・・・座金
２２・・・・ナット

Claims (3)

1. 材軸方向に突き合せたＨ型鋼製の第１山留材とＨ型鋼製の第２山留材の端部間を、添接板を使用せずに複数の高力ボルトで連結する山留材の接合構造であって、
   前記第１山留材及びＨ型鋼製の第２山留材はリース材であり、
   前記第１山留材および第２山留材の母材にＳＳ材を用い、前記端板の母材にＳＭ材を用い、
   前記第１山留材および第２山留材の端面にボルト孔を開設した端板を全周溶接により固着し、
   前記端板の板厚は第１山留材および第２山留材のフランジ厚より厚い寸法関係にあり、
   接合面を当接させて配置した一対の端板間に大きな圧縮力を生じ得るように、一対の端板間を複数の高力ボルトで締結し、
   前記高力ボルトに締付力を加えて端板間に圧縮力を生じさせ、ボルト軸方向に作用する引張外力がこれと打ち消し合う形で応力を伝達し合い、前記端板の曲げ強度と複数の高力ボルトに導入した軸力により、一対の端板間に作用する曲げ力とせん断力に対抗し得る引張接合としたことを特徴とする、
   山留材の接合構造。
2. 前記端板の板厚がフランジの板厚の１．１〜５倍の厚さであることを特徴とする、請求項１に記載の山留材の接合構造。
3. 前記山留材が腹起、切梁、杭体、山留壁の芯材の何れか一種であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の山留材の接合構造。

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