JP7059034B2 - 鋼矢板 - Google Patents

Description

本発明は、土木建築分野において、土止めや水止めに用いられる鋼矢板に関し、特に仮設用に好適な鋼矢板に関するものである。

鋼矢板は、ハット形、Ｕ形、Ｚ形、直線形、Ｈ形などの様々な形状パターンを有するが、形状パターンに共通の特徴として、連結するための継手部を両端に有している。
このような鋼矢板の用途は大別して本設用と仮設用の二つがあり、本設用の鋼矢板は永久構造物として用いられるが、仮設用の鋼矢板は、主に本体構造構築の前の仮設土留め壁として使用されるものである。

本願において対象とするのは主として仮設に用いられる鋼矢板であり、このような仮設用の鋼矢板は、本体構造構築後は撤去され、別の現場において再び使用される。このため、利用の度に、地面への打ち込み及び引き抜きが繰り返される。
このように、複数回再利用される仮設施工に用いる鋼矢板においては、地中への打ち込み（打設）及び引き抜きが繰り返し行われる際、連結される継手部において鋼材同士の接触に起因する摩耗や変形が発生し、継手部が損傷して使用できなくなる懸念がある。

そこで、仮設用の鋼矢板に関し、耐摩耗性を考慮したものとしては、例えば特許文献１に「鋼矢板の爪先部及び首下部の、表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さが２００Ｈｖ以上であることを特徴とする鋼矢板。」が提案されている。
そして、特許文献１において、爪先部及び首下部の硬さを向上させる理由として、かかる部分が鋼材同士の接触や土砂による摩耗が生じ易い部位であるからとしている。

特開２０１５－４２７６７号公報

しかし、仮設用の鋼矢板の場合、複数回の使用という観点からすると、継手部の止水性に影響する爪先部の摩耗防止よりも、継手部の嵌合に影響する首下部の摩耗を防止して強度の低下を防止する方が重要である。
しかしながら、特許文献１では、継手部における爪先部を含む全体の摩耗防止を図るという考えであるため、強度を高めた継手部同士が篏合した際に、重要度の高い首下部の摩耗が却って進行しやすくなり、首下部（本願発明の爪首下部に対応）の変形防止を図ることができないという問題がある。

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、繰り返し地中へ打設される仮設用の鋼矢板にも適用できるように、継手部における爪首下部の摩耗が低減できる継手部を備えた鋼矢板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、継手部における爪先部及びその周辺部位の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さが、前記継手部における爪首下部の内面の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さよりも２０Ｈｖ以上低いことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記爪首下部の内面の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さが２００Ｈｖ以上であることを特徴とするものである。

本発明の鋼矢板は、継手部における爪先部及びその周辺部位の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さが、前記継手部における爪首下部の内面の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さよりも２０Ｈｖ以上低くなるようにしたので、地中への打ち込み施工中において、構造上、最も弱点箇所になる継手部の爪首下部の内面の摩耗を防止、爪首下部の変形を防止することが可能となり、従来よりも、仮設に用いる場合において、より多くの繰り返し利用が可能となる。

本発明の一実施の形態に係る鋼矢板の継手部の説明図である。 継手部に作用する応力状態の数値解析結果を示すコンター図である。 本発明の一実施の形態に係る鋼矢板の継手部におけるビッカース硬さの測定結果を示す図である。

本発明の実施の形態に係る鋼矢板は、図１に示すように、継手部１における爪先部１３及びその周辺部位（図１において破線の楕円で囲んだＡ部）の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さが、継手部１における爪首下部１１の内面（図１において破線の円で囲んだＢ部）の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さよりも２０Ｈｖ以上低いことを特徴とするものである。
以下、各構成を詳細に説明する。

＜鋼矢板の形状＞
鋼矢板は、ハット形、Ｕ形、Ｚ形、直線形、Ｈ形などの様々な形状パターンがあるが、本実施の形態の鋼矢板はこれら種々の形状のものを含む。

＜継手部＞
継手部１は隣り合う鋼矢板を連結するものであり、図１に示す例は、Ｕ形鋼矢板のフランジ部３の先端に設けられる継手部１を示している。
継手部１を仮想線（図１中の一点鎖線）で複数の部位に分けての各部に名前を付けて説明すると、継手部１は、フランジ部３の先端から略直角に屈曲する付け根部５と、付け根部５から外方に延在する底部７と、底部７からフランジ部３に向けて屈曲するように設けられた爪部９とを有している。爪部９と底部７とを連結する部分が爪首下部１１で、爪部９の先端側が爪先部１３となっている。

本実施の形態では、爪先部１３及びその周辺部位（図１の破線で囲んだＡ部）の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さが、継手部１における爪首下部１１の内面（図１の破線で囲んだＢ部）の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さよりも２０Ｈｖ以上低いことを特徴としているが、その理由を以下に説明する。

図２は、施工中に生じる鋼材同士が接触した際に、継手部１に生ずる応力状態について数値解析を行った結果のコンター図である。図２において、グレーの色の薄い箇所が応力の高い部位であることを示している。
図２に示すように、爪首下部１１の内面の色が薄くなっており、このことから、互いに嵌合する継手部１においては、構造上、最も弱点箇所になるのは、爪首下部１１の内面（図中、破線の円で囲んだＣ部参照）であることがわかった。

したがって、多くの繰り返し利用が想定される仮設用の鋼矢板において、爪首下部１１の内面の摩耗を防止して、その変形を抑えることが最も重要である。
そして、継手部１の嵌合状態において、爪首下部１１の内面と接触するのは、図２に示されるように、他方の鋼矢板の爪先部１３及びその周辺部位である。そして、爪先部１３及びその周辺部位は、構造特性上、摩耗の進行が相対的に大きくなっても、継手部１自体の機能低下が生じることはなく影響は小さい。
そこで、爪先部１３及びその周辺部位の表面硬さを低くして、当該部位と接触する爪首下部１１の内面の表面硬さを相対的に高めることで、最も重要となる爪首下部１１の内面の摩耗を抑制し、爪首下部１１の変形を抑制でき、鋼矢板における継手部１の機能を保持する上で有効な手段となる。

この点、特許文献１のように、爪先部１３と爪首下部１１の両方の表面硬さを高めた場合には、嵌合時の接触によって爪首下部１１の摩耗が進行し、最も重要な爪首下部１１が変形しやすくなってしまい、繰返しの使用に耐えられなくなる恐れがある。

表面硬さは、具体的には、継手部１における爪先部１３及びその周辺部位の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さが、継手部１における爪首下部１１の内面の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さよりも２０Ｈｖ以上低く設定したものである。
ビッカース硬さの定義については、特許文献１にも記載されているように、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠して測定する。すなわち、測定箇所の鋼材の表面に対する法線方向について、表面から深さが０．５ｍｍの位置のビッカース硬さで定義される。より具体的には、爪先部１３、爪首下部１１ではその曲率が最も大きい部位について、鋼材の表面に対する法線方向の深さが０．５ｍｍの位置のビッカース硬さで定義される。

本実施の形態では、爪先部１３及びその周辺部位のビッカース硬さを、爪首下部１１の内面のビッカース硬さよりも相対的に低くするものであるが、そのためには、例えば鋼矢板の製造過程において爪先部１３及びその周辺部位の冷却を緩やかにすればよい。
また、爪首下部１１のみの表面硬さを高めて、爪先部１３及びその周辺の表面硬さを相対的に上回るようにしてもよい。この場合には、例えば爪首下部１１の内面について、加速冷却をするようにしてもよい。
もっとも、ビッカース硬さが２００Ｈｖ未満では、摩耗・変形抵抗を向上させる効果を十分に発揮できない場合もあることから、爪首下部１１のみを２００Ｈｖ以上とすることが望ましい。
なお、鋼矢板の継手部１において、嵌合の際接触しない部位、すなわち付け根部５の外面側、爪首下部１１の外面側については、摩耗・変形には関係ないため、表面硬さが相対的に大きくなっても差し支えない。

上述した継手部１の表面硬さを制御した継手部１について、ビッカース硬さ（Ｈｖ）を測定した結果を図３に示す。図３において、縦軸がビッカース硬さ（Ｈｖ）を、横軸が測定位置をそれぞれ示している。測定位置は、図１に示した破線の矢印に示すように、矢印の始点が図３の０（ｍｍ）の位置で、矢印の終点が２００（ｍｍ）に相当する。
また、図３中の記号ａ～ｆは、図１に記載した記号と対応している。

図３を見ると、爪首下部１１である「ｂ」のビッカース硬さ（Ｈｖ）は、200超～210（Ｈｖ）であり、爪先部１３である「ｃ」及びその周辺部位である「ｄ」のビッカース硬さ（Ｈｖ）は約180（Ｈｖ）であり、爪先部１３及びその周辺部位のビッカース硬さが、爪首下部１１のビッカース硬さよりも２０Ｈｖ以上低いという要件を満たしている。また、爪首下部１１である「ｂ」のビッカース硬さ（Ｈｖ）が200（Ｈｖ）以上という要件も満たしている。

以上のように、本実施の形態においては、継手部１における爪先部１３及びその周辺部位の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さが、継手部１における爪首下部１１の内面の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さよりも２０Ｈｖ以上低くなるように設定したことで、地中への打ち込み施工中において、構造上、最も弱点箇所になる継手部１の爪の首下部分の摩耗と共に変形を防止することが可能となり、従来よりも、仮設に用いる場合において、より多くの繰り返し利用が可能となる。

１ 継手部
３ フランジ部
５ 付け根部
７ 底部
９ 爪部
１１ 爪首下部
１３ 爪先部

Claims (3)

1. フランジの先端に継手部を有する鋼矢板であって、
   前記継手部は、前記フランジの先端から略直角に屈曲する付け根部と、該付け根部から外方に延在する底部と、該底部から前記フランジに向けて屈曲するように設けられた爪部と、該爪部と前記底部とを連結する爪首下部とを有し、
   前記継手部同士を嵌合させた状態において、一方の継手部の前記爪首下部が他方の継手部の前記爪部の爪先部及びその周辺部位に接触するものであり、
   前記爪首下部の内面の表面硬さが前記爪先部及びその周辺部位の表面硬さよりも相対的に高められており、
   前記爪首下部の内面の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さが２００Ｈｖ以上であり、かつ、前記爪先部及びその周辺部位の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さが、前記爪首下部の内面の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さよりも２０Ｈｖ以上低い（ただし、爪先部のビッカース硬さが２１０Ｈｖで爪首下部のビッカース硬さが２３３Ｈｖのものを除く）ことを特徴とする鋼矢板。
2. フランジの先端に継手部を有する鋼矢板の製造方法であって、
   前記継手部は、前記フランジの先端から略直角に屈曲する付け根部と、該付け根部から外方に延在する底部と、該底部から前記フランジに向けて屈曲するように設けられた爪部と、該爪部と前記底部とを連結する爪首下部とを有し、
   前記継手部同士を嵌合させた状態において、一方の継手部の前記爪首下部が他方の継手部の前記爪部の爪先部及びその周辺部位に接触するものであり、
   前記爪首下部の内面について加速冷却をするか、あるいは前記爪先部及びその周辺部の冷却を緩やかにすることで、前記爪首下部の内面の表面硬さが前記爪先部及びその周辺部位の表面硬さよりも相対的に高められており、
   前記爪先部及びその周辺部位の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さが、前記爪首下部の内面の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さよりも２０Ｈｖ以上低く（ただし、爪先部のビッカース硬さが２１０Ｈｖで爪首下部のビッカース硬さが２３３Ｈｖのものを除く）することを特徴とする鋼矢板の製造方法。
3. 前記爪首下部の内面の表面から０．５ｍｍの位置におけるビッカース硬さが２００Ｈｖ以上であることを特徴とする請求項２記載の鋼矢板の製造方法。

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