JP7407504B2 - 鋼矢板の縦継構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼矢板の縦継構造に関する。

土木建築分野における土留め壁や地下構造、基礎構造として、鋼矢板を左右に連結して構築される鋼製壁が利用されている。このような鋼製壁において、地盤への鋼矢板の打ち込み深さが深くなって鋼矢板の長さ寸法が大きくなると、製造上や運搬上の理由から鋼矢板を上下に分けて製造、運搬し、現場にて下側の鋼矢板を打設した後に、その上端縁に上側の鋼矢板を接合するという縦継構造が用いられる。

上下２本の鋼矢板を長手方向（材軸方向）に縦継する一般的な手法としては、鋼管杭・鋼矢板技術協会から提示されている、補強板を使用した溶接工法が実施されている。
この工法について説明すると、一方の鋼矢板の端縁部を工場で予め開先加工しておき上下の鋼矢板の端面を突合せた状態で、開先部分を全断面溶接することで上下の鋼矢板を連結する。但し継手部分においては、複雑な形状となるため開先加工や溶接が困難であること、継手内に溶着金属が溶け出し残置したままとなると隣接する鋼矢板を嵌合して打設する際に打設抵抗となり支障となること、から溶接をせず、突合せたままの状態としている。

鋼矢板の打設時においては、地盤条件によっては、過大な圧縮力や引き抜き力が鋼矢板に作用することがあるため、縦継箇所においても、鋼矢板本体と同等の軸方向圧縮・引張抵抗力を確保する必要がある。そのため、溶接を施さない継手部分相当の断面積欠損を補うために、上下鋼矢板の縦継ラインを跨ぐ形で補強板を溶接にて取り付ける。
補強板としては、軸方向抵抗力を確保することの他に、壁体方向全体に亘って曲げ耐力を確保するための性能も考慮してスペックを決定している。壁体に曲げが作用した際、縦継箇所での応力集中を避けるべく、縦継箇所が隣接する鋼矢板間で同一水平面上とならないように、縦継箇所は１ｍ以上上下間距離を離して千鳥配置する（例えば特許文献１および特許文献２参照）。そのため、縦継が無い標準断面鋼矢板と、縦継がある鋼矢板との２枚一組を設計単位として、壁体としての曲げ耐力を確保する。
補強板は鋼矢板本体と隅肉溶接にて接合するが、壁体に曲げが作用した際に、補強板に生じる引張力に抵抗できるよう、溶接長さや脚長を取り決める。同じ脚長である一定量の溶接長を確保するためには、矩形とするより菱形とした方が補強板の鋼材重量を小さくすることができるため、特に大きな補強板となるウェブに取り付ける補強板としては、菱形のものが使用されている。

また、ボルトにより補強板を鋼矢板本体に接合する構造仕様も提案されている（例えば特許文献３および特許文献４参照）。しかしながら、鋼矢板本体にボルト穴を開ける必要があり断面欠損が生じること、ボルト穴のために止水性が低下すること、鋼矢板打設時の振動によりボルトに応力緩和が発生しボルト締め付け強度が低下することがあること、等の理由から、現場で溶接ができない場合など、特殊な施工現場条件下のみで使用されている。

特許第４４１９１９８号公報 特開２０１６－１５６２４７号公報 特許第５１８２２５１号公報 特開２０１７－６６７０２号公報

ところで、鋼矢板が大型化すると、継手部が大きくなって当該縦継部で欠損する断面積が大きくなり、また鋼矢板の剛性が大きくなることから曲げ耐力も大きくなり、補強板に必要な厚みや幅も大きくなる。そのため、特に鋼矢板本体（例えばウェブ）に取り付ける補強板も大型化し重量が重くなることで、接続作業性が低下する。さらに、補強板を固定するための溶接量も嵩み、加工時間の長期化やコストアップをもたらす。溶接量が多くなることによって、特に１日当たりに打設できる鋼矢板の枚数が減り、全体の鋼矢板の施工コストが増加してしまう。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、断面積欠損を補い曲げ耐力を確保するための補強板として必要な性能を保持しつつ、従来に比べて軽量で溶接量を削減可能な鋼矢板の縦継構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の鋼矢板の縦継構造は、継手部を有する鋼矢板どうしを材軸方向に連結する鋼矢板の縦継構造であって、
前記継手部を除く鋼矢板本体どうしが溶接によって接合され、前記継手部どうしは溶接されておらず、
前記鋼矢板本体どうしに、それらの縦継ラインを跨ぐようにして補強板が溶接され、
前記補強板は、以下の（１）および（２）を同時に満たすように形成されていることを特徴とする。
（１）前記補強板は１枚または複数枚あり、前記補強板の１枚当たりの重量が全強菱形補強板の重量より小さいこと。
（２）前記補強板は、前記鋼矢板に曲げが作用した際に、前記補強板と前記鋼矢板本体との溶接部分において、前記補強板に生じる引張力に抵抗できるような溶接体積を有し、この溶接体積の合計が前記全強菱形補強板を前記鋼矢板本体に溶接する場合の溶接体積以下であること。

ここで、全強菱形補強板とは、鋼矢板どうしを縦継ぎする場合に、溶接されていない継手部に相当する断面積欠損を補って、鋼矢板の軸方向抵抗力および曲げ耐力を確保するために、継手部を除く鋼矢板本体どうしの縦継ラインを跨ぐようにして当該鋼矢板本体に溶接される補強板のことを言い、例えば鋼管杭・鋼矢板技術協会が規定している菱形の補強板がある。
また、前記補強板は、菱形形状をしていてもよいし、菱形形状以外のその他の形状をしていてもよい。

本発明においては、鋼矢板本体どうしに、それらの縦継ラインを跨ぐようにして溶接される補強板が１枚または複数枚あり、前記補強板の１枚当たりの重量が全強菱形補強板の重量より小さく、さらに、前記補強板は、前記鋼矢板に曲げが作用した際に、前記補強板と前記鋼矢板本体との溶接部分において、前記補強板に生じる引張力に抵抗できるような溶接体積を有し、この溶接体積の合計が前記全強菱形補強板を前記鋼矢板本体に溶接する場合の溶接体積以下であるので、継手部による断面積欠損を補い曲げ耐力を確保するための補強板として必要な性能を保持しつつ、従来に比べて軽量で溶接量を削減できる。

また、本発明の前記構成において、前記補強板にその厚さ方向に貫通する穴が設けられ、当該穴の縁に沿った溶接長に前記補強板の外周溶接長の合計を加えた全体溶接長が、前記全強菱形補強板の外周溶接長以上であってもよい。

このような構成によれば、補強板の外周溶接長が全強菱形補強板の外周溶接長より短い場合等に、補強板に設けられた穴の縁に沿って溶接することによって、穴の縁に沿った溶接長に補強板の外周溶接長の合計を加えた全体溶接長が、全強菱形補強板の外周溶接長以上となるように補強板を鋼矢板本体に溶接することによって、溶接量を確保し必要耐力を確保できる。

また、本発明の前記構成において、前記全強菱形補強板を同形・同大の菱形に４分割したうちの一つを菱形補強板とすると、
前記補強板は、２枚の前記菱形補強板によって構成され、
前記菱形補強板は、その板面の対向する鈍角どうしを結ぶ直線が前記継手ラインに一致するように配置されていてもよい。

ここで、菱形補強板が、その板面の対向する鈍角どうしを結ぶ直線が前記継手ラインに一致するように配置されるとは、菱形補強板を上下の鋼矢板本体の表面にそれらの継手ラインを跨ぐようにして配置した場合において、正面視において菱形補強板の板面の対角する鈍角どうしを結ぶ直線が継手ラインに重なるように一致することを言う。

このような構成によれば、２枚の菱形補強板の外周溶接長の合計が、全強菱形補強板の外周溶接長と等しくなるので、溶接の脚長を等しくすることによって、２枚の菱形補強板の外周溶接における溶接体積の合計が、全強菱形補強板の外周溶接における溶接体積と等しくなる一方で、２枚の菱形補強板の合計の重量は、全強菱形補強板の重量より小さくなる。したがって、従来に比して、補強板の重量を削減しても、縦継箇所において従来仕様（全強菱形補強板による溶接）と同様の軸力および曲げ耐力を確保できる。

また、本発明の前記構成において、前記菱形補強板の鋭角部が滑らかな曲面によって形成されていてもよい。

このような構成によれば、菱形補強板の鋭角部が滑らかな曲面によって形成されているので、鋭角部における溶接端部での応力集中を避けることができ、疲労き裂の発生を抑制できる。

また、本発明の前記構成において、２枚の前記菱形補強板にそれぞれ厚さ方向に貫通する穴が設けられ、当該穴の縁に沿った溶接長に２枚の前記菱形補強板の外周溶接長を加えた全体溶接長が、前記全強菱形補強板の外周溶接長以上であってもよい。

このような構成によれば、菱形補強板の鋭角部が滑らかな曲面によって形成されているため、その分だけ鋭角部を有する菱形補強板に比して外周溶接長が短くなる場合に、菱形補強板に設けられた穴の縁に沿って溶接することによって、穴の縁に沿った溶接長に２枚の菱形補強板の外周溶接長を加えた全体溶接長が、全強菱形補強板の外周溶接長以上となるように菱形補強板を鋼矢板本体に溶接することによって、溶接量を確保し必要耐力を確保できる。

また、本発明の前記構成において、１枚の前記補強板または１枚の前記菱形補強板の重量が１３ｋｇ未満であってもよい。

このような構成によれば、１枚の補強板または１枚の菱形補強板の重量が１３ｋｇ未満であるので、一人の作業員が片手で持ち運び取り付け作業をすることが可能となり、従来からの手法に比べて縦継作業負荷を軽減できる。労働基準法においては、継続して重い物を運ぶなどの作業をする場合、扱える重量物は、作業をする労働者の体重の概ね４０％以下と制限されており、通常の工事現場では、一人の作業員が両手で運搬可能な重量としては一般的に２５ｋｇまでとされていることが多く、片手で持ち運べる重量はおよそ１３ｋｇ以下となる。このように、補強板の軽量化により、現場作業性が向上する。

本発明によれば、断面積欠損を補い曲げ耐力を確保するための補強板として必要な性能を保持しつつ、従来に比べて軽量で溶接量を削減できる。溶接量を削減できることで、省力化・コスト削減となる。特に鋼矢板の施工速度向上に繋がり、トータルの鋼矢板施工費用を削減できる。また、施工現場での溶接量が減ることで、現場管理が容易となり、溶接品質を確保しやすくなる。補強板の長さが短くなることで、鋼矢板に重防食を塗布する必要がある場合に、重防食の塗布範囲との干渉を避けることができる。また、橋梁の桁下施工時など施工空間が狭い場合は、短尺の鋼矢板を使用する必要があり縦継箇所が多くなるが、鋼矢板施工速度アップ、施工コスト削減に対して、より軽量の補強板を用い溶接量を削減する効果が顕著になる。

本発明の第１の実施の形態を示すもので、鋼矢板の縦継構造を示す斜視図である。 従来の全強菱形補強板を示すもので、（ａ）は全強菱形補強板を接合した鋼矢板の縦継構造の要部を示す斜視図、（ｂ）は全強菱形補強板の正面図である。 本発明の第１の実施の形態を示すもので、菱形補強板の正面図である。 本発明の第２の実施の形態を示すもので、菱形補強板の正面図である。 本発明の第３の実施の形態を示すもので、菱形補強板の正面図である。 本発明の第４の実施の形態を示すもので、菱形補強板の正面図である。 本発明の第５の実施の形態を示すもので、菱形補強板の正面図である。 本発明の第６の実施の形態を示すもので、菱形補強板の正面図である。 同、溶接部位の設定位置（荷重作用方向に対する溶接ラインの角度）によっては、トータル抵抗力を同等以上にすることができることを説明するための図である。 同、隅肉溶接部に対して任意の方向のＰに対する分力およびのど厚をａ、溶接長をｅとしたとき、のど断面に働く応力を説明するための図である。 同、菱形外周ライン傾き角度とせん断強度比との関係を示すグラフである。 本発明の第７の実施の形態を示すもので、全体を楕円形にした補強板の正面図である。 本発明の第８～第１２の実施の形態を示すもので、（ａ）は第８の実施の形態の補強板の正面図、（ｂ）は第９の実施の形態の補強板の正面図、（ｃ）は第１０の実施の形態の補強板の正面図、（ｄ）は第１１の実施の形態の補強板の正面図、（ｅ）は第１２の実施の形態の補強板の正面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る鋼矢板の縦継構造を示す斜視図である。
本実施形態では、上側の鋼矢板１０と下側の鋼矢板１０とが上下に接合されている。
鋼矢板１０は、ハット形鋼矢板であり、鋼矢板本体１１と、当該鋼矢板本体１１の両側端縁に設けられた継手部１２，１２とを備えている。なお、鋼矢板はハット形鋼矢板に限ることはなく、例えばＵ形鋼矢板、直線形鋼矢板等であってもよい。
鋼矢板本体１１は、断面中央に位置するウェブ１３と、このウェブ１３の両側端縁に設けられた左右一対のフランジ１４，１４と、当該フランジ１４，１４の側端縁に設けられた左右一対のアーム１５，１５とによって構成されており、当該一対のアーム１５，１５の側端縁に前記継手部１２，１２が設けられている。
このような鋼矢板１０は、図示は省略するが、左右に隣り合う鋼矢板１０，１０の継手部１２，１２どうしを嵌合させることによって、横方向に連結され、これによって、鋼製壁が左右に連続して形成されるようになっている。

また、上下の鋼矢板１０，１０は接合されている。すなわち、鋼矢板１０，１０の鋼矢板本体１１，１１どうしは溶接によって接合されている。この場合、図示は省略するが上下の鋼矢板本体１１，１１の上下に対向する端部のうち何れか一方に開先部分を形成し、当該開先部分に溶接金属を流し込んで、当該開先部分を全断面溶接することによって、上下の鋼矢板本体１１，１１どうしが溶接によって接合されている。また、上下の鋼矢板１０，１０の上下に対向する継手部１２，１２どうしは溶接されておらず、単に当接されている。

このように、上下の継手部１２，１２どうしは溶接されていないので、上下に溶接される鋼矢板１０，１０においては、溶接されていない継手部１２，１２に相当する断面欠損を有している。
このため、本実施の形態では、前記断面欠損を補うべく、補強板２０，２０が上下の鋼矢板本体１１，１１にその縦継ライン１６を跨ぐようにして外周を隅肉溶接によって接合され、これによっても鋼矢板本体１１，１１が溶接によって接合されている。ここで、縦継ライン１６とは、上下の鋼矢板本体１１，１１を互いに突き合わせた際に生じる接合線のことであり、上下の鋼矢板本体１１の一方の面と他方の面とにそれぞれ生じる。
本実施の形態では、上下の鋼矢板本体１１，１１の一方の面（凹形の鋼矢板本体１１の凹部側の面）に生じる縦継ライン１６を跨ぐようにして補強板２０，２０を配置するが、他方の面（凹形の鋼矢板本体１１の凹部側と反対側の面）に生じる縦継ライン１６を跨ぐようにして補強板２０，２０を配置してもよい。

前記補強板２０は菱形に形成された菱形補強板２０であり、以下の（１）および（２）を同時に満たすように形成されている。
（１）前記補強板２０は１枚または複数枚あり、前記補強板２０の１枚当たりの重量が全強菱形補強板１の重量より小さいこと。
（２）前記補強板２０は、前記鋼矢板１０，１０に曲げが作用した際に、前記補強板２０，２０と前記鋼矢板本体１１との溶接部分において、前記補強板２０，２０に生じる引張力に抵抗できるような溶接体積を有し、この溶接体積の合計が前記全強菱形補強板１を前記鋼矢板本体１１に溶接する場合の溶接体積以下であること。

ここで、全強菱形補強板１について説明する。
図２に示すように、全強菱形補強板１とは、鋼板によって菱形板状に形成され、溶接されていない継手部１２，１２に相当する断面積欠損を補って、鋼矢板１０，１０の軸方向抵抗力および曲げ耐力を確保するために、継手部１２，１２を除く鋼矢板本体１１，１１どうしの縦継ライン１６を跨ぐようにして当該鋼矢板本体１１，１１に外周溶接（隅肉溶接）される補強板のことを言い、例えば鋼管杭・鋼矢板技術協会が規定している菱形の補強板がある。
このような全強菱形補強板１は、その板面の対向する鈍角どうしを結ぶ直線１ａを継手ライン１６に一致するように配置され、当該全強菱形補強板１の外周（全周）が隅肉溶接によって鋼矢板本体１１，１１のウェブ１３，１３に接合される。
隅肉溶接の脚長をＳとし、全強菱形補強板１の外周溶接長をＬとすると、余盛など実際の溶接実態を踏まえると、溶接体積は脚長（Ｓ）^２×外周溶接長（Ｌ）で概略表すことができる（設計上は１／２×Ｓ^２×Ｌ）。

上述した（１）の条件については、本実施の形態では、補強板（菱形補強板）２０は２枚あり、補強板２０の１枚当たりの重量が全強菱形補強板１の重量より小さくなっている。
すなわち、図３に示すように、全強菱形補強板１を同形・同大の菱形に４分割したうちの一つを菱形補強板２０とすると、２枚の菱形補強板２０，２０を備えている。
菱形補強板２０と全強菱形補強板１とは同じ鋼板で形成され、同厚であるので、１枚の菱形補強板２０の重量は全強菱形補強板１の１／４の重量となっている。
したがって、本実施の形態では（１）の条件を満たす。

次に上述した（２）の条件に対については、１枚の菱形補強板２０の外周溶接長は、Ｌ／２となっており、菱形補強板２０を２枚併せると、合計の外周溶接長はＬとなり、全強菱形補強板１の外周溶接長Ｌと等しくなる。全強菱形補強板１の溶接体積は脚長（Ｓ）^２×外周溶接長（Ｌ）であるのに対し、２枚の菱形補強板２０の合計の外周溶接長はＬであり、脚長もＳであるので、２枚の菱形補強板２０の合計の溶接体積は脚長（Ｓ）^２×外周溶接長（Ｌ）となる。つまり、溶接体積は等しくなる。
したがって、２枚の菱形補強板２０は、鋼矢板１０に曲げが作用した際に、菱形補強板２０と鋼矢板本体１１との溶接部分において、菱形補強板２０に生じる引張力に抵抗できるような溶接体積を有することになる。したがって、本実施の形態では（２）の条件を満たす。

さらに、本実施の形態では、２枚の菱形補強板２０，２０はその板面の対向する鈍角どうしを結ぶ直線２０ａ，２０ａが前記継手ライン１６に一致するように配置されている。このような２枚の菱形補強板２０，２０は、図１に示すように、上下の鋼矢板本体１１，１１のウェブ１３，１３に縦継ライン１６の長手方向に所定間隔を隔てて隅肉溶接されて接合されているが、図３に示すように、２枚の菱形補強板２０，２０をそれらの鈍角部を突き合わせるようにして隣接配置したうえで、隅肉溶接されて接合されていてもよい。
さらに、本実施の形態では、２枚の菱形補強板２０，２０の縦継ライン１６に沿う幅寸法の合計は、全強菱形補強板１の縦継ライン１６に沿う幅寸法と等しくなっている。
また、本実施の形態では、２枚の菱形補強板２０，２０は、図１に示すように、上下の鋼矢板本体１１，１１のウェブ１３，１３に隅肉溶接によって接合されているが、これに代えて、または加えて、フランジ１４，１４やアーム１５，１５に隅肉溶接によって接合されていてもよい。
さらに本実施の形態では、１枚の菱形補強板２０の重量が１３ｋｇ未満となっている。

以上のように本実施の形態によれば、鋼矢板本体１１，１１どうしに、それらの縦継ライン１６を跨ぐようにして溶接される菱形補強板２０，２０が２枚あり、当該菱形補強板２０の１枚当たりの重量が全強菱形補強板１の重量より小さく、さらに、菱形補強板２０は、鋼矢板１０に曲げが作用した際に、菱形補強板２０と鋼矢板本体１１との溶接部分において、菱形補強板２０に生じる引張力に抵抗できるような溶接体積を有し、この溶接体積の合計が全強菱形補強板１を鋼矢板本体１１に溶接する場合の溶接体積と等しいので、継手部１２，１２による断面積欠損を補い曲げ耐力を確保するための菱形補強板２０，２０として必要な性能を保持しつつ、従来に比べて同等の溶接量で軽量とすることができる。

また、２枚の菱形補強板２０，２０の外周溶接長の合計が、全強菱形補強板１の外周溶接長と等しくなるので、溶接の脚長Ｓを等しくすることによって、２枚の菱形補強板２０，２０の外周溶接における溶接体積の合計が、全強菱形補強板１の外周溶接における溶接体積と等しくなる一方で、２枚の菱形補強板２０，２０の合計の重量は、全強菱形補強板１の重量より小さくなる。したがって、従来に比して、菱形補強板２０の重量を削減しても、縦継箇所において従来仕様（全強菱形補強板１による溶接）と同様の軸力および曲げ耐力を確保できる。
さらに、１枚の菱形補強板２０の重量が１３ｋｇ未満であるので、一人の作業員が片手で持ち運び取り付け作業をすることが可能となり、従来からの手法に比べて縦継作業負荷を軽減できる。菱形補強板の軽量化により、現場作業性が向上する。

（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態の鋼矢板の縦継構造に使用される補強板（菱形補強板）２２を示す正面図である。
本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は補強板（菱形補強板）２２の構成であるので、以下ではこの点について説明し、第１の実施の形態と同一構成には同一符号を付して、その説明を省略することもある。

第２の実施の形態では、前記全強菱形補強板１を同形・同大の菱形に９分割したうちの一つを菱形補強板２２とすると、３枚の菱形補強板２２を備え、当該３枚の菱形補強板２２は、その板面の対向する鈍角どうしを結ぶ直線２２ａが継手ライン１６に一致するように配置されている。
上述した（１）の条件については、本実施の形態では、補強板（菱形補強板）２２は３枚あり、補強板２２の１枚当たりの重量が全強菱形補強板１の重量より小さくなっている。
すなわち、菱形補強板２２と全強菱形補強板１は同じ鋼板で形成され、同厚であるので、１枚の菱形補強板２０の重量は全強菱形補強板１の１／９の重量となっている。
したがって、本実施の形態では（１）の条件を満たす。

また、上述した（２）の条件に対については、１枚の菱形補強板２２の外周溶接長は、Ｌ／３となっており、菱形補強板２２を３枚併せると、合計の外周溶接長はＬとなり、全強菱形補強板１の外周溶接長Ｌと等しくなる。全強菱形補強板１の溶接体積は脚長（Ｓ）^２×外周溶接長（Ｌ）であるのに対し、３枚の菱形補強板２２の合計の外周溶接長はＬであり、脚長もＳであるので、３枚の菱形補強板２２の合計の溶接体積は脚長（Ｓ）^２×外周溶接長（Ｌ）となる。つまり、溶接体積は等しくなる。
したがって、３枚の菱形補強板２２は、鋼矢板１０に曲げが作用した際に、菱形補強板２２と鋼矢板本体１１との溶接部分において、菱形補強板２２に生じる引張力に抵抗できるような溶接体積を有することになる。したがって、本実施の形態では（２）の条件を満たす。

さらに、本実施の形態では、３枚の菱形補強板２２，２２，２２はその板面の対向する鈍角どうしを結ぶ直線２２ａ，２２ａ，２２ａが前記継手ライン１６に一致するように配置されている。このような３枚の菱形補強板２２，２２，２２は、図示は省略するが、上下の鋼矢板本体１１，１１のウェブ１３，１３に縦継ライン１６の長手方向に所定間隔を隔てて隅肉溶接されて接合されているが、図４に示すように、３枚の菱形補強板２２・・・をそれらの鈍角部を突き合わせるようにして隣接配置したうえで、隅肉溶接されて接合されていてもよい。
さらに、本実施の形態では、３枚の菱形補強板２２・・・の縦継ライン１６に沿う幅寸法の合計は、全強菱形補強板１の縦継ライン１６に沿う幅寸法と等しくなっている。
また、本実施の形態では、３枚の菱形補強板２２，２２，２２は、第１の実施の形態と同様に、上下の鋼矢板本体１１，１１のウェブ１３，１３に隅肉溶接によって接合されているが、これに代えて、または加えて、フランジ１４，１４やアーム１５，１５に隅肉溶接によって接合されていてもよい。
さらに本実施の形態では、１枚の菱形補強板２２の重量が１３ｋｇ未満となっている。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる他、１枚の菱形補強板２２が１枚の菱形補強板２０より軽量であるので、第１の実施の形態より現場作業性が向上するという利点がある。

（第３～第５の実施の形態）
図５～図７は、それぞれ第３～第５の実施の形態の鋼矢板の縦継構造に使用される補強板（菱形補強板）２３～２５を示す正面図である。
第３～第５の実施の形態における菱形補強板２３～２５は、図２（ｂ）に示すような全強菱形補強板１より小さな菱形形状を有する補強板である。
図５～図７にそれぞれ示すように、菱形補強板２３～２５のそれぞれの長さをｌｐ（ｍｍ）、幅をｂｐ（ｍｍ）、厚さをｔ（ｍｍ）、重量をｗ（ｋｇ）、隅肉溶接の脚長をＳ（ｍｍ）、溶接体積をＶ（ｃｍ^３）とすると、既存のハット形鋼矢板４５Ｈに対して現場で溶接加工をした場合、菱形補強板２３～２５の仕様は表１に示すようになっている。また、表１には、第１および第２の実施の形態における菱形補強板２０，２２および従来の全強菱形補強板１の仕様も記載してある。補強板のスペックを算出する際は、継手部で溶接しない断面積欠損部の大きさや、鋼矢板・補強板・隅肉溶接の許容応力度は、従来仕様と同様の条件としている。また、溶接体積Ｖの値としては、縦継ラインで曲げ耐力を確保するために、従来と同様の矩形の補強板をアームに取り付けた隅肉溶接分も含んでいる。

表１に示すように、第１および第２の実施の形態では、菱形補強板２０，２２の２枚合計幅ｂｐ（第１の実施の形態）または３枚合計幅ｂｐ（第２の実施の形態）、菱形補強板２０，２２の厚さｔ、隅肉溶接の脚長Ｓを、従来仕様の全強菱形補強板１と同じ設定としている。菱形補強板２０，２２は、溶接外周長の合計を従来仕様（全強菱形補強板１）と同じＬとしつつ、鋼材重量をそれぞれ１／２、１／３に低減することができる。
また、第１および第２の実施の形態の菱形補強板２０，２２では、従来仕様（全強菱形補強板１）と合計の外周溶接長・脚長を同じにしているため、溶接体積は従来仕様と同等である。したがって、菱形補強板２０，２２の１枚当たりの鋼材重量を削減しても、縦継箇所において従来仕様と同様の軸力及び曲げ耐力を確保できる。

また、第３～第５の実施の形態では、図示は省略するが、第１の形態と同様に、２枚ずつの菱形補強板２３，２４，２５が、その板面の対向する鈍角どうしを結ぶ直線が前記継手ライン１６に一致するように配置されている。このような２枚ずつの菱形補強板２３，２４，２５は、上下の鋼矢板本体１１，１１のウェブ１３，１３に縦継ライン１６の長手方向に所定間隔を隔てて隅肉溶接されて接合されているが、２枚ずつの菱形補強板２３，２４，２５をそれらの鈍角部を突き合わせるようにして隣接配置したうえで、隅肉溶接されて接合されていてもよい。

上述した（１）の条件については、第３～第５の実施の形態では、菱形補強板２３～２５はそれぞれ２枚あり、菱形補強板２３～２５のそれぞれの１枚当たりの重量が全強菱形補強板１の重量より小さくなっている。したがって、本実施の形態では（１）の条件を満たす。
また、上述した（２）の条件に対については、全強菱形補強板１の溶接体積は１６６ｃｍ^３であるのに対し、菱形補強板２３～２５のそれぞれの２枚分の合計の溶接体積は、１４５ｃｍ^３、１１５ｃｍ^３、１０１ｃｍ^３であり、鋼矢板１０に曲げが作用した際に、菱形補強板２３～２５と鋼矢板本体１１との溶接部分において、菱形補強板２３～２５に生じる引張力に抵抗できるような溶接体積を有し、この溶接体積の合計が全強菱形補強板１を鋼矢板本体１１に溶接する場合の溶接体積以下である。したがって、本実施の形態では（２）の条件を満たす。

また、第３～第５の実施の形態においては、２枚ずつの菱形補強板２３，２４，２５の合計幅ｂｐ、菱形補強板２３，２４，２５の厚さｔは従来仕様（全強菱形補強板１）と同じとしつつ、菱形補強板２３，２４，２５の形状を第１の実施の形態と同様に２枚の菱形とし、隅肉溶接の脚長Ｓを従来仕様よりも低減している。実際の工事現場では、脚長に応じて溶接を行うパス回数が決まり、パス回数が少ない程、作業時間が少なくなり、一日当たりの矢板の施工枚数を増やすことができるためである。脚長Ｓを低減することで、菱形補強板２３，２４，２５を鋼矢板本体１１に溶接するためのトータルの溶接長は大きくなり、菱形補強板の長さｌｐは長くなるが、２つの菱形に分割することで、菱形補強板２３，２４，２５、１枚当たりの重量は、従来仕様よりも軽くでき、一人作業員による片手での運搬作業が可能となる１３ｋｇ未満に抑えることができる。また、脚長Ｓを小さくすることで、溶接体積の合計値を従来仕様よりも低減でき、加工コストや現場での溶接作業時間を削減することができる。実際の施工現場においては、数パスの作業が必要となる脚長１２ｍｍ程度の溶接はサイズ不足となる虞があるが、必要な脚長を低減することで現場管理がし易く、溶接品質を確保し易くなり、溶接不良を避ける効果を期待できる。

（第６の実施の形態）
補強板として、第１～第５の実施の形態のような菱形補強板２０，２２～２５をそのまま用いると、角部における鋭角点が増え、溶接端部での応力集中により、疲労亀裂の危険箇所が増えてしまうことが懸念される。そのため、図８に示す第６の実施の形態の菱形補強板２６ように、鋭角部をなだらかな曲線状にして応力集中を避けることも可能である。
第６の実施の形態における菱形補強板２６、すなわち菱形補強板の鋭角部が滑らかな曲面によって形成されている補強板において、菱形形状の鋼矢板の材軸方向両端部の鋭角部をなだらかな曲線状にした場合、縦継ラインに対する菱形外周傾き角度（θ）として下記式（１）を満足するようにすると、隅肉溶接部のせん断強度を確保しつつ、補強板の外周長を短くでき鋼重を削減できる。

図９に示すように、菱形補強板２６の菱形の鋭角点において、鋭角ライン（長さｃの部分）を曲線部（幅ｄの部分）に置換したとき、トータル溶接長は短くなる。但し、引張荷重（Ｐ）に対して、各溶接部に働く分力が異なり、溶接部に発生する応力が部位毎に異なってくるため、溶接部位の設定位置（荷重作用方向に対する溶接ラインの角度）によっては、トータル抵抗力を同等以上にすることができる。
図１０に示すように、隅肉溶接部に対して任意の方向の引張荷重Ｐに対する分力は以下のようになる。
ｘ方向分力：Ｔ＝Ｐｓｉｎθ
ｙ方向分力：Ｎｃｏｓα＝Ｐｃｏｓθ・ｃｏｓα
ｚ方向分力：Ｎｓｉｎα＝Ｐｃｏｓθ・ｓｉｎα

隅肉溶接ののど厚をａ、溶接長をｅとしたとき、のど断面に働く応力は以下のようになる。
ｘ方向応力：τ_Ｔ＝（Ｐ／ａｅ）ｓｉｎθ
ｙ方向応力：τ_Ｎ＝（Ｐ／ａｅ）ｃｏｓθ・ｃｏｓα
ｚ方向応力：σ_Ｎ＝（Ｐ／ａｅ）ｃｏｓθ・ｓｉｎα

せん断ひずみエネルギー説をベースに、単純せん断の破壊応力が単純引張の破壊応力の０．７５倍となる実験結果から、隅肉溶接部で破壊が起こるときの条件として、各方向の応力の成分和の関係式として一般的に以下の式が示されている。

よって、荷重Ｐに対して、ある方向の溶接断面に発生する応力ｐ_０は以下のようになる。

菱形の鋭角ラインの抵抗力Ｒ_Ｃは、鋭角ラインにおけるのど厚をａ_Ｃとし、α＝４５°を上式に代入すると以下のように求められる。

曲線部における抵抗力Ｒ_ｄは、曲線部におけるのど厚をａ_ｄとし、引張荷重に対して直交する縦継ラインと平行な部分へ投影して近似すると、以下のように求められる。
Ｒ_ｄ＝０．８５σ_Ｐ・ａ_ｄ×ｄ
ここで、Ｒ_ｄ≧Ｒ_Ｃであれば、鋭角ラインを曲線部に置換しても、隅肉溶接部における引張荷重Ｐに対する抵抗力が縮小することなく、合計の溶接長を削減できる。鋭角ラインと曲線部の関係として、
２Ｃ・ｃｏｓθ＝ｄが成り立つことから、以下の式を満足させることが条件となる。

曲線ラインの曲率としては、菱形の直線と曲線が交わる接点において、菱形の直線が曲線の接線となる曲率より緩やかにすることで応力の流れを円滑にすることができる。
例えば、曲線部におけるのど厚を１０ｍｍ、鋭角ラインにおけるのど厚を６ｍｍとした場合、図１１に示すように、菱形外周傾き角度として５７°以下に抑えると、鋭角ラインから曲線部にしても全体引張力に対する抵抗力を確保できる。

第６の実施の形態の菱形補強板２６のように、鋭角部をなだらかな曲線状にして応力集中を避けることも可能であるが、図１２に示すように、第７の実施の形態の補強板２７の全体を楕円形にして鋭角点をなくしてもいい。曲線状にして溶接長が短くなってしまう一方で溶接脚長を増やさない場合は、溶接量が不足するため、図８および図１２に示すように、菱形補強板２６または補強板２７にそれぞれ厚さ方向に貫通する円形状の穴２６ａ，２７ａを設けることで、溶接個所を増やしてもいい。
この場合、穴２６ａ，２７ａの縁に沿った溶接長に２枚の菱形補強板２６，２６または補強板２７，２７の外周溶接長を加えた全体溶接長が、前記全強菱形補強板１の外周溶接長以上とする。

第６の実施の形態によれば、菱形補強板２６の鋭角部が滑らかな曲面によって形成されているため、その分だけ鋭角部を有する菱形補強板に比して外周溶接長が短くなる場合に、菱形補強板２６に設けられた穴２６ａの縁に沿って溶接することによって、穴２６ａの縁に沿った溶接長に２枚の菱形補強板２６，２６の外周溶接長を加えた全体溶接長が、全強菱形補強板１の外周溶接長以上となるように菱形補強板２６，２６を鋼矢板本体１１に溶接することによって、溶接量を確保し必要耐力を確保できる。

また、菱形補強板の鋭角部が滑らかな曲面によって形成されている補強板において、菱形形状の鋼矢板の材軸方向両端部の鋭角部をなだらかな曲線状にした場合、縦継ラインに対する菱形外周傾き角度（θ）として上述した式（１）を満足するようにすると、隅肉溶接部のせん断強度を確保しつつ、補強板の外周長を短くでき鋼重を削減できる。

（第８～第１２の実施の形態）
図１３（ａ）～（ｅ）は、第８～第１２の実施の形態における補強板をそれぞれ示す正面図である。
このような第８～第１２の実施の形態における補強板２８～３２でも上述した（１）と（２）の条件を同時に満たしている。

また、第８～第１０の実施の形態における補強板２８～３０では、全強菱形補強板１の外周ラインから内側への切欠き部を設けることで、補強板２８～３０のそれぞれの全体の外周長の合計として、従来仕様の全強菱形補強板１、１枚の外周長以上の長さを確保しつつ、菱形よりも断面積を縮小させ鋼材重量を削減することが可能となり、材料費の削減、作業効率の向上、施工速度の向上をもたらすことができる。

また、第１１の実施の形態における補強板３１では、補強板３１に厚さ方向に貫通する円形状の穴３１ａ，３１ａが設けられ、当該穴３１ａ，３１ａの縁に沿った溶接長に外周溶接長を加えた全体溶接長が、全強菱形補強板１の外周溶接長以上となっている。
このように補強板３１の内部に穴３１ａ，３１ａを設けることで、補強板３１の重量を削減している。この穴３１ａ，３１ａは運搬時の把持部として利用できるほか、外周溶接だけでは溶接量が不足する場合に、穴３１ａ，３１ａに沿って溶接を施すことで溶接量を確保し必要耐力を確保できる。

また、第１２の実施の形態における補強板３２では、補強板３２の軽量化を図るために、三角形状の２つの穴３２ａ，３２ａを設けている。この２つの穴３２ａ，３２ａは２等辺三角形状に形成され、その頂角に対向する辺どうしを合致させることで、外形の菱形と相似形の菱形形状を形成するようになっている。
第１１および第１２の実施の形態において、穴３１ａ，３１ａや穴３２ａ，３２ａを設ける位置としては、補強板３１，３２の縦継ライン１６での引張強度を確保するために、縦継ライン１６を挟んで両側に位置する穴３１ａ，３１ａ間や穴３２ａ，３２ａ間のせん断強度を確保すべく、縦継ライン１６から穴，３１ａ，３２ａの縁までの距離を、補強板３１，３２の幅の０．８７倍以上を確保する。補強板３１，３２において、縦継ライン１６を挟んで両側の穴３１ａ，３１ａ間や穴３２ａ，３２ａ間でせん断破壊面が２面形成されることを想定すると、当該せん断強度が、縦継ライン１６の引張強度以上となるためには、以下の式を満足することが必要となる。

これを式変形すると以下のようになる。

また、第８～第１０実施の形態において、菱形外周ラインから内側への切欠き部を設ける場合も、縦継ライン１６から切欠き部の最近傍点までの距離として、上式による距離を確保することが好ましい。
また、第１～第１２の実施の形態において、疲労き裂の起点となる、補強板の取り付け端（菱形補強板の場合の長軸方向端部の鋭角点）の応力集中は、取り付け長さ（ｌｐ）の影響を受け、ｌｐが長いほど取り付け端への応力集中が大きくなる。また、縦継ライン位置の補強板の剛性と、取り付け端の剛性の差が大きくなるほど、取り付け端への応力集中は大きくなる。
特にｌｐが３００ｍｍ以上となると、疲労き裂の起点となる溶接止端部の応力集中は、たとえグラインダーにより滑らかな面となるよう止端を仕上げたとしても、溶接ルート部が疲労き裂の起点となり、止端仕上げの効果を期待できなる。そのため、取り付け端への応力集中を緩和するために、鋭角点近傍に穴を開け、縦継ライン位置の補強板の剛性と比較した場合の、取り付け端近傍の剛性差変化を緩和することが有効である。このため、補強板の長軸方向の長さが３００ｍｍ以上の場合、取り付け端付近の応力集中を緩和するために、補強板の中心となる縦継ライン１６から１５０ｍｍ以上離れた位置に、穴を設けることが好ましい。

１ 全強菱形補強板
１０ 鋼矢板
１１ 鋼矢板本体
１２ 継手部
１３ ウェブ
１４ フランジ
１６ 縦継ライン
２０，２２～２６ 菱形補強板（補強板）
２７～３２ 補強板

Claims (5)

1. 継手部を有するハット形鋼矢板どうしを材軸方向に連結する鋼矢板の縦継構造であって、
   前記継手部を除く鋼矢板本体どうしが溶接によって接合され、前記継手部どうしは溶接されておらず、
   前記鋼矢板本体どうしが溶接されている縦継ラインは、材軸方向に直交する同一平面上に配置され、
   前記鋼矢板本体どうしに、それらの縦継ラインを跨ぐようにして補強板が溶接され、
   前記補強板は、以下の（１）および（２）を同時に満たすように形成されていることを特徴とする鋼矢板の縦継構造。
   （１）前記補強板は同形状のものが複数枚あり、前記補強板の１枚当たりの重量が、１枚の菱形形状に形成され、対向する鈍角どうしを結ぶ直線が前記縦継ラインに一致するように配置された１枚の全強菱形補強板の重量より小さく、かつ１３ｋｇ未満であること。
   （２）前記補強板は、前記ハット形鋼矢板に曲げが作用した際に、前記補強板と前記鋼矢板本体との溶接部分において、前記補強板に生じる引張力に抵抗できるような溶接体積を有し、この溶接体積の合計が１枚の前記全強菱形補強板を前記鋼矢板本体に溶接する場合の溶接体積以下であること。
   ここで、前記全強菱形補強板とは、鋼板によって１枚の菱形板状に形成され、溶接されていない前記継手部に相当する断面積欠損を補って、前記ハット形鋼矢板と同等の軸方向抵抗力および曲げ耐力を確保し、かつ前記継手部で欠損する断面積を補う、厚みと前記縦継ラインに沿う幅とを有し、当該幅は前記ハット形鋼矢板のウェブの幅以下となっており、かつ、前記継手部を除く前記鋼矢板本体どうしの前記縦継ラインを跨ぐようにして前記鋼矢板本体に外周隅肉溶接され、前記軸方向抵抗力および曲げ耐力を確保するための、外周隅肉溶接の脚長と、外周隅肉溶接の脚長の積である外周隅肉溶接断面積と外周隅肉溶接長の積からなる溶接体積を確保するための外周隅肉溶接長とを有し、対向する鈍角どうしを結ぶ直線が前記縦継ラインに一致するように配置される補強板のことを言う。
2. 前記補強板にその厚さ方向に貫通する穴が設けられ、当該穴の縁に沿った溶接長に前記補強板の外周溶接長の合計を加えた全体溶接長が、前記全強菱形補強板の外周隅肉溶接長以上であることを特徴とする請求項１に記載の鋼矢板の縦継構造。
3. 前記全強菱形補強板を同形・同大の菱形に４分割したうちの一つを菱形補強板とすると、
   前記補強板は、２枚の前記菱形補強板によって構成され、
   前記菱形補強板は、その板面の対向する鈍角どうしを結ぶ直線が前記縦継ラインに一致するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼矢板の縦継構造。
4. 前記菱形補強板の鋭角部が滑らかな曲面によって形成されていることを特徴とする請求項３に記載の鋼矢板の縦継構造。
5. ２枚の前記菱形補強板にそれぞれ厚さ方向に貫通する穴が設けられ、当該穴の縁に沿った溶接長に２枚の前記菱形補強板の外周溶接長を加えた全体溶接長が、前記全強菱形補強板の外周隅肉溶接長以上であることを特徴とする請求項３に記載の鋼矢板の縦継構造。

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