WO2010082468A1

WO2010082468A1 - 組合せ鋼矢板、組合せ鋼矢板により構成される土留め壁、及び組合せ鋼矢板の選定方法

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Publication number: WO2010082468A1
Application number: PCT/JP2010/000107
Authority: WO
Inventors: 寺崎滋樹; 豊島径; 原田典佳; 永津亮祐
Original assignee: 新日本製鐵株式会社
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2010-07-22
Also published as: HK1160193A1; JP4890646B2; CN102282315B; JPWO2010082468A1; SG172878A1; TW201033439A; CN102282315A

Abstract

　本発明の組合せ鋼矢板は、ハット形鋼矢板と、Ｈ形鋼とを有し、前記ハット形鋼矢板は、ウェブ部と；前記ウェブ部の両端に設けられる一対のフランジ部と；前記一対のフランジ部の端部にそれぞれ設けられる一対のアーム部と；前記の一対のアーム部の端部にそれぞれ形成される一対の継手部と；を有し、前記Ｈ形鋼矢板は、中央ウェブ部と；前記中央ウェブ部の一端に設けられる第１のフランジ部と；前記中央ウェブ部の他端に設けられる第２のフランジ部と；を有し、前記第２のフランジ部が、前記ハット形鋼矢板の前記ウェブ部の外側に固定され、前記Ｈ形鋼の最小降伏点σ_ｙｈと、前記ハット形鋼矢板の最小降伏点σ_ｙｓとの比である最小降伏点比σ_ｙｈ／σ_ｙｓが、１．１０５以上である。

Description

組合せ鋼矢板、組合せ鋼矢板により構成される土留め壁、及び組合せ鋼矢板の選定方法

　本発明は、組合せ鋼矢板、組合せ鋼矢板により構成される土留め壁、及び組合せ鋼矢板の選定方法に関する。本発明の組合せ鋼矢板及び土留め壁は、特に、港湾岸壁施設、埋立護岸、地下掘削工事等において主として土砂等の崩落を防ぐために用いられる。

　土木建築分野において、主に土砂などの崩落を防ぐ土留め壁や河川の護岸壁などに用いられる地中連続壁用鋼材として一般に鋼矢板が使用される。その鋼矢板には、例えば、Ｕ形、Ｚ形、直線形、ハット形などの鋼矢板が用いられる。土木建築工事に際しては、隣り合う鋼矢板の継手同士を嵌合させながら土中に埋め込むことで一体の地中連続壁（壁体）が形成される。ここで、壁体の耐力を高めるための一般的な方法としては、鋼矢板単体の断面サイズを大きくして断面性能を高める方法や、Ｕ形、Ｚ形、直線形、ハット形等の鋼矢板に対し、Ｈ形鋼やＣＴ鋼を溶接等により接合した組合せ鋼矢板を使用する方法等がある。

　関連技術として、例えば特許文献１、２は、組合せ鋼矢板を用いた地中連続壁を開示している。これら特許文献１、２が開示する技術においては、ウェブ部と、そのウェブ部の両端に連設される一対のフランジ部と、その一対のフランジ部の端部に連設される一対のアーム部と、その一対のアーム部の端部に形成される継手部とを有するハット形鋼矢板が用いられる。そして、このハット形鋼矢板に対してＨ形鋼が組合わされる。Ｈ形鋼は、中央ウェブ部と、その中央ウェブ部の両端部に設けられる一対のフランジ部（第１のフランジ部と第２のフランジ部）とを有する。具体的には、ハット形鋼矢板とＨ形鋼とは、ハット形鋼矢板のウェブ部の外側表面にＨ形鋼の第２のフランジ部が溶接等により固定されることにより、組合わされている。尚、本発明においては、ハット形鋼矢板におけるアーム部側（断面凹部側）を内側と定義し、ウェブ部側（断面凸部側）を外側と定義する。

　特にこの組合せ鋼矢板は、長さ方向（埋め込み方向）に対して垂直方向にかかる曲げ外力に対する曲げ剛性が大きい。従って、組合せ鋼矢板は、従来において止水壁や自立式の土留め壁として頻繁に利用されていた。

特開２００２－２１２９４３号公報国際公開ＷＯ２００８／０２９８３５号公報

　一般的に止水壁は、埋め込み時のみに曲げ剛性が要求されるため、埋め込み後の鋼材の発生応力に基づいて止水壁の断面形状が決定される場合は殆ど無かった。このため、組合せ鋼矢板から形成される止水壁では、降伏点の高い鋼矢板やＨ形鋼を使用する必要は無かった。

　また、自立式の土留め壁では、土留め壁頭部の変位に応じて断面形状が決定され、土圧や水圧により発生する曲げモーメントに応じて断面形状が決定されるものではない。このため、組合せ鋼矢板による自立式の土留め壁では、降伏点の高い鋼矢板やＨ形鋼を使用する必要は無かった。

　表１は、ハット形鋼矢板（ＳＹＷ２９５）とＨ形鋼（ＳＭ４９０Ａ）とによる組合せ鋼矢板について、ハット形鋼矢板とＨ形鋼矢板それぞれの最小降伏点σ_ｙＳ、σ_ｙｈと、その組合せによる降伏点比σ_ｙｈ／σ_ｙｓとを示している。また、Ｈ形鋼に関しては、そのフランジ厚を１６ｍｍ以下と１６ｍｍ超とで区別して最小降伏点と最小降伏点比とが比較されている。Ｈ形鋼とハット形鋼矢板とは概ね同等レベルの強度をもつ材料で構成されている。ＳＭ４９０ＡのＨ形鋼の最小降伏点は、３１５～３２５Ｎ／ｍｍ^２であり、ＳＹＷ２９５のハット形鋼矢板の最小降伏点は、２９５Ｎ／ｍｍ^２である。Ｈ形鋼のフランジ厚が１６ｍｍ超か否かで分類して求められた降伏点比σ_ｙｈ／σ_ｙｓは、Ｈ形鋼のフランジ厚が１６ｍｍ以下では、１．１０２であり、１６ｍｍ超では、１．０６８であることが表１からわかる。これらのデータから、降伏点比σ_ｙｈ／σ_ｙｓは、Ｈ形鋼のフランジ厚の大小に関わらず、高くても１．１程度であることが分かる。

　しかしながら、組合せ鋼矢板は、自立式の土留め壁以外にも、大型港湾構造物等に利用される控え式土留め壁にも使用される。この控え式土留め壁は、例えば、タイロッド等の引張材により、連結された鋼矢板とＨ形鋼との頭部付近が引っ張り合わされて固定される。しかしながら控え式土留め壁を構成する鋼矢板として、ハット形鋼矢板は、熱間圧延されたＺ形鋼矢板に対して顕著な優位性を発揮できなかった。

　表２は、岸壁１ｍあたりの必要断面係数が４０００ｃｍ^３程度である場合の、断面係数及び鋼材重量の比較結果例を示している。この表２における組合せ鋼矢板の例では、１０Ｈのハット形鋼矢板と、下フランジ底面から上フランジ上面までの長さが７００ｍｍ、フランジ幅が２００ｍｍ、中央ウェブ厚が９ｍｍ、フランジ厚が１２ｍｍのＨ形鋼とが組合わされている。また、比較例として、熱間圧延されたＺ型鋼矢板が挙げられている。この表２から、組合せ鋼矢板は、Ｚ型鋼矢板とほぼ同様の必要断面係数（＝４０００ｃｍ^３）を満たし、且つ、鋼材重量が大差無いことが分かる。しかし、組合せ鋼矢板は、ハット形鋼矢板とＨ形鋼とを互いに溶接等により固定する必要があるため、加工コストが大きくなる。従って、Ｚ形鋼矢板と比較して顕著な優位性を発揮することができない。

　そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出された。本発明の目的は、ハット形鋼矢板とＨ形鋼との組合せ鋼矢板の曲げ耐力（特に控え式土留め壁に使用する場合等において）を大幅に向上させることで、必要断面係数を保ちながらの軽量化を可能とさせ、従来のＺ形鋼矢板と比較して顕著な優位性を発揮させることが可能な組合せ鋼矢板及びこのような組合せ鋼矢板を連結することにより構成される土留め壁を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を用いた。
（１）本発明の第一の態様は、ハット形鋼矢板と、Ｈ形鋼とを有する組合せ鋼矢板である。前記ハット形鋼矢板は、ウェブ部と；前記ウェブ部の両端に設けられる一対のフランジ部と；前記一対のフランジ部の端部にそれぞれ設けられる一対のアーム部と；前記の一対のアーム部の端部にそれぞれ形成される一対の継手部と；を有する。前記Ｈ形鋼矢板は、中央ウェブ部と；前記中央ウェブ部の一端に設けられる第１のフランジ部と；前記中央ウェブ部の他端に設けられる第２のフランジ部と；を有する。前記第２のフランジ部は、前記ハット形鋼矢板の前記ウェブ部の外側に固定され、前記Ｈ形鋼の最小降伏点σ_ｙｈと、前記ハット形鋼矢板の最小降伏点σ_ｙｓとの比である最小降伏点比σ_ｙｈ／σ_ｙｓは、１．１０５以上である。

（２）上記（１）に記載の組合せ鋼矢板では、前記最小降伏点比σ_ｙｈ／σ_ｙｓが、１．１０９以上１．５５９以下あっても良い。

（３）本発明の第二の態様は、上記（１）又は（２）に記載の組合せ鋼矢板を２つ以上用いた土留め壁である。この土留め壁は、隣り合う前記組合せ鋼矢板の前記継手部が互いに連結されている。　

（４）本発明の第三の態様は、ハット形鋼矢板と、Ｈ形鋼とを有する組合せ鋼矢板の組合せ選定方法である。この選定方法では、前記Ｈ形鋼の最小降伏点σ_ｙｈと、前記ハット形鋼矢板の最小降伏点σ_ｙｓとの比である最小降伏点比σ_ｙｈ／σ_ｙｓが、１．１０５以上となるように組合せを選定する。

　上記（１）、（４）に記載の構成によれば、組合せ鋼矢板におけるＨ形鋼の最小降伏点をσ_ｙｈとし、ハット形鋼矢板の最小降伏点をσ_ｙｓとしたとき、これらの比σ_ｙｈ／σ_ｙｓを１．１０５以上とすることにより、組合せ鋼矢板における曲げ耐力をより増強させることが可能となる。
　上記（２）に記載の構成によれば、組合せ鋼矢板１における曲げ耐力の増強をより確実かつ強固に実現することが可能となる。
　上記（３）に記載の構成によれば、曲げ耐力をより増強させた組合せ鋼矢板による土留め壁を得ることが出来る。
　このように、本発明によれば、必要断面係数を満たす上でより軽量化を図ることで従来のＺ形鋼矢板と比較して顕著な優位性を発揮させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る組合せ鋼矢板の正面図である。同組合せ鋼矢板の斜視図である。同組合せ鋼矢板の側面図である。本発明の一実施形態に係る組合せ鋼矢板を複数連結することにより構成される地中連続壁体の正面図である。同地中連続壁体の斜視図である。１９４種類の組合せ鋼矢板のｙ／Ｈの値を示す図である。

　本発明者らは、上述した課題を解決するために、組合せ鋼矢板の曲げ耐力は、ハット形鋼矢板の材質よりもむしろＨ形鋼の材質により支配される点に着目した。Ｈ形鋼とハット形鋼矢板とは互いに溶接等により固定されて組合せ鋼矢板を形成する。従って、Ｈ形鋼とハット形鋼矢板の材質はそれぞれ独立して選定することができる。即ち、Ｈ形鋼及びハット形鋼矢板の材質の特質に基づいて、Ｈ形鋼の最小降伏点σ_ｙｈと、ハット形鋼矢板の最小降伏点σ_ｙｓとの組み合わせ、及びこれらの比σ_ｙｈ／σ_ｙｓは任意に選定できる。そこで、本発明者らは、Ｈ形鋼の最小降伏点σ_ｙｈを、ハット形鋼矢板の最小降伏点σ_ｙｓより大きく設定することにより、大きな曲げ耐力を得ることができることを見出した。また、本発明者らは、ハット形鋼矢板におけるアーム部の底面からＨ形鋼における第１のフランジ部の上面までの長さをＨとし、アーム部の底面から組合せ鋼矢板における中立軸までの長さをｙとしたとき、比率ｙ／Ｈの値が０．５まで達することなく、後述するように大きくても０．４７５程度であることが好ましいことを見出した。本発明者らは、一般的に使用されている１０Ｈ型ハット形鋼矢板（幅９００ｍｍ、高さ２３０ｍｍ、断面積１１０ｃｍ^２／本、断面二次モーメント９４３０ｃｍ^４／本）又は２５Ｈ型ハット形鋼矢板（幅９００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、断面積１４４．４ｃｍ^２／本、断面二次モーメント２２０００ｃｍ^４／本）と、４００ｍｍから１０００ｍｍの範囲の高さを有するＨ型鋼との１９４種類の組合せ鋼矢板につき、比率ｙ／Ｈの値を調査した。組み合わせに用いたＨ形鋼は、柱材に使用するようなフランジ厚が３０ｍｍを越える特殊なＨ形鋼は除外した。鋼矢板やＨ形鋼は、所定の断面性能を発揮させるため、いわゆる板厚幅比（ｔ／ｄ）の値が規定される。そのため、組合せ鋼矢板のｙ／Ｈもある一定の範囲の中に分布する。図６に示すように、上記の範囲の組合せ鋼矢板のｙ／Ｈの値は、下限は０．３７程度、上限は０．４８程度であった。上限に近い組合せ鋼矢板は、実際の設計では、他の組合せ鋼矢板による更に経済的な組合せ鋼矢板の選択が可能である。例えばｙ／Ｈの値が０．４８である、１０Ｈ型鋼矢板と高さ４５０ｍｍ、フランジ幅２５０ｍｍ、フランジ厚２８ｍｍのＨ形鋼との組合せ鋼矢板は、断面係数５０５０ｃｍ^３／ｍ、鋼材重量２６６ｋｇ／ｃｍ^２を有するが、断面係数５１８６ｃｍ^３／ｍ、鋼材重量２５３ｋｇ／ｍでより経済的な断面である、１０Ｈ型鋼矢板と高さ５００ｍｍ、フランジ幅２５０ｍｍ、フランジ厚２５ｍｍのＨ形鋼との組合せ矢板により代替が可能である。この場合の組合せ鋼矢板のｙ／Ｈの値は、０．４６７である。しかしながら、Ｈ形鋼は生産性、入手のしやすさを鑑みると、より広い組合せを確保しておくことが望ましい。本発明者らは、ｙ／Ｈの上限値を、上記分析結果の上限に近い、０．４７５とおくことが望ましいとした。これは、この値に設定することによりｙ／Ｈの値を上限値に近くし、本来組合せ鋼矢板がもつ特性が十分発揮可能なためである。組合せ鋼矢板のｙ／Ｈの値が０．４７５以下になることから、組合せ鋼矢板における中立軸からＨ形鋼の第１のフランジ部の上面までの長さ（Ｈ－ｙ）とｙとの比が１より大きくなり（Ｈ－ｙ）／ｙは１．１０５以上となる。このため、Ｈ形鋼の縁端応力で曲げ耐力が決定される。

　一方、Ｈ形鋼とハット形鋼矢板の組合せ断面の選定にあたり、曲げによる断面端部の応力を降伏させない観点からは、当該組合せ鋼矢板における中立軸からＨ形鋼における第１のフランジ部の上面までの長さ（Ｈ－ｙ）とｙとの比（Ｈ－ｙ）／ｙが、上記σ_ｙｈ／σ_ｙｓ以上となるように断面形状が選定されるべきであるが、（Ｈ－ｙ）／ｙが、上記σ_ｙｈ／σ_ｙｓよりも非常に大きい範囲を選択することは不必要な鋼材強度を選択することになるので、この場合、（Ｈ－ｙ）／ｙと上記σ_ｙｈ／σ_ｙｓとがほぼ等しい領域を選択することでＨ形鋼の外縁が降伏する曲げモーメント作用時において、ハット形鋼矢板外縁の発生応力をハット形鋼矢板の最小降伏点以下に最低限の鋼材強度で抑えることができる。従って、効率的な組合せ鋼矢板の断面構成とすることができる。

　この（Ｈ－ｙ）／ｙ≧σ_ｙｈ／σ_ｙｓという関係を満たしながらも概ね（Ｈ－ｙ）／ｙ＝σ_ｙｈ／σ_ｙｓを満たすσ_ｙｈとσ_ｙｓの組み合わせを選択すべきする点を考慮すると、断面形状に係る前記（Ｈ－ｙ）／ｙ≧１．１０５なる限定を、σ_ｙｈ／σ_ｙｓという材料特性に係る限定であるσ_ｙｈ／σ_ｙｓ≧１．１０５に置き換え、材料特性のみによって組み合わせ鋼矢板の設計指針を得ることができることを、発明者らは見出したのである。この設計指針によれば、降伏比σ_ｙｈ／σ_ｙｓを１．１０５以上とすることにより、同一の作用曲げモーメントに対しては鋼材重量を大幅に低減させた組み合わせ鋼矢板を提供することができる。

　以下、本発明の好ましい実施形態として、土留め壁等に適用される組合せ鋼矢板１について詳細に説明する。

　図１は、本発明の一実施形態に係る組合せ鋼矢板１の正面図であり、図２は、その斜視図を、図３はその側面図を示している。

　組合せ鋼矢板１は、ハット形鋼矢板１０と、Ｈ形鋼２０とを有する。

　ハット形鋼矢板１０は、ウェブ部１１と、一対のフランジ部１２と、一対のアーム部１３と、一対の継手部１４とを有する。一対のフランジ部１２はウェブ部１１の両側から傾斜するように連設される。また、一対のアーム部１３は、そのフランジ部１２の先端からウェブ部１１に平行に連設される。一対の継手部１４は、アーム部１３の先端部にそれぞれ形成される。この一対の継手部１４のうち、一方の継手部１４と、他方の継手部１４とは、互いに点対称の断面形状を有する。この継手部１４は、隣接する他の組合せ鋼矢板１における他の継手部１４と互いに嵌合可能な形状を有し、特に嵌合時において継手部１４が相互に離脱しないように嵌合強度が高められている。

　また、本発明で使用されるハット形鋼矢板１０は、熱間圧延加工による圧延鋼材であり、継手部１４が複雑な形状に成形され、継手部１４の強度が高められている。

　Ｈ形鋼２０は、圧延加工により製作される。Ｈ形鋼２０は、中央ウェブ部２１と、中央ウェブ部２１の両端に設けられた一対のフランジ部２２ａ（第１のフランジ部）、２２ｂ（第２の下側フランジ部）とを有する。このＨ形鋼２０における一方のフランジ部２２ｂ（第２のフランジ部）は、ハット形鋼矢板１０におけるウェブ部１１の外側表面に固定される。Ｈ形鋼２０のフランジ部２２ｂ（第２のフランジ部）は、ハット形鋼矢板１０のウェブ部１１に対して、例えば、溶接、接着、ボルト、リベット、ビス、鋲等の何れかにより固定しても良い。ちなみに、以下の説明においては、第２のフランジ部２２ｂに対して、溶接箇所２７が溶接により固定される態様を例に挙げる。この溶接箇所２７は、図３に示すようにＨ形鋼２０の長さ方向（埋め込み方向）に向けて任意間隔で断続的に溶接されていてもよいし、連続的に溶接されていてもよい。このように溶接することにより、容易かつ強固にハット形鋼矢板１０とＨ形鋼２０とを固定することが可能となる。

　上述の組合せ鋼矢板１では、ハット形鋼矢板１０にＨ形鋼２０を固定して一体的な構造体とする上で、Ｈ形鋼２０における第２のフランジ部２２ｂを、ハット形鋼矢板１０のウェブ部１１の外側表面に面接触させることが望ましい。その理由は、ハット形鋼矢板１０のウェブ部１１の外側表面に、第２のフランジ部２２ｂを面接触させることにより、組合せ鋼矢板１が水圧等の外力を受けた際に、ハット形鋼矢板１０とＨ形鋼２０とが相互に力を分担し、一体的な構造体として挙動させることが可能となるためである。更に、ハット形鋼矢板１０とＨ形鋼２０とを互いに溶着させる際に、Ｈ形鋼２０を安定させることができ、溶接加工作業を容易に進めることが可能となるためである。

　図４、図５は、このような構成からなる組合せ鋼矢板１を互いに連結することにより地中連続壁体５を構成した例を示している。この地中連続壁体５は、各組合せ鋼矢板１における継手部１４を介して互いに連結させて一つの壁体を構成している。また、この地中連続壁体５は、同一の組合せ鋼矢板１を連続的に配置することにより構成されている。

　次に、本実施形態に係る組合せ鋼矢板１の詳細な構成について更に説明をする。本実施形態による組合せ鋼矢板１において、Ｈ形鋼２０の最小降伏点をσ_ｙｈとし、ハット形鋼矢板１０の最小降伏点を、σ_ｙｓとしたとき、これらの比σ_ｙｈ／σ_ｙｓが、１．１０５以上になるように設定される。

　このσ_ｙｈ／σ_ｙｓが１．１０５未満の場合には、組合せ鋼矢板における曲げ耐力を十分に向上させることができない。そのため、所望の断面係数を確保するために、鋼材の断面積を増加させることにより鋼材総重量を増加させざるを得なくなる。従って、σ_ｙｈ／σ_ｙｓが１．１０５未満の場合には、従来のＺ形鋼矢板と比較して加工コストが大きくなる分、不利になってしまう。これに対して、本実施形態による組合わせ鋼矢板１では、上述の如く、σ_ｙｈ／σ_ｙｓを１．１０５以上となるようにハット形鋼矢板１０の材質とＨ形鋼２０の材質を選定しているため、組合せ鋼矢板の曲げ耐力をより向上させることができ、特にこれを控え式土留め壁に使用する際において優位性を発揮させることが可能となる。

　なお、このσ_ｙｈ／σ_ｙｓの上限は特に規定しないが、現行規格のハット形鋼矢板及びＨ形鋼の最小降伏点の比の上限である１．６程度とすればよい。ちなみに、鋼材規格が無い場合においても、高降伏点のＨ形鋼の製造は可能であることから、σ_ｙｈ／σ_ｙｓが１．６以上となる組合せとなるように構成してもよい。

　特に本発明では、Ｈ形鋼の最小降伏点σ_ｙｈと、鋼矢板の最小降伏点σ_ｙｓとの比σ_ｙｈ／σ_ｙｓが、後述するように、１．１０９～１．５５９となるように調整されていてもよい。これにより、組合せ鋼矢板１における曲げ耐力の増強をより確実かつ強固に実現することが可能となる。

　以下、図１を参照して、本実施形態にかかる組合せ鋼矢板１の寸法について説明する。図１に示すように、ハット形鋼矢板１０におけるアーム部１３の底面からＨ形鋼における第１のフランジ部２２ａの上面までの長さをＨとする。また、アーム部１３の底面から組合せ鋼矢板１における中立軸までの長さをｙとする。このとき、組合せ鋼矢板１における中立軸からＨ形鋼２０における第１のフランジ部２２ａの上面までの長さ（Ｈ－ｙ）とｙとの比は、（Ｈ－ｙ）／ｙとして表される。この比（Ｈ－ｙ）／ｙがσ_ｙｈ／σ_ｙｓより大きくなるように断面形状が選定されていてもよい。比（Ｈ－ｙ）／ｙがσ_ｙｈ／σ_ｙｓより大きくなるようにハット形鋼矢板１０及びＨ形鋼２０の形状を決定することにより、Ｈ形鋼２０における第１のフランジ部２２ａの外縁にＨ形鋼２０の最小降伏点σ_ｙｈに相当する応力が発生する曲げモーメントが作用する際、ハット形鋼矢板１０の外縁に発生する応力を鋼矢板の最小降伏点σ_ｙｓ以下に押さえ込むように作用させることが可能となる。これにより、組合せ鋼矢板１における曲げ耐力をより増強させることが可能となる。結果として、必要断面係数を満たす上でより軽量化を図ることができ、従来のＺ形鋼矢板と比較して顕著な優位性を発揮させることが可能となる。

以下、本発明の一実施形態に係る組合せ鋼矢板１の組合せについて詳細に説明する。以下、Ｈ形鋼の最小降伏点σ_ｙｈと、ハット形鋼矢板の最小降伏点σ_ｙｓとの比σ_ｙｈ／σ_ｙｓが、１．１０５以上となるような組み合わせについて説明する。

　表３には、組合せ鋼矢板１のハット形鋼矢板１０とＨ形鋼２０との組合せの例が示されている。

　表３における組合せ例では、ハット形鋼矢板１０には、ＪＩＳＡ５５２３のＳＹＷ２９５が使用されている。このＳＹＷ２９５は、最小降伏点が２９５Ｎ／ｍｍ^２である。また、表３における組合せ例では、Ｈ形鋼２０には、それぞれ中国規格ＧＢ／Ｔ１５９１のＱ３４５Ｂ、ＪＩＳＧ３１０６のＳＭ４９０ＹＡ、及びＪＩＳＧ３１０６のＳＭ５７０が使用されている。表中にＨ形鋼２０及びハット形鋼矢板１０の最小降伏点σ_ｙｈ、σ_ｙｓをそれぞれ示す。表１から、Ｈ形鋼２０の規格としてＱ３４５Ｂを用いた場合には、σ_ｙｈ／σ_ｙｓが１．１６９であること、Ｈ形鋼２０の規格としてＳＭ４９０ＹＡを用いた場合には、σ_ｙｈ／σ_ｙｓが１．２０３であること、Ｈ形鋼２０の規格としてＳＭ５７０を用いた場合には、σ_ｙｈ／σ_ｙｓが１．５５９であることがわかる。

　また、表４には、組合せ鋼矢板１の、ハット形鋼矢板１０とＨ形鋼２０との他の組合せ例が示されている。

　この表４では、ハット形鋼矢板１０の規格として、ユーロ規格ＥＮ１０２４８のＳ３２０ＧＰを使用している。このユーロ規格ＥＮ１０２４８のＳ３２０ＧＰは、最小降伏点が３２０Ｎ／ｍｍ^２である。また、Ｈ形鋼２０には、ＳＭ４９０ＹＡと、ＳＭ５７０とが例として用いられている。表４中にＨ形鋼２０及びハット形鋼矢板１０の最小降伏点σ_ｙｈ、σ_ｙｓをそれぞれ示す。表４から、Ｈ形鋼２０の規格としてＳＭ４９０ＹＡを用いた場合には、σ_ｙｈ／σ_ｙｓが１．１０９であり、Ｈ形鋼２０の規格としてＳＭ５７０を用いた場合には、σ_ｙｈ／σ_ｙｓが１．４３８であることがわかる。

　このように、表３、４に示す規格からなるハット形鋼矢板１０とＨ形鋼２０とを用いることにより、σ_ｙｈ／σ_ｙｓを１．１０９～１．５５９程度とすることができ、組合せ鋼矢板１における曲げ耐力を増強することができる。勿論これらの規格以外でも鋼材規格は種々存在するため、組合せ鋼矢板１の最小降伏点比σ_ｙｈ／σ_ｙｓが１．１０５以上になる範囲で、任意にハット形鋼矢板１０とＨ形鋼２０とを組み合わせても良い。

　以下の説明においては、組合せ鋼矢板における中立軸からＨ形鋼の第１のフランジ部２２ａの上面までの長さ（Ｈ－ｙ）とｙとの比（Ｈ－ｙ）／ｙが、σ_ｙｈ／σ_ｙｓより大きくなるように選定される断面形状について説明する。
　図１に示すハット形鋼矢板１０、Ｈ形鋼２０の各寸法に基づいて、アーム部１３の底面から当該組合せ鋼矢板１における中立軸までの長さをｙは、以下の式（１）から求めることができる。
　ｙ＝｛（Ａｓ・ｈｓ／２）＋（２・Ａｈ・ｈｓ＋Ａｈ・ｈ_ｈ）／２｝／（Ａｓ＋Ａｈ）・・・・・・・・・・（１）

　ここで、
　ｈｓ：ハット形鋼矢板１０の高さ（図１参照）
　ｈ_ｈ：Ｈ形鋼２０の高さ（図１参照）
　Ａｓ：ハット形鋼矢板１０の一枚当たりの断面積
　Ａｈ：Ｈ形鋼２０の一本当たりの断面積

　また、ｙ／Ｈは、以下の（２）式に基づいて算出することが可能となる。
　ｙ／Ｈ＝｛ｈｓ／Ｈ＋（Ａｈ／Ａｓ）／（１＋（Ａｈ／Ａｓ））｝／２・・・・・・・・・・（２）

　また、当該組合せ鋼矢板１における中立軸からＨ形鋼２０の第１のフランジ部２２ａの上面までの長さ（Ｈ－ｙ）とＨとの比（Ｈ－ｙ）／Ｈは、（１－（ｙ／Ｈ））により表され、また、組合せ鋼矢板１における中立軸からハット形鋼矢板１０におけるアーム部１３の底面までの長さｙとＨとの比は、ｙ／Ｈで表される。これらの比（１－（ｙ／Ｈ））／（ｙ／Ｈ）が最小降伏点の比σ_ｙｈ／σ_ｙｓ以上になることを式に表すと、下記の式（３）となる。
　（１－（ｙ／Ｈ））／（ｙ／Ｈ）≧σ_ｙｈ／σ_ｙｓ・・・・・・・・・・（３）

　この式（３）は、中立軸からＨ形鋼２０の第１のフランジ部２２ａ上面までの長さと、中立軸からハット形鋼矢板１０におけるアーム部１３の底面までの長さの比が、最小降伏点の比σ_ｙｈ／σ_ｙｓ以上であることを示す。

　この式（３）に式（２）の値を代入して展開すると、下記の式（４）となる。
（２－（（ｈｓ／Ｈ）＋（Ａｈ／Ａｓ）／（１＋（Ａｈ／Ａｓ）））／（（ｈｓ／Ｈ）＋（Ａｈ／Ａｓ）／（１＋（Ａｈ／Ａｓ））≧σ_ｙｈ／σ_ｙｓ・・・・・・・・・・（４）

　ここで、σ_ｙｈ／σ_ｙｓ＝βとおいて、Ａｈ／Ａｓについて解くことにより、下記の（５）式を導出することが可能となる。
　Ａｈ／Ａｓ≦（２－（１＋β）・（ｈｓ／Ｈ））／（β＋（１＋β）・（ｈｓ／Ｈ）－１）・・・・・・・・・・（５）

　即ち、組合せ鋼矢板１に適用されるＨ形鋼２０の断面積Ａｈとハット形鋼矢板１０の断面積Ａｓの比Ａｈ／Ａｓは、式（５）において定義される各パラメータに基づいて求めることができる。

　即ち、組合せ鋼矢板１において、ハット形鋼矢板１０とＨ形鋼２０の高さを仮定し、そのハット形鋼矢板１０とＨ形鋼２０の降伏点を仮定することにより、ハット形鋼矢板１０の高さ（ｈｓ）と、組合せ鋼矢板１の高さ（Ｈ）との比（ｈｓ／Ｈ）及びＨ形鋼２０とハット形鋼矢板１０の降伏点の比β（＝σ_ｙｈ／σ_ｙｓ）が決まる。従って、式（５）を満足するハット形鋼矢板１０とＨ形鋼２０の断面の組み合わせ（Ａｈ／Ａｓ）から合理的な断面形状を設定することが可能となる。

　即ち、式（５）を満足するようにハット形鋼矢板１０とＨ形鋼２０の組合せを選定することにより、組合せ鋼矢板１における中立軸からＨ形鋼２０における第１のフランジ部２２ａの上面までの長さの比（Ｈ－ｙ）／ｙが、Ｈ形鋼２０とハット形鋼矢板１０の降伏点の比β（＝σ_ｙｈ／σ_ｙｓ）より大きくなるようにそれぞれの断面形状を選定できる。その結果、実際に組合せ鋼矢板１による壁体に、Ｈ形鋼の第１のフランジ部２２ａの外縁にＨ形鋼２０の最小降伏点σ_ｙｈに相当する応力が発生する曲げモーメントが作用した際に、ハット形鋼矢板１０の外縁における発生応力をハット形鋼矢板１０自体の最小降伏点以下に押さえ込むことが可能となり、曲げ耐力を増強する上で効果的な組合せ鋼矢板１の断面形状とすることが可能となる。

　次に、組合せ鋼矢板１の断面形状を選定するためのアプローチ方法について説明をする。表５は、本アプローチ方法を説明する上で使用するハット形鋼矢板１０の断面データを、また表６は、Ｈ形鋼２０の断面データを示している。

　ハット形鋼矢板１０には、表５に示される１０Ｈのハット形鋼矢板１０が使用されている。１０Ｈのハット形鋼矢板１０の幅、高さ、断面積Ａｓ、断面二次モーメントＩｓ、鋼材重量は、表５に示すとおりである。また、Ｈ形鋼２０は、互いに断面積Ａｈの異なる７種類を用意した。それぞれのサイズ、断面積Ａｈ、断面二次モーメントＩｈ、鋼材重量は、表６に示すとおりである。

　表５に示すハット形鋼矢板１０に対して、表６の各種類のＨ形鋼２０を組み合わせて構成した組合せ鋼矢板１の一覧を表７に示す。

　この表７中の組合せ番号は、表５に示すＨ形鋼２０の各組合わせ番号に対応している。例えば、この表７中の組合せ番号１においては、表６の組合せ番号１に相当するＨ形鋼２０と、表５に示すハット形鋼矢板１０とを組み合わせて組合せ鋼矢板１を構成している。ちなみに、この表７では、組合せ番号毎に、Ｈ形鋼２０の断面積Ａｈとハット形鋼矢板１０の断面積Ａｓとの比Ａｈ／Ａｓ、ハット形鋼矢板１０の高さ（ｈｓ）と、組合せ鋼矢板１の高さ（Ｈ）との比ｈｓ／Ｈ、アーム部１３の底面から組合せ鋼矢板１における中立軸までの長さｙと組合せ鋼矢板１の高さＨとの比ｙ／Ｈ、更には（１－（ｙ／Ｈ））／（ｙ／Ｈ）の各パラメータを示している。また、組合せ鋼矢板１のＨ形鋼２０の縁端応力で決定される矢板１本当たりの断面係数Ｚ（ｃｍ^３）、組合せ鋼矢板１の一本あたりの鋼材重量ｗ（ｋｇ／本）、Ｈ形鋼２０の外縁（第１のフランジ２２ａの外縁）に対してＨ形鋼の最小降伏点に相当する応力が作用した場合における、鋼矢板１０の外縁に発生する応力σ_ｓ（Ｎ／ｍｍ^２）が示されている。

　発生応力は一般に弾性範囲内であれば中立軸からの距離に比例する。従って、鋼矢板１０の外縁に発生する応力σ_ｓは、Ｈ形鋼の第１のフランジ２２ａの外縁に発生する応力σ_ｈと中立軸の距離の比（１－（ｙ／Ｈ））／（ｙ／Ｈ）から下記式を用いて算定できる。なお、鋼矢板１０の外縁に発生する応力σ_ｓが、降伏点を超えた場合も、本式が適用できると仮定している。

　なお、Ｈ形鋼フランジ２２ａの外縁に発生する応力σ_ｈは、Ｈ形鋼の最小降伏点σ_ｙｈが作用する場合を想定しているので、σ_ｈ＝σ_ｙｈとする。
　σ_ｈ：σ_ｓ＝（Ｈ－ｙ）：ｙ＝（１－（ｙ／Ｈ））：（ｙ／Ｈ）
　　σ_ｓ＝σ_ｈ／（（１－（ｙ／Ｈ））／（ｙ／Ｈ））

　また、表８には、表７で組み合わせて構成するＨ形鋼２０とハット形鋼矢板１０における最小降伏点並びに最小降伏点比を示す。最小降伏点は、Ｈ形鋼２０が３５５（Ｎ／ｍｍ^２）であり、ハット形鋼矢板１０が２９５（Ｎ／ｍｍ^２）である。また、これらの降伏点比（σ_ｙｈ／σ_ｙｓ）は、１．２０である。

　更に表９には、式（５）により求められる、Ｈ形鋼２０の断面積Ａｈとハット形鋼矢板１０の断面積Ａｓの比Ａｈ／Ａｓが示される。表８よりｈｓ／Ｈは、０．２４７であり、また降伏点比σ_ｙｈ／σ_ｙｓは、１．２０であることから、面積比Ａｈ／Ａｓは、１．９６であることが示されている。

　実際に組合せ鋼矢板１の断面形状を選定するためには、式（５）及び表９から、Ａｈ／Ａｓが１．９６以下となる組合せ断面を選定すれば、比（１－（ｙ／Ｈ））／（ｙ／Ｈ）が最小降伏点の比σ_ｙｈ／σ_ｙｓ以上になるように断面を選定することが可能である。このため、表７でいう組合せ番号１～４の断面形状とすることにより、Ｈ形鋼２０の外縁に対してＨ形鋼の最小降伏点に相当する応力が作用した場合でも、鋼矢板１０の外縁に発生する応力σ_ｓが何れもハット形鋼矢板１０の最小降伏点（２９５Ｎ／ｍｍ^２）以下に抑えることが可能となる。実際に表７に示すように、算出した鋼矢板１０の外縁に発生する応力σ_ｓは、組合せ番号１が２１３Ｎ／ｍｍ^２、組合せ番号２が２２８Ｎ／ｍｍ^２、組合せ番号３が２３９Ｎ／ｍｍ^２、組合せ番号４が２７０Ｎ／ｍｍ^２であり、ハット形鋼矢板１０の最小降伏点（２９５Ｎ／ｍｍ^２）以下に抑えられていることが示されている。その結果、曲げ耐力を増強する上でより効果的な組合せ鋼矢板１の断面形状とすることが可能となることが分かる。

　しかしながら、組合せ番号５～７は、比率Ａｈ／Ａｓがそれぞれ２．１０、２．２１、２．３７であり、式（５）から算出される１．９６を超えてしまう。また、鋼矢板１０の外縁に発生する応力σ_ｓについても、組合せ番号５が３０５Ｎ／ｍｍ^２、組合せ番号６が３１３Ｎ／ｍｍ^２、組合せ番号７が３２１Ｎ／ｍｍ^２と、何れもハット形鋼矢板１０の最小降伏点（２９５Ｎ／ｍｍ^２）を超えている。従って、Ｈ形鋼１０の降伏点を、ハット形鋼矢板２０の降伏点と比較して向上させているにも関わらず、その利点を享受することができない。その結果、ハット形鋼矢板１０の最小降伏点（２９５Ｎ／ｍｍ^２）以下にするためには、断面係数を低下させる必要がある。上記実施例では、組合せ鋼矢板１の断面形状を選定するためのアプローチ方法について説明するため、表５に示す１０Ｈ形のハット形鋼矢板を例に挙げた。組合せ鋼矢板１に使用する鋼矢板は、これ以外のハット形鋼矢板でもよい。例えば、幅９００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、断面積１４４．４ｃｍ^２／本、断面二次モーメント２２０００ｃｍ^４／本を有する２５Ｈ形のハット形鋼矢板でもよい。

　表１０は、必要降伏曲げモーメントが１４５０ｋＮ・ｍ／本の場合における従来例と本発明例との鋼材重量軽減効果を示している。

　従来例では、ハット形鋼矢板１０の最小降伏点を２９５Ｎ／ｍｍ^２、Ｈ形鋼２０の最小降伏点を３１５Ｎ／ｍｍ^２としている。必要降伏曲げモーメントが１４５０ｋＮ・ｍ／本を満たす上で従来例では、１９５ｋｇ／本の鋼材重量が必要であるのに対し、本発明例では、１８６ｋｇ／本の鋼材重量で達成することが可能となり、本発明例は、従来例と比較して５％程度の軽量化を図ることが可能となる。

　表１１は、必要降伏曲げモーメントが１４９０ｋＮ・ｍ／本の場合における従来例と本発明例との鋼材重量軽減効果を示している。必要降伏曲げモーメントが１４９０ｋＮ・ｍ／本を満たす上で従来例では、２２５ｋｇ／本の鋼材重量が必要であるのに対し、本発明例では、１８６ｋｇ／本の鋼材重量で達成することが可能となり、本発明例は、従来例と比較して１７％程度の軽量化を図ることが可能となる。

　本発明によれば、ハット形鋼矢板とＨ形鋼とを組み合わせて形成される組合せ鋼矢板の曲げ耐力を大幅に向上させることができ、また、組合せ鋼矢板の軽量化を図ることができるため、産業上の利用可能性は大きい。

１０　ハット形鋼矢板
１１　ウェブ部
１２　フランジ部
１３　アーム部
１４　継手部
２０　Ｈ形鋼
２１　中央ウェブ部
２２ａ　第１のフランジ部
２２ｂ　第２のフランジ部
２７　溶接箇所

Claims

　ハット形鋼矢板と、Ｈ形鋼とを有する組合せ鋼矢板であって、
　前記ハット形鋼矢板は、
　　ウェブ部と；
　　前記ウェブ部の両端に設けられる一対のフランジ部と；
　　前記一対のフランジ部の端部にそれぞれ設けられる一対のアーム部と；
　　前記の一対のアーム部の端部にそれぞれ形成される一対の継手部と；
を有し、
　前記Ｈ形鋼矢板は、
　　中央ウェブ部と；
　　前記中央ウェブ部の一端に設けられる第１のフランジ部と；
　　前記中央ウェブ部の他端に設けられる第２のフランジ部と；
を有し、
　前記第２のフランジ部が、前記ハット形鋼矢板の前記ウェブ部の外側に固定され、
　前記Ｈ形鋼の最小降伏点σ_ｙｈと、前記ハット形鋼矢板の最小降伏点σ_ｙｓとの比である最小降伏点比σ_ｙｈ／σ_ｙｓが、１．１０５以上である
ことを特徴とする組合せ鋼矢板。
　前記最小降伏点比σ_ｙｈ／σ_ｙｓが、１．１０９以上１．５５９以下であること
　を特徴とする請求項１記載の組合せ鋼矢板。
　請求項１又は２記載の組合せ鋼矢板を２つ以上用いた土留め壁であって、隣り合う前記組合せ鋼矢板の前記継手部が互いに連結されていることを特徴とする土留め壁。
　ハット形鋼矢板と、Ｈ形鋼とを有する組合せ鋼矢板の組合せ選定方法であって、前記Ｈ形鋼の最小降伏点σ_ｙｈと、前記ハット形鋼矢板の最小降伏点σ_ｙｓとの比である最小降伏点比σ_ｙｈ／σ_ｙｓが、１．１０５以上となるように組合せを選定することを特徴とする組合せ鋼矢板の組合せ選定方法。