(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
安全率の関係式が、波付け加工された鋼板で形成されたライナープレートを組み合わせた土留壁体の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]、前記鋼板の弾性係数E[N/mm2]、前記鋼板の断面2次モーメントI[mm4/mm]を用いて、D2/(E×I)=F.F.(Flexibility Factor)[mm/N]のように定義され、
前記鋼板の厚みt[mm]が、0<t<2.7の変数であり、
F.F.(Flexibility Factor)[mm/N]が、F.F.=0.11であり、
前記鋼板の弾性係数E[N/mm2]が、E=205000であり、
前記鋼板の断面2次モーメントI[mm4/mm]が、前記鋼板の断面積A[mm2]、前記鋼板の厚みt[mm]、前記鋼板の単位長さB(=1)[mm]を用いて、I=(A×t2)/(12×B)のように定義されたとき、
前記ライナープレートを組み合わせた土留壁体の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]は、0<D≦(0.11×205000×((A×t2)/12))0.5を満たすライナープレート。
安全率の関係式が、波付け加工された鋼板で形成されたライナープレートを組み合わせた土留壁体の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]、前記鋼板の弾性係数E[N/mm2]、前記鋼板の断面2次モーメントI[mm4/mm]を用いて、D2/(E×I)=F.F.(Flexibility Factor)[mm/N]のように定義され、
前記鋼板の厚みt[mm]が、0<t<2.7の変数であり、
F.F.(Flexibility Factor)[mm/N]が、F.F.=0.11であり、
前記鋼板の弾性係数E[N/mm2]が、E=205000であり、
前記鋼板の断面2次モーメントI[mm4/mm]が、前記鋼板の断面積A[mm2]、前記鋼板の厚みt[mm]、前記鋼板の単位長さB(=1)[mm]を用いて、I=(A×t2)/(12×B)のように定義されたとき、
前記ライナープレートを組み合わせた土留壁体の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]が、0<D≦(0.11×205000×((A×t2)/12))0.5を満たすライナープレートを選定するライナープレートの選定方法。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下に、本発明に係る波型鋼板製水路部材の実施の形態について説明する。なお、図面の形態は一例であり、本発明を限定するものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【0013】
実施の形態1.
<ライナープレートを組み合わせた土留壁体>
図1は、本発明の実施の形態1に係るライナープレート1を組み合わせた土留壁体100を示す斜視図である。
図1に示すように、土留壁体100は、円弧状に湾曲した複数のライナープレート1を環状に連結している。土留壁体100は、この環状に組み合わされたライナープレート1を上下方向に連続的に連結している。土留壁体100は、上下方向に延びる円筒形状である。ライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の上下方向に平行な軸方向に直交する断面は、真円形状である。
【0014】
立坑は、土留壁体100の外周径程度の穴を掘削し、穴の内側にライナープレート1を環状に組み合わせている。立坑は、このライナープレート1を環状に組み合わせる作業と、掘削と、を穴底部方向に繰り返し、所定の深さに構築される。
【0015】
このような立坑には、地山側から土圧がかかっている。このため、立坑の深度によっては土圧が大きくなる。それに対し、ライナープレート1だけでは強度が足りない場合がある。この場合には、環状に組み合わせたライナープレート1の間に補強のための補強リング2が間隔を空けて入れられている。土圧は立坑の深いところ程大きくなるので、立坑の深いところには、補強リング2が多く入れられる。
【0016】
なお、ここでは、ライナープレート1を組み合わせた土留壁体100は、軸方向に直交する断面は、真円形状であるものを例に挙げて説明する。しかし、これに限られない。たとえば、ライナープレートを組み合わせた土留壁体は、小判形、矩形、馬蹄形などの形状であっても良い。
【0017】
<ライナープレート1の構成>
図2は、本発明の実施の形態1に係るライナープレート1を示す正面図である。
図3は、本発明の実施の形態1に係るライナープレート1を示す
図2のA−A矢視図である。
図4は、本発明の実施の形態1に係るライナープレート1を示す上面図である。
【0018】
図2〜
図4に示すように、ライナープレート1は、波付け加工された鋼板3(波付鋼板)を有している。鋼板3は、円弧状に湾曲した矩形形状である。ライナープレート1は、鋼板3の4辺のうち円弧状に湾曲した周方向の上下端部となる2辺に設けられた一対の周方向フランジ部4、5を有している。ライナープレート1は、鋼板3の4辺のうち構築される土留壁体100の上下方向に平行な軸方向の直線状の左右端部となる2辺に設けられた一対の軸方向フランジ部6、7を有している。
【0019】
周方向フランジ部4、5と軸方向フランジ部6、7とには、所定間隔を空けて複数の連結孔8がそれぞれ設けられている。連結孔8は、隣接するライナープレート1同士をボルトおよびナットにて締結して連結するためにボルトが挿通される。
【0020】
また、ライナープレート1は、波付け加工された鋼板3で形成されたライナープレート1であって、鋼板3の厚みt[mm]は、0<t<2.7を満たす。
【0021】
<ライナープレート1の最低厚みの検討>
(1)コルゲートパイプにおける施工中の断面剛性の検討
従来、ライナープレートは、鋼板の最低厚みt[mm]は、2.7とされていた。これは、構築する土留壁体の安全を考慮したものである。しかし、ライナープレートは、作業者が扱い易いようにより軽量化が望まれている。そこで、発明者らは、ライナープレートと同様な波付け加工された鋼板を用いるコルゲートパイプの施工時から決定される板厚検討方法をライナープレートに適用し、ライナープレートの最低厚みが薄肉化できないか検討した。
【0022】
図5は、本発明の実施の形態1に係るコルゲートパイプにおける施工中の断面剛性の検討方法を示す説明図である。なお、
図5は、「コルゲートメタルカルバート・マニュアル、第3回改訂版(P146−P147)、社団法人地盤工学会出版」からの抜粋である。
図5に示すように、軸方向に直交する断面が真円形状であるコルゲートパイプは、外側から任意の分布形状の荷重が作用した場合に、たわみ△Dが、△D=α×(D
3/(E×I))×W
で表される。
【0023】
ここで、αは、荷重の分布形状によって定まる定数である。Eは、鋼の弾性係数[N/mm
2]である。Iは、断面2次モーメント[mm
4/mm]である。
【0024】
よって、コルゲートパイプの直径に対するたわみ量の比△D/Dが、
△D/D=α×(D
2/(E×I))×W=α×F.F.×W
で表される。
【0025】
ここで、D
2/(E×I)を置き換えたF.F.は、Flexibility Factor(安全率)と名付けられる。そして、F.F.は、長年の経験と施工性試験の結果から、
図5に示す(表−9.14)を最大値としている。また、(表−9.14)から、2形コルゲートパイプは、F.F.[mm/N]=0.11と定められている。
【0026】
一方、土留壁体に組み合わせられるライナープレートにおける波付け加工の波深さが2形コルゲートパイプの波深さに近いものである。そこで、発明者らは、2形コルゲートパイプのF.F.[mm/N]=0.11をライナープレートによって構築される土留壁体に適用することを検討した。
【0027】
(2)F.F.の適用
図6は、本発明の実施の形態1に係るF.F.適用の簡素化モデルを示す説明図である。
図6に示すように、コルゲートパイプの施工中の断面剛性検討におけるF.F.をライナープレート1によって構築される土留壁体100に適用するにあたり、断面が真円形状のものから単純梁に簡素化を図った簡素化モデルで検討を行う。
図6では、コルゲートパイプの直径Dを梁スパンLに簡素化する。円形撓み△Dを梁撓みyに簡素化する。
【0028】
断面が真円形状である場合には、軸方向力と曲げ剛性によって真円形状を保持しようとする。一方、断面が単純梁である場合には、曲げ剛性のみで形状を保持しようとする。このため、後者は、前者よりも強度が低く、変形量が大きくなると推測できる。これにより、単純梁で検討を行うことにより、安全率が真円形状のものよりも高く検討できる。また、ライナープレート1によって構築される土留壁体100には、断面が真円形状であるもの以外に、小判形、矩形、馬蹄形などの形状も存在するため、これらの安全率も同じように含めて検討できる。
【0029】
(3)簡素化モデルでの変形量
図7は、本発明の実施の形態1に係る簡素化モデルでの変形量を示すグラフ図である。
図7に示すように、ライナープレート1の鋼板3の厚みt[mm]を従来の2.7とした場合と、従来の2.7よりも厚みが薄肉化された2.0とした場合と、の曲げ実験を行った。
【0030】
実験結果は、ライナープレート1の鋼板3の厚みt[mm]を従来の2.7とした場合には、限界荷重[tf]が6.5となる。この値は、設計降伏荷重[tf]=3.2よりも2.0倍高く、設計降伏荷重に対して十分な強度があることを証明している。
【0031】
また、ライナープレート1の鋼板3の厚みt[mm]を2.0とした場合には、限界荷重[tf]が3.5となる。この値は、設計降伏荷重[tf]=2.3よりも1.5倍高く、設計降伏荷重に対して十分な強度があることを証明している。
【0032】
以上の実験結果から、実際の限界荷重として現れる変位量が設計降伏荷重である理論値よりも大きくなることが明らかとなった。これにより、実際の変位量よりも小さい理論値である設計降伏荷重を適用して簡素化モデルでの安全性の確認ができる。
【0033】
(4)簡素化モデルによるF.F.算出
図8Aは、本発明の実施の形態1に係る簡素化モデルによるF.F.算出を板厚t[mm]=2.7の場合で示す表図である。ライナープレート1の鋼板3の厚みt[mm]を従来の2.7とした場合には、
図8AのPmaxである設計降伏荷重[tf]=3.2を設計降伏荷重[kN]=31.5と単位の置き換えをする。そして、
図5の式(9.75)をF.F.[mm/N]について
図8AのPmaxで展開する。この場合には、降伏点応力度δa[N/mm
2]=205と単純梁理論により算出される。これにより、F.F.[mm/N]は、F.F.=(△D/D)×(1/W)に簡素化モデルによる数値を代入し、F.F.=4.00のように算出する。
【0034】
図8Bは、本発明の実施の形態1に係る簡素化モデルによるF.F.算出を板厚t[mm]=2.0の場合で示す表図である。ライナープレート1の鋼板3の厚みt[mm]を2.0とした場合には、
図8BのPmaxである設計降伏荷重[tf]=2.3を設計降伏荷重[kN]=23.3と単位の置き換えをする。そして、
図5の式(9.75)をF.F.[mm/N]について
図8BのPmaxで展開する。この場合には、降伏点応力度δa[N/mm
2]=205と単純梁理論により算出される。これにより、F.F.[mm/N]は、F.F.=(△D/D)×(1/W)に簡素化モデルによる数値を代入し、F.F.=3.605ように算出する。
【0035】
算出結果は、ライナープレート1の鋼板3の厚みt[mm]を従来の2.7とした場合には、上記のようにF.F.[mm/N]=4.000となる。これは、F.F.[mm/N]=4.000≧0.11ということを証明する。
【0036】
また、ライナープレート1の鋼板3の厚みt[mm]を2.0とした場合には、上記のようにF.F.[mm/N]=3.605となる。これは、F.F.[mm/N]=3.605≧0.11ということを証明する。
【0037】
このように、ライナープレート1のF.F.[mm/N]は、簡素化モデルで厚みの薄肉化を図っても2形コルゲートパイプのF.F.[mm/N]=0.11以上と大幅に大きくなる。そのため、2形コルゲートパイプのF.F.[mm/N]=0.11で安全性を確認すると、十分な安全側の設計となる。
【0038】
図9は、本発明の実施の形態1に係るF.F.=0.11を用いた円相当径D[mm]の算出過程の一例を示す図である。ライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]、鋼板3の弾性係数E[N/mm
2]、鋼板3の断面2次モーメントI[mm
4/mm]を用いて、D
2/(E×I)=F.F.(Flexibility Factor)[mm/N]のように定義する。ライナープレート1の鋼板3の厚みt[mm]を2.0とし、D[m]=4.5とした場合を一例とする。D[m]=4.5は、この算出過程でD[mm]=450に変換される。このとき、
図9に示すように、F.F.[mm/N]=0.092と算出される。
【0039】
この結果、2形コルゲートパイプのF.F.[mm/N]=0.11を用いれば、ライナープレート1の鋼板3の厚みt[mm]が0<t<2.7の間で施工時の安全を確保して設定できることが明らかとなった。
【0040】
すなわち、ライナープレート1は、安全率の関係式が、ライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]、鋼板3の弾性係数E[N/mm
2]、鋼板3の断面2次モーメントI[mm
4/mm]を用いて、D
2/(E×I)=F.F.(Flexibility Factor)[mm/N]のように定義されたとき、F.F.は、0<F.F.≦0.11を満たす。
【0041】
<ライナープレート1の選定方法>
上記のように、2形コルゲートパイプのF.F.=0.11を用いて、ライナープレート1の鋼板3の厚みt[mm]が0<t<2.7の間で設定されても、土留壁体100の施工時の安全が確保できる土留壁体100の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]が選定できる。
【0042】
図10は、本発明の実施の形態1に係るF.F.=0.11を用いた円相当径D[mm]の算出結果を示す表図である。
図10に示すように、ライナープレート1の鋼板3の厚みt[mm]が0<t<2.7の間で設定されても、
図10に図示した黒太線領域のように土留壁体100の施工時の安全が確保できる土留壁体100の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]が存在する。
【0043】
したがって、ライナープレート1の選定方法は、安全率の関係式が、波付け加工された鋼板3で形成されたライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]、鋼板3の弾性係数E[N/mm
2]、鋼板3の断面2次モーメントI[mm
4/mm]を用いて、D
2/(E×I)=F.F.(Flexibility Factor)[mm/N]のように定義される。ライナープレート1の選定方法は、鋼板3の厚みt[mm]が、0<t<2.7の変数である。ライナープレート1の選定方法は、F.F.(Flexibility Factor)[mm/N]が、F.F.=0.11である。ライナープレート1の選定方法は、鋼板3の弾性係数E[N/mm
2]が、E=205000である。ライナープレート1の選定方法は、鋼板3の断面2次モーメントI[mm
4/mm]が、鋼板3の断面積A[mm
2]、鋼板3の厚みt[mm]、鋼板3の単位長さB(=1)[mm]を用いて、I=(A×t
2)/(12×B)のように定義される。このとき、ライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]が、0<D≦(0.11×205000×((A×t
2)/12))
0.5を満たすライナープレート1を選定する。
【0044】
また、ライナープレート1は、安全率の関係式が、波付け加工された鋼板3で形成されたライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]、鋼板3の弾性係数E[N/mm
2]、鋼板3の断面2次モーメントI[mm
4/mm]を用いて、D
2/(E×I)=F.F.(Flexibility Factor)[mm/N]のように定義される。ライナープレート1は、鋼板3の厚みt[mm]が、0<t<2.7の変数である。ライナープレート1は、F.F.(Flexibility Factor)[mm/N]が、F.F.=0.11である。ライナープレート1は、鋼板3の弾性係数E[N/mm
2]が、E=205000である。ライナープレート1は、鋼板3の断面2次モーメントI[mm
4/mm]が、鋼板3の断面積A[mm
2]、鋼板3の厚みt[mm]、鋼板3の単位長さB(=1)[mm]を用いて、I=(A×t
2)/(12×B)のように定義される。このとき、ライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]は、0<D≦(0.11×205000×((A×t
2)/12))
0.5を満たす。
【0045】
<実施の形態1の効果>
実施の形態1によれば、ライナープレート1は、波付け加工された鋼板3で形成されたライナープレート1であって、鋼板3の厚みt[mm]は、0<t<2.7を満たす。
【0046】
この構成によれば、従来品では、鋼板の厚みt[mm]は、t≧2.7を満たすように規定されていた。それに対し、実施の形態1のライナープレート1の鋼板3の厚みt[mm]は、0<t<2.7を満たす。そのため、ライナープレート1は、従来品よりも厚みが薄くできる。したがって、ライナープレート1は、より軽量化されて作業者が扱い易い。
【0047】
実施の形態1によれば、ライナープレート1は、安全率の関係式が、ライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]、鋼板3の弾性係数E[N/mm
2]、鋼板3の断面2次モーメントI[mm
4/mm]を用いて、D
2/(E×I)=F.F.(Flexibility Factor)[mm/N]のように定義されたとき、F.F.は、0<F.F.≦0.11を満たす。
【0048】
この構成によれば、ライナープレート1の鋼板3の厚みt[mm]が0<t<2.7を満たすときにF.F.[mm/N]は、0<F.F.≦0.11を満たす。そのため、ライナープレート1を組み合わせた土留壁体100における施工中の断面剛性の安全性が高い。したがって、ライナープレート1は、より軽量化されて作業者が扱い易いように鋼板3の厚みが薄くなっても、施工時の安全が確保できる。
【0049】
実施の形態1によれば、ライナープレート1は、安全率の関係式が、波付け加工された鋼板3で形成されたライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]、鋼板3の弾性係数E[N/mm
2]、鋼板3の断面2次モーメントI[mm
4/mm]を用いて、D
2/(E×I)=F.F.(Flexibility Factor)[mm/N]のように定義される。ライナープレート1は、鋼板3の厚みt[mm]が、0<t<2.7の変数である。ライナープレート1は、F.F.(Flexibility Factor)[mm/N]が、F.F.=0.11である。ライナープレート1は、鋼板3の弾性係数E[N/mm
2]が、E=205000である。ライナープレート1は、鋼板3の断面2次モーメントI[mm
4/mm]が、鋼板3の断面積A[mm
2]、鋼板3の厚みt[mm]、鋼板3の単位長さB(=1)[mm]を用いて、I=(A×t
2)/(12×B)のように定義される。このとき、ライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]は、0<D≦(0.11×205000×((A×t
2)/12))
0.5を満たす。
【0050】
この構成によれば、F.F.[mm/N]がF.F.=0.11であるときのライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]は、0<D≦(0.11×205000×((A×t
2)/12))
0.5を満たす。このため、ライナープレート1の鋼板3の厚みt[mm]が0<t<2.7の間で設定されても、ライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の施工時の安全が確保できる。
【0051】
実施の形態1によれば、ライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の軸方向に直交する断面は、真円形状である。
【0052】
この構成によれば、F.F.は、真円形状の断面の2形コルゲートパイプに用いられた時の安全性に基づく値である。そのため、断面が同じ真円形状である土留壁体100を構成するライナープレート1は、施工時の安全がより確保できる。
【0053】
実施の形態1によれば、ライナープレート1の選定方法は、安全率の関係式が、波付け加工された鋼板3で形成されたライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]、鋼板3の弾性係数E[N/mm
2]、鋼板3の断面2次モーメントI[mm
4/mm]を用いて、D
2/(E×I)=F.F.(Flexibility Factor)[mm/N]のように定義される。ライナープレート1の選定方法は、鋼板3の厚みt[mm]が、0<t<2.7の変数である。ライナープレート1の選定方法は、F.F.(Flexibility Factor)[mm/N]が、F.F.=0.11である。ライナープレート1の選定方法は、鋼板3の弾性係数E[N/mm
2]が、E=205000である。ライナープレート1の選定方法は、鋼板3の断面2次モーメントI[mm
4/mm]が、鋼板3の断面積A[mm
2]、鋼板3の厚みt[mm]、鋼板3の単位長さB(=1)[mm]を用いて、I=(A×t
2)/(12×B)のように定義される。このとき、ライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]が、0<D≦(0.11×205000×((A×t
2)/12))
0.5を満たすライナープレート1を選定する。
【0054】
この構成によれば、F.F.[mm/N]がF.F.=0.11であるときのライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の軸方向に直交する断面の円相当径D[mm]は、0<D≦(0.11×205000×((A×t
2)/12))
0.5を満たす。このため、ライナープレート1の鋼板3の厚みt[mm]が0<t<2.7の間で設定されても、ライナープレート1を組み合わせた土留壁体100の施工時の安全が確保できる。
【0055】
なお、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。