特開 2023-96779 水路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023096779

(43)【公開日】2023-07-07

(54)【発明の名称】水路

(51)【国際特許分類】

   E02B 5/02 20060101AFI20230630BHJP

   E02D 17/08 20060101ALI20230630BHJP

【ＦＩ】

E02B5/02 G

E02D17/08 Z

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021212762

(22)【出願日】2021-12-27

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-01-26

(71)【出願人】

【識別番号】000006839

【氏名又は名称】日鉄建材株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】大高 範寛

(72)【発明者】

【氏名】吉田 幸司

(72)【発明者】

【氏名】藤本 雄充

【テーマコード（参考）】

2D044

【Ｆターム（参考）】

2D044AA11

(57)【要約】

【課題】流水量の低下を抑制できる水路を提供する。
【解決手段】水路１００は、腹起し材２Ａ，２Ｂと水路本体１との間に設けられ、水路本体１から腹起し材２Ａ，２Ｂへ荷重を伝達する荷重伝達部材３Ａ，３Ｂと、を備える。この荷重伝達部材３Ａ，３Ｂは、水路本体１に設計値の範囲内で作用する外力Ｆを腹起し材２Ａ，２Ｂへ伝達する。従って、水路本体１に作用した荷重は、荷重伝達部材３Ａ，３Ｂを介して、腹起し材２Ａ，２Ｂへ良好に伝達することができる。そのため、水路本体１の変形を抑制することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｕ字状に折り曲げられた波形鋼板を有する水路本体と、
前記水路本体の上縁部に、前記水路本体の長手方向に沿って取り付けられた腹起し材と、
前記腹起し材と前記水路本体との間に設けられ、前記水路本体から前記腹起し材へ荷重を伝達する荷重伝達部材と、を備える水路であって、
前記荷重伝達部材は、前記水路本体に設計値の範囲内で作用する外力を前記腹起し材へ伝達する、水路。

【請求項2】

前記波形鋼板は、コルゲート鋼板からなる、請求項１に記載の水路。

【請求項3】

前記腹起し材は、Ｈ形鋼を有する、請求項１又は２に記載の水路。

【請求項4】

前記腹起し材は、溝形鋼を有する、請求項１又は２に記載の水路。

【請求項5】

前記水路の高さを「ｘ」とし、前記荷重伝達部材の板厚を「ｙ」とした場合、以下の式（１）を満たす、請求項１～４の何れか一項に記載の水路。

ｙ≧１．７５×ｘ …（１）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水路に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、Ｕ字状に折り曲げられた波形鋼板を有する水路本体と、水路本体の上縁部に、水路本体の長手方向に沿って取り付けられた腹起し材と、を備える水路が知られている（特許文献１）。この水路では、地盤変動等による荷重によって容易に変形することで腹起し材の変形を小さくすることができる部材を介して、腹起し材が水路本体に取り付けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－７６６５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、腹起し材と水路本体とを連結する部材が容易に変形することで、腹起し材の変形を小さくするという事は、腹起し材は変形しないが、水路本体は変形することを意味する。このように、水路本体が変形してしまうと、元々の水路で見込んでいた流水量が流下できなくなる可能性がある。

【0005】

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、流水量の低下を抑制できる水路を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る水路は、Ｕ字状に折り曲げられた波形鋼板を有する水路本体と、水路本体の上縁部に、水路本体の長手方向に沿って取り付けられた腹起し材と、腹起し材と水路本体との間に設けられ、水路本体から腹起し材へ荷重を伝達する荷重伝達部材と、を備える水路であって、荷重伝達部材は、水路本体に設計値の範囲内で作用する外力を腹起し材へ伝達する。

【0007】

本発明に係る水路は、腹起し材と水路本体との間に設けられ、水路本体から腹起し材へ荷重を伝達する荷重伝達部材と、を備える。この荷重伝達部材は、水路本体に設計値の範囲内で作用する外力を腹起し材へ伝達する。従って、水路本体に作用した荷重は、荷重伝達部材を介して、腹起し材へ良好に伝達することができる。そのため、水路本体の変形を抑制することができる。以上より、水路の流水量の低下を抑制できる。

【0008】

波形鋼板は、コルゲート鋼板からなってよい。この場合、水路本体の強度を確保して変形を抑制することができる。

【0009】

腹起し材は、Ｈ形鋼を有してよい。この場合、腹起し材の強度を確保することができる。

【0010】

腹起し材は、溝形鋼を有してよい。この場合、腹起し材の強度を確保することができる。

【0011】

水路の高さを「ｘ」とし、荷重伝達部材の板厚を「ｙ」とした場合、以下の式（１）を満たしてよい。この場合、荷重伝達部材の十分な板厚を確保し、水路本体の荷重を腹起し材へ伝達することができる。
ｙ≧１．７５×ｘ …（１）

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、流水量の低下を抑制できる水路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る水路の概略断面図である。

【図2】水路を上方から見た概略平面図である。

【図3】水路の一部を示す拡大断面図である。

【図4】水路の一部を示す斜視図である。

【図5】外力を説明するための図である。

【図6】荷重伝達部材性能確認試験に用いた試験体を示す図である。

【図7】荷重伝達部材性能確認試験の試験条件及び試験結果を示す図である。

【図8】試験結果をプロットしたグラフである。

【図9】変形例に係る水路を示す拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【0015】

図１は、本発明の実施形態に係る水路１００の概略断面図である。図２は、水路１００を上方から見た概略平面図である。水路１００は、地盤１０１に設けられ、水Ｗの流路を形成する構造物である。なお、以降の説明においては、水路１００の幅方向を「幅方向Ｄ１」と称し、水路１００が延びる方向を「長手方向Ｄ２」と称し、上下方向を「上下方向Ｄ３」と称する。なお、幅方向Ｄ１のうち図１において紙面右側を「右側」とし、紙面左側を「左側」とする。水路１００は、水路本体１と、腹起し材２Ａ，２Ｂと、荷重伝達部材３Ａ，３Ｂと、切梁４と、を備える。

【0016】

水路本体１は、地盤１０１内に埋設されて、当該地盤１０１内に水Ｗを流す流路を形成する部材である。水路本体１は、長手方向Ｄ２から見て断面Ｕ字状の形状を有している。水路本体１は、当該断面Ｕ字状の形状を維持した状態で、長手方向Ｄ２に沿って延在する。水路本体１は、側壁部１ａ，１ｂと、底壁部１ｃと、を備える。側壁部１ａは、底壁部１ｃの幅方向Ｄ１の右側の端部から上側へ立ち上がる壁部である。側壁部１ｂは、底壁部１ｃの幅方向Ｄ１の左側の端部から上側へ立ち上がる壁部である。

【0017】

ここで、水路本体１は、Ｕ字状に折り曲げられた波形鋼板１０を有する。具体的には、図４に示すように、波形鋼板１０は、長手方向Ｄ２に沿って湾曲形状が連続するような波形形状を有している。このような波形鋼板１０は、例えば、コルゲート鋼板からなる。図４に示すように、側壁部１ａにおいて、波形鋼板１０の波形形状は、一定の状態で上下方向Ｄ３に延びている。側壁部１ｂにおける波形鋼板１０は、側壁部１ａと同様に波形形状が一定の状態で上下方向Ｄ３に延びる。底壁部１ｃにおいて、波形鋼板１０の波形形状は、一定の状態で幅方向Ｄ１に延びている。

【0018】

腹起し材２Ａ，２Ｂは、水路本体１の上縁部に、水路本体１の長手方向Ｄ２に沿って取り付けられた部材である。腹起し材２Ａは、幅方向Ｄ１における右側の側壁部１ａの上縁部に設けられる。腹起し材２Ａは、幅方向Ｄ１における左側の側壁部１ｂの上縁部に設けられる。腹起し材２Ａ，２Ｂは、幅方向Ｄ１に互いに離間した状態で平行をなすように、長手方向Ｄ２に延びる（図２参照）。

【0019】

切梁４は、腹起し材２Ａと腹起し材２Ｂとの間で幅方向Ｄ１に延びて、両者を連結する部材である。腹起し材２Ａ，２Ｂに対して、長手方向Ｄ２に離間した状態で複数の切梁４が設けられる。

【0020】

荷重伝達部材３Ａ，３Ｂは、腹起し材２Ａ，２Ｂと水路本体１との間に設けられ、水路本体１から腹起し材２Ａ，２Ｂへ荷重を伝達する部材である。荷重伝達部材３Ａは、幅方向Ｄ１における右側の側壁部１ａの上縁部に設けられる。これにより、腹起し材２Ａは、荷重伝達部材３Ａを介して、側壁部１ａの上縁部に設けられる。荷重伝達部材３Ｂは、幅方向Ｄ１における左側の側壁部１ｂの上縁部に設けられる。これにより、腹起し材２Ｂは、荷重伝達部材３Ｂを介して、側壁部１ｂの上縁部に設けられる。荷重伝達部材３Ａ，３Ｂは、幅方向Ｄ１に互いに離間した状態で平行をなすように、長手方向Ｄ２に延びる。

【0021】

次に、図３を参照して、腹起し材２Ｂ及び荷重伝達部材３Ｂの更に詳細な構成について説明する。なお、腹起し材２Ａ及び荷重伝達部材３Ａは、腹起し材２Ｂ及び荷重伝達部材３Ｂに対して左右対称な構成を有する。腹起し材２Ｂは、Ｈ形鋼２０からなる。具体的に、腹起し材２Ｂは、ウェブ部１１と、フランジ部１２，１３と、を有する。ウェブ部１１は、幅方向Ｄ１に平行に延びるように配置される。フランジ部１２は、幅方向Ｄ１の水路側（ここでは右側）におけるウェブ部１１の端部において、上下方向Ｄ３に平行に延びる。フランジ部１３は、幅方向Ｄ１の地盤１０１側（ここでは左側）におけるウェブ部１１の端部において、上下方向Ｄ３に平行に延びる。フランジ部１２，１３は、ウェブ部１１に対して上側及び下側へ延びる。

【0022】

荷重伝達部材３Ｂは、９０°に屈曲したＬ字鋼からなる。荷重伝達部材３Ｂは、片部１６，１７を有する。片部１６は、幅方向Ｄ１に平行に延びる。片部１６は、ウェブ部１１の下面にボルト締めによって固定される。片部１６は、幅方向Ｄ１の水路側（ここでは右側）における片部１６の端部において、上下方向Ｄ３に平行に延びる。片部１７は、片部１７から下側へ延びる。片部１７の幅方向Ｄ１の地盤１０１側の面には、水路本体１の側壁部１ｂがボルト締めによって固定される。

【0023】

ここで、荷重伝達部材３Ａ，３Ｂは、水路本体１に設計値の範囲内で作用する外力を腹起し材２Ａ，２Ｂへ伝達する。設計値の範囲内の外力について図５を参照して説明する。設計値の範囲内の外力とは、通常時の使用状態において、水路本体１に対して地盤１０１の土や地下水から受けることが想定される範囲内の荷重である。荷重伝達部材３Ａ，３Ｂが外力を腹起し材２Ａ，２Ｂへ伝達することとは、荷重伝達部材３Ａ，３Ｂが水路本体１を介して外力を受けたときに、変形を抑制して腹起し材２Ａ，２Ｂへ荷重を伝達することができることを意味する。図５に示すように、水路１００の横の道を車両Ｖが走行すると、地盤１０１が車両Ｖの重みによって圧縮される。そして、地盤１０１から、水路本体１の側壁部１ａに対して幅方向Ｄ１の外力Ｆが作用する。外力Ｆは、地面から深い位置ほど大きくなる。水路１００の横を走行すると想定される車両Ｖによる上載荷重や地盤の単位体積重量から求められる土圧や地下水位から求められる水圧に基づいて、想定される外力の設計値の範囲が決定される。

【0024】

荷重伝達部材３Ａ，３Ｂの板厚は、水路本体１に設計値の範囲内で作用する外力を腹起し材２Ａ，２Ｂへ伝達することができるような強度を有する。例えば、荷重伝達部材３Ａ，３Ｂは、水路本体１に設計値の範囲内で作用する外力を腹起し材２Ａ，２Ｂへ伝達することができる板厚に調整される。図６～図８を参照して、荷重伝達部材３Ａ，３Ｂが外力を腹起し材２Ａ，２Ｂへ伝達することができる板厚の範囲を導き出すための試験内容について説明する。

【0025】

図６は、荷重伝達部材性能確認試験で用いた試験体２００を示す。図６に示すように、腹起し材２Ｂ及び荷重伝達部材３Ｂを準備し、水路本体１の水路高さＨ（図５参照）に対応する長さの波形鋼板１０を準備する。これらの部材を上下逆さまにして配置する。このとき、腹起し材２Ｂは図示されない台座などに固定する。また、側壁部１ｂの上端部に対して頭部固定治具２０１を取り付ける。次に、水路本体１の波形鋼板１０のサイズごとに、作用する外力ＴＦを算出する。算出された外力ＴＦを頭部固定治具２０１に作用させる（図６（ｂ））。荷重伝達部材３Ｂが降伏することなく、腹起し材２Ｂに荷重が伝達されているかを確認する。荷重伝達部材３Ｂの降伏は、ひずみゲージ及び繰り返し載荷による残留変形によって確認する。このような試験を荷重伝達部材３Ｂの板厚を変えて繰り返し行う。当該試験により、荷重を確実に伝達することができる荷重伝達部材３Ｂの最低板厚を定めた。

【0026】

なお、腹起し材２Ｂの断面寸法は２００ｍｍ×２００ｍｍ、板厚はフランジ１２ｍｍ、ウェブ８ｍｍを用いた。荷重伝達部材３Ｂの断面寸法は９０ｍｍ×９０ｍｍに設定された。波形鋼板１０の板厚は４．５ｍｍを使用し、波形の寸法は波の深さが約５０ｍｍ、波のピッチが１５０ｍｍのものを使用した。また、各部材の材質については、腹起し材２Ｂは、ＳＳ４００材、荷重伝達部材３Ｂは、ＳＳ４００材相当品、波板鋼板には、ＳＳ３３０材を使用した。

【0027】

試験を行った水路高さと、それらの水路高さに対して作用すると想定される外力を図７（ａ）に示す。これらの想定外力に対して、０．８、１．６、２．０、３．２、４．０、４．５、６．０の板厚の荷重伝達部材３Ｂを準備した。図７（ｂ）は、各水路高さの想定外力にて試験を行った結果を示す。図７（ｂ）において「ＯＫ」は、準備した板厚のうち、降伏せずに荷重を伝達することができた最低板厚を示す。「ＮＧ」は、準備した板厚のうち、降伏した最大板厚を示す。なお、図７（ｂ）の「板厚」とは、試験前にシミュレーションを行うことで、算出された荷重伝達部材３Ｂの必要最低板厚である。試験では、算出された板厚付近の板厚の荷重伝達部材３Ｂに対して試験を行った。

【0028】

図７（ｂ）に示す試験結果をプロットしたグラフを図８（ａ）に示す。図８（ａ）のグラフの横軸（ｘ軸）は水路高さであり、縦軸（ｙ軸）は荷重伝達部材３Ｂの板厚である。すなわち、水路１００の水路高さを「ｘ」とし、荷重伝達部材３Ａ，３Ｂの板厚を「ｙ」とした。「ＯＫ」の結果を円でプロットし、「ＮＧ」の結果を三角形でプロットした。当該結果に対して、原点を通る境界線Ｌを設定した。このとき、境界線Ｌは式（１）で表される。

【0029】

上述の演算結果に基づいて、水路高さ「ｘ」と荷重伝達部材３Ａ，３Ｂの板厚「ｙ」の数値範囲について図８（ｂ）を参照して説明する。境界線Ｌは、各水路高さ「ｘ」に対する荷重伝達部材３Ａ，３Ｂの板厚「ｙ」の最低値であると見なすことができる。従って、水路１００の高さを「ｘ」とし、荷重伝達部材３Ａ，３Ｂの板厚を「ｙ」とした場合、以下の式（１）を満たす。式（１）を満たす領域では、荷重伝達部材３Ａ，３Ｂが降伏することなく荷重を伝達することができる。

ｙ≧１．７５×ｘ …（１）

【0030】

荷重伝達部材３Ａ，３Ｂにサイズの大きい形鋼を用いる場合、本体サイズに対して、荷重伝達部材３Ａ，３Ｂおよび腹起し材２Ａ，２Ｂのサイズが大きすぎると構造物頭部に重量物が存在するような、構造的にバランスの悪い形状となる。そして、想定される外力に対しても、強度的に過剰な形鋼サイズとなることから、荷重伝達部材３Ａ，３Ｂの板厚「ｙ」は、１５ｍｍ以下であることが好ましく、経済性の観点から９ｍｍ以下であることが更に好ましい。水路高さ「ｘ」は０．８ｍ以上であって、３ｍ以下であることが好ましい。当該範囲は、掘削の安全性および組立の施工性の観点から設定される。本構造は側部に直壁を持った水路であり、地盤面以下に設置する場合、掘削深さが大きくなることは地盤の崩壊につながりやすい。また、水路１００を組立する際にも足場が必要となることから、当該範囲であることが好ましい。

【0031】

次に、本発明の実施形態に係る水路１００の作用・効果について説明する。

【0032】

例えば、地盤変動等の荷重が作用したときに腹起し材２Ａ，２Ｂの変形を抑制できるように、特開２０１８－７６６５９号公報のような構造を採用した場合、腹起し材２Ａ，２Ｂの変形を抑制する代わりに、水路本体１の変形が大きくなってしまう（図５の仮想線ＤＦ参照）。この場合、水路本体１が水路内側へ変形することで、水路１００の流水量が低減するという問題が生じる。

【0033】

これに対し、本実施形態に係る水路１００は、腹起し材２Ａ，２Ｂと水路本体１との間に設けられ、水路本体１から腹起し材２Ａ，２Ｂへ荷重を伝達する荷重伝達部材３Ａ，３Ｂと、を備える。この荷重伝達部材３Ａ，３Ｂは、水路本体１に設計値の範囲内で作用する外力Ｆを腹起し材２Ａ，２Ｂへ伝達する。従って、水路本体１に作用した荷重は、荷重伝達部材３Ａ，３Ｂを介して、腹起し材２Ａ，２Ｂへ良好に伝達することができる。そのため、水路本体１の変形を抑制することができる。以上より、水路１００の流水量の低下を抑制できる。

【0034】

波形鋼板１０は、コルゲート鋼板からなってよい。この場合、水路本体１の強度を確保して変形を抑制することができる。

【0035】

腹起し材２Ａ，２Ｂは、Ｈ形鋼２０を有してよい。この場合、腹起し材２Ａ、２Ｂの強度を確保することができる。

【0036】

水路１００の高さを「ｘ」とし、荷重伝達部材３Ａ，３Ｂの板厚を「ｙ」とした場合、以下の式（１）を満たしてよい。この場合、荷重伝達部材３Ａ，３Ｂの十分な板厚を確保し、水路本体１の荷重を腹起し材２Ａ，２Ｂへ伝達することができる。

ｙ≧１．７５×ｘ …（１）

【0037】

本実施形態は、上述の実施形態に限定されるものではない。

【0038】

例えば、腹起し材２Ａ，２Ｂを構成する鋼材はＨ形鋼に限定されない。例えば、図９に示すように、腹起し材２Ａ，２Ｂは、溝形鋼３０を有してよい。この場合、腹起し材２Ａ，２Ｂの強度を確保することができる。溝形鋼３０は、ウェブ部３１と、フランジ部３２，３３と、を有する。ウェブ部３１は、幅方向Ｄ１に平行に延びるように配置される。フランジ部３２は、幅方向Ｄ１の水路側（ここでは右側）におけるウェブ部３１の端部において、上下方向Ｄ３に平行に延びる。フランジ部３３は、幅方向Ｄ１の地盤１０１側（ここでは左側）におけるウェブ部３１の端部において、上下方向Ｄ３に平行に延びる。フランジ部３２，３３は、ウェブ部３１に対して下側へ延びる。

【0039】

荷重伝達部材３Ａ，３Ｂを構成する鋼材はＬ形鋼に限定されず、荷重を伝達できるものであれば適宜形状を変更してよい。

【符号の説明】

【0040】

１…水路本体、２Ａ，２Ｂ…腹起し材、３Ａ，３Ｂ…荷重伝達部材、１０…波形鋼板、２０…Ｈ形鋼、３０…溝形鋼、１００…水路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2022-12-07

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｕ字状に折り曲げられた波形鋼板を有する水路本体と、
前記水路本体の上縁部に、前記水路本体の長手方向に沿って取り付けられた腹起し材と、
前記腹起し材と前記水路本体との間に設けられ、前記水路本体から降伏することなく前記腹起し材へ荷重を伝達する荷重伝達部材と、を備える水路であって、
前記荷重伝達部材は、前記水路本体に設計値の範囲内で作用する外力を前記腹起し材へ伝達する、水路。

【請求項2】

前記波形鋼板は、コルゲート鋼板からなる、請求項１に記載の水路。

【請求項3】

前記腹起し材は、Ｈ形鋼を有する、請求項１又は２に記載の水路。

【請求項4】

前記腹起し材は、溝形鋼を有する、請求項１又は２に記載の水路。

【請求項5】

前記水路の高さを「ｘ」とし、前記荷重伝達部材の板厚を「ｙ」とした場合、以下の式（１）を満たす、請求項１～４の何れか一項に記載の水路。

１５ｍｍ≧ｙ≧１．７５×ｘ …（１）