特許 7143891 ハット形鋼矢板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-20

(45)【発行日】2022-09-29

(54)【発明の名称】ハット形鋼矢板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 5/04 20060101AFI20220921BHJP

【ＦＩ】

E02D5/04

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020539352

(86)(22)【出願日】2019-08-16

(86)【国際出願番号】 JP2019032115

(87)【国際公開番号】W WO2020045119

(87)【国際公開日】2020-03-05

【審査請求日】2020-10-05

(31)【優先権主張番号】P 2018162676

(32)【優先日】2018-08-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】妙中 真治

(72)【発明者】

【氏名】森安 俊介

(72)【発明者】

【氏名】北濱 雅司

(72)【発明者】

【氏名】原田 典佳

(72)【発明者】

【氏名】武野 正和

(72)【発明者】

【氏名】中山 裕章

【審査官】亀谷 英樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－０４８３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１５８９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１４８７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０６９６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１４０８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１２７７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１５９４３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／１５９４４５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１０／０２３９２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０７０１８１４０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１８－１０４８８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ ５／００－５／２０

Ｅ０２Ｄ ７／００－１３／１０

Ｅ０２Ｄ １７／００－１７／２０

Ｅ０２Ｂ ３／０４－３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハット形鋼矢板の製造方法であって、
前記ハット形鋼矢板は、長手方向に直交する断面において、断面高さ方向の第１の側で幅方向に沿って延びるウェブと、前記ウェブの前記幅方向の両端部から前記幅方向の両側、かつ前記断面高さ方向の第２の側に向かって延び、前記幅方向との間にフランジ角度θをなす１対のフランジと、前記断面高さ方向の第２の側で前記１対のフランジのそれぞれの端部から前記幅方向に沿って、かつ前記幅方向の両側に向かって延びる１対のアームと、前記１対のアームのそれぞれの前記１対のフランジとは反対側の端部に形成される１対の嵌合継手とを備え、
前記断面における前記ウェブ、前記１対のフランジ、および前記１対のアームの合計長さの、前記ウェブ、前記１対のフランジ、および前記１対のアームの平均板厚に対する比は１２０以上であり、
前記断面における有効幅Ｂおよび有効高さｈ、ならびに前記フランジ角度θは、前記ウェブに対する前記フランジの板厚比が０．６以上、１．０以下の範囲において定数Ｃ（１．０１≦Ｃ≦１．１３）を用いた以下の式（ｉ）の条件を満たし、前記有効幅Ｂ、前記断面におけるウェブ長さＢｗ、断面高さＨおよび前記フランジ角度θがＢ－Ｂｗ－２Ｈ／tanθ＞０の関係を満たす
ように前記断面を設計する工程を含む、ハット形鋼矢板の製造方法。

【請求項2】

ハット形鋼矢板の製造方法であって、
前記ハット形鋼矢板は、長手方向に直交する断面において、断面高さ方向の第１の側で幅方向に沿って延びるウェブと、前記ウェブの前記幅方向の両端部から前記幅方向の両側、かつ前記断面高さ方向の第２の側に向かって延び、前記幅方向との間にフランジ角度θをなす１対のフランジと、前記断面高さ方向の第２の側で前記１対のフランジのそれぞれの端部から前記幅方向に沿って、かつ前記幅方向の両側に向かって延びる１対のアームと、前記１対のアームのそれぞれの前記１対のフランジとは反対側の端部に形成される１対の嵌合継手とを備え、
前記断面における前記ウェブ、前記１対のフランジ、および前記１対のアームの合計長さの、前記ウェブ、前記１対のフランジ、および前記１対のアームの平均板厚に対する比は１２０以上であり、
前記断面における有効幅Ｂおよび有効高さｈ、ならびに前記フランジ角度θは、前記
ウェブに対する前記フランジの板厚比が０．７以上、１．０以下の範囲において定数Ｃ（１．０３≦Ｃ≦１．１３）を用いた以下の式（ｉ）の条件を満たし、前記有効幅Ｂ、前記断面におけるウェブ長さＢｗ、断面高さＨおよび前記フランジ角度θがＢ－Ｂｗ－２Ｈ／tanθ＞０の関係を満たす
ように前記断面を設計する工程を含む、ハット形鋼矢板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハット形鋼矢板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ハット形鋼矢板は、土木建築工事において、地中に打設して土留めや止水のための壁体を構築するために広く利用されている。そのため、従来から壁体の曲げ性能が重視されてきた。また、経済性の向上、すなわち壁体の軽量化のために、ハット形鋼矢板の断面は広幅化および薄肉化される傾向にある。

【0003】

一方、ハット形鋼矢板の性能や経済性が向上するに伴い、ハット形鋼矢板の周辺技術開発が行われるとともに、適用範囲や用途も拡大してきた。周辺技術開発の例として、施工重機の大型化が挙げられる。施工重機の大型化は、例えば、より固い地層、またはより深い地層への施工を可能にすることや、施工効率を上げることを目的とする。このように施工重機が大型化すると、ハット形鋼矢板には打設後に曲げ応力がかかるだけでなく、施工時に大きな軸力が作用することになる。

【0004】

また、ハット形鋼矢板の適用範囲の拡大も図られている。具体的には、例えば、従来の壁体に加えて、ハット形鋼矢板を基礎として利用することも多くなっている。例えば、特許文献１には、鋼矢板を基礎構造として利用する技術が記載されている。特許文献２には、ハット形鋼矢板を基礎として利用する場合の性能を向上させるため、ハット形鋼矢板の先端のみに閉塞部を設けることで、支持力を向上させる技術が記載されている。このように、ハット形鋼矢板を基礎として利用して支持力を負担させる場合、ハット形鋼矢板の軸力部材としての性能向上が求められる。

【0005】

ここで、一般に、軸力部材においては座屈への配慮が必要である。特に、ハット形鋼矢板のような薄肉板材で構成される断面では、座屈の中でも局部座屈に対して十分な注意が必要である。この観点から、特許文献３では、ハット形鋼矢板の断面において隅角部に折り曲げ成形部分を形成し、座屈耐力を向上させる技術が提案されている。上述のようにハット形鋼矢板断面が広幅化および薄肉化される傾向にあることを考慮すると、ハット形鋼矢板の軸力に対する座屈耐力の向上は今後ますます必要になると考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第３８３２８４５号公報

【文献】特許第４９１６９３２号公報

【文献】特許第４０８８０４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、上記の特許文献３に記載された技術は、ハット形鋼矢板を軸力部材として見た場合には効率的であるものの、ウェブ部分の鋼材量を低減させることにつながるため、ハット形鋼矢板に本来的に期待される性能である壁体の曲げ性能が低下する可能性がある。また、断面形状が複雑化することから、圧延製造過程において非常に高度な技術が必要とされ、また製造効率を高くすることが難しい。これらの点を考慮すると、ウェブ、フランジ、およびアームというハット形鋼矢板の基本的な断面形状を維持しつつ、軸力に対する座屈耐力を向上させることが望ましい。

【0008】

そこで、本発明は、ハット形鋼矢板の基本的な断面形状を維持しつつ、軸力に対する座屈耐力を向上させることが可能な、新規かつ改良されたハット形鋼矢板の製造方法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】

【0009】

本発明のある観点によれば、ハット形鋼矢板は、長手方向に直交する断面において、断面高さ方向の第１の側で幅方向に沿って延びるウェブと、ウェブの幅方向の両端部から幅方向の両側、かつ断面高さ方向の第２の側に向かって延び、幅方向との間にフランジ角度θをなす１対のフランジと、断面高さ方向の第２の側で１対のフランジのそれぞれの端部から幅方向に沿って、かつ幅方向の両側に向かって延びる１対のアームと、１対のアームのそれぞれの１対のフランジとは反対側の端部に形成される１対の嵌合継手とを備える。断面におけるウェブ、１対のフランジ、および１対のアームの合計長さの、ウェブ、１対のフランジ、および１対のアームの平均板厚に対する比は１２０以上であり、断面における有効幅Ｂおよび有効高さｈ、ならびにフランジ角度θは、ウェブに対するフランジの板厚比が０．６以上、１．０以下の範囲において定数Ｃ（１．０１≦Ｃ≦１．１３）を用いた以下の式（ｉ）の条件を満たし、有効幅Ｂ、断面におけるウェブ長さＢｗ、断面高さＨおよびフランジ角度θがＢ－Ｂｗ－２Ｈ／tanθ＞０の関係を満たす。

【数1】

【0010】

本発明の別の観点によれば、ハット形鋼矢板は、長手方向に直交する断面において、断面高さ方向の第１の側で幅方向に沿って延びるウェブと、ウェブの幅方向の両端部から幅方向の両側、かつ断面高さ方向の第２の側に向かって延び、幅方向との間にフランジ角度θをなす１対のフランジと、断面高さ方向の第２の側で１対のフランジのそれぞれの端部から幅方向に沿って、かつ幅方向の両側に向かって延びる１対のアームと、１対のアームのそれぞれの１対のフランジとは反対側の端部に形成される１対の嵌合継手とを備える。断面におけるウェブ、１対のフランジ、および１対のアームの合計長さの、ウェブ、１対のフランジ、および１対のアームの平均板厚に対する比は１２０以上である。断面における有効幅Ｂおよび有効高さｈ、ならびにフランジ角度θは、ウェブに対するフランジの板厚比が０．７以上、１．０以下の範囲において定数Ｃ（１．０３≦Ｃ≦１．１３）を用いた以下の式（ｉ）の条件を満たし、有効幅Ｂ、断面におけるウェブ長さＢｗ、断面高さＨおよびフランジ角度θがＢ－Ｂｗ－２Ｈ／tanθ＞０の関係を満たす。

【数2】

【0011】

上記の構成によれば、ハット形鋼矢板の基本的な断面形状を維持しつつ、軸力に対する座屈耐力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係るハット形鋼矢板の断面図である。

【図2】従来の鋼矢板製品における換算幅厚比とウェブ幅厚比との関係を示すグラフである。

【図3】第１の検討例におけるハット形鋼矢板の断面形状を概略的に示す図である。

【図4】第１の検討例における座屈耐力解析の結果を示すグラフである

【図5】図４に示された結果に基づく局部座屈耐力を示すグラフである。

【図6】第２の検討例における座屈耐力解析の結果に基づく局部座屈耐力を示すグラフである。

【図7】第３の検討例におけるフランジ角度とアスペクト比との関係を示すグラフである。

【図8】第４の検討例におけるフランジ角度とアスペクト比との関係を、第３の検討例の一部とともに示すグラフである。

【図9】第３および第４の検討例におけるフランジ角度とアスペクト比との関係を、板厚比ごとの相関関係の近似曲線とともに示すグラフである。

【図10】第３および第４の検討例におけるフランジ角度とアスペクト比との関係を、板厚比ごとの相関関係の近似曲線とともに示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0014】

図１は、本発明の一実施形態に係るハット形鋼矢板の断面図である。図１に示されるように、ハット形鋼矢板１は、長手方向（図中のｚ方向）に直交する断面において、断面高さ方向の第１の側（図中のｙ方向の奥側）で幅方向（図中のｘ方向）に沿って延びるウェブ２と、ウェブ２の幅方向の両端部から幅方向の両側、かつ断面高さ方向の第２の側（図中のｙ方向の手前側）に向かって延び、幅方向との間にフランジ角度θ（鋭角側）をなすフランジ３Ａ，３Ｂと、断面高さ方向の第２の側でフランジ３Ａ，３Ｂのそれぞれの端部から幅方向に沿って、かつ幅方向の両側に向かって延びるアーム４Ａ，４Ｂと、アーム４Ａ，４Ｂのそれぞれのフランジ３Ａ，３Ｂとは反対側の端部に形成される嵌合継手５Ａ，５Ｂとを含む。

【0015】

ここで、図１には、ハット形鋼矢板１の各部分の寸法、具体的には、ウェブ２の長さＢｗおよび板厚ｔｗと、フランジ３Ａ，３Ｂの長さＢｆおよび板厚ｔｆと、アーム４Ａ，４Ｂの長さＢａおよび板厚ｔａとが示されている。ここで、長さＢｗは、ウェブ２の板厚中心線と、フランジ３Ａ，３Ｂのそれぞれの板厚中心線との間に形成される２つの交点の間の距離である。同様に、長さＢｆは、フランジ３Ａの板厚中心線と、ウェブ２およびアーム４Ａのそれぞれの板厚中心線との間に形成される２つの交点の間の距離である。また、長さＢａは、アーム４Ａの板厚中心線とフランジ３Ａの板厚中心線との間に形成される交点と、嵌合継手５Ａの嵌合中心Ｅ_Ａとの間の距離である。なお、ハット形鋼矢板１の断面形状は幅方向の中立軸（図中のｙ軸）について対称であるため、フランジ３Ｂについてもフランジ３Ａと同様に長さＢｆであり、アーム４Ｂについてもアーム４Ａと同様に長さＢａである。

【0016】

さらに、図１には、ハット形鋼矢板１の有効幅Ｂ、断面高さＨ、および有効高さｈが示されている。ここで、有効幅Ｂは、嵌合継手５Ａ，５Ｂのそれぞれの嵌合中心Ｅ_Ａ，Ｅ_Ｂの間の距離である。断面高さＨは、ウェブ２およびアーム４Ａ，４Ｂの板厚を含み嵌合継手５Ａ，５Ｂの張り出しを含まないハット形鋼矢板１の断面の高さであり、有効高さｈは断面高さＨからウェブ２およびアーム４Ａ，４Ｂの板厚の半分を差し引いたもの、すなわちｈ＝Ｈ－（ｔｗ／２＋ｔａ／２）である。なお、図１に示されたハット形鋼矢板１の形状が幾何学的に成り立つ場合、全幅Ｂ、ウェブ長さＢｗ、断面高さＨおよびフランジ角度θは、Ｂ－Ｂｗ－２Ｈ／tanθ＞０の関係を満たしている。

【0017】

ここで、本実施形態に係るハット形鋼矢板１について、合計長さＢ_ＴＴＬの平均板厚ｔ_ＡＶＥに対する比Ｂ_ＴＴＬ／ｔ_ＡＶＥを「換算幅厚比」として定義する。後述するように、ハット形鋼矢板１では、換算幅厚比Ｂ_ＴＴＬ／ｔ_ＡＶＥが１２０以上であり、断面における有効幅Ｂおよび有効高さｈ、ならびにフランジ角度θが所定の関係を満たす。ここで、合計長さＢ_ＴＴＬは、ウェブ２、フランジ３Ａ，３Ｂ、およびアーム４Ａ，４Ｂの長さの合計であり、以下の式（１）で算出される。平均板厚ｔ_ＡＶＥは、ウェブ２、フランジ３Ａ，３Ｂ、およびアーム４Ａ，４Ｂの板厚の平均であり、以下の式（２）で算出される。

【0018】

【数3】

【0019】

図２は、従来の鋼矢板製品における換算幅厚比とウェブ幅厚比（Ｂｗ／ｔｗ）との関係を示すグラフである。本発明者らは、ハット形鋼矢板の基本的な断面形状を維持しつつ、軸力に対する座屈耐力を向上させる方法について検討したが、既に述べたように、このような課題はハット形鋼矢板の断面が広幅化および薄肉化される傾向の中でより顕在化するため、現在知られているハット形鋼矢板よりも広幅化、または薄肉化されたハット形鋼矢板を検討対象にすることは合理的である。ここで、図２に示すように、換算幅厚比が１２０以上の鋼矢板は、ハット形鋼矢板のみならずＵ字形状の鋼矢板においても、工業的には実現していないため、以下の検討では従来の鋼矢板製品よりも広幅化、または薄肉化された、換算幅厚比が１２０以上のハット形鋼矢板を対象とする。

【0020】

検討では、換算幅厚比が１２０以上のハット形鋼矢板について、有効幅、断面高さ、および板厚などを変化させた多様な断面形状において座屈耐力解析（弾性論に基づく固有値解析）を実施し、局部座屈モードを特定した上で、ハット形鋼矢板の座屈耐力と断面形状の代表要素との関係を分析した。その結果、以下で説明するような発見がなされた。

【0021】

（第１の検討例）
まず、ハット形鋼矢板１の有効幅Ｂを１３５０ｍｍとし、板厚についてはウェブ板厚ｔｗ、フランジ板厚ｔｆおよびアーム板厚ｔａをいずれも９．０ｍｍとした。この条件の中で、複数のハット形鋼矢板１を嵌合継手５Ａ，５Ｂで互いに嵌合させて幅方向につなぎ合わせた鋼矢板壁の壁幅１ｍあたりの断面二次モーメントが約１０，０００ｃｍ^４／ｍになる複数の断面形状を設定した。設定された断面形状の有効高さｈ（ｍｍ）およびフランジ角度θ（度）を表１に示すとともに、図３にそれぞれの断面形状を概略的に示す。

【0022】

【表1】

【0023】

ここで、表１および図３に示されるように、壁幅１ｍあたりの断面二次モーメントの大きさを維持する場合、フランジ角度θが小さくなると有効高さｈは大きくなる。これは、フランジ角度θが小さくなって断面二次モーメントが低下した分を、有効高さｈを大きくすることによって補う必要があるためである。

【0024】

図４は、第１の検討例における座屈耐力解析の結果を示すグラフである。図４では、横軸にハット形鋼矢板の長さ（長手方向寸法）が示され、縦軸にハット形鋼矢板の座屈耐力（弾性解析結果）が示されている。図４のグラフでは、矢印（１）で示した箇所で局部座屈モードが発生し、耐力が低下することが観察される。本検討では、この局部座屈モードにおける耐力（局部座屈耐力）を結果として扱い、各断面形状における局部座屈耐力を比較した。なお、図４のグラフにおける矢印（２）は、この矢印が交差する箇所において、上から順に例１（θ＝７０°）、例２（θ＝６０°）、・・・、例９（θ＝２９°）の結果が示されていることを意味する。

【0025】

図５は、図４に示された結果に基づく局部座屈耐力を示すグラフである。図５では、横軸に各断面形状のフランジ角度θが示され、縦軸に局部座屈耐力が示されている。図５のグラフでは、局部座屈耐力はフランジ角度θが小さい値から大きくなると急速に増加するものの、ある角度で極大値を示し、その後はフランジ角度θが大きくなるに従って緩やかに減少することが観察される。図５に示された例の場合、局部座屈耐力が極大値を示すと考えられる最適なフランジ角度θは３３．５°である。このような結果から、ハット形鋼矢板１の各部位（ウェブ２、フランジ３Ａ，３Ｂおよびアーム４Ａ，４Ｂ）の局部座屈に伴う面外変形の抑制には、フランジ角度θが大きく寄与するものと考えられる。つまり、上記の結果によれば、ハット形鋼矢板１の断面設計においては、フランジ角度θを適切に決定し、さらにフランジ角度θと断面二次モーメントとの関係に従って有効高さｈを決定することによって、局部座屈耐力を最大化する最適解が得られる。

【0026】

（第２の検討例）
次に、ハット形鋼矢板１の有効幅Ｂは１３５０ｍｍのままで、板厚についてはウェブ板厚ｔｗおよびアーム板厚ｔａを１０．０ｍｍとし、フランジ板厚をｔｆ８．０ｍｍとした。この条件の中で、鋼矢板壁の壁幅１ｍあたりの断面二次モーメントが約１０，０００ｃｍ^４／ｍになる複数の断面形状を設定した。設定された断面形状の有効高さｈ（ｍｍ）およびフランジ角度θ（ｄｅｇ）を表２に示す。

【0027】

【表2】

【0028】

図６は、第２の検討例における座屈耐力解析の結果に基づく局部座屈耐力を示すグラフである。図６のグラフでも、図５と同様に、局部座屈耐力がフランジ角度θに対して極大値を示して変化することが観察される。図６に示された例の場合、局部座屈耐力が極大値を示すと考えられる最適なフランジ角度θは３５．７°である。図５および図６に示された結果によれば、局部座屈に大きな影響を及ぼす因子である板厚を変化させた場合にも、フランジ角度θと、フランジ角度θと断面二次モーメントとの関係によって決まる有効高さｈによって、局部座屈耐力を最大化する最適解が得られる。

【0029】

（第３の検討例）
次に、ハット形鋼矢板１の有効幅Ｂが１１００ｍｍ、１３００ｍｍおよび１５００ｍｍのそれぞれの場合で、鋼矢板壁の壁幅１ｍあたりの断面二次モーメントが約９，０００ｃｍ^４／ｍ（９，０００クラス）～約５５，０００ｃｍ^４／ｍ（５５，０００クラス）になる複数の断面形状を設定した。設定された断面形状の有効幅Ｂ（ｍｍ）、有効高さｈ（ｍｍ）、ウェブ板厚ｔｗ（ｍｍ）、アスペクト比Ｂ／ｈ、フランジ角度θ（度）、および断面二次モーメントのクラスを表３から表５に示す。

【0030】

【表3】

【0031】

【表4】

【0032】

【表5】

【0033】

ここで、表３に示す例では、ウェブ板厚ｔｗおよびアーム板厚ｔａはいずれも９．０ｍｍであるが、フランジ板厚ｔｆは６．３ｍｍに薄肉化されている（ウェブに対するフランジの板厚比が０．７）。表４に示す例では、ウェブ板厚ｔｗ、フランジ板厚ｔｆおよびアーム板厚ｔａがいずれも９．０ｍｍである（ウェブに対するフランジの板厚比が１．０）。表５に示す例では、ウェブ板厚ｔｗおよびアーム板厚ｔａはいずれも１２．５ｍｍであるが、フランジ板厚ｔｆが７．５ｍｍである（ウェブに対するフランジの板厚比が０．６）。表３から表５の各例では、断面形状において図４～図６に示された例と同様の座屈耐力解析を実施し、その結果において局部座屈耐力が極大値を示すと考えられる最適なフランジ角度θと、対応する有効高さｈとが設定されている。

【0034】

図７は、第３の検討例におけるフランジ角度とアスペクト比との関係を示すグラフである。図７のグラフでは、板厚比が１．０の場合、０．７の場合、および０．６の場合のそれぞれで、ハット形鋼矢板１のフランジ角度θとアスペクト比Ｂ／ｈとの間に、有効幅Ｂや断面二次モーメントに依存しない相関があることが観察される。

【0035】

（第４の検討例）
次に、上記の第３の検討例と同様の有効幅Ｂで、換算幅厚比が１２０以上になる範囲で板厚を増加させた。この例で設定された断面形状の有効幅Ｂ（ｍｍ）、有効高さｈ（ｍｍ）、ウェブ板厚ｔｗ（ｍｍ）、アスペクト比Ｂ／ｈ、フランジ角度θ（度）、および断面二次モーメントのクラスを表６に示す。

【0036】

【表6】

【0037】

ここで、表６に示す例では、いずれも板厚比が０．７である。すなわち、それぞれの例において、ウェブ板厚ｔｗとアーム板厚ｔａとは等しく、フランジ板厚ｔｆはウェブ板厚ｔｗの０．７倍である。表６の各例でも、断面形状において図４～図６に示された例と同様の座屈耐力解析を実施し、その結果において局部座屈耐力が極大値を示すと考えられる最適なフランジ角度θと、対応する有効高さｈとが設定されている。

【0038】

図８は、第４の検討例におけるフランジ角度とアスペクト比との関係を、第３の検討例の一部（表３に示した板厚比０．７の例）とともに示すグラフである。図８のグラフでも、ハット形鋼矢板１のフランジ角度θとアスペクト比Ｂ／ｈとの間には有効幅Ｂや断面二次モーメントに依存しない相関があることが観察される。さらに、図８のグラフでは、ウェブ板厚ｔｗは違っても、板厚比（０．７）が共通する各例において、フランジ角度θとアスペクト比Ｂ／ｈとがほぼ共通の曲線上で相関関係を示すことが観察される。

【0039】

（検討例のまとめ）
図９および図１０は、第３および第４の検討例におけるフランジ角度とアスペクト比との関係を、板厚比ごとの相関関係の近似曲線とともに示すグラフである。ここで、上述のように経済性の観点と製造設備などの制約を考慮した場合、ハット形鋼矢板１の板厚比が現実的にとりうる範囲は概ね０．６～１．０であるが、第３および第４の検討例はこのような板厚比の範囲の上限および下限を含んでいる。従って、現実的なハット形鋼矢板１の設計に利用可能な条件を、図９および図１０のグラフに示した２つの近似曲線に基づいて、定数Ｃを用いた以下の式（３）で表すことができる。ここで、図９は、ハット形鋼矢板１の板厚比の範囲を０．６以上、１．０以下とした場合であり、定数Ｃの範囲は１．０１≦Ｃ≦１．１３である。一方、図１０は、ハット形鋼矢板１の板厚比の範囲を０．７以上、１．０以下とした場合であり、定数Ｃの範囲は１．０３≦Ｃ≦１．１３である。

【0040】

【数4】

【0041】

実際のハット形鋼矢板の断面形状は、軸力に対する座屈耐力のみを考慮して決定されるわけではなく、例えば有効幅や有効高さが製造制約の影響を大きく受ける。また、ハット形鋼矢板の有効高さは、壁体の設計上必要とされる断面二次モーメントが得られるように設定する必要がある。また、経済性の観点からはウェブ板厚やアーム板厚をフランジ板厚よりも大きくする、すなわち上述した板厚比を１．０よりも小さくすることが望ましいが、実現可能な板厚比の範囲は製造設備の制約や技術レベルによって制約される。

【0042】

これに対して、上記の検討例で見出された局部座屈耐力を最大化する最適なフランジ角度とアスペクト比との相関関係は、第３の検討例で示されたように、ハット形鋼矢板の有効幅や断面二次モーメントに依存しない。また、第４の検討例で示されたように、上記の相関関係は板厚比の影響を受けるものの、板厚の絶対値による影響は小さい。つまり、上記の検討の結果によれば、局部座屈耐力を最大化する断面形状の条件は、フランジ角度θと２つの無次元量（アスペクト比Ｂ／ｈと板厚比ｔｆ／ｔｗ）によって特定される。この条件を利用すれば、製造設備の制約や必要とされる断面二次モーメントなどを前提とした上で、局部座屈耐力が最大化されるように断面形状を設計することが可能である。

【0043】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0044】

１…ハット形鋼矢板、２…ウェブ、３Ａ，３Ｂ…フランジ、４Ａ，４Ｂ…アーム、５Ａ，５Ｂ…嵌合継手、Ｅ_Ａ，Ｅ_Ｂ…嵌合中心。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】