JP5217330B2 - 簡易合成セグメント - Google Patents
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Description
継手板4とトンネル中心と縦リブ6を結ぶ間の角度も前記と同様に小さい角度である。そのため、隣り合う各縦リブ6間の中詰めコンクリート8は、隣り合う各縦リブ6に強固に支持されているものではない。同様に継手板4と縦リブ6間の中詰めコンクリート8も同様に、継手板4と縦リブ6により強固に支持されているものではない。
セグメントにおける隣り合う縦リブ6または継手板4と縦リブ6は、前記のような楔角度があっても、トンネル半径寸法が大きくなるにつれて、平行に近い状態になり、前記の楔角度によって、縦リブ6または継手板4を利用した中詰めコンクリート8の支持作用が小さくなる。
そのため、主桁に比べて大きな作用力がコンクリートに発生し、耐力低下を引き起こす。
また、第2発明では、第1発明の簡易合成セグメントにおいて、ずれ止めがトンネル周方向の棒状鋼材よりもトンネル内空面側に位置するように設けられて、コンクリートに埋め込まれていることを特徴とする。
第3発明では、第1発明又は第2発明の簡易合成セグメントにおいて、前記棒状鋼材が鉄筋であることを特徴とする。
第4発明では、第1〜第3の何れかに記載の簡易合成セグメントにおいて、前記主桁が板状鋼材であることを特徴とする。
(1)トンネル周方向の少なくとも縦リブ間の中間部のみにおいて、主桁に向かって突出するようにずれ止めを設けたり、主桁に渡ってずれ止めを設けて、中詰めコンクリートに埋め込むだけで、鋼殻と周方向の棒状鋼材と中詰めコンクリートとを簡単に一体化した簡易な合成セグメントとすることができる効果が得られる。
(2)ずれ止めを多数設けることがなく、トンネル周方向に隣合う縦リブ間のほぼ中間位置のみにおいてずれ止めを設ければよいので、ずれ止めの設置が容易で設置費用も安価であり、製作も容易で安価で簡易な合成セグメントとすることができる。
(3)合成セグメントに地山側から土水圧が作用しても、ずれ止めを備えているので、中詰めコンクリートの2次曲げ(トンネル内空側への曲げ)を抑制することができ、このような中詰めコンクリートの2次曲げ抑制によるトンネル構造安全性の向上を図ることができる。
(4)ずれ止めによる中詰めコンクリートの2次曲げ抑制作用があるため、中詰めコンクリートのひび割れ幅を軽減することができ、その中詰めコンクリートのひび割れ幅の軽減により、トンネル耐久性の向上を図ることができる。
(5)主桁間を連結するずれ止めであると、縦リブ間における主桁を補強することができると共に、より確実に中詰めコンクリートのはらみ出しを防止することができ、より確実に鋼殻と中詰めコンクリートとの一体化を図ることができる。
(6)トンネル周方向の棒状鋼材よりもトンネル半径方向内空側に位置するようにずれ止めを主桁間に渡って配置していると、トンネル周方向の棒状鋼材をトンネル半径方向内空側に移動しないように拘束することができる。
(7)トンネル周方向の棒状鋼材として鉄筋を使用し、主桁として板状鋼材を使用している簡易合成セグメントであると、市販の安価な鋼材を使用してより安価で簡易な簡易合成セグメントとすることができる。
(8)ずれ止めとして山形鋼を使用し、主桁として板状鋼材を使用している簡易合成セグメントであると、市販の安価な鋼材を使用してより安価で簡易な簡易合成セグメントとすることができる。この場合、トンネル周方向の棒状鋼材として鉄筋を使用すると、さらに一段と安価で簡易な簡易合成セグメントとすることができる。
同様に、トンネル周方向に隣り合う継手板4と縦リブ6間の中間部(好ましくは、ほぼ中央位置の1箇所)のみにおいて、トンネル軸方向に間隔をおいて対向する各主桁3に、これらの主桁3の対向面側に向けて突出するように、短尺な一対のずれ止め9が設けられ、前記各ずれ止め9は、中詰めコンクリート8に埋め込まれている。
前記のずれ止め9の突出長さは、例えば、図2に示すように、主桁3に最も近い位置に配置されているトンネル周方向の棒状鋼材7に達する程度でよい。前記の各ずれ止め9は片持ち式に主桁3に支持されている形態であるので、長くすると曲げ応力が大きく作用するので好ましくない。
なお、継手板4と縦リブ6間の寸法が、小さい寸法(例えば、隣り合う縦リブ4間の寸法の1/2以下の狭い間隔であって、中詰めコンクリート8のはらみだしを防止できる場合)である場合には、ずれ止め9を省略する場合がある。したがって、少なくともトンネル周方向の縦リブ6間の中央部にずれ止め9を設けて、中詰めコンクリート8と鋼殻2とのずれ止め9を介した簡易な合成一体化を図る必要がある。
ずれ止め9としての等辺山形鋼9Aにおける溝部をスキンプレート5側に向くように配置しているので、等辺山形鋼9Aの各辺より地山側の中詰めコンクリート8を広く確実に支承することができる。そのため、地山側からの土水圧Pによる中詰めコンクリート8のはらみ出しを確実に防止することができる。
そして、前記の縦リブ4および棒状鋼材7並びに各ずれ止め9は、中詰めコンクリート8に埋め込まれ、棒状鋼材7は中詰めコンクリート8に埋め込み固定されて、鋼殻2側と棒状鋼材7と中詰めコンクリート8が一体に固定されて、簡易合成セグメント1とされている。
前記の中詰めコンクリート8が硬化した状態では、ずれ止め9により中詰めコンクリート8のはらみだしが防止されるため、棒状鋼材7は縦リブ6上に載置するだけであっても、棒状鋼材7は縦リブ6上に載置された所定の位置を保持される。また、前記のように棒状鋼材7は所定の位置に保持されるため、中詰めコンクリート8と共同して圧縮あるいは引張に抵抗するようになる。そのため、ずれ止め9を備えていない従来の合成セグメントの場合に比べて、合成セグメントとしての耐力を向上させることができる。
前記の山形鋼からなるずれ止め9に代えて、断面矩形状棒鋼等の棒状鋼材のずれ止め9としてもよい。その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には同様な符号を付した。
このような形態とする場合には、トンネル周方向の棒状鋼材7を配置した後、その棒状鋼材7に載置するようにトンネル内空側にずれ止め9を配置し、各ずれ止め9の両端部をそれぞれ主桁3に溶接により固着すればよい。
この形態のように、トンネル周方向の棒状鋼材7よりもトンネル半径方向内空側に位置するようにずれ止め9が配置されている分、合成セグメント1におけるトンネル周方向の中立軸が、ずれ止め9がない場合に比べて、よりトンネル内空側よりに位置するようになる。そのため、地山側からの土水圧Pにより、合成セグメントをトンネル内空側にはらみ出すような曲げが作用した場合に、前記中立軸を境とする合成セグメントの内空側に位置する引張領域が少なくなる分、圧縮領域が多くなり有利になる。
セグメント幅650mm、主桁高さ86mm、スキンプレート5の鋼板の板厚tは3mm、縦リブ6の板厚t6mm、主桁3の板厚tは9mm
セグメントにより構成されるトンネル外径3.3mに、トンネル地山側から設計荷重として7.5kNが負荷されている場合を想定した。
図13にトンネル周方向の1/2部分でトンネル軸方向の1/2部分の1/4部分を示すように、継手板側を支持するように支点として、セグメント周方向中央部に等分布荷重の設計荷重P(7.5kN)を付加させた3点曲げ状況が示されている。そして、合成セグメント1および合成セグメント1Aについて解析した。
1A 合成セグメント
2 鋼殻
3 主桁
4 継手板
5 スキンプレート
6 縦リブ
7 トンネル周方向の棒状鋼材
8 中詰めコンクリート
9 ずれ止め
9A 等辺形鋼
Claims (4)
- 主桁、継手板、スキンプレートおよび縦リブを備えた鋼製系セグメントにおける前記主桁に、セグメント内において主桁長手方向に間隔をおいて複数の縦リブが固定され、前記各縦リブのトンネル内空側に渡ってトンネル周方向に棒状鋼材が配置され、前記セグメントにおけるトンネル周方向に間隔をおいて配置されている少なくとも縦リブ間の中央部のみにおいて、間隔をおいて対向する各主桁に、これらの主桁の対向面側に向けて突出するように一対のずれ止めが設けられ、前記ずれ止めは、前記主桁に最も近い位置に配置されている前記棒状鋼材に達する程度の突出長さとされているとともに、溝部が前記スキンプレート側に向くように設けられた山形鋼で構成され、前記縦リブおよび棒状鋼材並びにずれ止めを埋め込むようにセグメント内部に中詰めコンクリートが充填・固化されて合成一体化されていることを特徴とする簡易合成セグメント。
- ずれ止めがトンネル周方向の棒状鋼材よりもトンネル内空面側に位置するように設けられて、コンクリートに埋め込まれていることを特徴とする請求項1記載の簡易合成セグメント。
- 前記棒状鋼材が鉄筋であることを特徴とする請求項1又は2に記載の簡易合成セグメント。
- 前記主桁が板状鋼材であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の簡易合成セグメント。
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