JP5966553B2 - 鋼矢板、該鋼矢板によって形成される鋼矢板壁、鋼矢板の製造方法 - Google Patents
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Description
このため、各施工現場で必要とされる構造性能に対し、必ずしも最適で合理的な断面形状になっていない。つまり、熱間圧延によって形成される鋼矢板の場合、既存のサイズの中から、必要とされる構造性能により近いものを選択することが行われている。
しかしながら、冷間加工(曲げ加工)で成形される鋼矢板の継手部は、熱間圧延で成形される鋼矢板の継手部に比べて、強度および加工精度とも著しく劣る。このため、施工困難が生じる恐れや、施工時の継手損傷により十分な構造性能が発揮されないことが懸念される。
本発明の一実施の形態に係る鋼矢板1は、図1(a)に示すように、熱間圧延で成形されたU形鋼矢板3(図1(b)参照)の片側の肩部(ウェブ付け根)を切断して得られる端部に第1継手部5を有し略L形のU形鋼矢板分割第1部材7及び端部に第2継手部9を有し直線状のU形鋼矢板分割第2部材11を、圧延又は折り曲げ加工によって製造された継手部のない略L形のL形基部材13の端部に溶接接合してなるものである。そして、鋼矢板1の全体形状は、軸方向直交断面で略U字状部の両端に外方に延びるアーム部14を有し、アーム部14の端部に第1継手部5及び第2継手部9を備えてなるものである。
しかも、簡易に製造することができることから製造コストを低減することもできる。
つまり、本実施の形態の鋼矢板1は、サイズの自由度が高いことにより、(1)各施工現場ごとに必要とされる構造性能に対して最適断面を提供できること、(2)鋼矢板継手の強度、精度を保持することで良好な施工性を得ることの2点を両立したものである。しかも、本実施の形態の鋼矢板1と同断面の鋼矢板を熱間圧延で製造しようとする場合に比較して、各段に少ない設備投資額での製造が可能となるものである。
もっとも、U形鋼矢板3を、その両側の肩部で切断して2つの直線状の継手部材を得て、これを略U字状の基部材の両端に接合するようにするものを排除するものではない。
本実施の形態の鋼矢板1の製造方法は、U形鋼矢板3の片側の肩部(ウェブ付け根)を切断してL形のU形鋼矢板分割第1部材7と、直線状のU形鋼矢板分割第2部材11とを製造する鋼矢板分割部材製造工程と、継手部のないL形のL基部材13を圧延、折り曲げ加工によって製造する基部材製造工程と、L基部材13の両端に鋼矢板分割第1部材及び鋼矢板分割第2部材を接合する鋼矢板分割部材接合工程とを備えた製造方法であって、鋼矢板分割部材接合工程は、軸方向直交断面で略U字状の両端部に外方に延びるアーム部14を備えた形状になるように前記L形基部材13の両端に前記U形鋼矢板分割第1部材7と前記U形鋼矢板分割第2部材11を接合する。
また、上記の例では、基部材として、略L形のL形基部材13の例を示したが、図2に示すように、略J形のJ形基部材17としてもよい。
なお、J形基部材17は、L形基部材13に比べると成形はやや難しくなるが、鋼矢板としての高さを高く設定することができ、より大きな断面性能を得ることができるという利点がある。
このように、3点で接地する形状にすることで、接地した際の安定性が増し、運搬時の衝撃等による損傷や、重ね置きした場合の崩落を防止することができる。
このような寸法関係を満たすようにすることで、鋼矢板1の施工安定性を保持することができる。この点を以下詳細に説明する。
鋼矢板1において、鋼矢板全長L1(両継手端部間の長さ)に対し、L形基部材13もしくはJ形基部材17により形成されるU字状部における最も幅狭の部位の長さL2が1/6×L1より小さくなると、ウェブ角度(図5のθc、θu)が小さくなり、鋼矢板断面の捩り剛性が低下して、座屈破壊などのトラブルが生じるおそれが高くなる。
一方、U字状部の最も幅狭の部位の長さL2が1/2×L2より大きくなると、ウェブ角度が90°を上回り、鋼矢板1の隅角部(折れ曲がり部)における閉塞性が高まり、施工時の貫入抵抗が大きくなり、施工困難となる。
したがって、鋼矢板1の施工安定性を保持するため、U字状部の最も幅狭の部位の長さL2を1/6×L1≦L2≦1/2×L1とした。このような形状にすることで、施行安定性が増すことについては、後述する実施例にて実証している。
この理由は以下の通りである。
鋼矢板施工機械の把持箇所21がフランジ中央の一点の場合、把持箇所21を中心として捩れ力が生じやすくなる。その際、鋼矢板1におけるウェブ部とアーム部14の境界部の近傍で捩れ力による曲げ応力が大きくなるおそれがある。この応力は、把持箇所21から前記境界部までの距離に応じて大きくなる。そのため、直線状のU形鋼矢板分割第2部材11とL形基部材13との接合部に作用する応力を極力小さくすることが肝要となる。そこで、U形鋼矢板分割第2部材11を取付けた方のウェブ角度θcが、略L形のU形鋼矢板分割第1部材7を取付けた方のウェブ角度θuを上回るようにすることで、把持箇所21から前記接合部までの距離を短くでき、前記接合部への応力を小さくできる。
また、ウェブ角度θcを90°以下としたのは、ウェブ角度θcが90°を上回ると鋼矢板1の隅角部(折れ曲がり部)における閉塞性が高まり、施工時の貫入抵抗が大きくなるため、これを下回るようにしたのである。これによって、鋼矢板1の施行性が高まる。
この理由は以下の通りである。
鋼矢板施工機械の把持箇所21がウェブ部の2点の場合、把持箇所21を中心としてウェブ直行方向にぶれる力が生じやすくなる。その際、鋼矢板1におけるウェブ部とアーム部14の境界部の近傍でせん断応力が生じる。この応力は、ウェブ部とアーム部14の角度が大きくなれば大きくなる。そのため、直線状のU形鋼矢板分割第2部材11とL形基部材13との接合部に作用する応力を極力小さくすることが肝要となる。そこで、直線状のU形鋼矢板分割第2部材11を取付けた方のウェブ角度θc(図5参照)が、略L形のU形鋼矢板分割第1部材7を取付けた方のウェブ角度θu(図5参照)を下回るようにして前記接合部に作用する応力を小さくした。また、ウェブ角度θcをTAN-1(L1/L2)(rad)以上としたのは、ウェブ角度が小さくなると鋼矢板断面の捩り剛性が低下し、座屈破壊などのトラブルが生じるおそれが高まるためである。
図8は、L形基部材13を使用したものであり、図9はJ形基部材17を使用したものである。
本実施の形態に係る鋼矢板1は第1継手部5、第2継手部9の強度及び精度が優れているので、鋼矢板1によって形成された鋼矢板壁23は連結部の精度と強度に優れる。また、鋼矢板1における基部材(L形基部材13、J形基部材17)が各施工現場ごとに必要とされる構造性能に対して最適断面となっているので、このような鋼矢板1によって形成された鋼矢板壁23は、施行現場の要求する最適断面となっている。
実施の形態1においては、U形鋼矢板3を利用するものであったが、本実施の形態は直線鋼矢板を利用するものである。
本実施の形態の鋼矢板31は、図10に示すように、直線鋼矢板33を切断して得られる第1継手部35を有する直線鋼矢板分割第1部材37、第2継手部39を有する直線鋼矢板分割第2部材41と、圧延又は折り曲げ加工によって製造された継手部のないU形のU形基部材43とを接合してなる鋼矢板31である。そして、本実施の形態の鋼矢板31は、U形基部材43の両端に直線鋼矢板分割第1部材37及び直線鋼矢板分割第2部材41をそれぞれ接合することで全体形状が軸方向直交断面で略U字状のU字状部の両端部に外方に延びるアーム部42を有し、アーム部42の端部に第1継手部35及び第2継手部39を備えた形状となっている。
U形基部材43は、圧延又は折り曲げ加工によって製造する。U形基部材43には、継手部がないので、形状が単純であり、継手を有する鋼矢板形状に比べて、熱間圧延成形においても、また冷間曲げ成形においても、成形が格段に容易であり、多彩なサイズのものを安価に成形できる。そのため、U形基部材43は、その幅や板厚を自在に且つ容易に変えることができる。その結果、U形基部材43を利用する本実施の形態の鋼矢板31は、各施工現場に必要とされる構造性能に対し、最適断面のものとなる。
なお、U形基部材43は、継手を有する鋼矢板形状に比べて、熱間圧延成形においても、また冷間曲げ成形においても、成形が格段に容易であり、多彩なサイズに安価で成形できることは言うまでもない。
しかも、簡易に製造することができることから製造コストを低減することもできる。
つまり、本実施の形態の鋼矢板31は、サイズの自由度が高いことにより、(1)各施工現場ごとに必要とされる構造性能に対して最適断面を提供できること、(2)鋼矢板継手の強度、精度を保持することで良好な施工性を得ることの2点を両立している。しかも、本実施の形態の鋼矢板31と同断面の鋼矢板を熱間圧延で製造する場合に比較して、各段に少ない設備投資額での製造が可能となるものである。
本実施の形態の鋼矢板31の製造方法は、直線鋼矢板33を切断して端部に継手部を有する直線鋼矢板分割第1部材37及び直線鋼矢板分割第2部材41を製造する鋼矢板分割部材製造工程と、継手部のないU形のU形基部材43を圧延、折り曲げ加工によって製造する基部材製造工程と、基部材の両端に直線鋼矢板分割第1部材37及び直線鋼矢板分割第2部材41を接合する鋼矢板分割部材接合工程とを備え、鋼矢板分割部材接合工程は、軸方向直交断面で略U字状の両端部に外方に延びるアーム部42を備えた形状になるようにU形基部材43の両端に前記直線鋼矢板分割第1部材37と前記直線鋼矢板分割第2部材41を接合する。
また、上記の例では、基部材として、略U形のU形基部材43の例を示したが、図11に示すように、略ハット形のハット形基部材45としてもよい。
このような寸法関係を満たすようにすることで、鋼矢板31の施工安定性を保持することができる。
この点を以下詳細に説明する。
鋼矢板31において、組合せ鋼矢板全長L1(両継手端部間の長さ)に対し、U形基部材43もしくはハット形基部材45の一部により形成されるU字状部における最も幅狭の部位の長さL2が1/6×L1より小さくなると、ウェブ角度(図12のθ)が小さくなり、鋼矢板断面の捩り剛性が低下して、座屈破壊などのトラブルが生じるおそれが高くなる。
一方、U字状部の最も幅狭の部位の長さL2が1/2×L2より大きくなると、ウェブ角度が90°を上回り、鋼矢板31の隅角部(折れ曲がり部)における閉塞性が高まり、施工時の貫入抵抗が大きくなり、施工困難となる。
そこで、鋼矢板31の施工安定性を保持するため、U字状部の最も幅狭の部位の長さL2を1/6×L1≦L2≦1/2×L1とした。
図13は、基部材がU形基部材43のものであり、図14は基部材がハット形基部材45のものである。
本実施の形態に係る鋼矢板31は第1継手部35、第2継手部39の強度及び精度が優れているので、鋼矢板31によって形成された鋼矢板壁47は連結部の精度と強度に優れる。また、鋼矢板31における基部材(U形基部材43、ハット形基部材45)が各施工現場ごとに必要とされる構造性能に対して最適断面となっているので、このような鋼矢板1によって形成された鋼矢板壁47は、施行現場の要求する最適断面となっている。
ケース2〜6のU字状部の最も幅狭の部位の長さL2が25mm以上の場合はいずれのケースも所定長まで施工完了したが、U字状部の最も幅狭の部位の長さL2が85mm以上の場合(ケース5、6)では、施工時の貫入抵抗が急激に大きくなる結果となった。
以上から、U字状部の最も幅狭の部位の長さL2が最適となるのは、ケース2(L2/L1=17/100≒1/6)〜ケース4(L2/L1=50/100=1/2)の条件である(1/6×L1≦L2≦1/2×L1)であることがわかった。
図19に示したものは、基部材がU形のものであり、図20に示したものは、基部材がハット形のものである。
3 U形鋼矢板
5 第1継手部
7 U形鋼矢板分割第1部材
9 第2継手部
11 U形鋼矢板分割第2部材
13 L形基部材
14 アーム部
15 溶接接合部
17 J形基部材
19 屈曲部
21 把持箇所
23 鋼矢板壁
31 鋼矢板
33 直線鋼矢板
35 第1継手部
37 直線鋼矢板分割第1部材
39 第2継手部
41 直線鋼矢板分割第2部材
42 アーム部
43 U形基部材
45 ハット形基部材
47 鋼矢板壁
Claims (11)
- 熱間圧延によって成形されたU形鋼矢板を切断して得られる少なくとも継手部を有する鋼矢板分割部材と、圧延又は折り曲げ加工によって製造された継手部のない基部材とを接合してなり、
全体形状が、軸方向直交断面で略U字状のU字状部の両端に、外方に延びると共に先端に継手部を有するアーム部を備えた形状であることを特徴とする鋼矢板。 - 前記鋼矢板分割部材は、U形鋼矢板の片側の肩部(ウェブ付け根)を切断して得られるL形のU形鋼矢板分割第1部材と、直線状のU形鋼矢板分割第2部材からなり、
前記基部材はL形のL形基部材からなることを特徴とする請求項1記載の鋼矢板。 - 前記鋼矢板分割部材は、U形鋼矢板の片側の肩部(ウェブ付け根)を切断して得られるL形のU形鋼矢板分割第1部材と、直線状のU形鋼矢板分割第2部材からなり、
前記基部材はJ形のJ形基部材からなることを特徴とする請求項1記載の鋼矢板。 - 前記アーム部を地面側にして載置したときに、前記L形のU形鋼矢板分割第1部材における継手部及び屈曲部と、前記直性状のU形鋼矢板分割第2部材の継手部との3点で接地することを特徴とする請求項2又は3記載の鋼矢板。
- 両側の継手部間の長さをL1、U字状部における最も幅狭の部位の長さをL2としたときに、1/6×L1≦L2≦1/2×L1の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の鋼矢板。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の鋼矢板の継手部を連結して地中に打設して形成されていることを特徴とする鋼矢板壁。
- 熱間圧延によって成形されたU形鋼矢板を切断して端部に継手部を有する鋼矢板分割部材を製造する鋼矢板分割部材製造工程と、継手部のない基部材を圧延、折り曲げ加工によって製造する基部材製造工程と、基部材の両端に前記鋼矢板分割部材を接合する鋼矢板分割部材接合工程とを備えたことを特徴とする鋼矢板の製造方法。
- 前記鋼矢板分割部材製造工程は、U形鋼矢板の片側の肩部(ウェブ付け根)を切断してL形のU形鋼矢板分割第1部材と、直線状のU形鋼矢板分割第2部材とを製造し、
前記基部材製造工程はL形の基部材を製造し、
前記鋼矢板分割部材接合工程は、軸方向直交断面で略U字状の両端部に外方に延びると共に先端に継手部を有するアーム部を備えた形状になるように前記L形基部材の両端に前記U形鋼矢板分割第1部材と前記U形鋼矢板分割第2部材を接合することを特徴とする請求項7記載の鋼矢板の製造方法。 - 前記鋼矢板分割部材製造工程は、U形鋼矢板の片側の肩部(ウェブ付け根)を切断してL形のU形鋼矢板分割第1部材と、直線状のU形鋼矢板分割第2部材とを製造し、
前記基部材製造工程はJ形の基部材を製造し、
前記鋼矢板分割部材接合工程は、軸方向直交断面で略U字状の両端部に外方に延びると共に先端に継手部を有するアーム部を備えた形状になるように前記J形基部材の両端に前記U形鋼矢板分割第1部材と前記U形鋼矢板分割第2部材を接合することを特徴とする請求項7記載の鋼矢板の製造方法。 - 前記アーム部を地面側にして載置したときに、前記L形の前記U形鋼矢板分割第1部材における継手部及び屈曲部と、前記直性状の前記U形鋼矢板分割第2部材継手部との3点で接地するように前記U形鋼矢板分割第1部材及び前記U形鋼矢板分割第2部材が接合されていることを特徴とする請求項8又は9に記載の鋼矢板の製造方法。
- 両側の継手部間の長さをL1、U字状部の中間部の長さをL2としたときに、1/6×L1≦L2≦1/2×L1の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載の鋼矢板の製造方法。
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