JP6706499B2 - Steel-concrete sandwich structure design method. - Google Patents
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Description
例えば、線路下横断構造物や道路下横断構造物などを構築する鋼コンクリートサンドイッチ構造に関する。 For example, the present invention relates to a steel-concrete sandwich structure for constructing under-rail crossing structures, under-road crossing structures, and the like.
線路下横断構造物としてボックスカルバートなどの構造物として、特許文献１や特許文献２に記載された構造物がある。
このような特許文献１や特許文献２に記載の構造を用いた構造物は、所定間隔を隔てて配置した主鋼板と、該主鋼板同士を連結する複数のせん断補強鋼板と、該主鋼板及び前記せん断補強鋼板との間に充填したコンクリートとで構成する鋼コンクリートサンドイッチ構造の部材で構成し、開削することなく地中部に図１に示すようなボックスカルバートを構築することができる。
As structures such as box culverts as under-rail crossing structures, there are structures described in Patent Documents 1 and 2.
A structure using such a structure described in Patent Document 1 or Patent Document 2 is a main steel plate arranged at a predetermined interval, a plurality of shear reinforcing steel plates for connecting the main steel plates, the main steel plate, and A box culvert as shown in FIG. 1 can be constructed in the ground without constructing the steel-concrete sandwich structure member composed of the concrete and the shear-reinforced steel plate.
より詳しくは、図２に示す鋼製エレメントを特殊な噛み合わせ継手（連結継手）でつなぎ合わせて地中部に挿入していく。この噛み合わせ継手には施工性を考慮した遊間が設けられており、鋼板の応力伝達や漏水防止のため、セメントグラウト材を遊間に充填する。その後、鋼製エレメント内にコンクリートを充填して鋼コンクリートサンドイッチ構造部材を構成するとともに、ボックスカルバートを構築する。 More specifically, the steel elements shown in FIG. 2 are connected by a special meshing joint (coupling joint) and inserted into the underground portion. This mating joint is provided with a play space in consideration of workability, and cement grout material is filled in the play space in order to transmit stress of the steel plate and prevent water leakage. Then, the steel element is filled with concrete to form a steel-concrete sandwich structural member and a box culvert is constructed.
このような鋼コンクリートサンドイッチ構造は、一般的に、２枚の鋼板とそれにはさまれたコンクリートが一体となって挙動する合成構造として評価するため、鋼板とコンクリートの一体性を確保するための適切なずれ止めを適切な間隔で設けている。しかし、特許文献１の構造物を構築する構造の場合、鋼製エレメントとその内部に充填するコンクリートとは、シアコネクタ等のずれ止めにより一体化されておらず、部材軸直角方向に設置されたせん断補強鋼板によって充填したコンクリートをブロック状に隔てる構成である。 Such a steel-concrete sandwich structure is generally evaluated as a composite structure in which two steel plates and concrete sandwiched between them behave in an integrated manner, so it is appropriate for ensuring the integrity of the steel plate and concrete. Anti-slip is provided at appropriate intervals. However, in the case of the structure for constructing the structure of Patent Document 1, the steel element and the concrete to be filled therein are not integrated by the shift stopper such as the shear connector and installed in the direction perpendicular to the member axis. This is a structure in which concrete filled with shear reinforcing steel plates is divided into blocks.
これまでの一般的な鋼コンクリートサンドイッチ構造の曲げ特性に関する研究において、ずれ止めを租に取り付けた模型実験では鋼板とコンクリートとの間にずれが生じ、そのたわみ量が、一般的な鋼コンクリートサンドイッチ構造としての梁理論による計算値に比較して大きくなることがわかっている。特に、連続部材を対象として等分布荷重が作用する場合、曲げ降伏耐力及び曲げ終局耐力は平面保持を仮定して算出した耐力と同等であるが、たわみ量がかなり大きくなる。いずれの研究においても曲げ変形について計算値より実際のたわみ量は大きくなることは判明しているものの、定量的に評価する方法はなく、一般的な鋼コンクリートサンドイッチ構造として検討して構築された特許文献１や特許文献２に記載の構造物たわみは大きく、想定以上の変形量となるおそれがあった。 In the research on the bending characteristics of conventional steel-concrete sandwich structures, in model experiments with a slip stopper attached to the hoop, a deviation occurs between the steel plate and concrete, and the amount of deflection is It is known that it will be larger than the calculated value by the beam theory. In particular, when a uniformly distributed load is applied to a continuous member, the bending yield strength and bending ultimate strength are equivalent to the strength calculated on the assumption that the flat surface is held, but the amount of deflection becomes considerably large. In both studies, it was found that the actual amount of flexural deformation was larger than the calculated value, but there was no quantitative evaluation method, and a patent constructed by examining it as a general steel-concrete sandwich structure. The structure deflection described in Document 1 and Patent Document 2 is large, and the amount of deformation may be larger than expected.
そこで、この発明は、変形量を適切に算定し、所望の変形量を満足することができる鋼コンクリートサンドイッチ構造及びその設計方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a steel-concrete sandwich structure capable of appropriately calculating the amount of deformation and satisfying the desired amount of deformation, and a method for designing the same.
この発明は、所定間隔を隔てて配置した主鋼板と、該主鋼板同士を連結する複数のせん断補強鋼板と、該主鋼板及び前記せん断補強鋼板との間に充填した複数のコンクリートとで構成する鋼コンクリートサンドイッチ構造の設計方法であって、前記主鋼板が、所定長さの部分主鋼板を応力伝達可能な噛み合わせ継手で連結した連結鋼板であり、２枚の前記部分主鋼板と、前記せん断補強鋼板とで断面コ字状の鋼製エレメントが構成するとともに、前記鋼製エレメントを連結して構成し、前記部分主鋼板とせん断補強鋼板とに囲まれた複数のブロック状のコンクリートにおける各コンクリートのひび割れ断面におけるひび割れ先端を各々の中立軸とし、維ひずみは断面の中立軸からの距離に比例するとともに、複数の前記ブロック状のコンクリートにおける各コンクリート内での曲率が一定であると仮定し、前記中立軸からyだけ離れた位置の前記ブロック状のコンクリートの圧縮応力σ’c (y)、部材幅b、圧縮側鋼板に発生する圧縮力Tc、引張側鋼板に発生する引張力T、前記ブロック状のコンクリートの断面高さに対するひび割れ深さの比α、断面高さh、圧縮側コンクリートの圧縮変形量dx、及びブロック状のコンクリートの回転角λに対して、前記部分主鋼板と前記せん断補強鋼板とに囲まれた複数の前記ブロック状のコンクリートのそれぞれに発生する曲げモーメントM、及び各コンクリートに発生する軸力Nから求まる力のつり合いの関係式は式（１）及び式（２）で表すことができ、
コンクリートの応力ひずみ関係はコンクリート標準示方書に示す曲線に準拠することで、前記中立軸からyだけ離れた位置における前記ブロック状のコンクリートの圧縮ひずみε’c(y)、前記圧縮側コンクリートの縁ひずみε’cm、前記中立軸からの距離y、前記せん断補強鋼板の間隔L、及び前記回転角λが式（３）乃至式（５）の関係となり、
Stress-strain relationship of concrete that conforms to the curve shown in concrete standard How to Display document, the compressive strain epsilon 'c of the block-shaped concrete in y position apart from the neutral axis (y), the edge of the compression side concrete strain epsilon 'cm, the distance y from the neutral axis, the interval L of the shear reinforcing steel, and the rotation angle λ is a relationship of equation (3) through (5),
上述の鋼コンクリートサンドイッチ構造は、所定間隔を隔てて配置した主鋼板と、該主鋼板同士を連結する複数のせん断補強鋼板と、該主鋼板及び前記せん断補強鋼板との間に充填したコンクリートとで構成する構造部材、及び当該構造物材を用いた構造物を含むものとする。 The steel-concrete sandwich structure described above is composed of main steel plates arranged at a predetermined interval, a plurality of shear reinforcing steel plates connecting the main steel plates, and concrete filled between the main steel plate and the shear reinforcing steel plate. A structural member that constitutes the structure and a structure using the structure material are included.
また、上述の鋼コンクリートサンドイッチ構造は、所定間隔を隔てて配置した主鋼板と、該主鋼板同士を連結するせん断補強鋼板複数で構成する鋼製エレメントを連結して内部空間を形成するとともに、内部空間にコンクリートを充填して構成した鋼コンクリートサンドイッチ構造、あるいは、所定間隔を隔てて配置した主鋼板に対して複数のせん断補強鋼板を配置し、内部空間にコンクリートを充填して構成した鋼コンクリートサンドイッチ構造を含むものとする。
上述の断面コ字状の鋼製エレメントは、鋼コンクリートサンドイッチ構造の少なくとも一部のみを構成すればよい。
Further, the above-mentioned steel-concrete sandwich structure forms an internal space by connecting a main steel plate arranged at a predetermined interval and a steel element composed of a plurality of shear-reinforced steel plates connecting the main steel plates to each other and forming an internal space. Steel-concrete sandwich structure constructed by filling the space with concrete, or steel-concrete sandwich constructed by arranging multiple shear-reinforced steel plates for the main steel plates arranged at a prescribed interval and filling the internal space with concrete. The structure shall be included.
The above-mentioned steel element having a U-shaped cross section may constitute at least a part of the steel-concrete sandwich structure.
この発明により、変形量を適切に算定することができる。
詳述すると、本発明の鋼コンクリートサンドイッチ構造に対して行った載荷試験の結果によると、内部空間に充填したコンクリートにおけるせん断補強鋼板近傍にひび割れが集中することから、曲げひび割れはせん断補強鋼板の位置でのみ発生し、せん断補強鋼板とコンクリートは付着せず、主鋼板とせん断補強鋼板とに囲まれたブロック状のコンクリートの曲率は一様であるため、鋼コンクリートサンドイッチ構造部材の変形は、主鋼板とせん断補強鋼板とに囲まれたブロック状のコンクリートに発生する回転変形の和となる。
According to the present invention, the amount of deformation can be calculated appropriately.
More specifically, according to the results of the load test performed on the steel-concrete sandwich structure of the present invention, since the cracks are concentrated in the vicinity of the shear-reinforced steel plate in the concrete filled in the internal space, the bending crack is the position of the shear-reinforced steel plate. However, the deformation of the steel-concrete sandwich structural member is due to the fact that the shear-reinforced steel plate and concrete do not adhere to each other Is the sum of the rotational deformations that occur in the block-shaped concrete surrounded by the shear-reinforced steel plate.
また、せん断補強鋼板とコンクリートは付着していないことから、ひび割れ断面における中立軸はひび割れの先端とし、断面高さに対するひび割れ深さの比をα、圧縮縁の圧縮変形量をdxとすると、回転角λは数式６のように表わすことができる。 Since the shear reinforcing steel plate and concrete are not attached, the neutral axis in the crack cross section is the tip of the crack, the ratio of the crack depth to the cross section height is α, and the compression deformation amount of the compression edge is dx. The angle λ can be expressed as in Equation 6.
なお、主鋼板とせん断補強鋼板とに囲まれたブロック状のコンクリートの曲率は一様とし、回転変形によるひび割れはコンクリートの左右で対称となっているため、片側に発生するひび割れの回転角度をλ/2とする。 Since the curvature of the block-shaped concrete surrounded by the main steel plate and the shear-reinforced steel plate is uniform and the cracks due to rotational deformation are symmetrical on the left and right sides of the concrete, the rotation angle of the crack generated on one side is λ /2.
また、維ひずみは断面の中立軸からの距離に比例するとし、コンクリートの応力ひずみ関係はコンクリート標準示方書に示す曲線とすることで、中立軸からyだけ離れた位置におけるコンクリートの圧縮ひずみε’c(y)及び圧縮縁の変形量dxは数式３及び数式４のように表わせるとともに、回転角λを数式５のように表わすことができる。
さらに、主鋼板とせん断補強鋼板とに囲まれたブロック状のコンクリートに発生する断面力から求まる力のつり合いの関係式は、数式１及び数式２のように表わすことができる。
In addition, the fiber strain is assumed to be proportional to the distance from the neutral axis of the cross section, and the stress-strain relationship of concrete is the curve shown in the standard specifications for concrete, so that the compressive strain ε'of concrete at the position separated by y from the neutral axis is c (y) and the amount of deformation dx of the compressed edge can be expressed by Expressions 3 and 4, and the rotation angle λ can be expressed by Expression 5.
Further, the relational expression of the balance of forces obtained from the cross-sectional force generated in the block-shaped concrete surrounded by the main steel plate and the shear reinforcing steel plate can be expressed as Formula 1 and Formula 2.
以上の関係から、主鋼板とせん断補強鋼板とに囲まれた各コンクリートに発生する断面力から回転角λを算出するが、せん断補強鋼板位置に発生する回転角は隣り合うコンクリートの回転角の半分の和となることから、せん断補強鋼板位置の回転角θを数式７のように表すことができる。 From the above relationship, the rotation angle λ is calculated from the sectional force generated in each concrete surrounded by the main steel plate and the shear reinforcing steel plate, but the rotation angle generated at the shear reinforcing steel plate position is half the rotation angle of the adjacent concrete. Therefore, the rotation angle θ at the position of the shear reinforcing steel plate can be expressed by Equation 7.
以上より、数式８のように各コンクリートにおける回転変形を累加することにより、鋼コンクリートサンドイッチ構造のたわみ量を正確に算出することができる。したがって、所望の変形量を満足できる鋼コンクリートサンドイッチ構造を構築することができる。 From the above, by accumulating the rotational deformation in each concrete as in Formula 8, the deflection amount of the steel-concrete sandwich structure can be accurately calculated. Therefore, it is possible to construct a steel-concrete sandwich structure that can satisfy a desired amount of deformation.
所望の変形量とは、例えば、鋼コンクリートサンドイッチ構造で構成される構造物のスパン中央における変形量が当該構造物のスパン長の１／１００などの所定量を満足することや、例えば、鋼コンクリートサンドイッチ構造で構成される構造物の下方に軌道が構築される場合における建築限界を侵さない量などとすることができる。 The desired amount of deformation means, for example, that the amount of deformation at the center of the span of a structure composed of a steel-concrete sandwich structure satisfies a predetermined amount such as 1/100 of the span length of the structure. It can be set as an amount that does not violate the building limit when a track is constructed below a structure composed of a sandwich structure.
また、前記主鋼板を、所定長さの部分主鋼板を応力伝達可能な噛み合わせ継手で連結した連結鋼板で構成することにより、主鋼板に比べて小さな部分主鋼板を噛み合わせ継手で応力伝達可能に連結するため、施工性を向上することができる。 Also , by constructing the main steel plate as a connecting steel plate in which partial main steel plates of a predetermined length are connected by a meshing joint capable of transmitting stress, it is possible to transmit stress in a meshing joint to a partial main steel plate that is smaller than the main steel plate. Since it is connected to, the workability can be improved.
また、２枚の前記部分主鋼板と、前記せん断補強鋼板とで断面コ字状の鋼製エレメントを構成することにより、断面コ字状の鋼製エレメントは、所定間隔を隔てて配置した主鋼板と、該主鋼板同士を連結する複数のせん断補強鋼板が一体化した鋼コンクリートサンドイッチ構造に比べ、例えば地中部へ挿入する場合において、施工規模が小さくなり、施工性をさらに向上することができる。 In addition, the steel elements having a U-shaped cross section are configured by the two partial main steel sheets and the shear reinforcing steel sheet, so that the steel elements having a U-shaped cross section are arranged at predetermined intervals. When compared with a steel-concrete sandwich structure in which a plurality of shear-reinforced steel plates that connect the main steel plates to each other are integrated, for example, when inserting into the underground part, the construction scale becomes smaller, and the workability can be further improved.
この発明によれば、変形量を適切に算定し、所望の変形量を満足することができる鋼コンクリートサンドイッチ構造及びその設計方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a steel-concrete sandwich structure capable of appropriately calculating the amount of deformation and satisfying the desired amount of deformation, and a method for designing the same.
まず、本発明の鋼コンクリートサンドイッチ構造Ｓを用いた地下横断構造物３００について図１乃至４とともに説明する。
図１は軌道２００の下方に構築する地下横断構造物３００についての概略斜視図を示し、図２は軌道２００の下方に構築する地下横断構造物３００についての概略正面図を示し、図３は地下横断構造物３００を構成する角型鋼製エレメント５０についての説明図を示し、図４は軌道２００の下方に構築する地下横断構造物３００についての概略縦断面図を示している。なお、本明細書の説明において、連結空間５６に充填するコンクリートＣについて断面を示すハッチングの図示を省略している。
First, an underground crossing structure 300 using the steel concrete sandwich structure S of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 shows a schematic perspective view of an underground crossing structure 300 constructed below the track 200, FIG. 2 shows a schematic front view of an underground crossing structure 300 constructed below the track 200, and FIG. FIG. 4 shows an explanatory view of the rectangular steel element 50 that constitutes the traverse structure 300, and FIG. 4 shows a schematic vertical sectional view of the underground traverse structure 300 constructed below the track 200. In the description of the present specification, the hatching showing the cross section of the concrete C filling the connection space 56 is omitted.
角型鋼製エレメント５０を挿入して、下方に地下横断構造物３００を構築する軌道２００は、地山４００の上部に、路床４０１ａと路盤４０１ｂとを盛土して盛土部４０１を構成し、盛土部４０１の上にバラスト４０２を締め固め、枕木２０２を長さ方向に等間隔で載置し、枕木２０２の上に軌条２０１を固定して構成している。 The track 200 which inserts the rectangular steel element 50 and constructs the underground crossing structure 300 below forms the embankment part 401 by embanking the roadbed 401a and the roadbed 401b in the upper part of the ground 400. The ballast 402 is compacted on the embankment 401, the sleepers 202 are placed at equal intervals in the length direction, and the rails 201 are fixed on the sleepers 202.
軌道２００を横断する方向（図４において左右方向）に構築する地下横断構造物３００は、上床部３００ａが所定の土被りとなる位置で、地山４００に構築される矩形断面のボックスである。なお、図１，２，４において、連結した角型鋼製エレメント５０がむき出したままの地下横断構造物３００を図示しているが、地下横断構造物３００の用途に応じて、地下横断構造物３００の内部空間３００ｂや端部に舗装やコンクリートを構築して地下横断構造物３００を完成させる。 The underground transversal structure 300 constructed in the direction traversing the track 200 (the left-right direction in FIG. 4) is a box having a rectangular cross section constructed in the natural ground 400 at a position where the upper floor portion 300a has a predetermined overburden. 1, 2 and 4 show the underground crossing structure 300 in which the connected rectangular steel elements 50 are exposed, but depending on the use of the underground crossing structure 300, the underground crossing structure 300 may be used. The subterranean structure 300 is completed by constructing pavement and concrete on the inner space 300b and the end portion of 300.
このように、地下横断構造物３００は、図４に示すように軌道２００の横断方向両側に予め建て込んだ土留め壁（図示省略）を用いて掘り下げて構築した立坑４２０（４２０ａ，４２０ｂ）間の軌道２００下の地山４００を貫通する構造物である。
そして、地下横断構造物３００は、図１乃至３に示すように、正面視横長四角形状に配置した角型鋼製エレメント５０を連結し、その内部を掘削して構築している。
As described above, the underground crossing structure 300 is, as shown in FIG. 4, between the shafts 420 (420a, 420b) constructed by digging down using earth retaining walls (not shown) built in advance on both sides in the crossing direction of the track 200. It is a structure that penetrates the natural ground 400 under the orbit 200.
As shown in FIGS. 1 to 3, the underground crossing structure 300 is constructed by connecting the rectangular steel elements 50 arranged in a horizontally long quadrangular shape in a front view and excavating the inside thereof.
図２，３に示すように、角型鋼製エレメント５０は、略四角形型に形成され、後述する連結継手５３で連結方向Ｚ１に連結可能に構成するとともに、所定の長さに形成している。そして、所定の長さに形成した角型鋼製エレメント５０を複数、長さ方向（挿入方向）Ｘにおいて、接続部材（図示省略）で接続して、地下横断構造物３００の長さを確保する構成である。 As shown in FIGS. 2 and 3, the square steel element 50 is formed in a substantially quadrangular shape, is configured to be connectable in the connecting direction Z1 by a connecting joint 53 described later, and is formed to have a predetermined length. .. Then, a plurality of rectangular steel elements 50 formed to have a predetermined length are connected by a connecting member (not shown) in the length direction (insertion direction) X to secure the length of the underground crossing structure 300. It is a composition.
詳述すると、図３に示すように、地下横断構造物３００を構成する角型鋼製エレメント５０は、連結方向Ｚ１に対して直交する交差方向Ｚ２に所定の間隔を隔てて配置する２枚のフランジ鋼板５１と、フランジ鋼板５１における連結方向Ｚ１の両側で交差方向Ｚ２に向いたせん断補強鋼板５２とで断面四角形に構成している。
なお、上述の角型鋼製エレメント５０の長さ方向Ｘは、角型鋼製エレメント５０の挿入方向Ｘと一致する方向であるため、本明細書において同じ符号Ｘで示している。
More specifically, as shown in FIG. 3, the rectangular steel elements 50 forming the underground crossing structure 300 are two sheets arranged at predetermined intervals in a crossing direction Z2 orthogonal to the connecting direction Z1. The flange steel plate 51 and the shear reinforcing steel plates 52 facing in the intersecting direction Z2 on both sides of the flange steel plate 51 in the connecting direction Z1 have a rectangular cross section.
The length direction X of the rectangular steel element 50 described above is the same direction as the insertion direction X of the rectangular steel element 50, and is therefore indicated by the same reference numeral X in this specification.
フランジ鋼板５１の両端には、略Ｃ型断面の連結継手５３を備えている。詳しくは、フランジ鋼板５１の連結方向Ｚ１の基端側に配置した基端側連結継手５３ａは、フランジ鋼板５１より交差方向Ｚ２の外側に突出態様で略逆Ｃ型に形成されている。これに対し、フランジ鋼板５１の連結方向Ｚ１の先端側に配置した先端側連結継手５３ｂは、フランジ鋼板５１より交差方向Ｚ２の内側に突出態様で略Ｃ型に形成されている。したがって、隣接する角型鋼製エレメント５０同士は、既に挿入された挿入済みの角型鋼製エレメント５０の先端側連結継手５３ｂと、後で挿入する角型鋼製エレメント５０の基端側連結継手５３ａとを嵌合させて連結している。 Both ends of the flange steel plate 51 are provided with connecting joints 53 having a substantially C-shaped cross section. Specifically, the base end side coupling joint 53a arranged on the base end side of the flange steel plate 51 in the connecting direction Z1 is formed in a substantially inverted C shape in a projecting manner outside the flange steel plate 51 in the intersecting direction Z2. On the other hand, the front end side coupling joint 53b arranged on the front end side of the flange steel plate 51 in the connecting direction Z1 is formed in a substantially C shape in a projecting manner inside the flange steel plate 51 in the intersecting direction Z2. Therefore, the adjacent square-shaped steel elements 50 are connected to each other at the tip side coupling joint 53b of the already-inserted square-shaped steel element 50 and the proximal-side coupling joint of the square-shaped steel element 50 to be inserted later. 53a is fitted and connected.
また、せん断補強鋼板５２は、フランジ鋼板５１の先端側及び基端側において、連結継手５３より連結方向Ｚ１の適宜の間隔を隔てて配置されている。したがって、隣接する角型鋼製エレメント５０同士の間には、挿入済みの角型鋼製エレメント５０のせん断補強鋼板５２と、後で挿入する角型鋼製エレメント５０のせん断補強鋼板５２と、フランジ鋼板５１の連結継手５３によって囲まれた連結空間５６を構成している。 In addition, the shear reinforcing steel plate 52 is arranged on the front end side and the base end side of the flange steel plate 51 with an appropriate interval in the connecting direction Z1 from the connecting joint 53. Therefore, between the adjacent square steel elements 50, the shear reinforcing steel plate 52 of the square steel element 50 already inserted, the shear reinforcing steel plate 52 of the square steel element 50 to be inserted later, and the flange. A connection space 56 surrounded by the connection joint 53 of the steel plate 51 is formed.
このように構成した角型鋼製エレメント５０は、仮設構造物ではなく、地下横断構造物３００の本体の構造部材として本設利用される。したがって、フランジ鋼板５１の交差方向Ｚ２の間隔、つまりせん断補強鋼板５２の交差方向Ｚ２の長さは、連結空間５６に充填するコンクリートＣとともに、地下横断構造物３００の上床部、下床部あるいは側壁として、作用する荷重に耐える間隔で構成されている。また、角型鋼製エレメント５０の幅、つまりフランジ鋼板５１の連結方向Ｚ１の長さは、構築する地下横断構造物３００の高さや幅寸法に応じて割り付けて決定する。 The square-shaped steel element 50 configured in this way is not a temporary structure but is permanently installed and used as a structural member of the main body of the underground crossing structure 300. Therefore, the distance between the flange steel plates 51 in the intersecting direction Z2, that is, the length of the shear reinforcing steel plate 52 in the intersecting direction Z2, together with the concrete C filling the connecting space 56, is the upper floor portion, the lower floor portion, or the side wall of the underground transverse structure 300. As the intervals to withstand the applied load. The width of the rectangular steel element 50, that is, the length of the flange steel plate 51 in the connecting direction Z1 is determined by allocating it according to the height and width dimensions of the underground crossing structure 300 to be constructed.
なお、基端側連結継手５３ａと先端側連結継手５３ｂとは同断面形状であり、点対称配置され、基端側連結継手５３ａと先端側連結継手５３ｂとが噛み合わせ可能な形状である。また、基端側連結継手５３ａと先端側連結継手５３ｂとの噛み合わせ状態において、施工性を考慮した遊間が設けられているため、角型鋼製エレメント５０の地中への挿入完了後、噛み合わせ状態の角型鋼製エレメント５０同士の間に鋼板の応力伝達や漏水防止のためのセメントグラウト材Ｇ（以下においてグラウトＧという）を充填する。そのため、基端側連結継手５３ａと先端側連結継手５３ｂのそれぞれには、噛み合わせ状態において他方に被さって、充填するグラウトＧの漏出を防止するグラウト鋼板５４を備えている。さらに、基端側連結継手５３ａの外側には防錆シート５５を備えている。 The base end side coupling joint 53a and the tip end side coupling joint 53b have the same cross-sectional shape and are arranged in point symmetry so that the base end side coupling joint 53a and the tip side coupling joint 53b can be meshed with each other. In addition, since there is a clearance in consideration of workability in the meshed state of the base end side coupling joint 53a and the tip end side coupling joint 53b, after the square steel element 50 is completely inserted into the ground, A cement grout material G (hereinafter referred to as grout G) for transmitting stress of the steel sheet and preventing water leakage is filled between the square-shaped steel elements 50 in the combined state. Therefore, each of the base end side coupling joint 53a and the tip end side coupling joint 53b is provided with a grout steel plate 54 which covers the other in a meshed state and prevents leakage of the grout G to be filled. Further, a rust preventive sheet 55 is provided on the outer side of the base end side joint 53a.
また、上述の角型鋼製エレメント５０の説明では、地下横断構造物３００を構成する一般部の一般エレメント５０ａについて説明したが、図２，３に示すように、最初に地山４００に挿入する基準エレメント５０ｃ、地下横断構造物３００の隅角部を構成する隅角部エレメント５０ｂ、最後に挿入し、環状に閉合する調整エレメント５０ｄは、以下に説明するように、上述の一般部の一般エレメント５０ａとわずかに構成が異なる。 In addition, in the above description of the rectangular steel element 50, the general element 50a of the general part that constitutes the underground crossing structure 300 has been described, but as shown in FIGS. The reference element 50c, the corner element 50b that constitutes the corner of the underground structure 300, and the adjusting element 50d that is inserted at the end and closed in an annular shape are general elements of the above-mentioned general portion, as described below. The configuration is slightly different from 50a.
最初に、地山４００に挿入する基準エレメント５０ｃは、基準エレメント５０ｃを基準として左右両側に角型鋼製エレメント５０を連結するため、図３（ｃ）に示すように、フランジ鋼板５１の両端に先端側連結継手５３ｂを備えるとともに、せん断補強鋼板５２が連結方向Ｚ１の両側に配置される（図示省略）。 First, since the reference element 50c to be inserted into the natural ground 400 connects the square-shaped steel elements 50 on both left and right sides with the reference element 50c as a reference, as shown in FIG. The distal end side coupling joint 53b is provided and the shear reinforcing steel plates 52 are arranged on both sides in the coupling direction Z1 (not shown).
逆に、最後に挿入し、環状に閉合する調整エレメント５０ｄは、左右両側に挿入されている挿入済みの角型鋼製エレメント５０の間において、両方の挿入済みの角型鋼製エレメント５０に連結するため、図３（ｄ）に示すように、フランジ鋼板５１の両側に基端側連結継手５３ａを備えるとともに、せん断補強鋼板５２が連結方向Ｚ１の両側に配置される（図示省略）。 On the contrary, the adjusting element 50d that is inserted last and closed in an annular shape is connected to both of the inserted square steel elements 50 between the inserted square steel elements 50 that are inserted on both left and right sides. For this reason, as shown in FIG. 3D, the flange-side steel plate 51 is provided with the base end side coupling joints 53a on both sides, and the shear reinforcing steel plates 52 are arranged on both sides in the coupling direction Z1 (not shown).
隅角部エレメント５０ｂは、図３（ｂ）に示すように、連結方向が基端側連結継手５３ａのある基端側に対して直交するため、先端側連結継手５３ｂがせん断補強鋼板５２の延長上に配置される。 As shown in FIG. 3B, the corner portion element 50b has a connecting direction orthogonal to the base end side where the base end side connecting joint 53a is present, so that the tip end side connecting joint 53b extends the shear reinforcing steel plate 52. Placed on top.
なお、上述の説明では、一般部の一般エレメント５０ａ、基準エレメント５０ｃ、隅角部エレメント５０ｂ及び調整エレメント５０ｄで断面横長四角形状の地下横断構造物３００を構築することについて説明しているが、基準エレメント５０ｃと隅角部エレメント５０ｂとで横一文字状配置、または縦一列配置、あるいは角型鋼製エレメント５０、基準エレメント５０ｃ、及び隅角部エレメント５０ｂでＴ字状配置、門型配置またはＬ型配置にして地下横断構造物３００を構築してもよい。
さらには、台形断面や帯状円弧型の一般エレメント５０ａ、基準エレメント５０ｃ及び調整エレメント５０ｄを用いて、円形断面や円弧状断面の地下横断構造物３００を構築してもよい。
In the above description, it is explained that the general element 50a of the general portion, the reference element 50c, the corner element 50b, and the adjustment element 50d are used to construct the underground transverse structure 300 having a horizontally long rectangular cross section. The element 50c and the corner element 50b are arranged in a single horizontal line or in a single vertical column, or the square steel element 50, the reference element 50c, and the corner element 50b are arranged in a T shape, a gate arrangement, or an L shape. The underground transversal structure 300 may be constructed by arranging it.
Further, the underground transverse structure 300 having a circular cross section or an arc cross section may be constructed by using the trapezoidal or strip arc general element 50a, the reference element 50c, and the adjusting element 50d.
このような構成の角型鋼製エレメント５０（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ）は、刃口や掘削装置を角型鋼製エレメント５０の長さ方向Ｘの先端に装着し、刃口や掘削装置で前方の地山４００を掘削しながら、到達側立坑４２０ｂから１次けん引ワイヤー（図示省略）でけん引あるいは、発進側立坑４２０ａから元押しして地山４００に挿入して地下横断構造物３００を構築する。 In the square steel element 50 (50a, 50b, 50c, 50d) having such a configuration, the blade mouth and the excavator are attached to the tip of the square steel element 50 in the length direction X, and the blade mouth and the excavator are installed. While excavating the natural rock 400 in front of, the towing side vertical shaft 420b is towed by a primary towing wire (not shown) or pushed from the starting side vertical shaft 420a and inserted into the natural mountain 400 to insert the underground crossing structure 300. To construct.
このようにして、地山４００に構築する地下横断構造物３００を構成する複数の角型鋼製エレメント５０を連結させて鋼コンクリートサンドイッチ構造Ｓを構成している。 In this way, the steel-concrete sandwich structure S is formed by connecting the plurality of rectangular steel elements 50 that form the underground crossing structure 300 that is built in the natural ground 400.
しかしながら、フランジ鋼板５１、せん断補強鋼板５２及び連結継手５３で構成する角型鋼製エレメント５０を連結し、連結空間５６にコンクリートＣを充填して構成した鋼コンクリートサンドイッチ構造Ｓは、鋼板に囲まれたコンクリートが鋼板と一体となって挙動する合成構造として評価するため、鋼板とコンクリートの一体性を確保するための適切なずれ止めを適切な間隔で設けている一般的な鋼コンクリートサンドイッチ構造に対して、角型鋼製エレメント５０を構成するフランジ鋼板５１やせん断補強鋼板５２とコンクリートＣとを一体化するためのずれ止めを設けていない。 However, the steel-concrete sandwich structure S configured by connecting the rectangular steel element 50 composed of the flange steel plate 51, the shear reinforcing steel plate 52 and the connection joint 53 and filling the connection space 56 with the concrete C is surrounded by the steel plates. In order to evaluate the concrete as a composite structure that behaves as a unit with the steel plate, a general steel-concrete sandwich structure is provided with appropriate detents to ensure the integrity of the steel plate and concrete at appropriate intervals. Therefore, the flange steel plate 51 or the shear reinforcing steel plate 52 forming the square steel element 50 and the shift stopper for integrating the concrete C are not provided.
このように、ずれ止めを設けていない鋼コンクリートサンドイッチ構造の場合、一般的な鋼コンクリートサンドイッチ構造の曲げ特性に関するこれまでの研究において、鋼板とコンクリートの間にずれが生じ、たわみの計算値は梁理論による計算値に比較して大きくなることがわかっており、複数の角型鋼製エレメント５０を連結し、連結空間５６にコンクリートＣを充填して構成した地下横断構造物３００の鋼コンクリートサンドイッチ構造Ｓについて、一般的な鋼コンクリートサンドイッチ構造として構造解析した場合、例えば地下横断構造物３００の上床部３００ａの中央付近が大きくたわみ、想定以上の変形量となるおそれがある。 Thus, in the case of a steel-concrete sandwich structure without slip prevention, in the previous studies on the bending characteristics of general steel-concrete sandwich structures, a deviation occurred between the steel plate and concrete, and the calculated deflection was It is known to be larger than the theoretical calculated value, and a steel-concrete sandwich structure of an underground crossing structure 300 configured by connecting a plurality of rectangular steel elements 50 and filling the connection space 56 with concrete C. When S is structurally analyzed as a general steel-concrete sandwich structure, for example, the vicinity of the center of the upper floor portion 300a of the underground transverse structure 300 may be largely deflected, and the amount of deformation may be larger than expected.
そこで、２枚のフランジ鋼板５１と、せん断補強鋼板５２とで断面コ字状に構成した角型鋼製エレメント５０を、フランジ鋼板５１の両端に設け、応力伝達可能な連結継手５３で連結して構成した鋼コンクリートサンドイッチ構造Ｓについて以下のように評価する。
なお、鋼コンクリートサンドイッチ構造Ｓにおいて、連結継手５３によって応力伝達可能に連結した複数のフランジ鋼板５１を連結主鋼板５１ｓとする。
Therefore, two square steel plates 51 and a shear reinforcing steel plate 52 are provided with square steel elements 50 having a U-shaped cross section at both ends of the flange steel plate 51, and are connected by a connection joint 53 capable of transmitting stress. The steel concrete sandwich structure S thus constructed is evaluated as follows.
In the steel-concrete sandwich structure S, a plurality of flange steel plates 51 connected by a connection joint 53 so that stress can be transmitted is defined as a connection main steel plate 51s.
まず、フランジ鋼板５１とせん断補強鋼板５２に囲まれたコンクリートＣの回転変形による圧縮変形とひび割れの概要を図５（ａ）に示す。ここで、せん断補強鋼板５２とコンクリートＣは付着していないことから、ひび割れ断面における中立軸はひび割れの先端とする。 First, FIG. 5A shows an outline of compressive deformation and cracking due to rotational deformation of concrete C surrounded by the flange steel plate 51 and the shear reinforcing steel plate 52. Here, since the shear reinforcing steel plate 52 and the concrete C are not attached, the neutral axis in the crack cross section is the tip of the crack.
このとき、断面高さに対するひび割れ深さの比をα、圧縮縁の圧縮変形量をdxとすると、回転角λは、数式６のように表わすことができる。ここで、フランジ鋼板５１とせん断補強鋼板５２に囲まれたコンクリートＣの曲率は一様であると仮定していることから、回転変形によるひび割れはコンクリートＣの左右で対称となるため、片側に発生するひび割れの回転角度をλ/2としている。 At this time, when the ratio of the crack depth to the cross-sectional height is α and the compression deformation amount of the compression edge is dx, the rotation angle λ can be expressed by Expression 6. Here, since it is assumed that the curvature of the concrete C surrounded by the flange steel plate 51 and the shear reinforcing steel plate 52 is uniform, cracks due to rotational deformation are symmetrical on the left and right sides of the concrete C, and therefore occur on one side. The rotation angle of the crack is λ/2.
所望の変形量とは、例えば、地下横断構造物３００において鋼コンクリートサンドイッチ構造Ｓで構成する上床部３００ａのスパン中央における変形量が上床部３００ａのスパン長の１／１００などの所定量を満足することや、内部空間３００ｂに軌道が構築される場合の建築限界を侵さない量などとすることができる。 The desired amount of deformation means, for example, that the amount of deformation at the center of the span of the upper floor portion 300a formed of the steel concrete sandwich structure S in the underground transverse structure 300 satisfies a predetermined amount such as 1/100 of the span length of the upper floor portion 300a. Or the amount that does not violate the building limit when a track is constructed in the internal space 300b.
このようにして、上述の数式１乃至数式８を用いて諸元が定められた角型鋼製エレメント５０を連結して構築した鋼コンクリートサンドイッチ構造Ｓの地下横断構造物３００は、所望の要求性能を満足することができる。 In this way, the underground crossing structure 300 of the steel concrete sandwich structure S constructed by connecting the square-shaped steel elements 50 whose specifications are determined by using the above Expressions 1 to 8 has desired desired performance. Can be satisfied.
なお、所望の要求性能とは、地下横断構造物３００において鋼コンクリートサンドイッチ構造Ｓで構成する上床部３００ａのスパン中央におけるたわみなどの変形量やせん断耐力など、地下横断構造物３００の上床部３００ａに対して求められる性能である。 It should be noted that the desired performance refers to the upper floor portion 300a of the underground transverse structure 300, such as the amount of deformation such as deflection at the center of the span of the upper floor portion 300a of the steel concrete sandwich structure S in the underground transverse structure 300 and the shear strength. This is the performance that is required for it.
次に、上述の数式１乃至数式８による算定結果（以下において、本願算定結果という）について、その算定精度を検証するために行った確認試験について述べる。
角型鋼製エレメント５０で構成する鋼コンクリートサンドイッチ構造Ｓを評価するため、図７に示す試験体Ｓ１及びＳ２を用い、載荷試験を実施した。
Next, the confirmation test performed to verify the calculation accuracy of the calculation results (hereinafter, referred to as the calculation result of the present application) by the above formulas 1 to 8 will be described.
In order to evaluate the steel-concrete sandwich structure S composed of the square-shaped steel element 50, a load test was performed using the test bodies S1 and S2 shown in FIG.
詳述すると、部材軸直角方向にのみせん断補強鋼板５２を配置した鋼コンクリートサンドイッチ構造Ｓの荷重と変位の関係や破壊形態、曲げ耐力を確認することを目的に載荷試験を実施するため、連結継手５３により連結された複数の角型鋼製エレメント５０を模した鋼コンクリートサンドイッチ構造の梁試験体（試験体Ｓ１，Ｓ２）を用いて静的曲げ載荷試験を実施した。 More specifically, in order to carry out a load test for the purpose of confirming the relationship between the load and displacement, the fracture mode, and the bending strength of the steel-concrete sandwich structure S in which the shear reinforcing steel plate 52 is arranged only in the direction orthogonal to the member axis, the joint joint is used. A static bending load test was carried out using beam test bodies (test bodies S1 and S2) having a steel concrete sandwich structure imitating a plurality of rectangular steel elements 50 connected by 53.
載荷は、２種類の試験体（試験体Ｓ１，Ｓ２）に対して、油圧ジャッキを用いた変位制御による２点単調載荷とした。ここで、載荷試験に用いた試験体（Ｓ１，Ｓ２）は寸法効果の影響を避けるために実構造物を忠実に再現し、試験体Ｓ１は、本工法の最も標準的な形状とし、断面高さを８５０ｍｍ、せん断補強鋼板５２同士の間隔を１０３５ｍｍとするとともに、試験体Ｓ２は、断面高さを１０００ｍｍ、せん断補強鋼板５２同士の間隔を１１６０ｍｍとし、試験体Ｓ１と試験体Ｓ２との結果の比較をおこなった。 The loading was two-point monotonic loading on two types of test bodies (test bodies S1 and S2) by displacement control using a hydraulic jack. Here, the test bodies (S1, S2) used in the loading test faithfully reproduce the actual structure in order to avoid the influence of the dimensional effect, and the test body S1 has the most standard shape of the present construction method and has a high sectional height. 850 mm, the spacing between the shear reinforcing steel plates 52 is 1035 mm, the test body S2 has a sectional height of 1000 mm, the spacing between the shear reinforcing steel plates 52 is 1160 mm, and the test body S1 and the test body S2 are A comparison was made.
なお、載荷は、図７に示すようにスパン中央のせん断補強鋼板５２に挟まれた区間が等曲げ区間となる位置に載荷点を設け、載荷点から支点の間に上下３箇所ずつの連結継手５３を配置する形状とした。また、載荷点と支点間のせん断スパンは、部材高におけるせん断スパン比が３程度となるように設定した。 As for loading, as shown in FIG. 7, a loading point is provided at a position where the section sandwiched by the shear reinforcing steel plates 52 at the center of the span is an equal bending section, and three connecting joints are provided at upper and lower positions between the loading point and the fulcrum. The shape is such that 53 is arranged. The shear span between the loading point and the fulcrum was set so that the shear span ratio at the member height was about 3.
これらの試験体（Ｓ１，Ｓ２）を構成する角型鋼製エレメント５０は、標準的に使用されている板厚１６ｍｍのＳＭ４００材を使用し、角型鋼製エレメント５０の連結空間５６に充填するコンクリートＣとして一軸圧縮強度が３０Ｎ／ｍｍ２程度の普通コンクリートを使用し、角型鋼製エレメント５０を横にした状態で全ての連結継手５３を嵌合させ、嵌合した連結継手５３同士の遊間に設計基準強度が３０Ｎ／ｍｍ２となるセメントミルク（グラウトＧ）を充填した。 The square steel element 50 constituting these test bodies (S1, S2) uses SM400 material having a plate thickness of 16 mm which is used as a standard, and fills the connecting space 56 of the square steel element 50. As the concrete C, ordinary concrete having a uniaxial compressive strength of about 30 N/mm 2 is used, and all the connection joints 53 are fitted with the square-shaped steel element 50 lying down, and there is a clearance between the fitted connection joints 53. Was filled with cement milk (grout G) having a design standard strength of 30 N/mm 2 .
セメントミルクの硬化後、角型鋼製エレメント５０の連結空間５６に普通コンクリートを打設してコンクリートＣを構成し、試験体（Ｓ１，Ｓ２）を製作した。なお、コンクリートＣと接する角型鋼製エレメント５０の表面は目粗し等をおこなわず無処理の状態とした。 After the cement milk was hardened, ordinary concrete was poured into the connection space 56 of the square steel element 50 to form concrete C, and test specimens (S1, S2) were manufactured. The surface of the square-shaped steel element 50 in contact with the concrete C was untreated without roughening or the like.
載荷試験から得られた荷重と変位の関係を図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示す。いずれの試験結果も載荷荷重１３００ｋＮ付近までは直線的な関係を示し、その後、荷重の増加傾向は非常に緩やかになった。 The relationship between the load and the displacement obtained from the loading test is shown in FIGS. 8(b) and 8(c). All the test results showed a linear relationship up to a loading load of around 1300 kN, and thereafter, the increasing tendency of the load became very gentle.
試験体（Ｓ１，Ｓ２）に発生した最初のひび割れは、いずれの試験体（Ｓ１，Ｓ２）も載荷点直近の引張側の連結継手５３から発生した。その後は、鉄筋コンクリート構造の曲げひび割れとは異なり、載荷荷重の増加に伴って分散することなく、せん断補強鋼板５２の近傍にのみひび割れが発生し、伸展していることが確認できた。それに伴い、引張側の角型鋼製エレメント５０とコンクリートＣの間に滑りが発生しており、図９（ａ）に示すようにせん断補強鋼板５２の近傍のひび割れ幅が増大していった。 The first cracks that occurred in the test bodies (S1, S2) were generated from the tension-side coupling joint 53 near the loading point in both the test bodies (S1, S2). After that, unlike the bending crack of the reinforced concrete structure, it was confirmed that the crack was generated only in the vicinity of the shear-reinforced steel plate 52 and extended without being dispersed as the applied load increased. Along with this, slippage occurred between the rectangular steel element 50 on the tension side and the concrete C, and the crack width near the shear-reinforced steel plate 52 increased as shown in FIG. 9A.
試験体Ｓ１は、載荷荷重が１４３１ｋＮに達した時点で載荷点間の圧縮側鋼板の座屈が発生し荷重が急激に低下し、その後、図９（ｂ）に示すように圧縮側のコンクリートＣが破壊していき、荷重は緩やかに減少した。これに対し、試験体Ｓ２は、載荷荷重が約１４５０ｋＮ付近で載荷点間の圧縮側鋼板が降伏しはじめ、載荷荷重が約１８００ｋＮに達した時点で図９（ｃ）に示すような局部座屈が発生し、その後もコンクリートＣは大きな破壊をせず荷重は緩やかに増加し続けた。 In the test body S1, when the loading load reached 1431 kN, buckling of the compression-side steel plate between the loading points occurred, and the load drastically decreased. Then, as shown in FIG. 9(b), the compression-side concrete C Was destroyed, and the load gradually decreased. On the other hand, in the test body S2, the compressive steel plate between the loading points begins to yield when the loading load is about 1450 kN, and when the loading load reaches about 1800 kN, the local buckling as shown in FIG. 9C is performed. After that, concrete C did not undergo major damage and the load continued to increase gradually.
以上のように、これらの破壊の進行状況を見ると、いずれの試験体（Ｓ１，Ｓ２）も曲げひび割れが分散せずにせん断補強鋼板５２の近傍でひび割れが局所化することで変形が増大していることが分かる。さらに、せん断補強鋼板５２の近傍では引張側の角型鋼製エレメント５０とコンクリートＣの間に滑りが発生しており、平面保持が成立していないと考えられ、平面保持を仮定して曲げ変形を算定する鉄筋コンクリート構造とは異なる変形挙動になることが確認できた。 As described above, looking at the progress of these fractures, the bending cracks did not disperse in any of the test bodies (S1, S2), but the cracks were localized in the vicinity of the shear-reinforced steel plate 52, and the deformation increased. I understand that. Further, in the vicinity of the shear reinforcing steel plate 52, slippage has occurred between the square-shaped square steel element 50 on the tension side and the concrete C, and it is considered that flatness is not maintained. It was confirmed that the deformation behavior was different from that of the reinforced concrete structure for calculating.
上述の載荷試験結果と、上述の本願算定結果とを比較するにあたり、角型鋼製エレメント５０の弾性係数について、以下のように設定した。
角型鋼製エレメント５０は、図６（ｂ）に示すように連結継手５３でフランジ鋼板５１を連結して、応力伝達する連結主鋼板５１ｓを構成している。しかしながら、連結主鋼板５１ｓを構成するフランジ鋼板５１と連結継手５３は、表１に示すように引張特性が異なる部材を繋ぎ合わせた合成部材となっており、その引張特性を適切に評価する必要がある。なお、連結継手５３の特性値は標点間距離（図６（ｂ）のＬｊ）を２２０ｍｍとして測定した実験結果の平均値を用いた。
In comparing the above-mentioned loading test result and the above-mentioned calculation result of the present application, the elastic modulus of the square-shaped steel element 50 was set as follows.
As shown in FIG. 6B, the rectangular steel element 50 connects the flange steel plates 51 with the connection joint 53 to form a connection main steel plate 51s for transmitting stress. However, as shown in Table 1, the flange steel plate 51 and the connection joint 53 that form the connection main steel plate 51s are synthetic members in which members having different tensile properties are connected, and it is necessary to appropriately evaluate the tensile properties. is there. As the characteristic value of the connecting joint 53, the average value of the experimental results measured with the gauge length (L j in FIG. 6B) set to 220 mm was used.
試験体Ｓ１における荷重と変位の関係を図８（ｂ）に、試験体Ｓ２の関係を図８（ｃ）に示す。
The relationship between the load and the displacement of the test body S1 is shown in FIG. 8(b), and the relationship of the test body S2 is shown in FIG. 8(c).
図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すように、継手降伏荷重の半分程度の応力領域までは、荷重と変位の関係が直線的に推移しており、その荷重勾配は本願算定結果と同じとみなすことができ、本願算定結果は、曲げ変形を精度良く近似すると考えられる。 As shown in FIGS. 8(b) and 8(c), the relationship between the load and the displacement changes linearly up to the stress region of about half the joint yield load, and the load gradient is the same as the calculation result of the present application. It can be regarded as the same, and the calculation result of the present application is considered to accurately approximate the bending deformation.
その後は変位の増加に伴い、本願算定結果から得られた荷重勾配はＹ１点まで直線的に推移しているのに対し、実験から得られた荷重勾配は変位が進むにつれてその傾きが緩くなり、本願算定結果との乖離が見られるようになった。さらに変位が増加するにつれて、実験から得られた荷重勾配は非常に緩やかになっていくことが分かる。これに対し、本願算定結果では連結継手５３の降伏点（Ｙ１点）以降に荷重勾配が非常に緩やかになり、スパン中央の角型鋼製エレメント５０が降伏する点（Ｙ２点）までの荷重勾配が実験結果と同様とみなせることから、本願算定結果は、この範囲における曲げ変形を近似できたと考える。 After that, as the displacement increases, the load gradient obtained from the calculation result of the present application changes linearly up to the point Y 1 , whereas the load gradient obtained from the experiment becomes gentler as the displacement progresses. , A deviation from the calculation result of the present application has come to be seen. It can be seen that the load gradient obtained from the experiment becomes very gentle as the displacement increases. On the other hand, according to the calculation result of the present application, the load gradient becomes extremely gentle after the yield point (Y 1 point) of the connecting joint 53, and the square steel element 50 at the center of the span yields to the point (Y 2 point). Since the load gradient can be regarded as the same as the experimental result, it is considered that the present calculation result can approximate the bending deformation in this range.
スパン中央の角型鋼製エレメント５０が降伏する点（Ｙ２点）以降は、実験から得られた荷重の増加が非常に緩やかになり、特に試験体Ｓ１では圧縮側のコンクリートが破壊した時点から緩やかに荷重の低下が見られた。これに対し、本願算定結果から得られた荷重勾配は直線的な増加傾向を示し、実験結果との荷重勾配に若干の乖離が生じている。 After the point (Y 2 point) at which the square steel element 50 at the center of the span yields, the increase in the load obtained from the experiment becomes very gradual, and particularly in the test body S1 from the time when the concrete on the compression side breaks. A gradual decrease in load was observed. On the other hand, the load gradient obtained from the calculation result of the present application shows a linear increasing tendency, and there is a slight deviation from the experimental result.
以上のことから、部材軸直角方向にせん断補強鋼板５２を配置した鋼コンクリートサンドイッチ構造Ｓの曲げ変形に対して、初期の曲げ剛性及びスパン中央が降伏する付近までの曲げ変形については、本願算定結果は精度良く評価できることが確認できた。 From the above, regarding the bending deformation of the steel concrete sandwich structure S in which the shear reinforcing steel plate 52 is arranged in the direction orthogonal to the member axis, the initial bending rigidity and the bending deformation up to the vicinity of the center of the span yield It was confirmed that can be evaluated accurately.
この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、この発明の主鋼板、連結鋼板は連結主鋼板５１ｓに対応し、
以下同様に、
噛み合わせ継手は連結継手５３に対応し、
部分主鋼板はフランジ鋼板５１に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
In the correspondence between the configuration of the present invention and the above-described embodiment, the main steel plate and the connecting steel plate of the present invention correspond to the connecting main steel plate 51s,
Similarly,
The bite joint corresponds to the connecting joint 53,
The partial main steel plate corresponds to the flange steel plate 51,
The present invention is not limited to the configurations of the above-described embodiments, and many embodiments can be obtained.
上述の説明では、角型鋼製エレメント５０を連結した鋼コンクリートサンドイッチ構造Ｓを構成し、地下横断構造物３００を構築したが、所定間隔を隔てて配置した主鋼板と、主鋼板同士を連結する複数のせん断補強鋼板と、主鋼板及び前記せん断補強鋼板との間に充填したコンクリートとで構成する鋼コンクリートサンドイッチ構造で地下横断構造物３００を構成してもよい。しかし、角型鋼製エレメント５０を連結した鋼コンクリートサンドイッチ構造Ｓの方が地山４００へ挿入する際の施工規模が小さくなり、施工性をさらに向上することができる。 In the above description, the steel-concrete sandwich structure S in which the square steel elements 50 are connected to each other is configured and the underground crossing structure 300 is constructed. However, the main steel plates arranged at a predetermined interval and the main steel plates are connected to each other. The underground concrete structure 300 may be configured with a steel concrete sandwich structure including a plurality of shear reinforcing steel plates and concrete filled between the main steel plate and the shear reinforcing steel plates. However, the steel-concrete sandwich structure S in which the square-shaped steel elements 50 are connected has a smaller construction scale when it is inserted into the natural ground 400, and the workability can be further improved.
５０…角型鋼製エレメント
５１…フランジ鋼板
５１ｓ…連結主鋼板
５２…せん断補強鋼板
５３…連結継手
Ｃ…コンクリート
Ｓ…鋼コンクリートサンドイッチ構造
50... Square steel element 51... Flange steel plate 51s... Connection main steel plate 52... Shear reinforcing steel plate 53... Connection joint C... Concrete S... Steel concrete sandwich structure
Claims (1)
前記主鋼板が、所定長さの部分主鋼板を応力伝達可能な噛み合わせ継手で連結した連結鋼板であり、
２枚の前記部分主鋼板と、前記せん断補強鋼板とで断面コ字状の鋼製エレメントが構成するとともに、前記鋼製エレメントを連結して構成し、
前記部分主鋼板とせん断補強鋼板とに囲まれた複数のブロック状のコンクリートにおける各コンクリートのひび割れ断面におけるひび割れ先端を各々の中立軸とし、
維ひずみは断面の中立軸からの距離に比例するとともに、複数の前記ブロック状のコンクリートにおける各コンクリート内での曲率が一定であると仮定し、
前記中立軸からyだけ離れた位置の前記ブロック状のコンクリートの圧縮応力σ’c (y)、部材幅b、圧縮側鋼板に発生する圧縮力Tc、引張側鋼板に発生する引張力T、前記ブロック状のコンクリートの断面高さに対するひび割れ深さの比α、断面高さh、圧縮側コンクリートの圧縮変形量dx、及びブロック状のコンクリートの回転角λに対して、前記部分主鋼板と前記せん断補強鋼板とに囲まれた複数の前記ブロック状のコンクリートのそれぞれに発生する曲げモーメントM、及び各コンクリートに発生する軸力Nから求まる力のつり合いの関係式は式（１）及び式（２）で表すことができ、
コンクリートの応力ひずみ関係はコンクリート標準示方書に示す曲線に準拠することで、前記中立軸からyだけ離れた位置における前記ブロック状のコンクリートの圧縮ひずみε’c(y)、前記圧縮側コンクリートの縁ひずみε’cm、前記中立軸からの距離y、前記せん断補強鋼板の間隔L、及び前記回転角λが式（３）乃至式（５）の関係となり、
せん断補強鋼板位置に発生する回転角は隣り合うコンクリートの回転角の半分の和となることから、せん断補強鋼板位置の回転角θを式（７）のように表すことができ、
並びに式（７）の関係となる隣り合う前記ブロック状のコンクリートとの回転角θnに基づく回転変形を累加する式（８）に示すスパン中央におけるたわみである変形量δが所望の変形量を満足するように設計する
The main steel plate is a connecting steel plate in which a partial main steel plate of a predetermined length is connected by a meshing joint capable of transmitting stress,
The two partial main steel plates and the shear reinforcing steel plate constitute a steel element having a U-shaped cross section, and the steel elements are connected to each other.
As a neutral axis each of the crack tip in the crack cross section of each concrete in a plurality of block-shaped concrete surrounded by the partial main steel plate and the shear reinforcing steel plate,
The fiber strain is proportional to the distance from the neutral axis of the cross section, and it is assumed that the curvature in each of the plurality of block-shaped concretes is constant,
The compressive stress sigma 'c of the block-shaped concrete position apart y from the neutral axis (y), member width b, the compressive force T c generated in the compression side steel, tensile force generated on the tension side steel plates T, The ratio α of the crack depth to the cross-sectional height of the block-shaped concrete, the cross-sectional height h, the compression deformation amount dx of the compression-side concrete, and the rotation angle λ of the block-shaped concrete, the partial main steel plate and the The relational expressions of the balance of forces obtained from the bending moment M generated in each of the plurality of block-shaped concretes surrounded by the shear reinforcing steel plate and the axial force N generated in each concrete are represented by the formulas (1) and (2). ) ,
Stress-strain relationship of concrete that conforms to the curve shown in concrete standard How to Display document, the compressive strain epsilon 'c of the block-shaped concrete in y position apart from the neutral axis (y), the edge of the compression side concrete strain epsilon 'cm, the distance y from the neutral axis, the interval L of the shear reinforcing steel, and the rotation angle λ is a relationship of equation (3) through (5),
Since the rotation angle generated at the shear reinforcing steel plate position is the sum of half of the rotation angles of the adjoining concretes, the rotation angle θ at the shear reinforcing steel plate position can be expressed as in equation (7),
And the formula (7) in relation to become adjacent said block-like rotation angle theta n deformation amount of deformation is bending in mid-span represented by the formula (8) to accumulate the based rather rotational deformation δ is desired to the concrete Design to meet quantity
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