JP2017223043A - 腹起しの接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で作業性がよく、かつ山留め壁内の作業空間において上空に障害物のない領域を広く確保することの可能な、腹起しの接合構造を提供する。【解決手段】山留め壁７を補剛する腹起しの接合構造であって、一方の腹起しの端部３ｂを他方の腹起し３ａのフランジ３２に直接突き合せた上で接合することによりコーナー部４を形成するものであり、前記コーナー部４は、出隅部を覆うように配置されたＬ字形状をなす引張力負担部材１が、高力ボルト５により前記腹起し各々に接合されるとともに、入隅部に配置され前記腹起し各々に接する圧縮力負担部材２が、前記腹起し各々のフランジ３２に高力ボルト５にて接合されており、前記腹起し各々の、前記引張力負担部材１と前記圧縮力負担部材２とに挟まれた領域には補剛材３４が設置され、前記山留め壁７と前記コーナー部４の間には裏込め材８が設置されることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、山留め壁を補剛する同一平面上で直接突き合わせた腹起しどうしを接合し、コーナー部を形成するための腹起しの接合構造に関する。

従来より、山留め壁を補剛する支保工の一つである切梁式支保工では、枠組みされた複数の腹起しの外側を山留め壁に当接させるとともに、内側に切梁や火打ち材を設置して枠組みを補強することにより、山留め壁が内側へ変形するのを防止している。枠組みのなかでも、腹起しが直交して接合されるコーナー部は、周辺地盤から山留め壁に過大な土圧が作用すると大きな曲げモーメントが生じるため、これに耐えうる高い剛性を確保する必要がある。

例えば、特許文献１では、同一平面上で直交して配置された腹起しどうしの端部の間にＬ字型の接合部材を介挿し、この接合部材を介してボルトにて腹起しどうしを連結するとともに、内隅側に火打ちばりを設置することにより、コーナー部に剛性を確保している。

特開２００１−２６２５６０号公報

上記の構成は、Ｌ字型の接合部材を用いることにより、直交して位置する腹起しどうしを同一平面状で、かつボルトを用いて接合できるため、接合構造を簡略化できる。しかし、Ｌ字型の接合部材は、腹起しと同様の断面を有する部材により構成されることからその重量および外形形状はともに大きく、設置作業が煩雑なものとなる。また、接合部材は専用部品として製作する必要があるため、コストの上昇を招きやすい。さらに、火打ちばりは、腹起しよりなる枠組みの内側において開口の一部を占有するように配置されることから、掘削工事を行う場合の障害となりやすい。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、安価で作業性がよく、かつ山留め壁内の作業空間において上空に障害物のない領域を広く確保することの可能な、腹起しの接合構造を提供することである。

かかる目的を達成するため、本発明の腹起しの接合構造は、山留め壁を補剛する腹起しの接合構造であって、一方の腹起しの端部を他方の腹起しのフランジに直接突き合せた上で接合することによりコーナー部を形成するものであり、前記コーナー部は、出隅部を覆うように配置されたＬ字形状をなす引張力負担部材が、高力ボルトにより前記腹起し各々に接合されるとともに、入隅部に配置され前記腹起し各々に接する圧縮力負担部材が、前記腹起し各々のフランジに高力ボルトにて接合されており、前記腹起し各々の、前記引張力負担部材と前記圧縮力負担部材とに挟まれた領域には補剛材が設置され、前記山留め壁と前記コーナー部の間には裏込め材が設置されることを特徴とする。

上述する本発明の腹起しの接合構造によれば、コーナー部の適所に引張力負担部材と圧縮力負担部材と補剛材を設置することで、これらが互いに補い合って、外力が作用することにより生じる曲げモーメントおよびせん断力をスムーズに伝達しあうことができる程度の耐力および剛性をコーナー部に確保することができる。これにより、コーナー部の内隅部に火打ち材を設置する必要がないことから、コーナー部の上空に障害物のない作業空間を山留め壁内に確保することが可能となる。

また、山留め壁とコーナー部の間に裏込め材が設置されることにより、コーナー部の出隅部を覆う引張力負担部材に、腹起しを押圧する方向の外力が作用するため、引張力負担部材を補剛することが可能となる。

さらに、直交する腹起しどうしを直接突き合わせて接合できることから、直交する腹起しの間に、従来のような重量および外形形状の大きい接合部材を用いる必要がなく、作業性を大幅に向上することが可能となる。

加えて、引張力負担部材、圧縮力負担部材および補剛材は、専用備品を製作することなく、鉄骨造の仮設構造物を構築する際に一般に使用されている既存の部材を適用することができるため、これらすべての部材が再利用でき、安価でかつ容易に仮設構造物を構築することが可能となる。

本発明によれば、コーナー部の適所に引張力負担部材と圧縮力負担部材と補剛材を設置することにより、安価でかつ作業性良く、直交する腹起しを直接突き合せたコーナー部を剛接合とみなすことの可能な接合構造に形成できるため、コーナー部の内隅に設置される火打ち材を不要にして、山留め壁内の上空に障害物のない作業空間を確保することが可能となる。

本発明のコーナー部における腹起しの接合構造を示す図である。 本発明の圧縮力負担部材を示す図である。 本発明のコーナー部における腹起しの接合構造の耐力を確認した結果を示すものである。 本発明のコーナー部における腹起しの接合構造の剛性を確認した結果を示すものである。 本発明のコーナー部における腹起しの接合構造の他の事例を示す図である。

本発明の山留め支保工は、直交して配置される腹起しどうしを直接突き合せて接合したコーナー部を剛接合とみなせる構造とし、火打ち材を不要にしたものである。以下に、本発明の腹起しの接合構造を、図１〜図４を参照しつつ説明する。

図１で示すように、山留め支保工を構成する腹起し３ａ、３ｂは、ウェブ３１と一対のフランジ３２とを備えたＨ形鋼の端面にエンドプレート３３が設置された、いわゆる山留主材よりなり、ウェブ３１を水平にした状態で山留め壁７の内壁面に沿って複数設置されている。これら腹起し３ａ、３ｂは、同一平面状で隣り合う腹起し３ａ、３ｂどうしが接合されて枠組みをなし、その内側に設置されて枠組みを補強する図示しない切梁とともに、山留め壁７が内側へ変形するのを防止している。

このような腹起し３ａ、３ｂは、一方の腹起し３ｂのエンドプレート３３を他方の腹起し３ａのフランジ３２に直接突き合せることにより直交して配置され、コーナー部４を形成している。そして、これらコーナー部４における腹起し３ａ、３ｂの接合構造は、出隅側に設置される引張力負担部材１と、入隅部に設置される圧縮力負担部材２と、腹起し３ａ、３ｂに備えた補剛材３４を備えている。

引張力負担部材１は、腹起し３ａ、３ｂのフランジ３２と同様の幅を有する帯状鋼板をＬ字型となるよう溶接固定したものであり、長さ方向および幅方向に所定の間隔を有してボルト孔が設けられている。本実施の形態では、引張力負担部材１として鉄骨部材どうしを高力ボルトにて接合する際に一般に用いられるスプライスプレートを２枚溶接したものを採用している。なお、コーナー部４の出隅側に位置する腹起し３ａのフランジ３２および腹起し３ｂのフランジ３２の両者にも、引張力負担部材１に設けたボルト孔と同一の配置間隔をもって複数のボルト孔が設けられている。

そして、引張力負担部材１はコーナー部４の出隅部を覆うように配置され、互いのボルト孔に高力ボルト５を挿通して締結することにより、腹起し３ａのフランジ３２とエンドプレート３３および腹起し３ｂのフランジ３２に面で接するようにして、腹起し３ａ、３ｂに接合されている。

なお、引張力負担部材１は、上記のＬ字形状に限定されるものではなく、接合しようとする腹起し３ａ、３ｂとの間で生じる引張力をスムーズに伝達できる部材であれば、その形状や材料はいずれでもよい。ただし、引張力負担部材１にＬ字形状の部材を採用すると、引張力負担部材１は腹起し３ａのフランジ３２およびエンドプレート３３に広い範囲で接触する。これにより、腹起し３ａ、３ｂを接合する際に用いる高力ボルト５を多数用いることができ、大きな摩擦力が期待できるため、より効率よく引張力を伝達できる。

また、図２で示すように圧縮力負担部材２は、立設状態で直交して配置される一対の当接板２１と、一対の当接板２１を連結するようこれらに直交して配置される３枚の連結板２２により構成される。一対の当接板２１は、高さ方向が腹起し３ａ、３ｂのフランジ３２の幅と同様の大きさを有する鋼板よりなり、長手方向に所定の間隔を有してボルト孔が設けられている。３枚の連結板２２は、当接板２１の高さ方向に間隔を設けて平行に配置される略三角形状の鋼板より構成される。

なお、本実施の形態では、圧縮力負担部材２に鉄骨部材どうしを直交して配置する際の入隅に一般に用いられている、隅部ブロックを採用している。また、コーナー部４の入隅側に位置する腹起し３ａ、３ｂのフランジ３２各々には、一対の当接板２１に設けたボルト孔と同一の配置間隔をもって複数のボルト孔が設けられている。

このような構成の圧縮力負担部材２はコーナー部４の入隅部において、図１で示すように、一対の当接板２１各々が腹起し３ａ、３ｂのフランジ３２各々と当接し、３枚の連結板２２のうち中央に位置する連結板２２が腹起し３ａ、３ｂのウェブ３１と同一平面を形成する高さに位置するよう配置される。そして、これら一対の当接板２１と腹起し３ａ、３ｂのフランジ３２、３２の互いのボルト孔に高力ボルト５を挿通して締結することにより、圧縮力負担部材２は腹起し３ａ、３ｂとの間に挟まれるようにして接合される。

なお、圧縮力負担部材２は、隅部ブロックのような略三角柱の形状をなすものに限定されるものではない。一対の当接板２１とこれを連結する少なくとも１枚の連結板２２を有し、接合しようとする腹起し３ａ、３ｂとの間で生じる圧縮力をスムーズに伝達できる部材であれば、その形状や材料はいずれでもよい。

さらに、補剛材３４は図１で示すように、腹起し３ａ、３ｂにおけるフランジ３２の幅の１/２に相当する高さを有する角筒状部材により構成されており、４つの側面のうち一方の対向する２面が、腹起し３ａ、３ｂのウェブ３１の高さと同様の長さを有する。これにより、補剛材３４を腹起し３ａ、３ｂ各々の一対のフランジ３２間に配置すると、他方の対向する２面は一対のフランジ３２各々の内面に当接する。なお、本実施の形態では、腹起し３ａ、３ｂに対して着脱自在とするよう、腹起し３ａ、３ｂの一対のフランジ３２各々と当接する他方の対向する２面には、ボルト孔を設けている。

このような構成の補剛材３４は、腹起し３ａ、３ｂにおける引張力負担部材１と圧縮力負担部材２に挟まれた範囲に、開口面がウェブ３１と平行となるように配置され、フランジ３２に対してボルトを介して設置される。本実施の形態では、引張力負担部材１と圧縮力負担部材２を接合する際に用いた高力ボルト５を補剛材３４の設置に兼用させているが、その設置方法は、必ずしもこれに限定されるものではない。

また、本実施の形態では、腹起し３ａ、３ｂの各々に３体の補剛材３４を設置したが、必要に応じてその数量は適宜変更するとよい。さらに、補剛材３４は、引張力負担部材１と圧縮力負担部材２に挟まれた範囲のなかでも、コーナー部４の内隅から最も離れた位置に配置すると、効率よく腹起し３ａ、３ｂを補剛することができる。

上述する構成のコーナー部４における腹起し３ａ、３ｂの接合構造は、例えば図１で示すように、一方の腹起し３ｂの端部に時計回りの曲げモーメントＭおよびせん断力Ｑが生じると、これらを他方の腹起し３ａにスムーズに伝達する。つまり、曲げモーメントＭによる引張力は、引張力負担部材１を介して他方の腹起し３ａに伝達され、曲げモーメントＭによる圧縮力は、圧縮力負担部材２および補剛材３４を介して他方の腹起し３ａに伝達される。

また、一方の腹起し３ｂの端部に生じたせん断力Ｑは、他方の腹起し３ａに対して高力ボルト５にてボルト接合された圧縮力負担部材２の当接板２１と腹起し３ａのフランジ３２とのボルト接合により他方の腹起し３ａに伝達される。

このように、コーナー部４の適切な位置に引張力負担部材１と圧縮力負担部材２と補剛材３４とを配置することによりこれらが互いに補い合って、外力が作用することにより生じる曲げモーメントＭおよびせん断力Ｑを、腹起し３ａ、３ｂの間でスムーズに伝達できる程度の耐力および剛性を、コーナー部４に確保できる。したがって、溶接接合を用いることなく、腹起し３ａ、３ｂを直接突き合わせて高力ボルト５により接合したコーナー部４を剛接合とみなして合理的な設計を行うことが可能となる。

上述した腹起し３ａ、３ｂに対して引張力負担部材１と圧縮力負担部材２と補剛材３４とを高力ボルト５を用いて接合し形成したコーナー部４について、以下のとおり室内実験を実施してその耐力および剛性を確認した。

まず、図３（ａ）で示すように、一方の腹起し３ｂを水平となるように、また他方の腹起し３ａを鉛直となるように配置した上で、一方の腹起し３ｂを他方の腹起し３ａに突き合せて、上述した手段にて接合することによりコーナー部４を形成する。そして、他方の腹起し３ａをピンを介して地盤面に支持させるとともに一方の腹起し３ｂはピンを介して載荷装置６に連結し、載荷装置６から一方の腹起し３ｂに対して軸方向の荷重を載荷する。この後、コーナー部４が終局状態に至ったところで、載荷を停止する。

一方で、上記の腹起し３ａ、３ｂを溶接接合により接合して剛接合としたコーナー部４をあらかじめ準備しておき、上記の載荷装置６を利用して降伏荷重を算定しておく。本実施の形態では、溶接接合する腹起し３ａ、３ｂに寸法が３５０ｍｍのＨ鋼材を採用した場合、１９５ｋＮを超えたところで降伏するとの知見を得た。

そこで、本実験では設計荷重を１９５ｋＮに設定し、本実施の形態におけるコーナー部４が、１９５ｋＮを超えた後に降伏した場合には、剛接合とみなすのに必要な耐力が備えられているものと判定することとした。そして、図３（ｂ）をみると、荷重が２００ｋＮを超えたところで降伏し、終局荷重は約４００ｋＮ程度となっている様子がわかる。

次に、図４（ａ）で示すように、引張力負担部材１における、腹起し３ａのエンドプレート３３と腹起し３ｂのフランジ３２と当接している領域に、１２個のひずみゲージ（Ｔ１〜Ｔ９、Ｘ１〜Ｘ３）を取り付け、設計荷重として設定した１９５ｋＮを載荷した場合の、引張力負担部材１に生じるひずみの状態を確認する。

発明者らは、上記の引張力負担部材１に用いる母材について、設計上の降伏点に達した際のひずみが１０５０μであるとの知見を得ている。そこで、本実験では、コーナー部４に設計荷重１９５ｋＮを載荷した際に、引張力負担部材１のひずみが１０５０μを超えない場合に、コーナー部４を剛接合とみなすのに必要な剛性が備えられているものと判定することとした。

図４（ｂ）で示すように、Ｔ８およびＸ３の位置でひずみが１０５０μをやや超えるものの、全体として１０５０μ内に収まっている。なお、実験では採用していないが、本実施の形態では図１で示すように、裏込め材８をコーナー部４を含めた腹起し３ａ、３ｂと山留め壁７との間に充填している。

裏込め材８は、山留め壁７に作用した土圧を効率よく腹起し３に伝達させる機能だけでなく、引張力負担部材１を補剛する部材としても機能する。つまり、コーナー部４と山留め壁７との間に裏込め材８が介挿させることで、地山から裏込め材８を介してコーナー部４の出隅部を覆う引張力負担部材１に、腹起し３ａ、３ｂを押圧する方向の外力が作用する。これにより、引張力負担部材１は、腹起し３ａ、３ｂと裏込め材８に拘束されるため、ひずみ量を大幅に低減することができる。

上記のとおり、裏込め材８を備えたコーナー部４は、腹起し３ａ、３ｂを溶接により剛接合とした場合と同等の耐力および剛性を備えていることから、腹起し３ａ、３ｂを直交して突き合わせたコーナー部４における腹起し３ａ、３ｂの接合構造は剛接合とみなせる。したがって、コーナー部４の内隅部に火打ち材を設置する必要はなく、山留め壁７内にはコーナー部４の上空に障害物のない作業空間を確保することが可能となる。

また、コーナー部４における腹起し３ａ、３ｂの接合構造は、直交する腹起し３ａ、３ｂどうしを直接突き合わせて接合するから、従来のような重量および外形形状の大きい接合部材等の専用部品を製造して介挿する必要がなく、作業性を大幅に向上することが可能となる。

加えて、例えば引張力負担部材１にスプライスプレート、圧縮力負担部材２に隅角ピース、補剛材３４に腹起しのスチフナー等、鉄骨造の仮設構造物を構築する際に一般に使用されている既存部品を採用することができる。そして、これらすべての部材は再利用できることから、安価でかつ容易にコーナー部４を構築することが可能となる。

本発明の腹起しの接合構造は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本実施の形態では、圧縮力負担部材２における一対の当接面２１の大きさを同一にしているが、必ずしもこれに限定するものではなく、例えば、コーナー部４を形成する腹起し３ａ、３ｂのうち、一方の腹起し３ｂに接する当接面２１の長さを長くしてもよい。

また、本実施の形態では、裏込め材８としてコンクリートを充填しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、裏込めブロックを挿入する等、山留め支保工で一般に採用されている手段であれば、いずれの裏込め材８を採用してもよい。

さらに、本実施の形態では、図１で示すように、腹起し３ａ、３ｂを直交して突き合わせたコーナー部４の接合構造を鋼矢板による山留め壁に採用しているが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば、図５で示すような、親杭・横矢板工法による山留め壁に採用する等、腹起し３ａ、３ｂを直交して突き合わせるものであれば、いずれの山留め壁に採用するものであってもよい。

１ 引張力負担部材
２ 圧縮力負担部材
３ａ 腹起し
３ｂ 腹起し
３１ ウェブ
３２ フランジ
３３ エンドプレート
３４ 補剛材
４ コーナー部
５ 高力ボルト
６ 載荷装置
７ 山留め壁
８ 裏込め材

Claims (1)

1. 山留め壁を補剛する腹起しの接合構造であって、
   一方の腹起しの端部を他方の腹起しのフランジに直接突き合せた上で接合することによりコーナー部を形成するものであり、
   前記コーナー部は、出隅部を覆うように配置されたＬ字形状をなす引張力負担部材が、高力ボルトにより前記腹起し各々に接合されるとともに、入隅部に配置され前記腹起し各々に接する圧縮力負担部材が、前記腹起し各々のフランジに高力ボルトにて接合されており、
   前記腹起し各々の、前記引張力負担部材と前記圧縮力負担部材とに挟まれた領域には補剛材が設置され、前記山留め壁と前記コーナー部の間には裏込め材が設置されることを特徴とする腹起しの接合構造。