(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管矢板本管の外面に対し、その鋼管矢板本管と軸を平行にして継手部材を構成する円形鋼管が取り付けられ、その円形鋼管には、軸方向に延びるスリットが形成されている鋼管矢板において、
上記円形鋼管の内面に凹凸を設けると共に、上記円形鋼管における上記鋼管矢板本管への取付け部から上記スリット位置まで円周方向に延びる２つの円弧のうち、円弧長が長い側の当該円形鋼管の外面と、上記本管外面とを、上下方向のせん断力が伝達可能に補強部材で連結し、
その補強部材は、円弧長が長い側の当該円形鋼管の外面と上記本管外面との間の上下方向のせん断耐力が向上するように、管軸方向に沿って連続して若しくは断続的に設けられたことを特徴とする鋼管矢板。
【請求項２】
鋼管矢板基礎を構築するための鋼管矢板同士の連結構造であって、請求項１に記載の鋼管矢板を使用して、隣接する鋼管矢板の円形鋼管同士を嵌合させると共に当該円形鋼管内に充填材を充填することを特徴とする鋼管矢板の連結構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、継手構造に特徴を有する鋼管矢板、及びその鋼管矢板同士の連結構造に係り、特に大規模な鋼管矢板基礎に有効な鋼管矢板及び鋼管矢板の連結構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、鋼管矢板基礎は、橋梁基礎のひとつとして欠くことの出来ないものとなっている。この鋼管矢板基礎は、例えば図１１に示すように、隣接する鋼管矢板５０の継ぎ手部同士を互いに嵌合連結しながら、複数の鋼管矢板５０を、平面視で円形、小判形、矩形などの閉鎖形状になるように地盤中に打設し、その閉鎖形状の内部空間に頂版コンクリート５１を施工して構築される。
【０００３】
上記鋼管矢板５０の継手部材としては、図１２に示すように、通常、Ｐ−Ｐ型継手部材が採用される。この継手部材は、鋼管矢板本管５２より小径の円形鋼管５３からなり、その円形鋼管５３は、上記鋼管矢板本管５２の外面にフレア溶接で取り付けられると共に、管軸方向に沿って延びる嵌合用のスリット５３ａが設けられている。
【０００４】
そして、施工にあたっては、各鋼管矢板５０について、その円形鋼管５３を、隣接する鋼管矢板５０の円形鋼管５３に嵌合させながら地盤中に打設し、継手部における嵌合部の内部空間内の土砂を掘削、排土、洗浄した後、その空間内にモルタル５４を充填して鋼管矢板５０同士を連結して、閉鎖形状を形成する。
一般に、Ｐ−Ｐ型継手部材に用いる円形鋼管５３には、外径が１６５．２ｍｍ、板厚が１１ｍｍ（もしくは９ｍｍ）で、内外面に突起などの凹凸がないものが使用されている。一方、充填するモルタル５４としては、圧縮強度２００ｋｇｆ  ／ｃｍ２  程度のものが使用されている。
【０００５】
ここで、鋼管矢板基礎に水平方向の外力が作用した場合、継手部に上下方向のせん断力が作用する。このせん断力が継手のせん断耐力より大きくなると、継手部のずれ変形が急増し、鋼管矢板基礎全体の曲げ剛性低下の度合いも大きくなる。
鋼管矢板基礎全体の曲げ剛性を増加させるための方法としては、継手部自体のせん断耐力を向上したり、鋼管矢板５０の本数を増やす方法が考えられる。
【０００６】
このとき、大きな外力が作用することが予想される大規模橋梁基礎において基礎全体の曲げ剛性を増加させる場合に、鋼管矢板５０の本数を増やす方法を採用すると、基礎の規模が過大になるため、不経済な基礎となる。そのため、基礎の規模が過大にならない範囲で、曲げ剛性を増加させるためには、大きなせん断耐力を有する継手部材を用いる必要があった。
【０００７】
継手自体のせん断耐力を向上させる方法としては、例えば、文献１（片山  他：鋼管矢板基礎工法における最近の研究開発、基礎工、１９９３年１１月）や、文献２（片山  他：鋼管矢板基礎における高耐力継手の実験的研究、土木学会第４９回年次学術講演会、１９９４年９月）に記載されている方法がある。
これらの文献に記載されている第１の対策は、Ｐ−Ｐ型継手部材の円形鋼管５３の内面に対して多数の突起を設けるものであって、その突起の効果によって円形鋼管５３とモルタル５４との付着強度を増加させて継手のせん断耐力を向上させるものである。ちなみに、外径がｌ６５．２ｍｍφで板厚が９ｍｍの鋼管５３の内面に突起を設けて、モルタル５４（充填材）として圧縮強度が２４０ｋｇｆ  ／ｃｍ２  のものを使用した継手を対象に実験を行った結果、単位継手部材長当たり１０５ｔｆ／ｍのせん断耐力であった。
【０００８】
また、上記文献に記載されている継手のせん断耐力を向上させる第２の対策は、継手部材を構成する円形鋼管５３の径を大きくする方法であって、径を大きくすることで鋼管５３とモルタル５４との付着面積を増加させて、継手のせん断耐力を向上させるものである。ちなみに、鋼管５３として外径が２１６．３ｍｍφで板厚が１１ｍｍのもの（内面に突起などの凹凸はない）、モルタル５４として圧縮強度が２４０ｋｇｆ  ／ｃｍ２  のものを使用した継手を対象に実験を行った結果、単位継手部材長当たり４４ｔｆ／ｍのせん断耐力であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の２つの対策を組み合わせることによって、継手部のせん断耐力をさらに向上させることができる。
しかし、本発明者らが調査・研究したところ、円形鋼管５３の内面に多数の突起を設けて、さらに円形鋼管径のみを大きくしていった場合に、所定の鋼管径以上となると鋼管とモルタル５４との付着切れが発生する前にも拘わらず継手のせん断耐力が低下することを見出した。すなわち、従来の方法にあっては、鋼管矢板基礎の大規模化に併せて、せん断耐力を向上させるために鋼管径を大径化することになるが、円形鋼管５３の鋼管径を大きくしていった場合、せん断耐力の増大効果は前記円形鋼管５３の径が所定値に達したところで飽和し、さらに径を大きくしていくと逆にせん断耐力は低下することが分かった。
【００１０】
上記理由は、鋼管径が大径化すると、鋼管５３とモルタル５４との付着切れが発生する前に、円形鋼管５３を構成する鋼部材が降伏耐力に至り、所定以上の鋼管径では、鋼部材の耐力によって継手部材のせん断耐力が決まるためと推定される。
また、上述のように、Ｐ−Ｐ型継手部材のせん断耐力は、一般には、鋼管５３表面とモルタル５４との粘着力および摩擦力からなる付着強度に依存していると考えられている。この付着は容易に切れるため、Ｐ−Ｐ型継手部材は、鋼管矢板基礎で経済的な大規模橋梁基礎を建設するための継手部材としては不適切とされていた。ちなみに、従来のＰ−Ｐ型継手部材のせん断耐力は、単位継手部材長当たり２５〜３５ｔｆ／ｍ程度であった。
【００１１】
本発明は、このような点に着目してなされたもので、継手部の降伏耐力を高めることで、継手部のせん断耐力を著しく向上させた鋼管矢板、及び、大規模な鋼管矢板基礎に好適な鋼管矢板の連結構造を提供することを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、鋼管矢板本管の外面に対し、その鋼管矢板本管と軸を平行にして継手部材を構成する円形鋼管が取り付けられ、その円形鋼管には、軸方向に延びるスリットが形成されている鋼管矢板において、上記円形鋼管の内面に凹凸を設けると共に、上記円形鋼管における上記鋼管矢板本管への取付け部から上記スリット位置まで円周方向に延びる２つの円弧のうち、円弧長が長い側の当該円形鋼管の外面と、上記本管外面とを、上下方向のせん断力が伝達可能に補強部材で連結し、その補強部材は、円弧長が長い側の当該円形鋼管の外面と上記本管外面との間の上下方向のせん断耐力が向上するように、管軸方向に沿って連続して若しくは断続的に設けられたことを特徴とする鋼管矢板を提供するものである。
【００１３】
ここで、上記２つの円弧のうち、円弧長が短い側の当該円形鋼管の外面と、上記鋼管矢板本管の外面についても補強部材で連結されていることが好ましい。
次に、請求項２に記載した発明は、鋼管矢板基礎を構築するための鋼管矢板同士の連結構造であって、請求項１に記載の鋼管矢板を使用して、隣接する鋼管矢板の円形鋼管同士を嵌合させると共に当該円形鋼管内に充填材を充填することを特徴とする鋼管矢板の連結構造を提供するものである。
【００１４】
次に、本発明の作用について説明する。
継手のせん断耐力を向上させる方法としては、上記文献１及び文献２で提案されているように、円形鋼管の内面に突起を設ける方法と、鋼管径を大きくする方法とがあり、この２つの方法を組み合わせることによって、せん断耐力をさらに向上させることが期待できる。
【００１５】
しかしながら、本発明者がこの技術の効果を室内実験で確認したところ、鋼管径を大きくしていくと、ある径まではせん断耐力が増加するものの、それ以降は逆に低下することが判明した（図１０の黒丸を参照）。すなわち、継手のせん断耐力を向上させるために、円形鋼管内面に突起を設け且つ円形鋼管径を拡大しても、必ずしもせん断耐力の向上に結び付くわけではなく、継手部材のせん断耐力向上を確実に達成するためには、鋼部材の降伏耐力を増加させる必要があるとの知見を得た。
【００１６】
さらに、上記鋼管径の拡大にともなうせん断耐力の低下ついて、円形鋼管のうちどの部位が先に降伏するか調査したところ、図１３に示すように、平面視で、円形鋼管２における鋼管矢板本管への取付け部７とスリット２ａ位置との間に形成される２つの円弧のうち、円弧長が長い側の一部（図１３中Ｂ部分）が降伏していることが判明した。つまり、所定径以上では、この円弧部分の鋼部の降伏耐力によって継手部材のせん断耐力が決まる。なお、図１３中、Ｐは入力されたせん断力の方向を指す。
【００１７】
そして、円形鋼管２の径が大きくなるほど、取付け部７とスリット２ａ位置間の距離Ｌが大きくなって、同一のせん断耐力Ｐを負荷したときの前記Ｂ部分の鋼は降伏しやすくなり、継手部材のせん断力は低下するものと考えられる。
以上のことから、請求項１の発明では、円形鋼管内面に凹凸を設けてモルタル等の充填材と円形鋼管との間の付着強度を高める。さらに、継ぎ手部材を構成する円形鋼管の径が大きくなる程、継手部材の鋼管のせん断耐力が低下することに着目し、せん断耐力が小さくなる上記円弧長が長い側の円形鋼管外面と鋼管矢板本管との間を補強部材で連結して、せん断耐力を向上させる。
【００１８】
なお、円形鋼管の径は、要求される円形鋼管矢板基礎の規模に応じて適宜，決定すればよい。
ここで、円弧長の長い側に補強部材を設けると共に円弧長の短い側にも補強部材を設けることが好ましい。円弧長の短い側の補強部材は、円形鋼管のせん断耐力の向上には何ら寄与しない。しかし、従来よりも著しく大きなせん断耐力を継手に期待する場合、継手部材としての円形鋼管と鋼管矢板本管との間でそのせん断力を伝達させるには、本管と円形鋼管との接触位置でのフレア溶接では作業効率などの面で現実的でないことがある。このことから、請求項１の発明における補強部材による円形鋼管の降伏耐力の向上に加えて、左右にバランス良く補強部材を設けることで、当該左右の補強部材が円形鋼管と鋼管矢板本管との間でのせん断伝達部材として働き、伝達する荷重の分散化を図ることができるようになる。
【００１９】
なお、せん断力は、略管軸方向に作用するので、管軸方向に沿って補強部材を設けることで、有効に補強することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態の鋼管矢板Ａを説明すると、図１に示すように、鋼管矢板本管１の外面に、鋼管矢板本管１より小径の円形鋼管２がフレア溶接で取り付けられる。この円形鋼管２には、管軸方向に沿って嵌合用のスリット２ａが設けられている。なお、図１では、継手部材である円形鋼管２を１つしか図示していないが、反対側にも存在する。
【００２１】
上記円形鋼管２の内面２ｄには、図２に示すような、複数個のチェッカー状の突起３が全面に渡って設けられることで、当該内面２ｄに凹凸が形成されて、円形鋼管２と充填材との付着強度の向上が図られている。
また、上記円形鋼管２における鋼管矢板本管１への取付け部７とスリット２ａとの間に形成される二つの円弧２ｂ，２ｃのうち円弧長が長い側２ｂにおいて、当該円形鋼管２外面の２ｅ位置と鋼管矢板本管１の１ａ位置とが補強部材４で連結されている。
【００２２】
上記補強部材４は、平板状の鋼板からなり、上記円形鋼管２の軸と平行に上下に延びて上下方向全面に渡って、上記円形鋼管２外面と鋼管矢板本管１との間を連結している。なお、補強部材４の固定は、溶接等で行う。
なお、上記円形鋼管２の径は、対象とする鋼管矢板基礎の規模に応じて決定される。
【００２３】
そして、従来と同様に、各鋼管矢板Ａについて、図３に示すように、スリット２ａを介して、その円形鋼管２を、隣接する鋼管矢板Ａの円形鋼管２に嵌合させながら地盤中に打設し、続けて、継手部における嵌合部の内部空間内の土砂を掘削、排土、洗浄した後、その空間内にモルタル５を充填して鋼管矢板Ａ同士を連結する。これを目的とする閉鎖形状の位置に沿って実施する。さらに、構築した閉鎖形状の内部空間に頂版コンクリートを施工して鋼管矢板基礎とする。
【００２４】
上記のような継手部構造を持った鋼管矢板Ａを使用すると、継手に対して、充填されたモルタル５との付着強度が向上すると共に、鋼管矢板Ａの継手部のせん断耐力を、従来のＰ−Ｐ型継手部材に比べて、著しく向上させることができる。その結果、基礎の規模の大型化に併せて円形鋼管２の径を拡大しても、鋼管矢板基礎全体の曲げ剛性を、従来に比べて大きく増加させることができるため、以前は適用が困難であった大規模橋梁基礎にも、鋼管矢板基礎の適用が可能となる。
【００２５】
ここで、上記補強部材４は、平板状に限定されない。例えば、図４に示すような横断面Ｌ字状の部材であっても良いし、図５に示すようなチャンネル材であっても良い。ただし、加工性などを考慮すると板状が最も望ましい。
また、図３において、円形鋼管外面と補強部材の連結位置２ｅと、嵌合相手の円形鋼管のスリット２ａとの距離Ｌ１がなるべく小さくなるようにする方が好ましい。
【００２６】
また、円形鋼管２の内面２ｄに設ける突起３の形態もチェッカー状の形態に限定されるものではなく、例えば、展開図である図６に示すような、複数個のスパイラル状のものや、展開図である図７に示すような管軸方向に垂直な複数個のリング状に近い模様を形成するようにしても良い。
また、充填材としてモルタル５を例示しているが、充填材はモルタル５に限定されるものではなく、例えば、コンクリートなどであっても所定の圧縮強度が発揮されるものであれば良い。
【００２７】
また、本実施形態では、補強部材４を管軸方向に沿って連続して設けているが、補強部材４を、管軸方向に沿って、図８に示すように所定間隔毎に断続的に設けてもよい。なお、連続して設ける場合であっても、１枚の鋼材である必要はない。
次に、第２の実施形態を図面を参照しつつ説明する。なお、第１の実施形態  と同様な部材等については、同一の符号を付して説明し、その詳細は省略する。
【００２８】
本実施形態の鋼管矢板Ａの基本構成は、上記第１の実施形態と同様な構成であるが、図９に示すように、円形鋼管２における円弧長が短い側２ｃにも上記補強部材４と同様な第２の補強部材６を配設した点のみが異なる。
これによって、左右の補強部材４，６が、円形鋼管２と鋼管矢板本管１との間でのせん断伝達部材として働き、伝達する荷重の分散化を図ることができるようになる。
【００２９】
他の作用・効果は、上記第１の実施形態と同様である。
【００３０】
【実施例】
図１２に示す鋼管矢板で円形鋼管５３の内面に図２に示す突起を設けてある場合において、円形鋼管２の径とせん断耐力との関係を調査したところ、図１０に示すような結果が得られた。図１０中○印及ぶ●印がその結果である。
この実験例は、鋼管板厚を１２ｍｍとし、円形鋼管２の材料降伏強度を２４００ｋｇｆ  ／ｃｍ２  として、充填するモルタル５として圧縮強度を２００ｋｇｆ  ／ｃｍ２  ものを使用し、円形鋼管２の外径のみをパラメータとして継手部材のせん断耐力を評価したものである。実験ケ一スは、円形鋼管２の外径が１６５．２ｍｍ、２１６．３ｍｍ、２４１．８ｍｍ、３１８．５ｍｍ、３５５．６ｍｍ、４０６．４ｍｍ、４５７．２ｍｍ、５０８ｍｍ、５５８．８ｍｍの９ケースである。
【００３１】
この例では、円形鋼管２の外径が４０６．４ｍｍ以下までは付着切れが先行したが、４５７．２ｍｍ以上では付着切れが発生する前に、円形鋼管２における円弧長の長い部分２ｂの鋼部材が降伏耐力に至り、この鋼部材の耐力によって継手部材のせん断耐力が決まった。また、図１０から分かるように、付着切れが先行する４０６．４ｍｍまでは、円形鋼管２径の拡大とともにせん断耐力が増加したものの、この４０６．４ｍｍをピークに、これより径が大きくなって鋼部材の耐力によって継手部材のせん断耐力が決まる領域になると、円形鋼管２の外径の拡大とともにせん断耐力は低下した。
【００３２】
また、本発明に基づいて、図３及び図８に示すように、円弧長の長い側２ｂに連続的若しくは断続的に板状部材（補強部材４）を配置した場合についても評価した。その評価した実験の結果を、図１０に併せて示している。
なお、これらの場合においても、円形鋼管５３の内面には図２に示す突起が設けてある。
【００３３】
板状の補強部材４を管軸方向に連続的に配した試験体では、４５７．２ｍｍ、５０８ｍｍ  ５５８．８ｍｍの３ケースとも円形鋼管２とモルタル５との付着切れが先行し、円形鋼管２径の拡大とともにせん断耐力が増加した。板状の補強部材４を取り付け場合の最大せん断耐力は、取り付けない場合の１．３２倍（＝４０６ｔｆ／３０７ｔｆ）であり、せん断耐力が著しく増加した。図１０中、□印がその結果である。
【００３４】
また、板状の補強部材４を管軸方向に断続的に配した試験体でも、４５７．２ｍｍ、５０８ｍｍの２ケースで円形鋼管２とモルタル５との付着切れが先行し、断続的にではあるが板状の補強部材４を取り付けたことで、最大せん断耐力が取り付けない場合の１．２０倍（＝３６９ｔｆ／３０７ｔｆ）にまで増大した。図１０中、△印及び▲印がその結果である。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明を採用すると、鋼管矢板の継手部のせん断耐力を、従来のＰ−Ｐ型継手部材に比べて、著しく向上させることができるという効果がある。
そして、請求項２に記載の鋼管矢板の連結構造を採用することで、鋼管矢板基礎全体の曲げ剛性を、従来に比べて大きく増加させることができるため、以前は適用が困難であった大規模橋梁基礎へも、鋼管矢板基礎の適用が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る鋼管矢板を示す図であって、（ａ）は平面図を、（ｂ）は側面図をそれぞれ示している。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る円形鋼管内面に形成する凹凸模様の例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る鋼管矢板同士の連結を示す図であって、（ａ）は平面図を、（ｂ）は側面図をそれぞれ示している。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る補強部材の別の例を示す平面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る補強部材の別の例を示す平面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る円形鋼管内面に形成する凹凸模様の別の例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る円形鋼管内面に形成する凹凸模様の別の例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る補強部材の別の配設例を示す図であって、（ａ）は平面図を、（ｂ）は側面図をそれぞれ示している。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る鋼管矢板を示す図であって、（ａ）は平面図を、（ｂ）は側面図をそれぞれ示している。
【図１０】鋼管外径とせん断耐力の関係を示す図である。
【図１１】鋼管矢板基礎の例を示す図である。
【図１２】従来の鋼管矢板の連結を示す図である。
【図１３】降伏する部分を示す図であって、（ａ）は平面図を、（ｂ）は側面図をそれぞれ示している。
【符号の説明】
Ａ      鋼管矢板
１      鋼管矢板本管
２      円形鋼管（継手部材）
２ａ    スリット
２ｂ，２ｃ  円弧
２ｄ    内面
３      突起
４      補強部材
５      モルタル（充填材）
６      補強部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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