鋼製スリットビーム
設計マニュアル

2005 年 12 月

ＪＦＥ 建材 株式会社

目次
1.

はじめに........................................................................................................................... 12.

適用条件........................................................................................................................... 13.

対象とする粒径................................................................................................................ 24.

横桟（鋼管）の間隔 ........................................................................................................ 25.

鋼管の検討 ....................................................................................................................... 56.

7.

5.1.

土石流に対する検討 ................................................................................................. 55.2.

礫の衝突に対する検討 ............................................................................................. 7

アンカーボルトの検討..................................................................................................... 86.1.

土石流に対する検討 ................................................................................................. 86.2.

鋼管の凹み変形荷重に対する検討 .........................................................................10仕様 ................................................................................................................................ 117.1.

標準タイプ.............................................................................................................. 117.2.

表面処理 ................................................................................................................. 11

1. はじめに流す砂防の展開により、多くの透過型砂防えん堤が設計・計画されており、鋼製スリット砂防えん堤やコンクリートスリット砂防えん堤が実施されてきました。ところが、土石流の捕捉を目的としたコンクリートスリット砂防えん堤では、土石流先頭部の到達前に先行流などで堰上げを起こし、えん堤上流側に湛水が生じることが確認されました。この場合、土石流先頭部の巨礫がスリット部まで到達せず、スリット部を閉塞しないまま、後続流がスリット部を通過する危険性があります。また、一旦捕捉された土砂の一部が減水時に流出する可能性も指摘されています。
鋼製スリットビームは、そのような再流出等の問題点を防止するために、コンクリートスリット砂防えん堤に設置される部材です。
参考文書
 事務連絡「透過型砂防えん堤の計画・設計上の留意点」，国土交通省砂防部保全課，平成 15 年 5 月 7 日
 事務連絡「「透過型砂防えん堤の計画・設計上の留意点」に関する参考資料」，国土交
通省砂防部保全課，平成 15 年 11 月 20 日

2. 適用条件
鋼製スリットビームの基本原則。
 鋼製スリットビームは、原則として既設のコンクリートスリット砂防えん堤に使用するものとします。
 鋼製スリットビームはあくまで補助部材であり、壊れたら取り替えることを前提に考えます。
【解説】
鋼製スリットビームは、既設のコンクリートスリット砂防えん堤に対して、土砂を確実に捕捉するための補助部材です。さらに、外力はコンクリートスリット砂防えん堤本体で負担する設計となっていますので、鋼製スリットビームは壊れたら取り替えるということを基本原則と考え設計します。

13. 対象とする粒径対象とする粒径Ｄは、95%粒径 D95 とします。
【解説】
対象粒径は、えん堤を通過して下流域に被害を生じさせないと推定される礫径と同程度とします。よって、当面は 95%粒径以下と考えます。

4. 横桟（鋼管）の間隔
横桟（鋼管）の間隔は、対象粒径Ｄに応じ、下記の通りとします。
 最下段：1.0×Ｄ
 ２段目以上：0.5×Ｄ
 最上段と水通し肩とは、0.5×D 以下になるようにします。
 ただし、コンクリートスリット砂防えん堤の上流法が緩い場合など、スリットビームの構成部材が水通し高さよりはみ出す場合は、横桟（鋼管）間隔を調整し、はみ出さないようにします。
【解説】

図－１ 横桟（鋼管）の間隔

2

｛割付の手順｝
スリットビ－ムの割付方法の概要を以下のとおりとします。
ＳＴＥＰ１

Ｄ

スリット底端から純間隔で 1.0Ｄを取ります。

ＳＴＥＰ2

0.5Ｄ
0.5Ｄ
Ｄ

2 段目以降は純間隔で 0.5Ｄを取り下から上に割付をします。

ＳＴＥＰ3
0.5Ｄ以下水通し底面線

最上段は純間隔で 0.5Ｄ以下および水通し底面以下とします。

3

水通し底面から出た場合の処理

0.5Ｄ

水通し底面0.5Ｄ

水通し底面から鋼管が飛び出した場合の処理方法は以下のように考えます。

寸法Ａ（最下段間隔）はそのままとし、2 段目以降の寸法Ｂを 5.0ｍｍピッチに短くし、最上段の鋼管が水通し底面から飛び出ないように調整します。

B＜0.5ＤB＜0.5ＤB＜0.5ＤB＜0.5ＤＣ＜0.5ＤB＜0.5ＤB＜0.5Ｄ

A=1.0Ｄ45. 鋼管の検討
1、 鋼管は、①土石流流体力に対する検討、②礫の衝突に対する検討の両者に対し安全となるサイズとします。
2、 鋼管の磨耗しろおよび錆しろは、取替えを前提とするため、磨耗しろ 0.0ｍｍ、錆しろ 1.5ｍｍとして考えます。
【解説】
適用条件にも記述したように鋼製スリットビームはあくまで補助部材であり、外力はコンクリートスリット砂防えん堤本体で負担する設計です。したがって、鋼管サイズを決定する際の荷重は、最低限の荷重と考えます。

5.1.

土石流に対する検討

鋼管の荷重分担範囲は、鋼管径（Ｄ）に横桟の配置間隔（Ｗ）を加算した値と土石流水深（h）を比較して小さい方の値とします。
鋼管に作用する最大曲げモーメント

Mq L28
ここに、 qFHhｑ：等分布荷重（土石流流体力）
L：スパン長図 2 荷重図

Ｆ：土石流流体力
h：土石流の水深
Ｈ：鋼管の荷重分担範囲
錆しろを考慮した鋼管の断面係数

D4W32

D 2 t1D4鋼管に発生する曲げ応力度

MW
安定条件
σ＜σa
ここに、σa：鋼管の許容曲げ応力度（短期）5[横桟（鋼管）の荷重分担幅]
横桟（鋼管）の荷重分担幅は、以下のように考えます。

図 3 荷重分担幅

最下段
h1 = H1(最下段純間隔) + D(使用鋼管径) +H２(２段目以降の純間隔)
２

２段目以降
h2 = H２(２段目以降の純間隔) + D(使用鋼管径)
最上段
h2 =

H２(２段目以降の純間隔)+ D(使用鋼管径) + H３(最上段間隔)
２6

5.2.

礫の衝突に対する検討

鋼管に礫が衝突する時の、へこみ変形による吸収エネルギーを照査します。
鋼管は降伏応力まで許容するものとし、修正エリナス式で 40%凹む場合について計算するものとします。なお、ここでは簡略化のため凹みのみを考慮し、梁のたわみは考慮しないものとします。

衝突する礫の運動エネルギー

ER1m V22
ここに、m：礫の質量
Ｖ：礫の速度凹みによる吸収エネルギー

Ed

1K41.8yt

2d1.8 D 0.8

ただし、 KD0161
D0.11

σy：鋼管の降伏応力度
Ｄ0：礫の直径
Ｄ：鋼管の外径t：鋼管の板厚δd：鋼管の凹み量（＝0.4×D）
安定条件
Ｅd＞ER

76. アンカーボルトの検討
アンカーボルトの決定は、①土石流流体力に対する検討、②礫の衝突に対する検討の両者に対し安全となるサイズとします。
【解説】
アンカーボルトのサイズ及び本数を決定する際の荷重は、鋼管サイズを決定する際の荷重と同一とします。また、アンカ－ボルトは、最低サイズをＭ２０とし、鋼管１本に対し最低２（左右）本とします。

6.1.

土石流に対する検討アンカーボルトに作用するせん断力は、ユニットに作用する土石流流体力のせん断方向成分とユニットの自重のせん断方向成分との和になりますが、両者は逆方向成分であるので、ここでは安全側を見込んで両者の値の大きい方の値を採用します。
ユニットの自重によるせん断力

S u 1 Wu cos

図－4 ユニットの自重によるせん断力8土石流流体力によるせん断力
ユニットの荷重負担高さは、土石流の水深とユニットの荷重負担垂直高さの小さい方の値を採用します。

Su 2

F
荷重負担高さ L sinh

図－5 ユニットの荷重負担垂直高さ
アンカーボルトに発生するせん断応力度
アンカーボルトに作用するせん断応力 Su は、Su1 と Su2 の大きい方とします。また、ユニットの全てのアンカーボルトで負担するものと考えます。

SaSuA S Nb
ここに、As：ボルトの有効断面積
Nb：１ユニットのボルト本数

安定条件
Sa＜τb
ここに、τb：ボルトの許容せん断応力度

9

6.2.

鋼管の凹み変形荷重に対する検討

鋼管に礫が衝突する時の衝突エネルギーに対応する、凹み変形に対する荷重に対して照査します。
凹み変形に対する荷重のせん断方向成分に対して、ユニットのアンカーボルト全体で負担するものとして検討します。
衝突する礫の運動エネルギー

ER1m V22
ここに、m：礫の質量
Ｖ：礫の速度凹みによる吸収エネルギー

Ed

1.81K4t2yd

1.8 D 0.8D0161D

ただし、 K0.11

σy：鋼管の降伏応力度
Ｄ0：礫の直径
Ｄ：鋼管の外径t：鋼管の板厚
ここで、ＥR＝Ｅd とおいた時の、δd を求め下記式に代入します。
鋼管の凹み変形に対する荷重P

0.81K4yt2dD

せん断方向成分Pt

P sin

アンカーボルトに発生するせん断応力度

Sa

PtASNb

安定条件
Sa＜τb10

7. 仕様7.1.

標準タイプ
標準タイプを 200 型、300 型、400 型の 3 種類とし、それぞれ下表の鋼管を使用します。
表－１ 標準タイプ
タイプサイズ1ｍあたり重量（参考）礫径 50cm の場合（ｋｇ/ｍ）

40％凹み吸収エネルギ－

200 型

φ216.3× 8.2（STK400）

42.110.6(ｋJ)

300 型

φ318.5×10.3（STK400）

78.3

26.0 (ｋJ)

400 型

φ406.4×12.7（STK400）

123.0

52.3 (ｋJ)

なお、作用外力が大きく上記サイズ以上の鋼管を使用する場合は、別途検討の上、使用材を決定します。

7.2.

表面処理

(1) 構成部材は、下記塗装を施します。
(1)-1 ブラストによる素地調整後、下塗塗装を行います。
(1)-2 下塗塗装は、JIS K 5625「シアナミド鉛さび止めペイント」又は相当品を２回塗りとします。（目標膜厚；35μm／回）

11

設計例

① 構造計算書② 設計図

12

①設計計算書

設計No.

半透過型えん堤
鋼製スリットビ－ム
構 造 計 算 書殿

工事名：作成年月日 ： 2004年12月

JFE 建 材 株 式 会 社

①設計計算書

目次

１．検討条件…(1)

２．鋼管の検討 *…(3)２－１．土石流流体力に対する検討…(3)２－２．礫の衝突に対する検討…(5)

３．アンカーボルトの検討…(6)３－１．土石流流体力に対する検討…(6)３－２．鋼管の凹み変形に対する荷重に対する検討…(7)【参考文献】* 「透過型砂防えん堤の計画・設計上の留意点」に関する参考資料，国土交通省
砂防部保全課，平成15年11月．

①設計計算書
１．設計条件・渓流の最大礫径
・礫の密度・土石流の流速・土石流の水深・土石流流体力・透過部断面の幅

D95＝
σ＝
U＝
h＝
F＝
b＝

0.65 （m）
25.50 （kN/m3）
5.20 （m/s）
1.83 （m）
80.20 （kN/m）
1.00 （m）

・鋼管サイズ・鋼管の降伏応力度
・鋼管の許容曲げ応力度
・腐食しろ
・腐食しろを考慮した鋼管径
・腐食しろを考慮した鋼管板厚
・スパン長

σy＝
σba＝
Δ＝
D1＝
ｔ1’＝
L＝

φ216.3×8.2（STK400）
235 （N/mm2）
140 （N/mm2）
1.5 （mm）
213.3 （mm）
6.7 （mm）
2.00 （m）

・鋼管最下段の荷重分担幅・鋼管２段目以上の荷重分担幅

h1＝
h2＝

1.024 （m）
0.531 （m）

As＝
τb＝
τb＝
Nb＝

M20
2.45 （cm2）
60 （N/mm2）（長期）
90 （N/mm2）（短期）
6 （本）・アンカーボルトサイズ
・ボルトの有効断面積
・ボルトの許容せん断応力度・ボルトの許容せん断応力度・１ユニットの最小ボルト本数

3

①設計計算書表-１ 鋼材の許容応力度
鋼 種

SS400,SM400

応力度の種類
軸方向引張応力度（純断面積につき）SMA400,STK400

軸方向圧縮応力度（総断面積につき）

曲げ引張応力度（純断面積につき）
曲げ圧縮応力度（総断面積につき）

SM490,STK490

SM490Y,SMA490

185210140l≦18r

140（N/mm2)

l≦16 185rl
16 ＜ ≦ 79rlr≦15210l≦ 75r

l
18 ＜ ≦ 92rl
140 − 0.82( − 18)rl185− 1.2( −16)rl210− 1.5( − 15)
r

l＞92r

l＞79r

l＞75
r

15 ＜

1, 200 , 000
6 , 700 + ( l / r ) 2

1, 200 , 000
5 , 000 + ( l / r ) 2

140

185

210

140185210

1, 200 , 000
4 , 400 + ( l / r ) 2(1) 軸方向力が引張の場合
軸方向力及び曲げモ

σ t + σ bt ≦σ ta

かつ −σt +σbc≦σba

ーメントを受ける部材(2) 軸方向力が圧縮の場合
σcσ+ bc ≦1.0σca σba

せん断応力度（総断面積につき）

80

105120記号は次のとおりである。
ｌ : 部材の有効座屈長(cm)r : 部材総断面の断面二次半径(cm)σt,σc: 断面に作用する軸方向引張力による引張応力度及び軸方向圧縮力による圧縮応力度(Nσbt,σbc: 断面に作用する曲げモーメントによる最大引張応力度及び最大圧縮応力度(N/mm2)
σta,σca: 許容引張応力度及び弱軸に関する許容軸方向圧縮応力度(N/mm2)
σba: 許容曲げ圧縮応力度(N/mm2)

4

①設計計算書
２．鋼管の検討２－１．土石流流体力に対する検討
１） 最下段①荷重分担範囲

h1 =h2(最上段) =1.024 (m)0.668 (m)

横桟の荷重分担幅（h1＝1.024m） ＜ 土石流水深（h＝1.83m） より横桟の荷重分担幅を用いる②最大曲げモーメント（M1）
最大曲げモーメントM1は、鋼管のスパン中央で発生し、
q×L2
M1＝ ─────8
ここに、ｑ：等分布荷重 ｑ＝F/h×h1＝80.20/1.83×1.024=44.88（kN/m）

よって、

M1＝22.44（kN・m）③断面係数（W1）と曲げ応力度（σ1）
錆しろを考慮した鋼管の断面係数は、
44π×｛D1 -(D1-2・t1') ｝

W1＝
よって、

-3

─────────×1032×D1
W1＝217.8（cm3）

曲げ応力度は、
σ1＝
よって、

M13
───×10W1
σ1＝103.0（N/mm2） ＜ σba＝140（N/mm2） ：OK5

①設計計算書２） ２段目以上（最上段）①荷重分担範囲 １）①の図より
横桟の荷重分担幅（h2＝0.668m） ＜ 土石流水深（h＝1.83m） より横桟の荷重分担幅を用いる②最大曲げモーメント（M2）
最大曲げモーメントM2は、鋼管のスパン中央で発生し、
2q×L
M2＝ ─────8
ここに、ｑ：等分布荷重 ｑ＝F/h×h2＝80.20/1.83×0.668=29.27（kN/m）

よって、

M2＝14.64（kN・m）③曲げ応力度（σ2）
σ2＝
よって、

M23
───×10W1
σ2＝67.2（N/mm2） ＜ σba＝140（N/mm2） ：OK

6

①設計計算書
２－２．礫の衝突に対する検討
鋼管に礫が衝突する時の、へこみ変形による吸収エネルギーを照査する。
鋼管は降伏応力まで許容するものとし、修正エリナス式で40%凹む場合について計算する。なお、ここでは簡略化のため凹みのみを考慮し、梁のたわみは考慮しないものとする。
１） 衝突する礫の運動エネルギーER
2

ER＝1/2・m・V
ここに、m：礫の質量m=4/3・π・（D95/2）^3・(σ*10^3/g)=374（kg）
V：礫の速度（＝土石流の流速U）

よって、

ER＝5,056（J）

２） 凹みによる吸収エネルギーEd
2

Ed＝

1.8

K・σy・t1' ・δd───────
0.8
4・1.8・D10.11

ただし、

K＝161・（D95/D1）
σy：鋼管の降伏応力度
δd：鋼管の凹み量（＝0.4・D）

よって、

Ed＝10,926（J）＞ER=5,056（J）：OK

7

①設計計算書
３．アンカーボルトの検討
３－１．土石流流体力に対する検討
アンカーボルトに作用するせん断力は、ユニットに作用する土石流流体力のせん断方向成分とユニットの自重のせん断方向成分との和になるが、両者は逆方向成分であるので、ここでは安全側を見込んで両者の値の大きい方とする。
１） ユニットの自重によるせん断力
Su1＝Wu×cosθ
ここに、Wu：ユニットの自重
θ：堰堤の上流側法勾配（１：n＝１：0.4）（＝21.80°）

２） 土石流流体力によるせん断力
ユニットの荷重負担高さは、土石流の水深と、ユニットの荷重負担垂直高さを比較して、小さい方とする。
Su2＝F／h×荷重負担高さ×L×sinθ
３） アンカーボルトに発生するせん断応力度
アンカーボルトに発生するせん断力Suは、Su1とSu2の大きい方とする。
Sa＝Su───────
As・Nb

計算結果を下表に示す。
使用アンカ-ボルトサイズ

M20

ユニットの質量ユニット
(Kg)
①555

ユニット自重のせん断成分(N)

555
555
555

②③④⑤⑥

荷重負担垂直高さ(m)

2.069
1.479
1.479
1.473-

5,055
5,055
5,055
5,055-

流体力せん断成分(N)59,571
48,14548,14547,950-

8ボルト本数 せん断応力度 許容せん断応力度
判定(本）(N/mm2)(N/mm2)

666640.5
40.5
40.540.5-90909090－－

OKOKOKOK－－

①設計計算書
３－２．鋼管の凹み変形に対する荷重に対する検討
鋼管に礫が衝突する時の、凹み変形に対する荷重に対して照査する。
凹み変形に対する荷重のせん断方向成分に対して、ユニットのアンカーボルト全体で負担するものとして検討する。
１） 礫の運動エネルギ-による凹み量
24・1.8・D1' ・ER (1/1.8)δd＝───────=2
K・σy・t1'
ER：礫の運動エネルギー
ER＝5,056（J）

55.6 mm2） 鋼管の凹み変形に対する荷重**
2

P＝0.8

K・σy・t1' ・δd───────
0.8
4・D1

ただし、

δd：鋼管の凹み量

よって、P=163,886(N)（＝55.6/213.3 ≒ 0.261・D ）

堰堤上流側の勾配に対して、平行成分Pt＝P×sinθ＝60,866(N)２） アンカーボルトに作用するせん断応力度
Sa2＝
よって、Pt───────As・Nb

Sa2＝41.4(N/mm2) ＜ τb = 90 (N/mm2)

9：OK

②設計図

半透過型スリット砂防堰堤
S=1/100

12000

側面図

φ216.3×8.2
0.4

560

2600

1000

560

×；アンカー芯

1 :

2500

1000
2000

2500

H-200×200×8×12

502

11@
531
=5841658

アンカー位置アンカー位置0.4

315（ユニット1）650758（ユニット1）流れ

1 :（ユニット1）

9000

6500

（ユニット1）

××××××××××××0.2×
ユニット1部分 ×××
ユニット1部分 ×××ユニット1部分 ×××
ユニット1部分 ××
アンカー位置1 :

700
111@531=5841315
315
315
315
315
402315315
315
1393815139294813981398

流れ315

1000

上流面図

0.2（ユニット1）

1800

1 :

（ユニット1）8400
3000

1/12493 493 493 493 493（ユニット1）3600

アンカ－位置図

5500▽H.W.L（ユニット1）

（右岸）

2430

1000

.5
1:0

1/12

800

6500

5500

側 面 図

11430

800

493 493 493 493 493 493（左岸）

面 図（上 流 側）

1:0.
5

正

アンカー詳細図（参考図）
M20用大型角ワッシャー

280(アンカー全長)

M20用ナット

M20（寸切ボルト）

鋼材質量

20

詳 細 図
S=1/50

6 16

16

部 品 名
ユニット１合単位質量（ｋｇ） 数量
5554

計

2,220

ユニット1
上 面 図200560 40

268616 1668

アンカーボルトM201062
531 531

1000

1398

40 560

アンカーボルトM20

531 5311398

φ216.3×8.2

アンカーボルトM20（SS400相当、HDZ35）

80
12 38 30

H-200×200×8×12300

2000

300

2600

スチフナーPL-9200(最適穿孔深さ)

H-200×200×8×122600＊最適穿孔深さは、ケミカルアンカー（R-19）使用時の値です。

2,22024本