JP6599377B2

JP6599377B2 - 切梁材の切替金物

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Publication number: JP6599377B2
Application number: JP2017020325A
Authority: JP
Inventors: 範夫藤田
Original assignee: ヒロセホールディングス株式会社
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2017-02-07
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2037-02-07
Also published as: JP2018127796A

Description

本発明は大断面の切梁材の断面を切り替える切替金物に関する。

シートパイル等の山留壁を支える手段として、腹起材、切梁材、火打材等を組み合せた切梁式の支保工が知られていて、これらの支保材にはＨ形鋼の単体が用いられていて、ボルト連結により組み立てられる（特許文献１〜３）。

Ｈ形鋼製の切梁材は架設長や支保耐力に限界があるため、架設長が長いときは切梁材としてＨ形鋼に代えて角形鋼管が用いられる（特許文献４）。
角形鋼管製の切梁材は、腐食防止の観点から角形鋼管の両端開口部を封止した密封構造になっている。
角形鋼管からなる切梁材は、その側面部に複数のボルト孔を穿設しておくと防食性が損なわれることから、切梁材の側面部に主材長の変更により容易に長さ調整が可能なＨ形鋼製の火打材を使用できず、長さ調整が困難な火打ブロックの使用を強いられる。さらに角形鋼管の場合には、内部のメンテナンスができないために、内部に腐食を生じたり損傷したりすると切梁材全体を廃棄しなければならない、といった多くの問題点を内包していた。

実開平２−３３８３８号公報（図２）特開２０１１−２３６６４２号公報（図１）特開２０１５−１７５２２６号公報（図１，２）特開平４−６８１１４号公報（図１〜３）

出願人は角形鋼管の問題点を解消すべく、一対のＨ形鋼を並列して突き合せた内方のフランジ間を溶接して一体化した高耐力の切梁材を先に提案した。
この高耐力の切梁材は、切梁材の中心部に断面方形を呈する連続した閉鎖空間が形成されており、切梁材の外方のフランジに沿って複数のボルト孔が形成されている。
一対のＨ形鋼を並設した断面横長の切梁材は従来のＨ形鋼単独、又は角形鋼管単独と比べて断面性能を大きくできると共に、外方のフランジに公知の火打材をボルトで接合できるといった特性を有している。

中幅のＨ形鋼（Ｈ３９０×３００、Ｈ３４０×２５０）を用いた場合、切梁材のウェブ間隔が幅広（２５０〜３００ｍｍ）となるため、大断面の切梁材の端部にジャッキを配置する場合は２台のジャッキを配置しなければならない。
さらに高耐力の切梁材が腹起材に対して直角の関係にあれば、切梁材の端部を腹起材に直接ボルト止めできるが、非直角のときは、切梁材の端部を腹起材に直接ボルト止めすることができないだけでなく、大きな寸法差が生じて公知の自在火打受ピース（切梁受金物）を使用することもできない。

本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところは、一対のＨ形鋼を並列させた大断面の切梁材に対応した切梁材の切替金物を提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、切梁材の断面を小さく切り替えて、従来の一般的なジャッキや角調整ピース等の付帯資材を大断面の切梁材の端部に配設できる切梁材の切替金物を提供することにある。

本発明は、一対のＨ形鋼を並設した大断面の切梁材の断面を切り替える切替金物であって、断面Ｈ形を呈する形鋼と、前記形鋼より幅広であり、該形鋼の一端に固着された大形端板と、前記形鋼と同幅であり、該形鋼の他端に固着された小形端板とを具備し、Ｈ形を呈する前記形鋼の端面全面が応力伝達部材として機能し得るように、相対向する前記大形端板と小形端板との間に前記形鋼が介装されていて、前記大形端板側が切梁材の端面に接続されることを特徴とする。
本発明の他の形態において、前記形鋼が一対のフランジの間をウェブで連結した断面Ｈ形を呈していて、前記形鋼のウェブが切梁材のウェブと平行な関係にある。
本発明の他の形態において、前記形鋼が一対のフランジの間をウェブで連結した断面Ｈ形を呈していて、前記形鋼のウェブが切梁材のウェブと直交する関係にある。
本発明の他の形態において、前記形鋼のウェブの両側であって、前記大形端板と小形端板との間に複数のスチフナーが取り付けられている。
本発明の他の形態において、前記大形端板とフランジの間に複数の補強板が取り付けられている。
本発明の他の形態において、前記切梁材がフランジとウェブを有する一対の形鋼からなり、該一対の形鋼を横方向に並設して溶接によりフランジ間を固定した断面形状がII形を呈する切梁本体と、前記切梁本体の全断面を封鎖可能な寸法を有し、切梁本体の端部に付設した端板とを具備し、前記切梁本体の中心部に断面方形を呈する連続した閉鎖空間が形成され、前記切梁本体の両側部に溝状の開放空間が形成され、前記端板が前記閉鎖空間を封止して密封構造とし、前記閉鎖空間を除き、切梁本体の前記開放空間に面したフランジに沿って複数のボルト孔が形成されている。

本発明はつぎの効果を奏する。
＜１＞一対のＨ形鋼を並列させた大断面の切梁材に対応しつつ、圧縮耐力の高い切替金物を提供できる。
＜２＞大断面の切梁材と、従来の一般的な切梁材、ジャッキ、自在火打受ピース等との間に大きな寸法差があっても、その間に切替金物を介装して切梁材の断面を小さく切り替えられるので、従来の一般的な切梁材、ジャッキ、自在火打受ピース等をそのまま使用することができる。
＜３＞切替金物が抵抗する断面は、形鋼の全断面（一対のフランジとウェブ）となるため、切替金物による軸力の伝達効率が格段に高くなる。
＜４＞切替金物と大断面の切梁材を併用することで、大断面の切梁材の高耐力性能を最大限に発揮することができる。

本発明に係る切替金物を適用した切梁式支保工の斜視図切梁材の端部と切替金物の組立図切梁材と火打受金具の接合部の断面図切替金物の分解図切替金物の補強構造の説明図で、（Ａ）はスチフナーを付設した補強構造の説明図、（Ｂ），（Ｃ）は大形端板とフランジの接合部間に補強板を取り付けて補強した補強構造の説明図切替金物を介して切梁材の端部にジャッキを配置した支保工の平面図切替金物を介して切梁材の端部に自在火打受ピースを配置した支保工の平面図切替金物を介して切梁材の端部に従来の切梁材を配置した支保工の平面図形鋼の向きを変えた他の切替金物の斜視図

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

＜１＞切梁式支保工
図１に山留壁１０を支保する切梁式支保工の一例を示す。
山留壁１０は図示した鋼矢板や地中壁等の公知の土留構造体である。
図示した切梁式支保工では、腹起材２０の直交方向に切梁材３０が水平に配設され、腹起材２０と切梁材３０の間には斜めに火打材４０が配設され、切梁材３０の端部と腹起材２０の間には切替金物５０とジャッキ６０が介装されている。

＜２＞切梁材
図２，３を参照して説明すると、切梁材３０は長手方向に沿って連続した方形の閉鎖空間Ｓ１を画成できるように断面Ｈ形を呈する一対の形鋼３０Ａ，３０Ｂを横方向に並設して固定した切梁本体３５と、切梁本体３５の端部に固着した端板３８とにより構成されている。
切梁材３０は、Ｈ形鋼単独、又は角形鋼管単独と比べて断面性能が大きくなるので、従来と比べて切梁材３０の配置間隔を大幅に拡張できる。

＜２．１＞切梁本体
切梁本体３５は一対の形鋼３０Ａ，３０Ｂを接合して形成されている。
各形鋼３０Ａ，３０Ｂは一対の第１、第２フランジ３１，３２と、両フランジ３１，３２の間を接続するウェブ３３とを具備した同一形状、同一寸法を呈する鋼材であって、市販のＨ形鋼が使用可能である。
一対の形鋼３０Ａ，３０Ｂは第１フランジ３１，３１と第２フランジ３２，３２がそれぞれ同一平面上に位置し、かつ一対のウェブ３３，３３が相対向するように隣接して位置する。
一対の形鋼３０Ａ，３０Ｂの第１、第２フランジ３１，３２の外側の部位には長手方向に沿って複数のボルト孔３７が穿設されている。第１、第２フランジ３１，３２の内側の部位にはボルト孔が穿設されていない。
切梁本体３５は従来のＨ形鋼単独、又は角形鋼管単独と比べて大きい断面性能（曲げや座屈に強い）を有し、強度面で優れる。

＜２．１．１＞閉鎖空間と開放空間
切梁本体３５はその中心部には断面形状が方形を呈する連続した閉鎖空間Ｓ_１が形成され、その両側部に連続した溝状（断面コ字形）の開放空間Ｓ_２，Ｓ_２が形成されている。
閉鎖空間Ｓ_１は、相対向する上下一対の第１、第２フランジ３１，３２の内側の部位と、相対向する左右一対のウェブ３３，３３とにより画成される。
開放空間Ｓ_２，Ｓ_２は、上下一対の第１、第２フランジ３１，３２の外側の部位と、左右の各ウェブ３３，３３との間に画成される。
切梁本体３５の中心部を一対の形鋼３０Ａ，３０Ｂを構成する第１、第２フランジ３１，３２と、ウェブ３３，３３で囲って角形鋼管状に形成したのは、切梁材３０の断面性能を高めるためである。
切梁本体３５の両側部に一対の形鋼３０Ａ，３０Ｂを構成する第１、第２フランジ３１，３２を水平に張り出させたのは、閉鎖空間Ｓ_１に影響を与えずに水平に張り出させた第１、第２フランジ３１，３２の外側の部位にボルト孔３７を穿設するためである。

＜２．１．２＞形鋼の固定手段
隣接させた形鋼３０Ａ，３０Ｂの間を固定する手段としては、両形鋼３０Ａ，３０Ｂの第１フランジ３１，３１間と第２フランジ３２，３２間に跨って被覆可能な添え板を使用してボルト接合することも考えられるが、添え板と多数のボルト類を使用すると鋼材使用量が増えて重量増加とコスト高の問題が生じる。

そこで本例では、隣接させた両形鋼３０Ａ，３０Ｂの第１フランジ３１，３１の当接部間と第２フランジ３２，３２の当接部間を部分溶接３６により固定するようにした。
各形鋼３０Ａ，３０Ｂの第１フランジ３１と第２フランジ３２に所定の間隔（例えば０．５ｍ間隔）で開先加工を施して部分溶け込み溶接を行うことで部分溶接３６を形成できる。
添え板と多数のボルト類を使用せずに両形鋼３０Ａ，３０Ｂを接合できるので、重量増加とコスト高の問題が生じない。

＜２．１．３＞部分溶接を採用した理由
本例では両形鋼３０Ａ，３０Ｂの連結手段として連続溶接ではなく、部分溶接３６を採用した。
部分溶接３６を採用したのは、両形鋼３０Ａ，３０Ｂの溶接時間を短くするためと、ガス切断等により形鋼３０Ａ，３０Ｂ間の切離しを簡単に行えるようにするためである。
部分溶接３６により形鋼３０Ａ，３０Ｂを切り離し可能に構成したのは、切梁本体３５の内部のメンテナンスをし易くするためと、損傷した形鋼３０Ａ，３０Ｂの交換作業を容易にするためである。

＜２．１．４＞ボルト孔
閉鎖空間Ｓ_１に面しない形鋼３０Ａ，３０Ｂの第１フランジ３１の外側の部位と、第２フランジ３２の外側の部位には、その長手方向に沿って複数のボルト孔３７が形成されている。
換言すれば閉鎖空間Ｓ_１に面した第１、第２フランジ３１，３２の内側の部位にボルト孔３７は形成せずに、開放空間Ｓ_２に面した第１、第２フランジ３１，３２の外側の部位にボルト孔３７を形成する。

＜２．２＞端板
端板３８は切梁本体３５の全断面を封鎖可能な寸法を有する矩形の板体であり、切梁本体３５の端部に溶接により付設されている。
本例では端板３８の縦横寸法が、切梁本体３５の断面寸法と等しい形態について説明するが、端板３８の縦横寸法は切梁本体３５の断面寸法より大きい寸法関係であってもよい。

＜２．２．１＞端板の機能
隣接した形鋼３０Ａ，３０Ｂの端部に跨って固着した端板３８は、切梁本体３５の閉鎖空間Ｓ_１を完全密封構造にするだけでなく、端板３８を通じて一対の形鋼３０Ａ，３０Ｂに対して均等に軸力を伝達できる。
さらに端板３８は、切梁材３０の閉鎖空間Ｓ_１を完全密封化して、切梁材３０の内部の腐食防止にも役立つ。

＜２．２．２＞ボルト孔
開放空間Ｓ_２に面した端板３８には複数のボルト孔３９が形成され、閉鎖空間Ｓ_１に面した端板３８にはボルト孔３９が形成されていない。

＜３＞火打材
図１を参照して説明すると、火打材４０は公知のＨ形鋼製の火打本体４１と、火打本体４１の端部にボルトで接合する公知の火打受金具４２とを具備する。
火打本体４１と火打受金具４２は複数のボルト孔が形成されている。ボルト、ナットを介して連結可能である。

腹起材２０と切梁材３０の側面との間に公知の火打材４０を配設し、火打受金具４３を介して切梁材３０の側面にボルトで連結できる。
本例の切梁式支保工では、従来の火打ブロックを使用せずに、公知の火打材４０を使用して切梁材３０を補強することができる。

図３を参照して火打材４０と切梁材３０との連結構造について詳しく説明すると、切梁本体３５の側方の開放空間Ｓ_２内に断面コ字形の火打受金具４２を収容し、切梁本体３５の外側の第１及び第２フランジ３１，３２のボルト孔３７と火打受金具４２のボルト孔４３との間を従来と同様にボルト４４とナット４５で連結できる。

＜４＞切替金物
図２，４を参照して説明すると、切替金物５０は切梁材３０の断面を小さく切り替えるための金物であり、断面Ｈ形を呈する形鋼５１と、形鋼５１の一端に固着した矩形を呈する大形端板５５と、形鋼５１の他端に固着した矩形を呈する小形端板５６とを組み合せて構成されている。
形鋼５１のＨ形を呈する側端面が各端板５５，５６の側面と溶接等により一体に固着されている。

＜４．１＞形鋼
形鋼５１は大形端板５５と小形端板５６との間で軸力を伝達し合うための鋼材であり、矩形を呈する一対のフランジ５２，５３の中央をウェブ５４で接合した鋼材である。形鋼５１に市販のＨ形鋼を使用すれば、切替金物５０を低コストに製作できる。
各フランジ５２，５３にはその長手方向に沿って複数のボルト孔５２ａ，５３ａが形成されている。

＜４．２＞大形端板
大形端板５５は切替金物５０と切梁材３０との間で軸力を伝達し合うための板材であり、切梁本体３５の一端に溶接して一体に固着されている。
形鋼５１の左右両側からはみ出た大形端板５５の左右両側部には複数のボルト孔５５ａが形成されている。

＜４．３＞小形端板
小形端板５６は切替金物５０と付帯資材であるジャッキ６０との間で軸力を伝達し合うための板材であり、切梁本体３５の他端に溶接して一体に固着されている。
小形端板５６の左右両側部には複数のボルト孔５６ａが形成されている。
小形端板５６はその縦横方向の各寸法（高さと横幅）は、形鋼５１と同一である。

＜４．４＞形鋼の向き
応力伝達部材である形鋼５１の断面性能を最大限に発揮させるため、形鋼５１の一対のフランジ５２，５３とウェブ５４の端面を各端板５６に当接させて使用する。
すなわち、本例では形鋼５１のウェブ５４が切梁材３０のウェブ３３と平行な関係にある。

＜４．５＞切梁材と切替金物の寸法関係
切梁材３０と切替金物５０の高さは同一である。
すなわち、切梁材３０の端板３８の高さと、切替金物５０を構成する形鋼５１、大形端板５５、および小形端板５６の高さはそれぞれ等しい。

切替金物５０の大形端板５５の横幅は切梁材３０の端板３８の横幅と同一である。
切替金物５０の形鋼５１と小形端板５６の横幅は共に等しい。
形鋼５１と小形端板５６の横幅は共に大形端板５５の横幅より小さい寸法関係にある。
要は、切替金物５０を構成する大形端板５５の受圧面積が切梁材３０の端面の受圧面積と等しく、小形端板５６の受圧面積が大形端板５５の受圧面積より小さい関係にあればよい。

＜４．６＞切替金物の補強構造
切替金物５０には大きな軸力が作用するため、切替金物５０を補強しておくこととよい。
図５を参照して切替金物５０の補強構造について説明すると、同図の（Ａ）はウェブ５４の両側にフランジ５２，５３と平行に補強用のスチフナー５７を一体に付設して形鋼５１を補強した構造を示し、同図の（Ｂ），（Ｃ）は大形端板５５と各フランジ５２，５３の接合部間を補強した構造を示している。
同図の（Ａ）のスチフナー５７両端は大形端板５５と小形端板５６の対向面にも接合している。
同図の（Ｂ）は大形端板５５と各フランジ５２，５３の一部の間に略三角形状の補強板５８を取り付けて補強した構造を示し、同図の（Ｃ）は各フランジ５２，５３の全長に亘って細長三角形状の補強板５９を取り付けて補強した構造を示している。
これらの補強構造は必須ではなく省略してもよいし、複数の補強構造を組み合せてもよい。

＜５＞ジャッキ
本例では付帯資材がジャッキ６０である場合について説明する。
ジャッキ６０は圧式又はネジ式のジャッキであり、例えば腹起材２０と切替金物５０との間に介装される。

＜６＞切梁式支保工の配設例
切梁材３０と切替金物５０を併用した切梁式支保工の一例について説明する。

＜６．１＞切替金物の設置
図５を参照して説明すると、断面横長の切梁材３０の一端に切替金物５０を取り付けるには、切梁材３０の端板３８に切替金物５０の大形端板５５側を接面させて両板３８，５５の間を複数のボルトで連結する。
切梁材３０の一端に切替金物５０を連結することで、切梁材３０の中心線上に切替金物５０が位置する。

＜６．２＞ジャッキの設置
図６を参照して説明すると、腹起材２０と切替金物５０の小形端板５６との間に公知のジャッキ６０を介装する。
切梁材３０の端面に切替金物５０を取り付けて切梁材３０の断面積を小さく切り替えられるから、切替金物５０の中心に１台の公知のジャッキ６０を配設することで大断面の切梁材３０にプレロードを導入できる。換言すれば、各形鋼３０Ａ，３０Ｂに対応して合計２台のジャッキを介装する必要がなくなり、１台のジャッキ６０で以て切梁材３０に圧縮力を付与できる。

切替金物５０による軸力（圧縮力）の伝達効率について検討すると、切梁材３０の軸方向に対して切替金物５０を構成する形鋼５１を同一方向に向けて配設されている。
切替金物５０が抵抗する断面は、形鋼５１の全断面（フランジ５２，５３と、ウェブ５４）となるため、形鋼５１全体で効率よく軸力を伝達できるだけでなく、切替金物５０の圧縮耐力が格段に高くなる。
殊に、切替金物５０が図５に示したスチフナー５７や補強板５８，５９を有している場合は切替金物５０による軸力の伝達効率がさらに向上する。

＜６．３＞火打材の設置
腹起材２０と切梁材３０の側面との間に公知の火打材４０を配設し、火打受金具４２を介して切梁材３０の側面にボルトで連結できる。
図３を参照して詳しく説明すると、切梁本体３５の側方の開放空間Ｓ_２内に断面コ字形の火打受金具４２を収容し、切梁本体３５の外側の第１及び第２フランジ３１，３２に開設したボルト孔３７と、火打受金具４２に形成したボルト孔４３の位置合わせを行って、切梁本体３５と火打受金具４２の間をボルト止めにより連結できる。
本例の切梁式支保工では、従来の火打ブロックを使用することなく、公知の火打材４０を使用して切梁材３０を補強することができる。

＜７＞その他の付帯資材との組み合せ
以上は切替金物５０を介して切梁材３０にジャッキ６０を配設した形態について説明したが、付帯資材はジャッキ６０に限定されるものではない。
図７，８に他の付帯資材を例示する。
図７は腹起材２０と切梁材３０が非直角の関係にある場合を示していて、このような場合には腹起材２０と切替金物５０との間に公知の延長鋼材６１と公知の自在火打受ピース６２を介装している。切梁材３０と自在火打受ピース６２の間に大きな寸法差が生じていても、切替金物５０を介装することでこの寸法差を解消できて、公知の自在火打受ピース６２を使用することができる。
図８は大断面の切梁材３０の延長線上に従来の小断面の切梁材６３を配設した場合を示していて、従来の切梁材６３は一般的に使用されているＨ形鋼製または角形鋼管製の切梁材である。
両切梁材３０，６３の断面に差が生じていても、その間の断面差を解消するために切替金物５０を介装することで、断面寸法の異なる切梁材３０と公知の切梁材６３とを併用することができる。
なお、切断面寸法の異なる梁材３０，６３を併用する場合、断面性能の大きな切梁材３０は座屈長が長い支間で使用し、従来の切梁材６３は対応可能な座屈長の区間で使用する。

＜８＞他の切替金物
切替金物５０は形鋼５１の軸心を中心に９０°回転させて構成することも可能である。
図９を参照して説明すると、本例の切替金物５０は、大きさの異なる一対の端板５５，５６の間に、断面Ｈ形の形鋼５１を寝かせて配置して構成されている。
すなわち、本例では形鋼５１のウェブ５４が切梁材３０のウェブ３３と直交する関係にある。
本例の切替金物５０にあっても、一対のフランジ５２，５３とウェブ５４が一体で軸力の伝達部材として機能する。
本例では付帯資材として従来の切梁材６３を適用した形態を示すが、既述した各種の付帯資材を適用することが可能である。

Ｓ_１・・・・・切梁材の閉鎖空間
Ｓ_２・・・・・切梁材の開放空間
１０・・・・・山留壁
２０・・・・・腹起材
３０・・・・・切梁材
３１・・・・・第１フランジ
３２・・・・・第２フランジ
３３・・・・・ウェブ
３５・・・・・切梁本体
３６・・・・・部分溶接
３７・・・・・ボルト孔
３８・・・・・端板
４０・・・・・火打材
４１・・・・・火打本体
４２・・・・・火打受金具
５０・・・・・切替金物
５１・・・・・形鋼
５２，５３・・フランジ
５４・・・・・ウェブ
５５・・・・・大形端板
５６・・・・・小形端板
５７・・・・・スチフナー
６０・・・・・ジャッキ

Claims

一対のＨ形鋼を並設した大断面の切梁材の断面を切り替える切替金物であって、
断面Ｈ形を呈する形鋼と、
前記形鋼より幅広であり、該形鋼の一端に固着された大形端板と、
前記形鋼と同幅であり、該形鋼の他端に固着された小形端板とを具備し、
Ｈ形を呈する前記形鋼の端面全面が応力伝達部材として機能し得るように、相対向する前記大形端板と小形端板との間に前記形鋼が介装されていて、
前記大形端板側が切梁材の端面に接続されることを特徴とする、
切梁材の切替金物。
前記形鋼が一対のフランジの間をウェブで連結した断面Ｈ形を呈していて、前記形鋼のウェブが切梁材のウェブと平行な関係にあることを特徴とする、請求項１に記載の切梁材の切替金物。
前記形鋼が一対のフランジの間をウェブで連結した断面Ｈ形を呈していて、前記形鋼のウェブが切梁材のウェブと直交する関係にあることを特徴とする、請求項１に記載の切梁材の切替金物。
前記形鋼のウェブの両側であって、前記大形端板と小形端板との間に複数のスチフナーが取り付けられていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の切梁材の切替金物。
前記大形端板とフランジの間に複数の補強板が取り付けられていることを特徴とする、請求項２、３、又は４に記載の切梁材の切替金物。
前記切梁材がフランジとウェブを有する一対の形鋼からなり、
該一対の形鋼を横方向に並設して溶接によりフランジ間を固定した断面形状がII形を呈する切梁本体と、
前記切梁本体の全断面を封鎖可能な寸法を有し、切梁本体の端部に付設した端板とを具備し、
前記切梁本体の中心部に断面方形を呈する連続した閉鎖空間が形成され、
前記切梁本体の両側部に溝状の開放空間が形成され、
前記端板が前記閉鎖空間を封止して密封構造とし、
前記閉鎖空間を除き、切梁本体の前記開放空間に面したフランジに沿って複数のボルト孔が形成されていることを特徴とする、
請求項１に記載の切梁材の切替金物。