土留め壁の H 形鋼芯材を用いた合成壁と床版との隅角部に関する実験

土留め壁の H 形鋼芯材を用いた合成壁と床版との隅角部に関する実験

          清水建設 技術研究所  正会員○吉武謙二 土木事業本部 正会員 前 孝一                土木事業本部 正会員 小川 晃 土木事業本部 正会員 大崎雄作

１．はじめに

 地下利用空間の拡大や地下外壁工事の低減を目的として，土留め壁の H 形鋼芯材を本設構造物として利用す る合成地下外壁工法の開発を実施してきた¹⁾．文献 1)では合成壁の一般部を対象としたが，本報では合成壁と 床版との隅角部を対象とする．合成壁の断面力は隅角部を介して床版部に確実に伝達される必要があるため，床 版の主鉄筋をH形鋼に機械式継手などを用いて定着する方法が提案されているが²⁾，定着量は明らかになってい ない．必要定着量を把握するため解析を実施したところ，主鉄筋の定着量が少ない場合においても安定した構 造特性が得られるという知見が得られた³⁾．また，H 形鋼の根入れの影響を考慮することにより，合理的な設計 に繋がる可能性がある．そこで本研究では，解析により得られた主鉄筋の定着量での構造特性と根入れの影響 を把握することを目的として，隅角部の曲げ単調載荷試験を実施し考察を加えた．

２．実験概要

 試験体一覧を表−１に，試験体形状および配筋を試験体 No.2 を例として図−１に示す．試験体 No.1 と No.2，

試験体 No.2 と No.3 の結果を比較することにより，それぞれ根入れ効果，床版鉄筋の定着の影響を検証する．試 験体 No.1 では早期の床版部の破壊を防ぐため，主鉄筋 D25 を 4 本追加し床版部を補強した．H 形鋼にはφ 16，長 さ 120mm のスタッドを 250mm ピッチで配置した．但し，試験体上部および隅角部内部は 125mm ピッチとした．ま た，試験体 No.1,No.2では床版下端より100mmの位置に異形鉄筋をマグ溶接により設置し，床版の主鉄筋に沿わ せて定着した．定着量は床版鉄筋全体の 20% である．使用材料の材料試験結果を表−１，２に示す．

 加力は試験体を横置きした状態で，床版端部を固定し，合成壁の先端に設置したジャッキにより実施した．試

キーワード：隅角部，不完全合成壁，スタッド , 土留め壁

〒 135‑8530 東京都江東区越中島 3‑4‑17 TEL 03‑3820‑6974 FAX 03‑3820‑5959 験体 No.2,3 については，根入れ効果をモデル化するために，H

形鋼下端の曲げモーメントがゼロとなる位置をピン支持した．

試験体各所の変位，鋼材とコンクリートのひずみおよび H 形鋼 とコンクリート間の相対ずれおよび目開きを測定した．試験体 No.2 と No.3 については，H 形鋼下端のピンの反力も計測した．

３．実験結果

 図−２に載荷荷重と載荷部の水平変位との関係を，図−３ に H 形鋼下端での水平および鉛直反力を示す．また，図−４に 1. ひび割れ発生状況，2. 損傷の順序，3.400kN における H 形 鋼の主ひずみを示す．表−１に示すように試験体 No.1 は試験 体固定部付近の床版コンクリートの圧縮破壊，試験体 No.2，

No.3 では，隅角部付近の床版コンクリートの圧縮破壊により

降伏強度 (N/mm²)

引張係数 (N/mm²)

弾性係数 (kN/mm²) フ ラ ン ジ 311.7 460.3 196.6

ウ ェ ブ 336.8 470.9 196.5 D25 349.3 529.2 185.5 D25

(定 着 鉄 筋 ) 374.3 571.7 187.5 D19 352.5 522.4 184.1 D13 352.5 501.2 185.3 鉄 筋

H形 鋼 鋼 材 種 類

表−２ 鋼材試験結果 表−１ 試験体および実験結果一覧

図−１ 試験体形状および配筋図

長期応力 レベル

短期応力 レベル

圧縮強度 (N/mm²)

弾性係数 (kN/mm²) 1 あ り な し 242 363 100 552.3 _{床版コンクリート圧壊}^{試験体固定部付近の} 28.6 29.7 2 あ り あ り 273 410 200 879.5 _{床版コンクリート圧壊}^{隅角部付近の} 28.8 31.0 3 な し あ り 278 417 200 834.4 _{床版コンクリート圧壊}^{隅角部付近の} 30.2 30.7

設計荷重(kN) 試験体

No.

破壊 モード ひび割れ

発生荷重 (kN)

最大 荷重 (kN) 根入れ

考慮の 有無

コンクリート試験結果 (試験時現場封緘養生) 床版鉄筋

定着の有無

D13 D13

D19

3‑D25 4‑D25 D13

4‑D25

5‑D25 5‑D25

2‑D13

3400

2752225750

床版定着鉄筋  2‑D25(長さ750mm)

コンクリート 打設方向

5‑D25 2‑D13 5‑D25

H‑300×150×6.5×9

【床版部断面図(No.2&3)】

600

750

600

750

【床版部断面図(No.1)】

補強筋 4‑D25

【合成壁部断面図】

600

600

No.2,3のみ クレビスを設置

625 600

4150

3875

土木学会第59回年次学術講演会（平成16年9月）

‑673‑

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図−２ 荷重−変位関係

最大耐力に至った．試験体 No.1 と No.2 を比較すると，根入れを考慮することで，最大荷重が 1.5 倍以上向上 することが確認できた．また，床版鉄筋の 20% を H 形鋼に接合した場合も，床版の鉄筋を H 形鋼に全く定着し ていない場合も，隅角部の破壊により最大耐力に至らず良好な構造特性が得られた．図−５に試験体 No.1 の 定着鉄筋のひずみを示す．定着鉄筋基部では鉄筋の上面引張，下面圧縮となり，スタッドと同様の挙動を示し た⁴⁾．図−６に H 形鋼の軸方向ひずみ分布を示す．試験体 No.1 では H 形鋼基部において，床版に H 形鋼芯材の 軸力を伝達しているため圧縮ひずみが発生しているが，根入れを考慮した試験体 No.2,3 では全ての位置で引 張となった．また，隅角部以外は，ひずみ分布はどの試験体も同様であった．

４．まとめ

 芯材の根入れ効果や底版鉄筋の定着量が隅角部の力学的特性に及ぼす影響を把握することを目的として試験を 実施した．その結果，根入れの影響を考慮することで最大荷重が 1.5 倍以上向上すること，また，適切にスタッ ドを配置すれば床版鉄筋をH形鋼に定着しない場合においても，安定した構造特性が得られることが確認できた．

参 考 文 献

1)吉武謙二，小川晃，大崎雄作，藤江康司：土留め壁のH形鋼芯材を用いた合成壁の曲げ特性,土木学会第58回年次学術講演会講演概要集，2003．

2)(社)日本トンネル技術協会：Ｈ形鋼を芯材とする土留め壁本体利用の設計手引き，2002.

3)小川晃，前孝一，吉武謙二，田中八重：土留め壁のH形鋼芯材を用いた合成壁隅角部の構造解析方法，土木学会第59回年次学術講演会講演概要集，2004.(掲載予定) 4)長澤保紀，前孝一，吉武謙二，大崎雄作：土留め壁のH形鋼芯材を用いた合成壁の直接せん断特性,土木学会第58回年次学術講演会講演概要集，2003．

図−３ H 形鋼下端反力−変位関係

図−５ 断面ひずみ分布（A 断面）

‑600

‑400

‑200 0 200 400 600

0 50 100 150 200 250 300

荷重(kN)

変位 (mm) 水平反力(No.2) 鉛直反力(No.2)

水平反力(No.3) 鉛直反力(No.3)

図−４ ひび割れ発生状況 C) 試験体 No.3(水平変位 160mm 付近) b) 試験体 No.2(水平変位 160mm 付近) a) 試験体 No.1(水平変位 210mm 付近)

図−６ H 形鋼軸ひずみ分布 C) 試験体 No.3

b) 試験体 No.2 a) 試験体 No.1

0 500 1000 1500 2000 2500

計測位置(mm)

ひずみ (×10^‑6)

‑100 0 200 400 400kN時 200kN時 0

500 1000 1500 2000 2500

計測位置(mm)

ひずみ (×10^‑6)

‑100 0 200 400 400kN時 200kN時 0 500 1000 1500 2000 2500

計測位置(mm)

ひずみ (×10^‑6)

‑100 0 200 400 400kN時 200kN時

‑10000 0 10000 20000 30000

0 200 400 600 800 1000

荷重(kN)

ひずみ (×10

)

BT‑U BT‑L MD‑U MD‑L

375mm 合成壁上部 方向

BT‑U BT‑L MD‑L

MD‑U 30mm

0 200 400 600 800 1000

0 50 100 150 200 250 300

荷重(kN)

変位 (mm)

試験体 No.1 試験体 No.2 試験体 No.3 長期設計荷重 短期設計荷重

①定着鉄筋降伏(659kN)

③スタッド降伏 (784〜829kN)

②床版主筋降伏(755kN)

⑥コンクリートの  圧壊(880kN) 凡例

引張 500μ 圧縮 500μ

④フランジ  降伏(794kN)

⑤ウェブ降伏

 (823〜874kN) ⑦ハンチ筋降伏(822kN,最大荷重後)

②スタッド降伏 (728kN)

③床版主筋降伏(755kN)

⑦コンクリートの  圧壊(834kN) 凡例

引張 500μ 圧縮 500μ

①フランジ降伏  (616〜789kN)

④ウェブ降伏  (800〜815kN)

⑤合成壁主筋降伏 (806〜820kN)

⑥ハンチ筋降伏(810kN)

①定着鉄筋降伏(360kN)

②スタッド降伏(444kN)

③床版主筋降伏(502kN)

④コンクリートの  圧壊(552kN) 凡例

引張 500μ 圧縮 500μ

土木学会第59回年次学術講演会（平成16年9月）

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