切削可能な継手構造
【課題】互いに接合される土留め壁材の維強化樹脂製補強材において、複数のせん断ずれ面を有する継手部を構成することにより、１本のボルトが伝達する耐力が向上した、シールド掘進機により切削可能な継手構造を提供する。
【解決手段】第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂのフランジ２ａ、２ｂに対して、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂの接合面１Ｃａ、１Ｃｂから長手軸線方向に所定の距離に亘って、フランジ２ａ、２ｂの幅方向にスリット状のキー溝５１ａ、５１ｂを形成し、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂのキー溝５１ａ、５１ｂに適合して、シールド掘進機により切削可能な添接用キー部材５２を挿入し、フランジ２ａ、２ｂ及び添接用キー部材５２を貫通する取付穴３５を形成し、取付穴３５にシールド掘進機により切削可能な固定用軸部材を挿入して、第１部材１Ａと第２部材１Ｂを一体に接合する。
【解決手段】第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂのフランジ２ａ、２ｂに対して、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂの接合面１Ｃａ、１Ｃｂから長手軸線方向に所定の距離に亘って、フランジ２ａ、２ｂの幅方向にスリット状のキー溝５１ａ、５１ｂを形成し、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂのキー溝５１ａ、５１ｂに適合して、シールド掘進機により切削可能な添接用キー部材５２を挿入し、フランジ２ａ、２ｂ及び添接用キー部材５２を貫通する取付穴３５を形成し、取付穴３５にシールド掘進機により切削可能な固定用軸部材を挿入して、第１部材１Ａと第２部材１Ｂを一体に接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、地中を掘削するシールド掘進機の発進又は到達のための発進到達部を有するトンネル掘進用立坑における土留め壁体の構造に関するものである。特に、シールド掘進機により切削可能な土留め壁材用の横断面形状がＨ形（本願明細書及び特許請求の範囲では、Ｉ形をも含めて「Ｈ形」という。）とされる繊維強化樹脂製補強材である第１部材と第２部材とを長手軸線方向に一体に接合するための切削可能な継手構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５及び図６に示すように、トンネル掘進用立坑２００は、鉄筋コンクリート製の土留め壁体２０１及び底板２０２などにて構築されるが、立坑２００のシールド掘進機３００が発進又は到達する開口部分には、シールド掘進機３００により掘削が可能なように、繊維補強コンクリート壁体２０３を使用することが提案され、又実施されている。
【０００３】
つまり、立坑２００の鉄筋コンクリート製の土留め壁体２０１は、Ｈ型鋼或いは箱形鋼などの鋼部材１０１とされる立坑壁用部材（土留め壁材）１００にて構築されているが、シールド掘進機３００により切削可能な繊維補強コンクリート壁体２０３は、細長形状のシールド掘削用繊維補強コンクリート材１を縦方向に配置し、所定の間隔にて横方向に配列して構成される。シールド掘削用繊維補強コンクリート材１としては、従来種々の構造が提案されている。
【０００４】
特許文献１には、図４に示すように、シールド掘削用繊維補強コンクリート材１として切削可能なシールド掘削用繊維補強材を備えた立坑壁用部材、即ち、土留め壁材１００が記載されている。
【０００５】
本例にて、図４に示すように、土留め壁材１００は、シールド掘進機３００により切削可能なシールド掘削用繊維補強コンクリート材、即ち、繊維強化樹脂製補強材（ＦＲＰ製Ｈ型鋼）１と、繊維強化樹脂製補強材１の上下両端に固定された継手部１０とを有する。土留め壁材１００は、継手部１０を介して、立坑２００の構成鋼部材１０１であるＨ型鋼或いは箱形鋼などが接続される。
【０００６】
繊維強化樹脂製補強材１の上下両端に一体に形成される継手部１０は、連結金具１０ａ及び定着治具１０ｂ等を備え、連結金具１０ａの一端は、立坑構成鋼部材１０１に溶接、ボルトなどにより接続され、連結金具１０ａの他端は、繊維強化樹脂製補強材１の作製時に一体に成形された定着治具１０ｂの鋼製端板１０ｃに溶接、ボルトなどにより一体に接続される。継手部１０の構造は、これに限定されるものではなく、当業者には周知のその他種々の構造が可能である。
【０００７】
繊維強化樹脂製補強材１は、所定の幅の平面部を有し、長手軸線方向に延在するウェブ２と、このウェブ２の両縁部に一体に形成されたフランジ３、４を、横断面形状がＨ形となるように一体に成形した繊維強化樹脂材（ＦＲＰ材）である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１５４５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記構成の繊維強化樹脂材とされる土留め壁材１００を使用した立坑壁２０３は、シールド掘進機３００により掘削が可能であるという特長を有しているが、次のような問題がある。
【００１０】
つまり、大型のシールドのための土留め壁材１００は、必然的にその長さが長くなり、搬送が困難なものとなることがあり、分割して搬送することが余儀なくされる。また、路下施工等を行うものは現場接合する必要がある。このような場合、切削部とされる土留め壁材１００の接合部は、切削可能でなければならない。
【００１１】
そのために、土留め壁材１００にて、切断分離された第１部材及び第２部材とされた繊維強化樹脂製補強材１は、接合継手部に金属を使用することはできず、シールド掘進機にて切削可能でなければならない。そのため、シールド掘進機にて切削可能な部材のみで継手構造を構成する必要がある。
【００１２】
しかし、接合継手部を全て切削可能な部材で作製した場合には、曲げ耐力が小さく、土留め壁部材として十分な性能を発揮することが困難となる。
【００１３】
具体的には、従来のように、第１及び第２部材であるＦＲＰ製Ｈ型鋼を樹脂製添板と樹脂製ボルトを用いて接合した場合、ボルトのせん断耐力が小さいため、主としてフランジに生じる引張力及び圧縮力を十分伝えることができず、ボルトのせん断破壊により曲げ耐力が決まっていた。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、互いに接合される土留め壁材の維強化樹脂製補強材において、複数のせん断ずれ面を有する継手部を構成することにより、１本のボルトが伝達する耐力が向上した、シールド掘進機により切削可能な継手構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は本発明に係る切削可能な継手構造にて達成される。要約すれば、本発明は、シールド掘進機により切削可能な土留め壁材用の、長手軸線方向に延在するウェブと、このウェブの両端部に一体に形成されたフランジとを備えた横断面形状がＨ形とされる繊維強化樹脂製補強材とされる第１部材と第２部材とを長手軸線方向に接合するための継手構造であって、
前記第１部材及び前記第２部材の前記フランジに対して、前記第１部材及び前記第２部材の接合面から長手軸線方向に所定の距離に亘って、前記フランジの幅方向に少なくとも一つ以上のスリット状のキー溝を形成し、
前記第１部材及び前記第２部材の前記キー溝に適合して、シールド掘進機により切削可能な添接用キー部材を挿入し、
前記フランジ及び前記添接用キー部材を貫通する取付穴を形成し、前記取付穴にシールド掘進機により切削可能な固定用軸部材を挿入して、前記第１部材と前記第２部材を一体に接合する、
ことを特徴とする継手構造である。
【００１６】
本発明の一実施態様によると、前記添接用キー部材は、前記キー溝の横断面形状と同じとされる矩形の板状部材である。
【００１７】
本発明の他の実施態様によると、前記フランジの外側面及び／又は内側面に切削可能な添接板を配置し、前記添接板を前記フランジ及び前記添接用キー部材と共に前記固定用軸部材により固定し、前記第１部材と前記第２部材を一体に接合する。
【００１８】
本発明の他の実施態様によると、前記添接板及び前記添接用キー部材は、プラスチック、繊維補強プラスチック、又は、繊維補強発泡ウレタンで構成され、前記固定用軸部材は、プラスチック、又は、繊維補強プラスチックで構成される。また、前記添接板及び前記添接用キー部材は、繊維補強プラスチックとする場合には、補強繊維としては、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされるものを使用し、マトリクス樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むものを使用する。
【００１９】
本発明の他の実施態様によると、前記繊維強化樹脂製補強材は、強化繊維を軸線方向に沿って配列するか、若しくは、軸線方向に対して所定の角度にて傾斜して配列した強化繊維シートであるか、又は、クロス状の強化繊維シートであるか、又は、短繊維をランダム方向に配列したマット材に、樹脂を含浸して形成される。ここで、前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされる。また、前記樹脂は、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含む。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、互いに接合される土留め壁材の維強化樹脂製補強材において、複数のせん断ずれ面を有する継手部を構成することにより、１本のボルトが伝達する耐力が向上したシールド掘進機により切削可能な継手構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る継手構造の一実施例の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る継手構造の一実施例の概略構成を示す分解斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、図１の線ａ−ａに取った本発明に係る継手構造の一実施例の概略構成を示す断面図であり、図３（ｂ）は、同様の他の実施例を示す断面図である。
【図４】土留め壁材の一実施例を示す斜視図である。
【図５】立坑構造を説明するための断面図である。
【図６】立坑壁の構造を説明するための断面図である。
【図７】繊維強化樹脂製補強材を作製するための強化繊維シートの一実施例を示す斜視図である。
【図８】繊維強化樹脂製補強材を作製するための強化繊維シートの一実施例を示す分解斜視図である。
【図９】繊維強化樹脂製補強材の製造法を説明するための説明図である。
【図１０】繊維強化樹脂製補強材の製造法を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係るシールド掘削用繊維補強材の継手構造を図面に則して更に詳しく説明する。
【００２３】
実施例１
本発明は、土留め壁材に関するものであり、先に図４を参照して説明した土留め壁材１００におけるシールド掘削用繊維補強材１の切削可能な継手構造に特徴を有する。
【００２４】
図１〜図３に、本発明に係るシールド掘削用繊維補強材１の継手構造２０の一実施例を説明する。
【００２５】
先ず、図４を参照して、先に説明した土留め壁材１００におけるシールド掘削用繊維補強材１について再度説明する。
【００２６】
土留め壁材１００は、図５、図６を参照して上述したように、立坑２００のシールド掘削用立坑壁２０３を形成する立坑壁用部材、即ち、打込部材を構成する。
【００２７】
本実施例にて、図４に示すように、土留め壁材１００は、シールド掘進機３００により切削可能な繊維強化樹脂製補強材１と、繊維強化樹脂製補強材１の上下両端に固定された継手部１０とを有する。土留め壁材１００は、継手部１０を介して、立坑２００の構成鋼部材１０１であるＨ型鋼或いは箱形鋼などが接続される。
【００２８】
繊維強化樹脂製補強材１の上下両端に一体に形成される継手部１０は、従来と同様に、連結金具１０ａ及び定着治具１０ｂ等を備え、連結金具１０ａの一端は、立坑構成鋼部材１０１に溶接、ボルトなどにより接続され、連結金具１０ａの他端は、繊維強化樹脂製補強材１の作製時に一体に成形された定着治具１０ｂの鋼製端板１０ｃに溶接、ボルトなどにより一体に接続される。継手部１０の構造は、これに限定されるものではなく、当業者には周知のその他種々の構造が可能である。
【００２９】
（繊維強化樹脂製補強材）
図４を参照して、本実施例の細長形状の繊維強化樹脂製補強材１について説明する。
【００３０】
繊維強化樹脂製補強材１は、所定の幅（Ｗ１）の平面部を有し、長手軸線方向に長さ（Ｌ）だけ延在するウェブ２と、このウェブ２の両端部に一体に形成された所定の幅（Ｗ２）のフランジ３、４を、横断面形状がＨ形となるように一体に成形した繊維強化樹脂材（ＦＲＰ材）である。
【００３１】
本実施例の横断面形状がＨ形形状とされる繊維強化樹脂製補強材１は、図７に示すような連続強化繊維シート１１を使用して、引抜成形や加圧成型により作製することができる。勿論、図示してはいないが、クロス状の連続強化繊維シート１１を使用することもできる。更には、図示してはいないが、短繊維をランダム方向に配列したマット材を使用することもできる。
【００３２】
本実施例にて使用した連続強化繊維シート１１について説明する。
【００３３】
本実施例では、連続強化繊維シート１１は、図７及び図８に示すように、メッシュ状支持体シート１２を強化繊維層１３の片面に積層し、次いで、加熱加圧することにより作製した。
【００３４】
本実施例にて、連続強化繊維シート１１は、上述のように、樹脂透過性の支持体シート１２と、この支持体シート１２にて保持された強化繊維層１３とを有する。強化繊維層１３は、主軸に対して所定の角度（α）にて配列され、実質的に、即ち、連続強化繊維シート１１の先頭端と最後尾端を除いて一定の所定長さ（Ｆ）とされる長繊維の強化繊維１４にて形成される。シート形状とされる連続強化繊維シート１１には、未だマトリクス樹脂は含浸されてはいない。マトリクス樹脂は、使用時に含浸することもでき、場合によっては、使用に先立って予め含浸して連続強化繊維シート１１をプリプレグの状態としておくことも可能である。
【００３５】
本明細書にて「主軸」とは、連続強化繊維シート１１の長手方向に沿った軸を意味するものとする。樹脂透過性支持体シート１２は、図７及び図８に示す本実施例では、強化繊維層１３の片面に配置されているが、強化繊維層１３の両面に配置することもできる。
【００３６】
本実施例の連続強化繊維シート１１は、幅（Ｗ０）が１０〜１５０ｃｍ、長さ（Ｌ０）が１ｍ以上とされる。従って、連続的に行われる引抜成形加工用の基材として好適に使用し得る。
【００３７】
本実施例にて、強化繊維層１３を構成する強化繊維１４は、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされるものを使用することができる。
【００３８】
上記樹脂透過性支持体シート１２は、２軸又は３軸などのメッシュ状体或いはクロスとすることができるが、本実施例では図示するように、２軸メッシュ状体を使用した。２軸メッシュ状体１２の糸条１５、１６の間隔（ｗ１、ｗ２）は、通常１〜１００ｍｍ程度であるが、好ましくは２〜５０ｍｍである。
【００３９】
メッシュ状支持体シート１２にて強化繊維層１３を保持する方法としては、例えば、メッシュ状支持体シート１２を構成する縦糸１５及び横糸１６の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート１２を強化繊維層１３の片面或いは両面に積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート１２の縦糸１５及び横糸１６の部分を強化繊維層１３に溶着する。
【００４０】
樹脂透過性支持体シート１２としてクロスを使用した場合にも同様の方法にて、強化繊維層１３を保持することができる。
【００４１】
本実施例では、連続強化繊維シート１１における強化繊維層１３は、強化繊維１４として平均径７μｍ、収束本数１２０００本のＰＡＮ系炭素繊維ストランドを用い、繊維目付３００ｇ／ｍ2にて配列した。メッシュ状支持体シート１２は、縦糸１５及び横糸１６としてガラス繊維（番手３００ｄ、打ち込み本数１本／１０ｍｍ）を用いた２軸メッシュ状体であった。２軸メッシュ状体の糸条の間隔（ｗ１、ｗ２）は、１０ｍｍとした。
【００４２】
メッシュ状支持体シート１２の縦糸１５及び横糸１６には、熱可塑性樹脂を、含有量３０重量％の割合で含浸させた。
【００４３】
このようにして作製した連続強化繊維シート１１は、幅（Ｗ０）が５０ｃｍ、長さ（Ｌ０）が１００ｍ、強化繊維の主軸に対する傾斜角度αは４５°と、０°のものを使用した。以後、角度αが４５°のものをバイアス強化繊維シート１１ａと呼び、角度αが０°のものを一方向配列強化繊維シート１１ｂと呼ぶ。
【００４４】
図９及び図１０に概略示すように、バイアス強化繊維シート１１ａ、及び、一方向配列強化繊維シート１１ｂを概略Ｈ形形状に組合せて、モールドへと送給し、引抜成形し、その後硬化して、Ｈ形の繊維強化樹脂製補強材１を作製した。
【００４５】
バイアス強化繊維シート１１ａ及び一方向配列強化繊維シート１１ｂは、マトリクス樹脂を予め含浸してあるプリプレグを使用した。バイアス強化繊維シート１１ａ及び一方向配列強化繊維シート１１ｂにおける樹脂含有量は、３５重量％であった。バイアス強化繊維シート１１ａ及び一方向配列強化繊維シート１１ｂは、強化繊維として炭素繊維を使用した。
【００４６】
マトリクス樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むものを使用することができる。本実施例では、常温硬化型エポキシ樹脂を使用した。
【００４７】
引抜成形された繊維強化樹脂製補強材１は、通常、幅（Ｗ１）が５０〜６００ｍｍ、幅（Ｗ２）が１００〜４００ｍｍ、厚み（Ｔ）が５〜１００ｍｍ、長さ（Ｌ）が１５〜２０ｍとされる。本実施例では、幅（Ｗ１）４００ｍｍ、幅（Ｗ２）３００ｍｍ、厚み（Ｔ）５０ｍｍ、長さ（Ｌ）１６ｍのものであった。
【００４８】
（繊維強化樹脂製補強材の継手構造）
図１及び図２は、繊維強化樹脂製補強材１の継手構造２０の一実施例を示す。図１は、継手構造２０の組み立て後の斜視図である。図２は、継手構造２０を組み立てる前の分解斜視図である。
【００４９】
本実施例によれば、繊維強化樹脂製補強材１は、現場への搬送のために、略半分（Ｌ／2）の位置にて繊維強化樹脂製補強材１の長手軸線方向に対して直交する方向に切断され、第１の部材１Ａと第２の部材１Ｂとに分離されている。第１部材１Ａと第２部材１Ｂは、現場に搬送後に、本実施例に従って継手構造２０にて接続される。
【００５０】
第１部材１Ａと第２部材１Ｂとの切断位置におけるウェブ２ａ、２ｂの接合面１Ｃは、繊維強化樹脂製補強材１の長手軸線方向に対して直交する方向にて直線状であっても良いが、図示するように、一方を、本実施例では、第１部材１Ａのウェブ２ａの接合面１Ｃａを凸形状とし、他方の第２部材１Ｂのウェブ２ｂの接合面１Ｃｂは、第１部材１Ａの凸形状とは相補形状の凹形状とされる。このように切断することにより、第１及び第２部材１Ａ及び１Ｂを接合した時に、繊維強化樹脂製補強材１の長手軸線方向に対して直交する方向への位置ずれを抑制することができる。
【００５１】
本実施例によれば、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂのフランジ３ａ、４ａ及び３ｂ、４ｂには、接合部において、同じ構造の継手構造２０が形成される。従って、以下の説明では、主として、フランジ３ａ、３ｂに形成される継手構造２０について説明する。
【００５２】
本実施例によれば、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂのフランジ３ａ、３ｂ（４ａ、４ｂ）には、それぞれ、互いに対面する接合面１Ｃから長手軸線方向に沿って、それぞれ、フランジ３ａ、３ｂ（４ａ、４ｂ）の幅（Ｗ２）方向に貫通したスリット状の溝、即ち、スリット幅（ｔ１）のスリット５１ａ、５１ｂが、長手軸線方向に距離（Ｌ１）にて形成される。ここで、通常、スリット幅ｔ１は、１〜３０ｍｍとされる。
【００５３】
上記スリット５１ａ、５１ｂには、このスリット５１ａ、５１ｂに嵌合する形状をした、本実施例では、厚さ（ｔ２）（ｔ２≦ｔ１）、幅（Ｗ３）（Ｗ３≒Ｗ２）、長さ（Ｌ２）（Ｌ２≦２Ｌ１の矩形状とされる板状添接用キー部材５２が挿入される。
【００５４】
更に、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂの接合面１Ｃに対して長手軸線方向の両側に位置したフランジ３ａ、３ｂ（４ａ、４ｂ）の外側面に外側添接板５３が配置される。外側添接板５３は、その幅（Ｗ４）がフランジ３ａ、３ｂ（４ａ、４ｂ）の幅（Ｗ２）と略同じ幅（Ｗ４≒Ｗ２）とされ、また、外側添接板５３の長手軸線方向の長さ（Ｌ３）は、本実施例では、板状添接用キー部材５２の長さ（Ｌ２）より長くされる。
【００５５】
更に、図３をも参照すると理解されるように、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂの接合面の両側に位置したフランジ３ａ、３ｂ（４ａ、４ｂ）の内側面（即ち、ウェブ２ａ、２ｂ側）にもまた、各ウェブ２ａ、２ｂを挟んで両側に位置して内側添接板５４、５４が配置される。内側添接板５４は、フランジ３ａ、３ｂ（４ａ、４ｂ）がウェブ２ａ、２ｂから外方へと延在した領域に略相当する幅Ｗ５（＝（Ｗ２−Ｔ）／２）とされる。また、内側添接板５４の繊維強化樹脂製補強材１の長手軸線方向の長さ（Ｌ４）は、本実施例では、フランジ３ａ、３ｂの外側に配置した外側添接板５３の長さ（Ｌ３）と同じ（Ｌ４=Ｌ３）される。即ち、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂの接合面１Ｃの両側に位置したフランジ３ａ、３ｂ（４ａ、４ｂ）は、その外側面及び内側面に配置した外側添接板５３及び内側添接板５４により挟持される。
【００５６】
外側及び内側添接板５３、５４の厚さ（ｔ３、ｔ４）は、所望に応じて任意に設定されるが、通常、ｔ３、ｔ４は、１〜３０ｍｍとされる。ｔ３、ｔ４は同じであっても良く、異なっていても良い。
【００５７】
図２に示すように、各部材には、固定用軸部材の取付穴、即ち、固定用軸部材として使用されるボルト５６の挿通用貫通穴３５が形成される。例えば、キー溝５１ａが形成される、図１にて位置ａ−ａでは、外側添接板５３、フランジ３ａ、添接用キー部材５２、内側添接板５４を貫通して、また、キー溝５１ａが形成されない位置ｂ−ｂでは、外側添接板５３、フランジ３ａ、内側添接板５４を貫通して貫通穴３５形成され、ボルト５６が挿通される。ボルト５６にはナット５７が螺合され、各部材を一体的に固定する。ボルト５６の数は、本実施例では各側に１６個使用する態様を図示しているが、これに限定されるものではない。通常、各側で２〜３０個使用される。
【００５８】
これによって、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂは、本実施例の継手構造２０により接合面１Ｃにて一体的に接続され、長手軸線方向に連続した繊維強化樹脂製補強材１が形成される。
【００５９】
本実施例のボルト５６、ナット５７にて接合された継手構造２０によれば、図３（ａ）に示すように、ボルト５６に対して複数のせん断ずれ面、本実施例では、せん断ずれ面Ｓ１〜Ｓ６が形成されており、１本のボルトが伝達できる耐力が向上する。
【００６０】
上記実施例では、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂのフランジ３ａ、４ａ；３ｂ、４ｂに形成されるスリット溝５１ａ、５１ｂは、１つとされたが、フランジ３ａ、４ａ；３ｂ、４ｂの厚さ（Ｔ）に応じて、或いは、添接用キー部材５２の厚さ（ｔ２）を調整することにより、図３（ｂ）に示すように、更に複数の、例えば、２〜５のスリット溝５１ａ（５１ｂ）を形成し、各スリット溝５１ａ（５１ｂ）に添接用キー部材５２を挿入することもできる。この構成の場合には、更にボルト５６に対してのせん断ずれ面の数が増大することとなり、１本のボルトが伝達できる耐力は、更に向上する。
【００６１】
尚、上記実施例では、継手構造２０は、外側及び内側添接板５３、５４をフランジ３ａ、４ａ；３ｂ、４ｂの外側面及び内側面に配置し、フランジ３ａ、４ａ；３ｂ、４ｂを挟持する態様の構造とされたが、場合によっては、添接板５３、５４は、一方、或いは、両方を省略しても良い。また、固定用軸部材としては、ボルト５６、ナット５７の代わりに固定用のピンとすることもできる。
【００６２】
本実施例によれば、上記継手構造２０を構成する各部材、即ち、添接用キー部材５２、外側添接板５３、内側添接板５４は、切削可能部材とされ、プラスチック、繊維補強プラスチック（ＦＲＰ）、繊維補強発泡ウレタン（ＦＲＵ）等で構成される。
【００６３】
プラスチックとしては、ビニルエステル、不飽和ポリエステル、ポリアミド、エポキシ、ポリカーボネート、ウレタン、ナイロン、ＰＥ、ＰＴ、ＰＥＴ、ＰＰＳなどを使用することができる。
【００６４】
また、繊維補強プラスチックとする場合には、補強繊維としては、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされるものを使用することができる。マトリクス樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むものを使用することができる。
【００６５】
更に、繊維補強発泡ウレタンは、上記補強繊維を発泡ウレタンに混入した構成とされる。
【００６６】
また、固定用軸部材を構成するボルト及びナット（又は、ピン）もまた、切削可能部材とされ、ナイロン等のプラスチック、又は、上述のような繊維補強プラスチック等で構成される。
【００６７】
本実施例の具体例を寸法を挙げて説明すれば次の通りである。
【００６８】
本実施例で使用した繊維強化樹脂製補強材１は、上述のように、幅（Ｗ１）４００ｍｍ、幅（Ｗ２）３００ｍｍ、厚み（Ｔ）５０ｍｍ、長さ（Ｌ）１６ｍのものであった。
【００６９】
従って、第１及び第２部材１Ａ及び１Ｂの長さ（Ｌ／２）は、８ｍであった。
・スリット５１ａ、５１ｂのスリット幅（ｔ１）： ３００ｍｍ
・スリット５１ａ、５１ｂのスリット長さ（Ｌ１）：４８０ｍｍ
・板状添接用キー部材５２の長さ（Ｌ２）： ９００ｍｍ
・板状添接用キー部材５２の厚さ（ｔ２）： ２０ｍｍ
・板状添接用キー部材５２の幅（Ｗ３）： ３００ｍｍ
・外側添接板５３の長さ（Ｌ３）： １２００ｍｍ
・外側添接板５３の幅（Ｗ４）： ３００ｍｍ
・内側添接板５４の長さ（Ｌ４）： １２００ｍｍ
・内側添接板５４の幅（Ｗ５）： １００ｍｍ
・外側及び内側添接板５３、５４の厚さ（ｔ３、ｔ４）：２０ｍｍ
・ボルト５６、ナット５７：ＦＲＰ製、Ｍ２４のネジ（各側に合計１２個づつ使用）
【００７０】
上記諸寸法にて構成した本実施例の継手構造２０は、板状添接用キー部材等を備えていない通常の継手構造に比較すると、１本のボルトが伝達する耐力が１．５〜２倍へと著しく向上し、フランジに生じる引張力及び圧縮力、例えば、８０ｋＮに十分に耐えることができた。
【符号の説明】
【００７１】
１（１Ａ、１Ｂ） 繊維強化樹脂製補強材
２（２ａ、２ｂ） ウェブ
３（３ａ、３ｂ） フランジ
４（４ａ、４ｂ） フランジ
２０ 継手構造
５１（５１ａ、５１ｂ） スリット
５２ 添接用キー部材
５３ 外側添接板
５４ 内側添接板
５６、５７ ボルトナット（固定用軸部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、地中を掘削するシールド掘進機の発進又は到達のための発進到達部を有するトンネル掘進用立坑における土留め壁体の構造に関するものである。特に、シールド掘進機により切削可能な土留め壁材用の横断面形状がＨ形（本願明細書及び特許請求の範囲では、Ｉ形をも含めて「Ｈ形」という。）とされる繊維強化樹脂製補強材である第１部材と第２部材とを長手軸線方向に一体に接合するための切削可能な継手構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５及び図６に示すように、トンネル掘進用立坑２００は、鉄筋コンクリート製の土留め壁体２０１及び底板２０２などにて構築されるが、立坑２００のシールド掘進機３００が発進又は到達する開口部分には、シールド掘進機３００により掘削が可能なように、繊維補強コンクリート壁体２０３を使用することが提案され、又実施されている。
【０００３】
つまり、立坑２００の鉄筋コンクリート製の土留め壁体２０１は、Ｈ型鋼或いは箱形鋼などの鋼部材１０１とされる立坑壁用部材（土留め壁材）１００にて構築されているが、シールド掘進機３００により切削可能な繊維補強コンクリート壁体２０３は、細長形状のシールド掘削用繊維補強コンクリート材１を縦方向に配置し、所定の間隔にて横方向に配列して構成される。シールド掘削用繊維補強コンクリート材１としては、従来種々の構造が提案されている。
【０００４】
特許文献１には、図４に示すように、シールド掘削用繊維補強コンクリート材１として切削可能なシールド掘削用繊維補強材を備えた立坑壁用部材、即ち、土留め壁材１００が記載されている。
【０００５】
本例にて、図４に示すように、土留め壁材１００は、シールド掘進機３００により切削可能なシールド掘削用繊維補強コンクリート材、即ち、繊維強化樹脂製補強材（ＦＲＰ製Ｈ型鋼）１と、繊維強化樹脂製補強材１の上下両端に固定された継手部１０とを有する。土留め壁材１００は、継手部１０を介して、立坑２００の構成鋼部材１０１であるＨ型鋼或いは箱形鋼などが接続される。
【０００６】
繊維強化樹脂製補強材１の上下両端に一体に形成される継手部１０は、連結金具１０ａ及び定着治具１０ｂ等を備え、連結金具１０ａの一端は、立坑構成鋼部材１０１に溶接、ボルトなどにより接続され、連結金具１０ａの他端は、繊維強化樹脂製補強材１の作製時に一体に成形された定着治具１０ｂの鋼製端板１０ｃに溶接、ボルトなどにより一体に接続される。継手部１０の構造は、これに限定されるものではなく、当業者には周知のその他種々の構造が可能である。
【０００７】
繊維強化樹脂製補強材１は、所定の幅の平面部を有し、長手軸線方向に延在するウェブ２と、このウェブ２の両縁部に一体に形成されたフランジ３、４を、横断面形状がＨ形となるように一体に成形した繊維強化樹脂材（ＦＲＰ材）である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１５４５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記構成の繊維強化樹脂材とされる土留め壁材１００を使用した立坑壁２０３は、シールド掘進機３００により掘削が可能であるという特長を有しているが、次のような問題がある。
【００１０】
つまり、大型のシールドのための土留め壁材１００は、必然的にその長さが長くなり、搬送が困難なものとなることがあり、分割して搬送することが余儀なくされる。また、路下施工等を行うものは現場接合する必要がある。このような場合、切削部とされる土留め壁材１００の接合部は、切削可能でなければならない。
【００１１】
そのために、土留め壁材１００にて、切断分離された第１部材及び第２部材とされた繊維強化樹脂製補強材１は、接合継手部に金属を使用することはできず、シールド掘進機にて切削可能でなければならない。そのため、シールド掘進機にて切削可能な部材のみで継手構造を構成する必要がある。
【００１２】
しかし、接合継手部を全て切削可能な部材で作製した場合には、曲げ耐力が小さく、土留め壁部材として十分な性能を発揮することが困難となる。
【００１３】
具体的には、従来のように、第１及び第２部材であるＦＲＰ製Ｈ型鋼を樹脂製添板と樹脂製ボルトを用いて接合した場合、ボルトのせん断耐力が小さいため、主としてフランジに生じる引張力及び圧縮力を十分伝えることができず、ボルトのせん断破壊により曲げ耐力が決まっていた。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、互いに接合される土留め壁材の維強化樹脂製補強材において、複数のせん断ずれ面を有する継手部を構成することにより、１本のボルトが伝達する耐力が向上した、シールド掘進機により切削可能な継手構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的は本発明に係る切削可能な継手構造にて達成される。要約すれば、本発明は、シールド掘進機により切削可能な土留め壁材用の、長手軸線方向に延在するウェブと、このウェブの両端部に一体に形成されたフランジとを備えた横断面形状がＨ形とされる繊維強化樹脂製補強材とされる第１部材と第２部材とを長手軸線方向に接合するための継手構造であって、
前記第１部材及び前記第２部材の前記フランジに対して、前記第１部材及び前記第２部材の接合面から長手軸線方向に所定の距離に亘って、前記フランジの幅方向に少なくとも一つ以上のスリット状のキー溝を形成し、
前記第１部材及び前記第２部材の前記キー溝に適合して、シールド掘進機により切削可能な添接用キー部材を挿入し、
前記フランジ及び前記添接用キー部材を貫通する取付穴を形成し、前記取付穴にシールド掘進機により切削可能な固定用軸部材を挿入して、前記第１部材と前記第２部材を一体に接合する、
ことを特徴とする継手構造である。
【００１６】
本発明の一実施態様によると、前記添接用キー部材は、前記キー溝の横断面形状と同じとされる矩形の板状部材である。
【００１７】
本発明の他の実施態様によると、前記フランジの外側面及び／又は内側面に切削可能な添接板を配置し、前記添接板を前記フランジ及び前記添接用キー部材と共に前記固定用軸部材により固定し、前記第１部材と前記第２部材を一体に接合する。
【００１８】
本発明の他の実施態様によると、前記添接板及び前記添接用キー部材は、プラスチック、繊維補強プラスチック、又は、繊維補強発泡ウレタンで構成され、前記固定用軸部材は、プラスチック、又は、繊維補強プラスチックで構成される。また、前記添接板及び前記添接用キー部材は、繊維補強プラスチックとする場合には、補強繊維としては、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされるものを使用し、マトリクス樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むものを使用する。
【００１９】
本発明の他の実施態様によると、前記繊維強化樹脂製補強材は、強化繊維を軸線方向に沿って配列するか、若しくは、軸線方向に対して所定の角度にて傾斜して配列した強化繊維シートであるか、又は、クロス状の強化繊維シートであるか、又は、短繊維をランダム方向に配列したマット材に、樹脂を含浸して形成される。ここで、前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされる。また、前記樹脂は、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含む。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、互いに接合される土留め壁材の維強化樹脂製補強材において、複数のせん断ずれ面を有する継手部を構成することにより、１本のボルトが伝達する耐力が向上したシールド掘進機により切削可能な継手構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る継手構造の一実施例の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る継手構造の一実施例の概略構成を示す分解斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、図１の線ａ−ａに取った本発明に係る継手構造の一実施例の概略構成を示す断面図であり、図３（ｂ）は、同様の他の実施例を示す断面図である。
【図４】土留め壁材の一実施例を示す斜視図である。
【図５】立坑構造を説明するための断面図である。
【図６】立坑壁の構造を説明するための断面図である。
【図７】繊維強化樹脂製補強材を作製するための強化繊維シートの一実施例を示す斜視図である。
【図８】繊維強化樹脂製補強材を作製するための強化繊維シートの一実施例を示す分解斜視図である。
【図９】繊維強化樹脂製補強材の製造法を説明するための説明図である。
【図１０】繊維強化樹脂製補強材の製造法を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係るシールド掘削用繊維補強材の継手構造を図面に則して更に詳しく説明する。
【００２３】
実施例１
本発明は、土留め壁材に関するものであり、先に図４を参照して説明した土留め壁材１００におけるシールド掘削用繊維補強材１の切削可能な継手構造に特徴を有する。
【００２４】
図１〜図３に、本発明に係るシールド掘削用繊維補強材１の継手構造２０の一実施例を説明する。
【００２５】
先ず、図４を参照して、先に説明した土留め壁材１００におけるシールド掘削用繊維補強材１について再度説明する。
【００２６】
土留め壁材１００は、図５、図６を参照して上述したように、立坑２００のシールド掘削用立坑壁２０３を形成する立坑壁用部材、即ち、打込部材を構成する。
【００２７】
本実施例にて、図４に示すように、土留め壁材１００は、シールド掘進機３００により切削可能な繊維強化樹脂製補強材１と、繊維強化樹脂製補強材１の上下両端に固定された継手部１０とを有する。土留め壁材１００は、継手部１０を介して、立坑２００の構成鋼部材１０１であるＨ型鋼或いは箱形鋼などが接続される。
【００２８】
繊維強化樹脂製補強材１の上下両端に一体に形成される継手部１０は、従来と同様に、連結金具１０ａ及び定着治具１０ｂ等を備え、連結金具１０ａの一端は、立坑構成鋼部材１０１に溶接、ボルトなどにより接続され、連結金具１０ａの他端は、繊維強化樹脂製補強材１の作製時に一体に成形された定着治具１０ｂの鋼製端板１０ｃに溶接、ボルトなどにより一体に接続される。継手部１０の構造は、これに限定されるものではなく、当業者には周知のその他種々の構造が可能である。
【００２９】
（繊維強化樹脂製補強材）
図４を参照して、本実施例の細長形状の繊維強化樹脂製補強材１について説明する。
【００３０】
繊維強化樹脂製補強材１は、所定の幅（Ｗ１）の平面部を有し、長手軸線方向に長さ（Ｌ）だけ延在するウェブ２と、このウェブ２の両端部に一体に形成された所定の幅（Ｗ２）のフランジ３、４を、横断面形状がＨ形となるように一体に成形した繊維強化樹脂材（ＦＲＰ材）である。
【００３１】
本実施例の横断面形状がＨ形形状とされる繊維強化樹脂製補強材１は、図７に示すような連続強化繊維シート１１を使用して、引抜成形や加圧成型により作製することができる。勿論、図示してはいないが、クロス状の連続強化繊維シート１１を使用することもできる。更には、図示してはいないが、短繊維をランダム方向に配列したマット材を使用することもできる。
【００３２】
本実施例にて使用した連続強化繊維シート１１について説明する。
【００３３】
本実施例では、連続強化繊維シート１１は、図７及び図８に示すように、メッシュ状支持体シート１２を強化繊維層１３の片面に積層し、次いで、加熱加圧することにより作製した。
【００３４】
本実施例にて、連続強化繊維シート１１は、上述のように、樹脂透過性の支持体シート１２と、この支持体シート１２にて保持された強化繊維層１３とを有する。強化繊維層１３は、主軸に対して所定の角度（α）にて配列され、実質的に、即ち、連続強化繊維シート１１の先頭端と最後尾端を除いて一定の所定長さ（Ｆ）とされる長繊維の強化繊維１４にて形成される。シート形状とされる連続強化繊維シート１１には、未だマトリクス樹脂は含浸されてはいない。マトリクス樹脂は、使用時に含浸することもでき、場合によっては、使用に先立って予め含浸して連続強化繊維シート１１をプリプレグの状態としておくことも可能である。
【００３５】
本明細書にて「主軸」とは、連続強化繊維シート１１の長手方向に沿った軸を意味するものとする。樹脂透過性支持体シート１２は、図７及び図８に示す本実施例では、強化繊維層１３の片面に配置されているが、強化繊維層１３の両面に配置することもできる。
【００３６】
本実施例の連続強化繊維シート１１は、幅（Ｗ０）が１０〜１５０ｃｍ、長さ（Ｌ０）が１ｍ以上とされる。従って、連続的に行われる引抜成形加工用の基材として好適に使用し得る。
【００３７】
本実施例にて、強化繊維層１３を構成する強化繊維１４は、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされるものを使用することができる。
【００３８】
上記樹脂透過性支持体シート１２は、２軸又は３軸などのメッシュ状体或いはクロスとすることができるが、本実施例では図示するように、２軸メッシュ状体を使用した。２軸メッシュ状体１２の糸条１５、１６の間隔（ｗ１、ｗ２）は、通常１〜１００ｍｍ程度であるが、好ましくは２〜５０ｍｍである。
【００３９】
メッシュ状支持体シート１２にて強化繊維層１３を保持する方法としては、例えば、メッシュ状支持体シート１２を構成する縦糸１５及び横糸１６の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート１２を強化繊維層１３の片面或いは両面に積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート１２の縦糸１５及び横糸１６の部分を強化繊維層１３に溶着する。
【００４０】
樹脂透過性支持体シート１２としてクロスを使用した場合にも同様の方法にて、強化繊維層１３を保持することができる。
【００４１】
本実施例では、連続強化繊維シート１１における強化繊維層１３は、強化繊維１４として平均径７μｍ、収束本数１２０００本のＰＡＮ系炭素繊維ストランドを用い、繊維目付３００ｇ／ｍ2にて配列した。メッシュ状支持体シート１２は、縦糸１５及び横糸１６としてガラス繊維（番手３００ｄ、打ち込み本数１本／１０ｍｍ）を用いた２軸メッシュ状体であった。２軸メッシュ状体の糸条の間隔（ｗ１、ｗ２）は、１０ｍｍとした。
【００４２】
メッシュ状支持体シート１２の縦糸１５及び横糸１６には、熱可塑性樹脂を、含有量３０重量％の割合で含浸させた。
【００４３】
このようにして作製した連続強化繊維シート１１は、幅（Ｗ０）が５０ｃｍ、長さ（Ｌ０）が１００ｍ、強化繊維の主軸に対する傾斜角度αは４５°と、０°のものを使用した。以後、角度αが４５°のものをバイアス強化繊維シート１１ａと呼び、角度αが０°のものを一方向配列強化繊維シート１１ｂと呼ぶ。
【００４４】
図９及び図１０に概略示すように、バイアス強化繊維シート１１ａ、及び、一方向配列強化繊維シート１１ｂを概略Ｈ形形状に組合せて、モールドへと送給し、引抜成形し、その後硬化して、Ｈ形の繊維強化樹脂製補強材１を作製した。
【００４５】
バイアス強化繊維シート１１ａ及び一方向配列強化繊維シート１１ｂは、マトリクス樹脂を予め含浸してあるプリプレグを使用した。バイアス強化繊維シート１１ａ及び一方向配列強化繊維シート１１ｂにおける樹脂含有量は、３５重量％であった。バイアス強化繊維シート１１ａ及び一方向配列強化繊維シート１１ｂは、強化繊維として炭素繊維を使用した。
【００４６】
マトリクス樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むものを使用することができる。本実施例では、常温硬化型エポキシ樹脂を使用した。
【００４７】
引抜成形された繊維強化樹脂製補強材１は、通常、幅（Ｗ１）が５０〜６００ｍｍ、幅（Ｗ２）が１００〜４００ｍｍ、厚み（Ｔ）が５〜１００ｍｍ、長さ（Ｌ）が１５〜２０ｍとされる。本実施例では、幅（Ｗ１）４００ｍｍ、幅（Ｗ２）３００ｍｍ、厚み（Ｔ）５０ｍｍ、長さ（Ｌ）１６ｍのものであった。
【００４８】
（繊維強化樹脂製補強材の継手構造）
図１及び図２は、繊維強化樹脂製補強材１の継手構造２０の一実施例を示す。図１は、継手構造２０の組み立て後の斜視図である。図２は、継手構造２０を組み立てる前の分解斜視図である。
【００４９】
本実施例によれば、繊維強化樹脂製補強材１は、現場への搬送のために、略半分（Ｌ／2）の位置にて繊維強化樹脂製補強材１の長手軸線方向に対して直交する方向に切断され、第１の部材１Ａと第２の部材１Ｂとに分離されている。第１部材１Ａと第２部材１Ｂは、現場に搬送後に、本実施例に従って継手構造２０にて接続される。
【００５０】
第１部材１Ａと第２部材１Ｂとの切断位置におけるウェブ２ａ、２ｂの接合面１Ｃは、繊維強化樹脂製補強材１の長手軸線方向に対して直交する方向にて直線状であっても良いが、図示するように、一方を、本実施例では、第１部材１Ａのウェブ２ａの接合面１Ｃａを凸形状とし、他方の第２部材１Ｂのウェブ２ｂの接合面１Ｃｂは、第１部材１Ａの凸形状とは相補形状の凹形状とされる。このように切断することにより、第１及び第２部材１Ａ及び１Ｂを接合した時に、繊維強化樹脂製補強材１の長手軸線方向に対して直交する方向への位置ずれを抑制することができる。
【００５１】
本実施例によれば、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂのフランジ３ａ、４ａ及び３ｂ、４ｂには、接合部において、同じ構造の継手構造２０が形成される。従って、以下の説明では、主として、フランジ３ａ、３ｂに形成される継手構造２０について説明する。
【００５２】
本実施例によれば、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂのフランジ３ａ、３ｂ（４ａ、４ｂ）には、それぞれ、互いに対面する接合面１Ｃから長手軸線方向に沿って、それぞれ、フランジ３ａ、３ｂ（４ａ、４ｂ）の幅（Ｗ２）方向に貫通したスリット状の溝、即ち、スリット幅（ｔ１）のスリット５１ａ、５１ｂが、長手軸線方向に距離（Ｌ１）にて形成される。ここで、通常、スリット幅ｔ１は、１〜３０ｍｍとされる。
【００５３】
上記スリット５１ａ、５１ｂには、このスリット５１ａ、５１ｂに嵌合する形状をした、本実施例では、厚さ（ｔ２）（ｔ２≦ｔ１）、幅（Ｗ３）（Ｗ３≒Ｗ２）、長さ（Ｌ２）（Ｌ２≦２Ｌ１の矩形状とされる板状添接用キー部材５２が挿入される。
【００５４】
更に、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂの接合面１Ｃに対して長手軸線方向の両側に位置したフランジ３ａ、３ｂ（４ａ、４ｂ）の外側面に外側添接板５３が配置される。外側添接板５３は、その幅（Ｗ４）がフランジ３ａ、３ｂ（４ａ、４ｂ）の幅（Ｗ２）と略同じ幅（Ｗ４≒Ｗ２）とされ、また、外側添接板５３の長手軸線方向の長さ（Ｌ３）は、本実施例では、板状添接用キー部材５２の長さ（Ｌ２）より長くされる。
【００５５】
更に、図３をも参照すると理解されるように、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂの接合面の両側に位置したフランジ３ａ、３ｂ（４ａ、４ｂ）の内側面（即ち、ウェブ２ａ、２ｂ側）にもまた、各ウェブ２ａ、２ｂを挟んで両側に位置して内側添接板５４、５４が配置される。内側添接板５４は、フランジ３ａ、３ｂ（４ａ、４ｂ）がウェブ２ａ、２ｂから外方へと延在した領域に略相当する幅Ｗ５（＝（Ｗ２−Ｔ）／２）とされる。また、内側添接板５４の繊維強化樹脂製補強材１の長手軸線方向の長さ（Ｌ４）は、本実施例では、フランジ３ａ、３ｂの外側に配置した外側添接板５３の長さ（Ｌ３）と同じ（Ｌ４=Ｌ３）される。即ち、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂの接合面１Ｃの両側に位置したフランジ３ａ、３ｂ（４ａ、４ｂ）は、その外側面及び内側面に配置した外側添接板５３及び内側添接板５４により挟持される。
【００５６】
外側及び内側添接板５３、５４の厚さ（ｔ３、ｔ４）は、所望に応じて任意に設定されるが、通常、ｔ３、ｔ４は、１〜３０ｍｍとされる。ｔ３、ｔ４は同じであっても良く、異なっていても良い。
【００５７】
図２に示すように、各部材には、固定用軸部材の取付穴、即ち、固定用軸部材として使用されるボルト５６の挿通用貫通穴３５が形成される。例えば、キー溝５１ａが形成される、図１にて位置ａ−ａでは、外側添接板５３、フランジ３ａ、添接用キー部材５２、内側添接板５４を貫通して、また、キー溝５１ａが形成されない位置ｂ−ｂでは、外側添接板５３、フランジ３ａ、内側添接板５４を貫通して貫通穴３５形成され、ボルト５６が挿通される。ボルト５６にはナット５７が螺合され、各部材を一体的に固定する。ボルト５６の数は、本実施例では各側に１６個使用する態様を図示しているが、これに限定されるものではない。通常、各側で２〜３０個使用される。
【００５８】
これによって、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂは、本実施例の継手構造２０により接合面１Ｃにて一体的に接続され、長手軸線方向に連続した繊維強化樹脂製補強材１が形成される。
【００５９】
本実施例のボルト５６、ナット５７にて接合された継手構造２０によれば、図３（ａ）に示すように、ボルト５６に対して複数のせん断ずれ面、本実施例では、せん断ずれ面Ｓ１〜Ｓ６が形成されており、１本のボルトが伝達できる耐力が向上する。
【００６０】
上記実施例では、第１部材１Ａ及び第２部材１Ｂのフランジ３ａ、４ａ；３ｂ、４ｂに形成されるスリット溝５１ａ、５１ｂは、１つとされたが、フランジ３ａ、４ａ；３ｂ、４ｂの厚さ（Ｔ）に応じて、或いは、添接用キー部材５２の厚さ（ｔ２）を調整することにより、図３（ｂ）に示すように、更に複数の、例えば、２〜５のスリット溝５１ａ（５１ｂ）を形成し、各スリット溝５１ａ（５１ｂ）に添接用キー部材５２を挿入することもできる。この構成の場合には、更にボルト５６に対してのせん断ずれ面の数が増大することとなり、１本のボルトが伝達できる耐力は、更に向上する。
【００６１】
尚、上記実施例では、継手構造２０は、外側及び内側添接板５３、５４をフランジ３ａ、４ａ；３ｂ、４ｂの外側面及び内側面に配置し、フランジ３ａ、４ａ；３ｂ、４ｂを挟持する態様の構造とされたが、場合によっては、添接板５３、５４は、一方、或いは、両方を省略しても良い。また、固定用軸部材としては、ボルト５６、ナット５７の代わりに固定用のピンとすることもできる。
【００６２】
本実施例によれば、上記継手構造２０を構成する各部材、即ち、添接用キー部材５２、外側添接板５３、内側添接板５４は、切削可能部材とされ、プラスチック、繊維補強プラスチック（ＦＲＰ）、繊維補強発泡ウレタン（ＦＲＵ）等で構成される。
【００６３】
プラスチックとしては、ビニルエステル、不飽和ポリエステル、ポリアミド、エポキシ、ポリカーボネート、ウレタン、ナイロン、ＰＥ、ＰＴ、ＰＥＴ、ＰＰＳなどを使用することができる。
【００６４】
また、繊維補強プラスチックとする場合には、補強繊維としては、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされるものを使用することができる。マトリクス樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むものを使用することができる。
【００６５】
更に、繊維補強発泡ウレタンは、上記補強繊維を発泡ウレタンに混入した構成とされる。
【００６６】
また、固定用軸部材を構成するボルト及びナット（又は、ピン）もまた、切削可能部材とされ、ナイロン等のプラスチック、又は、上述のような繊維補強プラスチック等で構成される。
【００６７】
本実施例の具体例を寸法を挙げて説明すれば次の通りである。
【００６８】
本実施例で使用した繊維強化樹脂製補強材１は、上述のように、幅（Ｗ１）４００ｍｍ、幅（Ｗ２）３００ｍｍ、厚み（Ｔ）５０ｍｍ、長さ（Ｌ）１６ｍのものであった。
【００６９】
従って、第１及び第２部材１Ａ及び１Ｂの長さ（Ｌ／２）は、８ｍであった。
・スリット５１ａ、５１ｂのスリット幅（ｔ１）： ３００ｍｍ
・スリット５１ａ、５１ｂのスリット長さ（Ｌ１）：４８０ｍｍ
・板状添接用キー部材５２の長さ（Ｌ２）： ９００ｍｍ
・板状添接用キー部材５２の厚さ（ｔ２）： ２０ｍｍ
・板状添接用キー部材５２の幅（Ｗ３）： ３００ｍｍ
・外側添接板５３の長さ（Ｌ３）： １２００ｍｍ
・外側添接板５３の幅（Ｗ４）： ３００ｍｍ
・内側添接板５４の長さ（Ｌ４）： １２００ｍｍ
・内側添接板５４の幅（Ｗ５）： １００ｍｍ
・外側及び内側添接板５３、５４の厚さ（ｔ３、ｔ４）：２０ｍｍ
・ボルト５６、ナット５７：ＦＲＰ製、Ｍ２４のネジ（各側に合計１２個づつ使用）
【００７０】
上記諸寸法にて構成した本実施例の継手構造２０は、板状添接用キー部材等を備えていない通常の継手構造に比較すると、１本のボルトが伝達する耐力が１．５〜２倍へと著しく向上し、フランジに生じる引張力及び圧縮力、例えば、８０ｋＮに十分に耐えることができた。
【符号の説明】
【００７１】
１（１Ａ、１Ｂ） 繊維強化樹脂製補強材
２（２ａ、２ｂ） ウェブ
３（３ａ、３ｂ） フランジ
４（４ａ、４ｂ） フランジ
２０ 継手構造
５１（５１ａ、５１ｂ） スリット
５２ 添接用キー部材
５３ 外側添接板
５４ 内側添接板
５６、５７ ボルトナット（固定用軸部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機により切削可能な土留め壁材用の、長手軸線方向に延在するウェブと、このウェブの両端部に一体に形成されたフランジとを備えた横断面形状がＨ形とされる繊維強化樹脂製補強材とされる第１部材１Ａと第２部材とを長手軸線方向に接合するための継手構造であって、
前記第１部材及び前記第２部材の前記フランジに対して、前記第１部材及び前記第２部材の接合面から長手軸線方向に所定の距離に亘って、前記フランジの幅方向に少なくとも一つ以上のスリット状のキー溝を形成し、
前記第１部材及び前記第２部材の前記キー溝に適合して、シールド掘進機により切削可能な添接用キー部材を挿入し、
前記フランジ及び前記添接用キー部材を貫通する取付穴を形成し、前記取付穴にシールド掘進機により切削可能な固定用軸部材を挿入して、前記第１部材と前記第２部材を一体に接合する、
ことを特徴とする継手構造。
【請求項２】
前記添接用キー部材は、前記キー溝の横断面形状と同じとされる矩形の板状部材であることを特徴とする請求項１に記載の継手構造。
【請求項３】
前記フランジの外側面及び／又は内側面に切削可能な添接板を配置し、前記添接板を前記フランジ及び前記添接用キー部材と共に前記固定用軸部材により固定し、前記第１部材と前記第２部材を一体に接合することを特徴とする請求項１又は２に記載の継手構造。
【請求項４】
前記添接板は、プラスチック、繊維補強プラスチック、又は、繊維補強発泡ウレタンで構成され、前記固定用軸部材は、プラスチック、又は、繊維補強プラスチックで構成されることを特徴とする請求項３に記載の継手構造。
【請求項５】
前記添接板は、繊維補強プラスチックとする場合には、補強繊維としては、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされるものを使用し、マトリクス樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むものを使用することを特徴とする請求項４に記載の継手構造。
【請求項６】
前記添接用キー部材は、プラスチック、繊維補強プラスチック、又は、繊維補強発泡ウレタンで構成され、前記固定用軸部材は、プラスチック、又は、繊維補強プラスチックで構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の継手構造。
【請求項７】
前記添接用キー部材は、繊維補強プラスチックとする場合には、補強繊維としては、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされるものを使用し、マトリクス樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むものを使用することを特徴とする請求項６に記載の継手構造。
【請求項８】
前記繊維強化樹脂製補強材は、強化繊維を軸線方向に沿って配列するか、若しくは、軸線方向に対して所定の角度にて傾斜して配列した強化繊維シートであるか、又は、クロス状の強化繊維シートであるか、又は、短繊維をランダム方向に配列したマット材に、樹脂を含浸して形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の継手構造。
【請求項９】
前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされることを特徴とする請求項８の継手構造。
【請求項１０】
前記樹脂は、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むことを特徴とする請求項８又は９の継手構造。
【請求項１】
シールド掘進機により切削可能な土留め壁材用の、長手軸線方向に延在するウェブと、このウェブの両端部に一体に形成されたフランジとを備えた横断面形状がＨ形とされる繊維強化樹脂製補強材とされる第１部材１Ａと第２部材とを長手軸線方向に接合するための継手構造であって、
前記第１部材及び前記第２部材の前記フランジに対して、前記第１部材及び前記第２部材の接合面から長手軸線方向に所定の距離に亘って、前記フランジの幅方向に少なくとも一つ以上のスリット状のキー溝を形成し、
前記第１部材及び前記第２部材の前記キー溝に適合して、シールド掘進機により切削可能な添接用キー部材を挿入し、
前記フランジ及び前記添接用キー部材を貫通する取付穴を形成し、前記取付穴にシールド掘進機により切削可能な固定用軸部材を挿入して、前記第１部材と前記第２部材を一体に接合する、
ことを特徴とする継手構造。
【請求項２】
前記添接用キー部材は、前記キー溝の横断面形状と同じとされる矩形の板状部材であることを特徴とする請求項１に記載の継手構造。
【請求項３】
前記フランジの外側面及び／又は内側面に切削可能な添接板を配置し、前記添接板を前記フランジ及び前記添接用キー部材と共に前記固定用軸部材により固定し、前記第１部材と前記第２部材を一体に接合することを特徴とする請求項１又は２に記載の継手構造。
【請求項４】
前記添接板は、プラスチック、繊維補強プラスチック、又は、繊維補強発泡ウレタンで構成され、前記固定用軸部材は、プラスチック、又は、繊維補強プラスチックで構成されることを特徴とする請求項３に記載の継手構造。
【請求項５】
前記添接板は、繊維補強プラスチックとする場合には、補強繊維としては、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされるものを使用し、マトリクス樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むものを使用することを特徴とする請求項４に記載の継手構造。
【請求項６】
前記添接用キー部材は、プラスチック、繊維補強プラスチック、又は、繊維補強発泡ウレタンで構成され、前記固定用軸部材は、プラスチック、又は、繊維補強プラスチックで構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の継手構造。
【請求項７】
前記添接用キー部材は、繊維補強プラスチックとする場合には、補強繊維としては、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされるものを使用し、マトリクス樹脂としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むものを使用することを特徴とする請求項６に記載の継手構造。
【請求項８】
前記繊維強化樹脂製補強材は、強化繊維を軸線方向に沿って配列するか、若しくは、軸線方向に対して所定の角度にて傾斜して配列した強化繊維シートであるか、又は、クロス状の強化繊維シートであるか、又は、短繊維をランダム方向に配列したマット材に、樹脂を含浸して形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の継手構造。
【請求項９】
前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維等の無機繊維；チタン、スチール等の金属繊維；アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ＰＢО、高強度ポリプロピレン等の有機繊維；から選択されるいずれかの繊維であるか、或いは、前記繊維を複数種混入したハイブリッドタイプとされることを特徴とする請求項８の継手構造。
【請求項１０】
前記樹脂は、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、又は、ＭＭＡ等のラジカル反応系樹脂を少なくとも一種以上含むことを特徴とする請求項８又は９の継手構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１７５０（Ｐ２０１１−１７５０Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４５５７５（Ｐ２００９−１４５５７５）
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（３０６０３２３１６）新日鉄マテリアルズ株式会社 (196)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【出願人】（３０６０３２３１６）新日鉄マテリアルズ株式会社 (196)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]