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シールド管路耐震検討ソフト | |
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概要
荷重条件
断面力の算定方針
特殊荷重の検討
特殊荷重モデル種別
荷重方向の設定
| ■概要 |
| 本ソフトは（財）先端建設技術センター編『内水圧が作用するトンネル覆工構造設計の手引き・平成11年3月、ＡＣＴＥＣ技資 第99512号』を参考に、地下河川・雨水貯留管、伏起し管等 の内水圧のかかるセグメントの断面力算定及びその応力度照査（主断面・継手部）を行なうものである。
なお、『先端建設手引き』によると、従来よりの『シールド工事用標準セグメント・2001・ （社）日本下水道協会』等で規定される「慣用計算法」「修正慣用法」では、内水圧計算時の変形モードに一致する地盤及力分布を設定できない場合がある等の理由で適用困難としている 事から本ソフトにおいても、これに準じ、断面力算定はWinklerの仮定を基にした「剛性一様リング－地盤ばねモデル計算法」により評価する。 |
| ■荷重条件 |
| シールド覆工を考える上での荷重については内水圧以外原則的には『シールド工事用標準セ グメント・2001・（社）日本下水道協会』に準じるものとするが、『先端建設手引き』では、一つの覆工の設計にあたっては下表に示す"荷重の組み合せ"を満足させる事を基本としており、本ソフトにおいてもこの手順に準じるものとする。 |
| 荷重 ケース |
管内の状態 | 土圧 | 地下水圧 | 内水圧 | 自重 | 地盤 反力 |
許容応力度 の割増し |
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| 大 | 小 | 高 | 低 | 平常 | 異常 | |||||
| １ | 空水の状態 | ○ | ○(*1) | ○ | ○ | 1.0 | ||||
| ２ | 空水の状態 | ○ | ○ | ○ | ○ | 1.0 | ||||
| ３ | 平常時内水位 | ○ | ○(*2) | ○ | ○ | ○ | ○ | 1.0 | ||
| ４ | 平常時内水位 | ○(*3) | ○ | ○ | ○ | ○ | 1.0 | |||
| ５ | 異常時内水位 | ○ | ○(*2) | ○ | ○ | ○ | ○ | 1.5 | ||
| ６ | 異常時内水位 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | 1.5 | |||
| *1 | 地下水位の高低とはトンネル施工中、将来変動予測による地下水の変動に対するチェックで、
通常年間水位調査（最高、最低水位の抽出）に基ずく。変動考慮をしない場合は荷重ケース1 の検討は省く。 |
| *2 | メタル構造の場合には、鋼材の圧縮が厳しくなる為、「高」のケースも検討する。 |
| *3 | 最小土圧とは、内水圧考慮のトンネルでは必ずしも作用土圧が大きい程厳し くなるとは限らない事から『先端建設手引き』に示されている条件を基に仮定する。 |
| ■断面力の算定方針 |
| 内圧を考慮した断面力の算定には従来より一般に用いられてきた慣用計算法では適用困難な為、
Winklerの仮定を基にした「剛性一様リング－地盤ばねモデル」により検討する。 なお、この計算法には 1）完全剛性一様リング－地盤ばねモデル計算法 2）平均剛性一様リング－地盤ばねモデル計算法 の２つの考え方があり、本ソフトでは両者の計算が可能な様に配慮しているものの、一般に標準 セグメントの常時計算時においては、修正慣用法での継手曲げ剛性の低下を考慮する事は難しく、 実際には有効率η＝1割増率ζ＝0とした慣用計算法の考え方が一般的な事から「完全剛性一様 リング－地盤ばねモデル計算法」を一応のベースとしている。 なお、これら「剛性一様リング－地盤ばねモデル計算法」での地盤反力の考え方は、慣用計算 法と異なり、地盤反力をトンネル周囲の地盤バネで評価し、その作用範囲は覆工が地盤内へ変位する部分のみ、その変位に比例した反力を考慮するものである。（Winklerの仮定） さらに、『先端建設手引き』では、以下に示す2ケースの外荷重の扱いが示されているが、実際 にはトンネル変形の実現象、あるいは、慣用計算法との整合より①による方法を原則とし、責任技術者の判断によっては②でも良いとの考えに従った内容としている。 |
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| ①鉛直荷重に対する地盤反力を等分反力とする場合 底部鉛直荷重＝上部鉛直荷重+自重） |
②底部鉛直荷重として水圧のみ考慮する場合 底部鉛直荷重＝地下水圧+自重） |
| ■特殊荷重の検討 |
| 一般にシールド工法が採用されるルートには、下記(1)～(7)に示す様な様々な既設構造物等が多く、むしろこのような特殊荷重の影響がシールド工法の決定根拠となるケースもあります。
そこで本ソフトでは内圧検討の他、これら近接施工の検討に対応すべく、変則的な位置、大きさ、 を持つ特殊荷重の設定も組み込んでいます。 (1)シールドに直接影響を及ぼす地上構造物等の上載荷重 (2)杭打ち（仮設含む）による、施工時荷重 (3)橋梁等のコンクリート基礎あるいは基礎杭の影響荷重 (4)岩盤層等の膨張性地盤 (5)裏込注入圧や近接での地盤改良の影響荷重 (6)併設トンネルの相互干渉の影響（本ソフトではこの相互干渉の影響自体を求めるものではないが、 例えばFEM解析等により与えられる影響荷重を常時荷重以外に任意荷重として変則の位置、 大きさ等を追加設定出来る） (7)その他 これら荷重は常時で扱う荷重形態とは別に形状、大きさ位置等が、変則な等分布荷重として追加される 事になるが、本ソフトでは、内圧検討に用いる『剛性一様リング―地盤ばねモデル』を利用し、 これら特殊荷重についての対応も考慮しています。 |
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| 建物荷重 | 橋台荷重 |
| ■特殊荷重モデル種別 |
| 特殊荷重形態については用途に応じて以下の４種類より選択できます。 |
| １．不等分布荷重 | ２．三角形分布荷重 | ３．全周分布荷重 | ４．内水圧荷重 |
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| a:図心左から荷重左端までの距離
b:図心左から荷重右端までの距離 P1:荷重左端の荷重値 P2:荷重右端の荷重値 |
a:図心左から荷重左端までの距離
b:図心左から荷重頂部までの距離 P1:荷重頂部の荷重値 |
P1:図心頂部の荷重値
P2:図心側部の荷重値 P3:図心底部の荷重値 |
P1:図心頂部の荷重値
P2:図心側部（上側）の荷重値 P3:図心側部（下部）の荷重値 P4:図心底部の荷重値 |
| 荷重戴荷位置は鉛直方向上側要素（部材）に対する方向は投影及び直角が選択できます。 | 荷重戴荷位置は鉛直方向上側要素（部材）に対する方向は投影及び直角が選択できます。三角形は二等辺三角形とします。 | 要素（部材）に対する方向は直角となります。 | 要素（部材）に対する方向は投影となります。 |
| 等分布荷重：P1=P2 不等分布荷重：P1≠P2 三角分布：P1=0 |
P1のみ設定可能 P2=0 |
等分布荷重：P1=P2=P3 不等分布荷重：P1>P2>P3 |
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| ■荷重方向の設定 |
| 本ソフトではセグメントの円環を３６分割フレームでモデル化するが、
これを構成する各部材に対し、前項に示した荷重が、どの方向に働くか指定出来ます。
荷重方向としては"部材直角方向"と"部材投影方向"より選択する。 |
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| ①部材直角方向 | ②部材投影方向 |
| ①荷重ａを部材に対し、直角方向に分布させる。 ②部材の傾きに関係なく荷重ａの方向。大きさをそのまま分布させる。 ※①直角方向を指定すれば例えば下記の様な荷重分布となります。 |
| 例）鉛直上面に1.0KN/m2の等分布荷重を設定させた場合 |
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| ①部材直角方向 | ②部材投影方向 |
