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  プログラム概要
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「水道管の計算」は、水道管における管厚選定、耐震計算、液状化の判定を行うプログラムです。
管厚選定では、静水圧と水撃圧による内圧や土圧、路面荷重及び地震力等による外圧に耐える強度を持つものとして設計します。耐震計算では、地震動による地盤変位を求めて、管体に発生する応力や歪み及び継手の伸縮量を算定し許容値以下であることを判定します。

▲メイン画面

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  Ver.2.0.0 改訂内容<2018年 7月 25日リリース>NEW
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  1. 横断方向の設計および耐震設計における、複数管の同時計算に対応。
  2. 土かぶり範囲指定時の、グラフの出力に対応。

  プログラムの機能と特長
ライン
■適用管種
配水管に適用できる管種として、次の4種類を用意します。
  1. ダクタイル鋳鉄管
  2. 鋼管
  3. 硬質塩化ビニル管
  4. 水道配水用ポリエチレン管

これらの管種について規格や呼び径毎に管データとして基準値に登録されております.。登録された管データについては、必要に応じて追加や編集を行うことができます。また登録された管データは、管の材質と管種,呼び径を選択することで初期値として入力画面に設定することができます。 
  ▲基準値画面
■管厚選定
内外圧に対する管厚選定の計算内容は、下表の「管種毎の計算内容」に準じて計算を行います。

   検討対象
内圧に対する検討 外圧に対する検討
管種 ダクタイル鋳鉄管 管厚
鋼管 応力度 変形率
曲げ応力度
硬質塩化ビニル管 管厚 曲げ応力
撓み率
水道配水用ポリエチレン管 応力度 曲げ応力
撓み率
▲管種毎の計算内容

内圧については、静水圧と水撃圧を直接指定します。外圧については、鉛直土圧及び自動車荷重による路面荷重を考慮することができます。鉛直土圧は、垂直土圧公式、マーストン溝型公式から選択が可能です。また、埋設管路上をトラックが走行する際の自動車荷重として、道示式(45度分散式)とブーシネスク式を用いた輪荷重計算を行うことができます。ブーシネスク式では、荷重としてトラック1台または2台を考慮した設計を行うことができます。



▲自動車荷重(道示式) ▲自動車荷重(ブーシネスク式)


■複数管の一括計算
複数の管を同時に計算することができます。その際の複数管の選択については、2種類の方法を用意しています。
  1. 複数指定(下図左)
    単独の管と同じ入力を用意し、計算したい管種毎に計算条件を入力し計算を行います。
  2. 管種選択(下図右)
    基準値画面に登録している管種データを基に複数管の計算を行います。
画像をクリックすると大きな画像が表示されます。 画像をクリックすると大きな画像が表示されます。
▲複数指定 ▲管種選択

「複数指定」の方法では、水道管データを管毎に入力し、最大20種類の管のデータを用いて計算を行うことができます。その際に管種の名称や呼び径等は、単独指定と同様に編集することができます。「管種選択」の方法では、管種をリストから指定する方法となり、ここで管種名称の編集を行うことができません。「管種選択」では、呼び径や管厚のデータをあらかじめ「基準値」画面で入力されている管種データを参照いたします。よって、計算したい管種を一度「基準値」画面に登録する必要がありますが、登録された呼び径毎の管データについてはすべて照査対象となるため、「複数指定」と異なり一つ一つ管データを入力する手間を省くことができます。また、管の呼び径データを一括で計算するため実際に計算する管は、管種選択で指定した項目×呼び径のデータ数分計算することになります。それに伴い、計算書においては、右図のように呼び径×土被り×管種の結果を表示いたします。計算書において表示される結果については、縦方向の呼び径と横方向の土被りの表示を入れ替えて出力することも可能です。  
画像をクリックすると大きな画像が表示されます。
▲複数管種計算書 管厚算定

また、複数管の出力の対応と同時に計算結果のグラフの出力機能を追加します。グラフ出力については、管材質毎の照査項目に対応し結果を表示します。グラフについては、管種に対して縦軸を土被り,横軸を下記の照査項目に応じたグラフ表示を行い出力し、一目で結果を確認することができます。

管の材質 照査項目
 管厚算定 耐震計算
ダクタイル鋳鉄管 管厚 継手構造:応力、継手伸縮量、屈曲角
一体構造:ひずみ
鋼管 応力、変形率 一体構造:ひずみ
硬質ポリ塩化ビニル管 管厚、応力、撓み率  継手構造:応力、継手伸縮量、屈曲角
一体構造:ひずみ 
ポリエチレン管 応力、撓み率  継手構造:継手伸縮量、屈曲角
一体構造:ひずみ


■耐震計算
耐震設計では、水道施設の重要度(基幹管路、配水支管)に応じて地震時に保持すべき耐震性能を確保するように設計します。

管種・継手 配水支管が備えるべき耐震性能  基幹管路が備えるべき耐震性能
レベル1地震動に対して、
個々に軽微な被害が生じても、
その機能保持が可能であること。
レベル1地震動に対して、
原則として無被害であること。
レベル2地震動に対して、
個々に軽微な被害が生じても、
その機能保持が可能であること。
ダクタイル鋳鉄管
(NS形継手等)
ダクタイル鋳鉄管
(K形継手等)
注1)
ダクタイル鋳鉄管
(A形継手等)
×
鋳鉄管 × × ×
鋼管(溶接継手)  ○
水道配水用
ポリエチレン管
(融着継手) 注2)
注3)
水道配水用
ポリエチレン管
(冷間継手)
×
硬質塩化ビニル管
(RRロング継手)
注4)
注5) 
硬質塩化ビニル管
(RR継手) 
×
硬質塩化ビニル管
(TS継手) 
× × ×
石綿セメント管 × × ×

注1) ダクタイル鋳鉄管(K形継手等)は、埋立地など悪い地盤において一部被害はみられたが、岩盤・洪積層などにおいて、低い被害率を占めていることから、良い地盤においては基幹管路が備えるべきレベル2地震動に対する震性能を満たすものと制止することができる。
注2) 水道配水用ポリエチレン管(融着継手)の使用期間が短く、被災経験が十分でないことから、十分に耐震性能が検証されるには、未だ時間を要すると考えられる。
注3) 水道配水用ポリエチレン管(融着継手)は、良い地盤におけるレベル2地震(新潟県中越沖地震)で被害がなかったことから(フランジ継手には被害があった)が、布設延長が十分に長いとは言えないこと、悪い地盤における被災経験がないことから、耐震性能が検証されるには未だ時間を有すると考えられる。
注4) 硬質塩化ビニル管(RRロング継手)は、RR継手よりも継手伸縮性能が優れているが、使用期間が短く、被災経験もほとんどないことから、十分に耐震性能が検証されるには未だ時間を要すると考えられる。
注5) 硬質塩化ビニル管(RRロング継手)の期間管路が備えるべき耐震性能を判断する被災経験はない。
▲耐震適合性

継手構造管路、一体構造管路におけるレベル2地震動、レベル2地震動に対しての耐震設計手順は、以下のフローチャートに従い設計を行います。継手構造管路の場合は、併せて継手の伸縮量も照査します。


▲耐震設計のフローチャート

また、レベル1、レベル2地震動の地盤の水平変位振幅に地盤の条件に応じた地盤不均一度係数を考慮します。
ダクタイル鋳鉄管については、レベル2地震動の軸応力算出方法として震度4程度以上の地震時の観測結果から得られた式を用いることも可能です。
鋼管(一体構造管路)については、レベル2地震動の軸歪みに対して、滑り低減係数を考慮した設計を行うことができます。


■液状化の判定
液状化の判定は、「道路橋示方書・同解説 V耐震設計編 公益社団法人 日本道路協会」の判定方法にて照査します。液状化の判定については、道路橋示方書に対して、平成14年版と平成24年版の基準から選択することができます。

  適用基準及び参考文献
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適用基準
  • 『水道施設設計指針 2012』(公益社団法人 日本水道協会)
  • 『水道施設設計耐震工法指針・解説 2009年版 T総論』(公益社団法人 日本水道協会)
  • 『道路橋示方書・同解説 X耐震設計編 平成24年3月』(公益社団法人 日本道路協会)

参考文献
  • 『水道施設設計耐震工法指針・解説 2009年版 設計事例集』(公益社団法人 日本水道協会)
  • 『水道施設設計耐震工法指針・解説 1997年版 設計事例集』(公益社団法人 日本水道協会)
  • 『水道排水用ポリエチレン管・継手に関する調査報告書 平成10年 9月』(公益社団法人 日本水道協会)
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