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土留め工の設計 Ver.12
慣用設計法及び弾塑性法による土留め工解析・図面作成プログラム

最新版製品価格 ●リリース 2014年 10月01日
UC-1 仮設工
 はじめに
土留め工の設計Ver.12のリリースにあたり、新機能を中心にご紹介いたします。新バージョンでは、以下の機能対応を予定しています。
  1. 逆解析ツールの追加
  2. 弾塑性法において任意荷重の載荷に対応
  3. 周辺地盤の影響検討における簡易な情報化施工方法に対応
  4. タイロッド式土留めの控え矢板にハット型を追加
  5. 各掘削時ケースごとに法面の影響による上載荷重を算出する機能を追加
  6. その他要望対応
なお、新バージョンより製品構成が表1のように変更されます。Liteは従来の「土留め工の設計」、Standardは「土留め工の設計(フル機能版)」に対応し、今回追加される逆解析ツールを使用する場合はAdvancedのライセンスが必要となります。

  • 解析方法  慣用法  弾塑性法 逆解析ツール 旧製品
    土留め工の設計
    Ver.12 Lite
    × × 土留め工の設計
    土留め工の設計
    Ver.12 Standard
    × 土留め工の設計
    (フル機能版)
    土留め工の設計
    Ver.12 Advanced
    ---
    ▲表1 製品構成
 逆解析ツール
既知の条件から結果を得る順解析に対し、結果から未知のパラメータを得る手法は逆解析と呼ばれます。土留め工の設計においては、荷重条件や地盤物性、境界条件から結果(壁体変位など)を得るのが順解析(予測解析)であり、解析結果から地盤物性値などを得るのが逆解析(現状解析)となります。「土留め工の設計」は順解析を行うプログラムですが、今回の改訂では逆解析ツール(図1)を追加しました。

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▲図1 逆解析ツール

逆解析ツールの機能と特長は表2の通りです。基本的な検討の流れは、まず推定したい各地層の内部摩擦角φや粘着力cのパラメータ範囲(例えば、φについて30〜40度の範囲で分割数は3など)を設定します。設定した範囲で検討パラメータを変動させて弾塑性解析を繰り返し行い、全計算ケースの目的関数(実測値と解析値の差の二乗和)を算出し、目的関数や解析結果を参考に採用する土質物性値を決定します(図2)。

  • 解析方法  弾塑性法(解析法T)弾塑性法逆解析ツール旧製品
    パラメータ 各地層ごとに以下の土質物性値を推定することができます。
    • 内部摩擦角φ
    • 粘着力c
    • 水平地盤反力係数kH(または変形係数αE0)
      ※計算は設定したパラメータ範囲での総当りで行います。
    計測データ 以下の計測データを計算値と比較することができます。
    • 壁体変位(必須)
    • 壁体曲げモーメント(任意)
    • 支保工反力(切ばり軸力)(任意)
    機能 実測値と計算値とを比較、評価し、未知パラメータを推定します。
    推定したパラメータを反映させた「土留め工の設計」データをエクスポートし、
    「土留め工の設計」本体で改めて予測解析を行うことができます。 
    ▲表2 機能及び特徴(逆解析ツール)

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▲図2 逆解析による土質物性値の推定

なお、逆解析ツールでは元となるデータ(「土留め工の設計」データ)をインポートしますので、事前に予測解析を行ったデータを利用することができます。逆解析のために新たにゼロから条件を入力する必要はありません。逆解析ツールではインポートデータの条件に対して検討パラメータの範囲などを設定することになります。
また、逆解析を実行した後は指定したケースの土留め工の設計データ(*.f8L)をエクスポートできますので、逆解析により推定された土質物性値が設定されたエクスポートデータを利用して、「土留め工の設計」でその後の予測解析を改めて行うことができます。図3に逆解析を利用した検討例を示します。

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▲図3 逆解析を利用した検討例
 弾塑性法において任意荷重の載荷に対応
弾塑性解析を行う場合、各検討ケースにおける任意荷重(分布荷重)の載荷に対応しました(図4)。任意荷重は各検討ケースの各壁ごとに分布荷重として最大20まで登録することができます。任意荷重は、掘削時はもちろん支保工撤去時にも載荷することができます。

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▲図4 任意荷重
 周辺地盤の影響検討時、簡易な情報化施工方法に対応
「都市部鉄道構造物の近接施工対策マニュアル」(鉄道総合技術研究所 平成19年1月)では、簡易な情報化施工方法として、掘削深さと周辺地盤の沈下量とその発生位置を用いて作図することによる、将来の周辺地盤沈下量予測の検討手法が示されており、今回の改訂では本手法に対応しました。

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▲図5 簡易な情報化施工方法の概念図

本手法は、掘削に伴う周辺地盤の沈下に着目し、現場計測されたデータから施工に伴う周辺地盤沈下の関係をモデル化することにより、ある掘削ステップにおいて、その掘削ステップ以前のデータから次の掘削ステップ以降における周辺地盤沈下量を予測するものです(図5)。
 タイロッド式土留めの控え矢板にハット型を追加
タイロッド式土留めの控え杭に用いる鋼材として、新たにハット形鋼矢板を追加しました(図6)。計算はもちろんのこと、作図も対応しています。
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▲図6 ハット形と従来形の継ぎ手状態の違い
 各掘削時ケースごとに法面の影響による上載荷重を算出する機能を追加
法面の影響の考え方の一つに図7のように換算上載荷重強度を算定し、設定された上載荷重強度に加算する方法があります。前バージョンまではこの算定に用いる主働すべり面の開始位置は1種類(最終掘削時の掘削底面または直接入力された位置)のみの指定となっており、これによって計算された上載荷重を全掘削時ケースに加算していました。今回の改訂では、主働すべり面の開始位置を各掘削時ケースごとに指定できるように機能拡張しました。

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▲図7 法面の影響による上載荷重
 おわりに
これまでにご紹介した機能以外にも、(1)周辺地盤の影響検討における軌道の簡便推定法に対応、(2)中間杭の設計に使用する切ばりの(自重+鉛直)荷重を段ごとに入力できるように機能拡張、(3) 粘性地盤の場合の最小土圧に上載荷重の考慮の有無が選択できるように追加、など多くのご要望に対応しております。
今後もユーザ様からのご意見、ご要望を取り入れ改善・改良を加えて参ります。どうぞご期待ください。
(Up&Coming '14 秋の号掲載)
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