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BOXカルバートの設計計算(W)Q&A

UCー1 インフォメーションセンタ


T.断 面 方 向 

1.適用範囲、制限事項

Q1− 1. 本プログラムの適用範囲。
A1− 1. ・適用基準 
 S62『道路土工 擁壁・カルバート・仮設構造物工指針』(以下「土工指針」と略)
 S61建設省『土木構造物標準設計第1巻(側こう類・暗きょ類)』(以下「標準設計」と略)
 H6道路公団『設計要領 第二集』(以下「設計要領 第二集」と略)

・適用形状:1連・2連BOX

・計算項目
1)断面方向の計算。
 ・基礎形式:直接基礎、杭基礎、バネ基礎
 ・荷重ケース:死荷重:3ケース
 ・頂版の温度変化考慮可能。
 ・内水位、外水位設定可能。
  任意死荷重:2ケース
  活荷重:定型:2ケース
  任意:5ケース
 ・照査項目
  ・断面力算出、各部応力度照査、スターラップの計算、付着応力度照査、鉄筋段落とし照査、安定計算。

2)翼壁の計算
 断面力算出、応力度照査、補強鉄筋の計算(道路公団)、鉄筋段落とし照査。

3)縦方向の計算
 ・基礎形式:杭基礎、バネ基礎、断面力算出、応力度照査。

4)別売UCーCADシリーズ「BOX本体配筋図」、「翼壁配筋図」への連動データ作成。
 (BOX本体のコンクリート体積および型枠面積算出。)
 
Q1− 2. 主な制限事項。
A1− 2. ・断面形状
 ・ハンチ高(幅)<1/2内空高(幅)。
 ・2連BOXで中壁に穴の開いたモデルは不可。
 ・BOX天端が地表面より突出したモデルは不可。
 ・斜角モデルは不可。
 ・格点番号、着目点数、部材の剛度の任意変更は何れも不可。
・杭基礎
 ・「1×2」〜「15×15」(1本杭および断面方向1列杭は不可。)
 ・斜杭不可。
・翼壁形状
 ・翼壁先端高の無いモデルは不可。
 ・翼壁下端がBOX底面より下方まである場合は不可。
 
Q1− 3. 適用基準を「土工指針」とした場合、材料の基準値および許容応力度の表において、ヤング係数と鉄筋の許容応力度の初期設定の根拠は。
A1− 3. ヤング係数
「コンクリート標準示方書」(土木学会)では、昭和61年制定から
  σck = 210 kgf/cuはΕc = 2.35×105 kgf/cu になっています。
 また、「道路橋示方書」((社)日本道路協会)では平成2年2月に改訂されています。
 実務ではΕc = 2.35×105 kgf/cu を使用されていると判断して初期設定しています。

鉄筋許容曲げ引張応力度
 土中構造物に対し、σsa = 1600 kgf/cuとしているケースが多いと判断し、初期設定しています。

いずれも修正が可能です。対象構造物の設計条件に応じて設定してください。

2.死荷重

Q2− 1. 死荷重の設定方法。
A2− 1. 死荷重は最大3ケース設定可能です。
「入力」→「断面方向データ」→「水位データ」にて設定します。
 
no 内水位 外水位
1
2
3
 
Q2− 2. 「材料の単位重量」〜土の単位重量と水位の関係について〜
A2− 2. ・「水位なし」の場合
 湿潤重量を用いて上載土および土圧を求めます。
・上載土の途中に水位がある場合
 水位より上
  湿潤重量を用いて上載土および土圧を求めます。
 水位より下
  飽和重量−水の重量=土の水中重量
  水中重量を用いて上載土および土圧を求めます。
 水の重量を用いて水圧および揚圧力(浮力)を求めます。
 
Q2− 3. 「隅角部格点集中荷重他」で「自重・浮力の計算方法」の選択肢は安定断面計算何れにも有効か。
A2− 3. この選択肢は断面計算に有効で安定計算は常に「全幅」で計算しています。
 
Q2− 4. 隅角部集中荷重の考え方。
A2− 4. 本プログラムでは、各部材厚中心に軸線を設定し骨組モデル化しています。隅角部について、骨組からはみ出す部分に作用する荷重を隅角部格点に集中荷重として考慮するか否かを指定できるようにしたものです。
詳しくは、プログラム解説書第4章「理論および計算方法」を参照してください。

3.温度変化

Q3− 1. 頂版温度変化の設定方法。
A3− 1. 「基準値」→「水平土圧係数 頂版温度」にて設定。
下記のように温度変化量を入力して下さい。本プログラムでは温度差(頂版の上面と下面とで温度が違う状態)は扱っていません。
 例)20度から30度に変化する場合:+10度
   20度から10度に変化する場合:−10度
  とそれぞれ入力してください。

温度荷重を入力することにより自動的に基本荷重1(温度上昇)、基本荷重2(温度下降)を作成し、「死荷重」や「死荷重+活荷重」ケースに対して組み合わせを行います。組み合わせの際は温度荷重による断面力を割増し係数「1.15」で割り戻しています。(荷重の組み合わせについては「Q8−2.」 参照)

4.土 圧

Q4− 1. 水平土圧係数」が2ケース入力する欄があるが、その意味は何か。
A4− 1. 道路公団設計要領では「・・・水平土圧係数はKhは、0.3と0.5とし、安全のため両方の応力で照査することとした。・・・」(H6「設計要領 第二集」8−7参照)とあるため2ケース入力できる欄を設けています。
本プログラムでは2ケース入力すると死荷重および定型2の活荷重に対して、それぞれの土圧係数を用いて荷重データを作成します。
 
Q4− 2. 偏土圧の計算は可能か。
A4− 2. 「基準値」→「水平土圧係数」において
 左右異なる水平土圧係数を設定できます。ただし、上載荷重に比例するので上下の強度を任意に与えることはできません。土圧係数を0として任意死荷重で定義するのが適切だと思います。
 
Q4− 3. 鉛直土圧係数「α」を画面上で修正保存し再度読み込んで、画面を操作しているうち「α」値が変わってしまった。
A4− 3. 「α」は断面形状寸法や上載土高で決まるものなので「α」を修正後、再び「BOX断面寸法」設定画面や「BOX上載荷重」設定画面を開き「確定」ボタンを押した時点でデフォルト値に戻されてしまいます。
 
Q4− 4. 道路公団仕様において土圧の割り増しあるいは低減について考慮可能か。
A4− 4. 設計要領(道路公団仕様)では土圧の割り増しに用いる鉛直土圧係数αを次の式で算出しています。

  α = 1.00 + 0.207・(h1/B) - 0.0143・(h1/B)^2

この結果は入力の「鉛直土圧係数・他」に表示され、変更が可能です。また、低減につきましては下限値α=0.1まで入力可能で考慮できるようになっています。

5.任意死荷重

Q5− 1. 任意死荷重の設定方法。
A5− 1. 任意死荷重は最大2ケース設定可能です。
「入力」→「断面方向データ」→「任意死荷重」にて設定します。
ここで「任意死荷重」の設定画面下に死荷重NO1、2、3という項目が表示されています。これは「水位データ」のケース no1、2、3にそれぞれ対応しています。
そこで「任意死荷重」設定画面下の「死荷重 NO1、NO2 NO3」にチェックマークを付けると、それぞれ「死荷重+任意死荷重」の組み合わせができます。
 注)任意死荷重の向き:鉛直下向き、水平右向きが正
   任意死荷重の載荷範囲:BOX全幅、全高以内
   BOX内空にも載荷可能です。

6.活 荷 重

Q6− 1. 活荷重はどこで設定するのか。
A6− 1. 1)「適用基準・基本条件」で「自動車荷重」を「考慮する」とします。

2)「基準値」→「活荷重定型活荷重強度」で設定します。
 なおT荷重(単軸)、T荷重(2軸)の違い及び適用方法は以下の通りです。
 ・単軸:後輪荷重のみを支間中央に載荷する。
 ・2軸:前輪、後輪を載荷し後輪荷重を支間中央に載荷する。

例)「T−25」の場合
 単軸:T−20と入力してください。(後輪10トン×2)
 2軸:T−25と入力してください。
 何れを適用するかは設計者の判断です。

 「TT−43」の場合
 前輪、後輪それぞれの荷重分散重複部分の載荷長の中心が頂版軸線中心となるように載荷しています。
 ちなみにTT−43の場合は「T−〜」の欄に何を入力しても計算には関係しません。
 
Q6− 2. T−25荷重を設定したら、「12.5tf」で印字される。
A6− 2. 「単軸」(後輪のみ)であるにも拘らず「T−25」と入力したためです。
前記のように「T−25」の場合
 「単軸」:T−20と入力してください。(後輪10トン×2)
 「2軸」:T−25と入力してください。
 
Q6− 3. Q.6−2にある(後輪10tX2)はどの様な基準からきているのか。
A6− 3. 適用基準は、「道路橋示方書・同解説 T共通編」の2.1.3活荷重です。
本プログラムでは、「基準値」→「活荷重 定型荷重強度」でT荷重(単軸)と指定された場合、活荷重(tf)に入力された値に0.5を乗じた値を後輪活荷重にセットしています。
一方、T荷重(2軸)と指定された場合は活荷重(tf)に入力された値に0.4を乗じた値を後輪活荷重、0.1を乗じた値を前輪活荷重にセットしています。この後輪活荷重,前輪活荷重は修正可能です。また、計算には後輪活荷重,前輪活荷重の入力値を用いています。活荷重(tf)で入力された値は、出力のみに反映されます。
 
Q6− 4. 車輪間隔のデフォルト値が「6.0m」となっている根拠。
A6− 4. 「道路土工における車両の大型化への対応−道路土工指針検討小委員会−」
(雑誌「道路」1994−7 P43参照)
 
Q6− 5. 「基準値」→「土被りによる活荷重」において土被りGHの意味。
A6− 5. 活荷重の扱いで土被りが一定以上になった場合、輪荷重を分散した値ではなく等分布荷重を載荷する考え方が各指針でうたわれていますが(土工指針:3.5m以上、設計要領 第二集:4.0m以上)、本プログラムでは各指針の値にとらわれず、設計者が指定したGHを参照して、「土被り厚(入力した舗装厚+盛り土厚)≧GH」ならば必ず等分布荷重として考慮する仕様になっています。
したがって例えば土被りが2mでも等分布荷重として考慮したい場合は「GH=2m」と入力すればよく、逆に土被りに関係なく輪荷重として考慮したい場合は「GH>実際の(舗装厚+盛土厚)」としてGHを入力してください。
 
Q6− 6. 活荷重を輪荷重として入力したつもりなのに、等分布荷重として印刷される。
A6− 6. 「基準値」→「土被りによる活荷重」において
GH=「舗装厚+盛り土厚」(=土被り厚)としていませんか。
ここでの入力の意味は「土被り厚≧GH」の場合、等分布荷重Qwを路面に載荷することを示しています。
GH>「舗装厚+盛り土厚」として入力して再計算してください。
 「Q6−4.」も併せて参照してください。
 
Q6− 7. 基準値・設定値の既定値で、「土工指針」の場合、断面力の低減係数が0.9になっている根拠は。
A6− 7. 「土工指針」が選択されたとき、「道路土工における車両の大型化への対応」に準じて、断面力の低減係数を算出しています。 
「基準値」および「断面力の低減係数」は、設定された基準類に応じて初期設定または算出していますが、いずれも画面上で変更可能となっています。
 
Q6− 8. 活荷重の低減係数とは何か。
A6− 8. 断面力低減係数として下記のようになっています。
 
土かぶりh≦1.0かつ内空幅B’≧4mの場合 左記以外の場合
β=1.0 β=0.9

(「道路土工における車両の大型化への対応−道路土工指針検討小委員会−」雑誌「道路」1994−7 P44参照)
 
Q6− 9. 後輪荷重の低減係数「β」を画面上で修正保存し再度読み込んで、画面を操作しているうち「β」値が変わってしまった。
A6− 9. 「β」は断面形状寸法や上載土高で決まるものなので「β」を修正後、再び「BOX断面寸法」設定画面や「BOX上載荷重」設定画面を開き「確定」ボタンを押した時点でデフォルト値に戻されてしまいます。
 
Q6−10. 衝撃係数の入力ができない。
A6−10. 2連BOXの場合は定型1活荷重は考慮できないので、入力できません。定型1相当の活荷重を任意活荷重で設定してください。
 
Q6−11. 任意活荷重の設定方法。
A6−11. 任意活荷重は最大5ケース設定可能です。
「断面方向」→「任意活荷重」にて設定します。
輪荷重を載荷させる際の「基点」はどこでも構いませんが、BOX左側壁の外面とするのがわかりやすいと思います。
 注)荷重強度を入力する際は予め衝撃係数(i)、車両占有幅を加味した値を入力してください。
 
Q6−12. 「任意活荷重」において衝撃係数(i)が考慮されていない。
A6−12. 予め衝撃係数および車両占有幅を考慮した値を入力してください。
例)
 「後輪 Pl+i=2×後輪荷重×(1+衝撃係数)/2.75(tf/m)」を入力してください。(S62「土工指針」P102参照)
 
Q6−13. 支間の長いBOXの場合、活荷重の作用位置を動かしてMmaxの位置を探すべきではないか。
A6−13. 本プログラムでの輪荷重の載荷方法は下記の通りになっています。
 T荷重(単軸):支間中央に後輪を載荷。
 T荷重(2軸):支間中央に後輪を載荷。
 TT−43荷重:前輪、後輪それぞれの荷重分散重複部分の載荷長の中心が頂版軸線中心となるように載荷しています。

厳密に解こうとすれば影響線解析が必要かもしれませんが本プログラムではその処理はしていません。「任意活荷重」では載荷位置を自由に設定できますので、そちらの方で検討してください。
 
Q6−14. 2連BOXの計算で輪荷重が入るようにはならないか。
A6−14. 定型1活荷重について、単ボックスに各基準類で決められた載荷方法1ケースを設定していますが、2連BOXの場合多様な載荷ケースが考えられるため、任意活荷重により設定してください。

7.様々な荷重の設定方法。 

Q7− 1. 死荷重のみ(活荷重無し)の計算は可能か。
A7− 1. 可能です。「適用基準・基本条件」を開き、「自動車荷重 考慮する・しない」の選択肢を「しない」としてください。この選択肢は「定型1、定型2」に有効で、「しない」とすれば「基準値」で定型活荷重の設定がされていても、定型1、2とも無視されます。ただし当該選択肢は任意活荷重には反映しません。
したがって任意活荷重を入力せず、当該選択肢を「しない」とすれば死荷重のみの計算ができます。
 
Q7− 2. 外水位がBOX全高より高いケースは計算できるか。
 
A7− 2. 可能です。
 
Q7− 3. 内水圧がBOX頂版を下から押すモデル(圧力水)の計算は可能か。
A7− 3. 内水圧は底版および側壁にのみ作用するだけで頂版には作用しません。
したがって「任意死荷重」にて頂版に上向きに鉛直分布荷重を入力して対処してください。
 
Q7− 4. BOX内空に荷重(活荷重など)を載荷するにはどうすればよいか。
A7− 4. 「任意死荷重」で入力してください。集中荷重、分布荷重強度何れも正負で入力できます。
 
Q7− 5. 2連BOXで中壁に衝突荷重をかけたい。
A7− 5. 任意死荷重(格点集中荷重)で設定できます。
ただし断面力までは導けますが、応力度照査時も許容応力度の割増しを考慮したい場合は、予め割り増した許容応力度を再設定し常時、衝突荷重時2回に分けて計算してください。
 
Q7− 6. 内部生成された荷重の追加修正方法。
A7− 6. 1)一旦「計算内容の設定」で「FRAMEデータ生成」を「する」としてください。
2)「結果確認」→「断面方向」→「骨組荷重データ」をクリック。
3)「荷重状態」をクリックし、変更したい荷重ケースNOに対応する「骨組荷重データ」画面を開いて、内容を変更できます。

※「骨組荷重データ」で荷重の追加、修正、削除いずれも可能です。但し、ここでの変更値は断面力算出、断面計算、段落としの計算にまで反映されますが安定計算には反映しません。安定計算は別途、検討してください。
 詳しい入力方法はマニュアル「FRAME 荷重データの確認」(3−36)を参照してください。
注)荷重変更後は「計算内容設定」で「荷重計算・FRAMEデータ生成」を「しない」としたうえで、断面力計算(FRAME計算実行)を「する」としてください。
(ここで「荷重計算・FRAMEデータ生成」を「する」とすると再度、「骨組荷重データ」修正前の状態に戻ってしまいますので注意してください。)
 
Q7− 7. モーメント荷重を追加入力する方法。
A7− 7. 「骨組荷重データ」で設定できます。
「A7− 6.」の手順で、骨組荷重ケース番号ごとに「骨組荷重データ」画面を開き、格点集中荷重(51)で入力できます。
部材集中モーメント荷重は入力できません。
詳しい入力方法はマニュアル「FRAME 荷重データの確認」(3−36)を参照してください。
追加後は再度「計算内容設定」で「荷重計算・FRAMEデータ生成」を「しない」としたうえで、断面力計算(FRAME計算実行)を「する」としください。
(ここで「荷重計算・FRAMEデータ生成」を「する」とすると再度、「骨組荷重データ」修正前の状態に戻ってしまいますので注意してください。)

※「骨組荷重データ」で追加、修正、削除いずれもできます。ただし、ここでの変更値は断面力算出、断面計算、段落としの計算にまで反映されますが安定計算には反映しません。安定計算は別途、検討してください。
 
Q7− 8. 「3−4−4 乾燥収縮および温度変化」(設計要領 第二集)の考慮はできるか。
A7− 8. 上記の場合、検討すべき荷重状態は以下の3種類となります。
 @死荷重+活荷重(割増係数=1.00)
 A死荷重+乾燥収縮+活荷重(割増係数=1.00)
 B死荷重+乾燥収縮+温度変化+活荷重(割増係数=1.15)

本プログラムでは、このうちA、Bが設定できません。しかし下記の設定方法により乾燥収縮用に死荷重を1ケース余分に作成することで対応可能です。

1)「水位データ」において同一の死荷重を2ケース設定する。(死荷重1、死荷重2)
2)「基準値」→「水平土圧係数 頂版温度」にて温度変化量を入力する。
3)活荷重など必要なデータを入力する。
4)「計算内容の設定」で「FRAMEデータ生成」を「する」。
5)「結果確認」→「断面方向」→「骨組荷重データ」をクリック。
6)「荷重状態」をクリックし「死荷重2」に対応する荷重ケースNOを選択し、「骨組荷重データ」画面を開き、乾燥収縮分を温度荷重(例えば−20度)として考慮したい部材に設定する。
7)荷重変更後は「計算内容設定」で「荷重計算・FRAMEデータ生成」を「しない」としたうえで、断面力計算(FRAME計算実行)を「する」。(ここで「荷重計算・FRAMEデータ生成」を「する」とすると再度、「骨組荷重データ」修正前の状態に戻ってしまいますので注意してください。)
 
Q7− 9. 「死荷重(浮力無)のみ」と「死荷重(浮力無)+任意死荷重」を同時に計算する方法。
A7− 9. 1)死荷重:「入力」→「断面方向データ」→「水位データ」にてケース数を2とし何れも水位を「0.000m」とします。
2)任意死荷重:「水位データ」の下の「任意死荷重」にて設定を行います。

ここで「任意死荷重」の設定画面下に死荷重NO1、2、3という項目が表示されています。これは「水位データ」のケース no1、2、3にそれぞれ対応しています。そこで「任意死荷重」設定画面下の「死荷重 NO1、NO2」の何れか片方にのみチェックマークを付けます。
 
Q7−10. 「死荷重(浮力無)+任意死荷重1」と「死荷重(浮力無)+任意死荷重2」を同時に計算する方法。
A7−10. 前記同様に
1)死荷重:「入力」→「断面方向データ」→「水位データ」にてケース数を2とし何れも水位を「0.000m」とします。
2)任意死荷重:ケース数を「2」とします。
 「任意死荷重」1ケース目:設定画面下の「死荷重 NO1」にチェックマークを付けます。
 「任意死荷重」2ケース目:設定画面下の「死荷重 NO2」にチェックマークを付けます。
 
Q7−11. 死荷重(浮力無)、死荷重(浮力無)+「任意死荷重」、
死荷重(浮力有)、死荷重(浮力有)+「任意死荷重」の4ケースを同時に計算できないか。
A7−11. 前記のように「水位データ」は最大3ケースまでしか設定できませんので、2度に分けて計算してください。
 
Q7−12. 死荷重(浮力有)+「任意死荷重」と死荷重(浮力有)+「任意活荷重」を同時に計算したい。
A7−12. 1)定型活荷重がないので「設計条件」を開き、「自動車荷重考慮する・しない」のスイッチを「しない」とする。
2)「断面方向」→「水位データ」で水位ケース:2ケース作成。何れも同じ水位を入力する。
3)「任意死荷重」設定画面で:1ケース作成し、画面下の死荷重 NO1にチェックマークをつける。
4)任意活荷重:1ケース作成する。
 その結果、作成される荷重ケース  
  死荷重−1(死荷重(浮力有)+「任意死荷重」)
  死荷重−1(死荷重(浮力有)+「任意死荷重」)+任意活荷重
  死荷重−2(死荷重(浮力有))+任意活荷重
 
Q7−13. BOX内空の部分で立体交差のように、内空が水ではなく道路になった場合の計算方法は。
A7−13. 各部材の任意の位置に鉛直方向,水平方向の分布荷重および集中荷重を載荷することのできる「任意死荷重」を2ケース用意しています。
このケースでは底版に鉛直方向の分布荷重を載荷することで対応可能と思います。

BOXカルバートの設計計算(W)Q&A INDEX





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