- はじめに - 平成 22 年 11 月記事更新 ( 株 )SIP システム 本システムは 土地改良基準 水路工 および ため池整備 ( 計算例 ) に準拠した水路工の常時 地震時の安定計算および部材断面の照査を行います 部材断面検討では 鉄筋コンクリート および 無筋コンクリート の断面照査が可能です 検討形状としては 左右側壁の高さが異なる偏土圧の検討も可能です 偏土圧の計算においては 左右側壁の背面上へ上載荷重や土質定数を個別に指定が可能で 内 外水位がある場合は 地震時の検討においては 動水圧を考慮します また 必要フーチング幅を自動計算や 滑動の検討 においては 反力を考慮した計算も可能です 配筋検討では 複鉄筋 / 単鉄筋の指定 異形鉄筋の配置が可能な他 必要部材厚 必要鉄筋量を計算表示しますので適正配筋の指定も可能です 出力帳票は プレビュー画面にて内容確認後 印刷および Word 出力が可能です 適用基準土地改良事業計画設計基準設計 水路工 および設計指針 ため池整備 ( 計算例 ) 土地改良施設耐震設計の手引き ( 動水圧 ) 適用部材 鉄筋コンクリート用水路 ( 複鉄筋 / 単鉄筋配置および計算 異形鉄筋 段落し ) 無筋コンクリート用水路 ( 部材断面照査 ) 土圧公式 ランキン土圧 クーロン土圧 試行くさび法 ( 背面形状座標により任意指定 ) フェレニウム ( 内部摩擦角 + 粘着力 ) 粘着力のみ ( 内部摩擦角を無視 ) 安定計算 常時 地震時の検討 / 浮上りの検討 ( フーチング幅を自動計算 ) 転倒の検討 地盤支持力の検討 滑動の検討 ( 反力を検討し受働土圧以内の検証 ) 断面計算 単鉄筋 複鉄筋の配置および単鉄筋 複鉄筋の計算 異形鉄筋の配置 内外の段落し必要部材厚 / 必要鉄筋量の計算表表示 適正配筋の組合せを引用可能 上載荷重 左右側壁背面へ 自動車荷重 群集荷重 雪荷重 凍上荷重 の他 安定計算時部材検討時に 水路上面荷重 の 鉛直 水平荷重 や アーム長 の指定が可能 荷重組合せ 水路工荷重ケース Ⅰ Ⅱ Ⅲ を初期設定 その他任意 3 ケースまで設定可能 印刷出力 計算書はプレビュー印刷後 設計項目の個別印刷可能 Word 変換も高速処理
水路設計計算システムのポイント 1 適用基準 2 構造形式 土地改良事業計画設計基準設計 水路工 ( 農林水産省農村振興局監修 )(H13/2) 土地改良事業設計指針 ため池整備 参考資料計算例 ( 農林水産省構造改善局監修 )(H12/2) 土地改良施設耐震設計の手引き動水圧 ( 農林水産省振興局監修 )(H16/3) 現場技術者のための設計のチェックポイント ( 案 ) 水路工 パイプライン編 (H15/12) 3 主な計算機能 4 土圧公式 常時 地震時の安定計算および部材断面計算 左右側壁高が異なる偏土圧を考慮した計算 滑動の検討時受働土圧の範囲内の反力を考慮 浮上の検討でフーチングの有無を検討 鉄筋コンクリート 無筋構造の断面照査 単鉄筋 復鉄筋の計算 段落しの計算 水路工では 基本土圧公式は クーロン土圧 背面形状が複雑に変化する場合は 試行くさび法 を適用する その他の土圧公式は 水路工 P220&P226 参照 5 地震時の設計 水路工の地震時の検討は B 種によりレベル 1 の照査 1. 水路工の地震時の検討は 重要度区分が B 種とすれば レベル 1 の照査となるが 重要度 A 種を適用する場合はレベル 2 の照査が必要となる 本システムでは レベル 1 の照査を可能としている 耐震設計の手引き P344 参照 2. 地震時の検討時の計算書出力は 設計水平震度算出画面の 印刷プレビュー で単独で印刷可能
6 商品機能と設計基準 1. 水路上面荷重 左右の側壁高さが同じで偏土圧でない場合 : 上面荷重 ----------OK 左右の側壁高さが異なる偏土圧の場合 : 上面荷重 ----------OK 1. 安定計算および部材断面計算において 水路上面へ蓋版等の荷重を考慮できます 偏土圧 / 地震時においては 上面荷重について鉛直荷重 / 水平荷重 / アーム長の入力を可能としています 2. 上面荷重の値は m 当たりの荷重を入力します 下記例を参照 例 - 水路上面幅 2.5m に等分布荷の合計 ( 蓋版荷重 + 輪荷重等 ) の 5.0KN/m2 を考慮したい場合 2.5m 5.0KN/m2=12.5KN/m を入力します ( 上面荷重の合計値 ) 2. 側壁のコロビ角 ( 実勾配 ) 1. 壁面のコロビ角について 壁面の傾斜を 実勾配 で計算したい場合と 仮想勾配 ( 壁高 + 底版厚 ) で計算したい場合の何れかの選択が可能 ( 傾斜角が異なる ) 部材検討の場合 側壁を垂直と見なす考えもある 水路工 P337 2. 本来 側壁が土とコンクリートの関係とすれば土圧は 側壁高 + 底版高に作用すると考えられるので コロビ角は仮想勾配の方が現実的と思われる 実勾配は側壁のコロビ角ではあるが 底版部については一般的には 90 度となる 3. 受働土圧計算時の δ 1. 滑動の検討において安全率を満足しない場合は反力を考慮してもよいとしていますが 受働土圧の範囲内 としています 2. 受働土圧を算出する際の壁面摩擦角 (δ) について 水路工 では規定していませんが ため池整備の計算例 では主働土圧の壁面摩擦角を使用しています 3. その他の基準 道路土工等では受働土圧については期待できないとの考えを示し δ=0 と記載されています ( 但し直壁 ) よって本システムでは 滑動の検討において 荷重組合の変更 画面で直接 壁面摩擦角 (δ) の入力を可能としています
4. 浮上の検討 1. 浮上の計算後 安全率を満足しない場合は必要フーチング長を自動計算表示されます 計算値を確認して必要幅を 確定フーチング幅 に入力します 偏土圧の場合は 左右のフーチング幅の入力が可能です 2. フーチング長が TB T3/2 の場合 フーチングを無視して計算を行います 5. 基礎地盤支持力の検討 1. 水路の形状や荷重状態 ( 偏土圧 ) によっては 偏心距離 (e) が 中央より 1/3 以外 に発生します ( 右図 - 右 : 水路工 P243) この様な場合 q=4/3(σv/(l-2e)) で求まります よって 右図 ( 右 ) の地盤反力がゼロになる点は計算式 3(L/2-e) で求まり その間の q は 比例配分 ( 三角比 ) で求めています 2. 偏心距離 (e) が 中央より 1/3 以外 に発生し さらに軸線よりも外側へ偏心位置がある場合 部材断面計算では現在その計算手法不明確なため 本システムでは計算不能としてメッセージされます 3. 上記 2 の考えは 安定計算時は作用幅を全幅としているため発生致しません また 部材断面計算時でフーチングがある場合も全幅としているため発生しません
6. 動水圧について 1. 地震時動水圧は 躯体の慣性力の方向に一致させ吸引側の動水圧も考慮し それぞれの壁に作用させるとしています 慣性力 : 右 左 (+) 左 右 (-) 求める基本式は以下の如く 2. 安定計算では上記基準式でよいが 部材検討では断面照査位置が変化するので 上記式の Hew の公式が放物線の図心の式と同等である事から右式を導き 照査位置 h における地震時動水圧を求める公式としている 7. 荷重組合せの設定 1. 検討の有無 を先ず確認荷重組合せの初期設定画面では 水路工 規定の 荷重ケース Ⅰ Ⅲ がデフォルト設定されていますが それ以外の荷重ケース Ⅱ および 任意 については 個別に設定する事になります 2. 新規 荷重ケースの設定 新規設定する場合は 検討の有無 の項目で 不要 の文字にカーソルを合わせクリックし 必要 と表示切り替える事で 荷重ケースの新規追加 削除する事が可能です クリックする毎に 不要 必要 が切り替わります 3. 地震時の断面照査において載荷荷重を考慮したい場合にチェックマーク ( レ点 ) を付ける ( 盛土荷重は常に考慮 ) 4. 側壁外側を垂直と仮定して計算する 側壁外側が傾斜している場合 側壁外側のコロビを無視して ( 垂直と見なす ) 主働土圧の計算を行います その際 壁背面と土との壁面摩擦角 δ の値も見直します また 荷重ケース Ⅲ においては 内部摩擦角 30 を上限とした際の土圧係数にも影響を与えます この機能は 任意土圧 ランキン土圧 には適用されません 5. 内部摩擦角 δ を考慮する場合にフーチング長を考慮する 内部摩擦角 δ は 常時の場合構造計算時に δ=2/3φ とすべきですが フーチングを考慮した場合 フーチング上の土砂は 躯体と同一と見なされるため壁面摩擦は 土と土 に生じるとも考えられます よって 本項目でチェックマーク ( レ点 ) を付けた場合は δ=φ となります 但し フーチング長が T B T 3 /2 は 無視されます
8. 鉄筋応力度の評価 1. 配筋方法 単鉄筋 複鉄筋 2. 計算方法 単鉄筋 複鉄筋水路工では単鉄筋計算としている P342 3. 主鉄筋の最小鉄筋量は 500mm2/m としているので 標準ピッチ 250mm では D13 以上となる 水路工 P309 4. 鉄筋のかぶりは D19 以下 60mm D22 以上 70mm 但し T 300mm は 70mm 5. 必要鉄筋量の計算 応力法 : 一般的に用いられている方法で 鉄筋量を計算する際 中立軸の位置をコンクリートの圧縮応力と鉄筋の引張り応力が釣り合う位置を仮定して必要鉄筋量を計算する手法です 断面算定法 : 中立軸の算出は実際には 鉄筋の断面積とコンクリートの断面積の比で変化することから それらの断面積の変化による中立軸の位置を追跡し必要鉄筋量を算出する手法です 応力法 で求めた鉄筋量で応力計算を行うと比較的余裕を持った結果となるが 断面算定法 で求めた鉄筋量で応力を求めると 鉄筋の許容値に近い値が求まる傾向にあります 9. 計算書 Word 変換 1. 計算書を Word 変換する方法は 2 つの方法があります RTF 変換 WORD マクロ変換 2.RTF 変換リッチテキストファイル変換印刷プレビュー画面から設計書を 先ず RTF ファイルへ変換後 Word 文書で保存します 変換が短時間で処理されます 3.Word マクロ変換 Word のマクロ言語を使用して変換します 変換に時間が掛かります 計算書の Word 変換は RTF 出力 で処理
水路設計計算システム Ver4.4 の主な操作画面 ( ダイジェスト版 ) 1. 起動画面とその概要プログラム起動時のデータ入力画面 < 単位重量テーブルと引用 > < 土圧公式の選択 > < 断面寸法入力画面 >
< 背面土形状の入力画面 > < 上載荷重の入力画面 > < 設計水平震度の算出画面 >
< 水路上面荷重の設定 > 1) 安定計算時 常時 地震時 の水路上面荷重の設定安定計算時は 常時 地震時の各 安定計算 項目の 荷重組合の変更 ボタンで表示される画面上の 水路上面荷重 にチェックマークし 水路上面荷重を入力 さらに左下の 上面荷重 : 水平荷重 /x 位置 /y 位置 を指定する事で水平力の入力指定も可能です 2) 部材断面検討時の水路上面荷重の設定部材断面検討時の水路上面荷重は 荷重ケース の設定画面で 水路上面荷重 のケース毎の項目をリックして水路上面荷重の設定画面を表示して入力指定を行います 入力指定要領は 安定計算時と同等です 3) 水路上面の荷重設定水路上面荷重の入力は 鉛直荷重 と 水平荷重 の入力指定が可能です 水平荷重 については モーメント影響を与えますので アーム長 ( x y) の入力が可能です < 水路上面荷重の入力例 > 水路上面荷重の値は単位 m 当たりの荷重とします 例えば 蓋版重量が 20KN/m 自動車荷重 10 KN/m 2 を考慮したい場合以下の合計荷重となります
< 安定計算の入力画面 > < 浮上りの検討 / フーチングの計算 > < 地盤支持力の検討 >
< 転倒の検討 > < 滑動の計算ステップ > < 滑動の検討 > < 偏心 / 荷重図の確認 >
< 荷重ケース / 検討断面位置設定画面 > < 外力図表示画面 >
< 部材断面 ( 構造計算 ) 検討入力画面 > < 必要有効高の計算表示画面 > < 必要鉄筋量の計算結果と適正配筋の表示確定配筋を適用する画面 >
< 断面検討結果と計算結果一覧 > < 印刷項目設定 / 印刷プレビュー / 組立て鉄筋図の画面 >