JP2000508728A - 高断面係数を持つｚ型シートパイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 実質的に平坦な表面(18',18")によって特定される二つの翼片(12',12")とウェブとを有する加熱圧延Ｚ型シートパイル。ウェブ(10)は、翼片(12'，12")の外表面(14',14")と75°の鋭角を成す。翼片(12',12")の厚さやローリング幅を増加させることなく、シートパイルの剛性を高めるため、各翼片(12',12")は、その外表面(14',14")と同サイドに位置するウェブの平坦面(18',18")を延長した仮想平面(24',24")について突出した延長部(22',22")を有する。これにより、ロールシートパイルにおいて、その単位長当たりの剛性を＞4800cm³/mとし、比断面係数を約20(cm³/m)/(kg/m²)とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 高断面係数を持つＺ型シートパイル 本発明は高断面係数を持つＺ型シートパイルに関する。 ｚ型シートパイルが公知となって久しい。Ｚ型シートパイルは二つの実質的に 平行なフランジに接続した傾斜ウェブ（Web）を有する。各フランジは、隣接し たシートパイルの保持要素（gripping element）と連結することにより支持壁に おけるジョイントを形成するために、保持要素に設けられる。多くの場合、この ような壁において、ｚ型シートパイルは、そのフランジが壁の中立曲げ平面に対 して平行かつ等距離となるように配置される。最大許容弾性応力によるこの中立 面に関しては、壁の断面係数を増加させることによって得られる製品が、壁が耐 えうる最大弾性モーメントを決定する。 シートパイル壁の「単位長当たりの断面係数」とは、壁１メートル（running metre）当たりの壁の中立面に関する断面係数である。シートパイル壁の「比断 面係数」もしくは「性能評価基準」とは、壁１ｍ²当たりの重量で割った単位長 当たりの断面係数である。本明細書において「シートパイル壁」は、フランジが 壁の中立曲げ平面に対して実質的に平行かつ等距離となるように相互に結合され たｚ型シートパイルから成る壁と定義される。 ProfilARBED S.A.（ルクセンブルク）は現在、壁１メートル(running metre） 当たり3600cm³の断面係数を持つ「AZ36」を販売している。このAZ36シートパイ ルは重量が194kg/m²であり、よって比断面係数は18.6(cm³/m)(kg/m²)である。こ れは、LARSSENタイプの保持要素（gripping element）と、フランジ平行面とな す鋭角が約63°のウェブとを有するシートパイルである。ProfilARBED S.A.(ル クセンブルク)は、「BZ42」と呼ばれるｚ型シートパイルも市場で販売している 。これは、壁１メートル（running metre）当たりの断面係数が4200cm³であるも の の重量が271kg/m²であり、あまり良好とはいえない比断面係数15.5(cm³/m)(kg/m² )である。このＺ型シートパイルは、BELVALタイプの保持要素（gripping eleme nt）と、フランジ平行面となす鋭角が約83.5°のウェブを有する。壁１メートル （running metre）当たり4550cm³までの断面係数を持つｚ型シートパイルは他に も市場で見受けられる。しかし、より高い断面係数を持つシートパイルは、壁の 単位面積当たりの重量が非常に大きく、従ってかなり低い比断面係数の非常に重 い部材（section）である。現在、より低い比断面係数を持つものほど壁の価格 が高くなる。 断面係数が4550cm³より大きいｚ型シートパイルが市場にない主たる理由は以 下の通りである。 a）多くの場合、フランジの最大の厚さに関する制約がある。これは保持要素 のローリング(rolling)、特にLARSSENタイプの保持要素において、圧延機の最後 のパスまでにフランジが折曲される（folded）必要がある。ここで、フランジの 厚みが大きすぎると、この折曲（folding）が非常に難しくなる。よってLARSSEN タイプの保持要素を有する場合は、20mmを越える厚さのフランジをローリングす る手法は現在存在しない。 b)フランジの最大幅、および、フランジの外側表面間の最大距離（部材の高さ ）という制限もある。これは、与えられたウェブの傾斜角のため、フランジの幅 とこの部材の高さがシートパイルの展開、従ってロールスタンドローラー（roll stand roller）の幅を決定するからである。さて、これらのローラーの幅はシ ートパイルローリング部品のロールスタンドの幅によって制限されている。もし 、現在のローリング部品で高断面係数のシートパイルをローリングしなければな らないとすると、保持要素の軸間におけるこれらのシートパイルの展開は、シー トパイルローリング部品のロールスタンドの幅によって予め決定される値よりも 小さくなければならない。 c)ローリング幅をかせぐということは、ウェブがフランジ平行面となす鋭角を 大きくする事によって達成できるであろう（ウェブの傾斜角）。しかし、ウェブ の傾斜角が90°に近くなるほど、使用時におけるシートパイル内に、より大きな 抵抗がかかる。それゆえ、シートパイルの使用に関する理由によって、ウェブの 傾斜角は75°よりも小さい角度を選ぶことが推奨される。 コンピュータと最適化プログラムを使用すると、タイプAZのシートパイルにお いて上述したパラメータが最適化され、そして、壁１メートル当たり4400cm³の 最大断面係数を持つシートパイルが得られた。このタイプAZのシートパイルは、 ウェブの厚さが15mm、重量が229kg/m²であるので、19.21(cm³/m)(kg/m²)という 比断面係数を持つ。上述の制約に従う必要がある場合、4400cm³という断面係数 はｚ型シートパイルにおける限界値と考えられる。ウェブの厚さをさらに増すこ とは当然可能であるが、そのような処置では、主として、断面係数がわずかに増 加する一方で、シートパイルの比断面係数で相当な減少が引き起こされるであろ う。 本発明が課題とするのは、シートパイルの比断面係数が減少したりロールスタ ンドの幅の拡張を必要としたりすることなく、高熱圧延（hot-rolled）ｚ型シー トパイルの断面係数をより大きく増加させるための解決策を見つけることである 。 この課題は、請求項１にしたがったｚ型シートパイルにおいて解決をみる。 現在の技術水準に関しては、シートパイルのフランジとウェブの接続部分で延 長部分を突出させることは、米国特許第1,831,427号及び仏国公開第686816号に おいて既に開示されているが、内容は本発明とはまったく異なるものであるとい うことを述べておかねばならない。米国特許第1,831,427号は、中間に平らな板 をつけることによって、連続した平坦な表面を持つシートパイル壁の生産を可能 にする特別なｚ型シートパイルについて説明している。この公報にお いて説明される特別なシートパイルは、鋳鉄性のシートパイルに近い。そのウェ ブはフランジの外表面に平行な平面と90°に近い角度をなす。ウェブとフランジ との間の接合箇所には、シートパイルに組み込まれたり、何らかの手段によって シートパイルに係合されているリブ、リッジ、肩部もしくは突起物がある。これ らのリブ、リッジ、肩部もしくは突起物の目的は、先に述べた中間の板に設けら れる補充的な形の凹みと係合されることにある。このようにして、連続した平坦 な表面を持つシートパイルを形成するために、ｚ型シートパイル間にこれらの中 間板を差し込み、保持することが可能となる。仏国公開第686816号では、高さの 低いＵ型シートパイルが開示されている。それはウェブとフランジとの間の接続 部分において増強部分を持つようなシートパイルである。これら２つのシートパ イルから成るアセンブリにおいて、先に述べた増強部分は、１番目のシートパイ ルのクラッチの開きの直前に位置し、２番目のシートパイルのクラッチの外側部 分と協同できる形を作るべく、１番目のシートパイルのクラッチの内側部分との 組み合わせで機能を果たす。 本発明に従った加熱圧延ｚ型シートパイルは、全ての加熱圧延ｚ型シートパイ ルと同様、外側表面が実質的に平行な２つのフランジと、その２つのフランジに 接続された傾斜したウェブを有する。このウェブはフランジの外側表面に平行な 平面と75°以下の鋭角をなし、２つの実質的に平面である表面によるフランジへ の接続箇所の間で明確に定められる。本発明に従った加熱圧延シートパイルは、 主に、２つのフランジが、それぞれ各フランジの外側表面と同サイドに位置する ウェブの平坦な表面を延長した仮想平面に関して、突出した延長部分を有するこ とで、従来の高熱圧延シートパイルと区別される。 本発明に従った加熱圧延シートパイルは、少量の原料を追加することで生産で きるという利点があり、そのため壁の単位面積当たりの重量の増加が小さいにも かかわらず、明らかな断面係数の改善がみられ、したがって非断面係数の改善が みられる。特に評価されるべきことは、ロールスタンドの幅の拡張とか、フラン ジの厚みを増加することなく、断面係数の改善が得られることで、フラ ンジの有効幅を増加させることさえ可能である。提案される解決方法は、また、 外側のフランジ−ウェブ接続部分の角部の強化をもたらし、よってシートパイル が使用されるときの、これらの不安定な部分が損傷を受ける危険性が減少する。 ｚ型シートパイルでは、Ｕ型シートパイルと異なり特にウェブ−フランジ接続部 分が腐食しやすいので、この強化は、低い水面での腐食の促進に対するより良好 な抵抗ともなる。フランジは、腹起こし材(walings)やアンカープレートのため のより優れた支持表面（フランジの外側表面）を有し、定着力（anchoring forc e）のフランジからウェブへの伝達、あるいはウェブからフランジへの伝達も向 上したことを指摘しておく。 本発明によれば、以下の特性を持つシートパイルを好適に得ることが可能であ る。 フランジの厚さ約19〜20mm。 フランジの幅≧200mm。 シートパイルの高さ≦500mm。 壁の単位長当たりの断面係数≧4800cm³/m。 比断面係数約20(cm³/m)(kg/m²)。 本発明に従ったシートパイルの好適な実施例を、添付の図を参照して説明する 。 図１は、シートパイルの接続部分の横断面図を示す。 図２は、図１のシートパイルのフランジ−ウェブ間の接続部分の拡大図を示す。 図１におけるｚ型シートパイルは、全てのｚ型シートパイルと同様に、実質的に 平行な外表面14',14"を持つ２つのフランジ12',12"を有し、そして２つのフラン ジ12',12"に接続している傾斜したウェブ10を有する。このウェブ10は、フラン ジ12',12"の外側表面14',14"に平行な平面16と鋭角αをなす。これはフランジ12 ',12"より薄く、２つの実質的な平面によるフランジ12',12"への接続と、表面18 ',18"との間を明確化する。 各フランジ12',12"は、保持要素20',20"と適合し合う。より正確に言うと、こ れらはLARSSENタイプの保持要素であって、シートパイル壁内において隣接する シートパイルどうしの保持要素と連結することによりLARSSENタイプのジョイン トを形成することが可能である。 図示されているシートパイルの特性は、本明細書の導入部分で述べられた種々の 制約が与えられた状態で高断面係数を得るために、最適化プログラムとコンピュ ータを使って最適化されている。 この最適化により以下に示した特性を引き出した。 シートパイル部分の高さ （フランジの外側表面間の距離： h=482mm フランジ12',12"それぞれの幅： a≒208mm ウェブ10の厚さ： t₁=15mm 各フランジ12',12"の厚さ： t₂=19mm ウェブ10の傾斜角： α=71° 上述した特性の最適化のため、フランジ12',12"の外側表面14',14"が実質的に平 行であって壁の中立曲げ平面から等距離にあるようにこれらのシートパイルが接 続されている壁において、断面係数は壁の単位長当たり4400cm³得られた。この ようなシートパイル壁の比断面係数は20(cm³/m)(kg/m²)より少し小さい。最適化 されたシートパイルの断面係数を更に増加させるという目的を達成する。この目 的は、各フランジ12',12"に対し、各フランジの外側表面14',14"と同サイドに位 置するウェブの平坦な表面18',18"を延長した仮想平面24',24"について突出した 延長部分22',22"を取り付けることにより達成された。従来のｚ型シートパイル におけるフランジ12'を終結させる接続表面25は、図２の破線によって示されて いる。この接続表面25は、フランジ12'の外側表面14'と接し、またウェブ10の表 面18'と接する。 図２を参照すると、ウェブ10は、フランジ延長部分22'とウェブ10との間に凹状 の角部が形成されるのを避けるために、局所的な余剰厚み26'によってフランジ 延長部分22'と接続されている。このウェブ10の余剰厚み26'は、シートパイルの 比断面係数を少し減少させるが、ローリングをより簡便にし、パイル運転中（pi le driving）のフランジ延長部分22'の分解を防止する。加えて、フランジ12',1 2"からウェブ10へ、またはこれとは反対の定着力（anchoring force）の良好な 伝達が得られる。 図２に示されるように、フランジ延長部分22'は、フランジ12'の平坦な表面14 'を延長した第１の平坦な表面30、第１の平坦な表面30と実質的に垂直である第 ２の平坦な表面34、第１の表面30を第２の表面34に接続する凸型円筒形接続表面 32によって定められる。ウェブ10の余剰厚み26'は、ウェブ10の表面18'をフラン ジ延長部分22'の２番目の平らな表面34に接続する凸型円筒形接続表面32を定義 する。これがローリングという観点から最適化されたフランジ延長部分22'及び2 2"の概要である。 図１における実施例において、凸型円筒形接続表面32は半径が15mmであり、凹 型円筒形接続表面36は半径が125mmである。フランジ延長部分22',22"を有する最 適化されたシートパイルの単位長当たりの断面係数は4800cm³/mであり、これは フランジ延長部分22',22"を有さない最適化されたシートパイルと比較して約9％ の増加となる。フランジ延長部分22',22"を有する最適化シートパイルの比断面 係数は約20(cm³/m)(kg/m²)である。 フランジ延長部分22',22"のローリングは大きな問題を生じず、特に、ロール 部品のロールスタンド（roll stand）の幅を増加させる必要がない点において高 く評価され、本発明は広範囲に用いられるシートパイルの分野で特に有用となっ ている。 もちろん本発明は、詳細に説明されてきたシートパイルに限定されるものでは なく、単位長当たりの断面係数が実施的に異なった特性である4800cm³/m前後で あるｚ型シートパイルや、LARSSENタイプの保持要素以外の保持要素を有するシ ートパイルにも好適に応用することができることを指摘しておく。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 加熱圧延Ｚ型のシートパイルであって、 実質的に平行な表面(14',14")を有する２つのフランジ(12',12")と、 ２つのフランジ(12',12")に接続されて、フランジ(12',12")の外表面(14',14") に平行な平面(16)とα≦75°の鋭角をなすとともに、２つの実質的に平行な面(1 8',18")によってフランジ(12',12")との接続を定める傾斜したウェブ(10)を有し 、２つのフランジ(12',12")は、それぞれ、対応するフランジの外表面(14',14") と同サイドに位置するウェブの平坦な表面(18',18")を伸張した仮想平面(24',24 ")に関して突出した延長部分(22',22")を有することを特徴とするシートパイル 。 ２． 請求項１に記載のシートパイルであって、それぞれのフランジ延長部分 (22',22")とウェブ(10)との間の凹型の角部を避けるため、ウェブ(10)の余剰厚 み(26',26")の中間において、ウェブ(10)は各フランジ延長部分(22',22")に係合 されているシートパイル。 ３． 請求項２に記載のシートパイルであって、フランジ延長部分(22',22") が、各フランジの平坦な表面(14',14")を延長した第１の平坦な表面(30)と、第 １の平坦な表面(30)に実質的に垂直な第２の平坦な表面(34)と、第１の平坦な表 面(30)と第２の平坦な表面(34)とを接続する凸型円筒形接続表面(32)とによって 定義されるシートパイル。 ４． 請求項３に記載のシートパイルであって、第２の平坦な表面(34)は、凹 型円筒形接続表面(36)によって、ウェブの各平坦な表面(18',18")に接続された シートパイル。 ５． 請求項１から４のいずれかに記載のシートパイルであって、 a)壁の単位長当たりの断面係数≧4800cm³/mであり、 b)比断面係数が約20(cm³/m)(kg/m²)とされているシートパイル。 ６．請求項１から５のいずれかに記載のシートパイルであって、 a)フランジの厚さが約19〜20mmであり、 b)フランジの幅≧200mmであり、 c)シートパイルの高さ≦500mmとされているシートパイル。 ７．請求項１から６のいずれかに記載のシートパイルであって、ウェブが、フラ ンジの外表面(14',14")に平行な平面(16)と実質的に71°に等しい鋭角αをなす シートパイル。 ８．請求項１から７のいずれかに記載のシートパイルであって、各フランジが保 持要素に適合されたシートパイル。 ９．請求項１から９のいずれかに記載のシートパイルであって、各フランジがLA RSSENタイプの保持要素に適合されたシートパイル。