JP2001355231A - 連結部疲労特性に優れた熱間圧延製直線型形鋼 - Google Patents
連結部疲労特性に優れた熱間圧延製直線型形鋼Info
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Abstract
(57)【要約】
【課 題】 ＪＥＳ工法構造物の反復荷重負荷環境下に
あっても十分な疲労寿命を保ちうる連結部疲労特性に優
れた熱間圧延製直線型形鋼を提供する。 【解決手段】 ウエブＷ幅端に主爪２Ａと副爪２Ｂとか
らなる連結子２を有する熱間圧延製直線型形鋼におい
て、連結子が、副爪厚：16mm以上、副爪Ｒ（＝副爪内面
の曲率半径）：10mm以上、継手高さ：78〜86mm、開口部
幅：15mm以上の寸法形状を有するもの。
あっても十分な疲労寿命を保ちうる連結部疲労特性に優
れた熱間圧延製直線型形鋼を提供する。 【解決手段】 ウエブＷ幅端に主爪２Ａと副爪２Ｂとか
らなる連結子２を有する熱間圧延製直線型形鋼におい
て、連結子が、副爪厚：16mm以上、副爪Ｒ（＝副爪内面
の曲率半径）：10mm以上、継手高さ：78〜86mm、開口部
幅：15mm以上の寸法形状を有するもの。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、連結部疲労特性に
優れた熱間圧延製直線型形鋼に関する。
優れた熱間圧延製直線型形鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】直線型形鋼１は、例えば図４に示すよう
に、平板状のウエブＷの幅両端に主爪２Ａと副爪２Ｂと
からなる連結子２を点対称（図４（ａ））あるいは面対
称（図４（ｂ））に有する形鋼である。このものは、従
来、土木構造体のうちでも土留め壁や止水壁といった専
ら静的荷重を支える構造体の要素部材として広く適用さ
れており、いわゆる静的部材であるため連結部の疲労は
考慮されていなかった。
に、平板状のウエブＷの幅両端に主爪２Ａと副爪２Ｂと
からなる連結子２を点対称（図４（ａ））あるいは面対
称（図４（ｂ））に有する形鋼である。このものは、従
来、土木構造体のうちでも土留め壁や止水壁といった専
ら静的荷重を支える構造体の要素部材として広く適用さ
れており、いわゆる静的部材であるため連結部の疲労は
考慮されていなかった。
【０００３】ところで、近年、都市部交通渋滞緩和のた
めに交通円滑化を図る目的で、鉄道と道路の立体交差化
が推進されている。立体交差の形態には、鉄道の下に道
路を通すアンダーパスと鉄道の上に道路を通すオーバー
パスの２種類があり、うちアンダーパスにおいて、工期
短縮と低コスト化を図る目的で、ＪＥＳ（Jointed Elem
ent Structure ）工法が提案された。このＪＥＳ工法
は、例えば図５に示すように、線路20下に道路トンネル
30を新設する際に、平板の幅両端に連結子40を点対称に
有する連結要素部材４と連結板材41とをコの字形あるい
はロの字型に溶接結合して連結要素400 を構成し、これ
らを連結子40の嵌合により次々と連結して構造物（トン
ネル壁枠体）３を構築するというものであり、別段の工
事桁準備の必要がないので、工期面、工費面ともに有利
な工法として注目されている。
めに交通円滑化を図る目的で、鉄道と道路の立体交差化
が推進されている。立体交差の形態には、鉄道の下に道
路を通すアンダーパスと鉄道の上に道路を通すオーバー
パスの２種類があり、うちアンダーパスにおいて、工期
短縮と低コスト化を図る目的で、ＪＥＳ（Jointed Elem
ent Structure ）工法が提案された。このＪＥＳ工法
は、例えば図５に示すように、線路20下に道路トンネル
30を新設する際に、平板の幅両端に連結子40を点対称に
有する連結要素部材４と連結板材41とをコの字形あるい
はロの字型に溶接結合して連結要素400 を構成し、これ
らを連結子40の嵌合により次々と連結して構造物（トン
ネル壁枠体）３を構築するというものであり、別段の工
事桁準備の必要がないので、工期面、工費面ともに有利
な工法として注目されている。
【０００４】ＪＥＳ工法で構築された構造物３では、線
路上を列車が通過するたびにとくにその上床版部に荷重
が反復作用するため、連結要素部材４の連結部（連結子
嵌合部）は特に疲労しやすい状態に置かれる。そのた
め、この使途に供される直線型形鋼では、連結子をなす
主爪、副爪に格別の優れた疲労特性が要求される。一
方、直線型形鋼の熱間圧延製造プロセスの例を図６に示
す。このプロセスでは形鋼素材５が種々の孔型形状をも
つカリバロールに順次通されて所望の形状に成形される
が、粗圧延から中間圧延にかけてはウエブの造形と連結
子の粗造形までが行われ、仕上圧延では連結子をなす主
爪２Ａおよび副爪２Ｂの仕上成形（爪曲げ成形という）
が行われる。このプロセスで製造される直線型形鋼（す
なわち熱間圧延製直線型形鋼）は、熱間押出し成形法に
て製造される直線型形鋼（すなわち熱間押出製直線型形
鋼）と比較して、極めて生産性が高く量産可能であるた
め、安価に安定供給できるという大きなメリットがあ
る。
路上を列車が通過するたびにとくにその上床版部に荷重
が反復作用するため、連結要素部材４の連結部（連結子
嵌合部）は特に疲労しやすい状態に置かれる。そのた
め、この使途に供される直線型形鋼では、連結子をなす
主爪、副爪に格別の優れた疲労特性が要求される。一
方、直線型形鋼の熱間圧延製造プロセスの例を図６に示
す。このプロセスでは形鋼素材５が種々の孔型形状をも
つカリバロールに順次通されて所望の形状に成形される
が、粗圧延から中間圧延にかけてはウエブの造形と連結
子の粗造形までが行われ、仕上圧延では連結子をなす主
爪２Ａおよび副爪２Ｂの仕上成形（爪曲げ成形という）
が行われる。このプロセスで製造される直線型形鋼（す
なわち熱間圧延製直線型形鋼）は、熱間押出し成形法に
て製造される直線型形鋼（すなわち熱間押出製直線型形
鋼）と比較して、極めて生産性が高く量産可能であるた
め、安価に安定供給できるという大きなメリットがあ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
熱間圧延製直線型形鋼では、連結部の疲労試験を行った
結果、おもに副爪のところで早期に疲労破壊を生じると
いう問題があることが判明した。本発明の目的は、この
問題を解決し、ＪＥＳ工法構造物の反復荷重負荷環境下
にあっても十分な疲労寿命を保ちうる連結部疲労特性に
優れた熱間圧延製直線型形鋼を提供することにある。
熱間圧延製直線型形鋼では、連結部の疲労試験を行った
結果、おもに副爪のところで早期に疲労破壊を生じると
いう問題があることが判明した。本発明の目的は、この
問題を解決し、ＪＥＳ工法構造物の反復荷重負荷環境下
にあっても十分な疲労寿命を保ちうる連結部疲労特性に
優れた熱間圧延製直線型形鋼を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意検討・実験を行い、その結果、複
雑な連結子の形状を最適化することにより連結部の作用
応力のバランスがとれ、応力集中が緩和されて、疲労特
性の大幅な改善がもたらされることを見いだした。この
検討・実験は次の様に行われた。
を達成するために鋭意検討・実験を行い、その結果、複
雑な連結子の形状を最適化することにより連結部の作用
応力のバランスがとれ、応力集中が緩和されて、疲労特
性の大幅な改善がもたらされることを見いだした。この
検討・実験は次の様に行われた。
【０００７】寸法を種々変えた直線型形鋼について、連
結部に応力120MPaになる引張荷重が作用する境界条件下
で連結部内面に作用する応力をＦＥＭ（弾塑性有限要素
法）により解析した。一方、この解析に用いた寸法と同
じ寸法の直線型形鋼を熱間圧延成形により製造し、その
製品から作製した連結部に対して、応力振幅０〜120MP
a、周波数10Hzの反復引張荷重を負荷する疲労試験を実
行して疲労寿命を求めた。
結部に応力120MPaになる引張荷重が作用する境界条件下
で連結部内面に作用する応力をＦＥＭ（弾塑性有限要素
法）により解析した。一方、この解析に用いた寸法と同
じ寸法の直線型形鋼を熱間圧延成形により製造し、その
製品から作製した連結部に対して、応力振幅０〜120MP
a、周波数10Hzの反復引張荷重を負荷する疲労試験を実
行して疲労寿命を求めた。
【０００８】ここで、「連結部」とは、ウエブ幅端に主
爪と副爪とからなる連結子を有する直線型形鋼の連結子
同士を嵌合、連結し、この連結部の隙間にモルタルを封
入・養生した後の連結部を意味し、モルタルは疲労試験
に耐える十分な強度を有するものとする。その結果、従
来の寸法形状（形状Ａ）とは異なるところに主爪内面と
副爪内面との作用応力バランスがよくなる寸法形状範囲
が存在し（図２）、その寸法形状範囲を外れたもの（形
状Ａ，Ｂ）では疲労寿命は数十万回程度と低位にある
が、その寸法形状範囲に入るもの（形状Ｃ，Ｄ）では疲
労寿命が格段に向上して百万回を突破する（図３）こと
が判明した。なお、図２、図３の形状Ａ〜Ｄは、表１の
記号Ａ〜Ｄと同じ寸法形状を有する。
爪と副爪とからなる連結子を有する直線型形鋼の連結子
同士を嵌合、連結し、この連結部の隙間にモルタルを封
入・養生した後の連結部を意味し、モルタルは疲労試験
に耐える十分な強度を有するものとする。その結果、従
来の寸法形状（形状Ａ）とは異なるところに主爪内面と
副爪内面との作用応力バランスがよくなる寸法形状範囲
が存在し（図２）、その寸法形状範囲を外れたもの（形
状Ａ，Ｂ）では疲労寿命は数十万回程度と低位にある
が、その寸法形状範囲に入るもの（形状Ｃ，Ｄ）では疲
労寿命が格段に向上して百万回を突破する（図３）こと
が判明した。なお、図２、図３の形状Ａ〜Ｄは、表１の
記号Ａ〜Ｄと同じ寸法形状を有する。
【０００９】本発明はこのような知見を基になされたも
のであって、その要旨は、ウエブ幅端に主爪と副爪とか
らなる連結子を有する熱間圧延製直線型形鋼において、
前記連結子が、副爪厚：16mm以上、副爪Ｒ（＝副爪内面
の曲率半径）：10mm以上、継手高さ：78〜86mm、開口部
幅：15mm以上の寸法形状を有することを特徴とする連結
部疲労特性に優れた熱間圧延製直線型形鋼である。本発
明では、ウエブ厚は10mm以上が好ましい。
のであって、その要旨は、ウエブ幅端に主爪と副爪とか
らなる連結子を有する熱間圧延製直線型形鋼において、
前記連結子が、副爪厚：16mm以上、副爪Ｒ（＝副爪内面
の曲率半径）：10mm以上、継手高さ：78〜86mm、開口部
幅：15mm以上の寸法形状を有することを特徴とする連結
部疲労特性に優れた熱間圧延製直線型形鋼である。本発
明では、ウエブ厚は10mm以上が好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の直線型形鋼は、図１に断
面図を示すように、ウエブＷ幅端に主爪２Ａと副爪２Ｂ
とからなる連結子２を有する。連結子２の形状は、副爪
厚：16mm以上、副爪Ｒ：10mm以上、継手高さ：78〜86m
m、開口部幅：15mm以上の寸法形状とする。各寸法の定
義部位は図１に示す通りである。なお、主爪２Ａの先端
厚肉の部分を玉部、玉部からウエブＷにかけての比較的
薄肉の部分を指部、相対する玉部端と副爪端の間の空間
を開口部、主爪内面と副爪内面で囲まれた空間を継手懐
という。
面図を示すように、ウエブＷ幅端に主爪２Ａと副爪２Ｂ
とからなる連結子２を有する。連結子２の形状は、副爪
厚：16mm以上、副爪Ｒ：10mm以上、継手高さ：78〜86m
m、開口部幅：15mm以上の寸法形状とする。各寸法の定
義部位は図１に示す通りである。なお、主爪２Ａの先端
厚肉の部分を玉部、玉部からウエブＷにかけての比較的
薄肉の部分を指部、相対する玉部端と副爪端の間の空間
を開口部、主爪内面と副爪内面で囲まれた空間を継手懐
という。
【００１１】本発明における寸法限定理由を以下に述べ
る。 （副爪厚：16mm以上）副爪厚16mm未満では連結部の疲労
特性が不十分となるため、副爪厚は16mm以上とするが、
好ましくは18mm以上、さらに好ましくは20mm以上であ
る。一方、副爪厚25mm超では熱間圧延の爪曲げ成形時に
副爪内面にしわが顕著に発生して連結部の疲労特性が悪
化するため、副爪内面を滑らかにする手入れの必要が生
じることから、副爪厚は25mm以下が好ましい。
る。 （副爪厚：16mm以上）副爪厚16mm未満では連結部の疲労
特性が不十分となるため、副爪厚は16mm以上とするが、
好ましくは18mm以上、さらに好ましくは20mm以上であ
る。一方、副爪厚25mm超では熱間圧延の爪曲げ成形時に
副爪内面にしわが顕著に発生して連結部の疲労特性が悪
化するため、副爪内面を滑らかにする手入れの必要が生
じることから、副爪厚は25mm以下が好ましい。
【００１２】（副爪Ｒ：10mm以上）副爪Ｒ10mm未満では
反復引張荷重負荷時に副爪内面の作用応力が高くなりす
ぎて疲労寿命が低下するため、副爪Ｒは10mm以上に制限
される。なお、副爪Ｒ13mm超では開口部幅が広がりすぎ
て連結部の静的強度が不十分となる場合があるため、副
爪Ｒは13mm以下が好ましい。
反復引張荷重負荷時に副爪内面の作用応力が高くなりす
ぎて疲労寿命が低下するため、副爪Ｒは10mm以上に制限
される。なお、副爪Ｒ13mm超では開口部幅が広がりすぎ
て連結部の静的強度が不十分となる場合があるため、副
爪Ｒは13mm以下が好ましい。
【００１３】（継手高さ：78〜86mm）継手高さ78mm未満
では、10〜100 ｍにも及ぶ嵌合施工の作業性が低下し、
また、嵌合する際に副爪内面に玉部とのメタルタッチに
よる擦過疵が入りやすくなり、疲労特性が悪化する。一
方、継手高さ86mm超では、曲げモーメントが大きくなっ
て連結部内面の作用応力が増大し疲労寿命が低下するう
え、開口部幅が広がりすぎて連結部の静的強度が不十分
となる。よって継手高さは78〜86mmとする。
では、10〜100 ｍにも及ぶ嵌合施工の作業性が低下し、
また、嵌合する際に副爪内面に玉部とのメタルタッチに
よる擦過疵が入りやすくなり、疲労特性が悪化する。一
方、継手高さ86mm超では、曲げモーメントが大きくなっ
て連結部内面の作用応力が増大し疲労寿命が低下するう
え、開口部幅が広がりすぎて連結部の静的強度が不十分
となる。よって継手高さは78〜86mmとする。
【００１４】（開口部幅：15mm以上）開口部幅15mm未満
では、10〜100 ｍにも及ぶ嵌合施工の作業性が低下し、
また、嵌合する際に、開口部両端と指部とに互いのメタ
ルタッチによる擦過疵が入りやすくなり、疲労特性が悪
化するため、開口部幅は15mm以上とする。なお、開口部
幅18mm超では連結部の静的強度が不十分となる場合があ
るため、開口部幅は18mm以下が好ましい。
では、10〜100 ｍにも及ぶ嵌合施工の作業性が低下し、
また、嵌合する際に、開口部両端と指部とに互いのメタ
ルタッチによる擦過疵が入りやすくなり、疲労特性が悪
化するため、開口部幅は15mm以上とする。なお、開口部
幅18mm超では連結部の静的強度が不十分となる場合があ
るため、開口部幅は18mm以下が好ましい。
【００１５】（ウエブ厚：10mm以上）ウエブ厚10mm以下
ではウエブの静的強度が不十分となる場合があるため、
ウエブ厚は10mm以上が好ましい。なお、主爪の寸法形状
については、主爪の玉部が継手懐に、指部が開口部に、
それぞれ２mm程度の余裕隙をもって嵌まるように適宜決
定すればよい。
ではウエブの静的強度が不十分となる場合があるため、
ウエブ厚は10mm以上が好ましい。なお、主爪の寸法形状
については、主爪の玉部が継手懐に、指部が開口部に、
それぞれ２mm程度の余裕隙をもって嵌まるように適宜決
定すればよい。
【００１６】本発明の直線型形鋼は、図６に示した熱間
圧延プロセスにおいて、目標製品寸法に応じて孔型形状
とロール間隔を適正に設定することにより製造できる。
なお、副爪内面のしわ発生をより軽減する観点からは、
爪曲げ成形を700 ℃以上の温度域で行うことが好まし
い。
圧延プロセスにおいて、目標製品寸法に応じて孔型形状
とロール間隔を適正に設定することにより製造できる。
なお、副爪内面のしわ発生をより軽減する観点からは、
爪曲げ成形を700 ℃以上の温度域で行うことが好まし
い。
【００１７】
【実施例】0.15mass％Ｃ-0.19 mass％Si-0.58 mass％Mn
の組成になるＳＭ400MPa級の形鋼素材を図６に示した製
造プロセスで熱間圧延成形して、表１に示す寸法形状の
直線型形鋼を製造し、得られた製品について、応力振幅
０〜120 MPa ×周波数10Hzの反復引張荷重を負荷する疲
労試験により連結部の疲労寿命を測定するとともに、Ｆ
ＥＭ解析により応力120MPaになる引張荷重作用下での副
爪内面の作用応力を求めた。結果を表１に示す。表１よ
り明らかなように、本発明の実施例では、副爪内面の作
用応力が比較例よりも大幅に低減し、疲労寿命が比較例
よりも格段に向上した。
の組成になるＳＭ400MPa級の形鋼素材を図６に示した製
造プロセスで熱間圧延成形して、表１に示す寸法形状の
直線型形鋼を製造し、得られた製品について、応力振幅
０〜120 MPa ×周波数10Hzの反復引張荷重を負荷する疲
労試験により連結部の疲労寿命を測定するとともに、Ｆ
ＥＭ解析により応力120MPaになる引張荷重作用下での副
爪内面の作用応力を求めた。結果を表１に示す。表１よ
り明らかなように、本発明の実施例では、副爪内面の作
用応力が比較例よりも大幅に低減し、疲労寿命が比較例
よりも格段に向上した。
【００１８】
【表１】
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、連結部の疲労特性に優
れた直線型形鋼を安価に大量に供給できるようになると
いう産業上の寄与大なる効果を奏する。
れた直線型形鋼を安価に大量に供給できるようになると
いう産業上の寄与大なる効果を奏する。
【図１】直線型形鋼の各寸法の定義部位を示す断面図で
ある。
ある。
【図２】直線型形鋼の形状と連結部内面の作用応力バラ
ンスの関係を示すグラフである。
ンスの関係を示すグラフである。
【図３】副爪内面の作用応力と疲労寿命の関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図４】直線型形鋼の例を示す断面図である。
【図５】ＪＥＳ工法の説明図である。
【図６】直線型形鋼の熱間圧延製造プロセスの例を示す
工程図である。
工程図である。
Ｗ ウエブ １ 直線型形鋼 ２，40 連結子 ２Ａ 主爪 ２Ｂ 副爪 ３ 構造物（トンネル壁枠体） ４ 連結要素部材 ５ 形鋼素材 20 線路 30 道路トンネル 41 連結板材 400 連結要素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 啓徳 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 篠原 雅樹 東京都千代田区内幸町２丁目２番３号 川 崎製鉄株式会社内 Ｆターム(参考） 2D049 FB03 FB11 FC03 4E002 AC03 AC05 BC07
Claims (1)
- 【請求項１】 ウエブ幅端に主爪と副爪とからなる連結
子を有する熱間圧延製直線型形鋼において、前記連結子
が、副爪厚：16mm以上、副爪Ｒ：10mm以上、継手高さ：
78〜86mm、開口部幅：15mm以上の寸法形状を有すること
を特徴とする連結部疲労特性に優れた熱間圧延製直線型
形鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000178244A JP2001355231A (ja) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | 連結部疲労特性に優れた熱間圧延製直線型形鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000178244A JP2001355231A (ja) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | 連結部疲労特性に優れた熱間圧延製直線型形鋼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001355231A true JP2001355231A (ja) | 2001-12-26 |
Family
ID=18679701
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000178244A Pending JP2001355231A (ja) | 2000-06-14 | 2000-06-14 | 連結部疲労特性に優れた熱間圧延製直線型形鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001355231A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104550227A (zh) * | 2015-01-29 | 2015-04-29 | 乐山市沙湾区金山机械制造有限责任公司 | 一种lc型钢及其制造方法 |
| WO2015133111A1 (ja) * | 2014-03-03 | 2015-09-11 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 直線形鋼矢板、該直線形鋼矢板を用いた構造物の補強構造及び補強方法 |
| JP2021194646A (ja) * | 2020-06-09 | 2021-12-27 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 鋼矢板およびその製造方法 |
-
2000
- 2000-06-14 JP JP2000178244A patent/JP2001355231A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015133111A1 (ja) * | 2014-03-03 | 2015-09-11 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 直線形鋼矢板、該直線形鋼矢板を用いた構造物の補強構造及び補強方法 |
| JP2015165074A (ja) * | 2014-03-03 | 2015-09-17 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 直線形鋼矢板、該直線形鋼矢板を用いた構造物の補強構造及び補強方法 |
| CN104550227A (zh) * | 2015-01-29 | 2015-04-29 | 乐山市沙湾区金山机械制造有限责任公司 | 一种lc型钢及其制造方法 |
| JP2021194646A (ja) * | 2020-06-09 | 2021-12-27 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 鋼矢板およびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041109 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050329 |