JP2008184747A - トラス構造用鋼管及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくともトラス部材2とその端部に設けられるトラス部材端部3とを具備してなり、前記トラス部材2と該トラス部材端部3に設けられるトラス部材端部3とが、鋼管に対する温間スピニング加工により一体に形成され、前記トラス部材2及び前記トラス部材端部3の断面がいずれも円形状であり、前記トラス部材端部3の先端側の外径が前記トラス部材2の外径の最小値より小さくされてなる。
【選択図】図1
Description
これらのいずれのトラス構造においても、従来技術では結節点近傍での管の管径を縮小するため、トラス部材を構成する鋼管とは別個に鍛造や鋳造により形成したテーパ状のトラス部材端部を製造し、鋼管に溶接するかネジ接合を行うか、あるいはトラス部材に加えてトラス部材端部まで鋳造で一体成形するという方法が採用されてきたが、鋳造、鍛造、溶接を利用すると、トラス構造そのものがコストアップするという問題を有していた。
また、従来、ボールジョイント式のトラス構造において、以下の特許文献2に記載の如く、鋼管の端部に高周波加熱により増肉部を形成し、この増肉部に組立用孔を形成し、鋼管の端部に先窄まり型のパイプエンドを溶接し、このパイプエンドに挿通したボルトを利用し、先の増肉部の組立用孔を介して工具を操作し、トラス構造の節となる接合球体にボルト止めすることでトラス部材端部とした構造が知られている。(特許文献2:図2参照)
更に従来、以下の特許文献3に記載の如く、鋼管の端部にパイプエンドをネジ結合し、該パイプエンドの先端側に鋼管端部間に配置されるボール継手に接続するためのボルトを挿通状態で設け、このボルトを介してボール継手に鋼管を接合した構造が開示されている(特許文献3:図1、図2参照)
例えば、図25に従来のトラス構造用鋼管の一例を示すが、この例のトラス構造用鋼管110はトラス部材を構成する鋼管111とこの鋼管111の両端部に溶接接合部112を介して個々に固定された側面視円錐台状のパイプ体からなるトラス部材端部113を具備して構成されている。そして、この図に示したトラス構造用鋼管の構造では球状の継手などにボルトを用いてトラス部材端部113を接続するので、鋼管111とトラス部材端部113との溶接部分で強度低下が起こらないように、溶接品質の管理は重要であり、この溶接を十分な品質で行うためには、製造コスト、組立コストが嵩む傾向にあった。
また、本発明は、製品形状の自由度が高い温間スピニング加工を利用することにより、トラス部材とトラス部材端部とが一体化されながら、トラス部材とトラス部材端部を含めた全体としての耐座屈性に優れたエンタシス形状(トラスの長手方向中央部側外径が大きく、トラス端部側の外径が小さい形状)のトラス構造用鋼管の提供を目的とする。
(1)本発明は、少なくともトラス部材とその端部に設けられるトラス部材端部とを具備してなり、前記トラス部材と前記トラス部材端部とが、鋼管に対する温間スピニング加工により一体に形成され、前記トラス部材及び前記トラス部材端部の断面がいずれも円形状であり、前記トラス部材端部の先端側の外径が前記トラス部材の外径の最小値よりも小さくされてなることを特徴とする。
(2)本発明は、先に記載のトラス部材が円筒状であり、前記トラス部材端部の外形が円錐台状であることを特徴とする。
(3)本発明は、先に記載のトラス部材と、前記トラス部材端部からなる全体外形が一連のエンタシス形状とされてなることを特徴とする。
(5)本発明は、Φが0から8(1−y0)で連続的に変化したときの次の関数、y=[16(1−y0)−4Φ](x/L)4+[−32(1−y0)+8Φ](x/L)3+[16(1−y0)−5Φ](x/L)2+Φ(x/L)+y0 で表されることを特徴とする。
(6)本発明は、複数のトラス部材と、これら複数のトラス部材の間に位置し該トラス部材の外径よりも小さい外径の中間結節部とが、一体化されてなり、前記複数のトラス部材と前記中間結節部とが温間スピニング加工により一体成形されたことを特徴とする。
(7)本発明は、先に記載の中間結節部の肉厚が前記トラス部材の肉厚よりも厚くされたことを特徴とする。
(8)本発明は、前記中間結節部が円筒状とされ、その内側に焼き嵌め部材を内挿した2重管構造とされてなることを特徴とする。
(9)本発明は、先に記載のトラス部材端部の先端側に円筒状の先端直管部が設けられたことを特徴とする。
(10)本発明は、先に記載のトラス部材端部の肉厚の最大値が、前記トラス部材の肉厚の最大値よりも厚くされてなることを特徴とする。
(12)本発明は、前記先端直管部が円筒状とされ、その内側に焼き嵌め部材を内挿した2重壁構造とされてなることを特徴とする。
(13)本発明の製造方法は、少なくともトラス部材とその端部に設けられるトラス部材端部とを具備してなり、前記トラス部材と前記トラス部材端部とが、鋼管に対する温間スピニング加工により一体に形成され、前記トラス部材及び前記トラス部材端部の断面がいずれも円形状であり、前記トラス部材端部の先端側の外径が前記トラス部材の外径の最小値よりも小さくされてなるトラス構造用鋼管を製造するにあたり、
該鋼管の長手方向中央の外径に対する鋼管外径比が、鋼管の長手方向の位置(x)を鋼管長(L)で無次元化したx/Lが0から1の範囲で、前記鋼管両端での無次元化した関係を示すy0が0.2〜0.9まで連続的に変化した各値に対して、
ymin=16(1−y0)(x/L)4−32(1−y0)(x/L)3+16(1−y0)(x/L)2+0(x/L)+y0 なる式と、
ymax=−16(1−y0)(x/L)4+32(1−y0)(x/L)3−24(1−y0)(x/L)2+8(1−y0)(x/L)+y0 なる式とで囲まれた範囲になるように加工することを特徴とする。
(14)本発明の製造方法は、(13)に記載の鋼管両端での形状の傾きを示すΦが0から8(1−y0)で連続的に変化したときの次の関数
y=[16(1−y0)−4Φ](x/L)4+[−32(1−y0)+8Φ](x/L)3+[16(1−y0)−5Φ](x/L)2+Φ(x/L)+y0 で表される形状になるように加工することを特徴とする。
本発明によれば、製品形状の自由度が高い温間スピニング加工を利用することにより、トラス部材とトラス部材端部とが一体化されながら、トラス部材とトラス部材端部を含めた全体としての耐座屈性に優れたエンタシス形状(トラスの長手方向中央部側外径が大きく、トラス端部側の外径が小さい形状)を実現した構造のトラス構造用鋼管を提供することができる。
本発明によれば、ymin=16(1−y0)(x/L)4−32(1−y0)(x/L)3+16(1−y0)(x/L)2+0(x/L)+y0 なる式と、ymax=−16(1−y0)(x/L)4+32(1−y0)(x/L)3−24(1−y0)(x/L)2+8(1−y0)(x/L)+y0 なる式とで囲まれた範囲に、鋼管外径比を納めたので、曲げモーメントと軸力が作用した場合にそれらを効率的に負荷することができる、望ましいトラス鋼管形状を提供できる。
また、鋼管両端での形状の傾きを示すΦが0から8(1−y0)で連続的に変化したときの次の関数y=[16(1−y0)−4Φ](x/L)4+[−32(1−y0)+8Φ](x/L)3+[16(1−y0)−5Φ](x/L)2+Φ(x/L)+y0 で表される形状にすることで曲げモーメントと軸力が作用した場合にそれらを効率的に負荷することができる、望ましいトラス鋼管形状を提供できる。
図1は本発明に係る温間スピニング加工を用いる技術により製造されたトラス構造用鋼管の第1の実施形態を示すもので、この形態のトラス構造用鋼管1は、梁部となる直管状のトラス部材2とこのトラス部材2の両端部側にトラス部材2の構成材料と同じ材料で一体的に延出形成された先窄まり円錐台パイプ型のトラス部材端部3とから構成されている。
前記トラス部材2は均一の厚さの筒状の周壁2aを有する直管状に形成され、その両端部側に一体的に延出形成されているトラス部材端部3においてもその周壁3aの肉厚は先の周壁2aとほぼ同様に均等な厚さとされている。
図25に示す例の温間スピニング加工装置Aは、テーブル10の上面側中央部にロール装置11が設けられ、その下方側のテーブル10上にレール部材12、13が直線的に相互に離間して平行に配置され、ロール装置11の両側に前記レール部材12、13に沿って移動自在に入側の台車15と、出側の台車16が配置され、ロール装置11と入側の台車15との間に加熱装置17が設置されて概略構成されている。
前記台車15は回転主軸を備えた把持部(パイプチャック部)18と走行車輪19を有し、図示略の走行用モータを利用してレール部材12、13に沿って移動自在に設けられ、パイプチャック部18に一端部を装着させた鋼管20を回転させながら支持しつつレール部材12、13に沿って前後移動できるように構成されている。
前記台車16は回転主軸を備えた把持部(パイプチャック部)21と走行車輪22を有し、パイプチャック部21に他端を装着させた鋼管20を回転させながら支持しつつレール部材12、13に沿って前後移動できるように構成されている。
前記ロール装置11は、3つのローラ25、25、25をそれらの回転軸を互い違いの方向に向けてこれら3つのローラ25で鋼管20の周囲を取り囲むことができるように配置され、各ローラ25の回転軸の相互間隔を調整することで鋼管20を押圧する力を調整できるように構成されている。
なお、図25は温間スピニング加工装置Aの概要構造のみを示すもので、ロール装置11の詳細構造説明等は略したが、温間スピニング加工装置の詳細な具体構造例として、本出願人が先に特許出願している特開2003−103310号公報に記載の温間スピニング加工装置を例示することができる。
この元鋼管を図25に示す温間スピニング加工装置Aを用いて加熱しながら連続的にスピニング加工して必要部分を縮径することによりトラス構造用鋼管1を製造する。それには、まず、元鋼管を加熱装置17の挿通孔23に通すとともに、元鋼管の両端を台車15の把持部18と台車16の把持部21で把持し、元鋼管を一定方向に連続回転させる。
出側の台車16は走行用モータにより一定速度で図25の右側に向いてレール部材12、13に沿って走行し、元鋼管を出側に引き出すようになっている。
その際、ロール装置11の各ローラ25の押し込み量を元鋼管の位置毎に調節し、直管状のトラス部材2とする部位では押し込み量をほぼ一定とするとともに、円錐台パイプ状のトラス部材端部3とする部位ではその先端側に向かうにつれて押し込み量を漸次増加することにより、図1に示す如く直管状のトラス部材2とその両端部の円錐台パイプ状のトラス部材端部3とを一体化してなるトラス構造用鋼管1を得ることができる。
なお、以下に説明する各実施形態は、上述した温間スピニング加工装置Aにより実現できる以下の1)〜3)の特徴によって実現されるものである。
1).鋼管の外径を変化させることができる。
2).鋼管の肉厚を変化させることができる。
そして、これらの特徴に対して、鋼管トラスに必要な以下の要件を組み合わせることにより、以下の各実施形態のトラス構造用鋼管を得ることが可能となる。
1).トラス構造の結節点ではトラスどうしの接合のため、外径を小さくする必要がある。
2).外径が小さいところでは応力が大きくなるため、強度を高める必要がある。
3).結節点を機械接合(ボルト接合、ピン接合等)とすることがある。
4).良好な景観性が必要。
図2に示す第2実施形態のトラス構造用鋼管30は、トラス部材32とその両端部側に形成されているトラス部材端部33とからなり、この形態ではトラス部材32を構成する周壁32aとトラス部材端部33を構成する先窄まり状の周壁33aとが一体化されて連続形成され、周壁33a、32a、33aの外形が連続して一連のエンタシス形状に沿う形状とされている。ここでエンタシス形状とは、トラス構造用鋼管30を全体視した場合にその長さ方向中央部が他の部分よりも膨らんだ形状を意味する。
この形態ではトラス部材32とトラス部材端部33、33とが一連のエンタシス形状とされているので、トラス部材32とトラス部材端部33との境界に段差等はなく、一連の曲率で滑らかに連続形成されている。
更に詳しく説明すると、この形態のトラス構造用鋼管35では、図3の左側から順に、トラス部材端部37を構成する左側が先窄まり状の周壁37aと、トラス部材36を構成する直管状の周壁36aと、トラス部材端部37を構成する右側が先窄まり状の周壁37aと、中間結節部38を構成する直管状の周壁38aと、トラス部材端部37を構成する左側が先窄まり状の周壁37aと、トラス部材36を構成する直管状の周壁36aと、トラス部材端部37を構成する右側が先窄まり状の周壁37aとが先に説明した温間スピニング加工により連続一体化形成されて構成されている。
また、この形態のトラス構造用鋼管35の各周壁36a、37aはいずれも同一の厚さに形成され、中間結節部38の周壁38aがそれらよりも若干薄く形成されている。
更に詳しく説明すると、この形態のトラス構造用鋼管40では、図3の左側から順に、トラス部材端部43を構成する左側が先窄まり状の周壁43aと、トラス部材42を構成する直管状の周壁42aと、トラス部材端部43を構成する右側が先窄まり状の周壁43aと、中間結節部44を構成する直管状の周壁44aと、トラス部材端部43を構成する左側が先窄まり状の周壁43aと、トラス部材42を構成する直管状の周壁42aと、トラス部材端部43を構成する右側が先窄まり状の周壁43aとが先に説明した温間スピニング加工により連続一体化形成されている。
また、この形態のトラス構造用鋼管40では、周壁43aの先端側(トラス部材と離れた側)が順次より厚く、その基端部側(トラス部材側)が順次より薄く形成され、周壁43aの基端側の最も肉薄の部分と周壁42aとが同一の厚さに形成されている。そして、トラス部材端部43ではその周壁43aの基端側(トラス部材側)がより薄く、その周壁43aの先端側(中間結節部側)がより厚く形成され、周壁43aの先端側の厚さよりも中間結節部44の厚さが若干小さく形成されている。なお、中間結節部44の右側に接続されているトラス部材端部43、トラス部材42、トラス部材端部43の各周壁の肉厚は中間結節部44の左側に接続されているトラス部材端部43、トラス部材42、トラス部材端部43の各周壁と左右対称関係とされているので、詳しい説明は省略する。
更にこの形態のトラス構造用鋼管40は、各トラス部材端部43の先窄まり状の周壁43aにおいて、周壁43aの先端側が肉厚構造とされているので、トラス構造とした場合の応力が特に作用し易い部分の強度を充分に確保することができる。
前記形状のトラス構造用鋼管45は、中間結節部38内に筒状の焼き嵌め部材46を内挿して中間結節部38の部分の強度を高めているので、トラス構造とした場合の応力が特に作用し易い部分の強度を確保することができる。
その他の構造は先の第3実施形態のトラス構造用鋼管1と同等であるので、同一の部分には同一の符号を付してそれらの部分の説明を省略する。この形態の管部51の周壁51aの肉厚はトラス部材端部3の周壁3aの肉厚よりも若干薄く形成されている。
前記形状のトラス構造用鋼管50は、先の形態で説明した種々の特徴を有するトラス部材2とトラス部材端部3、3からなるトラス構造用鋼管1と類似形状となる構成とされているので、先の形態のトラス構造用鋼管1が有するものと同等の特徴を有している。
更にこの形態のトラス構造用鋼管50は、直管状の管部51を有し、この部分にネジ部などを形成できるので、トラス構造の節の部分を構成する他の部材にボルト接合する場合に管部51を有効利用することができる。
前記形状のトラス構造用鋼管55は、先の形態のトラス構造用鋼管1と同様の作用効果を奏する上に、トラス部材端部56の先窄まり状の周壁56aの先端側を肉厚にして応力集中しやすい部分の強化を図っている。
前記形状のトラス構造用鋼管60は、先の形態のトラス構造用鋼管30と同等の作用効果を奏するが、その上で、トラス部材端部62、62の周壁62aの先端側を肉厚にすることで、この部分の強度を向上させることができたものである。
前記形状のトラス構造用鋼管65は、先の実施形態のトラス構造用鋼管35と同様の作用効果を奏する上に、直管状の管部66を有し、この部分にネジ部などを形成できるので、トラス構造の節の部分を構成する他の部材にボルト接合する場合に管部66を有効利用することができる。
前記形状のトラス構造用鋼管70は、先の実施形態のトラス構造用鋼管60と同等の効果を奏する上に、直管状の管部71を有し、この部分にネジ部などを形成できるので、トラス構造の節の部分を構成する他の部材にボルト接合する場合に直管状の管部71を有効利用することができる。
前記形状のトラス構造用鋼管75は、先の実施形態のトラス構造用鋼管65と同等の効果を奏する上に、トラス部材端部43においてそれらの先端部側を肉厚とすることでこの部分の強度向上を図ったものである。
前記形状のトラス構造用鋼管80は、先の実施形態のトラス構造用鋼管50の作用効果と同等の作用効果を奏する。更に、トラス構造用鋼管80は、管部51の内部に筒状の焼き嵌め部材81を内挿することで管部51の強度を高めると共に、この部分にネジ部を形成する場合に焼き嵌め部材81にネジ部を形成できるので、焼き嵌め部材81としてネジ部形成に好適な材料を選択することができ、ネジ部の信頼性向上を図ることができる。
前記形状のトラス構造用鋼管85は、先の形態のトラス構造用鋼管70が有する作用効果に加え、焼き嵌め部材86を内挿することで管部71の強度を高め、更にこの部分にネジ部を形成する場合に焼き嵌め部材86にネジ部を形成できるので、焼き嵌め部材86としてネジ部形成に好適な材料を選択することができ、ネジ部の信頼性向上を図ることができる。
前記形状のトラス構造用鋼管90は、先の形態のトラス構造用鋼管65が有する作用効果に加え、焼き嵌め部材91を内挿することで管部66の強度を高め、更にこの部分にネジ部を形成する場合に焼き嵌め部材91にネジ部を形成できるので、焼き嵌め部材91としてネジ部形成に好適な材料を選択することができ、ネジ部の信頼性向上を図ることができる。
前記形状のトラス構造用鋼管95は、先の形態のトラス構造用鋼管90が有する作用効果に加え、トラス部材端部37、43においてそれらの先端部側を肉厚とすることでこの部分の強度向上を図ったものである。
前記形状のトラス構造用鋼管100は、先の実施形態のトラス構造用鋼管95が有する作用効果に加え、中間結節部38の強度を高めることができる効果を奏する。
以下に、本発明で用いるトラス鋼管の最適形状を求めるために行った柱の座屈における最適断面の解析について説明する。
座屈する柱の材長への断面変化を考慮すると、座屈は曲げとの釣り合いであると考えられるために、軸力をpとし、座屈波形v、モーメント抵抗Mとすると、以下の(1)式が成立する。
ここで効率的な柱の断面を考えるとき、断面を大きくすれば、するほど座屈荷重が高くなるのは、当然であるが、柱の容積を一定にしておいた時の効率的な断面変化はどのようなものか、解析する。
エネルギー原理に基づき、容積一定を付帯条件とした付帯条件付き変分問題として求めると、全ポテンシャルエネルギーTは、内部歪エネルギーV、外部エネルギーW、付帯条件gとして以下の式で示すことができる。
内部エネルギーの変分は先の(3)式より、以下の(11)式と(12)式と(13)式が成立する。
x=0〜L1において、釣合式から、以下の(15)式と(16)式となる。
いま、鋼管の径(D)が長さ方向で変化し、管厚(t)は一定とした場合の最適形状は、n=3、m=1に対応する。以上から以下の(24)式〜(26)式が求まる。
なお、ここまで弾性論について説明した両端ピン支持の鋼管の解析手法の基本、並びに以下に記述する解析手法の基本は、弾性学「著者:倉西正嗣、発行所:(株)国際理工研究社:発売元:(株)文献社、昭和24年4月25日 初版発行、昭和45年10月10日 復刻版発行」のP272〜P279に詳細に説明されている。
以上説明の如く弾性論に基づき計算した結果、両端単純支持の柱の最適形状(座屈荷重が同一であっても柱を構成する鋼管の部材断面積を最小にする)を考慮した結果を図17に示す。
ただし、図17に示す結果は、仮定した解析モデルに対しては理想的な結果であるが、実際には両端で断面が0となると、曲げモーメント抵抗は必要でなくても座屈荷重分の軸力を少なくとも負担する必要が出てくる。部材が作用軸力を負担するためには、部材の作用応力度を降伏応力度以下にする必要が生じる。部材が作用軸力を負担するためには、部材の作用応力度を降伏応力度以下にする必要が生じる。
実際に部材に要求される断面は、座屈に抵抗するための曲げ抗力に加えて、その時に作用している軸力(座屈軸力)に対する抵抗である。
なお、参考のために、部材の端部を直線部としたξ≧0.6の場合の最適断面形状を図18に示しておく。
図19に示す如く、中央部が膨らんだ形状の鋼管を想定し、材長をL、軸方向に作用する力をp、軸方向の向きをxとすると、鋼管表面の形状はA(x)=A0 ξ(x)となり、図19の関係から、断面の応力度は、降伏応力度以下であり、以下の(27)式の関係を有する必要がある。
a+b+c+d+e=y0 … 6)式
前記(31)式の条件 3)式、 4)式より、以下の 7)式の関係となる。
dy/d(x/L)=4a(x/L)3+3b(x/L)2+2c(x/L)+d
4a・(1/2)3+3b(1/2)2+2c(1/2)+d
=(1/2)a+(3/4)b+c+d … 7)式
d=Φ … 8)式
a(1/2)4+b(1/2)3+c(1/2)2+d・(1/2)+e
=(1/16)a+(1/8)b+(1/4)c+(1/2)d+e=1 …9)式
a+b+c=−Φ … 10)式
(1/2)a+(3/4)b+c=−Φ … 11)式
(1/16)a+(1/8)b+(1/4)c=1−y0−(Φ/2) … 12)式
上記 13)式を 11)式に代入する。
(1/2)a+(3/4)b−a−b−Φ=−Φ
−(1/2)a−(1/4)b=0
b=−(1/2)a×4=−2a … 14)式
(a/16)+(1/8)(−2a)+(1/4)(−a+2a−Φ)
=1−Y0−(Φ/2)
a/16=1−y0−4Φ
よって、a=16(1−y0)−4Φ … 15)式
前記 15)式を前記14)式に代入すると、以下の16)式となる。
b=−32(1−y0)+8Φ … 16)式
更に前記 13)式に代入する。
c=−16(1−y0)+4Φ+32(1−y0)−8Φ−Φ
よって、C=16(1−y0)−5Φ … 17)式
以上の関係から、求める形状関数は以下の(32)式となる。
p/A0y<σyの関係があるので、以下の(33)式が成り立つ。この関係は、先の図20を元に説明した場合の関係と同様である。
従って、y0に対して、下記(34)式の条件を付加しておけば、部材全長で満足されることとなる。
前記(32)式の形状関数は、上に凸型の形状を想定している。よって以下の(35)式の関係がある。
弾性論に基づき、両端単純支持の柱の最適形状(座屈荷重が同一でも部材体積を最小にする)は図17に示した通りである。図17において、横軸は部材全長に対する比率であり、縦軸は部材中央の断面径に対する比率である。最適形状は、部材両端で0であり、部材中央で1.0を繋ぐ曲線形状となる。図17において両端で0になるのは、座屈加重を求める際に境界条件を両端単純支持にしたため、曲げモーメント抵抗を必要としないためである。
図17に示す結果は、仮定した解析モデルに対して理想的な結果であるが、実際には両端で断面が0になると、曲げモーメント抵抗は必要でなくても座屈荷重分の軸力を少なくとも負担する必要が出てくる。部材が作用軸力を負担するためには、部材の作用応力を降伏応力度以下にする必要が出てくる。この点、先の(27)式の関係となる。
また、部材の作用軸力pは降伏軸力pyに対して一般に20%程度以上を作用させるため((28)式参照)、ξ(x)に対して(29)式の条件が誘導される。現実を想定した前記(29)式の条件と図17に示す状態は部材両端で矛盾が生じるために、先に説明した如く新たな形状の発見が必要であった。
部材は、最小軸力条件式の(33)式と部材中央での形状を凸関数とする条件式(35)式から、(34)式と(37)式が誘導される。従って、(32)式の形状関数は、(34)式、(37)式の条件の下で最適形状を与えることとなる。
実際にはy0は、(34)式に示したように0.2〜1.0までの間で連続的に設定することができ、設定したy0に対して(37)式に基づきΦも設定される。
図21はy0=0.2の場合の例であるが、Φの取る値により関数は変化する。この場合は、0≦Φ≦6.4で最適形状を与える。
例えば図21の場合は、形状関数のb曲線とc曲線の間に位置する斜線の範囲にトラス構造用鋼管の形状を制御すればよい。
そしてその際の最大値と最小値は、
ymin=16(1−y0)(x/L)4−32(1−y0)(x/L)3+16(1−y0)(x/L)2+0(x/L)+y0 なる式と、
ymax=−16(1−y0)(x/L)4+32(1−y0)(x/L)3−24(1−y0)(x/L)2+8(1−y0)(x/L)+y0 なる式で示されるので、yminとymaxとの間の位置する図21の範囲を選択することとなる。
例えば図22の場合は、形状関数のd曲線とe曲線の間に位置する斜線の範囲にトラス構造用鋼管の形状を制御すればよい。最大値と最小値の関係は図21の場合と同様にyminとymaxとの間の位置する図21の範囲を選択することとなる。
例えば図23の場合は、形状関数のf曲線とg曲線の間に位置する斜線の範囲にトラス構造用鋼管の形状を制御すればよい。最大値と最小値の関係は図21の場合と同様にyminとymaxとの間の位置する図23の範囲を選択することとなる。
図24はy0=0.8の場合の例であるが、Φの取る値により関数は変化する。この場合は、0≦Φ≦1.6で最適形状を与える。
例えば図24の場合は、形状関数のh曲線とi曲線の間に位置する斜線の範囲にトラス構造用鋼管の形状を制御すればよい。最大値と最小値の関係は図21の場合と同様にyminとymaxとの間の位置する図24の範囲を選択することとなる。
y=[16(1−y0)−4Φ](x/L)4−[−32(1−y0)+8Φ](x/L)3+[16(1−y0)−5Φ](x/L)2−Φ(x/L)+y0 で表される形状にトラス構造用鋼管の形状を制御すれば、良いこととなる。
具体的には、先に説明したyminとymaxとの間の位置する形状関数になるように、図25に示す例の温間スピニング加工装置Aによりトラス構造用鋼管の外形形状を制御しつつトラス構造用鋼管を製造すれば良い。
また、具体的には、先のy=[16(1−y0)−4Φ](x/L)4+[−32(1−y0)+8Φ](x/L)3+[16(1−y0)−5Φ](x/L)2+Φ(x/L)+y0 で表される形状関数に合致するように図25に示す例の温間スピニング加工装置Aによりトラス構造用鋼管の外形形状を制御しつつトラス構造用鋼管を製造すれば良い。
70、75、80、85、90、95、100…トラス構造用鋼管、
2、32、36、42、61…トラス部材、
3、33、37、43、56、62…トラス部材端部、
2a、32a、36a、42a…周壁、
3a、33a、37a、43a…周壁、
51、66、71、76…管部、
81、86、91…焼き嵌め部材。
Claims (14)
- 少なくともトラス部材とその端部に設けられるトラス部材端部とを具備してなり、前記トラス部材と前記トラス部材端部とが、鋼管に対する温間スピニング加工により一体に形成され、前記トラス部材及び前記トラス部材端部の断面がいずれも円形状であり、前記トラス部材端部の先端側の外径が前記トラス部材の外径の最小値よりも小さくされてなることを特徴とするトラス構造用鋼管。
- 前記トラス部材が円筒状であり、前記トラス部材端部の外形が円錐台状であることを特徴とする請求項1に記載のトラス構造用鋼管。
- 前記トラス部材と、前記トラス部材端部からなる全体外形が一連のエンタシス形状とされてなることを特徴とする請求項1または2に記載のトラス構造用鋼管。
- 前記トラス部材とトラス部材端部を構成する鋼管において、該鋼管の長手方向中央の外径に対する鋼管外径比が、鋼管の長手方向の位置(x)を鋼管長(L)で無次元化したx/Lが0から1の範囲で、前記鋼管両端での無次元化した関係を示すy0が0.2〜0.9まで連続的に変化した各値に対して、
ymin=16(1−y0)(x/L)4−32(1−y0)(x/L)3+16(1−y0)(x/L)2+0(x/L)+y0 なる式と、
ymax=−16(1−y0)(x/L)4+32(1−y0)(x/L)3−24(1−y0)(x/L)2+8(1−y0)(x/L)+y0 なる式とで囲まれた範囲にあることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のトラス構造用鋼管。 - 鋼管両端での形状の傾きを示すΦが0から8(1−y0)で連続的に変化したときの次の関数
y=[16(1−y0)−4Φ](x/L)4+[−32(1−y0)+8Φ](x/L)3+[16(1−y0)−5Φ](x/L)2+Φ(x/L)+y0 で表されることを特徴とする請求項4に記載のトラス構造用鋼管。 - 複数のトラス部材と、これら複数のトラス部材の間に位置し該トラス部材の外径よりも小さい外径の中間結節部とが、一体化されてなり、前記複数のトラス部材と前記中間結節部とが温間スピニング加工により一体成形されたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のトラス構造用鋼管。
- 前記中間結節部の肉厚が前記トラス部材の肉厚よりも厚くされたことを特徴とする請求項6に記載のトラス構造用鋼管。
- 前記中間結節部が円筒状とされ、その内側に焼き嵌め部材を内挿した2重管構造とされてなることを特徴とする請求項6に記載のトラス構造用鋼管。
- 前記トラス部材端部の先端側に円筒状の先端直管部が設けられたことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のトラス構造用鋼管。
- 前記トラス部材端部の肉厚の最大値が、前記トラス部材の肉厚の最大値よりも厚くされてなることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のトラス構造用鋼管。
- 前記先端直管部の肉厚の最大値が前記トラス部材の最大値よりも厚くされてなることを特徴とする請求項9または10に記載のトラス構造用鋼管。
- 前記先端直管部が円筒状とされ、その内側に焼き嵌め部材を内挿した2重壁構造とされてなることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載のトラス構造用鋼管。
- 少なくともトラス部材とその端部に設けられるトラス部材端部とを具備してなり、前記トラス部材と前記トラス部材端部とが、鋼管に対する温間スピニング加工により一体に形成され、前記トラス部材及び前記トラス部材端部の断面がいずれも円形状であり、前記トラス部材端部の先端側の外径が前記トラス部材の外径の最小値よりも小さくされてなるトラス構造用鋼管を製造するにあたり、
該鋼管の長手方向中央の外径に対する鋼管外径比が、鋼管の長手方向の位置(x)を鋼管長(L)で無次元化したx/Lが0から1の範囲で、前記鋼管両端での無次元化した関係を示すy0が0.2〜0.9まで連続的に変化した各値に対して、
ymin=16(1−y0)(x/L)4−32(1−y0)(x/L)3+16(1−y0)(x/L)2+0(x/L)+y0 なる式と、
ymax=−16(1−y0)(x/L)4+32(1−y0)(x/L)3−24(1−y0)(x/L)2+8(1−y0)(x/L)+y0 なる式とで囲まれた範囲になるように加工することを特徴とするトラス構造用鋼管の製造方法。 - 鋼管両端での形状の傾きを示すΦが0から8(1−y0)で連続的に変化したときの次の関数
y=[16(1−y0)−4Φ](x/L)4+[−32(1−y0)+8Φ](x/L)3+[16(1−y0)−5Φ](x/L)2+Φ(x/L)+y0 で表される形状になるように加工することを特徴とする請求項13に記載のトラス構造用鋼管の製造方法。
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