JP2017002627A - 直線形鋼矢板試験片、直線形鋼矢板試験装置、及び直線形鋼矢板試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＪＩＳに準じた直線形鋼矢板の準継手引張試験でバラツキを含めた継手部の継手引張強度を簡易に取得することが可能な直線形鋼矢板試験片を提供する。
【解決手段】継手部４の長さが直線部３の長さより小さい直線形鋼矢板試験片１を用いて準継手引張試験を行うにあたり、直線部の長さをＬ_L、継手部の長さをＬ_J、直線部の厚さをＴ、引張強さをＳ、降伏応力をＹ、継手強度係数をＫとしたとき、Ｔ×Ｓ×Ｌ_L＞Ｋ×Ｙ×Ｌ_Jを満たすように直線部の長さＬ_L及び継手部の長さＬ_Jを設定することで継手部４が破断するようにした。継手強度係数Ｋは、継手部４の形状から設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鉄業で製造される直線形鋼矢板の試験片、試験装置、試験方法に関し、例えば直線形鋼矢板の強度を適性に試験するのに好適なものである。

直線形鋼矢板は、縦長の長方形平板状の直線部の短辺方向、即ち幅方向両端部に継手部が形成されたものであり、その継手部同士を互いに嵌合させて連結し、鋼矢板壁を形成する。この直線形鋼矢板は、矩形素材を加熱した後、例えば熱間圧延ラインにて、圧延機に配置された上下２本の孔型ロールで繰り返し圧延して成型される。その後、圧延鋼材の長さ方向両端部に形成された非定常部を熱間鋸断機で切り捨て、所定の長さに切断する。更に、冷却後、千鳥状に配置された矯正ロールで冷却歪みを除去して製品とされる。このような直線形鋼矢板に対し、日本工業規格ＪＩＳＡ５５２３では、直線形鋼矢板からなる２つの試験片の継手部同士を嵌合させて引張試験を行う継手引張試験が規定されている。この継手引張試験で、継手断面重量を増すことなく、継手強度を高めることを目的として、下記特許文献１では、主爪及び副爪で構成される継手部及び直線部の形状を限定している。また、この特許文献１には、継手部の強度が、継手部の形状を反映した継手強度係数に依存することが記載されている。

特開昭５６−２０２２７号公報

ところで、鋼矢板壁として用いられる直線形鋼矢板は、直線部の長辺方向、即ち長さ方向を除く外力に対して十分な強度を有する必要があり、そのため直線形鋼矢板の継手は容易に離脱することなく且つ規定の強度を有する必要がある。例えば、前述の日本工業規格に規定される継手引張試験で発生する直線形鋼矢板の破断は、何れかの直線形鋼矢板試験片の直線部で破断する場合と、何れかの試験片の継手部で破断する場合の２つの形態がある。直線形鋼矢板が直線部で破断する場合の継手引張強度は、鋼材の引張強さと直線部の厚さで決定する。一方、直線形鋼矢板が継手部で破断する場合の継手引張強度は、鋼材の引張強さと継手形状で決定する。前述のように、直線形鋼矢板は、孔型ロールを用いた熱間圧延によって成型しているため、継手形状は、圧延温度や孔型ロールの摩耗などによって変動する。このため、直線形鋼矢板が継手部で破断する場合の継手引張強度、即ち破断強度のバラツキは、直線形鋼矢板が直線部で破断する場合の継手引張強度、即ち破断強度のバラツキよりも大きい。しかしながら、実質的に、継手引張試験において直線形鋼矢板が直線部で破断する場合と継手部で破断する場合は混然としており、バラツキを含めて直線形鋼矢板が継手部で破断する場合の継手引張強度のデータを十分に取得できない。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、バラツキを含めて直線形鋼矢板が引張試験において継手部で破断する場合の継手引張強度のデータを取得しやすい直線形鋼矢板試験片、直線形鋼矢板試験装置、及び直線形鋼矢板試験方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、日本工業規格に規定される直線形鋼矢板の継手引張試験に準じた準継手引張試験を行う場合に、直線部の幅方向端部に形成された継手部を互いに嵌合して準継手引張試験を行う直線形鋼矢板試験片であって、直線部の長さをＬ_L、継手部の長さをＬ_J、直線部の厚さをＴ、引張強さをＳ、降伏応力をＹ、継手強度係数をＫとしたとき、下記１式を満たすように直線部の長さＬ_L及び継手部の長さＬ_Jを設定して準継手引張試験で継手部が破断するようにした直線形鋼矢板試験片が提供される。

ａ₀：無荷重時主爪−主爪接触点から主爪−副爪接触点までの直線部垂直方向距離
ｂ₀：無荷重時主爪−主爪接触点から主爪最小厚断面中心までの直線部垂直方向距離
ｃ₀：無荷重時主爪−副爪接触点から主爪最小厚断面中心までの直線部垂直方向距離
ｙ₀：無荷重時主爪−副爪接触点から副爪最小厚断面中心までの直線部垂直方向距離
ｄ₀：無荷重時主爪−副爪接触点から副爪最小厚断面中心までの直線部幅方向距離
δ₀：無荷重時副爪最小厚断面中心から主爪最小厚断面中心までの直線部幅方向距離
ｈ：副爪円弧止まりにおける無荷重時−荷重時の直線部厚さ中心の偏心量
ｇ：荷重時主爪−主爪接触点から副爪円弧止まりまでの直線部幅方向距離
ｉ₀：無荷重時主爪−主爪接触点から主爪最小厚断面中心までの直線部幅方向距離
ｅ₀：無荷重時主爪−主爪接触点から主爪−副爪接触点までの直線部幅方向距離
α₀：無荷重時主爪−副爪接触点における接線と直線部幅方向とのなす角度
β：荷重時における継手部の無荷重時からの回転角度
ｆ₀：副爪最小厚断面での厚さ
μ：摩擦係数

また、本発明の別の態様によれば、本発明の一態様による直線形鋼矢板試験片を引張試験機に取付けて準継手引張試験を行う直線形鋼矢板試験装置が提供される。
また、本発明の別の態様によれば、本発明の一態様による直線形鋼矢板試験片を引張試験機に取付けて準継手引張試験を行う直線形鋼矢板試験方法が提供される。

而して、本発明の直線形鋼矢板試験片、直線形鋼矢板試験装置、及び直線形鋼矢板試験方法では、準継手引張試験で直線形鋼矢板試験片の継手部が破断するので、バラツキを含めて直線形鋼矢板が継手部で破断する場合の継手引張強度のデータを取得しやすい。

本発明の直線形鋼矢板試験片、直線形鋼矢板試験装置、及び直線形鋼矢板試験方法の一実施形態を示す説明図である。 一般的な直線形鋼矢板の説明図である。 図２に示す直線形鋼矢板が製造される熱間圧延ラインの説明図である。 日本工業規格に規定する直線形鋼矢板の継手引張試験の説明図である。 図４の継手引張試験で生じる直線形鋼矢板の破断状態の説明図である。 図１の直線形鋼矢板試験片の継手部の詳細説明図である。 嵌合状態にある直線形鋼矢板の継手部の形状説明図である。 嵌合状態にある直線形鋼矢板の継手部の形状説明図である。 図１の直線形鋼矢板試験片を用いた継手引張試験における継手引張強度の説明図である。 従来の継手引張試験における継手引張強度の説明図である。

以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
以下に、本発明の直線形鋼矢板試験片、直線形鋼矢板試験装置、及び直線形鋼矢板試験方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、この実施形態の直線形鋼矢板試験片１を引張試験機２に取付けた状態の直線形鋼矢板試験装置及び直線形鋼矢板試験方法の説明図であり、図１ａは正面図、図１ｂは右側面図である。図２は、一般的な直線形鋼矢板１０の説明図であり、図２ａは平面図、図２ｂは正面図である。直線形鋼矢板１０は、縦長な長方形平板状の直線部３の短辺方向両端部、即ち幅方向両端部に継手部４が形成され、その継手部４同士を嵌合して鋼矢板壁を形成するものである。継手部４には、後段に詳述するように、直線部３の幅方向両端部の夫々において、主爪５と副爪６が直線部３の厚さ方向に離して直線部３の幅方向外側に向けて突設され、主爪５と副爪６の間の窪み７に、隣接して打設する直線形鋼矢板の主爪５が嵌入し且つ嵌入する主爪５を副爪６が押さえるようにして継手部４同士が嵌合する。なお、直線部３に対して継手部４の形成されている方向を直線部幅方向、その直交方向を直線部長さ方向、直線部幅方向とも直線部長さ方向とも垂直な方向を直線部垂直方向とも記す。

図３は、この実施形態において、図２に示す直線形鋼矢板を製造する熱間圧延ラインの説明図である。一般にスラブやブルームと呼ばれる鋼製の矩形素材１２は、加熱炉１３で加熱された後、複数の圧延機１４に送給される。これらの圧延機１４には孔型ロールが上下に配置されており、これら孔型ロールによって繰り返し圧延されることで直線形鋼矢板は最終形状に成型される。成型された直線形鋼矢板は、直線部長さ方向両端部の非定常部を熱間鋸断機１５で切り捨てて所定の長さに切断し、冷却後、千鳥状に配置された矯正ロール１６で冷却歪みを除去して最終的な製品とされる。

図４は、日本工業規格ＪＩＳＡ５５２３に規定される直線形鋼矢板の継手引張試験の説明図であり、図４ａは正面図、図４ｂは右側面図である。この規定では、平板状の直線部３のうち、直線部幅方向一方の端部にのみ継手部４が形成された直線形鋼矢板試験片１１を２つ用い、それらの継手部４を互いに嵌合させた状態で２つの直線形鋼矢板試験片１１の直線部３を引張試験機２で把持し、引張試験機２で引張試験を行って継手引張強度を測定する。この規定では、直線形鋼矢板試験片１１の直線部長さ方向の長さは（直線部３、継手部４の長さとも）約１００ｍｍと規定されている。そして、この直線形鋼矢板の継手引張試験で生じる直線形鋼矢板試験片１１の破断状態は、例えば図５ａのように何れかの直線形鋼矢板試験片１１の直線部３が破断する場合と、図５ｂのように何れかの直線形鋼矢板試験片１１の継手部４が破断する場合の２種類に大別される。

前述したように、直線部３も継手部４も引張軸に直交する長さが同じ長さの直線形鋼矢板試験片１１では、直線部３が破断する場合と継手部４が破断する場合は混然としており、例えば直線部３が破断するように設計しても、実際には継手部４が破断することもある。これを、直線部３の継手引張強度と継手部４の継手引張強度として表すと図１０のようになり、両者とも直線形鋼矢板としての規定値以上を確保していても、両者に同等の継手引張強度部分が存在することが分かる。これは、継手部４において、圧延温度や孔型ロールの摩耗による形状変動に伴って継手引張強度にバラツキが生じるためであり、こうした継手引張強度のバラツキを含めて継手部４のみが破断することで、圧延温度や孔型ロールの摩耗による継手部４の継手引張強度を簡易に測定可能な直線形鋼矢板試験片が望まれる。

そこで、この実施形態では、図６に示すように、直線形鋼矢板試験片１の継手部４の長さＬ_Jを直線部３の長さＬ_Lより小さくする。図６ａは、直線形鋼矢板試験片１の継手部４近傍の詳細正面図、図６ｂは、その右側面図である。具体的には、主爪５と副爪６の間の窪み７の部分までの継手部４の長さＬ_Jを直線部３の長さＬ_Lより小さくすることで、継手引張試験で継手部４が直線部３よりも先に破断するようにした。また、両者の間の連結部８は、直線部長さ方向内側に凸の１つの円弧で連結した。この連結部８では、例えば複数の円弧を用いて継手部４と直線部３を滑らかに連結するようにしてもよいし、長さの小さい継手部４と長さの大きい直線部３をテーパ状に直線的に連結してもよい。この直線形鋼矢板試験片１の直線部３の長さＬ_L及び継手部４の長さＬ_Jについては、後段に詳述する。このような直線形鋼矢板試験片１を、図１に示すように、引張試験機２に取付け、継手引張試験を行う。但し、日本工業規格に規定される直線形鋼矢板の継手引張試験では、図４に示すように、直線部３の長さと継手部４の長さが等しい、所謂寸胴型の試験片１１を用いることになっているから、この実施形態の継手引張試験は、厳密には日本工業規格に規定される直線形鋼矢板の継手引張試験とは異なる。そこで、この実施形態で行う継手引張試験は、日本工業規格に規定される直線形鋼矢板の継手引張試験に準じて行う準継手引張試験と定義した。

次に、この実施形態における直線形鋼矢板試験片１の直線部３の長さＬ_L及び継手部４の長さＬ_Jについて説明する。この直線形鋼矢板試験片では、直線部の長さをＬ_L、継手部の長さをＬ_J、直線部の厚さをＴ、引張強さをＳ、降伏応力をＹ、継手強度係数をＫとしたとき、下記１式を満たすように直線部の長さＬ_L及び継手部の長さＬ_Jを設定する。なお、式中の符号については、図７及び図８を参照されたい。

式中の継手強度係数Ｋについては、前述した特許文献１に記載されるものとほぼ同等であるので、ここでは簡潔に説明する。この継手強度係数Ｋは、主として継手部４の形状を反映したものであり、従って継手部４の継手引張強度は継手部４の形状に依存する。ここでは、単に２つの直線形鋼矢板（直線形鋼矢板試験片１）の継手部４同士を嵌合した荷重のない状態（無荷重時）と、継手引張試験のように直線部幅方向に荷重をかけた状態（荷重時）とで、互いの継手部４が主爪−副爪接触点Ｂ（或いは主爪−主爪接触点Ａ）の回りで回転角度βで回転するものと考える。式中の添字０のあるものは無荷重時、即ち図７のＸ₀−Ｙ₀座標系における継手部形状寸法であり、式中の添字０のないものは荷重時、即ち図７のＸ−Ｙ座標系における継手部形状寸法である。符号について以下に説明する。

ａ₀：無荷重時主爪−主爪接触点Ａから主爪−副爪接触点Ｂまでの直線部垂直方向距離
ｂ₀：無荷重時主爪−主爪接触点Ａから主爪最小厚断面中心Ｅまでの直線部垂直方向距離
ｃ₀：無荷重時主爪−副爪接触点Ｂから主爪最小厚断面中心Ｅまでの直線部垂直方向距離
ｙ₀：無荷重時主爪−副爪接触点Ｂから副爪最小厚断面中心Ｄまでの直線部垂直方向距離
ｄ₀：無荷重時主爪−副爪接触点Ｂから副爪最小厚断面中心Ｄまでの直線部幅方向距離
δ₀：無荷重時副爪最小厚断面中心Ｄから主爪最小厚断面中心Ｅまでの直線部幅方向距離
ｈ：副爪円弧止まりＨにおける無荷重時−荷重時の直線部厚さ中心の偏心量
ｇ：荷重時主爪−主爪接触点Ａから副爪円弧止まりＨまでの直線部幅方向距離
ｉ₀：無荷重時主爪−主爪接触点Ａから主爪最小厚断面中心Ｅまでの直線部幅方向距離
ｅ₀：無荷重時主爪−主爪接触点Ａから主爪−副爪接触点Ｂまでの直線部幅方向距離
α₀：無荷重時主爪−副爪接触点Ｂにおける接線と直線部幅方向とのなす角度
β：荷重時における継手部の無荷重時からの回転角度
ｆ₀：副爪最小厚断面での厚さ
μ：摩擦係数

従って、例えば、式及び図中のａについては、荷重時主爪−主爪接触点Ａから主爪−副爪接触点Ｂまでの直線部垂直方向距離、ｂについては、荷重時主爪−主爪接触点Ａから主爪最小厚断面中心Ｅまでの直線部垂直方向距離…、といったように理解される。そして、１式を満たすように直線形鋼矢板試験片１の直線部３の長さＬ_L及び継手部４の長さＬ_Jを設定することにより、準継手引張試験における継手引張強度は、図９に示すように、継手部４の継手引張強度が直線部３の継手引張強度より小さくなり、直線形鋼矢板試験片１は継手部４で破断する。従って、この実施形態の直線形鋼矢板試験片、直線形鋼矢板試験装置、及び直線形鋼矢板試験方法を用いることにより、継手引張強度のバラツキを含めた継手部４での破断強度を多数取得することが可能となる。なお、継手部４の継手引張強度が規定値を満たすことを同時に測定するならば、継手部４の長さＬ_Jは、日本工業規格の継手引張試験に規定する長さと同じ１００ｍｍとするのが望ましい。

本発明がここに記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に記載された発明特定事項によってのみ定められるものである。

１ 直線形鋼矢板試験片
２ 引張試験機
３ 直線部
４ 継手部
５ 主爪
６ 副爪
７ 窪み
８ 連結部
１２ 矩形素材
１３ 加熱炉
１４ 圧延機
１５ 熱間鋸断機
１６ 矯正ロール

Claims (3)

1. 日本工業規格に規定される直線形鋼矢板の継手引張試験に準じた準継手引張試験を行う場合に、直線部の幅方向端部に形成された継手部を互いに嵌合して準継手引張試験を行う直線形鋼矢板試験片であって、
   前記直線部の長さをＬ_L、前記継手部の長さをＬ_J、前記直線部の厚さをＴ、引張強さをＳ、降伏応力をＹ、継手強度係数をＫとしたとき、下記１式を満たすように前記直線部の長さＬ_L及び前記継手部の長さＬ_Jを設定して前記準継手引張試験で前記継手部が破断するようにしたことを特徴とする直線形鋼矢板試験片。
   

   

   ａ₀：無荷重時主爪−主爪接触点から主爪−副爪接触点までの直線部垂直方向距離
   ｂ₀：無荷重時主爪−主爪接触点から主爪最小厚断面中心までの直線部垂直方向距離
   ｃ₀：無荷重時主爪−副爪接触点から主爪最小厚断面中心までの直線部垂直方向距離
   ｙ₀：無荷重時主爪−副爪接触点から副爪最小厚断面中心までの直線部垂直方向距離
   ｄ₀：無荷重時主爪−副爪接触点から副爪最小厚断面中心までの直線部幅方向距離
   δ₀：無荷重時副爪最小厚断面中心から主爪最小厚断面中心までの直線部幅方向距離
   ｈ：副爪円弧止まりにおける無荷重時−荷重時の直線部厚さ中心の偏心量
   ｇ：荷重時主爪−主爪接触点から副爪円弧止まりまでの直線部幅方向距離
   ｉ₀：無荷重時主爪−主爪接触点から主爪最小厚断面中心までの直線部幅方向距離
   ｅ₀：無荷重時主爪−主爪接触点から主爪−副爪接触点までの直線部幅方向距離
   α₀：無荷重時主爪−副爪接触点における接線と直線部幅方向とのなす角度
   β：荷重時における継手部の無荷重時からの回転角度
   ｆ₀：副爪最小厚断面での厚さ
   μ：摩擦係数
2. 前記請求項１に記載の直線形鋼矢板試験片を引張試験機に取付けて前記準継手引張試験を行う直線形鋼矢板試験装置。
3. 前記請求項１に記載の直線形鋼矢板試験片を引張試験機に取付けて前記準継手引張試験を行う直線形鋼矢板試験方法。

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