JP3474237B2 - 高強度剪断補強筋およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄筋コンクリート製の
柱、梁等の剪断補強用として、所定長さの高強度線材を
１ターンのフープ状にして両端を溶接した高強度剪断補
強筋に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄筋コンクリート製の柱、梁等に使われ
る鉄筋篭は主筋群および主筋群を囲む剪断補強筋または
補助筋と称する鉄筋よりなる。上記の剪断補強筋として
は柱、梁の形状に合わせて配置される所定長の主筋群に
合わせ折り曲げつつ長尺の線材を連続的に所定ピッチで
らせん状に巻きつけていく方法と所定形状に折り曲げ成
型した１ターンの剪断補強筋を所定間隔で複数個配置す
る方法とがある。これらの方法のうちで、１ターンの剪
断補強筋を用いる方法は作業能率が良いため好まれ多く
採用されている。図３はこれによる施工方法を示してお
り、１１は主筋、１２は剪断補強筋、１３はコンクリー
トである。

【０００３】ところで、剪断補強筋としてＰＣ鋼棒規格
に規定される鋼棒と同等の鋼材を使用すると剪断終局耐
力が向上することから、高強度の鋼材を用いた剪断補強
筋の使用が増大しつつある。これによる利益は剪断終局
耐力が向上だけでなく、同一剪断終局耐力を得るには小
径の線材に置き換え可能となり、柱、梁等の仕上がり断
面寸法を小さくすることも可能となる。しかしながら、
この場合の剪断補強筋はもっぱららせん状のものが使用
されている。すなわち１ターンの剪断補強筋を作成する
場合、図３で接合個所１４として示したように材料とす
る鋼棒の両端を溶接しなければならないが、高強度の材
料では所定の性能を得るのが難しいからである。

【０００４】この場合の溶接方法としては、一般に突き
合わせ抵抗溶接が用いられるが、強度６０ｋｇ／ｍｍ²
程度までの材料では問題ないものの、焼入れ焼戻しによ
り所定の強度を出した高強度の材料においては熱影響部
が軟化してしまい、所定の強度が得られなくなる。この
場合溶接後において材料を焼入れ焼戻しして所定の材質
を得ることも考えられるが、手間がかかり費用の点で難
しい。この場合の溶接継手の特性としては引張試験を行
なったときに熱影響部を含む溶接部で破断してはなら
ず、母材部破断が要求されている。つまり溶接部で破断
しても強度そのものが材料の規格値以上になっていれば
よいのであれば強度的に余裕を持たせた材料を使用する
ことも考えられるが、それもできないのである。したが
って何らかの方法で溶接部の強度を確保する必要があ
る。

【０００５】この問題に対し、特開平２−２４８５６０
号公報には溶接部の直径の０．５倍以上でかつ３．５以
下の長さまで鋼材の断面積を元の鋼材の断面積より大き
くした高強度剪断補強筋が記載されている。すなわち、
従来では溶接部から元の鋼棒直径の０．５倍以下程度ま
では断面積が元の鋼棒の断面積より大きくなるが、さら
に進んでもっと広い範囲で断面積を大にして熱影響部の
強度低下を補償しようとするものである。そして上記特
開平２−２４８５６０号公報には溶接部から鋼棒の軸に
平行に一様に太くなった部分を有する図面が記載されて
いるが、いかなる手段でこのようにするかについては実
施例の欄を含む明細書のどこにも記載がない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は上記のよ
うな溶接部分に隣接する鋼棒の部分を太くする手段につ
いて、突き合わせ抵抗溶接の溶接時に行なうことを検討
した。このためには溶接時に材料を接触させて溶接部分
を通電加熱するさい、電極のクランプ位置を調節して溶
接部分より離すことにより広い範囲を加熱し、接合のた
めの加圧時において熱影響部にすえ込み力を与えて鋼棒
の直径を大にする方法が適用できることが判明した。こ
れにより引張試験において熱影響部で破断することなし
に母材部で破断するようにしうる可能性も判明した。し
かし一方、先に述べた特開平２−２４８５６０号公報に
記載されているような溶接部から鋼材の直径の０．５倍
以上でかつ３．５倍以下といった溶接部から離れた部分
まで径を大きくするのはこの方法では無理であることも
判明した。すなわちこのような長い部分に圧縮力を加え
ても座屈して曲がってしまうことが多く、鋼材の直径の
０．５倍以下の短い範囲しか均等に太くできない。

【０００７】そこで本発明者等は円錐型に開口する割型
を溶接部を挟んで両側に設けて溶接を行なうことによ
り、この型内に鋼棒の膨大部を充満させる技術を先に開
発した（特願平３−３０９８８号）。この技術により揃
った形状の膨大部を溶接部から鋼棒の直径と同じ程度の
範囲まで生成できるようになった。この場合溶接条件を
適当に選択すれば熱影響部を膨大部の範囲に収め、熱影
響部の強度の低下による引張強さの低下を補償できる。
しかしながら適正な溶接条件範囲は狭く、厳格な作業管
理が要求される。すなわち通電時の接触抵抗のばらつき
などにより、溶接電流が大きくなり熱影響部の範囲が大
きくなると膨大部の範囲内に収まらなくなる場合があ
る。一方これを防ぐため電流を抑えぎみにして溶接を行
なうと電流値のばらつきによって接合部の加熱が不足の
場合があり、接合面における強度が不足の材料が出るお
それがある。

【０００８】さらに調査を進めると継手形成と膨大部形
成との両方を満足すべき条件が干渉し合って問題を複雑
にしていることもわかってきた。すなわち膨大部を形成
すべく溶接時において鋼棒の加熱範囲を広げれば温度上
昇により材質が劣化する範囲、すなわち熱影響部は接合
部分から鋼棒のさらに広い範囲に広がるおそれがある。
また加熱後継手を形成すべく加圧したとき、膨大部を形
成するための変形に力が費やされ、継手部分の圧接力が
不足するという現象がみられる。これの対策としてより
低い圧接力で良好な継手形成ができるように加熱温度を
高くすれば、熱影響部の範囲はさらに広がることにな
る。

【０００９】そこで本発明は接合面における強度を損な
うことなく、溶接部の広い範囲にわたって安定的に膨大
部を設け、熱影響部の強度低下を完全に補償した高強度
剪断補強筋を得ることを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、所定長さの焼入れ焼戻しされた鋼棒
を曲げ加工した後、鋼棒の両端部を突き合わせ抵抗溶接
してなる剪断補強筋において、接合部分の断面積を鋼棒
の断面積より大とする塑性流動部を有すると共に、前記
塑性流動部と隣接する膨大部を塑性流動部の両側に有
し、さらに前記膨大部に隣接して、径の極大部を前記膨
大部と別個に有する第２の膨大部を接合部分の両側に有
することを特徴とする高強度剪断補強筋である。

【００１１】またさらに所定長さの焼入れ焼戻しされた
鋼棒を曲げ加工した後、突き合わせ抵抗溶接により鋼棒
の断面積より広い接合面を形成すると共に接合部分の両
側に隣接する膨大部を形成し、次いで前記接合部分の両
側の鋼棒の部分を通電加熱し、軸方向に加圧して第２の
膨大部を接合部分の両側に作ることを特徴とする高強度
剪断補強筋の製造方法である。

【００１２】

【作用】本発明は所定長さの鋼棒を曲げ加工した後、鋼
棒の両端部を突き合わせ抵抗溶接するものである。上記
突き合わせ抵抗溶接と称するものには種々の溶接法があ
るが、本発明の場合においてはアプセット溶接法、フラ
ッシュ溶接法が適用できる。アプセット溶接法、フラッ
シュ溶接法は装置としても類似しており、接合すべき部
分の加熱において接触抵抗のみによるか、火花を発生さ
せるかの相違となるが、一般的にはアプセット溶接法が
採用される。これは接合部分にばりが不規則に出ること
がなく、溶接後これを除去する必要がないこと、また火
花発生がないので作業環境が良いなどの特長があるから
である。

【００１３】アプセット溶接法の場合、接合面の部分の
塑性流動を少なくしてこの部分がやや膨らむ程度にする
ことも、接合面の大きな塑性流動を生じさせここの部分
の材料を塑性流動部としてはみ出させることもある。塑
性流動を起こさせる方法は接合面における溶接欠陥が少
なく、また接合面の面積がもとの鋼棒の断面積より増加
した分だけ引張強さの点で有利である。特に本発明が対
象としている焼入れ焼戻しされた鋼棒においては強度の
低下を補償するため接合部分の断面積を増やす必要があ
る。接合面において塑性流動を生じさせる方法は溶接時
の加熱温度を比較的高くすると共にアプセット圧力を大
きくすることにより実現される。

【００１４】図２は塑性流動を生じさせてアプセット溶
接をしたときの状態を示す図である。１Ａ、１Ｂが接合
すべき鋼棒で、５が接合面であり、２が塑性流動により
接合面から材料が流れ出して形成された塑性流動部であ
る。この場合塑性流動部の部分に隣接して膨大部３Ａ、
３Ｂも形成される。すなわち、この部分もある程度温度
上昇し、接合部を塑性流動させるため強い圧縮力が加わ
るからである。通電加熱のための電極（図示せず）の位
置を接合する部分から遠ざければ加熱範囲は広くなり、
膨大部３Ａ、３Ｂの範囲も広がる。しかし一方鋼棒の全
円周にわたって均一な膨大部を形成することは難しくな
る。この対策として、溶接部を挟んで両側に円錐型に開
口する割型を設ける技術を本発明者等が開発したことは
すでに述べた。

【００１５】ところで、本発明が解決すべき課題は上記
割型を設ける技術によって達成されるよりもさらに安定
した条件で膨大部を接合面の両側に作ることである。こ
の点に関しては図１に示すように接合部分に隣接する膨
大部３Ａ、３Ｂにさらに隣接して、径の極大部６Ａ、６
Ｂを前記膨大部と別個に有する第２の膨大部４Ａ、４Ｂ
を溶接部分の両側に設ければよいことが判明した。

【００１６】このような剪断補強筋を作成する方法であ
るが、まず突き合わせ抵抗溶接により図２に示したよう
に鋼棒の断面積より広い接合面５を形成すると共に接合
部分の両側に隣接する膨大部３Ａ、３Ｂを形成する。こ
れは前記したように塑性流動により塑性流動部を形成さ
せるとよく、そうすればこの塑性流動部の部分の両側に
隣接して膨大部が形成される。この膨大部を形成させる
さい、先に述べた特願平３−３０９８８号の技術により
割型を設けてこの型内に材料を充満させる方法を当然行
なえるが、本発明の場合通常そこまでの必要性は少な
い。

【００１７】これに続いて、上記接合部分の両側の鋼棒
の部分を通電加熱する。これは先に行なった溶接のため
の通電加熱のときの電極のクランプ位置よりも接合部分
から離れた位置でクランプし、この間で通電すればよ
い。そうすれば塑性流動部の部分や膨大部の断面積が増
えた部分より鋼棒のままの部分の方が電気抵抗が高いた
め、この部分が重点的に加熱される。その後軸方向に加
圧すれば接合部分の両端に第２の膨大部を作ることがで
きる。

【００１８】このようにすることによって、軸方向に加
圧したとき座屈を生ずることなく実質的に広い範囲の膨
大部を形成できる。すなわち一度に鋼棒の長い部分を加
熱して軸方向に圧縮すれば座屈することになるが、２回
に分けて部分的に圧縮を行なうことによりこれが防止で
きるのである。２回目の圧縮による第２の膨大部は通電
加熱による温度分布に応じて径の極大部を先にできた膨
大部とは別個に有する。すなわち独立したふくらみを持
った形状になるが、先にできた膨大部と第２の膨大部と
の境界付近においても熱影響部の断面積増加の効果は得
られ問題はない。

【００１９】本発明の製造方法を採用することにより、
先の接合部形成の段階では熱影響部の軟化の問題を考慮
せずに、十分な加熱を行なって強固な接合部分を形成で
きることから、高強度の継手を安定して得ることができ
る。また溶接の継手形成と広い範囲の膨大部形成とを同
時に行なう場合、膨大部の形成に圧縮力が費やされ、接
合面の圧接力が不十分となるおそれがあるが、本発明の
方法ではその問題もない。このことは接合部形成のため
の加熱温度をいたずらに高くしないでも強固な接合がで
きることを意味し、熱影響部範囲自体を狭くできる。ま
たさらに接合部形成時の加熱と同時に膨大部形成のため
の加熱を行なうことに起因して熱影響部範囲が広くなる
という問題もないから、結局のところ膨大部の長さ自体
短くても十分熱影響部範囲をカバーできることになる。

【００２０】

【実施例】材料としてＪＩＳ規格Ｇ３１０９ ＳＢＰＤ
１２７５／１４２０に相当する直径１３．１２ｍｍのＰ
Ｃ鋼棒を使用して高強度剪断補強筋を製造した。上記材
料は主な成分はＣ：０．３５％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍ
ｎ：０．８７％よりなるものでこれの熱間圧延線材を引
抜き後，焼入れ焼戻しして製造されたものである。機械
的性質を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】上記の材料を曲げ加工して所定の剪断補強
筋の形状にした後、アプセット溶接機により溶接を行な
った。溶接時の標準的な加熱条件は上記直径１３ｍｍ
（断面積１２５ｍｍ² ）の材料の場合１０ｋＡ６０サイ
クル（６０Ｈｚ）位であるが、電流値は接触抵抗の変動
により変動する。これにより接合部は８００〜１０００
℃位まで加熱され加圧接合される。溶接機の最大加圧力
は１０ｔ以上である。

【００２３】溶接は２つの材料を接合して継手を作る１
段目工程とさらに第２の膨大部を作るための２段目工程
を続けて行なうことにより実施されたが、従来技術でも
ある１段目工程までで２段目工程を行なわないものの特
性も調べた。表２はその結果のうち引張強さについて各
条件の試料２０本の平均値、最大値、最小値、また破断
位置を示したものである。

【００２４】

【表２】

【００２５】表２において１段目工程種別のＡは熱影響
部の軟化による引張強さの低下を抑えるため加熱を最小
限とすることを目標としたものである。一方Ｂは熱影響
部の軟化の問題は度外視して十分な加熱を行ない、完全
な接合面を得ることを目標としたものである。１段目工
程後の引張強さをみると、Ａ工程では最小値でも１４
２．０ｋｇ／ｍｍ² （これは接合面で破断したもの）と
比較的高い値になっているが、破断位置は接合面、母材
部、首下部とまちまちになっており、品質の安定上好ま
しくない状況になっている。首下部というのは接合部分
に隣接する熱影響による軟化部分での破断である。一方
Ｂ工程では引張強さは平均１３６．７ｋｇ／ｍｍ² と材
料自体の１４７．３ｋｇに比べてかなり低下し、すべて
首下部破断になっている。なお表２の１段目工程後にお
ける塑性流動部直径（図１のａ）は目標値であってプラ
スマイナス１ｍｍ程度以内のばらつきがあり、膨大部直
径は図１にｂで示す塑性流動部に隣接する膨大部の塑性
流動部に接した部分の径であるが、同程度のばらつきが
ある。

【００２６】次に１段目工程がＡ、Ｂの各種別のものに
ついて２段目の工程を行なった結果が表２に示されてい
るが、２段目工程は第２の膨大部の直径（図１のｃ）が
１７ｍｍ、１９ｍｍの２条件でそれぞれ行なった。なお
接合面から第２の膨大部の極大部までの長さ（図１の
ｄ）は平均で約７ｍｍ、第２の膨大部の遠い方の端まで
の長さ（図１のｅ）は約１２ｍｍになっている。これら
すべてが母材部破断になっており、当然引張強さも母材
そのものの値となりばらつきがなくなっている。本発明
の本来の目的からいえば１段目工程はＢのように熱影響
部の問題は度外視して完全な接合部分を得ることに専念
し、第２段工程で熱影響部の強度低下を補償するのがよ
いといえる。しかしＡのように１段目工程後では接合面
で破断する場合があったものが２段目工程を行なうこと
によって接合面破断が無くなっており、本発明の２段目
工程は接合面を強化する機能も有することがわかる。こ
の理由は１段目工程で生じた不完全接合部や低靱性の接
合面のマルテンサイトが、２段目工程において再結晶が
促進されて完全な接合ができると共に、焼戻しマルテン
サイト組織になることにより靱性が改善されて実質的破
断強度が高くなるためと考えられる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の高強度剪断補強筋により、溶接
部において母材である高強度のＰＣ鋼棒と同等の強度を
確保した製品を提供できる。熱影響部の強度低下を補償
するためその部分の鋼棒の直径を大きくする場合、従来
の方法では良好な接合部強度を得るための条件との兼ね
合いが難しかったが、本発明においては継手形成のため
の接合工程と熱影響部の鋼棒の径を大にする膨大部形成
工程とを分離することにより、品質のばらつきがない安
定的な生産が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高強度剪断補強筋の溶接部の形状を示
す図

【図２】本発明の製造方法における途中工程での溶接部
の形状を示す図

【図３】剪断補強筋によるコンクリート柱の施工方法を
示す図

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ 鋼棒 ２ 塑性流動部 ３Ａ、３Ｂ 膨大部 ４Ａ、４Ｂ 第２の膨大部 ５ 接合面 ６Ａ、６Ｂ 径の極大部 １１ 主筋 １２ 剪断補強筋 １３ コンクリート １４ 接合個所

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 伸夫 兵庫県赤穂市東有年字外下河原1586−１ 高周波熱錬株式会社 赤穂工場内 (56)参考文献 特開 平３−106573（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−285137（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−248560（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−99286（ＪＰ，Ａ) 特公 昭45−15857（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 11/02 310 B21F 31/00 E04C 5/03

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定長さの焼入れ焼戻しされた鋼棒を曲
   げ加工した後、鋼棒の両端部を突き合わせ抵抗溶接して
   なる剪断補強筋において、接合部分の断面積を鋼棒の断
   面積より大とする塑性流動部を有すると共に、前記塑性
   流動部と隣接する膨大部を塑性流動部の両側に有し、さ
   らに前記膨大部に隣接して、径の極大部を前記膨大部と
   別個に有する第２の膨大部を接合部分の両側に有するこ
   とを特徴とする高強度剪断補強筋。
2. 【請求項２】 所定長さの焼入れ焼戻しされた鋼棒を曲
   げ加工した後、突き合わせ抵抗溶接により鋼棒の断面積
   より広い接合面を形成すると共に接合部分の両側に隣接
   する膨大部を形成し、次いで前記接合部分の両側の鋼棒
   の部分を通電加熱し、軸方向に加圧して第２の膨大部を
   接合部分の両側に作ることを特徴とする高強度剪断補強
   筋の製造方法。