JP3739096B2

JP3739096B2 - 高断面係数を持つｚ型シートパイル

Info

Publication number: JP3739096B2
Application number: JP53763497A
Authority: JP
Inventors: ミシェルブルドゥ，
Original assignee: プロフィラベッド・エス・ア
Priority date: 1996-04-24
Filing date: 1997-01-13
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2017-01-13
Also published as: PL183928B1; DE69705944D1; WO1997040232A1; JP2000508728A; KR20000005009A; PL329602A1; ES2160318T3; CZ338298A3; TW360736B; CZ295754B6; AU1441297A; EP0895556B1; RU2167239C2; KR100432189B1; EP0895556A1; LU88747A1; UA54424C2; DE69705944T2

Description

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、保持要素に設けえられる。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 element）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 force）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（pile 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',12"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22"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質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。

Claims

シートパイル壁を形成するための加熱圧延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(18',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。
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。
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。
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。
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)連結したシートパイルによって形成されるシートパイル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。
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。
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。
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、前記シートパイル壁内の連結のための保持要素に適合されたシートパイル。
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、前記シートパイル壁内の連結のためのLARSSENタイプの保持要素に適合されたシートパイル。