JP4333308B2

JP4333308B2 - Ｕ型鋼矢板

Info

Publication number: JP4333308B2
Application number: JP2003335202A
Authority: JP
Inventors: 啓徳三浦
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2023-09-26
Also published as: JP2005098024A

Description

本発明は、Ｕ型鋼矢板に関し、とくに継手性能および施工性を確保しながら段重ねを容易化したＵ型鋼矢板に関する。

従来のＵ型鋼矢板は、例えば非特許文献１記載のラルゼン型継手を有するものが一般的であり、現在国内の鋼矢板では継手部フランジ傾きθ1が４〜６°位のII、III、IV型の旧型グループと、該θ1が12〜18°位のIIｗ、IIIｗ、IVｗ、VL、VIL型の広幅グループに分けられる。また、特許文献１には、積荷状態等の重ね合せ時のはまり込みの問題を解消するために、Ｕ字形鋼の側面に、その長手方向に独立または連続した突起を形成させたＵ字形鋼が開示されている。
実開昭６２−９９６３１号公報鋼管杭協会「鋼矢板標準製品仕様書」2002.12

上記旧型グループと広幅グループとはそれぞれに得失があり、旧型グループは継手性能に優れるが、積み重ねの性能（スペース効率の良さや姿勢の安定性、１枚ずつ分離することの容易さ）で劣る。一方、広幅グループは積み重ねの性能に優れるが、継手性能で劣ると考えられる。

まず、継手性能を評価するため利便的に、例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すように、爪の外れにくさを爪掛り量（爪の引っ掛かり長さ）Ｇで表し、施工時の打設抵抗の大きさを継手余裕とし、爪回転角αで表せば、過去の実績でも精度よく評価できているので、これらを指標に用いて説明する。この爪掛り量Ｇおよび爪回転角αは、継手開口幅（継手部の懐の開口部の幅）、継手部フランジ傾きおよび爪関節厚により変化する。ここで、図３（ｃ）に示すように、継手開口幅は、爪先端のアール（：曲がり）の曲率中心を中心としてフランジ外面に接する円の半径Ｒ11と同アールの曲率半径Ｒ1の差（＝Ｒ11−Ｒ1）で定義される。また、継手部フランジ傾きθ1は、継手部フランジ外面と爪底面に直交する平面との交差角で定義される。なお、爪背面は継手部フランジ外面に平行（爪背面傾き＝継手部フランジ傾きθ1）とした。また、爪関節厚は、爪関節部内面のアールの曲率中心を中心として爪関節部外面に接する円の半径Ｒ22と同アールの曲率半径Ｒ2の差（＝Ｒ22−Ｒ2）で定義される。

爪関節厚（＝Ｒ22−Ｒ2）を一定値とし、継手開口幅（＝Ｒ11−Ｒ1）と継手部フランジ傾きθ1を変化させた条件における図３（ｂ）、（ａ）の作図解から、爪回転角α、爪掛り量Ｇを求めた。その結果を図４、図５に示す。これらの図より、継手開口幅が大きくなれば爪回転角αは増加する（図４）が、爪掛り量Ｇは減少する（図５）。継手性能を達成する条件は、両方の必要値（例えば爪回転角α≧36°、爪掛り量Ｇ≧６mm）を満足する継手開口幅の範囲（継手開口幅許容範囲）と考えると、この継手開口幅許容範囲は、図６に示されるように、継手部フランジ傾きθ1が小さいほど広い。したがって、継手部フランジ傾きθ1が大きいと継手性能を満足する継手開口幅の範囲が狭くなり、製造のバラツキ等から、目標の性能を下げざるをえなくなるとか、許容範囲内に納まる製品歩留りが低下するといった不利を招く問題が生じる。

このような問題が生じないように、継手部フランジ傾きθ1を小さくすると、継手性能には優れる反面、図７（ａ）のように段重ねに積み重ねたとき、高止まりしたり、斜めになって姿勢が不安定になるばかりでなく、楔効果で弾性変形し、剛性による絞まりが生じて１枚ずつ分離するのが難しくなる。そのためIV型などは図７（ｂ）のようなカップリングといった組合せで、１枚毎に反転して積む方法がとられることもある。積み重ねの性能を優先した断面形状を考えた場合、図８に示すように、継手部フランジ傾きθ1を、sin ^−１（継手部フランジ厚tf1/継手高さ）以上に大きくすれば、継手高さに等しい積み重ね段間隔ｈ0で安定した姿勢に積み重ねることができる。しかし、上下段の継手部が相互接触し、下段の爪が上段の爪底で過度に押圧されて変形する可能性がある。

上述の従来のラルゼン型継手を有するＵ型鋼矢板では、継手部フランジ傾きθ1が大小２つのグループのいずれかに属していることから、継手性能には優れるが積み重ねの性能に難があるもの、または、積み重ねの性能には優れるが継手性能に難があるものであったといえる。なお、特許文献１のＵ字形鋼は、フランジ側面に突起を設けることにより積み重ねの性能の向上が図られているが、かかる突起を設けるには、孔型ロールを用いた熱間圧延の後に、上下の水平ロールと左右の突起雌型付き竪ロールとを用いた圧延を追加する必要があるため、製造コストが嵩む問題がある。

そこで、本発明は、孔型ロールを用いた熱間圧延により製造でき、継手性能に優れ、積み重ねにも適応した断面形状を有し、継手部フランジ傾きθ1が小さいものであっても、積み重ねの性能に優れるＵ型鋼矢板を提供することを目的とする。

本発明は、孔型ロールを用いた熱間圧延により製造される、ウエブ両側のフランジ両端に夫々連なる継手を有するＵ型鋼矢板において、各フランジの継手部側の位置に、段重ね相手の同型鋼矢板の継手部を座らせる外面側の凹みと該凹みによる内面側の脹らみとが鋼矢板長手方向に延在した凹状段差部を設けるとともに、段重ね相手の同型鋼矢板が前記凹状段差部およびウエブ側のフランジ外面のアール起点部に同時に接触するように、前記凹状段差部の上下両側のフランジの傾きを設定されたことを特徴とするＵ型鋼矢板である。また、本発明では、前記凹状段差部の下側のフランジの傾きである継手部フランジ傾きθ1 を10°以下とし、前記凹状段差部の上側のフランジの傾きであるウエブ側フランジ傾きθ2 を次式(1) で与えることが好ましい。

θ2≒Ψ＝sin^-1（tf2/ｈ0） ‥‥(1)
tf2：ウエブ側フランジ外面のアール起点部との接触点での段重ね相手の同型鋼矢板のフランジ厚
ｈ0：積み重ね段間隔
ここで、式(1)の「≒」は、θ2の許容誤差範囲が右辺の計算値の±0.5°以内であることを意味する。

本発明のＵ型鋼矢板では、左右の型継手に夫々連なる左右両フランジの継手部側の位置に、段重ね相手の同型鋼矢板すなわち相手鋼矢板の継手部（とくに継手始端部）を座らせる凹状段差部を設けた。左右の凹状段差部の高さ方向位置は同じとされる。これにより、継手部フランジ傾きθ1が小さい場合でも、相手鋼矢板の継手部が左右の凹状段差部で支えられ、そこから下方への相手鋼矢板のはまり込みが有効に防止される。よって、整然とした段重ね積み姿が安定的に得られ、かつ段重ねの状態から１枚ずつ分離するのが容易となる。この凹状段差部は、外面側の凹みと該凹みによる内面側の脹らみとが鋼矢板長手方向に延在したものであり、その断面形状は、フランジ厚み全体を曲げ成形して造形できるものであるから、孔型ロールを用いた熱間圧延により製造でき、水平ロールと竪ロールを用いた追加の成形工程は不要である。

もっとも、左右の凹状段差部だけで相手鋼矢板の継手部を支えるのは、相手鋼矢板の左右いずれか片方の継手部が凹状段差部から外れた場合に相手鋼矢板が大きく傾く。そこで、相手鋼矢板が凹状段差部およびウエブ側フランジ外面のアール起点部に同時に接触するように、凹状段差部の上下両側のフランジの傾きを設定することにより、断面内の左右、上下４箇所で接触させることができ、より安定した段重ねが可能となる。この断面４箇所での接触は、例えば、上記θ1≦10°、および、上記θ2≒Ψ、すなわち、Ψ−0.5°≦θ2≦Ψ＋0.5°とすることにより、確実に達成できる。

本発明のＵ型鋼矢板は、製造コスト面から、孔型ロールを用いた熱間圧延で製造するのが最良である。継手部フランジ傾きθ1は、継手性能面からすれば小さいほど好ましい（図５参照）のであるが、あまり小さくしすぎると、ロール摩耗等で寸法が合わなくなったロール孔型を元の寸法に戻すための径落とし量が大きくなりすぎてロール原単位の悪化を招く。ちなみに、図９は、孔型復元復ロール削量（：摩耗1mmあたりの削量）と継手部フランジ傾きθ1の関係を示したもので、この図に示されるように、継手部フランジ傾きθ1が４°未満では孔型復元復ロール削量が急激に増大するので、継手部フランジ傾きθ1は４°以上とするのが好ましい。

また、上述の積み重ね段間隔ｈ0は、継手高さよりも大きくとるのがよい。これにより、上下段の継手部が相互接触するのを阻止でき、この相互接触による押圧力で爪が変形してしまうのを防止できる。

図１は、前記旧型グループのＵ型鋼矢板に本発明を適用した実施例１（本例ではIV型に適用）を示す断面図である。図では矢板幅中心線20の左部分のみ示し、これと左右対称な右部分は図示を省略した。本例のＵ型鋼矢板10、10ａは、ウエブ１両側のフランジ２両端に継手部の爪底３が連接してなり、フランジ２には、凹状段差部２ｂが設けられている。この凹状段差部２ｂは、フランジ２の外面側の凹みと該凹みによる内面側の脹らみとが鋼矢板長手方向（紙面に垂直な方向）に延在したものであり、孔型ロールを用いた熱間圧延にて成形された。凹状段差部２ｂは、その下端が継手部側のフランジ２ｃに連なり、その上端がウエブ側のフランジ２ａに連なる。爪底３の下端から継手部側のフランジ２ｃの上端までの高さは、継手高さ（爪底３の下端面から爪４の上端面までの距離）よりも30mm大きくとった重ね積み段間隔ｈ0に等しく設定された。

凹状段差部２ｂのフランジ２外面側のアールは、継手始端部５の懐６外面側のアールとほぼ等しくされ、継手部フランジ傾きθ1は、継手部を高さ方向に距離ｈ0だけ平行移動したときに該移動後の継手始端部５の懐６外面が該移動前の凹状段差部２ｂのフランジ２外面とほぼ重なるようにされ、本例では５°に設定された。また、ウエブ側フランジ傾きθ2は、段重ねの相手のＵ型鋼矢板10ａが、Ｕ型鋼矢板10の凹状段差部２ｂのみならずウエブ側のフランジ外面のアール起点部Ｐとも同時に接触して、上下、左右の４点で支持されるように、sin^-1（tf2/ｈ0）−0.5°〜 sin^-1（tf2/ｈ0）＋0.5°の範囲とした。ここで、tf2は、前記アール起点部との接触点Ｐにおける相手鋼矢板（例えばＵ型鋼矢板10ａ）のフランジ厚である。ｈ0は、積み重ね段間隔である。また、±0.5°は、製造誤差の許容範囲として見込んだ値である。なお、本例では、sin^-1（tf2/ｈ0）＝9.4°とした。

本例のＵ型鋼矢板を３段に積み重ねたところ、傾きのない整然とした積み姿が得られ、また、この段積みした状態から１枚ずつ分離する作業も極めて容易に行うことができた。

継手性能を向上させるべく、θ１を小さくすると、前記広幅グループのＵ型鋼矢板においても積み重ねが容易でなくなる。図２は、前記広幅グループのＵ型鋼矢板に本発明を適用した実施例２（本例ではVＬ型に適用）を示す断面図である。図では矢板幅中心線20の左部分のみ示し、これと左右対称な右部分は図示を省略した。本例のＵ型鋼矢板10、10ａ、10ｂは、ウエブ１両側のフランジ２両端に継手部の爪底３が連接してなり、フランジ２には、凹状段差部２ｂが設けられている。この凹状段差部２ｂは、フランジ２の外面側の凹みと該凹みによる内面側の脹らみとが鋼矢板長手方向（紙面に垂直な方向）に延在したものであり、孔型ロールを用いた熱間圧延にて成形された。凹状段差部２ｂは、その下端が継手部側のフランジ２ｃに連なり、その上端がウエブ側のフランジ２ａに連なる。爪底３の下端から継手部側のフランジ２ｃの上端までの高さは、継手高さ（爪底３の下端面から爪４の上端面までの距離）よりも１mm大きくとった重ね積み段間隔ｈ0に等しく設定された。

凹状段差部２ｂのフランジ２外面側のアールは、継手始端部５の懐６外面側のアールとほぼ等しくされ、継手部フランジ傾きθ1は、継手部を高さ方向に距離ｈ0だけ平行移動したときに該移動後の継手始端部５の懐６外面が該移動前の凹状段差部２ｂのフランジ２外面とほぼ重なるように、本例では６°に設定された。また、ウエブ側フランジ傾きθ2は、段重ねの相手のＵ型鋼矢板10ａ、10ｂが、Ｕ型鋼矢板10、10ａの凹状段差部２ｂのみならずウエブ側のフランジ外面のアール起点部Ｐとも同時に接触して、上下、左右の４点で支持されるように、sin^-1（tf2/ｈ0）−0.5°〜 sin^-1（tf2/ｈ0）＋0.5°の範囲とされた。ここで、tf2は、前記アール起点部との接触点Ｐにおける相手鋼矢板（例えばＵ型鋼矢板10ｂ）のフランジ厚である。ｈ0は、積み重ね段間隔である。また、±0.5°は製造誤差の許容範囲として見込んだ値である。なお、本例では、sin^-1（tf2/ｈ0）＝17.8°とした。

本発明のＵ型鋼矢板は、旧型グループ、広幅グループにこだわらず、継手性能を良くしたθ１の小さい鋼矢板で、段積み効率を向上させることができる。

旧型グループのＵ型鋼矢板に本発明を適用した実施例１を示す断面図である。広幅グループのＵ型鋼矢板に本発明を適用した実施例２を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）は継手性能の評価指標とした爪掛り量Ｇ、爪回転角αの定義説明図、（ｃ）は継手開口幅（：Ｒ11−Ｒ1）、爪関節厚（：Ｒ22−Ｒ2）、継手部フランジ傾きθ1の定義説明図である。継手開口幅および継手部フランジ傾きθ1と爪回転角αの関係を示すグラフである。継手開口幅および継手部フランジ傾きθ1と爪掛り量Ｇの関係を示すグラフである。継手部フランジ傾きθ1と継手開口幅許容範囲の関係を示すグラフである。継手部フランジ傾きθ1の小さい従来のラルゼン型継手を有する鋼矢板を積み重ねた例を示す断面図であり、（ａ）は段重ね、（ｂ）はカップリング積み重ねの状態を示す。継手部フランジ傾きθ1の大きい従来のラルゼン型継手を有する鋼矢板を積み重ねた例を示す断面図である。孔型復元復ロール削量と継手部フランジ傾きθ1の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ウエブ
２フランジ
２ａウエブ側のフランジ
２ｂ凹状段差部
２ｃ継手部側のフランジ
３爪
４爪底
５継手始端部
６懐
10，10ａＵ型鋼矢板
20 矢板幅中心線

Claims

孔型ロールを用いた熱間圧延により製造される、ウエブ両側のフランジ両端に夫々連なる継手を有するＵ型鋼矢板において、各フランジの継手部側の位置に、段重ね相手の同型鋼矢板の継手部を座らせる外面側の凹みと該凹みによる内面側の脹らみとが鋼矢板長手方向に延在した凹状段差部を設けるとともに、段重ね相手の同型鋼矢板が前記凹状段差部およびウエブ側のフランジ外面のアール起点部に同時に接触するように、前記凹状段差部の上下両側のフランジの傾きを設定されたことを特徴とするＵ型鋼矢板。
前記凹状段差部の下側のフランジの傾きである継手部フランジ傾きθ1 が10°以下とされ、前記凹状段差部の上側のフランジの傾きであるウエブ側フランジ傾きθ2 が、ウエブ側フランジ外面のアール起点部との接触点での段重ね相手の同型鋼矢板のフランジ厚tf2 と、積み重ね段間隔ｈ0 とから、式：sin^-1 （tf2/ｈ0 ）で算出される角度Ψに対して、Ψ−0.5 °〜Ψ＋0.5 °の範囲とされたことを特徴とする請求項１記載のＵ型鋼矢板。