JP4841252B2 - Assembled H-section steel and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は,溶接法に依らずカシメ接合で組み立てられ、軽量ながらも大きな曲げ応力許容度を有するH形鋼及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an H-section steel that is assembled by caulking joining regardless of the welding method and has a large bending stress tolerance while being lightweight, and a manufacturing method thereof.
建築物の躯体を構成する梁等に用いられているH形鋼は、熱間圧延で所定の断面形状に成形した後、必要に応じ後めっき,後塗装等を施すことにより製造されてきた。しかし、近年の住宅の高耐久化,低コスト化に対応し、H形鋼のウェブ材やフランジ材に表面処理鋼板を用い、連続的に高周波溶接で接合する方法で製造した溶接H形鋼が用いられるようになっている。
溶接H形鋼は、連続的に送り込まれるめっき鋼帯等の素板を上下左右のロールで位置決めし、加圧しながら高周波溶接することにより製造されている。H形鋼には、JIS G3353, JIS G3192にみられるように様々な板厚や寸法があるが、溶接法によるとき、目標H形鋼の寸法に応じて位置決めロールや加圧ロールを用意し、寸法変更ごとに交換の必要がある。そのため、多種類の寸法のH形鋼を製造するには多大なロール費用とロール交換時間がかかり、設備費用の増大,生産効率の低下を招いていた。
H-section steel used for beams and the like constituting a building frame has been manufactured by hot-rolling into a predetermined cross-sectional shape, followed by post-plating, post-coating, etc. as necessary. However, in response to the high durability and low cost of housing in recent years, a welded H-section steel manufactured by using a surface-treated steel sheet as the H-section steel web material and flange material and continuously joining by high frequency welding is used. It has come to be used.
The welded H-section steel is manufactured by positioning a base plate such as a plated steel strip that is continuously fed with upper, lower, left, and right rolls and performing high-frequency welding while applying pressure. H-section steel has various plate thicknesses and dimensions as seen in JIS G3353 and JIS G3192. When using the welding method, prepare positioning rolls and pressure rolls according to the dimensions of the target H-section steel. It is necessary to replace each dimension change. For this reason, it takes a lot of roll costs and roll replacement time to produce various types of H-shaped steel, resulting in an increase in equipment costs and a decrease in production efficiency.
溶接法とは別に、一対のC型溝形鋼のウェブを背中合せにしリベット接合する方法も知られているが、接合にリベットを使用しているのでリベット費用が嵩み、製造コストが高くなりやすい。
リベット等の副資材を用いない機械的接合を利用してH形鋼を製造する方法として、ウェブを背中合せにしたC型溝形鋼の合せ部をカシメ接合する方法も知られている(非特許文献1)。カシメ接合法は、リベット等の副資材を必要とせず、溶接法と比較しても素材の表面に与えるダメージが少ないことが長所である。たとえば、めっき鋼板製のC型溝形鋼を素材としてH形鋼を組み立てると、溶接法では溶接部近傍のめっき層が損傷するため溶射等による補修が必要になるが、カシメ接合ではめっき層の損傷が局部に収まるので補修の軽減,省略が可能になる。
As a method of manufacturing H-section steel using mechanical joining without using secondary materials such as rivets, there is also known a method of caulking and joining C-shaped grooved steel with webs back to back (non-patent) Reference 1). The caulking joining method does not require a secondary material such as a rivet, and has an advantage that the damage to the surface of the material is small even compared to the welding method. For example, when H-shaped steel is assembled using C-shaped channel steel made of plated steel as a raw material, the plating layer near the weld is damaged by the welding method, so repair by spraying or the like is necessary. Since the damage is localized, repairs can be reduced or omitted.
カシメ接合法は、リベット等の副資材に起因するコストの上昇はないが、必要強度を得るため肉厚のC型溝形鋼を使用せざるを得ない場合がある。肉厚素材の使用は、材料費の高騰,H形鋼の質量増加による施工性の悪化を引き起こしかねない。
具体的には、H形鋼を梁とする住宅では、住宅内部の家具,居住者等の荷重がH形鋼(梁)にかかり、H形鋼が曲げ応力を受ける。H形鋼(梁)の曲げ応力許容度は、H形鋼を構成する材料の機械的特性が変らない限りH形鋼のフランジの断面積でほぼ決まる。したがって、必要な曲げ応力許容度を得るためフランジの板厚を調整することになるが、フランジとウエブとがほぼ等厚であるため、無駄な材料費,質量を含んだH形鋼になる虞がある。
The caulking joining method does not increase the cost due to secondary materials such as rivets, but there are cases where it is necessary to use a thick C-shaped channel steel in order to obtain the required strength. The use of thick materials can cause a rise in material costs and deterioration of workability due to an increase in the mass of the H-section steel.
Specifically, in a house using H-shaped steel as a beam, loads of furniture, residents, etc. inside the house are applied to the H-shaped steel (beam), and the H-shaped steel is subjected to bending stress. The bending stress tolerance of the H-section steel (beam) is almost determined by the cross-sectional area of the flange of the H-section steel as long as the mechanical properties of the material constituting the H-section steel do not change. Therefore, the flange thickness is adjusted to obtain the necessary bending stress tolerance. However, since the flange and the web are approximately the same thickness, there is a risk of becoming an H-shaped steel including wasteful material costs and mass. There is.
本発明者等は、カシメ接合法の長所を活かしながら無駄な材料費,質量のない組立てH形鋼について種々検討した。そして、フランジの断面積に応じてH形鋼の曲げ応力許容度が定まることを前提とし、曲げ応力の大小に対応する板厚の補助板をフランジに固着して断面積を増加させることにより、軽量化,強度向上の両立を可能にした。
本発明は、フランジの厚肉化が耐曲げ変形性の向上に有効なことに着目し、フランジの全体又は部分に補助フランジを固着することにより、無駄な材料費,質量を含ませることなく曲げ応力許容度を大きくした組立てH形鋼を提供することを目的とする。
The inventors of the present invention have made various studies on an assembled H-section steel having no unnecessary material cost and mass while taking advantage of the caulking joining method. And on the premise that the bending stress tolerance of the H-section steel is determined according to the cross-sectional area of the flange, by fixing the auxiliary plate of the plate thickness corresponding to the magnitude of the bending stress to the flange to increase the cross-sectional area, Both weight reduction and strength improvement were made possible.
The present invention pays attention to the fact that thickening of the flange is effective in improving the bending deformation resistance, and it is possible to bend without including wasteful material cost and mass by fixing the auxiliary flange to the whole or part of the flange. An object is to provide an assembled H-section steel with increased stress tolerance.
本発明の組立てH形鋼は、その目的を達成するため、一対のC型溝形鋼のウエブを背中合せでカシメ接合して形成されたウエブと該ウエブの両端から当該ウエブに対して垂直かつ互いに反対方向に延びるフランジとを有し、長手方向に沿ったフランジの全体又は一部に面接触した補強フランジがカシメ接合されていることを特徴とする。C型溝形鋼及び補強フランジには、めっき鋼板を使用できる。
本発明の組立てH形鋼は、一対のC型溝形鋼のウエブを背中合せでカシメ接合することにより、ウエブの両端から当該ウエブに対して垂直かつ互いに反対方向にフランジが延びた断面形状をもつ接合体とした後、接合体の長手方向に関してフランジの全体又は一部に補強フランジを面接触させ、その後にフランジと補強フランジをカシメ接合することにより製造される。
In order to achieve the object, the assembled H-section steel of the present invention is a web formed by caulking a pair of C-shaped groove-shaped steel webs back to back and perpendicular to the web from both ends of the web. A reinforcing flange having a flange extending in the opposite direction and being in surface contact with the whole or a part of the flange along the longitudinal direction is caulked and joined. A plated steel plate can be used for the C-shaped channel steel and the reinforcing flange.
Assembly H-shaped steel of the present invention, by crimped webs of a pair of C-type channel steel back to back, with the cross-sectional shape flanges extending in opposite directions and perpendicular to each other with respect to the web from both ends of the web After the joined body is formed, the reinforcing flange is brought into surface contact with the whole or a part of the flange in the longitudinal direction of the joined body , and then the flange and the reinforcing flange are crimped and joined.
H形鋼10の二点に加圧力F1,F2を加えると、H形鋼10の高さ方向中心を境として上側に圧縮応力,下側に引張り応力が加わる(図1)。圧縮応力,引張り応力の作用により加圧力点の中心Pでフランジ11が上側に座屈変形し、座屈開始後に荷重が低下し始める。応力付加と座屈変形との関係から、加圧力点間距離が同じであればフランジ11の断面積でH形鋼10の曲げ応力許容度が決定されるといえる。フランジ11の断面積とH形鋼10の曲げ応力許容度との関係は、一対のC型溝形鋼のウエブ12を背中合せして溶接接合,リベット接合又はカシメ接合した組立てH形鋼でも成立する。
When pressures F 1 and F 2 are applied to two points on the H-
本発明の組立てH形鋼は、一対のC型溝形鋼のウエブ12を背中合せにしてカシメ接合し、ウエブ12の両端から反対方向に延びる上側フランジ11a1,11b1及び下側フランジ11a2,11b2に補強フランジ13がカシメ接合されている(図2)。荷重が加わるフランジ部の断面積を補強フランジ13で増加しているので、ウエブ12までもが厚肉化した組立てH形鋼にする必要がなく、材料費の低減や軽量・高強度が可能になる。
The assembled H-section steel of the present invention has a pair of C-shaped
カシメ接合では、背中合せに配置したC型溝形鋼10a,10bのウエブの高さ方向に沿った複数箇所に接合部JW1,JW2が設定され、接合部JW1,JW2でC型溝形鋼10a,10bがカシメ接合される。接合部JW1,JW2の個数や間隔はH形鋼のサイズに応じ適宜定められ、接合部JW1,JW2の配置も図示の等間隔配置から千鳥配置と種々変更できる。
張出しカシメ接合では、ダイス15へのポンチ16の圧入で生じる突起17がウエブ12方向に向くようにダイス15,ポンチ16をセットすることが好ましい。剪断接合でも、突起がウェブ方向に向くように接合することが好ましい。ウェブの接合部JW1,JW2では,C型溝形鋼10a,10bのどちらの方向に突起を向けても良い。
In caulking, the joints J W1 and J W2 are set at a plurality of locations along the height direction of the webs of the C-
In the overhang crimping joining, it is preferable to set the
組み立てられたH形鋼では、ウエブ12の上端,下端それぞれから上側フランジ11a1,11b1及び下側フランジ11a2,11b2が反対方向に延びている。上側フランジ11a1,11b1及び下側フランジ11a2,11b2に補強フランジ13を差し渡し、それぞれ二個所の接合個所Ju1,Ju2及びJd1,Jd2で補強フランジ13を上側フランジ11a1,11b1及び下側フランジ11a2,11b2にカシメ接合する(図3)。フランジ11a1,11b1及び11a2,11b2と補強フランジ13が一体となってフランジ11が構成されるので、目標曲げ応力許容度に対応する板厚の補強フランジ13を使用することにより必要断面積をフランジ11に付与できる。
In the assembled H-section steel,
補強フランジ13がカシメ接合された組立てH形鋼10に加圧力F1,F2が加えられると、図1のH形鋼と同様に上側に圧縮応力,下側に引張り応力が作用するが、加圧力点の中心Pで補強フランジ13が上側に座屈変形し始め、座屈変形の開始に伴い荷重が低下する(図4)。
変形挙動及び荷重の低下から、H形鋼10の曲げ応力許容度が補強フランジ13の断面積で決まることが理解できる。換言すれば、補強フランジ13の板厚調整によって任意の曲げ応力許容度を有するH形鋼10を製造でき、ウエブ12を無駄に肉厚化することないので材料費の節減や軽量化が図られる。しかも、ウエブ12から反対方向に延びるフランジ11a1と11b1及び11a2と11b2が補強フランジ13で拘束されるため、組立てH形鋼を構成するC型溝形鋼10a,10bのフランジ11a1と11b1及び11a2と11b2が互いに開方向に変形することに対する抵抗も大きくなる。
When pressurizing forces F 1 and F 2 are applied to the assembled H-
From the deformation behavior and load reduction, it can be understood that the bending stress tolerance of the H-
このように補強フランジ13の固着により長手方向に関する曲げ応力許容度が大きく、幅方向に関しても変形抵抗の大きなH形鋼10となる。また、局部的な変形で素材を相互に噛み合わせるカシメ接合であるので、素材表面層の損傷が軽減される。そのため、めっき層や塗膜で耐食性を向上させた鋼板を素材とする場合でも、接合後のめっき層,塗膜の補修を軽減又は省略できる。
建築物の構造やH形鋼10の使用形態に応じ、H形鋼10の長手方向に沿った特定領域だけに曲げ応力が加わる場合もある。曲げ応力の印加個所が特定される場合、その特定領域にあるフランジ11a1,11b1及び11a2,11b2に補強フランジ13をカシメ接合し曲げ応力許容度を部分的に増加させるだけでよい。長手方向全長に補強フランジ13を固着する必要がないため、必要強度を確保及び更なる軽量化の両立が可能になる。
As described above, the
Depending on the structure of the building and how the H-
引張強さ:400N/mm2の鋼板にZn-6%Al-3%Mg合金めっき層を片面当り付着量:90g/m2で設けた溶融めっき鋼板を素材とし、C型溝形鋼10a,10b及び補強フランジ13を作製した。C型溝形鋼10a,10bは、板厚:2.3mmの溶融めっき鋼板をフランジ幅:50mm,高さ:150mmのC断面形状にロール成形し、長さ:3000mmで定寸切断することにより用意した。補強フランジ13は、板厚:4.5mmの溶融めっき鋼板を幅:100mm,長さ:3000mmのサイズに裁断することにより用意した。
Tensile strength: 400 N / mm 2 steel sheet with a Zn-6% Al-3% Mg alloy plating layer deposited on one side at a coating amount of 90 g / m 2 . 10b and reinforcing
C型溝形鋼10a,10bのウエブを背中合せで対向させ、長手方向に関して100mmの間隔で、高さ方向に関してウエブの上端,下端からそれぞれ36mm内側に接合部JW1,JW2を設定し、張出しカシメ接合によりC型溝形鋼10a,10bを一体化した。
次いで、ウエブ12の上下両端から反対方向に延びる上側フランジ11a1,11b1及び下側フランジ11a2,11b2に補強フランジ13を当接し、幅方向中心から左右に25mm離れた個所に接合部Ju1,Ju2及びJd1,Jd2を設定し、同じく張出しカシメ接合により補強フランジ13を上側フランジ11a1,11b1及び下側フランジ11a2,11b2に一体化した。
The webs of C-
Next, the reinforcing
作製された組立てH形鋼10の長手方向両端を固定し、中心Pから長手方向に400mm離れた二箇所に加圧力F1,F2を加えて曲げ試験した。そして、加圧力点の中心Pの変形量を測定し、荷重の推移との関係を調査した。比較のため、フランジ,ウエブ共に板厚:4.5mmである以外は同様なC型溝形鋼のカシメ接合で作製された組立てH形鋼についても、同じ条件下で曲げ試験した
本発明例のH形鋼,比較例のH形鋼共に、曲げ応力許容度の指標となる最大荷重が同じ値を示した。座屈変形の形態も、引用例のH形鋼ではフランジ面が上側に座屈変形したのに対し、本発明例のH形鋼では補強フランジ13が上側に座屈変形したが上側フランジ11a1,11b1には大きな変形が生じなかった。すなわち、補強フランジ13を接合した組立てH形鋼は、全体を補強フランジ13と同じ板厚のC型溝形鋼から作製されたH形鋼と同じ耐曲げ変形性を有し、質量も7%程度軽減されていた。
Both ends in the longitudinal direction of the fabricated assembled H-
実施例1と同じ条件下で一対のC型溝形鋼をカシメ接合してH形鋼を作製し、該H形鋼の長手方向中央部に板厚:4.5mm,幅:100mm,長さ:1000mの補強板をカシメ接合した。
作製された組立てH形鋼を実施例1と同じ曲げ試験に供し、曲げ応力許容度,変形挙動を調査した。その結果、曲げ応力が作用する領域(長手方向中央部)近傍を補強フランジ13で部分的に補強した組立てH形鋼であっても、全長に補強フランジ13を固着した組立てH形鋼に匹敵する曲げ応力許容度を示した。また、短尺の補強フランジ13で済むため、板厚:4.5mmのC型溝形鋼二本をカシメ接合して作製された比較例のH形鋼に比べ、質量が34%程度軽減されていた。
A pair of C-shaped channel steels are caulked and joined together under the same conditions as in Example 1 to produce an H-shaped steel, and the thickness: 4.5 mm, width: 100 mm, length at the center in the longitudinal direction of the H-shaped steel : 1000 m reinforcing plate was joined by caulking.
The fabricated assembled H-section steel was subjected to the same bending test as in Example 1, and the bending stress tolerance and deformation behavior were investigated. As a result, even if the assembled H-section steel, in which the vicinity of the region (longitudinal central portion) where the bending stress acts is partially reinforced by the reinforcing
10:組立てH形鋼 10a,10b:C型溝形鋼 11:フランジ 11a1,11b1:C型溝形鋼10a,10bの上側フランジ 11a2,11b2:C型溝形鋼10a,10bの下側フランジ 13:補強フランジ 15:ダイス 16:ポンチ 17:突起
Jw1,Jw2:C型溝形鋼10a,10b間のカシメ接合部
Ju1,Ju2:上側フランジ11a1,11b1と補強フランジ13間のカシメ接合部
Jd1,Jd2:下側フランジ11a2,11b2と補強フランジ13間のカシメ接合部
F1,F2:加圧力 P:加圧力点の中心
10: Assembled H-
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