JP4890325B2

JP4890325B2 - 構造部材及びその製造方法

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Publication number: JP4890325B2
Application number: JP2007095179A
Authority: JP
Inventors: 孝仁明賀
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008246572A

Description

本発明は、構造部材及びその製造方法に関する。

従来、熱間圧延法で製造される溝形鋼は、一般の建築構造用としての使用の他、溝形鋼のウェブ部を製品の長さ方向に２分割して不等辺不等厚山形鋼（以下、インバートという）として、造船材として用いられている。例えば、特許文献１には、このような溝形鋼の熱間圧延方法が記載されている。

また、特許文献２には、二重式圧延機でも圧延可能な形鋼とその製造方法を提供することを目的として、フランジ部を両側に有する形鋼が開示されている。

特許第２５３０４０５号公報特許平１１−３４２４０１号公報

一般的に、形鋼が造船材として用いる場合、腐食防止を目的として塗装が施される。この塗装の剥がれを抑えるためには、溶接部を除く全てのコーナー部にＲ（曲面）形状が付与されていることが必要である。しかしながら、溝形鋼のウェブ部を製品の長さ方向に２分割して不等辺不等圧山形鋼を製造すると、溝形鋼の形状によりフランジ部の先端が鋭角となり、腐食防止用の塗装が剥がれ易くなるという問題が生じる。このため、形鋼に腐食が生じ易くなり、船体強度への影響が懸念される。

また、特許文献２に記載された技術は、２重式圧延機による製造方法であるため、ウェブ部を２分割する従来のＨ鋼の製造技術を適用することができず、生産性を向上することが困難である。また、ウェブ部を２分割する技術を採用することができないため、ウェブ部の先端に平面を精度良く形成することが困難であり、被補強部材に対してウェブ部の先端を確実に溶接することができず、接合部分の強度が低下するという問題がある。そして、接合部分の強度が低下すると、船体強度への影響が懸念される。特に、近年では重大な海難事故、海洋汚染事故による環境への影響が発生しており、形鋼の腐食防止、溶接による接合部の強度の確保は必要不可欠である。

更に、フランジがウェブに対して対称形状に設けられたインバート（Ｔロンジ）は、剛性が高いものの、船体に要求されるフランジ長を備えたＴロンジを既存のＨ型鋼の製造設備を利用して製造することは困難である。船体の補強としてインバートを配置する場合、通常、インバートと干渉する船体内の各種板材に開口を設けて、インバートを貫通させて配置することが行われているが、船体の強度を高く保つためには、開口の大きさを最小限に抑える必要がある。このような船体の構造上の理由により、インバートのフランジ長は、既存のインバート又はＨ型鋼のフランジ長よりも大幅に短く（例えば１２５ｍｍ程度）することが要請されている。しかしながら、既存のインバート又はＨ型鋼の製造設備では、圧延機の上ロールと下ロールの間隔を一定値以上狭くすることができないため、船体に要求される短いフランジ長を有するインバート、Ｈ型鋼を製造することができないという問題がある。より詳細には、現存するインバート、Ｈ型鋼の製造設備では、下ロールの位置を規定するテーブルレベルに対して上ロールの位置を規定するスタンド全体を最も下げたとしても、フランジ長は片側で少なくとも９０ｍｍ程度の長さとなり、既存設備を用いて両側のフランジ長の合計を船体に要求される程度の長さまで短くすることは困難である。従って、既存の製造設備を全面的に設計し直し、且つ、大幅な設備改造を施さない限り、船体に要求される程度までフランジ長を短くすることは困難である。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、既存のＨ型鋼の製造設備を利用して製造することができ、且つ、高い剛性を備え、腐食防止用の塗装の剥がれを抑止することが可能な、新規かつ改良された構造部材及びその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、ウェブ部の一方の側のみにフランジが設けられたＬ字断面の構造部材に対して、他方の側に異なる長さ、厚さのフランジ部を追加することに着目し、追加したフランジ部の長さ及び厚さを最適に設定することで、高い剛性を確保するとともに、既存のＨ型鋼の製造設備を用いて製造することが可能であることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
本発明のある観点によれば、所定の厚さで一方向に延在する板状のウェブ部と、前記ウェブ部の一端から前記ウェブ部の延在する方向に対して垂直方向に延在し、前記ウェブ部に対して非対称形状に設けられた２つのフランジ部と、を備え、前記フランジ部は前記ウェブ部の前記一端のみに形成され、前記ウェブ部の他端が被補強部材と接合されることによって、前記フランジ部の剛性により前記被補強部材を補強し、少なくとも前記フランジ部のそれぞれの先端部に圧延機の孔型ロールにより所定の曲面形状が設けられ、前記フランジ部の一方は、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部から先端までの長さが短く形成され、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部の延在する方向に沿った厚さが厚く形成されたことを特徴とする構造部材が提供される。

また、本発明の別の観点によれば、所定の厚さで一方向に延在する板状のウェブ部と、前記ウェブ部の一端から前記ウェブ部の延在する方向に対して垂直方向に延在し、前記ウェブ部に対して非対称形状に設けられた２つのフランジ部と、を備え、前記フランジ部は前記ウェブ部の前記一端のみに形成され、前記ウェブ部の他端が被補強部材と接合されることによって、前記フランジ部の剛性により前記被補強部材を補強し、少なくとも前記フランジ部のそれぞれの先端部に所定の曲面形状が設けられ、前記フランジ部の一方は、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部から先端までの長さが短く形成され、前記フランジ部の他方と異なる厚さで形成されたことを特徴とする構造部材が提供される。

また、本発明の別の観点によれば、所定の厚さで一方向に延在する板状のウェブ部と、前記ウェブ部の一端から前記ウェブ部の延在する方向に対して垂直方向に延在し、前記ウェブ部に対して非対称形状に設けられた２つのフランジ部と、を備え、前記フランジ部は前記ウェブ部の前記一端のみに形成され、前記ウェブ部の他端が被補強部材と接合されることによって、前記フランジ部の剛性により前記被補強部材を補強し、前記フランジ部の一方は、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部から先端までの長さが短く形成され、少なくとも前記フランジ部の一方の先端部に前記ウェブ部の表面と平行な平面が設けられたことを特徴とする構造部材が提供される。

また、本発明の別の観点によれば、所定の厚さで一方向に延在する板状のウェブ部と、前記ウェブ部の一端から前記ウェブ部の延在する方向に対して垂直方向に延在し、前記ウェブ部に対して非対称形状に設けられた２つのフランジ部と、を備え、前記フランジ部は前記ウェブ部の前記一端のみに形成され、前記ウェブ部の他端が被補強部材と接合されることによって、前記フランジ部の剛性により前記被補強部材を補強し、少なくとも前記フランジ部のそれぞれの先端部に所定の曲面形状が設けられ、少なくとも前記フランジ部の一方の先端部に前記ウェブ部の表面と平行な平面が設けられ、前記フランジ部の一方は、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部から先端までの長さが短く形成され、前記フランジ部の他方と異なる厚さで形成されたことを特徴とする構造部材が提供される。

また、本発明の別の観点によれば、所定の厚さで一方向に延在する板状のウェブ部と、前記ウェブ部の一端から前記ウェブ部の延在する方向に対して垂直方向に延在し、前記ウェブ部に対して非対称形状に設けられた２つのフランジ部と、を備え、前記フランジ部は前記ウェブ部の前記一端のみに形成され、前記ウェブ部の他端が被補強部材と接合されることによって、前記フランジ部の剛性により前記被補強部材を補強し、前記フランジ部の一方は、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部から先端までの長さが短く形成され、前記フランジ部の他方と異なる厚さで形成された構造部材の製造方法であって、上下方向に対向する２つのロールを備え、前記ロールの少なくとも一方に孔型を有する圧延機を用いて前記フランジ部を形成する工程を備えることを特徴とする構造部材の製造方法が提供される。

また、本発明の別の観点によれば、所定の厚さで一方向に延在する板状のウェブ部と、前記ウェブ部の一端から前記ウェブ部の延在する方向に対して垂直方向に延在し、前記ウェブ部に対して非対称形状に設けられた２つのフランジ部と、を備え、前記フランジ部は前記ウェブ部の前記一端のみに形成され、前記ウェブ部の他端が被補強部材と接合されることによって、前記フランジ部の剛性により前記被補強部材を補強し、少なくとも前記フランジ部のそれぞれの先端部に所定の曲面形状が設けられ、前記フランジ部の一方は、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部から先端までの長さが短く形成され、前記フランジ部の他方と異なる厚さで形成された構造部材の製造方法であって、上下方向に対向する２つのロールを備え、前記ロールの少なくとも一方に孔型を有する圧延機を用いて前記フランジ部を形成する工程を備えることを特徴とする構造部材の製造方法が提供される。

また、本発明の別の観点によれば、所定の厚さで一方向に延在する板状のウェブ部と、前記ウェブ部の一端から前記ウェブ部の延在する方向に対して垂直方向に延在し、前記ウェブ部に対して非対称形状に設けられた２つのフランジ部と、を備え、前記フランジ部は前記ウェブ部の前記一端のみに形成され、前記ウェブ部の他端が被補強部材と接合されることによって、前記フランジ部の剛性により前記被補強部材を補強し、前記フランジ部の一方は、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部から先端までの長さが短く形成され、少なくとも前記フランジ部の一方の先端部に前記ウェブ部の表面と平行な平面が設けられた構造部材の製造方法であって、上下方向に対向する２つのロールを備え、前記ロールの少なくとも一方に孔型を有する圧延機を用いて前記フランジ部を形成する工程を備えることを特徴とする構造部材の製造方法が提供される。

また、本発明の別の観点によれば、所定の厚さで一方向に延在する板状のウェブ部と、前記ウェブ部の一端から前記ウェブ部の延在する方向に対して垂直方向に延在し、前記ウェブ部に対して非対称形状に設けられた２つのフランジ部と、を備え、前記フランジ部は前記ウェブ部の前記一端のみに形成され、前記ウェブ部の他端が被補強部材と接合されることによって、前記フランジ部の剛性により前記被補強部材を補強し、少なくとも前記フランジ部のそれぞれの先端部に所定の曲面形状が設けられ、少なくとも前記フランジ部の一方の先端部に前記ウェブ部の表面と平行な平面が設けられ、前記フランジ部の一方は、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部から先端までの長さが短く形成され、前記フランジ部の他方と異なる厚さで形成された構造部材の製造方法であって、上下方向に対向する２つのロールを備え、前記ロールの少なくとも一方に孔型を有する圧延機を用いて前記フランジ部を形成する工程を備えることを特徴とする構造部材の製造方法が提供される。

本発明によれば、既存のＨ型鋼の製造設備を利用して製造することができ、且つ、高い剛性を備え、腐食防止用の塗装の剥がれを抑止することが可能な構造部材及びその製造方法を提供することが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るインバート（構造部材）１０を示す模式図である。インバート１０は、所定の方向に延在する構造部材であって、図１は、インバート１０の延在する方向に対して垂直方向に沿った断面を示している。図１に示すように、インバート１０は、例えば船舶の外板１００の内側に溶接により接合され、補強部材として用いられるものである。

図１に示すように、インバート１０は、長さＬ１のウェブ１２を備えている。図１の断面形状において、ウェブ１２は、所定の厚さで一方向に延在している。ウェブ１２の一端には、ウェブ１２の中心線Ｃに対して、フランジ１４，１６が非対称に設けられている。フランジ１４は、中心線Ｃに対して一方の側に設けられている。フランジ１４は、中心線Ｃに対して垂直方向に延在しており、ウェブ１２の延在する方向におけるフランジ１４の厚さはＴ１である。また、ウェブ１２のフランジ１６側の端面からのフランジ１４の長さはＬ２である。フランジ１４の先端には所定のＲが形成されている。

また、フランジ１６は、中心線Ｃに対してフランジ１４の反対側に設けられており、中心線Ｃに対して垂直方向に延在している。フランジ１６は、中心線Ｃから先端までの長さがフランジ１４よりも短い長さで形成されている。また、ウェブ１２の延在する方向におけるフランジ１６の厚さＴ２は、フランジ１４の厚さＴ１よりも厚く形成されている。フランジ１６の先端にも、所定のＲが形成されている。

フランジ１４の先端には、ウェブ１２の表裏面と平行な平面１８（フラット面）が設けられている。同様に、フランジ１６の先端には、ウェブ１２の表裏面と平行な平面１９が設けられている。

図１に示すインバート１０は、ウェブ１２の中心線Ｃを軸とした矢印Ａ方向のモーメントによる曲げ剛性が均一化されたものであり、フランジ１４と同程度のフランジ長を有するＴロンジと同等の剛性が確保されたものである。

図２は、Ｌ字形の断面形状を有するインバート２０と、Ｔ字型の断面形状を有するＴロンジ３０を比較して示す模式図である。図２（ａ）に示すインバート２０では、ウェブ２２の長さＬ１及び厚さが図１のウェブ１２と同一であるが、ウェブ２２の中心線Ｃに対して垂直方向の一方の側のみにフランジ２４が設けられている。ここで、フランジ２４は図１のインバート１０のフランジ１４と同一形状であり、ウェブ２２の端面からフランジ２４の先端までの長さはＬ２である。

図２（ｂ）は、Ｔ字形の断面形状を有するＴロンジ３０を示している。Ｔロンジ３０のウェブ３２の長さＬ１及び厚さは、図２（ａ）のインバート２０と同一である。Ｔロンジ３０は、ウェブ３２の中心線Ｃに対して垂直方向に対称形状に設けられたフランジ３４、フランジ３６を備えている。Ｔロンジ３０のフランジ長Ｌ２は、図２（ａ）に示すインバート２０のフランジ長Ｌ２と同一である。

Ｔロンジ３０のフランジ３４，３６は、ウェブ３２の中心線Ｃに対して対称に設けられているため、同じフランジ長Ｌ２を有する図２（ａ）のインバート２０よりも矢印Ａ方向の曲げモーメントによる曲げ剛性が高くなる。

このため、本実施形態のインバート１０は、図２のインバート２０のフランジ２４の反対側に図１に示すフランジ１６を突出させることで、Ｔロンジ３０と同等の剛性を確保している。従って、図１のインバートと図２（ｂ）のＴロンジ３０の双方において、断面係数はほぼ同一とされている。

このように、本実施形態のインバート１０によれば、ウェブ１２の中心線Ｃに対して非対称にフランジ１２，１４が設けられているにも関わらず、Ｔロンジ３０と同等の断面係数を確保することができ、Ｔロンジ３０と同等の曲げ剛性を確保することが可能となる。これにより、後述するように、既存のＨ型鋼の製造設備を利用してインバート１０を製造することが可能となる。

また、本実施形態のインバート１０では、フランジ１６の厚さＴ２をフランジ１２の厚さＴ１よりも厚くしている。これにより、Ｔロンジ３０と同等の剛性を確保するとともに、フランジ１６を設けたことによる重量の増加率を最小限に抑えることが可能となる。

図３は、インバート１０のフランジ１６の形状のバリエーションを示す図である。図３では、フランジ１４の形状を図１のインバート１０と同一とし、フランジ１６の形状として８つの異なる形状を示している。

ここで、各フランジ１６ａ〜１６ｈを有する各インバート１０断面係数は同一である。従って、各フランジ１６ａ〜１６ｈを備えた各インバート１０は、Ｔロンジ３０と同等の曲げ剛性を有する。なお、図１に示すフランジ１６の形状は、図３のフランジ１６ｅに該当する。また、図３に示すフランジ１６ａは、ウェブ１２の全域で中心線Ｃに対して垂直方向にフランジを設けた例を示している。

図３に示すように、Ｔロンジ３０と同等の曲げ剛性を確保した場合、中心線Ｃからのフランジ１６の長さが短くなるほど、フランジ１６の厚さＴ２を厚くする必要がある。以下、フランジ１６の長さ及び厚さを最適に設定する手法を詳細に説明する。

図４は、図２（ａ）に示すインバート２０のフランジ２４の反対側に、フランジ２４と同じ厚さで長さの異なるフランジ２６ａ〜２６ｈを設けた例を示しており、各フランジ２６ａ〜２６ｈを備えた各インバート２０の寸法と、重量増加率（単重ＵＰ率）、オフセット率、相対応力比を対応付けて示す模式図である。図４では、ウェブ２２の先端が長さ８００ｍｍの板材に接合された状態を示している。図４の各インバート２０において、ウェブ２２の長さＬ１は３５０ｍｍ、ウェブ２２の厚さは１１ｍｍ、フランジ２４の長さＬ２は１００ｍｍ、フランジ２４，２６の厚さＴ２は１７ｍｍとされ、各インバート２０で共通の値である。一方、中心線Ｃからのフランジ２６の長さＦｔ、フランジ２６の先端に設けられた曲面の曲率Ｒ_ｔａ、フランジ２６とウェブ２２が接続される箇所に設けられた曲面の曲率Ｒ_ｔｂは各インバート２０で相違している。

図４に示す重量増加率（単重ＵＰ率）は、フランジ２６ａ〜２６ｈを有する各インバート１０のＴロンジ３０に対する重量増加率を示している。また、図４に示すオフセット率は、各インバート２０において、フランジ２４の長さＬ２（＝１００）に対するフランジ１６の長さの比を示している。また、図４に示す相対応力比は、フランジ２６ａ〜２６ｈを有する各インバート２０のＴロンジ３０に対する相対応力比を示しており、各インバート２０とＴロンジ３０に矢印Ａ方向の同一のモーメントを加えた場合に、各インバート１０で発生する応力をＴロンジ３０で発生する応力に対する比率で表したものである。ここで、比較対象のＴロンジ３０は、ウェブ３２の長さ、ウェブ３２の厚さ、及びフランジ３４，３６の厚さが、図４に示すインバート２０と同一であり、また、フランジ長Ｌ２が１００ｍｍであるものとする。また、応力としては、モーメントがかかった際に中心線Ｃとフランジの側面との交点で発生する最大応力を用いることができる。なお、矢印Ａ方向にモーメントが加えられた場合に発生する応力は断面係数に比例するため、ここでの相対応力比は各インバート２０とＴロンジ３０の断面係数の比を表している。

図４に示すように、フランジ２６の長さを短くするほど、インバート２０の剛性は低下し、Ｔロンジ３０に対する相対応力比は大きくなる。一方、フランジ２６の長さを長くするほどインバート２０の剛性は高くなり、Ｔロンジ３０に対する相対応力比は小さくなるが、重量増加率が大きくなる。

図５は、図４と同様に、インバート２０のフランジ２４の反対側にフランジを設け、各フランジの厚さを相違させた例を示している。すなわち、図５では、図３に示す各フランジ１６ａ〜１６ｈを備えた各インバート１０の寸法と、重量増加率（単重ＵＰ率）、オフセット率、相対応力比を対応付けて示している。図５においても、ウェブ１２の先端が長さ８００ｍｍの板材に接合された状態を示しており、各インバート１０において、ウェブ１２の長さＬ１は３５０ｍｍ、ウェブ１２の厚さは１１ｍｍ、フランジ１４の長さＬ２は１００ｍｍ、フランジ１４の厚さＴ２は１７ｍｍとされ、各インバート１０で共通の値である。一方、中心線Ｃからのフランジ１６の長さＦｔ、フランジ１６の厚さＴ２、フランジ１６の先端に設けられた曲面の曲率Ｒ_ｔａ、フランジ１６とウェブ１２が接続される箇所に設けられた曲面の曲率Ｒ_ｔｂは各インバート１０で相違している。

図５に示す重量増加率（単重ＵＰ率）は、フランジ１６ａ〜１６ｈを有する各インバート１０のＴロンジ３０に対する重量増加率を示している。また、図５に示すオフセット率は、各インバート１０において、フランジ１４の長さＬ２（＝１００）に対するフランジ１６の長さの比を示している。また、図５に示す相対応力比は、フランジ１６ａ〜１６ｈを有する各インバート１０のＴロンジ３０に対する相対応力比を示しており、各インバート１０とＴロンジ３０に矢印Ａ方向の同一のモーメントを加えた場合に、各インバート１０で発生する応力をＴロンジ３０で発生する応力に対する比率で表したものである。図４と同様に、比較対象のＴロンジ３０は、ウェブ３２の長さ、ウェブ３２の厚さ、及びフランジ３４，３６の厚さが、図４に示すインバート２０と同一であり、また、フランジ長Ｌ２が１００ｍｍであるものとする。

図５では、フランジ１６の長さＦｔが短くなるほど厚さＴ２を増加させている。これにより、フランジ１６の長さを短くした場合であっても、Ｔロンジ３０と同等の剛性を確保することが可能となる。

より詳細には、図４において、フランジ２６ａ〜２６ｅを有するインバート２０では、相対応力比が１よりも大きくなり、Ｔロンジ３０に比べて剛性が低下している。一方、図５において、フランジ２６ａ〜２６ｅと同じ長さのフランジ１６ａ〜１６ｅを有するインバート１０では、厚さＴ２を増加させたことにより、相対応力比が１程度となり、Ｔロンジ３０と同等の剛性を確保することができる。

また、図４において、フランジ２６ｆ〜２６ｈを有するインバート２０は、相対応力比が１よりも小さく、Ｔロンジ３０に比べて剛性が高いが、重量増加率が１０％以上に増加している。一方、図５において、フランジ２６ｆ〜２６ｈと同じ長さのフランジ１６ｆ〜１６ｈを有するインバート１０では、厚さＴ２を減少させたことにより、重量増加率を低下させることができ、且つ、Ｔロンジ３０と同等の剛性を確保することができる。

以上のように、図２（ａ）に示すＬ字形の断面形状を有するインバート２０に対して、フランジ２４の反対側にフランジを設け、且つ、フランジの厚さを最適に調整することで、Ｔロンジ３０と同等の剛性を確保することが可能となる。

図６は、図４及び図５と同様の手法で検証を行い、重量増加率毎にオフセット率と相対応力比との関係を求めることで得られた特性図であって、本実施形態のインバート１０とＴロンジ３０の双方において、オフセット率に応じて相対応力比が変化する様子を示す特性図である。

図６に示す実線Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３の特性は、本実施形態のインバート１０において、重量増加率を１０％、２０％、３０％の各割合に設定した場合のオフセット率と相対応力比の関係を示している。また、破線Ｙの特性は、図２（Ｂ）のＴロンジ３０において、フランジ長Ｌ２を一定値としてオフセット率を変化させた場合に、オフセット率と相対応力比との関係を示している。

実線Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３の各特性に示すように、重量増加率が大きくなるほどインバート１０の剛性は高くなるため、相対応力比は低下する。また、図４及び図５の場合と同様に、オフセット率が増加するほどフランジ１４，フランジ１６の形状が中心線Ｃに対して対称形状に近づくため、相対応力比は低下する。

また、破線Ｙの特性に示すように、Ｔロンジ３０においても、オフセット率が増加するほど相対応力比は低下する。

そして、実線Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３の各特性に基づいて、重量増加率及びオフセット率を最適に設定することで、Ｔロンジ３０と同等の剛性を確保するとともに、重量増加率を最小限に抑えることができる。例えば、実線Ｘ１の特性において、オフセット率を０．１８程度とすると、相対応力比はほぼ１となる。従って、重量増加率を１０％として、オフセット率が０．５のＴロンジ３０と同等の強度を確保することが可能となる。また、実線Ｘ２の特性において、オフセット率を０．１４程度とすると、相対応力比はほぼ１となる。従って、重量増加率を２０％として、オフセット率が０．５のＴロンジ３０と同等の強度を確保することが可能となる。

素材の使用量を最小限に抑えてＴロンジ３０と同等の剛性を確保するためには、重量増加率を最小限に抑えることが望ましい。図６に示すように、Ｔロンジ３０に対する相対応力比を１．０以下とした場合、図６中の領域Ｚに示すように、重量増加率を２０％未満とし、オフセット率を０．１５以上０．３５以下とすることで、Ｔロンジ３０に対する相対応力比を０．８〜１．０の範囲内に収めることが可能となり、Ｔロンジ３０と同等の剛性を確保することができる。従って、Ｔロンジ３０と同等の剛性を確保するためには、重量増加率を２０％未満とし、オフセット率を０．１５以上０．３５以下とすることが好適である。

以上のように、本実施形態では、Ｔロンジ３０の形状を基準として、Ｔロンジ３０に対する相対応力比が１となるようにインバート１０の形状が決定される。そして、このような形状のインバート１０は、既存のＨ型鋼の製造設備に若干の改変を加えた設備で製造が可能である。以下、図７及び図８に基づいて、インバート１０の製造方法を説明する。

図７は、本実施形態に係るインバート１０を圧延する圧延ライン１００の一例を示す模式図である。この圧延ライン１００は、粗圧延機（ＢＤ）１１０、中間ユニバーサル圧延機（Ｒ１）１２０、エッジャー圧延機（Ｅ１）１３０及び仕上げユニバーサル圧延機（Ｆ）１４０を有して構成されている。

図８は、図７の圧延ライン１００により形鋼が圧延される様子を工程順に示す模式図である。図８（Ａ）は、母材となるスラブ２００を示している。ここでは、断面形状が１０００ｍｍ×２５０ｍｍの長方形のスラブ２００を例示する。

図８（Ｂ）に示すように、スラブ２００は粗圧延機１１０で圧延されて粗形鋼片２１０となる。粗圧延機１１０は、上下に配置されたロール１１２，１１４を備える圧延機であり、ロール１１２，１１４には、袋状の孔型１１２ａ，１１４ａが設けられている。

次に、図８（Ｃ）に示すように、粗形鋼片２１０は、水平ロール１２２，１２４と竪ロール１２６，１２８からなる中間ユニバーサル圧延機１２０で圧延されて中間圧延材２２０とされる。

次に、図８（Ｄ）に示すように、エッジャー圧延機１３０で中間圧延材２２０が圧延され、フランジ端部が成形される。エッジャー圧延機１３０は、上下にロール１３２，１３４を備えた圧延機であり、ロール１３２，１３４には、袋状の孔型１３２ａ，１３４ａが設けられている。２つのロール１３２，１３４により、フランジ１４、フランジ１６の外形が整えられる。

次に、図８（Ｅ）に示すように、仕上げユニバーサル圧延機１４０で仕上げ圧延が行われる。仕上げユニバーサル圧延機１４０は、水平ロール１４２，１４４と竪ロール１４６，１４８を備えている。これにより、ウェブ１２、フランジ１４、フランジ１６が最終的な形状に圧延される。

図８（Ｅ）の工程後、圧延された部材は、図８（Ｅ）に示す一点鎖線Ｄの位置で切断される。これにより、図１に示すインバート１０が２つ完成する。

図８に示すように、本実施形態のインバート１０は、上側に位置するフランジ１６の長さを短くすることで、フランジ１４とフランジ１６の合計の長さを１２５ｍｍ程度に抑えることができる（例えば図５に示すフランジ１６ｅの場合）。従って、従来の片側９０ｍｍ〜１００ｍｍ程度のフランジ長を有するＨ型鋼の製造設備を用いて、上部に位置するロール１１２，１２２，１３２，１４２の形状を最適化することで、本実施形態のインバート１０は製造可能である。換言すれば、本実施形態のインバート１０は、フランジ長が既存のインバート、Ｈ型鋼よりも大幅に短いにも関わらず、上側のロール１１２，１２２，１３２，１４２を保持するスタンド全体をテーブルレベルに対して大きく下げる必要がないため、テーブルレベルに対するスタンド全体の移動可能範囲内でスタンドの位置を調整することで製造が可能である。これにより、既存の設備を利用することが可能となり、フランジ長の短いインバートを製造するための設備を新たに設ける必要がなく、製造コストを大幅に低減することが可能である。

また、図８の製造工程によれば、粗圧延機１１０、エッジャー圧延機１３０による圧延工程で、袋状の孔型を有するロールによって圧延が行われる。従って、フランジ１４、フランジ１６の先端にＲ形状を設けることが可能となる。

インバート１０を船体の補強材として用いる際には、表面に腐食防止用の塗装が行われるが、フランジの先端にエッジが形成されていると、エッジの部分で塗装が剥がれてしまい、腐食が発生してしまうことが懸念される。本実施形態のインバート１０によれば、孔型を有するロールにより圧延を行うことで、フランジ１４、フランジ１６の先端に確実にＲを形成することが可能となり、腐食防止用の塗装が剥がれてしまうことを確実に抑止することができる。

また、図８に示す孔型１１２ａ，１１４ａ，１３２ａ，１３４ａの断面に直線部を設けることで、フランジ１４、フランジ１６の先端に平面１８，１９を形成することができる。これにより、フランジ１４，１６の変形を最小限に抑えることが可能となる。エッジャー圧延機１３０で圧延された中間圧延材２２０は、エッジャー圧延機１３０の下流に配置された平面のテーブル上を送られていく。この際、下側に位置するフランジ１４の先端に平面１８を形成しておくと、フランジ１４とテーブルとが面接触するため、フランジ１４の先端がテーブルに打ちつけられることによる変形、劣化を確実に抑止することが可能である。なお、本実施形態では、フランジ１４，１６の双方の先端に平面１８，１９を形成しているが、テーブルとの接触による変形、劣化を抑えるためには、圧延時に下向きに位置するフランジ１４の先端のみに平面１８を設けても良い。また、フランジ長の短いフランジ１６が下向き位置する場合は、フランジ１６の先端のみに平面１９を設けても良い。

また、本実施形態のインバート１０は、図７（Ｅ）に示す一点鎖線Ｄの位置で切断することによって形成されるため、ウェブ１２の先端は切断面による平面とされる。従って、図１に示すように、ウェブ１２の先端と船体の外板１００を溶接により接合した際には、ウェブ１２の先端の平面と外板１００を確実に密着させた状態で溶接を行うことが可能となり、溶接の強度を高めることが可能となる。

以上説明したように本実施形態によれば、ウェブ１２に対して非対称にフランジ１４、フランジ１６を設け、長さの短いフランジ１６の厚さをフランジ１４の厚さよりも厚く形成したため、フランジ３４，３６が対称に設けられたＴロンジ３０に対する重量増加率を最小限に抑えた状態で、Ｔロンジ３０と同等の剛性を有するインバート１０を製造することが可能となる。そして、インバート１０は、既存のＨ型鋼の製造設備を用いて製造することが可能であるため、新たな設備投資を最小限に抑えることができ、製造コストを大幅に低減することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の一実施形態に係るインバート（構造部材）を示す模式図である。Ｌ字形の断面形状を有するインバートと、Ｔ字型の断面形状を有するＴロンジを比較して示す模式図である。インバートのフランジの形状のバリエーションを示す図である。ウェブの両側に厚さが同じで長さの異なるフランジを設けた各インバートの寸法と、重量増加率（単重ＵＰ率）、オフセット率、相対応力比を対応付けて示す模式図である。ウェブの両側に厚さ、長さの異なるフランジを設けた各インバートの寸法と、重量増加率（単重ＵＰ率）、オフセット率、相対応力比を対応付けて示す模式図である。図４及び図５の手法で検証を行い、重量増加率毎にオフセット率と相対応力比との関係を求めることで得られた特性図である。インバートを圧延する圧延ラインの一例を示す模式図である。図７の圧延ラインにより形鋼が圧延される様子を工程順に示す模式図である。

符号の説明

１０インバート
１２ウェブ
１４，１６フランジ
３０Ｔロンジ
１１０粗圧延機（ＢＤ）
１１２，１１４，１３２，１３４ロール
１１２ａ，１１４ａ，１３２ａ，１３４ａ孔型
１３０エッジャー圧延機（Ｅ１）

Claims

所定の厚さで一方向に延在する板状のウェブ部と、前記ウェブ部の一端から前記ウェブ部の延在する方向に対して垂直方向に延在し、前記ウェブ部に対して非対称形状に設けられた２つのフランジ部と、を備え、前記フランジ部は前記ウェブ部の前記一端のみに形成され、前記ウェブ部の他端が被補強部材と接合されることによって、前記フランジ部の剛性により前記被補強部材を補強し、
前記フランジ部の一方は、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部から先端までの長さが短く形成され、前記フランジ部の他方と異なる厚さで形成されたことを特徴とする、構造部材。
所定の厚さで一方向に延在する板状のウェブ部と、前記ウェブ部の一端から前記ウェブ部の延在する方向に対して垂直方向に延在し、前記ウェブ部に対して非対称形状に設けられた２つのフランジ部と、を備え、前記フランジ部は前記ウェブ部の前記一端のみに形成され、前記ウェブ部の他端が被補強部材と接合されることによって、前記フランジ部の剛性により前記被補強部材を補強し、
少なくとも前記フランジ部のそれぞれの先端部に所定の曲面形状が設けられ、
前記フランジ部の一方は、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部から先端までの長さが短く形成され、前記フランジ部の他方と異なる厚さで形成されたことを特徴とする、構造部材。
所定の厚さで一方向に延在する板状のウェブ部と、前記ウェブ部の一端から前記ウェブ部の延在する方向に対して垂直方向に延在し、前記ウェブ部に対して非対称形状に設けられた２つのフランジ部と、を備え、前記フランジ部は前記ウェブ部の前記一端のみに形成され、前記ウェブ部の他端が被補強部材と接合されることによって、前記フランジ部の剛性により前記被補強部材を補強し、
前記フランジ部の一方は、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部から先端までの長さが短く形成され、
少なくとも前記フランジ部の一方の先端部に前記ウェブ部の表面と平行な平面が設けられたことを特徴とする、構造部材。
所定の厚さで一方向に延在する板状のウェブ部と、前記ウェブ部の一端から前記ウェブ部の延在する方向に対して垂直方向に延在し、前記ウェブ部に対して非対称形状に設けられた２つのフランジ部と、を備え、前記フランジ部は前記ウェブ部の前記一端のみに形成され、前記ウェブ部の他端が被補強部材と接合されることによって、前記フランジ部の剛性により前記被補強部材を補強し、
少なくとも前記フランジ部のそれぞれの先端部に所定の曲面形状が設けられ、
少なくとも前記フランジ部の一方の先端部に前記ウェブ部の表面と平行な平面が設けられ、
前記フランジ部の一方は、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部から先端までの長さが短く形成され、前記フランジ部の他方と異なる厚さで形成されたことを特徴とする、構造部材。
所定の厚さで一方向に延在する板状のウェブ部と、前記ウェブ部の一端から前記ウェブ部の延在する方向に対して垂直方向に延在し、前記ウェブ部に対して非対称形状に設けられた２つのフランジ部と、を備え、前記フランジ部は前記ウェブ部の前記一端のみに形成され、前記ウェブ部の他端が被補強部材と接合されることによって、前記フランジ部の剛性により前記被補強部材を補強し、前記フランジ部の一方は、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部から先端までの長さが短く形成され、前記フランジ部の他方と異なる厚さで形成された構造部材の製造方法であって、
上下方向に対向する２つのロールを備え、前記ロールの少なくとも一方に孔型を有する圧延機を用いて前記フランジ部を形成する工程を備えることを特徴とする、構造部材の製造方法。
所定の厚さで一方向に延在する板状のウェブ部と、前記ウェブ部の一端から前記ウェブ部の延在する方向に対して垂直方向に延在し、前記ウェブ部に対して非対称形状に設けられた２つのフランジ部と、を備え、前記フランジ部は前記ウェブ部の前記一端のみに形成され、前記ウェブ部の他端が被補強部材と接合されることによって、前記フランジ部の剛性により前記被補強部材を補強し、少なくとも前記フランジ部のそれぞれの先端部に所定の曲面形状が設けられ、前記フランジ部の一方は、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部から先端までの長さが短く形成され、前記フランジ部の他方と異なる厚さで形成された構造部材の製造方法であって、上下方向に対向する２つのロールを備え、前記ロールの少なくとも一方に孔型を有する圧延機を用いて前記フランジ部を形成する工程を備えることを特徴とする、構造部材の製造方法。
所定の厚さで一方向に延在する板状のウェブ部と、前記ウェブ部の一端から前記ウェブ部の延在する方向に対して垂直方向に延在し、前記ウェブ部に対して非対称形状に設けられた２つのフランジ部と、を備え、前記フランジ部は前記ウェブ部の前記一端のみに形成され、前記ウェブ部の他端が被補強部材と接合されることによって、前記フランジ部の剛性により前記被補強部材を補強し、前記フランジ部の一方は、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部から先端までの長さが短く形成され、少なくとも前記フランジ部の一方の先端部に前記ウェブ部の表面と平行な平面が設けられた構造部材の製造方法であって、
上下方向に対向する２つのロールを備え、前記ロールの少なくとも一方に孔型を有する圧延機を用いて前記フランジ部を形成する工程を備えることを特徴とする、構造部材の製造方法。
所定の厚さで一方向に延在する板状のウェブ部と、前記ウェブ部の一端から前記ウェブ部の延在する方向に対して垂直方向に延在し、前記ウェブ部に対して非対称形状に設けられた２つのフランジ部と、を備え、前記フランジ部は前記ウェブ部の前記一端のみに形成され、前記ウェブ部の他端が被補強部材と接合されることによって、前記フランジ部の剛性により前記被補強部材を補強し、少なくとも前記フランジ部のそれぞれの先端部に所定の曲面形状が設けられ、少なくとも前記フランジ部の一方の先端部に前記ウェブ部の表面と平行な平面が設けられ、前記フランジ部の一方は、前記フランジ部の他方よりも前記ウェブ部から先端までの長さが短く形成され、前記フランジ部の他方と異なる厚さで形成された構造部材の製造方法であって、
上下方向に対向する２つのロールを備え、前記ロールの少なくとも一方に孔型を有する圧延機を用いて前記フランジ部を形成する工程を備えることを特徴とする、構造部材の製造方法。