JP4947999B2 - 鋼製橋脚の隅角部およびその製作方法 - Google Patents
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Description
このため、隅角部を補強する構造として、前記正面鋼板の隅部を覆うパッチプレートを溶接したり、前記正面鋼板の隅部にリブを溶接したりする技術に加え、横梁と脚柱とにそれぞれ定着部材を設置し、該定着部材間に緊張状態のPCケーブルを架け渡すことによって脚柱から横梁へ伝達される力の流れをバイパスする発明が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
(あ)3溶接線交差部が形成され、3溶接線交差部は各溶接線の開始点または終了点となり、溶接欠陥が入り易い。
(い)隅角部の溶接品質は外観検査のほか超音波探傷検査(UT検査)などにより確認されるが、3溶接線交差部のUT検査は熟練の技術者にとっても相当の難しさがあり、検査結果の信頼性に問題がある。
前記横梁部分と前記脚柱部分とに跨って前記正面鋼板に略三角形状のフィレット部分が一体形成されていると共に、前記一対の平面鋼板の一方または両方の角部に、該平面鋼板と前記正面鋼板および前記側面鋼板との溶接始端部を除去する略矩形状のスカラップが形成され、
前記スカラップは、前記正面鋼板に垂直な第1平研削面と、該第1平研削面に連続し、前記正面鋼板に近づくほど前記側面鋼板に徐々に近接する円弧状の第1円研削面と、前記側面鋼板に垂直な第2平研削面と、該第2平研削面に連続し、前記側面鋼板に近づくほど前記正面鋼板に徐々に近接する円弧状の第2円研削面と、前記正面鋼板と前記側面鋼板との溶接位置に対向する位置に形成された円弧状の第3円研削面と、を有することを特徴とする。
前記スカラップは、前記正面鋼板に垂直な第1平研削面と、該第1平研削面に連続し、前記正面鋼板に近づくほど前記側面鋼板に徐々に近接する円弧状の第1円研削面と、前記側面鋼板に垂直な第2平研削面と、該第2平研削面に連続し、前記側面鋼板に近づくほど前記正面鋼板に徐々に近接する円弧状の第2円研削面と、前記正面鋼板と前記側面鋼板との溶接位置に対向する位置に形成された円弧状の第3円研削面と、を有することを特徴とする。
(3)また、前記スカラップが円弧状の隅部を具備して超音波探傷検査用の探触子が浸入自在な略矩形状であって、該探触子によって前記正面鋼板と前記側面鋼板との溶接部が検査自在であることを特徴とする。
前記平面鋼板を前記正面鋼板の脚柱部分および前記側面鋼板に溶接する第一工程と、
該第一工程において溶接した溶接部を検査する第二工程と、
前記平面鋼板の角部と、前記平面鋼板と前記正面鋼板の柱脚部分との溶接部の始端部または終端部と、前記平面鋼板と前記側面鋼板との溶接部の始端部または終端部とを、除去する第三工程と、
前記側面鋼板を前記正面鋼板の脚柱部分に溶接する第四工程と、
該第三工程において除去した除去部分の表面を研削してスカラップを形成する第五工程と、
該第四工程において溶接した溶接部を検査する第六工程と、
を有することを特徴とする。
(6)また、前記側面鋼板に開先が形成され、該側面鋼板と前記平面鋼板との溶接部が前記開先に到達しないことを特徴とする。
(7)また、前記第一工程に先行して、前記平面鋼板の角部の一部が予め除去されていることを特徴とする。
(8)また、前記横梁部分と前記脚柱部分とに跨って前記正面鋼板に略三角形状のフィレット部分が形成されていることを特徴とする。
(i)正面鋼板の横梁部分と脚柱部分とに跨って略三角形状のフィレット部分が形成されるから、応力集中が緩和される。また、平面鋼板の角部に溶接始終端部(溶接始端部または溶接終端部をまとめて溶接始終端部と称している)を除去するスカラップが形成されるから、溶接線の3溶接線交差部が消失すると共に溶接欠陥の発生し易い部位が撤去される。よって、隅角部における溶接品質が向上し、破損の防止、耐久性の向上および保全コストの低減を図ることができる。
(iii)正面鋼板に形成されたスカラップ内に超音波探傷検査用の探触子が浸入自在であるから、正面鋼板と側面鋼板とを接合する溶接部の検査が容易かつ確実になり、検査結果の信頼性が向上する。よって、隅角部の品質保証が確実になる。
(iv)平面鋼板と正面鋼板の脚柱部分との溶接部、および平面鋼板と側面鋼板との溶接部を検査する第二工程と、平面鋼板と正面鋼板の柱脚部分との溶接部の溶接始終端部、および平面鋼板と側面鋼板との溶接始終端部とを、除去する第三工程と、側面鋼板と正面鋼板の脚柱部分との溶接部を検査する第六工程と、を有するから、溶接部が容易に検査されると共に、欠陥の発生するおそれの高い部位が除去される。よって、隅角部における溶接品質の保証が確実になる。
(vi)溶接部が側面鋼板に形成された開先に到達しないから、3溶接線交差部が形成されることはなく、前記効果が促進される。
(vii)平面鋼板の角部の一部が予め除去されているから、平面鋼板の板厚が厚い場合、側面鋼板および正面鋼板の残留応力が小さくなる。よって、前記効果が促進される。
(viii)正面鋼板が横梁部分(矩形範囲)と脚柱部分(矩形範囲)とこれに跨って配置されたフィレット部分(略三角形)とによって形成されるから、隅角部は補強および補剛される。よって、前記効果が促進される。
(鋼製橋脚その1)
図1は本発明の実施形態1に係る鋼製橋脚の隅角部を有する鋼製橋脚を示す概略斜視図である。図1において、鋼製橋脚1000は、地上から立ち上がる鉛直方向の一対の脚柱10と、脚柱10に接合された横梁20とによって形成される。そして、脚柱10と横梁20との接合部を、隅角部100と称す。なお、図1において説明の便宜上、鋼製橋脚1000の逆U字状に見える面(橋軸に直行する面)を「正面」、これに直交する面(橋軸に平行する面)を「側面」、地上に平行する面を「平面または天面あるいは地面」と、それぞれ定義する。そして、以下の説明において、同じ部分または相当する部分に同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図2は本発明の実施形態1に係る鋼製橋脚の隅角部100を模式的に示す、(a)は斜視図、(b)は一部断面の斜視図である。図2において、隅角部100は、断面矩形の鋼製脚柱101と断面矩形の鋼製横梁103とが交差する部分である。
鋼製脚柱101は、一対の正面鋼板1と一対の側面鋼板2とから形成され、鋼製横梁103は、一対の正面鋼板1と一対の側面鋼板2と地面鋼板3と天面鋼板7とから形成されている。なお、正面鋼板1は、鋼製脚柱101と鋼製横梁103とに跨った正面視で略L字状の一体鋼板であるため、鋼製脚柱101を形成する範囲を、便宜上「正面鋼板脚柱部分(図中、ABCDにて囲まれた矩形範囲)」と、鋼製横梁103を形成する範囲を、便宜上「正面鋼板横梁部分(図中、BEFGにて囲まれた矩形範囲)」と称す。
また、鋼製脚柱101と鋼製横梁103との間では、側面鋼板2に地面鋼板3および天面鋼板7が溶接線W23および溶接線W27においてそれぞれ接合されている。
なお、正面鋼板1は、鋼製脚柱101および鋼製横梁103に共通する部材であるから、正面鋼板脚柱部分と正面鋼板横梁部分とが溶接接合されるものではない。
同様に、溶接線W12の延長線と溶接線W27の延長線は、溶接線W17上において交差することになるが、側面鋼板2にスカラップ8が形成されているため、溶接線W12、W27、W17が一点で交差することがない。
すなわち、スカラップ4、8によって、3溶接線交差部が形成されないから、溶接欠陥の発生ないし残留が最少に抑えられている。なお、図2における位置「B」および位置「H」は図16における3溶接線交差部「P」に相当している。
隅角部100の鋼製脚柱101の内部にはダイヤフラム5が、鋼製横梁103の地面鋼板3と略同一面内に配置され、正面鋼板1には溶接線W15において、側面鋼板2には溶接線W25において接合されている。また、ダイヤフラム5の角部にはスカラップ6が形成されている。
したがって、ダイヤフラム5の配置によって鋼製脚柱101の剛性および強度が向上し、スカラップ6の形成によって3溶接線交差部の形成が阻止されている。したがって、鋼製横梁102側(鋼製脚柱101の外側)と同様、隅角部100の破損が防止され、溶接品質が保証され、耐久性の向上および保全コストの低減が図られている。
図3は本発明の実施形態1に係る鋼製橋脚の隅角部100における溶接線を説明する概略斜視図および部分平面図である。図3において、側面鋼板2の端部にはV開先が形成され、該V開先において全面溶け込み溶接がなされている(溶接線W12)。また、地面鋼板3の端部にはV開先が形成され、該V開先において全面溶け込み溶接がなされている(溶接線W13および溶接線W23)そして、ダイヤフラム5の端部にもV開先が形成され、該V開先において全面溶け込み溶接がなされている(溶接線W15および溶接線W25)。
図4は本発明の実施形態1に係る鋼製橋脚の隅角部におけるスカラップの形状の決定要領を模式的に説明する平面図である。図4において、ダイヤフラム5のスカラップ6は平面視で略矩形であって、スカラップ6の空間内に超音波探傷検査用の探触子(プローブ)500が浸入自在で、探触子(プローブ)500を側面鋼板(柱のフランジに相当する)2に当接して、側面鋼板2と正面鋼板(柱のウェブに相当する)1との溶接部(溶接線W12)を検査可能にする大きさであって、同時に、溶接トーチ(図示しない)が浸入容易な大きさになっている。
板厚T2=20mmのとき、幅B6=100mm、高さH6=85mmであり、
板厚T2=30mmのとき、幅B6=100mm、高さH6=90mmであり、
板厚T2=40mmのとき、幅B6=105mm、高さH6=100mmであり、
板厚T2=50mmのとき、幅B6=120mm、高さH6=110mmであり、
板厚T2=60mmのとき、幅B6=135mm、高さH6=120mmであり、
板厚T2=70mmのとき、幅B6=155mm、高さH6=130mmであり、
板厚T2=80mmのとき、幅B6=170mm、高さH6=140mmである。
なお、以上は、ダイヤフラム5についてスカラップ6を例にして説明しているが、平面鋼板3のスカラップ4または側面鋼板2のスカラップ8についても同様である。また、上記数値は一例であって、本発明はスカラップを前記形状および前記大きさに限定するものではない。
(鋼製橋脚その2)
図5は本発明の実施形態2に係る鋼製橋脚の隅角部を有する鋼製橋脚を示す概略斜視図である。図5において、鋼製橋脚2000は、地上から立ち上がる鉛直方向の一対の脚柱10と、脚柱10に接合された横梁20および下部横梁30と、横梁20に接合された主桁40と、から形成されている。
そして、脚柱10と横梁20との接合部(正面視L字状部分)を上部隅角部200と、脚柱10と下部横梁30との接合部(正面視T字状部分)を下部隅角部300と称す。なお、上部隅角部200は実施形態1における隅角部100に同じであるから説明を省略する。
図6は本発明の実施形態2に係る鋼製橋脚の下部隅角部300を模式的に示す斜視図および一部断面の斜視図である。図6において、下部隅角部300は、鉛直方向の下部鋼製脚柱301とこれに直交する下部鋼製横梁303とが交差する部分である。
そして、下部鋼製脚柱301は、一対の正面鋼板1(正面視で略T字状)の正面鋼板脚柱部分(図中、ABCDにて囲まれた矩形範囲)および該正面鋼板柱脚部分に直交する一対の側面鋼板2から形成されている。また、下部鋼製横梁303は、一対の正面鋼板1(正面視で略T字状)の正面鋼板横張部分(図中、KEFHにて囲まれた矩形範囲)および該正面鋼板横梁部分に直交する一対の平面鋼板3から形成されている。さらに、下部隅角部300の内部には実施形態1と同様にダイヤフラム5が設置されている。
なお、平面鋼板3は実施形態1における地面鋼板3に相当するため、同じ符号を付している。
したがって、スカラップ4、6の形成によって当該部分の剛性や強度が低下するものの、かかる剛性や強度の低下は一対のフィレット部分によってカバーされている。そして、スカラップ4、6によって3溶接線交差部の形成が阻止されているから、溶接欠陥の発生ないし残留が最少に抑えられている。なお、図6における位置「H」および位置「K」は図16における3溶接線交差部「P」に相当している。
(鋼製橋脚の隅角部の製作方法)
図7〜図13は本発明の実施形態3に係る鋼製橋脚の隅角部の製作方法を説明する概略斜視図または部分平面図である。以下、各工程を追って説明する。
図7の(a)において、平面鋼板3を、正面鋼板1の正面鋼板横梁部分および側面鋼板2の外面に溶接する(溶接線W13、W23)。また、ダイヤフラム5を、正面鋼板1の正面鋼板脚柱部分および側面鋼板2の内面に溶接する(溶接線W15、W25)。このとき、溶接方向は限定するものではなく、矢印で示す何れの方向に向かって溶接を進めてもよい。たとえば、位置X3の近傍(概ね位置X3〜位置X4の範囲)から溶接を開始する場合は、当該範囲を「溶接始端部」と称し、位置X3の近傍(概ね位置X3〜位置X4の範囲)において溶接を終了する場合は、当該範囲を「溶接終端部」と称し、以下、溶接終端部と溶接始端部とをまとめて「溶接始終端部」と称する。
したがって、平面鋼板3やダイヤフラム5の板厚が厚い場合、タブレット部分61、62は、溶接線W15、W25に向かって比較的容易に変形するため、溶接後の残留応力を低減する効果が期待される。一方、平面鋼板3やダイヤフラム5の板厚が薄い場合には、貫通穴63を設ける必要がない。なお、貫通穴63の形状(タブレット部分61、62の形状に同じ)は図示する矩形状に限定するものではなく、たとえば、貫通穴63をスリット状の切り込みにして、タブレット部分61、62を略台形状にしてもよい。
以上は、図示しない溶接線W13およびW23においても同様である。
図8において、溶接線W15およびW25の超音波探傷検査をする。すなわち、探触子(プローブ)600をダイヤフラム5の表面に当接し、タブレット部分61を除く溶接線W15およびタブレット部分62を除く溶接線W25の全長を斜角探傷をする。なお、前記のように、貫通穴63を設けない場合あるいは貫通穴63がスリットである場合には、面取り部分60に略到達するまで斜角探傷をする。
図9の(a)において、平面鋼板3およびダイヤフラム5の角部を、後記する研削代を残してスカラップ4およびスカラップ6と略同一形状に除去する(ガス切断または切削加工等)。
図9の(b)において、ダイヤフラム5の角部では破線にて示す範囲が除去されるため、平面視で位置Y3−Y5−Z5−Z6−Z7−Z8−X5−X3を結ぶ面に研削代を付加した面がガス切断面または切削加工面等として表れる。なお、平面鋼板3の角部において同様である。
図10の(a)および(b)において、正面鋼板1と側面鋼板2とを溶接する(溶接線W12)。このとき、溶接トーチ400が、ダイヤフラム5に形成されたスカラップ6を貫通自在であるから、溶接線W12の溶接始終端部がダイヤフラム5と同一の面から離れることになる。すなわち、ガウジング整形範囲がダイヤフラム5と同一の面から離れ、当該範囲に溶接棒の継ぎ面が形成されるため、溶接の信頼性が向上する。なお、第四工程は後記第五工程の後に実行してもよい。
図11において、第三工程において表れたガス切断面または切削加工を研削して、その表面を滑らかにする。このとき、研削面の形状に応じてグラインダのディスク径を選定する。
たとえば、平面範囲である位置Y3−Y5の範囲、位置Y5−Z6の範囲、位置Z7−Z8の範囲、位置X3−X5の範囲、位置Z5−Z6の範囲、および半径の大きな曲面範囲である位置Z6−Z7の範囲はディスク径の大きなグラインダ700を用い、半径の小さな曲面範囲である位置Y5−Z5の範囲、位置X5−Z8の範囲は、ディスク径の小さいグラインダ800を用いる。
なお、溶接線W15、W25の幅が狭い場合や円研削面R15、R25の半径が大きい場合には、平面状の平研削面V15、V25が表れないことになる。また、第五工程は前記第四工程の前に実行してもよい。
図12において、溶接線W12のダイヤフラム5と同一面の範囲、すなわち、少なくともダイヤフラム5の板厚範囲を含む範囲を、ディスク径の小さいグラインダ800を用いて、滑らかな平面状の平研削面V12と滑らかな曲面状の円研削面R12とに形成している。
なお、当該研削を省略してもよい。このとき、溶接線W12は溶接したままの状態でスカラップ6を通過することになる。また、平面鋼板3におけるスカラップ4においても同様である。
図13において、側面鋼板2の表面に超音波探傷検査の探触子(プローブ)500を当接して、溶接線W12を斜角探傷している。このとき、側面鋼板2の両面において、位置Y2〜Y5の範囲を探傷することにより、ダイヤフラム5側の溶接線W12と平面鋼板3側の溶接線W12との全域をカバーしている。また、位置Y2〜Y5の範囲は平面状に研削されているから、高い精度で探傷することができる。
なお、位置Y3〜Y5の範囲には溶接線W25が溶け込んでいる(図示していない)ため、当該溶け込み部分も同時に探傷している。
図14および図15は本発明の実施形態3係る鋼製橋脚の隅角部の製作方法における超音波探傷検査の探触子の使い分けの一例を説明する部分平面図である。なお、ダイヤフラム5側と平面鋼板3側とで、略対称する位置には便宜上同じ符号を付している。
図14の(a)において、探傷角度が45°である探触子545の外周を溶接線W12から最も遠い位置Y5に当接すると、探触子545の中心から斜め45°の方向である探傷面T5が検査される。同様に、探触子545の外周を溶接線W12に最も近い位置Y2に当接すると、探触子545の中心から斜め45°の方向である探傷面T2が検査される。したがって、探触子545をその外周が位置Y5から位置Y2に当接する範囲で走査させると、探傷面T5と探傷面T2とによって挟まれた範囲が探傷されることになる。すなわち、側面鋼板2の表面に近い範囲は探傷可能であるものの、反対に板厚中央に近い範囲が探傷不能範囲になる。
なお、以上は探触子の使い分けの一例を説明するものであって、本発明はこれに限定するものではない。
2 側面鋼板
3 平面鋼板
4 スカラップ(平面鋼板)
5 ダイヤフラム
6 スカラップ(ダイヤフラム)
7 天面鋼板
8 スカラップ(側面鋼板)
10 脚柱
20 横梁(上部横梁)
30 下部横梁
40 主桁
60 面取り部分
61 タブレット部分
62 タブレット部分
63 貫通穴
100 隅角部
101 鋼製脚柱
103 鋼製横梁
200 上部隅角部
300 下部隅角部
301 下部鋼製脚柱
303 下部鋼製横梁
400 溶接トーチ
500 探触子(プローブ)
545 探触子(プローブ)
560 探触子(プローブ)
600 探触子(プローブ)
700 グラインダ
800 グラインダ
1000 鋼製橋脚
2000 鋼製橋脚
R12 円研削面
R13 円研削面
R15 円研削面
R25 円研削面
R6 円研削面
V12 平研削面
V13 平研削面
V15 平研削面
V25 平研削面
W12 溶接線
W13 溶接線
W15 溶接線
W17 溶接線
W23 溶接線
W25 溶接線
W27 溶接線
Y1 開先先端
Y2 開先後端
Claims (8)
- 一対の正面鋼板の脚柱部分および該柱脚部分に直交する一対の側面鋼板から形成されて地上から立ち上がる鉛直方向の鋼製脚柱と、前記一対の正面鋼板の横梁部分および該横梁部分に直交する一対の平面鋼板から形成されて前記鋼製柱脚に支持される鋼製横梁と、が交差する部分である鋼製橋脚の隅角部であって、
前記横梁部分と前記脚柱部分とに跨って前記正面鋼板に略三角形状のフィレット部分が一体形成されていると共に、前記一対の平面鋼板の一方または両方の角部に、該平面鋼板と前記正面鋼板および前記側面鋼板との溶接始端部を除去する略矩形状のスカラップが形成され、
前記スカラップは、前記正面鋼板に垂直な第1平研削面と、該第1平研削面に連続し、前記正面鋼板に近づくほど前記側面鋼板に徐々に近接する円弧状の第1円研削面と、前記側面鋼板に垂直な第2平研削面と、該第2平研削面に連続し、前記側面鋼板に近づくほど前記正面鋼板に徐々に近接する円弧状の第2円研削面と、前記正面鋼板と前記側面鋼板との溶接位置に対向する位置に形成された円弧状の第3円研削面と、を有することを特徴とする鋼製橋脚の隅角部。 - 前記鋼製脚柱の内部で、前記平面鋼板と略同一面内にダイヤフラムが設置され、該ダイヤフラムの角部に、該ダイヤフラムと前記正面鋼板および前記側面鋼板との溶接始端部を除去するスカラップが形成され、
前記スカラップは、前記正面鋼板に垂直な第1平研削面と、該第1平研削面に連続し、前記正面鋼板に近づくほど前記側面鋼板に徐々に近接する円弧状の第1円研削面と、前記側面鋼板に垂直な第2平研削面と、該第2平研削面に連続し、前記側面鋼板に近づくほど前記正面鋼板に徐々に近接する円弧状の第2円研削面と、前記正面鋼板と前記側面鋼板との溶接位置に対向する位置に形成された円弧状の第3円研削面と、を有することを特徴とする請求項1記載の鋼製橋脚の隅角部。 - 前記スカラップが円弧状の隅部を具備して超音波探傷検査用の探触子が浸入自在な略矩形状であって、該探触子によって前記正面鋼板と前記側面鋼板との溶接部が検査自在であることを特徴とする請求項1または2記載の鋼製橋脚の隅角部。
- 一対の正面鋼板の脚柱部分および該柱脚部分に直交する一対の側面鋼板から形成されて地上から立ち上がる鉛直方向の鋼製脚柱と、前記一対の正面鋼板の横梁部分および該横梁部分に直交する一対の平面鋼板から形成されて前記鋼製柱脚に支持される鋼製横梁と、が交差する部分である鋼製橋脚の隅角部の製作方法であって、
前記平面鋼板を前記正面鋼板の脚柱部分および前記側面鋼板に溶接する第一工程と、
該第一工程において溶接した溶接部を検査する第二工程と、
前記平面鋼板の角部と、前記平面鋼板と前記正面鋼板の柱脚部分との溶接部の始端部または終端部と、前記平面鋼板と前記側面鋼板との溶接部の始端部または終端部とを、除去する第三工程と、
前記側面鋼板を前記正面鋼板の脚柱部分に溶接する第四工程と、
該第三工程において除去した除去部分の表面を研削してスカラップを形成する第五工程と、
前記第四工程において溶接した溶接部を検査する第六工程と、
を有することを特徴とする鋼製橋脚の隅角部の製作方法。 - 前記第四工程の後で前記第六工程の前に、前記第四工程において溶接した溶接部の表面のうち少なくとも前記平面鋼板と略同一面内にある範囲を研削する工程を有することを特徴とする請求項4記載の鋼製橋脚の隅角部の製作方法。
- 前記側面鋼板に開先が形成され、該側面鋼板と前記平面鋼板との溶接部が前記開先に到達しないことを特徴とする請求項4または5記載の鋼製橋脚の隅角部の製作方法。
- 前記第一工程に先行して、前記平面鋼板の角部の一部が予め除去されていることを特徴とする請求項4乃至6の何れかに記載の鋼製橋脚の隅角部の製作方法。
- 前記横梁部分と前記脚柱部分とに跨って前記正面鋼板に略三角形状のフィレット部分が形成されていることを特徴とする請求項4乃至7の何れかに記載の鋼製橋脚の隅角部の製作方法。
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