JP7054510B2

JP7054510B2 - 外ダイヤフラムの製造方法

Info

Publication number: JP7054510B2
Application number: JP2017236556A
Authority: JP
Inventors: 功雄中島; 教雄中島; 伸中島; 英樹加納
Original assignee: ナカジマ鋼管株式会社
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2022-04-14
Anticipated expiration: 2037-12-11
Also published as: JP2019105037A

Description

本発明は、角形リング状に成形され、角形鋼管柱に対する梁の接合位置に外嵌される外ダイヤフラムの製造方法に関するものである。

従来、梁の接合位置を補強した角形鋼管柱としては、例えば、特許文献１に示すような角形鋼管柱がある。特許文献１に示す角形鋼管柱においては、角形鋼管柱に対する梁の接合位置であって、当該角形鋼管柱の長さ方向の複数箇所に、角形リング状の外ダイヤフラムを外篏して溶接結合することにより梁の接合位置を補強する。

特許文献１に示す角形鋼管柱に用いられる外ダイヤフラムは、外ダイヤフラム用の角形鋼管を加熱手段（加熱炉）及び成形手段を用いて熱間成形し、熱間成形した角形鋼管を冷却後、切断装置により所定の寸法で角形リング状に切断することによって製造される。

特開２００６－１６８５９号公報

しかしながら、特許文献１に示す角形鋼管柱に外篏される外ダイヤフラムは、最終製品の角形鋼管の断面形状に比べて若干の加工量（度）を残した（最終製品の角形鋼管の断面形状に成形する全加工量の７０％から８０％程度で加工した）角形近似断面の半成形鋼管を、加熱手段（加熱炉）及び成形手段を用いて熱間成形することによって製造するため、製造された外ダイヤフラムは、その断面厚さが不均一であるとともに、その各コーナー部の外面曲率半径Ｒ_０（図６（ｂ））が大きくなる。すなわち、梁の接合面である当該外ダイヤフラムの外周の平板部分（コーナー部の曲率部分を除く平坦な部分）が狭くなる。そのため、例えば、図６（ｂ）及び（ｃ）に示すように、外ダイヤフラム１００が四角形鋼管１１１に外篏されて壁９０に近接した角形鋼管柱１１０に梁２０を接合させる際に、梁２０を壁９０に寄せて接合することができず、梁２０と壁９０と間に隙間Ｋが生じるという問題あった。

そこで、本発明は、断面厚さが均一で且つ梁の接合面である外周の平板部分（コーナー部の曲率部分を除く平坦な部分）が周方向に大きい外ダイヤフラムの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上であり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、本発明の外ダイヤフラムの製造方法は、角形リング状に成形され、角形鋼管柱に対する梁の接合位置に外嵌される外ダイヤフラムの製造方法であって、板厚が４０ｍｍ以上の鋼板を冷間プレス成形によって、各コーナー部の内面曲率半径が均一となる角形鋼管に成形し、前記冷間プレス成形によって成形した前記各コーナー部の内面曲率半径が均一となる角形鋼管を、その内面曲率半径が、前記角形鋼管柱の各コーナー部の外面曲率半径に応じた所定の内面曲率半径となるように絞り状に熱間ロール成形によって成形する方法である。
上記方法では、板厚が４０ｍｍ以上の鋼板を冷間プレス成形し、その後、熱間ロール成形によって外ダイヤフラムを成形する。

また、本発明の外ダイヤフラムの製造方法は、上記製造方法において、前記冷間プレス成形によって成形する角形鋼管を各コーナー部の内面曲率半径が均一な一対のみぞ型材を組み合わせて四角形状に成形するとともに、各コーナー部の内面曲率半径が、前記冷間プレス成形によって成形する角形鋼管の板厚の２倍から３倍となるように成形する方法である。
上記方法では、冷間プレス成形によって成形する角形鋼管を一対のみぞ型材を組み合わせて所定の内面曲率半径で成形する。

さらに、本発明の外ダイヤフラムの製造方法は、上記製造方法において、前記熱間ロール成形によって成形する角形鋼管を、各コーナー部の内面曲率半径が、前記熱間ロール成形によって成形する角形鋼管の板厚の１倍から２倍となるように成形する方法である。
上記方法では、熱間ロール成形によって成形する角形鋼管をその板厚に対する所定の内面曲率半径で成形する。

本発明の外ダイヤフラムの製造方法によれば、断面厚さが均一であり、且つ、各コーナー部の外面曲率半径が小さく、梁の接合面である外周の平板部分（コーナー部の曲率部分を除く平坦な部分）が周方向に大きい外ダイヤフラムを製造することができる。

本発明の実施の形態に係る外ダイヤフラムが外篏された角形鋼管柱を用いた鉄骨構造物の斜視図である。同外ダイヤフラムが外篏された角形鋼管柱を用いた鉄骨構造物における要部の一部切り欠き平面図である。同外ダイヤフラムが外篏された角形鋼管柱を用いた鉄骨構造物における要部の縦断正面図である。同外ダイヤフラムの製造方法の冷間プレス工程における鋼管素材の形状を示す図である。同外ダイヤフラムの製造方法の熱間ロール工程の工程斜視図である。（ａ）は、同外ダイヤフラムが外篏された角形鋼管柱を用いた鉄骨構造物における要部の一部切り欠き平面図、（ｂ）は、従来の製造方法で製造された外ダイヤフラムが外篏された角形鋼管柱を用いた鉄骨構造物における要部の一部切り欠き平面図、（ｃ）は、従来の製造方法で製造された外ダイヤフラムが外篏された角形鋼管柱を用いた鉄骨構造物における要部の正面断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る外ダイヤフラム３０の製造方法について説明する。

まず、本発明の製造方法によって製造される外ダイヤフラム３０が外篏される角形鋼管柱１０と梁２０との接合構造について説明する。図１から図３に示すように、角形鋼管柱１０と梁２０との接合構造においては、角形鋼管柱１０に対する梁２０の接合位置（仕口部１１）であって、角形鋼管柱１０の長さ方向の複数箇所（図１においては２箇所）に、外ダイヤフラム３０がそれぞれ外篏され、溶接接合される。溶接接合された外ダイヤフラム３０の四方に向く外側面３０ａには梁２０のフランジ２１の一端部が固定される。これにより、梁２０が角形鋼管柱１０から水平方向に延びて設けられる。

梁２０は、Ｈ形鋼により構成され、対向する２枚の平板状のフランジ２１と、対向するフランジ２１の間に形成されるウェブ２２と、から構成される。梁２０は、フランジ２１が上下方向に対向した位置となり、且つウェブ２２の一端面が角形鋼管柱１０における一方の外側面１０ａに沿って当接するように、角形鋼管柱１０に固着される。

角形鋼管柱１０は、冷間成形により断面視四角形状に成形される中空状の四角形鋼管１２により構成される。四角形鋼管１２は、所定の板厚ｔであり、各コーナー部１２ｂが所定の外面曲率半径ｒであり、且つ、所定の外寸ｄとなるように冷間成形されている。なお、本実施の形態においては、角形鋼管柱１０（四角形鋼管１２）を冷間成形により成形しているが、これに限定されるものではなく、熱間成形により成形しても構わない。

外ダイヤフラム３０は、角形鋼管柱１０（四角形鋼管１２）の板厚ｔと同様の板厚か、或いは少し厚い板厚Ｔ（すなわち、［Ｔ≧ｔ］）で成形される。外ダイヤフラム３０は、その各コーナー部３０ｂが、角形鋼管柱１０（四角形鋼管１２）の外面曲率半径ｒよりも少し大きい内面曲率半径Ｒ_１で成形されるとともに、所定の外面曲率半径Ｒ_２で成形される。すなわち、外ダイヤフラム３０の各コーナー部３０ｂは、角形鋼管柱１０（四角形鋼管１２）の各コーナー部１２ｂの外面曲率半径ｒに応じた内面曲率半径Ｒ_１となるように成形される。また、外ダイヤフラム３０の各コーナー部３０ｂは、その内面曲率半径Ｒ_１が、外ダイヤフラム３０の板厚Ｔ（角形鋼管柱１０と同様の場合は板厚ｔ）の１倍から２倍となるように成形される。外ダイヤフラム３０は、角形鋼管柱１０（四角形鋼管１２）の外寸ｄよりも少し大きい内寸Ｄ_１に成形されるとともに、所定の外寸Ｄ_２となるように成形される。外ダイヤフラム３０の高さＨは、固定される梁２０のフランジ２１の厚さに応じて設定される。

このような寸法関係により角形鋼管柱１０（四角形鋼管１２）及び外ダイヤフラム３０を成形することにより、角形鋼管柱１０（四角形鋼管１２）の外側面１０ａと、外ダイヤフラム３０の内面との間に間隙Ｓが生じる。そして、この間隙Ｓを利用することで、角形鋼管柱１０に対する外ダイヤフラム３０の外篏を円滑且つ正確に行うことができる。なお、角形鋼管柱１０に対する外ダイヤフラム３０の溶接接合Ｇは、外ダイヤフラム３０のそれぞれ上下部分に対して突合せ溶接（部分溶け込み溶接）により行うが、これに限定されるものではなく、隅肉溶接等により行っても構わない。

外ダイヤフラム３０が外篏された角形鋼管柱１０は、所望の長さに加工されて、所定本数が建築現場等に搬送され、その下端が図示しない座板等に溶接結合されることにより所定位置に立設される。そして、角形鋼管柱１０の仕口部１１の外側面１０ａ及び外ダイヤフラム３０の外側面３０ａに梁２０の端部を溶接結合によって連結することで、角形鋼管柱１０を使用した鉄骨構造物が構成される。

次に、外ダイヤフラム３０の製造方法について説明する。外ダイヤフラム３０は、板厚Ｔが４０ｍｍ以上の極厚鋼板４０を冷間プレス成形によって最終製品と同等の形状の冷間角形鋼管４５に成形し、成形した冷間角形鋼管４５を熱間ロール成形によって外ダイヤフラム用角形鋼管６５に成形した後、定寸切断装置６８によって切断することにより製造される。すなわち、外ダイヤフラム３０は、冷間プレス工程と、熱間ロール工程と、の二工程を介して製造される。

まず、外ダイヤフラム３０の製造方法における冷間プレス工程について説明する。図４に示すように、当該冷間プレス工程においては、極厚鋼板４０をレベリング７０に導入して連続的に歪みを矯正することにより帯鋼板４１を成形する。

成形した帯鋼板４１を幅決め・開先装置（図示せず）に導入し、帯鋼板４１の両側をトリミングカッター（図示せず）によって切断して所要幅に成形するとともに開先加工を施す。開先加工を施した帯鋼板４１を鋼板切断装置７１に導入し、規格長に切断して一枚鋼板４２を形成する。

一枚鋼板４２を折り曲げ成形プレス装置（図示せず）に導入し、曲げ型によって一枚鋼板４２を長手方向に沿って二回折り曲げることにより、断面視略コ字状のみぞ型材４３を成形する。ここで、みぞ型材４３は、その各コーナー部４３ａの内面曲率半径が、その板厚の２倍から３倍となるように、均一に成形される。

一対のみぞ型材４３を溶接装置（図示せず）に導入し、一対のみぞ型材４３を向き合わせて両脚縁部４３ｂを相互に突き合わせ、突き合わせ部分を溶接し、四角形状の冷間角形鋼管４５を成形する。すなわち、各コーナー部４３ａの内面曲率半径が均一な一対のみぞ型材４３を組み合わせることで、最終製品と同等の形状であり、各コーナー部の内面曲率半径が均一な冷間角形鋼管４５を成形する。

外ダイヤフラム３０の製造方法における熱間ロール工程について説明する。図５に示すように、熱間ロール工程においては、冷間プレス工程において成形された冷間角形鋼管４５を加熱手段５０に導入する。具体的には、搬入床５１の終端部に搬送された冷間角形鋼管４５は、ローラコンベヤ５２により加熱手段５０の加熱炉５３に搬入される。冷間角形鋼管４５は、加熱炉５３内にて搬送経路５４上で搬送されながら、各バーナー５５、５６の燃焼熱によって外面側から徐々に均一的に加熱される。

加熱手段５０によって加熱された冷間角形鋼管４５は、加熱炉５３から成形手段６０へ搬送され、この成形手段６０によって正規の寸法且つ形状に熱間成形されて外ダイヤフラム用角形鋼管６５が成形される。具体的には、前後４段（単数段又は複数段）に設けられた各成形手段６０が、機枠６１側に対して位置調整自在に又は交換自在に設けられた上下一対並びに左右一対の成形ロール６２、６３等を介して、冷間角形鋼管４５を段階的に絞り状に熱間成形する。冷間角形鋼管４５は、当該熱間成形により、内寸Ｄ_１及び外寸Ｄ_２で且つ各コーナー部３０ｂが内面曲率半径Ｒ_１及び外面曲率半径Ｒ_２である外ダイヤフラム用角形鋼管６５に成形される。なお、内面曲率半径Ｒ_１は、外ダイヤフラム用角形鋼管６５の板厚Ｔの１倍から２倍である。

熱間成形された外ダイヤフラム用角形鋼管６５は冷却床６７に受け取られ、冷却床６７上を搬送されながら空冷形式にて徐冷される。冷却床６７の終端に達した外ダイヤフラム用角形鋼管６５は、図示していない矯正装置、洗浄装置、防錆装置へと搬送され、必要に応じてそれぞれで処理され、この処理の前後において、定寸切断装置６８によって定寸Ｌに切断されて、角形リング状の外ダイヤフラム３０に成形される。

このように製造される外ダイヤフラム３０は、図６に示すように、各コーナー部３０ｂの外面曲率半径Ｒ_２が、従来の外ダイヤフラム１００における各コーナー部１００ａの外面曲率半径Ｒ_０より小さくなる。このため、梁２０の接合面である外側面３０ａの平板部分（コーナー部３０ｂの曲率部分を除く平坦な部分）の周方向の長さＭ_１が、従来の外ダイヤフラム１００の当該平面部分の周方向の長さＭ_０より大きくなる。それゆえに、壁９０に近接した角形鋼管柱１０に梁２０を接合させる際に、梁２０のフランジ２１の一方側を壁９０側に寄せて外ダイヤフラム３０に溶接接合することができ、従来の角形鋼管柱１１０と比べて、梁２０のフランジ２１と壁９０との間の隙間Ｋを狭くすることができる。

以上のように、上記方法によれば、断面厚さ（板厚Ｔ）が均一であり、且つ、各コーナー部３０ｂの外面曲率半径Ｒ_２が小さく、梁２０の接合面である外側面３０ａの平板部分（コーナー部３０ｂの曲率部分を除く平坦な部分）が周方向に大きい外ダイヤフラム３０を製造することができる。

なお、本実施の形態においては、上記冷間プレス工程において成形される冷間角形鋼管４５を一対のみぞ型材４３を組み合わせることで成形しているが、この方法に限定されるものではなく、最終製品と同等の形状であり、各コーナー部の内面曲率半径が均一な冷間角形鋼管４５を成形可能な方法であれば、例えば、一枚鋼板４２を四回折り曲げることにより成形される五角形近似断面のワンシーム半成形鋼管を用いて成形しても構わない。

１０角形鋼管柱
２０梁
３０外ダイヤフラム
３０ｂコーナー部
４０鋼板
４５冷間角形鋼管

Claims

角形リング状に成形され、角形鋼管柱に対する梁の接合位置に外嵌される外ダイヤフラムの製造方法であって、
板厚が４０ｍｍ以上の鋼板を冷間プレス成形によって、各コーナー部の内面曲率半径が均一となる角形鋼管に成形し、
前記冷間プレス成形によって成形した前記各コーナー部の内面曲率半径が均一となる角形鋼管を、その内面曲率半径が、前記角形鋼管柱の各コーナー部の外面曲率半径に応じた所定の内面曲率半径となるように絞り状に熱間ロール成形によって成形すること
を特徴とする外ダイヤフラムの製造方法。
前記冷間プレス成形によって成形する角形鋼管を
各コーナー部の内面曲率半径が均一な一対のみぞ型材を組み合わせて四角形状に成形するとともに、
各コーナー部の内面曲率半径が、前記冷間プレス成形によって成形する角形鋼管の板厚の２倍から３倍となるように成形すること
を特徴とする請求項１に記載の外ダイヤフラムの製造方法。
前記熱間ロール成形によって成形する角形鋼管を、各コーナー部の内面曲率半径が、前記熱間ロール成形によって成形する角形鋼管の板厚の１倍から２倍となるように成形すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の外ダイヤフラムの製造方法。