JPH08132275A - ダイヤフラム付鋼管柱 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイヤフラムと鋼管柱の所定位置に配置する
ために、ダイヤフラムの移動が容易で、かつダイヤフラ
ムを鋼管外面の所定位置に問題なく溶接できること。 【構成】 ダイヤフラム３が取付けられる鋼管１は鋼板
を円筒形状に成形し、次いで長手方向にシームの溶接を
して円筒体を形成し、該円筒体の外面側溶接部の高さを
母材の外面に対して０〜０．５ｍｍになるように切削
し、該円筒体の内面側から拡管して形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は構造物の柱として用いら
れる鋼管柱に係り、さらに詳しくは梁が接続されるダイ
ヤフラム付鋼管柱に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のダイヤフラム付鋼管柱の一例は特
開平５−２５５９７２号公報に開示されている。この従
来例はダイヤフラムである環状体を鋼管に嵌め込んでな
るダイヤフラム付鋼管柱に関するもので、環状体の開口
は鋼管の外周寸法より少々大きいことが開示されてい
る。そして、環状体の開口を鋼管の外周寸法より少々大
きくすることにより環状体を鋼管に固定する溶接が容易
になることが示唆されている。ここで、環状体の開口寸
法と鋼管の外周寸法との関係は、環状体を鋼管に嵌め込
んだり、或いは嵌め込んだ後に溶接で固定する際に極め
て重要であるにもかかわらず、その従来例を記載した特
開平５−２５５９７２号公報にはこの点について何ら開
示しておらず、実際にダイヤフラム付鋼管柱を製作する
場合、試行錯誤を繰り返すなど極めて手間がかかってい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ダイヤフラム付鋼管柱
用の鋼管は厚み、直径とも比較的大きいため鋼板をプレ
ス成形した後、鋼板の突き合わせ部を溶接して製造され
る。次いで、予め鍛造などで製造されたダイヤフラムの
中央部に設けられた開口部に鋼管を挿入し、ダイヤフラ
ムを鋼管の所定の位置まで移動した後、半自動のガスシ
ールドアーク溶接等で鋼管に固定し、ダイヤフラム付鋼
管柱が製造される。ここで、ダイヤフラムを鋼管の所定
位置まで移動させるには、ダイヤフラムの開口部の直径
は鋼管の外径に比べ大きいことが必要で、両者によるク
リアランスは大きいほど移動作業は容易となる。一方、
ダイヤフラムを鋼管に固定するための溶接の観点からは
前記クリアランスは小さいほど好ましい。従って、この
クリアランスは移動作業が可能な範囲で極力小さいクリ
アランスとするようにダイヤフラムの開口部の直径を決
めることが必要である。

【０００４】そのため、ダイヤフラム付鋼管柱に用いら
れる鋼管は特に真円度が良好であることが望ましい。こ
こで、真円度は次のように定義する。 真円度＝ＡまたはＢの絶対値の大きい方 但し、Ａ（プラス側真円度） ＝［（最大直径）−（公
称直径）］ Ｂ（マイナス側真円度）＝［（公称直径）−（最大直
径）］ 一般に、プレス成形された鋼管の真円度の公称直径に対
する比は１％を越えることが多く、そのような場合には
鋼管に成形、溶接後真円度を良好にするためのプレス矯
正を実施する。しかし、鋼管全長にわたり真円度を矯正
することは非常に手間がかかり、そのため、本願の対象
とするダイヤフラム付鋼管柱の製造においては、従来は
鋼管の真円度の問題には目をつぶって、ダイヤフラムの
開口部側の寸法を大きめにすることにより、ダイヤフラ
ムを鋼管の所定位置に配置していた。これにより、ダイ
ヤフラムを鋼管の所定位置に配置する際の問題点は解消
されるが、逆に鋼管外周上の位置によっては、ダイヤフ
ラムと鋼管外周の間隔（クリアランス）が大きくなり過
ぎ、次のダイヤフラムを鋼管に固定するための溶接工程
において、溶接が困難になる、或いは溶接欠陥が多発し
易いという問題点が発生する。

【０００５】また、この真円度の問題が解決したにして
も、鋼管の長手方向の溶接部の溶接金属部は母材部に対
して出っ張っているのが一般的である。そのためにもダ
イヤフラムはその開口部直径が大きくなければならず、
そのダイヤフラムを鋼管に嵌めると溶接金属部を除く鋼
管母材部とダイヤフラムとの間隔は大きくならざるを得
ない。特に、溶接金属部周辺では、溶接金属頂部から溶
接金属止端部に至る間にダイヤフラム内面との間隔が急
激に変化し、そのため溶接が困難になる、或いは溶接欠
陥が多発し易いという問題点が発生する。

【０００６】拡管により鋼管の真円度が向上することは
既に知られており、また原油やガスを流すラインパイプ
の分野では鋼管に拡管を施すこともよく知られている。
ここで、拡管とは、鋼管内面側から鋼管周方向に塑性変
形を加えることにより、鋼管の直径を若干増大させるよ
うにして真円度を向上させる操作のことをいう。この拡
管は鋼管全長にわたり実施するが、鋼管全長を一度に拡
管してもよいし、長手方向に少しづつ実施し、最終的に
全長にわたり拡管された状態としてもよい。なお、拡管
するためには、鋼管を予め小径に作っておき、拡管によ
り公称外径になるように製造することはいうまでもな
い。しかし、かかる拡管は一般にこれら鋼管相互を突き
合わせ溶接して長手方向につなぐ時に目違い等が許容限
以下におさめるための真円度の向上を狙ったものに過ぎ
ず、例えば真円度に対する公称外径の比がプラスまたは
マイナス１パーセント以下程度であることを期待してい
るに過ぎない。

【０００７】一方、本願の狙っている真円度はプラス
０．５パーセント以下程度とより小さい真円度を狙って
おり、また良好な真円度を得る目的も鋼管相互を突き合
わせ溶接して長手方向につなぐ時に目違い等を許容限以
下におさめる目的ではなく、鋼管にダイヤフラムを嵌め
込み、かつ嵌め込んだダイヤフラムを鋼管に溶接で固定
する際に、ダイヤフラムと鋼管の隙間を一定に保つこと
により、溶接時に欠陥が発生しないことを目的としてい
る。さらに、鋼管の長手方向溶接金属は母材部に対し出
っ張っているのは溶接金属の厚みを母材の厚みよりも厚
くするとの思想に基づくものである。しかし、発明者ら
は研究の結果、本願のダイヤフラム付鋼管柱の場合は、
溶接金属の厚みが隣接する母材の厚みと少なくとも同じ
であれば、実用上問題ないとの知見を得た。従って、鋼
管の少なくとも外面側溶接部を隣接する母材と面一にな
るように切削してもダイヤフラム付鋼管柱としての性能
を損なうことなく、ダイヤフラムの開口部に鋼管を挿入
可能で、しかも鋼管外面とダイヤフラムとの間隔を小さ
くすることが可能であるとの知見を得るに至った。

【０００８】そこで、本発明はダイヤフラムと鋼管柱の
所定位置に配置するために、ダイヤフラムの移動が容易
で、かつダイヤフラムを鋼管外面の所定位置に問題なく
溶接できたダイヤフラム付鋼管柱を得ることを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るダイヤフラ
ム付鋼管柱を構成する鋼管は鋼板を円筒形状に成形し、
次いで長手方向にシームの溶接をして円筒体を形成し、
該円筒体の外面側溶接部の高さを母材の外面に対して０
〜０．５ｍｍになるように切削し、該円筒体の内面側か
ら拡管して形成されている。ここでのシームの溶接は潜
弧溶接、手溶接、ＭＩＧ溶接及びこれらの溶接法を組合
わせた方法がある。また、前記円筒体の拡管は、機械的
拡管、水圧拡管の少なくともいずれか一方の手段で行わ
れ、かつ円筒体の全長にわたって行われている。

【００１０】

【作用】本発明においては、鋼管を拡管することによ
り、真円度が向上するため、ダイヤフラムの開口部の直
径は鋼管の外直径より僅かに大きいだけで、鋼管をダイ
ヤフラムの開口部に挿入、移動する作業が容易となる。
さらに、鋼管の外表面とダイヤフラムとの間隙を小さく
抑えられるため、ダイヤフラム固定のための溶接が容易
となる。拡管量は特に限定していないが、拡管量が大き
すぎると真円度に悪影響を及ぼすため、公称外径に対
し、１．５％以下が望ましく、更に望ましくは１％以
下、最も望ましくは０．８％以下が適当である。次に、
鋼管の外面側のシーム溶接部の高さを鋼管母材部の外面
に対し０から０．５ｍｍであるような高さにした理由を
述べる。

【００１１】既に説明したように、外面溶接金属部周辺
での鋼管とダイヤフラム内面との隙間を考えると、外面
溶接金属の頂部から止端部に至る過程でこの隙間が極端
に変化すると、その後のダイヤフラムを鋼管に固定する
溶接時に欠陥が多発し、欠陥が多発しない限界として最
大０．５ｍｍを許容できる高さとした。また、シーム溶
接部が外面母材部よりも低くなるとシーム溶接部の強度
に悪影響がでるために下限を０ｍｍとした。

【００１２】

【実施例】以下、実施例によって本発明をさらに詳細に
説明する。 実施例１．図１は本発明の一実施例に係るダイヤフラム
付鋼管柱の鋼管柱軸に沿う断面図、図２は同ダイヤフラ
ム付鋼管柱の鋼管柱軸に直角な断面図、図３は同ダイヤ
フラム付鋼管柱のシーム溶接部とダイヤフラムの位置関
係を示す断面図である。図において、１は鋼管で、鋼板
を円筒形状にプレス成形後、鋼板の合わせ目即ちシーム
部を内面及び外面から潜弧溶接して円筒体の鋼管が製造
される。その潜弧溶接の手順は、プレス成形された鋼板
の合わせ目部分の内面には予め開先が形成されており、
この内面側を潜弧溶接し、次いで外面にグラインダ等で
開先を形成し、しかる後に鋼板の合わせ目部分の内面と
外面の開先にそれぞれ潜弧溶接を行うのが一般的である
が、プレス成形された鋼板の合わせ目部分の内面と外面
に予め形成されている開先にそれぞれ潜弧溶接を行う場
合もある。

【００１３】そして、円筒体の鋼管１の外面側はグライ
ンダで切削され、その後円筒体の鋼管１はその内面側か
ら機械的拡管の手段で全長にわたって拡管される。な
お、その拡管は水圧拡管であってもよい。２は拡管され
た円筒体の鋼管１の溶接が行われた縦シーム溶接部、２
ａは縦シーム溶接部２の外面側を切削する前の状態を示
し、２ｂは縦シーム溶接部２の外面側を切削した後の状
態を示している。

【００１４】３はダイヤフラムで、本実施例では一体型
で内周と外周が円環状に鍛造で成形されている。このダ
イヤフラム３はその中央の開口部から鋼管１の所定位置
まで挿入し、ダイヤフラム３の内周縁部と鋼管１の外周
面との隙間に溶接して隅肉溶接部４を形成し、鋼管１の
所定の位置にダイヤフラム３を固定している。５はダイ
ヤフラム３と鋼管１の外面との隙間である。鋼管１に固
定されたダイヤフラム３の外周部は、鋼管１が小径の場
合は梁を接続するときにその梁が接続される一部が現場
で切断されるが、鋼管１が大径の場合は梁が接続される
その一部が予め製作工場で切断されているか、始めから
切断された形状で製作されている。なお、この実施例で
はダイヤフラムの固定のための溶接は半自動の炭酸ガス
シールドアーク溶接を採用したが、ほかに手溶接、潜弧
溶接などが適用可能である。

【００１５】以下に具体例を示す。 （具体例１）用いた鋼管は直径７５０ｍｍ，管厚３０ｍ
ｍで，鋼板を円筒形に曲げた後、合わせ目を内外面から
それぞれ潜弧溶接で溶接して鋼管にした。この時の外面
溶接部の余盛高さは３．１ｍｍであった。この鋼管に開
口部直径が２種類のダイヤフラムを適用し、かつ外面溶
接部の余盛高さを変化させて組立試験を実施した。用い
たダイヤフラムは一体型である。結果を表１の試験番号
Ａ−１、Ａ−２に示す。また、その比較例をａ−1 〜ａ
−5 に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】試験番号Ａ−１、Ａ−２では余盛高さが
０．５ｍｍになるように砥石で切削したのち、機械拡管
方式で１％ないし０．５％拡管した。また、ダイヤフラ
ムは内径７５６ｍｍのものを用いた。そのため、鋼管と
ダイヤフラムの隙間は２．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲におさ
まっており、ダイヤフラムの位置決め作業、溶接作業と
も順調であった。一方、余盛高さを０．５ｍｍである
が、拡管しない鋼管については、ａ−1 に示すように、
プラス側真円度が６．７ｍｍと悪く、内径７５６ｍｍの
ダイヤフラムは使用不能であった。ａ−２は、ダイヤフ
ラム内径を７６０ｍｍと少し大きくした例で、ダイヤフ
ラム取付け作業はなんとかできたが、局所的に４ｍｍ程
度の隙間が発生して正常な溶接ができなかった。ａ−３
〜ａ−５は余盛高さが１．９ｍｍと本発明の範囲より大
きい例で、ａ−３、ａ−４は外面溶接部付近の隙間の変
化が大きすぎ、ａ−５は拡管されていないため真円度が
悪く、内径７６０ｍｍのダイヤフラムでも挿入不可能で
あった。

【００１８】（具体例２）用いた鋼管は直径９１０ｍ
ｍ、管厚３２ｍｍで、鋼板を円筒形に曲げた後、合わせ
目を内外面からそれぞれ潜弧溶接で溶接して鋼管にし
た。この時の外面溶接部の余盛高さは３．２ｍｍであっ
た。この鋼管を用いて具体例１と同様の組立試験を行っ
た。用いたダイヤフラムは一体型である。組立試験の結
果を表１の試験番号Ｂ−１に示す。また、その比較例を
ｂ−１〜ｂ−３に示す。本実施例においても、余盛高さ
を０．５ｍｍ以下となるように余盛を切削したのち、鋼
管を機械式拡管方式で０．８％〜０．９％に拡管した。
拡管すれば、ダイヤフラムの位置決め及び溶接が順調で
あったのに対し、拡管しないｂ−１ではダイヤフラムの
挿入が不可能であった。また、ｂ−２ではダイヤフラム
内径を若干大きくしたため、挿入はできたものの隙間が
大きい部分が生じ、溶接欠陥が多発した。更に、ｂ−３
は拡管は行ったが余盛切削しなかった例で、この場合ダ
イヤフラムが余盛にひっかかり挿入が不可能であった。
この比較試験から本発明の技術が優れていることが確認
された。

【００１９】なお、ここで外面溶接部の余盛高さの切削
には砥石を用いたが、余盛高さの切削方法は、これに限
定されるものではなく、ミリングカッタ−による切削、
ベルトサンダによる研削でも構わない。また、ダイヤフ
ラムの固定のための溶接は半自動の炭酸ガス溶接を採用
したが、ほかに手溶接、潜弧溶接等が適用可能である。
また、上記具体例の鋼管は直径７５０ｍｍ、管厚３０ｍ
ｍと直径９１０ｍｍ、管厚３２ｍｍのものであるが、本
発明は直径４００〜１５００ｍｍ、管厚１５〜５０ｍｍ
の鋼管にも適用可能であり、それに伴いダイヤフラムも
その内径が大きくなり、ダイヤフラムはその内径が鋼管
の直径に最大８ｍｍ加えたものが用いられることとな
る。さらに、上記具体例の鋼管は０．５％〜０．８％拡
管されているが、本発明は鋼管の拡管が０．２％〜１．
５％のものでも適用可能である。

【００２０】実施例２．この実施例は本発明の一つであ
る分割型のダイヤフラムを鋼管に取り付けた例で、２個
の半割りダイヤフラムを用いており、２個の半割りダイ
ヤフラムを鋼管の外面に管周方向に沿って配置し、これ
ら半割りダイヤフラムの突合わせ部分を溶接接合して円
環形状に形成される。なお、鋼管及びダイヤフラムの寸
法は実施例１の具体例の場合と同様である。本実施例は
ダイヤフラムが分割型であるため、ダイヤフラムの位置
決め作業が実施例１の場合に比べ容易であった。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、鋼管柱用
鋼管として、鋼管を成形、溶接後拡管したものを用いた
ため、真円度が良好で、ダイヤフラムと鋼管外面との間
隙を小さくできた。さらに、その結果ダイヤフラムの固
定のための炭酸ガス溶接において欠陥が発生せず、品質
の良好なダイヤフラム付鋼管柱を製造できた。また、鋼
管の外面側シーム溶接部を母材部と略面一に研削したた
め、ダイヤフラムの開口部の直径を不必要に大きくせず
とも、ダイヤフラムを鋼管の所定位置に取り付ける位置
決めを容易に行えると共に、ダイヤフラムと鋼管外面の
間隔を小さく抑えることができるため、ダイヤフラムを
鋼管に固定するための溶接を問題なく行うことができる
という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例に係るダイヤフラム付
鋼管柱の鋼管柱軸に沿う断面図である。

【図２】図２は同ダイヤフラム付鋼管柱の鋼管柱軸に直
角な断面図である。

【図３】図３は同ダイヤフラム付鋼管柱のシーム溶接部
とダイヤフラムの位置関係を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 鋼管 ２ 縦シーム溶接部 ３ ダイヤフラム ４ 隅肉溶接部 ５ ダイヤフラムと鋼管外面との隙間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央部に開口部を有するダイヤフラムの
   開口部に鋼管を嵌入し、ついでダイヤフラムを鋼管に溶
   接手段で固定してなるダイヤフラム付鋼管柱において、 前記鋼管は鋼板を円筒形状に成形し、次いで長手方向に
   シームの溶接をして円筒体を形成し、該円筒体の外面側
   溶接部の高さを母材の外面に対して０〜０．５ｍｍにな
   るように切削し、該円筒体の内面側から拡管して形成さ
   れていることを特徴とするダイヤフラム付鋼管柱。
2. 【請求項２】 前記円筒体の拡管は、機械的拡管、水圧
   拡管の少なくともいずれか一方の手段で行われ、かつ円
   筒体の全長にわたって行われていることを特徴とする請
   求項１記載のダイヤフラム付鋼管柱。