JP6968079B2

JP6968079B2 - スタッド溶接可能鉄筋

Info

Publication number: JP6968079B2
Application number: JP2018545383A
Authority: JP
Inventors: イアンヒューストン; クラークチャンプニー; ジョンエドガー; コーネルイリミエス
Original assignee: ネルソンスタッドウェルディング，インコーポレイテッド
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2021-11-17
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: US10145113B2; EP3423647B1; BR112018017273A8; BR112018017273B1; CA3015361C; EP3423647A1; BR112018017273A2; US20170247884A1; JP2019516008A; WO2017151590A1; CN108713086B; CN108713086A; CA3015361A1

Description

〔関連出願への相互参照〕
この米国非仮特許出願は、この出願の開示の一部としてその開示全体が考えられてこれにより引用によって組み込まれる２０１６年月２９日出願の米国仮特許出願第６２，３００，９８６号の利益を主張するものである。

この節は、背景情報の一般的な概要を提供し、この節に提供されるコメント及び例は、必ずしも本発明の開示に対する従来技術である必要はない。

コンクリートは、一般的に使用される建材である。コンクリートは、圧縮に非常に強いが、引張に比較的弱い。「鉄筋」としても公知の補強鋼は、コンクリートを補強して引張状態に保持するために補強コンクリート及び補強組積構造に引張デバイスとして使用される棒鋼又は鋼線のメッシュである。鉄筋は、補強コンクリート及び棒鋼に使用するために従来的に丸い形状に製作される。

鉄筋は、本明細書にその内容が組み込まれている「コンクリート補強のための変形及び普通炭素棒鋼に対するＡＳＴＭ国際Ａ６１５／Ａ６１５Ｍ−１５基準」及び「コンクリート補強のための変形及び普通低合金棒鋼に対するＡＳＴＭ国際Ａ７０６／Ａ７０６Ｍ−１５基準仕様」（以下では「ＡＳＴＭＡ７０６」）のような業界基準を満たす必要がある。溶接金網又は変形棒アンカースタッドとして建設に使用される鉄筋は、これに代えて、ＡＳＴＭＡ１０６４／Ａ１０６４Ｍ−１３（以下では「ＡＳＴＭＡ１０６４」）を満たすことができる。地盤振動及び構造が受ける可能性が高い他の地震影響の予想強度と構造の使用との関数であるある一定の潜在的地震荷重を受ける構造に使用される鉄筋は、本明細書にその内容が全体的に組み込まれている米国コンクリート学会の「構造的コンクリート建築基準法、ＡＣＩ３１８−１４」（以下では「ＡＣＩ３１８」）を満たす必要がある。

鉄筋は、アーク溶接することができる。しかし、アーク溶接は、比較的時間を消費する工程である。更に、鉄筋のような高い炭素含有量を有する金属がアーク溶接後に過度に急速に冷却される場合に、それは、極端に脆くかつ硬くなる。従って、鉄筋のアーク溶接は、冷却を遅くして脆さを低減するために、多くの場合に材料の予熱並びに専用溶接機器及び付属品を伴う。

溶接の必要なく鉄筋をベースメタルに締結するための別の技術は、鉄筋の端部をネジ切りすることである。１つのそのような例は、ネジ込み可能鉄筋１０が第１の端部１４から第２のネジ切り端部１６まで延びる棒鋼１２を含む図１（縮尺通りに描かれてない）に例示されている。ネジ切り開口（明示的に示されていない）は、ベースメタルに相応に生成され、鉄筋１０のネジ切り端部１６は、次に、そこに螺入されて鉄筋１０のネジ切り端部１６をベースメタルに締結する。しかし、この技術は、鉄筋１０のネジ切り端部１６及びベースメタルのネジ切り開口の両方を製造するのに、並びに鉄筋１０のネジ切り端部１６をベースメタルのネジ切り開口の中に組み付けるのに専用機器及び追加段階を必要とする。

スタッド溶接は、ピン、スタッド、又は他のファスナのようなファスナをベースメタルに溶接するための技術である。スタッドは、スタッドとベースメタル間に電気アークを確立してスタッドの先端での金属及びベースメタルを溶融又は液体状態まで加熱し、次に溶融金属が固体状態に冷える前にスタッドをベースメタルの中に押し込むことによってベースメタルに溶接される。スタッド溶接は、標準的なアーク溶接法よりも遥かに迅速に達成することができる。しかし、スタッド溶接は、本明細書にその内容が全体的に組み込まれている「米国溶接協会構造的溶接基準法鋼、ＡＷＳＤ１．１／Ｍ：２０１５（第２３版、２０１５年、７月２８日）」（以下では「ＡＷＳＤ１．１」）のような業界基準も同じく満たす必要がある。これに加えて、スタッドは、スタッドがある一定の潜在的地震リスクを有する構造に使用されることになる場合に、ＡＣＩ３１８基準を満たす必要がある。

鉄筋は、一部の事例ではスタッド溶接することができる。例えば、ＡＳＴＭＡ１０６４の寸法及び強度要件を満たす鉄筋は、スタッド溶接することができる。しかし、ＡＳＴＭＡ１０６４鉄筋材料から作られるスタッドは、ＡＣＩ３１８の地震要件を満たさない。従って、ＡＳＴＭＡ１０６４鉄筋は、ある一定のレベルの地震荷重を有する建設用途ではスタッド溶接することはできない。

コンクリート補強のための変形及び普通炭素棒鋼に対するＡＳＴＭ国際Ａ６１５／Ａ６１５Ｍ−１５基準コンクリート補強のための変形及び普通低合金棒鋼に対するＡＳＴＭ国際Ａ７０６／Ａ７０６Ｍ−１５基準仕様構造的コンクリート建築基準法、ＡＣＩ３１８−１４、米国コンクリート学会米国溶接協会構造的溶接基準法鋼、ＡＷＳＤ１．１／Ｍ：２０１５（第２３版、２０１５年、７月２８日）

すなわち、予熱又は専用溶接機器、工程、又は付属品の必要なくコンクリート建設のためのＡＷＳＤ１．１業界基準、並びに地震リスクゾーン内の建設のためのＡＣＩ３１８基準を満たすスタッド溶接可能鉄筋に対する有意で継続的な必要性が残っている。

本発明は、Ａ７０６の組成要件を満たすコンクリート補強のための高強度低合金棒鋼に関する。Ａ７０６の組成要件を満たす棒鋼は、第１の端部から第２の端部まで軸線Ａに沿って延び、かつ棒鋼のベース部分のベース断面積を定めるための第１の直径Ｄ１を有する第１の端部に隣接して配置されたベース部分を含む。棒鋼はまた、ベース断面積よりも大きい棒鋼のアップセット部分のアップセット断面積を定めるために第１の直径Ｄ１よりも大きい第２の直径Ｄ２を有する第２の端部に隣接して配置されたアップセット部分を含む。棒鋼の材料組成は、０．３１と０．４３の間の炭素等量に制限され、アップセット断面積は、ベース断面積よりも約１３．５−２２．５％大きい。本出願人は、驚くことに、この炭素等量に制限され、かつアップセット及びベース部分間のこの断面積関係を確立するように修正されたＡ７０６鉄筋が、スタッド溶接後にＡＷＳＤ１．１溶接業界基準及びコンクリート基準法ＡＣＩ３１８要件の両方を満たすことを見出した。換言すると、０．３１と０．４３の間の炭素等量に制限され、かつベース断面積よりも約１３．５−２２．５％大きいアップセット断面積を含むように製造されたＡ７０６鉄筋は、驚くことに、予熱又は専用溶接機器及び付属品に対する必要性なしに業界基準の全てを満たすスタッド溶接可能な鉄筋製品を提供する。

本明細書に説明する図面は、選択された実施形態の例示目的のために過ぎず、全ての可能な実施のためのものではなく、かつ本発明の開示の範囲を制限するように意図していない。

ネジ切り鉄筋の従来技術の棒の側面斜視図である。軸線Ａに沿って第１の端部から第２の端部まで延び、第１の端部に隣接して配置されたベース部分と第２の端部に隣接して配置されたアップセット部分とを含む本発明の開示による棒鋼の斜視図である。３−３に沿って切り取られて棒鋼のベース断面積を定めるためのベース部分の第１の直径Ｄ１を示す図２の棒鋼の断面図である。ベース断面積よりも大きい棒鋼のアップセット断面積を定めるためにベース部分の第１の直径Ｄ１よりも大きいアップセット部分の第２の直径Ｄ２を示す図２の棒の４−４線に沿った断面図である。

ここで、スタッド溶接可能鉄筋の例示的実施形態をより完全に以下に説明する。これらの例示的実施形態の各々は、本発明の開示が本発明の概念、特徴、及び利点の範囲を徹底的かつ完全に当業者に伝えるように提供するものである。この目的のために、特定の構成要素、寸法、組成の例のような多くの具体的詳細が、本発明の開示に関連付けられた実施形態の各々の完全な理解を提供するために列挙される。しかし、当業者に明らかなように、本明細書に説明する全ての具体的詳細が使用される必要はなく、例示的実施形態は、多くの異なる形態に具現化することができ、従って、本発明の開示の範囲を制限するように見なす又は解釈すべきではない。

図２は、本発明の開示の態様によるスタッド溶接可能鉄筋２０の斜視図である。そこに最も良く示すように、スタッド溶接可能鉄筋２０は、第１の端部２４から第２の端部２６まで軸線Ａに沿って延びるほぼ円筒形状の棒鋼２２を含む。棒鋼２２は、ＡＳＴＭ７０６の要件に従う材料組成から構成される。棒鋼２２は、ＡＳＴＭ７０６に同じく列挙されるような公称重量、公称直径、周囲、及び変形に対する要件にも従う。鉄筋では一般的であるように、棒鋼２２は、第１及び第２の端部２４、２６の間に棒鋼２２に沿って配置される斜め横断リブ２８のような複数の変形又は隆起部を含む。

図２に最も良く示すように、棒鋼２０は、第１の端部２２に隣接して配置されたベース部分３０を含む。図３に最も良く示すように、ベース部分３０は、軸線Ａに対して横断方向に測定されて棒鋼２２の公称直径Ｄｎ並びに複数のリブ２８の両方を含むベース直径Ｄ１を有する。ベース直径Ｄ１は、式（π^*Ｄ１²）／４によってベース部分２０のベース断面積を定める。図２及び４で更に示すように、棒鋼２０は、第２の端部２２に隣接して配置されてベース直径Ｄ１よりも大きい同じく軸線Ａに対して横断方向に測定されたアップセット直径Ｄ２を有するアップセット部分３２を含む。アップセット直径Ｄ２は、同じ式、すなわち、（π^*Ｄ２²）／４によって棒鋼２２のアップセット部分３２のアップセット断面積を定める。

図２に最も良く示すように、棒鋼２２は、アップセット部分３２からベース部分３０まで半径方向内向きに好ましくは３０度の角度で傾斜する移行部分３４を含む。アップセット部分３２は、移行部分３４から棒鋼２２の第２の端部２６まで軸線方向に延びる長さＬを有する。第２の端部２６は、図２に示すような軸線Ａに対して横断方向に延びる平坦面を有することができ、又はこれに代えて、形状を半球形にすることができると考えられる。アルミボール３６のようなフラックス負荷は、第２の端部２６の中に押圧されて鉄筋２０のスタッド溶接のためにフラックスとして作用する。アップセット部分３２はまた、第２の端部２６に隣接して配置されて３０又は４５度角度±２度のような第２の端部２６に向けて半径方向内向きに傾斜する面取り面３８を含むことができる。しかし、面取り面３８の他の角度も、本発明の開示の範囲から逸脱することなく利用することができる。

以下の表に列挙するように、スタッド溶接可能鉄筋２０は、ベース断面積よりも約１３．５％から２２．５％大きいアップセット断面積を有するアップセット部分３２を含む。これに加えて、スタッド溶接可能鉄筋２０は、ベース部分３０のベース直径Ｄ１よりも約６．５％から１０．５％大きいアップセット直径Ｄ２を有するアップセット部分３２を含む。

（表１）

表１：スタッド溶接可能鉄筋の好ましい直径

上述のように、スタッド溶接可能鉄筋２０の棒鋼２２は、ＡＳＴＭＡ７０６の材料組成要件に従う。しかし、本出願人は、驚くことに、表１のすぐ上に提供した寸法制限と併せて、Ａ７０６組成要件に対してより制限的な組成範囲に従う棒鋼２２が、スタッド溶接後にＡＷＳＤ１．１建設基準法業界基準、並びに耐震基準法ＡＣＩ３１８要件の両方を満たすスタッド溶接可能Ａ７０６鉄筋を提供することを見出した。より具体的には、ＡＳＴＭＡ７０６の化学組成要件を満たす棒鋼は、０．５５パーセントまでの炭素等量（Ｃ_eq）を有することができ、炭素等量は、以下の式：Ｃ_eq＝％Ｃ＋％Ｍｎ／６＋％Ｃｕ／４０＋％Ｎｉ／２０＋％Ｃｒ／１０−％Ｍｏ／５０−％Ｖ／１０によって計算されたものである。しかし、０．５５パーセントまでの炭素等量は、スタッド溶接に対しては高すぎる。本出願人は、驚くことに、表１に列挙する寸法制限と併せて、０．３１の最小炭素等量（Ｃ_eq）及び０．４３の最大炭素等量（Ｃ_eq）を有する棒鋼２２が、スタッド溶接可能Ａ７０６鉄筋を提供することを見出した。以下の表は、０．３１から０．４３のこの炭素等量（Ｃ_eq）範囲を満たすより制限的なＡ７０６組成を提供する棒鋼２２の好ましい材料組成を提供している。

（表２）

スタッド溶接可能鉄筋を製造する方法は、第１の端部２４から第２の端部２６まで延びるベース直径Ｄ１と、ＡＳＴＭ７０６の要件を確認するが、０．３１と０．４３の間の棒鋼２２の炭素等量（Ｃ_eq）を提供するために上記の表２に提供された好ましい組成のような制限された化学組成を有する材料組成とを有する棒鋼２２を取得する段階を含む。本方法は、アップセット部分３２のアップセット断面積を定めるためのベース直径Ｄ１よりも大きいアップセット直径Ｄ２を有する第２の端部２６に隣接して配置されたアップセット部分３２を生成するために棒鋼２２の第２の端部２６をアップセット加工することによって進行する。アップセット断面積は、スタッド溶接後にＡＷＳＤ１．１建設基準法業界基準、並びに耐震基準法ＡＣＩ３１８要件の両方を満たすＡ７０６鉄筋を提供するために、好ましくは、ベース部分３０のベース断面積よりも１３．５％から２２．５％大きい。棒鋼２２の第２の端部２６をアップセット加工する段階はまた、好ましくは、ベース直径Ｄ１よりも約６．５％から１０．５％大きいまでのアップセット直径Ｄ２を確立するために棒鋼２２の第２の端部２６をアップセット加工する段階を含む。棒鋼の第２の端部２６をアップセット加工する段階はまた、好ましくは、ベース及びアップセット部分３０、３２の間を延びる移行ゾーン３４を確立する段階を含み、移行部分３４は、好ましくは、アップセット部分３２からベース部分３０まで３０度角度で半径方向内向きに傾斜している。棒鋼２２の第２の端部２６をアップセット加工する段階はまた、移行部分３４から第２の端部２６まで軸線方向に延びるアップセット部分３２の長さＬを確立する段階を含む。ベース直径Ｄ１、アップセット直径Ｄ２、長さＬの好ましい寸法、並びにベース部分３０のベース断面積とアップセット部分３２のアップセット断面積との間の関係は、上記の表２に列挙されている。鉄筋２０が製造された状態で、棒鋼２２の第２の端部２６は、上述の業界基準を満たすためにベースメタルにスタッド溶接することができる。

実施形態の以上の説明は、例示及び説明目的のために提供したものである。包括的であること又は本発明の開示を制限することは意図していない。特定の実施形態の個々の要素又は特徴は、一般的にその特定の実施形態に限定されず、むしろ適用可能な場合は交換可能であり、かつたとえ具体的に図示又は説明されない場合であっても選択された実施形態に使用することができる。以上のことは、多くの方法で変えることもできる。そのような変形は、本発明の開示からの逸脱と考えないものとし、全てのそのような修正は、本発明の開示の範囲内に含まれるように意図している。

２０鉄筋
２２棒鋼
３２アップセット部分
３４移行部分
３８面取り面

Claims

スタッド溶接可能鉄筋であって、
第１の端部から第２の端部まで軸線Ａに沿って延び、かつＡＳＴＭ７０６の要件に従う材料組成から構成される棒鋼を備え、
前記棒鋼は、該棒鋼のベース部分のベース断面積を定めるためのベース直径Ｄ１を有する前記第１の端部に隣接して配置されたベース部分を含み、
前記棒鋼は、前記ベース断面積よりも大きい該棒鋼のアップセット部分のアップセット断面積を定めるための前記ベース直径Ｄ１よりも大きいアップセット直径Ｄ２を有する前記第２の端部に隣接して配置されたアップセット部分を含み、
前記棒鋼の前記材料組成は、０．３１と０．４３の間の炭素等量を有し、
前記アップセット断面積は、前記ベース断面積よりも１３．５％から２２．５％大きい、
ことを特徴とするスタッド溶接可能鉄筋。
前記アップセット直径Ｄ２は、前記ベース直径Ｄ１よりも６．５％から１０．５％大きい、
請求項１に記載のスタッド溶接可能鉄筋。
前記棒鋼は、前記アップセット部分から前記ベース部分まで半径方向内向きに傾斜する移行部分を含み、該アップセット部分は、該移行部分から前記第２の端部まで軸線方向に延びる長さＬを有する、
請求項２に記載のスタッド溶接可能鉄筋。
前記ベース直径Ｄ１は、０．３９９から０．４０９インチであり、前記アップセット直径Ｄ２は、０．４３１から０．４４１インチである、
請求項３に記載のスタッド溶接可能鉄筋。
前記アップセット部分の前記長さＬは、０．４３１から０．４８１インチである、
請求項４に記載のスタッド溶接可能鉄筋。
前記ベース直径Ｄ１は、０．５３４から０．５４４インチであり、前記アップセット直径Ｄ２は、０．５７５から０．５９０インチである、
請求項３に記載のスタッド溶接可能鉄筋。
前記アップセット部分の前記長さLは、０．５８３から０．６３３インチである、
請求項６に記載のスタッド溶接可能鉄筋。
前記ベース直径Ｄ１は、０．６５６から０．６６６インチであり、前記アップセット直径Ｄ２は、０．７０７から０．７２７インチである、
請求項３に記載のスタッド溶接可能鉄筋。
前記アップセット部分の前記長さＬは、０．７２５から０．７７２インチである、
請求項８に記載のスタッド溶接可能鉄筋。
前記ベース直径Ｄ１は、０．８２０から０．８３０インチであり、前記アップセット直径Ｄ２は、０．８８０から０．９０５インチである、
請求項３に記載のスタッド溶接可能鉄筋。
前記アップセット部分の前記長さＬは、０．９０５から０．９５５インチである、
請求項１０に記載のスタッド溶接可能鉄筋。
前記ベース直径Ｄ１は、０．９５６から０．９６６インチであり、前記アップセット直径Ｄ２は、１．０２５から１．０６０インチである、
請求項３に記載のスタッド溶接可能鉄筋。
前記アップセット部分の前記長さＬは、１．０５８から１．１０８インチである、
請求項１２に記載のスタッド溶接可能鉄筋。
前記ベース直径Ｄ１は、１．０９３から１．１０３インチであり、前記アップセット直径Ｄ２は、１．１７０から１．２１５インチである、
請求項３に記載のスタッド溶接可能鉄筋。
前記アップセット部分の前記長さＬは、１．２１２から１．２６２インチである、
請求項１４に記載のスタッド溶接可能鉄筋。
スタッド溶接可能鉄筋であって、
第１の端部から第２の端部まで軸線Ａに沿って延びる棒鋼を備え、
前記棒鋼は、該棒鋼のベース部分のベース断面積を定めるためのベース直径Ｄ１を有する前記第１の端部に隣接して配置されたベース部分を含み、
前記棒鋼は、前記ベース断面積よりも大きい該棒鋼のアップセット部分のアップセット断面積を定めるための前記ベース直径Ｄ１よりも大きいアップセット直径Ｄ２を有する前記第２の端部に隣接して配置されたアップセット部分を含み、
前記棒鋼の材料組成は、０．３１と０．４３の間の炭素等量を有し、
前記アップセット断面積は、前記ベース断面積よりも１３．５％から２２．５％大きく、
前記棒鋼の前記材料組成は、
０．０８０−０．３３０重量％の炭素、
０．００１−１．５６重量％のマンガン、
０．０４３重量％未満の燐、
０．０５３重量％未満の硫黄、
０．００１−０．５５０重量％のシリコン、
０．００１−０．０５０重量％のモリブデン、
０．００１−０．０６０重量％のアルミニウム、及び
０．００１−０．０８０重量％のバナジウム、
で構成される、
ことを特徴とするスタッド溶接可能鉄筋。
前記棒鋼の前記材料組成は、
０．０８０−０．２３０重量％の炭素、
０．３０−１．２０重量％のマンガン、
０．０４０重量％未満の燐、
０．０５０重量％未満の硫黄、
０．２０−０．４０重量％のシリコン、
０．００１−０．０５０重量％のモリブデン、
０．００１−０．０２０重量％のアルミニウム、及び
０．０３０−０．０８０重量％のバナジウム、
で構成される、
請求項１６に記載のスタッド溶接可能鉄筋。
前記棒鋼の前記材料組成は、
０．０８０−０．２１０重量％の炭素、
１．０−１．２０重量％のマンガン、
０．０３０重量％未満の燐、
０．０３０重量％未満の硫黄、
０．２０−０．３０重量％のシリコン、
０．００１−０．０４０重量％のモリブデン、
０．００１−０．０１５重量％のアルミニウム、及び
０．０６０−０．０８０重量％のバナジウム、
で構成される、
請求項１７に記載のスタッド溶接可能鉄筋。
スタッド溶接可能鉄筋を製造する方法であって、
第１の端部から第２の端部まで延びるベース直径Ｄ１と、０．３１と０．４３の間の制限された炭素等量を有してＡＳＴＭ７０６の要件に従う材料組成とを有する棒鋼を取得する段階と、
前記棒鋼の前記第１の端部に隣接して配置されたベース部分のベース断面積よりも１３．５％から２２．５％大きいアップセット部分のアップセット断面積を定めるための前記ベース直径Ｄ１よりも大きいアップセット直径Ｄ２を有する前記第２の端部に隣接して配置された該棒鋼のアップセット部分を生成するために該棒鋼の該第２の端部をアップセット加工する段階と、を含む、
ことを特徴する方法。
スタッド溶接可能鉄筋を製造する方法であって、
棒鋼の第２の端部をアップセット加工する段階が、ベース直径Ｄ１よりも６．５％から１０．５％大きいまでのアップセット直径Ｄ２を確立するために該第２の端部をアップセット加工する段階を、含む、
請求項１９に記載の方法。