【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、ウエブ中央部にコルゲートを有する
Ｈ形鋼の製造方法およびこの製造方法に用いる製
造ロールに関するものである。
Ｈ形鋼のウエブは、部材の断面性能に及ぼす影
響が少ないので、フランジより薄い肉厚である。
近年、形鋼の軽量化の要請が強まるにつれて、ウ
エブの薄肉化も進められてきたが、平板の剪断座
屈耐力の観点から、薄肉化にも自ずと限界があ
る。そこで、理論的には、ウエブにコルゲート
（波形）加工を施せば、その限界以下にウエブを
薄肉化できることは知られている。しかしなが
ら、実際には、工業製品として市場に現れていな
い。これは、コルゲート加工の困難さによるもの
である。
したがつて、本発明の目的は、コルゲート・ウ
エブを有するＨ形鋼を経済的かつ能率的に製造す
る方法およびこの方法に用いる製造ロールを得る
ことにある。
本発明の方法の特徴は、通常の完成Ｈ形鋼のウ
エブ中央部に、その断面寸法の変化を伴わないよ
うに、１対の相補的に噛み合うロールによつて複
数回コルゲート加工を施すことにある。
本発明の方法に用いる製造ロールの特徴は、通
常の完成Ｈ形鋼のフランジを案内する１対の溝
と、これら溝の中間に波形状の凹凸部とをロール
加工面に設け、１対のロールの凹凸部を相補的に
噛み合せた点にある。
次に、図面を参照して本発明の方法および製造
ロールについて説明する。第１図は本発明の方法
を実施する製造ラインの概略説明図である。通常
の完成されたＨ形鋼１が、本発明の製造ロール２
によつてコルゲート加工を施されて、コルゲー
ト・ウエブを有するＨ形鋼３に成形される。
通常の完成Ｈ形鋼は、圧延Ｈ形鋼でも、溶接Ｈ
形鋼でもよい。製造ール２によるコルゲート加工
は、冷間、熱間のいずれでもよい。製造ロール２
については、第２図および第３図を参照して後に
説明する。
本発明の方法にもとづいてつくられたＨ形鋼３
は、第４図および第５図に示すように、ウエブの
全幅にわたつてコルゲート加工が施されるのでは
なく、ウエブの中央部にのみコルゲート加工が施
される。ウエブの両縁部に平板部分を残すことに
よつて、ウエブとフランジの接合部に有害な影響
を与えることなく容易にコルゲート加工を施すこ
とができる。
本発明の方法によるコルゲート加工の所要力等
の理論的解析は困難であるが、実験によれば深絞
りの理論式よりも、冷間圧延の理論式とＵ曲げの
理論式とを組み合せたものが最もよく近似するこ
とがわかつた。次にこの理論式を示す。
Ｐ＝P1＋P2
P1＝２σｂ√1
P2＝2bt1σ（１＋ｔ１／Ｌ）＋2bt２ １ｂ／Ｌ
ただし、
Ｐ：圧延荷重（Kg）
P1：冷間圧延荷重（Kg）
P2：Ｕ曲げ荷重（Kg）
σ：引張強さ（Kg／cm2）
ｂ：コルゲート幅（cm）
t1：ウエブ板厚（cm）
Ｌ：コルゲート・ピツチ（cm）
Δt1：ウエブ板厚減少代（cm）
フランジのコルゲート部の波深さδ（第４図）
は、ウエブが圧延されて伸びた長さの分だけが波
になると仮定すれば、次式で表される。なお、こ
の式の有効性も実験で確認されている。
δ＝2L−１／１−√６（１−cos√６）
ただし、：圧下率
コルゲート加工を施すための圧延回数は１回で
もよいが、曲りや捩れのない製品を得るには２回
またはそれ以上圧延することが必要である。複数
回の圧延により良い結果が得られる理由は、その
都度コルゲートの形状が微妙に変化し残留応力が
軽減されその分布が好ましい形になるからであ
る。
本発明の方法に用いる製造ロール２は、第２図
および第３図に示すような形状をしている。第２
図に示すように、上下に配置された１対の製造ロ
ール２の加工面には、素材としてのＨ形鋼のウエ
ブ幅Ｈ（第５図参照）に対応した間隔でフランジ
案内用の溝２１が設けられ、また、溝２１の中間
に波形状の凹凸部２２がＣ（第５図参照）の幅で
設けられる。
凹凸部２２は、第３図に示すように、ピツチ円
半径Ｒ、波形曲率半径τ、波ピツチＬ、波深さ
δ、幅Ｃの形状をしている。これらの各部の寸法
関係はＨ形鋼素材の寸法に応じ、Ｈ形鋼の全長お
よびコルゲート加工部分を除いた断面寸法に変化
を生ぜしめないよう適宜定める。
次に、本発明の方法にもとづく実施例を下記の
第１表に示す。
The present invention relates to a method for manufacturing an H-section steel having a corrugated section in the center of the web, and a manufacturing roll used in this manufacturing method. The web of H-section steel has a thinner wall thickness than the flange because it has less influence on the cross-sectional performance of the member.
In recent years, as the demand for lighter weight sections has increased, webs have been made thinner, but there is a limit to how thin the webs can be made from the viewpoint of the shear buckling strength of flat plates. Therefore, it is known that theoretically, if the web is subjected to corrugation processing, the thickness of the web can be reduced to below this limit. However, in reality, it has not appeared on the market as an industrial product. This is due to the difficulty of corrugating. SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a method for economically and efficiently producing H-section steel having a corrugated web, and a production roll for use in this method. The feature of the method of the present invention is that the central part of the web of an ordinary finished H-beam is corrugated multiple times using a pair of complementary meshing rolls so as not to change its cross-sectional dimensions. be. The manufacturing roll used in the method of the present invention is characterized by having a pair of grooves for guiding the flange of a normal finished H-beam, and a corrugated uneven portion between these grooves on the roll processing surface. The point is that the concave and convex portions of the rolls are complementary to each other. Next, the method and manufacturing roll of the present invention will be explained with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a production line implementing the method of the present invention. A normal completed H-beam 1 is transformed into a production roll 2 of the present invention.
The steel is corrugated and formed into an H-beam 3 having a corrugated web. Ordinary completed H-section steel, even rolled H-section steel, welded H-section steel
Shaped steel may also be used. The corrugating process using the manufacturing tool 2 may be performed either cold or hot. Production roll 2
This will be explained later with reference to FIGS. 2 and 3. H-section steel 3 made based on the method of the present invention
As shown in FIGS. 4 and 5, corrugation is not applied over the entire width of the web, but only at the center of the web. By leaving flat plate portions on both edges of the web, corrugation can be easily applied without adversely affecting the joint between the web and the flange. Although it is difficult to theoretically analyze the required force for corrugating using the method of the present invention, experiments have shown that a combination of the theoretical formula for cold rolling and the theoretical formula for U-bending is better than the theoretical formula for deep drawing. was found to be the best approximation. This theoretical formula is shown next. P=P 1 +P 2 P 1 =2σb√ 1 P 2 =2bt 1 σ(1+t 1 /L) + 2bt 2 1 b/L However, P: Rolling load (Kg) P 1 : Cold rolling load (Kg) P 2 : U bending load (Kg) σ: Tensile strength (Kg/cm 2 ) b: Corrugate width (cm) t 1 : Web thickness (cm) L: Corrugate pitch (cm) Δt 1 : Web thickness reduction Wave depth (cm) Wave depth δ of the corrugated part of the flange (Fig. 4)
is expressed by the following equation, assuming that the length of the web becomes a wave when it is rolled and stretched. The effectiveness of this formula has also been confirmed through experiments. δ=2L-1/1-√6 (1-cos√6) However,: Reduction rate The number of rolling times for corrugating may be one, but to obtain a product without bending or twisting, it may be rolled twice or more. Further rolling is necessary. The reason why good results can be obtained by rolling multiple times is that each time the shape of the corrugate changes slightly, the residual stress is reduced and its distribution becomes favorable. The production roll 2 used in the method of the present invention has a shape as shown in FIGS. 2 and 3. Second
As shown in the figure, grooves 21 for flange guidance are formed on the machining surfaces of a pair of production rolls 2 arranged one above the other, at intervals corresponding to the web width H of the H-section steel as the raw material (see Fig. 5). Further, a wavy uneven portion 22 is provided in the middle of the groove 21 with a width of C (see FIG. 5). As shown in FIG. 3, the uneven portion 22 has a shape having a pitch circle radius R, a wave curvature radius τ, a wave pitch L, a wave depth δ, and a width C. The dimensional relationship between these parts is appropriately determined according to the dimensions of the H-section steel material so as not to cause changes in the overall length of the H-section steel and the cross-sectional dimensions excluding the corrugated portion. Examples based on the method of the present invention are shown in Table 1 below.
【表】【table】
【表】
第１表からわかるように、ほぼ所望のコルゲー
ト・ウエブを有するＨ形鋼を得ることができた。
コルゲート部の曲線全長は素材のウエブ直線全長
より長くなつているが、長くなつた分はウエブの
肉厚の減少となつて現れる。
全長1.5ｍ程度の短尺素材にコルゲート加工を
施すと、大きなねじれを発生するが、これを再通
しすると、ねじれは解消する。全長６ｍ程度の長
尺素材では、１回のパスでも外見上はねじれが発
生していないが、短尺に切断すると、内部応力が
解放されてねじれが現れることがある。しかし、
２パス以上の加工を施したものでは、切断しても
ねじれは現れない。
第６図は、第１表中央の供試材料256.5×87.4
×2.3×4.7における１パス目（白丸〇）と２パス
目（黒丸●）の残留応力分布を示す。
コルゲート・ウエブを有するＨ形鋼と通常のＨ
形鋼との圧縮座屈試験結果および剪断座屈試験結
果を第７図および第８図に示す。図において、実
線はコルゲート・ウエブＨ形鋼を、また点線は通
常のＨ形鋼をそれぞれ示す。供試材料の寸法は
212×68.6×2.0×4.6である。実験方法は、100ト
ン試験機を用い、２箇のダイヤル・ゲージによつ
て材料の変位を測定した。
これらの実験結果からわかるように、コルゲー
ト・ウエブＨ形鋼の圧縮座屈強度は、通常のＨ形
鋼のそれの約３倍に達する。剪断座屈強度につい
ても約1.4倍になつている。[Table] As can be seen from Table 1, an H-section steel having almost the desired corrugated web could be obtained.
The total curved length of the corrugated portion is longer than the straight length of the web of the material, but the increased length appears as a decrease in the thickness of the web. When corrugating a short piece of material with a total length of about 1.5m, large twists occur, but when the material is re-threaded, the twists disappear. A long material with a total length of about 6 m does not appear to be twisted even after one pass, but when cut into short pieces, internal stress may be released and twisting may appear. but,
If the material is processed in two or more passes, no twist will appear even after cutting. Figure 6 shows the sample material in the center of Table 1, 256.5 x 87.4
The residual stress distribution of the first pass (white circles) and the second pass (black circles ●) at ×2.3×4.7 is shown. H section steel with corrugated web and regular H section
The results of the compression buckling test and the shear buckling test with the section steel are shown in FIGS. 7 and 8. In the figure, the solid line indicates corrugated web H-section steel, and the dotted line indicates normal H-section steel. The dimensions of the test material are
It is 212×68.6×2.0×4.6. The experimental method used a 100-ton testing machine and measured the displacement of the material with two dial gauges. As can be seen from these experimental results, the compressive buckling strength of corrugated web H-section steel is about three times that of ordinary H-section steel. The shear buckling strength is also approximately 1.4 times higher.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図は本発明の方法を実施する製造ラインの
概略説明図。第２図は第１図に示す製造ラインに
用いられるロールの一部の正面図。第３図は第２
図の−線からみたロールの一部の横断面図。
第４図は本発明の方法によつて製造されたウエブ
中央部にコルゲートを有するＨ形鋼の縦断面図。
第５図は第４図の−線からみたＨ形鋼の横断
面図。第６図はコルゲート加工時の残留応力分布
図。第７図は圧縮座屈の荷重変位曲線を示すグラ
フ。第８図は剪断座屈の荷重変位曲線を示すグラ
フ。
１：通常のＨ形鋼、２：製造ロール、３：コル
ゲート・ウエブＨ形鋼、２１：溝、２２：凹凸
部。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a production line that implements the method of the present invention. FIG. 2 is a front view of a part of the roll used in the production line shown in FIG. 1. Figure 3 is the second
A cross-sectional view of a part of the roll seen from the - line in the figure.
FIG. 4 is a longitudinal cross-sectional view of an H-beam steel having a corrugation in the center of the web manufactured by the method of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the H-section steel seen from the - line in FIG. 4. Figure 6 is a residual stress distribution diagram during corrugation processing. FIG. 7 is a graph showing a load displacement curve of compression buckling. FIG. 8 is a graph showing a load displacement curve of shear buckling. 1: Ordinary H-beam steel, 2: Manufacturing roll, 3: Corrugated web H-beam steel, 21: Groove, 22: Uneven portion.