钢管柱结构物及其制造方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种能够实现合理的设计的钢管柱结构物及其制造方法。本发明专利技术的另一个目的在于提供一种在基部附近具有开口部的情况下也无需利用焊接等加强的钢管柱结构物及其制造方法。本发明专利技术的钢管柱结构物(1)的特征在于，由第1圆形钢管(1a)～第18圆形钢管(1r)形成，在高度方向上的至少一部分范围内，钢管柱结构物的与轴向垂直的截面处的圆形钢管的板厚在周向上发生变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及钢制烟囱、桥梁主塔、风力发电用塔、海洋结构物、建筑类结构物等。
技术介绍
作为钢管柱结构物的例子，例如可以举出钢制烟囱、风力发电塔、海上风力发电地基等。关于这样的钢管柱结构物，着眼于高度方向的钢管直径时，大致分为钢管直径一样的钢管柱结构物、及在高度方向上形成锥度而使钢管直径逐渐减小的钢管柱结构物。关于钢管的板厚，通常在高度方向上相同或逐渐变薄，但周向的板厚相同(参照非专利文献I)。构成钢管柱结构物的钢管直径较大且厚壁。因此，关于这样的钢管柱结构物50的制造方法，通过将图16(a)所示那样的轧制钢板51卷起而制作图16(b)所示那样的圆形钢管53。制作好的圆形钢管53的高度为轧制钢板的宽度、即3 5m，如图16(c)所示，将制作好的圆形钢管53在上方依次堆叠，并通过焊接、螺栓等接合，由此制造钢管柱结构物50。通过在轧制方向(L方向)上形成曲率地将轧制钢板51弯曲而进行圆形钢管53的制作。当钢管直径为IOm规模这样的大径时，也存在无法用一片轧制钢板制作圆形钢管53的情况，在该情况下，将轧制钢板51连接而成为长板，之后将该长板卷成圆环状而制作圆形钢管53。如图17所示，在钢管柱结构物中，也存在在钢管柱结构物55的基部设置用于供人出入的开口部57的情况。因为设有开口部57的部位成为截面缺损，所以耐力降低，因此安装例如图18的(a) (b)所示那样的加强部件。根据非专利文献2、3，示出了下述内容:通过将图18(a)所示那样的复板59、或图18(b)所示那样的厚壁材料61嵌入并焊接于开口部57而进行开口部57的加强。非专利文献1:塔状钢结构设计指南.同解说(1980年)，日本建筑学会非专利文献2:风力发电设备支承物结构设计指南.同解说《2007年版》，土木学会非专利文献3:结构工学丛书17，2007年9月，土木学会
技术实现思路
如以往例那样，在周向的板厚相同的钢管柱结构物中，在周向上(按方位分)具有相同的刚性。即，钢管柱结构物的阻力(resistance force)与方位无关，是相同的。另一方面，外力一般根据方位不同而变动。例如，在外力为风力的情况下，因为必然存在主导风向，所以外力的大小根据方位而不同，因此，作用的力的大小根据方位而不同。此外，在外力为潮流的情况下，因为潮流的方向是主导的方向，所以与风力的情况相同，作用的力的大小也根据方位而不同。在一般的设计中，将阻力和作用力之比作为安全率，对于作用力，使其与某一安全率相乘而决定阻力，以能够发挥该阻力的方式设计结构物。在设计钢管柱时，阻力由钢管直径和板厚决定。但是，有时钢管直径由制作、施工、使用性等其他因素决定。因此，多在设计阶段通过与阻力的关系只是决定板厚。在设计中，将成为最大外力的方位作为作用力，将使作用力与安全率相乘得到的所需阻力作为结构物的最大阻力，根据该最大阻力决定板厚。在上述方法中，在成为最大阻力的方位以外，作用力较小，因此与作用力相比，阻力过大。即，阻力和作用力之比即安全率根据方位而不同，成为最大阻力的方位的安全率变得最小，其他方位的安全率变大。但是，若要进行合理的设计，则需要将安全率也根据方位而平均化。但是，现状是未将安全率根据方位而平均化，这一点是钢管柱结构物的课题。此外，如前所述，在钢管柱结构物中，也存在在基部附近具有用于供人出入的开口部57的情况。在该情况下，由于开口部57的部分成为截面缺损，因此需要进行加强。特别是，在风力发电用塔等中，由于风车运转时产生作用的塔的晃动导致的疲劳很严重，因此也采取增加加强部件的板厚并降低产生应力的措施。但是，在将铸钢用于加强部件、或对加强部件焊接加强用的钢板的对策中，存在工序数增加、焊接部的质量成为问题的情况。本专利技术是为了解决上述课题而完成，目的在于提供一种能够实现具有按方位平均化的安全率等的合理设计的。本专利技术的另一个目的在于提供一种在基部附近具有开口部的情况下也无需利用焊接等加强的。为解决上述课题，专利技术人考虑制成如下的钢管柱结构物，即:在钢管柱结构物的高度方向上的至少一部分，板厚在周向上发生变化。通常，多是主导的外力在一个方向、或者在具有规定宽度的范围的方位产生作用的情况。因此，专利技术人考虑只要增厚与主导的外力相对应的部分的板厚，根据由按方位的外力产生的作用力使钢管的阻力发生变化即可。但是，也可以不增厚板厚，而是在决定了外力最大的方位的板厚的情况下，在与此不同的方位针对每个方位的作用力减薄板厚。图14是说明使板厚在钢管的周向上发生变化的情况下的外力和阻力的关系的说明图。在该例中，使用图14(a)所示那样的包含使板厚在轧制方向(L方向)上发生变化的部分的轧制钢板、即变厚度钢板65，将变厚度钢板65沿轧制方向即L方向卷起而形成图14(b)所示那样的圆形钢管67。如图14(b)所示，圆形钢管的图中左右区域(图中着色的区域)的板厚薄，图中上下区域成为厚壁。假设是外力作用于钢管的图中上下方向，钢管柱结构物沿图中的箭头方向晃动的情况。在该情况下，如图14(c)所示，外力在南北(SN)方向上大，在东西(EW)方向上小。可知与此相对应，钢管柱结构物的阻力(截面刚性)也在南北(SN)方向上大，在东西(EW)方向上小，为合理的形状。与此相对，以往例是将厚度相同的轧制钢板69 (参照图15(a))沿L方向卷起而制作在周向上厚度相同的圆形钢管71，并将多个圆形钢管71堆叠起来并接合而成。如图15(c)所示，可知外力与图15(c)所示相同，在南北(SN)方向上大，在东西(EW)方向上小，但阻力(截面刚性)在所有方位上都相等，成为浪费的设计。通过如以上那样使圆形钢管的板厚在周向上发生变化，能够按方位改变截面刚性，能够根据外力而按方位改变阻力。由此，能够谋求按方位的安全率(阻力/作用力)的平均化。本专利技术基于这样的知识而完成，具体而言包括以下构成。在上述例子中，作为现有技术，举出占据大多数的圆形钢管而进行了说明，但本专利技术并不限于圆形钢管，在方形钢管中也能够适用。在方形钢管的情况下，只要通过压力弯曲(press bend)使LP钢板或者楔板(taper plate)成形为方形即可。另外，作为方形钢管的截面形状，不仅可以是四边形(矩形)截面，也可以是六边形、八边形等多边形截面。即，也能够适用于具有多边形截面的多边形钢管柱。在多边形钢管中，当在其截面的周向上使板厚发生变化时，可以使相当于各边的部分的钢板的板厚按各边发生变化。因此，也能够如下地制作多边形钢管柱，即:以在周向上形成多边形的方式配置板厚不同的平板，沿多边形钢管的轴向将配置好的相邻的平板彼此焊接，从而制作多边形钢管柱。(I)本专利技术的钢管柱结构物的特征在于，由钢管形成，在高度方向上的至少一部分范围内，钢管柱结构物的与轴向垂直的截面处的钢管的板厚在周向上发生变化。(2)此外，在上述(I)所记载的钢管柱结构物中，其特征在于，钢管柱结构物是将圆形钢管在高度方向堆叠并接合而成，所述圆形钢管是将变厚度钢板形成为圆环状而成。(3)此外，在上述(I)或(2)所记载的钢管柱结构物中，其特征在于，使板厚发生变化的边界部借助锥面而连续。(4)此外，在上述⑴至(3)中任一项所记载的钢管柱结构物中，其特征在于，在钢管周向上交替地形成板厚厚的区域和板厚薄的区域，厚的部位和薄的部位分别形成多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.09 JP 2010-2021121.一种钢管柱结构物，其特征在于， 由钢管形成，在高度方向上的至少一部分范围内，钢管柱结构物的与轴向垂直的截面处的钢管的板厚在周向上发生变化。2.根据权利要求1所述的钢管柱结构物，其特征在于， 所述钢管柱结构物是将圆形钢管在高度方向堆叠并接合而成，所述圆形钢管是将变厚度钢板形成为圆环状而成。3.根据权利要求1或2所述的钢管柱结构物，其特征在于， 所述板厚发生变化的边界部借助锥面而连续。4.根据权利要求1 3中任一项所述的钢管柱结构物，其特征在于， 在钢管周向上交替地形成板厚厚的区域和板厚薄的区域，厚的部位和薄的部位分别形成多处。5.根据权利要求4所述的钢管柱结构物，其特征在于， 板厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：村上琢哉，加藤真志，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：
国别省市：