JP4176590B2 - 閉ループ型せん断補強筋 - Google Patents

Description

本発明は、例えばコンクリート柱、梁など構造物の鉄筋に使用される線材に閉ループを形成させて突き合せ溶接した閉ループ型せん断補強筋に関するものである。

コンクリート柱、梁などのコンクリート構造物の鉄筋には、主筋を取り囲むせん断補強用の補助筋として閉ループを形成させたフープ筋が用いられる。このフープ筋の製造には、例えば線材を所定の長さに切断して矩形などの所定形状に成形した後、線材を電極で把持してその両切断端を加圧・通電して突き合せ溶接する方法が多く採られている。

従来の突き合せ溶接は、線材の切断部を把持した電極に溶接電流を付加して溶接部を加熱し、電極に圧力を掛けて電極間距離を縮めて一度に線材をアプセットして溶接された。しかしながら、従来の突き合せ溶接では、高強度の線材を使用して溶接すると、溶接時の熱影響部が軟化するため溶接部とその周辺の熱影響部の強度と伸びが低下するという問題点があった。

このために現在市販されている高強度せん断補強筋は、高合金鋼を使用することにより溶接部の軟化を少なくし、かつ規格値より強度の高い母材を使用して、溶接部とその周辺の熱影響部の強度と伸びが低下しても、なおせん断補強筋の強度が規格値内に入るようにして解決しようとしている。しかしながら、この方法では不要に強度の高い高合金の材料を使用することによりコストが増し、溶接部とその周辺の熱影響部の強度と伸びが規格値ぎりぎりで破断部が溶接部近辺に集中するという問題点がある。

また、従来の一度にアプセットして突き合せ溶接する方法では、完全な溶接を行うためには一度にアプセット量を多くしなければならず、溶接接合部のバリの外径が大きくなり、このバリの外周に亀裂が生ずるという問題点があった。

これに対し本発明者らは、先に溶接部の直近に線材の径より大きい膨大部を形成させて強度を増し、溶接部で切断しない閉ループせん断補強筋を開示した（特許文献１、２）。
特開平７−１０８３８２ 特開平１１−１５１５７８

本発明は、上記問題点を解決し、溶接接合部のバリの外周に亀裂がなくかつ外径が小さく、溶接部の強度が高く、破断の際に溶接部でなく母材部分で切断し、かつ溶接前に線材が有していた強度と伸びを確保する閉ループ型せん断補強筋を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために、本発明の閉ループ型せん断補強筋は、所定長さに切断した線材をループ状に成形しその両切断端を突合せ溶接した閉ループ型せん断補強筋において、突合せ溶接部の溶接接合部に強度増大部が形成されるように溶接加工されたことを特徴とするものである。

また本発明の閉ループ型せん断補強筋は、線材を溶接部両側で把持した電極に電力を付加して溶接部を溶接温度まで加熱してアプセット溶接した後、溶接接合部の温度を５００℃以下まで低下させ、再び電極間に電力を付加して溶接接合部の両側の線材の温度を５００〜７００℃まで上げ、この温度で所定量のアプセットをして溶接接合部に強度増大部を形成させたことが特徴である。

また本発明の閉ループ型せん断補強筋は、線材の径をｄとすると前記溶接接合部のバリの外径ＤがＤ≦２．０ｄであることを特徴とするものであり、前記線材母材に対し溶接部の強度と伸び値の低下がなく、７８５Ｎ／ｍｍ² 以上の降伏点を有し、破断の際に母材部分で切断することを特徴とするものである。

前記線材は質量％で、Ｃ：０．４０％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、炭素当量（Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４）０．８％以下を含有する低合金鋼を熱処理した高強度線材であることを特徴とするものである。

すなわち、従来、溶接部においても７８５Ｎ／ｍｍ² 以上の降伏点を得るためには高合金鋼が使用されたが、本発明の閉ループ型せん断補強筋は前記した成分の低合金鋼でも溶接部においてこの強度が達成される。これによりせん断補強筋のコストを低減できる。もとより高合金鋼の線材においても、同様の効果が得られる。また、本発明の閉ループ型せん断補強筋は、溶接部の両側の溶接接合部に強度増大部が形成され、溶接部の破断強度と伸び値が低下することがないので、溶接部で破断することなく信頼性の高い高強度のせん断補強筋が得られる。

また、本発明の閉ループ型せん断補強筋は、従来のように一度にアプセット溶接して完了するのでなく、溶接後に溶接接合部の温度を５００℃以下まで低下させた後、再度溶接接合部の両側を溶接温度より低い温度に加熱して強加圧して所定量のアプセットを行い、溶接接合部に強度増大部を形成させる２段加熱を行うことに特徴がある。

このように、アプセット溶接と溶接後のアプセット加工とを２段に別けて行うことにより溶接接合部のバリの外径を小さくすることができ、線材の径をｄとするとバリの外径ＤをＤ≦２．０ｄに押さえて、バリの外周の亀裂を防止することができる。
また、溶接後に溶接接合部の温度を５００℃以下まで低下させた後再加熱することにより溶接溶融組織が拡散され、溶接後に５００〜７００℃の低温のアプセット加工することにより溶接部の両側の部分に加工熱処理の効果が与えられる。これにより溶接熱影響部の強度と伸びが回復される。このようにして、溶接接合部に強度増大部が形成されて溶接部の強度が増し、破断時に溶接部でなく母材部で破断するせん断補強筋を得ることができる。
上記の溶接接合部とは、線材の径をｄとすると、バリを含み溶接の接点から両側にほぼ各１ｄの距離の範囲をいう。

本発明の閉ループ型せん断補強筋は、安価な低合金鋼でも使用することができ、外周に亀裂がなく径の小さいバリを有し、母材強度と等しい強度と伸びを有する溶接接合部を有するので、鉄筋の軽量化ができるとともにコンクリート強度と安全性を増すことができる。

以下、本発明を図示の最良の一実施形態について具体的に説明する。まず本発明実施形態に用いた突き合せ溶接装置について説明する。図１は本発明の閉ループ型せん断補強筋の突き合せ溶接に使用された溶接装置の正面図、図２はその上面図である。

図において、フレーム１の上に移動電極２と固定電極２´が向かい合わせて配設され、移動電極２が電極移動シリンダ３により軸方向に移動駆動される。電極２の位置の検出は位置検出エンコーダ７により行われ、これによりアプセット量が制御される。また電極２、２´はそれぞれのグリップ２ａ，２ｂと２ａ´，２ｂ´に分割され、一方のグリップ２ａ，２ａ´が電極開閉シリンダ４ａ，４ｂにより軸と直角方向に移動駆動され、他方のグリップ２ｂ，２ｂ´がフレームに固定されて、閉ループ型に成形されたせん断補強筋の線材（以下ワークという）Ｗを把持するようになっている。そして、電極２、２´に電源トランス３０から設定電力が付加されるようになっている。

上記の突き合せ溶接装置を用い、線径１３．１ｍｍφの線材を使用して突き合せ溶接し、本発明方法の実施例と従来法の比較例により７８５規格のせん断補強筋を製作した。

以下、本発明の実施例について説明する。図３は本発明実施例の突き合せ溶接のパターンを示す図、図４は図３に記載の記号に示す時期に形成される溶接部の形状を示す図である。図５は溶接工程を示すフローチャートで、左側は本発明、右側は比較例の工程を併せて示す。図中実線は電極間に付加する電流値、鎖線は電極間に加える加圧力、破線は電極間の距離の変化を示す。

図５左側の本発明法のフローチャートに基づいて、本発明の図３のパターンの溶接工程について説明する。以下の記号数字は図１及び２の突き合せ溶接装置の前述した要素記号を示すものである。まず、両側の電極２、２´を間隔４０ｍｍに設定した待機位置におき（ＳＴＥＰ１）、ワークＷを溶接装置にセットして（ＳＴＥＰ２）、電極開閉シリンダ４ａ，４ｂにより電極２、２´を閉じてワークＷを把持する（ＳＴＥＰ３）。図３に示すように、電極移動シリンダ３により電極間に１０ｋＮの低圧力を掛けて溶接加圧し（ＳＴＥＰ４）、電極２、２´に溶接電流９ｋＡを約２秒間付加してワークを溶接温度に加熱し（ＳＴＥＰ５）、電極間が２５ｍｍになるまでアプセットして溶接する（ＳＴＥＰ６）。このときのアプセット量は約１５ｍｍになる。

ここで溶接加圧を解放して（ＳＴＥＰ７）、溶接を終了する。溶接が完了すると、溶接接合部の温度が５００℃以下に下がるまで保持する。（ＳＴＥＰ８）。溶接接合部の温度が５００℃以下に下がると、再び１０ｋＡの第２電流を約０．５ｓ間付加して溶接接合部の両側を５００〜７００℃に加熱し（ＳＴＥＰ９）、電極間に６０ｋＮの高圧力を加えて第２加圧し（ＳＴＥＰ１０）、電極間距離を１８ｍｍまで近接させ、７ｍｍの第２アプセットする（ＳＴＥＰ１１）。これにより、溶接接合部に強度増大部Ｗ´が形成される（ＳＴＥＰ１２）。

比較例

比較例は従来の溶接方法を示す。比較例も実施例１と同じ線材を用いて同じ形状の閉ループ型せん断補強筋を作成した。図５の右側に比較例の工程のフローチャートを示す。図６は比較例の閉ループ型せん断補強筋の突き合せ溶接方法のパターンを示し、図７は図６の記号に示す時期に形成される溶接接合部のバリの形態を示す図である。

図５右側の比較例のフローチャートに基づいて、比較例の図６のパターンの溶接工程について説明する。以下の記号数字は図１及び２の突き合せ溶接装置の前述した要素記号を示すものである。両側の電極２、２´を間隔２４ｍｍに設定した待機位置におき（ＳＴＥＰ１）、ワークＷを溶接装置にセットして（ＳＴＥＰ２）、電極開閉シリンダ４ａ，４ｂにより電極２、２´を閉じてワークＷを把持する（ＳＴＥＰ３）。図６に示すように、電極移動シリンダ３により電極間に６０ｋＮの圧力を掛けて溶接加圧し（ＳＴＥＰ４）、電極２、２´に溶接電流８ｋＡを約３秒間付加してワークを溶接温度に加熱し（ＳＴＥＰ５）、電極間が４ｍｍになるまでアプセットして溶接する（ＳＴＥＰ６）。このときのアプセット量は約２０ｍｍになる。ここで溶接加圧を解放し（ＳＴＥＰ７）、電極のワーク把持を解放して（ＳＴＥＰ８）、電極を待機位置に戻して溶接を終了した。

溶接試験の結果を表１に示す。比較例では、母材の強度に対して溶接部の強度が大幅に低下し、引張り強さで約７０％、降伏点で約５５％、伸びで約６０％になり、破断試験では溶接箇所で切断した。これに対して、本発明では溶接部の強度低下はなく、引張り強さ、降伏点、伸び値ともに１００％で破断試験は母材で切断した。

実施例の各工程における溶接部の形状を図４及び図７に示す。図４の本発明の溶接方法による溶接部は、図の（４−ｃ）に示すようにバリの外径が約２６ｍｍ（２．０ｄ）で、縁に亀裂のない滑らかな外周のバリが得られた。

これに対し、図７に示す比較例の溶接接合部のバリは、外径が最大約３０ｍｍに達し、側面を図７−ｃに示すように外周に亀裂が発生して多くの切り欠きが生じた。そのためにバリの外周を削り取るバリ取り工程を要した。

以上説明したように、本発明の閉ループ型せん断補強筋は、外径が小さく、かつ外周の滑らかな溶接接合部のバリが得られる。かつ溶接接合部に強度増大部が形成されるので、高い破断強度を有する信頼性の高い閉ループせん断補強筋が得られ、コンクリート構造材のコストを低減できる。

本発明実施形態に使用した閉ループ型せん断補強筋の突き合せ溶接装置の正面図である。 本発明実施形態に使用した閉ループ型せん断補強筋の突き合せ溶接装置の上面図である。 本発明の実施例の閉ループ型せん断補強筋の突き合せ溶接のパターンを示す図である。 図３の工程において発生する溶接部の状態を示す図である。 閉ループ型せん断補強筋の製造工程のフローチャートである。 比較例の閉ループ型せん断補強筋の突き合せ溶接のパターンを示す図である。 図６の工程において発生する溶接部の状態を示す図である。

符号の説明

１ フレーム、２ 電極、３ 電極移動シリンダ、４ 電極開閉シリンダ、７ 位置検出エンコーダ、３０ 電源トランス、

Claims (4)

1. 所定長さに切断した線材をループ状に成形しその両切断端を突合せ溶接した閉ループ型せん断補強筋において、線材を溶接部両側で把持した電極に電力を付加して溶接部を溶接温度まで加熱してアプセット溶接した後、溶接接合部の温度を５００℃以下まで低下させ、再び電極間に電力を付加して溶接接合部の両側の線材の温度を５００〜７００℃まで上げ、この温度で所定量のアプセットをして溶接接合部に強度増大部を形成させたことを特徴とする閉ループ型せん断補強筋。
2. 線材の径をｄとすると前記溶接接合部のバリの外径Ｄが、Ｄ≦２．０ｄであることを特徴とする請求項１に記載の閉ループ型せん断補強筋。
3. 前記線材母材に対し溶接部の強度と伸び値の低下がなく、７８５Ｎ／ｍｍ² 以上の降伏点を有し、破断の際に母材部分で切断することを特徴とする請求項１または２に記載の閉ループ型せん断補強筋。
4. 前記線材は質量％で、Ｃ：０．４０％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、炭素当量（Ｃ＋Ｍｎ／６＋Ｓｉ／２４＋Ｎｉ／４０＋Ｃｒ／５＋Ｍｏ／４＋Ｖ／１４）０．８％以下を含有する低合金鋼を熱処理した高強度線材であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の閉ループ型せん断補強筋。

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