波纹钢板的设计方法、及波纹钢板制管的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种波纹钢板的设计方法，其特征在于：在设计构成包含波的深度H的波形的波纹钢板的管径D的波纹钢板制管的上述波纹钢板的波形状时，基于波纹钢板制管在其外表面受到均等外压的前提，以使该波纹钢板制管屈曲时的圆环屈曲相应压力pcr与屈服时的屈服相应压力py相等的方式，设定相对于管径D的波的深度H。
【专利说明】波纹钢板的设计方法、及波纹钢板制管
【技术领域】
[0001]本发明涉及对使用所谓波纹切片或衬板等波纹钢板构成的波纹钢板制管的上述波纹钢板进行设计(尤其是设计其波形状)的波纹钢板的设计方法，及使用根据该设计方法得到的波纹钢板所构成的波纹钢板制管。
【背景技术】
[0002]由圆弧状波纹切片(波纹钢板)组合成的圆形的波纹制管(波纹钢板制管)可以被用作例如道路或铁路等下部的水路、排水路或通路等。
[0003]该波纹制管依据日本工业规格JISG3471而规定有I型圆形、2型圆形等。
[0004]图10中表示I型圆形的波纹制管，图11中表示构成该波纹制管的I型圆形切片(波纹切片)。D表示管径(称作直径)。I型圆形的波纹切片的波间距b规定为68mm，波的深度H规定为13mm。
[0005]图8表示2型圆形的波纹制管，图9表示构成该波纹制管的2型圆形切片(波纹切片)。D表示管径(称作直径)。2型圆形波纹切片的波间距b规定为150mm，波的深度H规定为48mm或50mm。
[0006]并且,表中规定I型圆形波纹制管的直径在400mm?1800mm的范围内。表中规定2型圆形波纹制管的直径在1500_?15000_的范围内，但在道路的下部排水渠等土木构造体的施工中，实际可在1500mm?4500mm的范围内进行。
[0007]如图12、图13所示，在波纹方向的两端具有端部弯折而成的圆周方向凸缘且在沿着波谷方向的两端具有板熔接而成的轴方向凸缘的衬板(波纹钢板)，亦在较多情形时组合成圆形而作为圆筒体(波纹钢板制管)使用。该衬板的截面形状虽在JIS中未规定，但在钢铁领域中被标准化(社团法人日本钢铁联盟的衬板设计.施工指南制作委员会编辑《衬板设计.施工指南》)，波间距为135mm,波的深度为52.5mm。
[0008]专利文献I中使用的波纹钢板与如道路的下部水路等作为具有土层覆盖的构造体的用途不同，是作为载荷支撑构造体来使用的，但其波纹钢板的截面形状中，波间距为
30.5cm(12英寸)，波的深度为10.2cm(4英寸)(参照专利文献I的权利要求书、图1等)。
[0009]专利文献2中，作为用于土木构造体的波纹钢板，记载有使衬板的波的深度为比经标准化的52.5mm更深的150mm的实施例，又记载有使波纹制管的波的深度也比先前的更深(参照段落号[0022]、图2等)。
[0010]如上所述，现有的波纹钢板制管中所使用的规格化或标准化的波纹钢板(波纹切片、衬板)中，波的深度被设定为特定尺寸，但该特定尺寸关于相对波纹钢板制管强度的钢材使用量的效率性并无根据。
[0011]并且，专利文献I或专利文献2的波纹钢板制管中，波的深度为102mm(10.2cm)或150mm等大小，同样，关于相对波纹钢板制管强度的钢材使用量的效率性并无根据。
[0012]专利文献1:日本特开昭53-620
[0013]专利文献2:日本特开2008-266992
【发明内容】
[0014]例如在构筑道路的下部水路的情形下，在如果欲施工出比使用现有的规格化或标准化的波纹钢板来构筑波纹钢板制管的情形时所允许的管径(波纹钢板制管径)更大管径的结构，或欲施工出比所允许的土层覆盖厚度更厚的土层覆盖厚度结构时，则为了提高刚性而需要改变现有的波纹钢板的截面形状。
[0015]改变波纹钢板的截面形状时，因与波纹钢板制管强度之间的关系，钢材使用量增加到必要量以上，从而材料费增加导致施工成本变高，因此需要避免这种情况，寻求在波纹钢板制管强度与钢材使用量的关系上有效的截面形状。
[0016]但现状是，对于如道路的下部水路等，具有受到周围外压的结构(具有土层覆盖的结构等)的波纹钢板制管中所使用的波纹钢板，没有计算这种有效截面形状(尤其是波形状)的方法。
[0017]对于具有受到周围外压结构的波纹钢板制管中所使用的波纹钢板，在计算有效截面形状的方法的各种研讨考察中，本申请发明人等着眼于截面仅由截面二次力矩的观点考察有效的截面形状不一定充分这一方面。并且，在受到来自周围的外压的结构中，存在材料相对于作用载荷屈服而被破坏的情形，以及因圆环屈曲而被破坏的情形，因此对因屈服所致破坏和因圆环屈曲所致破坏的强度，取得该强度的平衡的截面形状为有效截面形状，着眼于该点，从而获得本发明。
[0018]本发明基于上述背景而成，其目的在于提供一种，使由现状的波纹钢板的截面形状无法构筑的大管径波纹钢板制管土木结构，或土覆盖厚度较大的波纹钢板制管土木结构成为可能，同时在波纹钢板制管强度与钢材使用量的关系上可获得波纹钢板的有效截面形状(尤其是其波形状)的波纹钢板的设计方法，及使用根据该设计方法得到的波纹钢板所构成的波纹钢板制管。
[0019]解决上述问题的技术方案I的波纹钢板的设计方法，其特征在于:在设计构成包含波的深度H波形的波纹钢板的管径D的波纹钢板制管的上述波纹钢板的波形状时，基于波纹钢板制管于其外表面受到均等外压的前提，以使该波纹钢板制管屈曲时的圆环屈曲相应压力P?与屈服时的屈服相应压力Py相等的方式，设定相对于管径D的波的深度H。
[0020]技术方案2的特征在于，在技术方案I的波纹钢板的设计方法中，以使下述(I)式所示的圆环屈曲相应压力Pra与(2)式所示的屈服相应压力Py相等的方式，设定相对于管径D的波的深度H ，
[0021]其中，
[0022]r:圆环半径(=管径D/2)mm
[0023]Pcr:圆环屈曲相应压力N/mm2
[0024]py:屈服相应压力N/mm2
[0025]E:弹性系数 N/mm2
[0026]σ y:屈服应力 N/mm2
[0027]B:波纹钢板的宽度(=波纹钢板制管的宽度(管轴方向的长度))mm
[0028]1:波纹钢板每宽度B的截面二次力矩mm4
[0029]A:波纹钢板每宽度B的截面积mm2[0030][数 I]
【权利要求】
1.一种波纹钢板的设计方法，其特征在于:在设计构成包含波的深度H的波形的波纹钢板的管径D的波纹钢板制管的所述波纹钢板的波形状时，基于波纹钢板制管于其外表面受到均等外压的前提，以使该波纹钢板制管屈曲时的圆环屈曲相应压力Pra与屈服时的屈服相应压力Py相等的方式，设定相对于管径D的波的深度H。
2.如权利要求1所述的波纹钢板的设计方法，其特征在于:以使下述(I)式所示的圆环屈曲相应压力Pra与(2)式所示的屈服相应压力Py成为相等的方式，设定相对于管径D的波的深度H， 其中， r:圆环半径(=管径D/2)mm Pcr:圆环屈曲相应压力N/mm2 Py:屈服相应压力N/mm2 E:弹性系数N/mm2 σ y:屈服应力N/mm2 B:波纹钢板宽度(=波纹钢板制管的宽度(管轴方向的长度))mm 1:波纹钢板每宽度B的截面二次力矩mm4 A:波纹钢板每宽度B的截面积mm2 [数I]
3.如权利要求2所述的波纹钢板的设计方法，其特征在于:根据下式(8)设定相对于管径D的波的深度H， 其中， a:波振幅(=H/2)_ t:板厚mm [数3]
4.如权利要求2所述的波纹钢板的设计方法，其特征在于:根据下式(10)设定相对于管径D的波的深度H，其中， a:波振幅(=H/2)_ [数4]
5.一种波纹钢板的设计方法，其特征在于:在设计构成包含波的深度H的波形的波纹钢板的管径D的波纹钢板制管的所述波纹钢板的波形状时，基于波纹钢板制管于其外表面受到均等外压的前提，且依据该波纹钢板制管屈曲时的圆环屈曲相应压力Pra与屈服时的屈服相应压力Py成为相等时的管径D与波的深度H的关系，以使屈曲载荷大于屈服载荷的方式，设定相对于管径D的波的深度H。
6.如权利要求5所述的波纹钢板的设计方法，其特征在于，包括: 设定第I关系线的步骤:基于所述波纹钢板制管于其外表面受到均等外压的前提，设定该波纹钢板制管屈曲时的圆环屈曲相应压力Pra与屈服时的屈服相应压力Py成为相等时的管径D与波的深度H的所述第I关系线； 设定第2关系线的步骤:基于所述第I关系线，相对于管径D在每个特定区间设定波的深度H呈阶段性变化的所述第2关系线；以及 设定波的深度H的步骤:基于所述第2关系线，设定相对于管径D的波的深度H ;且相对于所述第I关系线的一方区域为屈曲载荷大于屈服载荷的区域，相对于所述第I关系线的另一方区域为屈服载荷大于屈曲载荷的区域； 所述第2关系线设定于所述一方区域内，在一所述特定区间内，不论管径D如何变化，波的深度H均固定。
7.一种波纹钢板的设计方法，其特征在于:在设计构成包含波的深度H波形的波纹钢板的管径D的波纹钢板制管的所述波纹钢板的波形状时，根据下式(9)而设定相对于管径D的波的深度H， 其中， a:波振幅(=H/2)_ t:板厚mm r:圆环半径(=管径D/2)mm [数5]
8.一种波纹钢板制管，其特征在于:在包含波的深度H的波形的波纹钢板的管径D的波纹钢板制管中，所述波纹钢板的波的深度H，具有根据如权利要求1至7中任一项所述的波纹钢板的设计方法而决定的尺寸。
【文档编号】F16L9/06GK103620127SQ201280031209
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年6月20日 优先权日:2011年6月28日
【发明者】原田刚男, 川端规之 申请人:日铁住金建材株式会社