金属加工業者がプロファイル曲げの歪みを管理する方法

Jun 02, 2024

イリノイ工科大学で学ぶ学生たちは、静かな環境を楽しんでいます。 多数の湾曲した部材で構成される楕円管が、電車の通過音を消します。 画像: AISC

ケン・ペチョは、ダウンタウン近くの母校であるイリノイ工科大学（IIT）のキャンパスを散歩するたびに、顔を上げます。 CTA 列車が線路を走行するとき、彼はその静けさを満喫します。 確かに、電車は静かではありませんが、ペチョの雇用主であるシカゴ金属圧延製品（CMRP）で形成された一種のマフラーとして機能する楕円形のチューブのおかげで、そうでない場合よりもはるかに静かです。 100 年以上にわたり、プレート、アングル、チューブ、形材、構造梁を形成してきました。 CTA の線路を取り囲む、多数の湾曲した部材で構成される楕円形の構造物が通過する列車の騒音を和らげ、わずか数フィート離れた建物で勉強している IIT の学生たちを大いに安心させました。

ペチョ氏は、セントルイスで開催され、米国鉄鋼構造協会（AISC）が主催した2019年NASCC鉄鋼会議でのプレゼンテーション中にこの話を思い出した。 会議でのプレゼンテーション中に、彼は当時 AISC の新しい出版物であった「設計ガイド 33: 曲線部材の設計」を手にしました。

「これは本当に曲がったメンバーのバイブルと考えるべきです」と彼は言いました。 「日々のスケジュールで湾曲した金属を製作するのであれば、これはあなたの図書館にあるべきものです。」

この設計ガイドでは、Pecho のプレゼンテーションのトピックについて深く掘り下げています。このトピックは、近年、円形、楕円形、正方形、長方形のチューブを含む湾曲したプロファイルの需要が大幅に急増しているベンダー ローラー操作でますます念頭に置かれるようになりました。 オープンプロファイル。 そして構造梁。 Pecho のトークでは歪みについて取り上げました。

「湾曲した金属に関して私たちが目にする最大の懸念は歪みです」と彼は言います。 「しかし、歪みを完全に取り除くことはできません。 それは不可能です。 さて、問題は曲げを考慮した設計をどのように行うかということです。 湾曲したメンバーを成功に導くために何ができるでしょうか?」

CTA の線路を囲む湾曲した楕円形のチューブなど、最も成功したプロジェクトは、歪みを念頭に置いて設計されました。 Pecho 氏は、1 つの長方形の湾曲したチューブを真っ直ぐな長方形のチューブに接合する作業を思い出しました。特に湾曲したチューブの半径が小さいことを考慮すると、歪みの問題がすぐに明らかになる状況でした。

角筒の形状の変化はわずかなので、そのままではワークの歪みは目立ちません。 しかし、曲線と直線のワークピースを接合する溶接工には当てはまりませんでした。 解決策には妥協が必要でした。ショップはプロファイルを曲げましたが、チューブの端近くに曲げられていない直線部分を数フィート残しました。 次に、製造者はそのチューブを、曲線部分の歪みの影響が消散するのに十分なスペースである曲線の数インチ手前まで切り戻し、チューブの直径を公称寸法に戻します。

幸いなことに、この状況では、壁の後ろに隠された接続は見た目上重要ではありませんでした。 もしそうなら、設計者は接続タイプや設計を再検討する必要があったかもしれません。 繰り返しますが、単独では、湾曲したワークピースの歪みは目立ちませんでした。 しかし、ストレートメンバーに接続すると、歪みの影響が明らかでした。 このような表面上の欠陥は問題にならない可能性があります。 いずれにせよ、金属が曲がる前に、フロントエンドでの歪みを認識し、計画することは理にかなっています。

新しい AISC ガイドでは、さまざまなレベルの歪みがメンバーの強度にどのような影響を与えるかを明確にしています。 たとえば、湾曲した I ビームの特定の強度属性を計算するには、歪みによって生じる平坦度からのデルタ (公称値との差) を材料の厚さで割ります。 ある時点までの結果では、メンバーの強さに意味のある変化は見られません。 しかし、歪みがそれを超えて大きくなるにつれて、メンバーは弱まっていきます。 局所的な歪みは特に問題となる可能性があります。 もちろん、これらすべての計算はアプリケーションの強度要件に依存しており、AISC 設計ガイドにはすべての詳細が詳しく説明されています。