JP6099140B2

JP6099140B2 - 鋼床板

Info

Publication number: JP6099140B2
Application number: JP2013108839A
Authority: JP
Inventors: 理人小林
Original assignee: Nihonkansen Kogyo KK
Current assignee: Nihonkansen Kogyo KK
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2033-05-23
Also published as: JP2014227067A

Description

本発明は、コンテナ運搬船のデッキやＲＯ−ＲＯ船の車両甲板や、コンテナ運搬船のハッチカバー（１００乃至２００ｍ^２）のような大型の鋼床板に関するものである。

従来、鋼床板の構造としては、デッキプレートの下面に起立したウェブが所定間隔で並設され、その間にウェブより背の低い多数のリブが配設される。そして、ウェブの下側には隣り合うウェブを横方向に連結する下床が設けられる。

例えば、特許文献１は、船舶に用いられる鋼床板ではなくて橋梁に用いる鋼床板であるが、上フランジ鋼床板と下フランジ鋼床板との間に間隔を開けて起立した２枚のウェブ鋼板で結合して箱断面の桁を形成している。また、一部の箇所であるが、下フランジ鋼板を横方向に連続させている。特許文献１には上フランジ鋼床板とウェブ鋼板との接続の手段は明らかでない。

特許文献２には、デッキプレートの下面に複数条のＵリブが溶接され、ＵリブとＵリブの間に補強リブが溶接され、さらに２つのＵリブの下面に固定板を渡して溶接若しくはボルトで固定し、補強リブに接合した鋼床板が開示されている。この文献の鋼床板によれば、ＵリブとＵリブとの間に掛かる車両重量を補強リブにより支えることにより、デッキプレートとＵリブの溶接部との疲労亀裂を押さえることができる。また、特許文献３には、間隔をおいて角形鋼管を配置し主桁とし、その上に鋼床板を高力ボルトで接合し、隣り合う角形鋼管の間に多数の縦リブを配置した構造が開示されている。

実開平４−７０３１３号特開２００６−７７５２３号公報特開２００３−１０５７１６号公報

特許文献１の鋼床板の構造によればデッキプレートの下側でウェブ鋼板同士が連結されており、また、特許文献２の鋼床板の構造によればＵリブの下面が連結されているため、これらリブとデッキプレートの接続箇所の疲労亀裂の問題を抑制することができる。しかしながら、デッキプレートの下面に縦リブを溶接する構造では、溶接する際に発生する熱によりリブが歪む。リブの断面二次モーメントの大きさは、リブの厚さよりも高さが支配的であり、強度を保ちリブの重量を減らすにはリブを薄くして高さを高くするのが望ましいが、リブの厚さを薄くすると熱に対する歪の影響が顕著となる。従って、リブは熱による歪を受けないように厚くせざるを得ず、自重が増加する。

一方、特許文献３の構造は、ボルトにより角形鋼管を鋼床板に固定するものであるため、溶接による熱の変形を受けずに正確に形成することができるという利点がある。また、角形鋼管は既製品として比較的入手し易く、製作時間の短縮が図れる。そして、角形鋼管と角形鋼管の間にかかる重量負荷に対しては、多数の縦リブをボルトにて固定して対応している。

ところで、特許文献３においては、隣り合う角形鋼管の間には、縦リブが配置されているが、角形鋼管の間は負荷重量によりデッキプレートが撓むことを抑止するのである。縦リブの設置は、鋼床板自体の重さの増加につながり、自重によりさらに撓みが増えることによる強度を余分に高めなければならない。

本発明は、縦リブを有する鋼床板の重量を軽量化しつつ、且つ溶接によらない鋼床板を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、断面が長方形であり四方の側面の肉厚が等しい同一形状の多数の角形鋼管が、その対向する横側の側面同士が互いに接触した状態で配置され、前記多数の角形鋼管の上側の側面と下側の側面の両方を全範囲で夫々覆う長方形状の上下の鋼板とを有し、
前記上下の鋼板には、非貫通のボルト孔が設けられており、
前記上下の鋼板に夫々対向する前記角形鋼管の上側の側面と下側の側面には前記非貫通のボルト孔に対応する箇所に貫通孔が設けられ、
前記角形鋼管の内側からボルトが前記貫通孔を介して、対応する非貫通のボルト孔に螺合されることにより、前記角形鋼管の上側の側面と下側の側面が夫々前記上下の鋼板に固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、溶接に向かない薄い鋼材からなる軽量の角形鋼管を利用して、撓み量が少ない軽量の鋼床板を構成することができる。また、軽量の角形鋼管に加えて、鋼板を角形鋼管の下側に鋼板を配置して重量分散できるため、素材である鋼板や角形鋼管の運搬や製造が容易になる。

発明の原理を示す図である。鋼床板を示す図である。鋼床板の分解図である。継手を示す図である。他の実施例を示す図である。ボルトによる固定例を示す図である。

本発明の実施形態について図を用いて説明する。
まず、図１を用いて本発明の原理について説明する。
図１Ａは、特許文献３の鋼床板１０の断面を模式的に示している。鋼板１１の下側には、多数の角形鋼管１２が間を空けて鋼板１１にボルト１３により接合されており、隣り合う角形鋼管１２の間に縦リブ１４が２列配置されている。角形鋼管１２の横方向（図面、ａ方向）の長さはＢであり、上下方向（図面、ｂ方向）の長さはＨである。

これに対して、図１Ｂの鋼床板１００においては、角形鋼管３の肉厚を薄くして、角形鋼管３の対向する一対の側面を互いに当接させて、詰めた状態で配置し、縦リブ１４は除去されている。図１Ｂの鋼床板１００においては、角形鋼管３の肉厚は角形鋼管１２の肉厚ｄの半分（ｄ／２）に成っているが、角形鋼管３の縦横の長さは、図１Ａの角形鋼管１２と等しく、それぞれＢ、Ｈである。図１Ｃの鋼床板２００は、角形鋼管４の肉厚はさらに角形鋼管３の半分（図１Ａの角形鋼管１２の１／４）となり、横の長さが半分（Ｂ／２）になっている。鋼床板１００と同様に、縦リブ１４は除去されている。鋼板１１、１の厚さは等しくＤである。
尚、市販されている角形鋼管としては、電縫管をロールで冷間又は熱間成形した所謂ロールコラム、鋼板をコの字状にプレス成形して溶接した所謂プレスコラム、シームレス鋼管を熱間成形した所謂シームレスコラム等が知られており、いずれも、外形の四辺の肉厚は等しい。

図１Ａ、１Ｂ、１Ｃの鋼床板１０、１００、２００において、横方向の範囲Ｕ（長さ２Ｂ）の範囲内に存在する角形鋼管１２、３、４の総重量は等しく、図１Ａの場合のみ縦リブ１４の分だけ重い。

図１Ａ示す鋼床板１０の箇所Ｕ１を切り出した場合において、箇所Ｕの断面形状は、デッキプレートの断面と角形鋼管の断面と縦リブの断面をあわせたものとなっている。ここで、角形鋼管１２のみ取り出し、角形鋼管１２に直接、荷重が掛かるものとして検討すると、角形鋼管１２の断面２次モーメントＩａは、

Ｉａ＝（ＢＨ^３−（Ｂ−２ｄ）（Ｈ−２ｄ）^３）／１２

である。

そして、図１Ｂに示す鋼床板１００の箇所Ｕ（長さ２Ｂ）を切り出したときの断面は、鋼板１の断面と角形鋼管３の断面をあわせたものであり、角形鋼管３のみについてのみ取り出して同様検討すると、角形鋼管３の断面２次モーメントＩｂは、

Ｉｂ＝（２ＢＨ^３−２（Ｂ−ｄ）（Ｈ−ｄ）^３）／１２

で表せる。同様に、図１Ｃに示す鋼床板２００の単位長さ箇所Ｕ（長さ２Ｂ）を切り出したときの角形鋼管４のみに着目した断面２次モーメントＩｃは、

Ｉｃ＝（２ＢＨ^３−４（Ｂ／２−ｄ／２）（Ｈ−ｄ／２）^３）／１２

である。

ここで、角形鋼管の厚さを上下方向の長さＨに比べて十分に小さくする。この条件化においては、（Ｈ−２ｄ）^３、（Ｈ−ｄ）^３、（Ｈ−ｄ／２）^３のいずれもＨ^３とみなすことが出来るから、角形鋼管の断面２次モーメントＩａ、Ｉｂ、Ｉｃはいずれも

Ｉａ＝Ｉｂ＝Ｉｃ＝ｄＨ^３／６

となる。

このように、図１Ａに示す鋼床板１０のみが縦リブ１４を有する点において、図１Ｂ、図１Ｃに示す鋼床板１００、２００よりも断面２次モーメントが大きくなっているといえる。
尚、市販されている角形鋼管には、角形鋼管の厚さを上下方向の長さＨに比べて十分に小さく例えば、ｄ／Ｈ＜＜１／１００に該当しないものもある。このような角形鋼管を使用する場合、必要以上に強度を備える反面、縦リブに相当する部分の重量が増加してしまうことになる。

一方、鋼床板１００、２００、３００を方向ａに見た場合、図１Ａと図１Ｂ、１Ｃとでは、以下のように大きく相違する。
すなわち、図１Ａに示す鋼床板１００においては、鋼板１１の下側に角形鋼管１２が存在する箇所と存在しない箇所があるのに対して、図１Ｂ、１Ｃに示す鋼床板２００、３００においては、鋼板１の下側に角形鋼管３、４が必ず存在する。

いま、図１Ａに示す鋼床板１００を方向ａに見たとき、隣り合う角形鋼管１２の縦板部分１２ａ、１２ｂ、１２ｃで両側を支えられたプレート部分ｐ、ｑに着目すると、プレート部分ｐは鋼板の板厚Ｄと角形鋼管１２の肉厚ｄを合わせた厚さをもち、プレート部分ｑの箇所はデッキプレートの板厚Ｄのみであるので、プレート部分ｐの紙面を裏から表の方向（ｃ方向）に垂直に切った断面において、図１Ａ紙面の表裏方向の長さｇで切り出したときに断面２次モーメントｉａ１は、

ｉａ１＝ｇ（Ｄ＋ｄ）^３／１２

である。

同様にプレート部分ｑにおける断面２次モーメントｉａ２は、紙面を縦に垂直に切った断面において
ｉａ２＝ｇＤ^３／１２
である。

鋼板１１の板厚Ｄと角形鋼管１２の肉厚ｄは、通常、同じような桁の数値範囲であるため、プレート部分ｐとｑとでは、同じ荷重に対する撓みが大きく異なってくるのであり、従って、プレート部分ｑの撓みが大きくならないように縦リブ１４を設けて撓みを抑制している。

一方、図１Ｂに示す鋼床板２００の例においては、図１Ｂの紙面を縦に垂直にプレート部分ｒを切った断面における断面２次モーメントｉｂは、

ｉｂ＝ｇ（Ｄ＋ｄ／２）^３／１２

となる。図１Ａに示す鋼床板１０の断面２次モーメントｉａ２比較すると、大きな値となっており、プレート部分ｑよりも撓みを抑制することができる。
図１Ｃに示す鋼床板３００は、角形鋼管４の横の長さが半分（Ｂ／２）になり、肉厚がｄ／４となっている。同様に図１Ｃの紙面を縦に垂直にプレート部分ｓを切った断面における断面２次モーメントｉｃを求めると、

ｉｃ＝ｇ（Ｄ＋ｄ／４）^３／１２

となる。

断面２次モーメントｉｃは、図１Ｂの断面２次モーメントｉｂと比べて小さくなる。しかしながら、プレート部分ｓの長さはＤ／２であって、プレート部分ｒの半分である。同じ荷重が搭載されときの撓み量は、プレート部分ｓ或いはｒの長さの3乗に比例するため、図１Ｃの方が撓み量は小さくなる。

図１Ｄに示す鋼床板３００は、図１Ｃに示す鋼床板２００の構成において鋼板１の厚さＤを半分にした鋼板５を用い、かつ鋼床板２００と同じ角形鋼管４を用いその下側に厚さＤ／２の鋼板９をボルトにより固定した例である。この例においては、断面２次モーメントＩｄは、図１Ｃに示された構成の断面２次モーメントＩｃと等しい。一方、図１Ｄの紙面を縦に垂直にプレート部分ｔを切った断面における断面２次モーメントｉｄは、

ｉｄ＝（Ｄ／２＋ｄ／４）^３／１２

であり、図１Ｃの構造よりも小さくなっている。

しかしながら、先に述べたように撓み量は、長さの３乗に比例するので、長さＢ／２のプレート部分ｔにおける撓みは小さいままである。一方、鋼板５に荷重が掛かったときには、上側ではａ方向への圧縮する力が加わり、鋼板９側では引張力が働く、本来、鋼材は圧縮には強く、引張力には弱いため、鋼床板３００のように鋼板５を薄くして、その分、角形鋼管の下側に鋼板９として固定するのが合理的である。また、鋼板５、９に重量が分散できるため、素材である鋼板や角形鋼管の運搬や製造が容易になる。

図２は鋼床板３００を示しており、図２Ａは断面、図２Ｂは平面を示している。鋼床板３００は、同一形状の多数の角形鋼管４を互いの横側の一対の側面が接触する状態で配置し、多数の角形鋼管４の上側、下側の側面の全範囲を夫々長方形状の鋼板５、９で挟んでいる。鋼板５、９の大きさは、６ｍ×１５ｍである。角形鋼管４の肉厚ｄは４．５ｍｍである。角形鋼管４の断面形状は長方形であり、長方形の横の長さＢは２００ｍｍから１０００ｍｍ、縦の長さＨは２００ｍｍから１０００ｍｍである。また、角形鋼管４の長さは６ｍから２０ｍである。上下の鋼板５、９の厚さは、５ｍｍである。角形鋼管４及び鋼板５、９は、一般構造用圧延鋼材であって、ここではＳＳ４００（ＪＩＳ規格）を用いた。
尚、一般構造用角形鋼管ＪＩＳＧ３４６６ＳＴＫＲは、規格として予めＨ、Ｂ、ｄの寸法・重量を決められている。本実施例においては、上記予め決められた寸法の一般構造用角形鋼管ＪＩＳＧ３４６６ＳＴＫＲの以外のサイズを有する角形鋼管を使用しても良い。そのような角形鋼管は、寸法が異なるだけであり、先述したロールコラム、プレスコラムシームレスコラム等を使用して製作することが可能である。

図３には、角形鋼管４と鋼板５、９とを接続する様子が示されている。鋼板５、９には、非貫通のボルト孔７が設けられており、角形鋼管４には上下となる一対の側面に対してボルト孔７に対応する箇所に貫通孔８が設けられている。ボルト６は角形鋼管４の内側から、貫通孔８を通して鋼板５、９のボルト孔７にねじ込まれ、角形鋼管４と鋼板５、９とを固定する。

角形鋼管４に用いられる鋼材の肉厚ｄである１．７５ｍｍは、長い距離を溶接しようとすると、熱で歪んで形状変化を起してしまうが、鋼床板３００ではボルト６を用いた締結であるので、形状変化は起こらない。

ボルト孔７が非貫通であるのは、鋼床板３００の表面側にボルト６が表れないようにするためであり、搭載貨物にボルト頭部が損傷を受けないようにするためである。また、鋼板５、９の表面にボルト孔７が開けてないため、ボルト６のネジ山の隙間から湿気が鋼床板３００内部に侵入する恐れが減少する。鋼床板３００を船舶のデッキプレートに使用する際には適している。また、鋼板５、９自体の引張強度が低下しないという利点がある。

図４は、鋼床板３００同士を連結する継手４００を示している。継手４００は、起立状態の横板２１の上下に水平に多数のフランジ２２、２３を両側に設けられている。フランジ２２は上下で１対となって、１つの角形鋼管４の内側の中空に挿入され、フランジ２３は上下で１対となって連結先の角形鋼管４に挿入される。夫々のフランジ２２、２３は内側から対応する角形鋼管に当接する。各フランジには、貫通孔２４が設けられており、フランジ２２、２３が角形鋼管４の内側の中空に挿入されたとき、角形鋼管４の貫通孔８と、鋼材５、９の非貫通のボルト孔７とが連通し、ボルト２５により締結される。

上記実施例においては、縦横の長さが等しい角形鋼管を用いたが、ａ方向の長さが等しく、ｂ方向の長さが異なる角形鋼管を混合して使用しても良い。

図１において、角形鋼管４の上側に鋼板５を設けた例、下側にも鋼板９を設けた例を示した。図５は、上側の鋼板５を省略して、下側の鋼板９と角形鋼管４により鋼床板５００を形成した例である。一般的なＲＯ−ＲＯ船の車両甲板は、厚さ６ｍｍ乃至７ｍｍ程度であり、これに対して高さＨが３００ｍｍ以上の市販されている一般構造用角形鋼管の肉厚は、薄いもので６ｍｍの厚さを有している。よって、角形鋼管４の上側側面の板厚がほぼ一般的なＲＯ−ＲＯ船の車両鋼板に匹敵する肉厚を有している。よって、下側の鋼板９の板厚を増加させた方が、鋼床板４００の断面２次モーメントを大幅に増加させることができる。

上記実施例においては、隣同士の角形鋼管４において互いに接触する縦リブ１４の間の接続については、両者を接着材ないしはボルト１５（図６）により固定しても良い。ボルト１５により固定する場合は、当接する角形鋼管４の縦リブ１４に貫通孔を設けて両側からボルトとナット１６で固定するが、縦リブ１４の厚さを薄く設定しているため、座金１８を使用して変形しないようにしておくことが望ましい。

また、鋼板５（又は鋼板６）に対して角形鋼管４を固定するに際しては、非貫通のボルト孔７と貫通孔８に、ボルト６を螺着させた例を図４Ｂに示した。図６は、鋼板５（又は鋼板６）側に貫通孔６ａ、角形鋼管４側に非貫通のボルト孔８ａを設け、鋼板５（又は鋼板６）側から頭部が軸部と同じ径のボルト７ａで螺着した例と、鋼板５（又は鋼板６）側に貫通孔６ａ、角形鋼管４側に貫通孔８を設け、ボルト７ｂとナット７ｃにより螺着した例である。この場合、座金７ｄを使用するのが望ましく、また、ボルト７ｂの頭部は鍋型にしておくと鋼板５の表面が凸凹になるのを低減できる。

１０、１００、２００、３００、５００鋼床板
１、５、９鋼板
２、３、４角形鋼管
６、１３ボルト
４００継手

Claims

断面が長方形であり四方の側面の肉厚が等しい同一形状の多数の角形鋼管が、その対向する横側の側面同士が互いに接触した状態で配置され、前記多数の角形鋼管の上側の側面と下側の側面の両方を全範囲で夫々覆う長方形状の上下の鋼板とを有し、
前記上下の鋼板には、非貫通のボルト孔が設けられており、
前記上下の鋼板に夫々対向する前記角形鋼管の上側の側面と下側の側面には前記非貫通のボルト孔に対応する箇所に貫通孔が設けられ、
前記角形鋼管の内側からボルトが前記貫通孔を介して、対応する非貫通のボルト孔に螺合されることにより、前記角形鋼管の上側の側面と下側の側面が夫々前記上下の鋼板に固定されていることを特徴とする鋼床板。
前記角形鋼管の肉厚は、前記角形鋼管の横の側面の長さに比べて２桁以上少ない厚さであることを特徴とする請求項１に記載の鋼床板。
隣同士の前記角形鋼管は、互いに接触する横側の側面同士が接着剤により固定されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼床板。