JP2009190880A - クレーンガーダの補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】レールを嵩上げするための補強部材の疲労寿命を延ばすことができるクレーンガーダの補強構造を提案する。
【解決手段】水平に置かれるクレーンガーダ１３の上面には、トロリが走行するレール１１をクレーンガーダ１３の上面から嵩上げする補強部材１２が設けられる。補強部材１２は、レール１１が固定される上部フランジ１４ａ、及び荷重を支えるウェブ１４ｂを有するＴ形鋼１４と、上部フランジ１４ａの下面及びウェブ１４ｂの側面に溶接され、Ｔ形鋼１４を補強する複数のプレート状の補鋼材１５と、を有する。上部フランジ１４ａとウェブ１４ｂとの接続部に溶接される補鋼材１５の角部１５ｃには、スカラップ１５ａが設けられていない。
【選択図】図５

Description

本発明は、重量物を吊り上げて搬送する天井走行クレーンのクレーンガーダの補強構造に関する。

天井クレーンは、建物に固定された頭上の軌道を車輪により走行・横行する巻上げ機である。図１に示されるように、建物の梁１上には水平方向に伸びるクレーンガーダ２が架け渡される。クレーンガーダ２は、梁１に設けられるレール３上を走行する。クレーンガーダ２には、水平方向に伸びるレール４が設けられる。重量物を吊り上げ下げするクラブトロリ５は、レール４上を走行する。クラブトロリ５は、レール４上を転がる車輪５ａ（図２参照）を有し、レール４に沿って横行方向に移動する。

クレーンガーダ２には、重量物を吊り上げたクラブトロリ５の繰り返し荷重がかかる。長年に渡って天井クレーンを使用し続けると、クラブトロリ５からの繰り返し荷重によって、クレーンガーダ２には疲労亀裂が発生する。クレーンガーダ２に発生する疲労亀裂は、クレーンガーダ２の破壊に繋がるおそれがある。クレーンガーダ２の破壊を防止し、クレーンガーダ２に十分な強度を持たせるために、図２に示されるように、クレーンガーダ２の断面形状はボックス形状に形成される（特許文献１参照）。
特開平１０−２７９２７３号公報

しかし、クレーンガーダ２をボックス形状にしても、レール４の下方における、クレーンガーダ２の上部フランジ２ａとウェブ２ｂとの溶接部分に繰り返し荷重によって疲労亀裂が入る場合がある。

クレーンガーダ２に入る疲労亀裂を防止するために、出願人は、図３に示されるように、クレーンガーダ２の上面とレール４との間に補強部材６を介在させ、クラブトロリが走行するレール４をクレーンガーダ２の上面から嵩上げしたクレーンガーダの補強構造を考案した。レール４を嵩上げすることで、車輪５ａからクレーンガーダ２にかかる荷重の分散範囲は、図中(1)の分散範囲から(2)の嵩上げ対策後の分散範囲に拡大される。レール４を嵩上げして荷重を分散させることにより、クレーンガーダ２内に発生する応力を、嵩上げしない場合の応力の４０％程度にまで低減でき、クレーンガーダ２の疲労寿命を飛躍的に延ばすことができる。

しかし、レール４を嵩上げすると、最弱部がクレーンガーダ２からレール４の直下の補強部材に移ってしまう。補強部材６の疲労寿命がクレーンガーダ２の疲労寿命よりも短い場合、クレーンガーダ２の補強構造の全体の疲労寿命が補強部材６の疲労寿命で決まってしまう。クレーンガーダ２の補強構造の全体の疲労寿命を延ばすためには、補強部材６の疲労寿命を延ばす必要がある。

そこで本発明は、補強部材の疲労寿命を延ばすことができ、ひいてはクレーンガーダの補強構造の全体の疲労寿命を延ばすことができるクレーンガーダの補強構造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、請求項１に記載の発明は、水平に置かれるクレーンガーダと、クレーンガーダの上面に設けられ、トロリが走行するレールをクレーンガーダの上面から嵩上げする補強部材と、を備えるクレーンガーダの補強構造において、前記補強部材は、前記レールが固定される上部フランジ、及び荷重を支えるウェブを有するＴ形鋼又はＨ形鋼と、前記上部フランジの下面及び前記ウェブの側面に溶接され、前記Ｔ形鋼又は前記Ｈ形鋼を補強する複数のプレート状の補鋼材と、を有し、前記上部フランジと前記ウェブとの接続部に溶接される前記補鋼材の角部には、スカラップが設けられていないクレーンガーダの補強構造である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のクレーンガーダの補強構造において、前記Ｔ形鋼又は前記Ｈ形鋼は、前記上部フランジ及び前記ウェブからなるＴ形鋼であり、前記Ｔ形鋼の前記ウェブの下面及び前記補鋼材の下面には、前記補強部材がＨ形に形成されるように水平部材が溶接され、前記Ｔ形鋼の前記ウェブ及び前記水平部材に溶接される前記補鋼材の角部には、スカラップが設けられることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のクレーンガーダの補強構造において、前記Ｔ形鋼の前記ウェブと前記補鋼材との、上下方向に伸びる溶接線の前記スカラップ側の端部、又は前記下部フランジと前記補鋼材との、水平方向に伸びる溶接線の前記スカラップ側の端部が、前記Ｔ形鋼の長手方向からみて、前記溶接線の内側に向かって凸の曲線形状になるように削られることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のクレーンガーダの補強構造において、前記Ｔ形鋼は、Ｈ形鋼をウェブに沿って切断することで製造されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、トロリが走行するレールをクレーンガーダの上面から嵩上げしているので、トロリの車輪の荷重が分散してクレーンガーダに伝わる。このため、クレーンガーダに発生する応力を低減することができ、クレーンガーダの寿命を延ばすことができる。しかも、補強部材にＴ形鋼又はＨ形鋼を用いることで、プレート状の補鋼材の上部においてはスカラップの本来の存在理由である溶接線の交差が生じなくなる。補鋼材の上部にスカラップを設けないことで、補強部材が耐疲労性に優れた構造になり、補強部材の疲労寿命が延びる。

請求項２に記載の発明によれば、補鋼材の下部にスカラップを設けることで、溶接線の交差を避けることができる。

請求項３に記載の発明によれば、補鋼材の下部にスカラップを設けた場合であっても、溶接線の端部を溶接線の内側に向かって凸の曲線形状になるように仕上げ加工することにより、溶接線の端部に応力が集中するのを緩和でき、疲労寿命を向上させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、上部フランジの幅、ウェブの幅、ウェブの高さの選択の自由度が広がる。

以下添付図面に基づいて、本発明のクレーンガーダの補強構造を詳細に説明する。図４は、トロリが走行するレール１１、及びこのレール１１をクレーンガーダ１３（図５参照）から嵩上げする補強部材１２の斜視図を示す。

補強部材１２はクレーンガーダの上面に固定される。クレーンガーダ１３は建物の梁などに固定されて水平方向に伸びる。補強部材１２及びレール１１は、クレーンガーダ１３と同様に水平方向に伸びる。

クレーンガーダ１３は、トロリなどを支持する構造物であり、桁ともよばれる。クレーンガーダ１３には、箱型の断面構造のボックスガーダ、主桁と補助桁を組み合わせたトラスガーダなどが用いられる。

レール１１はクラブトロリの走行の軌道になる。クラブトロリの車輪はレール１１の上面を転がり、クラブトロリは水平方向に移動する

補強部材１２は、Ｔ形鋼１４、補鋼材である複数のダイヤフラム１５、水平部材１６と、から構成される。Ｔ形鋼１４は、レール１１が固定される上部フランジ１４ａ、及び荷重を支えるウェブ１４ｂを有する。Ｔ形鋼１４は、Ｈ形鋼をウェブに沿って切断することで製造される。ウェブ１４ｂはレール１１の下方に配置される。ダイヤフラム１５はプレート状であり、上部フランジ１４ａの下面、ウェブ１４ｂの側面及び水平部材１６の上面に溶接される。複数のダイヤフラム１５は、ウェブ１４ｂの左右に、かつ補強部材１２の長手方向に一定のピッチで設けられる。水平部材１６は、Ｔ形鋼１４のウェブ１４ｂの下面及びダイヤフラム１５の下面に溶接される。

補強部材１２は、レール１１をクレーンガーダ１３の上面から嵩上げする。補強部材１２は、クラブトロリからクレーンガーダ１３にかかる荷重を分散させる。しかし、補強部材１２を設けると、最弱部がクレーンガーダ１３からレール１１直下の補強部材１２に移ってしまう。このため、本実施形態の補強部材１２には疲労寿命を延ばすための工夫が施されている。

図５は、長手方向からみたレール１１及び補強部材１２の正面図を示す。図中（ａ）がダイヤフラム１５の上部にスカラップ１５ａを設けた比較例であり、図中（ｂ）がダイヤフラム１５の上部にスカラップを設けない本発明例である。

図５（ｂ）に示されるように、Ｔ形鋼１４のウェブ１４ｂの下面には、水平部材１６がすみ肉溶接される。ダイヤフラム１５は、Ｔ形鋼１４の上部フランジ１４ａと水平部材１６との間に挿入される。ダイヤフラム１５の上側の角には、上部フランジ１４ａ及びウェブ１４ｂの接続部の形状に対応して面取りされた円弧形状の角部１５ｃが形成される。ダイヤフラム１５の下側の角には、扇形の切欠きであるスカラップ１５ｂが形成される。ダイヤフラム１５は上部フランジ１４ａと水平部材１６との間に挿入された後、その上面が上部フランジ１４ａの下面に溶接され、その角部１５ｃが上部フランジ１４ａ及びウェブ１４ｂの接続部に溶接され、そのウェブ側の側面がウェブ１４ｂにすみ肉溶接される。また、ダイヤフラム１５の下面は水平部材１６にすみ肉溶接される。

スカラップとは、溶接線の交差（すみ肉溶接同士の交差）を避けるために一方の部材に設けられる切欠きである。スカラップ１５ｂは溶接線の交差部が熱影響により材質的に弱くなるのを防止するために設けられる。この実施形態のＴ形鋼から構成される上部フランジ１４ａ及びウェブ１４ｂは、一体に圧延され、溶接されていない。このため、ダイヤフラム１５の上側の角部１５ｃでは、溶接線の交差は生じず、図５（ａ）に示されるようなスカラップ１５ａを設ける必要はない。

図５（ａ）に示されるようなスカラップ１５ａを付けると、ウェブ１４ｂのスカラップ１５ａに対応する部分に応力が集中してしまい、補強部材１２の疲労寿命を短くする。補強部材１２のＦＥＭ解析の結果、図６（ｂ）に示されるように、スカラップ１５ａを付けないことで、ウェブ１４ｂに発生する最高応力を、スカラップ１５ａを付けた場合の８０％にまで低減することができる。寿命は最高応力のマイナス三乗に比例する。最高応力を２０％低減することで、寿命を約１．９倍に延ばすことができる。

他方、ダイヤフラム１５の下側の角部では、ウェブ１４ｂに水平部材１６がすみ肉溶接されるので、溶接線の交差が生ずる。溶接線の交差を避けるために、Ｔ形鋼１４のウェブ１４ｂと水平部材１６との溶接部１８に溶接されるダイヤフラム１５の角部には、スカラップ１５ｂが形成される。

図７は、ウェブ１４ｂとダイヤフラム１５との溶接線２０のスカラップ１５ｂ側の端部２０ａの詳細図を示す。ダイヤフラム１５にスカラップ１５ｂを付けることで、ウェブ１４ｂのスカラップ１５ｂに対応する部分に応力が集中し易くなる。応力集中を緩和するために、溶接線２０の端部２０ａはグラインダなどで削られる。溶接線２０の端部２０ａは、溶接線２０の内側（スカラップ１５ｂとは反対側）に向かって凸の曲線形状（例えば円弧形状）になるように削られる。図中点々で示される部分が削り取られた部分であり、斜線で示される部分が最終的に仕上げられた形状である。仕上げ加工することで、ウェブ１４ｂと溶接線２０の端部２０ａとのなす角度が鋭角のθ１から鈍角のθ２に変化する。このため、ウェブ１４ｂが切り欠き状態になって応力が集中するのを防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更可能である。補強部材のＴ形鋼の替わりに、上部フランジ、ウェブ、及び下部フランジを有するＨ形鋼を用いてもよい。

従来の天井クレーンの斜視図 従来のクレーンガーダの断面図 レールを嵩上げしたクレーンガーダの補強構造を示す図 本発明の一実施形態の補強部材の斜視図 長手方向からみたレール及び補強部材の正面図（図中（ａ）がダイヤフラムの上部にスカラップを設けた比較例であり、図中（ｂ）がダイヤフラムの上部にスカラップを設けない本発明例） 補強部材のＦＥＭ解析の結果を示す図（図中（ａ）がダイヤフラムの上部にスカラップを設けた比較例であり、図中（ｂ）がダイヤフラムの上部にスカラップを設けない本発明例） ウェブとダイヤフラムとの溶接線のスカラップ側の端部の詳細図

符号の説明

１１…レール
１２…補強部材
１３…クレーンガーダ
１４…Ｔ形鋼
１４ａ…上部フランジ
１４ｂ…ウェブ
１５…ダイヤフラム（補鋼材）
１５ａ，１５ｂ…スカラップ
１５ｃ…角部
１６…水平部材
２０…溶接線
２０ａ…端部

Claims (4)

1. 水平に置かれるクレーンガーダと、クレーンガーダの上面に設けられ、トロリが走行するレールをクレーンガーダの上面から嵩上げする補強部材と、を備えるクレーンガーダの補強構造において、
   前記補強部材は、前記レールが固定される上部フランジ、及び荷重を支えるウェブを有するＴ形鋼又はＨ形鋼と、前記上部フランジの下面及び前記ウェブの側面に溶接され、前記Ｔ形鋼又は前記Ｈ形鋼を補強する複数のプレート状の補鋼材と、を有し、
   前記上部フランジと前記ウェブとの接続部に溶接される前記補鋼材の角部には、スカラップが設けられていないクレーンガーダの補強構造。
2. 前記Ｔ形鋼又は前記Ｈ形鋼は、前記上部フランジ及び前記ウェブからなるＴ形鋼であり、
   前記Ｔ形鋼の前記ウェブの下面及び前記補鋼材の下面には、前記補強部材がＨ形に形成されるように水平部材が溶接され、
   前記Ｔ形鋼の前記ウェブ及び前記水平部材に溶接される前記補鋼材の角部には、スカラップが設けられることを特徴とする請求項１に記載のクレーンガーダの補強構造。
3. 前記Ｔ形鋼の前記ウェブと前記補鋼材との、上下方向に伸びる溶接線の前記スカラップ側の端部、又は前記下部フランジと前記補鋼材との、水平方向に伸びる溶接線の前記スカラップ側の端部が、前記Ｔ形鋼の長手方向からみて、前記溶接線の内側に向かって凸の曲線形状になるように削られることを特徴とする請求項２に記載のクレーンガーダの補強構造。
4. 前記Ｔ形鋼は、Ｈ形鋼をウェブに沿って切断することで製造されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のクレーンガーダの補強構造。