(57)【要約】      （修正有）【課題】溶接部位を必須としていた従来のトラス構造用鋼管とは異なり、製造コスト、組立コストの課題を解決し、かつ、トラス部材端部の先端側の外径を縮小形成することにより、トラス接合構造に求められる強度を満足することが可能なトラス構造用鋼管の提供。【解決手段】少なくともトラス部材２とその端部に設けられるトラス部材端部３とを具備してなり、前記トラス部材２と該トラス部材端部３に設けられるトラス部材端部３とが、鋼管に対する温間スピニング加工により一体に形成され、前記トラス部材２及び前記トラス部材端部３の断面がいずれも円形状であり、前記トラス部材端部３の先端側の外径が前記トラス部材２の外径の最小値より小さくされてなる。【選択図】図１
2008184747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともトラス部材とその端部に設けられるトラス部材端部とを具備してなり、前記トラス部材と前記トラス部材端部とが、鋼管に対する温間スピニング加工により一体に形成され、前記トラス部材及び前記トラス部材端部の断面がいずれも円形状であり、前記トラス部材端部の先端側の外径が前記トラス部材の外径の最小値よりも小さくされてなることを特徴とするトラス構造用鋼管。
【請求項２】
前記トラス部材が円筒状であり、前記トラス部材端部の外形が円錐台状であることを特徴とする請求項１に記載のトラス構造用鋼管。
【請求項３】
前記トラス部材と、前記トラス部材端部からなる全体外形が一連のエンタシス形状とされてなることを特徴とする請求項１または２に記載のトラス構造用鋼管。
【請求項４】
前記トラス部材とトラス部材端部を構成する鋼管において、該鋼管の長手方向中央の外径に対する鋼管外径比が、鋼管の長手方向の位置（ｘ）を鋼管長（Ｌ）で無次元化したｘ／Ｌが０から１の範囲で、前記鋼管両端での無次元化した関係を示すｙ0が０．２〜０．９まで連続的に変化した各値に対して、
ｙmin＝１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）４−３２（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）３＋１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）２＋０（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  なる式と、
ｙmax＝−１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）４＋３２（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）３−２４（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）２＋８（１−ｙ０）（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  なる式とで囲まれた範囲にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトラス構造用鋼管。
【請求項５】
鋼管両端での形状の傾きを示すΦが０から８（１−ｙ0）で連続的に変化したときの次の関数
ｙ＝[１６（１−ｙ0）−４Φ]（ｘ／Ｌ）４＋[−３２（１−ｙ0）＋８Φ]（ｘ／Ｌ）３＋[１６（１−ｙ0）−５Φ]（ｘ／Ｌ）２＋Φ（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  で表されることを特徴とする請求項４に記載のトラス構造用鋼管。
【請求項６】
複数のトラス部材と、これら複数のトラス部材の間に位置し該トラス部材の外径よりも小さい外径の中間結節部とが、一体化されてなり、前記複数のトラス部材と前記中間結節部とが温間スピニング加工により一体成形されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のトラス構造用鋼管。
【請求項７】
前記中間結節部の肉厚が前記トラス部材の肉厚よりも厚くされたことを特徴とする請求項６に記載のトラス構造用鋼管。
【請求項８】
前記中間結節部が円筒状とされ、その内側に焼き嵌め部材を内挿した２重管構造とされてなることを特徴とする請求項６に記載のトラス構造用鋼管。
【請求項９】
前記トラス部材端部の先端側に円筒状の先端直管部が設けられたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のトラス構造用鋼管。
【請求項１０】
前記トラス部材端部の肉厚の最大値が、前記トラス部材の肉厚の最大値よりも厚くされてなることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のトラス構造用鋼管。
【請求項１１】
前記先端直管部の肉厚の最大値が前記トラス部材の最大値よりも厚くされてなることを特徴とする請求項９または１０に記載のトラス構造用鋼管。
【請求項１２】
前記先端直管部が円筒状とされ、その内側に焼き嵌め部材を内挿した２重壁構造とされてなることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のトラス構造用鋼管。
【請求項１３】
少なくともトラス部材とその端部に設けられるトラス部材端部とを具備してなり、前記トラス部材と前記トラス部材端部とが、鋼管に対する温間スピニング加工により一体に形成され、前記トラス部材及び前記トラス部材端部の断面がいずれも円形状であり、前記トラス部材端部の先端側の外径が前記トラス部材の外径の最小値よりも小さくされてなるトラス構造用鋼管を製造するにあたり、
該鋼管の長手方向中央の外径に対する鋼管外径比が、鋼管の長手方向の位置（ｘ）を鋼管長（Ｌ）で無次元化したｘ／Ｌが０から１の範囲で、前記鋼管両端での無次元化した関係を示すｙ0が０．２〜０．９まで連続的に変化した各値に対して、
ｙmin＝１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）４−３２（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）３＋１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）２＋０（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  なる式と、
ｙmax＝−１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）４＋３２（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）３−２４（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）２＋８（１−ｙ０）（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  なる式とで囲まれた範囲になるように加工することを特徴とするトラス構造用鋼管の製造方法。
【請求項１４】
鋼管両端での形状の傾きを示すΦが０から８（１−ｙ0）で連続的に変化したときの次の関数
ｙ＝[１６（１−ｙ0）−４Φ]（ｘ／Ｌ）４＋[−３２（１−ｙ0）＋８Φ]（ｘ／Ｌ）３＋[１６（１−ｙ0）−５Φ]（ｘ／Ｌ）２＋Φ（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  で表される形状になるように加工することを特徴とする請求項１３に記載のトラス構造用鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トラス構造に用いる鋼管及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼管機械接合（ボルト接合・ピン接合等）トラス構造においては、トラス接合の管径を小さくして結節部を小さくすることで、接合コストの削減、質量の削減、景観性の向上を図っている。また、鋼管溶接トラス構造においては、鋼管接合部の管径を小さくすることで溶接コストの削減、質量の削減、景観性の向上を図っている。
これらのいずれのトラス構造においても、従来技術では結節点近傍での管の管径を縮小するため、トラス部材を構成する鋼管とは別個に鍛造や鋳造により形成したテーパ状のトラス部材端部を製造し、鋼管に溶接するかネジ接合を行うか、あるいはトラス部材に加えてトラス部材端部まで鋳造で一体成形するという方法が採用されてきたが、鋳造、鍛造、溶接を利用すると、トラス構造そのものがコストアップするという問題を有していた。
【０００３】
例えば、トラス継手部の構造として従来、以下の特許文献１に記載の如く、トラス部材を構成する鋼管にトラス部材端部としての円錐型パイプ形状のトップコーンを溶接などの接合手段により取り付け、このトップコーンにボルトを介して金属製のボールを接続し、このボールをトラス構造の接点部品としてトラス継手構造が知られている。（特許文献１：図１参照）
また、従来、ボールジョイント式のトラス構造において、以下の特許文献２に記載の如く、鋼管の端部に高周波加熱により増肉部を形成し、この増肉部に組立用孔を形成し、鋼管の端部に先窄まり型のパイプエンドを溶接し、このパイプエンドに挿通したボルトを利用し、先の増肉部の組立用孔を介して工具を操作し、トラス構造の節となる接合球体にボルト止めすることでトラス部材端部とした構造が知られている。（特許文献２：図２参照）
更に従来、以下の特許文献３に記載の如く、鋼管の端部にパイプエンドをネジ結合し、該パイプエンドの先端側に鋼管端部間に配置されるボール継手に接続するためのボルトを挿通状態で設け、このボルトを介してボール継手に鋼管を接合した構造が開示されている（特許文献３：図１、図２参照）
【特許文献１】特開平０９−１９５３８２号公報
【特許文献２】特開平１０−３１７４８５号公報
【特許文献３】特開平１１−１９００６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１〜３に記載された技術は、いずれにおいてもトラス部材を構成する鋼管の端部に接合のための先窄まり状のトップコーン、パイプエンドなどの別部材を溶接するかネジ結合して一体化し、これらの別部品を介して球状の継手にボルトを用いて接合するという構造を採用しているために、鋼管と別部材としてのトップコーン、パイプエンドなどを別々に製造し、接合する必要があり、製造コスト、組立コストとも、低減することが難しい問題があった。
例えば、図２５に従来のトラス構造用鋼管の一例を示すが、この例のトラス構造用鋼管１１０はトラス部材を構成する鋼管１１１とこの鋼管１１１の両端部に溶接接合部１１２を介して個々に固定された側面視円錐台状のパイプ体からなるトラス部材端部１１３を具備して構成されている。そして、この図に示したトラス構造用鋼管の構造では球状の継手などにボルトを用いてトラス部材端部１１３を接続するので、鋼管１１１とトラス部材端部１１３との溶接部分で強度低下が起こらないように、溶接品質の管理は重要であり、この溶接を十分な品質で行うためには、製造コスト、組立コストが嵩む傾向にあった。
【０００５】
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑み、鋼管を温間スピニング加工してトラス部材とトラス部材端部を一体成形することにより、溶接部位を必須としていた従来のトラス構造用鋼管とは異なり、製造コスト、組立コストの課題を解決し、かつ、トラス部材端部の先端側の外径を縮小形成することにより、トラス接合構造に求められる強度を満足することが可能なトラス構造用鋼管を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、製品形状の自由度が高い温間スピニング加工を利用することにより、トラス部材とトラス部材端部とが一体化されながら、トラス部材とトラス部材端部を含めた全体としての耐座屈性に優れたエンタシス形状（トラスの長手方向中央部側外径が大きく、トラス端部側の外径が小さい形状）のトラス構造用鋼管の提供を目的とする。  
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するものであって、その要旨とするところは次の通りである。
（１）本発明は、少なくともトラス部材とその端部に設けられるトラス部材端部とを具備してなり、前記トラス部材と前記トラス部材端部とが、鋼管に対する温間スピニング加工により一体に形成され、前記トラス部材及び前記トラス部材端部の断面がいずれも円形状であり、前記トラス部材端部の先端側の外径が前記トラス部材の外径の最小値よりも小さくされてなることを特徴とする。
（２）本発明は、先に記載のトラス部材が円筒状であり、前記トラス部材端部の外形が円錐台状であることを特徴とする。
（３）本発明は、先に記載のトラス部材と、前記トラス部材端部からなる全体外形が一連のエンタシス形状とされてなることを特徴とする。
【０００７】
（４）前記トラス部材とトラス部材端部を構成する鋼管において、該鋼管の長手方向中央の外径に対する鋼管外径比が、鋼管の長手方向の位置（ｘ）を鋼管長（Ｌ）で無次元化したｘ／Ｌが０から１の範囲で、ｙ0が０．２〜０．９まで連続的に変化した各値に対して、ｙmin＝１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）４−３２（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）３＋１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）２＋０（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  なる式と、ｙmax＝−１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）４＋３２（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）３−２４（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）２＋８（１−ｙ０）（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  なる式とで囲まれた範囲にあることを特徴とする。
（５）本発明は、Φが０から８（１−ｙ0）で連続的に変化したときの次の関数、ｙ＝[１６（１−ｙ0）−４Φ]（ｘ／Ｌ）４＋[−３２（１−ｙ0）＋８Φ]（ｘ／Ｌ）３＋[１６（１−ｙ0）−５Φ]（ｘ／Ｌ）２＋Φ（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  で表されることを特徴とする。
（６）本発明は、複数のトラス部材と、これら複数のトラス部材の間に位置し該トラス部材の外径よりも小さい外径の中間結節部とが、一体化されてなり、前記複数のトラス部材と前記中間結節部とが温間スピニング加工により一体成形されたことを特徴とする。
（７）本発明は、先に記載の中間結節部の肉厚が前記トラス部材の肉厚よりも厚くされたことを特徴とする。
（８）本発明は、前記中間結節部が円筒状とされ、その内側に焼き嵌め部材を内挿した２重管構造とされてなることを特徴とする。
（９）本発明は、先に記載のトラス部材端部の先端側に円筒状の先端直管部が設けられたことを特徴とする。
（１０）本発明は、先に記載のトラス部材端部の肉厚の最大値が、前記トラス部材の肉厚の最大値よりも厚くされてなることを特徴とする。
【０００８】
（１１）本発明は、先に記載の先端直管部の肉厚の最大値が前記トラス部材の最大値よりも厚くされてなることを特徴とする。
（１２）本発明は、前記先端直管部が円筒状とされ、その内側に焼き嵌め部材を内挿した２重壁構造とされてなることを特徴とする。
（１３）本発明の製造方法は、少なくともトラス部材とその端部に設けられるトラス部材端部とを具備してなり、前記トラス部材と前記トラス部材端部とが、鋼管に対する温間スピニング加工により一体に形成され、前記トラス部材及び前記トラス部材端部の断面がいずれも円形状であり、前記トラス部材端部の先端側の外径が前記トラス部材の外径の最小値よりも小さくされてなるトラス構造用鋼管を製造するにあたり、
該鋼管の長手方向中央の外径に対する鋼管外径比が、鋼管の長手方向の位置（ｘ）を鋼管長（Ｌ）で無次元化したｘ／Ｌが０から１の範囲で、前記鋼管両端での無次元化した関係を示すｙ0が０．２〜０．９まで連続的に変化した各値に対して、
ｙmin＝１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）４−３２（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）３＋１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）２＋０（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  なる式と、
ｙmax＝−１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）４＋３２（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）３−２４（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）２＋８（１−ｙ０）（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  なる式とで囲まれた範囲になるように加工することを特徴とする。
（１４）本発明の製造方法は、（１３）に記載の鋼管両端での形状の傾きを示すΦが０から８（１−ｙ0）で連続的に変化したときの次の関数
ｙ＝[１６（１−ｙ0）−４Φ]（ｘ／Ｌ）４＋[−３２（１−ｙ0）＋８Φ]（ｘ／Ｌ）３＋[１６（１−ｙ0）−５Φ]（ｘ／Ｌ）２＋Φ（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  で表される形状になるように加工することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、鋼管から温間スピニング加工により一体に連続形成したトラス部材とトラス部材端部を有するので、従来構造が課題としていた製造コスト、組立コストの問題を解決し、かつ、トラス部材端部の先端側の外径を縮小形成することにより、トラス接合構造に求められる特性を充分に満足することが可能なトラス構造用鋼管を提供することができる。
本発明によれば、製品形状の自由度が高い温間スピニング加工を利用することにより、トラス部材とトラス部材端部とが一体化されながら、トラス部材とトラス部材端部を含めた全体としての耐座屈性に優れたエンタシス形状（トラスの長手方向中央部側外径が大きく、トラス端部側の外径が小さい形状）を実現した構造のトラス構造用鋼管を提供することができる。  
本発明によれば、ｙmin＝１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）４−３２（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）３＋１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）２＋０（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  なる式と、ｙmax＝−１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）４＋３２（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）３−２４（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）２＋８（１−ｙ０）（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  なる式とで囲まれた範囲に、鋼管外径比を納めたので、曲げモーメントと軸力が作用した場合にそれらを効率的に負荷することができる、望ましいトラス鋼管形状を提供できる。
また、鋼管両端での形状の傾きを示すΦが０から８（１−ｙ0）で連続的に変化したときの次の関数ｙ＝[１６（１−ｙ0）−４Φ]（ｘ／Ｌ）４＋[−３２（１−ｙ0）＋８Φ]（ｘ／Ｌ）３＋[１６（１−ｙ0）−５Φ]（ｘ／Ｌ）２＋Φ（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  で表される形状にすることで曲げモーメントと軸力が作用した場合にそれらを効率的に負荷することができる、望ましいトラス鋼管形状を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明について最良の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る温間スピニング加工を用いる技術により製造されたトラス構造用鋼管の第１の実施形態を示すもので、この形態のトラス構造用鋼管１は、梁部となる直管状のトラス部材２とこのトラス部材２の両端部側にトラス部材２の構成材料と同じ材料で一体的に延出形成された先窄まり円錐台パイプ型のトラス部材端部３とから構成されている。
前記トラス部材２は均一の厚さの筒状の周壁２ａを有する直管状に形成され、その両端部側に一体的に延出形成されているトラス部材端部３においてもその周壁３ａの肉厚は先の周壁２ａとほぼ同様に均等な厚さとされている。
【００１１】
図１に示すような形状のトラス構造用鋼管１は、例えば、図２５にモデル構造を示す温間スピニング加工装置により製造される。
図２５に示す例の温間スピニング加工装置Ａは、テーブル１０の上面側中央部にロール装置１１が設けられ、その下方側のテーブル１０上にレール部材１２、１３が直線的に相互に離間して平行に配置され、ロール装置１１の両側に前記レール部材１２、１３に沿って移動自在に入側の台車１５と、出側の台車１６が配置され、ロール装置１１と入側の台車１５との間に加熱装置１７が設置されて概略構成されている。
前記台車１５は回転主軸を備えた把持部（パイプチャック部）１８と走行車輪１９を有し、図示略の走行用モータを利用してレール部材１２、１３に沿って移動自在に設けられ、パイプチャック部１８に一端部を装着させた鋼管２０を回転させながら支持しつつレール部材１２、１３に沿って前後移動できるように構成されている。
前記台車１６は回転主軸を備えた把持部（パイプチャック部）２１と走行車輪２２を有し、パイプチャック部２１に他端を装着させた鋼管２０を回転させながら支持しつつレール部材１２、１３に沿って前後移動できるように構成されている。
【００１２】
前記加熱装置１７は内部に加熱ヒータを備えるとともに前記鋼管２０を通過自在な挿通孔２３を有し、前記パイプチャック部１８、２１に端部を把持された状態の鋼管２０を挿通させている間に目的の温間スピニング加工するための温度範囲に鋼管２０を加熱できるように構成されている。この温間スピニング加工を施す場合の加工温度は、鋼管の温間加工となるので、５００℃以上、Ａｃ１変態点温度以下の範囲で行うものとする。
前記ロール装置１１は、３つのローラ２５、２５、２５をそれらの回転軸を互い違いの方向に向けてこれら３つのローラ２５で鋼管２０の周囲を取り囲むことができるように配置され、各ローラ２５の回転軸の相互間隔を調整することで鋼管２０を押圧する力を調整できるように構成されている。
なお、図２５は温間スピニング加工装置Ａの概要構造のみを示すもので、ロール装置１１の詳細構造説明等は略したが、温間スピニング加工装置の詳細な具体構造例として、本出願人が先に特許出願している特開２００３−１０３３１０号公報に記載の温間スピニング加工装置を例示することができる。
【００１３】
図２５に示す温間スピニン加工装置Ａを用いて図１に示す構成のトラス構造用鋼管１を製造するには、直管状の元鋼管を用意する。この元鋼管は電縫鋼管、シームレス鋼管などのいずれの鋼管を用いても良い。また、元鋼管の直径は最終的に得るべきトラス構造用鋼管１のトラス部材２と同じ外径でも良いし、外径の大きなものを用いても良い。
この元鋼管を図２５に示す温間スピニング加工装置Ａを用いて加熱しながら連続的にスピニング加工して必要部分を縮径することによりトラス構造用鋼管１を製造する。それには、まず、元鋼管を加熱装置１７の挿通孔２３に通すとともに、元鋼管の両端を台車１５の把持部１８と台車１６の把持部２１で把持し、元鋼管を一定方向に連続回転させる。
出側の台車１６は走行用モータにより一定速度で図２５の右側に向いてレール部材１２、１３に沿って走行し、元鋼管を出側に引き出すようになっている。
【００１４】
元鋼管はロール装置１１の手前側に設けられている加熱装置１７によりその加工部分を例えば、５００〜８５０℃のフェライト組織温度範囲に加熱する。その後、加熱装置１７から出された元鋼管を直ちに３つのローラ２５を備えたロール装置１１により絞り加工して部分的に縮径し、各ローラ２５によって元鋼管周壁をそれらの内側に押し込むようにして加工し、縮径する。
その際、ロール装置１１の各ローラ２５の押し込み量を元鋼管の位置毎に調節し、直管状のトラス部材２とする部位では押し込み量をほぼ一定とするとともに、円錐台パイプ状のトラス部材端部３とする部位ではその先端側に向かうにつれて押し込み量を漸次増加することにより、図１に示す如く直管状のトラス部材２とその両端部の円錐台パイプ状のトラス部材端部３とを一体化してなるトラス構造用鋼管１を得ることができる。
【００１５】
なお、ロール装置１１と加熱装置１７との間隔、およびこれらの装置と台車１５、１６との間隔の存在により、元鋼管の端部の隅々まで完全に加工することは難しいので、元鋼管の全てを利用して図１に示す断面構造のトラス構造用鋼管１を得ても良いし、加工後、残った余計な部分を切断して図１に示す断面構造のトラス構造用鋼管１を取り出し、余剰の切断部分は破棄して製造するようにしても良い。  
【００１６】
前記構造のトラス構造用鋼管１は、トラス部材２とトラス部材端部３とが本鋼管からの温間スピニング加工により製造されているので、従来構造において必要であった溶接部を有しないので、仮に、引張圧縮荷重、曲げ荷重、ねじり荷重などの種々の荷重が作用しても従来構造では発生していた溶接部応力が発生しないので、応力付加に伴う構造欠陥の生じ難いトラス構造を提供できる。  
【００１７】
図２５に示す温間スピニング加工装置Ａを用いて図１に示す先の形態のトラス構造用鋼管１を製造できる他、前記構造の温間スピニング加工装置Ａを用いることにより、図２〜図９に示す各種構造のトラス構造用鋼管も製造することができる。
なお、以下に説明する各実施形態は、上述した温間スピニング加工装置Ａにより実現できる以下の１）〜３）の特徴によって実現されるものである。
１）．鋼管の外径を変化させることができる。
２）．鋼管の肉厚を変化させることができる。
そして、これらの特徴に対して、鋼管トラスに必要な以下の要件を組み合わせることにより、以下の各実施形態のトラス構造用鋼管を得ることが可能となる。
１）．トラス構造の結節点ではトラスどうしの接合のため、外径を小さくする必要がある。
２）．外径が小さいところでは応力が大きくなるため、強度を高める必要がある。
３）．結節点を機械接合（ボルト接合、ピン接合等）とすることがある。
４）．良好な景観性が必要。
【００１８】
以下に図２５に示す温間スピニング加工装置Ａを用いて製造可能な種々のトラス構造用鋼管の実施の形態について説明する。
図２に示す第２実施形態のトラス構造用鋼管３０は、トラス部材３２とその両端部側に形成されているトラス部材端部３３とからなり、この形態ではトラス部材３２を構成する周壁３２ａとトラス部材端部３３を構成する先窄まり状の周壁３３ａとが一体化されて連続形成され、周壁３３ａ、３２ａ、３３ａの外形が連続して一連のエンタシス形状に沿う形状とされている。ここでエンタシス形状とは、トラス構造用鋼管３０を全体視した場合にその長さ方向中央部が他の部分よりも膨らんだ形状を意味する。
この形態ではトラス部材３２とトラス部材端部３３、３３とが一連のエンタシス形状とされているので、トラス部材３２とトラス部材端部３３との境界に段差等はなく、一連の曲率で滑らかに連続形成されている。
【００１９】
前記エンタシス形状のトラス構造用鋼管３０は、トラス部材３２とトラス部材端部３３、３３の外形が一連のエンタシス形状とされて連続されているので、トラス構造用鋼管３０としての強度が優れている。また、トラス部材端部３３の外形は一連のエンタシス形状に沿って連続的に形成されているので、部分的に応力集中するおそれが少なく、耐座屈性に優れるとともに、応力集中による歪の蓄積などの生じがたい構造を提供できる。更に、トラス構造用鋼管３０の全体がエンタシス形状をとることで全体景観も好ましいという特徴を有する。
【００２０】
図３に示す第３実施形態のトラス構造用鋼管３５は、直線状に離間配置された同一サイズの２本のトラス部材３６と、それらトラス部材３６の両端部側に個々に形成されている円錐台パイプ状のトラス部材端部３７と、前記２本のトラス部材３６、３６の間を接合する中間結節部３８とを具備して構成されている。
更に詳しく説明すると、この形態のトラス構造用鋼管３５では、図３の左側から順に、トラス部材端部３７を構成する左側が先窄まり状の周壁３７ａと、トラス部材３６を構成する直管状の周壁３６ａと、トラス部材端部３７を構成する右側が先窄まり状の周壁３７ａと、中間結節部３８を構成する直管状の周壁３８ａと、トラス部材端部３７を構成する左側が先窄まり状の周壁３７ａと、トラス部材３６を構成する直管状の周壁３６ａと、トラス部材端部３７を構成する右側が先窄まり状の周壁３７ａとが先に説明した温間スピニング加工により連続一体化形成されて構成されている。
また、この形態のトラス構造用鋼管３５の各周壁３６ａ、３７ａはいずれも同一の厚さに形成され、中間結節部３８の周壁３８ａがそれらよりも若干薄く形成されている。
【００２１】
この実施形態のトラス構造用鋼管３５は、先の形態で説明した種々の特徴を有するトラス部材２とトラス部材端部３、３からなるトラス構造用鋼管１と類似形状となるトラス部材３６及びトラス部材端部３７、３７を有し、それらを２本直列に継ぎ合わせた構造となっているので、基本的に前記実施形態のトラス構造用鋼管１が有する特徴を全て備えている。  
【００２２】
図４に示す第４実施形態のトラス構造用鋼管４０は、直線状に離間配置された２本のトラス部材４２と、それらトラス部材４２の両端部側に個々に形成されている円錐台パイプ状のトラス部材端部４３と、前記２本のトラス部材４２、４２の間を接合する中間結節部４４とを具備して構成されている。
更に詳しく説明すると、この形態のトラス構造用鋼管４０では、図３の左側から順に、トラス部材端部４３を構成する左側が先窄まり状の周壁４３ａと、トラス部材４２を構成する直管状の周壁４２ａと、トラス部材端部４３を構成する右側が先窄まり状の周壁４３ａと、中間結節部４４を構成する直管状の周壁４４ａと、トラス部材端部４３を構成する左側が先窄まり状の周壁４３ａと、トラス部材４２を構成する直管状の周壁４２ａと、トラス部材端部４３を構成する右側が先窄まり状の周壁４３ａとが先に説明した温間スピニング加工により連続一体化形成されている。
また、この形態のトラス構造用鋼管４０では、周壁４３ａの先端側（トラス部材と離れた側）が順次より厚く、その基端部側（トラス部材側）が順次より薄く形成され、周壁４３ａの基端側の最も肉薄の部分と周壁４２ａとが同一の厚さに形成されている。そして、トラス部材端部４３ではその周壁４３ａの基端側（トラス部材側）がより薄く、その周壁４３ａの先端側（中間結節部側）がより厚く形成され、周壁４３ａの先端側の厚さよりも中間結節部４４の厚さが若干小さく形成されている。なお、中間結節部４４の右側に接続されているトラス部材端部４３、トラス部材４２、トラス部材端部４３の各周壁の肉厚は中間結節部４４の左側に接続されているトラス部材端部４３、トラス部材４２、トラス部材端部４３の各周壁と左右対称関係とされているので、詳しい説明は省略する。
【００２３】
前記形状のトラス構造用鋼管４０は、先の形態で説明した種々の特徴を有するトラス構造用鋼管３５の構造と類似形状となるトラス部材４２及びトラス部材端部４３、４３を有しているので、基本的に前記実施形態のトラス構造用鋼管３５が有する特徴を全て備えている。
更にこの形態のトラス構造用鋼管４０は、各トラス部材端部４３の先窄まり状の周壁４３ａにおいて、周壁４３ａの先端側が肉厚構造とされているので、トラス構造とした場合の応力が特に作用し易い部分の強度を充分に確保することができる。
【００２４】
図５に示す第５実施形態のトラス構造用鋼管４５は、先の第３実施形態のトラス構造用鋼管３５の中間結節部３８内に筒状の焼き嵌め部材４６を内挿した構造とされている。その他の構造は先の第３実施形態のトラス構造用鋼管３５と同等であるので、同一の部分には同一の符号を付してそれらの部分の説明を省略する。
前記形状のトラス構造用鋼管４５は、中間結節部３８内に筒状の焼き嵌め部材４６を内挿して中間結節部３８の部分の強度を高めているので、トラス構造とした場合の応力が特に作用し易い部分の強度を確保することができる。
【００２５】
図６に示す第６実施形態のトラス構造用鋼管５０は、先の第１実施形態のトラス構造用鋼管１の両端側のトラス部材端部３、３の更に外側に直管状の管部５１を個々に一体接続した構造とされ、前述の温間スピニング加工により一体形成されている。
その他の構造は先の第３実施形態のトラス構造用鋼管１と同等であるので、同一の部分には同一の符号を付してそれらの部分の説明を省略する。この形態の管部５１の周壁５１ａの肉厚はトラス部材端部３の周壁３ａの肉厚よりも若干薄く形成されている。
前記形状のトラス構造用鋼管５０は、先の形態で説明した種々の特徴を有するトラス部材２とトラス部材端部３、３からなるトラス構造用鋼管１と類似形状となる構成とされているので、先の形態のトラス構造用鋼管１が有するものと同等の特徴を有している。
更にこの形態のトラス構造用鋼管５０は、直管状の管部５１を有し、この部分にネジ部などを形成できるので、トラス構造の節の部分を構成する他の部材にボルト接合する場合に管部５１を有効利用することができる。
【００２６】
図７に示す第７実施形態のトラス構造用鋼管５５は、先の第１実施形態のトラス構造用鋼管１と同等のトラス部材２を備え、その両端側に温間スピニング加工により一体形成されるトラス部材端部５６、５６の肉厚を先の第１実施形態の構造と変更したものである。その他の構造は先の第１実施形態のトラス構造用鋼管１と同等であるので、同一の部分には同一の符号を付してそれらの部分の説明を省略する。この形態の先窄まり状のトラス部材端部５６の周壁５６ａの肉厚は基端側（トラス部材側）よりも先端側にゆくほど大きくなるように形成されている。
前記形状のトラス構造用鋼管５５は、先の形態のトラス構造用鋼管１と同様の作用効果を奏する上に、トラス部材端部５６の先窄まり状の周壁５６ａの先端側を肉厚にして応力集中しやすい部分の強化を図っている。
【００２７】
図８に示す第８実施形態のトラス構造用鋼管６０は、先の第２実施形態のトラス構造用鋼管３０と類似のエンタシス形状とされている。この形態のトラス構造用鋼管６０がトラス部材６１とその両端側に連続一体化されたトラス部材端部６２、６２を有し、その外形が第２実施形態の構造と同等のエンタシス形状である点については同等であり、全体が温間スピニング加工により形成されているが、この形態のトラス部材端部６２、６２の周壁６２ａの肉厚は基端側（トラス部材６１の周壁６１ａ側）よりも先端側にゆくほど若干大きくなるように形成されている。
前記形状のトラス構造用鋼管６０は、先の形態のトラス構造用鋼管３０と同等の作用効果を奏するが、その上で、トラス部材端部６２、６２の周壁６２ａの先端側を肉厚にすることで、この部分の強度を向上させることができたものである。
【００２８】
図９に示す第９実施形態のトラス構造用鋼管６５は、先の第３実施形態のトラス構造用鋼管３５と類似の構造とされている。この形態のトラス構造用鋼管６５が２本のトラス部材３６、３６とそれらの両端側に連続一体化されたトラス部材端部３７、３７を有し、トラス部材３６、３６間に配置されているトラス部材端部３７、３７間に中間結節部３８が設けられ、温間スピニング加工により製造されている点については先の第３実施形態の構造と同等であるが、この形態のトラス構造用鋼管６５では左端側のトラス部材端部３７の先端側に直管状の管部６６が一体形成され、右端側のトラス部材端部３７の先端側に直管状の管部６６が一体形成されている点が異なっている。
前記形状のトラス構造用鋼管６５は、先の実施形態のトラス構造用鋼管３５と同様の作用効果を奏する上に、直管状の管部６６を有し、この部分にネジ部などを形成できるので、トラス構造の節の部分を構成する他の部材にボルト接合する場合に管部６６を有効利用することができる。
【００２９】
図１０に示す第１０実施形態のトラス構造用鋼管７０は、先の第８実施形態のトラス構造用鋼管６０と同等のトラス部材６１、トラス部材端部６２、６２が備えられているが、前記トラス部材端部６２、６２の先端側に個々に直管状の管部７１が一体形成されている点が先の第８実施形態の構造と異なっている。トラス部材６１がエンタシス形状とされている点、温間スピニング加工により一体形成されている点は同等である。
前記形状のトラス構造用鋼管７０は、先の実施形態のトラス構造用鋼管６０と同等の効果を奏する上に、直管状の管部７１を有し、この部分にネジ部などを形成できるので、トラス構造の節の部分を構成する他の部材にボルト接合する場合に直管状の管部７１を有効利用することができる。
【００３０】
図１１に示す第１１実施形態のトラス構造用鋼管７５は、先の第４実施形態のトラス構造用鋼管４０と類似の構造とされている。この形態のトラス構造用鋼管７５が２本のトラス部材４２、４２とそれらの両端側に連続一体化されたトラス部材端部４３、４３を有し、トラス部材４２、４２間に配置されているトラス部材端部４３、４３間に中間結節部４４が設けられ、各トラス部材端部４３の周壁４３ａの肉厚がその先端側と基端側とで異なる点、温間スピニング加工により一体形成されている点については先の第４実施形態と同等であるが、この第１１形態のトラス構造用鋼管７５では、左端側のトラス部材端部４３の先端側に直管状の管部７１が一体形成され、右端側のトラス部材端部４３の先端側に直管状の管部７１が一体形成されている点が異なっている。
前記形状のトラス構造用鋼管７５は、先の実施形態のトラス構造用鋼管６５と同等の効果を奏する上に、トラス部材端部４３においてそれらの先端部側を肉厚とすることでこの部分の強度向上を図ったものである。
【００３１】
図１２に示す第１２実施形態のトラス構造用鋼管８０は、先の第６実施形態のトラス構造用鋼管５０と類似の構造とされている。この形態のトラス構造用鋼管８０がトラス部材２とその両端側のトラス部材端部３、３と更にそれらの両端側の管部５１、５１を有する点、温間スピニング加工により一体形成されている点については先の第６実施形態のトラス構造用鋼管５０と同等であるが、この第１２実施形態においては管部５１、５１の内部に筒状の焼き嵌め部材８１が内挿された点が異なっている。
前記形状のトラス構造用鋼管８０は、先の実施形態のトラス構造用鋼管５０の作用効果と同等の作用効果を奏する。更に、トラス構造用鋼管８０は、管部５１の内部に筒状の焼き嵌め部材８１を内挿することで管部５１の強度を高めると共に、この部分にネジ部を形成する場合に焼き嵌め部材８１にネジ部を形成できるので、焼き嵌め部材８１としてネジ部形成に好適な材料を選択することができ、ネジ部の信頼性向上を図ることができる。
【００３２】
図１３に示す第１３実施形態のトラス構造用鋼管８５は、先の第１０実施形態のトラス構造用鋼管７０と類似の構造とされている。この形態のトラス構造用鋼管８５がトラス部材６１とその両端側のトラス部材端部６２、６２と更にそれらの両端側の管部７１、７１を有する点、温間スピニング加工により一体形成されている点については先の第１０実施形態のトラス構造用鋼管７０と同等であるが、この第１３実施形態においては管部７１、７１の内部に筒状の焼き嵌め部材８６が内挿された点が異なっている。
前記形状のトラス構造用鋼管８５は、先の形態のトラス構造用鋼管７０が有する作用効果に加え、焼き嵌め部材８６を内挿することで管部７１の強度を高め、更にこの部分にネジ部を形成する場合に焼き嵌め部材８６にネジ部を形成できるので、焼き嵌め部材８６としてネジ部形成に好適な材料を選択することができ、ネジ部の信頼性向上を図ることができる。
【００３３】
図１４に示す第１４実施形態のトラス構造用鋼管９０は、先の第９実施形態のトラス構造用鋼管６５と類似の構造とされている。この形態のトラス構造用鋼管９０がトラス部材３６とその両端側のトラス部材端部３７、３７と更にそれらの先端側の管部６６、６６を有する点、温間スピニング加工により一体形成されている点については先の第９実施形態のトラス構造用鋼管６５と同等であるが、この第１４実施形態においては管部６６、６６の内部に筒状の焼き嵌め部材９１が内挿された点が異なっている。
前記形状のトラス構造用鋼管９０は、先の形態のトラス構造用鋼管６５が有する作用効果に加え、焼き嵌め部材９１を内挿することで管部６６の強度を高め、更にこの部分にネジ部を形成する場合に焼き嵌め部材９１にネジ部を形成できるので、焼き嵌め部材９１としてネジ部形成に好適な材料を選択することができ、ネジ部の信頼性向上を図ることができる。
【００３４】
図１５に示す第１５実施形態のトラス構造用鋼管９５は、先の第１４実施形態のトラス構造用鋼管９０と類似の構造とされている。この形態のトラス構造用鋼管９５が直線状に離間配置された２本のトラス部材３６と、それらの両端側のトラス部材端部３７、３７と更にそれらの先端側の管部６６、６６を有する点、温間スピニング加工により一体形成されている点については先の第１４実施形態のトラス構造用鋼管９０と同等であるが、この第１５実施形態においては、直線状に離間して配置されたトラス部材３６、３６の間に周壁の肉厚が異なるタイプのトラス部材端部４３、４３を配置し、それらの間に中間結節部４４を配置してなるとともに、前記管部６６、６６の内部に筒状の焼き嵌め部材９１を内挿した点が異なっている。
前記形状のトラス構造用鋼管９５は、先の形態のトラス構造用鋼管９０が有する作用効果に加え、トラス部材端部３７、４３においてそれらの先端部側を肉厚とすることでこの部分の強度向上を図ったものである。
【００３５】
図１６に示す第１６実施形態のトラス構造用鋼管１００は、先の第１４実施形態のトラス構造用鋼管９０と類似の構造とされている。この形態のトラス構造用鋼管１００が直線状に離間配置された２本のトラス部材３６と、それらの両端側のトラス部材端部３７、３７と、それらの先端側に管部６６、６６を有し、それらの内側に焼き嵌め部材９１を内挿する点、温間スピニング加工により一体形成されている点については先の第１４実施形態のトラス構造用鋼管９０と同等であり、更に、直線状に離間して配置されたトラス部材３６、３６の間にトラス部材端部３７、３７を配置し、それらの間に中間結節部３８を配置し、前記管部６６、６６の内部に筒状の焼き嵌め部材９１を内挿した点については同等であるが、この形態では中間結節部３８の内側にも筒状の焼き嵌め部材１０１を内装した点が異なっている。
前記形状のトラス構造用鋼管１００は、先の実施形態のトラス構造用鋼管９５が有する作用効果に加え、中間結節部３８の強度を高めることができる効果を奏する。
【００３６】
「座屈最適断面の説明」
以下に、本発明で用いるトラス鋼管の最適形状を求めるために行った柱の座屈における最適断面の解析について説明する。
座屈する柱の材長への断面変化を考慮すると、座屈は曲げとの釣り合いであると考えられるために、軸力をｐとし、座屈波形ｖ、モーメント抵抗Ｍとすると、以下の（１）式が成立する。
【００３７】
【数１】
2008184747.tif 000003
【００３８】
座屈する柱の部材長への断面積変化を考慮すると座屈は曲げとの釣り合いであり、柱の軸力Ｐは材長に渡り一定であるために、座屈波形ｖでの最も大きい柱の中央でモーメント抵抗Ｍ＝−ＥＩ（ｄ２ｖ／ｄｘ２）が大きくなればよい。即ち、断面二次モーメントＩは柱中央部で最も大きく、両端で小さくなるのが効果的と考えられる。
ここで効率的な柱の断面を考えるとき、断面を大きくすれば、するほど座屈荷重が高くなるのは、当然であるが、柱の容積を一定にしておいた時の効率的な断面変化はどのようなものか、解析する。
エネルギー原理に基づき、容積一定を付帯条件とした付帯条件付き変分問題として求めると、全ポテンシャルエネルギーＴは、内部歪エネルギーＶ、外部エネルギーＷ、付帯条件ｇとして以下の式で示すことができる。
【００３９】
【数２】
2008184747.tif 000004
【００４０】
この式において、αはラグランジュの未定常数であり、Ｖ、Ｗ、ｇは以下の（３）〜（５）式で示される。
【００４１】
【数３】
2008184747.tif 000005
【００４２】
【数４】
2008184747.tif 000006
【００４３】
【数５】
2008184747.tif 000007
【００４４】
前記の（２）式に（３）式、（４）式、（５）式を代入すると以下の（６）式となる。
【００４５】
【数６】
2008184747.tif 000008
【００４６】
次に、断面変化を以下の（７）式と（８）式のように与えることとする。
【００４７】
【数７】
2008184747.tif 000009
【００４８】
【数８】
2008184747.tif 000010
【００４９】
先の（７）式と（８）式を先の（６）式に代入すると、全ポテンシャルエネルギーＴは以下の（９）式となる。
【００５０】
【数９】
2008184747.tif 000011
【００５１】
全ポテンシャルエネルギーＴはｖ（ｘ）、ξ（ｘ）、αに対して変分をとり、条件式を以下の（１０）式のように求めることが出来る。
【００５２】
【数１０】
2008184747.tif 000012
【００５３】
Ｔ（ｖ＋σｖ，ξ＋σξ ，α＋σα）＝Ｔ＋σＴ＋σ２Ｔ＋…     …（１０）式
内部エネルギーの変分は先の（３）式より、以下の（１１）式と（１２）式と（１３）式が成立する。
【００５４】
【数１１】
2008184747.tif 000013
【００５５】
【数１２】
2008184747.tif 000014
【００５６】
【数１３】
2008184747.tif 000015
【００５７】
以上の関係を整理すると、以下の（１４）式が得られる。
【００５８】
【数１４】
2008184747.tif 000016
【００５９】
σＴ＝０より
ｘ＝０〜Ｌ１において、釣合式から、以下の（１５）式と（１６）式となる。
【００６０】
【数１５】
2008184747.tif 000017
【００６１】
【数１６】
2008184747.tif 000018
【００６２】
更に、ｘ＝０，Ｌ１において境界条件から、以下の（１７）式と（１８）式となり、付帯条件として以下の（１９）式となる。
【００６３】
【数１７】
2008184747.tif 000019
【００６４】
【数１８】
2008184747.tif 000020
【００６５】
【数１９】
2008184747.tif 000021
【００６６】
前記（１６）式に（１５）式を代入すると以下の（２０）式となる。
【００６７】
【数２０】
2008184747.tif 000022
【００６８】
次に、ｖとξとの間には、次の（２１）式の関係がある。
【００６９】
【数２１】
2008184747.tif 000023
【００７０】
ｖとξとの関係は（２１）式により求められた。ξとｘとの関係は、先の（２１）式を先の（１５）式に代入して以下の（２２）式の如く求めることができる。
【００７１】
【数２２】
2008184747.tif 000024
【００７２】
先の（１７）式と（１８）式により境界条件は次の（２３）式で示される。
【００７３】
【数２３】
2008184747.tif 000025
【００７４】
先の（２２）式の釣り合い式を先の（２３）式の境界条件の下で解くと次式を得ることができる。
いま、鋼管の径（Ｄ）が長さ方向で変化し、管厚（ｔ）は一定とした場合の最適形状は、ｎ＝３、ｍ＝１に対応する。以上から以下の（２４）式〜（２６）式が求まる。
【００７５】
【数２４】
2008184747.tif 000026
【００７６】
【数２５】
2008184747.tif 000027
【００７７】
【数２６】
2008184747.tif 000028
【００７８】
（２６）式は、両端ピン支持として求めたため、曲げモーメント抵抗は必要なく、両端の断面積は０となる。
なお、ここまで弾性論について説明した両端ピン支持の鋼管の解析手法の基本、並びに以下に記述する解析手法の基本は、弾性学「著者：倉西正嗣、発行所：（株）国際理工研究社：発売元：（株）文献社、昭和２４年４月２５日  初版発行、昭和４５年１０月１０日  復刻版発行」のＰ２７２〜Ｐ２７９に詳細に説明されている。
以上説明の如く弾性論に基づき計算した結果、両端単純支持の柱の最適形状（座屈荷重が同一であっても柱を構成する鋼管の部材断面積を最小にする）を考慮した結果を図１７に示す。
【００７９】
図１７に示す横軸は鋼管の部材全長に対する比率であり、縦軸は部材中央の断面径に対する比率である。最適形状は部材両端で０であり、部材中央で１．０を繋ぐ曲線形状である。両端で０になるのは、座屈荷重を求める際に境界条件を両端単純支持にしたため、曲げモーメント抵抗を必要としないためである。
ただし、図１７に示す結果は、仮定した解析モデルに対しては理想的な結果であるが、実際には両端で断面が０となると、曲げモーメント抵抗は必要でなくても座屈荷重分の軸力を少なくとも負担する必要が出てくる。部材が作用軸力を負担するためには、部材の作用応力度を降伏応力度以下にする必要が生じる。部材が作用軸力を負担するためには、部材の作用応力度を降伏応力度以下にする必要が生じる。
実際に部材に要求される断面は、座屈に抵抗するための曲げ抗力に加えて、その時に作用している軸力（座屈軸力）に対する抵抗である。
なお、参考のために、部材の端部を直線部としたξ≧０．６の場合の最適断面形状を図１８に示しておく。
【００８０】
座屈に対する曲げ抵抗は、先の（２６）式で求めたため、軸力に対する抵抗について以下に検討する。
図１９に示す如く、中央部が膨らんだ形状の鋼管を想定し、材長をＬ、軸方向に作用する力をｐ、軸方向の向きをｘとすると、鋼管表面の形状はＡ（ｘ）＝Ａ０ ξ（ｘ）となり、図１９の関係から、断面の応力度は、降伏応力度以下であり、以下の（２７）式の関係を有する必要がある。
【００８１】
【数２７】
2008184747.tif 000029
【００８２】
いま、Ａ＝Ａ０ξ を上式に代入すると、以下の（２８）式が得られる。また、部材の作用軸力ｐは、降伏軸力ｐｙに対し一般に２０％程度以上を作用させるのが通常である。図２０にその関係を示しておく。
【００８３】
【数２８】
2008184747.tif 000030
【００８４】
従って、ξの範囲は、以下の（２９）式の範囲を想定できる。しかし、現実を想定した（２９）式の条件と、先に説明した（２６）氏の関係を示す図１７に示す条件とは、部材の両端で矛盾を生じるので、新たな最適形状の発見が必要であることが判明した。
【００８５】
【数２９】
2008184747.tif 000031
【００８６】
このため、本発明者は、先の図１７に示す弾性論に基づく最適形状を満足し、また、先の（２９）式を満足する形状関数を回帰分析的に検討した結果、以下の（３０）式に示す４次関数の関係がトラス構造用鋼管に最適であることを見出した。
【００８７】
【数３０】
2008184747.tif 000032
【００８８】
上記（３０）式において、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは未定係数であり、次の（３１）式の条件 １）〜４）式により求めることができる。
【００８９】
【数３１】
2008184747.tif 000033
【００９０】
前記（３１）式の条件 １）式より、ｅ＝ｙ０    … ５）式
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝ｙ０  … ６）式
前記（３１）式の条件 ３）式、 ４）式より、以下の ７）式の関係となる。
ｄｙ／ｄ（ｘ／Ｌ）＝４ａ（ｘ／Ｌ）３＋３ｂ（ｘ／Ｌ）２＋２ｃ（ｘ／Ｌ）＋ｄ
４ａ・（１／２）３＋３ｂ（１／２）２＋２ｃ（１／２）＋ｄ
＝（１／２）ａ＋（３／４）ｂ＋ｃ＋ｄ    … ７）式
ｄ＝Φ  … ８）式
【００９１】
前記の条件 ２）式より、以下の関係となる。
ａ（１／２）４＋ｂ（１／２）３＋ｃ（１／２）２＋ｄ・（１／２）＋ｅ
＝（１／１６）ａ＋（１／８）ｂ＋（１／４）ｃ＋（１／２）ｄ＋ｅ＝１  …９）式
【００９２】
前記 ５）、８）式を前記６）式、７）式、９）式に代入すると以下のようになる。
ａ＋ｂ＋ｃ＝−Φ    … １０）式
（１／２）ａ＋（３／４）ｂ＋ｃ＝−Φ  … １１）式
（１／１６）ａ＋（１／８）ｂ＋（１／４）ｃ＝１−ｙ０−（Φ／２）  … １２）式
【００９３】
前記 １０）式より、ｃ＝−ａ−ｂ−Φ      … １３）式
上記 １３）式を １１）式に代入する。
（１／２）ａ＋（３／４）ｂ−ａ−ｂ−Φ＝−Φ
−（１／２）ａ−（１／４）ｂ＝０
ｂ＝−（１／２）ａ×４＝−２ａ    … １４）式
【００９４】
前記 １３）、 １４）式の関係を １２）式の関係に代入する。
（ａ／１６）＋（１／８）（−２ａ）＋（１／４）（−ａ＋２ａ−Φ）
＝１−Ｙ０−（Φ／２）
ａ／１６＝１−ｙ０−４Φ
よって、ａ＝１６（１−ｙ０）−４Φ    … １５）式
前記 １５）式を前記１４）式に代入すると、以下の１６）式となる。
ｂ＝−３２（１−ｙ０）＋８Φ    … １６）式
更に前記 １３）式に代入する。
ｃ＝−１６（１−ｙ０）＋４Φ＋３２（１−ｙ０）−８Φ−Φ
よって、Ｃ＝１６（１−ｙ０）−５Φ    … １７）式
以上の関係から、求める形状関数は以下の（３２）式となる。
【００９５】
【数３２】
2008184747.tif 000034
【００９６】
前記ｙの範囲について、前記（２７）式と（２８）式より、ｐ／Ａ＜σｙ、
ｐ／Ａ０ｙ＜σｙの関係があるので、以下の（３３）式が成り立つ。この関係は、先の図２０を元に説明した場合の関係と同様である。
【００９７】
【数３３】
2008184747.tif 000035
【００９８】
ここでｙは、部材の長さ方向の中央で最大１．０であり、部材の端部で最小値を取る。よって、ｙ（ｘ／Ｌ＝０，１）＝ｙ０  ＞０．２の関係となる。
従って、ｙ０に対して、下記（３４）式の条件を付加しておけば、部材全長で満足されることとなる。
【００９９】
【数３４】
2008184747.tif 000036
【０１００】
次に、Φの範囲について述べる。
前記（３２）式の形状関数は、上に凸型の形状を想定している。よって以下の（３５）式の関係がある。
【０１０１】
【数３５】
2008184747.tif 000037
【０１０２】
前記（３５）式より、以下の（３６）式の関係となる。
【０１０３】
【数３６】
2008184747.tif 000038
【０１０４】
なお、前記（３１）式と前記 ４）式の関係より、部材両端の角度であり、Φ≧０を想定している。従って以下の（３７）式が成立する。
【０１０５】
【数３７】
2008184747.tif 000039
【０１０６】
ここで再度、理解の容易化のために、前記各式の関係について補足説明する。
弾性論に基づき、両端単純支持の柱の最適形状（座屈荷重が同一でも部材体積を最小にする）は図１７に示した通りである。図１７において、横軸は部材全長に対する比率であり、縦軸は部材中央の断面径に対する比率である。最適形状は、部材両端で０であり、部材中央で１．０を繋ぐ曲線形状となる。図１７において両端で０になるのは、座屈加重を求める際に境界条件を両端単純支持にしたため、曲げモーメント抵抗を必要としないためである。
図１７に示す結果は、仮定した解析モデルに対して理想的な結果であるが、実際には両端で断面が０になると、曲げモーメント抵抗は必要でなくても座屈荷重分の軸力を少なくとも負担する必要が出てくる。部材が作用軸力を負担するためには、部材の作用応力を降伏応力度以下にする必要が出てくる。この点、先の（２７）式の関係となる。
また、部材の作用軸力ｐは降伏軸力ｐｙに対して一般に２０％程度以上を作用させるため（（２８）式参照）、ξ（ｘ）に対して（２９）式の条件が誘導される。現実を想定した前記（２９）式の条件と図１７に示す状態は部材両端で矛盾が生じるために、先に説明した如く新たな形状の発見が必要であった。
【０１０７】
そこで本発明者は、前記トラス構造用鋼管の形状解析にあたり、回帰分析等により検討し、前記（３０）式の４次関数に対し、（３１）式の境界条件を満足させることができる関数式であることを見出した。（３０）式の４次関数に関し、（３１）式の境界条件を満足させるように各々の係数を求めると（３２）式が得られる。ここでｙ０は、部材両端の関係（無次元化）であり、Φは部材両端での形状の傾きである。
部材は、最小軸力条件式の（３３）式と部材中央での形状を凸関数とする条件式（３５）式から、（３４）式と（３７）式が誘導される。従って、（３２）式の形状関数は、（３４）式、（３７）式の条件の下で最適形状を与えることとなる。
【０１０８】
次に、図２１〜図２４に先の（３２）式の最適形状関数を示す。図２１はｙ０＝０．２の場合を示し、図２２はｙ０＝０．４の場合を示し、図２３はｙ０＝０．６の場合を示し、図２４はｙ０＝０．８の場合を示す。
実際にはｙ０は、（３４）式に示したように０．２〜１．０までの間で連続的に設定することができ、設定したｙ０に対して（３７）式に基づきΦも設定される。
図２１はｙ０＝０．２の場合の例であるが、Φの取る値により関数は変化する。この場合は、０≦Φ≦６．４で最適形状を与える。
例えば図２１の場合は、形状関数のｂ曲線とｃ曲線の間に位置する斜線の範囲にトラス構造用鋼管の形状を制御すればよい。
そしてその際の最大値と最小値は、
ｙmin＝１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）４−３２（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）３＋１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）２＋０（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  なる式と、
ｙmax＝−１６（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）４＋３２（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）３−２４（１−ｙ0）（ｘ／Ｌ）２＋８（１−ｙ０）（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  なる式で示されるので、ｙminとｙmaxとの間の位置する図２１の範囲を選択することとなる。
【０１０９】
図２２はｙ０＝０．４の場合の例であるが、Φの取る値により関数は変化する。この場合は、０≦Φ≦４．８で最適形状を与える。
例えば図２２の場合は、形状関数のｄ曲線とｅ曲線の間に位置する斜線の範囲にトラス構造用鋼管の形状を制御すればよい。最大値と最小値の関係は図２１の場合と同様にｙminとｙmaxとの間の位置する図２１の範囲を選択することとなる。
【０１１０】
図２３はｙ０＝０．６の場合の例であるが、Φの取る値により関数は変化する。この場合は、０≦Φ≦３．２で最適形状を与える。
例えば図２３の場合は、形状関数のｆ曲線とｇ曲線の間に位置する斜線の範囲にトラス構造用鋼管の形状を制御すればよい。最大値と最小値の関係は図２１の場合と同様にｙminとｙmaxとの間の位置する図２３の範囲を選択することとなる。
図２４はｙ０＝０．８の場合の例であるが、Φの取る値により関数は変化する。この場合は、０≦Φ≦１．６で最適形状を与える。
例えば図２４の場合は、形状関数のｈ曲線とｉ曲線の間に位置する斜線の範囲にトラス構造用鋼管の形状を制御すればよい。最大値と最小値の関係は図２１の場合と同様にｙminとｙmaxとの間の位置する図２４の範囲を選択することとなる。
【０１１１】
また、これらの図２１〜図２４に示す各形状関数においては、部材両端での形状の傾きを示すΦが０から８（１−ｙ0）で連続的に変化したときの次の関数
ｙ＝[１６（１−ｙ0）−４Φ]（ｘ／Ｌ）４−[−３２（１−ｙ0）＋８Φ]（ｘ／Ｌ）３＋[１６（１−ｙ0）−５Φ]（ｘ／Ｌ）２−Φ（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  で表される形状にトラス構造用鋼管の形状を制御すれば、良いこととなる。
具体的には、先に説明したｙminとｙmaxとの間の位置する形状関数になるように、図２５に示す例の温間スピニング加工装置Ａによりトラス構造用鋼管の外形形状を制御しつつトラス構造用鋼管を製造すれば良い。
また、具体的には、先のｙ＝[１６（１−ｙ0）−４Φ]（ｘ／Ｌ）４＋[−３２（１−ｙ0）＋８Φ]（ｘ／Ｌ）３＋[１６（１−ｙ0）−５Φ]（ｘ／Ｌ）２＋Φ（ｘ／Ｌ）＋ｙ０  で表される形状関数に合致するように図２５に示す例の温間スピニング加工装置Ａによりトラス構造用鋼管の外形形状を制御しつつトラス構造用鋼管を製造すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】図１は本発明に係るトラス構造用鋼管の第１実施形態を示す部分断面図。
【図２】図２は本発明に係るトラス構造用鋼管の第２実施形態を示す部分断面図。
【図３】図３は本発明に係るトラス構造用鋼管の第３実施形態を示す部分断面図。
【図４】図４は本発明に係るトラス構造用鋼管の第４実施形態を示す部分断面図。
【図５】図５は本発明に係るトラス構造用鋼管の第５実施形態を示す部分断面図。
【図６】図６は本発明に係るトラス構造用鋼管の第６実施形態を示す部分断面図。
【図７】図７は本発明に係るトラス構造用鋼管の第７実施形態を示す部分断面図。
【図８】図８は本発明に係るトラス構造用鋼管の第８実施形態を示す部分断面図。
【図９】図９は本発明に係るトラス構造用鋼管の第９実施形態を示す部分断面図。
【図１０】図１０は本発明に係るトラス構造用鋼管の第１０実施形態を示す部分断面図。
【図１１】図１１は本発明に係るトラス構造用鋼管の第１１実施形態を示す部分断面図。
【図１２】図１２は本発明に係るトラス構造用鋼管の第１２実施形態を示す部分断面図。
【図１３】図１３は本発明に係るトラス構造用鋼管の第１３実施形態を示す部分断面図。
【図１４】図１４は本発明に係るトラス構造用鋼管の第１４実施形態を示す部分断面図。
【図１５】図１５は本発明に係るトラス構造用鋼管の第１５実施形態を示す部分断面図。
【図１６】図１６は本発明に係るトラス構造用鋼管の第１６実施形態を示す部分断面図。
【図１７】図１７は両端単純支持の柱の最適形状（座屈荷重が同一であっても柱を構成する鋼管の部材断面積を最小にする）を考慮した結果を示す線図。
【図１８】図１８は端部を直線部としたξ≧０．６の場合の最適断面形状を示す線図。
【図１９】図１９は座屈に対する曲げ抵抗を解析する場合に用いる説明図。
【図２０】図２０は（２７）式と（２８）式から導かれる関係を示すグラフ。
【図２１】図２１はトラス構造用鋼管の最適断面形状の形状関数の一例を示すもので、部材両端での関係の値ｙ０＝０．２の場合を示す線図。
【図２２】図２２はトラス構造用鋼管の最適断面形状の形状関数の一例を示すもので、部材両端での関係の値ｙ０＝０．４の場合を示す線図。
【図２３】図２３はトラス構造用鋼管の最適断面形状の形状関数の一例を示すもので、部材両端での関係の値ｙ０＝０．６の場合を示す線図。
【図２４】図２４はトラス構造用鋼管の最適断面形状の形状関数の一例を示すもので、部材両端での関係の値ｙ０＝０．８の場合を示す線図。
【図２５】図２５は本発明に係るトラス構造用鋼管を製造するための温間スピニング加工装置の一例を示す概略構成図。
【図２６】図２６は従来のトラス構造用鋼管の一例を示す側面図。
【符号の説明】
【０１１３】
１、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５…トラス構造用鋼管、
７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００…トラス構造用鋼管、
２、３２、３６、４２、６１…トラス部材、
３、３３、３７、４３、５６、６２…トラス部材端部、
２ａ、３２ａ、３６ａ、４２ａ…周壁、
３ａ、３３ａ、３７ａ、４３ａ…周壁、
５１、６６、７１、７６…管部、
８１、８６、９１…焼き嵌め部材。
【図１】
2008184747.tif 000040
【図２】
2008184747.tif 000041
【図３】
2008184747.tif 000042
【図４】
2008184747.tif 000043
【図５】
2008184747.tif 000044
【図６】
2008184747.tif 000045
【図７】
2008184747.tif 000046
【図８】
2008184747.tif 000047
【図９】
2008184747.tif 000048
【図１０】
2008184747.tif 000049
【図１１】
2008184747.tif 000050
【図１２】
2008184747.tif 000051
【図１３】
2008184747.tif 000052
【図１４】
2008184747.tif 000053
【図１５】
2008184747.tif 000054
【図１６】
2008184747.tif 000055
【図１７】
2008184747.tif 000056
【図１８】
2008184747.tif 000057
【図１９】
2008184747.tif 000058
【図２０】
2008184747.tif 000059
【図２１】
2008184747.tif 000060
【図２２】
2008184747.tif 000061
【図２３】
2008184747.tif 000062
【図２４】
2008184747.tif 000063
【図２５】
2008184747.tif 000064
【図２６】
2008184747.tif 000065