(57)【要約】【課題】板材同士が溶接されている溶接構造体の応力評価を行うのに適した溶接構造体の応力評価方法を実現する。【解決手段】フランジとウェブが溶接（部分溶け込み溶接）されている溶接構造体の応力評価方法は、溶接構造体の外形モデル１００を作成する第１ステップ（Ｓ１）と、外形モデル１００におけるフランジとウェブの接合部分に溶接（溶接ビード）に対応する剛域３１を反映させたシミュレーションモデル１０１を作成する第２ステップ（Ｓ２）と、シミュレーションモデル１０１を用いて溶接構造体の応力を評価する第３ステップ（Ｓ３）と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの板材が溶接されている溶接構造体の応力評価方法であって、
前記溶接構造体の外形モデルを作成する第１ステップと、
前記外形モデルにおける前記板材同士の接合部分に溶接に対応する剛域を反映させたシミュレーションモデルを作成する第２ステップと、
前記シミュレーションモデルを用いて前記溶接構造体の応力を評価する第３ステップと、
を含むことを特徴とする溶接構造体の応力評価方法。
【請求項２】
前記溶接構造体は、第１の板材に対し第２の板材が傾斜した向きに溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接構造体の応力評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板材同士が溶接されている溶接構造体の応力評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｈ形鋼材を主桁とし、レールの延在方向に沿って配置された一対の主桁の下フランジ又はウェブに架け渡された枕木受桁によって、レールを受ける枕木を下方から支持する構造の工事桁が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この工事桁における主桁（Ｈ形鋼材）の構造や強度に関する評価を行う場合、圧延によって製造されたＨ形鋼材を解析モデルにしたＦＥＭ構造解析などによって、その応力評価が行われる。
Ｈ形鋼材は、圧延によって製造されたものが主流であるので、そのような汎用性のあるＨ形鋼材を解析モデルにするのが一般的となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−３６６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、汎用性のあるＨ形鋼材ではなく、フランジとウェブを溶接して形成した独自の桁材である溶接構造体を使用する場合もある。
このような溶接構造体の応力評価を行う構造解析を行う場合、一般的には溶接により生成されるビードと呼ばれる領域を考慮せずに解析がなされるため、解析結果と溶接構造体に生じる挙動の実情とに乖離が生じることがある。
そこで、本発明者らは、板材同士が溶接されている溶接構造体の応力評価を行うのに適した評価方法を実現する検討を行った。
【０００５】
本発明の目的は、板材同士が溶接されている溶接構造体の応力評価を行うのに適した溶接構造体の応力評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この発明は、
少なくとも２つの板材が溶接されている溶接構造体の応力評価方法であって、
前記溶接構造体の外形モデルを作成する第１ステップと、
前記外形モデルにおける前記板材同士の接合部分に溶接に対応する剛域を反映させたシミュレーションモデルを作成する第２ステップと、
前記シミュレーションモデルを用いて前記溶接構造体の応力を評価する第３ステップと、
を含むようにした。
【０００７】
かかる構成の溶接構造体の応力評価方法によれば、少なくとも２つの板材同士が溶接されている溶接構造体のシミュレーションモデルに接合部分の溶接（溶接ビード）に対応する剛域が設定されているので、溶接構造体の実構造により忠実な挙動を再現した応力評価を行うことができる。
【０００８】
また、前記溶接構造体は、第１の板材に対し第２の板材が傾斜した向きに溶接されている。
つまり、第１の板材に対し第２の板材が傾斜した向きに溶接されている溶接構造体の応力評価を行うにあたり、前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップの処理を行うようにする。
こうすることで、第１の板材と第２の板材が任意の角度で溶接されている溶接構造体についても、溶接構造体の実構造により忠実な挙動を再現した応力評価を行うことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、板材同士が溶接されている溶接構造体の応力評価を行うのに適した溶接構造体の応力評価方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の溶接構造体の応力評価方法による応力評価処理のフローチャートである。
【図２】溶接構造体の応力評価処理において作成される溶接構造体の外形モデル（ａ）とシミュレーションモデル（ｂ）である。
【図３】溶接構造体の応力評価処理において作成される溶接構造体の外形モデル（ａ）とシミュレーションモデル（ｂ）である。
【図４】従来技術の解析モデルに準じる溶接構造体の外形モデル（ａ）とシミュレーションモデル（ｂ）である。
【図５】溶接構造体の応力評価処理において作成される溶接構造体の外形モデル（ａ）とシミュレーションモデル（ｂ）である。
【図６】フランジに対しウェブが傾斜した向きに溶接されている溶接構造体を利用している工事桁を示す説明図である。
【図７】工事桁の溶接構造体を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明に係る溶接構造体の応力評価方法の実施形態について詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
本実施形態では、鋼材である第１の板材と第２の板材が溶接されている溶接構造体（例えばフランジとウェブが部分溶け込み溶接されている桁材）の応力評価を好適に行うことができる溶接構造体の応力評価方法について説明する。
【００１２】
本発明に係る溶接構造体の応力評価方法に準拠した評価処理は、コンピュータである情報処理装置によって実行される。
情報処理装置は、各種データやプログラムの記憶が可能な記憶装置と、画像やデータの表示が可能な表示装置と、ユーザの操作を入力可能なキーボードやマウスなどの操作入力装置と、応力評価に関する様々なデータ処理を行うデータ処理部等を備えている。
データ処理部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）がプログラムを実行して機能する機能モジュールである。
【００１３】
本実施形態における溶接構造体の応力評価方法について、図１に示す、応力評価処理のフローチャートに基づき説明する。
まず、応力評価を行う対象の溶接構造体であって、第１の板材であるフランジと第２の板材であるウェブを突き合わせてなる溶接構造体の外形モデルを作成する（ステップＳ１）。
溶接構造体の外形モデルは、例えば、３次元スキャナによって取り込んだ画像データや、ＣＡＤデータなどを元に作成することができる。
フランジ１０とウェブ２０が溶接部３０によって溶接（部分溶け込み溶接）されている溶接構造体（１００）の外形モデル１００は、例えば、図２（ａ）に示すようなモデルとして作成される。
【００１４】
次いで、外形モデル１００におけるフランジ１０とウェブ２０の接合部分に、溶接の溶接ビードに対応する剛域３１を反映させたシミュレーションモデルを作成する（ステップＳ２）。
ここでは、フランジ１０及びウェブ２０の材料特性や寸法（長さ、幅、厚さ）のデータを入力したり、溶接による溶接部３０（溶接ビード）の形状に応じた剛域設定データを入力したりして、フランジ１０とウェブ２０に応じた適切な範囲を剛域３１として設定する。
本実施形態では、例えば、板厚３０ｍｍのフランジ１０と板厚２０ｍｍのウェブ２０が突き合わされている接合部分において溶接ビード１０ｍｍの条件下においては、フランジ１０側にはフランジの幅の１／５を剛域３１として設定し、ウェブ２０側にはウェブの幅（桁高）の１／７を剛域３１として設定した。
この溶接構造体（１００）のシミュレーションモデル１０１は、例えば、図２（ｂ）に示すようなモデルとして作成される。
【００１５】
次いで、作成したシミュレーションモデル１０１を用いて溶接構造体（１００）の応力評価を行う（ステップＳ３）。
溶接構造体（１００）のフランジ１０の端部に荷重Ｐが作用した場合の応力評価は、例えば、図３（ｂ）に示すように、シミュレーションモデル１０１を用いて行われる。
このように、溶接構造体（１００）のシミュレーションモデル１０１に接合部分の溶接ビードに対応する剛域３１が設定されているので、溶接構造体（１００）の実構造により忠実な挙動を再現した解析や評価を行うことが可能になる。
【００１６】
これに対し、フランジ１０とウェブ２０が突き合わされてなる溶接構造体を、従来技術のような解析モデルにすると、例えば、その溶接構造体の外形モデル２００は、図４（ａ）に示すようなモデルとして作成され、その溶接構造体のシミュレーションモデル２０１は、図４（ｂ）に示すようなモデルとして作成される。
図４（ｂ）に示した溶接構造体のシミュレーションモデル２０１には、接合部分の溶接に対応する剛域３１が設定されていないので、このシミュレーションモデル２０１を用いて溶接構造体のフランジ１０の端部に荷重Ｐが作用した場合の応力評価を行うと、溶接構造体の実構造よりも変位や応力が大きくなる解析や評価が行われてしまうことになる。
例えば、ある設計条件下においてフランジ１０とウェブ２０が溶接（部分溶け込み溶接）されている溶接構造体（１００）のフランジ１０の端部に荷重Ｐを載荷した場合の最大応力（実測値）は９０［Ｎ／ｍｍ２］であるのに対し、従来技術の解析モデルによる応力評価を行うと、その最大応力は１６５［Ｎ／ｍｍ２］となってしまう。
このような解析結果と溶接構造体の実情とに乖離が生じるという課題を本発明者らが見出し、本発明に係る溶接構造体の応力評価方法を実現するに至った。
【００１７】
以上のように、本発明に係る溶接構造体の応力評価方法であれば、溶接構造体のシミュレーションモデル１０１に溶接ビードに対応する剛域３１が設定されているので、溶接構造体の実構造により忠実な挙動を再現した応力評価を行うことができる。
【００１８】
そして、従来技術の解析モデルによる応力評価では、溶接構造体に発生する応力が実情よりも大きくなってしまうので、その評価結果に基づき設計された溶接構造体は、過大な構造を有するものになってしまう可能性があったが、本発明に係る溶接構造体の応力評価方法によって、溶接構造体の実構造により忠実な応力評価を行うようにすれば、溶接構造体の構造を最適化することができるため、例えば、従来の溶接構造体と比較してフランジ１０の板厚を薄くするなど溶接構造体の軽量化を図ることが可能なり、溶接構造体の製造コストの低減や現場作業の省力化が可能になる。
【００１９】
なお、以上の実施の形態においては、フランジ１０とウェブ２０が直交する向きで溶接されている溶接構造体を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図５（ａ）（ｂ）に示すように、フランジ１０に対しウェブ２０が傾斜した向きに溶接されている溶接構造体についても、その溶接構造体の外形モデル１００やシミュレーションモデル１０１を作成して、その溶接構造体の応力評価を行うこともできる。
【００２０】
フランジ１０に対しウェブ２０が傾斜した向きに溶接されている溶接構造体５０の具体例としては、例えば、図６に示すような、一対の主桁と、その主桁間に横架され枕木を支える横桁とからなる軌道用の工事桁構造における主桁（溶接構造体５０）が考えられる。
【００２１】
工事桁１は、図６に示すように、レールＲの延在方向に沿って配設された一対の溶接構造体５０と、その一対の溶接構造体５０に架け渡された横桁６０とを備えており、レールＲを受ける枕木Ｍを横桁６０で下方から支持するようになっている。なお、横桁６０は、図７に示すように、ボルトやナットなどの締結具７０によってフランジ１０の上面に取り付けられている。かかる工事桁１（桁構造）によれば、主桁（溶接構造体５０）のウェブ２０が傾斜しているため、バラスト撤去量を少なくすることができる。
【００２２】
この工事桁１の溶接構造体５０は、図７に示すように、フランジ１０と、ウェブ２０と、上フランジ１１を備えており、フランジ１０とウェブ２０は溶接部３０によって接合され、上フランジ１１とウェブ２０は溶接部３０によって接合されている。
なお、フランジ１０と上フランジ１１は、互いに平行となっている。
【００２３】
このような工事桁１を構築するにあたり、フランジ１０に対しウェブ２０が傾斜した向きになっている溶接構造体５０が必要となったため、フランジ１０に対しウェブ２０が傾斜した向きに溶接されている溶接構造体５０を自作した。
このようにフランジ１０とウェブ２０が溶接されている溶接構造体５０を自作した場合、従来技術のような解析モデルでは、解析結果と溶接構造体の実情とに乖離が生じるという課題を本発明者らが見出し、本発明に係る溶接構造体の応力評価方法を実現するに至った。
【００２４】
なお、以上の実施の形態においては、フランジ１０とウェブ２０は部分溶け込み溶接されているとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、フランジ１０とウェブ２０が他の溶接継手で接合されている溶接構造体であってもよい。
【００２５】
また、以上の実施の形態においては、フランジ１０とウェブ２０（第１の板材と第２の板材）が溶接されている溶接構造体の応力評価を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも２つの板材が溶接されている溶接構造体であればよく、３つ以上の板材が溶接されている溶接構造体の応力評価にも本発明を適用できる。
【００２６】
また、以上の実施の形態においては、溶接構造体のシミュレーションモデルを作成する処理を、溶接構造体の外形モデルを作成する第１ステップと、その外形モデルに基づくシミュレーションモデルを作成する第２ステップとの二工程で行うようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１ステップと第２ステップの処理を一工程で行うことも可能である。
例えば、３次元スキャナによって取り込んだ溶接構造体の画像データに基づき、溶接構造体の外形モデルとシミュレーションモデルを作成する処理を実行すればよい。このとき、一時的に作成した外形モデルをアウトプットしなければ実質一工程となる。
また、３次元スキャナによって取り込んだ溶接構造体の画像データを外形モデルとし、その取り込んだ画像データ（外形モデル）に基づいてシミュレーションモデルを作成すれば実質一工程となる。
【００２７】
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００２８】
１０    フランジ（第１の板材）
２０    ウェブ（第２の板材）
３０    溶接部
３１    剛域
１００  外形モデル（溶接構造体）
１０１  シミュレーションモデル
Ｐ      荷重
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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