(57)【要約】【課題】鋼床版の溶接ルート部を起点とする疲労亀裂を抑制できる鋼床版の製造方法を提供する。【解決手段】鋼床版の製造方法は、鋼板２にリブ３を溶接してなる鋼床版を製造する方法である。鋼板２は、リブ３が溶接される側とは反対側の表面４に溝１４を有する。鋼床版の製造方法は、鋼板２にリブ３の両端１１を突き当てて溶接する工程と、鋼板の溝１４を肉盛溶接により溶接金属で埋める工程と、を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板にリブを溶接してなる鋼床版を製造する方法であって、
前記鋼板は、前記リブが溶接される側とは反対側の表面に溝を有し、
前記鋼板に前記リブの両端を突き当てて溶接する工程と、
前記鋼板の溝を肉盛溶接することにより溶接金属で埋める工程と、を備える、鋼床版の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼床版の製造方法であって、
前記溝は、前記鋼板の厚さ方向において、前記鋼板の裏面と前記リブの端との溶接ルート部と対向する、鋼床版の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の鋼床版の製造方法であって、
前記溝の深さは、前記鋼板の厚さの０．５倍以上である、鋼床版の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼床版の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁の内部には、鋼床版が配置される。一般に鋼床版は、デッキプレートと呼ばれる鋼板にリブを取り付けた構造となっている。このリブは、たとえば断面形状がＵ字、Ｖ字、Ｙ字等であって、鋼板と閉断面を形成する（以下、閉断面リブとも称す。）。この閉断面リブは、鋼板を補強するためのものであり、溶接によって鋼板に取り付けられる。
【０００３】
橋梁内部の鋼床版には橋梁上を通過する自動車、鉄道車両等による荷重が加わる。また、複数の車両が橋梁上を断続的に通過するため、鋼床版には繰り返し荷重が加わる。このような繰り返し荷重が鋼床版の疲労限界を超えれば、鋼床版が損傷する。特に、閉断面リブと鋼板との溶接ルート部において疲労亀裂が生じやすい。溶接ルート部は、溶接される部材において溶接により溶融した部分と溶融していない部分との境界をいう。したがって、鋼床版には高い疲労強度が要求される。
【０００４】
疲労強度が高い鋼床版はたとえば、特開２０１６−２０５０２４号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００５】
特許文献１の鋼床版は、略板状のデッキプレートと、デッキプレートの裏面に溶接された閉断面リブと、デッキプレートとリブとで形成される閉断面側のデッキプレート裏面に設けられた溝部とを含む。デッキプレートの表面に車両荷重が加えられると、デッキプレート表面には引張応力が生じ、裏面には圧縮応力が生じる。デッキプレートの裏面には溝部が設けられているため、裏面に生じた圧縮応力が溝部により遮断される。そのため、溶接ルート部での応力集中が低減され、溶接ルート部を起点とした疲労亀裂が抑制される、と特許文献１には記載されている。
【０００６】
鋼板又はリブの形状によらず鋼床版の疲労強度を向上させる溶接方法はたとえば、特開昭５１−９０９４６号公報（特許文献２）に開示されている。
【０００７】
特許文献２の溶接方法では、プラズマ発生装置を用いて、所定の条件下で部材を溶接する。これにより、溶接部に微細な切欠が発生することが抑制され、溶接部が滑らかになる。そのため、微細な切欠に応力集中が生じて溶接部の疲労強度が低減することが抑制される、と特許文献２には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１６−２０５０２４号公報
【特許文献２】特開昭５１−９０９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２の溶接方法によれば溶接部の疲労強度は低減されるが、プラズマ溶接を用いる必要がある。そのため、他の溶接方法でも疲労強度の向上を図れるようにすることが望ましい。
【００１０】
本発明の目的は、鋼床版の溶接ルート部を起点とする疲労亀裂を抑制できる鋼床版の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態の鋼床版の製造方法は、鋼板にリブを溶接してなる鋼床版を製造する方法である。鋼板は、リブが溶接される側とは反対側の表面に溝を有する。鋼床版の製造方法は、鋼板にリブの両端を突き当てて溶接する工程と、鋼板の溝を肉盛溶接することにより溶接金属で埋める工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による鋼床版の製造方法によれば、鋼床版の溶接ルート部を起点とする疲労亀裂を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、鋼床版を示す断面図である。
【図２】図２は、鋼床版の溶接ルート部の疲労亀裂の発生メカニズムを説明するための模式図である。
【図３】図３は、リブと鋼板とを溶接した場合の鋼床版の残留応力を示す等高線図である。
【図４】図４は、本実施形態の鋼床版の製造方法を示す断面図である。
【図５】図５は、溝を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明例１で用いた解析モデルを示す図である。
【図７】図７は、解析モデルの座標を示す図である。
【図８】図８は、比較例の残留応力分布を示す図である。
【図９】図９は、本発明例１の残留応力分布を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明例２の残留応力分布を示す図である。
【図１１】図１１は、本実施例での鋼板の裏面での残留応力分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下では閉断面リブの断面形状がＵ字のリブを例に説明する。しかしながら、本実施形態の溶接方法での閉断面リブはＵ字のリブに限定されるものではなく、Ｖ字、Ｙ字形状の閉断面リブにも適用できる。
【００１５】
鋼床版の構造について説明する。
【００１６】
［鋼床版］
図１は、鋼床版を示す断面図である。図１は、鋼床版の延伸方向に垂直な断面である。鋼床版１は、橋梁、高速道路等の内部に配置される。高速道路を例にとると、鋼床版は車両が通るアスファルト路面の下に配置される。鋼床版は、鋼板２と、リブ３とを含む。鋼床版は、道路、橋梁等の延伸方向に沿って延びる。
【００１７】
鋼板２は、表面４と、裏面５とを含む。鋼板２は、所定の厚さを有する板形状である。鋼板の表面４及び裏面５は凹凸形状であってもよい。鋼床版が橋梁等に配置されたとき、鋼板の表面４は車両が通過する側、すなわち上側に配置される。したがって、車両による荷重は鋼板の表面４から加えられる。同様に、鋼床版が橋梁等に配置されたとき、鋼板の裏面５は下側に配置される。
【００１８】
リブ３は、２つの縦壁部６と、底面部７とを含む。リブ３は、鋼からなる。鋼床版が橋梁等に配置されたとき、２つの縦壁部６は上下方向に延びる。ただし、本明細書において「上下方向に延びる」とは、上下方向（鉛直）に厳密に延びる場合に限られず、０〜４５度傾斜して伸びる場合を含む。２つの縦壁部６は間隔をおいて配置される。
【００１９】
底面部７は、一方の縦壁部の端と他方の縦壁部の端とを繋ぐ。すなわち、鋼床版の延伸方向に垂直な断面において、リブ３の断面形状はＵ字である。したがって、一方の縦壁部は、底面部７と反対側の端に自由端を有する。以下では、この縦壁部の底面部７と反対側の自由端を単に「端」と称し、その符号は１１とする。また、以下では、縦壁部６の端１１は、鋼板２の裏面５と溶接される縦壁部の端を意味する。２つの縦壁部は、同一形状であるため、以下では一方の縦壁部のみについて説明する。
【００２０】
縦壁部６の端１１は、鋼板の裏面５に溶接される。そのため、縦壁部の端１１と鋼板の裏面５との接点には溶接部１２が形成される。鋼板の裏面５とリブ３とによって閉断面が形成される。このようなリブを設けることによって、鋼板２が補強され、鋼床版の強度が向上する。
【００２１】
図２は、鋼床版の溶接ルート部の疲労亀裂の発生メカニズムを説明するための模式図である。断面形状がＵ字のリブ３は溶接によって鋼板２に取り付けられる。リブ３及び鋼板２の溶接は、リブの端と鋼板の裏面との接点の外側（リブ３と鋼板の裏面５とで形成される閉断面側と反対側）から実施される。溶接によりリブ３の一部及び鋼板２の一部の材料は溶融する。したがって、リブ３及び鋼板２の内部には溶接により溶融した部分と溶融しない部分との境界、すなわち溶接ルート部９（図２中の破線）が形成される。
【００２２】
このような構造の鋼床版では、鋼板の表面４から荷重が加えられると、鋼板２には応力が負荷される。リブ３と閉断面側の鋼板の裏面５とのなす角度は、直角又は鋭角である。鋼板に応力が負荷されると、リブの内面１０と鋼板の裏面５との交点近傍にある溶接ルート部９に応力集中が生じる。車両の通行により、鋼床版には断続的に荷重が負荷される。したがって、鋼床版では一般に、この溶接ルート部９に疲労亀裂が生じやすい。
【００２３】
そこで、本発明者は、この溶接ルート部を起点とする疲労亀裂を抑制することを検討した。部材のある部分の亀裂は、その部分に大きな引張応力が負荷されることで生じる。そこで、本発明者は鋼床版の溶接ルート部を起点とする疲労亀裂を抑制するために、溶接ルート部の引張残留応力を低減させること、さらには、溶接ルート部に圧縮残留応力を生じさせればよいと考えた。
【００２４】
圧縮残留応力を溶接ルート部に導入するために、本発明者は部材の熱膨張、熱収縮により部材に生じる残留応力に着目した。
【００２５】
部材の一部を加熱すると、加熱された一部は高温になり、熱膨張しようとする。一方、加熱されない部分は、熱膨張しない。加熱される部分の周囲に加熱されない部分があるとする。この場合、加熱された部分の熱膨張は、加熱されない部分により制限される。したがって、加熱された部分には圧縮応力が生じる。その後、加熱を止めると加熱された部分の温度は低下し、常温に戻る。この際、加熱された部分は冷却されるため、熱収縮しようとする。しかしながら、加熱されていない周囲の部分は常温のままであるため、加熱された部分の熱収縮は、加熱されない部分により制限される。したがって、冷却後、加熱された部分には引張応力が生じ、残留する（引張残留応力）。
【００２６】
本発明者は、この理論を鋼床版の製造方法に応用することを検討した。その結果、鋼床版の鋼板の表面を加熱、冷却すれば、鋼板の表面に引張残留応力が導入されるため、その裏側である鋼板の裏面には、力学的平衡を保つため圧縮残留応力が導入されると考えた。そこで、本発明者は数値計算により鋼床版の残留応力を調べた。数値計算の条件は、後述の実施例で説明するためここでは省略する。
【００２７】
図３は、リブと鋼板とを溶接した場合の鋼床版の残留応力を示す等高線図である。すなわち、図３の結果では、リブの端と鋼板の裏面との溶接部のみが加熱されたものである。図３の結果は、後述する実施例の比較例に相当する。溶接部１２の形成により鋼板２の裏面５は加熱される。したがって、冷却後、鋼板の裏面５には引張残留応力（正の値）が生じ、圧縮残留応力は生じなかった。その一方、鋼板２の厚さ方向の中央では、圧縮残留応力（負の値）が生じた。
【００２８】
鋼板２の厚さ方向の中央に圧縮残留応力が生じた理由は次のように考察される。溶接により鋼板の裏面５が加熱されれば、裏面５には引張残留応力が生じるが、鋼板の力学的平衡を保つため、この裏面５の引張残留応力に対向する圧縮残留応力が鋼板の厚さ方向の中央近傍に生じる。したがって、単にリブ３と鋼板２とを溶接しても裏面５には圧縮残留応力を導入することはできない。
【００２９】
なお、図３において、鋼板の表面４にも引張残留応力が生じているが、これは次のような理由のためと考察される。鋼床版は高い強度が要求されるため、一般に、鋼床版に用いられる鋼板の厚さは１６ｍｍ以上と厚い。そのため、鋼板の裏面５側に偏った残留応力と力学的平衡を保つため、鋼板の表面４には引張残留応力が生じる。要するに、鋼床版に用いられる鋼板では、板厚が厚いため、鋼板の厚さ方向の中央近傍に生じる圧縮残留応力に対して鋼板の表面４及び裏面５に生じる引張残留応力が対向することで鋼板の力学的平衡を保っていると考えられる。
【００３０】
そこで、本発明者は、鋼板の裏面５に圧縮残留応力を導入することをさらに検討した。そして、上述した鋼板の厚さ方向の中央近傍に生じる圧縮残留応力を鋼板の裏面５に移動させることで、鋼板の裏面５の引張残留応力を低減、又は圧縮残留応力を導入することを検討した。その結果、後述の実施例に示すように、鋼板の表面４に溝を設け、その溝を加熱（溶接）すれば、鋼板の厚さ方向の中央に生じる圧縮残留応力を鋼板の裏面に生じさせることができることを見出した。
【００３１】
以上の知見に基づいた本実施形態の鋼床版の製造方法は、以下のとおりである。
【００３２】
（１）本実施形態の鋼床版の製造方法は、鋼板にリブを溶接してなる鋼床版を製造する方法である。鋼板は、リブが溶接される側とは反対側の表面に溝を有する。鋼床版の製造方法は、鋼板にリブの両端を突き当てて溶接する工程と、鋼板の溝を肉盛溶接することにより溶接金属で埋める工程と、を含む。
【００３３】
鋼床版には繰り返し荷重が加えられるため、鋼床版には高い疲労強度が要求される。鋼床版は、鋼板（デッキプレート）の裏面に閉断面リブ（たとえば断面形状がＵ字のリブ）を溶接して製造される。鋼床版に繰り返し荷重が加えられると、特に、鋼板とリブとの溶接ルート部で疲労亀裂が生じやすい。鋼板とリブとの溶接は、鋼床版の外側（鋼板の裏面とＵ字のリブとで形成される閉断面と反対側）から行われる。この溶接は一般に、リブの厚さの７５％以上の領域を溶融させて行われる。したがって、溶接により溶融した金属と溶融していない金属との境界である溶接ルート部は溶接部の内側（鋼板の裏面とリブとで形成される閉断面側）に位置する。溶接ルート部での疲労亀裂は、溶接ルート部に引張応力が繰り返し負荷されることが原因で発生する。そこで、本実施形態の鋼床版の鋼板の表面に溝を設け、リブを溶接した後に、この溝を肉盛溶接（加熱）して溶接金属で埋める。そうすると、鋼板の厚さ方向の中央近傍に引張残留応力が生じる。そして、引張残留応力が生じた部分の近傍にある溶接ルート部には、力学的平衡を保つため圧縮残留応力が導入される。これにより、溶接ルート部に意図的に圧縮残留応力を導入し、溶接ルート部の疲労強度を高めることができる。
【００３４】
溝を肉盛溶接して溶接金属によって埋めることで、鋼板の強度低下を抑制できる。また、鋼板の表面にアスファルト舗装等を施しやすくなる。
【００３５】
（２）上記（１）の鋼床版の製造方法において、溝は、鋼板の厚さ方向において、鋼板の裏面とリブの端との溶接ルート部と対向するのが好ましい。
【００３６】
鋼板の表面に設けられた溝を加熱することで、鋼板の厚さ方向において溝と対向する裏面に圧縮残留応力が導入される。したがって、溝が溶接ルート部と対向すれば、溶接ルート部に圧縮残留応力が導入されやすくなり、鋼床版の疲労亀裂を効果的に抑制することができる。
【００３７】
（３）上記（１）又は（２）の鋼床版の製造方法において、溝の深さは、鋼板の厚さの０．５倍以上であるのが好ましい。
【００３８】
後述する実施例に示すように、溝の深さが、鋼板の厚さの０．５倍以上であれば、溶接ルート部に顕著に圧縮残留応力を導入することができる。
【００３９】
以下、本実施形態の鋼床版の製造方法について説明する。本実施形態の鋼床版の製造方法は、溶接工程と、溝溶接工程とを含む。
【００４０】
溶接工程を実施する前に、上述した鋼板及びリブを準備する。鋼板の材料は特に限定されないが、一般に鋼床版には炭素鋼、ステンレス鋼等が用いられる。鋼板の厚さは、１６ｍｍ以上であるのが好ましい。この場合、鋼床版に用いる鋼板として十分な強度が確保されるからである。リブは、プレス成形により成形される。本実施形態では、鋼板及びリブの成形方法は特に限定されず、周知の方法により成形される。
【００４１】
［溶接工程］
図４は、本実施形態の鋼床版の製造方法を示す断面図である。リブを鋼板に溶接する際、一般に鋼板を配置し、上側からリブの両端を鋼板の裏面に突き合わせ、溶接する。したがって、図４では、図１及び図２とは上下を逆転して鋼床版を描いている。溶接工程ではまず、鋼板の裏面５にリブ３の両端を突き当てる。突き合わせる方法は特に限定されないが、一般に鋼板の裏面を上側に向けて配置し、クレーン等により上側からリブを裏面に載せることで突き当てる。なお、リブ３の両端を鋼板２に突き当てた後、溶接を容易にするためにリブ３を仮止めする措置を施してもよい。
【００４２】
リブ３を鋼板２に突き当てた後、リブ３の端１１を鋼板２の裏面５に溶接する。図４では、リブ３の一方の端１１のみを示すが、リブ３の他方の端も同時に溶接する。溶接は、リブの外面１３側から実施するのが好ましい。リブの外面側とは、リブ３と鋼板２とで形成される閉断面側とは反対側を意味する。このように溶接することで、溶接工具を閉断面に入れる必要がないため、溶接が容易になる。溶接の種類は特に限定されない。溶接は、アーク溶接でもよいし、レーザ溶接でもよい。溶接により、溶接部１２が形成され、リブ３及び鋼板の溶接部１２近傍が溶融する。
【００４３】
［溝溶接工程］
溝溶接工程は、溶接工程の完了後に実施される。溝溶接工程では、溝１４を肉盛溶接する。つまり、溝１４への加熱温度は、鋼板２の材料の融点以上である。加熱温度が鋼板の材料の融点未満であれば、材料の熱膨張が十分に大きくないため、冷却後に加熱された部分に引張残留応力が生じにくい。すなわち、溝１４の近傍に引張残留応力が生じにくい。そのため、溶接ルート部９がある鋼板の裏面５に圧縮残留応力が生じにくくなる。たとえば、一般的な溶接構造用鋼であれば加熱温度は、１４５０℃以上であるのが好ましい。
【００４４】
上述したように、単にリブを鋼板の裏面に溶接しただけでは、鋼板の裏面が加熱され、冷却後の鋼板の残留応力は、表面４には引張残留応力、鋼板の厚さ方向中央近傍には圧縮残留応力、裏面５には引張残留応力という三層構造の分布となる。そのため、溶接ルート部９がある裏面５近傍に圧縮残留応力を導入することは困難である。
【００４５】
しかしながら、本実施形態の鋼床版の製造方法によれば、鋼板の表面４に形成された溝１４を肉盛溶接する。溝１４は鋼板の表面４から凹み、板厚中央に及んでいる。したがって、溝１４を肉盛溶接（加熱）することで、溝１４の近傍に引張残留応力が生じ、この引張残留応力が生じた部分の近傍にある鋼板の表面４には、この引張残留応力に対抗する圧縮残留応力が導入される。したがって、単に溶接によって鋼板の裏面５が加熱された場合に鋼板の厚さ方向の中央近傍に生じていた圧縮残留応力が、鋼板の裏面５に押し出されるように生じる。そのため、裏面５近傍にある溶接ルート部９に圧縮残留応力が導入され、鋼床版の疲労強度が向上する。
【００４６】
そして、溶接金属によって溝１４を埋めることができる。これにより、鋼板の強度の低下を抑制することができる。また、鋼板の表面４にはアスファルト舗装等が施されるため、最終的には溝１４は埋められるのが好ましい。
【００４７】
溝について詳述する。
【００４８】
図５は、溝を示す断面図である。図５は、鋼床版の延伸方向に垂直な断面である。溝１４は、２つの側面１５と、１つの底面１６とを含む。鋼床版の延伸方向に垂直な断面で見て、２つの側面１５は鋼板の厚さ方向に延びる。底面１６は２つの側面１５同士をつなぐ。鋼板の厚さ方向において、底面１６と鋼板の裏面５との距離は、鋼板の表面４と裏面５との距離よりも短い。換言すれば、鋼板の表面４よりも底面１６は、裏面５に近い。したがって、溝１４を加熱すれば、鋼板の厚さ方向において、裏面５に近い部分が加熱される。
【００４９】
溝１４は、鋼床版の延伸方向に沿って延びる。リブ３及び鋼板２は鋼床版の延伸方向に存在し、リブ３と鋼板２との溶接も延伸方向に沿って連続して行われる。したがって、溝１４が延伸方向に延びれば、リブ３と鋼板２との溶接ルート部９の全域に圧縮残留応力を導入することが可能となる。しかしながら、溝１４の鋼床版の延伸方向の配置は、これに限定されない。溝１４は、鋼床版の延伸方向に沿って断続的に配置されてもよい。
【００５０】
溝１４は、鋼板の厚さ方向において、鋼板の裏面５とリブの端１１との溶接ルート部９と対向するのが好ましい。より具体的には、溝の底面１６が、鋼板の厚さ方向において、鋼板の裏面５と溶接ルート部９との交点と対向するのが好ましい。上述したように、鋼板の表面４に設けられた溝１４を肉盛溶接（加熱）することで、鋼板の厚さ方向において溝１４と対向する裏面５に圧縮残留応力が導入される。したがって、溝１４が溶接ルート部９と対向すれば、溶接ルート部９に圧縮残留応力が導入され、鋼床版の疲労亀裂を効果的に抑制することができる。さらに、鋼板の裏面５と溶接ルート部９との交点は特に疲労亀裂の起点となりやすいため、溝１４が鋼板の裏面５と溶接ルート部９との交点と対向すれば、より鋼床版の疲労亀裂を効果的に抑制することができる。
【００５１】
しかしながら、溝１４は、鋼板の厚さ方向において、溶接ルート部９と対向しなくてもよい。溝１４が溶接ルート部９と対向しなくても、溝１４を肉盛溶接し、鋼板の裏面５に圧縮残留応力が導入されると、その影響で圧縮残留応力が導入された裏面５の領域の周囲の残留応力も影響を受ける。したがって、溝１４が溶接ルート部９と対向しなくても、溶接ルート部９の周囲に圧縮残留応力が導入され、その影響で溶接ルート部９の引張残留応力が低減されたり、溶接ルート部９に圧縮残留応力が導入されたりすることがあるからである。
【００５２】
溝１４の深さは、鋼板の厚さの０．５倍以上であるのが好ましい。後述する実施例に示すように、溝１４の深さが、鋼板の厚さの０．５倍以上であれば溶接ルート部９に顕著に圧縮残留応力を導入することができる。より好ましくは、後述する実施例に基づき、溝１４の深さは、鋼板の厚さの０．７倍以上であるのが好ましい。なお、溝の深さの上限は特に限定されないが、鋼板の強度、大きさ等を考慮し、上限は適宜設定される。好ましくは、溝１４の深さの上限は、鋼板の厚さの０．９倍以下であり、より好ましくは０．８倍以下である。なお、本実施形態の鋼床版の製造方法は、溝１４の深さが鋼板の厚さの０．５倍未満である場合を排除するものではない。溝１４の深さが鋼板の厚さの０．５倍未満であっても、鋼板の材料、加熱温度等の条件により、溶接ルート部の引張残留応力を低減したり、圧縮残留応力を導入することができるからである。なお、溝の深さとは、鋼板の厚さ方向における、鋼板の表面４と溝の底面１６との距離を意味する。
【実施例】
【００５３】
本実施形態の鋼床版の製造方法の効果を確認するため、鋼床版の鋼板の表面側から加熱（肉盛溶接を想定）し、冷却後に鋼床版に生じる残留応力を数値計算により算出した。本発明例１及び本発明例２では鋼板の表面に溝を設け、溝を加熱した。比較例では鋼板の表面に溝を設けず、単にリブの端と鋼板の裏面との接点、すなわち溶接部のみを加熱した。
【００５４】
［試験条件］
数値計算は汎用ソフトウェア（商品名：Ａｂａｑｕｓ）を用いて、２次元有限要素法により行った。溶接条件は、３５０Ａ、３８Ｖ、４５ｃｍ毎分とし、熱効率は０．８であった。熱源モデルは、ガウス分布型二重楕円モデル（Ｇｏｌｄａｋ熱源モデル）を用いた。溶接は、リブ３の外面側から行い、リブの縦壁部６の厚さの７５％まで部材を溶融させることを想定した。
【００５５】
境界条件として、大気中への熱伝達を１０［Ｗ／ｍ２・Ｋ］で一定とし、熱ふく射率を０．７とした。鋼床版の雰囲気温度は２０℃であった。解析モデルのメッシュは、平面ひずみ要素（要素数５１５４、最小要素長約０．２ｍｍ）であった。リブ３及び鋼板２の材料は、ＳＭ４９０Ａを想定した。リブ３及び鋼板２の材料硬化則モデルは、非線形移動硬化則を用いた。これらの試験条件は、本発明例１、本発明例２及び比較例ともに同じであった。続いて、本発明例１、本発明例２及び比較例で異なる条件について説明する。
【００５６】
図６は、本発明例１で用いた解析モデルを示す図である。リブの縦壁部の両端を同時に溶接することを想定し、鋼床版１は中心線Ｃに対して線対称とし、計算領域は鋼床版の半分の領域で行った。鋼板２の板厚は１６ｍｍであり、リブ３の板厚は６ｍｍであった。本発明例１で用いた解析モデルでは、鋼床版の中心線Ｃから１５０．２５ｍｍの位置に溝１４の中心線Ｃ側の側面を設け、溝１４の幅は７．５ｍｍであり、深さは５．０ｍｍであった。本発明例１では、溝１４を１４５０℃に加熱した。その他の解析モデルの寸法は、図６に示すとおりであった。
【００５７】
本発明例２で用いた解析モデルは、本発明例１で用いた解析モデルと溝１４の深さのみが異なった。本発明例２で用いた解析モデルでは、溝１４の深さは１０ｍｍであった。なお、本発明例２でも、本発明例１同様に、溝１４を１４５０℃に加熱した。
【００５８】
比較例で用いた解析モデルは、本発明例１で用いた解析モデルの溝が無い場合であり、その他の形状は、本発明例１と同じであった。
【００５９】
［試験結果］
図７は、解析モデルの座標を示す図である。座標の原点は縦壁部の内面１０と鋼板の裏面５との交点とし、鋼板の表面に平行な方向をＸ方向、鋼板の厚さ方向をＹ方向とした。Ｘ方向において、原点からリブ３の外側に向かって正の座標、リブ３の内側に向かって負の座標とした。Ｙ方向において、原点からリブ３側を正の座標、鋼板２側を負の座標とした。残留応力は、座標Ｙ＝０、−８、−１６（ｍｍ）、すなわち鋼板の裏面（Ｙ＝０）、鋼板の厚さ方向の中央（Ｙ＝−８）、鋼板の表面（Ｙ＝−１６）で算出した。ここで、本発明例１、本発明例２及び比較例において、鋼板の裏面５ではＸ＝１．５ｍｍの位置に溶接ルート部９が存在した。なお、溶接ルート部９の存在は、リブ３及び鋼板２の内部の（溶接時の）最高到達温度が１４５０℃（融点）である位置（すなわち溶接により溶融した部分と溶融していない部分の境界）と判断した。
【００６０】
図８は、比較例の残留応力分布を示す図である。図８中、実線は鋼板の裏面、一点鎖線は鋼板の厚さ方向の中央、破線は鋼板の表面の結果を示す。図９及び図１０でも同様である。比較例では、鋼板の裏面（実線）では全体として引張残留応力が生じ、鋼板の厚さ方向の中央（一点鎖線）では全体として圧縮残留応力が生じ、鋼板の表面（破線）では全体として引張残留応力が生じた。すなわち、比較例での残留応力は、鋼板の板厚方向において三層になっており、溶接ルート部近傍の鋼板の裏面に圧縮残留応力は全体として導入されなかった。
【００６１】
図９は、本発明例１の残留応力分布を示す図である。本発明例１では、鋼板の裏面（実線）では全体として引張残留応力が生じたが、比較例での鋼板の裏面の引張残留応力よりは低減された。鋼板の厚さ方向の中央（一点鎖線）では全体として比較例よりも引張残留応力が低減され、むしろ圧縮残留応力が生じ、鋼板の表面（破線）でも全体として比較例よりも引張残留応力が低減され、むしろ圧縮残留応力が生じた。すなわち、本発明例１での残留応力は、鋼板の板厚方向において比較例の三層構造が崩れ、溶接ルート部がある鋼板の裏面の引張残留応力が低減され、むしろ圧縮残留応力が全体として導入された。
【００６２】
図１０は、本発明例２の残留応力分布を示す図である。本発明例２では、鋼板の裏面（実線）では全体として引張残留応力及び圧縮残留応力が中立の状態であり、鋼板の厚さ方向の中央（一点鎖線）では全体として比較例よりも引張残留応力が低減され、むしろ圧縮残留応力が生じ、鋼板の表面（破線）では全体として圧縮残留応力が生じた。すなわち、本発明例２での残留応力も、鋼板の板厚方向において比較例の三層構造が崩れ、溶接ルート部がある鋼板の裏面の引張残留応力が低減され、むしろ圧縮残留応力が全体として導入された。
【００６３】
続いて、各試験での溶接ルート部の残留応力を比較する。
【００６４】
図１１は、本実施例での鋼板の裏面での残留応力分布を示す図である。図１１中、実線は本発明例１の鋼板の裏面、一点鎖線は本発明例２の鋼板の裏面、破線は比較例の鋼板の裏面の結果を示す。Ｘ＝１．５ｍｍ、すなわち溶接ルート部９での残留応力を見ると、本発明例１（実線）及び比較例（破線）では同程度の圧縮残留応力が生じた。その一方、本発明例２（一点鎖線）では、本発明例１（実線）及び比較例（破線）よりも大きな圧縮残留応力が導入された。
【００６５】
なお、溶接ルート部の残留応力において、本発明例１（実線）は比較例（破線）と同等であったが、これは本発明例１が比較例と比べて溶接ルート部を起点とする疲労亀裂の抑制効果が得られないことを意味するものではない。なぜなら、本発明例１（実線）と比較例（破線）とを比較すると、本発明例１の方が全体としては引張残留応力が低減されているからである。
【００６６】
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１：鋼床版
２：鋼板
３：リブ
４：表面
５：裏面
６：縦壁部
７：底面部
９：溶接ルート部
１０：内面
１１：端
１２：溶接部
１３：外面
１４：溝
１５：側面
１６：底面
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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