(57)【要約】【課題】鋼構造部材の変形性能向上に寄与する溶接接合部および溶接接合方法を提供する。【解決手段】本発明に係る溶接接合部は、引張強さの規格値が７８０Ｎ／ｍｍ２級以下の鋼材からなる鋼構造部材の溶接接合部（１）であって、前記溶接接合部（１）は溶接部（５）を備え、前記溶接部（５）の表層である溶接部表層（１ａ）の強度が、前記溶接部表層（１ａ）以外の溶接部下層（１ｂ）の強度の８０％以上９５％以下となるように溶接施工されているものである。【選択図】図１
2015020184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張強さの規格値が７８０Ｎ／ｍｍ２級以下の鋼材からなる鋼構造部材の溶接接合部（１）であって、
前記溶接接合部（１）は溶接部（５）を備え、
前記溶接部（５）の表層である溶接部表層（１ａ）の強度が、前記溶接部表層（１ａ）以外の溶接部下層（１ｂ）の強度の８０%以上９５%以下になるように溶接施工されており、且つ、溶接部断面の平均強度が構造設計で必要となる強度以上であることを特徴とする溶接接合部。
【請求項２】
前記溶接部（５）全層が同一の溶接材料を用いて溶接施工され、前記溶接部表層（１ａ）を溶接施工する際の平均入熱およびパス間温度を、前記溶接部下層（１ｂ）を溶接施工する際の平均入熱およびパス間温度に比して高く設定して溶接施工されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接接合部。
【請求項３】
前記溶接部（５）全層が同一の溶接材料を用いたガスシールドアーク溶接により溶接施工され、前記溶接部表層（１ａ）を溶接施工する際のシールドガスには１００％ＣＯ２ガスを用い、前記溶接部下層（１ｂ）を溶接施工する際のシールドガスにはＡｒ−ＣＯ２混合ガスを用いたものであることを特徴とする請求項１に記載の溶接接合部。
【請求項４】
前記溶接部表層（１ａ）は、前記溶接部下層（１ｂ）において使用する溶接材料よりも低強度の溶接材料を用いて溶接施工されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接接合部。
【請求項５】
引張強さの規格値が７８０Ｎ／ｍｍ２級以下の鋼材からなる鋼構造部材の溶接接合部（１）を形成する溶接接合方法であって、
前記溶接接合部（１）は溶接部（５）を備え、
前記溶接部（５）の表層である溶接部表層（１ａ）の強度が、前記溶接部表層（１ａ）以外の溶接部下層（１ｂ）の強度に対して８０%以上９５%以下となるように溶接施工することを特徴とする溶接接合方法。
【請求項６】
前記溶接部（５）全層を同一の溶接材料を用いて溶接施工するものであり、前記溶接部表層（１ａ）を溶接施工する際の平均入熱およびパス間温度を、前記溶接部下層（１ｂ）を溶接施工する際の平均入熱およびパス間温度に比して高く設定して溶接施工することを特徴とする請求項５に記載の溶接接合方法。
【請求項７】
前記溶接部（５）全層を同一の溶接材料を用いたガスシールドアーク溶接により溶接施工するものであり、前記溶接部表層（１ａ）を溶接施工する際のシールドガスには１００％ＣＯ２ガスを用い、前記溶接部下層（１ｂ）を溶接施工する際のシールドガスにはＡｒ−ＣＯ２混合ガスを用いることを特徴とする請求項５に記載の溶接接合方法。
【請求項８】
前記溶接部表層（１ａ）を、前記溶接部下層（１ｂ）において使用する溶接材料よりも低強度の溶接材料を用いて溶接施工することを特徴とする請求項５に記載の溶接接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接接合部および溶接接合方法に関し、特に、建築や土木分野における柱梁接合構造を構成する鋼構造部材の溶接接合部および溶接接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建築鋼構造部材の地震時における変形性能を決定づける主要素としては、図１３（ａ）に示すように、鋼管柱２−ダイアフラム４間の溶接部５ａや、図１３（ｂ）に示すように、柱２−梁端フランジ３間の溶接部５ｂなどの柱梁における溶接接合部１が挙げられる。図１３（ｃ）に溶接接合部１の例を示す。なお、図中の符号１０は裏当て金である。図１３（ｃ）に示すように、一般に、溶接接合により溶接部５（溶接部表層１ａと溶接部下層１ｂとからなる）の周囲に形成される熱影響部（以下、ＨＡＺという。）１ｃにおいては強度・靭性が低下し、亀裂が脆性的に伝播し早期の部材破断（脆性破断）に至る危険性がある。また、建設現場において柱と梁フランジが溶接接合される場合には、例えば図１３（ａ）に示すようにスカラップ７と称する切欠が設けられるが、このスカラップ７には応力が集中し易くその先端より延性亀裂が生じ易いことから、上記の脆性破断の起点となる危険性がある。言うまでもなく、これらの早期の脆性破断を防止することが部材変形性能の向上、すなわち地震時の建築物の安全性確保に繋がることになる。これらの課題に対し、特許文献１〜３では下記の対処法が提案されている。
【０００３】
特許文献１、２では、図１４に示すように、溶接部表層１ａに対して母材側に張出した溶接ビード８を設けることが提案されている。これは、強度・靭性の劣化したＨＡＺの形状を調整し、溶接部表層のＨＡＺに生じた延性亀裂が母材に流れるように工夫し、溶接部での早期破断を防止するよう配慮したものである。なお、特許文献２では、張出した溶接ビード８とそれ以外の部分とで溶接金属（本明細書での溶接部に相当する）やシールドガスなどを異なるものを使用することが言及されているが、その効果ならびに具体的な適用範囲が言及されているわけではない。
【０００４】
特許文献３では、引張強さ６００Ｎ／ｍｍ２級未満の鋼材による部材について、スカラップを有する柱−梁端フランジ溶接部を対象とし、溶接部初層または初層からの複数層にのみ母材より低強度で高延性の溶接材料を使用することが提案されている。これは、初層付近での応力集中を緩和し、スカラップ付近からの脆性破断の危険性を低減すると同時に、初層溶接時の予熱温度低減や溶接割れの防止等の溶接施工性の向上を期待しての処置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７１１４９５号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ００／５６４９８号公報
【特許文献３】特許第３８２０４９３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】日本建築学会：建築工事標準仕様書  ＪＡＳＳ６  鉄骨工事、２００７年２月
【非特許文献２】塩飽豊明、吉田譲、崎山哲雄、福田多一郎：建築構造用高強度８００Ｎ／ｍｍ２級鋼の機械的性質、日本建築学会大会学術講演梗概集  Ｃ−１  構造ＩＩＩ、ｐｐ．６１３−６１４、２００８年７月
【非特許文献３】神戸製鋼所：マグ溶接金属の強度に及ぼす入熱量とパス間温度の影響、溶接学会誌第５９巻第６号、ｐ．３９７、１９９０年９月
【非特許文献４】岡本晴仁、片山忠輝、小嶋敏文、平野攻：脆性破断を回避する溶接施工方法（ＮＢＦＷ溶接法）、鉄鋼技術、２００３年２月
【非特許文献５】川畑友弥、有持和茂、大畑充、望月正人、豊田政男：７８０ＭＰａ級高張力鋼における正負交番予歪付与時の有効損傷量の検討  予歪付与後の７８０ＭＰａ級高張力鋼の破壊安全性に関する研究（第３報）、溶接学会論文集第２２巻第４号、ｐｐ．５１５−５２３、２００４年１１月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献１、２は、溶接部表層ＨＡＺからの延性亀裂発生後の事象に対する効果を期待したものであるが、溶接部表層ＨＡＺでの歪集中を緩和し、延性亀裂の発生自体を遅延させることによってさらに部材変形性能の向上が期待できる。しかしながら、特許文献１、２では溶接部表層ＨＡＺへの歪集中を緩和することに関しては言及されていない。
【０００８】
一方、特許文献３では、引張強さ６００Ｎ／ｍｍ２級未満の鋼材の溶接部についてスカラップでの応力集中を緩和することを目的としているが、昨今多用されているノンスカラップ工法や、非特許文献１で提案されているような改良スカラップ工法が適用されている場合には、溶接部初層での応力集中よりもむしろ溶接部表層ＨＡＺでの歪集中を緩和し、延性亀裂の発生を遅延させることの方が部材変形性能の向上にとってより肝要である。また、一般に母材が高強度になるほど脆性破断発生の危険性が高くなる。非特許文献２等で報告されているように、建築構造用鋼材として引張強さ７８０Ｎ／ｍｍ２級鋼材も広く利用されつつある中、引張強さ６００Ｎ／ｍｍ２級以上の鋼材に対しても溶接接合部を含む部材変形性能の向上策が重要となる。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、引張強さ７８０Ｎ／ｍｍ２級以下の鋼材を用いた鋼管柱−ダイアフラム溶接部ならびに柱−梁端フランジ溶接部などの鋼構造部材からなる柱梁の溶接接合部を主対象として、溶接部表層ＨＡＺでの歪集中を緩和して延性亀裂の発生を従来技術に比して遅延させることにより、鋼構造部材の変形性能向上に寄与する溶接接合部および溶接接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶接接合部は、引張強さの規格値が７８０Ｎ／ｍｍ２級以下の鋼材からなる鋼構造部材の溶接接合部（１）であって、前記溶接接合部（１）は溶接部（５）を備え、前記溶接部（５）の表層である溶接部表層（１ａ）の強度が、前記溶接部表層（１ａ）以外の溶接部下層（１ｂ）の強度の８０%以上９５%以下になるように溶接施工されており、且つ、溶接部断面の平均強度が構造設計で必要となる強度以上であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る他の溶接接合部は、上述した発明において、前記溶接部（５）全層が同一の溶接材料を用いて溶接施工され、前記溶接部表層（１ａ）を溶接施工する際の平均入熱およびパス間温度を、前記溶接部下層（１ｂ）を溶接施工する際の平均入熱およびパス間温度に比して高く設定して溶接施工されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る他の溶接接合部は、上述した発明において、前記溶接部（５）全層が同一の溶接材料を用いたガスシールドアーク溶接により溶接施工され、前記溶接部表層（１ａ）を溶接施工する際のシールドガスには１００％ＣＯ２ガスを用い、前記溶接部下層（１ｂ）を溶接施工する際のシールドガスにはＡｒ−ＣＯ２混合ガスを用いたものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る他の溶接接合部は、上述した発明において、前記溶接部表層（１ａ）は、前記溶接部下層（１ｂ）において使用する溶接材料よりも低強度の溶接材料を用いて溶接施工されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る溶接接合方法は、引張強さの規格値が７８０Ｎ／ｍｍ２級以下の鋼材からなる鋼構造部材の溶接接合部（１）を形成する溶接接合方法であって、前記溶接接合部（１）は溶接部（５）を備え、前記溶接部（５）の表層である溶接部表層（１ａ）の強度が、前記溶接部表層（１ａ）以外の溶接部下層（１ｂ）の強度に対して８０%以上９５%以下となるように溶接施工することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る他の溶接接合方法は、上述した発明において、前記溶接部（５）全層を同一の溶接材料を用いて溶接施工するものであり、前記溶接部表層（１ａ）を溶接施工する際の平均入熱およびパス間温度を、前記溶接部下層（１ｂ）を溶接施工する際の平均入熱およびパス間温度に比して高く設定して溶接施工することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る他の溶接接合方法は、上述した発明において、前記溶接部（５）全層を同一の溶接材料を用いたガスシールドアーク溶接により溶接施工するものであり、前記溶接部表層（１ａ）を溶接施工する際のシールドガスには１００％ＣＯ２ガスを用い、前記溶接部下層（１ｂ）を溶接施工する際のシールドガスにはＡｒ−ＣＯ２混合ガスを用いることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る他の溶接接合方法は、上述した発明において、前記溶接部表層（１ａ）を、前記溶接部下層（１ｂ）において使用する溶接材料よりも低強度の溶接材料を用いて溶接施工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る溶接接合部によれば、引張強さの規格値が７８０Ｎ／ｍｍ２級以下の鋼材からなる鋼構造部材の溶接接合部（１）であって、前記溶接接合部（１）は溶接部（５）を備え、前記溶接部（５）の表層である溶接部表層（１ａ）の強度が、前記溶接部表層（１ａ）以外の溶接部下層（１ｂ）の強度に比して低くなるように溶接施工されることで、鋼構造部材の溶接接合部において、溶接部表層ＨＡＺでの歪集中を緩和し、延性亀裂の発生を遅延することにより、部材変形性能の向上が期待でき、特に鋼構造部材からなる建築鋼構造物の地震時の安全性確保に極めて有用であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に係る溶接接合部および溶接接合方法の例を示す図である。
【図２】図２は、シールドガスの種類による溶接部強度の違いの一例を示す図である。
【図３】図３は、本発明と従来のＮＢＦＷ法を組み合わせた一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の効果を検証するために実施した継手要素試験の載荷装置を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図５】図５は、本発明の効果を検証するために実施した継手要素試験における歪ゲージ貼付位置を示す図であり、（ａ）は試験体Ｎｏ．１の図、（ｂ）は試験体Ｎｏ．２の図である。
【図６】図６は、本発明の効果を検証するために実施した継手要素試験の結果を示す図であり、溶接部表層ＨＡＺでの歪と載荷サイクル数との関係を示す図であり、（１）は歪ゲージε１による歪計測値、（２）は歪ゲージε２による歪計測値である。
【図７】図７は、本発明の効果を検証するために実施した継手要素試験の結果を示す図であり、最大耐力と載荷サイクル数との関係を示す図である。
【図８】図８は、本発明の効果を検証するために実施したＦＥＭ解析における解析モデルの概要を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明の効果を検証するために実施したＦＥＭ解析における各部位での応力−歪曲線を示した図である。
【図１０】図１０は、本発明の効果を検証するために実施したＦＥＭ解析における溶接接合部を説明するための図であり、（ａ）は解析ケース２（本発明に相当）、（ｂ）は解析ケース１および解析ケース３である。
【図１１】図１１は、本発明の効果を検証するために実施したＦＥＭ解析の結果を示す図であり、相当塑性歪の大小を比較した図である。
【図１２】図１２は、本発明の効果を検証するために実施したＦＥＭ解析の結果を示す図である。
【図１３】図１３は、従来の溶接接合部を説明するための図であり、（ａ）は鋼管柱−ダイアフラム間の溶接部を示す図、（ｂ）は柱−梁端フランジ間の溶接部を示す図、（ｃ）は（ａ）、（ｂ）の溶接接合部１の概略拡大図である。
【図１４】図１４は、従来の溶接接合部を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る溶接接合部および溶接接合方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２１】
本発明に係る溶接接合部および溶接接合方法は、図１（ａ）に示すように、引張強さ７８０Ｎ／ｍｍ２級以下の鋼材を用いた鋼管柱２−ダイアフラム４間の溶接部５ａや、図１（ｂ）に示すように、柱２−梁端フランジ３間の溶接部５ｂなどの鋼構造部材からなる柱梁の溶接接合部１を主対象とし、溶接部表層ＨＡＺでの歪集中を緩和して延性亀裂の発生を上記の従来技術に比して遅延させることにより、鋼構造部材の変形性能の向上を図るものである。
【００２２】
図１（ｃ）に溶接接合部１の例を示す。図１（ｃ）に示すように、本発明による溶接接合部１は溶接部５を備え、この溶接部５の表層もしくは最終層１ａ（以下、溶接部表層と総称する。）の強度が、それ以外の溶接部下層１ｂの強度の８０％以上９５％以下となるように施工されることを特徴としている。こうすることで、溶接部表層１ａのＨＡＺでの歪集中を緩和して延性亀裂の発生を遅延させることができ、鋼構造部材の変形性能の向上が図られる。以下に、溶接部表層１ａと溶接部下層１ｂとで溶接部の強度差を与えるための接合方法の例を実施形態として説明する。
【００２３】
［実施形態１］
本実施形態１に係る溶接接合部１は、溶接接合部１の溶接部５全層が同一の溶接材料を用いて溶接施工されるものである。ここで、溶接部表層１ａを溶接施工する際の平均入熱およびパス間温度は、溶接部下層１ｂを溶接施工する際の平均入熱およびパス間温度に比して高く設定するようにする。
【００２４】
例えば非特許文献３ではソリッドワイヤＹＧＷ１１による溶接金属部（本明細書での溶接部に相当する）の強度（引張試験で得られる応力）と入熱およびパス間温度の関係が示されている。したがって、こうした関係を考慮すれば、溶接部表層１ａと溶接部下層１ｂとで同一の溶接材料を用いた場合でも、溶接施工時の入熱およびパス間温度を変化させることで、溶接部の強度差を設けることが可能であることがわかる。
【００２５】
［実施形態２］
本実施形態２に係る溶接接合部１は、溶接接合部１の溶接部５全層が同一の溶接材料を用いたガスシールドアーク溶接により溶接施工されるものである。ここで、溶接部表層１ａを溶接施工する際のシールドガスには１００％ＣＯ２ガスを用い、溶接部下層１ｂを溶接施工する際のシールドガスにはＡｒ−ＣＯ２混合ガスを用いるようにする。
【００２６】
図２は、同一のソリッドワイヤに対してシールドガスをＣＯ２ガス１００％とした場合と、Ａｒガス８０％−ＣＯ２ガス２０％の混合ガスとした場合での溶接部５の強度（引張試験で得られる応力）の違いを示したものである。なお、ソリッドワイヤは、７８０Ｎ／ｍｍ２級のものを使用している。したがって、こうした関係を考慮すれば、溶接部表層１ａと溶接部下層１ｂとで同一の溶接材料を用いた場合でも、溶接施工時のシールドガスの構成を変化させることで、溶接部の強度差を設けることが可能であることがわかる。
【００２７】
［実施形態３］
本実施形態３に係る溶接接合部１は、溶接部５の溶接部表層１ａが、溶接部５の溶接部下層１ｂにおいて使用する溶接材料よりも低強度の溶接材料を用いて溶接施工されるものである。このように、使用する溶接材料の強度クラスを溶接部表層１ａと溶接部下層１ｂとで異なるようにすることによって、溶接部に強度差を与えることができる。
【００２８】
したがって、上記の実施形態１〜３によれば、引張強さ７８０Ｎ／ｍｍ２級以下の鋼材を用いた鋼管柱−ダイアフラム溶接部ならびに柱−梁端フランジ溶接部などの鋼構造部材からなる柱梁の溶接接合部において、溶接部表層ＨＡＺでの歪集中を緩和して延性亀裂の発生を従来技術に比して遅延させることにより、鋼構造部材の変形性能の向上が期待でき、地震時の建築鋼構造物の安全性確保に極めて有用である。
【００２９】
また、特許文献２および非特許文献４で提示されている溶接法（以下、ＮＢＦＷ法という。ただし「ＮＢＦＷ」は登録商標である。）に対して本発明を適用することもできる。この場合、例えば図３に示すように、溶接部表層１ａで母材９側に張出した溶接ビード８を設けるようにし、かつ、溶接部表層１ａの強度が溶接部下層１ｂの強度の８０％以上９５％以下となるように施工することが考えられ、このようにしても、上記の実施形態１〜３と同様の作用効果を奏することができる。
【００３０】
なお、溶接部全層にわたって低強度の溶接とせず、溶接部表層の強度下限を決めているのは、一般的には母材に比して延性に劣る溶接部での破断を防止するためであり、仮に溶接部表層に微細な亀裂が生じた場合でも下層に進展しないよう考慮したものである。また、溶接部での破断を防止するために、溶接部断面の平均強度が構造設計で必要となる強度以上とすることとした。さらに、溶接部表層の強度下限を８０％としたのは、溶接部下層と表層において急激な強度差を設けることで、その境界において歪が集中して早期にき裂が発生することを避けることと、なるべく溶接部断面の平均強度が接合される母材強度を上回る方が構造設計では経済的であるので、これを達成しやすくすることを意図したものである。
【００３１】
ところで、本発明で期待する効果は、溶接部表層ＨＡＺでの歪集中を緩和し、延性亀裂の発生を緩和することにある。建築鋼構造部材で地震時に想定される曲げ変形に対して部材表層に生ずる延性亀裂については、相当塑性歪によりその発生限界が決定付けられることが非特許文献５で実証されていることから、以下では、溶接部表層ＨＡＺでの歪集中に着目し、本発明の効果を検証するために実施した溶接継手要素による繰返し曲げ試験、および、鋼管柱−ダイアフラム溶接部の曲げ試験を模擬したＦＥＭ解析の概要について説明する。なお、繰返し曲げ試験、ＦＥＭ解析のいずれも上記のＮＢＦＷ法を適用している。
【００３２】
（実施例）
本発明の効果を示す為に、本発明例と比較例とを比較した結果を、実施例として示す。まず、本発明の効果を検証するために実施した溶接継手要素による繰返し曲げ試験について説明する。
【００３３】
母材（供試鋼）には引張強さ７８０Ｎ／ｍｍ２級の鋼材を使用した。試験体Ｎｏ．１は、全層とも７８０Ｎ／ｍｍ２級ソリッドワイヤにて入熱、パス間温度、シールドガスをほぼ一定の条件下で施工したものであり、比較例に当たる。一方、試験体Ｎｏ．２は、溶接部表層の強度が溶接部下層の強度に比して８０%以上９５%以下となるように、溶接部表層に低強度の溶接ワイヤを使用して施工したものであり、本発明の実施形態３に当たる。試験体は板厚２５ｍｍの突合せ溶接継手であり、開先角度は４５°、ルートギャップは８ｍｍとした。表１に、試験体を作成するのに用いた溶接条件を示す。
【００３４】
【表１】
2015020184.tif 000003
【００３５】
試験体を作成後、図４に示す載荷装置を用い、両端の支持点は単純支持として試験体中央を油圧ジャッキによって繰り返し載荷する、繰返し曲げ試験を行った。
【００３６】
繰返し試験とは別に、同様に作成した試験体を使って、ＪＩＳ  Ｚ  ３１１１に従い、溶接部の機械的性質、具体的には、降伏強度ＹＳ（ＭＰａ）、引っ張り強度ＴＳ（ＭＰａ）および破断伸びＥＬ（％）を調べた。表２に、試験体Ｎｏ．１の溶接部、試験体Ｎｏ．２の溶接部下層および試験体Ｎｏ．２の溶接部表層それぞれの機械的性質を示す。
【００３７】
【表２】
2015020184.tif 000004
【００３８】
繰返し曲げ試験に用いた載荷装置には、図４に示すような装置を用い、４点曲げの正負交番の繰返し載荷とし、載荷振幅は試験体中央に生じる曲げモーメントが母材の全塑性モーメントに達するときの載荷点変位dpを基準として、1dp、2dp、3dp、4dpで２サイクルずつ載荷を繰り返した後、5dpで耐力が大幅に低下して終局を迎えるまで載荷を繰り返した。また、各試験体に対して歪ゲージを図５に示すような位置に貼付した。歪ゲージは、溶接部中心を起点とし、２７ｍｍ離れた位置にε１を、４１ｍｍはなれた位置にε２を左右対称となるように貼り付けた。
【００３９】
図６に、試験体の溶接部表層のＨＡＺ付近に貼付した歪ゲージによる歪計測値と載荷サイクル数との関係を、図７に、最大耐力と載荷サイクル数との関係を示す。図６の縦軸の歪計測値は歪ゲージε１、ε２による歪計測値をそれぞれ母材の降伏歪εｙで無次元化した値で示している。一方、図７は各サイクルでの最大耐力−載荷サイクル数関係をプロットしたものであり、縦軸は各サイクルでの最大耐力（載荷荷重）を全サイクルでの最大耐力で基準化している。
【００４０】
図６および図７に示されるように、本発明に相当する試験体Ｎｏ．２の方が発生した歪の値が小さく、最大耐力の低下量も少ないことが確認され、本発明による部材変形性能の向上効果が発揮されていることがわかる。
【００４１】
次に、本発明の効果を検証するために実施した、鋼管柱−ダイアフラム溶接部の曲げ試験を模擬したＦＥＭ解析について説明する。
表３に、ＦＥＭ解析の解析ケース一覧を示す。
【００４２】
【表３】
2015020184.tif 000005
【００４３】
図８に、鋼管柱−ダイアフラム溶接部の曲げ試験を模擬したＦＥＭ解析における解析モデル概要を示す。鋼管柱およびダイアフラム（母材）は７８０Ｎ／ｍｍ２級鋼を想定しており、断面サイズは□５００ｍｍ×２５ｍｍ、全長は３０００ｍｍとし、部材端部（図中では右端）を単純支持とした３点曲げ試験をモデル化したものである。図９に、解析に用いた各部の応力−歪曲線を示す。
【００４４】
ここで、解析ケース１の溶接部表層１ａおよび溶接部下層１ｂは、図９の点線で示される母材の曲線と同じ曲線となる。解析ケース２の溶接部下層１ｂ、解析ケース３の溶接部表層１ａおよび溶接部下層１ｂは、図９の実線で示される溶接部下層１ｂの曲線と同じ曲線となる。図９の一点鎖線で示される溶接部表層１ａの曲線は解析ケース２の溶接部表層１ａの曲線である。なお、ＨＡＺは全ての解析ケースで共通となる。
【００４５】
また、図１０に、解析ケース１〜３の溶接部の模式図を示す。ここで、解析ケース２は本発明による溶接部を模擬したものである。図１０（ａ）に示すように、溶接部下層１ｂの強度に対して溶接部表層１ａの強度がちょうど９０％（つまり、表層１ａの強度＝下層１ｂの強度×０．９）となるように設定している。斜線でハッチングしてある箇所が、溶接部下層１ｂとは強度が低い箇所を示している。
【００４６】
他方、解析ケース１と３が、比較例となる溶接接合部を模擬している。図１０（ｂ）に示すように、解析ケース１は溶接部表層１ａと溶接部下層１ｂとで強度差を設けず、かつ、材料特性が表層１ａと下層１ｂ共に母材と同じとした場合である。また、解析ケース３は解析ケース１と同様に溶接部表層１ａと溶接部下層１ｂとで強度差を設けず、かつ、母材よりも溶接部５（表層１ａと下層１ｂ）の強度を高く設定した場合である。なお、解析ケース３の溶接部下層１ｂは解析ケース２の溶接部下層１ｂと強度が同じである。
【００４７】
図１１に解析結果を示す。この図では、解析対象の部材が曲げ変形し、柱部材端（柱−ダイアフラム境界）がちょうど全塑性モーメントに達した時点における表層ＨＡＺ（最大歪発生点）に生じた相当塑性歪を比較している。ただし、図１１の縦軸は解析ケース１による結果で無次元化してある。本解析結果によれば、本発明に相当する解析ケース２の最大の相当塑性歪が他の解析ケース１、３のものよりも小さいことが確認され、本発明による部材変形性能の向上効果が発揮されていることがわかる。
【００４８】
さらに、溶接部表層と溶接部下層の強度比が、表層ＨＡＺでの歪集中に及ぼす影響を検証するために、溶接部下層の強度は前記解析ケース２と同じとして、溶接部表層の強度をパラメータとして、前記と同様の解析を実施した。その結果を図１２に示す。図１２の縦軸は図１１と同様であり、横軸は溶接部表層と溶接部下層の強度比とした。図１２より、表層ＨＡＺでの歪集中に有意差が生じるのは強度比がおおよそ９５%以下となる。
【００４９】
以上説明したように、本発明に係る溶接接合部によれば、引張強さの規格値が７８０Ｎ／ｍｍ２級以下の鋼材からなる鋼構造部材の溶接接合部（１）であって、前記溶接接合部（１）は溶接部（５）を備え、前記溶接部（５）の表層である溶接部表層（１ａ）の強度が、前記溶接部表層（１ａ）以外の溶接部下層（１ｂ）の強度に比して低くなるように溶接施工されることで、鋼構造部材の溶接接合部において、溶接部表層ＨＡＺでの歪集中を緩和し、延性亀裂の発生を遅延することにより、部材変形性能の向上が期待でき、特に鋼構造部材からなる建築鋼構造物の地震時の安全性確保に極めて有用であるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明に係る溶接接合部および溶接接合方法は、建築や土木分野における柱梁接合構造を構成する鋼構造部材の溶接接合部および溶接接合方法に有用であり、特に、引張強さ７８０Ｎ／ｍｍ２級以下の鋼材を用いた鋼管柱−ダイアフラム溶接部ならびに柱−梁端フランジ溶接部などの鋼構造部材からなる柱梁の溶接接合部を主対象として、溶接部表層ＨＡＺでの歪集中を緩和して延性亀裂の発生を従来技術に比して遅延させることにより、鋼構造部材の変形性能向上に寄与するのに適している。
【符号の説明】
【００５１】
１  溶接接合部
１ａ  溶接部表層
１ｂ  溶接部下層
１ｃ  熱影響部（ＨＡＺ）
２  柱および鋼管柱
３  梁フランジ
４  ダイアフラム
５  溶接部
５ａ  鋼管柱−ダイアフラム溶接部
５ｂ  柱−梁端フランジ溶接部
７  スカラップ
８  母材側に張出した溶接ビード
９  母材
１０  裏当て金
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図８】
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