(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主部材の片面又は両面に取り付けられるカバープレートであって、
略板状に形成されて主部材の補強面に溶接により取り付けられる本体部と、主部材の補強面に対向する前記本体部の裏面側を切り欠いて設けられる溝部とを備え、
前記溝部は、前記本体部の表面側の溝底で所定の残存板厚を有するものであり、前記本体部の側辺から所定の離間距離で離間させて、前記溝底の内面が略半円弧状に前記本体部の側辺に沿って形成されること
を特徴とするカバープレート。
【請求項２】
前記溝部は、主部材に発生する主応力方向と略直交する方向で、前記本体部の側辺に沿って形成されること
を特徴とする請求項１記載のカバープレート。
【請求項３】
前記溝部は、前記本体部の側辺が主部材の補強面に溶接される溶接箇所の断面方向において、前記本体部の裏面側で前記本体部の側辺に溶融される溶接金属の一端側の溶接ルート部から、前記溝部の内側での前記溝底の内面に向けた接線が、前記本体部の裏面に対する傾斜角度θを３０°以上、６０°以下として形成されること
を特徴とする請求項１又は２記載のカバープレート。
【請求項４】
前記溝部は、前記本体部の側辺が主部材の補強面に溶接される溶接箇所の断面方向において、前記溝部の内側での前記溝底の内面が略半円弧状に形成されるとともに、前記溝底の内面の曲率半径ｒが、下記（８）式により規定される関係を満足すること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のカバープレート。
0006645028.tif 000017
ここで、ｒ：前記溝底の内面の曲率半径、ｔc：前記本体部の板厚とする。
【請求項５】
前記溝部は、主部材の補強面に露出させて主部材の補強面に溶融される溶接金属の他端側の溶接止端部に、所定の溶接箇所改善処理が施されること
を特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載のカバープレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主部材の片面又は両面に取り付けられるカバープレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、交通荷重、風、機械振動等の変動荷重が作用する鋼溶接構造では、最大作用力に対して破壊しないことともに、繰返し荷重により溶接部の疲労破壊が起きないことも重要な性能である。主部材を補強する目的等でカバープレートを溶接接合によって設置することがあるが、その溶接部における疲労強度は鋼構造物の疲労設計指針に定められるところによるＧ等級と低く、疲労破壊に対する設計を満たすために不経済な構造となることが多い。
隅肉溶接等の溶接箇所では、特許文献１に代表されるように表面形状の改善や圧縮残留応力の導入によって溶接止端部から発生する疲労亀裂を抑止する技術が確立されている。
また、特許文献２に開示されるようにカバープレートの形状を工夫することによる耐疲労性向上技術も考案されている。
特許文献２に開示されたカバープレート構造は、カバープレートの連結面部より薄い板厚とされた薄肉部を有して突出面部が形成されるため、連結面部に接続した支管からの応力が主管に伝達されるときに、薄肉部が適度に変形して主管に対する応力集中を緩和させるものとなり、変動応力に対する耐疲労性を向上させることができるものとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６７７２４号公報
【特許文献２】特開２０１３−４０５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１に代表される耐疲労性向上技術は、溶接止端部から発生する疲労亀裂の抑止効果があるが、溶接ルート部から発生する疲労亀裂の抑止効果は無く、溶接ルート部の疲労強度改善を可能とする技術の確立が必要とされていた。
また、特許文献２に開示されたカバープレート構造は、カバープレートの一部を薄肉化することで、変動応力に対する耐疲労性を向上させることができるが、薄肉部は構造部材として機能しないため、十分に耐疲労性向上効果が得られるように薄肉部を拡大したときに、部材及び溶接線長の増加とそれによる製作コストの増大を招きかねない。また、特許文献１による耐疲労性向上効果はその対象を溶接部全体としているが、対策技術が確立されていない溶接ルート部からの疲労亀裂に対象を絞った耐疲労性向上技術の確立が必要とされていた。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、如何なる形状の本体部に対しても、容易な加工で溝部を設けることができるものとして、溶接ルート部での疲労強度を向上させることのできるカバープレートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明に係るカバープレートは、主部材の片面又は両面に取り付けられるカバープレートであって、略板状に形成されて主部材の補強面に溶接により取り付けられる本体部と、主部材の補強面に対向する前記本体部の裏面側を切り欠いて設けられる溝部とを備え、前記溝部は、前記本体部の表面側の溝底で所定の残存板厚を有するものであり、前記本体部の側辺から所定の離間距離で離間させて、前記溝底の内面が略半円弧状に前記本体部の側辺に沿って形成されることを特徴とする。
【００１７】
第２発明に係るカバープレートは、第１発明において、前記溝部は、主部材に発生する主応力方向と略直交する方向で、前記本体部の側辺に沿って形成されることを特徴とする。
第３発明に係るカバープレートは、第１発明又は第２発明において、前記溝部は、前記本体部の側辺が主部材の補強面に溶接される溶接箇所の断面方向において、前記本体部の裏面側で前記本体部の側辺に溶融される溶接金属の一端側の溶接ルート部から、前記溝部の内側での前記溝底の内面に向けた接線が、前記本体部の裏面に対する傾斜角度θを３０°以上、６０°以下として形成されることを特徴とする。
第４発明に係るカバープレートは、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記溝部は、前記本体部の側辺が主部材の補強面に溶接される溶接箇所の断面方向において、前記溝部の内側での前記溝底の内面が略半円弧状に形成されるとともに、前記溝底の内面の曲率半径ｒが、下記（８）式により規定される関係を満足することを特徴とする。
ここで、ｒ：前記溝底の内面の曲率半径、ｔc：前記本体部の板厚とする。
【００１８】
【数８】
0006645028.tif 000002
【００１９】
第５発明に係るカバープレートは、第１発明〜第４発明の何れかにおいて、前記溝部は、主部材の補強面に露出させて主部材の補強面に溶融される溶接金属の他端側の溶接止端部に、所定の溶接箇所改善処理が施されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
第１発明〜第５発明によれば、如何なる形状の本体部に対しても、容易な加工で溝部を設けることができるものとして、溶接箇所での疲労強度を向上させることが可能となる。また、第１発明〜第５発明によれば、非補強箇所で主部材に発生した応力の一部を本体部に伝達させるときに、溝部の溝底での疲労亀裂の発生を防止することができるものとしながら、溶接箇所での応力伝達方向について、溝部の溝底に向けた指向性を向上させることが可能となる。
【００２１】
第１発明〜第５発明によれば、溶接箇所での応力伝達方向が所定の傾斜角度を有するものとして、溶接ルート部での応力集中を回避させるものとなるため、溶接ルート部での疲労強度を向上させることが可能となる。
【００２２】
特に、第２発明によれば、本体部の主応力直交方向においてのみ、本体部の短辺側の側辺に沿って溝部が形成されて、本体部の長辺側の側辺に沿って溝部が形成されないものとすることで、主部材に対して作用する力を、主部材から本体部まで長辺側の側辺を経由して十分に伝達させて、本体部による主部材の補強を確実なものとすることが可能となる。
【００２３】
特に、第３発明によれば、溶接ルート部から溝部の溝底の内面に向けた接線が、特に、本体部の裏面に対する傾斜角度θを３０°以上、６０°以下とするものとなるように、本体部の裏面側に溝部が形成されることで、溶接ルート部での応力集中を確実に回避させることができるものとなり、溶接ルート部の疲労強度を著しく向上させることが可能となる。
【００２５】
特に、第４発明によれば、溝部の内側での溝底の内面が略半円弧状に形成されるとともに、溝底の内面の曲率半径が、上記（８）式により規定される関係を満足するものとなることで、溝部の溝底での疲労亀裂の発生を防止することができるものとしながら、溝部を形成するための加工量の増大を抑制して、溶接ルート部での応力集中を確実に回避させることが可能となる。
【００２６】
特に、第５発明によれば、溶接ルート部での応力集中を回避させて溶接ルート部の疲労強度を向上させると同時に、溶接止端部に所定の溶接箇所改善処理を施して溶接止端部の疲労強度を向上させることで、溶接箇所の全体の疲労強度を著しく向上させて、溶接箇所での疲労亀裂の発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を適用したカバープレートを示す斜視図である。
【図２】本発明を適用したカバープレートを示す平面図である。
【図３】本発明を適用したカバープレートを示す正面図である。
【図４】本発明を適用したカバープレートの本体部及び溝部を示す拡大正面図である。
【図５】本発明を適用したカバープレートで本体部に配分される応力を示す拡大正面図である。
【図６】（ａ）は、本発明を適用したカバープレートの応力伝達方向を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、従来のカバープレートの応力伝達方向を示す拡大正面図である。
【図７】本発明を適用したカバープレートの有限要素解析モデルを示す拡大正面図である。
【図８】（ａ）は、本発明を適用したカバープレートで溶接ルート部の各位置を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、溶接ルート部の各位置における内部応力を示すグラフである。
【図９】本発明を適用したカバープレートでσmax／σnとｒ／ｔcとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を適用したカバープレート１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
本発明を適用したカバープレート１は、図１に示すように、鋼板、形鋼又は鋼管等の主部材５の片面又は両面に取り付けられるものであり、例えば、鋼板等の主部材５をさらに略平板状の鋼板で補強するために、主部材５の略平坦状に形成された補強面５ａに取り付けられる。
【００３０】
本発明を適用したカバープレート１は、主部材５の補強面５ａに溶接により取り付けられる本体部２と、本体部２の裏面側Ａを切り欠いて設けられる溝部３とを備えて、本体部２の側辺２０が主部材５の補強面５ａに隅肉溶接等により溶接箇所Ｗで固定されるものとなる。
【００３１】
主部材５は、建築物や土木構造物、海洋構造物、機械構造物の構造部材等として用いられるものであり、鋼板等の長手方向となる材軸方向で、主たる軸方向荷重Ｆとして、引張荷重又は圧縮荷重が作用する。このとき、主部材５は、図２に示すように、軸方向荷重Ｆによって材軸方向に主たる応力σが発生するものとなり、鋼板等の材軸方向が主応力方向Ｘとなる。
【００３２】
本体部２は、略板状に形成された鋼板が用いられる。本体部２は、例えば、主部材５の鋼板等の材軸方向に延びる長辺側の側辺２１と、主部材５の鋼板等の材軸直交方向に延びる短辺側の側辺２２とを有して、略矩形状等に形成される。
【００３３】
本体部２は、長辺側の側辺２１が主部材５の主応力方向Ｘに延びて形成されて、主部材５の鋼板等の材軸方向に所定の長さ寸法Ｌを有する。本体部２は、短辺側の側辺２２が主部材５の主応力方向Ｘと略直交する方向の主応力直交方向Ｙに延びて形成されて、主部材５の鋼板等の材軸直交方向で所定の奥行寸法Ｄを有する。
【００３４】
本体部２は、図３に示すように、主部材５の補強面５ａに取り付けられる補強箇所において、主部材５の補強面５ａに対向する略平坦状の裏面２ａが補強箇所の内側に配置されて、また、板厚方向Ｚで裏面２ａの反対側となる略平坦状の表面２ｂが補強箇所の外側に配置される。
【００３５】
本体部２は、主部材５の補強面５ａに取り付けられるときに、補強箇所の内側に配置される本体部２の裏面側Ａで、主部材５の補強面５ａに本体部２の裏面２ａを当接させるものとなり、又は、主部材５の補強面５ａから本体部２の裏面２ａを若干離間させたものとなる。
【００３６】
溝部３は、主部材５の補強面５ａに対向する本体部２の裏面側Ａを切り欠くことで、本体部２の裏面２ａから本体部２の内側に向けて板厚方向Ｚで凹状に設けられる。溝部３は、図２に示すように、主部材５に発生する主応力方向Ｘと略直交する主応力直交方向Ｙで、本体部２の短辺側の側辺２２に沿って連続して形成される。
【００３７】
溝部３は、本体部２の主応力方向Ｘに延びる長辺側の側辺２１に沿って連続して形成させることもできるが、特に、本体部２の長辺側の側辺２１に沿って形成されないものとすることができる。溝部３は、主応力直交方向Ｙの両端を本体部２の長辺側の両側辺２１まで連続させて、本体部２の主応力直交方向Ｙのみで短辺側の側辺２２と略平行に形成されるものとなる。
【００３８】
また、溝部３は、本体部２の短辺側の側辺２２に沿った主応力直交方向Ｙの一部の範囲のみで、連続的又は断続的に形成されてもよい。さらに、溝部３は、本体部２の短辺側の側辺２２と略平行に形成される場合だけでなく、短辺側の側辺２２に対して多少の角度を有するように傾斜させて形成される場合も、本体部２の短辺側の側辺２２に沿って形成されるものとなる。
【００３９】
溝部３は、図４に示すように、本体部２の裏面２ａから板厚方向Ｚに切り欠かれることで、板厚方向Ｚに延びる溝側面３ａが主応力方向Ｘの両側に配置されて、板厚方向Ｚで本体部２の表面側Ｂに配置される溝底３０を有するものとなる。
【００４０】
溝部３は、本体部２の表面側Ｂの溝底３０で所定の残存板厚ａを有する。溝部３は、本体部２の短辺側の側辺２２から所定の離間距離ｄで溝側面３ａを離間させることで、溝側面３ａと本体部２の短辺側の側辺２２との間に、所定の残存幅の溝壁３１が形成されるものとなる。
【００４１】
溝部３は、板厚方向Ｚで本体部２の表面側Ｂに配置される溝底３０が、溝部３の内側で所定の曲率半径ｒを有する略半円弧状の内面形状で形成される。溝部３は、これに限らず、本体部２の表面側Ｂに配置される溝底３０が、溝部３の内側で如何なる内面形状に形成されてもよい。
【００４２】
溝部３は、略半円弧状の溝底３０で所定の残存板厚ａを有するものとなる最深部３０ａから本体部２の裏面２ａまで、溝部３の内側での略半円弧状の内面形状の溝底３０に溝側面３ａを連続させて形成されるものとなり、板厚方向Ｚで所定の高さｈを有するものとなる。
【００４３】
溶接箇所Ｗでは、本体部２の短辺側の側辺２２が主部材５の補強面５ａに隅肉溶接等により溶接されることで、溶接金属４が設けられるものとなる。溶接箇所Ｗでは、主応力方向Ｘ及び板厚方向Ｚで切断した場合の切断面となる溶接箇所Ｗの断面方向において、本体部２の短辺側の側辺２２から主部材５の補強面５ａまで、溶接金属４が連続して設けられるものとなる。
【００４４】
溶接箇所Ｗでは、本体部２の裏面側Ａで本体部２の短辺側の側辺２２に溶接金属４の一端側が溶融されて、溶接金属４の一端側に溶接ルート部４０が形成される。また、溶接箇所Ｗでは、主部材５の補強面５ａに溶接金属４の他端側が露出するように溶融されて、主応力方向Ｘで溶接ルート部４０の反対側となる溶接金属４の他端側に溶接止端部４１が形成される。ここで、溶接ルート部４０は、本体部２の短辺側の側辺２２と主部材５の補強面５ａとが交わる箇所で、特に、溶接ルート部４０の交点４０ａが形成されるものとなる。
【００４５】
本発明を適用したカバープレート１は、溝部３の溝底３０及び溝壁３１で本体部２に必要な剛性、耐力を確保させるものとして、溝底３０で所定の残存板厚ａを有するものとなるように溝部３が設けられて、また、本体部２の短辺側の側辺２２から所定の離間距離ｄで溝側面３ａを離間させて、所定の残存幅を有するものとなるように溝壁３１が形成される。
【００４６】
本発明を適用したカバープレート１は、図５に示すように、略板状の本体部２が所定の板厚ｔcを有するとともに、鋼板等の主部材５が所定の板厚ｔbを有する。例えば、本体部２の板厚ｔcは、９ｍｍ〜４０ｍｍ程度のものとなり、また、主部材５の板厚ｔbは、９ｍｍ〜４０ｍｍ程度のものとなる。
【００４７】
本発明を適用したカバープレート１は、引張荷重又は圧縮荷重が主たる軸方向荷重Ｆとして主部材５に作用することで、本体部２を取り付けない非補強箇所で、主部材５に所定の応力σnが発生するものとなって、また、本体部２を取り付けた補強箇所で、主部材５に所定の応力σbが発生するとともに、本体部２に所定の応力σcが発生するものとなる。
【００４８】
本発明を適用したカバープレート１は、非補強箇所で主部材５に発生した応力σnの一部が、本体部２と主部材５との間で溶接箇所Ｗを経由して相互に伝達されるものとなり、非補強箇所での主部材５の応力σnが、主部材５の板厚ｔb及び本体部２の板厚ｔcに対応して、補強箇所での主部材５の応力σbと本体部２の応力σcとに配分されるものとなる。
【００４９】
このとき、本発明を適用したカバープレート１は、主部材５の補強面５ａに本体部２が溶接により取り付けられて、非補強箇所の主部材５の応力σnが、補強箇所の主部材５の応力σbと本体部２の応力σcとに配分されることで、補強箇所での主部材５の応力σbを低減させたものとなり、主たる軸方向荷重Ｆに対して主部材５が本体部２により補強されるものとなる。
【００５０】
本発明を適用したカバープレート１は、図６（ａ）に示すように、溝部３が本体部２の裏面側Ａを切り欠いて設けられるものであり、非補強箇所で主部材５に発生した応力σnの一部が、溶接箇所Ｗから溝部３の溝底３０を経由して、本体部２に伝達されるものとなる。
【００５１】
このとき、本発明を適用したカバープレート１は、溶接箇所Ｗから本体部２の表面側Ｂの溝底３０を経由して、非補強箇所での主部材５の応力σnの一部が伝達されるものとなり、主部材５の応力σnの一部を伝達させるときの溶接箇所Ｗでの応力伝達方向Ｔが、主部材５の補強面５ａに対して所定の傾斜角度φを有するものとなる。
【００５２】
本発明を適用したカバープレート１は、溶接箇所Ｗでの応力伝達方向Ｔが主部材５の補強面５ａに対して所定の傾斜角度φを有するものとして、溶接箇所Ｗで溶接金属４の溶接ルート部４０を経由する主部材５の応力σnが低減又は消滅するものとなるように、本体部２の短辺側の側辺２２に沿って溝部３が形成される。
【００５３】
これに対して、従来のカバープレート９は、図６（ｂ）に示すように、本体部９０の表面側Ｂから板厚を減少させて、本体部９０の裏面側Ａに薄肉部９１が設けられるため、溶接箇所Ｗから本体部９０の裏面側Ａの薄肉部９１を経由して応力伝達がなされるものとなり、溶接箇所Ｗでの応力伝達方向Ｔが、主部材９２の補強面９２ａに対して所定の傾斜角度φ´を有するものとなる。
【００５４】
このとき、従来のカバープレート９は、図６に示すように、溶接箇所Ｗでの応力伝達方向Ｔの傾斜角度φ´が、本発明を適用したカバープレート１の応力伝達方向Ｔの傾斜角度φよりも小さいものとなるため、溶接箇所Ｗで溶接金属９３の溶接ルート部９４を経由する応力伝達が低減又は消滅するものとならない。
【００５５】
本発明を適用したカバープレート１は、溶接箇所Ｗで溶接金属４の溶接ルート部４０を経由する応力が低減又は消滅することで、溶接ルート部４０での応力集中を回避することができるものとなる。
【００５６】
これにより、本発明を適用したカバープレート１は、溶接箇所Ｗでの応力伝達方向Ｔが所定の傾斜角度φを有するものとして、溶接箇所Ｗで溶接ルート部４０を経由する応力が低減又は消滅することで、溶接ルート部４０での応力集中を回避させるものとなるため、溶接ルート部４０での疲労強度を向上させることが可能となる。
【００５７】
また、本発明を適用したカバープレート１は、溶接箇所Ｗの溶接ルート部４０での応力集中を回避できるものの、溶接止端部４１での応力集中は回避できないため、溶接箇所Ｗの溶接止端部４１に、グラインダー処理又は超音波衝撃処理（ＵＩＴ）等の所定の溶接箇所改善処理が施されることが望ましい。
【００５８】
ここで、超音波衝撃処理（ＵＩＴ）とは、超音波衝撃処理装置の先端に取り付けられたピンを溶接止端部４１に当てて、超音波振動による衝撃をピンから溶接止端部４１に加えることにより、溶接止端部４１の溶接残留応力を引張から圧縮に変化させて、溶接箇所Ｗでの溶接金属４の金属組織を改善させるものである。
【００５９】
これにより、本発明を適用したカバープレート１は、溶接ルート部４０での応力集中を回避させて溶接ルート部４０の疲労強度を向上させると同時に、溶接止端部４１に所定の溶接箇所改善処理を施して溶接止端部４１の疲労強度を向上させることで、溶接箇所Ｗの全体の疲労強度を著しく向上させて、溶接箇所Ｗでの疲労亀裂の発生を防止することが可能となる。
【００６０】
本発明を適用したカバープレート１は、図２に示すように、本体部２の主応力直交方向Ｙにおいてのみ、本体部２の短辺側の側辺２２に沿って溝部３が形成されて、本体部２の長辺側の側辺２１に沿って溝部３が形成されないものとすることで、主部材５に対して作用する力を、主部材５から本体部２まで長辺側の側辺２１を経由して十分に伝達させて、本体部２による主部材５の補強を確実なものとすることが可能となる。
【００６１】
本発明を適用したカバープレート１は、図７に示すように、溶接箇所Ｗの断面方向において、溶接箇所Ｗでの溶接ルート部４０の交点４０ａから、溝部３の内側での溝底３０の内面３０ｂに向けた接線Ｃが、本体部２の裏面２ａに対して所定の傾斜角度θとなるように形成されるものとなる。
【００６２】
ここで、溶接箇所Ｗでの応力伝達方向Ｔの傾斜角度φは、接線Ｃの傾斜角度θと略一致するものとなるため、溶接ルート部４０での応力集中を回避させることのできる接線Ｃの傾斜角度θを、有限要素解析（ＦＥＡ）により求めるものとした。
【００６３】
主部材５は、主応力方向Ｘの長さ寸法を４００ｍｍ、主応力直交方向Ｙの奥行寸法を２４０ｍｍ、板厚ｔbを２５ｍｍとするとともに、本体部２は、主応力方向Ｘの長さ寸法Ｌを２００ｍｍ、主応力直交方向Ｙの奥行寸法Ｄを２００ｍｍ、板厚ｔcを２２ｍｍとして、主部材５の両面に本体部２を配置して、本体部２の裏面２ａと主部材５の補強面５ａとの間に０．１ｍｍの隙間を設けて、溶接箇所Ｗは、溶接脚長Ｓを９ｍｍとする隅肉溶接として、有限要素解析（ＦＥＡ）の条件を設定した。
【００６４】
また、溝部３は、本体部２の短辺側の側辺２２からの離間距離ｄを８ｍｍ、溝底３０の内面３０ｂの曲率半径ｒを４．４ｍｍとして、主応力方向Ｘに８４Ｎ／ｍｍ2の軸方向荷重Ｆを作用させるものとした。溶接箇所Ｗでの溶接ルート部４０は、実際の形状がシャープなノッチとなるが、解析において応力特異点の発生を避けるために、半径１ｍｍの仮想円弧１００（エフェクティブノッチ）を設けた形状に仮定して、仮想円弧１００の周囲のメッシュサイズを０．２ｍｍ、溝底３０の内面３０ｂの周囲のメッシュサイズを０．５ｍｍ程度とした。なお、本体部２及び主部材５は、鋼材の弾性係数を２０５ｋＮ／ｍｍ2、鋼材のポアソン比νを０．３とした。
【００６５】
有限要素解析（ＦＥＡ）の結果は、図８（ａ）に示すように、溶接ルート部４０の仮想円弧１００の周囲において、仮想円弧１００の上方の位置Ｐ１、仮想円弧１００の側方の位置Ｐ２、及び、仮想円弧１００の下方の位置Ｐ３の各々で、接線Ｃの傾斜角度θに応じて絶対値の変動を生じる内部応力が発生することを示すものとなる。
【００６６】
ここで、位置Ｐ１及び位置Ｐ３では、引張方向の内部応力が発生して、位置Ｐ２では、圧縮方向の内部応力が発生する。位置Ｐ１の内部応力は、図８（ｂ）に示すように、接線Ｃの傾斜角度θを３０°未満としたときに過大となるものの、接線Ｃの傾斜角度θを３０°としたときに位置Ｐ２の内部応力と略一致して、接線Ｃの傾斜角度θを３０°以上としたときに、著しく低減させたものとなる。
【００６７】
位置Ｐ２の内部応力は、接線Ｃの傾斜角度θが大きくなるにつれて漸減する傾向にあるが、位置Ｐ１の内部応力と比較すると低減する割合があまり大きくならない。位置Ｐ３の内部応力は、接線Ｃの傾斜角度θを６０°未満としたときに小さくなるものの、接線Ｃの傾斜角度θを６０°としたときに位置Ｐ２の内部応力と略一致して、接線Ｃの傾斜角度θが６０°を超えるときに過大となる。
【００６８】
溶接ルート部４０に発生する内部応力は、位置Ｐ１、位置Ｐ２及び位置Ｐ３での内部応力の総和から求められるため、接線Ｃの傾斜角度θを３０°以上、６０°以下としたときに、溶接ルート部４０での応力集中が回避できる程度の大きさに低減させることができるものとなる。
【００６９】
これにより、本発明を適用したカバープレート１は、図７に示すように、溶接ルート部４０から溝底３０の内面３０ｂに向けた接線Ｃが、特に、本体部２の裏面２ａに対する傾斜角度θを３０°以上、６０°以下とするものとなるように、本体部２の裏面側Ａに溝部３が形成されることで、溶接ルート部４０での応力集中を確実に回避させることができるものとなり、溶接ルート部４０の疲労強度を著しく向上させることが可能となる。
【００７０】
本発明を適用したカバープレート１は、所定の残存幅の溝壁３１が形成されるものとして、本体部２の短辺側の側辺２２から所定の離間距離ｄで離間させた溝部３が形成される。ここで、溝部３の離間距離ｄの下限は、溶接金属４が本体部２の裏面側Ａから溝部３に噴出することのないように、溶接箇所Ｗの溶接脚長Ｓ程度の大きさ、又は、溶接の１パスの最大値８ｍｍとする。さらに、溝部３の離間距離ｄの上限は、下記（１）〜（７）式により規定される関係を満足するものとなる。
【００７１】
【数９】
0006645028.tif 000003
【００７２】
【数１０】
0006645028.tif 000004
【００７３】
【数１１】
0006645028.tif 000005
【００７４】
【数１２】
0006645028.tif 000006
【００７５】
【数１３】
0006645028.tif 000007
【００７６】
【数１４】
0006645028.tif 000008
【００７７】
【数１５】
0006645028.tif 000009
【００７８】
ここで、ｄ：溝部３の離間距離、ｔb：主部材５の板厚、ｔc：本体部２の板厚、ｒ：溝底３０の内面３０ｂの曲率半径、θ：溶接ルート部４０から溝底３０の内面３０ｂに向けた接線Ｃでの本体部２の裏面２ａに対する傾斜角度、ｈ：溝部３の高さ、ａ：溝部３の残存板厚、ν：鋼材のポアソン比とする。
【００７９】
また、本発明を適用したカバープレート１は、所定の残存板厚ａで溝部３の溝底３０が形成されるものとなるように、略半円弧状に形成された溝底３０の内面３０ｂの曲率半径ｒが、下記（８）式により規定される関係を満足するものとなる。
【００８０】
【数１６】
0006645028.tif 000010
【００８１】
溝底３０の内面３０ｂの曲率半径ｒは、溝部３の高さｈとの幾何学的関係により、下記（９）式、及び、上記（２）〜（４）式により規定される関係を満足するものとして算出される。なお、溝底３０の内面３０ｂの曲率半径ｒは、溝部３の高さｈよりも大きくなる場合に、溝底３０の内面３０ｂが略半円形状とならないため、上記（３）式において、βに場合分けが生じるものとなる。
【００８２】
【数１７】
0006645028.tif 000011
【００８３】
所定の残存板厚ａを有する溝底３０の平均応力σc´は、図５に示すように、主部材５の応力σbと本体部２の応力σcとが略同一になるものと仮定すると（σb≒σc）、下記（１０）、（１１）式により規定される関係を満足するものとして算出される。
【００８４】
【数１８】
0006645028.tif 000012
【００８５】
【数１９】
0006645028.tif 000013
【００８６】
所定の残存板厚ａを有する溝底３０での最大応力σmaxは、平均応力σc´に応力集中係数αを乗じることで、下記（１２）式により規定される関係を満足するものとして、非補強箇所での主部材５の応力σnとの関係から算出される。
なお、下記（１２）式における応力集中係数αは、ノイバーが提唱した丸棒引張問題の応力集中係数の算出式に基づき、上記（５）〜（７）式から算出される。
【００８７】
【数２０】
0006645028.tif 000014
【００８８】
ここで、道路橋示方書によると、隅肉溶接による溶接箇所Ｗの疲労等級は、所定の溶接箇所改善処理が施された場合に最も高い疲労強度となり、鋼構造物の疲労設計指針に示されるＤ等級に分類される。このとき、溶接箇所Ｗで一定振幅疲労限度を下回らせるために、主部材５の応力σnを８４ＭＰａ（一定振幅疲労限度応力）以下とすることが必要となる。これに対して、溝部３の溝底３０の疲労等級は、機械切削面であるため、最も高い等級であるＡ等級に分類されて、溝底３０で一定振幅疲労限度を下回らせるために、溝底３０での最大応力σmaxを１９０ＭＰａ以下とすることが必要となる。
【００８９】
即ち、上記（１２）式において、σmax／σnは、１９０ＭＰａ／８４ＭＰａ≒２．２６以下に設定されることで、疲労等級がＡ等級の溝底３０での最大応力σmaxが、確実に１９０ＭＰａ以下となるため、如何なる場合においても、溝底３０で一定振幅疲労限度を下回るものとなり、溝部３の溝底３０で必要な疲労強度が確保されて、溝部３の溝底３０での疲労亀裂の発生を防止することができるものとなる。
【００９０】
溶接ルート部４０に発生する内部応力は、図７に示すように、接線Ｃの傾斜角度θを３０°以上、６０°以下としたときに、溶接ルート部４０での応力集中が回避される。このことから、上記（１２）式において、例えば、接線Ｃの傾斜角度θ＝３０°として、主部材５の板厚ｔb＝２５ｍｍとした場合には、図９に示すように、本体部２の板厚ｔc＝２５ｍｍ（実線）、及び、本体部２の板厚ｔc＝２０ｍｍ（破線）の各々のケースについて、σmax／σnとｒ／ｔcとの関係が示される。
【００９１】
このとき、溝底３０の最大応力σmaxを確実に１９０ＭＰａ以下とするためには、σmax／σn≦２．２６とする条件を満足させることが必要となることから、本体部２の板厚ｔc＝２０ｍｍのときにｒ／ｔc≧０．０８とすることで、σmax／σn≦２．２６とする条件を満足させることができるものとなる。また、ｒ／ｔcの上限を余りに大きくした場合は、溝部３を形成するための加工量が増大することから、ｒ／ｔc≦１．０とすることが望ましい。
【００９２】
このように、本発明を適用したカバープレート１は、溝部３の内側での溝底３０の内面３０ｂが略半円弧状に形成されるとともに、溝底３０の内面３０ｂの曲率半径ｒが、上記（８）式により規定される関係を満足するものとなることで、溝部３の溝底３０での疲労亀裂の発生を防止することができるものとしながら、溝部３を形成するための加工量の増大を抑制して、溶接ルート部４０での応力集中を確実に回避させることが可能となる。
【００９３】
溝部３の溝底３０での疲労亀裂の発生を防止するためには、上記（１２）式において、σmax／σn≦２．２６として、下記（１３）式により規定される関係を満足することが必要となる。
【００９４】
【数２１】
0006645028.tif 000015
【００９５】
このとき、溝部３の離間距離ｄは、上記（４）、（９）式を、上記（１３）式に代入させることで、上記（１）式により規定される関係を満足するものとして、上記（１）式の収斂計算により求められるものとなる。なお、溝部３の離間距離ｄは、溶接箇所Ｗの溶接脚長Ｓ程度の大きさ、又は、溶接の１パスの最大値８ｍｍを下限とするものであり、本体部２の許容応力と溶接箇所Ｗの許容応力とを略同等としたときに、溶接脚長Ｓの下限は、下記（１４）式により規定される関係を満足するものとなる。ここで、Ｌ：本体部２の主応力方向Ｘの長さ寸法、Ｄ：本体部２の主応力直交方向Ｙの奥行寸法とする。
【００９６】
【数２２】
0006645028.tif 000016
【００９７】
このように、本発明を適用したカバープレート１は、溝部３の内側での溝底３０の内面３０ｂが略半円弧状に形成されるとともに、所定の残存幅の溝壁３１を形成させる溝部３の離間距離ｄの上限が、上記（１）式により規定される関係を満足することで、図７に示すように、非補強箇所で主部材５に発生した応力σnの一部を本体部２に伝達させるときに、溝部３の溝底３０での疲労亀裂の発生を防止することができるものとしながら、溶接箇所Ｗでの応力伝達方向Ｔについて、溝部３の溝底３０に向けた指向性を向上させることが可能となる。
【００９８】
本発明を適用したカバープレート１は、図２に示すように、略矩形状に形成された本体部２が用いられるものであるが、これに限らず、略楕円形状等に形成された本体部２が用いられてもよい。本発明を適用したカバープレート１は、如何なる形状の本体部２に対しても、容易な加工で溝部３を設けることができるものとして、溶接箇所Ｗでの疲労強度を向上させることが可能となる。
【００９９】
なお、上述した実施形態の説明では、主応力方向Ｘに延びる本体部２の側辺２０を長辺側の側辺２１とするとともに、主応力直交方向Ｙに延びる本体部２の側辺２０を短辺側の側辺２２とするものであるが、これに限らず、主応力方向Ｘに延びる側辺２１が、主応力直交方向Ｙに延びる側辺２２の長さ以下のものとされてもよい。
【０１００】
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。
【０１０１】
例えば、本発明を適用したカバープレート１は、主部材５として鋼管等が用いられる場合に、主部材５の補強面５ａが湾曲して形成されるものとなることから、略板状に形成された鋼板を湾曲させた本体部２が、主部材５の補強面５ａに溶接により固定されてもよい。
【符号の説明】
【０１０２】
１        ：カバープレート
２        ：本体部
２ａ      ：裏面
２ｂ      ：表面
２０      ：側辺
２１      ：長辺側の側辺
２２      ：短辺側の側辺
３        ：溝部
３ａ      ：溝側面
３０      ：溝底
３０ａ    ：最深部
３０ｂ    ：内面
３１      ：溝壁
４        ：溶接金属
４０      ：溶接ルート部
４０ａ    ：交点
４１      ：溶接止端部
５        ：主部材
５ａ      ：補強面
１００    ：仮想円弧
Ａ        ：裏面側
Ｂ        ：表面側
Ｘ        ：主応力方向
Ｙ        ：主応力直交方向
Ｚ        ：板厚方向
【図１】
0006645028.tif 000018
【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】
0006645028.tif 000024
【図８】
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【図９】
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