(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内ダイアフラム形式の鋼管と、Ｈ形鋼とを接合する接合部であって、裏当金を用いて内ダイアフラムを鋼管スキンプレートに取り付けるエレクトロスラグ溶接の開先断面が、内ダイアフラムと裏当金の間の、少なくともＨ形鋼のウェブ側となる裏当金と内ダイアフラムの間にスペーサ板を設けた、少なくとも鋼管スキンプレートに沿う辺の長さが、内ダイアフラムの板厚より長い矩形形状で、更に、前記エレクトロスラグ溶接の開先断面側となる前記鋼管スキンプレートに、内ダイアフラムを両側から挟持する裏当金の内法寸法の幅と内ダイアフラムの板厚の１／２〜１／３の深さの溝を有することを特徴とする接合部。
【請求項２】
内ダイアフラム形式の鋼管柱と、Ｈ形鋼の梁とを接合する接合部であって、裏当金を用いて内ダイアフラムを鋼管スキンプレートに取り付けるエレクトロスラグ溶接の開先断面が、内ダイアフラムと裏当金の間の、少なくとも梁のウェブ側となる裏当金と内ダイアフラムの間にスペーサ板を設けた、少なくとも鋼管スキンプレートに沿う辺の長さが、内ダイアフラムの板厚より長い矩形形状で、更に、前記エレクトロスラグ溶接の開先断面側となる前記鋼管スキンプレートに、内ダイアフラムを両側から挟持する裏当金の内法寸法の幅と内ダイアフラムの板厚の１／２〜１／３の深さの溝を有することを特徴とする柱梁接合部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内ダイアフラム形式の鋼管とＨ形鋼を有する接合部に関し、特に内ダイアフラム形式の鋼管柱とＨ形鋼の梁を有する柱梁接合部で、耐震性を要求される建築構造物に好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
建築物その他の構造物における鉄骨造柱と梁フランジの接合部が、地震時に十分な変形が得られないままに破断を生じ、建築物その他の構造物の耐震性を損なう場合があった。      
【０００３】
その原因として、１  当該接合部において、地震時に曲げモーメントが最大になるにも拘わらず、溶接による靭性低下や、溶接欠陥が生じ、２  内ダイアフラム形式の場合はダイアフラムを柱内部に接合するエレクトロスラグ溶接部にノッチ状の空隙が発生し、該空隙が起点となる亀裂が発生することが指摘されている。
【０００４】
図７は、内ダイアフラム形式の鋼管柱を用いた柱梁接合部の内部構造の一部を説明する部分透視図で、柱梁接合部７００の柱１００の内部で、梁フランジ２００の接合部となる位置に、内ダイアフラム４００が取り付けられる。
【０００５】
図８は、内ダイアフラム４００の取付け部を拡大して説明する図で、ダイアフラム４００の４周は柱スキンプレート１００の内側にエレクトロスラグ溶接法により溶接され、図はその溶接部を示す。超高層建築物の柱部材を溶接する場合は溶接入熱は５００〜１５００ｋＪ／ｃｍで、溶接金属６００の外側の溶接熱影響部が柱スキンプレート１００の表面から２０〜１００ｍｍｍの深さにまで達し、ダイアフラム４００は２５〜５０ｍｍ程度が溶接熱影響部となる。
【０００６】
そのため、溶接後の熱収縮により柱スキンプレート１００は曲げ変形し、柱スキンプレート１００とエレクトロスラグ溶接の裏当金５００が接する部分に空隙部ａ１，ａ２を生じる。地震時に梁フランジ２００と梁ウェブ３００からの材軸応力による曲げモーメントが内ダイアフラム４００に作用すると、空隙部ａ１，ａ２がノッチとして作用し、柱梁接合部が破断される。曲げモーメントが最も大きくなるダイアフラム４００と裏当金５００が当接する位置から距離ｌ１離れた位置に空隙部ａ１の先端が位置している状態を示す。
【０００７】
特許文献１は耐破壊特性に優れたエレクトロスラグ溶接継手の製造方法に関し、溶接後、熱収縮により裏当金と柱スキンプレートの接する部分に空隙が生じないように、当該部分に開先を設けて両者を溶接接合することが記載されている。
【０００８】
特許文献１記載の発明によれば、裏当金と柱スキンプレートが溶接されるので、内ダイアフラムを柱スキンプレートにエレクトロスラグ溶接で接合しても、溶接後に両者の間に空隙は生ずることはなく耐震性に優れた柱梁接合部が得られる。
【特許文献１】特開平８−１５５６６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載されているエレクトロスラグ溶接方法は、裏当金の開先加工や、裏当金と柱スキンプレートを溶接する工程が必要となる。また、柱の狭隘な内部で、開先を組み立てなければならず、作業者の負担が大きい。更に、当該個所の溶接部に低温割れなどのノッチ状の欠陥が生じると耐震性は向上しない。
【００１０】
そこで、本発明は、内ダイアフラム形式の鉄骨造柱において、ダイアフラムを柱に取り付けるエレクトロスラグ溶接部にノッチ状の空隙（以下、ノッチ）が生じたとしても、優れた耐震性が得られる柱梁接合部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】
【００１１】
本発明の課題は以下の手段により達成できる。
１．内ダイアフラム形式の鋼管と、Ｈ形鋼とを接合する接合部であって、裏当金を用いて内ダイアフラムを鋼管スキンプレートに取り付けるエレクトロスラグ溶接の開先断面が、内ダイアフラムと裏当金の間の、少なくともＨ形鋼のウェブ側となる裏当金と内ダイアフラムの間にスペーサ板を設けた、少なくとも鋼管スキンプレートに沿う辺の長さが、内ダイアフラムの板厚より長い矩形形状で、更に、前記エレクトロスラグ溶接の開先断面側となる前記鋼管スキンプレートに、内ダイアフラムを両側から挟持する裏当金の内法寸法の幅と内ダイアフラムの板厚の１／２〜１／３の深さの溝を有することを特徴とする接合部。
２.内ダイアフラム形式の鋼管柱と、Ｈ形鋼の梁とを接合する接合部であって、裏当金を用いて内ダイアフラムを鋼管スキンプレートに取り付けるエレクトロスラグ溶接の開先断面が、内ダイアフラムと裏当金の間の、少なくとも梁のウェブ側となる裏当金と内ダイアフラムの間にスペーサ板を設けた、少なくとも鋼管スキンプレートに沿う辺の長さが、内ダイアフラムの板厚より長い矩形形状で、更に、前記エレクトロスラグ溶接の開先断面側となる前記鋼管スキンプレートに、内ダイアフラムを両側から挟持する裏当金の内法寸法の幅と内ダイアフラムの板厚の１／２〜１／３の深さの溝を有することを特徴とする柱梁接合部。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ダイアフラムを柱に取り付けるエレクトロスラグ溶接の溶接金属の形状が、柱スキンプレートに沿った扁平な楕円形状となる。
【００１３】
そのため、１  柱スキンプレートと裏当金の間で、柱スキンプレートと平行に形成されるノッチの先端は、曲げ応力が最大となる柱スキンプレートと梁フランジとの接合位置より離れるので、ノッチ先端を開口させるように作用する応力値が低下する。
【００１４】
２  また、応力の作用方向が、柱スキンプレートに沿うようになるので、ノッチ先端を開口させる力が低減し、１の効果と相俟ってノッチ先端からの破壊の発生が抑制される。
【００１５】
３  特に、柱スキンプレートに材軸応力により曲げモーメントを発生させる梁ウェブ側のノッチにおいて大きな効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、内ダイアフラムを柱に取り付けるエレクトロスラグ溶接において、少なくとも柱スキンプレートに沿う開先の幅が、内ダイアフラムの板厚より長い開先断面形状を用い、扁平な形状の溶接金属が得ることを特徴とする。以下の説明では、柱を角形鋼管、梁をＨ形鋼として説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る柱梁接合部の構造を説明する概略断面図を示し、図において１は柱スキンプレート、２は柱スキンプレート１に取り付けられる梁フランジ、３は梁ウェブ、４はダイアフラム、５はエレクトロスラグ溶接に用いる裏当金、６はエレクトロスラグ溶接金属、７はダイアフラム４と裏当金の間に挟むスペーサ、８はスカラップ、９は梁フランジ２と柱スキンプレート１の接合部、１０は梁フランジ２からダイアフラム４に作用する応力を示す力の流れ、１１は梁ウェブ３から柱スキンプレート１に作用する材軸応力、１２は開先部を示す。図は溶接後の状態を示し、裏当金５と柱スキンプレート１の間にノッチａ１，ａ２が発生している。
【００１８】
本発明に係る柱梁接合部は、ダイアフラム４と柱スキンプレート１を接合するエレクトロスラグ溶接の開先部において、裏当金５とダイアフラム４の間に、スペーサ７を挟み、開先部１２を柱スキンプレート１に沿う矩形形状とする。
【００１９】
スペーサ７の板厚を厚くし、ノッチａ１の先端と、ダイアフラム４の間隔ｌ２を離すほど、ノッチａ１の先端に作用する応力が減少する。スペーサの板厚は、好ましくは２ｍｍ以上、ダイアフラム４の板厚の１０％以下、更に好ましくは５ｍｍ以上、ダイアフラム４の板厚の５％以下とする。
【００２０】
２ｍｍ未満とすると、ノッチａ１の先端に作用する応力の減少が不十分で、開先組み立ても困難となるので２ｍｍ以上とし、５ｍｍ以上とすると柱スキンプレート１と溶着金属６の接触面積が増大し、ノッチａ１の先端に作用する応力を１０％程度減少させることができ好ましい。
【００２１】
ダイアフラム４の板厚の１０％を超えると、溶着金属量が２０％以上増加し、溶接入熱や溶接材料費を増大させるので１０％以下とし、板厚の５％以下とすると更に好ましい。
【００２２】
スペーサ７の位置は特に限定しない。ダイアフラム４の両側で、裏当金５との間に配置しても良いが、片側のみに配置する場合は、梁ウェブ３側に配置することが好ましい。
【００２３】
すなわち、梁フランジ２からの引張応力は、主に、力の流れ１０として示すようにダイアフラム４に流れるが、梁ウェブ３からの材軸応力１１は、柱スキンプレート１に曲げモーメントを発生させる。
【００２４】
曲げモーメントは、スカラップ８（梁フランジ２）に近くなるほど大きくなり、ノッチａ１を開口させるように作用するため、梁ウェブ３側にスペーサ７を配置すると、ノッチａ１の先端と梁フランジ２の間隔l２が大きくなり、曲げモーメントが減少して好ましい。
【００２５】
尚、図１は開先部１２が長方形の場合を示すが、開先部１２は正方形であっても良い。但し、正方形とする場合でも、開先部１２で、柱スキンプレートに沿う辺の長さは、ダイアフラム４の板厚より長くする。
【００２６】
図２に、梁ウェブ３側にのみスペーサ７を配置した柱梁接合部を示す。スペーサ７をダイアフラム４の両側に配置した場合と比較して、溶着金属量を減少させることができるので、溶接入熱を小さくし、熱影響部の靭性劣化を抑制することが可能となる。また、溶接材料も少量でよく、施工コストを低減できる。
【００２７】
図３は、本発明の他の実施形態を示し、開先部の形状を長方形とするため、裏当金５ａに，スペーサ７の厚みに相当する深さの切欠部を設けた場合を示す。図はダイアフラム４の両側の裏当金５ａに切欠部を設ける場合を示すが、梁ウエブからの材軸応力が主に作用する梁ウエブ側の裏当金５ａにのみ加工しても良い。
【００２８】
図４は、本発明の他の実施形態を示し、更に、ノッチ先端に作用する応力を小さくするため、柱スキンプレート１に深さｄの溝１ａを設ける場合を示す。
【００２９】
図９は、溝１ａを設けた効果を説明する図で、（ａ）は従来例、（ｂ）は本発明例を示す。溝１ａの深さだけ、エレクトロスラグ溶接の溶着金属部６は梁フランジ２に近づくので、ノッチａ１，ａ２に対し、主応力１６が平行に流れるようになり、ノッチを起点とした破壊の発生を抑制することが可能となる。
【００３０】
溝１ａの寸法は、エレクトロスラグ溶接の溶け落ちや、溶け込み不測などの欠陥を防止するため、深さｄは１０ｍｍ以上、好ましくはダイアフラムの板厚の１／２〜１／３、幅は左右の裏当金の内法寸法程度とする。
【００３１】
上述した図３、４に示す切欠部や溝を加工する場合は、角部にＲをつけて、溶接欠陥を防止することが好ましい。尚、本発明は柱梁接合部に限定されず、エレクトロスラグ溶接を用いて、水平部材と該水平部材に垂直な部材からなるＴ字部材を製造する接合部に適用可能である。
【００３２】
以下、本発明の効果を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００３３】
内ダイアフラム形式の柱梁接合部を種々の開先加工条件で製作し、梁端部に地震時を想定した強制変位を作用させ、破壊状況を観察した。
【００３４】
柱は５９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼材を用い、板厚６０ｍｍのスキンプレートに板厚４０ｍｍのダイアフラムをエレクトロスラグ溶接（溶接材料：６４０Ｎ／ｍｍ２級ソリッドワイヤ直径１．６ｍｍ）で溶接し、ＢＯＸ柱とした。
【００３５】
柱と梁は、半自動ＣＯ２ガスシールド（溶接材料：５４０Ｎ／ｍｍ２級、直径１．４ｍｍ）で溶接した。
【００３６】
柱は断面が６００ｍｍ×６００ｍｍ、長さ３．５ｍ（支点間距離）で、梁はＨ−９００×３００×１８×３２、長さ４ｍ（載荷点距離）とした。
【００３７】
本発明例１は、図１に示した開先部を用い、更に、柱のスキンプレートに溝を切削加工した開先部を用いた場合で、開先部においてスペーサ板（板厚１２ｍｍ，幅２０ｍｍ）を、梁のウェブ側となる、ダイアフラムと裏当金の間に挟み込み、更に、柱スキンプレートに裏当金の内法寸法と同じ幅で、深さ２０ｍｍのＵ字型の溝を切削加工して、開先断面寸法を柱スキンプレート側を５２ｍｍ、ダイアフラム側を４０ｍｍとする矩形状とした。溶接入熱量は１０００ｋＪ／ｃｍとした。
【００３８】
本発明例２は、本発明例１と同じ寸法とした矩形状の開先を、スペーサ板に替わり、５０ｍｍ×５０ｍｍ角の鋼材を用いて製作し、エレクトロスラグ溶接を行った。
【００３９】
本発明例３は、本発明例１と同じ寸法の矩形状の開先を、本発明例１において柱スキンプレートのＵ字型の溝を切削加工せず、裏当金を４０ｍｍ×６０ｍｍとして製作し、エレクトロスラグ溶接を行った。
【００４０】
比較例１は、本発明例１において、柱スキンプレートにＵ字型の溝を切削加工せず、開先断面寸法を４０ｍｍ×４０ｍｍとし、エレクトロスラグ溶接を行った。
【００４１】
本発明例１〜３、比較例１のエレクトロスラグ溶接部について、溶接後、マクロ断面を観察したところ、溶け込み深さは１．２〜１．６ｍｍであった。
【００４２】
図５に試験方法を示す。上述した何れかの方法で製作した柱１４と梁１３の柱梁接合部の梁１３の端部に地震時を想定した強制変位を作用させた。柱１４は両端をピン１５で固定した。
【００４３】
強制変位は、梁端全塑性モーメント作用時の弾性変形量δｐを基準に耐力低下が生じるまで２δｐ、３δｐ、４δｐ、５δｐ、６δｐ、７δｐ、８δｐを各２回づつ載荷した。
【００４４】
図６に試験結果を示す。試験結果は無次元化最大変形（梁端最大変位／梁端全塑性モーメント作用時の弾性変形量δｐ）とし、本発明例１〜３では、梁の破壊によって最大変形が決定されたが、比較例では４δｐの載荷を２回終了し５δｐの載荷の途中で荷重が低下した。
【００４５】
試験後、比較例のエレクトロスラグ溶接部を切断したところ、裏当金と柱スキンプレートが形成する梁ウェブ側のノッチ部を起点とする亀裂が生じていることが観察された。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態に係る接合部構造を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に係る接合部構造を示す図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る接合部構造を示す図。
【図４】本発明の他の実施形態に係る接合部構造を示す図。
【図５】実施例の試験方法を説明する図。
【図６】実施例。
【図７】従来例。
【図８】従来例。
【図９】接合部における主応力の流れを説明する図で、（ａ）は従来例、（ｂ）は本発明例を示す。
【符号の説明】
【００４７】
１        柱スキンプレート
１ａ      溝
２        梁フランジ
３        梁ウェブ
４        ダイアフラム
５、５ａ、５ｂ    裏当金
６        エレクトロスラグ溶接金属
７        スペーサ板
８        スカラップ
９        接合部
１０      力の流れ
１１      梁ウェブの材軸応力
１２      開先部
１３      梁（試験体）
１４      柱（試験体）
１５      ピン
１６      主応力
ａ１，ａ２  ノッチ状の空隙部
１００    柱
２００    梁
４００    内ダイアフラム
５００    裏当金
６００    溶接金属
７００    柱梁接合部
【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】
0004734840.tif 000008
【図８】
0004734840.tif 000009
【図９】
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