(57)【要約】【課題】経済性のある鋼構造物を実現することができる鋼構造物の設計・製作方法を提供する。【解決手段】請求項１の発明は、基準強度に対する安全率Ａを規定値よりも低い値に設定して許容応力度設計法により鋼構造物の設計を行った後（Ｓ１）、該鋼構造物に使用する鋼材を鋼材メーカーに発注し（Ｓ２）、発注された鋼材の入荷後、鋼材メーカーからの当該鋼材の鋼材検査証明書に記載されている降伏強度を基に算出した使用鋼材の降伏強度に対する安全率Ｂが規定値を満足しているか否かを照査し（Ｓ３）、満足していれば前記設計に基づく鋼構造物の製作を開始する（Ｓ４）。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準強度に対する安全率Ａを規定値よりも低い値に設定して許容応力度設計法により鋼構造物の設計を行った後、該鋼構造物に使用する鋼材を鋼材メーカーに発注し、発注された鋼材の入荷後、鋼材メーカーからの当該鋼材の鋼材検査証明書に記載されている降伏強度を基に算出した使用鋼材の降伏強度に対する安全率Ｂが規定値を満足しているか否かを照査し、満足していれば前記設計に基づく鋼構造物の製作を開始することを特徴とする鋼構造物の設計・製作方法。
【請求項２】
基準強度に対する安全率Ａを規定値よりも低い値に設定して許容応力度設計法により鋼構造物の１次設計を行った後、該鋼構造物に使用する鋼材を鋼材メーカーに発注し、発注された鋼材の入荷後、鋼材メーカーからの当該鋼材の鋼材検査証明書に記載されている降伏強度を基に算出した使用鋼材の降伏強度に対する安全率Ｂが規定値を満足しているか否かを照査し、満足していれば前記１次設計に基づく鋼構造物の製作を開始し、満足していなければ安全率Ｂを規定値に満足させる２次設計を行った後、該２次設計に基づく鋼構造物の製作を開始することを特徴とする鋼構造物の設計・製作方法。
【請求項３】
基準強度に対する安全率Ａを規定値よりも低い値に設定して許容応力度設計法により鋼構造物の１次設計を行った後、該鋼構造物に使用する鋼材を鋼材メーカーに発注し、発注された鋼材の入荷後、鋼材メーカーからの当該鋼材の鋼材検査証明書に記載されている降伏強度を基に算出した使用鋼材の降伏強度に対する安全率Ｂが規定値を満足しているか否かを照査し、満足していれば前記１次設計に基づく鋼構造物の製作を開始し、満足していなければ安全率Ｂを規定値に満足させる２次設計を行った後、鋼材の追加発注の有無を照査し、追加発注が無ければ２次設計に基づく鋼構造物の製作を開始し、追加発注が有れば鋼材を追加発注し、追加発注された鋼材の入荷後、２次設計に基づく鋼構造物の製作を開始することを特徴とする鋼構造物の設計・製作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼構造物の設計・製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼構造物例えば鋼橋の設計においては、昭和３１年に鋼道路橋製作示方書が発刊されて以来、安全率を規定値例えば１．７とした許容応力度設計法が用いられ、現在に至っている。その間、限界状態設計法に関する議論も行われ、その指針も作成されたが施行には至っていない。しかしながら、平成１４年３月の道路橋示方書の改訂では、基本的には従来通り許容応力度設計法であるが、性能照査型設計の適用も可能となり、設計の自由度が生じてきている（非特許文献１）。表１は、道路橋示方書で示されている各鋼材における降伏強度の基準値を示したものである。これらは、ＪＩＳ規格から引用されており、降伏強度は、各鋼種および各板厚によって基準強度の下限値が定められている。
【０００３】
【表１】
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【０００４】
また、表２は、道路橋示方書で示されている許容応力度を示したものである。これらは、表１で示した降伏強度の下限値を１．７（鋼種や板厚によって若干安全率は異なる）の安全率で割って許容応力度が定められている（基準強度に対する安全率を安全率Ａという）。
【０００５】
【表２】
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【０００６】
昭和３１年版の示方書が発刊されて約５０年になるが、その間、鋼材の性能および品質は年々進歩し、橋梁用高性能鋼も開発されている。また、高性能鋼に含まれていない従来鋼においても、高品質な鋼材が提供されるようになった。すなわち、表１で示した下限値（基準強度）付近の降伏強度を有する鋼材は少なく、使用鋼材の降伏強度に対する安全率は、多くの鋼材（橋梁）で２．０以上となっていることが予想される（使用鋼材の降伏強度に対する安全率を安全率Ｂという）。すなわち、安全率Ｂが１．７程度となる橋梁は少ないと考えられ、また、鋼材が保有している性能を十分に発揮していないともいえる。
【０００７】
図２に現状の設計・製作の流れを示す。現状の業務の流れでは、設計終了後（Ｓ１０）に必要な鋼材を発注し（Ｓ２０）、その後、製鉄会社（鋼材メーカー）でロール（製鋼）が開始される。そして、２〜３ヶ月後に鋼材が入荷され、製作を開始する（Ｓ３０）。この時点で、使用する鋼材の品質が鋼材検査証明書（ミルシート）により明確となる。すなわち、安全率Ｂが明確になるのは製作の直前である。このため、仮に使用鋼材の降伏強度を知ったとしても、現状ではその橋梁がどの程度の安全率Ｂとなっているのかといった品質保証を行えるのみであり、設計上反映されることはなかった。
【０００８】
【非特許文献１】
西川和廣：道路橋示方書の性能照査規定化とこれからの橋、第２回鋼構造物と橋梁に関するシンポジウム論文報告集、１９９９年
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
鋼構造物の性能を考えた場合、安全率Ａを所用の性能に保つ必要はなく、安全率Ｂが必要性能を満足すれば良いものと考えられ、これが可能となれば経済的な鋼構造物例えば鋼橋を実現することが可能となる。
【００１０】
しかしながら、現在の設計・製作手順ないし設計・製作方法では、安全率Ｂを規定値（１．７）にすることは困難であることから、降伏強度が必要以上に高い鋼材を使用することによって必要性能以上の鋼構造物が製作されており、経済性のある（経済的な）鋼構造物を実現することは困難であった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、経済性のある鋼構造物を実現することができる鋼構造物の設計・製作方法を提供することを目的とする。
【００１２】
鋼構造物の性能を考えたときに、安全率Ａを所用の性能に保つ必要はなく、安全率Ｂが必要性能を満足すれば良く、これが可能となれば経済性のある鋼構造物を実現することが可能である。そこで、本発明者は、現状の鋼構造物に使用されている鋼材がどの程度の安全率となっているかを調べるため、橋梁（鋼橋）で使用されている鋼材の降伏強度について多数の鋼材検査証明書を基に調査した。その結果、各鋼材の降伏強度が全鋼種おいて、基準強度よりも約２割程度高く、実際の鋼構造物はその多くが２．０以上の安全率Ｂを有していることが判明した。
【００１３】
経済的な橋梁を実現することを目的とし、設計時の安全率（安全率Ａ）を規定値よりも低い値例えば１．５に設定した上で、使用鋼材の降伏強度に対する安全率（安全率Ｂ）を規定値例えば１．７の品質に保証する安全率照査型設計・製作方法の発明を完成させたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち、請求項１の発明は、基準強度に対する安全率Ａを規定値よりも低い値に設定して許容応力度設計法により鋼構造物の設計を行った後、該鋼構造物に使用する鋼材を鋼材メーカーに発注し、発注された鋼材の入荷後、鋼材メーカーからの当該鋼材の鋼材検査証明書に記載されている降伏強度を基に算出した使用鋼材の降伏強度に対する安全率Ｂが規定値を満足しているか否かを照査し、満足していれば前記設計に基づく鋼構造物の製作を開始することを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明は、基準強度に対する安全率Ａを規定値よりも低い値に設定して許容応力度設計法により鋼構造物の１次設計を行った後、該鋼構造物に使用する鋼材を鋼材メーカーに発注し、発注された鋼材の入荷後、鋼材メーカーからの当該鋼材の鋼材検査証明書に記載されている降伏強度を基に算出した使用鋼材の降伏強度に対する安全率Ｂが規定値を満足しているか否かを照査し、満足していれば前記１次設計に基づく鋼構造物の製作を開始し、満足していなければ安全率Ｂを規定値に満足させる２次設計を行った後、該２次設計に基づく鋼構造物の製作を開始することを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、基準強度に対する安全率Ａを規定値よりも低い値に設定して許容応力度設計法により鋼構造物の１次設計を行った後、該鋼構造物に使用する鋼材を鋼材メーカーに発注し、発注された鋼材の入荷後、鋼材メーカーからの当該鋼材の鋼材検査証明書に記載されている降伏強度を基に算出した使用鋼材の降伏強度に対する安全率Ｂが規定値を満足しているか否かを照査し、満足していれば前記１次設計に基づく鋼構造物の製作を開始し、満足していなければ安全率Ｂを規定値に満足させる２次設計を行った後、鋼材の追加発注の有無を照査し、追加発注が無ければ２次設計に基づく鋼構造物の製作を開始し、追加発注が有れば鋼材を追加発注し、追加発注された鋼材の入荷後、２次設計に基づく鋼構造物の製作を開始することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基いて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態である鋼構造物の設計・製作方法を示す図である。
【００１８】
まず、基準強度に対する安全率Ａを規定値例えば１．７よりも１割程度低い値例えば１．５に設定して許容応力度設計法により鋼構造物例えば橋梁の設計（１次設計）を行う（Ｓ１）。この一次設計後、該橋梁に使用する鋼材を鋼材メーカーに発注し（Ｓ２）、鋼材の入荷後、鋼材メーカーからの当該鋼材の鋼材検査証明書（ミルシート）に記載されている降伏強度を基に算出した使用鋼材の降伏強度に対する安全率Ｂが規定値例えば１．７を満足しているか否かを照査（判定）し（Ｓ３）、満足していれば、前記１次設計に基づく橋梁の製作を開始する（Ｓ４）。
【００１９】
１次設計では、これまでと同様に許容応力度設計で断面を決定する。ただし、ここでは表５に示すように、許容応力は安全率Ａを１．５として求めた値を用いて設計を行う。
【００２０】
【表３】
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【００２１】
その後、現状と同様の手順で鋼材を発注する。通常、２〜３ヶ月後に鋼材は入荷され、鋼材入荷後、鋼材検査証明書に記載されている降伏強度を基に、使用鋼材の降伏強度を１次設計で算出された各断面の応力で割って、これが１．７（安全率Ｂ）を確保しているのか照査する。照査した結果、すべての断面で安全率Ｂが１．７を確保していれば前記１次設計に基づく鋼構造物の製作を開始し、もし１部材でも１．７を満足していない部材があれば、安全率Ｂを規定値に満足させる２次設計を行った後（Ｓ５）、該２次設計に基づく鋼構造物の製作を開始する（Ｓ４）。
【００２２】
２次設計では、基本的には入荷した鋼材を使用することを前提として設計を行う（例えば、板厚は変化させずフランジ幅を変化させる）。その際の許容応力は、使用鋼材の降伏強度を１．７で割って求めた値を用い、入荷した鋼材の範囲内で断面を決定する。ここで、鋼材の追加発注の有無すなわち追加発注が必要か否かを照査し（Ｓ６）、鋼材が足りていれば（鋼材の追加発注無しの場合）、製作を開始する（Ｓ４）。鋼材が足りない場合（鋼材の追加発注有りの場合）は、不足する鋼材のみを再発注し（Ｓ７）、その鋼材の入荷後、２次設計に基づく鋼構造物製作を開始する（Ｓ４）。
【００２３】
なお、発注する数量が少ない場合は、在庫材を検索するのも１つの方法である。以上の設計・製作方法ないし設計・製作手順で行えば、安全率Ａが１．５での許容応力度設計であるが、品質は１．７の安全率Ｂを有する橋梁となり、経済性のある鋼橋を実現できる。本実施例では、１次設計時における安全率Ａを１．５としているが、これは安全率照査時において、安全率Ｂが１．７を満足しないというリスクをできるだけ小さくするためである。
【００２４】
２次設計の基本的な考え方は、入荷した鋼材を用いることを前提とした設計のやり直しである。当然のことであるが、断面寸法の大幅な変更は、設計時間の増大につながるので、必要最小限の変更とすることが要求される。例えば、Ｉ桁や箱桁では、安全率Ｂが１．７を満足しない部材のみ、フランジ幅を増加させるなどで対応する方法が考えられる。また、箱桁ではフランジ幅を変えず、縦リブ高さを増加させる方法もある。通常、発注する原板のサイズは切断代を考慮して、多少余裕を持ったサイズであり、また、ロールされる原板は発注サイズより数十ｍｍ大きなものが入荷される。
【００２５】
現状では、歩留り率（原板サイズに対する切断重量）は約８５〜９０％であり、鋼材には多少の余裕があるので、変更する部材が少ない場合には、入荷した鋼材の範囲内で対応できるものと考えられる。また、安全率Ｂが１．７を満足しない部材より、これを満足する部材が多くなると考えられるので、強度に余裕のある部材はフランジ幅を減少させることなどで、入荷した鋼材の範囲内で断面を決定することなどの対応策も考えられる。ただし、フランジ幅や縦リブ高さの変化量によっては、入荷した鋼材では必要量が確保できないケースも考えられるので、その場合は鋼材の追加発注を行う。
【００２６】
その他の２次設計の方法として、断面形状は変えずカバープレート方式で安全率Ｂが１．７を満足しない部材を補強する方法も考えられる。これで対応できれば鋼材の追加発注を行う必要がなく、在庫材でも十分対応可能であると考えられる。安全率照査型設計は、２次設計で断面変更に対して影響が少ない形式の鋼構造で適用が容易であると考えられる。
【００２７】
現状の橋梁は、多数の鋼材検査証明書の調査結果から、鋼材の降伏強度が基準値よりも高く、使用鋼材に対する安全率Ｂが平均で２．２１の橋梁となっており、鋼材が保有している性能を十分に発揮されていなかった。これに対して、本発明の実施の形態では、設計時の安全率Ａを１．５と低く設定し、使用鋼材の降伏強度に対する安全率Ｂを１．７の品質に保証する安全率照査型設計・製作方法を採用したことにより、鋼材が有する性能が現状よりも発揮され、経済性のある鋼橋を実現することできる。
【００２８】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更等が可能である。本発明に係る鋼構造物の設計・製作方法は、橋梁に限定されるものではなく、鋼構造物である例えば建築鉄骨や造船についても適用可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果を奏することができる。
【００３０】
（１）請求項１の発明によれば、基準強度に対する安全率Ａを規定値よりも低い値に設定して許容応力度設計法により鋼構造物の設計を行った後、該鋼構造物に使用する鋼材を鋼材メーカーに発注し、発注された鋼材の入荷後、鋼材メーカーからの当該鋼材の鋼材検査証明書に記載されている降伏強度を基に算出した使用鋼材の降伏強度に対する安全率Ｂが規定値を満足しているか否かを照査し、満足していれば、前記設計に基づく鋼構造物の製作を開始するため、経済性のある鋼構造物を実現することができる。
【００３１】
（２）請求項２の発明によれば、基準強度に対する安全率Ａを規定値よりも低い値に設定して許容応力度設計法により鋼構造物の１次設計を行った後、該鋼構造物に使用する鋼材を鋼材メーカーに発注し、発注された鋼材の入荷後、鋼材メーカーからの当該鋼材の鋼材検査証明書に記載されている降伏強度を基に算出した使用鋼材の降伏強度に対する安全率Ｂが規定値を満足しているか否かを照査し、満足していれば、前記１次設計に基づく鋼構造物の製作を開始し、満足していなければ安全率Ｂを規定値に満足させる２次設計を行った後、該２次設計に基づく鋼構造物の製作を開始するため、経済性のある鋼構造物を実現することができる。
【００３２】
（３）請求項３の発明によれば、基準強度に対する安全率Ａを規定値よりも低い値に設定して許容応力度設計法により鋼構造物の１次設計を行った後、該鋼構造物に使用する鋼材を鋼材メーカーに発注し、発注された鋼材の入荷後、鋼材メーカーからの当該鋼材の鋼材検査証明書に記載されている降伏強度を基に算出した使用鋼材の降伏強度に対する安全率Ｂが規定値を満足しているか否かを照査し、満足していれば前記１次設計に基づく鋼構造物の製作を開始し、満足していなければ安全率Ｂを規定値に満足させる２次設計を行った後、鋼材の追加発注の有無を照査し、追加発注が無ければ２次設計に基づく鋼構造物の製作を開始し、追加発注が有れば鋼材を追加発注し、追加発注された鋼材の入荷後、２次設計に基づく鋼構造物の製作を開始するため、経済性のある鋼構造物を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である鋼構造物の設計・製作方法を示す図である。
【図２】従来の設計・製作の流れを示す図である。
【図１】
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【図２】
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