(57)【要約】  【課題】大電流パルスMAG溶接方法を用いて、Ｕリブ等の閉断面構造の補強材とデッキプレートとの溶接を完全溶け込み溶接とする技術を提案し、溶接部分における疲労強度の向上を図ること。  【解決手段】閉断面構造のリブをデッキプレートに溶接することによって前記デッキプレートを補強するデッキプレートの補強方法において、前記リブの止端部と前記デッキプレートとは裏波完全溶け込み溶接方法によって溶接する。リブの止端部は大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法で溶接する。【選択図】      図１
2007118032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉断面構造のリブをデッキプレートに溶接することによって前記デッキプレートを補強するデッキプレートの補強方法において、
前記リブの止端部と前記デッキプレートとは裏波完全溶け込み溶接方法によって溶接することを特徴とするデッキプレートの補強方法。
【請求項２】
前記裏波完全溶け込み溶接方法は、
裏はつり不要なＩ形開先、レ形開先またはＫ形開先を有するリブの止端部を大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法を用いることを特徴とする請求項１に記載のデッキプレートの補強方法。
【請求項３】
前記大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法は、下記の条件（１）〜（10）を満足する溶接方法であることを特徴とする請求項２に記載のデッキプレートの補強方法。
（１）溶接入熱量は1,500〜5,000Ｊ／ｍｍ
（２）裏ビード脚長は1.5〜6.0ｍｍ
（３）最適溶接電流は、
板厚が約20ｍｍの場合には390±25Ａの範囲、
板厚が約17ｍｍの場合には360±25Ａの範囲、
板厚が約12ｍｍの場合には320±25Ａの範囲、
板厚が約９ｍｍの場合には310±25Ａの範囲、
板厚が約６ｍｍの場合には360±25Ａの範囲、
板厚が約3.2ｍｍの場合には300±25Ａの範囲、
（４）最適溶接速度は40±10ｃｐｍの範囲
（５）最適パルスピーク電圧は40〜55Ｖの範囲
（６）最適パルス周波数は、約300〜400Hzの範囲
（７）最適パルス幅は1.0〜1.5ｍｓの範囲
（８）最適なワイヤの狙い位置はルートから水平手前に０〜＋１ｍｍ且つ上方向に０〜＋１ｍｍの範囲
（９）最適移動角は、板厚が９ｍｍ〜２０ｍｍの場合には後退角20°に対して前進角側に０〜＋５°の範囲で、板厚が９ｍｍ未満の場合には後退角０±10°の範囲
（10）最適シールドガス流量は20〜25Ｌ／ｍｉｎの範囲
【請求項４】
リブの止端部の板厚を３〜20ｍｍとする請求項１〜３の何れか１項に記載のデッキプレートの補強方法。
【請求項５】
閉断面構造のリブをデッキプレートに溶接することによって補強されてなるデッキプレートの補強構造において、
前記リブの止端部と前記デッキプレートとは、裏波完全溶け込み溶接方法によって溶接されていることを特徴とするデッキプレートの補強構造。
【請求項６】
前記裏波完全溶け込み溶接方法は、大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法が用いられていることを特徴とする請求項５に記載のデッキプレートの補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｕリブ等の閉断面構造のリブで補剛された鋼床版橋梁等における補強技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｕリブで補剛された鋼床版橋梁等は、鋼床版（デッキプレート）を補強するために、デッキプレートの下面にＵリブ等の補強材を溶接することが行われている。これらの補強材は断面形状においては閉じた空間が形成されている（閉断面構造である）ため、剛性は高いが、補強材とデッキプレートとの接合部（補強材の止端部）を溶接する場合には、前記閉断面構造の外部からしか作業できない。すなわち、Ｕリブにおいては片側のすみ肉溶接または部分溶込み溶接(のど厚はＵリブ板厚の75％が要求されている)しか施工ができないため、溶接ルート部が残存し、そこが大きな応力集中部となりこのルート部を起点として部分溶込み溶接ののど厚に沿った疲労クラックおよびデッキプレート母材の橋軸方向に疲労クラックが発生し伝播するものと推定されている(非特許文献１、Fig.1.2〜Fig.1.3)。
【０００３】
【非特許文献１】IIW (FS-1108-05) "Wheel running fatigue test for orthotropic steel bridge decks"  Shunichi ONO etc
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
全国の重交通下にあるＵリブで補剛された鋼床版橋梁では、多くの疲労クラックが発生しており、重大な問題となりつつある。
また、発明者等は、既に、特願2005-200495において、従来の溶接技術では困難であったすみ肉溶接の裏波溶接を大電流パルスMAG溶接電源の適用によって可能とする技術を提案した。
【０００５】
そこで、本発明では、特願2005-200495において既に提案した大電流パルスMAG溶接方法を用いて、Ｕリブ等の閉断面構造の補強材とデッキプレートとの溶接を完全溶け込み溶接とする技術を提案し、溶接部分における疲労強度の向上を図る発明を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる請求項１のデッキプレートの補強方法は、
閉断面構造のリブをデッキプレートに溶接することによって前記デッキプレートを補強するデッキプレートの補強方法において、
前記リブの止端部と前記デッキプレートとは裏波完全溶け込み溶接方法によって溶接することを特徴としている。
請求項２において、前記裏波完全溶け込み溶接方法は、
裏はつり不要なＩ形開先、レ形開先またはＫ形開先を有するリブの止端部を大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法を用いる。
請求項３いおいて、前記大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法は、下記の条件（１）〜（10）を満足する溶接方法である。
（１）溶接入熱量は1,500〜5,000Ｊ／ｍｍ
（２）裏ビード脚長は1.5〜6.0ｍｍ
（３）最適溶接電流は、
板厚が約20ｍｍの場合には390±25Ａの範囲、
板厚が約17ｍｍの場合には360±25Ａの範囲、
板厚が約12ｍｍの場合には320±25Ａの範囲、
板厚が約９ｍｍの場合には310±25Ａの範囲、
板厚が約６ｍｍの場合には360±25Ａの範囲、
板厚が約3.2ｍｍの場合には300±25Ａの範囲、
（４）最適溶接速度は40±10ｃｐｍの範囲
（５）最適パルスピーク電圧は40〜55Ｖの範囲
（６）最適パルス周波数は、約300〜400Hzの範囲
（７）最適パルス幅は1.0〜1.5ｍｓの範囲
（８）最適なワイヤの狙い位置はルートから水平手前に０〜＋１ｍｍ且つ上方向に０〜＋１ｍｍの範囲
（９）最適移動角は、板厚が９ｍｍ〜２０ｍｍの場合には後退角20°に対して前進角側に０〜＋５°の範囲で、板厚が９ｍｍ未満の場合には後退角０±10°の範囲
（10）最適シールドガス流量は20〜25Ｌ／ｍｉｎの範囲
請求項４では、リブの止端部の板厚を３〜20ｍｍとする。
請求項５のデッキプレートの補強構造においては、
前記リブの止端部と前記デッキプレートとは、裏波完全溶け込み溶接方法によって溶接されている。
請求項６において前記裏波完全溶け込み溶接方法は、大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法が用いられている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による効果をFEM(有限要素法)解析によって検討した結果、部分溶込み溶接の場合のルート部の応力は約100MPaと非常に大きいが、これを完全溶込み裏波とすると、応力集中部は当然ルート部ではなくなり、溶接止端部で60MPa程度に減少することが示された。従って、疲労寿命は(100/60)の３乗＝4.6倍程度に延伸されることが期待でき、疲労強度が大幅に改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明にかかるデッキプレートの補強方法を、その実施の形態を示した図面に基づいて詳細に説明する。
本発明のデッキプレートの補強方法は、閉断面構造のリブをデッキプレートに溶接することによって前記デッキプレートを補強するデッキプレートの補強方法において、前記リブの止端部（デッキプレートと突き合わされて溶接される端部）と前記デッキプレートとは裏波完全溶け込み溶接方法によって溶接することを特徴としている。
【０００９】
そして、前記裏波完全溶け込み溶接方法としては、裏はつり不要なＩ形開先、レ形開先またはＫ形開先を有するリブの止端部を大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法を用いることが好ましい。
【００１０】
さらに、前記大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法は、下記の条件（１）〜（10）を満足する溶接方法であることが好ましい。
（１）溶接入熱量は1,500〜5,000Ｊ／ｍｍ
（２）裏ビード脚長は1.5〜6.0ｍｍ
（３）最適溶接電流は、
板厚が約20ｍｍの場合には390±25Ａの範囲、
板厚が約17ｍｍの場合には360±25Ａの範囲、
板厚が約12ｍｍの場合には320±25Ａの範囲、
板厚が約９ｍｍの場合には310±25Ａの範囲、
板厚が約６ｍｍの場合には360±25Ａの範囲、
板厚が約3.2ｍｍの場合には300±25Ａの範囲、
（４）最適溶接速度は40±10ｃｐｍの範囲
（５）最適パルスピーク電圧は40〜55Ｖの範囲
（６）最適パルス周波数は、約300〜400Hzの範囲
（７）最適パルス幅は1.0〜1.5ｍｓの範囲
（８）最適なワイヤの狙い位置はルートから水平手前に０〜＋１ｍｍ且つ上方向に０〜＋１ｍｍの範囲
（９）最適移動角は、板厚が９ｍｍ〜２０ｍｍの場合には後退角20°に対して前進角側に０〜＋５°の範囲で、板厚が９ｍｍ未満の場合には後退角０±10°の範囲
（10）最適シールドガス流量は20〜25Ｌ／ｍｉｎの範囲
また、前記リブの止端部の板厚は３〜20ｍｍとする。
【００１１】
以上のようにして補強されたデッキプレートの補強構造は、前記リブの止端部と前記デッキプレートとは、裏波完全溶け込み溶接方法によって溶接され、前記裏波完全溶け込み溶接方法には、大電流パルスＭＡＧによるガウジングレス完全溶込み溶接方法を用いることができる。
なお、リブとしては、閉断面構造であればよく、Ｕリブに限定されるものではない。
【実施例１】
【００１２】
ここでは、以下の解析モデルを設定して、溶接部分における応力の分布状況をFEM(有限要素法)解析によって検討する。
本解析に用いる小型試験体形状図を図１に示す。
図１の（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【００１３】
各図において、
１は板厚12mmのデッキプレート、２は320×240×6-40のＵリブである。そして、前記デッキプレート１の下面に前記Ｕリブ２が溶接された形状である。前記Ｕリブ２は、溶接時の状態では閉断面構造となっているので、内側から溶接することはできない。そのため、外側から完全溶け込み溶接方法によって溶接するのである。
３は直径20mm程度の円筒面でデッキプレート１を支持する支持治具であり、負荷治具４で繰り返し負荷をかけて疲労試験のFEM解析を行う。
解析では、Ｕリブを中心として600mm幅でデッキプレートを単純支持し、Ｕリブ中央部に強制変位1mm載荷した。
材質は、弾性係数2.0×105N/mm2、ポアソン比0.3の鋼材を模した値とし、溶接金属も同じ特性値とした。
【００１４】
また、今回の追加解析で考慮した溶接形状を図２に示す。
ここで検討する解析モデルは以下の５種類である。
図２の（ａ）に示した解析モデルＡ：７５％部分溶け込み溶接モデル
このモデルは、止端部の厚み６mmの内の７５％の4.5mmまでの部分溶け込み溶接モデルである。
図２の（ｂ）に示した解析モデルＢ：完全溶け込み溶接１
このモデルは、止端部の厚み６mmの１００％の部分溶け込み溶接モデルである。
図２の（ｃ）に示した解析モデルＣ：完全溶け込み溶接２
このモデルは、裏波が４mm完全溶け込み溶接モデルである。裏波の表面は平面状とした。
図２の（ｄ）に示した解析モデルＤ：完全溶け込み溶接2#1
このモデルは、裏波が４mm完全溶け込み溶接モデルである。裏波の表面は１mmの凸面状とした。
図２の（ｅ）に示した解析モデルＥ：完全溶け込み溶接2#2
このモデルは、裏波が４mm完全溶け込み溶接モデルである。裏波の表面は１mmの凹面状とした。
【００１５】
以下に、各解析モデルにおける検討結果を示す。
１）７５％部分溶け込み溶接（解析モデルＡ）
解析モデルＡでの要素分割の状態を図３に示す。解析モデルＡは対称性を考慮して１／４をモデル化した。要素分割は、デッキプレート、Ｕリブとも板厚方向は6分割とした。
解析モデルＡの解析結果を図４に示す。図では板幅端部の断面のvon Mises 相当応力分布をコンター図で示している。図および解析結果より、以下のことがわかる。
・デッキプレート、Ｕリブとも曲げ応力が卓越している。
・裏側止端部に応力集中がみられる。
・デッキプレートの板曲げ40N/mm2程度。裏側止端部の応力集中100N/mm2程度。載荷荷重4.65kN。載荷点変移１mm。
解析モデルＡの主応力ベクトル図を図５に示す。図より、裏側止端部に大きな引張応力が発生していることがわかる。
【００１６】
２）完全溶け込み溶接１（解析モデルＢ）
解析モデルＢでの要素分割の状態を図６に示す。基本的な要素分割は解析モデルＡと同じである。
解析モデルＢの解析結果を図７に示す。図では板幅中央部の断面のvon Mises 相当応力分布をコンター図で示している。図および解析結果より、以下のことがわかる。
・表側止端部の応力集中の方が裏側止端部より大きい。
・デッキプレートの板曲げ40N/mm2程度。表側止端部の応力集中60N/mm2程度。載荷荷重4.68kN。載荷点変移１mm。
解析モデルＢの主応力ベクトル図を図８に示す。図より、表側止端部に大きな引張応力が発生していることがわかる。
【００１７】
３）完全溶け込み溶接２（解析モデルＣ）
解析モデルＣでの要素分割の状態を図９に示す。要素は1辺の最大寸法0.25mmで要素分割されている。基本的な要素分割は解析モデルＡと同じである。
解析モデルＣの解析結果を図１０に示す。図では板幅中央部の断面のvon Mises 相当応力分布をコンター図で示している。図および解析結果より、以下のことがわかる。
・表側止端部の応力集中の方が裏側止端部より大きい。
・デッキプレートの板曲げ40N/mm2程度。表側止端部の応力集中60N/mm2程度。載荷荷重4.69kN。載荷点変移１mm。
解析モデルＣの主応力ベクトル図を図１１に示す。図より、表側止端部に大きな圧縮応力が発生していることがわかる。
【００１８】
４）完全溶込み溶接2#1（解析モデルＤ）
解析モデルＤの要素分割の状況を図１２に示し、解析結果を図１３に示す。図より、裏ビード形状が凸形状となっていることから応力集中が見られている。
【００１９】
５）完全溶込み溶接2#2（解析モデルＥ）
解析モデルＥの要素分割の状態を図１４に示し、解析結果を図１５に示す。図より、裏ビード形状が凹形状となっていることから、応力集中が減少していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明のデッキプレートの補強方法、補強構造は、橋梁等のデッキプレートにかぎらず、種々の構造物の補強構造に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明にかかるデッキプレートの補強方法による補強構造の説明図、および、解析モデルの説明図である。
【図２】種々の溶接部の解析モデルの要部断面図である。
【図３】解析モデルＡの要素分割の状態を示す図である。
【図４】解析モデルＡの解析結果を示す図である。
【図５】解析モデルＡの主応力ベクトル図である。
【図６】解析モデルＢの要素分割の状態を示す図である。
【図７】解析モデルＢの解析結果を示す図である。
【図８】解析モデルＢの主応力ベクトル図である。
【図９】解析モデルＣの要素分割の状態を示す図である。
【図１０】解析モデルＣの解析結果を示す図である。
【図１１】解析モデルＣの主応力ベクトル図である。
【図１２】解析モデルＤの要素分割の状態を示す図である。
【図１３】解析モデルＤの解析結果を示す図である。
【図１４】解析モデルＥの主応力ベクトル図である。
【図１５】解析モデルＥの要素分割の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  デッキプレート、鋼床版
２  Ｕリブ、閉断面構造のリブ
３  支持治具
４  負荷治具
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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