(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷間成形角形鋼管の角部および平行部に、該冷間成形角形鋼管と梁とを接合するための通しダイヤフラムを溶接接合したダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管であって、前記 冷間成形角形鋼管の角部に溶接された溶接金属の変形抵抗が、該冷間成形角形鋼管の角部の母材の変形抵抗より大きく、且つ該冷間成形角形鋼管の平行部に溶接された溶接金属の変形抵抗より大きいことを特徴とするダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管。
【請求項２】
前記冷間成形角形鋼管の母材側の溶接止端部またはダイヤフラム側の溶接止端部の一方または両方に補強溶接を施し、溶接熱影響部の肉厚を増大したことを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管。
【請求項３】
前記補強溶接された溶接金属の変形抵抗が、該補強溶接前の溶接接合部の溶接金属の変形抵抗より大きいことを特徴とする請求項２に記載のダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管。
【請求項４】
前記変形抵抗が、引張り強さ、降伏応力、または０．２％オフセット耐力のいずれかであることを特徴とする請求項１または３のいずれか１項に記載のダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間成形角形鋼管の角部および直線部に通しダイヤフラムを溶接接合した、ダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管角形鋼管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨建築において角形鋼管を柱とし、柱梁接合部を通しダイヤフラム形式とした場合や柱継ぎの場合、鋼管を突き合わせて溶接する作業が生じる。この柱梁接合部に曲げ応力がかかった場合、破壊が鋼管母材側から先に発生するように、溶接金属側の変形抵抗を高めている。すなわち、溶接材料は、鋼管強度より１ランク高い強度をもつ溶接材料を使用する。例えば、４００Ｎ／ｍｍ2 級の冷間成形角形鋼管に対しては、４９０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接材料を使用し、また、４９０Ｎ／ｍｍ2 級の冷間成形角形鋼管に対しては、４９０Ｎ／ｍｍ2 級または５４０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接材料が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷間プレス成形角形鋼管においては、通常その角部は加工硬化されており、また、冷間ロール成形角形鋼管においては、全体の強度が加工前より上昇し、角部も加工硬化されている。このような硬化部が溶接されると以下の問題点がある。
【０００４】
１）冷間プレス成形角形鋼管の場合、角部の変形抵抗が平行部（直線部）の変形抵抗より大きいため、溶接条件・溶接材料によっては角部の溶接金属の変形抵抗が、角部の母材の変形抵抗を下回るアンダーマッチングの状態となる。このため、柱梁接合部に曲げ応力がかかった場合には、溶接金属が先行して塑性変形し、これにより溶接金属に隣接する熱影響部（以下、ＨＡＺという）での応力集中または歪集中が助長され破壊を招き易くなる。
【０００５】
２）図４は、鋼管平行部と角部の応力−ひずみ関係を示す一例の線図である。角部の耐力は、平行部の耐力に対して１割程度大きく、溶接強度が５４０Ｎ／ｍｍ2 級の場合、平行部に対して溶接金属は十分な耐力を有するが、角部に対しては耐力は不十分となる。
【０００６】
３）冷間ロール成形角形鋼管で、４９０Ｎ／ｍｍ2 級の鋼管に対して５４０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接材料を使用しても、鋼管強度より溶接金属強度が下回ることが生じる。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決する最適なダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管を提供することを目的するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、冷間成形角形鋼管の角部および直線部に、該冷間成形角形鋼管と梁とを接合するための通しダイヤフラムを溶接接合した、ダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管であって、前記冷間成形角形鋼管の角部に溶接された溶接金属の変形抵抗が、該冷間成形角形鋼管の角部の母材の変形抵抗より大きいことを特徴とするダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管である。
【０００９】
また、本発明は、前記冷間成形角形鋼管の角部に溶接された溶接金属の変形抵抗が、該冷間成形角形鋼管の直線部に溶接された溶接金属の変形抵抗より大きくしたものであり、更に、前記冷間成形角形鋼管の母材側の溶接止端部またはダイヤフラム側の溶接止端部の一方または両方に補強溶接を施し、溶接熱影響部の肉厚を増大したダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管である。
【００１０】
更にまた、本発明は、前記補強溶接された溶接金属の変形抵抗が、該補強溶接前の溶接接合部の溶接金属の変形抵抗より大きくしたものであり、また前記変形抵抗が、引張り強さ、降伏応力、または０．２％オフセット耐力のいずれかであることを特徴としたダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管である。
【００１１】
【発明の実施形態】
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る、梁部を省略した柱梁接合部の外観図である。図１において、１１、１２は冷間プレス成形角形鋼管（４９０Ｎ／ｍｍ2 級：□４５０ｍｍ×４５０ｍｍ×２５ｍｍ）、２０は通しダイヤフラム（４９０Ｎ／ｍｍ2 級：肉厚２５ｍｍ）、３０は溶接金属、１１１は冷間プレス成形角形鋼管１１、１２の角部、１１２は冷間プレス成形角形鋼管１１、１２の平行部である。
【００１２】
冷間プレス成形角形鋼管１１および１２に挟まれて、通しダイヤフラム２０が配置され、この相互部材間を５９０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接棒により溶接接合されている。なお、比較実験のために４９０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接棒により溶接接合したものが用意された。
【００１３】
図２は、図１における溶接接合部の断面模式図である。図２において、１１，１２は冷間プレス成形角形鋼管、１３は裏当て金、２０は通しダイヤフラム、３０は溶接金属、４０は熱影響部（ＨＡＺ）である。ＨＡＺは溶接金属３０に隣接して存在する。
【００１４】
表１は、図１における溶接前の冷間プレス成形角形鋼管１１の平行部と角部、および溶接後の溶接金属について行った引張り試験の結果を示す。すなわち、５９０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接棒を使用することにより、角部においてもオーバーマッチングになっている。
【００１５】
【表１】
0003752616.tif 000002
【００１６】
図３は、累積塑性変形倍率を測定するための試験装置の概要を示す説明図である。１は試験機、１０は試験体、２はＨ鋼梁である。Ｈ鋼梁２は通しダイヤフラム２０を介して角形鋼管１１、１２と溶接接合されている。
【００１７】
図４は累積塑性変形倍率の算定を説明するための変位−荷重の関係を示す説明図である。縦軸Ｐは荷重、横軸δは荷重Ｐに対する変位を示す。
図４において、Ｈ型鋼の全断面が降伏する時（全塑性モーメントＭｐの時）の弾性変形を降伏変形δｙとして、例えばｉ回目の載荷が図中Ａ点から開始され、一方向荷重によりＢ点まで変形し、その後、除荷されてＣ点の塑性変形が残ったとき、Ａ点からＣ点まで距離を残存変形量δｉ（塑性変形量の絶対値）として、この残存変形量δｉを降伏変形δｙで除した値をｉ回目の塑性変形倍率δｉ/δｙとする。
【００１８】
更に、ｉ＋１回目の載荷として図中Ｃ点から開始され、ｉ回目とは逆の方句の荷重によりＤ点まで変形し、その後、除荷されてＥ点の塑性変形が残ったとき、Ｃ点からＥ点まで距離距離を残存変形量δｉ+1（塑性変形量の絶対値）とし、この残存変形量δｉ+1を降伏変形δｙで除した値を塑性変形倍率（δｉ+1／δｙとする。そして、この塑性変形倍率を１回目から所定の回数ｊまで累積したものをｊ回目の累積塑性変形倍率ηとした。
【００１９】
表２は、前記図３に記載した試験装置により行った、柱梁接合部の累積塑性変形倍率ηを示す。すなわち、比較試験の４９０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接棒を使用した場合は、累積塑性変形倍率ηが１８であるのに対し、本発明の５９０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接棒を使用した場合は５２となり、オーバーマッチングにしたことにより耐変形能力が確保されている。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
実施の形態２
図５は、実施の形態１の図１において、ＨＡＺ４０の上に更に補強溶接ビード５０を盛った、本発明の実施の形態２における溶接接合部の断面説明図である。図１において、当初ＨＡＺ部の厚さが０ｍｍであったものが、５ｍｍに増加している。
【００２２】
表３は、累積塑性変形倍率ηを用いて、前記補強溶接ビードの効果を示す線図である。補強溶接ビード５０が無い場合（５９０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接棒を使用した場合）累積塑性変形倍率ηが５２であるのに対し、５９０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接棒を使用した補強溶接ビード５０がある場合には６４となり、大幅に変形能力が改善されていることがわかる。
【００２３】
【表３】
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【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、冷間成形角形鋼管の溶接において、母材と溶接金属の関係をオーバマッチングにすることにより、変形性能を十分保証するダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管を提供することができる。更に、溶接止端部に補強溶接ビードを盛り肉厚を増すことにより、更に強度低下を防止したダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管を提供することができる。即ち、
【００２５】
１）冷間成形角形鋼管の角部に溶接された溶接金属の変形抵抗が、該冷間成形角形鋼管の角部の母材の変形抵抗より大きくすることにより、変形能力が改善されたダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管を提供することができ、
【００２６】
２）また、冷間成形角形鋼管の角部に溶接された溶接金属の変形抵抗が、該冷間成形角形鋼管の平行部に溶接された溶接金属の変形抵抗より大きくすることにより、変形性能が十分保証できるダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管を提供することができ、
【００２７】
３）冷間成形角形鋼管の母材側の溶接止端部またはダイヤフラム側の溶接止端部の一方または両方に補強溶接を施し、溶接熱影響部の肉厚を増大すことにより、変形性能を十分保証すると共に、更に強度低下の少ないダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管を提供し得る。
【００２８】
４）更に、前記補強溶接された溶接金属の変形抵抗が、該補強溶接前の溶接接合部の溶接金属の変形抵抗より大きくすることにより、安定した変形性能を保証し、しかも強度低下の少ないダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管を提供し得る。
【００２９】
５）また、前記変形抵抗を、引張り強さ、降伏応力、または０．２％オフセット耐力のいずれかに設定することにより、より安定した変形性能を保証し、クラック発生防止効果の優れたダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係る、梁部を省略した柱梁接合部の外観図である。
【図２】  図１における溶接接合部の断面模式図である。
【図３】  累積塑性変形倍率を測定するための試験装置の概要を示す説明図である。
【図４】  累積塑性変形倍率の算定を説明するための変位−荷重の関係を示す線図である。
【図５】  本発明の実施の形態２における溶接接合部の断面説明図である。
【符号の説明】
１  試験機、２  Ｈ鋼梁、１０  試験体、１１  角形鋼管柱、１２  角形鋼管柱、１３  裏当て金、２０  通しダイヤフラム、３０  溶接金属、４０  熱影響部（ＨＡＺ）、５０  補強溶接ビード、１１１  角形鋼管角部、１１２  角形鋼管平行部。
【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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