(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本設の鋼構造母材に、二次部材、仮設の鋼製部材を溶接接合して成る鋼構造物の溶接構造において、
地震等の外力が作用した場合に、その荷重を負担する必要のない二次部材、仮設の鋼製部材が、本設の鋼構造母材から剥離して本設の鋼構造母材への応力集中を低減可能に、本設の鋼構造母材よりも低い強度の溶接材を用いて、本設の鋼構造母材に、二次部材、仮設の鋼製部材が溶接接合されていることを特徴とする、鋼構造物の溶接構造。
【請求項２】
本設の鋼構造母材に、二次部材、仮設の鋼製部材を溶接接合する鋼構造物の溶接工法において、
地震等の外力が作用した場合に、その荷重を負担する必要のない二次部材、仮設の鋼製部材が、本設の鋼構造母材から剥離して本設の鋼構造母材への応力集中を低減可能に、本設の鋼構造母材よりも低い強度の溶接材を用いて、本設の鋼構造母材に、二次部材、仮設の鋼製部材を溶接接合することを特徴とする、鋼構造物の溶接工法。
【請求項３】
炭素量が０．０１％以下の工業用純鉄を溶接材として用い、不活性ガスを送給するＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接により溶接することを特徴とする、請求項２に記載した鋼構造物の溶接工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄骨柱、鉄骨梁等（以下、本設の鋼構造母材という。）に、地震力等の外力が作用した場合に本来その荷重を負担する必要のない外装パネルを取り付けるためのファスナー等（以下、二次部材という。）や、仮設梯子、エンドタブ、裏当金、吊りピース等（以下、仮設の鋼製部材という。）を溶接接合する場合の鋼構造物の溶接構造及び鋼構造物の溶接工法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鋼構造物に関しては、前記本設の鋼構造母材に、地震力等の外力が作用した場合に本来その荷重を負担する必要のない前記二次部材や、仮設の鋼製部材を溶接接合することが多い。
従来、建築の分野で行われる溶接に関しては、工場溶接である場合は勿論のこと、現場溶接についても必要にして十分な品質管理が行われている。
【０００３】
しかし、現実問題として、前記本設の鋼構造母材の溶接については、例えば特開平８−２８１４８６号公報、特開平８−２８１４８７号公報等に開示されているように、入念にして注意深い品質管理が行われているが、その一方、本来、構造物に大きな意味を持たない二次部材や、仮設の鋼製部材の溶接に関しては、溶接長さの短いものが多く、強度的にも軽微な荷重に耐えれば十分であるとの認識から、予熱などの十分な品質管理が行われにくい環境にあった。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
兵庫県南部地震について調査した結果、多くの本設の鋼構造母材に、二次部材、仮設の鋼製部材の取り付け部分を起点とした破壊が発生していることが認められ問題となっている。この破壊の中には、本設の鋼構造母材が本来有する伸びあるいは強度を発現する以前に破壊する脆性破壊が見られた。その理由、原因について調査、研究を進めた結果、二次部材、仮設鋼製部材の十分に品質管理されない溶接が、（１）本設の鋼構造母材に硬度の上昇、エネルギー吸収能力の低下など母材の劣化、脆化という悪影響を及ぼしていること、及び（２）本設の鋼構造母材に地震等の外力が作用した場合に、本来その荷重を負担する必要のない二次部材、仮設の鋼製部材がその接合部を介してある程度荷重を負担する形状効果を発揮し、本設の鋼構造母材に応力集中を発生させ、その応力集中部からの亀裂が発生、進展すること、がそれぞれ明らかになり問題となっている。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、二次部材、仮設の鋼製部材を本設の鋼構造母材に溶接接合する際に、同本設の鋼構造母材よりも低い強度の溶接材を用いて溶接接合することにより、本設の鋼構造母材の硬度の上昇を抑制して本設の鋼構造母材の脆性破壊を極力抑制すること、及び二次部材、仮設の鋼製部材が形状効果を発揮する以前に剥離して応力の集中を防ぐこと、が可能な鋼構造物の溶接構造及び鋼構造物の溶接工法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１の発明に係る鋼構造物の溶接構造は、
本設の鋼構造母材に、二次部材、仮設の鋼製部材を溶接接合して成る鋼構造物の溶接構造において、
地震等の外力が作用した場合に、その荷重を負担する必要のない二次部材、仮設の鋼製部材が、本設の鋼構造母材から剥離して本設の鋼構造母材への応力集中を低減可能に、本設の鋼構造母材よりも低い強度の溶接材を用いて、本設の鋼構造母材に、二次部材、仮設の鋼製部材が溶接接合されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明に係る鋼構造物の溶接工法は、本設の鋼構造母材に、二次部材、仮設の鋼製部材を溶接接合する鋼構造物の溶接工法において、
地震等の外力が作用した場合に、その荷重を負担する必要のない二次部材、仮設の鋼製部材が、本設の鋼構造母材から剥離して本設の鋼構造母材への応力集中を低減可能に、本設の鋼構造母材よりも低い強度の溶接材を用いて、本設の鋼構造母材に、二次部材、仮設の鋼製部材を溶接接合することを特徴とする。
請求項３の発明に係る鋼構造物の溶接工法は、請求項２に記載した溶接材として炭素量が０．０１％以下の工業用純鉄を溶接材として用い、不活性ガスを送給するＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接により溶接することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態、及び実施例】
本発明に係る鋼構造物の溶接構造は、本設の鋼構造母材が一般的な鋼材、すなわち、降伏応力は２４５ＭＰａ以上、引張強度は４００ＭＰａ以上の鋼材とし、溶接材は、地震等の外力が作用した場合に、その荷重を負担する必要のない二次部材、仮設の鋼製部材が、本設の鋼構造母材から剥離して本設の鋼構造母材への応力集中を低減可能に、前記本設の鋼構造母材よりも低い強度の金属を用いて実施する。例えば、炭素量が０．０１％以下の工業用純鉄を溶接材として用い、不活性ガス（シールドガス）を送給するＴＩＧ溶接又はＭＩＧ溶接により、不活性ガス雰囲気中で前記溶接材をアーク熱により溶融させ合金化して凝固させることにより、降伏応力が２４５ＭＰａ未満で、且つ引張強度が４００ＭＰａ未満の溶接部で実施する。
【０００９】
図１は、本設の鋼構造母材１の脆性破壊の一つの指標であるＣＴＯＤ(Crack Tip Opening Displacement)試験例を示している。図中の符号２は前記二次部材又は仮設の鋼製部材（以下、単に「二次部材」と云う。）であり、符号３は溶接部である。また、符号ｈはＣＴＯＤ値を表している。なお、この試験は、熱影響部と溶接金属部で実施される。この試験例における前記本設の鋼構造母材１及び二次部材２の大きさは共に、幅が１５ｍｍ、厚さ（符号ｔ）が３０ｍｍで実施され、本設の鋼構造母材１及び二次部材２の全体の長さ（符号ａ）は２００ｍｍである。荷重Ｐは、前記本設の鋼構造母材１及び二次部材２の両端から略等距離の１００ｍｍ付近に掛かる。この試験ではＫ形開先溶接が採用される。試験温度は−５０〜−３０℃とする。
【００１０】
本設の鋼構造母材１、及び二次部材２は、降伏応力が２５０ＭＰａで、且つ引張強度は４１０ＭＰａのもので実施した。一方、この本設の鋼構造母材１を溶接接合する溶接材には、降伏応力が２１６ＭＰａで、且つ引張強度は３２５ＭＰａのものを実施した。なお、比較例として、本設の鋼構造母材と略同等の降伏応力が２５０ＭＰａで、且つ引張強度は４１０ＭＰａの強度を有する溶接材でも実施した。以下、前者（本発明）をアンダーマッチングと云い、後者（比較例）をイーブンマッチングと云う。この試験結果は下記の［表１］のとおりである。
【００１１】
【表１】
0003823237.tif 000002
【００１２】
上記試験の結果、アンダーマッチングのＣＴＯＤ値（ｈ）は、イーブンマッチングのＣＴＯＤ値に比し熱影響部で約１．５倍、溶接金属部で約３．５倍となり、母材劣化防止効果及び溶接部の変形能力向上効果が確認された。
図２は、本設の鋼構造母材１の脆性破壊の一つの指標である硬さ試験例を示している。この試験ではレ形開先溶接が採用される。溶接部３のうち、下部３ａはアンダーマッチングで溶接接合する。一方、比較例として、前記溶接部３のうち上部３ｂはイーブンマッチングで溶接接合する。この試験結果は下記の［表２］のとおりである。
【００１３】
【表２】
0003823237.tif 000003
【００１４】
上記試験の結果、アンダーマッチングによる試験体のビッカーズ硬さは、イーブンマッチングのそれに比し全体的に１０％〜２０％低下している。すなわち、前記二次部材２の本設の鋼構造母材への影響を、熱影響部の硬さ上昇を抑えることにより脆性破壊を低減させ得ることが確認された。
更に、アンダーマッチング、及びイーブンマッチングについて、本設の鋼構造母材１と二次部材２との溶接に適用したモデルに対する有限要素法を用いた２次元平面塑性歪み分布図をそれぞれ図３及び図４に示す。図３は、アンダーマッチングにおける全体の歪み度が２％のときの塑性歪みの分布図である。図４は、イーブンマッチングにおける全体の歪み度が２％のときの塑性歪みの分布図である。図３は、図中の符号Ａ（歪み度＝０．００４８８）を中心に外側へ向けて等高線の如く段階的に歪み度が小さくなり、図４は、図中の符号Ｂ（歪み度＝０．００６）を中心に外側へ向けて等高線の如く段階的に歪み度が小さくなる。アンダーマッチングによると溶接部３の方に前記等高線が伸びていくので、二次部材２は、本設の鋼構造母材１に悪影響を与えることなく剥離する。二次部材２を剥離すると、本設の鋼構造母材１への応力集中、歪み集中が低減する。
【００１５】
以上要するに、二次部材２を本設の鋼構造母材１に溶接接合する際に、同本設の鋼構造母材１よりも低い強度で溶接接合すると、地震等の外力が作用した場合に、本設の鋼構造母材１の脆性破壊の要因である熱影響部の硬さ上昇や本設の鋼構造母材１への応力集中、歪み集中を低減させることができるので、本設の鋼構造母材１における二次部材２の溶接接合部を起点とした脆性破壊を極力抑制することができる。
【００１６】
なお、高張力鋼の場合は、通常の強度を有する溶接材を用いて実施しても前記効果を得ることはもちろんである。
【００１７】
【本発明が奏する効果】
本発明に係る鋼構造物の溶接構造及び鋼構造物の溶接工法によれば、地震等の外力が作用した場合に、本設の鋼構造母材の脆性破壊の要因である熱影響部の硬さ上昇や本設の鋼構造母材への応力集中、歪み集中を低減させることができ、本設の鋼構造母材が本来有する伸びあるいは強度を発現して破壊するので、本設の鋼構造母材における二次部材や仮設鋼製部材の溶接接合部を起点とした脆性破壊を極力抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本設の鋼構造母材におけるＣＴＯＤ試験例を示した正面図である。
【図２】  本設の鋼構造母材における硬さ試験例を示した正面図である。
【図３】  有限要素法を用いた２次元平面塑性歪み分布図である。
【図４】  有限要素法を用いた２次元平面塑性歪み分布図である。
【符号の説明】
１  本設の鋼構造母材
２  二次部材
３  溶接部
【図１】
0003823237.tif 000004
【図２】
0003823237.tif 000005
【図３】
0003823237.tif 000006
【図４】
0003823237.tif 000007