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日本建築学会大会学術講演梗概集（東海） 2021 年 9 月

35 度開先面に融合不良を有する接合部の繰返し載荷実験
その 7 欠陥位置の影響 実験概要
正会員
同開先面
繰返し載荷

融合不良
欠陥位置

○見波進*
宗川 陽祐**

同服部 和徳**

溶接欠陥
欠陥率1.はじめに溶接欠陥が接合部の強度や伸び能力を低下させることる欠陥により厳しい条件を負荷するように考慮した。繰

は知られている。近年の研究において、溶接欠陥が鋼部6.82mm を基準とし加力を実施した。

り返し載荷は、全塑性耐力 cPp：236.8kN 時の変位量 cδp：材の塑性変形能力に及ぼす影響について検討がなされて弾性範囲の±100kN を 1 回行い、正負を交互に繰返し、おり、溶接欠陥寸法だけではなく、その位置が大きく影全体中央変位δが±13.6mm(1、2 サイクル)、±27.3mm(3、響していることが明らかとなっている。これらの研究成4 サイクル)、±40.9mm(5、6 サイクル)、±54.6mm(7、8 サ

果を受けて、日本建築学会：鋼構造建築溶接部の超音波イクル)となるように各 2 回ずつ行い、その後は押切り(91)

探傷検査規準・同解説 においても、溶接欠陥位置を考慮表1したより合理的な合否判定基準を将来設定する可能性を示唆している。

No.

端部からの距離(mm)12

中央欠陥と端部欠陥の比較検討 2) は行われているが、中央欠陥と端部欠陥の間に存在する欠陥について検討され具体的には、中央欠陥より端部欠陥の方が変形能力は低くなることが明らかとなっている。既往の研究では、た事例はほとんどない。

試験体一覧
欠陥寸法(mm)

※1

欠陥率

※2

備考

高さ

長さ

幅%

1010200.68.0

端部欠陥1510200.68.0-

32010200.68.0-

43510200.68.0-

55010200.68.0中央欠陥※1：フランジ端部から溶接欠陥中央までの距離※2：欠陥率＝欠陥面積÷フランジ断面積×100メータとした試験体の繰返し曲げ破壊試験を実施し、溶表2実験的に把握することが目的である。

試験片採取
位置

2.試験体
試験体の形状を図１に示す。各試験体は開先角度 35°

フランジの開先面に沿った溶接欠陥を有するモデルを対象とし、中央欠陥から端部欠陥の間で欠陥位置を変えて実験を行うこととする。欠陥の位置を図２に示す。試験体一覧を状の欠陥を人工的に設けることとした。試験板は幅140mm（試験部 100mm 幅）、長さ 300mm、板厚 25mm のSN490B 鋼材に欠陥を放電加工で作成した。欠陥寸法は、

Y.R. EL. vEo
2N/mm

N/mm

N/mm

％%

常温

38838352774290℃3953825387328J194CSi×100MnP

供試材の化学成分(ミルシート)
SCu Ni Cr Mo Nb×1000

12 24 130 155×1001487VSnB×1000
311Ceq

33 195Pcm×100×10000

3821Ceq：炭素当量、Pcm：溶接割れ感受性組成
17828178

試験板PL-251255012528

H-125×100×25×12

欠陥(放電加工)5R3270125

3.載荷方法

σu2℃

表372.5

表 2 に、化学成分を表 3 に示す。

σyL
2EL.：伸び、vEo：0℃シャルピー吸収エネルギー

欠陥高さ：10mm、欠陥長さ：20mm とし、いずれの試験体も欠陥率は 8.0％と統一した。使用鋼材の機械的性質を

σyH

試験温度

σyH：上降伏点、σyL：下降伏点、σu：引張強さ、Y.R.：降伏比

表 1 に示す。本研究では欠陥の位置のみについて検討をすることとして、溶接は行なわず、均質な母材に切欠き供試材の機械的性質

100

接欠陥位置が部材の塑性変形性能に及ぼす影響について

270
140

本研究では、欠陥位置(フランジ端部からの距離)をパラた。図 3 に示すように試験体と加力ビームをボルトでつな

72.5

実験装置は 1000kN アムスラー型油圧万能試験機を用いぎ、載荷点ビームを載せ 2 点載荷として荷重を加える。試験体に曲げ荷重を加えることにより、表面付近に存在す

ウェブPL-12

欠陥(放電加工)

反対側フランジPL-25(試験板と同一形状)
反対側フランジには欠陥なし

356

側面図

平面図

図1

試験体形状

Cyclic loading test of joints with lack-of-fusion defect at 35 degrees groove facePart 7: Influence of defect position; experimental outline
Susumu Minami, Kazunori Hattori, Yosuke Sokawa― 609 ―

サイクル)とする計画とした。試験温度は 0℃と設定

れ試験板フランジに密着さ欠陥深さ100せて冷却した。試験体の鋼252020100No.1

板の内部まで十分に冷やす
ため加力前から 30 分程度冷

20151402035100No.2100No.4140

図22050100No.3140

却し、載荷中も冷却し続け

5025 25

20105025 25

エタノールをビニル袋に入5025 2535ﾟ

105025 25

ドライアイスで冷やした

5025 25した。

No.5140140

欠陥の位置た。

繰返荷重
載荷点ビーム4.測定方法

178

変位の測定は、変位計を 5 箇所に設置して行った。加力試験体

294点に 3 箇所、支持点に 2 箇所とした。測定位置を図 3 中に加力ビーム178示す。全体中央変位δは以下の式で算出し、この値に基D2 D3 D4D1づき載荷の変位の制御を行った。荷重は、アムスラー型

100822356D58221002200

油圧万能試験機の荷重計により測定した。

D1～D5は変位計を示す。

δ= D3 － (D1+D5) / 2

図3

温度は試験体フランジの表面および人工欠陥の切欠き底に熱電対を取り付け測定した。

表4試験装置

形状係数 FI,A(λ, ε)

試験体No.

beεab1λF1A(λ、ε)

150

400.8

10101.002.0000

クラックを持つ部材の強度や変形を取扱う分野として250350.710150.671.3460

破壊力学が多用される。本研究においても破壊力学パラ

350300.610200.50

1.1483メータの一つである応力拡大係数 K を用いて、検証を試

450150.310350.291.0507

5500010500.201.0246

5.応力拡大係数みる。
本研究では、縁の一方に偏った位置にき裂(偏心き裂)を2.5もつ帯板が一様に引張られる場合の応力拡大係数 K を用

端部⽋陥
2.0示されている 3)。各試験体で a 寸法は同一である。従って、形状係数 FI,A(λ, ε)を比較することで、破壊のしやすさを相対比較できるものと考えられる。なお、FI,A(λ, ε)は、文献

F1A(λ、ε)いる。応力拡大係数 K は、下式により算出されることが3) の早見表の数値を引用している。

1.5

中央⽋陥
1.00.5

表 4 に形状係数 FI,A(λ, ε)および形状係数を算出するためのパラメータを示す。なお、端部からの距離 b1＝10mm の0.00

試験体 No.1 は、片側き裂と考え FI,A(λ, ε)＝2.0 としている。

Ｋ,𝜎√𝜋𝑎𝐹 , 𝜆, 𝜀Ｋ,𝜎√𝜋𝑎𝐹 , 𝜆, 𝜀102030405060

端部からの距離(mm)図4σ

形状係数 FI,A(λ, ε)―端部からの距離関係

5.まとめ

𝜀𝑒,𝑏𝜆𝑎𝑏

図 4 より、端部欠陥は中央欠陥に対し指数関数的に FI,A(λ, ε)の値がbB
き裂

その 7 では、実験方法ならびに応力拡大係数について示b2aした。その 8 では、実験結果および考察を示す。

Aeb2

b1

大きくなり、破壊に敏感になるものだと想定される。

σ* 東京電機大学 理工学部 教授・博士(工学)** (一財)ベターリビングつくば建築試験研究センター・博士(工学)【参考文献】
1）日本建築学会：鋼構造建築溶接部の超音波探傷検査規準・同解説：pp.107～111, 20182）アルムニフ サミル、服部和徳、見波進、笠原基弘：35 度開先面に融合不良を有する接合部の繰返し載荷実験（その 1〜2），日本
建築学会大会学術講演梗概集，A-1，pp.1043-1046，2015.93) 石田誠：亀裂の弾性解析と応力拡大係数，培風館，pp.146-147，
1976* Prof., School of Science and Eng., Tokyo Denki Univ., Dr. Eng.
** Tsukuba Building Test Laboratory of Center for Better Living, Dr. Eng.

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