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日本建築学会大会学術講演梗概集（中国） 2017 年 8 月

柱梁接合部の溶融亜鉛めっき割れ対策に関する解析的検討－鋼構造物めっき割れ防止技術の開発（第 2 報）－
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溶融亜鉛めっきめっき割れ
3 次元熱伝導－熱応力解析○西尾 吉史*中村 信行**
阿久津 英典**非会員
非会員

岩崎 正二***
大西 弘志****

めっき抜き孔１．序論
溶融亜鉛めっきによる割れは，さまざまな原因が相互に関連し合って発生する。その割れ対策として，柱梁接合部にめっき抜き孔を有するノンスカラップ工法が適用されることがある。しかし，そのような対策を講じたのにもかかわらず割れが発生する場合がある。そこで，本研究では柱梁接合部の部分的な解析モデルを作成し，3 次yx

元熱伝導-弾塑性熱応力解析によって，溶融亜鉛めっき中のモデル内にどのような熱応力が生じるかを明らかにす

図２る。また，構造を変更することで割れの発生を低減できるかを構造変更した FEM 解析モデルを用いて検討する。

FEM解析モデル(実験体No.1)（２）解析方法

実験体を45°傾けて溶融亜鉛面に浸漬させた状態を想定し，浸漬深さごとに境界条件の変化に従い熱伝達面を定義し，解析モデルの溶融亜鉛浸漬中の温度分布を求める。
柱梁接合部を抜き出した実験体として図１を対象とす
得られた時刻歴の温度分布を外力として，時刻歴毎に浸る。実験体 No.1 として， H450×200×9×19 のウェブに，漬開始から溶融亜鉛槽へ浸漬させた600sec間について，3溶接ビードから 15mm 離した位置に孔径 35mm のめっき次元FEM弾塑性熱応力解析を行う。本解析に用いる各部抜き孔を設ける。さらに両端部を拘束するように，PL25材の降伏点は，高温時の温度依存性を考慮するために，および PL40 を溶接し，最大板厚差 4.4 倍のモデルとする。 PL，H形鋼，溶接棒の各ミルシートを用いて，文献 2)を参また，孔位置について JASS61)を参考にして溶接ビードか考に温度変化によって降伏点（耐力）の値が変動するよら 5mm 離した実験体を No.2 とする。その他，部材内のう に 設 定 す る 。 例 え ば ， H 形 鋼 の 場 合 は ， 30℃ 時板厚差 3.3 倍となるように H 形鋼ウェブの板厚を 12mm425N/mm2 ～500℃時238N/mm2 まで変動するように設定すに変更し，かつ溶接ビードから 5mm 離した実験体を No.3る。そのほかの熱伝導解析および構造解析に使用する材料特性値については文献2)3)を参考に設定した。とする。

225456孔3孔425２．解析概要（１）解析モデル

1000
めっき抜き孔 φ35mm25（溶接ビード 10mm350

孔 1 PL25
PL40＋隙間 15mm）

孔2H450×200×9×19

裏当て金 FB9×25

図１ 実験体No.1部材詳細図(mm)
実験体No.1の3次元FEM解析モデルを図２に示す。FEM解析モデルは，4面体および6面体SOLID要素を用いて，総節点数61705，総要素数86469のモデルとした。

３．解析結果と考察
熱応力解析結果より，実験体No.1(めっき抜き孔径35mm，溶接ビードからの隙間15mm)における最大第一主応力発生時の第一主応力分布図を図３に示す。図３より，浸漬開始270sec後において，孔位置1-2の孔端部からH形鋼フラン2ジ側の方向に最大302N/mm の第一主応力が発生している。
また，各めっき抜き孔からPL40側およびH形鋼フランジ側に大きな引張応力が発生している。実際の浸漬実験において，実験体No.1には割れが発生しなかったため，事前2の解析検討において最大第一主応力が302N/mm の以下であれば，実際に孔端部に割れが発生する可能性は低いと考えられる。

Analytical studies for prevention of galvanizing cracks during hot
dip galvanizing of welded beam-column joints― 949 ―NISHIO Yoshifumi, NAKAMURA Nobuyuki,AKUTSU Hidenori, IWASAKI Shouji and ONISHI Hiroshi

主応力発生時の第一主応力分布図を図５に示す。図５より，浸漬開始360sec後において，孔位置3-3の孔端部からH2形鋼フランジ方向側に最大292N/mm の第一主応力が発生している。これは，実験体No.1の最大第一主応力より低く抑えられているため，割れの発生確率をさらに低下させることができると推測できる。

1-1
1-2
1-3
1-4(×10-6 N/mm2)
図３

3-1
3-2

3-3xy

実験体No.1における最大第一主応力発生時の第一主応力分布図(浸漬開始270sec後)実験体No.2(めっき抜き孔径35mm，溶接ビードからの隙間5mm)における最大第一主応力発生時の第一主応力分布
図を図４に示す。図４より，浸漬開始270sec後において，
孔 位 置 2-3 の 孔 端 部 か ら H 形 鋼 フ ラ ン ジ 方 向 側 に 最 大326N/mm2の第一主応力が発生している。浸漬実験で割れが発生した孔位置2-4において，解析結果では孔端部からH形鋼フランジ方向に315N/mm2 の第一主応力が発生しており，解析結果の応力集中部と実験結果の割れの進展方向は一致している。また，浸漬実験では，孔位置2-3に割れは確認できなかったが，解析結果から割れが発生しやすい状態であったということが分かる。

3-4(10-6N/mm2)
図５yx

Case3における最大第一主応力発生時の第一主応力分布図(浸漬開始360 sec後)

４．まとめ
本研究では，柱梁接合部のめっき割れに着目し，鋼構造物の柱梁接合部を抜き出した実大部分モデルに対して，3 次元熱伝導-弾塑性熱応力解析を行い，割れが生じにくい部材構造を検討した。以下に得られた結果を示す。
①溶融亜鉛浸漬工程において，各めっき抜き孔の端部から PL40 側および H 形鋼フランジ側に大きな引張応力が発生する。これが，割れの原因の一つと考えられる。
②孔位置について JASS6 で示された溶接ビードから 5mm離した場合よりも，隙間を 15mm 程度離すことで割れ2-1が発生する可能性を低減できると考えられる。
2-2③孔位置対策に加えて，部材内の板厚比小さくすること2-3も割れ対策としては有効と考えられる。
実際の溶融亜鉛めっき割れ防止対策においては，本検討で示した割れ対策以外の対策も含めて，複合して採用することが最も有効な割れ対策であると考えられる。
＜参考文献＞
1) 社団法人日本建築学会：鉄骨工事技術指針－工場製作

2-4(×10-6 N/mm2)

yx編，p.594，2007.
図４

実験体No.2における最大第一主応力発生時の第一主応力分布図(浸漬開始270sec後)

2) 財団法人国土開発技術研究センター：建築物の総合防火設計法，第 4 巻，p.118，1989.
3) 財団法人日本金属学会：金属データブック，改訂4版，実験体No.3 (部材内の板厚比を3.3倍)における最大第一*デンロコーポレーション 工博**JFE シビル***岩手大学理工学部 名誉教授・工博****岩手大学理工学部 准教授・工博

p.131，2004.

* Denro Corporation, D.E.
**JFE Civil Engineering & Construction***Professor Emeritus/Faculty of Science and Engineering,Iwate University, D.E.
**** Associate Professor/Faculty of Science and Engineering,Iwate University, D.E.

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