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日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸） 2010年 9 月

梁材に S A 4 4 0 鋼を用いた柱梁溶接接合部の変形能力に関する実験的研究
実験概要
正会員
同同同中込戸堀服部

忠男 * 1
一真 *3
和徳 *5+500

PL-32（SA440）
BH-600×200×19×28

冷却容器
700
PL-28（SM490）

500

BH-400×400×32×32

2850
3050

図1

試験体形状及び 載荷状況

Beam WebR35
7 R10

ColmunDiaphragm
Beam Flange

35ﾟ

R35
PL-28

Beam Flange

Colmun35ﾟ
72 60 60 44

735ﾟ

ColmunBeam Web35ﾟ

7
Beam Flange

18-M24(SHTB)

236

735ﾟ

工場溶接型
（K̲NS、K̲NS̲H）

現場溶接型( G̲ S 、G ̲S ̲ H)
図2
表1

工場溶接型
（K̲S）

448

R1044 60 60 60 60 60 60 44

1 . はじめに
近年、構造計画の多様化に伴い開発された新材料の一つに S A 4 4 0 鋼（6 0 キロ鋼）があり、従来の 6 0 キロ鋼( S M 5 7 0 ) と比べると低降伏比であるが、4 0 キロ、5 0キロ鋼 と比べ ると 降伏比 は高 めであ る。例えば 文献 1では、降伏比が高い鋼材を梁材に用いた場合、その変形能 力 は低 下 す る傾 向 に ある こ と が確 認 さ れて い る。
また、6 0 キロ鋼は、コスト面、輸送時の効率化等の理
由か ら 、現場 溶 接接 合 形 式の 使 用 率が 高 い 。しか し 、工場溶接接合形式に対して、溶接部の品質に問題点 2 )を含み、変形能力が相対的に低くなる傾向にある。
一方、現場溶接接合形式において、梁フランジにドリル等で孔を空けるだけの比較的容易な施工で変形能力を向上させる孔空きフランジ工法が提案されている。その効果は梁材に S M 4 9 0 鋼を用いた実験により実証されている 3 ) 。
そこで本研究では S A 4 4 0 鋼のように降伏比が相対的に高い場合に、孔空きフランジ工法が現場溶接接合形式の変形能力に及ぼす影響を実大破壊試験により検討する。
2 . 実験概要
2 . 1 . 試験体形状
本 研 究で は 実 大ト 型 試 験体 に よ る実 験 を 行な っ た。
図 1 に試験体形状及び設置状況を示す。部材に関して、梁部材に組立 H 形鋼 B H - 6 0 0 × 2 0 0 × 1 9 × 2 8( SA 440 B) 、柱部材に組立 H 形鋼 B H- 4 00 × 4 00 × 3 2 ×32(SA440B)、水平スチフナには PL-32(SA440B)を用いた。また、柱ウェブ両面 にダブラー プレート P L - 1 9（S A 4 4 0 B ）を部分溶け込み溶接して補強した。
図 2 に接合部詳細を示す。工場溶接型は、上下フランジ外開先とし、完全溶け込み溶接とした。溶接ワイ
ヤーは Y G W 2 1( 1 . 2 φ)を用い、入熱 3 0k J / c m 以下、パス間温度 3 5 0 ℃以下で管理した。現場溶接型は、通常下側梁フランジの開先は内開先、上側梁フランジの開先は外開先とするが、実験のため上下フランジ共に内開先とし、工場溶接型と同様に溶接を行なった。溶接始終端部にはスチールタブを用い、スカラップ形状は建築工事標準仕様書 J A S S 6 鉄骨工事にて推奨されている複合円型とし、梁ウェブと柱はシャープレートにより高力ボルト摩擦接合とした。
供試鋼材の機械的性質及び化学成分のミルシート値

同同同2000

現場溶接接合形式 工場溶接接合形式
変形能力 S A 4 4 0 鋼 孔空きフランジ工法○藤牧 勇太 * 2
川端 洋介 *2
崎野 良比呂 *4
石井 匠 *6450

その 1接合部詳細図

機械的性質（ミルシート 値）

22
試験体
板厚(mm) Y.P.(N/mm ) T.S.(N/mm ) Y.R.(%) EL.(%) vE0(J)
28489
632
77
48321
梁フランジ
梁ウェブ
194916417645315
SA440B
柱フランジ
32499
641
7848316
柱ウェブ

表2試験体

SA440B

梁フランジ
梁ウェブ
柱フランジ
柱ウェブ

化学成分（ミルシート値）

2819

化学成分(%)
Si Mｎ P S Ni Nb Mo V Cr Ceq×100×1000×100×100
823 142 10 1 1 1 35 4 342823 142 10 1 1 1 35 4 342328

板厚(mm)C221448111364443Experimental study on deformation capacity of beam-to-column welded connection using SA440 for beam
Part1 Outline of Experiment
FUJIMAKI Yuta et al.

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を表 1 、表 2 に示す。また、S A 4 4 0 鋼のような高強度の鋼材は溶接の際の入熱により熱影響部が軟化する事が指摘されており 4 ) 、本試験体の溶接条件においても硬さ 試験 を行 った 結 果、軟化 域の 存在 が確 認 され た。
ビッカー ズ硬さ 試験結 果を図 3 に示す。
2 . 2 . 実験パラメータ
試験体は現場溶接型、現場溶接型孔空きフランジ工法試験体に加え、工場溶接スカラップ工法、工場溶接型ノンスカラップ工法、工場溶接型にノンスカラップ工法と孔空 きフランジ 工法を組 み合わせた 試験体の 5体とした 。実験パラ メータを 表 3 に示す。
孔空きフランジ工法を用いた試験体に関しては、既報 に お い て 応 力 比 γ が 変 形 能 力 に 関 係 し て おり 、 γ= 1 . 0 7 以上で十分な変形能力が得られると報告されていることから 3 ) 、本実験においてもγ = 1 . 0 7 とした。
応力比は式( 1 ) より算出し、図 4 に応力比γ算出方法
模式図を示す。
Mf
Mh180(mm)1600510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

図 3 硬さ試験結果
表 3 実験パラメータ
試験体名 接合形式 スカラップ 梁端ディテール 温度(℃) cPp（kN） cδp（mm）
有0
G_S
現場溶接型
733
27.11
G_S_H
有
孔空きフランジ0
有0
K_S
K_NS
ノンスカラップ
0
工場溶接型
79127.09ノンスカラップ
K_NS_H-20
孔空きフランジcPp:全塑性耐力（計算値） c δ p:全塑性耐力時の変形量（計算値）

表4孔空き フランジ 工法パラ メータ
孔径φ（mm）
3730

試験体名 応力比γP LMh P L a M f
Z pf L ah
応力比・・・( 1 )Z ph Lf

G_S_H
K_NS_H1.07

孔位置a（mm）
405
436

孔列
44Column Web

Column Flange【参考文献】
1 ) 中込忠男、的場耕、岩田衛：梁材の力学的性能が柱梁溶接接合部の変形能力に与える影響に関する実験的研究 , 日本建築学会構造系論文集 5 4 0 号
pp.111-117 2001.2
2 中込忠男、服部和徳：梁端現場溶接接合が抱える課題：パネルディスカッ
ション資料 日本建築学会大会(東北) pp.3-10 2009.8

信州大学工学部建築学科 教授・工博
信州大学工学部 大学院生
信州大学工学部 元大学院生
大阪大学接合科学研究所 助教・博士(工学)(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)JFE スチール(株) スチール研究所 土木・建築研究部

Φ30,37孔部

2Φ2Φ2Φ

図4-10-8-6-4-20246810600

2 . 3 . 載荷方法
試験体は、図 1 に示すように柱両端をピン支持とし、梁端にピン支持でアクチュエータに取り付け鉛直荷重を加えた。柱表面から梁材軸方向に 8 0 0 m m までの部分と柱の 1 / 2 までの部分（図 1 中斜線部）を設定温度で 3 0 分保持した後に載荷し、載荷中も設定温度を保持した。尚、試験体 K ̲ N S̲ H のみ設定温度を - 2 0 ℃とし、他の 4 体は 0 ℃とした。試験体載荷振幅は、スカラップ欠損を考慮した梁端部の全塑性時における変形量 c δ p を基準に 0 . 5 倍、1 倍、2 倍・・・7 倍まで漸増させる正負交番繰返し載荷とし、7 倍を超えて破断しない場合は＋側方向に試験機のストローク限界まで載荷した。図 5 に載荷履歴を 示す。
4 . まとめ
その 1 では実験 概要につ いて報 告した。

200600

梁端部

2835

Steal Taba：柱表面から孔欠損(梁端から最も近い孔)を有する断面までの距離*1*2*3*4*5*6

梁母材部

200Z pf

σ h：孔欠損(梁端から最も近い孔)を有する断面の応力σ f：スカラップ欠損を考慮した梁端部の応力
Zph：孔欠損(梁端から最も近い孔)を有する断面の塑性断面係数
Zpf：スカラップ欠損を考慮した梁端部の塑性断面係数
L：柱表面から加力点までの距離(=2850mm)

HAZ部

220L=2850f

ボンド部

溶接金属aZ ph柱母材部

240

ボン
ド部

HA
Z部

(HV)

Beam Flange

h2605010050

19Φ Φ

梁端部断面

孔部断面応力比γ算出 模式図cδp

サイクル数

0123

図5456789載荷履歴3 ）服部和徳、中込忠男、市川祐一：孔空きフランジ方式を用いた現場溶接
型柱梁溶接接合部の変形能力に関する実験的研究，日本建築学会構造系論文
集 585 号 pp.131-138 1999.14 ）中込忠男、山田丈富、市川祐一、的場耕、村井正敏：S A 4 4 0 鋼を用いた柱梁溶接接合部の力学的性能に関する実験的研究 , 日本建築学会構造系論文
集 515 号 pp.155-161 2004.115 ）中込忠男、服部和徳、崎野良比呂、戸堀一真：孔空きフランジ工法による現場型柱梁溶接接合部に関する研究 その 1 、2 溶接学会全国大会講演梗概 pp.300-303 2008.8*1 Prof., Dept. of Architecture, Faculty of Engineering, Shinshu Univ., Dr. Eng.
*2 Graduate student, Faculty of Engineering, Shinshu Univ.
*3 Formor Graduate student, Faculty of Engineering, Shinshu Univ.
*4 Assist.prof., Joining and Welding Research Institute, Osaka Univ., Dr. Eng.
*5 Tukuba Building Test Laboratory of Center for Better Living., Dr. Eng.
*6 JFE Steel Corporation STEEL RESEARCH LABORATORY Civil Engineering Research Dept.

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