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日本建築学会大会学術講演梗概集（九州） 2016 年 8 月

25 度狭開先ロボット溶接を適用した柱端接合部の性能評価－その 1

研究概要および実験計画－

狭開先溶接

冷間成形角形鋼管 ロボット溶接

溶接止端NBFW 法＊1

正会員 ○ 見波 進

載荷実験

同宗川 陽祐＊3

同服部 和徳 ＊ 2

同

中野 達也 ＊ 4

1．序

また，開先角度が 35 度の場合，柱材を BCP325T，溶1.1

接積層方法を NBFW 法とすることで作用応力の割り増し研究の背景と目的冷間成形角形鋼管（以下，コラム）と通しダイアフラムに関する設計ペナルティが免除される．従来の 35 度開先溶接部に 25 度狭開先を適用するロボット溶接技術が開発

溶接部については NBFW 法の適用効果による変形性能の向上が認められている 4) 一方で，開先角度が 25 度の場合1)された ．
次節で詳述する検討課題を踏まえ，本研究では，①単関節溶接ロボット（写真 1），② BCP325 および NBFW 法については NBFW 法を適用した実験データが無く，その適用効果は判断できない状況である．

に対する 25 度狭開先ロボット溶接技術の適用範囲拡大による当該技術の普及を目標としている．このため，上述した 2 点に関する適用効果を明らかにするため，溶接部形状および溶接積層方法をパラメーターとする実大曲げ実験を行い，力学性状および破壊性状を評価するとともに，有限要素解析を行い破壊起点近傍の応力・ひずみ状態を明らかにすることを目的とする．
1.2

既往の研究

狭開先化に伴う懸念事項の一つとして，溶接初層部における形状欠陥の発生が挙げられる．文献 2) では 25 度狭開先を適用したコラムと通しダイアフラム溶接接合部の保有性能を確認する為に実大繰返曲げ試験を実施している．当該実験 2) では，コラム角部の初層部近傍に日本建築学会超音波探傷検査規準（以下，AIJ UT 基準）3) が想定している許容限界の溶接欠陥が存在しても，欠陥部を起写真 1単関節溶接ロボットによる試験体製作状況

点とした脆性破壊は生じない結果が得られており，25 度狭開先によるコラムと通しダイアフラム溶接接合部の累25ᗘ⊃㛤ඛࣟ࣎ࢵࢺ⁐᥋PL36 (SN490C)
A積塑性変形倍率は，35 度標準開先による既往の実験結果かにしている．ただし，文献 2) で使用した試験体は多関節溶接ロボットにより溶接施工されたものである．単関節溶接ロボットについては，実験による検討が行われてはお850と比較して概ね同等程度の性能を有していることを明ら‫܆‬550×550×32 (BCP325凞BCP325T)
2000
2000
4000

図1

らず適用範囲に位置づけられていない 1)．

850
AA' ᩿㠃

試験体形状
ࣅ࣮ࢻT

25r
Column32mm

4mm

A'10mm௙ୖࡆ࡞ࡋ

BCP325

BCP325ࣅ࣮ࢻU

BCP325T

Diaphragm

ඹ㏻᮲௳(b) ヨ㦂యNo.2(a) ヨ㦂యNo.1

図2(c) ヨ㦂యNo.3

溶接部形状

Evaluation for structural performance of column-end robotic welded connection using 25 degrees narrow groove- Part 1 Research outline and planning of loading test MINAMI Susumu, HATTORI Kazunori, SOKAWA Yosuke, NAKANO Tatsuya― 1155 ―2．試験体4．結表 1 に 試 験 体 一 覧， 図 1 に 試 験 体 形 状， 図 2 に 溶 接

本研究の概要および実験計画を示した．

部形状を示す．試験体は中央部に通しダイアフラムを配し，コラムと通しダイアフラム溶接部を開先角度 25

謝辞度，ルートギャップ 4mm とする狭開先ロボット溶接技

本研究は，日本鉄鋼連盟ボックスコラム委員会に設置さ術を適用したビームコラム試験体である．コラムサイズ

れた「25 度狭開先ロボット溶接フォローアップ WG（主査：は □ -550×550×32， 鋼 種 は 試 験 体 No.1 お よ び No.2 が中野達也 宇都宮大学・准教授）」における活動の一環としBCP325（同一ロット材），No.3 が BCP325T である．実て実施したものである．また，日本鉄鋼連盟から鋼構造研

験パラメーターは溶接部形状および溶接積層方法である．

究・教育助成事業のご支援を受けた．

試験体 No.1 と No.2 は溶接条件が同じであり，試験体実験の実施では，丑澤樹海君（元東京電機大学・学部生），

No.1 はグラインダーにより止端部の仕上げ加工を行うも押鐘卓也君（元東京電機大学・学部生）をはじめとする東の，試験体 No.2 は溶接ままのものである．試験体 No.3

京電機大学，宇都宮大学の学生諸氏から多大な協力を得は溶接積層方法を NBFW 法とするものである．

た．

3．載荷方法ここに記して深甚なる感謝の意を示す．

図 3 に試験体セットアップを示す．加力は試験体中央

参考文献
その 2 にまとめて示している．の通しダイアフラムをピン支持とし，左右のジャッキを鉛直方向に加力する 3 点曲げ試験形式である．片側せん断スパンは 2000mm であり，加力方向は 45 度方向である．
載荷履歴は，全塑性耐力計算値 c P p 時の変形量 c d p を基準として弾性域を正負 1 回ずつ加力した後に，2c d p，4c d p，6cd p，8cd p を正負 2 回ずつ行う漸増振幅繰返し載荷であり，8c d p 終了時に荷重の低下が見られなければ，押切り載荷を実施する．なお，cd p にはせん断変形を考慮しておらず，ミルシート値に基づき算出している．

཯ຊࣇ࣮࣒ࣞ図 3 には変位計測位置を併記している．加力の制御は

ࢥ࣒ࣛヨ㦂య

鉛直方向の計測変位 D1~D8 による相対変位 d 1~d 4 の平均 dD5(D6)により行う．d は次式で算出される．

Gave. G 1 , G 2 , G 3 ,G 4ᅇ㌿἞ල

D1(D2)

D3(D4)

100100D7(D8)

ࣆࣥᨭᢎ(1)㖄┤ࢪࣕࢵ࢟

2000
2000
D1  D5
D2  D6
G1(2) G 2(3)
1900
1900
2000
2000
(4) G 4(5)D3  D7D 4  D8
G319001900
試験温度は室温で行う．加力は上向きの１方向加力であ࣮࣮ࣟࣛᨭᢎ཯ຊᗋ

り，負側の加力は，正側加力を実施した後に完全に除荷し，

2000

2000

反転用の回転冶具を用いて，試験体の天地を反転すること

図3により載荷を実施する．

表1計算値一覧
試験体No.
1
2
3cc Py(kN)

c Pp
cd y
cd p(kN) (mm) (mm)1 /a2876 4320

7.25 10.90 1.822981 4478

7.52 11.30 1.75

Py(kN)

試験体一覧および主要な実験結果一覧

Pmax
(kN)
－－－＋＋＋4558 4375 5216 5016 6223 6249
4552 4457 5176 5021 6081 5999
4428 4487 4926 4928 5991 6023
e

試験体セットアップ

Pp
(kN)
e

実験結果一覧

ea＋
1.44
1.41
1.34

E－
1.45
1.39
1.34＋
54.2
39.1
60.1

hA

－ Total59.4 113.6
31.4 70.5
57.2 117.4

E＋
8.7
7.6
9.4

hS

－
9.9
6.7
9.5

備考
Total
18.5 グラインダー仕上げ
溶接まま
14.3
18.9
NBFW 法Py，c Pp：降伏，全塑性曲げ耐力計算値，cd y，cd p：c Py，c Pp：に対応する載荷点の弾性変形計算値，a ：等価幅厚比の逆数，e Py，e Pp：降伏，全塑性曲げ耐力実験値（Slope factor 法により，接線剛性が初期剛性の 1/3，1/6 の際の荷重を定義），ePmax：最大荷重実験値，a：耐力上昇率（=ePmax/c Pp），Eh A：履歴曲線による累積塑性変形倍率，Eh S：骨格曲線による塑性変形倍率＊ 1 東京電機大学理工学部 教授・博士（工学），＊ 2 一般財団法人
ベターリビングつくば建築研究センター，博士（工学）＊ 3 宇都宮大学大学院工学研究科 大学院生・修士（工学），＊ 4 宇都宮大学大学
院工学研究科 准教授・博士（工学）＊ 1 Prof., School of Science and Eng.,Tokyo Denki Univ., Dr.
Eng., ＊ 2 Tsukuba Building Test Laboratory of Center for Better
Living, Dr. Eng., ＊ 3 Graduate student, Graduate school of Eng.,
Utsunomiya Univ., M. Eng., ＊ 4 Assoc. Prof., Graduate School ofEng., Utsunomiya Univ., Dr. Eng.

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