715

以下の各項では，上述の環境を踏まえ，鋼橋製作におけわが国の橋梁工事の現状る溶接・接合に関する基礎技術について紹介してゆく．

橋梁工事は，国や地方公共団体などから発注されるも鋼製橋梁の種類のが大半を占め，現在は指名競争入札方式から，一般競争入札で発注されるようになった．入札方式の変更によ橋梁のブロック製作は主に工場で行われ，工場より架り，いわゆる低価格のダンピング受注を行う企業が出現

設現場に輸送され，現場にて高力ボルト，または現場溶し，工事の品質の確保に支障を及ぼす懸念が生じた．こ接にて結合される．鋼製橋梁には，多様な形式がある．のような事態は，国民の安全・安心の確保や建設業の健構造的なコンセプトと実在する橋梁を図１に示す1)．

全な発展を阻害するものであることから，発注者は，監(1)

督・検査の強化，および低入札価格調査を行い，より厳桁橋とは，部材を梁として使用したもので，部材の曲格な審査等の対策を実施している．
特に国土交通省等は，技術提案への配点，施工体制確認等を行い，工事価格以外の要素も総合的に評価して落桁橋

げとせん断抵抗を利用したものである．I 断面および箱形断面の桁が使用され，鉄筋コンクリート床版と鋼桁をずれ止めによって結合したものを，合成桁橋という．

札者を決定する方式「総合評価方式入札」を実施してい(2)

る．すなわち従来のように，最低応札額の会社に必ずし比較的短く，スレンダーな部材を三角形状に組み，スも発注されるのではなく，技術提案，施工体制ならびにパンの長い橋梁に供するように考えられたものである．

応札額を総合的に数値評価し，応札額は高くても優れた

橋梁全体に発生する曲げモーメントとせん断力は，部材提案をした会社に発注されるという逆転現象もすでに少の圧縮力と引張力によって抵抗させる．したがって，上なからず発生している．

弦材は圧縮，下弦材は引張部材となる．また斜材は圧

トラス橋

一方，現在供用中の橋梁に目を向けると，架設後30〜縮，引張部材が交互に配置される場合がある．構造詳細

40年以上を経過した交通量の多い橋梁においては，疲労にはトラス格点部があり，弦材へ斜材，垂直材が集中す損傷を中心とした耐荷力の減少と，性能の低下が続いてるものである．強度上重要で，狭隘部での完全溶け込みおり，今後，補修・補強対策が強く求められている．

溶接となる．溶接施工上，部材組立，溶接順序等，溶接

また，設計面においては，鋼橋の部材数削減によるコスト縮減を図る意味もあり，道路橋示方書において，橋品質等考慮すべき箇所で，実物大の溶接施工試験体を作成して事前確認する場合がある．

梁に適用されるすべての鋼種の適用最大板厚が 50 mm か(3)

ら 100 mm に拡大され，極厚板に対する高い溶接技術が上述および，図中の桁橋，トラス橋は単純橋を示して求められるようになった．

連続橋

おり，静定構造物である．ところが，桁橋やトラス橋が３個以上の支承で連続して支持されている場合は不静定構造物となる．このような構造を連続橋という．
(4)

斜張橋

橋梁のスパンをさらに伸ばすために考え出された形式
溶接学会誌 第 78 巻（2009）第 8 号

45716

図１46

溶接接合教室−基礎を学ぶ−

橋梁の種類

鷹羽：溶接・接合技術の適用（橋梁と建築鉄骨）

717

図１

橋梁の種類

図３

大型鋼構造物の鋼材強度レベルと最大板厚の傾向構造である．メインケーブル軸線には引張力が作用し，アーチ部材のように圧縮力による座屈の心配がない．
図２

板桁および箱桁の各部材名称

特に明石海峡大橋のような補剛トラスでは，上下弦材は断面の小さいボックス形状部材となり，橋軸（部材長手）方向はルート部が存在する部分溶け込み溶接継手となる．すなわち，疲労を考慮する場合は，ルート部のブである．支点上の塔にケーブルを張り，連続橋を斜めにローホール，溶け込み溶接線の平滑性等，疲労き裂発生吊り上げ，死荷重や活荷重による断面力をより軽減しよ点となる応力集中部が無いように品質管理がなされた．

うとする構造物である．構造力学上は，弾性支承に支えられた連続橋であり，高次不静定構造物である．溶接施

図２には板桁と箱桁橋における部材名称を示す．これは次章以降の説明で使用するものである．

工上の留意点としては，塔および桁側にソケット状のケーブル定着構造があり，複雑および狭隘な詳細構造とな橋梁用鋼材及び溶接材料

り，実物大試験体による溶接施工性の確認および疲労試験が行われる場合もある．
(5)

アーチ橋

3.1

橋梁の使用鋼材

橋梁の使用材料の大半は鋼材である．大型鋼構造物に桁やトラスを弓なりに上方へ反らし，両端を強固な基おける鋼材の材質とその板厚範囲を図３に示す．一般的礎で支持した構造物である．アーチ軸線と圧力線（水平な橋梁における構造用鋼材を表１に，表２には鋼材の強力 H とせん断力 S との合力 N の方向）を一致させるよ

度特性を示す．表３に道路橋示方書における鋼材種類とうにして，死荷重に対して曲げ作用を発生させず，圧縮適用板厚範囲を示す．

力のみが生じる構造物とするものである．昔から圧縮に強い石材の使用によるアーチ橋が建造されているのも，この知恵によるものである．
(6)

吊橋

表２に示す許容応力度σa は，鋼材の降伏点σy を適当な安全率γで割って，次のように決められる
σa＝σy/γ
許容応力度は，まれにしか作用しないような荷重や，荷両岸のアンカーレッジと塔の間に高張力のメインケー重の組合せに対して，割増し係数を用いて計算する．こブルを架け渡し，メインケーブルからハンガーケーブルの点から，許容応力度設計法における安全率は荷重が作（吊り材）によって補剛桁，または補剛トラスを吊り下げる用する際の確立論的考慮がなされていると考えられる．
溶接学会誌 第 78 巻（2009）第 8 号

47

718

表１表２

橋梁用鋼材の種類

橋梁用鋼材の基準降伏点と許容軸方向引張応力度（板厚 40 mm 以下）

表３

鋼材種類と適用板厚範囲（道路橋示方書）

安全率は約 1.7 を見込んでおり，SM570 は引張強さと降一方，HT690，HT780 材は世界最大級の長大橋梁であ伏点の比が他の鋼材と比べて小さいことを考慮して，安る本州四国連絡橋で大量に使用されたが，現在では，高全率を若干高めにとっている．

性能鋼として定義されたもので，強度レベルがこれに匹

一般構造用圧延鋼材 JIS G 3101 で規定される SS400 は旧来，全ての橋梁部材に使用されていた時期はあるが，敵する「降伏点 500 N/mm2 および降伏点 700 N/mm2
接構造用圧延鋼材

溶BHS 鋼」が制定され，東京港臨海大現在は道路橋示方書により，溶接部材への適用はできな橋に適用されている．BHS 鋼は制御圧延と加速冷却プロい．この理由は，SS400 はミルシートにおける鋼材含有セスを有しており，溶接性を向上させながら強度，じん化学成分量表示が P（リン），S（硫黄）のみであり，C性の向上を同時に実現できる鋼材で，従来鋼と比較して（炭素）量の規定がなく，炭素当量および Pcm 値が適切微細金属組織が得られる．に計算されず，溶接われ感受性が評価できないことによるものである．

また，鋼材表面に塗装を行わない，いわゆる裸使用の耐候性鋼材が使用された橋梁も全鋼橋梁発注量比率の鋼材のわれ感受性を示す指標である Pcm 値は以下の式で計算される．

20％ 前後で推移しており（2003〜2007年），1997年以前と比較するとその比率は倍増している3)．

Pcm=C+Si/30+(Mn+Cr+Cu)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B (%)

鋼材は橋梁受注後，一般的には，高炉ミルメーカーになお，近年，高性能鋼材と呼ばれるものが，製品化さ形鋼を除く受注分全量が新規発注され，いわゆる市中在れている．表４に高性能鋼の種類を示す2)．構造物の性能要求に応じた機能を付与した鋼材であり，高じん性鋼庫する鋼材は使用しないのが特徴である．
3.2

橋梁の溶接材料

材，LP 鋼板（長手方向に連続的に板厚が変化する鋼

鋼製橋梁の溶接材料としては，被覆アーク溶接棒，ガ材），予熱低減鋼，耐ラメラテア鋼材，大入熱対策鋼，スシールドアーク溶接用ソリッドワイヤ･フラックスコア

降伏点一定鋼などがその目的に応じて使用され設計面，ードワイヤ，サブマージアーク溶接用ワイヤ･フラックス

製作面での性能向上，コスト縮減および品質確保に貢献などが適用されている．これらの溶接材料にはそれぞれしている．

一般鋼用と耐候性鋼用とがあり，その性能に応じて使用

48

溶接接合教室−基礎を学ぶ−

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719

表４

図４

種々の高性能鋼

橋梁箱桁ブロック製作工程区分がなされている．橋梁におけるこれらの溶材の使用多くは部材形状が箱断面と I 断面である．

割合は，被覆アーク溶接棒が約 5％，サブマージアーク溶

先進的な橋梁製作工場では鋼橋の自動製作システムが接用ワイヤ･フラックスが 10％ 程度，ガスシールドアーすでに完備しており，箱桁や板桁製作に適用されていク溶接用ソリッドワイヤ･フラックスコアードワイヤは約る．概略的にそのシステムについて紹介する．

80％以上であると推定され，半自動，自動・ロボット溶

橋梁製作の第一段階として，設計図面から設計情報を接など，適用範囲が最も広いガスシールドアーク溶接用CAD/CAM システムに入力し，システムから各 NC 装置ワイヤが主体である．シールドガスについては，JIS K用データが生成される．NC 装置には1106 液化二酸化炭素および JIS K 1105 アルゴンが使用さ

・ 溶接部プライマー塗装剥離装置

れているが，一般的には安価な炭酸ガスが使用されてい・ 部材取り付け位置マーキング装置

る．現場片面裏波溶接に使用される裏当材には JIS 規格

・ 超硬ドリルによるボルト用穿孔装置はないが，フラックスを固化したものやセラミック製の・ プラズマ切断装置ものが使用されている．

・ レーザー切断装置
・ 溶接ロボット

具体的な橋梁製作方法

等がある．標準的設計による箱桁，板桁であれば部材の切断から本溶接に至るまで自動化・ロボット化がなされ4.1橋梁製作システム

橋梁には前述のように多種多様な形式があるが，そのコスト縮減に寄与している．
ここでは，箱桁について，その製作の流れを図４に示す．
溶接学会誌 第 78 巻（2009）第 8 号

49

720

図５

フランジパネル製作ライン概要

図６

縦溶接収縮量発生の概念

箱桁ブロックを部材・要素として分解すると，フランジおよびウェブ部材のパネル製作があり，フランジ部材には縦リブ，ウェブ部材には水平，垂直スチフナーと呼確に見積もることは重要である．溶接収縮量計算の一例を以下に示す5)．
両側すみ肉溶接の１リブあたりの縦溶接収縮は図６にばれる補剛板が，すみ肉溶接継手として取り付けられ示すような収縮力 P が働き，発生するという概念を考える．

ると定量化しやすい．圧縮力 P は下式で与えられる．

図4は箱桁パネル製作の部材切断を始めとして，組立溶接から本溶接および溶接後の歪み矯正作業工程を示してい

P＝0.181×(E･α･H/c)×S2
ただし，る．具体的には，フランジパネルおよびウェブパネル自E ；弾性係数2.1×104 (kg/mm2)

動製作ラインが工場内に平行に設備レイアウトされていα ；線膨張率

11×10−6 (℃−1)

c ；比熱る．
図５にフランジパネル製作ラインの全体概要を示す4)．
写真の製作ラインは奥から手前に向かって組立装置，100.121 (cal/g・℃)

H ；比溶着熱（cal/g）
S ；脚長（mm）

電極縦リブ溶接装置，歪み矯正プレス装置が配置されてフランジパネル全体の圧縮力は n 本の縦リブに働く合計いる．各工程・装置間はローラーコンベアによってフラとし，フランジ板厚・幅からなる断面積および縦リブ nンジパネルが移動するように設計されている．天井クレ本の断面積合計 A が圧縮力に抵抗すると考えると，フラーンは本製作ラインでは使用されない．

ンジパネル縦収縮量は以下の計算式となる．

4.2

箱桁の組立・溶接

Δℓ＝(n・P・ℓ)/(E・A)

すみ肉溶接一般部および回し溶接部ビード外観が重点的に検査され，溶接法はガスメタルアーク溶接法が多く用いられる．特にその中でも，フラックスコアードワイヤを用いた炭酸ガスアーク溶接法が主流を占めている．
(1)

縦・横方向溶接収縮量計算例

ここにΔℓ；縦収縮量，ℓ；全体長さ
横収縮量に関しては，たとえば，下記の実験による回帰式が一例として適用可能であると考える．
つまり，溶接入熱量とフランジ板厚との関係ごとに，各横溶接収縮量計算式を適用する．

溶接収縮量に関しては，経験則の適用や各社のノウハ
ウとして実績値をフィードバックした算定式を適用してQ/t2≦2500の場合

St＝5×10−6 Q/t

おり，ほぼ正確な収縮量を予測することができる．した2500≦Q/t2≦5000

がって，パネル製作にあたっては，あらかじめ橋軸およSt/t＝1.9×10

び橋軸直角方向収縮量をパネル寸法に対して「伸ばし量」として組み込んでいる．特に橋軸方向の収縮量を正50

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5000≦Q/t

2の場合−5Q/t2−0.035の場合

St＝1.2×10−5 Q/t

鷹羽：溶接・接合技術の適用（橋梁と建築鉄骨）

721

影響を及ぼすためである．道路橋示方書では，基本的に

ただし
St ；収縮量（cm）

は組立溶接脚長を 4 mm 以上，溶接長さを 80 mm 以上とt ；板厚（cm）規定しているが，Pcm が 0.22％ 以下の鋼材を使用する場

Q ；溶接入熱量（cal/cm）

合は溶接時のわれ感受性が低値であるとして，50 mm の留意点として，上式はビードオンプレートでの実験式溶接長さを許容している．

であるので，縦リブすみ肉溶接の場合は１トーチの溶接

また，組立時の部材密着度については継手部の応力伝入熱量 Q0 に対して，縦リブ側とフランジ側へ配分される達が円滑に行われ，継手性能が満足されるように規定さことを考慮し，フランジ側へは Q0 の 2/3 程度投入されるれており，すみ肉溶接の部材密着度は 1 mm 以下を満足として計算することが望ましい．

しなければならない．そのために自動組立装置では，縦(2)縦リブ組立

この工程では，例えば，炭酸ガスアーク溶接法8電極自動組立装置（図７）を使用して，４本程度の縦リブを同リブをフランジに密着させるために数トンのジャッキが組み込まれている．
(3)

縦リブ溶接

時にフランジに能率的に組み立てる．組立溶接サイズはこの工程では，炭酸ガスアーク溶接法による多電極自必要最小限の大きさ（4 mm 以下）になるよう管理して動溶接装置（図８）を使用して，４本程度の縦リブを同いる．その理由は次工程，本溶接の際に組立溶接サイズ時にフランジに能率的に溶接している．縦リブの本溶接が大きいと，本溶接すみ肉ビード形状が良好でなく，悪はすみ肉溶接サイズが 6〜9 mm とあまり大きくないが水平すみ肉溶接となるので，縦リブ側のアンダーカットや，フランジ側のオーバーラップが生じないよう，ワイヤの狙い位置やワイヤ角度に注意して施工している．
曲線桁に対応するため，溶接ヘッドは，上下左右方向の，ならい装置を搭載している．ならいの機構は各社導入装置によって異なるが，接触式または，アークセンサーである．また，縦リブ溶接専用に設計された装置が多いが，最近では多関節ロボットを 8〜10 台搭載した門型溶接装置も見受けられるようになった．
平成14年の道路橋示方書改定により，U リブ（板厚 6,8 mm）の部分溶込み溶接については疲労強度確保の観点図７

フランジパネル縦リブ組立装置から，溶込み深さが U リブ板厚の 75％ 以上あることが求められている．
(4)

補剛材組立

ウェブに取り付けられる水平・垂直補剛材は，半自動炭酸ガスアーク溶接法によって施工される場合が多い．
補剛材の本溶接のすみ肉溶接サイズが 4〜9 mm と比較的小さく板厚も 14 mm 以下と薄く組立溶接の低温割れの危惧がないため，組立溶接サイズは必要最小限の大きさ（4 mm 以下）になるよう管理している．
(5)

補剛材溶接

図９はツイントーチのガスシールドアーク溶接法によるすみ肉 NC 溶接装置で施工している様子である．一方，図10に示すように，汎用多関節溶接ロボットを搭載
図８

フランジパネル縦リブ溶接装置

し，橋梁部材のパネル溶接装置としてシステム化したものを導入しているメーカーもある6)．
シールドガスは一般的にはその経済性から炭酸ガスを適用しているメーカーが多いが，一部には，90%Ar，10%CO2 の混合シールドガス等（MIG 溶接）を使用し，比較的大電流（380 A）で，高溶着速度が得られる特殊溶接電源を使用しているメーカーもある．これにより低スパッターで，ビード外観が良好で比較的高速度（550 mm/min）の溶接を実現している．
(6)

大組立工程における箱桁組立溶接

この工程では，自動製作ラインを通過した，フランジパネル，ウェブパネルを半自動炭酸ガスアーク溶接法を使用して，フランジとウェブ，またそれらとダイアフラ
図９

箱桁ウェブパネル補剛材溶接装置

ム･横リブとを大組立する．
溶接学会誌 第 78 巻（2009）第 8 号

51

722

図10

ウェブパネル製作用汎用多関節溶接ロボット搭載システム

図11

大組立工程における箱桁溶接

平面的形状のパネルを立体的に組み上げる工程である．
(7)

大組立工程における箱桁溶接

この工程では，半自動ガスシールドアーク溶接を中心に，フランジとウェブ，またそれらとダイアフラム･横リブとの溶接を施工している．
箱桁組立から箱桁溶接にいたる工程（図11）では狭隘な箱桁内面の作業が多いため自動溶接やロボット溶接が適用できないことが現状の大きな課題である．
4.3

板桁の組立・溶接(1)

I 桁組立

図12

板桁自動組立装置の一例を紹介する．

I 桁溶接用ツインタンデムサブマージ
アーク溶接装置

板桁のフランジとウェブを自動的にローラーで送り込
み両者を圧着しながら，ツイン２セットの電極を有する４電極ガスシールドアーク溶接装置で連続的に自動 I 組

S≧

立溶接を施工する装置がある．この装置では特に上向き

S ；脚長（mm）

すみ肉溶接条件を管理し，溶接脚長とビード形状管理にt ；フランジ板厚（mm）留意している．
(2)

板桁首溶接

上式の概念は小脚長ゆえ溶接金属冷却速度が大なる時，板桁のフランジとウェブのすみ肉溶接を橋梁業界で炭素当量が大なる鋼材，および拡散性水素量が多い被覆は，首溶接と呼ぶことがある．板桁首溶接装置の一例とアーク溶接施工時の溶接われ等を想定したものであり，しては，上下フランジとウェブ接合を，ツインタンデム確保すべき最小すみ肉脚長寸法として提示されている．

サブマージアーク溶接装置（図12）にて対応しているものがある．
板厚とすみ肉脚長の関係は，昭和 31 年度の鋼道路橋製作示方書から掲載され，現在の道路橋示方書にも同様に提示されており，次式を満足するものと規定されている．
52

溶接接合教室−基礎を学ぶ−

少数板桁構造のフランジ板厚は，部材数が少なく死荷重応力等を負担するため厚板（50〜80 mm）となり，道路橋示方書によると，これに対応するすみ肉溶接脚長は10〜13 mm と大きくなる．
ところが，ビード形状等要求品質に合致する大脚長す

鷹羽：溶接・接合技術の適用（橋梁と建築鉄骨）

723

図13

鋼製橋脚隅角部３線溶接交差部

図14

３線交差溶接部詳細

み肉溶接施工は技術的，品質管理的にもレベルが高く各厚いため，溶接パス間に融合不良が発生する可能性があ社ともに脚長 10 mm を超えるようなすみ肉溶接は製作コる．たとえば，図13に示すように脚柱フランジと隅角ウストが高くなっていると考えられる．

ェブの完全溶け込み溶接線が，脚柱ダイアフラムによっ

これに対して，近年出荷される鋼材は Pcm が低く，ガて遮られ，厚板ゆえに，溶接トーチが届かず，融合不良

スシールドアーク溶接法，サブマージアーク溶接法でのとなる．改善策として，ダイアフラムおよび梁下フラン施工が普遍的であることより，土木学会では鋼材 Pcm がジに溶接トーチが交差部へ充分，挿入可能になり，また0.24 以下である場合，脚長 8 mm を上限とする措置を明

ビード会合部への視認性を高めるため，図14に示すよう確にしている7)．にコーナーカットおよびベベルを取ることによってきず

一方，板桁のフランジとウェブの接合継手は，桁死荷が発生しないように工夫をしている．

重によってせん断応力が発生するとしてすみ肉溶接サイ

溶接完了後は，超音波探傷試験により欠陥検出能 L/2ズを応力照査する必要が生じ，上式と異なる観点につい検出レベルとし，３線交差部を脚外面から垂直探傷法，て留意する必要がある．

脚内面から斜角探傷法で超音波探傷検査を行う．合格基(3)

補剛材の組立・溶接

この工程は箱桁の場合とほぼ同じである．
4.4鋼製橋脚

準として，欠陥指示長さが板厚の 1/6 以下とするなど，品質水準を高める工夫を行っている．また，溶接ビード表面については磁粉探傷試験を行い表面傷の有無を確認し供用中の鋼製橋脚より疲労き裂が発生，発見され，調ている．

査の結果，隅角部３線溶接交差部に不溶着部が多く存在4.5することが露呈した．本項では特に，き裂が頻出している３線溶接交差部の溶接施工について述べる．

現場溶接

従来は橋脚と鋼床版橋梁にほぼ限定されていた現場溶接は，近年，箱桁や板桁にも拡大されてきた．現在も橋各製作会社は上記の調査結果を受けて，３線溶接交差梁の現場接合の大半は高力ボルト摩擦接合（以下 HTB）部の溶接施工手順・要領について詳細に再検討を行い，であるが，橋脚の場合，道示の改定により極厚板が増加品質向上に取り組んだ．

し，従来の HTB では継手強度に不安がある，鋼床版橋

図13に３線溶接交差部の模式図を示す．３線交差部の梁の場合，HTB のボルト頭が舗装を傷つけやすく耐久性

溶接には高い技量が必要であり，溶接線の優先順位，施に問題があるなどの理由により，現場溶接が適用される工順序の充分な検討が必要である．また，アークエアガことが多い．また，箱桁や板桁も近年，厚板化が進み現ウジングによる裏はつりの形状が，適切でない場合は，場溶接適用橋梁が増えている．

内部きずが発生する可能性がある．また，板厚が比較的現場溶接は HTB に比較して，溶接学会誌 第 78 巻（2009）第 8 号

53

724

（a）板桁上フランジ（下向，板厚 78 mm）（b）橋脚梁ウェブ（立向，板厚 63 mm）

図15

現場溶接部マクロ写真

図16

建築鉄骨の柱梁構造の上限と降伏点の範囲が規定されている．

① 施工期間が長い

また，SN 鋼には A，B，C 種が規定されており，使用② 品質管理レベルが高く，管理項目が多い部位の違いを表している．A 種は溶接しない補助部材③ 天候に左右されやすい用，B 種は主要構造部材または溶接する部材用として，④ 施工コストが高いなどの欠点を持つものの，HTB に比較して，十分な品質C 種はさらに溶接加工時を含め板厚方向に大きな引張応管理がなされた場合は，力を受ける部位に使用されるものとして板厚方向特性が① 現場溶接継手は継手効率が高く，信頼性が高い規定化されたものであると言える．
具体的に，SN400C および SN490C については，P，S② 厚板であっても，継手強度は十分であるなどの特徴を有するため，今後も現場溶接の適用は増加をそれぞれ 0.020 および 0.008％ 以下とし板厚方向の絞りしていくものと推定される．

値を Z25 クラスとして規定している．つまり，これらの代表的な現場溶接部のマクロ写真を図15示す．セラミ鋼材は大入熱角溶接およびエレクトロスラグ溶接を適用

ックス製裏当て材を使用し，下向き，縦向き，横向き姿する４面ボックス柱および角形・円形鋼管柱の通しダイ勢にて片面裏波ビードを形成する．

アフラムへの適用を想定している．
次に日本工業規格以外の建築鉄骨用鋼材が国土交通大鉄臣認定品として規定されており，以下の鋼材を抜粋して骨紹介する．
主として建築鉄骨製作に関して，鋼製橋梁と異なる特5.1

建築鉄骨用鋼材の一つとして JIS G 3136 建築構造用圧延鋼材

いわゆるSN 鋼と呼ばれるものである．

れており，溶接性を考慮したものである．
(2)

建築構造用 590 N/mm2 級高性能鋼

引張強さ 590 N/mm2 級の鋼材を普及させるため認定さ板厚 12 mm 以上については，耐震性を考慮し，降伏比
溶接接合教室−基礎を学ぶ−

建築構造用 TMCP 鋼

TMCP 加工を行うものである．Ceq，Pcm が低く規定さ鋼材については橋梁使用鋼材と異なるものがある．そ54(1)降伏点レベルを 325 N/mm 2 および 355 N/mm 2 とし，有技術を抜粋して，以下に紹介する8)．

れた．本鋼材は「高性能鋼利用技術指針」（建設省建築鷹羽：溶接・接合技術の適用（橋梁と建築鉄骨）

725

研究所および鋼材倶楽部編）として仕様規定されてい込み溶接施工を行う．梁フランジの開先は H 形鋼の外側る．SA440 鋼として呼ばれており，引張強さ，降伏比，に向けて設けられた「外開先」である．一般的に先にパCeq，Pcm を設定している．

ネルと通しダイアフラムが接合され，次に立方体形状に(3)耐火鋼なった部材の通しダイアフラムと梁上下フランジが部材

SN 鋼にモリブデンなどの合金元素を添加し，600℃ における降伏点が常温での降伏点の 2/3 以上になるように製造された鋼である．建築物火災時対応のため，従来鋼では，吹き付け耐火被覆が必要であったが，本鋼の採用により，被覆材の軽減や無被覆化が可能となった．鋼材識別マークは例えば SN490B-FR 等とする．
5.2を回転してそれぞれ下向き姿勢で溶接される．以上はすべて工場溶接における手順である．
一方，柱梁接合が現場溶接で施工される例を以下に示
す．
手順として，梁ウェブと柱はあらかじめ，工場にて両
面すみ肉溶接で取り付けられたシャープレートを介し鉄骨における柱梁構造と溶接手順て，高力ボルトによる摩擦接合がなされる．これは「混図16は角形鋼管柱（コラム柱）および４面溶接ボック用接合」と呼ばれる．次に梁フランジ溶接部に裏当て金とエンドタブを取り付けてから本溶接が施工される．下ス柱を使用した柱梁接合構造を示す．
角形鋼管柱の場合は梁フランジが接合される位置に通フランジ側は梁ウェブが障害物となり溶接線が分断さしダイアフラムが設置され，柱とパネル（パネルとは２れ，欠陥が発生しやすい．溶接技量および管理面で高度枚の通しダイアフラムに挟まれる角形鋼管部材）の十字なレベルが必要な接合形式となる．

継手として完全溶け込み溶接が行われる．また，梁フラ5.3

ンジと通しダイアフラムは突合せ継手であり，完全溶け

図17は４面溶接ボックス柱への大入熱角継手サブマー

鉄骨における大入熱溶接方法

図17

４面溶接ボックス柱の大入熱溶接

図18

鉄骨溶接におけるスカラップ形状
溶接学会誌 第 78 巻（2009）第 8 号

55

726

ジアーク溶接やエレクトロスラグ溶接の具体的適用例との溶接強度，耐力等に関連する新旧技術トピックスを取溶接部断面マクロを示す．

り上げた．

大入熱角継手サブマージアーク溶接の入熱量は２電極

鋼材製造技術の進化，溶接法の変化・自動化，詳細な以上のタンデム走行を行うために 200〜500 kJ/cm である

耐震対策と設計等，橋梁・鉄骨業界をとりまく溶接技術と考えられる．またエレクトロスラグ溶接は，一般的には着実に進化している．一方，業界としては，少子高齢500〜700 kJ/cm の入熱量と推測される9)．なお，橋梁にお化社会を危惧しながら，具体的な技術・技能伝承にも喫いて溶接部の機械的性質を確認する目的として，溶接施緊に取り組まなければならない事項である．

工試験を実施するが，対象溶接法の入熱量の目安である
70 kJ/cm と比較するとワンオーダーの違いがある．

今回は，基礎技術を記した．橋梁・鉄骨製作技術者は，さらに専門的なものとして，疲労強度，脆性破壊等の技術知したがって，これらの溶接施工には，高 HAZ 靭性鋼の識が必要となるが，本稿は一旦区切りをつけて，溶接・接導入と溶接金属の靭性が確保されることが重要である．

合教室の既掲載および，掲載予定である「破壊靱性と継手溶接金属については，Mo（モリブデン）の添加等によ破壊強度（78 巻４号）」,「溶接継手の疲労強度（78 巻７り，焼入れ性を適正化し，さらに B（ボロン）の微量添号）」，「溶接構造の疲労設計（79 巻７号）」を参考にして専加によって粗大な粒界フェライトの生成を抑制し，微細門知識の拡充をしていただきたい．

な組織を形成することによって改善するものである．
5.4

鉄骨製作におけるスカラップ

なお，本稿を執筆するにあたり，溶接協会建設部会
松下眞治氏（松尾橋梁株式会社）には，鉄骨関係の技術

兵庫県南部地震では，いわゆる従来型スカラップ工法に起因した梁フランジの破断が多く観察されている．

資料を提供および，ご協力いただき，本稿を借りて謝辞を述べる．

従来スカラップ工法で施工された部位が破壊にいたるプロセスは，まずスカラップ底近傍に延性き裂が発生し，材質が劣化しているスカラップ底近傍で脆性亀裂に転化する．最終的には梁フランジの全断面破断となる．
また，裏当て金の組立溶接がスカラップ底にかかっている場合は，さらにひずみ集中が多くなり，破壊靱性を劣化させる．
このことから，改良型スカラップとして，図18に示す種々の形状が提起されている．図に併記されているノンスカラップは梁ウェブの断面欠損が全くない．裏当て金を貫通させることができない場合は，２分割した裏当て金で，梁ウェブを挟み込む等の必要が生じる．
ただし，柱梁接合部には様々な形態があり，単純には標準化できない．詳細については「鉄骨工事技術指針・工場製作編」に明記しているので，ご参照願いたい．

あとがき
溶接学会誌に掲載された論文10)を再編集，引用して，橋参考文献
1) 中井，北田：橋梁設計の基礎，共立出版（1992），2−6.
2) 安藤：橋梁用高性能鋼について，http://www.kkr.mlit.go.jp/plan/kannai2006/07/04.pdf（参照 2008−4−24）．
3) 日本橋梁建設委員会 製作小委員会 無塗装部会：耐候性
鋼橋梁実績資料集 第14版，（2009）．
4) 岩田，鷹羽：堺工場箱桁パネル製作ラインの導入，技報まつお，No.30 (1995), 94.
5) 鷹羽：箱桁パネルライン装置による実橋の製作，技報まつお，No.33 (1997), 104−104.
6) 泉，丸山，那須，原，木幡：橋梁パネル溶接ロボットシス
テム，KOBE STEEL ENGINEERING REPORTS, 49−2
(1999), 40−44.
7) 土木学会鋼構造委員会：鋼・合成構造標準示方書 [総則編・構造計画編・設計編]，土木学会（2007），115−116.
8) 日 本 建 築 学 会 ： 溶 接 接 合 設 計 施 工 ガ イ ド ブ ッ ク ，（2008）．
9) 南：橋梁製作における大入熱溶接の適用性の考察（その２），サクラダ技報，No.12 (2002), 62−74．
10) 安田，永木：橋梁の溶接・接合技術にかかわる生産現場
力，溶接学会誌，76-1 (2007), 39−43.

梁・鉄骨製作に係わる規定，仕様を中心とした鋼構造物

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溶接接合教室−基礎を学ぶ−

鷹羽：溶接・接合技術の適用（橋梁と建築鉄骨）