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日本建築学会大会学術講演梗概集（東北） 2009年 8 月

欠陥を有する現場 溶接型柱梁溶接接 合部の変形能力に 関する実験的研究
実験概要
正会員 ○高柳 翔太 * 4
同
服部 和徳 * 3
同戸堀 一真 * 4
同
神戸 渡 *5

現場 溶 接 型 柱 梁 溶 接 接 合 部 工 場 溶 接 型 柱 梁 溶 接 接 合部
変形 能 力 溶 接 欠 陥 孔 空 き フ ラ ン ジ 工法

500+-

冷却容器

700

1000
589

PL-450×450×28□-400×400×25500

2000

RH-612×202×13×23

45028503050

図1

試験体形状及び 載荷状況

表1
試験体名
MK
MKD
MGMGD
MGA340
MGA340Dc

実験パラメータ

接合形式

梁端ディテール

工場溶接

ノンスカラップ−−

現場溶接

孔空きフランジ工法

欠陥−
有−
有−
有c Ppcδp48718.1945618.19Pp: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2孔空きフランジ工法のパラメータ

試験体名

応力比γ

孔径φ(mm)

孔位置a(mm)

孔列

MGA340
MGA340D

1.0732340

3535ﾟ

R10PL-25R35735ﾟ

2525735ﾟ

工場溶接型

図260 40172448

1. はじめに
建築鋼構造分野において柱梁溶接接合部に端部溶接欠陥が発生した場合、脆性破壊の起点となり柱梁接合部の変形能力を大きく低下させる可能性がある。工場
溶接型接合と現場溶接型接合では初層部に発生する欠陥の位置が異なることから、溶接欠陥が変形能力に与える影響も異なる。そこで「建築鉄骨梁端溶接部の超音波探傷検査指 針」1 ) において工場溶 接型及び現場溶接型上フランジに比べ、現場溶接型下フランジは欠陥
長さ の 境 界 値 が 厳 しく 設 定 さ れ て い る。
一方、現場溶接型接合部の変形能力を向上させるための接合部ディテールがいくつか検討されている。その 1 つとして梁端部の応力をフランジに設けた穿孔に分散させ、梁端部の応力を軽減させることを意図した孔空きフランジ工法が挙げられる 2 ) 。
本研究では端部溶接欠陥を有する、工場溶接型接合と現場溶接型接合と孔空きフランジ工法における変形能力について見当することを目的としている。本報では試 験 体 概 要 につ い て 報 告 す る。
2 . 実験概要・試験体形状・パラメータ本 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。試験体パラメータを表 1 , 2 、現場溶接型と工場溶接型の接合部の構成を図 2 、孔空きフランジ工法の構成を図 3 に示す。
工場溶接型試験体はノンスカラップ工法とし、上下フランジ外開先で梁フランジとダイアフラムは完全溶け込み溶接とした。溶接ワイヤーは YGW11(1. 2 φ ) を用い、入熱 30kJ/cm、パス間温度 250℃で管理した。現場溶接型試験体は、上下フランジ共に内開先とし、工場溶接型試験体と同様に溶接を行った。スカラップ形状は建築工事標準仕様書 J A S S6 鉄骨工事 3 ) 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 。
試験体は工場溶接型と現場溶接型に加え、孔空きフランジ工法を用いた現場溶接型の 3 種類とし、それぞれ欠陥の有るものと無いものを 2 体ずつ、計 6 体とした。既報 2 ) から孔空きフランジ工法の変形能力は応力比γが関係していることが報告されている。応力比γの算出法を式( 1 ) に示す。応力比γ = 1 . 0 7 以上の場合に十分な変形能力が得られると報告されているため本同 中込 忠男 * 1
同 崎野 良比呂 * 2
同 川端 洋介 * 4

44 60 60 60 60 60 60 44

その 1F10T M24

現場溶接型接合部の構成

Experimental study on deformation capacity of beam-to-column joints with weld defects
Part1 Outline of Experiment
TAKAYANAGI Shota et al.

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hMh
Z phMh

P応力比

Mf
f

Lahf

Mf

Z pf
Z phBacking MetalColumn

Z pf

Diaphragm

P L

Beam Flange

L aL

φ32・・・( 1 )σ：孔欠損(梁端から最も近い孔)を有する断面の応力hσ：
スカラップ欠損を考慮した梁端部の応力
fZph：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)
a：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

a=340

2φ2φL=2850

梁端部

図3梁端部断面 孔部断面孔部

孔空きフランジ工法ディテール
10Diaphragm6

実験では応力比γ = 1 . 0 7 とした。
図 4 に溶接欠陥挿 入位置に示す 。溶接欠陥作成 方法

254Beam Flange

202810-223は、目標溶接欠陥寸法 10mm × 25mm の鋼板を上下フランジ両端部 ダイアフラ ム側初層 部に挿入す ることで未-4溶着欠陥とした。なお欠陥の寸法に ついては既報 4 ) に-6

おいて WES-28055) のき裂特性寸法 c が 10mm 以上で溶接欠陥から破 断に至り、変形能力が 低下すると 報告され-10-8

図4ルエ ン ド タ ブ を 用 いて 溶 接 を 行 っ た 。
部材に関して、梁部材に圧延 H 形鋼 RH-612 × 202 ×
13 × 21(SM490A)、柱部材に冷間成形角形鋼管□ -400 ×
400 × 25(BCP325)、ダイアフラムには PL-450 × 450 ×

表3*1*2*3*4*5

信州大学工学部建築学科 教授・工博
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)信州大学大学院生
東京理科大学工学部第一部建築学科 助教・博士( 工学)234

図55678910

載荷履歴

0 ℃引張試験結果

Y.P.：降伏点

T.S.：引張強さ

表4EL.：伸びシャルピー衝撃 試験結果

試験片採取位置vTE(℃) vE 0(J) vEshelf(J) vT S(℃) vB0(%)

母材
梁フランジ
HAZ
SM490A
母材
ダイアフラム
HAZ
溶接金属-68-9321-19

T ：エネルギー遷移温度

V EEY.R.：降伏比：上部棚吸収エネルギー

V shelf25118810660124279337227173141-66-10183125634828969

E ：0℃吸収エネルギー

V 0T :破面遷移温度

V SB：0℃脆性破面率

V 0δ2δpδ15892.3. 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 800 mm 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 0 ℃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。図 5 に載荷履歴を示 す。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 cδ p を基準に 0. 5 倍、1 倍、2 倍・・・と漸増させる正負交番繰返し載荷 とした。図 6 に有効変形量の 算出方法を示 す。加力 点で の 鉛直 変 位量 δ 1 から 、上下 ダイ アフラムに設 置した変位 計から得 られる接合 部の水平変形量δ 2 、δ 3 より算出した接合部の変形量δ p を差し引いたも のを有 効変形 量 e δとする 。
4. まとめ
その 1 では実験概要について報告した。

1

試験片採取位置
Y.P.(N/mm2 ) T.S.(N/mm2) Y.R.（％） EL.（％）
350
5506431
梁フランジ
SM490A フィレット部
34454164
303815746628
ダイアフラム
溶接金属
454569802728(SM490A) を用い、通しダイアフラム形式とした。実験に 用 い た鋼 材 に 関 して 、0 ℃に お け る引 張 試 験 結果及びシャル ピー衝撃 試験結果 を表 3 、表 4 に示す。

サイクル数0

欠陥挿入位置ている。そこで本実験では c = 1 0 m m 以上として変形能力の低下が 確認出来る 寸法に設 定した。欠陥を有す る試験体は固 形エンドタ ブ、欠陥の無い 試験体はス チーcδ p828503050

δ3δ＝δ1−δpe

図6δ ＋δ3
δp＝ 22850589
有効変形量算出方法【参考文献】その 2 に示す。

*1 Prof., Dept. of Architecture, Faculty of Engineering, Shinshu Univ., Dr. Eng.
*2 Assist.prof., Joining and Welding Research Institute, Osaka Univ., Dr. Eng.
*3 Tukuba Building Test Laboratory of Center for Better Living., Dr. Eng.
*4 Graduate student, Faculty of Engineering, Shinshu Univ.
*5 Assistant Prof., Dept. of Arch., Faculty, of Eng., Tokyo Univ. of Science, Dr. Eng.

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