特開 2023-146182 溶接組立箱形断面部材およびその設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023146182

(43)【公開日】2023-10-12

(54)【発明の名称】溶接組立箱形断面部材およびその設計方法

(51)【国際特許分類】

   E04C 3/32 20060101AFI20231004BHJP

   B23K 9/02 20060101ALI20231004BHJP

   B23K 31/00 20060101ALI20231004BHJP

【ＦＩ】

E04C3/32

B23K9/02 S

B23K31/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022053243

(22)【出願日】2022-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100184859

【弁理士】

【氏名又は名称】磯村 哲朗

(74)【代理人】

【識別番号】100123386

【弁理士】

【氏名又は名称】熊坂 晃

(74)【代理人】

【識別番号】100196667

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100130834

【弁理士】

【氏名又は名称】森 和弘

(72)【発明者】

【氏名】荒木田 椋太

(72)【発明者】

【氏名】梅田 敏弘

(72)【発明者】

【氏名】木下 智裕

【テーマコード（参考）】

2E163

4E081

【Ｆターム（参考）】

2E163FA02

2E163FB07

2E163FB09

4E081AA08

4E081BA02

4E081CA05

4E081DA10

(57)【要約】

【課題】角溶接を部分溶込み溶接とする場合にも、部材耐力の低下や角溶接での破断の発生を抑制できる、溶接組立箱形断面部材およびその設計方法を提供する。
【解決手段】４枚のスキンプレートが角溶接により相互に接合されて構成される溶接組立箱形断面部材において、前記スキンプレートの板厚ｔおよび降伏強度σ_ｙ、ならびに前記角溶接の溶接深さｔ_ｗおよび溶接金属の強度σ_ｙｗが、（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）／（ｔ・σ_ｙ）≧１の関係を満たすようにする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

４枚のスキンプレートが角溶接により相互に接合されて構成される溶接組立箱形断面部材であって、
前記スキンプレートの板厚ｔおよび降伏強度σ_ｙ、ならびに前記角溶接の溶接深さｔ_ｗおよび溶接金属の強度σ_ｙｗが、ｔ_ｗ＜ｔおよび下記（１）式の関係を満たしている、溶接組立箱形断面部材。
（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）／（ｔ・σ_ｙ）≧１ ……（１）

【請求項2】

４枚のスキンプレートが角溶接により相互に接合されて構成される溶接組立箱形断面部材であって、
柱部材と梁部材とを有する構造物において前記柱部材として用いられ、
少なくとも前記梁部材が取り付く柱梁接合部パネル部において、前記スキンプレートの板厚ｔおよび降伏強度σ_ｙ、ならびに前記角溶接の溶接深さｔ_ｗおよび溶接金属の強度σ_ｙｗが、ｔ_ｗ＜ｔおよび下記（１）式の関係を満たしている、溶接組立箱形断面部材。
（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）／（ｔ・σ_ｙ）≧１ ……（１）

【請求項3】

前記角溶接の開先深さが６０ｍｍ以上である、請求項１または２に記載の溶接組立箱形断面部材。

【請求項4】

４枚のスキンプレートが角溶接により相互に接合されて構成される溶接組立箱形断面部材の設計方法であって、
前記スキンプレートの板厚ｔおよび降伏強度σ_ｙ、ならびに前記角溶接の溶接深さｔ_ｗおよび溶接金属の強度σ_ｙｗが、ｔ_ｗ＜ｔおよび下記（１）式の関係を満たすようにする、溶接組立箱形断面部材の設計方法。
（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）／（ｔ・σ_ｙ）≧１ ……（１）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、４枚のスキンプレートが角溶接により相互に接合されて構成される溶接組立箱形断面部材およびその設計方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

建築物の柱部材には、冷間ロール成形角形鋼管、冷間プレス成形角形鋼管、溶接組立箱形断面部材などの角形鋼管が用いられることが多い。中低層建築物および高層建築物の柱部材には、比較的安価な冷間ロール成形角形鋼管や冷間プレス成形角形鋼管が用いられることが多い。これに対し、超高層建築物の柱部材には、要求される剛性および耐力が非常に大きいため、大断面化、厚肉化、高強度化が可能な溶接組立箱形断面部材が用いられることが多い。

【0003】

ここで、溶接組立箱形断面部材は、冷間ロール成形角形鋼管や冷間プレス成形角形鋼管に比べて製作コストが高い。その要因としては、部材の高強度化に伴って、溶接組立箱形断面部材のスキンプレートを構成する鋼板のコスト自体が高いことに加えて、溶接組立箱形断面部材の製作時の溶接施工管理等に多くの工数および製作期間を要することが挙げられる。

【0004】

特に、溶接組立箱形断面部材の肉厚が極厚である場合は、溶接組立箱形断面部材のスキンプレートを角溶接により相互に接合するときの溶接深さが大きくなる。溶接組立箱形断面部材の角溶接は、ＣＯ_２溶接またはサブマージアーク溶接で行われることが多いが、いずれも、角溶接の溶接深さが大きくなると、角溶接を１パスで行うことができず溶接パス数が増える。よって、角溶接が多層化して、溶接組立箱形断面部材の製作コストが上昇し、製作期間が長期化する。

【0005】

また、多層サブマージアーク溶接の場合には、例えば非特許文献１および非特許文献２に開示されるように、溶接金属が早期に低位破断して母材規格強度を下回ることを防ぐべく、パス間温度およびその保持時間、ならびに後熱温度およびその保持時間等の熱管理を行う必要がある。

【0006】

サブマージアーク溶接では、１パスで施工可能な溶接深さは、最大６０ｍｍ程度である。よって、肉厚が６０ｍｍ以上の溶接組立箱形断面部材をサブマージアーク溶接で製作する場合には、角溶接が多層サブマージアーク溶接となる。そして、上述のような熱管理が必要となり、溶接組立箱形断面部材の製作期間が急激に長期化する。

【0007】

このような問題に対応して、例えば特許文献１では、溶接組立箱形断面部材の隅角部を内側から隅肉溶接するボックス柱の製造方法が提案されている。しかし、溶接組立箱形断面部材の内側での溶接作業は、溶接者への作業負荷が高く、危険な作業となる恐れもある。

【0008】

そこで、例えば非特許文献３に開示されるように、溶接組立箱形断面部材の角溶接を部分溶込み溶接とすることが検討されてきた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許第５１５７５５６号公報

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】湯田 誠、他３名、「極厚ボックス角継手（ＳＡ４４０）への多層盛サブマージアーク溶接の検討 その１ 試験概要及び事前試験結果」、日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿）、一般社団法人日本建築学会、２０１４年９月、ｐｐ．１０４５－１０４６

【非特許文献2】福元 孝男、他３名、「極厚ボックス角継手（ＳＡ４４０）への多層盛サブマージアーク溶接の検討 その２ 事前試験の考察と本試験結果」、日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿）、一般社団法人日本建築学会、２０１４年９月、ｐｐ．１０４７－１０４８

【非特許文献3】井上 末冨、他２名、「部分溶込み溶接で組み立てられたボックス柱の耐荷力の研究（その１．実験計画および部分溶込み溶接せん断実験）」、日本建築学会大会学術講演梗概集（九州）、一般社団法人日本建築学会、１９８９年１０月、ｐｐ．１２５３－１２５４

【非特許文献4】Tanaka H.、他１名、「LIMIT ANALYSIS OF BEAM-COLUMN CONNECTIONS (VII-2) - Connections of Wide-flange Beam to Box-Column subjected to Bending and Thrust -」、日本建築学会論文報告集、社団法人日本建築学会、１９６９年１２月、第１６６号、ｐｐ．５９－６４、８５

【非特許文献5】「低強度材料を用いた超高強度鋼（７８０Ｎ／ｍｍ２級）溶接組立箱形断面柱の溶接施工」、ＪＳＳＣテクニカルレポート、一般社団法人日本鋼構造協会、２０２１年２月、Ｎｏ．１２３

【非特許文献6】日本建築学会編、「鋼構造接合部設計指針 第３版」、一般社団法人日本建築学会、２０１２年３月

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかし、非特許文献３に開示されるように、溶接組立箱形断面部材の角溶接を部分溶込み溶接とすると、大きなせん断力が作用する柱梁接合部パネル部において、角溶接にせん断変形が集中し、柱梁接合部パネル部で部材耐力が低下する。特に、角溶接の溶接金属の強度が母材強度に対して低く、かつ部分溶込み溶接の溶接深さが小さい場合には、柱梁接合部パネル部のせん断変形により、角溶接で破断が生じ、設計者が意図しない破壊が生じてしまうことがある。

【0012】

そして、溶接組立箱形断面部材の角溶接を部分溶込み溶接とする構造についての簡易な耐力評価式も提案されていないことから、現在ではこのような構造はあまり使われていない。

【0013】

上記課題に鑑み、本発明は、角溶接を部分溶込み溶接とする場合にも、部材耐力の低下や角溶接での破断の発生を抑制できる、溶接組立箱形断面部材およびその設計方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記課題を解決するため、本発明は以下の特徴を有する。

【0015】

［１］ ４枚のスキンプレートが角溶接により相互に接合されて構成される溶接組立箱形断面部材であって、前記スキンプレートの板厚ｔおよび降伏強度σ_ｙ、ならびに前記角溶接の溶接深さｔ_ｗおよび溶接金属の強度σ_ｙｗが、ｔ_ｗ＜ｔおよび下記（１）式の関係を満たしている、溶接組立箱形断面部材。

【0016】

（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）／（ｔ・σ_ｙ）≧１ ……（１）
［２］ ４枚のスキンプレートが角溶接により相互に接合されて構成される溶接組立箱形断面部材であって、柱部材と梁部材とを有する構造物において前記柱部材として用いられ、少なくとも前記梁部材が取り付く柱梁接合部パネル部において、前記スキンプレートの板厚ｔおよび降伏強度σ_ｙ、ならびに前記角溶接の溶接深さｔ_ｗおよび溶接金属の強度σ_ｙｗが、ｔ_ｗ＜ｔおよび下記（１）式の関係を満たしている、溶接組立箱形断面部材。

【0017】

（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）／（ｔ・σ_ｙ）≧１ ……（１）
［３］ 前記角溶接の開先深さが６０ｍｍ以上である、［１］または［２］に記載の溶接組立箱形断面部材。

【0018】

［４］ ４枚のスキンプレートが角溶接により相互に接合されて構成される溶接組立箱形断面部材の設計方法であって、前記スキンプレートの板厚ｔおよび降伏強度σ_ｙ、ならびに前記角溶接の溶接深さｔ_ｗおよび溶接金属の強度σ_ｙｗが、ｔ_ｗ＜ｔおよび下記（１）式の関係を満たすようにする、溶接組立箱形断面部材の設計方法。

【0019】

（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）／（ｔ・σ_ｙ）≧１ ……（１）

【発明の効果】

【0020】

本発明の溶接組立箱形断面部材およびその設計方法によれば、角溶接１３を、溶接深さｔ_ｗがスキンプレート１１、１２の板厚ｔよりも小さい部分溶込み溶接とする（ｔ_ｗ＜ｔ）場合にも、角溶接１３の溶接金属の強度σ_ｙｗを大きくして、上記（１）式の関係を満たすようなオーバーマッチ溶接とすることで、角溶接が完全溶込み溶接かつオーバーマッチ溶接となる溶接組立箱形断面部材の柱梁接合部パネル部と同等のせん断耐力が得られる。

【0021】

すなわち、上記（１）式を満たす範囲内で、角溶接の溶接深さｔ_ｗを小さくして部分溶込み溶接とすることにより、溶接組立箱形断面部材のスキンプレートの板厚ｔが大きい場合にも角溶接を１パスで溶接することが可能となる。このように、角溶接を部分溶込み溶接とする場合にも、部材耐力の低下や角溶接での破断の発生を抑制できるので、溶接組立箱形断面部材の部材耐力を低下させることなく、角溶接の溶接施工性が大幅に高められ、溶接組立箱形断面部材の製作コストや製作期間を大幅に削減できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明の溶接組立箱形断面部材の一例の断面図および側面図であり、図１（ｃ）および図１（ｄ）は、溶接組立箱形断面部材を力学モデル化した断面図および側面図である。

【図2】図２（ａ）および図２（ｂ）は、溶接組立箱形断面部材に０°方向からせん断力が作用するときの力学モデルを示す断面図および側面図である。

【図3】図３（ａ）～図３（ｃ）は、溶接組立箱形断面部材に０°方向からせん断力が作用するときに発生するせん断変形領域および曲げ変形領域を示す側面図である。

【図4】図４は、本発明の溶接組立箱形断面部材に０°方向からせん断力が作用するときの柱梁接合部パネル部の耐力を示すグラフである。

【図5】図５（ａ）～図５（ｄ）は、本発明の溶接組立箱形断面部材のせん断耐力を確認するために実施した数値解析の解析モデルを示す図である。

【図6】図６は、本発明の溶接組立箱形断面部材のせん断耐力を確認するために実施した数値解析の解析モデルに設定した材料特性を示すグラフである。

【図7】図７は、本発明の溶接組立箱形断面部材に０°方向からせん断力が作用するときの柱梁接合部パネル部の耐力の数値解析結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図面を参照して、本発明の溶接組立箱形断面部材およびその設計方法の実施形態について、詳細に説明する。

【0024】

図１（ａ）および図１（ｂ）に、本実施形態の溶接組立箱形断面部材の断面図および側面図を示す。

【0025】

図１（ａ）に示すように、本実施形態の溶接組立箱形断面部材１は、４枚のスキンプレート１１、１２が角溶接１３により相互に接合されて構成されたものである。そして、スキンプレート１１、１２の板厚ｔおよび降伏強度σ_ｙ、ならびに角溶接１３の溶接深さｔ_ｗおよび溶接金属の強度σ_ｙｗが、ｔ_ｗ＜ｔおよび下記（１）式の関係を満たしている。

【0026】

（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）／（ｔ・σ_ｙ）≧１ ……（１）
溶接組立箱形断面部材１は、その全長に亘って、スキンプレート１１、１２の板厚ｔおよび降伏強度σ_ｙ、ならびに角溶接１３の溶接深さｔ_ｗおよび溶接金属の強度σ_ｙｗが、上記（１）式の関係を満たすようにしても良い。あるいは、柱部材として用いられる溶接組立箱形断面部材１のうち、少なくとも梁部材が取り付く柱梁接合部パネル部において、スキンプレート１１、１２の板厚ｔおよび降伏強度σ_ｙ、ならびに角溶接１３の溶接深さｔ_ｗおよび溶接金属の強度σ_ｙｗが、ｔ_ｗ＜ｔおよび上記（１）式の関係を満たすようにする。このような構成とすれば、後述するように、角溶接１３を部分溶込み溶接とする場合にも、溶接組立箱形断面部材１の部材耐力の低下や角溶接１３での破断の発生を抑制できる。

【0027】

また、本実施形態の溶接組立箱形断面部材１では、角溶接１３の開先深さは６０ｍｍ以上であることが好ましい。このような構成とすれば、角溶接１３を部分溶込み溶接とする場合にも、角溶接１３の溶接深さｔ_ｗが十分に確保され、溶接組立箱形断面部材１の部材耐力をより確実に確保できる。

【0028】

また、本実施形態の溶接組立箱形断面部材の設計方法は、４枚のスキンプレート１１、１２が角溶接１３により相互に接合されて構成される溶接組立箱形断面部材１の設計方法である。そして、スキンプレート１１、１２の板厚ｔおよび降伏強度σ_ｙ、ならびに角溶接１３の溶接深さｔ_ｗおよび溶接金属の強度σ_ｙｗが、ｔ_ｗ＜ｔおよび上記（１）式の関係を満たすように、溶接組立箱形断面部材１を設計することによって、実現されるものである。

【0029】

発明者らは、柱部材として用いられる溶接組立箱形断面部材の柱梁接合部パネル部のせん断耐力について、以下のとおり検討を行った。そして、この検討を通じて、少なくとも柱梁接合部パネル部において、溶接組立箱形断面部材１のスキンプレート１１、１２の板厚ｔおよび降伏強度σ_ｙ、ならびに角溶接１３の溶接深さｔ_ｗおよび溶接金属の強度σ_ｙｗが、上記（１）式の関係を満たしていれば、角溶接１３を部分溶込み溶接とする場合にも、溶接組立箱形断面部材１の部材耐力の低下や角溶接１３での破断の発生を抑制できることを確認した。

【0030】

まず、図１（ｃ）および図１（ｄ）に示すように、溶接組立箱形断面部材１において、スキンプレート１１、１２の板厚ｔおよび角溶接１３の溶接深さｔ_ｗが、スキンプレート１１、１２の板幅に対して十分に小さく、スキンプレート１１、１２が板厚中心に集中すると仮定して、スキンプレート１１、１２の板厚方向に生じるせん断応力を無視した力学モデルを設定した。

【0031】

そして、溶接組立箱形断面部材１にせん断力が作用するとき、溶接組立箱形断面部材１の各部位には、せん断変形および曲げ変形が、次のように生じるものと仮定した。

【0032】

まず、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、溶接組立箱形断面部材１に作用するせん断力の方向が、対向する一対のスキンプレート１１と、対向するもう一対のスキンプレート１２のうち、一方の幅方向と平行であるとき（以下、「０°方向加力時」という）については、次のとおり仮定した。すなわち、せん断力と平行な一対のスキンプレート１１には、幅方向中央部の幅（ｄ_ｃ－Ｘ）ｍｍの領域でせん断変形が生じ、幅方向両端部の幅（Ｘ／２）ｍｍの領域のうち柱梁接合部パネル部の上下端部で曲げ変形が生じるものと仮定した。ただし、ｄ_ｃは溶接組立箱形断面部材１のスキンプレート１１、１２の板厚中心間距離であって、溶接組立箱形断面部材１の幅Ｄに対してｄ_ｃ＝Ｄ－ｔの関係にあり、Ｘの範囲は０≦Ｘ≦ｄ_ｃ／２である。さらに、全ての角溶接１３には、せん断変形が生じるものと仮定した。

【0033】

そして、上述のような力学モデルにおいて、Ｘの値を０≦Ｘ≦ｄ_ｃ／２の範囲内で変化させながら、溶接組立箱形断面部材１の柱梁接合部パネル部のせん断耐力をそれぞれ計算した。そして、これらのせん断耐力のうち最小値となるものを、溶接組立箱形断面部材１の柱梁接合部パネル部のせん断耐力とした。具体的には、非特許文献４および非特許文献５に記載される計算方法を参考にして、上記計算を行った。このようにして、溶接組立箱形断面部材１の柱梁接合部パネル部のせん断耐力_ｐＭ_ｐａを求めたところ、下記（２）式～（７）式のとおりとなった。

【0034】

０°方向加力時は、
（１）１≦（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）／（ｔ・σ_ｙ）のとき、

【0035】

【数1】

【0036】

（２）１－√３（ｄ_ｃ／ｄ_ｂ）≦（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）／（ｔ・σ_ｙ）≦１のとき、

【0037】

【数2】

【0038】

（３）（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）／（ｔ・σ_ｙ）≦１－√３（ｄ_ｃ／ｄ_ｂ）のとき、

【0039】

【数3】

【0040】

ただし、上記（２）式～（４）式中のｄ_ｂは、柱梁接合部パネル部の高さである。また、上記（２）式～（４）式中の「_ｐＭ_ｐ０指針」は、それぞれ下記（５）式のとおり算出される値である。

【0041】

【数4】

【0042】

ここで、上記（５）式に示す「_ｐＭ_ｐ０指針」は、非特許文献６に記載されている柱梁接合部パネル部の耐力評価式であって、柱梁接合部パネル部の全体がせん断変形して全塑性耐力に達する時に柱梁接合部パネル部に作用する曲げモーメントの値である。この「_ｐＭ_ｐ０指針」は、角溶接１３が完全溶込み溶接かつ角溶接の溶接金属の強度が母材強度を上回るオーバーマッチ溶接となるように施工された溶接組立箱形断面部材の柱梁接合部パネル部の耐力評価式として、現在最も広く用いられているものである。

【0043】

上記（２）式～（４）式により求められる溶接組立箱形断面部材１の柱梁接合部パネル部のせん断耐力_ｐＭ_ｐａは、角溶接の溶接金属の耐力（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）と母材耐力（ｔ・σ_ｙ）との比（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）／（ｔ・σ_ｙ）および柱梁接合部パネル部のアスペクト比ｄ_ｂ／ｄ_ｃに依存して変化する。これについて以下に説明する。

【0044】

図４に、角溶接１３の耐力の母材耐力に対する比（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）／（ｔ・σ_ｙ）を０．０～１．２の範囲で変化させたとき、上記（２）式～（４）式により計算される０°方向加力時の柱梁接合部パネル部のせん断耐力_ｐＭ_ｐａの値の「_ｐＭ_ｐ０指針」に対する比_ｐＭ_ｐａ／（_ｐＭ_ｐ０指針）の変化を、柱梁接合部パネル部のアスペクト比ｄ_ｂ／ｄ_ｃが１．０、１．５、２．０の場合について、グラフで示す。

【0045】

図４に示すとおり、角溶接１３の溶接金属の耐力（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）と母材耐力（ｔ・σ_ｙ）との比（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）／（ｔ・σ_ｙ）が小さくなるほど、柱梁接合部パネル部の耐力が減少し、また柱梁接合部パネル部のアスペクト比ｄ_ｂ／ｄ_ｃが大きくなるほど、柱梁接合部パネル部の耐力の低下量が大きくなっている。そして、角溶接１３の溶接金属の耐力（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）と母材耐力（ｔ・σ_ｙ）との比（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）／（ｔ・σ_ｙ）が１．０以上となっていれば、すなわち、本実施形態の溶接組立箱形断面部材１のように上記（１）式の関係を満たしていれば、柱梁接合部パネル部のアスペクト比ｄ_ｂ／ｄ_ｃに関わらず、上記（２）式～（４）式により計算される溶接組立箱形断面部材１の柱梁接合部パネル部のせん断耐力_ｐＭ_ｐａの値は、非特許文献６に記載されている柱梁接合部パネル部の耐力評価式により計算される「_ｐＭ_ｐ０指針」とほぼ等しくなることが確認された。

【0046】

さらに、発明者らは、有限要素法によって、溶接組立箱形断面部材の柱梁接合部パネル部のせん断耐力を数値解析して、上記（２）式～（４）式によって計算されるせん断耐力_ｐＭ_ｐａの値と比較することにより、上記（２）式～（４）式の妥当性を検証した。

【0047】

図５（ａ）～図５（ｄ）に、本数値解析で対象とした解析モデルの形状を示す。本数値解析では、図５（ａ）に示す、柱梁接合部パネル単体の解析モデルを解析対象とした。具体的には、溶接組立箱形断面部材１の断面サイズを、外寸１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、肉厚１６ｍｍ、溶接組立箱形断面部材１から構成されるパネル部材の高さを２５０ｍｍとした。また、図５（ｂ）～図５（ｄ）に示すように、角溶接１３の溶接深さは、５ｍｍ、１０ｍｍ、１６ｍｍの三種類とし、これらの各々について数値解析を行った。

【0048】

図６に、溶接組立箱形断面部材１のスキンプレート１１、１２および角溶接１３に設定した材料特性を示す。図６に示すように、溶接組立箱形断面部材１のスキンプレート１１、１２には、降伏耐力が４１２Ｎ／ｍｍ^２の材料特性を設定した。また、図５（ｂ）に示す、溶接深さ５ｍｍの角溶接１３には、降伏耐力が５１０Ｎ／ｍｍ^２の材料特性（溶接金属Ｂ）を、図５（ｃ）に示す、溶接深さ１０ｍｍの角溶接１３には、降伏耐力が３８３Ｎ／ｍｍ^２（溶接金属Ａ）、７１４Ｎ／ｍｍ^２（溶接金属Ｃ）の二種類の材料特性を、また、図５（ｄ）に示す、溶接深さ１６ｍｍの角溶接１３には、降伏耐力が３８３Ｎ／ｍｍ^２（溶接金属Ａ）、５１０Ｎ／ｍｍ^２（溶接金属Ｂ）の二種類の材料特性を設定し、これらの各々について数値解析を行った。

【0049】

そして、図５（ａ）に示すように、材軸方向端部の回転を拘束しながら逆対称のせん断力を入力し、このせん断力を漸増させる条件で、数値解析を行った。

【0050】

図７に、本数値解析によって計算された、溶接組立箱形断面部材の柱梁接合部パネル部のせん断耐力の値をプロットしたものを示す。また、この数値解析の結果得られた荷重－変形関係に基づいて、０°方向加力時には０．３５％オフセット耐力、４５°方向加力時には０．５％オフセット耐力を計算し、図７中に併せてプロットしている。

【0051】

図７に示すとおり、上記数値解析により計算された溶接組立箱形断面部材の柱梁接合部パネル部のせん断耐力は、上記（２）式～（４）式によって計算されるせん断耐力_ｐＭ_ｐａと、ほぼ同程度の値となり、上記（２）式～（４）式の妥当性が確認された。

【0052】

このように、本実施形態の溶接組立箱形断面部材１のように、スキンプレート１１、１２の板厚ｔおよび降伏強度σ_ｙ、ならびに角溶接１３の溶接深さｔ_ｗおよび溶接金属の強度σ_ｙｗが、上記（１）式の関係を満たしていれば、すなわち角溶接１３の溶接金属の耐力（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）と母材耐力（ｔ・σ_ｙ）との比（ｔ_ｗ・σ_ｙｗ）／（ｔ・σ_ｙ）が１．０以上であれば、_ｐＭ_ｐａ／（_ｐＭ_ｐ指針）の値が１．０に近くなり、溶接組立箱形断面部材１の部材耐力の低下を抑制できることがわかる。

【0053】

換言すると、溶接組立箱形断面部材１では、角溶接１３を、溶接深さｔ_ｗがスキンプレート１１、１２の板厚よりも小さい部分溶込み溶接とする場合にも、角溶接１３の溶接金属の強度σ_ｙｗを大きくして、上記（１）式の関係を満たすようなオーバーマッチ溶接とすることで、角溶接１３が完全溶込み溶接かつオーバーマッチ溶接となる溶接組立箱形断面部材の柱梁接合部パネル部と同等のせん断耐力が得られる。

【0054】

ここで、上述のとおり、サブマージアーク溶接では、１パスで施工可能な最大溶接深さは６０ｍｍ程度である。よって、肉厚が６０ｍｍ以上の溶接組立箱形断面部材をオーバーマッチ溶接かつ完全溶込み溶接のサブマージアーク溶接で製作する場合には、角溶接が多層サブマージアーク溶接となり、後熱管理が必要となるため、溶接組立箱形断面部材の製作工期が急激に長期化する。

【0055】

これに対し、本実施形態の溶接組立箱形断面部材１では、上記（１）式の関係を満たす範囲内で、角溶接１３の溶接深さｔ_ｗを小さくして部分溶込み溶接とすることにより、溶接組立箱形断面部材１のスキンプレート１１、１２の板厚ｔが大きい場合にも角溶接１３を１パスで溶接することが可能となる。よって、肉厚が６０ｍｍ以上の溶接組立箱形断面部材を完全溶込みの多層サブマージアーク溶接により施工する場合のような後熱管理が不要なため、角溶接１３の溶接施工性が大幅に高められ、溶接組立箱形断面部材１の製作コストや製作期間を大幅に削減できる。また、本実施形態の溶接組立箱形断面部材１では、上記（１）式の関係を満たすことにより、角溶接１３を部分溶込み溶接とする場合にも、その影響による溶接組立箱形断面部材１の部材耐力の低下を抑制できる。

【0056】

なお、角溶接１３が上記（１）式の関係を満たさないことにより、溶接組立箱形断面部材１の部材耐力が大きく影響を受けるのは、柱梁接合部パネル部が主であり、柱部材のうち柱梁接合部パネル部以外の部位で上記（１）式の関係が必ずしも満たされていなくても、溶接組立箱形断面部材１の部材耐力が大きく低下することはない。よって、柱部材として用いられる溶接組立箱形断面部材１のうち、少なくとも梁部材が取り付く柱梁接合部パネル部において、上記（１）式の関係を満たすようにすればよい。

【実施例0057】

本発明の溶接組立箱形断面部材１の具体的な実施例について、以下に説明する。

【0058】

本実施例の溶接組立箱形断面部材１では、スキンプレート１１、１２の降伏耐力σ_ｙを３８５Ｎ／ｍｍ^２とし、板厚ｔを８５ｍｍとした。また、角溶接１３の開先深さを６０ｍｍとし、角溶接１３を１パスのサブマージアーク溶接により施工した。

【0059】

そして、本実施例の溶接組立箱形断面部材１を製作したところ、角溶接１３の溶接深さｔ_ｗは、溶込みや余盛により、７０ｍｍ以上確保できることが確認された。

【0060】

このとき、上記（１）式の関係を満たすためには、角溶接１３の溶接金属の強度σ_ｙｗが４６７．５Ｎ／ｍｍ^２以上である必要がある。すなわち、角溶接１３の溶接金属の強度σ_ｙｗが４６７．５Ｎ／ｍｍ^２以上となるように溶接材料を選択して角溶接１３を施工すれば、溶接組立箱形断面部材１の角溶接１３を部分溶込み溶接としても、溶接組立箱形断面部材１の柱梁接合部パネル部の耐力低下や角溶接１３での破断の発生を抑制できることが確認された。

【符号の説明】

【0061】

１ 溶接組立箱形断面部材
１１、１２ スキンプレート
１３ 角溶接

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】