JP2001001140A - 溶接構造部材及びその製造方法 - Google Patents

溶接構造部材及びその製造方法

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JP2001001140A JP11266294A JP26629499A JP2001001140A JP 2001001140 A JP2001001140 A JP 2001001140A JP 11266294 A JP11266294 A JP 11266294A JP 26629499 A JP26629499 A JP 26629499A JP 2001001140 A JP2001001140 A JP 2001001140A
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祐嗣 三代
Kiyomi Araki
清己 荒木
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康司 夜船
Eiji Matsui
英治 松井
Hitoshi Shimizu
斉 清水
Yasuo Higashihata
泰夫 東端
Hirofumi Kaneko
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 降伏強さ160N/mm以下の低降伏強
さの溶接構造部材を安定して製造する。 【解決手段】 板厚が4.5 〜30mmの鋼板を溶接によ
り組み立てた溶接構造部材を800〜900℃の温度範
囲で焼きなまし熱処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、建築用や土木用の
溶接構造部材、とくに制振部材として用いて好適な組み
立てH形鋼等の溶接構造部材とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】建築、土木用等の耐震構造物には、構造
物の一部に低降伏強さの構造部材を用いて、この部位で
部分的に降伏を生じさせ、振動を吸収することによって
構造物全体の安全性を確保する設計手法が用いられてい
る。ところで、このような耐震用の構造部材の多くは溶
接施工によりH形, I形,□形などの断面形状を持つ所
定の部材に組み立てられており、一般には、鋼板を溶
断、剪断した後、溶接し、さらに形状矯正する一連の加
工工程により製造される。上述した溶接施工により組み
立てられた耐震用の構造部材(以下、単に「溶接構造部
材」と略記する)の素材としては、低降伏強さの鋼板が
用いられる。鋼板の降伏強さは、従来は245N/mm
程度であったが、次第に低下する傾向にあり、最近
では160N/mm以下、あるいはさらに120N
/mm以下といった低降伏強さのものも採用されるよ
うになってきている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発明者
らが調査したところ、降伏強さが160N/mm
下、特に120N/mm以下の低降伏強さの鋼板を
使用して製造した溶接構造部材では、これまでの常識と
異なり、用いた鋼板の降伏強さよりも溶接構造部材の降
伏強さが著しく上昇することがわかった。このような両
者間の降伏強さに著しい差異が生じると、鋼板の降伏強
さをベースにした従来の耐震設計の基準が適用できなく
なり、根底から検討しなおすことが必要となってきた。
【0004】上記の現象を図1により説明する。発明者
らは、降伏強さが異なる種々の鋼板を用いて、被覆アー
ク溶接またはMIG溶接により溶接構造部材としてH形
部材に組み立てた。この部材について、溶接のままでH
断面に垂直な方向の圧縮試験を行い、降伏強さを求め、
用いた鋼板の降伏強さとの関係をプロットしたのが図1
である。図1から明らかなように、降伏強さが200N
/mmを超えるような鋼板で作製した溶接構造部材
の降伏強さは用いた鋼板の値よりもやや低下する。この
ような降伏強さの低下は従来も知られていたことであ
り、溶断や溶接などの加工工程における熱影響によるも
のであることが考えられる。これに対し、約100N/
mmという低い降伏強さの鋼板で作製した溶接構造
部材の降伏強さは、用いた鋼板の値の1.5 倍程度の極め
て高い値まで上昇する。このような溶接構造部材の溶接
のままでの降伏強さの上昇傾向は、用いる鋼板の製造履
歴が圧延のままであっても、圧延後焼きなましを行った
ものであっても、程度の差こそあれ認められた。また、
溶接を含む加工後における降伏強さの上昇程度は、溶接
条件等が変われば変化することもわかった。
【0005】上述したことから、用いる鋼板の降伏強さ
が低い場合には、その鋼板の降伏強さを設計強度として
採用することはできなくなる。このような場合に、溶接
構造部材の個々についてそれぞれ溶接のままでの降伏強
さを測定して求めることはできるが、設計に反映させる
には、作業負荷が大きく、また生産性を低下させるなど
の点から現実的ではない。
【0006】そこで、本発明は、低降伏強さの鋼板を使
用して溶接構造部材を製造する際における、上述したよ
うな問題を解決することにあり、溶接構造部材の降伏強
さが用いる鋼板の降伏強さから予測できる程度の変動に
抑え、その鋼板の降伏強さが設計強度として十分適用し
うるような溶接構造部材とその製造方法を提案すること
を目的とする。また、本発明は、降伏強さが160N/
mm以下、好ましくは120N/mm以下であ
る溶接構造部材とその製造方法を提案することを目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、板厚4.5 〜3
0mmの鋼板を溶接により組み立てた溶接構造部材であ
って、この部材の降伏強さが160N/mm以下で
あることを特徴とする溶接構造部材である。そして、上
記発明にかかる降伏強さが160N/mm以下の溶
接構造部材は、板厚が4.5 〜30mmの鋼板を溶接によ
り組み立てた後、800〜900℃の温度範囲で焼きな
ましすることによって製造する。さらには、上記発明に
かかる降伏強さが160N/mm以下の溶接構造部
材は、降伏強さが160N/mm以下で、板厚が4.
5 〜30mmの鋼板を溶接により組み立てた後、800
〜900℃の温度範囲で焼きなましすることによって、
より好適に製造することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】発明者らは、前述した課題を解決
するには、溶接を含む一連の工程で組み立てた溶接構造
部材を800〜900℃の温度範囲で焼きなましするこ
とが極めて効果的であることを知見した。溶接構造部材
の熱処理として、従来から溶接による残留応力を除去す
るために応力除去焼鈍が一般的に行われてきたが、この
熱処理では降伏応力の低下に効果がなかった。発明者ら
は、応力除去焼鈍温度よりもさらに高い800℃以上の
温度で焼きなまし処理すれば、溶接構造部材の降伏強さ
は、用いた鋼板の降伏強さ近傍まで低下し、目的とする
効果が得られることを見いだした。このような現象が生
じた理由は必ずしも明らかではないが、従来のような高
降伏強さの鋼板を溶接した場合には、通常は溶接熱影響
部が軟化するが、低降伏強さの鋼板の場合には、逆に溶
接熱影響部の強度が上昇しているものと考えられる。ま
た、本発明に用いた低降伏強さの鋼板の場合、母材に比
べ溶接金属の方が降伏強さが高く、その差が大きいこと
も溶接後の降伏強さ上昇の要因になっていることが考え
られる。このような溶接熱影響部の強度上昇を解消する
ために、焼きなまし温度を800℃以上の高温にする必
要がある。ただし、900℃を超える温度で焼きなまし
すると、溶接構造部材が残留応力や自重により変形し、
部材としての寸法精度が確保できなくなる。したがっ
て、焼きなましの温度範囲は800〜900℃とする。
なお、焼きなましの保持時間は降伏強さの低下効果と寸
法精度を考慮して4時間以内とするのが好適である。
【0009】本発明において溶接構造部材を構成する鋼
板の板厚は4.5 〜30mmの範囲とする。焼きなまし後
の降伏強さが160N/mm以下となる鋼板は板厚
4.5〜60mmの範囲で製造可能であるが、板厚が大き
くなればなるほど溶接金属部分が占める断面積が増し
て、強度への溶接金属の影響が大となる。そして板厚が
30mmを超えると、溶接後に焼きなまししたあとであ
っても、溶接構造部材の降伏強さ160N/mm
下に満足させることが困難となる。よって本発明で用い
る鋼板の板厚は4.5 〜30mmの範囲とする。鋼板の強
度は、溶接構造部材の降伏強さを160N/mm
下、好ましくは120N/mm以下とするために、
鋼板そのものを溶接構造部材の焼きなまし条件と同じ条
件で焼きなまししたときの降伏強さで160N/mm
以下、好ましくは120N/mm以下となるも
のを用いることが望ましい。なお、圧延のままの鋼板を
用いる場合は、圧延のままの降伏強さはこの範囲より高
くなるが、これらについても鋼板を溶接構造部材の焼き
なまし条件と同じ条件の焼きなましをしたときの降伏強
さが160N/mm以下、好ましくは120N/m
以下となることが望ましい。
【0010】以上説明した方法により、溶接構造部材の
焼きなまし条件と同じ条件の焼きなましをした後の降伏
強さが160N/mm以下の鋼板を使用すれば、1
60N/mm以下の溶接構造部材を製造することが
可能となる。本発明に従う溶接構造部材を用いる降伏強
度の設計に当たっては、その前提として用いる鋼板の焼
きなまし状態での降伏強さ(溶接構造部材の焼きなまし
条件と同様、800〜900℃で熱処理した後の値)が
既知であることが重要である。したがって、圧延のまま
の鋼板を溶接構造部材に用いる場合は、予め同一の鋼板
について前記焼きなましの熱処理を行って、熱処理後の
降伏強さを求めておくものとする。
【0011】
【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。表1に示す化学組成からなる鋼を6.0 〜30.0mm
まで熱間圧延し、一部はその後850℃で焼きなましを
行い、降伏強さ(JIS5号試験片で測定)が異なる種
々の鋼板とした。なお、これらの鋼板の圧延のまま、及
び圧延後850℃で焼きなましした後の降伏強さを表1
に併記した。この鋼板を用い、共金心線を用いたTIG
溶接により、図2の(a)または(b)の断面を有する
H形断面の溶接構造部材に組み立てた。その後、この溶
接構造部材を、焼きなまししないか、750℃または8
50℃で焼きなまし熱処理して、それぞれ溶接構造部材
を製造した。これらのH形断面の溶接構造部材を断面垂
直方向に圧縮して降伏強さを求めた。得られた結果を表
2に示す。表2から、本発明に従えば、圧延のままの鋼
板、圧延後焼きなましを施した鋼板のいずれを用いた場
合であっても、溶接構造部材の降伏強さの上昇が解消さ
れ、その全てが160N/mmを下回り、120N
/mm以下となっていることがわかる。また、鋼板
(焼きなまし材)の引張試験と溶接構造部材の圧縮試験
において得られた応力−歪み曲線の1例として図3に示
すように、本発明の溶接構造部材の降伏強さは用いる鋼
板の圧延−焼きなまし後の降伏強さにほぼ等しくなって
いる。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】
【発明の効果】以上説明したように、本発明溶接構造部
材はその降伏強さが用いる鋼板の焼きなまし後の降伏強
さとほぼ等しく、かつ低降伏強さを確保できるので、設
計が容易となるだけでなく、溶接構造物の安全性にも寄
与する。また、本発明方法によれば降伏強さ160N/
mm以下で安定した溶接構造部材を容易に提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋼板と溶接構造部材(溶接のまま)における降
伏強さの差異を示すグラフである。
【図2】圧縮試験に用いた溶接構造部材の断面形状を示
す図である。
【図3】鋼板及び溶接構造部材の応力−歪み曲線の例を
示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 夜船 康司 広島県広島市中区橋本町10番10号 株式会 社竹中工務店広島支店内 (72)発明者 松井 英治 広島県広島市中区橋本町10番10号 株式会 社竹中工務店広島支店内 (72)発明者 清水 斉 広島県広島市中区橋本町10番10号 株式会 社竹中工務店広島支店内 (72)発明者 東端 泰夫 千葉県印西市大塚一丁目5番地1 株式会 社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 金子 洋文 千葉県印西市大塚一丁目5番地1 株式会 社竹中工務店技術研究所内 Fターム(参考) 4E001 AA03 BB07 CC04 DG04 QA02 4E081 YB05 YX03 YX07 YX20 4K042 AA24 DA03 DC02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 板厚4.5 〜30mmの鋼板を溶接により
    組み立てた溶接構造部材であって、この部材の降伏強さ
    が160N/mm以下であることを特徴とする溶接
    構造部材。
  2. 【請求項2】 板厚が4.5 〜30mmの鋼板を溶接によ
    り組み立てた溶接構造部材を800〜900℃の温度範
    囲で焼きなましすることを特徴とする降伏強さが160
    N/mm以下である溶接構造部材の製造方法。
  3. 【請求項3】 降伏強さが160N/mm以下で、
    板厚が4.5 〜30mmの鋼板を溶接により組み立てた溶
    接構造部材を800〜900℃の温度範囲で焼きなまし
    することを特徴とする降伏強さが160N/mm
    下である溶接構造部材の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010167425A (ja) * 2009-01-21 2010-08-05 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd 上下t型継手の溶接方法及び上下t型溶接継手並びにこれを用いた溶接構造物

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