JP2008223393A - 高疲労耐久性鋼構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼部材を溶接した溶接部位を有する鋼構造物において、十分な長寿命化を実現できる高疲労耐久性鋼構造物を提供する。
【解決手段】構造上の重要度の異なる２つの鋼部材を溶接した溶接部位を有する鋼構造物において、前記２つの鋼部材のうち、構造上の重要度の低い方の鋼部材１１４に、構造上の重要度の高い方の鋼部材１０２の応力集中を緩和させる構造を形成する。
前記構造は、例えば、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材１１４に疲労亀裂を発生させる構造形状である、切欠き１２Ａや、板幅減少部位１２Ｂや、孔１２Ｃを含ませることで達成することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、鋼部材を溶接した溶接部位を有する高疲労耐久性鋼構造物に係り、特に、溶接部位の近傍において、構造上の重要度のより高い鋼部材へ疲労亀裂が発生することを抑制できる高疲労耐久性鋼構造物に関する。

鋼床版は、鋼部材を効果的に配置することで、重量を軽くでき、かつ、急速施工も可能な点に特徴があり、都市部や地盤が緩い場所などの橋梁において数多く採用されている。

図１は、鋼床版の基本構造を示す斜視図である。鋼床版１００は、デッキプレート（床板）１０２が鋼板で形成されており、デッキプレート１０２の下面には縦桁１０４及び横桁１０６が配置され、さらにＵリブ（縦リブ）１０８や横リブ１１０などを用いて補強した構造である。デッキプレート１０２の上面には舗装１１２が施されている。

しかし、近年、供用中の鋼床版に疲労亀裂が多数発見され、大きな問題となっている。以下、多数発見されている疲労亀裂の例について記載する。

（１）垂直補剛材とデッキプレートとの溶接部
例えば、図２（Ａ）に示す鋼床版の垂直補剛材１１４の接合構造において、図２（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、縦桁ウェブ１０４Ａの垂直補剛材１１４とデッキプレート１０２との接合部の回し溶接止端部１１６Ａに疲労亀裂１１８が多数発見されている。この主因は、アスファルト舗装１１２上面を車両が通過する時に発生する局部曲げに基づく垂直補剛材１１４先端での応力集中であると考えられている。この亀裂は、デッキプレート１０２を貫通する亀裂であるため、鋼床版の剛性低下への影響が大きく、車両の走行性への影響が大きい。また、補修が難しいなどの問題がある。

（２）Ｕリブと横リブとの溶接部
また、図４（Ａ）に示す、鋼床版におけるデッキプレート１０２、Ｕリブ１０８、横リブウェブ１１０Ａの接合構造において、Ｕリブ１０８と横リブウェブ１１０Ａとの溶接部１２０の端部（スカラップ１１０Ｂ端部）でも疲労亀裂の発生が多く観察されている。この疲労亀裂は、横リブとＵリブに繰り返し発生する応力の影響と、横リブのスカラップ端部における応力集中の影響で発生すると考えられる。

特に、この疲労亀裂が、図４（Ｂ）の写真図に示すように、Ｕリブ側に発生した疲労亀裂１２２の場合は、補修を行っても再発する可能性があるという問題がある。補修を行っても疲労亀裂が再発する可能性がある理由は、Ｕリブ１０８の板厚は通常６〜８ｍｍであり、横リブウェブ１１０Ａの板厚（通常９ｍｍ以上）と比べて薄く、Ｕリブ１０８を構成している板材の面外剛性が小さいことに加えて、Ｕリブ１０８の内部は空洞となっているため偏心作用の影響を受けやすく、Ｕリブ１０８には疲労き裂が発生しやすいからである。また、Ｕリブ１０８の内面は密閉されているため、Ｕリブ１０８に対する補修施工は表面からしか行えず、欠陥が残りやすい補修となることに加えて、スカラップ部は矮狭であり、補強部材を取り付けるのが困難であるからである。

（３）デッキプレートとＵリブとの溶接部
さらに、図６（Ａ）に示すように、Ｕリブ１０８とデッキプレート１０２との溶接部１２６における未溶着部から生ずるデッキプレート貫通型の疲労亀裂の発生も多く観察されている。この亀裂は、図６（Ｂ）に示すように、溶接熱収縮応力下での輪荷重により応力集中が生じ、発生すると考えられている。Ｕリブ１０８の裏側から進展して表面に現れずに進展するため、発見することが難しい。また、起点となる未溶着欠陥部が長手方向に連続的に続いている場合も多く、発生する亀裂も長い場合が多いなどの問題がある。

（４）鋼床版以外の構造における疲労亀裂の例
図７（Ａ）に示すような、製造工場などにおける天井クレーン走行桁１３０などで用いられている鋼製桁構造においても、疲労亀裂が多数発見されている。特に、図７（Ｂ）の断面図に示すような三角リブ１３４の下端から桁の長手方向に伸び、ウェブ１３２を貫通する疲労亀裂１３８が数多く発見されている。

以上のような疲労亀裂に対する技術として、特許文献１においては、鋼構造物に疲労亀裂の発生および進展の少なくとも一方を抑制する鋼材を用いる技術を開示しているが、十分な長寿命化が実現されているとはいえない。

特開２００３−１８３７６９号公報

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、鋼部材を溶接した溶接部位を有する鋼構造物において、十分な長寿命化を実現できる高疲労耐久性鋼構造物を提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題を解決するため鋭意研究開発を行い、構造上の重要度の低い鋼部材での疲労亀裂の発生および進展は許容し、構造上の重要度の高い鋼部材での疲労亀裂の発生および進展は極力抑制することが効果的であることを見出した。そして、さらに研究開発を行った結果、溶接部の端部における応力集中を緩和させるとともに、疲労亀裂を構造上の重要度の低い方の鋼部材側に発生させる構造を、構造上の重要度の低い方の鋼部材側に設けることが効果的であることを見出し、本発明をするに至った。

即ち、本発明に係る高疲労耐久性鋼構造物は、構造上の重要度の異なる２つの鋼部材を溶接した溶接部位を有する鋼構造物において、前記２つの鋼部材のうち、構造上の重要度の低い方の鋼部材に、構造上の重要度の高い方の鋼部材の応力集中を緩和させる構造を形成したことを特徴とする。

前記構造は、例えば、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材に疲労亀裂を発生させる構造形状を含ませることで達成することができる。

前記構造形状は、例えば、切欠きや孔とすることができる。また、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材が板状体の場合、該板状体の板厚を、機能を損なわない範囲で薄くした構造形状としてもよい。

前記構造上の重要度の高い方の鋼部材の応力集中を緩和させる構造が形成された、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材を、疲労亀裂の発生および進展の少なくとも一方を遅延させる効果を有する鋼材から形成することで、さらに長寿命化を図ることができる。

前記疲労亀裂の発生および進展の少なくとも一方を遅延させる効果を有する鋼材として、疲労亀裂の進展速度を遅延させる効果を有する鋼材を用いることができる。

例えば、前記構造上の重要度の高い方の鋼部材は橋梁の鋼主桁であり、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材は前記鋼主桁の補剛材である。ここで、主桁には、Ｉ形断面の鋼桁、閉断面を有する鋼箱桁、鋼床版の縦桁を含む。また、前記構造上の重要度の高い方の鋼部材は橋梁の鋼床版の縦桁及びデッキプレートであり、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材は前記鋼床版の縦桁ウェブの垂直補剛材である。また、前記構造上の重要度の高い方の鋼部材は橋梁の鋼床版の縦桁、デッキプレート及びＵリブであり、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材は横リブである。また、前記構造上の重要度の高い方の鋼部材は橋梁の鋼床版のデッキプレートであり、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材はＵリブである。また、前記構造上の重要度の高い方の鋼部材は鋼製桁であり、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材は前記鋼製桁の補剛材である。

本発明に係る高疲労耐久性鋼構造物は、構造上の重要度の低い方の鋼部材に、構造上の重要度の高い方の鋼部材の応力集中を緩和させる構造を形成したので、構造上の重要度の高い方の鋼部材に疲労亀裂が発生しにくくなる。

また、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材に、疲労亀裂の発生および進展の少なくとも一方を遅延させる効果を有する鋼材を用いることで、さらに長寿命化を図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図３（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係る高疲労耐久性鋼構造物の要部を示す断面図である。この第１実施形態は、図２（Ａ）に示す、鋼床版の縦桁ウェブ１０４に垂直補剛材を取り付けた構造において発生する、垂直補剛材１１４とデッキプレート１０２との溶接部１１６の回し溶接止端部１１６Ａに発生する疲労亀裂１１８（図２（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）参照）に対する対策を具体化したもので、図３（Ａ）に示すように、垂直補剛材１１４において、回し溶接止端部１１６Ａの下部に切欠き１２Ａを設けた構造形状である。ここで、垂直補剛材１１４は、アスファルト舗装１１２上面を車両が通過する際の荷重を直接負担するものではなく、縦桁１０４のウェブ１０４Ａの座屈を防ぐためのものであり、構造上の重要度は縦桁１０４及びデッキプレート１０２よりも低い。

垂直補剛材１１４に切欠き１２Ａを設けることにより、垂直補剛材１１４において、切欠き１２Ａを含む部位の断面剛性が低下し、アスファルト舗装１１２上面を車両が通過する際の局部曲げによる曲げ変形量が切欠き１２Ａを含む断面を中心として増大するので、回し溶接止端部１１６Ａにおける応力集中が緩和される。このため、回し溶接止端部１１６Ａには、構造上の重要度の高いデッキプレート１０２側への疲労亀裂１１８が発生しにくくなる。

一方、アスファルト舗装１１２上面を車両が通過することに伴う局部曲げによる曲げ変形が切欠き１２Ａを含む部位の断面に集中するので、切欠き１２Ａを起点として疲労亀裂が発生しやすくなる。切欠き１２Ａを起点として疲労亀裂が発生し、この疲労亀裂が成長していくと、切欠き１２Ａを含む部位の断面剛性がさらに低下するので、回し溶接止端部１１６Ａにおける応力集中はさらに緩和され、構造上の重要度の高いデッキプレート１０２側への疲労亀裂１１８はさらに発生しにくくなる。

切欠き１２Ａを起点とする疲労亀裂は、構造上の重要度の低い垂直補剛材１１４に発生する疲労亀裂であり、この疲労亀裂が進展していっても、構造上の重要度の高いデッキプレート１０２側への疲労亀裂１１８が発生した場合と比べて、鋼床版１００の性能は低下せず、車両の走行性への影響も軽微である。

したがって、定期的な保守点検により、切欠き１２Ａを起点とする疲労亀裂の発生・進展状況を記録しておき、疲労亀裂が所定の長さに達した時点で、垂直補剛材１１４の修理を行うことで、鋼床版１００の性能が大幅に低下することを防ぎつつ、維持管理を行うことができる。構造上の重要度の高いデッキプレート１０２側への疲労亀裂１１８が発生した場合には、鋼床版１００の性能が大幅に低下することを防ぐことは困難である。

また、図３（Ｂ）に第１実施形態の第１変形例を示す。この変形例は、切欠き１２Ａを設ける代わりに、切削加工により板幅減少部位１２Ｂを設けている。板幅減少部位１２Ｂには切欠き１２Ａほど曲率半径の小さい部位はないので、板幅減少量が切欠き１２Ａの深さと同じであれば、切欠き１２Ａよりは疲労亀裂の発生はしにくくなり、デッキプレート１０２側への疲労亀裂１１８の発生を抑制する効果は、切欠き１２Ａを設けた場合よりは若干小さくなると考えられる。

また、図３（Ｃ）に第１実施形態の第２変形例を示す。この変形例は、切欠き１２Ａを設ける代わりに、孔１２Ｃを設けている。孔１２Ｃの直径が、切欠き１２Ａの深さと同程度であれば、デッキプレート１０２側への疲労亀裂１１８の発生を抑制する効果は、切欠き１２Ａを設けた場合と同程度になると考えられる。

なお、切欠き１２Ａ、板幅減少部位１２Ｂ、孔１２Ｃを設ける代わりに、垂直補剛材１１４の板厚を、機能を損なわない範囲で薄くして、回し溶接止端部１１６Ａにおける応力集中を緩和させるとともに、垂直補剛材１１４への疲労亀裂を発生しやすくさせて、デッキプレート１０２側への疲労亀裂１１８の発生を抑制してもよい。ただし、切欠き１２Ａ、板幅減少部位１２Ｂ、孔１２Ｃを設ける方が、デッキプレート１０２側への疲労亀裂１１８の発生を抑制する効果は高いと考えられる。

図５（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る高疲労耐久性鋼構造物の要部を示す断面図である。この第２実施形態は、図４（Ａ）に示す、鋼床版におけるデッキプレート１０２、Ｕリブ１０８、横リブウェブ１１０Ａの接合構造において、Ｕリブ１０８と横リブウェブ１１０Ａとの溶接部１２０の端部（スカラップ１１０Ｂ端部）でＵリブ１０８側に発生する疲労亀裂１２２（図４（Ｂ）参照）に対する対策を具体化したもので、図５（Ａ）に示すように、横リブウェブ１１０Ａにおいて、Ｕリブ１０８と横リブウェブ１１０Ａとの溶接部１２０の端部（スカラップ１１０Ｂ端部）に切欠き１４Ａを設けた構造形状である。ここで、横リブ１１０は、一般的に、Ｕリブ１０８の高さ分だけウェブが欠損していることが予め考慮されて設計されているので、横リブウェブ１１０Ａに数１０ｍｍ程度のき裂が生じても直ぐに横リブの機能が損なわれるものではない。したがって、疲労亀裂が生じた場合に鋼床版の性能にどの程度影響を及ぼすかという観点から見て、横リブ１１０の構造上の重要度はＵリブ１０８よりも低い。

切欠き１４Ａを設けることにより、アスファルト舗装１１２上面を車両が通過することに伴う応力集中は、溶接部１２０の端部（スカラップ１１０Ｂ端部）から切欠き１４Ａの先端に移動し、Ｕリブ１０８側へは疲労亀裂が発生しにくくなる。

一方、アスファルト舗装１１２上面を車両が通過することに伴う応力集中が切欠き１４Ａの先端に移動するので、切欠き１４Ａを起点として疲労亀裂が発生しやすくなる。切欠き１４Ａを起点として疲労亀裂が発生し、この疲労亀裂が成長していくと、応力集中の部位である疲労亀裂の先端は、溶接部１２０の端部（スカラップ１１０Ｂ端部）から遠ざかり、溶接部１２０の端部（スカラップ１１０Ｂ端部）における応力集中はさらに緩和され、Ｕリブ１０８側への疲労亀裂１２２はさらに発生しにくくなる。

切欠き１４Ａを起点とする疲労亀裂は、横リブ１１０のウェブ１１０Ａに生じるが、前述のように、横リブウェブ１１０Ａに数１０ｍｍ程度のき裂が生じても直ぐに横リブの機能が損なわれるものではなく、横リブウェブ１１０Ａに疲労亀裂が進展していっても、鋼床版１００の性能が急激に低下することはない。

一方、Ｕリブ１０８側へ疲労亀裂１２２が発生した場合には、前述したように、補修を行っても疲労亀裂１２２が再発する可能性がある。また、Ｕリブ１０８に疲労亀裂が生じた場合の性能低下は、横リブ１１０に疲労亀裂が生じたときよりも大きいことに加え、Ｕリブ１０８はデッキプレート１０２を介して車両が通過することに伴う荷重（曲げモーメント）を負担するため、Ｕリブ１０８側へ疲労亀裂１２２が発生した場合、横リブ１１０のウェブ１１０Ａに疲労亀裂が発生した場合と比べて、鋼床版１００の性能の低下は大きくなる。

したがって、疲労亀裂が生じた場合に鋼床版の性能にどの程度影響を及ぼすかという観点から見て、構造上の重要度は、横リブ１１０はＵリブ１０８よりも低いので、定期的な保守点検により、切欠き１４Ａを起点とする横リブ１１０における疲労亀裂の発生・進展状況を記録しておき、疲労亀裂が所定の長さに達した時点で、横リブ１１０のウェブ１１０Ａの修理を行うことで、鋼床版１００の性能が大幅に低下することを防ぎつつ、維持管理を行うことができる。

また、図５（Ｂ）に第２実施形態の第１変形例を示す。この変形例は、切欠き１４Ａよりも、Ｕリブ１０８の側面とのなす角の大きい切欠き１４Ｂを設けた例である。Ｕリブ１０８側への疲労亀裂１２２の発生を抑制する効果は、切欠き１４Ａを設けた場合と同様である。

また、図５（Ｃ）に第２実施形態の第２変形例を示す。この変形例は、切欠き１４Ａを設ける代わりに、孔１４Ｃを設けている。孔１４Ｃの直径が、切欠き１４Ａの長さと同程度であれば、Ｕリブ１０８側への疲労亀裂１２２の発生を抑制する効果は、切欠き１４Ａを設けた場合と同程度になると考えられる。

図６（Ｄ）は、本発明の第３実施形態に係る高疲労耐久性鋼構造物の要部を示す断面図である。この第３実施形態は、図６（Ｃ）に示す、Ｕリブ１０８とデッキプレート１０２との接合構造において、Ｕリブ１０８とデッキプレート１０２との溶接部１２６における未溶着部から生ずるデッキプレート貫通型の疲労亀裂１２４（図６（Ａ）、（Ｂ）参照）に対する対策を具体化したもので、図６（Ｄ）に示すように、Ｕリブ１０８において、Ｕリブ１０８とデッキプレート１０２との溶接部１２６の近傍に切欠き１６Ａを設けた構造形状である。ここで、デッキプレート１０２は、その上面にアスファルト舗装１１２を備えて、輪荷重を直接受ける部材であり、デッキプレート１０２が損傷するとすぐに道路面にも損傷が表れ、車両の通行が困難となる。これに対して、Ｕリブ１０８は、デッキプレート１０２を介して車両が通過することに伴う荷重（曲げモーメント）を負担する部材であり、輪荷重の負担という点で重要な部材であるが、１つのＵリブ１０８の損傷により直ちに事故につながることはないと考えられる。したがって、デッキプレート１０２の方がＵリブ１０８よりも構造上の重要度が高い。

切欠き１６Ａを設けることにより、アスファルト舗装１１２上面を車両が通過することに伴う応力集中は、Ｕリブ１０８とデッキプレート１０２との溶接部１２６における未溶着部から、切欠き１６Ａの先端に移動し、デッキプレート１０２側へは疲労亀裂が発生しにくくなる。

一方、アスファルト舗装１１２上面を車両が通過することに伴う応力集中が切欠き１６Ａの先端に移動するので、切欠き１６Ａを起点として疲労亀裂が発生しやすくなる。切欠き１６Ａを起点として疲労亀裂が発生し、この疲労亀裂が成長していくと、応力集中の部位である疲労亀裂の先端は、溶接部１２６における未溶着部から遠ざかり、溶接部１２６における未溶着部における応力集中はさらに緩和され、デッキプレート１０２側への疲労亀裂１２４はさらに発生しにくくなる。

切欠き１６Ａを起点とする疲労亀裂は、Ｕリブ１０８に生じるが、前述のように、Ｕリブ１０８は、デッキプレート１０２ほどは構造上の重要度が高くない。

したがって、定期的な保守点検により、切欠き１６Ａを起点とする疲労亀裂の発生・進展状況を記録しておき、疲労亀裂が所定の長さに達した時点で、Ｕリブ１０８の修理を行うことで、鋼床版１００の性能が大幅に低下することを防ぎつつ、維持管理を行うことができる。

また、図６（Ｅ）に第３実施形態の変形例を示す。切欠き１６ＡはＵリブ１０８の内側に設けているが、この変形例では、Ｕリブ１０８の外側に切欠き１６Ｂを設けている。デッキプレート１０２側への疲労亀裂１２４の発生を抑制する効果は、切欠き１６Ａを設けた場合と同様と考えられるが、Ｕリブ１０８の外側に切欠きを設けるほうが疲労亀裂の進展状況を観察しやすいと考えられるので、Ｕリブ１０８の外側に設ける切欠き１６Ｂの方が好ましいと考えられる。

図８（Ａ）は、本発明の第４実施形態に係る高疲労耐久性鋼構造物の要部を示す断面図である。この第４実施形態は、図７（Ｂ）に示す、クレーン走行桁１３０のウェブ１３２と三角リブ１３４との接合構造において、三角リブ１３４とウェブ１３２との溶接部１３６の端部からウェブ１３２に生ずるクレーン走行桁１３０の長手方向に伸びる貫通型の疲労亀裂１３８に対する対策を具体化したもので、図８（Ａ）に示すように、三角リブ１３４において、溶接部１３６の端部近傍に切欠き１８Ａを設けた構造形状である。ここで、三角リブ１３４は、クレーン走行桁１３０のウェブ１３２を補剛するための部材であり、構造上の重要度は、クレーン走行桁１３０のウェブ１３２よりも低い。

切欠き１８Ａを設けることにより、重量物を運ぶことに伴う溶接部１３８端部での応力集中は緩和されるとともに、切欠き１８Ａの先端に大きな応力集中が生じる。したがって、ウェブ１３２側へは疲労亀裂が発生しにくくなる。

一方、切欠き１８Ａの先端に重量物を運ぶことに伴う大きな応力集中が生じるので、切欠き１８Ａを起点として疲労亀裂が発生しやすくなる。切欠き１８Ａを起点として疲労亀裂が発生し、この疲労亀裂が成長していくと、この疲労亀裂を含む断面の剛性がさらに低下し、溶接部１３６の端部における応力集中はさらに緩和され、ウェブ１３２側への疲労亀裂１３８はさらに発生しにくくなる。

切欠き１８Ａを起点とする疲労亀裂は、三角リブ１３４に生じるが、前述のように、三角リブ１３４は、ウェブ１３２ほどは構造上の重要度が高くない。

したがって、定期的な保守点検により、切欠き１８Ａを起点とする疲労亀裂の発生・進展状況を記録しておき、疲労亀裂が所定の長さに達した時点で、三角リブ１３４の修理を行うことで、クレーン走行桁１３０の性能が大幅に低下することを防ぎつつ、維持管理を行うことができる。

また、図８（Ｂ）に第４実施形態の変形例を示す。この変形例における切欠き１８Ｂは、切欠き１８Ａよりも先端部の曲率半径が小さいので、切欠きの深さが切欠き１８Ａと同じであれば、切欠き１８Ａよりも応力集中の程度が大きくなると考えられ、疲労亀裂がより発生しやすくなる。このため、切欠き１８Ｂを設けた方が、ウェブ１３２に疲労亀裂が発生することを抑制することができる。

また、図８（Ｃ）に第４実施形態の第２変形例を示す。この変形例は、切欠き１８Ａを設ける代わりに、孔１８Ｃを設けている。孔１８Ｃの直径が、切欠き１８Ａの深さと同程度であれば、ウェブ１３２側への疲労亀裂１３８の発生を抑制する効果は、切欠き１８Ａを設けた場合と同程度になると考えられる。

以上説明してきた第１〜４実施形態およびそれらの変形例においては、構造上の重要度の低い方の鋼部材に、構造上の重要度の高い方の鋼部材の応力集中を緩和させる構造を形成しており、その構造は、構造上の重要度の低い方の鋼部材に疲労亀裂を発生させる構造形状（切欠き、孔等）を含むものである。

したがって、疲労亀裂を発生させる構造上の重要度の低い方の鋼部材には、疲労亀裂の発生および進展の少なくとも一方を遅延させる効果を有する鋼材を用いることが、鋼構造物を長寿命化させる上で有利である。

そのような鋼材としては、例えば、疲労亀裂の進展速度を遅延させる効果を有する鋼材があり、具体的には、ＡＦＤ（anti-fatigue damage）鋼（ＪＦＥスチール社製）などの耐疲労鋼がある。

この鋼材を使用することによる長寿命化の効果を、デッキプレートとＵリブの未溶着部から、デッキプレート内に深さ２ｍｍ、長さ１０ｍｍの半楕円状の疲労き裂が発生した場合で説明する。なお、デッキプレートは構造上の重要度の高い方の鋼部材であり、本発明において疲労亀裂を発生させる構造上の重要度の低い方の鋼部材ではないが、下記で説明する耐疲労鋼を用いることによる長寿命化の効果は、構造上の重要度の低い方の鋼部材に耐疲労鋼を用いた場合でも同様である。

例えば、デッキプレートの厚さを１２ｍｍ、繰り返し応力の範囲を１３４ＭＰａとする。通常使用されている鋼板のき裂伝播速度式は次式（１）で、上記耐疲労鋼板のき裂伝播速度式は次式（２）である（伊木、他：“造船用高機能鋼−ＪＦＥスチールのライフサイクルコスト低減技術−”、ＪＦＥ技報、Ｎｏ．５、２００４年８月、ｐ．１３−１８．）。

ｄａ／ｄＮ＝８．０４×１０^-12（ΔＫ）^3.09 ………………（１）
ｄａ／ｄＮ＝４．０２×１０^-12（ΔＫ）^3.09 ………………（２）
ここで、ｄａ／ｄＮはき裂進展速度（ｍ／ｃｙｃｌｅ）、ΔＫは応力拡大係数（ＭＰａ・ｍ^1/2）である。

以上の条件で、日本溶接協会規格ＷＥＳ２８０５に基づいた疲労き裂伝播解析を行うと、上記の疲労き裂が板厚の８０％まで進展するのに要する繰り返し数は、通常鋼板で２６４，６５０回、耐疲労鋼板で５２９，３００回となり、耐疲労鋼板を用いることで２倍の疲労亀裂の進展寿命を得ることができる。

鋼床版の基本構造を示す斜視図 鋼床版の縦桁に垂直補剛材を取り付けた構造、及び該構造に発生する疲労亀裂について示す図で、（Ａ）従来の接合構造を示す断面図、（Ｂ）疲労亀裂発生の概念図、（Ｃ）疲労亀裂発生状況を示す斜視図、（Ｄ）疲労亀裂の写真図 鋼床版の縦桁に垂直補剛材を取り付けた構造に対する実施形態（第１実施形態）について示す図で、（Ａ）第１実施形態を示す断面図、（Ｂ）第１実施形態の第１変形例を示す断面図、（Ｃ）第１実施形態の第２変形例を示す断面図 鋼床版におけるデッキプレート、Ｕリブ、横リブウェブの接合構造、及び該構造に発生する疲労亀裂について示す図で、（Ａ）従来の接合構造を示す断面図、（Ｂ）疲労亀裂の写真図 鋼床版におけるデッキプレート、Ｕリブ、横リブウェブの接合構造に対する実施形態（第２実施形態）について示す図で、（Ａ）第２実施形態を示す断面図、（Ｂ）第２実施形態の第１変形例を示す断面図、（Ｃ）第２実施形態の第２変形例を示す断面図 鋼床版におけるデッキプレート、Ｕリブの接合構造、該構造に発生する疲労亀裂、及び第３実施形態について示す図で、（Ａ）従来の接合構造を示す断面斜視図、（Ｂ）デッキプレート貫通疲労亀裂の発生メカニズムを示す図、（Ｃ）従来の接合構造を示す断面図、（Ｄ）第３実施形態を示す断面図、（Ｅ）第３実施形態の変形例を示す断面図 クレーン走行桁、及び該クレーン走行桁におけるリブ構造について示す図で、（Ａ）クレーン走行桁を示す斜視図、（Ｂ）従来のリブ構造を示す断面図 クレーン走行桁におけるリブ構造に対する実施形態（第４実施形態）について示す図で、（Ａ）第４実施形態を示す断面図、（Ｂ）第４実施形態の第１変形例を示す断面図、（Ｃ）第４実施形態の第２変形例を示す断面図

符号の説明

１２Ａ、１４Ａ、１４Ｂ、１６Ａ、１６Ｂ、１８Ａ、１８Ｂ…切欠き
１２Ｂ…板幅減少部位
１２Ｃ、１４Ｃ、１８Ｃ…孔
１００…鋼床版
１０２…デッキプレート
１０４…縦桁
１０４Ａ…縦桁ウェブ
１０６…横桁
１０８…Ｕリブ（縦リブ）
１１０…横リブ
１１０Ａ…横リブウェブ
１１０Ｂ…スカラップ
１１２…舗装
１１４…垂直補剛材
１１６、１２０、１２６、１３６…溶接部
１１６Ａ…回し溶接止端部
１１８、１２２、１２４、１３８…疲労亀裂
１３０…クレーン走行桁
１３２…ウェブ
１３３…上フランジ
１３４…三角リブ

Claims (12)

1. 構造上の重要度の異なる２つの鋼部材を溶接した溶接部位を有する鋼構造物において、
   前記２つの鋼部材のうち、構造上の重要度の低い方の鋼部材に、構造上の重要度の高い方の鋼部材の応力集中を緩和させる構造を形成したことを特徴とする高疲労耐久性鋼構造物。
2. 前記構造は、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材に疲労亀裂を発生させる構造形状を含むことを特徴とする請求項１に記載の高疲労耐久性鋼構造物。
3. 前記構造形状は、切欠きであることを特徴とする請求項２に記載の高疲労耐久性鋼構造物。
4. 前記構造形状は、孔であることを特徴とする請求項２に記載の高疲労耐久性鋼構造物。
5. 前記構造形状は、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材が板状体であり、該板状体の板厚を、機能を損なわない範囲で薄くした構造形状であることを特徴とする請求項２に記載の高疲労耐久性鋼構造物。
6. 前記構造上の重要度の高い方の鋼部材の応力集中を緩和させる構造が形成された、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材が、疲労亀裂の発生および進展の少なくとも一方を遅延させる効果を有する鋼材から形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の高疲労耐久性鋼構造物。
7. 前記疲労亀裂の発生および進展の少なくとも一方を遅延させる効果を有する鋼材が、疲労亀裂の進展速度を遅延させる効果を有する鋼材であることを特徴とする請求項６に記載の高疲労耐久性鋼構造物。
8. 前記構造上の重要度の高い方の鋼部材が橋梁の鋼主桁であり、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材が前記鋼主桁の補剛材であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の高疲労耐久性鋼構造物。
9. 前記構造上の重要度の高い方の鋼部材が橋梁の鋼床版の縦桁及びデッキプレートであり、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材が前記鋼床版の縦桁ウェブの垂直補剛材であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の高疲労耐久性鋼構造物。
10. 前記構造上の重要度の高い方の鋼部材が橋梁の鋼床版の縦桁、デッキプレート及びＵリブであり、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材が横リブであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の高疲労耐久性鋼構造物。
11. 前記構造上の重要度の高い方の鋼部材が橋梁の鋼床版のデッキプレートであり、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材がＵリブであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の高疲労耐久性鋼構造物。
12. 前記構造上の重要度の高い方の鋼部材が鋼製桁であり、前記構造上の重要度の低い方の鋼部材が前記鋼製桁の補剛材であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の高疲労耐久性鋼構造物。