JP2009061482A - 溶接構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】５０ｍｍを超える厚板大入熱溶接部において、万が一脆性亀裂が進展しても構造的に全体崩壊に至らず、疲労強度上も十分な強度を有する作業性、経済性に優れる溶接構造体を提供する。
【解決手段】突合せ溶接された鋼板２と、前記突合せ溶接された溶接線２ｃとほぼ垂直に、かつ前記鋼板２面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接されるスラブロンジ４とを備えた溶接構造体において、前記突合せ溶接線２ｃを跨ぐ様にスラブロンジ４にスカラップ４ａが設けられると共に、このスラブロンジ４が、少なくとも、突合せ溶接された前記鋼板２の接合断面積と、この鋼板２の降伏比と、前記スラブロンジ４の降伏比とに基づいて決定される接合断面積を有する溶接構造体１。
【選択図】図１

Description

本発明は、大入熱突合せ溶接される鋼板部材とスラブロンジを有する溶接継手により構成された鋼構造物に関し、船舶、海洋構造物及び土木建築物等の溶接構造体に関するものである。

船舶の船型の大型化に伴い使用される鋼材も変化してきており、更なる高強度化・厚板化が求められている。特に、コンテナ船は、コンテナを効率良く積載するために上甲板に大開口を設けた構造になっており、ハッチコーミング等の船体縦強度部材には高強度の極厚板を使用している。通常、鋼構造では脆性破壊を発生させないことが安全上最も重要な要件であり、材料選定から検査に至るまで細心の注意が払われている。更に、何らかの原因で脆性亀裂が発生した場合に、亀裂を停止させるアレスト性能により安全性を高めている。

しかしながら、５０ｍｍを超える厚板大入熱溶接部に脆性亀裂を発生させた場合、この亀裂が溶接部に沿って直進伝播する事例が実験的に例証され、厚板大入熱溶接継手を鋼構造に適用することに問題提起がなされている。更に、大入熱突合せ溶接線を脆性亀裂が進展すると、大入熱溶接線を破断させる他、スラブロンジにも亀裂が突入し全断面破断したり、スラブロンジが応力再配分により破断することが懸念される。

この様な問題点を解消するため提案されている従来例に係る溶接構造体について、以下添付図７を参照しながら説明する。図７は従来例に係る溶接構造体における完全溶け込み溶接部の幅Ｗと長さＢを示す図であって、図（ａ）は骨材と鋼板の突合せ溶接部とが交差する領域の一部を完全溶け込み溶接した溶接構造体の斜視図、図（ｂ）は鋼板表面における骨材と突合せ溶接部との交差領域の部分拡大図、図（ｃ）は図（ｂ）のＩ−Ｉ側面図を示す。

本従来例に係る溶接構造体は、突合せ溶接部２２に交差するように配置された骨材２３に、表層部および裏層部において３ｍｍ以上の厚み領域にわたり、０．５〜５μｍの平均円相当粒径を有すると共に板厚面に平行な面において（１００）結晶面のＸ線面強度比が１．５以上である鋼板２１を用い、前記突合せ溶接部２２と骨材２３とが交差する領域のうち、少なくとも突合せ溶接部２２のビード幅Ｗ以上の幅で、かつ骨材２３の表面または裏面から板厚の７０％以上の長さＢを有する範囲を溶接するものである（特許文献１参照）。

この従来例に係る溶接構造体によれば、脆性亀裂を選択的に前記骨材２３に導入させることでエネルギー吸収を行い、クラックアレスターとして脆性亀裂が停止できるとしている。本従来技術の様に、これまで、クラックアレスターを用いたり、亀裂進展停止特性の良い鋼材を用いたりして、脆性亀裂を停止させることで構造物の全体崩壊を防止する対策が採られてきた。

しかしながら、上記の如く部分的に溶接構成を変化させることは大規模な構造物では作業効率の低下を招く外、著しく経済性が悪くなることになる。一方、一般の鋼構造物の設計では各部の材質や寸法は、構造物に作用する荷重に対し、降伏応力に安全率をもって設計され決定されるが、脆性亀裂に対する応力面からの配慮が成されることはなかった。
特開２００５−１１１５０１号公報

係る状況に鑑み、本発明者らは、大入熱突合せ溶接された厚板鋼板において、この突合せ溶接線に沿う脆性亀裂の進展を防止する技術につき鋭意検討した結果、大入熱溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップを設けることにより、大入熱溶接線を進展する脆性亀裂が、スラブロンジに突入するのを防止できる知見を得て本発明に至ったものである。

従って、本発明の目的は、５０ｍｍを超える厚板大入熱溶接部において、万が一脆性亀裂が進展しても構造的に全体崩壊に至らず、疲労強度上も十分な強度を有する作業性、経済性に優れる溶接構造体を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る溶接構造体が採用した手段は、突合せ溶接された鋼板と、前記突合せ溶接された溶接線とほぼ垂直に、かつ前記鋼板面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接されるスラブロンジとを備えた溶接構造体において、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、このスラブロンジが、少なくとも、突合せ溶接された前記鋼板の接合断面積と、この鋼板の降伏比と、前記スラブロンジの降伏比とに基づいて決定される接合断面積を有することを特徴とするものである。

本発明の請求項２に係る溶接構造体が採用した手段は、突合せ溶接された鋼板と、前記突合せ溶接された溶接線とほぼ垂直に、かつ前記鋼板面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接されるスラブロンジとを備えた溶接構造体において、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、このスラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の（鋼材の降伏比／設計安全率×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比／スラブロンジ鋼材実引張強さの基準引張強さに対する比）倍の和より大きくなる様に構成されたことを特徴とするものである。

本発明の請求項３に係る溶接構造体が採用した手段は、突合せ溶接された対向する鋼板と、前記突合せ溶接された溶接線とほぼ垂直に、かつ前記対向する夫々の鋼板面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接されるスラブロンジとを備えた接合構造を、前記突合せ溶接線に平行かつ前記鋼板面に対して垂直な断面で切断しこの切断された断面を正面視したとき、前記断面の上下方向に延びる中心線に対して左右にほぼ対称となる一部の溶接構造体において、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、このスラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の｛（２／設計安全率／スラブロンジ鋼材実降伏応力の基準降伏応力に対する比−１）×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比×鋼材の降伏比／スラブロンジ鋼材の降伏比｝倍の和より大きくなる様に構成されたことを特徴とするものである。

本発明の請求項４に係る溶接構造体が採用した手段は、請求項３に記載の溶接構造体において、前記スラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の｛（２／設計安全率−１）×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比×鋼材の降伏比／スラブロンジ鋼材の降伏比｝倍の和より大きくなる様に構成されたことを特徴とするものである。

本発明の請求項５に係る溶接構造体が採用した手段は、突合せ溶接された鋼板と、前記突合せ溶接された溶接線とほぼ垂直に、かつ前記鋼板面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接される複数のスラブロンジとを備えた船体部分構造用の溶接構造体において、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、このスラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の（鋼材の降伏比×ハイテン係数×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比／スラブロンジ鋼材実引張強さの基準引張強さに対する比）倍の総和より大きくなる様に構成されたことを特徴とするものである。

本発明の請求項６に係る溶接構造体が採用した手段は、突合せ溶接された対向する鋼板と、前記突合せ溶接された溶接線とほぼ垂直に、かつ前記対向する夫々の鋼板面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接される一つまたは複数のスラブロンジとを備えた船体部分の接合構造を、前記突合せ溶接線に平行かつ前記鋼板面に対して垂直な断面で切断しこの切断された断面を正面視したとき、前記断面の上下方向に延びる中心線に対して左右にほぼ対称となる船体部分用の溶接構造体に関する。

そして、この様な溶接構造体において、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、前記スラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の｛（２×ハイテン係数／スラブロンジ鋼材実降伏応力の基準降伏応力に対する比−１）×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比×鋼材の降伏比／スラブロンジ鋼材の降伏比｝倍の総和より大きくなる様に構成されたことを特徴とするものである。

本発明の請求項７に係る溶接構造体が採用した手段は、請求項６に記載の溶接構造体において、前記スラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の｛（２×鋼材の降伏比×ハイテン係数−１）×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比｝倍の総和より大きくなる様に構成されたことを特徴とするものである。

本発明の請求項８に係る溶接構造体が採用した手段は、請求項１乃至７のうちの何れか一つの項に記載の溶接構造体において、前記スラブロンジ同士の溶接接合部が、前記スカラップと異なる位置に配置されたことを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係る溶接構造体によれば、突合せ溶接された鋼板と、前記突合せ溶接された溶接線とほぼ垂直に、かつ前記鋼板面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接されるスラブロンジとを備えた溶接構造体において、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、このスラブロンジが、少なくとも、突合せ溶接された前記鋼板の接合断面積と、この鋼板の降伏比と、前記スラブロンジの降伏比とに基づいて決定される接合断面積を有するので、全体崩壊に対する論理的に安全な溶接構造を得ることが出来る。

また、本発明の請求項２に係る溶接構造体によれば、突合せ溶接された鋼板と、前記突合せ溶接された溶接線とほぼ垂直に、かつ前記鋼板面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接されるスラブロンジとを備えた溶接構造体において、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、このスラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の（鋼材の降伏比／設計安全率×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比／スラブロンジ鋼材実引張強さの基準引張強さに対する比）倍の和より大きくなる様に構成されたものであるから、作業性及び経済性に優れ、全体崩壊に対する安全な溶接構造とすることが出来る。

また、本発明の請求項３に係る溶接構造体は、突合せ溶接された対向する鋼板と、前記突合せ溶接された溶接線とほぼ垂直に、かつ前記対向する夫々の鋼板面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接されるスラブロンジとを備えた接合構造を、前記突合せ溶接線に平行かつ前記鋼板面に対して垂直な断面で切断しこの切断された断面を正面視したとき、前記断面の上下方向に延びる中心線に対して左右にほぼ対称となる一部の溶接構造体に関する。

そして、この様な溶接構造体によれば、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、このスラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の｛（２／設計安全率／スラブロンジ鋼材実降伏応力の基準降伏応力に対する比−１）×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比×鋼材の降伏比／スラブロンジ鋼材の降伏比｝倍の和より大きくなる様に構成されたものであるから、複数のスラブロンジとを備えた接合構造においても、作業性及び経済性に優れ、全体崩壊に対する安全な溶接構造とすることが出来る。

更に、本発明の請求項４に係る溶接構造体によれば、請求項３に記載の溶接構造体において、前記スラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の｛（２／設計安全率−１）×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比×鋼材の降伏比／スラブロンジ鋼材の降伏比｝倍の和より大きくなる様に構成されたものであるから、作業性及び経済性に優れ、全体崩壊に対する安全な溶接構造とすることが出来る。

一方、本発明の請求項５に係る溶接構造体によれば、突合せ溶接された鋼板と、前記突合せ溶接された溶接線とほぼ垂直に、かつ前記鋼板面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接される複数のスラブロンジとを備えた船体部分構造用の溶接構造体において、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、このスラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の（鋼材の降伏比×ハイテン係数×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比／スラブロンジ鋼材実引張強さの基準引張強さに対する比）倍の総和より大きくなる様に構成されたものであるから、作業性及び経済性に優れ、全体崩壊に対する安全な船体部分構造用の溶接構造とすることが出来る。

また、本発明の請求項６に係る溶接構造体は、突合せ溶接された対向する鋼板と、前記突合せ溶接された溶接線とほぼ垂直に、かつ前記対向する夫々の鋼板面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接される一つまたは複数のスラブロンジとを備えた船体部分の接合構造を、前記突合せ溶接線に平行かつ前記鋼板面に垂直な断面で切断しこの切断された断面を正面視したとき、前記断面の上下方向に延びる中心線に対して左右にほぼ対称となる船体部分用の溶接構造体に関する。

そして、この様な溶接構造体によれば、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、前記スラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の｛（２×ハイテン係数／スラブロンジ鋼材実降伏応力の基準降伏応力に対する比−１）×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比×鋼材の降伏比／スラブロンジ鋼材の降伏比｝倍の総和より大きくなる様に構成されたものであるから、更に作業性及び経済性に優れ、全体崩壊に対する安全な船体部分構造用の溶接構造とすることが出来る。

更に、本発明の請求項７に係る溶接構造体によれば、請求項６に記載の溶接構造体において、前記スラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の｛（２×鋼材の降伏比×ハイテン係数−１）×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比｝倍の総和より大きくなる様に構成されたものであるから、更に作業性及び経済性に優れ、全体崩壊に対する安全な船体部分構造用の溶接構造とすることが出来る。

そして、本発明の請求項８に係る溶接構造体によれば、請求項１乃至７のうちの何れか一つの項に記載の溶接構造体において、前記スラブロンジ同士の溶接接合部が、前記スカラップと異なる位置に配置されたものであるから、全体崩壊に対してより安全な溶接構造とすることが出来る。

先ず、本発明の実施の形態１に係る溶接構造体につき、以下図１を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態１に係り、大入熱突合せ溶接された鋼板と、前記鋼板面に対してＴ継手を形成して溶接されたスラブロンジとを備えた溶接構造体を示す斜視図である。

本発明の実施の形態１に係る溶接構造体１は、板厚５０ｍｍ以上の２枚の鋼板２ａ，２ｂを大入熱突合せ溶接して形成された鋼板２と、前記突合せ溶接された溶接線２ｃとほぼ垂直に、かつ前記鋼板２面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接されるスラブロンジ４とを備えている。

ここで、「大入熱突合せ溶接」とは、エレクトロガスアーク溶接法やエレクトロスラグ溶接法等によって厚板鋼板２ａ，２ｂに多量の溶接入熱を加えながら突合せ溶接する
方法を言い、通常、造船分野で一般的に適用されている自動溶接の溶接入熱が２０万Ｊ／ｃｍ程度であるのに対し、この様な大入熱突合せ溶接を用いる大型コンテナ船の分野では、４０万〜５０万Ｊ／ｃｍにも至っている。また、上記における「ほぼ垂直」とは、互いの鋼板面が直角をなす真の垂直から±１０度程度の角度範囲は許容することを意味する。

同時に、本発明の実施の形態１に係る溶接構造体１は、前記突合せ溶接線２ｃを跨ぐ様にスラブロンジ４にスカラップ４ａが設けられると共に、このスラブロンジ４の接合断面積Ａ_０が次式（ａ）を満足する様に構成される。即ち、突合せ溶接された鋼板が破断した時に、前記スラブロンジ４が破断しない条件が次式（ａ）で表される。
σ_B0,actＡ_０≧Ｆ （ａ）
σ_B0,actはスラブロンジ単独で破断する応力であって、次式で近似される。
σ_B0,actＡ_０＝βσ_Ｂ０Ａ_０
また、Ｆは継手全体に作用する荷重の最大値であり、次式で表される。
Ｆ＝σ_ｙ０Ａ_０／Ｓ_０＋σ_ｙ１Ａ_１／Ｓ_１ （ｂ）

ここで、
β：スラブロンジ鋼材実引張強さの基準引張強さに対する比
σ_Ｂ０：スラブロンジ鋼板の引張強さの規格最小値
σ_ｙ０：スラブロンジ鋼板の降伏点の規格最小値
σ_ｙ１：突合せ溶接された鋼板の降伏点の規格最小値
Ａ_１：突合せ溶接された板厚５０ｍｍ以上の鋼板の接合断面積
Ｓ_０：スラブロンジの設計安全率
Ｓ_１：突合せ溶接された板厚５０ｍｍ以上の鋼板の設計安全率

従って、前式（ａ）は次の通り書き換えられる。
βσ_Ｂ０Ａ_０≧σ_ｙ０Ａ_０／Ｓ_０＋σ_ｙ１Ａ_１／Ｓ_１
この式の両辺をβσ_Ｂ０で割ることによって、次式（数１）が求められる。

ここで、
Ｒ_０：スラブロンジ鋼材の降伏比（＝σ_ｙ０／σ_Ｂ０）
Ｒ_１：突合せ溶接された鋼板の降伏比（＝σ_Ｂ１／σ_Ｂ０）
σ_Ｂ１：突合せ溶接された鋼板の引張強さの規格最小値
α_１：スラブロンジ鋼材に対する板厚５０ｍｍ以上の鋼板の強度比

この様な構成をなすことによって、大入熱突合せ溶接された鋼板２に万が一脆性亀裂が進展した場合でも、前記鋼板２は力を分担できなくなりスラブロンジ４に力が再配分されて、スラブロンジ４の応力は上昇するが、前記溶接構造体１の全体としては降伏応力に対して安全率をもって設計されるため、破断応力に対しては安全余裕を有する。

即ち、上式（数１）を満たす様に前記スラブロンジ４の接合断面積Ａ_０をなすことによって、発生する応力を破断応力以下とすることができ、全体崩壊を防止することができるのである。尚、大入熱溶接される５０ｍｍ以上の鋼板に関して、異なる強度レベルの鋼材が用いられる場合は、上式（数１）右辺の第２項を異なる鋼材の特性値に関して算出し、右辺第１項との和を取れば良い。

以上、本発明の実施の形態１に係る溶接構造体によれば、大入熱突合せ溶接された板厚５０ｍｍ以上の鋼板２と、前記突合せ溶接された溶接線２ｃとほぼ垂直に、かつ前記鋼板２面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接されるスラブロンジ４とを備えた溶接構造体１において、前記突合せ溶接線２ｃを跨ぐ様にスラブロンジ４にスカラップ４ａが設けられると共に、このスラブロンジ４の接合断面積が、前記各部材の接合断面積の（鋼材の降伏比／設計安全率×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比／スラブロンジ鋼材実引張強さの基準引張強さに対する比）倍の和より大きくなる様に構成されたものであるから、作業性及び経済性に優れ、全体崩壊に対する安全な溶接構造とすることが出来る。

次に、本発明の実施の形態２に係る溶接構造体を、添付図２，３を参照しながら説明する。図２は本発明の実施の形態２に係り、大入熱突合せ溶接された対向する鋼板と、対向する夫々の鋼板面に対してＴ継手を形成して溶接されたスラブロンジとを備えた溶接構造体を示す斜視図、図３は図２の接合構造を突合せ溶接線に平行かつ鋼板面に対して垂直な断面で切断し、この切断された断面の一部を正面視した図である。但し、本発明の実施の形態２が上記実施の形態１と相違するところは、溶接構造体の接合構成に相違があり、これ以外は上記実施の形態１と全く同構成であるから、上記実施の形態１と同一のものに同一符号を付して、以下その相違する点について説明する。

即ち、上記実施の形態１の溶接構造体が、大入熱突合せ溶接された板厚５０ｍｍ以上の鋼板２と、前記突合せ溶接された溶接線２ｃとほぼ垂直に、かつ前記鋼板２面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接されるスラブロンジ４とを備えた溶接構造体１であるのに対し、本実施の形態２の溶接構造体１は、板厚５０ｍｍ以上の２枚の鋼板２ａ，２ｂを大入熱突合せ溶接して形成された鋼板２と板厚５０ｍｍ以上の２枚の鋼板３ａ，３ｂを大入熱突合せ溶接して形成された鋼板３とが、別の鋼板７に対して夫々垂直をなして溶接されると共に、前記突合せ溶接された夫々の溶接線２ｃ，３ｃとほぼ垂直に、かつ前記鋼板２，３の各面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接されるスラブロンジ４，５とを備えている。尚、本実施の形態２では鋼板７により左右の継手がつながっているが、本発明はこれに限るものではなく、多数の鋼板で構成される構造であっても良い。

そして、図２の溶接構造体１を、前記突合せ溶接線２ｃ，３ｃに平行かつ前記鋼板２，３面に対して垂直な断面で切断し、この切断された断面を正面視した図３において、上下方向に延びる中心線Ｃに対して左右にほぼ対称となる一部の溶接構造体１において、前記突合せ溶接線２ｃ，３ｃを跨ぐ様にスラブロンジ４，５にスカラップ４ａ，５ａが夫々設けられると共に、このスラブロンジ４，５の夫々の接合断面積Ａ_０を以下の通り構成するのが好ましい。ここで、「ほぼ対称」とは、他の部分の構造と取り合い等の理由から、スラブロンジ取付位置や寸法が僅かに異なることは許容することを意味する。

この様な左右ほぼ対称な構造では、万が一脆性亀裂が発生する場合、左右同時に発生する可能性はきわめて低いと考え、前記スラブロンジ４，５の夫々の接合断面積Ａ_０が次式（ｃ）を満足する様に構成される。即ち、突合せ溶接された鋼板２，３の何れか一方が破断した時、他の残りの鋼板が降伏しない条件が次式（ｃ）で表される。
２σ_y０,actＡ_０＋σ_y1,actＡ_１≧Ｆ （ｃ）
上式左辺は、突合せ溶接された鋼板２，３の何れか一方の全断面と両方のスラブロンジとで降伏する荷重であって、次式で近似される。
２σ_y０,actＡ_０＋σ_y1,actＡ_１≒γ（２σ_y０Ａ_０＋σ_y1Ａ_１）
ここで、
γ：スラブロンジ鋼材実降伏応力の基準降伏応力に対する比

また、Ｆは継手全体に作用する荷重の最大値であり、次式（ｄ）で表される。
Ｆ＝２σ_ｙ０Ａ_０／Ｓ_０＋２σ_ｙ１Ａ_１／Ｓ_１ （ｄ）
従って、前式（ａ）は次の通り書き換えられる。
γ（２σ_y０Ａ_０＋σ_y1Ａ_１）≧２σ_ｙ０Ａ_０／Ｓ_０＋２Ｋ_１σ_ｙ１Ａ_１／Ｓ_１
この式の両辺をγσ_ｙ０で割り、整理することによって、次式が求められる。
Ａ_０≧（２／Ｓ_０／γ−１）Ａ_０
＋（２／Ｓ_１／γ−１）σ_Ｂ０σ_ｙ１σ_Ｂ１Ａ_１／σ_ｙ０σ_Ｂ１σ_Ｂ０
上式を書き換えて次式（数２）が得られる。

大入熱突合せ溶接された鋼板２または３の一方に万が一脆性亀裂が進展した場合、この鋼板２または３の一方は力を分担できなくなり、他方の大入熱突合せ溶接された鋼板２または３と両方のスラブロンジ４，５に力が再配分される。それによりスラブロンジ４，５の応力は上昇するが、溶接構造体１の全体としては降伏応力に対して安全率をもって設計されるため安全余裕を有している。

即ち、スラブロンジ４，５の夫々の接合断面積Ａ_０が上式（数２）を満たす様に構成することによって、発生する応力を降伏応力以下とすることができ、全体崩壊を防止することができる他、被害を受けた後の補修も限定的とすることができる。尚、大入熱溶接される５０ｍｍ以上の鋼板２，３に関して、異なる強度レベルの鋼材が用いられる場合は、上式（数２）右辺の第２項に異なる鋼材の特性値を代入して算出し、右辺第１項との和を取れば良い。

更に、スラブロンジ４，５の夫々の接合断面積Ａ_０が次式（数３）を満たすことにより、想定以上の荷重が作用した場合でも破断が阻止される、より安全な構造とすることができる。

次に、本発明の実施の形態３に係る溶接構造体を、添付図４を参照しながら説明する。図４は本発明の溶接構造体の実施の形態３に係り、コンテナ船のハッチコーミング部を構成する船体部分構造用の溶接構造体を示す斜視図である。但し、本発明の実施の形態３が上記実施の形態１と相違するところは、溶接構造体１の接合構成に相違があり、これ以外は上記実施の形態１と全く同構成であるから、上記実施の形態１と同一のものに同一符号を付して、以下その相違する点について説明する。

即ち、上記実施の形態１の溶接構造体が、大入熱突合せ溶接された板厚５０ｍｍ以上の鋼板２と、前記突合せ溶接された溶接線２ｃとほぼ垂直に、かつ前記鋼板２面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接される１枚のスラブロンジ４とを備えた溶接構造体１であるのに対し、本実施の形態３の溶接構造体１は、大入熱突合せ溶接された板厚５０ｍｍ以上のハッチコーミング（鋼板）２と、このハッチコーミング２の上端にハッチコーミング２と垂直に接合されたコーミングトップ１２（鋼板１２ａ，１２ｂを長手方向に接合したもの）と、前記突合せ溶接線２ｃとほぼ垂直に、かつ前記ハッチコーミング２面及びコーミングトップ１２面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接される複数枚のスラブロンジ４とを備えると共に、前記突合せ溶接線２ｃを跨ぐ様に各スラブロンジ４に夫々スカラップ４ａが設けられている。

前記スラブロンジ４の接合総断面積Ａ_０を、前式（ａ）が満足するように取ることによって、万が一脆性亀裂が進展した場合でも、荷重の再配分によりスラブロンジが力を分担し、破断強度以下に抑えられるため全体崩壊を防止することができる。船体構造の設計においては、軟鋼を基準として鋼材の降伏点に応じて高張力鋼の材料定数Ｋ（ハイテン係数）が設定され、継手全体に作用する荷重の最大値Ｆは、前式（ｂ）に代えて次式（ｅ）で表される。
Ｆ＝Ｋ_０σ_ｙ０Ａ_０＋Ｋ_１σ_ｙ１Ａ_１ （ｅ）

ここで、
Ｋ_０：スラブロンジの材料定数
Ｋ_１：突合せ溶接された板厚５０ｍｍ以上の鋼板の材料定数
従って、前式（ａ）は次の通り書き換えられる。
βσ_Ｂ０Ａ_０≧Ｋ_０σ_ｙ０Ａ_０＋Ｋ_１σ_ｙ１Ａ_１
この式の両辺をβσ_Ｂ０で割ることによって、次式（数４）が求められる。

大入熱突合せ溶接された鋼板２，１２に万が一脆性亀裂が進展した場合、鋼板２，１２は力を分担できなくなり、スラブロンジ４に力が再配分される。それによりスラブロンジ４の応力は上昇するが、溶接構造体１の全体としては一般に降伏応力に対して安全率をもって設計されるため、破断応力に対しては安全余裕がある。即ち、上式（数４）を満たすスラブロンジ４の接合総断面積Ａ_０とすることで、発生する応力は破断応力以下とすることができ、全体崩壊を防止することができる。尚、大入熱溶接される５０ｍｍ以上の鋼反２，１２に、異なる強度レベルの鋼板が用いられる場合は、上式（数４）右辺の第２項を異なる鋼材の特性値を代入して算出し、右辺第１項との和を取れば良い。

次に、前記実施の形態２において図２，３を用いて説明したのと同様に、図４において、大入熱突合せ溶接されたハッチコーミング（鋼板）２と、このハッチコーミング２に対向して配設され大入熱突合せ溶接された図示しないハッチコーミング（鋼板）３と、前記ハッチコーミング２，３の各面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接される一つまたは複数のスラブロンジ４及び５（図２参照）とを備えた船体部分の接合構造を、前記突合せ溶接線２ｃに平行かつ前記ハッチコーミング２面に垂直な断面で切断しこの切断された断面を正面視（図３に相当）したとき、この図４を、前記断面の上下方向に延びる中心線（図３のＣに相当）に対して左右にほぼ対称となる船体部分用の溶接構造体１の右側のみを示す斜視図と見做して以下説明する。

この様な左右ほぼ対称な船体構造においては、万が一脆性亀裂が発生する場合も、左右同時に発生する可能性は極めて低いと考えて、スラブロンジの接合総断面積Ａ_０を前式（ｃ）を満足する様に取ることで、大入熱突合せ溶接された鋼板の一方に万が一脆性亀裂が進展した場合でも、荷重の再配分により他方の大入熱突合せ溶接された鋼板及びスラブロンジが力を分担し、降伏応力以下に抑えられるため、安全であると共に、被害を受けた後の補修を限定的とすることができる。

但し、継手全体に作用する荷重の最大値Ｆは、前式（ｄ）に代えて次式（ｆ）で表される。
Ｆ＝２Ｋ_０σ_ｙ０Ａ_０＋２Ｋ_１σ_ｙ１Ａ_１ （ｆ）
従って、前式（ｃ）は次の通り書き換えられる。
γ（２σ_y０Ａ_０＋σ_y1Ａ_１）≧２Ｋ_０σ_ｙ０Ａ_０＋２Ｋ_１σ_ｙ１Ａ_１
この式の両辺をγσ_ｙ０で割り、整理することによって、次式が求められる。
Ａ_０≧（２Ｋ_０／γ−１）Ａ_０
＋（２Ｋ_１／γ−１）σ_Ｂ０σ_ｙ１σ_Ｂ１Ａ_１／σ_ｙ０σ_Ｂ１σ_Ｂ０
そして、上式を書き換えて次式（数５）が得られる。

また、想定以上の荷重が作用した場合でも破断が阻止される。即ち、大入熱突合せ溶接された鋼板の一方に万が一脆性亀裂が進展した場合、鋼板は力を分担できなくなり、他方の大入熱突合せ溶接された鋼板及びスラブロンジに力が再配分される。それによりスラブロンジの応力は上昇するが、鋼構造物では一般に降伏応力に対して安全率をもって設計されるため安全余裕がある。上式（数５）を満たすスラブロンジの接合総断面積とすることで、発生する応力は降伏応力以下とすることができ、全体崩壊を防止することができる。尚、大入熱溶接される５０ｍｍ以上の鋼板に関して、異なる強度レベルの鋼板が用いられる場合は、上式（数５）右辺の第２項を異なる鋼材の特性値を代入して算出し、右辺第１項との和を取れば良い。

更に、次式（数６）を満たすスラブロンジの接合総断面積とすることで、想定以上の荷重が作用した場合でも破断が阻止される、より安全な船体部分構造用の溶接構造体とすることができる。

次に、本発明の実施の形態４に係る溶接構造体を、添付図５を参照しながら説明する。図５は本発明の溶接構造体の実施の形態４に係り、大入熱突合せ溶接された鋼板と、前記鋼板面に対してＴ継手を形成して溶接されたスラブロンジとを備えた溶接構造体を示す斜視図である。但し、本発明の実施の形態４が上記実施の形態１と相違するところは、スラブロンジの構成に相違があり、これ以外は上記実施の形態１と全く同構成であるから、上記実施の形態１と同一のものに同一符号を付して、以下その相違する点について説明する。

即ち、上記実施の形態１のスラブロンジが１枚の鋼板から形成されたスラブロンジ４であるのに対し、本実施の形態４のスラブロンジは、長手方向に２枚の鋼板１４ａ，１４ｂを突合せ溶接して形成されたスラブロンジ１４である。そして、この様に、溶接構造体1のスラブロンジ１４が長手方向に２枚の鋼板１４ａ，１４ｂを突合せ溶接されてなる場合、前記スラブロンジ１４を構成する鋼板１４ａ，１４ｂの溶接接合部４ｃをスカラップ４ａと異なる位置に配置することにより、前記溶接構造体1の全体崩壊に対してより安全な溶接構造とすることができる。

脆性亀裂が厚板鋼板２の突合せ溶接線２ｃを進展したとき、応力が再配分され衝撃的な応力が加わることが懸念されるが、スラブロンジ１４ａ，１４ｂ同士の溶接接合部４ｃを前記突合せ溶接線２ｃと交差しない位置に配置することで、応力はスラブロンジ４の母材が受け持つことになり、全体崩壊に対してより安全な溶接構造とすることができる。

以上の通り、本発明に係る溶接構造体によれば、突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、このスラブロンジの接合断面積が、各部材の接合断面積の（鋼材の降伏比／設計安全率×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比／スラブロンジ鋼材実引張強さの基準引張強さに対する比）倍の和より大きくなる様に構成されたものであるから、作業性及び経済性に優れ、全体崩壊に対する安全な溶接構造とすることが出来る。

＜実施例−１＞
本発明に係る溶接構造体の効果を検証するために、図６に示す溶接接合による試験体を作製し実験による確認を行った。図６は、本発明の実施例に係る試験体を示し、図（ａ）は正面図、図（ｂ）は側面図、図（ｃ）は平面図である。スラブロンジ４及び６は降伏応力３９０ＭＰａ級鋼であり、設計応力２５７ＭＰａ、引張強さ６０４ＭＰａの材料を用いた。

温度−１０℃の恒温室内において、この試験体に大入熱突合せ溶接された鋼板２の設計応力２８２ＭＰａとなる荷重を一様に載荷した。中央の大入熱溶接線２ｃ上端面Ａに、熱影響部と溶接金属を含む位置にノッチを設け、ここに楔を打ち込むことで脆性亀裂を進展させた。その結果、亀裂は溶接線２ｃに沿って進展し貫通したが、スカラップ４ａが設けられたスラブロンジ４には全く損傷が無く、継手構造は安定した状態で試験を終了した。

＜実施例−２＞
図４に示したコンテナ船のハッチコーミング部において、スラブロンジ４をハッチコーミング２及びコーミングトップ１２に垂直に配置して溶接すると共に、前記スラブロンジ４に大入熱突合せ溶接線２ｃを跨ぐ様にスカラップ４ａを設けている。コーミングトップ１２に接合されたスラブロンジ４についても同様にスカラップ４ａを設けている。この様に構成された各部位の仕様と特性値を表１に示す。

表１に示す特性値を、前式（数４）の右辺を左辺で除した式に代入して計算すると、次式（数７）の通り１．０以下であり、ハッチコーミング２やコーミングトップ１２に脆性亀裂が進展しても、応力再配分によりスラブロンジ４が荷重を受け持ち、破断することは無い。船舶構造においては、ハッチコーミング部以外にも応力再配分されるため、実際の応力上昇量は小さいものと考えられる。尚、スラブロンジ４が異なる強度レベルの鋼板で構成される場合は、スラブロンジ４の強度比で面積を補正すれば良い。

＜実施例−３＞
次に、図４に示したコンテナ船のハッチコーミング部において、この溶接構造体１が、前記突合せ溶接線２ｃに平行かつ前記ハッチコーミング２面に垂直な断面で切断しこの切断された断面を正面視したとき、前記断面の上下方向に延びる中心線に対して左右にほぼ対称となる一部の溶接構造体の右側部分を示すものであるとする。この様に構成された各部位の仕様と特性値を表２に示す。

表２に示す特性値を、前式（数５）の右辺を左辺で除した式に代入して計算すると、次式（数８）の通り１．０以下であり、左右何れか一方のハッチコーミング２やコーミングトップ１２に脆性亀裂が進展しても、応力再配分により他方の大入熱溶接された鋼板とスラブロンジが荷重を受け持ち、降伏することは無い安全な構造とすることができる。

以上の様に、本発明に係る溶接構造体によれば、突合せ溶接された鋼板と、前記突合せ溶接された溶接線とほぼ垂直に、かつ前記鋼板面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接されるスラブロンジとを備えた溶接構造体において、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、このスラブロンジが、少なくとも、突合せ溶接された前記鋼板の接合断面積と、この鋼板の降伏比と、前記スラブロンジの降伏比とに基づいて決定される接合断面積を有するので、全体崩壊に対する論理的に安全な溶接構造を得ることが出来る。

即ち、本発明に係る溶接構造体によれば、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、このスラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の（鋼材の降伏比／設計安全率×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比／スラブロンジ鋼材実引張強さの基準引張強さに対する比）倍の和より大きくなる様に構成されたものであるから、作業性及び経済性に優れ、全体崩壊に対する安全な溶接構造とすることが出来る。

本発明の実施の形態１に係り、大入熱突合せ溶接された鋼板と、前記鋼板面に対してＴ継手を形成して溶接されたスラブロンジとを備えた溶接構造体を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係り、大入熱突合せ溶接された対向する鋼板と、対向する夫々の鋼板面に対してＴ継手を形成して溶接されたスラブロンジとを備えた溶接構造体を示す斜視図である。 図２の接合構造を、突合せ溶接線に平行かつ鋼板面に対して垂直な断面で切断し、この切断された断面の一部を正面視した図である。 本発明の実施の形態３に係り、コンテナ船のハッチコーミング部を構成する船体部分構造用の溶接構造体を示す斜視図である。 本発明の実施の形態４に係り、大入熱突合せ溶接された鋼板と、前記鋼板面に対してＴ継手を形成して溶接されたスラブロンジとを備えた溶接構造体を示す斜視図である。 本発明の実施例に係る試験体を示し、図（ａ）は正面図、図（ｂ）は側面図、図（ｃ）は平面図である。 従来例に係る溶接構造体における完全溶け込み溶接部の幅Ｗと長さＢを示す図であって、図（ａ）は骨材と鋼板の突合せ溶接部とが交差する領域の一部を完全溶け込み溶接した溶接構造体の斜視図、図（ｂ）は鋼板表面における骨材と突合せ溶接部との交差領域の部分拡大図、図（ｃ）は図（ｂ）のＩ−Ｉ側面図を示す。

符号の説明

Ａ：ノッチ位置，
Ｃ：上下方向に延びる中心線，
１：溶接構造体，
２，３：大入熱突合せ溶接された板厚５０ｍｍ以上の鋼板（ハッチコーミング），
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ：板厚５０ｍｍ以上の鋼板，
２ｃ，３ｃ：鋼板の突合せ溶接線，
４，５，６：スラブロンジ， ４ａ，５ａ：スカラップ，
４ｃ：スラブロンジ同士の溶接接合部，
７：他の鋼板
１２：コーミングトップ， １２ａ，１２ｂ：（板厚５０ｍｍ以上の）鋼板，
１４ａ，１４ｂ：スラブロンジを構成する鋼板

Claims (8)

1. 突合せ溶接された鋼板と、前記突合せ溶接された溶接線とほぼ垂直に、かつ前記鋼板面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接されるスラブロンジとを備えた溶接構造体において、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、このスラブロンジが、少なくとも、突合せ溶接された前記鋼板の接合断面積と、この鋼板の降伏比と、前記スラブロンジの降伏比とに基づいて決定される接合断面積を有することを特徴とする溶接構造体。
2. 突合せ溶接された鋼板と、前記突合せ溶接された溶接線とほぼ垂直に、かつ前記鋼板面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接されるスラブロンジとを備えた溶接構造体において、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、このスラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の（鋼材の降伏比／設計安全率×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比／スラブロンジ鋼材実引張強さの基準引張強さに対する比）倍の和より大きくなる様に構成されたことを特徴とする溶接構造体。
3. 突合せ溶接された対向する鋼板と、前記突合せ溶接された溶接線とほぼ垂直に、かつ前記対向する夫々の鋼板面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接されるスラブロンジとを備えた接合構造を、前記突合せ溶接線に平行かつ前記鋼板面に対して垂直な断面で切断しこの切断された断面を正面視したとき、前記断面の上下方向に延びる中心線に対して左右にほぼ対称となる一部の溶接構造体において、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、このスラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の｛（２／設計安全率／スラブロンジ鋼材実降伏応力の基準降伏応力に対する比−１）×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比×鋼材の降伏比／スラブロンジ鋼材の降伏比｝倍の和より大きくなる様に構成されたことを特徴とする溶接構造体。
4. 前記スラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の｛（２／設計安全率−１）×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比×鋼材の降伏比／スラブロンジ鋼材の降伏比｝倍の和より大きくなる様に構成されたことを特徴とする請求項３に記載の溶接構造体。
5. 突合せ溶接された鋼板と、前記突合せ溶接された溶接線とほぼ垂直に、かつ前記鋼板面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接される複数のスラブロンジとを備えた船体部分構造用の溶接構造体において、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、このスラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の（鋼材の降伏比×ハイテン係数×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比／スラブロンジ鋼材実引張強さの基準引張強さに対する比）倍の総和より大きくなる様に構成されたことを特徴とする溶接構造体。
6. 突合せ溶接された対向する鋼板と、前記突合せ溶接された溶接線とほぼ垂直に、かつ前記対向する夫々の鋼板面に対してほぼ垂直なＴ継手を形成して溶接される一つまたは複数のスラブロンジとを備えた船体部分の接合構造を、前記突合せ溶接線に平行かつ前記行鋼板面に対して垂直な断面で切断しこの切断された断面を正面視したとき、前記断面の上下方向に延びる中心線に対して左右にほぼ対称となる船体部分用の溶接構造体において、前記突合せ溶接線を跨ぐ様にスラブロンジにスカラップが設けられると共に、前記スラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の｛（２×ハイテン係数／スラブロンジ鋼材実降伏応力の基準降伏応力に対する比−１）×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比×鋼材の降伏比／スラブロンジ鋼材の降伏比｝倍の総和より大きくなる様に構成されたことを特徴とする溶接構造体。
7. 前記スラブロンジの接合断面積が、前記各部材の接合断面積の｛（２×鋼材の降伏比×ハイテン係数−１）×部材のスラブロンジ鋼材に対する強度比｝倍の総和より大きくなる様に構成されたことを特徴とする請求項６に記載の溶接構造体。
8. 前記スラブロンジ同士の溶接接合部が、前記スカラップと異なる位置に配置されたことを特徴とする請求項１乃至７のうちの何れか一つの項に記載の溶接構造体。

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