JP2009102961A - Method of inhibiting or preventing fatigue crack progress - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、疲労亀裂が進展することを抑制・防止する技術に関する。より詳細には、本発明は、疲労亀裂が発生した場合に、亀裂の先端を囲むようにストップホールを穿孔して、亀裂の進展を抑制・防止する技術に関する。 The present invention relates to a technique for suppressing / preventing the growth of fatigue cracks. More specifically, the present invention relates to a technique for suppressing / preventing crack propagation by drilling a stop hole so as to surround a crack tip when a fatigue crack occurs.
鋼製橋梁（鋼橋）として、図９で示すような断面Ｉ形の鋼桁（例えば主桁１１、横桁１２等）を用いたタイプの橋梁が、非常に多く見受けられる。
係る鋼製橋梁は、工場で溶接により製造された部材を現場で組み立てて築造される。但し、一部では、施工現場で溶接が実施される。
ここで、疲労亀裂の殆どが、溶接された箇所から発生することが知られている。
As a steel bridge (steel bridge), a bridge of a type using a steel girder having an I-shaped cross section (for example, main girder 11,
Such a steel bridge is constructed by assembling members manufactured by welding in a factory on site. However, in some cases, welding is performed at the construction site.
Here, it is known that most of the fatigue cracks are generated from the welded portion.
図１０、図１１は、板状部材１に板状の溶接部材９を溶接した状態を示している。
図１０において、溶接部５から発生した疲労亀裂の先端部に、ストップホール３が穿孔されている。
疲労亀裂２は、溶接部５の止端部から発生しており、概略、板状部材１の幅方向（図１０では左右方向）に、延在している。溶接部５の止端部は、図１１において符号１０で示されている。
係る疲労亀裂２の進展を抑制・防止するため、従来技術では、例えば図１０で示すように、疲労亀裂２の先端２１、２２を囲むようにストップホール３を穿孔している。
10 and 11 show a state in which a plate-
In FIG. 10, a
The
In order to suppress and prevent the progress of the
しかし、ストップホール３の形成は、応急措置であり、亀裂の進展量が大きい場合や一次応力（引張り応力）の影響を受ける場合には、従来から公知の他の手法と組み合わせなければならなかった。そして、他の手法と組み合わせる事により、亀裂の進展抑制・防止のための作業の労力やコストが嵩むという問題が存在する。
また、亀裂先端を完全に除去するために、ストップホールの穿孔位置を高精度に決定することが要求されるという問題も有している。
However, the formation of the
Moreover, in order to completely remove the crack tip, there is a problem that it is required to determine the drilling position of the stop hole with high accuracy.
その他の従来技術として、例えば、ストップホールに高力ボルトを挿入して、板材に締め付け固定する技術が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、係る従来技術によれば、ストップホールの穿孔と高力ボルトの挿通、締め付けという作業が必要となり、亀裂の進展抑制・防止のための作業労力及びコストを低減する事が出来ない。
However, according to the related art, work such as drilling a stop hole, inserting a high-strength bolt, and tightening are required, and it is not possible to reduce the work labor and cost for suppressing and preventing the progress of cracks.
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ストップホールを穿孔する疲労亀裂進展抑制・防止方法であって、亀裂の進展抑制・防止のための作業労力及びコストを低減する事が出来る様な疲労亀裂進展抑制・防止方法の提供を目的としている。 The present invention has been proposed in view of the above-described problems of the prior art, and is a fatigue crack progress suppression / prevention method for drilling a stop hole, which reduces work effort and cost for suppressing / preventing crack progress. The purpose is to provide a method for suppressing or preventing fatigue crack growth that can be reduced.
本発明の疲労亀裂進展抑制・防止方法は、板状部材（１）に生じた疲労亀裂（２）の先端（２１、２２）を囲む様にストップホール（３）を穿孔する工程と、ストップホール（３）の近傍に円孔（付加円孔４）を穿孔する工程とを有し、該円孔（付加円孔４）はストップホール（３）と相互に干渉しあって応力低減効果をもたらす位置に穿孔されることを特徴としている（請求項１）。 The method for suppressing / preventing fatigue crack growth according to the present invention includes a step of drilling a stop hole (3) so as to surround the tips (21, 22) of the fatigue crack (2) generated in the plate-like member (1), and a stop hole. A step of drilling a circular hole (additional circular hole 4) in the vicinity of (3), and the circular hole (additional circular hole 4) interferes with the stop hole (3) to bring about a stress reduction effect. It is characterized by being drilled at a position (claim 1).
本発明において、疲労亀裂（２）は板状部材（１）の幅方向へ延在しており、ストップホール（３）を穿孔する工程では疲労亀裂（２）の両端（２１、２２）にストップホール（３）を穿孔して眼鏡形切欠き（３０）を形成しており、（ストップホールの近傍に）円孔（付加円孔４）を穿孔するに際して円孔（付加円孔４）の内径寸法（Ｍ）がストップホール（３）の内径寸法（Ｍ）と等しいのが好ましい（請求項２）。 In the present invention, the fatigue crack (2) extends in the width direction of the plate-like member (1), and is stopped at both ends (21, 22) of the fatigue crack (2) in the step of drilling the stop hole (3). The hole (3) is perforated to form a spectacle-shaped notch (30), and the inner diameter of the circular hole (additional circular hole 4) when the circular hole (additional circular hole 4) is drilled (in the vicinity of the stop hole) The dimension (M) is preferably equal to the inner diameter dimension (M) of the stop hole (3).
ここで本発明において、板状部材（１）の幅寸法をＷ、眼鏡形切欠き（３０）の幅方向寸法をＣ、ストップホール（３）の内径寸法をＭ、リガメント長さ（板状部材の切欠きが形成されていない領域の幅方向寸法：ここで言う「切欠き」は、ストップホール３及び付加円孔４を含む）をＢ（Ｂ＝Ｗ−Ｃ）として、眼鏡形切欠き（３０）の中心を原点（０，０）とすると、前記円孔（４）の中心位置の幅方向軸（Ｘ軸）における座標Ｘ０は、（Ｘ０を絶対値で表示した場合に）
０≦Ｘ０≦（Ｃ−Ｍ）／２
なる不等式で示され、幅方向軸（Ｘ軸）と直交する軸（Ｙ軸）における座標Ｙ０は、（Ｙ０を絶対値で表示した場合に）
Ｍ≦Ｙ０
なる不等式で示されるのが好ましい（請求項３）。
Here, in the present invention, the width dimension of the plate-like member (1) is W, the dimension in the width direction of the eyeglass-shaped notch (30) is C, the inner diameter dimension of the stop hole (3) is M, and the ligament length (plate-like member) Dimension in the width direction of the region where the notch is not formed: The “notch” mentioned here includes the
0 ≦ X0 ≦ (C−M) / 2
The coordinate Y0 on the axis (Y axis) orthogonal to the width direction axis (X axis) is expressed by the following inequality (when Y0 is displayed as an absolute value)
M ≦ Y0
It is preferable to be expressed by the following inequality (Claim 3).
そして本発明において、板状部材（１）の幅寸法をＷ、眼鏡形切欠き（３０）の幅方向寸法をＣ、ストップホール（３）の内径寸法をＭ、リガメント長さをＢ（Ｂ＝Ｗ−Ｃ）として、眼鏡形切欠き（３０）の中心を原点（０，０）とすると、前記円孔（４）の中心位置の幅方向軸（Ｘ軸）と直交する軸（Ｙ軸）における座標Ｙ０が（絶対値で表示した場合に）Ｙ０≧１．２３Ｍの場合には、幅方向軸（Ｘ軸）における座標Ｘ０は（Ｘ０を絶対値で表示した場合に）
Ｘ０＝（Ｃ−Ｍ）／２
なる式で示され、幅方向軸（Ｘ軸）と直交する軸（Ｙ軸）における座標Ｙ０が（絶対値で表示した場合に）Ｍ≦Ｙ０＜１．２３Ｍの場合には、幅方向軸（Ｘ軸）における座標Ｘ０は（Ｘ０を絶対値で表示した場合に）
Ｘ０／Ｍ＝０．８６５５Ｙ２−１．５５１７Ｙ＋２．０９９
但し、Ｙ＝Ｙ０／Ｍ
なる式で示されるのが好ましい（請求項４）。
In the present invention, the width dimension of the plate-like member (1) is W, the dimension in the width direction of the glasses-shaped notch (30) is C, the inner diameter dimension of the stop hole (3) is M, and the ligament length is B (B = WC) Assuming that the center of the eyeglass-shaped notch (30) is the origin (0, 0), the axis (Y axis) orthogonal to the width direction axis (X axis) of the center position of the circular hole (4) If the coordinate Y0 at Y0 is 1.23M (when displayed as an absolute value), the coordinate X0 on the width direction axis (X axis) is (when X0 is displayed as an absolute value).
X0 = (C−M) / 2
When the coordinate Y0 on the axis (Y axis) orthogonal to the width direction axis (X axis) is M ≦ Y0 <1.23M (when expressed in absolute value), the width direction axis ( X0) coordinate X0 (when X0 is displayed as an absolute value)
X0 / M = 0.8655Y 2 -1.5517Y + 2.099
However, Y = Y0 / M
It is preferable to be represented by the following formula (claim 4).
或いは本発明において、板状部材（１）の幅寸法をＷ、眼鏡形切欠き（３０）の幅方向寸法をＣ、ストップホール（３）の内径寸法をＭ、リガメント長さをＢ（Ｂ＝Ｗ−Ｃ）として、眼鏡形切欠き（３０）の中心を原点（０，０）とすると、前記円孔（４）の中心位置の幅方向軸（Ｘ軸）における座標Ｘ０は（Ｘ０を絶対値で表示した場合に）
Ｘ０＝（Ｃ−Ｍ）／２
なる式で示され、幅方向軸（Ｘ軸）と直交する軸（Ｙ軸）における座標Ｙ０は
Ｙ０＝１．１０Ｍ
なる式で示されるのが好ましい（請求項５）。
Alternatively, in the present invention, the width dimension of the plate-like member (1) is W, the dimension in the width direction of the spectacle-shaped notch (30) is C, the inner diameter dimension of the stop hole (3) is M, and the ligament length is B (B = Assuming that the center of the eyeglass-shaped notch (30) is the origin (0, 0) as WC), the coordinate X0 on the width direction axis (X axis) of the center position of the circular hole (4) is (X0 is absolute When displayed in value)
X0 = (C−M) / 2
The coordinate Y0 on the axis (Y axis) orthogonal to the width direction axis (X axis) is expressed as: Y0 = 1.10M
It is preferable to be represented by the following formula (Claim 5).
上述する構成を具備する本発明によれば、疲労亀裂（２）の先端（２１、２２）にストップホール（３）を形成する際に、円孔（付加円孔４）を穿孔するのみで、ストップホール（３）における応力を軽減して、疲労亀裂（２）の進展を抑制・防止する事が出来る。
そのため、施工性が良好であり、作業労力やコストを抑える事が可能である。
According to the present invention having the above-described configuration, when the stop hole (3) is formed at the tip (21, 22) of the fatigue crack (2), only the circular hole (additional circular hole 4) is drilled. The stress in the stop hole (3) can be reduced, and the progress of the fatigue crack (2) can be suppressed / prevented.
Therefore, workability is good, and it is possible to reduce work labor and cost.
また、（請求項２〜５に係る）本発明によれば、板状部材（１）の幅寸法（Ｗ）、眼鏡形切欠き（３０）の幅方向寸法（Ｃ）、ストップホール（３）及び円孔（付加円孔４）の内径寸法（Ｍ）を適宜設定することにより、応力低減率が高く、引張り荷重に対する悪影響を及ぼさない位置を特定する事が可能である。
そのため、工事全体のコストを低く抑えると共に、疲労亀裂（２）の弊害を確実に抑制・防止することが出来る。
Further, according to the present invention (according to
Therefore, the cost of the entire construction can be kept low, and the harmful effects of fatigue cracks (2) can be reliably suppressed and prevented.
さらに本発明によれば、鋼製橋梁（鋼橋）のみならず、種々の建材に疲労亀裂が発生した場合についても、本発明の疲労亀裂進展抑制・防止方法を適用する事が出来る。 Furthermore, according to the present invention, the fatigue crack progress suppressing / preventing method of the present invention can be applied not only to steel bridges (steel bridges) but also to cases where fatigue cracks occur in various building materials.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は板状部材１に疲労亀裂２が発生した状態（図１０参照）を示している。
図１において、疲労亀裂２は、板状部材１の幅方向（矢印ＷＤ方向：図１では左右方向）に、延在している。図示の簡略化のため、図１では、疲労亀裂２は板状部材１の幅方向ＷＤに直線的に延在する切欠きとして表示されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a state where
In FIG. 1, the
板状部材１には、疲労亀裂２の先端２１、２２を囲む様に、ストップホール３が穿孔されている。図１では、ストップホール３は疲労亀裂２の両端（２１、２２）に穿孔されている。
それと共に、ストップホール３の近傍には、付加円孔４が合計４箇所に穿孔されている。
詳細は後述するが、付加円孔４は、その近傍のストップホール３と相互に干渉しあって、応力低減効果をもたらす様な位置に穿孔されている。そのため、ストップホール３における応力集中は緩和され、ストップホールから新たな疲労亀裂の発生・進展が抑制・防止される。
図１において、符号Ｐは、板状部材１に作用する荷重（引張り荷重）を示している。
A
At the same time, four additional
Although the details will be described later, the additional
In FIG. 1, symbol P indicates a load (tensile load) acting on the plate-
図１において、板状部材１の幅方向ＷＤへ延在している疲労亀裂２と、その両端（２１、２２）に穿孔されたストップホール３、３は、全体的に眼鏡の様な形状をしている。
そのため、本明細書及び特許請求の範囲では、疲労亀裂２及び両端のストップホール３、３を、「眼鏡形切欠き（３０）」と総称している。
図示の実施形態において、ストップホール３の内径寸法（符号Ｍで示す：図３参照）と、その近傍に穿孔された付加円孔４の内径寸法（Ｍ）とは等しい。ストップホール３の内径寸法（Ｍ）と付加円孔４の内径寸法（Ｍ）とを等しくすれば、ストップホール３の穿孔用工具と、付加円孔４の穿孔用工具とを共通化することが出来るので、作業の効率化が図られる。
In FIG. 1, the
Therefore, in the present specification and claims, the fatigue crack 2 and the
In the illustrated embodiment, the inner diameter dimension of the stop hole 3 (indicated by the symbol M: see FIG. 3) is equal to the inner diameter dimension (M) of the additional
図１及び図２を参照して、付加円孔４の位置に関する一つの条件について、説明する。
図１において、ストップホール３の左右方向（中心軸Ｃｈ方向）外側の接線が、符号Ｋ１（図１の左側の接線）、Ｋ２（図１の右側の接線）で示されている。そして、左右の付加円孔４も、その左右方向外縁部４ｅが、各々、接線Ｋ１、Ｋ２の何れかと接している。
付加円孔４の位置に関する一つの条件は、ストップホール３よりも、図１の左右方向外側の領域には穿孔されない、ということである。換言すれば、付加円孔４は、ストップホール３の左右方向外側の接線Ｋ１、Ｋ２よりも、図１の左右方向内方の領域（接線Ｋ１、Ｋ２間の領域）に穿孔或いは形成される、ということである。
係る条件について、図２をも参照して、説明する。
With reference to FIG.1 and FIG.2, one condition regarding the position of the additional
In FIG. 1, tangent lines on the outer side of the
One condition regarding the position of the additional
Such conditions will be described with reference to FIG.
図２は、付加円孔４が、ストップホール３よりも、左右方向（中心軸Ｃｈ方向）外側の領域に形成された状態が示されている。
図２では、付加円孔４の左右方向外側の接線が、符号Ｌ１（左側の接線）、Ｌ２（右側の接線）で示されている。そして、ストップホール３は、接線Ｌ１、Ｌ２よりも左右方向内側に穿孔され、相対的には、付加円孔４はストップホール３よりも左右方向外側に形成されている。
FIG. 2 shows a state in which the additional
In FIG. 2, tangent lines on the outer side in the left-right direction of the additional
図１において、（板状部材１における）切欠き（眼鏡形切欠き：付加円孔４も含む）３０が形成されていない領域の幅方向寸法の合計（リガメント長さ）が、符号Ｂで示されている。図１の場合、リガメント長さＢは、板状部材１の幅寸法Ｗと、眼鏡形切欠き３０の幅方向寸法Ｃとの差である（Ｂ＝Ｗ−Ｃ）。
そして、板状部材１における図示しない板厚寸法（図１の紙面に垂直な方向の寸法）と、リガメント長さＢとの積が、板状部材１に作用する引張り荷重Ｐが作用する断面積である。
In FIG. 1, the total width dimension (ligament length) of a region where the notch (in the plate-like member 1) 30 (the spectacle-shaped notch: including the additional circular hole 4) 30 is not formed is indicated by a symbol B. Has been. In the case of FIG. 1, the ligament length B is the difference between the width dimension W of the plate-
And the product of the plate thickness dimension (dimension of the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1) and the ligament length B in the plate-shaped
図２で示すように、付加円孔４をストップホール３よりも左右方向外側に形成すると、リガメント長さｂは、付加円孔４がストップホール３よりも左右方向外側に存在する分だけ、図１におけるリガメント長さＢよりも短くなる。
図１と図２において、図示しない板状部材１の板厚寸法が同一であれば、図２のリガメント長さｂが（図１のリガメント長さＢよりも）短い分だけ、（図２において）引張り荷重Ｐが作用する断面積も減少し、引張り応力が増加する。その結果、板状部材１が支持出来る引張り荷重が小さくなってしまう。もちろん、繰り返し荷重に対する耐力（疲労強度）も減少してしまう。
すなわち、リガメント長さＢ（引張り荷重Ｐが作用する断面積）を減少させないために、付加円孔４は、ストップホール３よりも、左右方向（中心軸Ｃｈ方向）内側の領域に形成されるのである。
As shown in FIG. 2, when the additional
In FIG. 1 and FIG. 2, if the plate thickness dimension of the plate-like member 1 (not shown) is the same, the ligament length b in FIG. 2 is shorter (in FIG. 2 than the ligament length B in FIG. 1) (in FIG. 2). ) The cross-sectional area on which the tensile load P acts also decreases, and the tensile stress increases. As a result, the tensile load that can be supported by the plate-
That is, in order not to reduce the ligament length B (the cross-sectional area on which the tensile load P acts), the additional
図１において、垂直方向中心軸Ｃｖの右側の領域で、且つ、水平方向中心軸Ｃｈの上側の領域が、図３において拡大して示されている。換言すれば、図３は図１で示す眼鏡形切欠きの１／４を包含する領域のみを示している。 In FIG. 1, the region on the right side of the vertical central axis Cv and the region on the upper side of the horizontal central axis Ch is shown in an enlarged manner in FIG. In other words, FIG. 3 shows only the region including 1/4 of the eyeglass-shaped notch shown in FIG.
付加円孔４を穿孔する位置を定義するのに際して、発明者は、ＢＥＭ（境界要素法：或いは境界積分方程式法）により、解析を行った。
図１で示すように、疲労亀裂２及びストップホール３から成る眼鏡形切欠き３０は、垂直方向中心軸Ｃｖ及び水平方向中心軸Ｃｈについて対象であり、係る対象性を考慮して、図１で示す眼鏡形切欠きの１／４を包含する領域について、ＢＥＭによる解析を行った。
なお、発明者が別途検証した結果（当該検証結果について、本明細書及び図面では示していない）、ＢＥＭによる数値解析の結果と理論解との誤差は３％程度であり、ＢＥＭによる解析は実用上十分な精度を有している事が判明している。
In defining the position where the additional
As shown in FIG. 1, the spectacle-shaped
In addition, the result of the inventor's separate verification (the verification result is not shown in the present specification and drawings), the error between the numerical analysis result by BEM and the theoretical solution is about 3%, and the analysis by BEM is practical. It has been found that it has sufficient accuracy.
次に、図１及び図３を参照して、付加円孔４の位置に関する条件を詳細に説明する。
図１、図２において、付加円孔４は、ストップホール３よりも、左右方向（中心軸Ｃｈ方向）内側の領域に形成される旨を説明した。係る条件を、図１及び図３を参照して、各種数値を用いて説明する。
Next, with reference to FIG.1 and FIG.3, the conditions regarding the position of the additional
1 and 2, it has been described that the additional
図３において、ストップホール３及び付加円孔４の内径寸法が、符号Ｍで示されている。
図３では、亀裂２とストップホール３から成る眼鏡形切欠き３０の中心が原点Ｏ（０、０）となっており、原点Ｏ（０、０）は、垂直方向中心軸Ｃｖと水平方向中心軸Ｃｈとの交点である。
付加円孔４の中心位置は、その水平方向中心軸Ｃｈ（Ｘ軸）における座標が符号Ｘ０、垂直方向中心軸Ｃｖ（Ｙ軸）における座標がＹ０で示されている。
In FIG. 3, the inner diameter dimension of the
In FIG. 3, the center of the spectacle-shaped
As for the center position of the additional
付加円孔４が、ストップホール３よりも、左右方向（中心軸Ｃｈ方向）内側の領域に形成されるということは、付加円孔４が左右方向で最も外方の位置に形成されるのは、図１及び図３で示すように、ストップホール３と付加円孔４とが共通の接線Ｋ１、Ｋ２（図３であればＫ２）に接しているという事である。
その様な場合において、付加円孔４の中心軸Ｃｈ（左右方向：Ｘ軸）の座標Ｘ０は、接線Ｋ２の中心軸Ｃｈ（左右方向：Ｘ軸）の座標がＣ／２（Ｃは眼鏡形切欠きの中心軸Ｃｈ向寸法）であり、座標Ｘ０は接線Ｋ２よりも内径Ｍの１／２だけ原点（０、０）側の位置であるので、
Ｘ０＝Ｃ／２−Ｍ／２＝（Ｃ−Ｍ）／２
となる。
The fact that the additional
In such a case, the coordinate X0 of the center axis Ch (left-right direction: X-axis) of the additional
X0 = C / 2−M / 2 = (C−M) / 2
It becomes.
図３において、座標Ｘ０は正の値であり、０≦Ｘ０である。そして、上述した様に、Ｘ０＝（Ｃ−Ｍ）／２は座標Ｘ０が最も外側、すなわち最大値の場合であるため、座標Ｘ０は ０≦Ｘ０≦（Ｃ−Ｍ）／２ なる不等式で示される。 In FIG. 3, the coordinate X0 is a positive value, and 0 ≦ X0. As described above, since X0 = (C−M) / 2 is the case where the coordinate X0 is the outermost side, that is, the maximum value, the coordinate X0 is expressed by an inequality of 0 ≦ X0 ≦ (C−M) / 2. It is.
ここで、図３では、図１における垂直方向中心軸Ｃｖの右側の領域を示しており、垂直方向中心軸Ｃｖの左側の領域については示されていない。
図１から明らかな様に、垂直方向中心軸Ｃｖの左側の領域においてもストップホール３及び付加円孔４が形成されている。
垂直方向中心軸Ｃｖの左側の領域は、（垂直方向中心軸Ｃｖに対して）図３で示すのとは対称（線対称）となる。
但し、垂直方向中心軸Ｃｖの左側の領域において、水平方向中心軸Ｃｈ（Ｘ軸）における座標Ｘ０は、絶対値が同一であるが、負号が付く。そのため、図１で示すように、左右両側の付加円孔４を考えた場合には、垂直方向中心軸Ｃｖの左側の領域では、座標Ｘ０の数値は絶対値で考えなければならない。
Here, FIG. 3 shows a region on the right side of the vertical central axis Cv in FIG. 1, and does not show a region on the left side of the vertical central axis Cv.
As is apparent from FIG. 1, the
The region on the left side of the vertical central axis Cv is symmetric (axisymmetric) with respect to FIG. 3 (with respect to the vertical central axis Cv).
However, in the region on the left side of the vertical central axis Cv, the coordinate X0 on the horizontal central axis Ch (X axis) has the same absolute value but is given a negative sign. Therefore, as shown in FIG. 1, when the additional
図３を参照して、付加円孔４の垂直方向中心軸Ｃｖ（Ｙ軸）における座標Ｙ０について、説明する。
図３において、付加円孔４の中心の座標Ｙ０が小さいと、付加円孔４は水平方向中心軸Ｃｈに近づくため、付加円孔４とストップホール３とが部分的に重複（或いは干渉）してしまう。
そして、付加円孔４とストップホール３とが部分的に重複した場合には、切欠きを形成する領域の形状が複雑となるとともに、干渉効果が低減し、ストップホール３の先端における応力集中の低減或いは緩和の効果が減少する。
With reference to FIG. 3, the coordinate Y0 in the vertical direction central axis Cv (Y-axis) of the additional
In FIG. 3, when the coordinate Y0 of the center of the additional
When the additional
付加円孔４とストップホール３とが部分的に重複しないようにするためには、付加円孔４の中心の座標Ｙ０が、水平方向中心軸Ｃｈよりも、内径寸法Ｍ（ストップホール３の半径寸法Ｍ／２と、付加円孔４の半径寸法Ｍ／２との和）だけ離れていれば良い。
すなわち、亀裂２の左右両側について考慮する場合、付加円孔４の中心の座標Ｙ０が Ｍ≦Ｙ０ であれば良い。
In order to prevent the additional
That is, when considering both the left and right sides of the
ここで、図３では、図１における水平方向中心軸Ｃｈの上側の領域を示しており、水平方向中心軸Ｃｈの下側の領域については示されていない。
図１から明らかな様に、垂直方向中心軸Ｃｖの下側の領域においても付加円孔４が形成されている。
垂直方向中心軸Ｃｖの下側の領域も、図３で示す状態に対して、水平方向中心軸Ｃｈについて対称（線対称）となる。但し、垂直方向中心軸Ｃｖの下側の領域において、垂直方向中心軸Ｃｖ（Ｙ軸）の座標Ｙ０は、絶対値が同一であるが、負号が付く。そのため、図１で示すように、亀裂２の上下両側の付加円孔４について考える場合には、座標Ｙ０の数値は、絶対値で考えなければならない。
Here, FIG. 3 shows a region above the horizontal central axis Ch in FIG. 1, and does not show a region below the horizontal central axis Ch.
As is apparent from FIG. 1, the additional
The region below the vertical central axis Cv is also symmetric (line symmetric) with respect to the horizontal central axis Ch with respect to the state shown in FIG. However, in the area below the vertical direction central axis Cv, the coordinate Y0 of the vertical direction central axis Cv (Y axis) has the same absolute value but a negative sign. Therefore, as shown in FIG. 1, when considering the additional
係る内容をまとめると、付加円孔４の中心点の水平方向中心軸Ｃｈ（Ｘ軸）の座標Ｘ０と、垂直方向中心軸Ｃｖ（Ｙ軸）の座標Ｙ０は、絶対値では、請求項３で示すように、
０≦Ｘ０≦（Ｃ−Ｍ）／２
Ｍ≦Ｙ０
という２つの条件を満たす必要がある。係る２つの条件を、以下、「条件１」と記載する。
In summary, the coordinate X0 of the horizontal central axis Ch (X axis) of the center point of the additional
0 ≦ X0 ≦ (C−M) / 2
M ≦ Y0
It is necessary to satisfy these two conditions. These two conditions are hereinafter referred to as “
ここで、付加円孔４の中心座標（Ｘ０，Ｙ０）を特定するに際しては、以下の内容を考慮するべきである。
水平方向軸Ｃｈ（Ｘ軸）の座標Ｘ０が小さ過ぎると、付加円孔４を形成した場合における応力低減率が大幅に減少する。
座標Ｘ０が大き過ぎると、図１及び図２を参照して説明したのと同様に、リガメント長さＢ（引張り荷重Ｐが作用する断面積）が減少し、引張り荷重や繰り返し荷重に対する強度が低下する。
垂直方向軸Ｃｖ（Ｙ軸）の座標Ｙ０が小さ過ぎると、図３を参照して上述したように、付加円孔４とストップホール３とが部分的に重複し、応力集中を低減或いは緩和する効果が小さくなる。
座標Ｙ０が大き過ぎると、付加円孔４を形成した場合における応力低減率が大幅に減少する。
Here, when specifying the center coordinates (X0, Y0) of the additional
If the coordinate X0 of the horizontal axis Ch (X axis) is too small, the stress reduction rate when the additional
If the coordinate X0 is too large, the ligament length B (cross-sectional area on which the tensile load P acts) decreases and the strength against the tensile load and repeated load decreases as described with reference to FIGS. To do.
If the coordinate Y0 of the vertical axis Cv (Y axis) is too small, as described above with reference to FIG. 3, the additional
If the coordinate Y0 is too large, the stress reduction rate when the additional
発明者は、幅寸法（Ｗ）が４０ｍｍの板状部材について、Ｍ＝５ｍｍ、Ｃ＝２０ｍｍという条件下で、図３で示す付加円孔４の中心（Ｘ０、Ｙ０）において、Ｘ０＝５．０ｍｍ、５．５ｍｍ、６．０ｍｍ、６．５ｍｍ、７．０ｍｍ、７．５ｍｍ、８．０ｍｍの７ケース、Ｙ０＝６．０ｍｍ、６．５ｍｍ、７．０ｍｍの３ケースについて、解析を行った。
解析の結果を図４〜図６で示す。図４〜図６で、横軸はＸ０座標を示している。
The inventor, for a plate-like member having a width dimension (W) of 40 mm, X0 = 5.X at the center (X0, Y0) of the additional
The results of the analysis are shown in FIGS. 4 to 6, the horizontal axis represents the X0 coordinate.
図４〜図６において、「●」（黒い円形）で示すプロットは、付加円孔４を形成しない場合におけるストップホール３の壁面の応力（簡便化のため、切欠き先端から１ｍｍ離れた位置の応力）σ０と、付加円孔４を形成した場合におけるストップホール３の壁面の応力との比を、応力低減率として表現している。
また、「■」（黒い正方形）で示すプロットは、付加円孔４の壁面の応力をσ０で除し、見掛け上、応力低減率の形で整理したものである。
図４〜図６において、応力低減が最適となるのは、「●」（黒い円形）で示すプロットの特性曲線と、「■」（黒い正方形）で示すプロットの特性曲線とが交差する箇所である。
4 to 6, the plots indicated by “●” (black circles) indicate the stress on the wall surface of the
Further, the plot indicated by “■” (black square) is obtained by dividing the stress on the wall surface of the additional
4 to 6, stress reduction is optimal at a point where the characteristic curve of the plot indicated by “●” (black circle) and the characteristic curve of the plot indicated by “■” (black square) intersect. is there.
図４〜図６に示す事例に、Ｙ０＝５．５ｍｍ、７．５ｍｍの事例を加え、「●」（黒い円形）で示すデータと、「■」（黒い正方形）で示すデータをそれぞれ最小二乗近似した近似曲線の交点を整理して、応力低減が最適となる座標Ｘ０の軌跡を示すのが、図７である。
同様に、応力低減率rに関して整理して、座標Ｙ０と、（応力低減が最適となる座標Ｘ０における）応力低減率との関係を示すのが図８である。
4 to 6 are added to the cases of Y0 = 5.5 mm and 7.5 mm, and data indicated by “●” (black circle) and data indicated by “■” (black square) are least squares, respectively. FIG. 7 shows the locus of the coordinate X0 where the stress reduction is optimal by organizing the intersections of the approximated approximate curves.
Similarly, FIG. 8 shows the relationship between the coordinate Y0 and the stress reduction rate (at the coordinate X0 where the stress reduction is optimal) by arranging the stress reduction rate r.
条件１を考慮すれば、 ０ｍｍ≦Ｘ０≦７．５ｍｍ ５．０ｍｍ（Ｍ）≦Ｙ０ となる。
図７を参照すれば、Ｘ０＝７．５ｍｍとなるＹ０の値は、Ｙ０＝６．１５２ｍｍ（＝１．２３Ｍ）となる。
図８で示すように、Ｙ０≦６．１５２ｍｍであれば、応力低減率は０．２以上である。一方、Ｙ０＞６．１５２ｍｍであれば、応力低減率は０．２以下となる。
図７及び図８を参照すれば、Ｘ０の数値の変動に対して、応力低減率の変化は非常に緩やかである事が理解される。
Considering
Referring to FIG. 7, the value of Y0 at which X0 = 7.5 mm is Y0 = 6.152 mm (= 1.23M).
As shown in FIG. 8, when Y0 ≦ 6.152 mm, the stress reduction rate is 0.2 or more. On the other hand, if Y0> 6.152 mm, the stress reduction rate is 0.2 or less.
7 and 8, it is understood that the change in the stress reduction rate is very gradual with respect to the change in the numerical value of X0.
ストップホール３は、ボルト孔の径と対応させる場合が多く、一般には、Ｍ２２ボルトの径（２４．５ｍｍ）や、Ｍ２４ボルトの径（２６．５ｍｍ）とする事例が多い。
係る事例に対して、図４〜図８で結果を示す解析では、ストップホール３（及び付加円孔４）の内径寸法（Ｍ）の５ｍｍは、小さ過ぎる様にも思える。
The
In the analysis which shows a result with FIGS. 4-8 with respect to the example which concerns, 5 mm of the internal diameter dimension (M) of the stop hole 3 (and additional circular hole 4) also seems to be too small.
しかし、応力集中係数や応力低減率については、部材（板状部材１）の長さ方向や幅方向の影響が小さい。そして、図４〜図６で示す解析を行うにあたっては、切欠きに対して十分に長い部材を取り扱っている。
また、有限幅の影響を加味した取扱いを行うことにより、切欠き比が同じであれば、長さ×幅については、寸法が異なっていても、同じ結論が得られることが知られている。
従って、ストップホール３及び付加円孔４の内径寸法を５ｍｍと設定した解析結果（図４〜図６）は、Ｍ＝２４．５ｍｍ、２６．５ｍｍの場合についても、適用可能である。
However, the stress concentration factor and the stress reduction rate are less affected by the length direction and width direction of the member (plate-like member 1). And in performing the analysis shown in FIGS. 4-6, the member long enough with respect to a notch is handled.
Further, it is known that the same conclusion can be obtained even if the dimensions are different with respect to the length × width if the notch ratio is the same by performing the handling in consideration of the influence of the finite width.
Therefore, the analysis results (FIGS. 4 to 6) in which the inner diameter dimension of the
板厚については、ストップホールの効果に関する過去の研究結果から、ストップホール厚さ方向の中心部における代表値を用いる事により、板厚が相違しても、解析結果については、影響をあまり受けない事が確認されている。 As for the plate thickness, the results of past research on the effect of stop holes are used, and even if the plate thickness differs, the analysis results are not significantly affected by using the representative value at the center in the stop hole thickness direction. Things have been confirmed.
図４〜図６に示す事例に、Ｙ０＝５．５ｍｍ、７．５ｍｍの事例を加え、「●」（黒い円形）で示すデータと、「■」（黒い正方形）で示すデータをそれぞれ最小二乗近似した近似曲線の交点を整理すれば、Ｙ０≧１．２３Ｍの場合には、幅方向軸（Ｘ軸）における座標Ｘ０は Ｘ０＝（Ｃ−Ｍ）／２ となる。図７、図８を参照して前述した数値では、Ｙ０＝６．１５２ｍｍ以上であれば、Ｘ０＝７．５ｍｍとなる。
座標Ｙ０が Ｍ≦Ｙ０＜１．２３Ｍ （図７、図８を参照して前述した数値では、５ｍｍ≦Ｙ０＜６．１５２ｍｍ） の場合には、幅方向軸（Ｘ軸）における座標Ｘ０は
Ｘ０／Ｍ＝０．８６５５Ｙ２−１．５５１７Ｙ＋２．０９９
但し、Ｙ＝Ｙ０／Ｍ
なる式で示される。
4 to 6 are added to the cases of Y0 = 5.5 mm and 7.5 mm, and data indicated by “●” (black circle) and data indicated by “■” (black square) are least squares, respectively. If the intersections of the approximated approximate curves are arranged, when Y0 ≧ 1.23M, the coordinate X0 on the width direction axis (X axis) is X0 = (C−M) / 2. In the numerical values described above with reference to FIGS. 7 and 8, if Y0 = 6.152 mm or more, X0 = 7.5 mm.
When the coordinate Y0 is M ≦ Y0 <1.23M (in the numerical values described above with reference to FIGS. 7 and 8, 5 mm ≦ Y0 <6.152 mm), the coordinate X0 on the width direction axis (X axis) is X0 /M=0.8655Y 2 -1.5517Y + 2.099
However, Y = Y0 / M
It is shown by the following formula.
図４〜図８を参照して説明した上述の内容をまとめると、条件１を充足しているという前提では、請求項４で示すように、Ｙ０≧１．２３Ｍの場合には、Ｘ０＝（Ｃ−Ｍ）／２ となる。
一方、Ｍ≦Ｙ０＜１．２３Ｍの場合には、Ｘ０／Ｍ＝０．８６５５Ｙ２−１．５５１７Ｙ＋２．０９９（但し、Ｙ＝Ｙ０／Ｍ）となる。
係る条件を、以下、「条件２」と記載する。
Summarizing the above-described contents described with reference to FIGS. 4 to 8, on the assumption that the
On the other hand, when M ≦ Y0 <1.23M, X0 / M = 0.65555Y 2 −1.5517Y + 2.099 (where Y = Y0 / M).
Such a condition is hereinafter referred to as “
図４〜図６に示す事例に、Ｙ０＝５．５ｍｍ、７．５ｍｍの事例を加え、「●」（黒い円形）で示すデータと、「■」（黒い正方形）で示すデータをそれぞれ最小二乗近似した近似曲線の交点を整理すると、付加円孔４を形成した場合における応力低減率ｒは、
ｒ＝−０．２６５Ｙ２＋０．５５５Ｙ−０．０７８２（但し、Ｙ＝Ｙ０／Ｍ）
となる。
4 to 6 are added to the cases of Y0 = 5.5 mm and 7.5 mm, and data indicated by “●” (black circle) and data indicated by “■” (black square) are least squares, respectively. When the intersections of the approximated approximate curves are arranged, the stress reduction rate r when the additional
r = −0.265Y 2 + 0.555Y−0.0782 (Y = Y0 / M)
It becomes.
上述した通り、図７及び図８を参照すれば、Ｘ０の数値の変動に対して、応力低減率の変化は非常に緩やかである事が理解される。
そして、Ｘ０の範囲は、Ｘ０＝（Ｃ−Ｍ）／２を大きく外れるものではない。
そのため、実用に際しては、Ｘ０＝（Ｃ−Ｍ）／２とみなしても差し支えないと考えられる。
As described above, referring to FIG. 7 and FIG. 8, it can be understood that the change in the stress reduction rate is very gradual with respect to the variation of the value of X0.
And the range of X0 does not deviate significantly from X0 = (C−M) / 2.
Therefore, in practical use, it can be considered that X0 = (C−M) / 2.
Ｙ０については、上述した応力低減率ｒの式では、Ｙ＝１．０５（Ｙ０＝１．０５Ｍ）において、応力低減率ｒは最大値ｒ＝０．２１２となる。
ここで、上述した通り、応力低減率ｒの変化は非常に緩やかであり、Ｙ＝１．１０として上述した応力低減率ｒの式で計算すれば、応力低減率ｒ＝０．２１２となる。そして、付加円孔４を板状部材１に穿孔する際の作業性の観点からは、Ｙ０の値は大きいことが好ましい。
Regarding Y0, in the above-described equation for the stress reduction rate r, when Y = 1.05 (Y0 = 1.05M), the stress reduction rate r is the maximum value r = 0.212.
Here, as described above, the change in the stress reduction rate r is very gradual. If Y = 1.10 and the above-described equation for the stress reduction rate r is calculated, the stress reduction rate r = 0.212. From the viewpoint of workability when the additional
これ等の事項を考慮すれば、請求項５で示すように、付加円孔４の中心座標（Ｘ０，Ｙ０）は、 Ｘ０＝（Ｃ−Ｍ）／２ Ｙ０＝１．１０Ｍ なる式で決定する事が好ましい。
係る条件を、以下、「条件３」と表示する。
Considering these matters, as shown in
Such a condition is hereinafter referred to as “
実際の施工に際しては、板状部材１である鋼桁の幅寸法Ｗ、疲労亀裂２を含む切欠きの幅方向寸法Ｃ、ストップホール３の内径寸法Ｍを決定し、上述した条件１から条件３において、付加円孔４の穿孔に最も適した条件を選択し、選択された条件に従って、付加円孔４の中心座標を決定し、決定された位置に付加円孔４を穿孔する。
In actual construction, the width dimension W of the steel beam that is the plate-
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。
例えば、図１、図３において、付加円孔４は疲労亀裂２両端のストップホール３における上下両側に設けられているが、上下の何れか一方に設けても良い。
また、ストップホール３は、疲労亀裂２の位置によっては、一端側にのみ設けても良い。その場合には、付加円孔４もストップホール３を形成した側にのみ穿孔される。
It should be noted that the illustrated embodiment is merely an example, and is not a description to limit the technical scope of the present invention.
For example, in FIGS. 1 and 3, the additional
The
１・・・板状部材
２・・・疲労亀裂
３・・・ストップホール
４・・・円孔／付加円孔
３０・・・眼鏡形切欠き
Ｂ・・・リガメント長さ
Ｃ・・・眼鏡形切欠きの幅方向寸法
Ｃｈ・・・水平方向中心軸
Ｃｖ・・・垂直方向中心軸
Ｍ・・・ストップホール及び付加円孔の内径寸法
Ｋ１、Ｋ２・・・ストップホールの左右方向外側の接線
Ｌ１、Ｌ２・・・付加円孔の左右方向外側の接線
Ｘ０・・・水平方向中心軸における座標
Ｙ０・・・垂直方向中心軸における座標
DESCRIPTION OF
Claims (5)
０≦Ｘ０≦（Ｃ−Ｍ）／２
なる不等式で示され、幅方向軸と直交する軸における座標Ｙ０は、
Ｍ≦Ｙ０
なる不等式で示される請求項２の疲労亀裂進展抑制・防止方法。 When the width dimension of the plate member is W, the width dimension of the eyeglass-shaped notch is C, the inner diameter dimension of the stop hole is M, the ligament length is B, and the center of the notch is the origin, the center position of the circular hole The coordinate X0 on the width direction axis is 0 ≦ X0 ≦ (C−M) / 2
The coordinate Y0 in the axis orthogonal to the width direction axis is expressed by the following inequality:
M ≦ Y0
The method for suppressing or preventing the progress of fatigue cracks according to claim 2, which is represented by the following inequality.
Ｘ０＝（Ｃ−Ｍ）／２
なる式で示され、幅方向軸（Ｘ軸）と直交する軸（Ｙ軸）における座標Ｙ０がＭ≦Ｙ０＜１．２３Ｍの場合には、幅方向軸（Ｘ軸）における座標Ｘ０は
Ｘ０／Ｍ＝０．８６５５Ｙ２−１．５５１７Ｙ＋２．０９９
但し、Ｙ＝Ｙ０／Ｍ
なる式で示される請求項２の疲労亀裂進展抑制・防止方法。 When the width dimension of the plate member is W, the width dimension of the eyeglass-shaped notch is C, the inner diameter dimension of the stop hole is M, the ligament length is B, and the center of the notch is the origin, the center position of the circular hole When the coordinate Y0 on the axis (Y axis) orthogonal to the width direction axis (X axis) of Y is Y0 ≧ 1.23M, the coordinate X0 on the width direction axis (X axis) is X0 = (C−M) / 2
When the coordinate Y0 on the axis (Y axis) orthogonal to the width direction axis (X axis) is M ≦ Y0 <1.23M, the coordinate X0 on the width direction axis (X axis) is X0 / M = 0.8655Y 2 -1.5517Y + 2.099
However, Y = Y0 / M
The method for suppressing or preventing fatigue crack growth according to claim 2 represented by the formula:
Ｘ０＝（Ｃ−Ｍ）／２
なる式で示され、幅方向軸と直交する軸における座標Ｙ０は
Ｙ０＝１．１０Ｍ
なる式で示される請求項２の疲労亀裂進展抑制・防止方法。 When the width dimension of the plate-like member is W, the width dimension of the spectacle-shaped notch is C, the inner diameter dimension of the stop hole is M, the ligament length is B, and the center of the spectacle-shaped notch is the origin, The coordinate X0 on the width direction axis (X axis) of the center position is X0 = (C−M) / 2
The coordinate Y0 on the axis orthogonal to the width direction axis is expressed as: Y0 = 1.10M
The method for suppressing or preventing fatigue crack growth according to claim 2 represented by the formula:
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|---|---|---|---|---|
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| EP2772335A4 (en) * | 2011-10-27 | 2015-07-15 | Ihi Corp | Method for controlling fatigue crack progression in metal member and metal member having controlled fatigue crack progression |
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2007
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