JP2020093289A - 鋼部材の溶接接合方法および溶接接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｈ形断面の鋼部材のスカラップ直下のフランジ溶接接合部でのき裂発生を抑止できる鋼部材の溶接接合方法および溶接接合構造を提供する。【解決手段】開先４０ａとダイアフラム１１２との間に、フランジ２０の幅方向に延在する溶接溝５５が設けられ、溶接溝５５において、第１溶接層部形成工程によって第１溶接層部８１が形成され、第１溶接層部８１の上に、第２溶接層部形成工程によって、スカラップ６０Ａの直下において互いに結合し、かつ溶接溝５５から盛り上がる第１の厚層部８２Ａと第２の厚層部８２Ａを備えた第２溶接層部８３が形成され、第２溶接層部３３が設けられていない第１溶接層部８１の上に、第３溶接層部形成工程によって、複数の溶接層８３ａからなる第３溶接層部８３が設けられているので、スカラップ直下のフランジ溶接接合部でのき裂発生を抑止できる。【選択図】図８

Description

本発明は、鋼部材の溶接接合方法および溶接接合構造に関する。

梁、柱等が鉄骨部材によって構成される鉄骨建物は、建設時の工事現場において梁と柱が接合される場合がある。特に、梁としてＨ形断面部材を用いるＨ形断面梁の場合は、Ｈ形断面梁のウェブの端部と柱とを工事現場において溶接あるいはボルト接合し、Ｈ形断面梁の上下フランジの端部と柱とを工事現場において溶接するという、梁端現場接合部が広く一般に採用されている。この際、Ｈ形断面梁の下フランジの端部と柱との溶接を行うために、Ｈ形断面梁のウェブの端部には通常スカラップと呼ばれる溶接孔が設けられる。スカラップは、Ｈ形断面梁のウェブの端部をＨ形断面梁の下フランジの近傍で部分的に切り欠くことによって形成されるものであり、Ｈ形断面梁の下フランジと柱との溶接部は、このスカラップを通してＨ形断面梁のウェブを横切るように形成される。

スカラップ直下のフランジ溶接接合部は、ウェブが施工上の障害物として存在するため、溶接品質が低下し易い箇所であり、具体的には、開先部のアンダーカットが発生し易く、形状的に応力集中が発生し易い。特に建築構造において、地震等の外力を受けた場合に、曲げモーメントが高くなる梁端部のこの箇所においてき裂が発生し易くなり、梁の塑性変形性能を低下させ、建築物のエネルギー吸収性能を低下させる。特に工場において溶接組立によって形成されるビルトＨ形鋼において、ウェブ−フランジ間で不溶着部がある場合には、形状不連続性がさらに高まるため、その傾向はより一層顕著となる。

鋼部材端部の溶接部のき裂発生を制御する先行技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。この技術は、通常の溶接工程に追加して、開先端側の一定範囲に化粧盛りを行い、更にこの化粧盛り止端から一定の範囲に第二の化粧盛りを行うことで溶接熱影響部が化粧盛りにより再熱を受けて、き裂進展を母材側に発生させることで、溶接接合部の強度低下を最小にし、破損を防止するものである。

特開２００２−１７２４６２号公報

しかしながら、上述した従来技術では、フランジと、スカラップが設けられたウェブとを有するＨ形断面の梁等の鋼部材において、スカラップ直下のフランジ溶接接合部の品質向上に対応したものではないので、上述したスカラップ直下のき裂発生を防ぐことは困難である。すなわち、スカラップ直下のフランジ溶接接合部は、ウェブが施工上の障害物として存在するため、梁等の鋼部材の開先部のアンダーカットが発生し易く、形状的に応力集中が発生し易いため、地震等の外力を受けた場合に、曲げモーメントが高くなる梁端部のこの箇所においてき裂が発生を防ぐことが困難となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、Ｈ形断面の鋼部材のスカラップ直下のフランジ溶接接合部でのき裂発生を抑止できる鋼部材の溶接接合方法および溶接接合構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る鋼部材の溶接接合方法は、ウェブと当該ウェブのウェブ幅方向の両端に設けられた一対のフランジとを有するＨ形断面の鋼部材の前記フランジの長手方向の端部を被接合部材に溶接接合する鋼部材の溶接接合方法であって、
前記ウェブのウェブ幅方向の端部にスカラップが設けられ、
前記フランジの長手方向の端部に開先が設けられ、
前記開先と前記被接合部材との間に、前記フランジの幅方向に延在する溶接溝が設けられ、
前記溶接溝において、前記フランジの幅方向の一方の端部と他方の端部との間で溶接層を連続して形成する工程を所定回数繰り返すことによって、第１溶接層部を形成する第１溶接層部形成工程と、
前記溶接溝において、前記第１溶接層部の上に、前記フランジの幅方向の一方の端部から前記スカラップの直下位置まで一方の溶接層を連続して形成し、前記スカラップの直下位置で折り返して前記スカラップの直下位置の前記一方の溶接層に重ねて第１の重ね層部を形成して第１の厚層部を設ける一方で、前記第１溶接層部の上に、前記フランジの幅方向の他方の端部から前記スカラップの直下位置まで他方の溶接層を連続して形成し、前記スカラップの直下位置で折り返して前記スカラップの直下位置の前記他方の溶接層に重ねて第２の重ね層部を形成して第２の厚層部を設けることで、前記第１溶接層部の上に、前記スカラップの直下において互いに結合し、かつ前記溶接溝から盛り上がる前記第１層厚部と前記第２層厚部とが互いに結合された第２溶接層部を形成する第２溶接層部形成工程とを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る鋼部材の溶接接合構造は、ウェブと当該ウェブのウェブ幅方向の両端に設けられた一対のフランジとを有するＨ形断面の鋼部材の前記フランジの長手方向の端部を被接合部材に溶接接合してなる鋼部材の溶接接合構造であって、
前記ウェブのウェブ幅方向の端部にスカラップが設けられ、
前記フランジの長手方向の端部に開先が設けられ、
前記開先と前記被接合部材との間に、前記フランジの幅方向に延在する溶接溝が設けられ、
前記溶接溝に、複数の溶接層からなる第１溶接層部が設けられ、
前記溶接溝において、第１溶接層部の上に、前記スカラップの直下において互いに結合し、かつ前記溶接溝から盛り上がる第１の厚層部と第２の厚層部を備えた第２溶接層部が形成され、
前記第２溶接層部は、前記フランジの幅方向の一方の端部から前記スカラップの直下位置まで連続する一方の溶接層と、前記フランジの幅方向の他方の端部から前記スカラップの直下位置まで連続する他方の溶接層とを備え、
前記第１の厚層部は、前記スカラップの直下位置に位置する一方の前記溶接層と、当該溶接層を折り返し重ねられた状態の第１の重ね層部とを有し、
前記第２の厚層部は、前記スカラップの直下位置に位置する他方の前記溶接層と、当該溶接層を折り返し重ねられた状態の第２の重ね層部とを有していることを特徴とする。

本発明においては、フランジの長手方向の端部の開先と被接合部材との間に設けられた溶接溝において、第１溶接層部の上に、スカラップの直下位置で互いに結合した第１および第２の層厚部を備えた第２溶接層部が形成され、第１および第２の厚層部が溶接溝から盛り上がっているので、スカラップの直下のアンダーカット等の欠陥発生を抑止し、スカラップの直下の応力集中を緩和させることができる。
特に鋼部材がビルトＨ形鋼（例えば溶接組立Ｈ形断面梁）であり、ウェブ−フランジ間で不溶着部がある場合には、第１および第２の厚層部がスカラップの直下の不溶着部先端を覆うため、この部分の応力集中を緩和させることができる。
また、スカラップの直下位置で一方および他方の溶接層をそれぞれ折り返し重ねることによって、第１および第２の重ね層部を形成するので、ビルトＨ形鋼のフィレット部の再熱が行われるため、材料靱性が向上する。
さらに、スカラップの直下において、フィレット残し部が存在している状態である場合、第２溶接層部がスカラップの直下で層厚の大きい状態となるので、フィレット残し部に起因するスカラップの開口端とフランジの内面との間の段差を解消し、応力集中が小さい溶接接合部を実現できる。
以上により、Ｈ形断面の鋼部材のスカラップ直下のフランジ溶接接合部でのき裂発生を抑止できる。このため、Ｈ形断面の鋼部材の塑性変形性能や疲労性能が向上し、構造物の外力に対するエネルギー吸収性能を向上させることが可能となる。

また、本発明の鋼部材の溶接接合方法の構成において、前記第２溶接層部は前記溶接溝の溝幅方向における前記被接合部材側の前記第１溶接層部の上に設けられておらず、
前記第２溶接層部の上と前記第１溶接層部の上の両方に重なって、前記フランジ幅方向に連続した第３溶接層部を形成する第３溶接層部形成工程を含んでいてもよい。
また、本発明の鋼部材の溶接接合構造において、前記第２溶接層部は前記溶接溝の溝幅方向における前記被接合部材側の前記第１溶接層部の上に設けられておらず、
前記第２溶接層部の上と前記第１溶接層部の上の両方に重なって、前記フランジ幅方向に連続した第３溶接層部が設けられていてもよい。

このような構成によれば、溶接溝の溝幅が大きくて、第２溶接層部が溶接溝の幅全体に設けることができない場合に、第２溶接層部の上と第１溶接層部の上の両方に重なって、前記フランジ幅方向に連続した第３溶接層部が設けられるので、溶接溝の幅全体において、第２溶接層部と第１溶接層部との形状的な不連続を解消できる。このため、Ｈ形断面の鋼部材の長手方向の端部を被接合部材に確実に溶接接合できる。

本発明によれば、Ｈ形断面の鋼部材のスカラップ直下のフランジ溶接接合部でのき裂発生を抑止できる。

実施形態の梁端現場接合部の概要を示す斜視図である。 図１におけるＡ部の詳細図である。 図１における切断線Ｂ−Ｂで切断した断面図である。 実施形態の第一の態様であるスカラップの詳細を示す側面図である。 実施形態の第二の態様であるスカラップの詳細を示す側面図である。 実施形態の第三の態様であるスカラップの詳細を示す側面図である。 実施形態の第四の態様であるスカラップの詳細を示す側面図である。 実施の形態の梁の溶接接合構造を示す側面図である。 図８における切断線Ｃ−Ｃで切断した断面図である。 実施の形態の梁の溶接接合構造の他の例を示す側面図である。

以下、本発明に係る鋼部材の溶接接合方法および溶接接合構造の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態では、鋼部材として溶接組立Ｈ形断面梁１（以下、梁１と略称する場合もある。）を使用し、当該溶接組立Ｈ形断面梁１のフランジ２０の長手方向の端部を溶接接合する被接合部材として、角形鋼管柱１１０（以下、柱１１０と略称する場合もある。）に設けたダイアフラム１１３を使用した場合を例にとって説明するが、鋼部材としては、溶接組立Ｈ形断面梁１に限ることはなく、Ｈ形断面を有するものであればよいし、被接合部材としては、ダイアフラム１１３に限ることはなく、Ｈ形断面を有する鋼部材のフランジの長手方向の端部が溶接接合されるものであればよい。

図１は、角形鋼管柱１１０にＨ形断面梁１の梁端が溶接接合された梁端接合部１００を示す斜視図、図２は図１におけるＡ円部の拡大図である。
梁端接合部１００は、建設現場で溶接接合されたものであり、柱１１０と、柱１１０にと接続される梁１とを備えている。柱１１０は、鋼材からなり角管状に形成された複数の柱材１１１を軸方向に連結して構成されている。
柱１１０と梁１とが接続する柱梁接合部１１０ａには、梁１と接続するための一対のダイアフラム１１２、１１２が設けられている。なお、柱梁接合部１１０ａは角形鋼管によって形成されたもので、上下の高さ寸法は梁１のウェブ１０の上下方向の高さ寸法と等しくなっている。
各ダイアフラム１１２は、略矩形状の板体状に形成されたいわゆる通しダイアフラムであり、柱梁接合部１１０ａの上下両端側に配設されていて、この柱梁接合部１１０ａと柱材１１１とによってそれぞれ挟み込まれている。そして、各ダイアフラム１１２は、周縁部分が各柱材１１１の側面１１１ａから突出した状態で溶接等により柱梁接合部１１０ａおよび柱材１１１と一体化されている。
なお、梁端現場接合部については、本実施形態のような通しダイアフラム形式の構造に限定されず、例えば梁１がダイアフラムを介さず柱１１０に直接接続される構成でもよいし、柱１１０がＨ形鋼で梁１とは柱１１０あるいはダイアフラムを介して接続される構成でもよい。

梁１は、通常Ｈ形断面梁によって形成されている。本実施形態において梁１は、溶接組立Ｈ形断面梁１により形成されている。梁１は、全体として一方向（水平方向）に延びていて、ウェブ１０と、ウェブ１０の軸方向と直交する方向の両端部（以下、ウェブ（１０）の軸方向と直交する方向の端部を「縁」ということがある。）１０ｂ、１０ｂに接続された一対のフランジ２０とを有する。
ウェブ１０は、ウェブ１０の軸方向と直交する方向、すなわちウェブ幅方向を梁１の高さ方向として、梁１の軸方向に延びている。一対のフランジ２０は、梁１の軸方向に延びており、ウェブ１０の両縁１０ｂ、１０ｂに接続されている。また、一対のフランジ２０は、ウェブ１０の上下両端部において、それぞれウェブ１０からウェブ１０の厚さ方向に略直角に張出している。そして、梁１の軸線方向の端部が、柱１１０の周面に接続されている。なお、一対のフランジ２０、２０のうち、下側に位置するフランジ２０を下フランジ、上側に位置するフランジ２０を上フランジと称する。
ここで、本実施の形態においては、梁１において柱１１０と接続する軸方向の端部を軸端部（１ａ）と称し、梁の軸端部において、ウェブ１０およびフランジ２０が柱１１０と接続される部分をそれぞれ軸端（１０ａ、２０ａ）と称する。

本実施形態における溶接組立Ｈ形断面梁１では、図３に示すように、ウェブ１０と一対のフランジ２０とが交差する部分に、溶接により形成された隅肉部（隅肉溶接部、フィレット部）３０が設けられている。すなわち、隅肉部３０は、溶接材または溶接材と母材とが溶融することにより形成されている。隅肉部３０は、ウェブ１０の両縁１０ｂ、１０ｂにおいて、ウェブ１０の両方のウェブ面１１、１１と、一対のフランジ２０の互いに向かう内側の面である内面２１、２１との間にそれぞれ形成されている。言い換えれば、隅肉部３０は、ウェブ１０の各縁１０ｂ、１０ｂにおいてウェブ１０を挟み込むように各ウェブ面１１、１１に設けられている。
また、図３に示すように、本実施形態において隅肉部３０は、梁１の軸方向視した断面において、ウェブ１０のウェブ面１１と接続するウェブ止端部３１から、フランジ２０の内面２１と接続するフランジ止端部３２までを繋ぐ直線状の傾斜面を有する三角形状に形成されており、さらに本実施形態では断面二等辺三角形状に形成されている。隅肉部３０におけるウェブ１０のウェブ面１１およびフランジ２０の内面２１に沿う各辺の大きさ、すなわちフランジ２０の内面２１からウェブ止端部３１までの距離である隅肉高さＨｆ、および、ウェブ１０のウェブ面１１からフランジ止端部３２までの距離である隅肉幅Ｗｆとしては、例えば３〜３０ｍｍ程度である。

なお、隅肉部３０の断面は三角形状に限定されるものではない。ウェブ止端部３１からフランジ止端部３２まで円弧状の凹曲面で接続されてよく、ウェブ止端部３１およびフランジ止端部３２において当該凹曲面の接線がウェブ１０のウェブ面１１およびフランジ２０の内面２１に平行となるようにして接続されていてもよい。また、ウェブ止端部３１からフランジ止端部３２まで凸曲面で接続されていてもよい。
本実施形態では、上記のとおり隅肉部３０はウェブ１０とフランジ２０とを隅肉溶接を行うことにより形成されるものであり、隅肉部３０と、隅肉部３０近傍のウェブ１０およびフランジ２０との各部分によって溶接部が形成されている。

そして、当該梁１は、本実施形態のＨ形断面部材の端部接続構造２００により柱１１０に接続されている。すなわち、図１に示すように、本実施形態のＨ形断面部材の端部接続構造２００は、梁１のフランジ２０の軸端２０ａを柱１１０に溶接するフランジ溶接部４０と、梁１のウェブ１０の軸端１０ａを柱１１０に溶接するウェブ溶接部５０とを有する。また、フランジ溶接部４０の下面側には、このフランジ溶接部４０を形成する溶金が、フランジ２０の開先面４０ａと柱１１０との間から抜け落ちるのを防ぐ裏当金４５が設けられている。

また、本実施形態においては、フランジ２０の軸端２０ａは柱１１０のダイアフラム１１２に溶接されて、ウェブ１０の軸端１０ａは柱梁接合部１１０ａを形成する柱材１１１の側面１１１ａに溶接されている。このようにして、角形鋼管柱１１０にＨ形断面梁１の梁端が溶接接合されている。また、本実施の形態に係るＨ形断面の梁１のフランジ２０の長手方向の端部を角形鋼管柱１１０のダイアフラム１１２に溶接接合する溶接接合方法および溶接接合構造については後述する。

また、梁１におけるウェブ１０の軸端１０ａにはスカラップ６０が設けられている。スカラップ６０は、ウェブ１０の軸端１０ａ側における一対のフランジ２０、２０側となる両縁１０ｂ、１０ｂ位置に、直近のフランジ２０の軸端２０ａ側およびウェブ１０の軸端１０ａ側の方向に向けて開口するように、かつウェブ１０の厚さ方向に貫通するようにそれぞれ設けられている。これにより、フランジ溶接部４０は、フランジ２０の幅方向一方の端部から、スカラップ６０を通してウェブ１０を横切って幅方向他方の端部まで形成されている。また、ウェブ溶接部５０は、ウェブ１０の両縁１０ｂ、１０ｂに設けられたスカラップ６０まで形成されている。
なお、本実施形態においては、梁１のウェブ１０は、その軸端１０ａを柱１１０に溶接することにより柱１１０に接続されているが、梁のウェブの軸端を接合する方法は溶接に限定されるものではなく、例えばボルト接合によるものでもよい。

図４に示すように、スカラップ６０は、上記のように、直近のフランジ２０の軸端２０ａ側および直近のウェブ１０の軸端１０ａ側の方向に開いた開口を有しているため、２つの開口端を含んでいる。すなわち、直近のフランジ２０側に位置する第一の開口端６０ａと、第一の開口端６０ａと相反する側、言い換えれば、一対のフランジ２０で挟まれたウェブ１０のウェブ幅方向の中央側に位置する第二の開口端６０ｂとを含む。より具体的に、第一の開口端６０ａは、直近のフランジ２０の内面２１側の位置に、第二の開口端６０ｂはウェブ１０の軸端１０ａにそれぞれ形成されている。

また、スカラップ６０は、第一の開口縁部６１と、第二の開口縁部６２と、第三の開口縁部６３とを有している。第一の開口縁部６１は、第一の開口端６０ａを含み、第一の開口端６０ａから、梁１の軸方向における軸端部１ａから離れる方向に向かって延びている。第二の開口縁部６２は、第二の開口端６０ｂを含み、第二の開口端６０ｂから梁１の軸端部１ａから離れる向き、すなわち梁１の軸方向の中央に向かって延びている。第三の開口縁部６３は、第一の開口縁部６１と第二の開口縁部６２とを接続している。

具体的に、第一の開口縁部６１は、隅肉部３０におけるウェブ止端部３１と交差するようにして円弧状に形成された、第一の開口端６０ａ側の一端７１ａで接線が前記フランジ２０の内面２１と平行となる第一の円弧部７１を有する。
第二の開口縁部６２は、形状は特に限定されないが、本実施形態の場合は第二の開口端６０ｂから直線状に延びている。
また、第三の開口縁部６３は、第一の開口縁部６１から第二の開口縁部６２に向かって湾曲する円弧状に形成された第二の円弧部７２を有している。
ここで、第一の円弧部７１の曲率半径Ｒ１は、第二の円弧部７２の曲率半径Ｒ２の２．５倍以上であることが望ましい。このように、第一の円弧部７１の曲率半径Ｒ１を、第二の円弧部７２の曲率半径Ｒ２の２．５倍以上としたのは、スカラップ６０のフランジ２０側における歪みの集中を緩和して、スカラップ６０からのき裂の発生をより安定的に抑制することが可能となるためである。

なお、第一の開口縁部６１、第二の開口縁部６２および第三の開口縁部６３によって構成されるスカラップ６０において、一対のフランジ２０が互いに離間する方向（梁１の高さ方向）におけるスカラップ６０の高さ寸法Ｈｓは、梁端現場接合部１００の耐力を安定的に確保するためになるべく小さくすることが望ましいが、フランジ２０と柱１１０との溶接の施工性の観点から、スカラップ６０の下フランジ２０側から上フランジ２０側へ向かう方向の寸法は、１５ｍｍ以上とすることが望ましい。さらに、スカラップ６０の高さ寸法Ｈｓは、ウェブ１０でもモーメントをより効率よく伝達させて、スカラップ６０のフランジ２０側の歪みの集中をさらに緩和させるため、３５ｍｍ以下であるものとしてもよい。
また、第二の円弧部７２の曲率半径Ｒ２は、スカラップの形成の際にカッターにより切削することを考慮し、作業性を確保するためも６ｍｍ以上であるものとしてもよい。

以下、スカラップ６０のより詳細な態様について説明する。
図４は第一の態様のスカラップ６０を示している。図４に示すように、第一の態様のスカラップ６０において、第一の開口縁部６１は、直近のフランジ２０側の位置に配設されていて、第一の開口端６０ａを含む第一の直線部７３と、第一の直線部７３に接続された第一の円弧部７１とを有する。
第一の直線部７３は、直近のフランジ２０の内面２１において、スカラップ６０によりウェブ１０が切り欠かれた部分に相当するもので、本態様においては、直近のフランジ２０の内面２１に含まれている。また、第一の開口端６０ａは、直近のフランジ２０の軸端２０ａに設けられていて、さらに具体的には、柱１１０と溶接されるフランジ溶接部４０を形成する際に用いられる開先面４０ａにおけるウェブ１０側の端部がこの第一の開口端６０ａとなっている。
第一の円弧部７１は、第一の直線部７３と接続する位置における接線がフランジ２０の内面２１と平行であり、かつ梁１の軸端部１ａから離れるに従って、次第にフランジ２０から離れる方向に湾曲する凹曲線状に形成されている。この第一の円弧部７１は、第一の直線部７３と接続されて隅肉部３０を横断する隅肉横断部７１ｃと、隅肉横断部７１ｃにおける直近のフランジ２０とは反対側の一端部からウェブ１０のウェブ面１１に沿って形成されるウェブ形成部７１ｄとを有する。

一方、第二の開口縁部６２は、第二の開口端６０ｂを含む直線状に形成され、梁１の軸方向に沿って延びている第二の直線部７４を有している。
また、第三の開口縁部６３は、第二の円弧部７２を有していて、第二の円弧部７２の一端７２ａは、第一の開口縁部６１の第一の円弧部７１と接続されているとともに、他端７２ｂは第二の開口縁部６２の第二の直線部７４と接続されている。
ここで、第一の円弧部７１と第二の円弧部７２とは、第一の円弧部７１がなす円弧と第二の円弧部７２がなす円弧とが共通の接線となる部分において接続されている。また、第二の円弧部７２と第二の直線部７４との接続部分では、第二の円弧部７２をなす円弧の接線と第二の直線部７４とが一致している。これにより、第一の開口縁部６１、第二の開口縁部６２及び第三の開口縁部６３で構成されるスカラップ６０の縁部の形状は連続的になっている。
なお、本態様においてスカラップ６０の高さ寸法Ｈｓは第一の直線部７３と第二の直線部７４との離間距離によって定まる。

また、図５は第二の態様のスカラップ６０Ａを示している。なお、第一態様と同一の構成については同一の符号を付与した上で説明を省略する。
図５に示すように、第二の態様のスカラップ６０Ａにおいて第一の開口縁部６１は、第一の態様における第一の直線部７３に相当する部分を備えず、第一の円弧部７１における直近のフランジ２０側の一端７１ａが第一の開口端６０ａとなっている。第一の開口端６０ａとなる第一の円弧部７１の一端７１ａは、フランジ２０の内面２１上に位置しており、当該一端７１ａにおける接線がフランジ２０の内面２１に平行である。
なお、本態様においてスカラップ６０の高さ寸法Ｈｓは、第一の円弧部７１の一端７１ａと第二の直線部７４との離間距離によって定まる。

また、図６は第三の態様のスカラップ６０Ｂを示している。同様に、第一態様と同一の構成については同一の符号を付与した上で説明を省略する。
図６に示すように、本態様においては、フランジ溶接部４０を形成する際に用いられる開先面４０ａが、上方に（厳密には上方に行くに従って次第に梁１の軸端部１ａから離れる方向）に立ち上がっていて、開先面４０ａの一端が、直近のフランジ２０の内面よりもウェブ幅方向中央側に位置している。そして、この開先面４０ａの一端が第一の開口端６０ａとなっている。つまり、スカラップ６０Ｂの第一の開口端６０ａが下フランジ２０の内面よりウェブ１０側に寄せた位置の隅肉溶接部３０の表面にある。
具体的に、スカラップ６０Ｂは、第一の開口縁部６１が、第一の開口端６０ａを含む第一の直線部７５と、第一の直線部７５と接続された第一の円弧部７１とを有していて、第一の直線部７５は、第一の開口端６０ａが直近のフランジ２０の内面よりもウェブ幅方向中央側に位置している分だけフランジ２０の内面２１から離間した状態で、フランジ２０の内面２１と平行に形成されている。
ここで、第一の直線部７５とフランジ２０の内面２１との距離で表わされるスカラップ離間距離Ｘｓは、少なくとも隅肉部３０のウェブ止端部３１からフランジ２０の内面２１までの距離である隅肉高さＨｆよりも小さい。これにより、第一の直線部７５と接続されている第一の円弧部７１はウェブ止端部３１と交差している。
なお、本態様においてスカラップ６０の高さ寸法Ｈｓは第一の直線部７５と第二の直線部７４との離間距離によって定まる。

また、図７は第四の態様のスカラップ６０Ｃを示している。なお、第三態様と同一の構成については同一の符号を付与した上で説明を省略する。
図７に示すように、第四の態様のスカラップ６０Ｃにおいて第一の開口縁部６１は、第三の態様における第一の直線部７５に相当する部分を備えず、第一の円弧部７１の一端７１ａが第一の開口端６０ａとなっている。第一の開口端６０ａとなる第一の円弧部７１の一端７１ａは、第三の態様と同様にフランジ２０の内面２１から離間していて、当該一端７１ａにおける接線はフランジ２０の内面２１に平行となっている。つまり、スカラップ６０Ｃの第一の開口端６０ａが下フランジ２０の内面よりウェブ１０側に寄せた位置の隅肉溶接部３０の表面にある。
ここで、第一の円弧部７１の一端７１ａとフランジ２０の内面２１との距離で表わされるスカラップ離間距離Ｘｓは、少なくとも隅肉部（隅肉溶接部）３０のウェブ止端部３１からフランジ２０の内面２１までの距離である隅肉高さＨｆよりも小さい。これにより、第一の直線部７３と接続されている第一の円弧部７１はウェブ止端部３１と交差している。
なお、本態様においてスカラップ６０の高さ寸法Ｈｓは、第一の円弧部７１の一端７１ａと第二の直線部７４との離間距離によって定まる。

なお、上記第一〜第四の態様において、第一の開口縁部６１の第一の円弧部７１と第三の開口縁部６３の第二の円弧部７２とは、第一の円弧部７１がなす円弧と第二の円弧部７２がなす円弧とが共通の接線となる部分において接続されているものとした。しかしながら、第一の円弧部７１と第二の円弧部７２とが、共通の接線となる部分において接続されない、すなわち境界となる角が形成された状態で接続されていてもよい。また、第一の円弧部７１と第二の円弧部７２との間に直線部を設けて、これらの第一の円弧部７１と第二の円弧部７２とが間接的に接続される構成であってもよい。
さらに、第二の開口縁部６２については、本実施形態においては直線部であるとしたが、任意の形状とすることができ、例えば円弧状に形成されていてもよい。

上記のようなＨ形断面部材の端部接続構造２００では、第一の開口縁部６１と第二の開口縁部６２とを接続する第三の開口縁部６３における第二の円弧部７２を設けるとともに、フランジ２０側に位置する第一の開口縁部６１における第一の円弧部７１を設けて、第一の円弧部７１を第二の円弧部７２の２．５倍以上大きい曲率半径しても良い。
これにより、スカラップ６０のフランジ２０側における歪みの集中を緩和し、スカラップ６０からのき裂の発生を抑制することができる。そして、このような第一の円弧部７１が隅肉部３０におけるウェブ止端部３１と交差するようにして形成されていることで、仮に延性き裂が発生したとしても、幅が相対的に狭く断面がウェブ１０から断面変化が生じるウェブ止端部３１近傍でき裂を発生させることができる。また、仮にウェブ１０側の止端部近傍で延性き裂が発生したとしても、発生したき裂を、フランジ２０に比較して引張応力が低いウェブ止端部３１に沿って軸方向に安定的にき裂を進展させることができる。したがって、本実施形態のようなＨ形断面部材の端部接続構造２００では、補強するために別の構成を設けなくても、スカラップから初期き裂が発生することを遅らせつつ、万一初期き裂が発生しても早期破断に至らないように延性き裂を進展させることができ、より安全性の高い梁端現場接合部１００とすることができる。

また、スカラップ６０の高さ寸法を１５ｍｍ以上とすることで、フランジ２０と柱１１０との溶接の施工性を向上させることができる。
また、スカラップ６０の高さ寸法を３５ｍｍ以下とすることで、ウェブ１０でもモーメントをより効率よく伝達することができるため、柱１１０と梁１との接合部としての降伏曲げ耐力を向上させることができる。また、スカラップ６０の高さ寸法を低く抑えることによって、ウェブ１０でモーメントをより効率よく伝達することができるため、スカラップ６０のフランジ２０側の歪みの集中をさらに緩和させることができる。
さらに、第一の円弧部７１と第二の円弧部７２とが共通の接線により接続されていることで、第一の円弧部７１と第二の円弧部７２とが凹凸なく滑らかに接続されるため、より一層歪みの集中を緩和することができ、き裂の発生をより安定的に抑制することができる。
また、第二の円弧部７２の曲率半径Ｒ２を６ｍｍ以上とすることで、第二の円弧部７２における歪みの集中も緩和することができるとともに、スカラップをカッターによって容易に切削して成形することができる。

さらに、上記Ｈ形断面部材の端部接続構造２００は、上記の第三の態様のように、第一の開口縁部６１は、第一の開口端６０ａを有し前記フランジ２０の内面２１に平行に配された直線部７５を有し、第一の円弧部７１の一端７１ａがこの直線部７５と接続されているものとしてもよく、これにより、フランジ２０の軸端２０ａを溶接するための十分なスペースを確保することができ、フランジ２０と柱１１０との溶接を安定的に行い、溶接欠陥を生じないようにすることができる。

次に、本実施の形態に係るＨ形断面の梁１のフランジ２０の長手方向の端部を角形鋼管柱１１０のダイアフラム１１２に溶接接合する溶接接合方法および溶接接合構造について説明する。
図５および図８に示すように、梁１のウェブ１０のウェブ幅方向の端部（図５および図８において下端部）には、上述したようにスカラップ６０Ａが設けられている。また、梁１の下フランジ２０の長手方向の端部には開先面（開先）４０ａが設けられている。開先面４０ａは、上方に行くに従って次第に梁１の軸端部１ａから離れる方向に立ち上がる傾斜面となっており、当該開先面４０ａは、柱１１０のダイアフラム１１２の外周面に所定の間隔をもって対向して配置されている。また、開先面４０ａの下端とダイアフラム１１２の外周面の下端部との間には裏当金４５が設けられている。

そして、開先面４０ａとダイアフラム１１２の外周面と裏当金４５の上面との間に、下フランジ２０の幅方向（図５および図８において紙面と直交する方向）に延在する溶接溝５５が設けられている。溶接溝５５は、図９に示すように、左右（下フランジ２０の幅方向）に延在しており、その左右両端部にはそれぞれエンドタブ５６が設けられている。このエンドタブ５６は、溶接溝５５に溶接金属を充填する際に、当該溶融状態の溶接金属が溶接溝５５の両端部から流出するのを防止するためのものであり、例えば溶接溝５５の両端部においてダイアフラム１１２に仮固定されている。なお、エンドタブ５６は溶接後に取り外してもよいし、そのまま放置しておいてもよい。

本実施の形態では、溶接溝５５に第１溶接層部８１、第２溶接層部８２および第３溶接層部８３を以下のようにして形成する。
すなわちまず、溶接溝５５において、下フランジ２０の幅方向の一方の端部と他方の端部との間で溶接層８１ａを連続して形成する工程を所定回数繰り返すことによって、第１溶接層部８１を形成する（第１溶接層部形成工程）。
この第１溶接層部形成工程によって第１溶接層部８１を形成する場合、まず溶接溝５５の底部において、下フランジ２０の幅方向の一方の端部からの他方の端部に向かいガスシールドアーク溶接を行って第１層目の溶接層８１ａを連続して形成し、次いで当該溶接層８１ａ上で、下フランジ２０の幅方向の他方の端部からの一方の端部に向かいガスシールドアーク溶接を行って次の溶接層８１ａを連続して形成する工程を順次往復で所定回数繰り返すことによって、溶接溝５５に上下に複数の溶接層８１ａからなる第１溶接層部８１を形成する。
また、これ以外でも、まず溶接溝５５の底部において、下フランジ２０の幅方向の一方の端部からの他方の端部に向かいガスシールドアーク溶接を行って第１層目の溶接層８１ａを連続して形成し、次いで当該溶接層８１ａ上で、下フランジ２０の幅方向の一方の端部からの他方の端部に向かいガスシールドアーク溶接を行って次の溶接層８１ａを連続して形成する工程を順次で所定回数繰り返すことによって、溶接溝５５に上下に複数の溶接層８１ａからなる第１溶接層部８１を形成してもよい。
つまり、第１溶接層部形成工程では、下フランジ２０の幅方向の一方の端部からの他方の端部に向かい溶接層８１ａを連続して形成する工程を往復で所定回数繰り返して形成してもよいし、溶接層８１ａを連続して一方向に形成する工程を所定回数繰り返して形成してもよい。
そして、第１溶接層部８１は最終層を残した状態とする。つまり第１溶接層部８１は、溶接溝５５の深さ方向全体に形成するのではなく、深さ方向の上部は１層分、つまり１パス（最終パス）分だけ形成しない状態とする。

第１溶接層部形成工程の後、最終パスにおいて第２溶接層部形成工程を行って、第１溶接層部８１の上に第２溶接層部８２を形成する。この第２溶接層部８２は溶接溝５５の溝幅方向におけるダイアフラム１１２側の第１溶接層部８１の上に設けられず、溶接溝５５の幅方向の略半分の下フランジ２０側の第１溶接層部８１の上に設けられる。

第２溶接層部形成工程では、図９に示すように、溶接溝５５において、第１溶接層部８１の上に、下フランジ２０の幅方向の一方の端部からスカラップ６０Ａの直下位置まで一方の溶接層８２ａをガスシールドアーク溶接によって連続して形成する。そして、スカラップ６０Ａの直下位置で折り返し、その折り返し位置から一定の範囲において一方の溶接層８２ａに重ねるように第１の重ね層部８２ｂを形成することにより、第１の厚層部８２Ａを形成する。つまり、この第１の厚層部８２Ａは、スカラップ６０Ａの直下位置の一方の溶接層８２ａとこれに重ねられた第１の重ね層部８２ｂとによって構成される。
なお、第１の重ね層部８２ｂを形成する範囲については、第１の厚層部８２Ａを形成することができれば特に限定はされないが、例えば一方の溶接層８２ａからの折り返し位置から、溶接組立Ｈ形断面梁１の隅肉部におけるフランジ２０側の脚長以上となる範囲とすることが好ましい。

一方、溶接溝５５において、第１溶接層部８１の上に、下フランジ２０の幅方向の他方の端部からスカラップ６０Ａの直下位置まで他方の溶接層８２ａをガスシールドアーク溶接によって連続して形成する。そして、スカラップ６０Ａの直下位置で折り返し、その折り返し位置から一定の範囲において他方の溶接層８２ａに重ねるように第２の重ね層部８２ｂを形成することにより、第２の厚層部８２Ａを形成する。つまり、この第２の厚層部８２Ａは、スカラップ６０Ａの直下位置の他方の溶接層８２ａとこれに重ねられた第２の重ね層部８２ｂとによって構成される。
なお、第２の重ね層部８２ｂを形成する範囲については、第２の厚層部８２Ａを形成することができれば特に限定はされないが、例えば他方の溶接層８２ａからの折り返し位置から、溶接組立Ｈ形断面梁１の隅肉部におけるフランジ２０側の脚長以上の範囲とすることが好ましい。

このようにして、第１溶接層部８１の上に、スカラップ６０Ａの直下において互いに結合し、かつ溶接溝５５から盛り上がる第１および第２厚層部８２Ａ，８２Ａを備えた第２溶接層部８２を形成する。なお、第１および第２厚層部８２Ａ，８２Ａは溶接時において溶融状態となっているので、互いに溶け合って結合する。

最後に、図８に示すように、第２溶接層部８２の上と第１溶接層部８１の上の両方に重なって、下フランジ２０の一方の端部からスカラップ６０Ａの直下位置まで一方の溶接層８３ａをガスシールドアーク溶接によって連続して形成し、次に下フランジ２０の幅方向の他方の端部からスカラップ６０Ａの直下位置まで他方の溶接層８３ａをガスシールドアーク溶接によって連続して形成し、フランジ２０の幅方向に連続した第３溶接層部８３を形成する（第３溶接層部形成工程）。なお、スカラップ６０Ａの直下位置で、一方の溶接層８３ａと他方の溶接層８３ａとは溶接時において溶融状態となっているので、互いに溶け合って結合する。
この第３溶接層部形成工程では、第１溶接層部８１上と第２溶接層部８２上の両方に重なって形成される第３溶接層部８３を形成し、当該第３溶接層部８３、第１および第２の厚層部８２，８２Ａを有する第２溶接層部８２、および第１溶接層部８１を一体に結合させる。
このようにして、下フランジ２０の長手方向の端部がダイアフラム１１２の周面に溶接接合される。

図１０は、梁１のウェブ１０の下端部に、スカラップ６０Ａに代えてスカラップ６０Ｃが形成されている場合を示す。
スカラップ６０Ｃの構成の説明については、図７を参照して既に説明しているので、省略する。
スカラップ６０Ｃにおいて、その第一の開口端６０ａは下フランジ２０の内面よりウェブ１０側に寄せた位置の隅肉溶接部（フィレット部）３０の表面にある。つまり、スカラップ６０Ｃは、フィレット部３０の下部（一部）を残してウェブ１０の下端部に形成されている。

このため下フランジ２０の長手方向の端部に形成されている開先面（開先）４０ａも下フランジ２０の先端下縁からフィレット部３０の下部のフィレット残し部３０ｂまで形成されている。したがって、溶接溝３５の上端については、溶接溝３５の幅方向において下フランジ２０の内面側の上端よりフィレット部３０側の上端の方が高くなっている。
このような溶接溝３５にも同様にして、第１溶接層部形成工程によって第１溶接層部８１を形成し、第２溶接層部形成工程によって第２溶接層部８２を形成し、第３溶接層部形成工程によって第３溶接層部８３を形成する。

このように溶接溝５５に、第１溶接層部８１、第２溶接層部８２および第３溶接層部８３を形成することによって、以下のような効果を奏する。
すなわち、下フランジ２０の長手方向の端部の開先面４０ａとダイアフラム１１２の周面との間に設けられた溶接溝５５において、第１溶接層部８１の上に、スカラップ６０Ａの直下位置で互いに結合した第１および第２の厚層部８２Ａ，８２Ａを備えた第２溶接層部８２が形成され、第１および第２の厚層部８２Ａ，８２Ａが溶接溝５５から盛り上がっているので、スカラップ６０Ａ，６０Ｃの直下のアンダーカット等の欠陥発生を抑止し、スカラップ６０Ａ，６０Ｃの直下の応力集中を緩和させることができる。さらに、第３溶接層部８３が、第１溶接層部８１、第２溶接層部８２の両方に重なって形成されるため、第１溶接層部８１と第２溶接層部８２の形状的な不連続を解消し、スカラップ６０Ａ，６０Ｃの直下の応力集中を緩和させることができる。

特に梁１が溶接組立Ｈ形断面梁１であり、ウェブ−フランジ間で不溶着部がある場合には、第１および第２の厚層部８２Ａ，８２Ａがスカラップ６０Ａ，６０Ｃの直下の不溶着部先端を覆うため、この部分の応力集中を緩和させることができる。
また、スカラップ６０Ｃの直下位置で一方および他方の溶接層８２ａ，８２ａをそれぞれ折り返し重ねることによって、第１および第２の重ね層部８２ｂ，８２ｂを形成するので、溶接組立Ｈ形断面梁１のフィレット部３０の再熱が行われるため、材料靱性が向上する。
さらに、図１０に示すように、スカラップ６０Ｃの直下のフィレット部３０が所定の高さ分残っている状態、つまりフィレット残し部３０ｂが存在している状態であるが、第２溶接層部８２がスカラップ６０Ｃの直下で層厚の大きい状態となるので、フィレット残し部３０ｂに起因するスカラップ６０Ｃの開口端６０ａと下フランジ２０の上面との間の段差を解消し、応力集中が小さい溶接接合部を実現できる。
以上により、Ｈ形断面の梁１のスカラップ６０Ａ，６０Ｃの直下のフランジ溶接接合部でのき裂発生を抑止できる。このため、梁１の塑性変形性能や疲労性能が向上し、構造物の外力に対するエネルギー吸収性能を向上させることが可能となる。

なお、本実施の形態において、図４に示すようなスカラップ６０、図６に示すようなスカラップ６０Ｂ、さらには図８および図１０に二点鎖線で示す従来のスカラップ６を有する梁１を使用しても上記と同様の効果を得ることができる。
さらに、本実施の形態では、第１溶接層部８１の上に、第２溶接層部形成工程によって第２溶接層部８２を形成し、さらに、第３溶接層部形成工程によって第３溶接層部８３を形成したが、溶接溝５５の溝幅が小さい場合、第３溶接層部８３を形成することなく、第２溶接層部８２を溶接溝５５の溝幅全体に形成してもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態および実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本実施形態では、柱に接続するＨ形鋼は溶接組立Ｈ形断面としたが、これに限られるものではなく、圧延Ｈ形鋼としても良い。圧延Ｈ形鋼の場合には、フィレット部３０も母材により形成される。
また、本実施の形態では、建設現場での溶接接合を想定しており、通常はガスシールドアーク溶接が適用されるが、溶接金属を複数積層可能な方法であれば、特に溶接手段は問わない。
さらに、本実施の形態では梁１のフランジ２０の長手方向の端部を柱１１０のダイアフラム１１２に溶接接合したが、ダイアフラム１１２が無い場合、フランジ２０の長手方向の端部を柱１１０に同様にして直接溶接接合してもよい。

１ 梁（Ｈ形断面梁）
１ａ 軸端部
１０ ウェブ
２０ フランジ
３０ 隅肉溶接部（フィレット部）
４０ａ 開先面（開先）
５５ 溶接溝
６０、６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ スカラップ
８１ 第１溶接層部
８１ａ 溶接層
８２ 第２溶接層部
８２Ａ 厚層部
８２ａ 溶接層
８２ｂ 重ね層部
８３ 第３溶接層部
８３ａ 溶接層
１１２ ダイアフラム（被接合部材）

Claims (4)

1. ウェブと当該ウェブのウェブ幅方向の両端に設けられた一対のフランジとを有するＨ形断面の鋼部材の前記フランジの長手方向の端部を被接合部材に溶接接合する鋼部材の溶接接合方法であって、
   前記ウェブのウェブ幅方向の端部にスカラップが設けられ、
   前記フランジの長手方向の端部に開先が設けられ、
   前記開先と前記被接合部材との間に、前記フランジの幅方向に延在する溶接溝が設けられ、
   前記溶接溝において、前記フランジの幅方向の一方の端部と他方の端部との間で溶接層を連続して形成する工程を所定回数繰り返すことによって、第１溶接層部を形成する第１溶接層部形成工程と、
   前記溶接溝において、前記第１溶接層部の上に、前記フランジの幅方向の一方の端部から前記スカラップの直下位置まで一方の溶接層を連続して形成し、前記スカラップの直下位置で折り返して前記スカラップの直下位置の前記一方の溶接層に重ねて第１の重ね層部を形成して第１の厚層部を設ける一方で、前記第１溶接層部の上に、前記フランジの幅方向の他方の端部から前記スカラップの直下位置まで他方の溶接層を連続して形成し、前記スカラップの直下位置で折り返して前記スカラップの直下位置の前記他方の溶接層に重ねて第２の重ね層部を形成して第２の厚層部を設けることで、前記第１溶接層部の上に、前記スカラップの直下において互いに結合し、かつ前記溶接溝から盛り上がる前記第１層厚部と前記第２層厚部とが互いに結合された第２溶接層部を形成する第２溶接層部形成工程とを含むことを特徴とする鋼部材の溶接接合方法。
2. 前記第２溶接層部は前記溶接溝の溝幅方向における前記被接合部材側の前記第１溶接層部の上に設けられておらず、
   前記第２溶接層部の上と前記第１溶接層部の上の両方に重なるように、前記フランジの一方の端部と他方の端部との間で溶接層を連続して形成する工程を行うことによって、第３溶接層部を形成する第３溶接層部形成工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の鋼部材の溶接接合方法。
3. ウェブと当該ウェブのウェブ幅方向の両端に設けられた一対のフランジとを有するＨ形断面の鋼部材の前記フランジの長手方向の端部を被接合部材に溶接接合してなる鋼部材の溶接接合構造であって、
   前記ウェブのウェブ幅方向の端部にスカラップが設けられ、
   前記フランジの長手方向の端部に開先が設けられ、
   前記開先と前記被接合部材との間に、前記フランジの幅方向に延在する溶接溝が設けられ、
   前記溶接溝に、複数の溶接層からなる第１溶接層部が設けられ、
   前記溶接溝において、第１溶接層部の上に、前記スカラップの直下において互いに結合し、かつ前記溶接溝から盛り上がる第１の厚層部と第２の厚層部を備えた第２溶接層部が形成され、
   前記第２溶接層部は、前記フランジの幅方向の一方の端部から前記スカラップの直下位置まで連続する一方の溶接層と、前記フランジの幅方向の他方の端部から前記スカラップの直下位置まで連続する他方の溶接層とを備え、
   前記第１の厚層部は、前記スカラップの直下位置に位置する一方の前記溶接層と、当該溶接層を折り返し重ねられた状態の第１の重ね層部とを有し、
   前記第２の厚層部は、前記スカラップの直下位置に位置する他方の前記溶接層と、当該溶接層を折り返し重ねられた状態の第２の重ね層部とを有していることを特徴とする鋼部材の溶接接合構造。
4. 前記第２溶接層部は前記溶接溝の溝幅方向における前記被接合部材側の前記第１溶接層部の上に設けられておらず、
   前記第２溶接層部の上と前記第１溶接層部の上の両方に重なった、一つまたは複数の溶接層からなる第３溶接層部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の鋼部材の溶接接合構造。

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