JP2021030235A - 溶接構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接ルート部を起点とする疲労き裂の発生を効果的に抑制する。【解決手段】第１の部材、第２の部材、および第１の部材と第２の部材との間に充填または積層される溶接金属を含む溶接構造物であって、第１の部材と第２の部材との間に、溶接金属が充填または積層される溶接領域と、溶接金属が充填または積層されない非溶接領域とが形成され、非溶接領域に含まれる接触領域において、第１の部材と第２の部材とが接触することによって互いの間で応力が伝達される、溶接構造物が提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、溶接構造物に関する。

繰返し応力下にある溶接継手では、溶接金属の表面と母材の表面との交点、具体的には溶接止端や溶接ルート部から疲労き裂が発生する場合がある。溶接止端や溶接ルート部が疲労き裂の起点になりやすいのは、（１）形状急変部であるために応力が集中する、（２）溶接熱によって引っ張り残留応力が導入される場合がある、（３）溶接熱によって母材の組織が劣化する、などの理由による。このうち、溶接止端については、切削加工や打撃処理などの後処理によって上記の原因を取り除き、疲労き裂の発生を抑制することが提案されている。

その一方で、特に片側からしかアクセスできない箇所における溶接ルート部については、上記のような後処理が困難であり、従って疲労き裂の発生を抑制することが容易ではなかった。そこで、例えば特許文献１では、裏置きビードを溶接することによって、片側からの溶接施工であっても溶接ルート部側に未溶着部を残さずに適当な溶接ビードを形成する技術が提案されている。また、特許文献２では、通常とは逆向きの開先加工を施して片側溶接を実施することで、溶接ルート部側にき裂状の未溶着部が形成されることを防ぐ技術が提案されている。

特許第５６８１５６８号公報 特許第４７７９８１５号公報

しかしながら、上記の特許文献１および特許文献２に記載された技術では、溶接ルート部側に新たな溶接止端が形成されることになる。片側からしかアクセスできない箇所の場合、この新たな溶接止端については後処理が困難であるため、溶接止端を起点とする疲労き裂の発生が抑制されない可能性があった。

そこで、本発明は、溶接ルート部を起点とする疲労き裂の発生を効果的に抑制することが可能な溶接構造物を提供することを目的とする。

本発明のある観点によれば、第１の部材、第２の部材、および第１の部材と第２の部材との間に充填または積層される溶接金属を含む溶接構造物であって、第１の部材と第２の部材との間に、溶接金属が充填または積層される溶接領域と、溶接金属が充填または積層されない非溶接領域とが形成され、非溶接領域に含まれる接触領域において、第１の部材と第２の部材とが接触することによって互いの間で応力が伝達される、溶接構造物が提供される。

第１の部材または第２の部材の少なくともいずれかが、接触領域の近傍で弾性変形してもよい。

第２の部材は、第１の部材に向かって凸な形状を有し、接触領域では、第２の部材の凸な形状を有する部分と第１の部材とが接触してもよい。

凸な形状を有する部分は、第２の部材の第１の部材に対向する面の少なくとも一部に形成される斜角面の端縁であってもよい。

第１の部材または第２の部材の少なくともいずれかが、板状部材であってもよい。この場合において、溶接領域および非溶接領域は、第２の部材の端面と第１の部材の板面との間に形成されてもよい。あるいは、溶接領域および非溶接領域は、第２の部材の段継ぎ面と第１の部材との間に形成されてもよい。また、溶接領域および非溶接領域は、第１の部材の板面と第２の部材の板面との間に形成されてもよい。この場合において、溶接構造物は、第３の部材をさらに含み、溶接金属は、第１の部材および第３の部材のそれぞれの端面と、第２の部材の板面との間に充填または積層され、第２の部材は、第１の部材と第３の部材とのそれぞれの板面に添接されてもよい。

第１の部材および第２の部材は、互いに接合されることによって閉断面を形成する長尺状の部材であってもよい。

第１の部材または第２の部材の少なくともいずれかは、疲労耐久性の高い鋼材で形成されてもよい。

上記の構成によれば、溶接ルート部を起点とする疲労き裂の発生を効果的に抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る溶接構造物の全体的な断面図である。 図１に示す溶接構造物の溶接継手部分を拡大して示す断面図である。 本発明の第１の実施形態における応力伝達を模式的に示す図である。 比較例における応力伝達を模式的に示す図である。 溶接継手部分の別の例を示す断面図である。 溶接継手部分のさらに別の例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る溶接構造物の溶接継手部分の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る溶接構造物の別の例における溶接継手部分の断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る溶接構造物の溶接継手部分の断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る溶接構造物の別の例における溶接継手部分の断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る溶接構造物の溶接継手部分の断面図である。 本発明の実施例に係る試験装置を示す図である。 本発明の実施例に係る試験装置を示す図である。 本発明の実施例における試験結果を示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る溶接構造物の全体的な断面図である。本実施形態において、溶接構造物は、互いに接合されることによって閉断面を形成する長尺状の第１の部材および第２の部材を含む。図示された例において、第１の部材は鋼床版のデッキプレート１であり、第２の部材はデッキプレート１に取り付けられるＵ形リブ２である。このような溶接構造物は、例えば橋梁において用いられる。Ｕ形リブ２は、両方の端面２Ｅにおいてデッキプレート１の板面１Ｓに溶接されている。より具体的には、Ｕ形リブ２の端面２Ｅとデッキプレート１の板面１Ｓとの間に溶接金属３が充填または積層されることによって、Ｕ形リブ２がデッキプレート１に接合されている。

上記のような溶接構造物では、Ｕ形リブ２の内側が閉じられた空間になるため、デッキプレート１とＵ形リブ２との間の溶接継手部分には片側、すなわちＵ形リブ２の外側からしかアクセスできない。従って、溶接金属３は、デッキプレート１の板面１ＳとＵ形リブ２の端面２Ｅとの間に外側から充填または積層され、後処理も同様にＵ形リブ２の外側からのアクセスのみによって行われる。

このような場合において、Ｕ形リブ２の外側に位置する溶接金属３の表面と母材の表面との交点、すなわち溶接止端３Ａ，３Ｂについては、図示された例のように切削加工などの後処理を行うことで疲労き裂の発生を抑制することができる。なお、本実施形態において溶接止端３Ａ，３Ｂの後処理は公知の手法によって適宜行われるため、詳細な説明は省略する。切削加工以外の方法で溶接止端３Ａ，３Ｂの後処理が施されてもよく、また後処理が省略されてもよい。

一方、Ｕ形リブ２の内側に位置する溶接金属３の表面と母材の表面との交点、溶接ルート部３Ｃについては、アクセスが困難であることから、後処理によって疲労き裂の発生を抑制することが容易ではない。そこで、本実施形態では、以下で説明するようにデッキプレート１とＵ形リブ２との間の非溶接領域で鋼材同士が接触して互いに応力を伝達することを可能にする構造を採用し、それによって溶接ルート部を起点とする疲労き裂の発生を効果的に抑制する。なお、簡単のためデッキプレート１の板面１Ｓと溶接金属３との交点が溶接ルート部３Ｃとして図示されているが、Ｕ形リブ２の端面２Ｅと溶接金属３との交点である溶接ルート部についても同様に疲労き裂の発生が抑制される。

図２は、図１に示す溶接構造物の溶接継手部分を拡大して示す断面図である。図２に示されるように、デッキプレート１とＵ形リブ２との間の溶接継手部分では、Ｕ形リブ２の外側から溶接金属３が充填または積層されることによって、デッキプレート１とＵ形リブ２との間に溶接領域Ｒ１と非溶接領域Ｒ２とが形成される。溶接領域Ｒ１は、デッキプレート１とＵ形リブ２との間に溶接金属が充填または積層される領域である。図２では、デッキプレート１の板面１ＳとＵ形リブ２の端面２Ｅとの間に形成される溶接領域Ｒ１が図示されている。なお、溶接領域Ｒ１では設計上、デッキプレート１の板面１ＳとＵ形リブ２の端面２Ｅとの間に溶接金属３が充填されるが、溶接によって母材であるデッキプレート１およびＵ形リブ２と溶接金属３とが溶融するため、溶接後の溶接領域Ｒ１において板面１Ｓおよび端面２Ｅが明確に判別できるとは限らない。

一方、非溶接領域Ｒ２は、デッキプレート１とＵ形リブ２との間に溶接金属が充填または積層されない領域である。図２では、デッキプレート１の板面１ＳとＵ形リブ２の端面２Ｅとの間に形成される非溶接領域Ｒ２が図示されている。デッキプレート１の板面１ＳとＵ形リブ２の端面２Ｅとの間で溶接領域Ｒ１と非溶接領域Ｒ２との境界に位置する溶接金属３の端縁が、溶接ルート部３Ｃである。本実施形態では、この非溶接領域Ｒ２に含まれる接触領域Ｒ３において、デッキプレート１とＵ形リブ２とが接触することによって互いの間で応力が伝達される。より具体的には、図示された例において、Ｕ形リブ２の端面２Ｅは全体が斜角面であり、接触領域Ｒ３では斜角面の端縁２Ｇを含む部分とデッキプレート１の板面１Ｓとが接触する。

なお、図２に示された例では、接触領域Ｒ３においてデッキプレート１とＵ形リブ２とが応力伝達が可能な程度に強く接触するため、接触領域Ｒ３の近傍でデッキプレート１が弾性変形している。なお、説明のために大きな弾性変形が図示されているが、必ずしもこのように大きな弾性変形が生じるとは限らない。デッキプレート１に加えてＵ形リブ２にも弾性変形が生じてもよく、Ｕ形リブ２だけに弾性変形が生じてもよい。このような弾性変形は、例えば溶接後の熱収縮によってＵ形リブ２がデッキプレート１に対して押し付けられることによって発生する。

また、図２に示された例では、Ｕ形リブ２が、デッキプレート１に向かって凸な形状、具体的には端面２Ｅの全体に形成される斜角面の端縁２Ｇを有する。これによって、例えば、溶接前には端縁２Ｇがデッキプレート１の板面１Ｓに接触しないか、またはわずかに接触する程度であったとしても、溶接後の熱収縮によって端面２Ｅと板面１Ｓとの間の距離が縮まることによって端縁２Ｇを板面１Ｓに押し付け、接触領域Ｒ３においてデッキプレート１とＵ形リブ２との間で応力が伝達される状態を実現することができる。

図３は、本発明の第１の実施形態における応力伝達を模式的に示す図であり、図４は比較例における応力伝達を模式的に示す図である。図３に示される例では、Ｕ形リブ２の端縁２Ｇを含む部分がデッキプレート１の板面１Ｓに接触する接触領域Ｒ３（図２参照）で集中的に応力ＳＴが伝達されることによって、溶接ルート部３Ｃへの応力集中が緩和される。応力が集中する接触領域Ｒ３が疲労き裂の起点になる可能性はあるものの、上述のように接触領域Ｒ３は非溶接領域Ｒ２にあるため、溶接熱による残留応力や母材の組織劣化などの影響が小さく、従って接触領域Ｒ３を起点とする疲労き裂が発生する可能性は溶接ルート部３Ｃに比べて低い。母材、すなわちデッキプレート１またはＵ形リブ２の少なくともいずれかを、例えば特許第４００００４９号公報、特許第４４６６１９６号公報、および特許第５３０４６１９号公報などに記載されたような疲労耐久性が高い鋼材で形成することによって、接触領域Ｒ３から疲労き裂が発生する可能性をさらに小さくすることができる。また、接触領域Ｒ３を溶接領域Ｒ１から離隔させることによって、残留応力や母材の組織劣化などの影響をより小さくしてもよい。

一方、図４に示される例では、非溶接領域Ｒ２においてデッキプレート１とＵ形リブ２とが接触していないため、非溶接領域Ｒ２と溶接領域Ｒ１との境目に位置する溶接ルート部３Ｃに応力ＳＴが集中する。既に述べたように、溶接ルート部３Ｃでは溶接熱による残留応力や母材の組織劣化などの影響が大きいため、疲労き裂が発生しやすい。なお、図３および図４では、例としてデッキプレート１の板面１Ｓに対して平行な方向の応力ＳＴが図示されているが、Ｕ形リブ２の板面に対して平行な方向の応力や、それぞれの方向の曲げ応力の伝達についても同様の傾向が示される。

図５は、溶接継手部分の別の例を示す断面図である。図５に示された例では、Ｕ形リブ２の端面２Ｅの一部に斜角面２Ｂが形成され、斜角面２Ｂの端縁２Ｇが非溶接領域Ｒ２に含まれる接触領域Ｒ３でデッキプレート１の板面１Ｓに接触する。このように、Ｕ形リブ２の端面２Ｅ（デッキプレート１に対向する面）に形成される斜角面の端縁がデッキプレート１に向かって凸な形状になり、この端縁を含む部分がデッキプレート１の板面１Ｓに接触させられる構成については様々な変形例が可能である。

また、例えば、Ｕ形リブ２がデッキプレート１に対して直角ではなく角度をもって当接される場合（つまり、デッキプレート１の板面１ＳとＵ形リブ２の端面２Ｅとの間に自然開先が形成されるような場合）、端面２Ｅに斜角面を形成しなくても、端面２Ｅの端縁がデッキプレート１に向かって凸な形状になり、この端縁を含む部分をデッキプレート１の板面１Ｓに接触させることによって、接触領域Ｒ３においてデッキプレート１とＵ形リブ２との間で応力が伝達される状態を実現することができる。

図６は、溶接継手部分のさらに別の例を示す断面図である。図６に示された例では、Ｕ形リブ２の端面２Ｅに斜角面２Ｂが形成されるが、斜角面の端部が角張った端縁を形成するのではなく、曲面２Ｃを形成する。曲面２Ｃは、例えば円筒面であってもよい。この場合も、曲面２Ｃがデッキプレート１に向かって凸な形状になり、Ｕ形リブ２の曲面２Ｃを含む部分が接触領域Ｒ３でデッキプレート１に接触することによって応力が伝達される。この例のように、Ｕ形リブ２に形成される凸な形状は必ずしも角張った形状でなくてもよい。接触領域Ｒ３におけるデッキプレート１とＵ形リブ２との間の接触は、必ずしも線状（断面では点状）の領域における接触でなくてもよく、ある程度の幅をもった領域における接触であってもよい。また、溶接線に沿った方向（図６では奥行き方向）について、接触領域Ｒ３におけるデッキプレート１とＵ形リブ２との間の接触状態は一様でなくてもよい。具体的には、例えば、溶接線に沿った方向で接触領域Ｒ３の幅が変化したり、一部の区間では接触領域Ｒ３が途切れたりしてもよい。

以上、本発明の第１の実施形態について説明した。なお、本実施形態の構成は、デッキプレート１とＵ形リブ２を含む溶接構造物だけではなく、同様に第１の部材と第２の部材とをＴ形に組み合せることによって構成される継手を含む様々な溶接構造物に適用することが可能である。

（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る溶接構造物の溶接継手部分の断面図である。本実施形態において、溶接構造物は、第１の部材１１と第２の部材１２とをＬ形に組み合わせることによって構成される角継手を含む。図７に示された例では、第２の部材１２の端面１２Ｅが、第１の部材１１の端部の板面１１Ｓに溶接される。より具体的には、第２の部材１２の端面１２Ｅと第１の部材１１の端部の板面１１Ｓとの間に溶接金属３が充填または積層されることによって、第２の部材１２が第１の部材１１に接合されている。

本実施形態でも、上記の第１の実施形態と同様に、第１の部材１１と第２の部材１２との間の溶接継手部分では、第１の部材１１の端部側から溶接金属３が充填または積層されることによって、第１の部材１１の板面１１Ｓと第２の部材１２の端面１２Ｅとの間に溶接領域Ｒ１と非溶接領域Ｒ２とが形成され、非溶接領域Ｒ２は接触領域Ｒ３が含まれる。図７に示された例において第２の部材１２の端面１２Ｅは全体が斜角面であり、接触領域Ｒ３では斜角面の端縁１２Ｇを含む部分と第１の部材１１の板面１１Ｓとが接触する。

これによって、図７に示された例では、第１の部材１１の板面１１Ｓと第２の部材１２の端面１２Ｅとの間に形成される溶接ルート部への応力集中を緩和し、溶接ルート部を起点とする疲労き裂の発生を効果的に抑制することができる。第２の部材１２の端面１２Ｅの構成として、例えば上記で図５および図６を参照して説明したような例を採用することも可能である。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る溶接構造物の別の例における溶接継手部分の断面図である。図８に示された例では、第２の部材１２に板面に対して略垂直な段継ぎ面１２Ｐが形成され、段継ぎ面１２Ｐに第１の部材１１の端部の板面１１Ｓが載置されることによって角継手が構成される。ここで、図示された例では第１の部材１１の端面１１Ｅが斜角面を含み、端面１１Ｅと第２の部材１２の立ち上がり面１２Ｑとの間に形成される開先に溶接金属３が充填または積層される。溶接金属３は開先の底部まで到達し、溶接ルート部３Ｃは第１の部材１１の板面１１Ｓと第２の部材１２の段継ぎ面１２Ｐとの間に形成される。

上記のような図８に示された例では、第１の部材１１の板面１１Ｓと第２の部材１２の段継ぎ面１２Ｐとの間に溶接領域Ｒ１と非溶接領域Ｒ２とが形成され、非溶接領域Ｒ２は接触領域Ｒ３を含む。ここで、溶接領域Ｒ１は、第１の部材１１の端面１１Ｅと第２の部材１２の立ち上がり面１２Ｑとの間に形成された開先に充填または積層された溶接金属３が流れ込むことによって、第１の部材１１の板面１１Ｓと第２の部材１２の段継ぎ面１２Ｐが部分的に溶融した領域である。図示された例において、段継ぎ面１２Ｐは全体が斜角面である。接触領域Ｒ３では斜角面である段継ぎ面１２Ｐの端縁１２Ｇを含む部分と第１の部材１１の板面１１Ｓとが接触する。

これによって、図８に示された例でも、第１の部材１１の板面１１Ｓと第２の部材１２の段継ぎ面１２Ｐとの間に形成される溶接ルート部への応力集中を緩和し、溶接ルート部を起点とする疲労き裂の発生を効果的に抑制することができる。第２の部材１２の段継ぎ面１２Ｐの構成として、例えば上記で図５および図６を参照して説明したような例を採用することも可能である。

（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る溶接構造物の溶接継手部分の断面図である。本実施形態において、溶接構造物は、第１の部材１１と第２の部材１２とを端面同士で突き合わせることによって構成される突合せ継手を含む。図９に示された例では、第２の部材１２に板面に対して略平行な段継ぎ面１２Ｐが形成され、段継ぎ面１２Ｐに第１の部材１１の端部の板面１１Ｓが載置されることによって角継手が構成される。なお、図９に示された例の構成は、段継ぎ面１２Ｐが第２の部材１２の板面に対して略平行である点を除いて上記で図８を参照して説明した例と同様であるため、重複した説明は省略する。

図１０は、本発明の第３の実施形態に係る溶接構造物の別の例における溶接継手部分の断面図である。図１０に示された例では、第１の部材２１の端面２１Ｅと第３の部材２３の端面２３Ｅとが互いに突き合わされることによって突合せ継手が構成される。図示された例において、第２の部材２２は第１の部材２１と第３の部材２３とのそれぞれの板面に添接される板状の部材である。第３の部材２３の端面２３Ｅは斜角面を含み、第１の部材２１の端面２１Ｅと第３の部材２３の端面２３Ｅとの間に形成される開先に溶接金属３が充填または積層される。溶接金属３は開先の底部まで到達し、溶接ルート部３Ｃは第１の部材２１の板面２１Ｓと第２の部材２２の板面２２Ｓとの間、および第３の部材２３の板面２３Ｓと第２の部材２２の板面２２Ｓとの間にそれぞれ形成される。

上記のような図１０に示された例では、第１の部材２１の板面２１Ｓと第２の部材２２の板面２２Ｓとの間に溶接領域Ｒ１と非溶接領域Ｒ２とが形成され、非溶接領域Ｒ２は接触領域Ｒ３が含まれる。ここで、溶接領域Ｒ１は、第１の部材２１の端面２１Ｅと第３の部材２３の端面２３Ｅとの間に形成された開先に充填または積層された溶接金属３が流れ込むことによって、第１の部材２１の板面２１Ｓと第２の部材２２の板面２２Ｓとが部分的に溶融した領域である。図示された例において、第２の部材２２の板面２２Ｓの一部には斜角面２２Ｂが形成され、接触領域Ｒ３では斜角面２２Ｂの端縁２２Ｇを含む部分と第１の部材２１の板面２１Ｓとが接触する。

これによって、図１０に示された例でも、第１の部材２１の板面２１Ｓと第２の部材２２の板面２２Ｓとの間に形成される溶接ルート部への応力集中を緩和し、溶接ルート部を起点とする疲労き裂の発生を効果的に抑制することができる。第２の部材２２の板面２２Ｓの構成として、例えば上記で図２および図６を参照して説明したような例を採用することも可能である。また、図示されているように、第３の部材２３の板面２３Ｓと第２の部材２２の板面２２Ｓとの間にも溶接領域および非溶接領域が形成され、非溶接領域に含まれる接触領域で板面２２Ｓ，２３Ｓを互いに接触させることによって応力を伝達させ、第３の部材２３側での溶接ルート部を起点とする疲労き裂の発生を抑制してもよい。

（第４の実施形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る溶接構造物の溶接継手部分の断面図である。本実施形態において、溶接構造物は、第１の部材３１と第２の部材３２とを板面同士で重ね合わせることによって構成される重ね継手を含む。図１１に示された例では、第１の部材３１の端部において端面３１Ｅおよび板面３１Ｓが第２の部材３２の板面３２Ｓに溶接される。より具体的には、第２の部材３２の板面３２Ｓ上で、第１の部材３１の端面３１Ｅおよび板面３１Ｓにまたがって溶接金属３が充填または積層されることによって、第１の部材３１と第２の部材３２とが接合されている。

本実施形態でも、上記の第１の実施形態と同様に、第１の部材３１と第２の部材３２との間の溶接継手部分では、第１の部材３１の端部側から溶接金属が充填または積層されることによって第１の部材３１の板面３１Ｓと第２の部材１２の板面３２Ｓとの間に溶接領域Ｒ１と非溶接領域Ｒ２とが形成され、非溶接領域Ｒ２は接触領域Ｒ３が含まれる。図１１に示された例において、第２の部材３２の板面３２Ｓには、第１の部材３１と重なる部分に斜角面３２Ｂが形成され、接触領域Ｒ３では斜角面３２Ｂの端縁３２Ｇを含む部分と第１の部材３１の板面３１Ｓとが接触する。

これによって、図１１に示された例では、第１の部材３１の板面３１Ｓと第２の部材３２の板面３２Ｓとの間に形成される溶接ルート部への応力集中を緩和し、溶接ルート部を起点とする疲労き裂の発生を効果的に抑制することができる。第２の部材３２の板面３２Ｓの構成として、例えば上記で図６を参照して説明したような例を採用することも可能である。

上記の第１から第４の実施形態では、溶接構造物を構成する第１の部材および第２の部材は、いずれも板状部材である例について説明した。ここで、板状部材は、長さ方向または幅方向の少なくともいずれかの寸法が厚さ方向の寸法よりも大きい部材であり、長さ方向と幅方向とを含む１対の板面と、厚さ方向を含む２対の端面とを有する。上記のいくつかの例で説明した段継ぎ面は、板面の長さ方向または幅方向の一辺について、板面の端部から端面にまたがる領域を切り欠くことによって形成される。この場合、切り欠きによって形成される板面に平行な面および端面に平行な面のいずれか一方が段継ぎ面になり、他方が立ち上がり面になる。板面および端面がいずれも平面である場合、板状部材は直方体になる。板面または端面の少なくともいずれかが曲面であってもよい。この場合、板状部材は例えば全体として湾曲した曲板状、または平板の端面が膨出したような形状になる。長さ方向の寸法が大きく、幅方向の寸法と厚さ方向の寸法とが同程度である場合、板状部材は棒状部材とも呼ばれる。

なお、第１の部材または第２の部材が板状部材とは呼ばれない形状、例えば立方体であるような場合も、第１の部材と第２の部材とを対向させ、第１の部材と第２の部材との間に溶接金属を充填または積層することが可能な場合には、第１の部材と第２の部材との間に溶接領域と非溶接領域とを形成し、被溶接領域に含まれる接触領域において第１の部材と第２の部材とを接触させることによって互いの間で応力を伝達するという本発明の実施形態に係る構成を採用することが可能である。従って、本発明の実施形態において、第１の部材および第２の部材は板状部材には限定されない。

続いて、本発明の実施例について説明する。図１２Ａおよび図１２Ｂは、本発明の実施例に係る試験装置を示す図である。図１２Ａに示されるように、試験では、両側を支持された梁５１の中央に被溶接材５２を溶接した試験体を用いた。梁５１と被溶接材５２と間の溶接継手部分から両側の支点までの距離がＬ１、溶接継手部分から繰り返し荷重の載荷点までの距離がＬ２として図示されている。繰り返し荷重の載荷によって梁５１には曲げモーメントが発生し、曲げモーメントによって溶接継手部分には引張応力または圧縮応力が発生する。図１２Ｂに示されるように、被溶接材５２の端面５２Ｅには斜角面は形成されておらず、被溶接材５２を梁５１に対して７８°の角度で（すなわち、直角から１２°傾けて）当接させた状態で溶接金属５３を用いて溶接することによって、梁５１と被溶接材５２とを非溶接領域で接触させた。

図１３は、本発明の実施例における試験結果を示すグラフである。図１３のグラフには、応力比（最小応力の最大応力に対する比）が−１（溶接継手部分に引張応力を発生させる荷重と圧縮応力を発生させる荷重とが同じ大きさで交互に載荷される）および０．１（溶接継手部分に引張応力を発生させる所定の荷重を載荷した状態とその１／１０の荷重を載荷した状態とが交互に繰り返される）の場合について、応力範囲（Ｎ／ｍｍ^２）と疲労寿命（疲労き裂によって試験体が構造物としての機能を失うまでの繰り返し回数）との関係が示されている（いずれも対数表示）。なお、矢印がつけられている結果は、疲労き裂が発生しないまま所定の繰り返し回数に到達したために試験が終了したケースである。

グラフに示されているように、本発明の実施例に係る試験結果では、いずれも、応力範囲と疲労寿命との関係について規定された日本鋼構造協会（ＪＳＳＣ：Japanese Society of Steel Construction）の疲労等級Ａに相当する。この疲労等級Ａは、一般に溶接継手部分ではなく鋼材自体の疲労強度の評価に用いられる（つまり、一般の溶接継手部分は、より低い疲労等級になる）ことから、本発明の実施形態に従って溶接継手部分が形成された溶接構造物では、溶接ルート部を起点とする疲労き裂の発生が効果的に抑制されているといえる。また、応力比を０．１とした場合にも疲労き裂の発生が抑制されたことから、例えば接触領域Ｒ３を接触方向に開口させるような外力が継続的に作用する場合でも、本発明によって疲労き裂の発生を効果的に抑制できるといえる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変形例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１…デッキプレート、１Ｓ…板面、２…Ｕ形リブ、２Ｂ…斜角面、２Ｃ…曲面、２Ｅ…端面、２Ｇ…端縁、３…溶接金属、３Ｃ…溶接ルート部、１１，２１，３１…第１の部材、１１Ｅ，２１Ｅ，３１Ｅ…端面、１１Ｓ，２１Ｓ，３１Ｓ…板面、１２，２２…第２の部材、１２Ｅ…端面、１２Ｇ…端縁、１２Ｐ…段継ぎ面、１２Ｑ…立ち上がり面、２２Ｂ，３２Ｂ…斜角面、２２Ｇ，３２Ｇ…端縁、２２Ｓ，３２Ｓ…板面、２３…第３の部材、２３Ｅ…端面、２３Ｓ…板面、５１…梁、５２…被溶接材、５２Ｅ…端面、５３…溶接金属。

Claims (11)

1. 第１の部材、第２の部材、および前記第１の部材と前記第２の部材との間に充填または積層される溶接金属を含む溶接構造物であって、
   前記第１の部材と前記第２の部材との間に、前記溶接金属が充填または積層される溶接領域と、前記溶接金属が充填または積層されない非溶接領域とが形成され、
   前記非溶接領域に含まれる接触領域において、前記第１の部材と前記第２の部材とが接触することによって互いの間で応力が伝達される、溶接構造物。
2. 前記第１の部材または前記第２の部材の少なくともいずれかが、前記接触領域の近傍で弾性変形している、請求項１に記載の溶接構造物。
3. 前記第２の部材は、前記第１の部材に向かって凸な形状を有し、
   前記接触領域では、前記第２の部材の前記凸な形状を有する部分と前記第１の部材とが接触する、請求項１または請求項２に記載の溶接構造物。
4. 前記凸な形状を有する部分は、前記第２の部材の前記第１の部材に対向する面の少なくとも一部に形成される斜角面の端縁である、請求項３に記載の溶接構造物。
5. 前記第１の部材または前記第２の部材の少なくともいずれかが、板状部材である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の溶接構造物。
6. 前記溶接領域および前記非溶接領域は、前記第２の部材の端面と前記第１の部材の板面との間に形成される、請求項５に記載の溶接構造物。
7. 前記溶接領域および前記非溶接領域は、前記第２の部材の段継ぎ面と前記第１の部材との間に形成される、請求項５に記載の溶接構造物。
8. 前記溶接領域および前記非溶接領域は、前記第１の部材の板面と前記第２の部材の板面との間に形成される、請求項５に記載の溶接構造物。
9. 前記溶接構造物は、第３の部材をさらに含み、
   前記溶接金属は、前記第１の部材および前記第３の部材のそれぞれの端面と、前記第２の部材の板面との間に充填または積層され、
   前記第２の部材は、前記第１の部材と前記第３の部材とのそれぞれの板面に添接される、請求項８に記載の溶接構造物。
10. 前記第１の部材および前記第２の部材は、互いに接合されることによって閉断面を形成する長尺状の部材である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の溶接構造物。
11. 前記第１の部材または前記第２の部材の少なくともいずれかは、疲労耐久性の高い鋼材で形成される、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の溶接構造物。

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