JP2023111295A - Welded structure and method of manufacturing welded structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶接構造および溶接構造の製造方法に関する。 The present invention relates to welded structures and methods of manufacturing welded structures.
例えば特許文献1に記載されているように、突合せ溶接では溶接される部材(被接合部)の間に開先を形成し、開先に溶接金属を充填する。溶接金属の引張強さを被接合部の引張強さよりも高くすることが一般的であるが、溶接金属の引張強さを被接合部の引張強さよりも低くする、いわゆるアンダーマッチ継手も知られている。裏当て金は、突合せ溶接で開先の隙間(ルートギャップ)から溶接金属が漏れ出すのを防止し、溶接初層側の溶接不良を防止するための部材であり、開先に溶接金属を充填する前に被接合部に接合される。ただし、工事現場では、例えば梁の上フランジを溶接する場合、被接合部の下側から上向きに溶接を施工することは困難であるため、図11に示すように被接合部の上側からアクセス可能な開先の底部に被接合部91,92と裏当て金93との溶接部95を形成することが一般的であった。
For example, as described in
しかしながら、図11に示すように開先の底部で部材に裏当て金を溶接する場合、溶接金属94が充填された後もルートギャップから外れた部分では裏当て金93が被接合部91,92に接合されない。従って、例えば工事現場で上フランジを溶接する場合は、裏当て金の組立て溶接を開先内面に行うため、裏当て金93と被接合部91,92との間にスリット状の隙間93Sが形成される。さらに、溶接部で開先を取った被接合部側の部分では溶接融合線(FL)をはさんで材質が不連続になる。材質不連続部が作用する力に対して傾斜していることで、その不連続面に沿って面内せん断力が生じるため、当該部位のひずみが高まる(図12参照)。さらに、隙間93Sの先端が形状的に不連続となるため、当該部分でひずみが集中する傾向になる。地震時にスリット先端のひずみ集中によりき裂が発生すると、面内せん断力の高い溶接融合線付近でき裂が進展し、破断に至ることがある。また、溶接融合線近傍で、靭性の低い箇所がある場合には、スリット先端に発生したき裂が脆性き裂に転化し、早期破断につながるリスクもある。また、工場で溶接する場合は、裏当て金の組立て溶接は、開先外面に行われるが、その組立て溶接は、一般的に断続溶接で行われるため、断続部(溶接が途切れた部分)で上記のようなひずみ集中を起こしやすい。
However, when the backing metal is welded to the member at the bottom of the groove as shown in FIG. not joined to Therefore, for example, when welding the upper flange at a construction site, a slit-
そこで、本発明は、施工を困難にすることなく、裏当て金を利用して溶接構造の破断耐性を向上させることが可能な、溶接構造および溶接構造の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a welded structure and a method for manufacturing the welded structure that can improve the fracture resistance of the welded structure by using a backing metal without making the construction difficult. .
[1]第1の側に向けられた第1の板面、第1の側とは反対側の第2の側に向けられた第2の板面、および第1の板面に対して鈍角をなし第2の板面に対して鋭角をなすように傾斜した傾斜面を少なくとも部分的に含む第1の端面を有する第1の板状部材と、第1の側に向けられた第3の板面、第2の側に向けられ第2の板面と位置が揃えられる第4の板面、および第3および第4の板面に対して傾斜しておらず、板材軸方向である第1の方向について第1の端面に対向する第2の端面を有する第2の板状部材と、第2の板面および第4の板面にそれぞれ接触するように配置され、第1の端面と第2の板面との交点、および第2の端面と第4の板面との交点の間に形成される隙間に面する裏当て金と、第1の端面、第2の端面および裏当て金によって囲まれる空間に充填される溶接金属を含み、前記裏当て金が第1の方向の両端部のうち第1の板状部材側の端部で第2の板面に隅肉溶接される溶接構造。
[2]裏当て金は、第1の端面側から見て、第1の端面に沿って形成される第1の溶融線と第1の板面との交点を第2の板面側に投影した位置または該位置を越えた位置で第2の板面に連続で隅肉溶接される、[1]に記載の溶接構造。
[3]溶接金属の引張強さは、少なくとも第1の板状部材の引張強さよりも低い、[1]または[2]に記載の溶接構造。
[4]第1の板状部材は、H形鋼梁のフランジ、H形鋼柱のフランジまたは柱スキンプレートであり、第2の板状部材は、ダイアフラム、別のH形鋼梁のフランジ、別のH形鋼柱のフランジまたは別の柱スキンプレートであり、第1の方向は、H形鋼梁、H形鋼柱、または柱スキンプレートを含む鋼管柱の材軸方向である、[1]から[3]のいずれか1項に記載の溶接構造。
[5][1]から[4]のいずれか1項に記載の溶接構造の製造方法であって、裏当て金を第2の板面に隅肉溶接する第1の工程と、第1の端面を第2の端面に対向させるとともに裏当て金を第4の板面に接触させ、空間に溶接金属を充填する第2の工程と
を含む溶接構造の製造方法。
[6]第1の工程および第2の工程は工場もしくは施工現場で実施される、[5]に記載の溶接構造の製造方法。
[1] A first plate surface facing a first side, a second plate surface facing a second side opposite the first side, and an obtuse angle to the first plate surface a first plate-like member having a first end surface at least partially including an inclined surface inclined to form an acute angle with respect to the second plate surface; and a third plate-like member directed to the first side a plate face, a fourth plate face facing the second side and aligned with the second plate face, and a fourth plate face not inclined with respect to the third and fourth plate faces but in the direction of the plate axis; a second plate-shaped member having a second end face facing the first end face in one direction; The backing metal facing the intersection with the second plate surface and the gap formed between the intersection of the second end surface and the fourth plate surface, the first end surface, the second end surface and the backing The space surrounded by the gold is filled with a weld metal, and the backing metal is fillet-welded to the second plate surface at the end on the first plate-like member side among both ends in the first direction. Welded construction.
[2] In the backing metal, when viewed from the first end face side, the intersection of the first fusion line formed along the first end face and the first plate face is projected onto the second plate face side. The welded structure according to [1], wherein the welded structure is continuously fillet-welded to the second plate surface at or beyond the position.
[3] The welded structure according to [1] or [2], wherein the tensile strength of the weld metal is lower than the tensile strength of at least the first plate member.
[4] The first plate-like member is a flange of an H-beam, a flange of an H-beam or a column skin plate, and the second plate-like member is a diaphragm, a flange of another H-beam, another H-section steel column flange or another column skin plate, the first direction being the material axial direction of the H-section steel beam, the H-section steel column, or the steel pipe column including the column skin plate, [1 ] to [3] any one welded structure.
[5] A method for manufacturing a welded structure according to any one of [1] to [4], comprising: a first step of fillet welding the backing metal to the second plate surface; A method of manufacturing a welded structure, comprising: a second step of placing the end face against the second end face, bringing the backing metal into contact with the fourth plate face, and filling the space with the weld metal.
[6] The method of manufacturing a welded structure according to [5], wherein the first step and the second step are performed at a factory or at a construction site.
上記の構成によれば、裏当て金が接触する第1および第2の部材の板面の位置が揃えられているため、建て付け前に裏当て金を第1の板状部材に隅肉溶接で接合することが可能であり、施工が困難になることはない。裏当て金を第1の板状部材に隅肉溶接し、開先側の被接合部と裏当て金とを一体化することにより地震時に破壊起点となり得る隙間先端の露出を防ぎ、ひずみ集中部を組立て溶接止端に移行させることで、第1の板状部材と溶接金属とが接する領域におけるひずみの集中を緩和するだけでなく、溶接融合線近傍に沿ったき裂進展を回避できて溶接構造の破断耐性を向上させることができる。 According to the above configuration, since the positions of the plate surfaces of the first and second members with which the backing metal contacts are aligned, the backing metal is fillet-welded to the first plate-like member before installation. It is possible to join with , and construction does not become difficult. By fillet-welding the backing metal to the first plate-shaped member and integrating the welded part on the groove side with the backing metal, it is possible to prevent the exposure of the tip of the gap, which can be the starting point of fracture during an earthquake, and prevent the strain concentration part. By transferring to the assembly weld toe, not only can strain concentration be alleviated in the region where the first plate-shaped member and the weld metal are in contact, but crack propagation along the vicinity of the weld fusion line can be avoided, and the welded structure The breaking resistance of can be improved.
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した説明を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, constituent elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.
図1は、本発明の一実施形態に係る溶接構造を示す断面図である。図示された例において、溶接構造10は、第1の板状部材11と、第2の板状部材12との間に形成される突合せ溶接部である。ここで、本明細書において、板状部材は厚さに対して長さおよび幅が大きい形状の部材であり、板面は板状部材の面のうち、長さ方向および幅方向を含む1対の面である。また、端面は板状部材の面のうち、厚さ方向を含む2対の面である。なお、図1の例に示された端面11E,12Eは、第1の板状部材11および第2の板状部材12のそれぞれの幅方向と厚さ方向とを含む面である。溶接構造10は、例えば以下のような接合部に適用される。
・第1の板状部材11がH形鋼梁のフランジまたは柱スキンプレート、第2の板状部材12が鋼管柱またはH形鋼柱に取り付けられたダイアフラムまたは柱スキンプレートである柱-梁間の接合部
・第1の板状部材11がH形鋼梁のフランジ、第2の板状部材12が別のH形鋼梁のフランジである梁-梁間の接合部
・第1の板状部材11が鋼管柱の柱スキンプレートまたはH形鋼柱のフランジ、第2の板状部材12が別の鋼管柱の柱スキンプレートまたはH形鋼柱のフランジである柱-柱間の接合部
上記の例において、H形鋼梁のフランジは上フランジであってもよいし、下フランジであってもよい。また、鋼管柱は、角形鋼管で形成されてもよいし、溶接組立箱型断面材で形成されてもよい。なお、溶接構造10は、上記の例に限られず、現場施工される突合せ溶接部に広く適用可能である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a welded structure according to one embodiment of the present invention. In the illustrated example, the
Between a column and a beam, in which the first plate-
第1の板状部材11は、上側に向けられた板面111、下側に向けられた板面112および端面11Eを有する。端面11Eは、上側の板面111に対して鈍角をなし、下側の板面112に対して鋭角をなすように傾斜した傾斜面である。一方、第2の板状部材12は、上側に向けられた板面123、下側に向けられた板面124および端面12Eを有する。端面12Eは、板面123,124に対して傾斜していない。第1の板状部材11および第2の板状部材12の端面11E,12Eは、図中のX方向について互いに対向している。X方向は、第1の板状部材11がH形鋼梁のフランジである場合にはH形鋼梁の材軸方向である。上記のように端面11Eは傾斜面であるため、第1の板状部材11と第2の板状部材12との間には一般的にレ形(片傾斜)の開先が形成される。
The
ここで、第1の板状部材11および第2の板状部材12の下側の板面112,124の位置(図中のY方向、すなわち高さ方向の位置)は、後述する裏当て金を接触させるために揃えられている。一方、上側の板面111,123の位置は図示された例では揃えられているが、他の例では必ずしも揃えられていなくてもよい。つまり、第1の板状部材11および第2の板状部材12の板厚は必ずしも同じでなくてもよい。また、第1の板状部材11の端面11Eは、必ずしもその全体が傾斜面で形成されなくてもよく、例えば開先の底部に面する部分では板面111,112に対して傾斜していない面が形成されてもよい。
Here, the positions of the
裏当て金13は、第1の板状部材11および第2の板状部材12の下側の板面112,124にそれぞれ接触するように配置され、第1の板状部材11と第2の板状部材12との間に形成される開先のルートギャップをふさぐ。具体的には、裏当て金13は、第1の板状部材11の端面11Eと板面112との交点、および第2の板状部材12の端面12Eと板面124との交点の間に形成される隙間に面する。開先、すなわち端面11E,12Eおよび裏当て金13によって囲まれる空間に溶接金属14を充填することによって、溶接構造10が構成される。溶接金属14を充填することによって第1の板状部材11および第2の板状部材12はそれぞれ溶融し、端面11Eに沿った溶融線11F、および端面12Eに沿った溶融線12Fが形成される。なお、溶接金属14は、必ずしも一度の施工で充填されなくてもよく、複数回にわたって積層されることによって開先に充填されてもよい。
The
本実施形態では、裏当て金13が、母材同士が対向する方向(X方向)の両端部のうち第1の板状部材11側の端部で、隅肉溶接部15によって板面112に接合される。例えば、梁同士、あるいは梁と柱を工事現場で溶接接合する場合、第1の板状部材11と第2の板状部材12を裏当て金13を用いて組み立てるには裏当て金13を板面に接合するための隅肉溶接を上向き姿勢で施工することになるため、施工が困難である。
In this embodiment, the backing
隅肉溶接部15は、例えば第1の板状部材11を含むH形鋼梁などを製造または加工する工場で施工されてもよいし、施工現場で建て付けの前に施工されてもよい。これらの工程では、例えばH形鋼梁などの上下を反転させた状態で隅肉溶接部15を施工できるため、第1の板状部材11の上側から下向きに溶接を実施すればよく、施工は容易である。ただし、連続で隅肉溶接を行うことによる裏当て金の変形を抑えるために、予め開先面内に断続的に隅肉溶接を行ってもよい。
The fillet weld 15 may be constructed, for example, at a factory that manufactures or processes the H-shaped steel beam including the
さらに、本実施形態では、図1に示されるような溶接構造10の断面、すなわち被接合部同士が対向する方向(X方向)を含む断面において、傾斜した溶融線11Fを有する被接合部である第1の板状部材11の板面112と裏当て金13とが接触している長さL1が、溶融線11F側から見て、溶融線11Fと上側の板面111との交点P1を下側に投影した位置P2または位置P2を越えた位置に連続溶接の隅肉溶接部15が形成されるように設定されることにより、隅肉溶接止端でのき裂発生時に母材断面での破断を誘導することができる。また、隅肉溶接部15の脚長L3は、応力の伝達上また熱的条件から4mm以上であることが好ましい。
Furthermore, in the present embodiment, in the cross section of the welded
上記のように裏当て金13を隅肉溶接部15で第1の板状部材11の板面112に接合することによって、形状不連続点となる隙間先端の露出を無くし、裏当て金と被接合材とが地震時に離間することを防げるため、ひずみの集中を緩和できる。さらに、位置P2または位置P2を越えた位置に隅肉溶接部15を形成することによって、隅肉溶接止端のひずみの集中を、溶接止端部のひずみより十分に緩和できる。さらに、溶接部の塑性変形を抑制できる。また、溶接接合線近傍の母材の塑性化を緩和することによって、低強度部の塑性拘束効果を高めることができる。また、L1の長さは、溶接ルート側のひずみ集中を緩和するためにも、長ければ長い程望ましい。しかし、L1が長いと、梁同士の溶接の場合に裏当て金を設置するために設けられる梁ウェブの断面欠損(スカラップ)が大きくなり、部材として必要な曲げ耐力を十分に確保できない可能性がある。また、L1を長くすると裏当て金自体の重量が大きくなりすぎ、部材への取り付け時に人の手で運搬できなくなる可能性もある。そのため、スカラップの大きさは設計耐力を確保できる大きさとし、L1の長さはそのスカラップの大きさ以下に抑えることが望ましい。
By joining the backing
以上で説明した本発明の一実施形態によれば、第1の板状部材11および第2の板状部材12の下側の板面112,124の位置が揃えられ、これらの板面112,124に裏当て金13を接触させるため、建て付け前に裏当て金13が第1の板状部材11に接合されていても建て付け時の位置ずれを吸収できる。従って、隅肉溶接部15は例えば第1の板状部材11の上下を反転させた状態で施工でき、これによって施工が困難になることはない。
According to the embodiment of the present invention described above, the lower plate surfaces 112 and 124 of the
なお、上記の実施形態では裏当て金13が隅肉溶接部15で第1の板状部材11にのみ接合されていたが、例えば第2の板状部材12側では開先の底部、すなわち端面12Eと板面124との交点付近に溶接部が形成され、裏当て金13が第1の板状部材11および第2の板状部材12の両方に接合されてもよい。
In the above embodiment, the backing
本発明の実施形態において、被接合部(上記の例では第1の板状部材11および第2の板状部材12)の引張強さと溶接金属(上記の例では溶接金属14)の引張強さとの関係は特に限定されない。つまり、一般的な例のように溶接金属の引張強さを被接合部の引張強さよりも高くしてもよいし、溶接金属の引張強さを被接合部の引張強さよりも低くしたアンダーマッチ継手にしてもよい。アンダーマッチ継手には利点もあるが、溶接部にひずみが集中し破断が生じやすくなるという弱点もあるため、上述したような本発明の実施形態と組み合わせることによってこの弱点を補うことができる。なお、それぞれの被接合部の引張強さは同じでなくてもよい。従って、上記の実施形態の場合、アンダーマッチ継手は、溶接金属14の引張強さが少なくとも第1の板状部材11の引張強さよりも低い場合として定義される。
In the embodiment of the present invention, the tensile strength of the parts to be joined (the first plate-shaped
図2は、溶接構造の解析条件について説明するための図である。上記のような本発明の実施形態の効果を検証するために、図2に示されるようなモデルで構造解析を実施した。被接合部である第1の板状部材11および第2の板状部材12は、いずれも板厚t1が22mm、板幅Wが150mmであり、780N/mm2級鋼材(引張強さ866N/mm2)で形成される。溶接金属14については、590N/mm2級相当のひずみ関係を真応力-真ひずみ関係に変換したものを用いた(引張強さ659N/mm2)。開先を形成する第1の板状部材11の端面は、開先角度35°の傾斜面で形成される。第1の板状部材11と第2の板状部材12との間のルートギャップの大きさは7mmである。裏当て金13は、板厚t2が9mm、板幅Wは被接合部と同じであり、材料は490N/mm2級鋼材(引張強さ594N/mm2)で形成される。裏当て金13の長さL、被接合部との接触長さL1,L2(図1を参照)および接合状態は、表1に示す解析例1~解析例5でそれぞれ異なる。各例で裏当て金13はルートギャップ部分で溶接金属14に接合され、表1で隅肉溶接「あり」になっている例では加えて隅肉溶接部15(図1を参照)を形成した。隅肉溶接部15はJIS Z3312に規定されるYGW11のワイヤ(引張強さ594N/mm2)で形成され、脚長は4.5mmである。
FIG. 2 is a diagram for explaining analysis conditions for a welded structure. In order to verify the effect of the embodiment of the present invention as described above, structural analysis was performed using a model as shown in FIG. The first plate-shaped
解析モデルはZ方向(板状部材の幅方向)について対称性を考慮した1/2モデルとし、モデル化の要素には16節点構造ソリッドを用いた。解析変数は溶接金属14によって形成される溶接部の裏当て金長さ、設置位置である。載荷方法は、第2の板状部材12のX方向端部にX方向(正)の強制変位Dを与える単調載荷とした。第1の板状部材11のX方向端部はX,Y,Zの各方向について変位を拘束されており、第2の板状部材12のX方向端部もY,Z方向については変位を拘束されている。また、対称面の変位はZ方向について拘束されている。降伏条件としてはフォンミーゼスの降伏条件を採用し、ソルバーには汎用の有限要素解析ソフトウェアである「ANSYS 2021 R1」を用いた。
The analysis model was a 1/2 model considering symmetry in the Z direction (the width direction of the plate member), and a 16-node structural solid was used as the modeling element. The analysis variables are the backing strip length and installation position of the weld formed by the
図3は、溶接構造の解析結果における最大耐力を示すグラフである。なお、縦軸は最大耐力σmaxを、横軸は被接合部との接触長さL1を示す。グラフに示されるように、解析例1および解析例5のいずれにおいても溶接構造の最大耐力σmaxは溶接金属の引張強さ(659N/mm2)を上回り、被接合部の引張強さ規格値(780N/mm2)も上回っているが、裏当て金を隅肉溶接した解析例2~5の方が最大耐力が高く、構造性能としては安全側であることがわかる。 FIG. 3 is a graph showing the maximum yield strength in the analysis results of the welded structure. The vertical axis indicates the maximum proof stress σ max , and the horizontal axis indicates the contact length L1 with the joined portion. As shown in the graph, in both Analysis Example 1 and Analysis Example 5, the maximum yield strength σ max of the welded structure exceeds the tensile strength of the weld metal (659 N/mm 2 ), and the tensile strength standard value of the welded part (780 N/mm 2 ), but Analysis Examples 2 to 5, in which the backing metal is fillet-welded, have a higher maximum proof stress and are on the safe side in terms of structural performance.
図4、図5は、溶接構造の解析結果の最大耐力時における開先内ルート部P3、溶接止端P1および隅肉溶接止端P4の相当塑性ひずみを示すグラフである。なお、開先内ルート部P3および隅肉溶接止端P4については、図1に示されている。図4および図5のグラフにおいて、縦軸は相当塑性ひずみを、横軸は被接合部との接触長さL1を示す。図4に示されるように、解析例1(No.1)に比べて解析例2(No.2)では、開先外に隅肉溶接を行うことにより、開先内ルート部P3のひずみを緩和している。また、図5に示されるように、解析例2(No.2)に比べて解析例3、解析例4では、位置P2付近または位置P2を越えた位置に隅肉溶接部15を形成することによって、隅肉溶接止端P4のひずみを、溶接止端部P1のひずみより十分に緩和できる。さらに、溶接部の塑性変形を抑制できる。 4 and 5 are graphs showing the equivalent plastic strain of the groove inner root portion P 3 , the weld toe P 1 and the fillet weld toe P 4 at the time of the maximum yield strength of the analysis results of the welded structure. The groove inner root portion P3 and the fillet weld toe P4 are shown in FIG. In the graphs of FIGS. 4 and 5, the vertical axis indicates the equivalent plastic strain, and the horizontal axis indicates the contact length L1 with the welded portion. As shown in FIG. 4, in analysis example 2 (No. 2), compared to analysis example 1 (No. 1), fillet welding is performed outside the groove, so that strain in the groove inner root portion P3 are mitigated. Further, as shown in FIG. 5, in analysis examples 3 and 4, the fillet weld 15 is formed near the position P2 or beyond the position P2 compared to the analysis example 2 (No. 2). By doing so, the strain of the fillet weld toe P4 can be sufficiently relieved from the strain of the weld toe P1 . Furthermore, plastic deformation of the weld can be suppressed.
図6から図10は、溶接構造の解析結果の最大耐力時における相当塑性ひずみの分布を示すコンター図である。図6に示されるように、解析例1では、第1の板状部材と溶接金属とが接する領域でひずみの集中が見られる。これは、傾斜面に発生する面内せん断力(図12参照)により、材料不連続部でのひずみが高まりやすく、特に裏当て金と板面の隙間が形状不連続点となり、最もひずみが集中するためである。そのため、図7に示されるように、裏当て金が第1の板状部材の板面に隅肉溶接された解析例2では、裏当て金と板面との間が隙間なく一体化することにより、形状不連続点となる隙間先端の露出を無くし、裏当て金と被接合材とが地震時に離間することを防ぐため、上記の領域への集中が緩和されている。さらに、図8に示されるように、裏当て金が第1の板状部材側に延伸された解析例3では、組立溶接周囲でのひずみ集中を溶接接合線近傍のひずみ集中から遠ざけ、溶接接合線近傍の母材の塑性化を緩和することによって、低強度部の塑性拘束効果を高めることができるため、裏当て金と板面の隙間でのひずみ集中がさらに緩和されている。この解析例3において、裏当て金と第1の板状部材との間の隅肉溶接部は開先の開口位置(図1に示す位置P1,P2)よりもわずかに開先側にあり、長さL1はP2の位置であり、解析例2に比べて隅肉溶接止端部のひずみ集中を緩和できている。図9に示されるように、裏当て金が第1の板状部材側に延伸された解析例4では、第1の板状部材の内部におけるひずみの分布がさらに広がり、第1の板状部材と溶接金属とが接する領域へのひずみの集中はさらに緩和される。一方、図10に示されるように、解析例5では、長さL1および、長さL2を同じ長さだけ水平移動させているが、この場合も解析例3と同様の効果が得られていることが分かる。なお、面内せん断力は溶接金属部と母材部との引張強さに差があればあるほど高まり、特に溶接金属部強度が母材強度に比べて低いアンダーマッチ継手では面内せん断力が顕著に高まる。 6 to 10 are contour diagrams showing the distribution of the equivalent plastic strain at the time of the maximum proof stress of the analysis results of the welded structure. As shown in FIG. 6, in Analysis Example 1, strain concentration is observed in the region where the first plate member and the weld metal are in contact. This is because the in-plane shear force (see Fig. 12) generated on the inclined surface tends to increase the strain at the material discontinuity, and the gap between the backing metal and the plate surface becomes the shape discontinuity point, where the strain is most concentrated. It is for Therefore, as shown in FIG. 7, in Analysis Example 2 in which the backing metal is fillet welded to the plate surface of the first plate member, the backing metal and the plate surface are integrated without any gap. In order to eliminate the exposure of the tip of the gap, which is a shape discontinuity point, and to prevent the backing metal and the material to be joined from separating during an earthquake, the concentration in the above region is alleviated. Furthermore, as shown in FIG. 8, in Analysis Example 3 in which the backing metal extends toward the first plate-shaped member, the strain concentration around the assembly weld is kept away from the strain concentration near the weld joint line, and the weld joint By alleviating the plasticity of the base material near the line, the plastic restraint effect of the low-strength portion can be enhanced, so the strain concentration in the gap between the backing metal and the plate surface is further alleviated. In this analysis example 3, the fillet weld between the backing metal and the first plate member is slightly on the groove side of the opening position of the groove (positions P 1 and P 2 shown in FIG. 1). The length L1 is the position of P2 , and strain concentration at the fillet weld toe can be alleviated compared to Analysis Example 2. As shown in FIG. 9, in Analysis Example 4 in which the backing metal is stretched toward the first plate-shaped member, the strain distribution inside the first plate-shaped member spreads further, and the first plate-shaped member The concentration of strain in the area where the weld metal and the weld metal are in contact is further relaxed. On the other hand, as shown in FIG. 10, in Analysis Example 5, the length L1 and the length L2 are horizontally moved by the same length, but in this case also, the same effect as in Analysis Example 3 can be obtained. It is understood that The in-plane shear force increases with the difference in tensile strength between the weld metal and the base metal. increase markedly.
以上のような解析結果によって、裏当て金を第1の板状部材の板面に隅肉溶接により一体とすることが、形状不連続点となる隙間先端の露出を無くし、裏当て金と被接合材とが地震時に離間することを防ぐため、図11に示した隙間93Sの先端でのひずみの集中を緩和するために有効であることが示された。また、裏当て金を第1の板状部材側に延伸するか、または裏当て金全体を第1部材側に移動させることによって、組立溶接周囲でのひずみ集中を溶接接合線近傍のひずみ集中から遠ざけ、溶接接合線近傍の母材の塑性化を緩和することによって、アンダーマッチ部の塑性拘束効果を高めることができるため、効果的に隙間93Sの先端でのひずみ集中が緩和されることが示された。裏当て金を延伸する、または移動させる目安として、解析例4の値(隅肉溶接部が位置P2または位置P2を越えた位置に形成される)を採用してもよい。ただし、裏当て金がこれよりも短い場合であってもひずみの集中を緩和する効果が得られることは、解析例2、解析例3によって示される通りである。
According to the above analysis results, the backing metal is integrated with the plate surface of the first plate member by fillet welding to eliminate the exposure of the leading edge of the gap, which is a point of discontinuity in shape, and In order to prevent the bonding material from separating during an earthquake, it was shown to be effective in mitigating strain concentration at the tip of the
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、本発明はこれらの例に限定されない。本発明の属する技術の分野の当業者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更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。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to these examples. It is obvious that a person skilled in the art of the technical field to which the present invention belongs can conceive of various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Naturally, it is understood that it belongs to the technical scope of the present invention.
10…溶接構造、11…第1の板状部材、111,112…板面、11E…端面、11F…溶接線(FL)、12…第2の板状部材、123,124…板面、12E…端面、12F…溶接線(FL)、13…裏当て金、14…溶接金属、15…隅肉溶接部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1の側に向けられた第3の板面、前記第2の側に向けられ前記第2の板面と位置が揃えられる第4の板面、および前記第3および第4の板面に対して傾斜しておらず、板材軸方向である第1の方向について前記第1の端面に対向する第2の端面を有する第2の板状部材と、
前記第2の板面および前記第4の板面にそれぞれ接触するように配置され、前記第1の端面と前記第2の板面との交点、および前記第2の端面と前記第4の板面との交点の間に形成される隙間に面する裏当て金と、前記第1の端面、前記第2の端面および前記裏当て金によって囲まれる空間に充填される溶接金属を含み、前記裏当て金が前記第1の方向の両端部のうち前記第1の板状部材側の端部で前記第2の板面に隅肉溶接される溶接構造。 a first plate surface directed to a first side, a second plate surface directed to a second side opposite said first side, and an obtuse angle to said first plate surface; a first plate-like member having a first end surface at least partially including an inclined surface inclined to form an acute angle with respect to the second plate surface;
a third plate surface facing said first side, a fourth plate surface facing said second side and aligned with said second plate surface, and said third and fourth plate surfaces a second plate-shaped member having a second end surface that is not inclined with respect to the plate member and that faces the first end surface in a first direction that is the axial direction of the plate;
arranged to contact the second plate surface and the fourth plate surface, respectively, the intersection of the first end surface and the second plate surface, and the second end surface and the fourth plate a backing metal facing a gap formed between intersections with the surfaces, and a weld metal filling a space surrounded by the first end face, the second end face and the backing metal; A welded structure in which a patch is fillet-welded to the second plate surface at an end portion on the first plate-like member side among both end portions in the first direction.
前記第2の板状部材は、ダイアフラム、別のH形鋼梁のフランジ、別のH形鋼柱のフランジまたは別の柱スキンプレートであり、
前記第1の方向は、前記H形鋼梁、前記H形鋼柱、または前記柱スキンプレートを含む鋼管柱の材軸方向である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の溶接構造。 The first plate member is an H-shaped steel beam flange, an H-shaped steel column flange, or a column skin plate,
the second plate member is a diaphragm, another H-beam flange, another H-beam column flange or another column skin plate;
4. The first direction according to any one of claims 1 to 3, wherein the H-section steel beam, the H-section steel column, or the steel pipe column including the column skin plate. Welded construction.
前記裏当て金を前記第2の板面に隅肉溶接する第1の工程と、
前記第1の端面を前記第2の端面に対向させるとともに前記裏当て金を前記第4の板面に接触させ、前記空間に前記溶接金属を充填する第2の工程と
を含む溶接構造の製造方法。 A method for manufacturing a welded structure according to any one of claims 1 to 4,
a first step of fillet welding the backing metal to the second plate surface;
and a second step of placing the first end face against the second end face, bringing the backing metal into contact with the fourth plate face, and filling the space with the weld metal. Method.
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