JP3314682B2 - 耐候性に優れたh形鋼材とそれを用いた橋梁 - Google Patents

耐候性に優れたh形鋼材とそれを用いた橋梁

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、海岸地域などの塩
分が飛来する大気腐食環境において高耐食性となる橋梁
の構造に関わるものである。
【0002】
【従来の技術】橋梁などの鋼構造物は、厳重な塗装を施
すなどの防食処置をとるのが通常である。塗装は非常に
効果の高い防食手段であるが、大気暴露環境においては
劣化が著しいため、定期的な補修を必要とする。補修す
る際には、劣化した塗装とその下地に発生した錆が残っ
ていると、塗装による防食効果が著しく低下してしま
う。この問題を回避するためには、補修個所の旧塗装と
錆とを研削除去し、そこにあらためて再塗装を実施する
必要がある。この作業は目視による確認を必要とするた
め自動化することが極めて困難で、熟練した作業員の手
作業によらねばならない。しかし、特に近年は人件費の
高騰や塗装工の減少などにより、その補修が困難になる
という問題が生じている。
【0003】頻繁な塗装の補修作業を回避するため、近
年では橋梁の主桁に耐候性鋼を適用し、無塗装で建設す
る例が増えている。耐候性鋼は、大気暴露環境におい
て、銅、りん、クロムなどの有効元素が富化した防食性
の高い安定錆が表面を覆うことにより、著しく腐食の進
展が遅くなるというものである。その著しい耐候性の高
さのため、耐候性鋼を使用した橋梁は、しばしば無塗装
のまま数十年間の供用に耐えることが知られている。し
かし、海岸地域のように塩分が比較的に多い環境では、
耐候性鋼の錆は安定化しにくく、実用的な耐食性が得難
いことが知られている。こうした環境で実用に耐える鋼
材を製造するため、銅、りん、クロム、タングステンな
どの有効元素を多量に添加するなどの方法が、例えば特
公昭51−28048号公報、特公昭57−10941
号公報、特開平3−158436号公報、特開平4−6
245号公報に開示されている。
【0004】近年、耐候性鋼を日本国内の各所に暴露腐
食試験した結果が、建設省により公表された。この試験
結果から建設省は、耐候性鋼を無塗装で使用することが
可能な地域として、飛来する塩分量が0.05mdd以
下の地域に限るという指針を提示している。すなわち上
記の技術によっても、飛来塩分量が0.05mdd以上
の地域において、従来の耐候性鋼を用いた無塗装橋梁
は、十分な耐食性を有していない。
【0005】海岸地域における耐候性を改善した鋼材の
製造技術としては、特開平7−207340号公報、特
開平7−242993号公報、特開平8−134587
号公報が開示されている。これらの技術によれば、クロ
ムやニッケルなどの元素を多量に添加することにより、
塩分が比較的に多い環境における鋼の耐食性を改善して
いる。しかし、クロムを大量に含有する鋼は、低温割れ
などの溶接欠陥が生じやすく、予熱を実施するなどの溶
接欠陥を防止する処置が必要である。橋梁などの溶接構
造物の場合、予熱や溶接欠陥の検査などの現場作業は困
難であり、建設コストが増加するなどの弊害が生じる。
また、ニッケルは高価な成分元素であり、これを多量に
含有する鋼によって橋梁を建設することは、経済的に不
利である。すなわち、これら技術では、実用的な耐食性
を有する橋梁を安価に建設することは困難である。すな
わち、従来の技術によっては、飛来塩分量が0.05m
dd以上の地域において、十分な耐食性を有する橋梁を
安価に建設することは困難であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、0.
05mdd以上、特に0.05mdd以上1mdd未満
の塩分が飛来する環境において、十分な耐食性を有する
橋梁を安価に建設することのできる耐候性に優れたH形
鋼材及びそれを用いた橋梁を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために、海岸地域に建設される桁橋の各部位
における腐食の度合いと鋼材の成分との関係について鋭
意検討した。その結果、飛来する塩分の量によっては、
主桁のウエブ、特に山側のウエブでは、無塗装の耐候性
鋼材でも腐食が軽微であり、無塗装でも数十年の供用に
耐える場合があることが判明した。また、飛来する塩分
量が0.05mdd以上の海岸地域では、フランジ部は
耐候性鋼材でも常に著しい腐食の進行が生じるが、下記
の成分組成の鋼材を使用したフランジでは、比較的に軽
微な腐食に止め得ることが判明した。すなわち、フラン
ジ部の鋼材の成分組成は、重量%にて、C:0.15%
以下、Si:0.7%以下、Mn:0.2%〜1.5
%、P:0.03〜0.15%、S:0.02%以下、
Al:0.01〜0.1%、Cr:0.1%以下、N
i:0.4〜4.0%、Cu:0.4%以下、Mo:
0.1%〜1.5%を含有し、残部が鉄および不可避的
不純物である。以下、この鋼材を耐飛来塩分鋼材と呼
ぶ。
【0008】
【発明の実施の形態】ウエブに使用する耐候性鋼材は公
知の鋼材で、例えばJIS規格に規定する溶接構造用耐
候性鋼材SMAにより構成する。上下フランジ及び最も
海側の主桁のウエブに使用する溶接構造用鋼の各成分の
添加理由及び限定理由を以下に述べる。
【0009】C:0.15%以下 Cは所定の強度を確保するために添加するが、0.15
%を超えると溶接性および靭性が劣化する。したがっ
て、その上限を0.15%とする。
【0010】Si:0.7%以下 Siは製鋼時の脱酸剤および強度向上元素として添加す
るが、過剰に添加すると靭性が著しく低下する。したが
って、その上限を0.7%以下とする。
【0011】Mn:0.2%〜1.5% Mnは所定の強度を確保するために0.2%以上添加す
る。しかし、1.5%を超えて過剰に添加するとベイナ
イト組織が生じやすくなり、機械的特性、特に靭性が劣
化する。したがってMn量を0.2〜1.5%の範囲と
する。
【0012】P:0.03〜0.15% Pは本発明において重要な元素であり、鋼の強度を向上
させる作用があるとともに、耐食性を向上させる効果が
ある。しかし、0.03%未満の添加では耐食性の向上
に効果がなく、0.15%を超えると溶接性が劣化す
る。したがって、P量を0.03〜0.15%の範囲と
する。
【0013】S:0.02%以下 Sは耐食性に有害な元素であるので、0.02%以下と
する。 Al:0.01〜0.1% Alは製鋼時の脱酸剤として0.01%以上添加する
が、過剰に添加すると腐食の起点となる介在物が生じや
すくなるので0.1%以下とする必要がある。したがっ
て、Al量を0.01〜0.1%とする。
【0014】Cr:0.1%以下 Crは、塩分の多い環境においては孔あき腐食を助長す
る効果がある。また、溶接性を著しく劣化させる。その
ため、Cr量を0.1%以下とする。
【0015】Ni:0.4〜4.0% Niはこの発明において重要な元素であり、Moとの共
存により塩分の多い環境における耐食性を向上させる効
果がある。しかし、0.4%未満の添加では効果がな
く、4%を超えると経済性の点で不利である。したがっ
て、Ni量を0.4〜4%とする。
【0016】Cu:0.4%以下 Cuは耐食性を向上させる効果があるため、必要量添加
する。しかし、0.4%を超えると効果が飽和し、かつ
経済性の点で不利である。したがって、Cu量を0.4
%以下とする。
【0017】Mo:0.1%〜1.5% Moもまたこの発明において重要な元素であり、Niと
の共存により塩分の多い環境における耐食性を向上させ
る効果がある。しかし、0.1%未満の添加では効果が
なく、1.5%を超える添加では経済性の点で不利であ
る。したがって、Mo量を0.1〜1.5%の範囲とす
る。
【0018】次に溶接構造用鋼の溶接金属の各成分(M
o,Ni)の添加理由及び限定理由は、鋼材の場合の限
定理由と同じである。すなわち、 Mo:0.1〜1.5% Moもまたこの発明において重要な元素であり、Niと
の共存により塩分の多い環境における耐食性を向上させ
る効果がある。しかし、0.1%未満の添加では効果が
なく、4%を超える添加では経済性の点で不利である。
したがって、Mo量を0.11.5%の範囲とする。
【0019】Ni:0.4〜4.0% Niはこの発明において重要な元素であり、Moとの共
存により塩分の多い環境における耐食性を向上させる効
果がある。しかし、0.4%未満の添加では効果がな
く、4%を超えると経済性の点で不利である。したがっ
て、Ni量を0.4〜4%とする。
【0020】次に、この発明で、各部の鋼材の組み合わ
せを上記のごとく指定した理由について説明する。ウエ
ブを構成する耐候性鋼材(JIS規格に規定する溶接構
造用耐候性鋼材SMAなど)は、飛来する塩分が0.0
5mddを超える地域では、耐食性の劣化が著しく、無
塗装では使用できないとされている。しかし、本発明者
らが詳細に検討した結果、ウエブでは耐候性鋼材でも十
分に耐食性が発揮できることが判明した。これは、ウエ
ブでは雨水が直接かかることにより塩分が洗浄されると
ともに、雨があがると風や太陽光により極めて速やかに
乾燥するので、腐食環境としてはそれほど過酷ではない
ことによる。しかし、ウエブを無塗装としてよいのは、
飛来する塩分が1mdd以下の場合であり、それ以上の
場合には、他の環境条件の如何に関わらず、塗装する
か、より耐食性の良好な鋼材を使用せねばならない。ま
た、橋梁の上部構造により、雨による洗浄効果が期待で
きない場合、または環境条件により常に多湿になること
が予想される場合には、海側のウエブのみ、上下フラン
ジと同一の鋼材を使用する。
【0021】上下フランジは、耐飛来塩分鋼材により構
成する。上フランジは、雨に直接さらされないため、付
着した塩分が洗浄されにくい。また下フランジは、上部
のウエブから雨水とともに流れてきた塩分が滞留すると
ともに、溜まった雨水が乾燥しにくい。それゆえ、飛来
する塩分が0.05mdd以上の地域では、上下フラン
ジを耐候性鋼材とし、かつ無塗装で供用すると、建設後
10年程度で激しい腐食が生じる。そこで、上下フラン
ジには、飛来塩分に対する耐食性を高めた耐飛来塩分鋼
材を使用することとする。
【0022】本発明の特徴は、形鋼のウエブと上下フラ
ンジで使用する鋼材を区別したことにある。耐候性鋼材
によってのみ形鋼を構成する場合には、前述のように飛
来する塩分が0.05mddを超えると耐食性が不足す
る懸念がある。また耐飛来塩分鋼材によってのみ形鋼を
構成すると、この鋼材はニッケルやモリブデンなど、高
価な成分元素を多量に含有する鋼材であるので、コスト
の上昇がまぬがれない。本発明は、形鋼各部に必要な耐
食性を考慮し、ウエブとフランジ部で使用する鋼材を区
別することで、必要な耐食性の確保と、安価な建設資材
コストとを両立したものである。
【0023】
【実施例】ウエブと補鋼材に耐候性鋼材を、上下フラン
ジに耐飛来塩分鋼材を使用し、隅肉溶接によりそれらを
結合して、主桁とした。使用した耐候性鋼材と耐飛来塩
分鋼材の成分を表1に示す。さらに、耐候性鋼材にて横
桁および対傾構を構成し、耐候性高力ボルトおよびナッ
トによりそれらを連結し、活荷重単純剛性鈑桁橋を作製
した。各部の寸法を図1に示す。これにさらに、図2に
示す形状の腐食試験片を、上フランジの下側と下フラン
ジの下側に、碍子を介してボルトにより取り付けた。腐
食試験片の化学成分は、表2〜表4の通りである。これ
を広島県福山市NKK福山製鉄所内の暴露試験場におい
て、南向き岸壁から北へ100mの位置に、長手を東西
方向として、無塗装のまま設置した。また、これと比較
するために、同じ構造で耐候性鋼材のみによって橋梁を
作製し、上記実験橋の横にこれも無塗装のまま設置し
た。設置した位置における飛来塩分量は、1992年春
からの1年間で、0.62mddであった。1922年
春より5年間にわたり両者の暴露試験を実施した。暴露
試験終了後、両方の橋梁のほぼ中央から、図2に示す位
置より試験片を切り取り、除錆後、板厚減少を測定し
た。測定結果を表5に示す。比較例では、ウエブの板厚
減少量は比較的に小さいが、下部フランジには著しい板
厚の減少が生じている。これに比べ、本発明例では、い
ずれの板厚減少量も小さく、長期間の供用に耐えること
が予想されている。また、腐食試験片の板厚減少量の測
定値は、表2〜表4の右端のコラムに示した。請求項に
記載の化学成分であれば、腐食抑制の効果は同様である
ことが明らかである。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】
【表3】
【0027】
【表4】
【0028】
【表5】
【0029】
【発明の効果】この発明によれば、0.05mdd以
上、特に0.05mdd以上1mdd未満の塩分が飛来
する環境において、十分な耐食性を有する橋梁を安価に
建設することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明橋の構造を示す図。
【図2】腐食試験片の形状を示す図。
【図3】暴露試験における板厚減少量の測定部位を示す
図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−165647(JP,A) 特開 平9−227987(JP,A) 特開 昭57−2865(JP,A) 特開 平6−256851(JP,A) 特開 平5−209222(JP,A) 特開 平7−155951(JP,A) 特開 平3−170641(JP,A) 特開 平10−46285(JP,A) 特開 平10−96027(JP,A) 特開 平10−251797(JP,A) 特開 平11−21622(JP,A) 特開 平11−21623(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60 E01D 2/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウエブに耐候性鋼材を使用し、上下フラ
    ンジに重量%にて、 C:0.15%以下、Si:0.7%以下、Mn:0.
    2%〜1.5%、P:0.03〜0.15%、S:0.
    02%以下、Al:0.01〜0.1%、Cr:0.1
    %以下、Ni:0.4〜4.0%、Cu:0.4%以
    下、Mo:0.1%〜1.5%を含有する溶接構造用鋼
    を使用し、溶接金属が、Mo:0.1〜1.5%、N
    i:0.4〜4.0%含有することを特徴とする耐候性
    に優れたH形鋼材。
  2. 【請求項2】 桁橋の主桁に請求項1に記載のH形鋼材
    を使用していることを特徴とする耐候性に優れた橋梁。
  3. 【請求項3】 桁橋の主桁において、左右の桁を海風が
    直接当たるか否かにより海側と山側に区別したときに、
    最も海側の主桁を除いた主桁に請求項1に記載のH形鋼
    材を使用し、最も海側の主桁に、ウエブ及び上下フラン
    ジ共、重量%にて、 C:0.15%以下、Si:0.7%以下、Mn:0.
    2%〜1.5%、P:0.03〜0.15%、S:0.
    02%以下、Al:0.01〜0.1%、Cr:0.1
    %以下、Ni:0.4〜4.0%、Cu:0.4%以
    下、Mo:0.1%〜1.5%を含有するH形鋼材を使
    用し、溶接金属が、Mo:0.1〜1.5%、Ni:
    0.4〜4.0%含有することを特徴とする耐候性に優
    れた橋梁。
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