JP3752616B2 - Cold formed square steel pipe with diaphragm - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間成形角形鋼管の角部および直線部に通しダイヤフラムを溶接接合した、ダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管角形鋼管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨建築において角形鋼管を柱とし、柱梁接合部を通しダイヤフラム形式とした場合や柱継ぎの場合、鋼管を突き合わせて溶接する作業が生じる。この柱梁接合部に曲げ応力がかかった場合、破壊が鋼管母材側から先に発生するように、溶接金属側の変形抵抗を高めている。すなわち、溶接材料は、鋼管強度より１ランク高い強度をもつ溶接材料を使用する。例えば、４００Ｎ／ｍｍ2 級の冷間成形角形鋼管に対しては、４９０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接材料を使用し、また、４９０Ｎ／ｍｍ2 級の冷間成形角形鋼管に対しては、４９０Ｎ／ｍｍ2 級または５４０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接材料が使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷間プレス成形角形鋼管においては、通常その角部は加工硬化されており、また、冷間ロール成形角形鋼管においては、全体の強度が加工前より上昇し、角部も加工硬化されている。このような硬化部が溶接されると以下の問題点がある。
【０００４】
１）冷間プレス成形角形鋼管の場合、角部の変形抵抗が平行部（直線部）の変形抵抗より大きいため、溶接条件・溶接材料によっては角部の溶接金属の変形抵抗が、角部の母材の変形抵抗を下回るアンダーマッチングの状態となる。このため、柱梁接合部に曲げ応力がかかった場合には、溶接金属が先行して塑性変形し、これにより溶接金属に隣接する熱影響部（以下、ＨＡＺという）での応力集中または歪集中が助長され破壊を招き易くなる。
【０００５】
２）図４は、鋼管平行部と角部の応力−ひずみ関係を示す一例の線図である。角部の耐力は、平行部の耐力に対して１割程度大きく、溶接強度が５４０Ｎ／ｍｍ2 級の場合、平行部に対して溶接金属は十分な耐力を有するが、角部に対しては耐力は不十分となる。
【０００６】
３）冷間ロール成形角形鋼管で、４９０Ｎ／ｍｍ2 級の鋼管に対して５４０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接材料を使用しても、鋼管強度より溶接金属強度が下回ることが生じる。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決する最適なダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管を提供することを目的するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、冷間成形角形鋼管の角部および直線部に、該冷間成形角形鋼管と梁とを接合するための通しダイヤフラムを溶接接合した、ダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管であって、前記冷間成形角形鋼管の角部に溶接された溶接金属の変形抵抗が、該冷間成形角形鋼管の角部の母材の変形抵抗より大きいことを特徴とするダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管である。
【０００９】
また、本発明は、前記冷間成形角形鋼管の角部に溶接された溶接金属の変形抵抗が、該冷間成形角形鋼管の直線部に溶接された溶接金属の変形抵抗より大きくしたものであり、更に、前記冷間成形角形鋼管の母材側の溶接止端部またはダイヤフラム側の溶接止端部の一方または両方に補強溶接を施し、溶接熱影響部の肉厚を増大したダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管である。
【００１０】
更にまた、本発明は、前記補強溶接された溶接金属の変形抵抗が、該補強溶接前の溶接接合部の溶接金属の変形抵抗より大きくしたものであり、また前記変形抵抗が、引張り強さ、降伏応力、または０．２％オフセット耐力のいずれかであることを特徴としたダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管である。
【００１１】
【発明の実施形態】
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る、梁部を省略した柱梁接合部の外観図である。図１において、１１、１２は冷間プレス成形角形鋼管（４９０Ｎ／ｍｍ2 級：□４５０ｍｍ×４５０ｍｍ×２５ｍｍ）、２０は通しダイヤフラム（４９０Ｎ／ｍｍ2 級：肉厚２５ｍｍ）、３０は溶接金属、１１１は冷間プレス成形角形鋼管１１、１２の角部、１１２は冷間プレス成形角形鋼管１１、１２の平行部である。
【００１２】
冷間プレス成形角形鋼管１１および１２に挟まれて、通しダイヤフラム２０が配置され、この相互部材間を５９０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接棒により溶接接合されている。なお、比較実験のために４９０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接棒により溶接接合したものが用意された。
【００１３】
図２は、図１における溶接接合部の断面模式図である。図２において、１１，１２は冷間プレス成形角形鋼管、１３は裏当て金、２０は通しダイヤフラム、３０は溶接金属、４０は熱影響部（ＨＡＺ）である。ＨＡＺは溶接金属３０に隣接して存在する。
【００１４】
表１は、図１における溶接前の冷間プレス成形角形鋼管１１の平行部と角部、および溶接後の溶接金属について行った引張り試験の結果を示す。すなわち、５９０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接棒を使用することにより、角部においてもオーバーマッチングになっている。
【００１５】
【表１】
図３は、累積塑性変形倍率を測定するための試験装置の概要を示す説明図である。１は試験機、１０は試験体、２はＨ鋼梁である。Ｈ鋼梁２は通しダイヤフラム２０を介して角形鋼管１１、１２と溶接接合されている。
【００１７】
図４は累積塑性変形倍率の算定を説明するための変位−荷重の関係を示す説明図である。縦軸Ｐは荷重、横軸δは荷重Ｐに対する変位を示す。
図４において、Ｈ型鋼の全断面が降伏する時（全塑性モーメントＭｐの時）の弾性変形を降伏変形δｙとして、例えばｉ回目の載荷が図中Ａ点から開始され、一方向荷重によりＢ点まで変形し、その後、除荷されてＣ点の塑性変形が残ったとき、Ａ点からＣ点まで距離を残存変形量δｉ（塑性変形量の絶対値）として、この残存変形量δｉを降伏変形δｙで除した値をｉ回目の塑性変形倍率δｉ/δｙとする。
【００１８】
更に、ｉ＋１回目の載荷として図中Ｃ点から開始され、ｉ回目とは逆の方句の荷重によりＤ点まで変形し、その後、除荷されてＥ点の塑性変形が残ったとき、Ｃ点からＥ点まで距離距離を残存変形量δｉ+1（塑性変形量の絶対値）とし、この残存変形量δｉ+1を降伏変形δｙで除した値を塑性変形倍率（δｉ+1／δｙとする。そして、この塑性変形倍率を１回目から所定の回数ｊまで累積したものをｊ回目の累積塑性変形倍率ηとした。
【００１９】
表２は、前記図３に記載した試験装置により行った、柱梁接合部の累積塑性変形倍率ηを示す。すなわち、比較試験の４９０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接棒を使用した場合は、累積塑性変形倍率ηが１８であるのに対し、本発明の５９０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接棒を使用した場合は５２となり、オーバーマッチングにしたことにより耐変形能力が確保されている。
【００２０】
【表２】
実施の形態２
図５は、実施の形態１の図１において、ＨＡＺ４０の上に更に補強溶接ビード５０を盛った、本発明の実施の形態２における溶接接合部の断面説明図である。図１において、当初ＨＡＺ部の厚さが０ｍｍであったものが、５ｍｍに増加している。
【００２２】
表３は、累積塑性変形倍率ηを用いて、前記補強溶接ビードの効果を示す線図である。補強溶接ビード５０が無い場合（５９０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接棒を使用した場合）累積塑性変形倍率ηが５２であるのに対し、５９０Ｎ／ｍｍ2 級の溶接棒を使用した補強溶接ビード５０がある場合には６４となり、大幅に変形能力が改善されていることがわかる。
【００２３】
【表３】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、冷間成形角形鋼管の溶接において、母材と溶接金属の関係をオーバマッチングにすることにより、変形性能を十分保証するダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管を提供することができる。更に、溶接止端部に補強溶接ビードを盛り肉厚を増すことにより、更に強度低下を防止したダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管を提供することができる。即ち、
【００２５】
１）冷間成形角形鋼管の角部に溶接された溶接金属の変形抵抗が、該冷間成形角形鋼管の角部の母材の変形抵抗より大きくすることにより、変形能力が改善されたダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管を提供することができ、
【００２６】
２）また、冷間成形角形鋼管の角部に溶接された溶接金属の変形抵抗が、該冷間成形角形鋼管の平行部に溶接された溶接金属の変形抵抗より大きくすることにより、変形性能が十分保証できるダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管を提供することができ、
【００２７】
３）冷間成形角形鋼管の母材側の溶接止端部またはダイヤフラム側の溶接止端部の一方または両方に補強溶接を施し、溶接熱影響部の肉厚を増大すことにより、変形性能を十分保証すると共に、更に強度低下の少ないダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管を提供し得る。
【００２８】
４）更に、前記補強溶接された溶接金属の変形抵抗が、該補強溶接前の溶接接合部の溶接金属の変形抵抗より大きくすることにより、安定した変形性能を保証し、しかも強度低下の少ないダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管を提供し得る。
【００２９】
５）また、前記変形抵抗を、引張り強さ、降伏応力、または０．２％オフセット耐力のいずれかに設定することにより、より安定した変形性能を保証し、クラック発生防止効果の優れたダイヤフラム付き冷間成形角形鋼管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る、梁部を省略した柱梁接合部の外観図である。
【図２】 図１における溶接接合部の断面模式図である。
【図３】 累積塑性変形倍率を測定するための試験装置の概要を示す説明図である。
【図４】 累積塑性変形倍率の算定を説明するための変位−荷重の関係を示す線図である。
【図５】 本発明の実施の形態２における溶接接合部の断面説明図である。
【符号の説明】
１ 試験機、２ Ｈ鋼梁、１０ 試験体、１１ 角形鋼管柱、１２ 角形鋼管柱、１３ 裏当て金、２０ 通しダイヤフラム、３０ 溶接金属、４０ 熱影響部（ＨＡＺ）、５０ 補強溶接ビード、１１１ 角形鋼管角部、１１２ 角形鋼管平行部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cold-formed square steel pipe with a diaphragm and a square steel pipe in which a diaphragm is welded and joined to the corner and straight part of the cold-formed square steel pipe.
[0002]
[Prior art]
In the case of a steel building, a square steel pipe is used as a column and a beam is joined through a column beam joint. When bending stress is applied to the column beam joint, the deformation resistance on the weld metal side is increased so that the fracture occurs first from the steel pipe base material side. That is, a welding material having a strength higher by one rank than the steel pipe strength is used. For example, for a 400 N / mm 2 grade cold-formed square steel pipe, a 490 N / mm 2 grade weld material is used, and for a 490 N / mm 2 grade cold-formed square steel pipe, 490 N / mm 2 A welding material of mm 2 class or 540 N / mm 2 class is used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in cold-pressed square steel pipes, the corners are usually work-hardened. In cold-rolled square steel pipes, the overall strength is higher than before, and the corners are work-hardened. Yes. When such a hardened part is welded, there are the following problems.
[0004]
1) In the case of cold-pressed square steel pipes, the deformation resistance of the corners is greater than the deformation resistance of the parallel part (straight line part). Under-matching is below the deformation resistance of the base metal. For this reason, when bending stress is applied to the beam-column joint, the weld metal is plastically deformed in advance, thereby stress concentration or strain concentration in the heat affected zone (hereinafter referred to as HAZ) adjacent to the weld metal. Is promoted and easily destroyed.
[0005]
2) FIG. 4 is a diagram of an example showing a stress-strain relationship between a steel pipe parallel part and a corner part. The proof strength of the corner is about 10% larger than the proof strength of the parallel portion. When the weld strength is 540 N / mm 2 class, the weld metal has sufficient proof strength with respect to the parallel portion. Yield strength is insufficient.
[0006]
3) by cold roll forming RHS, the use of 540N / mm 2 class welding material to 490 N / mm 2 grade steel, resulting that the weld metal strength than the steel pipe strength is below.
[0007]
An object of the present invention is to provide an optimal cold-formed square steel pipe with a diaphragm that solves the above-described problems.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a cold-formed square steel pipe with a diaphragm, wherein a through-diaphragm for joining the cold-formed square steel pipe and a beam is welded to the corners and straight portions of the cold-formed square steel pipe, A cold-formed square steel pipe with a diaphragm, characterized in that the deformation resistance of the weld metal welded to the corner of the cold-formed square steel pipe is larger than the deformation resistance of the base material of the corner of the cold-formed square steel pipe .
[0009]
In the present invention, the deformation resistance of the weld metal welded to the corner portion of the cold-formed square steel pipe is larger than the deformation resistance of the weld metal welded to the straight portion of the cold-formed square steel pipe. Further, cold welding with a diaphragm in which reinforcement welding is applied to one or both of the weld toe on the base metal side or the weld toe on the diaphragm side of the cold-formed square steel pipe, and the thickness of the heat affected zone is increased. It is a formed square steel pipe.
[0010]
Furthermore, the present invention is such that the deformation resistance of the weld metal subjected to reinforcement welding is greater than the deformation resistance of the weld metal before the reinforcement welding, and the deformation resistance is a tensile strength, It is a cold-formed square steel pipe with a diaphragm characterized by being either yield stress or 0.2% offset proof stress.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an external view of a beam-column joint part in which a beam part is omitted according to
[0012]
A
[0013]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the weld joint in FIG. In FIG. 2, 11 and 12 are cold press-formed square steel pipes, 13 is a backing metal, 20 is a through diaphragm, 30 is a weld metal, and 40 is a heat affected zone (HAZ). HAZ exists adjacent to the
[0014]
Table 1 shows the results of a tensile test performed on the parallel and corner portions of the cold press-formed
[0015]
[Table 1]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an outline of a test apparatus for measuring the cumulative plastic deformation magnification. 1 is a testing machine, 10 is a test body, and 2 is an H steel beam. The
[0017]
FIG. 4 is an explanatory view showing a displacement-load relationship for explaining calculation of the cumulative plastic deformation magnification. The vertical axis P represents the load, and the horizontal axis δ represents the displacement with respect to the load P.
In FIG. 4, when the entire cross section of the H-shaped steel yields (when the total plastic moment Mp), the elastic deformation is assumed to be the yield deformation δy, for example, the i-th loading is started from the point A in the figure, and the point B is caused by the unidirectional load. When the plastic deformation at point C remains after unloading, the distance from point A to point C is the residual deformation amount δi (absolute value of the plastic deformation amount), and this residual deformation amount δi is used as the yield deformation. The value divided by δy is the i-th plastic deformation magnification δi / δy.
[0018]
Furthermore, when the load is started from point C in the figure as the i + 1th loading, and deformed to the point D by the load of the phrase opposite to the i-th loading, and then unloaded and the plastic deformation at the point E remains, the point C The distance from point E to point E is the residual deformation amount δi + 1 (absolute value of the plastic deformation amount), and the value obtained by dividing the residual deformation amount δi + 1 by the yield deformation δy is the plastic deformation magnification (δi + 1 / δy). Then, the cumulative plastic deformation magnification η obtained by accumulating the plastic deformation magnification from the first time to a predetermined number of times j is defined as j-th cumulative plastic deformation magnification η.
[0019]
Table 2 shows the cumulative plastic deformation magnification η of the beam-column joint, which was performed by the test apparatus described in FIG. That is, when the 490 N / mm 2 class welding rod of the comparative test is used, the cumulative plastic deformation ratio η is 18, whereas when the 590 N / mm 2 class welding rod of the present invention is used, it becomes 52. The deformation resistance is ensured by the overmatching.
[0020]
[Table 2]
FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view of the welded joint portion according to the second embodiment of the present invention in which a reinforcing
[0022]
Table 3 is a diagram showing the effect of the reinforcing weld bead using the cumulative plastic deformation magnification η. When there is no reinforcing weld bead 50 (when a 590 N / mm 2 class welding rod is used), the cumulative plastic deformation magnification η is 52, whereas the reinforced
[0023]
[Table 3]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides a cold-formed square steel pipe with a diaphragm that sufficiently guarantees deformation performance by over-matching the relationship between a base metal and a weld metal in welding of a cold-formed square steel pipe. Can do. Further, by increasing the thickness of the reinforcing weld bead at the weld toe, it is possible to provide a cold-formed square steel pipe with a diaphragm that prevents further strength reduction. That is,
[0025]
1) With a diaphragm whose deformation capacity is improved by making the deformation resistance of the weld metal welded to the corner of the cold-formed square steel pipe larger than the deformation resistance of the base metal at the corner of the cold-formed square steel pipe Can provide cold formed square steel pipe,
[0026]
2) In addition, the deformation resistance of the weld metal welded to the corner of the cold-formed square steel pipe is made larger than the deformation resistance of the weld metal welded to the parallel part of the cold-formed square steel pipe, so that the deformation performance is improved. We can provide a cold-formed square steel pipe with a diaphragm that can be sufficiently guaranteed,
[0027]
3) Reinforcement welding is applied to one or both of the weld toe part on the base metal side or the weld toe part on the diaphragm side of the cold-formed square steel pipe to increase the thickness of the weld heat affected zone, thereby improving the deformation performance. It is possible to provide a cold-formed square steel pipe with a diaphragm that is sufficiently guaranteed and further less deteriorated in strength.
[0028]
4) Further, by making the deformation resistance of the weld metal welded by reinforcement welding larger than the deformation resistance of the weld metal of the welded joint before the reinforcement welding, a diaphragm that guarantees stable deformation performance and has less strength reduction. A cold-formed square steel pipe can be provided.
[0029]
5) In addition, by setting the deformation resistance to one of tensile strength, yield stress, or 0.2% offset proof stress, a more stable deformation performance is guaranteed and a diaphragm with an excellent crack prevention effect is attached. A cold-formed square steel pipe can be provided.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is an external view of a beam-to-column connection part in which a beam part is omitted according to
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a weld joint in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an outline of a test apparatus for measuring cumulative plastic deformation magnification.
FIG. 4 is a diagram showing a displacement-load relationship for explaining calculation of cumulative plastic deformation magnification.
FIG. 5 is an explanatory cross-sectional view of a welded joint according to
[Explanation of symbols]
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