JP6750447B2 - 溶接接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、形鋼を接合対象物に溶接接合するための溶接接合構造に関する。

従来から、被溶接鋼材に対しＨ型鋼材を溶接により一体連結するものとして、特許文献１に開示される裏当金を用いた突合わせ溶接方法が提案されている。また、スカラップを必要としない特許文献２に開示されるＨ形鋼溶接用裏当材、又は、鉄骨構造で圧延Ｈ形鋼の溶接接合工法に使用される特許文献３に開示される溶接用裏当材が提案されている。

特許文献１に開示されたＨ型鋼材の突合わせ溶接方法は、Ｈ型鋼材のフランジからウェブにかけて、このＨ型鋼材の端面方向に斜めに開先を形成し、この開先があるＨ型鋼材の端面を被溶接鋼材に突合わせた後、ウェブの両側に、このウェブ基部の各側面、フランジ内側面及び被溶接鋼材の側面に略合致する各１の裏当金を当接し、開先を含むフランジ、ウェブ、被溶接鋼材及び裏当金相互の間隙に溶接を施すようにしたことを特徴とする。

また、特許文献２に開示されるＨ形鋼溶接用裏当材は、設計開先形状に切断されたＨ形鋼におけるウェブ部とフランジ部との交叉部に嵌合する溝孔を有するとともに、同溝孔の奥壁を設計開先形状の面に沿った傾斜面に形成してなることを特徴とする。

さらに、特許文献３に開示される溶接用裏当材は、Ｈ形鋼の柱梁の溶接接合部におけるＨ形鋼梁のフランジ端部に、設計開先角度に等しい傾角を有する傾斜面を設けるとともに、同傾斜面下端縁とウェブフィレット部の側端縁との間に亘って、設計ルート間隔に等しい水平段部を設けてなる部分に取りつけられて、その形状が板状片でかつ先端部がウェブフィレットの曲率に沿う弯曲部を形成してなることを特徴とする。

特開昭６３−１２６６７１号公報 実開昭５６−１２２５７０号公報 実開平４−１７３８５号公報

ここで、特許文献１〜３に開示された溶接用裏当材等の裏当金は、Ｈ形鋼のフランジとウェブとの境界でフィレットの曲率に沿う弯曲部が形成される。そして、裏当金がウェブの両側から挟み込むように取り付けられることで、Ｈ形鋼のウェブを部分的に切り欠いてスカラップを形成しなくても、被溶接鋼材に対しＨ形鋼を溶接できるものとなる。

しかし、特許文献１〜３に開示された溶接用裏当材等の裏当金は、Ｈ形鋼のフランジが幅方向で均一の板厚で形成されて、このＨ形鋼のフランジに形成された開先を被溶接鋼材に突き合わせた部分に用いられる。このため、特許文献１〜３に開示された溶接用裏当材等の裏当金は、幅方向で板厚差のあるＨ形鋼のフランジが対象とされていないため、このようなＨ形鋼を溶接する場合には、そのままの溶接方法を用いることができない。

そして、特許文献１〜３に開示された溶接用裏当材等の裏当金は、板厚差のあるＨ形鋼のフランジが対象とされていないため、被溶接鋼材に対して溶接されるＨ形鋼全体のエネルギー吸収性能等を向上させることができない。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであって、その目的とするところは、形鋼全体のエネルギー吸収性能等を向上させながら、経済的な溶接方法で形鋼を接合対象物に溶接接合することのできる溶接接合構造を提供することにある。

第１発明に係る溶接接合構造は、形鋼を接合対象物に溶接接合するための溶接接合構造であって、所定の断面形状で形成された形鋼と、接合対象物に取り付けられる裏当金と、前記形鋼の材軸方向の端部に設けられる第１エンドタブとを備え、前記形鋼は、材軸方向に対する断面で幅方向に延びるフランジと、前記フランジの内面に連結されるウェブとを有し、前記フランジの内面又は外面に前記裏当金が当接されて、前記フランジは、前記裏当金の高さ方向の反対側に拡開させた母材開先面が形成されて、幅方向で前記ウェブが連結される拘束端側に形成される厚板部の板厚よりも、幅方向で前記ウェブから離間させた自由端側に形成される薄板部の板厚が小さくなって、前記第１エンドタブは、幅方向で前記厚板部の側方に設けられることで、前記厚板部と前記薄板部との板厚差が補完されて、幅方向で前記フランジの略全幅を前記厚板部の板厚で溶接接合できるように、前記裏当金の高さ方向の反対側に拡開させた補完開先面が形成されることを特徴とする。

第２発明に係る溶接接合構造は、第１発明において、前記形鋼は、前記フランジの内面に前記裏当金が当接されて、前記フランジは、前記母材開先面が前記フランジの外面側に拡開させて形成されるとともに、前記厚板部に前記薄板部から前記フランジの内面側に突出させた段差が形成されて、前記第１エンドタブは、幅方向で前記段差の側方に設けられて、前記フランジの内面側で前記薄板部と前記裏当金とに挟み込まれることで、前記厚板部と前記薄板部との板厚差が補完されて、前記補完開先面が前記フランジの外面側に拡開させて形成されることを特徴とする。

第３発明に係る溶接接合構造は、第１発明において、前記形鋼は、前記フランジの外面に前記裏当金が当接されて、前記フランジは、前記母材開先面が前記フランジの内面側に拡開させて形成されるとともに、前記厚板部に前記薄板部から前記フランジの内面側に突出させた段差が形成されて、前記第１エンドタブは、幅方向で前記段差の側方に設けられて、前記フランジの内面側で前記薄板部に当接されることで、前記厚板部と前記薄板部との板厚差が補完されて、前記補完開先面が前記フランジの内面側に拡開させて形成されることを特徴とする。

第４発明に係る溶接接合構造は、第２発明において、前記形鋼は、前記フランジよりも材軸方向に突出させたウェブ端面が前記ウェブに形成されて、幅方向で前記ウェブ端面の側方に前記裏当金が設けられて、前記フランジは、前記母材開先面の始端部と接合対象物とを離間させることで、前記ウェブ端面及び前記裏当金が底面に配置されるルートギャップが形成されることを特徴とする。

第５発明に係る溶接接合構造は、第２発明又は第３発明において、前記形鋼は、前記ウェブの上下両端が一対の前記フランジに連結されるとともに、前記フランジに連結される箇所で前記ウェブにスカラップが形成されて、一対の前記フランジのうち上部の前記フランジでは、前記スカラップに挿通された前記裏当金が前記フランジの内面に当接されるとともに、一対の前記フランジのうち下部の前記フランジでは、前記裏当金が前記フランジの外面に当接されることを特徴とする。

第６発明に係る溶接接合構造は、第１発明〜第５発明の何れかにおいて、前記形鋼の材軸方向の端部に設けられる第２エンドタブをさらに備え、前記第２エンドタブは、幅方向で前記薄板部の側方に設けられて、前記第１エンドタブに当接されるとともに、前記裏当金の高さ方向の反対側に拡開させた延伸開先面が形成されることを特徴とする。

第１発明〜第６発明によれば、形鋼のフランジの厚板部が形成される部分、薄板部が形成される部分、及び薄板部の側方となる部分で、厚板部の板厚で接合対象物の側面との間に溶接金属が充填されるため、幅方向でフランジの略全幅を厚板部の板厚で溶接接合できるものとなる。このとき、厚板部と薄板部とでフランジに板厚差が形成されるにもかかわらず、特殊な溶接機器等を使用することなく、従来と同様のガスシールドアーク溶接工法等が利用できるため、形鋼を接合対象物に経済的に溶接接合することが可能となる。また、厚板部と薄板部とでフランジに板厚差が形成されるため、フランジのひずみ発生量を抑制するとともに、フランジの局部座屈後の圧縮応力の負担能力を高めて、形鋼全体でのエネルギー吸収性能を向上させることが可能となる。

特に、第２発明、第３発明によれば、Ｈ形鋼等が用いられた形鋼の上部及び下部のフランジにおいて、特殊な溶接機器等を使用することなく、従来と同様のガスシールドアーク溶接工法等を利用することが可能となる。

特に、第４発明によれば、材軸方向の端部でウェブにスカラップが形成されていないノンスカラップのＨ形鋼等の形鋼においても、特殊な溶接機器等を使用することなく、従来と同様のガスシールドアーク溶接工法等を利用することが可能となる。

特に、第５発明によれば、材軸方向の端部でウェブにスカラップが形成されたＨ形鋼等の形鋼においても、特殊な溶接機器等を使用することなく、従来と同様のガスシールドアーク溶接工法等を利用することが可能となる。

特に、第６発明によれば、薄板部の側方に第２エンドタブが設けられるため、フランジの厚板部から薄板部及び第２エンドタブに至るまで、幅方向でフランジの全幅を溶接接合することが可能となる。

本発明を適用した溶接接合構造が用いられる形鋼の柱梁接合部を示す斜視図である。 本発明を適用した溶接接合構造が用いられるＨ形鋼を示す正面図である。 本発明を適用した溶接接合構造が用いられる溝形鋼を示す正面図である。 （ａ）は、本発明を適用した溶接接合構造が用いられるＣＴ形鋼を示す正面図であり、（ｂ）は、その山形鋼を示す正面図である。 本発明を適用した溶接接合構造が用いられるスカラップが形成された形鋼の端部を示す側面図である。 本発明を適用した溶接接合構造が用いられるノンスカラップの形鋼の端部を示す側面図である。 （ａ）は、本発明を適用した溶接接合構造が用いられるスカラップが形成された形鋼の端部における上部のフランジを示す側面図であり、（ｂ）は、その下部のフランジを示す側面図である。 （ａ）は、本発明を適用した溶接接合構造が用いられるノンスカラップの形鋼の端部における上部のフランジを示す側面図であり、（ｂ）は、その下部のフランジを示す側面図である。 （ａ）は、本発明を適用した溶接接合構造で各１箇所の段差が形成されたフランジを示す正面図であり、（ｂ）は、２箇所以上の段差が形成されたフランジを示す正面図であり、（ｃ）は、略テーパ状に形成されたフランジを示す正面図である。 本発明を適用した溶接接合構造でスカラップが形成された形鋼の端部における上部のフランジの開先面を示す斜視図である。 本発明を適用した溶接接合構造でスカラップが形成された形鋼の端部における下部のフランジの開先面を示す斜視図である。 本発明を適用した溶接接合構造でノンスカラップの形鋼の端部におけるフランジの開先面を示す斜視図である。 （ａ）は、スカラップが形成された形鋼の上部のフランジを示す正面図であり、（ｂ）は、スカラップが形成された形鋼の下部のフランジを示す正面図であり、（ｃ）は、ノンスカラップの形鋼のフランジを示す正面図である。 （ａ）は、図１３（ａ）に示す溶接接合構造のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線断面図であり、（ｃ）は、そのＣ−Ｃ線断面図である。 （ａ）は、図１３（ｂ）に示す溶接接合構造のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線断面図であり、（ｃ）は、そのＣ−Ｃ線断面図である。 （ａ）は、図１３（ｃ）に示す溶接接合構造のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線断面図であり、（ｃ）は、そのＣ−Ｃ線断面図である。 （ａ）は、互いに傾角が異なる母材開先面と補完開先面とを示す側面図、（ｂ）は、互いに傾角が異なる母材開先面又は補完開先面と延伸開先面とを示す側面図、（ｃ）は、互いに段違いの母材開先面と補完開先面又は延伸開先面とを示す側面図である。 （ａ）は、第２エンドタブに配置された溶接金属の折返部を示す正面図であり、（ｂ）は、薄板部の両端と一致させた溶接金属の折返部を示す正面図であり、（ｃ）は、薄板部の両端よりも後退させた溶接金属の折返部を示す正面図である。 本発明を適用した溶接接合構造が用いられる形鋼の梁端接合部を示す斜視図である。

以下、本発明を適用した溶接接合構造１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用した溶接接合構造１は、図１に示すように、例えば、住宅、学校、事務所、病院施設等の建築物等において、梁材と柱材とを接合させた柱梁接合部等で用いられて、梁材等となる形鋼７を柱材等となる接合対象物８に溶接接合するために用いられる。

本発明を適用した溶接接合構造１は、Ｈ形鋼７１等のフランジ２を備えた形鋼７と、Ｈ形鋼、角形鋼管、及びダイアフラム等の接合対象物８に取り付けられる裏当金４と、形鋼７の材軸方向Ｘの端部７ａに設けられる第１エンドタブ５とを備える。また、本発明を適用した溶接接合構造１は、必要に応じて、形鋼７の材軸方向Ｘの端部７ａに設けられる第２エンドタブ６をさらに備える。

形鋼７は、例えば、梁材、柱材又は斜材等の構造材として、又は、倉庫棚等の各種設備の構成材として用いられる。形鋼７は、材軸方向Ｘに対して所定の断面形状で形成されて、図２に示すように、断面形状が略Ｈ形状に形成されたＨ形鋼７１が用いられるほか、図３に示すように、断面形状が略Ｃ形状に形成された溝形鋼７２が用いられてもよい。

形鋼７は、図２、図３に示すように、材軸方向Ｘに対する断面で幅方向Ｙに延びるフランジ２と高さ方向Ｚに延びるウェブ３とを有する。形鋼７は、Ｈ形鋼７１又は溝形鋼７２が用いられる場合に、高さ方向Ｚの上部及び下部で一対となった各々のフランジ２にウェブ３の上下両端が連結されることで、一対のフランジ２にウェブ３が架設される。

形鋼７は、ウェブ３の上端又は下端が連結されるフランジ２の片面（即ち、フランジ２においてウェブ３と連結された面）がフランジ２の内面２ａとなるとともに、ウェブ３が連結されないフランジ２の片面（即ち、フランジ２においてウェブ３と接続された面とは反対側の面）がフランジ２の外面２ｂとなって、各々のフランジ２の内面２ａが互いに対向して配置される。

形鋼７は、Ｈ形鋼７１が用いられる場合に、例えば、一対のフランジ２とウェブ３とを高周波抵抗溶接等で互いに接合させた溶接軽量Ｈ形鋼が用いられる。このとき、形鋼７は、必要に応じて、一対のフランジ２とウェブ３とをサブマージアーク溶接等で接合させた溶接Ｈ形鋼、又は、圧延で製造した圧延Ｈ形鋼等が用いられてもよい。

形鋼７は、主に、一対のフランジ２が高さ方向Ｚで互いに離間して略平行に形成されるとともに、ウェブ３の上下両端と各々のフランジ２とが互いに略直交して形成されるものとなる。なお、形鋼７は、図４に示すように、ウェブ３の上端又は下端が１個のフランジ２に連結されたＣＴ形鋼７３又は山形鋼７４が用いられてもよい。

形鋼７は、図５に示すように、ウェブ３がフランジ２に連結される箇所で、ウェブ３を略湾曲状等に切り欠くことで、材軸方向Ｘの端部７ａでウェブ３にスカラップ３０が形成されたＨ形鋼７１等が用いられる。このとき、形鋼７は、材軸方向Ｘの端部７ａにおけるフランジ２の内面２ａ側で、ウェブ３にスカラップ３０による隙間Ｇが形成される。

形鋼７は、必要に応じて、図６に示すように、材軸方向Ｘの端部７ａでウェブ３にスカラップが形成されていないノンスカラップのＨ形鋼７１等が用いられてもよい。このとき、形鋼７は、ウェブ３にスカラップによる隙間が形成されることなく、フランジ２よりも材軸方向Ｘに突出させた略平坦状等のウェブ端面３１がウェブ３に形成される。

フランジ２は、図２〜図４に示すように、幅方向Ｙでウェブ３が連結される拘束端側αに厚板部２１が形成されて、幅方向Ｙでウェブ３から離間させた自由端側βに薄板部２２が形成される。フランジ２は、拘束端側αがウェブ３に連結されて拘束された状態となるとともに、自由端側βがウェブ３に連結されることなく拘束されていない状態となる。

フランジ２は、厚板部２１の板厚ｔ１よりも薄板部２２の板厚ｔ２が小さくなる。このとき、フランジ２は、例えば、厚板部２１の板厚ｔ１が幅方向Ｙで略均一となるとともに、薄板部２２の板厚ｔ２が幅方向Ｙで略均一となって、厚板部２１の板厚ｔ１が６ｍｍ〜１６ｍｍ程度となるとともに、薄板部２２の板厚ｔ２が２ｍｍ〜１３ｍｍ程度となる。

フランジ２は、厚板部２１の板厚ｔ１及び薄板部２２の板厚ｔ２が幅方向Ｙで略均一となることで、薄板部２２からフランジ２の内面２ａ側に突出させた段差２３が厚板部２１に形成される。このとき、フランジ２は、幅方向Ｙで所定の箇所に段差２３が形成されて、厚板部２１と薄板部２２との境界における段差２３の高さが、厚板部２１の板厚ｔ１と薄板部２２の板厚ｔ２との板厚差Δｔ（＝ｔ１−ｔ２）となる。

フランジ２は、図２、図４（ａ）に示すように、Ｈ形鋼７１又はＣＴ形鋼７３の形鋼７が用いられる場合に、幅方向Ｙでウェブ３の両側方の各１箇所に段差２３が形成される。また、フランジ２は、図３、図４（ｂ）に示すように、溝形鋼７２又は山形鋼７４の形鋼７が用いられる場合に、幅方向Ｙでウェブ３の片側方の１箇所に段差２３が形成される。

フランジ２は、例えば、厚板部２１の幅寸法ｂ１を２０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度、薄板部２２の幅寸法ｂ２を１０ｍｍ〜８０ｍｍ程度として、幅方向Ｙの全幅寸法ｂが４０ｍｍ〜１６０ｍｍ程度となる。このとき、フランジ２は、図２、図３に示すように、Ｈ形鋼７１又は溝形鋼７２の形鋼７が用いられる場合に、一対のフランジ２の各々の内面２ａに形成された各々の段差２３が、幅方向Ｙで互いに略同一の位置に配置される。

フランジ２は、フランジ２の内面２ａにのみ段差２３が形成されることで、フランジ２の外面２ｂが略平坦状に形成される。また、フランジ２は、必要に応じて、フランジ２の外面２ｂにのみ段差２３が形成されて、フランジ２の内面２ａが略平坦状に形成されてもよく、さらに、フランジ２の内面２ａ及び外面２ｂに段差２３が形成されてもよい。

なお、フランジ２は、必要に応じて、幅方向Ｙでウェブ３の片側方又は両側方に、合計で２箇所以上の段差２３が形成されてもよい。また、フランジ２は、拘束端側αの厚板部２１の板厚ｔ１を、自由端側βの薄板部２２の板厚ｔ２まで漸減させることで、幅方向Ｙで略テーパ状に形成されて、段差２３の一部又は全部が形成されなくてもよい。

形鋼７は、図７、図８に示すように、材軸方向Ｘの端部７ａにおけるフランジ２の内面２ａ又は外面２ｂに、鉄鋼又はセラミック等を材質とする裏当金４が当接される。裏当金４は、接合対象物８となる角形鋼管等の側面８ａに仮付け溶接等で取り付けられるとともに、接合対象物８の側面８ａから突出させた裏当金４の上面４ａ及び下面４ｂの何れかが、フランジ２の内面２ａ及び外面２ｂの何れかに当接される。

フランジ２は、裏当金４の高さ方向Ｚの反対側に拡開させた母材開先面２０が形成される。母材開先面２０は、接合対象物８の側面８ａに最も近接させた始端部２０ａを裏当金４側として、裏当金４側から裏当金４の高さ方向Ｚの反対側まで、接合対象物８の側面８ａと次第に離間するように材軸方向Ｘに傾斜させることで、裏当金４の高さ方向Ｚの反対側に拡開させたものとなる。また、フランジ２は、母材開先面２０の始端部２０ａと接合対象物８の側面８ａとを材軸方向Ｘに離間させることで、裏当金４が底面に配置されるルートギャップ４０が形成される。

形鋼７は、図７に示すように、スカラップ３０が形成されたＨ形鋼７１等が用いられる場合に、形鋼７の材軸方向Ｘの端部７ａと接合対象物８の側面８ａとが、主に、現場施工によって溶接接合される。そして、形鋼７は、一対のフランジ２のうち上部のフランジ２では、裏当金４がフランジ２の内面２ａに当接されるとともに、一対のフランジ２のうち下部のフランジ２では、裏当金４がフランジ２の外面２ｂに当接されるものとなる。

このとき、上部のフランジ２では、図７（ａ）に示すように、裏当金４の高さ方向Ｚの反対側に拡開させた母材開先面２０が形成されるため、フランジ２の外面２ｂ側に拡開させた母材開先面２０となって、上方から溶接接合される。また、下部のフランジ２では、図７（ｂ）に示すように、裏当金４の高さ方向Ｚの反対側に拡開させた母材開先面２０が形成されるため、フランジ２の内面２ａ側に拡開させた母材開先面２０となって、上方から溶接接合される。

これに対して、形鋼７は、図８に示すように、ノンスカラップのＨ形鋼７１等が用いられる場合に、形鋼７の材軸方向Ｘの端部７ａと接合対象物８の側面８ａとが、主に、工場施工によって溶接接合される。そして、形鋼７は、接合対象物８の側面８ａに上部のフランジ２を溶接した後に、接合対象物８及び形鋼７を高さ方向Ｚに反転させて、接合対象物８の側面８ａに下部のフランジ２を溶接するものとなる。

このとき、上部及び下部の何れのフランジ２でも、裏当金４がフランジ２の内面２ａに当接されるものとなるが、工場施工で上方から溶接接合できるものとなる。そして、上部のフランジ２では、図８（ａ）に示すように、裏当金４の高さ方向Ｚの反対側に拡開させた母材開先面２０が形成されるため、フランジ２の外面２ｂ側に拡開させた母材開先面２０となる。また、下部のフランジ２でも、図８（ｂ）に示すように、裏当金４の高さ方向Ｚの反対側に拡開させた母材開先面２０が形成されるため、フランジ２の外面２ｂ側に拡開させた母材開先面２０となる。

第１エンドタブ５は、鉄鋼又はセラミック等を材質として、図９に示すように、幅方向Ｙで厚板部２１の側方に設けられる。第１エンドタブ５は、主に、幅方向Ｙで薄板部２２の両端よりも側方に突出させることが望ましい。第１エンドタブ５は、幅方向Ｙで厚板部２１の側方に設けられることで、厚板部２１と薄板部２２との板厚差Δｔが補完されるとともに、裏当金４の高さ方向Ｚの反対側に拡開させた補完開先面５０が形成されることで、幅方向Ｙでフランジ２の略全幅を厚板部２１の板厚ｔ１で溶接接合できるものとなる。なお、裏当金４も、主に、幅方向Ｙで薄板部２２の両端よりも側方に突出させることが望ましい。

ここで、第１エンドタブ５は、図９（ａ）に示すように、フランジ２に各１箇所の段差２３が形成される場合に、段差２３の高さと略同程度の大きさの板厚ｔ５とする。そして、第１エンドタブ５は、薄板部２２及び段差２３に当接させて設けられて、厚板部２１と薄板部２２との板厚差Δｔが補完されるものとなる。

また、第１エンドタブ５は、図９（ｂ）に示すように、フランジ２に２箇所以上の段差２３が形成される場合に、各々の段差２３の高さと略同程度の板厚ｔ５とした複数の第１エンドタブ５が設けられる。そして、各々の第１エンドタブ５は、各々の段差２３に当接させて設けられて、厚板部２１と薄板部２２との板厚差Δｔが補完される。なお、複数の第１エンドタブ５が設けられるほか、フランジ２の各々の段差２３に略合致する階段状に形成された１個の第１エンドタブ５が設けられてもよい。

さらに、第１エンドタブ５は、図９（ｃ）に示すように、幅方向Ｙで略テーパ状のフランジ２が形成される場合に、幅方向Ｙで板厚ｔ５が漸増する略テーパ状の第１エンドタブ５が設けられる。そして、この第１エンドタブ５は、フランジ２のテーパ面に当接させて設けられて、最大の板厚ｔ１となる厚板部２１から最小の板厚ｔ２となる薄板部２２まで板厚ｔ５が漸増することで、厚板部２１と薄板部２２との板厚差Δｔが補完される。

第１エンドタブ５は、必要に応じて、第２エンドタブ６とともに設けられる。このとき、第１エンドタブ５及び第２エンドタブ６は、必要に応じて、フランジ２又は裏当金４等に仮付け溶接等で取り付けられる。第２エンドタブ６は、鉄鋼又はセラミック等を材質とする。そして、第２エンドタブ６は、幅方向Ｙで薄板部２２の側方に設けられて、第１エンドタブ５及び薄板部２２に当接されるとともに、裏当金４の高さ方向Ｚの反対側に拡開させた延伸開先面６０が形成される。

なお、第２エンドタブ６は、図９（ａ）〜（ｃ）に示すものの場合、薄板部２２の板厚ｔ２と略同程度の大きさの厚さｔ６としているが、第２エンドタブの厚さｔ６については、必ずしも薄板部２２の板厚ｔ２と略同程度の大きさにしなくてもよい。

第１エンドタブ５は、図１０に示すように、スカラップ３０が形成されたＨ形鋼７１等の上部のフランジ２に設けられる場合に、フランジ２の内面２ａ側で薄板部２２と裏当金４とに挟み込まれる。そして、第１エンドタブ５は、裏当金４の高さ方向Ｚの反対側に拡開させた補完開先面５０が形成されることで、フランジ２の外面２ｂ側に拡開させた補完開先面５０となる。また、第２エンドタブ６も、裏当金４の高さ方向Ｚの反対側に拡開させた延伸開先面６０が形成されることで、フランジ２の外面２ｂ側に拡開させた延伸開先面６０となる。

第１エンドタブ５は、図１１に示すように、スカラップ３０が形成されたＨ形鋼７１等の下部のフランジ２に設けられる場合に、フランジ２の内面２ａ側に載せ置かれて薄板部２２に当接される。このとき、第１エンドタブ５は、裏当金４の高さ方向Ｚの反対側に拡開させた補完開先面５０が形成されることで、フランジ２の内面２ａ側に拡開させた補完開先面５０となる。また、第２エンドタブ６も、裏当金４の高さ方向Ｚの反対側に拡開させた延伸開先面６０が形成されることで、フランジ２の内面２ａ側に拡開させた延伸開先面６０となる。このとき、第２エンドタブ６は、薄板部２２の板厚ｔ２と略同程度の大きさの板厚ｔ６とする。

第１エンドタブ５は、図１２に示すように、ノンスカラップのＨ形鋼７１等のフランジ２に設けられる場合に、上部及び下部のフランジ２の内面２ａ側で薄板部２２と裏当金４とに挟み込まれる。このとき、第１エンドタブ５は、裏当金４の高さ方向Ｚの反対側に拡開させた補完開先面５０が形成されることで、上部及び下部の何れのフランジ２でも外面２ｂ側に拡開させた補完開先面５０となる。また、第２エンドタブ６も、裏当金４の高さ方向Ｚの反対側に拡開させた延伸開先面６０が形成されることで、上部及び下部の何れのフランジ２でも外面２ｂ側に拡開させた延伸開先面６０となる。

本発明を適用した溶接接合構造１は、図１０、図１１に示すように、スカラップ３０が形成されたＨ形鋼７１等が形鋼７として用いられる場合に、裏当金４が底面に配置されるルートギャップ４０が形成される。また、本発明を適用した溶接接合構造１は、図１２に示すように、ノンスカラップのＨ形鋼７１等が形鋼７として用いられる場合に、形鋼７のウェブ３の側方に裏当金４が設けられる。このとき、本発明を適用した溶接接合構造１は、ウェブ端面３１と裏当金４の上面４ａとで略同一平面が形成されることで、ウェブ端面３１及び裏当金４が底面に配置されるルートギャップ４０が形成されるものとなる。

本発明を適用した溶接接合構造１は、図１３に示すように、厚板部２１と薄板部２２との板厚差Δｔが第１エンドタブ５で補完されるとともに、裏当金４の高さ方向Ｚの反対側に拡開させた補完開先面５０が第１エンドタブ５に形成されることで、幅方向Ｙでフランジ２の略全幅を厚板部２１の板厚ｔ１で溶接接合できるものとなる。このとき、本発明を適用した溶接接合構造１は、図１４〜図１６に示すように、フランジ２の母材開先面２０、補完開先面５０、及び延伸開先面６０と接合対象物８の側面８ａとの間に、例えば、ＣＯ２等のガスシールドアーク溶接工法で、複数の溶接層を積層させた溶接金属Ｗが充填される。

本発明を適用した溶接接合構造１は、図１３（ａ）、図１４に示すように、スカラップ３０が形成されたＨ形鋼７１等の上部のフランジ２に設けられる場合に、スカラップ３０の隙間Ｇに裏当金４が挿通されて、フランジ２の外面２ｂ側から溶接金属Ｗが充填される。また、本発明を適用した溶接接合構造１は、図１３（ｂ）、図１５に示すように、スカラップ３０が形成されたＨ形鋼７１等の下部のフランジ２に設けられる場合に、フランジ２の内面２ａ側からスカラップ３０の隙間Ｇを利用して溶接金属Ｗが充填される。さらに、本発明を適用した溶接接合構造１は、図１３（ｃ）、図１６に示すように、ノンスカラップのＨ形鋼７１等のフランジ２に設けられる場合に、形鋼７を高さ方向Ｚに反転させることで、フランジ２の外面２ｂ側から溶接金属Ｗが充填される。なお、形鋼７のウェブ３にフィレットが形成される場合は、このフィレットの形状に沿うように裏当金４の側端部を湾曲させた形状とする。そして、図２、図４（ａ）に示すＨ形鋼７１又はＣＴ形鋼７３の形鋼７が用いられる場合は、幅方向Ｙでウェブ３の両側方に一対となって裏当金４が設けられる。

厚板部２１が形成される部分では、図１４（ａ）、図１５（ａ）、図１６（ａ）に示すように、厚板部２１の板厚ｔ１で母材開先面２０が形成されて、母材開先面２０と接合対象物８の側面８ａとの間に溶接金属Ｗが充填される。また、薄板部２２が形成される部分では、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）、図１６（ｂ）に示すように、第１エンドタブ５の板厚ｔ５で補完開先面５０が形成されるとともに、薄板部２２の板厚ｔ２で母材開先面２０が形成されて、補完開先面５０と母材開先面２０とを併せた厚板部２１の板厚ｔ１で、補完開先面５０及び母材開先面２０と接合対象物８の側面８ａとの間に溶接金属Ｗが充填される。そして、薄板部２２の側方となる部分では、図１４（ｃ）、図１５（ｃ）、図１６（ｃ）に示すように、第１エンドタブ５の板厚ｔ５で補完開先面５０が形成されるとともに、第２エンドタブ６の板厚ｔ６で延伸開先面６０が形成されて、補完開先面５０と延伸開先面６０とを併せた厚板部２１の板厚ｔ１で、補完開先面５０及び延伸開先面６０と接合対象物８の側面８ａとの間に溶接金属Ｗが充填される。なお、第２エンドタブ６の厚さｔ６は、図１５（ｃ）に示す場合、薄板部２２の板厚ｔ２と略同程度の大きさとしているが、図１４（ｃ）、図１６（ｃ）に示す場合、必ずしも薄板部２２の板厚ｔ２と略同程度の大きさにしなくてもよい。

本発明を適用した溶接接合構造１は、図１３〜図１６に示すように、厚板部２１が形成される部分、薄板部２２が形成される部分、及び薄板部２２の側方となる部分で、厚板部２１の板厚ｔ１で接合対象物８の側面８ａとの間に溶接金属Ｗが充填されるため、幅方向Ｙでフランジ２の略全幅を厚板部２１の板厚ｔ１で溶接接合できるものとなる。このとき、本発明を適用した溶接接合構造１は、厚板部２１と薄板部２２とでフランジ２に板厚差Δｔが形成されるにもかかわらず、特殊な溶接機器等を使用することなく、従来と同様のガスシールドアーク溶接工法等が利用できるため、形鋼７を接合対象物８に経済的に溶接接合することが可能となる。そして、本発明を適用した溶接接合構造１は、厚板部２１と薄板部２２とでフランジ２に板厚差Δｔが形成されるため、フランジ２のひずみ発生量を抑制するとともに、フランジ２の局部座屈後の圧縮応力の負担能力を高めて、形鋼７全体での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、本発明を適用した溶接接合構造１は、フランジ２の母材開先面２０と第１エンドタブ５の補完開先面５０及び第２エンドタブ６の延伸開先面６０とが、互いに略同一の傾角となって、幅方向Ｙ及び高さ方向Ｚに連続させた略同一平面となることが望ましい。本発明を適用した溶接接合構造１は、これに限らず、図１７（ａ）に示すように、母材開先面２０の傾角と補完開先面５０の傾角とが異なってもよく、図１７（ｂ）に示すように、母材開先面２０又は補完開先面５０の傾角と延伸開先面６０の傾角とが異なってもよい。また、本発明を適用した溶接接合構造１は、図１７（ｃ）に示すように、母材開先面２０と補完開先面５０又は延伸開先面６０とが段違いとなることで、略同一平面とならなくてもよい。

本発明を適用した溶接接合構造１は、図１８（ａ）に示すように、フランジ２の幅方向Ｙの両端に溶接金属Ｗの折返部Ｒを形成しながら、複数の溶接層を積層させて溶接金属Ｗが充填される。このとき、本発明を適用した溶接接合構造１は、薄板部２２の側方に第２エンドタブ６が設けられて、フランジ２の厚板部２１から薄板部２２及び第２エンドタブ６に至るまで、フランジ２の全幅を溶接接合できるものとなる。

これに対して、本発明を適用した溶接接合構造１は、図１８（ｂ）、（ｃ）に示すように、薄板部２２の側方に第２エンドタブ６が設けられない場合であっても、フランジ２の略全幅を溶接接合できるものとする。このとき、本発明を適用した溶接接合構造１は、図１８（ｂ）に示すように、幅方向Ｙで薄板部２２の両端と一致させた位置に溶接金属Ｗの折返部Ｒが配置されてもよく、また、図１８（ｃ）に示すように、幅方向Ｙで薄板部２２の両端よりも若干後退させた位置に溶接金属Ｗの折返部Ｒが配置されてもよい。

なお、本発明を適用した溶接接合構造１は、図１に示すように、梁材と柱材とを互いに接合させる柱梁接合部で、接合対象物８となる角形鋼管等の側面又はダイアフラム等に溶接接合するために用いられるほか、図１９に示すように、複数の梁材の梁端接合部で用いられてもよい。このとき、本発明を適用した溶接接合構造１は、複数の梁材となる各々の形鋼７の材軸方向Ｘの端部７ａを互いに対向させて、何れか一方又は両方の形鋼７のフランジ２に母材開先面２０が形成されることで、形鋼７が溶接接合されるものとなる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。

１ ：溶接接合構造
２ ：フランジ
２ａ ：内面
２ｂ ：外面
２０ ：母材開先面
２０ａ ：始端部
２１ ：厚板部
２２ ：薄板部
２３ ：段差
３ ：ウェブ
３０ ：スカラップ
３１ ：ウェブ端面
４ ：裏当金
４ａ ：上面
４ｂ ：下面
４０ ：ルートギャップ
５ ：第１エンドタブ
５０ ：補完開先面
６ ：第２エンドタブ
６０ ：延伸開先面
７ ：形鋼
７ａ ：端部
７１ ：Ｈ形鋼
７２ ：溝形鋼
７３ ：ＣＴ形鋼
７４ ：山形鋼
８ ：接合対象物
８ａ ：側面
Ｇ ：隙間
Ｒ ：折返部
Ｗ ：溶接金属
α ：拘束端側
β ：自由端側
Ｘ ：材軸方向
Ｙ ：幅方向
Ｚ ：高さ方向

Claims (6)

1. 形鋼を接合対象物に溶接接合するための溶接接合構造であって、
   所定の断面形状で形成された形鋼と、接合対象物に取り付けられる裏当金と、前記形鋼の材軸方向の端部に設けられる第１エンドタブとを備え、
   前記形鋼は、材軸方向に対する断面で幅方向に延びるフランジと、前記フランジの内面に連結されるウェブとを有し、前記フランジの内面又は外面に前記裏当金が当接されて、
   前記フランジは、前記裏当金の高さ方向の反対側に拡開させた母材開先面が形成されて、幅方向で前記ウェブが連結される拘束端側に形成される厚板部の板厚よりも、幅方向で前記ウェブから離間させた自由端側に形成される薄板部の板厚が小さくなって、
   前記第１エンドタブは、幅方向で前記厚板部の側方に設けられることで、前記厚板部と前記薄板部との板厚差が補完されて、幅方向で前記フランジの略全幅を前記厚板部の板厚で溶接接合できるように、前記裏当金の高さ方向の反対側に拡開させた補完開先面が形成されること
   を特徴とする溶接接合構造。
2. 前記形鋼は、前記フランジの内面に前記裏当金が当接されて、
   前記フランジは、前記母材開先面が前記フランジの外面側に拡開させて形成されるとともに、前記厚板部に前記薄板部から前記フランジの内面側に突出させた段差が形成されて、
   前記第１エンドタブは、幅方向で前記段差の側方に設けられて、前記フランジの内面側で前記薄板部と前記裏当金とに挟み込まれることで、前記厚板部と前記薄板部との板厚差が補完されて、前記補完開先面が前記フランジの外面側に拡開させて形成されること
   を特徴とする請求項１記載の溶接接合構造。
3. 前記形鋼は、前記フランジの外面に前記裏当金が当接されて、
   前記フランジは、前記母材開先面が前記フランジの内面側に拡開させて形成されるとともに、前記厚板部に前記薄板部から前記フランジの内面側に突出させた段差が形成されて、
   前記第１エンドタブは、幅方向で前記段差の側方に設けられて、前記フランジの内面側で前記薄板部に当接されることで、前記厚板部と前記薄板部との板厚差が補完されて、前記補完開先面が前記フランジの内面側に拡開させて形成されること
   を特徴とする請求項１記載の溶接接合構造。
4. 前記形鋼は、前記フランジよりも材軸方向に突出させたウェブ端面が前記ウェブに形成されて、幅方向で前記ウェブ端面の側方に前記裏当金が設けられて、
   前記フランジは、前記母材開先面の始端部と接合対象物とを離間させることで、前記ウェブ端面及び前記裏当金が底面に配置されるルートギャップが形成されること
   を特徴とする請求項２記載の溶接接合構造。
5. 前記形鋼は、前記ウェブの上下両端が一対の前記フランジに連結されるとともに、前記フランジに連結される箇所で前記ウェブにスカラップが形成されて、一対の前記フランジのうち上部の前記フランジでは、前記スカラップに挿通された前記裏当金が前記フランジの内面に当接されるとともに、一対の前記フランジのうち下部の前記フランジでは、前記裏当金が前記フランジの外面に当接されること
   を特徴とする請求項２又は３記載の溶接接合構造。
6. 前記形鋼の材軸方向の端部に設けられる第２エンドタブをさらに備え、
   前記第２エンドタブは、幅方向で前記薄板部の側方に設けられて、前記第１エンドタブに当接されるとともに、前記裏当金の高さ方向の反対側に拡開させた延伸開先面が形成されること
   を特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の溶接接合構造。

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