JPH0693684A - 内ダイアフラムプレート付き鉄骨 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エレクトロスラグ溶接にとって必要な裏当材
を有効に利用して、この裏当材に冷却の機能を持たせて
溶接部に対する入熱量を抑えさせるようにし、エレクト
ロスラグ溶接による溶接部の靱性改善を図る。 【構成】 閉鎖形断面を有する鉄骨内に内ダイアフラム
プレート５を、対向する第１の母材３，３どうしに端面
を当接して一体連接するとともに別の対向する第２の母
材４，４それぞれとの間に、溶着金属１２を入れる空間
Ｓを形成するための間隔を隔てた状態で内ダイアフラム
プレート５を設け、間隔を挟むとともに第１の母材３，
３どうしにわたって、その両端をそれぞれ第１の母材
３，３の外面まで貫通突出させた状態で、冷却水流動用
の貫通孔７を形成した裏当材６を設け、内ダイアフラム
プレート５と第２の母材４，４と前記裏当材６とをエレ
クトロスラグ溶接により一体連接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボックス柱やボックス
梁、その他ボックストラス材やボックスブレースなどの
ように、閉鎖形断面を有する鉄骨内に、エレクトロスラ
グ溶接によって内ダイアフラムプレートを一体連接した
内ダイアフラムプレート付き鉄骨に関する。

【０００２】

【従来の技術】閉鎖形断面を有する、例えば、ボックス
柱に対して梁を一体連接する場合、ボックス柱の母材の
鉛直方向の板面に対して梁の長手方向の端面を突き当
て、その当接部分を溶接しているが、単純に構成する
と、ボックス柱によって梁が互いに分断された状態にな
り、梁に生じる応力をボックス柱に伝達するための強度
が低下する。この強度低下を回避するために、従来で
は、閉鎖形断面を有するボックス柱の内部に内ダイアフ
ラムプレートを溶接し、実質的に柱両側の梁を連続させ
るように構成している。

【０００３】このようなボックス柱の母材に対する内ダ
イアフラムプレートの溶接は、例えば、次のようにして
行われていた。すなわち、図８の分解斜視図に示すよう
に、柱構成部材である第１及び第２の母材３，３、４，
４を用意して、それの対向する第１の母材３，３にわた
って内ダイアフラムプレート５の端面を溶接し、且つこ
のとき、別の対向する第２の母材４，４それぞれと内ダ
イアフラムプレート５の端面との間に、溶着金属を入れ
る空間Ｓを形成するための間隔を隔てさせておき、そし
て、この間隔を挟むようにして内ダイアフラムプレート
５の端部両側にそれぞれ裏当材６を仮溶接するととも
に、第１の母材３，３に第２の母材４，４を溶接し、一
方、空間Ｓに臨ませて第１の母材３に予め形成した溶接
用の孔ｂを通して、内ダイアフラムプレート５と第２の
母材４，４と裏当材６とをエレクトロスラグ溶接により
一体連接している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、エレクト
ロスラグ溶接により一体連接すると、施工用の開口を通
して溶接棒を往復移動させながらビードを多層に肉盛り
させる炭酸ガス溶接によって一体連接する場合に比べ、
施工効率が高く且つ高強度の溶接を行える利点がある
が、このエレクトロスラグ溶接は、炭酸ガス溶接に比べ
て溶接部が受ける入熱量が大（以下、必要に応じて大入
熱という）であるために、この大入熱が原因となって、
溶接部の靱性を左右する衝撃値が炭酸ガス溶接に比較し
て大きく低下する欠点があった。

【０００５】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであって、合理的な改良によって溶接部の靱性を
改善し、強度的に優れた内ダイアフラムプレート付き鉄
骨を提供できるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述のような
目的を達成するために、閉鎖形断面を有する鉄骨内に内
ダイアフラムプレートをエレクトロスラグ溶接によって
一体連接した内ダイアフラムプレート付き鉄骨であっ
て、対向する第１の母材どうしに端面を当接して一体連
接するとともに別の対向する第２の母材それぞれとの間
に溶着金属を入れる空間を形成するための間隔を隔てた
状態で内ダイアフラムプレートを設け、間隔を挟むとと
もに、第１の母材どうしにわたって、その両端それぞれ
を第１の母材の外面まで貫通突出させた状態で、冷却水
流動用の貫通孔を形成した裏当材を設け、内ダイアフラ
ムプレートと第２の母材と裏当材とをエレクトロスラグ
溶接により一体連接して構成する。

【０００７】

【作用】本発明の内ダイアフラムプレート付き鉄骨の構
成によれば、エレクトロスラグ溶接にとって必要な裏当
材を有効に利用し、この裏当材に形成した冷却水流動用
の貫通孔に冷却水を流動させることによって溶接部を冷
却し、エレクトロスラグ溶接における大入熱の影響を抑
えることができる。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳述
する。図１は、本発明に係る内ダイアフラムプレート付
き鉄骨の斜視図であり、内ダイアフラムプレート付き鉄
骨としてのボックス柱１にＨ形鋼製の梁２が溶接により
一体連接されている。

【０００９】図２はボックス柱の分解斜視図であり、ボ
ックス柱１は、互いに対向する第１および第２の母材
３，３、４，４を開先溶接した閉鎖形断面を有するもの
であって、梁２が第２の母材４，４に突き合わせ溶接さ
れており、その内部には、梁２の上下のフランジ２ａ，
２ａそれぞれに連ねる状態で内ダイアフラムプレート５
が溶接によって一体連接されている。

【００１０】内ダイアフラムプレート５は、次のように
して母材内面にエレクトロスラグ溶接によって一体連接
されている。すなわち、第１および第２の母材３，３、
４，４と、図２、図３および図４それぞれの斜視図、な
らびに、図５の断面図に示すように、ボックス柱１の構
成状態において、一側辺の長さが対向する第１の母材
３，３の内面間寸法に相当し、かつ、他側辺の長さが第
２の母材４，４の内面間寸法よりもやや短い内ダイアフ
ラムプレート５とを用意し、この内ダイアフラムプレー
ト５の第２の母材４，４に対峙する端部の両側に、それ
ぞれ端面よりもやゝ突出させる状態で裏当材６が仮溶接
されている。

【００１１】この裏当材６は、内ダイアフラムプレート
５の一側辺の長さに相当する角形部材６ａの両端に、第
１の母材３，３の板厚よりもやゝ長い寸法の円形部材６
ｂを突設し、かつ、その全長にわたって冷却水流動用の
貫通孔７を形成して成るもので、内ダイアフラムプレー
ト５に仮溶接させた状態で、各面で一対の裏当材６，６
の外面間寸法が第２の母材４，４の内面間寸法と同じに
なるように設定されている。

【００１２】そして、第１の母材３，３の所定箇所に、
裏当材６の円形部材６ｂを貫通させる小孔ａが形成され
るとともに、一方の第１の母材３の隣り合う小孔ａ，ａ
間には溶接用の孔ｂが形成されている。

【００１３】このように、第１および第２の母材３，
３、４，４と裏当材６付きの内ダイアフラムプレート５
を用意した上で、図３に示すように、内ダイアフラムプ
レート５に溶接された裏当材６の円形部材６ｂを、その
端部を外面よりも突出させる状態で第１の母材３，３の
小孔ａに挿通させて、溶接によって内ダイアフラムプレ
ート５の両端縁が第１の母材３，３の内面に一体連接さ
れるとともに、第１の母材３，３の一端縁側にわたっ
て、例えば、開先溶接によって一方の第２の母材４の両
端縁側が一体連接され、図５に示すように、第２の母材
４と内ダイアフラムプレート５との間に、その間隔が一
対の裏当材６，６によって挟まれた状態の、溶着金属１
２を入れるための空間Ｓが形成され、そして、溶接用の
孔ｂが、空間Ｓに臨ませるようにして形成されている。

【００１４】第１の母材３，３の他端縁側にわたり、他
方の第２の母材４を先に一体連接してから、それぞれ銅
製でエンドタブ兼用の第１および第２の治具８，９を設
け、隣り合う一対の円形部材６ｂを貫通させる孔ｃと溶
接用の孔ｂに臨む小孔ｄとが形成された第１の治具８
が、一方の第１の母材３に設けられるとともに、隣り合
う一対の円形部材６ｂを密に貫通させる孔ｅが形成され
た第の２治具９が、他方の第１の母材３に設けられる。
他方の第２の母材４と内ダイアフラムプレート５との間
に、溶接用の孔ｂに臨む状態の溶着金属１２を入れる空
間Ｓが形成され、これによって、図４に示すように、内
ダイアフラムプレート５の対向する二辺が第１の母材
３，３に溶接された閉鎖形断面を有するボックス柱１を
製作するのである。ここまでの溶接は、溶接部が広く開
放されていることから、小入熱であって溶接部の靱性を
左右する衝撃値の高い炭酸ガス溶接の手段が好適に実施
される。

【００１５】次に、図５に示すように、第１の治具８を
上方に向けた状態で、裏当材６に形成された冷却水流動
用の貫通孔７の上端（または下端）に冷却水の給水管１
０が接続されるとともに、貫通孔７の下端（または上
端）に冷却水の排水管１１が接続され、一方、第１の治
具８の孔ｄを通して空間Ｓに粉末状の溶着金属１２が投
入され、かつ、ソリッドワイヤ１３を先端のチップ１４
から導出させたノズル１５が空間Ｓに挿通されるととも
に、ワイヤ１３を繰り出しつつノズル１５を順次引き上
げて、図６に示すように、内ダイアフラムプレート５と
第２の母材４，４と裏当材６，６とがエレクトロスラグ
溶接によって一体連接され、これによって、内ダイアフ
ラムプレート５の四辺が第１及び第２の母材３，３、
４，４の内面に溶接された内ダイアフラムプレート５付
きのボックス柱１が製作される。

【００１６】ここで、本発明による水冷下でのエレクト
ロスラグ溶接と、これまでの自然冷却下でのエレクトロ
スラグ溶接、および、炭酸ガス溶接による溶着金属心で
の入熱量と衝撃値の関係を調べたところ、図７のグラフ
に示すようなものであった。

【００１７】図中の黒丸印が水冷下でのエレクトロスラ
グ溶接による結果であり、白丸印が自然冷却下でのエレ
クトロスラグ溶接による結果であり、三角印が炭酸ガス
溶接による結果である。

【００１８】この結果から、水冷下でのエレクトロスラ
グ溶接では、その衝撃値が炭酸ガス溶接と大差がなく、
自然冷却によるエレクトロスラグ溶接に比べて数倍高く
なっており、エレクトロスラグ溶接における大入熱の影
響を冷却によって低く抑えることにより、大入熱に起因
する溶接部の靱性低下を回避できることが明らかであ
る。

【００１９】上記構成において、ボックス柱１を寸法通
りに製作することは容易であるが、このとき、第１の母
材３，３に形成した小孔ａの直径を裏当材６の円形部材
６ｂよりもやゝ大にした状態では、小孔ａに円形部材６
ｂを挿通させることが困難になり、このことから、小孔
ａの直径を円形部材６ｂよりも比較的大に設計するのが
一般的である。

【００２０】ところが、小孔ａと円形部材６ｂとの関係
をこのままの状態にしていると、空間Ｓに入れた粉末状
の溶着金属１２が溢れたり、溶接時にスラグが洩れ出し
たりする不都合がある。この不都合を解消するために、
円形部材６ｂを水密に貫通させる孔ｅが形成された第２
の治具９をセットしているのであり、一方、空間Ｓに入
れる溶着金属１２の飛散を防止するために第１の治具８
を設けているのである。

【００２１】上述実施例においては、閉鎖形断面を有す
る鉄骨としてボックス柱を例示したが、その他、ボック
ス梁やボックストラス材、ボックスブレースなどの鉄骨
を対象にして本発明によるエレクトロスラグ溶接を実施
することが可能である。

【００２２】また、エレクトロスラグ溶接として、ノズ
ル１５を順次引き上げる非消耗ノズルの形態のものを説
明したが、消耗ノズル形態のエレクトロスラグ溶接で実
施しても良い。

【００２３】更に、裏当材６を内ダイアフラムプレート
５の端面よりもやゝ突出させる状態で仮溶接して、この
裏当材６の円形部材６ｂを第１の母材３の小孔ａに挿通
させた後に、内ダイアフラムプレート５を第１の母材３
に溶接させるように説明したが、上記の仮溶接を省略し
て、第１の母材３と内ダイアフラムプレート５との間に
所定の間隔を形成させる状態で、内ダイアフラムプレー
ト５を第１の母材３に溶接させるようにしても良い。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内ダイアフ
ラムプレート付き鉄骨によれば、エレクトロスラグ溶接
にとって必要な裏当材を有効に利用して、この裏当材の
両端をそれぞれ母材の外面まで貫通突出させ、かつ、こ
れに冷却水流動用の貫通孔を形成し、この貫通孔に冷却
水を流動させて溶接部を水冷させるから、エレクトロス
ラグ溶接による溶接部の入熱量を抑えることができ、こ
れによって溶接部の靱性を左右する衝撃値を自然冷却に
よるエレクトロスラグ溶接に比べて数倍高くして、大入
熱に起因する溶接部の靱性低下を回避でき、全体として
合理的な改良によって溶接部の靱性を改善し、強度的に
優れた内ダイアフラムプレート付き鉄骨を提供できるよ
うになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】ボックス柱に対する梁の連設部構造を示す斜視
図である。

【図２】ボックス柱の分解斜視図である。

【図３】第１の母材に対する内ダイアフラムプレートの
溶接状態を説明する斜視図である。

【図４】ボックス柱の一部破断斜視図である。

【図５】エレクトロスラグ溶接を説明する断面図であ
る。

【図６】エレクトロスラグ溶接部の断面図である。

【図７】各種の溶接手段による入熱量と衝撃値の相対関
係を示すグラフである。

【図８】従来のエレクトロスラグ溶接によるボックス柱
を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

３…第１の母材 ４…第２の母材 ５…内ダイアフラムプレート ６…裏当材 ７…貫通孔 １２…溶着金属 Ｓ…空間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 閉鎖形断面を有する鉄骨内に内ダイアフ
   ラムプレートをエレクトロスラグ溶接によって一体連接
   した内ダイアフラムプレート付き鉄骨であって、対向す
   る第１の母材どうしに端面を当接して一体連接するとと
   もに別の対向する第２の母材それぞれとの間に溶着金属
   を入れる空間を形成するための間隔を隔てた状態で前記
   内ダイアフラムプレートを設け、前記間隔を挟むととも
   に、前記第１の母材どうしにわたって、その両端それぞ
   れを前記第１の母材の外面まで貫通突出させた状態で、
   冷却水流動用の貫通孔を形成した裏当材を設け、前記内
   ダイアフラムプレートと前記第２の母材と前記裏当材と
   をエレクトロスラグ溶接により一体連接してあることを
   特徴とする内ダイアフラムプレート付き鉄骨。