WO2013011861A1

WO2013011861A1 - 接合構造およびトラス構造

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Publication number: WO2013011861A1
Application number: PCT/JP2012/067518
Authority: WO
Inventors: 伸介山崎; 櫻井　信彰; 政倫西村; 冨永　知徳; 英一郎佐伯
Original assignee: 新日鉄住金エンジニアリング株式会社
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2013-01-24
Also published as: JP2013040551A; JP5856902B2

Abstract

　主管（１）の外周面（１Ａ）に固定されたカバープレート（４）を介して支管（２）が接合されているので、複雑な形状の鋳造筒型金物等に比較してカバープレート（４）の製造コストが抑制できるとともに、主管（１）に対して隅肉溶接でカバープレート（４）が固定されるので、加工コストも削減することができる。そして、カバープレート（４）において連結面部（４１）よりも薄い板厚とされた薄肉部（４４）を有して突出面部（４２）が形成されているので、連結面部（４１）に接続した支管（２）からの応力を主管（１）に伝達する際に、薄肉部（４４）が適度に変形して主管（１）に対する応力集中を緩和することができ、変動応力に対する耐疲労性を向上させることができる。

Description

接合構造およびトラス構造

　本発明は、接合構造およびトラス構造に係り、詳しくは、鋼管からなる主管に被接合材を接合する接合構造、および鋼管からなる主管と、この主管の軸方向に傾斜して設けられる被接合材と、この被接合材を主管に接合する接合部とを備えたトラス構造に関する。

　従来、トラス構造における主管（弦材）と支管（斜材）とを接合する構造として、主管の表面に溶接固定した金物ブロック等の接合部材に対して支管を接続する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。一方、主管の一部を切り欠いて孔を形成し、この孔の端縁に沿って鋳造筒型金物等の接合部材を溶接固定し、この接合部材に対して支管を接続する構造も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
　特許文献２に記載された接合構造では、主管の孔端縁に接合部材を突合せ溶接することで、主管と接合部材を一体化できるものの、孔開け加工が必要であるとともに、孔端縁に対する接合部材の溶接が３次元曲面における突合せ溶接となることから、溶接精度や溶接品質管理が高度になり、加工設備が大型化、煩雑化し、製造コストが増大してしまう。さらに、特許文献２に記載された接合構造では、接合部材が複雑な形状の鋳造筒型金物であることから、金物製造に要するコストも増大し、トラス構造全体の施工コストの高騰を招いてしまうという問題がある。

　このような特許文献２に記載された接合構造に対して、特許文献１に記載の接合構造では、板状の金物ブロックを主管の表面に固定するカバープレートで接合部材を構成したことで、接合部材自体の製造コストが抑制できるとともに、主管に対する孔開け加工が不要になり、また、主管に対して接合部材を隅肉溶接で固定することができることから、加工コストも削減することができるという特長を備えている。また、特許文献２の接合構造では、接合部材に対して支管を突合せ溶接で接合する必要があるのに対して、特許文献１の接合構造では、接合部材に対してボルト接合で支管を接合することができ、この点でも加工コストが削減できるとともに現場における施工性を向上させることもできる。

特開２００２－４４１４号公報特許第３５７４９４８号公報

　しかしながら、特許文献１に記載された従来の接合構造は、建築構造物を対象としたものであり、この構造の場合には、接合部材の４隅に鋭角状に突出した接触端縁（特許文献１における図１の符号２０）が形成されており、この接合部材を全周隅肉溶接により主管に接合した場合には、接触端縁位置が鋭角となること、かつ、溶接非連続部が形成されやすくなることにより、応力集中が発生する。このため、応力集中部（溶接非連続部）から疲労亀裂が生じる可能性があることから、従来の接合構造を用いたトラスは、橋梁構造物などの車載荷重による変動応力が生じる用途が想定されておらず、橋梁構造物などに利用するためには耐疲労性の改善、向上が望まれていた。

　本発明の目的は、製造コストを抑制しかつ良好な施工性が得られるとともに、変動応力に対する耐疲労性に優れた接合構造およびトラス構造を提供することにある。

　本発明の接合構造は、鋼管からなる主管に被接合材を接合する接合構造であって、前記主管の外周面に固定された全体板状のカバープレートを備え、このカバープレートを介して前記被接合材が前記主管に接合され、前記カバープレートは、前記主管の軸方向に沿った所定長さ寸法および当該主管の周方向に沿った所定の周方向幅寸法を有するとともに、当該カバープレートにおける前記軸方向の中央にて前記被接合材と連結される連結面部と、この連結面部から前記軸方向の両側に突出する一対の突出面部とを有して形成され、前記連結面部は、前記軸方向に沿った両端縁を有し、これらの両端縁が前記主管の外周面に溶接固定され、前記突出面部は、前記連結面部よりも薄い板厚とされた薄肉部と、前記連結面部の両端縁に各々連続して互いに近づく方向に曲がって連続する突出外縁とを有し、この突出外縁が前記主管の外周面に溶接固定されることを特徴とする。

　以上の本発明によれば、主管の外周面に固定されたカバープレートを介して被接合材（支管等）が主管に接合される構造であるので、複雑な形状の鋳造筒型金物を用いないことによってカバープレート（接合部材）自体の製造コストが抑制できるとともに、主管に対する孔開け加工や突合せ溶接が不要にでき、加工コストも削減することができる。そして、カバープレートに連結面部と突出面部とを設け、連結面部よりも薄い板厚とされた薄肉部を突出面部に形成したことで、連結面部に接続した被接合材からの応力を主管に伝達する際に、最も高い応力集中が発生するカバープレート端部溶接部の応力を、薄肉部が適度に変形することで緩和することができる。従って、変動応力に対する耐疲労性を向上させることができ、橋梁構造物などの車載荷重による変動応力が作用する構造体に本発明の接合構造を利用することが可能となる。なお、本接合構造を用いる構造体としては、トラス構造が好適であるものの、トラス構造に限定されるものではなく、ラーメン(Rahmen)構造であってもよいし、その他適宜な構造体であってもよい。

　この際、本発明の接合構造では、前記突出面部の薄肉部は、前記連結面部の板厚に対して１／２～１／７程度の板厚を有して形成されていることが好ましい。
　このような構成によれば、連結面部の板厚に対して半分以下の板厚で薄肉部を形成することで、連結面部と薄肉部との適度な剛性比を確保することができ、薄肉部への応力伝達をコントロールしつつ薄肉部を変形しやすくして、カバープレート端部溶接部の応力集中を抑制することができる。また、薄肉部の板厚は、ある程度薄い方が主管への応力集中の度合いが小さくできるものの、薄すぎると製作性に問題が出てくるとともに、溶接性が低下することから、連結面部の板厚に対して１／７程度以上に設定されていることが好ましい。

　さらに、本発明の接合構造では、前記カバープレートにおける前記連結面部からの前記突出面部の突出寸法は、前記主管の直径Ｄに対して０．１Ｄ程度以上に設定されていることが好ましい。
　このような構成によれば、突出面部の突出寸法を主管直径Ｄの０．１Ｄ倍以上に設定することで、薄肉部の変形性能を確保することができる。なお、突出面部の突出寸法は、０．１Ｄ以上であればよいが、０．３Ｄ以上であればより好ましく、０．５Ｄ程度であればさらに好ましい。また、突出寸法の上限値としては、特に限定されないが、突出寸法が大きすぎると使用鋼材量や溶接等の加工手間、コスト面で不都合が生じることから、突出寸法は、１．０Ｄ程度以下であることが好ましい。

　また、本発明の接合構造では、前記突出面部の突出外縁は、溶接脚長が確保される程度に、前記薄肉部の板厚よりも厚く形成されるとともに前記連結面部の両端縁から当該薄肉部を囲んで連続的に設けられていることが好ましい。
　このような構成によれば、突出面部の突出外縁を薄肉部よりも厚くして薄肉部を囲んで連続的に設けることで、この突出外縁を連結面部の両端縁から連続して主管に溶接することができるとともに、この溶接の際に突出外縁が薄すぎないことで溶接性を確保することができ、溶接欠陥の発生を防止することができる。

　また、本発明の接合構造では、前記カバープレートに固定されて前記被接合材を接続する接続部を備え、前記接続部は、前記連結面部に固定されかつ前記軸方向に延びるガセットプレートと、前記ガセットプレートの前記軸方向の端部と前記連結面部とを連結する前記軸方向とは交叉方向のリブとを備えていることが望ましい。
　このような構成によれば、接合部にガセットプレートを用いることで、被接合材の接続にボルト等による締結構造を採用することができる。ここで、ガセットプレートを用いた場合、連結面部においては特にガセットプレートの軸方向端部にあたる部分でガセットプレートから伝達される荷重が応力集中を生じることがあるが、当該部分においてガセットプレートと連結面部とを連結するリブによりガセットプレートから連結面部への荷重が分散され、応力集中を緩和することができる。また、分散することにより、薄肉部の端部応力集中をさらに緩和する効果が期待できる。

　一方、本発明のトラス構造は、鋼管からなる主管と、この主管の軸方向に傾斜して設けられる少なくとも一対の被接合材と、これら一対の被接合材を前記主管に接合する接合部とを備えたトラス構造であって、前記接合部は、前記主管の外周面に固定された全体板状のカバープレートと、このカバープレートに固定されて前記被接合材を接続する接続部とを有し、前記カバープレートは、前記主管の軸方向に沿った所定長さ寸法および当該主管の周方向に沿った所定の周方向幅寸法を有するとともに、当該カバープレートにおける前記軸方向の中央にて前記接続部が固定される連結面部と、この連結面部から前記軸方向の両側に突出する一対の突出面部とを有して形成され、前記連結面部は、前記軸方向に沿った両端縁を有し、これらの両端縁が前記主管の外周面に溶接固定され、前記突出面部は、前記連結面部よりも薄い板厚とされた薄肉部と、前記連結面部の両端縁に各々連続して互いに近づく方向に曲がって連続する突出外縁とを有し、この突出外縁が前記主管の外周面に溶接固定されていることを特徴とする。

　このような本発明によれば、前述の接合構造と同様に、製造コストを抑制しつつ被接合材から主管への応力伝達に際して主管への応力集中を緩和することができ、変動応力に対する耐疲労性を向上させて橋梁構造物などの構造体に本発明のトラス構造を利用することが可能となる。

　この際、本発明のトラス構造では、前記被接合材の端部と前記接続部とが溶接接合またはボルト接合されていることが好ましい。
　このような構成によれば、カバープレートに設けた接続部に対して、溶接接合またはボルト接合によって被接合材を接続することで、カバープレート自体に直接に被接合材を溶接接合（突合せ溶接）する場合と比較して、接合に要する設備や作業手間等を削減することができ、施工性を向上させることができる。

　以上のような本発明の接合構造およびトラス構造によれば、複雑な形状の接合部材を用いなくてもよいことから、製造コストを抑制することができるとともに、被接合材から主管への応力伝達に際して、カバープレートに設けた薄肉部が適度に変形することで、最も高い応力集中が発生するカバープレート端部溶接部の応力集中を緩和することができ、変動応力に対する耐疲労性を向上させて橋梁構造物などの構造体への利用が可能となる。

本発明の一実施形態に係るトラス構造の一部を示す斜視図である。前記トラス構造の一部を示す断面図である。前記トラス構造の一部を示す側面図である。前記トラス構造の接合部を拡大して示す側面図である。前記トラス構造の接合部を拡大して示す断面図である。本発明の他の実施形態に係るトラス構造の一部を示す斜視図である。本発明の他の実施形態に係るトラス構造の一部を示す斜視図である。本発明の他の実施形態に係るトラス構造の接合部を拡大して示す側面図である。本発明の他の実施形態に係るトラス構造の接合部を拡大して示す断面図である。本発明の他の実施形態に係るトラス構造の一部を示す斜視図である。本発明の他の実施形態に係るトラス構造の一部を示す斜視図である。本発明の他の実施形態に係るトラス構造の一部を示す斜視図である。本発明の実施例に係る接合構造を示す斜視図である。本発明の実施例に係る接合構造を示す斜視図である。本発明の実施例に係る接合構造を示す斜視図である。図１０Ａ～図１０Ｃとは別の実施例に係る接合構造を示す斜視図である。図１０Ａ～図１０Ｃとは別の実施例に係る接合構造を示す斜視図である。図１０Ａ～図１０Ｃとは別の実施例に係る接合構造を示す斜視図である。本発明の比較例に係る接合構造を示す斜視図である。本発明の比較例に係る接合構造を示す斜視図である。本発明の比較例に係る接合構造を示す斜視図である。図１２Ａ～図１２Ｃとは別の比較例に係る接合構造を示す斜視図である。図１２Ａ～図１２Ｃとは別の比較例に係る接合構造を示す斜視図である。図１２Ａ～図１２Ｃとは別の比較例に係る接合構造を示す斜視図である。前記実施例および比較例の解析結果を示すグラフである。前記実施例および比較例の解析結果を示すグラフである。

　以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１、図２Ａおよび図２Ｂにおいて、トラス構造は、所定の軸方向Ｘに延びる鋼管からなる主管１と、この主管１の軸方向Ｘに傾斜して設けられる被接合材としての４本の支管２と、これらの支管２を主管１に接合する接合部３と、を備えた立体トラスである。接合部３は、主管１の外周面１Ａに固定された全体板状のカバープレート４と、このカバープレート４に固定されて支管２を接続する接続部としての２枚のガセットプレート５とを有して構成され、これらのガセットプレート５に支管２の端部がスプライスプレート６を介してボルト接合によって固定されている。なお、支管２の端部は、ガセットプレート５に対して溶接接合によって固定されてもよい。

　カバープレート４は、主管１の軸方向Ｘに沿った所定長さ寸法Ｌおよび主管１の周方向に沿った所定の周方向幅寸法Ｂを有するとともに、このカバープレートの長手方向（主管１の軸方向Ｘ）中央にてガセットプレート５が固定される連結面部４１と、この連結面部４１から長手方向の両側に突出する一対の突出面部４２とを有して形成されている。連結面部４１は、所定の板厚（例えば、２２mm）を有した円弧状断面を有して形成され、主管１の軸方向Ｘに沿った両端縁である一対の端縁４３がそれぞれ主管１の外周面１Ａに隅肉溶接（溶接部Ｗ）で固定されている。また、カバープレート４は、図２Ａに示すように、主管１の軸方向Ｘを中心として角度θの範囲に位置する幅寸法Ｂを有し、角度θとしては、例えば１２０°（４５°以上かつ１８０°以下が望ましい）に設定されている。

　図３Ａおよび図３Ｂにも示すように、一対の突出面部４２は、それぞれ連結面部４１の厚さ（例えば、Ｔ１＝１６mm）よりも薄い板厚（例えば、Ｔ２＝３mm）を有する薄肉部４４と、連結面部４１の端縁４３に連続して薄肉部４４を囲む突出外縁４５と、を有して略半円形状に形成されている。突出外縁４５は、薄肉部４４よりも厚いくかつ連結面部４１より薄い板厚（例えば、薄肉部４４がＴ２＝３mmとし、溶接脚長７mmの場合、突出外縁４５は７mm程度の板厚）を有するとともに、連結面部４１の各端縁４３からそれぞれ軸方向Ｘに延びるとともに互いに近づく方向に円弧状に曲がって連続して形成され、この突出外縁４５が主管１の外周面１Ａに隅肉溶接（溶接部Ｗ）で固定されている。なお、突出外縁４５は、隅肉溶接に必要な板厚を確保していればよいので、必ずしも薄肉部４４の板厚よりも厚い必要はなく、薄肉部４４が隅肉溶接に必要な板厚を有していれば、これと同一の板厚で突出外縁４５が形成されていてもよい。

　突出面部４２の突出寸法Ｌ１、すなわち連結面部４１およびガセットプレート５の端部から突出外縁４５の最外端（軸方向Ｘに沿った先端）までの距離は、主管１の直径Ｄに対して０．１Ｄ程度以上かつ１．０Ｄ程度以下に設定されている。なお、図１～図３Ｂに示す突出面部４２では、突出寸法Ｌ１が約０．４Ｄに設定されている。また、突出寸法Ｌ１は、薄肉部４４の応力伝達および変形性状や、突出外縁４５の曲率による溶接性などを考慮した場合には、０．３Ｄ以上が好ましい。一方、カバープレート４の材料コスト（鋼材量）を考慮した場合には、１．０Ｄ以下のより短いものが好ましく、０．８Ｄ以下であればより好ましい。

　以上のような本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
　すなわち、主管１の外周面１Ａに固定されたカバープレート４を介して支管２が接合されているので、複雑な形状の鋳造筒型金物等に比較してカバープレート４の製造コストが抑制できるとともに、主管１に対して隅肉溶接でカバープレート４が固定されるので、加工コストも削減することができる。そして、カバープレート４において連結面部４１よりも薄い板厚とされた薄肉部４４を有して突出面部４２が形成されているので、連結面部４１に接続した支管２からの応力を主管１に伝達する際に、薄肉部４４が適度に変形して最も高い応力集中が発生するカバープレート端部溶接部の応力集中を緩和することができ、変動応力に対する耐疲労性を向上させることができる。また、突出面部４２の突出外縁４５が角部のない曲線状に形成されていることで、主管１に対する集中応力をさらに低減させることができるとともに、連結面部４１の端縁４３と突出面部４２の突出外縁４５とが連続した隅肉溶接（溶接部Ｗ）によって主管１の外周面１Ａに固定されているので、溶接の弱点となるような溶接端が形成されず、耐疲労性をより一層向上させることができる。さらに、被接合材である支管２の接続にあたって、ガセットプレート５に支管２の端部を、スプライスプレート６を介してボルトで締結する構造としたため、支管２の端部を溶接する場合よりも作業を効率よく行うことができる。

　前記図１から図３Ｂの実施形態では、２枚のガセットプレート５を用いた立体トラスを例示したが、本発明のトラス構造は、図４に示す他の実施形態のように平面トラスとしても利用可能である。
　すなわち、図４に示すトラス構造は、主管１の軸方向Ｘに傾斜しかつ同一平面内に被接合材としての２本の支管２が設けられている。これらの支管２は、カバープレート４の周方向幅の中央に固定された１枚のガセットプレート５を介し、ボルト接合によって主管１に接続されている。

　このような平面トラスとした実施形態においても、前述した図１から図３Ｂの実施形態と同様の効果を得ることができる。
　なお、図４の実施形態および後述する他の実施形態においては、前記図１から図３Ｂの実施形態と共通する構成に同じ符号を付し、各々の重複する説明は省略する。

　図５には、本発明のさらに他の実施形態が示されている。
　図５において、本実施形態ではカバープレート４の周方向幅の中央に軸方向に延びる１枚のガセットプレート５が固定され、図４の実施形態と同様にガセットプレート５には支管２（図５では図示省略）が接続される。ガセットプレート５の軸方向の端部には、各端部の両側に一対で、ガセットプレート５と連結面部４１とを接続するリブ５１が設置されている。リブ５１は、ガセットプレート５の側面に対して溶接されるとともに、薄肉部４４の最寄りの辺縁に沿って連結面部４１に溶接されている。

　このような本実施形態においては、前述した図１から図３Ｂの実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、リブ５１によりガセットプレート５の端部応力の分散を図ることができる。すなわち、図示しない支管２から主管１に伝えられる荷重は、ガセットプレート５からカバープレート４へと伝達されるが、応力集中が生じ易いガセットプレート５の端部においては、その両側にリブ５１が設置され、ガセットプレート５の端部の荷重を周辺の連結面部４１の広い領域に分散させることができる。このため、カバープレート４における応力集中を緩和することができるとともに、薄肉部４４の端部応力集中をさらに緩和する効果が期待できる。

　前記図１から図３Ｂの実施形態では、カバープレート４の薄肉部４４をカバープレート４の表面側から凹状に形成したが、図６Ａおよび図６Ｂに示す他の実施形態のように裏側から凹状に形成してもよい。
　図６Ａおよび図６Ｂにおいて、カバープレート４の一対の突出面部４２は、カバープレート４の裏面側から凹状に形成されて連結面部４１よりも薄い板厚とされた薄肉部４４と、連結面部４１の端縁４３に連続して薄肉部４４を囲む突出外縁４５と、を有して略半円形状に形成されている。なお、連結面部４１の厚さＴ１、薄肉部４４の厚さＴ２および突出外縁４５の厚さは、それぞれ前記図１から図３Ｂの実施形態と同様に設定される。
　このような裏側から凹状に形成された薄肉部４４を用いた実施形態においても、前述した図１から図３Ｂの実施形態と同様の効果を得ることができる。

　前記図１から図３Ｂの実施形態では、カバープレート４の両側の端縁４３を直線としたが、図７に示す他の実施形態のように中間部がカバープレート４の周方向幅の中央に近づくように湾曲した円弧状に形成してもよい。
　図７において、カバープレート４は前記図１から図３Ｂの実施形態あるいは図４の実施形態と同様な連結面部４１、一対の突出面部４２（薄肉部４４および突出外縁４５）、ガセットプレート５を備えている。ここで、連結面部４１の両側の端縁４３Ａは、両端が突出外縁４５に連続されるとともに、中間部分がガセットプレート５に近接するように湾曲されている。

　このように、カバープレート４において、先端の幅を広く、中央を狭くすることにより、先端部の剛性を中央部の剛性よりも大きくすることで、前記図５の実施形態においてリブ５１を設置したことによる効果と同様の効果が期待できる。すなわち、ガセットプレート５の端部の剛性が、ガセットプレート５の中間部の剛性よりも大きくなることにより、ガセットプレート５からカバープレート４へと伝達される応力を端縁４３Ａへと逃がし、突出面部４２に伝達される応力をさらに減少させる効果が期待できる。

　前記図１から図３Ｂの実施形態では、カバープレート４の連結面部４１に接続部としてのガセットプレート５を設置したが、接続部としてはガセットプレート５に限らず、他の形状の接続部を用いてもよい。

　図８に示す他の実施形態では、被接合材である支管２としてパイプ部材が用いられ、カバープレート４の連結面部４１には接続部としてリング状のカラー５Ａが形成されている。
　カラー５Ａは、支管２と同様のパイプ部材を加工したものであり、連結面部４１に接続される側は連結面部４１の表面に応じた形状の曲線状の端縁とされ、全周にわたって連結面部４１に溶接されている。連結面部４１と反対側は、支管２の端部に対応した角度の切断面とされ、支管２を接続する際に全周にわたって支管２の端部に溶接される。

　このような本実施形態においても、前述した図１から図３Ｂの実施形態と同様の効果を得ることができる。但し、カラー５Ａを用いるため、前記図１から図３Ｂの実施形態における接続部であるガセットプレート５に比べてカバープレート４への設置にあたっての加工が若干複雑となるが、一方で、カラー５Ａによって支管２の筒状の構造がカバープレート４に直接接合されることになり、露出型の構造体とした際の外観上も優れたものとすることができる。

　図９に示す他の実施形態では、被接合材である支管２としてパイプ部材が用いられる点は前記図８の実施形態と同様であるが、この実施形態においてはカバープレート４の連結面部４１に別体の接続部を設置するのではなく、カバープレート４の連結面部４１自体が接続部とされる。
　本実施形態においては、支管２の端部を、予め連結面部４１の表面に応じた形状の曲線状の端縁に形成しておき、支管２を接続する際に、支管２の端部を全周にわたって連結面部４１に溶接する。

　このような本実施形態においても、前述した図１から図３Ｂの実施形態と同様の効果を得ることができる。但し、ガセットプレート５を用いないため、カバープレート４への設置にあたって支管２の端部の加工が若干複雑となるが、支管２の端部がカバープレート４に直接接合されることになり、露出型の構造体とした際の外観上も優れたものとすることができる。

　なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
　例えば、本発明の接合構造およびトラス構造において、被接合材は、前記実施形態のような鋼管からなる支管２に限らず、適宜な断面を有した形鋼などであってもよいし、その他任意断面および形状を有した鋼材であってもよい。
　また、本発明の接合構造は、トラス構造に利用されるものに限らず、ラーメン架構などの任意の構造体に利用可能である。具体例としては、主管として鋼管柱を用い、この鋼管柱に接合される梁やブレースを被接合材としてもよいし、逆に、鋼管梁（主管）等に対して、柱やブレース等の被接合材を接合する構造であってもよい。

　その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
　従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

　以下、本発明に基づく前記図１の実施形態の接合部３について、主管１の局部応力を検討した結果について説明する。
　ここでは、本発明を適用した接合部を実施例１～９とし、従来技術や本発明以外の接合部を比較例１～１２とし、各接合部のＦＥＭ解析を実施して主管１に作用する応力を算出した。なお、実施例１～９および比較例１～１２のＦＥＭ解析モデルは、主管１の直径Ｄおよび板厚を共通とし、カバープレート４の形状（長さ寸法Ｌや幅寸法Ｂである角度θ、突出面部４２の突出寸法Ｌ１、突出外縁４５の角部Ｒ、薄肉部４４の板厚Ｔ２）をパラメータとしたモデルを用いた。
　なお、実トラス構造として、主管１の直径Ｄが６００mm、カバープレート４の全長が１８００mm、突出面部４２の突出寸法が２６４mm（約０．４４Ｄ）を想定し、この縮小モデルとした実施例および比較例において、主管１の主管径２６７mm、板厚が６mmであり、カバープレート４は、連結面部４１の板厚Ｔ１が１６mm、薄肉部４４の板厚Ｔ２が３mmである。次の表１に解析モデルの諸元を示すとともに、図１０Ａ～図１０Ｃおよび図１１Ａ～図１１Ｃに実施例の接合部の代表的な形態を示し、図１２Ａ～図１２Ｃおよび図１３Ａ～図１３Ｃに比較例の接合部の代表的な形態を示す。

〔実施例〕
　実施例１は、図１０Ａに示す形態の接合部３を備え、この接合部３におけるカバープレート４の形態は、前記実施形態で説明したものと同一であり、このカバープレート４の幅方向（主管１の周方向）略中央にガセットプレート５が１枚固定されている。
　実施例２は、図１０Ｂに示すように、実施例１のカバープレート４に対して、薄肉部４４の形態が相違しており、薄肉部４４の連結面部４１側（突出面部４２の突出方向基端部側）に丸みが形成され、すなわち板厚が厚い連結面部４１の一部が突出外縁４５に沿って突出面部４２側に延長されている。
　実施例３は、図１０Ｃに示すように、実施例１のカバープレート４に対して、薄肉部４４の形態が相違しており、突出面部４２の突出方向基端部側において薄肉部４４が連結面部４１の端縁４３に沿って延長されている。

　実施例４は、図１１Ａに示すように、実施例１のカバープレート４に対して、薄肉部４４の形態が相違しており、薄肉部４４の連結面部４１側に突出方向に向かって傾斜した傾斜部が形成され、この傾斜部に対応して連結面部４１の一部が突出面部４２側に延長されている。
　実施例５は、図示を省略するが、実施例４のカバープレート４に対して、薄肉部４４の傾斜部の傾きを変更し、実施例２のように丸みを形成したものである。
　実施例６は、図示を省略するが、実施例５のカバープレート４に対して、薄肉部４４の傾斜部の丸みをさらに大きくしたものである。

　実施例７は、図示を省略するが、実施例１のカバープレート４に対して、薄肉部４４の板厚Ｔ２が相違しており、板厚Ｔ２が５mmとされている。
　実施例８は、図１１Ｂに示すように、実施例１のカバープレート４に対して、突出面部４２の突出外縁４５の曲率が相違しており、突出外縁４５のＲ寸法が５０mmで形成されている。
　実施例９は、図１１Ｃに示すように、実施例８のカバープレート４に対して、突出外縁４５の曲率を変更したものであり、突出外縁４５のＲ寸法が１００mmで形成されている。

〔比較例〕
　比較例１～１２の接合部３Ａは、図１２Ａ～図１２Ｃおよび図１３Ａ～図１３Ｃに示すように、カバープレート４Ａと、このカバープレート４Ａの幅方向略中央に固定されたガセットプレート５とを有して構成されている。これらのカバープレート４Ａは、前記実施例１～９のカバープレート４と形状が相違している。
　比較例１は、図１２Ａに示すように、実施例１～９のカバープレート４に対して、薄肉部を備えておらず、突出面部４２Ａは先端に向かって板厚が薄くなるテーパを有して形成され、この先端が直線状に切断されて角部４２Ｂが形成されている。
　比較例２は、図１２Ｂに示すように、比較例１に対して、突出面部４２Ａにテーパが設けられず、その突出寸法が小さく形成されている。
　比較例３は、図１２Ｃに示すように、実施例のカバープレート４と同様の薄肉部４４を備えるものの、突出面部４２Ａの先端が直線状に切断されてＲ寸法が１０mmの角部４２Ｂが形成されている。

　比較例４は、図１３Ａに示すように、突出面部４２Ａの先端形状が突出方向に凹状に形成され、幅方向の両端部にて突出方向に突き出した角部４２Ｂが形成されている。
　比較例５は、図１３Ｂに示すように、実施例１～９のカバープレート４と略同様の外形形状を備えるものの、薄肉部を備えておらず、突出面部４２Ａが連結面部４１Ａと同一の板厚で形成されている。
　比較例６は、図示を省略するが、比較例５と略同様の外形形状を備え、カバープレート４の周方向幅寸法である角度θが９０°で形成されている。
　比較例７は、図示を省略するが、比較例６と略同様の外形形状を備え、カバープレート４の周方向幅寸法である角度θが４５°で形成されている。
　比較例８は、図示を省略するが、比較例６よりもさらに幅寸法が小さく形成され（角度θ≒０°）、ガセットプレート５と略同一幅で形成されている。

　比較例９は、図示を省略するが、比較例５と略同様の外形形状を備え、カバープレート４における外周である端縁４３Ａおよび突出外縁４５Ａよりも内側の部分が主管１に溶接固定されている。
　比較例１０は、図示を省略するが、比較例１と略同様の外形形状を備え、連結面部４１Ａの端縁４３Ａに沿った方向（主管１の軸方向Ｘ）の端縁のみが主管１に溶接固定され、突出面部４２Ａの先端部分が溶接固定されていない点が相違する。
　比較例１１は、図１３Ｃに示すように、比較例６と略同様の外形形状を備え、突出面部４２Ａの突出寸法が拡大されている点が相違する。
　比較例１２は、図示を省略するが、比較例１１と略同様に突出面部４２Ａの突出寸法が拡大され、比較例１１では突出面部４２Ａにテーパが形成されるのに対し、比較例１２ではテーパが形成されず突出面部４２Ａの板厚が連結面部４１Ａと同一のままフラットに形成されている点が相違する。

　図１４Ａに比較例１および図１４Ｂに実施例１のＦＥＭ解析結果のグラフを示し、表２に実施例１～９および比較例１～１２の最大応力値を示す。
　図１４Ａは、比較例１および図１４Ｂは実施例１における主管１の応力を示すグラフであり、横軸は、接合部３，３Ａの軸方向Ｘに沿った距離を示している。
　比較例１では、図１４Ａに示すように、突出面部４２Ａの先端位置である８００mmを超えた位置から急激に応力が増大し、主応力の最大値として５１０ＭＰａ程度まで上昇していることが解る。
　一方、実施例１では、図１４Ｂに示すように、突出面部４２の先端よりも中央側で応力が増大し始め、突出面部４２の先端位置において主応力の最大値が３７０ＭＰａ程度に抑制されている。このような応力は、突出面部４２の薄肉部４４が変形することにより、カバープレート４と主管１との間で徐々に応力が伝達され、突出面部４２の先端位置における急激な上昇が抑制されることが解る。

　また、表２に示すように、実施例１～９では、主応力の最大値が３６０～４００ＭＰａ程度であるのに対し、比較例１～１２では、主応力の最大値が４００ＭＰａ以上であり、このような各比較例に対して本実施例では最大応力値が抑制されていることが解る。特に、比較例５と各実施例とを比較した場合、互いにカバープレート４，４Ａの外形形状が略同一であるのに対して、比較例５のカバープレート４Ａには薄肉部が形成されていないため、薄肉部４４によって各実施例における応力抑制効果が得られていることが解る。さらに、比較例３と各実施例とを比較した場合、互いにカバープレート４，４Ａが薄肉部４４を備えていることから、主応力の最大値が４００ＭＰａ以下となっているものの、比較例３のカバープレート４Ａには、突出面部４２Ａ先端にＲ寸法が１０mmの角部４２Ｂが形成されていることから、突出外縁４５のＲ寸法が５０mmの実施例８の方が、応力値がより抑制され、さらにＲ寸法が大きな他の実施例で応力値が一層抑制されている。従って、突出面部４２の突出外縁４５にできるだけ緩やかなＲを形成することによって、より高い応力抑制効果が得られることが解る。

　１…主管、１Ａ…外周面、２…支管（被接合材）、３…接合部、４…カバープレート、５…ガセットプレート（接続部）、５Ａ…カラー（接続部）、４１…連結面部、４２…突出面部、４３，４３Ａ…端縁、４４…薄肉部、４５…突出外縁、５１…リブ。

Claims

　鋼管からなる主管に被接合材を接合する接合構造であって、
　前記主管の外周面に固定された全体板状のカバープレートを備え、このカバープレートを介して前記被接合材が前記主管に接合され、
　前記カバープレートは、前記主管の軸方向に沿った所定長さ寸法および当該主管の周方向に沿った所定の周方向幅寸法を有するとともに、当該カバープレートにおける前記軸方向の中央にて前記被接合材と連結される連結面部と、この連結面部から前記軸方向の両側に突出する一対の突出面部とを有して形成され、
　前記連結面部は、前記軸方向に沿った両端縁を有し、これらの両端縁が前記主管の外周面に溶接固定され、
　前記突出面部は、前記連結面部よりも薄い板厚とされた薄肉部と、前記連結面部の両端縁に各々連続して互いに近づく方向に曲がって連続する突出外縁とを有し、この突出外縁が前記主管の外周面に溶接固定されることを特徴とする接合構造。
　請求項１に記載の接合構造において、
　前記突出面部の薄肉部は、前記連結面部の板厚に対して１／２～１／７程度の板厚を有して形成されていることを特徴とする接合構造。
　請求項１または請求項２に記載の接合構造において、
　前記カバープレートにおける前記連結面部からの前記突出面部の突出寸法は、前記主管の直径Ｄに対して０．１Ｄ程度以上に設定されていることを特徴とする接合構造。
　請求項１から請求項３のいずれかに記載の接合構造において、
　前記突出面部の突出外縁は、溶接脚長が確保される程度に、前記薄肉部の板厚よりも厚く形成されるとともに前記連結面部の両端縁から当該薄肉部を囲んで連続的に設けられていることを特徴とする接合構造。
　請求項１から請求項４のいずれかに記載の接合構造において、
　前記カバープレートに固定されて前記被接合材を接続する接続部を備え、前記接続部は、前記連結面部に固定されかつ前記軸方向に延びるガセットプレートと、前記ガセットプレートの前記軸方向の端部と前記連結面部とを連結する前記軸方向とは交叉方向のリブとを備えていることを特徴とする接合構造。
　鋼管からなる主管と、この主管の軸方向に傾斜して設けられる少なくとも一対の被接合材と、これら一対の被接合材を前記主管に接合する接合部とを備えたトラス構造であって、
　前記接合部は、前記主管の外周面に固定された全体板状のカバープレートと、このカバープレートに固定されて前記被接合材を接続する接続部とを有し、
　前記カバープレートは、前記主管の軸方向に沿った所定長さ寸法および当該主管の周方向に沿った所定の周方向幅寸法を有するとともに、当該カバープレートにおける前記軸方向の中央にて前記接続部が固定される連結面部と、この連結面部から前記軸方向の両側に突出する一対の突出面部とを有して形成され、
　前記連結面部は、前記軸方向に沿った両端縁を有し、これらの両端縁が前記主管の外周面に溶接固定され、
　前記突出面部は、前記連結面部よりも薄い板厚とされた薄肉部と、前記連結面部の両端縁に各々連続して互いに近づく方向に曲がって連続する突出外縁とを有し、この突出外縁が前記主管の外周面に溶接固定されていることを特徴とするトラス構造。
　請求項６に記載のトラス構造において、
　前記被接合材の端部と前記接続部とが溶接接合またはボルト接合されていることを特徴とするトラス構造。