JPWO2017090400A1 - H形鋼の継手構造およびh形鋼の接合方法 - Google Patents
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Abstract
この継手構造は、ウェブ、フランジ、及びフィレットを各々有する一対のH形鋼を平坦な端面同士で接合した継手構造であって、前記フランジの端面同士の間に形成された溶接金属と、上面及び下面が前記ウェブの端面全面にそれぞれ面接触するとともに、側面が前記溶接金属と一体的に融合するように、前記ウェブの端面同士の間に配置される支圧鋼板と、を備える。
Description
本願は、2015年11月26日に、日本に出願された特願2015−230440号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
この構成によれば、ウェブの端面同士が支圧鋼板を介して接合されるとともに、フランジの端面同士は溶接金属を介して接合されるため、圧縮応力を主に伝達するウェブの端面については溶接を必須としないメタルタッチの状態とすることができる。従って、H形鋼の端面に開先やスカラップ等を形成するための特別な加工を施すことなく、H形鋼の柱継手を効率的に製造することができる。
この構成によれば、フランジ同士を完全溶け込み溶接により接合することができる。従って、曲げ座屈に対する抵抗力を高めることができる。
(3)上記(1)に記載の継手構造では、前記支圧鋼板と前記ウェブとが隅肉溶接されてもよい。
この構成によれば、せん断に対する抵抗力を高めることができる。
(4)上記(1)に記載の継手構造では、前記支圧鋼板の上面及び下面が前記フィレットの端面にそれぞれ面接触してもよい。
この構成によれば、エレクトロスラグ溶接又はエレクトロガスアーク溶接を行う際に、フィレット端面に対応する位置に配置する当て金を必須としない。従って、フィレット近傍からの溶融スラグや溶融金属の漏出を簡易且つ確実に防ぐことができる。
(5)上記(1)に記載の継手構造では、前記フランジの幅方向全長に亘り、前記支圧鋼板の上面及び下面が前記フランジの端面の一部にそれぞれ面接触してもよい。
この構成によれば、エレクトロスラグ溶接又はエレクトロガスアーク溶接を行う際に、溶融スラグや溶融金属の漏出を簡易且つ確実に防ぐことができる。また、フランジの長手方向全長に亘り支圧鋼板が延在しているため、エレクトロスラグ溶接又はエレクトロガスアーク溶接を行う際に、フランジの内面に配置する当て金が不要となる。
この構成によれば、エレクトロスラグ溶接又はエレクトロガスアーク溶接を行う際に、溶融スラグや溶融金属の漏出を簡易且つ確実に防ぐことができる。
(7)上記(6)に記載の継手構造では、前記内面側当て金に、前記フィレットの表面に面接触するR部と、前記支圧鋼板の表面に面接触する凸部とが形成されてもよい。
この構成によれば、支圧鋼板をウェブの端面全面のみに面接触させる場合であっても、エレクトロスラグ溶接又はエレクトロガスアーク溶接を行う際に、溶融スラグや溶融金属の漏出を簡易且つ確実に防ぐことができる。
(8)上記(6)に記載の継手構造では、前記内面側当て金に、前記フィレットの表面に面接触するR部と、前記支圧鋼板が嵌合する凹部とが形成されてもよい。
この構成によれば、支圧鋼板をウェブの端面全面とフィレットとに面接触させる場合であっても、エレクトロスラグ溶接又はエレクトロガスアーク溶接を行う際に、溶融スラグや溶融金属の漏出をより簡易且つ確実に防ぐことができる。
(9)上記(1)に記載の継手構造では、前記フランジの外面と前記溶接金属とに取り付けられた外面側当て金を更に備えてもよい。
この構成によれば、エレクトロスラグ溶接又はエレクトロガスアーク溶接を行う際に、溶融スラグや溶融金属の漏出を簡易且つ確実に防ぐことができる。
この構成によれば、ウェブの端面同士が支圧鋼板を介して接合されるとともに、フランジの端面同士は溶接金属を介して接合されるため、圧縮応力を主に伝達するウェブの端面については溶接を必須としないメタルタッチの状態とすることができる。従って、H形鋼の端面に開先やスカラップ等を形成するための特別な加工を施すことなく、H形鋼の柱継手を効率良く製造することができる。
図1に示すように、下記の実施形態で用いるH形鋼10は、その断面形状が、互いに平行な一対のフランジ11と、一対のフランジ11に直交して連接するウェブ12と、フランジ11とウェブ12との間に形成されるフィレット13とを有する。
フィレット13は、フランジ11とウェブ12との境界の湾曲部分であり、断面形状における湾曲部分の端をR止まり14と呼称する。
一対のフランジ11のうち、互いに外向きとなる面を外面11aと呼称し、互いに内向きとなる面を内面11bと呼称する。
図1において、aは「フランジの幅」であり、bは「ウェブの内法高さ」であり、cは「フランジの厚さ」であり、dは「ウェブの厚さ」である。また、wfは「R止まり間フランジ幅wf」であり、フランジ内面の両フィレットR止まり間のフランジ幅方向距離を意味する。
本実施形態に係る継手構造1は、断面形状寸法が等しい一対のH形鋼10のウェブ12同士の間に、H形鋼10に作用する鉛直荷重を伝達する支圧鋼板2が配置され、支圧鋼板2を挟んでウェブ12同士が当接されて構成されている。つまり、一対のH形鋼10のウェブ12同士は、圧縮応力のみを伝達するメタルタッチにより当接されている。
一方、曲げ座屈に対して抵抗する必要があるフランジ11同士は、エレクトロスラグ溶接により形成される溶接金属15を介して接合されている。従って、フランジ11同士は、メタルタッチではなく、完全溶け込み溶接により一体的に接合されている。
すなわち、支圧鋼板2は、上面及び下面がウェブ12の平坦な端面の全面にそれぞれ面接触するとともに、側面が溶接金属15と一体的に融合するように、ウェブ12の端面同士の間に配置される。
また、図3Aに示すように、支圧鋼板2の幅wに対して直角方向である支圧鋼板2の長さは、ウェブ12の内法高さbと等しい。
支圧鋼板2の厚さt2は、支圧鋼板2を介して対向する一対のH形鋼10のフランジ11同士の間隙g(図2参照)と等しい。この間隙gは、エレクトロスラグ溶接により溶接金属15を形成するための間隙である。
したがって、この間隙gにエレクトロスラグ溶接を行う際のノズルが挿入できるように、支圧鋼板2の厚さt2は、10mm〜60mm程度、好ましくは15mm〜30mm程度とする。
なお、本明細書において「溶接金属」とは、溶接中に溶融凝固した金属であり、溶接熱影響部を含まない。
外面側当て金3及び内面側当て金4は、図3Cに示すように略直方体の形状を有する。
外面側当て金3及び内面側当て金4は、フランジ11同士をエレクトロスラグ溶接する際に溶融スラグや溶融金属が溶接範囲外へ流れ出ないように、H形鋼10、10同士の間隙gを塞ぐためのものである。
本実施形態に係る継手構造1では、曲げ座屈への抵抗力を高めるために、鋼板からなる外面側当て金3及び内面側当て金4が、溶接後もH形鋼10に取り付けられている。すなわち、外面側当て金3及び内面側当て金4は、フランジ11と溶接金属15とに取り付けられた状態とされている。
なお、本明細書において「H形鋼高さ方向」とは、柱部材として用いられるH形鋼10自体の材長方向を指す。
本実施形態に係る継手構造1では、支圧鋼板2がフィレット13に対し面接触するように覆っているため、内面側当て金4は、フィレット13の形状を考慮する必要がなく、フランジ11の内面と支圧鋼板2の側面とに接する略矩形の平板を用いることができる。このような内面側当て金4が、図3Aに点線で示すように、両フランジ11の内面に、それぞれ支圧鋼板2を挟んで両側に配置される。
尚、エレクトロスラグ溶接やエレクトロガスアーク溶接では、溶融スラグや溶融金属の流出を回避するため、溶接の進行方向を水平方向にすることができない。従って、フランジ幅方向を鉛直方向とした状態で行うことが好ましい。
図5は、外面側当て金3及び内面側当て金4として水冷銅当て金を用いた場合の溶接方法の例を説明するものである。図5に示すように、フランジ11の外面11aに対し、H形鋼10同士の間隙の一部を塞ぐように外面側当て金3を配置し、溶接ワイヤ9による溶接位置に応じて外面側当て金3を順次摺動させる。
なお、本実施形態において、極厚H形鋼とは、フランジの板厚が40mm以上のH形鋼を指す。
なお、支圧鋼板2をウェブ12に隅肉溶接する場合、ウェブ12にせん断力を伝達させることができるため、せん断力に対する対抗力を効率的に高めることができる。本実施形態に係る継手構造1では、支圧鋼板2がフィレット13に対し面接触するように覆っているため、ウェブ12と支圧鋼板2の間に生じる段差部に当該隅肉溶接を行うことで、被溶接材(H形鋼)および支圧鋼板に開先加工等の特段の加工を施すことなく、せん断力の伝達が可能となる。
例えば、フランジ板厚100mmのH形鋼同士を溶接する場合、多層盛溶接では20時間以上を要するのに対し、エレクトロスラグ溶接の場合には30分程度で行うことができる。
したがって、本実施形態に係る継手構造1によれば、極めて簡易な部品を用いるだけで、H形鋼10の接合面またはその近傍に特別な加工を施すことなく、H形鋼10の端面を、例えば鋸断加工あるいはガス溶断加工等により平坦に加工するのみで、高品質の柱継手構造を効率良く製造することができる。
なお、上記実施形態では、鋼板からなる外面側当て金3及び内面側当て金4が、溶接後もH形鋼10に取り付けられた状態で継手構造1が構成されているが、外面側当て金3及び内面側当て金4は溶接後に取り外してもよい。この場合、外面側当て金3及び内面側当て金4として、水冷銅当て金、セラミックス製当て材、又はフラックス製当て材を用いることが好ましい。これにより、当て金を繰り返し使用することができ、継手構造1の製造を極めて経済的に行うことができる。
このような内面側当て金4Aを用いることで、支圧鋼板2をウェブ12の端面全面とフィレット13の端面とに面接触させる場合であっても、エレクトロスラグ溶接を行う際に、溶融スラグや溶融金属の漏出をより簡易かつ確実に防ぐことができる。
この場合、支圧鋼板2の幅wは、H形鋼10のフランジ幅a(図1参照)と等しく、支圧鋼板2の幅wと直角方向の長さは、ウェブの内法高さbよりも長い。したがって、図9A、図9Bに示すように、支圧鋼板2の長さ方向の両端部は、一対のH形鋼10の両フランジ11間の隙間に埋設された状態で配置されている。この場合には、支圧鋼板2がフランジ11の内面側を塞いでいるため、内面側当て金4は不要であり、外面のみに、前述の図2、図3A〜3Cの実施形態と同様の外面側当て金3が配置される。
この変形例に係る継手構造1Cでは、内面側当て金4CのR部、凸部がフィレット13の表面および支圧鋼板2の表面にそれぞれ面接触して、整形な(略直方体形状の)フランジ溶接開先空間を形成するため、支圧鋼板2の幅wをウェブの厚さと等しくすることができる。また内面側当て金4CのR部、凸部がフィレット13および支圧鋼板2に面接触しているため、エレクトロスラグ溶接を行う際に、溶融スラグや溶融金属の漏出をより簡易かつ確実に防ぐことができる。
2 支圧鋼板
3 外面側当て金
4、4A、4C 内面側当て金
10 H形鋼
11 フランジ
12 ウェブ
13 フィレット
14 R止まり
15 溶接金属
Claims (10)
- ウェブ、フランジ、及びフィレットを各々有する一対のH形鋼を平坦な端面同士で接合した継手構造であって、
前記フランジの端面同士の間に形成された溶接金属と、
上面及び下面が前記ウェブの端面全面にそれぞれ面接触するとともに、側面が前記溶接金属と一体的に融合するように、前記ウェブの端面同士の間に配置される支圧鋼板と、
を備えることを特徴とするH形鋼の継手構造。 - 前記溶接金属が、エレクトロスラグ溶接又はエレクトロガスアーク溶接により形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載のH形鋼の継手構造。 - 前記支圧鋼板と前記ウェブとが隅肉溶接されている
ことを特徴とする請求項1に記載のH形鋼の継手構造。 - 前記支圧鋼板の上面及び下面が前記フィレットの端面にそれぞれ面接触する
ことを特徴とする請求項1に記載のH形鋼の継手構造。 - 前記フランジの幅方向全長に亘り、前記支圧鋼板の上面及び下面が前記フランジの端面の一部にそれぞれ面接触する
ことを特徴とする請求項1に記載のH形鋼の継手構造。 - 前記フランジの内面と前記溶接金属とに取り付けられた内面側当て金を更に備える
ことを特徴とする請求項1に記載のH形鋼の継手構造。 - 前記内面側当て金に、前記フィレットの表面に面接触するR部と、前記支圧鋼板の表面に面接触する凸部とが形成されている
ことを特徴とする請求項6に記載のH形鋼の継手構造。 - 前記内面側当て金に、前記フィレットの表面に面接触するR部と、前記支圧鋼板が嵌合する凹部とが形成されている
ことを特徴とする請求項6に記載のH形鋼の継手構造。 - 前記フランジの外面と前記溶接金属とに取り付けられた外面側当て金を更に備える
ことを特徴とする、請求項1に記載のH形鋼の継手構造。 - ウェブ、フランジ、及びフィレットを各々有する一対のH形鋼を平坦な端面同士で接合するH形鋼の接合方法であって、
上面及び下面が前記ウェブの端面全面にそれぞれ面接触するように、支圧鋼板を前記ウェブの端面同士の間に配置し、
前記フランジの端面同士の間に形成された間隙を塞いだ状態で、前記フランジの端面同士をエレクトロスラグ溶接またはエレクトロガスアーク溶接する
ことを特徴とするH形鋼の接合方法。
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A02 | Decision of refusal |
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