建築鉄骨構造技術支援協会(SASST)  
 
Q

4-37 板厚16mm超に適用する異形隅肉溶接

 構造図の溶接基準図における隅肉溶接について,t≦16のときは無開先隅肉溶接,t>16のときは開先深さt/3の異形隅肉溶接(60° 開先)が示されています。
 無開先隅肉溶接でt=14のときサイズ (S) は10mmとなっており,のど厚は7mmであるから隅肉溶接の必要のど厚は,板厚の1/2としていることが確認できます。

 t>16のときの異形隅肉溶接を板厚ごとに開先深さt/3を確保してのど厚を求めると,下に示す「設計図」欄の表-1となります。表-1で求めたのど厚は,板厚の1/2を満たし,のど厚に余裕がある基準になっていると考えられます。
 異形隅肉溶接ののど厚が板厚の1/2を満足する最小限の開先深さを検討したものを,下に示す「FAB」欄の表-2に示します。構造設計者に質疑し,表-2の溶接基準を採用することにより,溶接量の低減を図りたいと考えておりますが,理解が不足することがあればご教示願います。

 また,異形隅肉溶接の開先深さについて,設計図書においてはt/3でしたが,設計者により僅かな数値で異なるケースがあります。異形隅肉溶接の定義と現在に至る歴史など教示いただければ幸いです。

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A

1 せん断力を伝達する側面隅肉溶接T継手の検討
 せん断破壊面をのど断面として両側ののど厚の合計が板厚t以上であれば、板に働くせん断力を伝達できます。(板の耐力と溶接金属の耐力を同じと仮定)
板厚t,サイズS,のど厚aとすると
2・a=t
a = s/\(\sf\sqrt{2}\)
2・s/\(\sf\sqrt{2}\) = \(\sf\sqrt{2}\)・s = t ∴ s = t/\(\sf\sqrt{2}\) ≒ 0.7・t

 異形隅肉溶接の場合の考え方も同様と考えてよいと思います。一例として日建連の溶接標準図による異形隅肉仕様設定の考え方を示します。

溶接金属部は正三角形 T1 ≦ T2
ベベル先端と溶接表面までの最短距離aをのど厚
左右ののど厚aの和が板厚と同じ(2・a=T1
 結果として開先深さD1とS1が同じとなります。
ご質問にある設計図の考え方は,開先深さを板厚の1/3と設定してからのど厚を計算し,左右の合計が板厚以上であることを検証する方法と想像できます。

 一方,ご提案の方法は,まずのど厚を設定してから開先深さを求めるという考え方だと思います。開先深さの設定についてのアプローチは違いますが,両者の基本的な考え方は同じではないでしょうか。

 ご質問にあるように,設計図から求めたのど厚は,板厚に対して15%から18%程度の余裕があるようですが,設計者がこれをどのように考えているのか,例えば「余裕を持たせたい,安全率である」等は何とも言えません。
また,ご提案にあるように溶接量が減るのですが,溶接量だけでは低減量がイメージしにくいので例えば,溶接長さが〇〇%減り溶接時間が〇〇程度減る,というような提案方法もあると思います。

2 異形隅肉溶接の定義など

 異形隅肉溶接という用語がいつ頃から使われたかはわかりません。古い資料ですが,日本鋼構造協会 溶接開先標準・同解説JSS 6-1977では、「3.7 部分溶込みグルーブ溶接とすみ肉溶接の併用」という箇所で図3.7.2が記載されています。この時は異形隅肉という用語を使用していません。
 この資料の参考文献(溶接技術1962年6月)で、早稲田大学の鶴田教授は,「適当な名称はあとで皆様に考えて頂くとして,仮に「60°グルーブ正三角形溶接」と呼ぶ」とされています。なお,この図の(C)が現在の異形隅肉溶接に該当します。
 この図では開先深さは決まっていません。中央部の不溶着部寸法を決めて残りを等分する方法,不溶着部寸法を単純に板厚の1/3とする方法,今回のご提案の様に必要のど厚から開先深さを求める方法と色々あるようです。

 参考図書4において,Fig.2-101のような両側をベベル加工した部分溶込み溶接と隅肉溶接の組合せであれば母材の全強を負担できるとしています。これは,ご提案の方法で求めた開先深さなどを板厚との割合で表したものになります。

 いずれにせよ,設計図と異なる形状を採用する場合は書類で質疑し,回答をもらっておくことが必要です。

<参考図書・引用文献>

1.建築鋼構造の理論と設計 井上一朗 2003年8月 京都大学学術出版会

2.溶接標準(2) 2018年7月1日版 日本建設業連合会 建築生産委員会 施工部会
建築設計委員会 構造設計部会

3.日本鋼構造協会溶接開先標準・同解説JSS 6-1977

4.THE PROCEDURE HANDBOOK OF ARC WELDING 12版 1973年 LINCOLN社

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