3.2.1 試 験 体 の 種 類
試 験 体 は ，M溶 接 部 の 溶 接 止 端 部 に 疲 労 き 裂 が 生 じ る こ と を 想 定 し た MB 試 験 体 と S 溶 接 部 の 溶 接 止 端 部 を 想 定 し た SB 試 験 体 の 2 種 類 で あ る ． い ず れ の 試 験 体 も ミ ド ル ビ ー ム と サ ポ ー ト ビ ー ム を 完 全 溶 け 込 み で 溶 接 し て い る ． 試 験 体 と 溶 接 部 の 形 状 を 図 3-2 に 示 す ． 溶 接 形 状 は ， 溶 接 部 の み を 整 形 し ， 止 端 部 は そ の ま ま と し た WF と 溶 接 止 端 を 含 め て 円 弧 状 に 仕 上 げ た RFの 2 ケ ー ス で あ る ． 試 験 体 数 は 各 5 で あ る ．
（a）MB-WF 試 験 体 （b）MB-RF試 験 体
（c）SB-WF試 験 体 （d）SB-RF 試 験 体 図 3-2 試 験 体 と 溶 接 部 の 形 状
供 試 鋼 材 は ， ミ ド ル ビ ー ム で 欧 州 統 一 規 格 （European Norm） の EN10025 非 合 金 構 造 用 鋼 材 S355J2+N（ 日 本 工 業 規 格（ 以 後 ，JIS規 格 と 称 す る ）の JISG3106溶 接 構 造 用 圧 延 鋼 材 SM490YB 相 当 ），サ ポ ー ト ビ ー ム で JIS 規 格 の 鋼 材 SM490C で あ る ．こ れ ら の 鋼 材 の ミ ル シ ー ト に 記 載 さ れ た 降 伏 点 と 引 張 強 さ を 表 3-1 に 示 す ．
各 試 験 体 の 寸 法 と 形 状 を 図 3-3 と 図 3-4 に 示 す ． 図 3-3 に 示 す MB 試 験 体 の ミ ド ル ビ ー ム は ，幅 90mm，高 さ 125mm，長 さ 1,000mmで あ る ．ミ ド ル ビ ー ム の 長 さ 方 向 中 央 部 に 長 さ 290mm の サ ポ ー ト ビ ー ム を 完 全 溶 け 込 み 溶 接 で 接 合 し て い る ． サ ポ ー ト
高 さ 方 向 溶 接 脚 長
サ ポ ー ト ビ ー ム
ミ ド ル ビ ー ム
長 さ 方 向 溶 接 脚 長
ミ ド ル ビ ー ム
溶 接 脚 長
長 さ 方 向
サ ポ ー ト ビ ー ム 溶 接 脚 長 高 さ 方 向
ミ ド ル ビ ー ム M溶 接 部
溶 接 止 端
サ ポ ー ト ビ ー ム S溶 接 部
S溶 接 部 溶 接 止 端
ミ ド ル ビ ー ム
サ ポ ー ト ビ ー ム M溶 接 部
64
ビ ー ム の 断 面 寸 法 は ， 幅 60mm， 高 さ 110mm で あ る ． 図 3-4に 示 す SB 試 験 体 の サ ポ ー ト ビ ー ム の 断 面 寸 法 は ，MB試 験 体 と 同 じ で あ る が ，長 さ は 800mmで あ る ．サ ポ ー ト ビ ー ム の 長 さ 方 向 中 央 部 に 長 さ 260mmの ミ ド ル ビ ー ム を 溶 接 で 接 合 し て い る ．
表 3-1 試 験 体 鋼 材 の ミ ル シ ー ト に 記 載 さ れ た 降 伏 点 と 引 張 強 さ
図 3-3 MB試 験 体 の 寸 法 と 形 状 図 3-4 SB 試 験 体 の 寸 法 と 形 状
3.2.2 試 験 体 の 製 作 方 法
ミ ド ル ビ ー ム は 型 鋼 で あ り ， 定 尺 11mか ら 切 断 し た ． そ の 長 さ は ，MB試 験 体 で 図 3-5 に 示 す 1,000mm，SB 試 験 体 で 260mm で あ る ． サ ポ ー ト ビ ー ム は ， 板 厚 60mm の 鋼 材 SM490C を ガ ス 溶 断 に よ り 切 り 出 し て い る ． そ の 長 さ は ，MB 試 験 体 で 図 3-6 に 示 す 290mm，SB 試 験 体 で 800mmと し た ．サ ポ ー ト ビ ー ム の 長 さ 方 向 の 中 央 に は ，図 3-6 に 示 す よ う に ， ミ ド ル ビ ー ム と 溶 接 す る た め ， 高 さ 16mm の 突 起 を 設 け て お り ， 溶 断 後 ，機 械 加 工 に よ り 突 起 部 に J 形 開 先 を 設 け て い る ．ミ ド ル ビ ー ム と サ ポ ー ト ビ ー ム の 溶 接 は ，以 下 の 手 順 で 行 っ た ．ミ ド ル ビ ー ム の 長 さ 方 向（M 溶 接 部 ）は ，図 3-7 に 示 す よ う に ，J 形 開 先 の 片 側 を 3パ ス 程 度 溶 接 し た 後 ， 反 対 側 か ら 裏 は つ り を 行
試 験 体 名 称
ミ ド ル ビ ー ム サ ポ ー ト ビ ー ム 降 伏 点
（N/mm2）
引 張 強 さ
（N/mm2）
降 伏 点
（N/mm2）
引 張 強 さ
（N/mm2）
MB 試 験 体 407 516 334 503
SB 試 験 体 407 517 334 508
125
110 110125
（ 単 位 ：mm）
（ 単 位 ：mm）
ミ ド ル ビ ー ム
サ ポ ー ト ビ ー ム M溶 接 部
M溶 接 部
S溶 接 部
S 溶 接 部
65
っ た ． そ し て ， 左 右 交 互 に 3～5 層 ず つ 積 層 し ， す み 肉 部 が 等 脚 に な る ま で 積 層 し た ． サ ポ ー ト ビ ー ム の 長 さ 方 向 （S 溶 接 部 ） は ， 図 3-8 に 示 す よ う に ， 片 側 3 層 程 度 を 積 層 し た 後 ， 余 盛 り を 行 っ た ． 反 対 側 も 同 様 に 行 っ た ． 溶 接 は ， 半 自 動 炭 酸 ガ ス ア ー ク 法 に よ り 下 向 き 姿 勢 で 行 っ た ． 電 流 は 300A， 電 圧 は 35V， 溶 接 速 度 は 36cm/min で あ る ．
図 3-5 ミ ド ル ビ ー ム の 寸 法 と 形 状 （MB試 験 体 で の 例 ）
図 3-6 サ ポ ー ト ビ ー ム の 寸 法 と 形 状 （MB試 験 体 で の 例 ）
図 3-7 M 溶 接 部 の 溶 接 手 順
図 3-8 S溶 接 部 の 溶 接 手 順
（ 単 位 ：mm）
（ 単 位 ：mm）
サ ポ ー ト ビ ー ム ミ ド ル ビ ー ム
サ ポ ー ト ビ ー ム
ミ ド ル ビ ー ム
余 盛 り 部
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MB-WF 試 験 体 の M 溶 接 部 の 整 形 は ， こ れ ま で に 記 し た 手 順 で 溶 接 さ れ た 試 験 体 の 溶 接 部 表 面 を 番 手 30 の 砥 石 を 用 い た 高 周 波 グ ラ イ ン ダ で 荒 削 り す る ． 次 に ， 番 手 60 の 砥 石 を 用 い た デ ィ ス ク グ ラ イ ン ダ に よ り 溶 接 部 を 整 形 す る ．S 接 部 の 整 形 は ，M 溶 接 部 の 整 形 と 同 じ 手 順 で 行 う が ，同 様 に 整 形 し た 後 ，番 手 36 の 砥 石 を 用 い た バ ー グ ラ イ ン ダ に よ り 溶 接 部 を さ ら に 整 形 す る ． 最 後 に ， 番 手 120 の 研 磨 ベ ル ト を 用 い た ベ ル ト グ ラ イ ン ダ で 溶 接 部 を 仕 上 げ る ．
MB-RF 試 験 体 は ，M 溶 接 部 の 表 面 を R 仕 上 げ す る ． 整 形 作 業 は ，MB-WF試 験 体 の M 溶 接 部 と 同 じ で あ る が ，止 端 を 含 め て ，溶 接 部 の 曲 率 半 径 が 15mm程 度 と な る よ う 番 手 36 の 砥 石 を 用 い た バ ー グ ラ イ ン ダ に よ り 溶 接 部 を さ ら に 整 形 す る ． 最 後 に ， 番 手 120 の 研 磨 ベ ル ト を 用 い た ベ ル ト グ ラ イ ン ダ に よ り 溶 接 部 を 仕 上 げ る ．S 溶 接 部 の 整 形 も 同 様 で あ る ．
SB-WF 試 験 体 の S 溶 接 部 の 整 形 は ，MB-WF 試 験 体 の M溶 接 部 と 同 様 で あ る ．M溶 接 部 の 整 形 は ，MB-WF 試 験 体 の S溶 接 部 と 同 様 で あ る ．
SB-RF 試 験 体 の S 溶 接 部 の 整 形 は ，MB-RF 試 験 体 の M 溶 接 部 と 同 様 ， 溶 接 部 の 曲 率 半 径 が 15mm程 度 と な る よ う に す る ．ま た ，SB-RF1 と SB-RF2は ，番 手 120 の 研 磨 ベ ル ト を 用 い た 後 ， 番 手 400の 研 磨 ベ ル ト を 用 い た ベ ル ト グ ラ イ ン ダ に よ り 溶 接 部 を 仕 上 げ る ．M溶 接 部 の 整 形 も 同 様 で あ る が ，番 手 400の 研 磨 ベ ル ト は 使 用 し て い な い ．
3.2.3 各 試 験 体 の 溶 接 形 状
M 溶 接 部 と S溶 接 部 の 止 端 部 曲 率 半 径 と 溶 接 脚 長 ，フ ラ ン ク 角 を 測 定 し た ．そ れ ぞ れ の 定 義 を 試 験 体 ご と に 図 3-9に 示 す ．測 定 に は ，型 取 り 用 RTVシ リ コ ー ン ゴ ム（ 以 下 ，印 象 材 と 称 す る ）を 使 用 し た ．印 象 材 に よ り 採 取 し た 溶 接 部 の 型 を 厚 さ 約 1mm に ，
（a）MB 試 験 体 （b）SB 試 験 体 図 3-9 溶 接 脚 長 と 曲 率 半 径 ， フ ラ ン ク 角 の 定 義
溶 接 脚 長
（ 高 さ 方 向 ） 溶 接 脚 長 ミ ド ル ビ ー ム
下 フ ラ ン ジ
ρ
曲 率 半 径 θ
フ ラ ン ク 角
サ ポ ー ト ビ ー ム 溶 接 部
（ 長 さ 方 向 ）
ミ ド ル ビ ー ム 下 フ ラ ン ジ
曲 率 ρ
θ
フ ラ ン ク 角
半 径 溶 接 部
溶 接 脚 長
（ 高 さ 方 向 ）
サ ポ ー ト 溶 接 脚 長
ビ ー ム
（ 長 さ 方 向 ） ミ ド ル ビ ー ム ウ ェ ブ
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幅 方 向 15mm（MB 試 験 体 ） あ る い は 10mm（SB 試 験 体 ） 間 隔 で ス ラ イ ス し ，10 倍 の 拡 大 投 影 機 を 用 い て 測 定 し た ． た だ し ，WF の 止 端 部 曲 率 半 径 は ，20倍 の 拡 大 投 影 機 を 用 い た ． こ の よ う に ， 投 影 機 の 倍 率 を 変 更 し て い る の は ，WF の 止 端 部 曲 率 半 径 が 小 さ い た め で あ る ． 試 験 体 の 溶 接 部 の 寸 法 測 定 結 果 を 表 3-2 に 示 す ．
表 3-2 試 験 体 の 寸 法 測 定 結 果