鋼橋十字溶接継手の目違いが溶接部の応力集中に与える影響（その 2）
－解析的検討－
東京鐵骨橋梁 正会員 ○細見 直史 芝浦工業大学 学生会員 菅沼 翔伍 芝浦工業大学 正会員 穴見 健吾 三井造船 正会員 内田 大介
１．はじめに 溶接時に生じる目違いに起因する溶接継手部の疲労強度低下は，継手レベルでは応力割増係数によ り疲労設計へ反映可能だが，実構造に対する検討事例は少ない．実橋梁において様々な部位に存在する十字継手は，
基本継手形状に他の板が組み合わされ使用されていることが多く，その場合の目違いの影響度は不明である．そこ で，本研究では，十字溶接継手とみなせる主桁-横桁の取合い部の目違いの疲労への影響度を止端部応力の観点から 検討をすることを目的に，継手レベル，橋梁全体レベルの解析を行った．
２．継手レベルの解析
(1) 継手形状・境界条件の影響（二次元解析） 図-1に示す十字溶接継手モデルを用い，継手形状およびモデル端 部の境界条件をパラメータとして検討を行った．なお，目違いによる止端部の応力の上昇率の大きい完全溶込み溶 接1)を対象として検討した結果を報告する．図-2 には主板厚・中板厚・脚長をパラメータとし，目違いを1mm与 えた場合と目違い無しの場合の止端部応力の比（応力の上昇率）を載荷側の境界条件毎に整理したものである．図 中にはJSSC疲労設計指針に紹介されているIIWの目違いによる応力の上昇率を併せて示している．主板厚により 目違いの影響度は大きく変化するが，境界条件により目違いの影響は非常に大きいことが分かる．特に主板厚が小 さい場合，止端部近傍で応力の比率が急激に低下する例も見られ，境界(b)(c)(d)では，IIWの式よりも小さな値とな っている．なお，境界(a)の場合には，固定側にのみIIWの式の2倍程度の応力上昇が現れ，載荷側の応力の変化は 殆ど見られない．図-3は境界(a)の載荷条件で，更に中板上端の鉛直変位を拘束した場合の応力の上昇率を拘束長D で整理しているが，拘束長が短くなるほど目違いの影響が非常に小さくなっている．
(2) 板の組合せの影響（三次元解析） 鋼橋の主桁-横桁交差部の板組を考慮して，十字溶接継手の主板（12mm:
横桁フランジを想定）に板（11mm:横桁ウェブを想定）が図-4のように取付けられている場合について境界(a)にて 解析した結果を示す．応力抽出位置は，図中に示す主板側止端部（a-b-c-d）である．図-5は横桁フランジに1mm
キーワード 目違い，十字継手，止端部応力，板組
連絡先 〒302-0038 茨城県取手市下高井 1020 （株）東京鐵骨橋梁 技術本部 TEL 0297-78-1113
10 20 30 40
1 1.2 1.4
主板厚 (mm)
止端部応力(e=1mm)/(e=0mm) 境界(a): (一様荷重・鉛直拘束なし）
境界(b): (一様荷重・鉛直拘束あり）
境界(c): (強制変位・鉛直拘束なし）
境界(d): (強制変位・鉛直拘束あり）
JSSC: 1+λ 2×主板厚 目違い量
JSSC
図-2 目違いによる応力上昇
100 200
1 1.2 1.4
(e=1mm)/（e=0mm)
中板拘束長さD (mm)
荷重(a)
③
④
③側
中板拘束なし
D
止端部応力
主板厚12mm
図-3 中板の拘束の影響 図-4 三次元解析モデル
C.L 載荷側
固定側 横桁フランジ
主桁ウェブ 横桁ウェブ
着目止端部
d
c a 主桁ウェブ
横桁フランジ
まわし溶接部b
固定側 載荷側
目違い量 e=1mm 止端部最小要素寸法 0.25mm
主板厚t・中板厚10~40mm 脚長6~10mm
図-1 二次元解析モデル
1 2
1 1
l l t
l e
l1 l2=l1
t
IIW:
IIW
（拘束度l1=l2）
土木学会第67回年次学術講演会(平成24年9月)
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の鉛直目違いを与えた場合の結果である．横桁ウェブの存在により，固定側の応力の上昇率が大きく低下している のに対し，横桁ウェブのない状態で殆ど応力が上昇しなかった載荷側でも固定側と同程度の目違いの影響が生じて おり，図中には示していないが境界(b)の場合の応力の上昇率と同程度であった．図-6 には，1mm の水平目違いを 導入した場合の目違いによる応力の上昇率を示している．板こば面では水平目違いによる応力の上昇は見られるも のの，主板（フランジ）のみに目違いを与え場合，取付けた板（ウェブ）が無い場合と同程度の応力の上昇率であ ったのに対し，ウェブにも目違いを与えた場合，大きな目違いの影響が見られた．
３．橋梁レベルの解析 図-7に示す7主桁単純合成I桁橋の荷重分配横桁下フランジ仕口を対象として検討を行っ た．モデル化は，床版にはソリッド要素を用い，鋼桁には着目する G2 桁の対称仕口近傍のみソリッド要素とし，
他はシェル要素を用いた．荷重はT荷重をG2桁に与える影響が大きくなるよう，第一あるいは第二車線に載荷し た．なお，目違いを想定したモデルでは，目違いは仕口全体（I断面）ではなく，下フランジ部のみに与えている．
図-8に仕口側止端部および，主板側まわし溶接止端部に着目し，鉛直目違い（仕口・横桁全体）および水平目違 い（仕口フランジのみ）を1mm，あるいは実橋の計測結果を参考に3mm与えた場合の応力上昇率の一例を示す．
止端部応力はＴ荷重を第一，あるいは第二車線に載荷した場合の最大主応力の最大値を示している．なお，応力の 上昇率は横桁下フランジ上下面で同程度であった．鉛直目違いを 1mm 導入した場合では，横桁一般部の止端部応 力は10％程度上昇しているものの，主桁側まわし溶接止端部では上昇していない．一方，水平目違いの場合は，横 桁一般部ではほとんど生じておらず，主桁側まわし溶接止端部においても 5％程度の上昇となっている．また，目 違い量が3mmでは，それぞれ約30％，15％程度の上昇となった．なお，主板厚が22mmで鉛直目違い量1mm，3mm に対する10％，30％の応力の上昇率は，IIWの式では目違い量0.7mmと2.2mmに相当する．以上から，鉛直目違 いの影響は，横桁一般部で最も大きく，主桁側まわし溶接止端部では，水平目違いの影響が大きいと言える．しか し，その影響は継手レベルの結果に比べて小さいと考えられる．
謝辞：本研究は鋼橋技術研究会・施工部会（部会長：名古屋大学 舘石教授）目違いWGの検討の一環として行った．
参考文献 (1)澁谷ら：鋼橋十字溶接継手の目違いが溶接部の応力集中に与える影響（その 1）, 土木学会第67 回年次学術講演 会,2012. , (2)菅沼ら：鋼橋十字溶接継手部に生じる目違いの疲労への影響, 土木学会関東支部研究技術発表会I-51, 2012.
端 対 傾 構 中 間 対 傾 構 分 配 横 桁
6 x 2666.7 = 16000
18200
G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7
J1 J2
S1 C1 C2 C3 C4 C5 S2
平 面 図
横 断 面 図
50
50 29900
300 4850 4 x 4900 = 19600 4850300
端対傾構
端対傾構 分配横桁
600 8000 1000 8000 600
16000
1100 1100
Move Fix
3250 3250 第1車線 第2車線
G1 G7
0.6 0.8 1 1.2 1.4
止端部応力(e=1mm)/(e=0mm) 固定側Webなし
JSSC
JSSC 固定側Webあり
載荷側Webあり
載荷側Webなし
a b c d
横軸は図−4中の止端部a−b−c−dを展開して表示
図-5 取付けた板の影響（鉛直目違い）
0.9 1 1.1
止端部応力(e=1mm)/(e=0mm)
ウェブとフランジに
a b c d
横軸は図−4中の止端部a−b−c−dを展開して表示 水平目違い フランジのみに
水平目違い
webなし
図-6 取付けた板の影響（水平目違い）
図-7 鋼鈑桁橋解析モデル
Fix
Move T荷重
全体モデル 鋼部材
横桁下フランジ仕口 溶接止端部 横桁一般部
図-8 鋼鈑桁橋解析結果 1
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
止端部応力（en/e0）
横桁一般部 鉛直目違い 水平目違い
1 3
横桁角部 主桁 目違い量 e （mm）
1 3 1 3 十字継手 面外ガセット
横桁角部 主桁
着目箇所
主桁 横桁
下フランジ ウェブ t =9 ウェブ t =9
板厚t =22mm 下フランジ
IIW
IIW
幅B =360mm
T荷重
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