溶接止端部の疲労き裂発生に伴う主応力の挙動変化
岩手大学大学院 学生会員 ○三浦 真季 岩手大学 正会員 大西 弘志 岩手大学 正会員 出戸 秀明 岩手大学大学院 正会員 堀合 聡 岩手大学大学院 学生会員 桑原 優
1. はじめに
鋼構造物に生じる損傷の1 つである疲労き裂は応 力集中部となる溶接部周辺に発生するものが多いた め，点検の際には溶接部周辺を中心に点検が行われ る．現在，き裂に対する点検は目視点検が行われ，き 裂損傷が疑われた場合には必要に応じて磁粉探傷試 験や浸透探傷試験などの非破壊検査を併用し，き裂 損傷の有無を確認している．しかし，き裂の発見は容 易ではない上，目視点検は点検者の技量に左右され るため，き裂の見落としは起こりうる．そこで，経験 の少ない点検者でも溶接部周辺の主応力を確認する ことで定量的にき裂の有無を判断することが出来な いか検討をするため，その前段階として，振動疲労試 験を行い試験体の溶接止端部から発生した疲労き裂 近傍における主応力の挙動を明らかにした．
2. 試験概要
振動疲労試験は図 1 に示す振動疲労試験機を使用 して試験を行なった．この試験機は片持ち梁式に固 定した試験体の自由端側に偏心モーターを設置し，
偏心モーターが回転することで試験体に曲げ応力を 発生させるもので，偏心モーターの回転速度を変化 させることで試験体に発生する応力の大きさや周波 数を調整することが可能である．偏心モーターの回 転振動のみでは応力比 R=-1 の両振り疲労試験にな るが，本研究では試験体の先端にコイルばねを設置 し，コイルばねで試験体を押し下げた状態にするこ とで，応力比R＞0の部分片振り疲労試験を行った．
試験体の寸法を図2に示す．試験体は，長さ700mm，
幅 300mm，板厚 12mm の鋼板に，高さ 100mm，幅
340mm，板厚12mmのガセットプレートを直角に配
置し，脚長 10mmの全周すみ肉溶接で溶接したもの
である．鋼材はSS400 を用いた．ひずみゲージの貼 付位置を図3に示す． G1～G5(FRA-1-11)は主応力の 測定のために，G6～G8(FLA-1-11)は公称応力範囲算 出のために張り付けた．公称応力範囲は事前に行っ キーワード：疲労き裂，主応力，振動疲労試験
図1 振動疲労試験機
図2 試験体寸法
図3 ゲージ位置
I-26
土木学会東北支部技術研究発表会（平成28年度）た試運転より得られたひずみから，比例の関係によ り求めた．
試験体に繰り返し載荷を行い，ガセットのすみ肉 溶接止端から疲労き裂を発生させ，疲労き裂のどち らかがガセットプレート中心から片側 21mmまで進 展する間の繰り返し回数と主応力の挙動を測定した．
3. 試験結果
公称応力範囲の値と疲労亀裂発生までの繰り返し 回数を表1に示す．
試験体ⅰの G1~G3 における最大主応力と繰り返し
回数の関係を図 4 に示す．ひずみ測定時の最大主応 力σの最大値をσmax，最大主応力の最小値をσmin， σave＝(σmax＋σmin)/2とする．G1，G2位置における 最大主応力は繰り返し回数増に伴い増加し，最大主 応力範囲も徐々に増加する傾向にある．G4，G5にお いてもこの傾向は同様に見られた．一方，応力集中の 影響が最も大きいG3位置における最大主応力は，繰 り返し回数約9,000回までは増加し，その後減少して いる．また，最大主応力範囲は常に減少している．
試験体ⅱのG3における最大主応力と繰り返し回数 の関係を図5に示す．試験体ⅰと同様に，最大主応力 は繰り返し回数約21,100回まで増加した後減少して おり，最大主応力範囲は常に減少している．疲労き裂 の影響が少ないG1，G2，G4，G5でも試験体ⅰと同様 の傾向であった．
また，G1，G2，G4，G5 の最大主応力が徐々に増 加していることから，G3の応力が増加している繰り 返し回数までは疲労き裂が発生しておらず，その後，
疲労き裂が発生し長手方向の応力の伝達が弱くなっ たことで G3 の応力範囲や最大主応力の値が減少し ていったと考えられる．
4. まとめ
ガセットプレート溶接止端部にき裂が発生した場 合，き裂近傍の応力範囲が減少することが確認でき た．
参考文献
1) 山田健太郎ほか：鋼橋の維持管理，1997.5 2) 山田聡ほか：簡易型振動疲労試験機の開発と適用
試験，トピー鉄構技報 No.24 pp.15-22，2008
試験体 公称応力範囲(MPa) 繰り返し回数(回)
ⅰ 119.8 154,800
ⅱ 101.5 240,300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0.0E+0 5.0E+4 1.0E+5 1.5E+5 2.0E+5 2.5E+5
σ(MPa)
繰り返し回数N(cycle)
- max
― ave - min 0
100 200 300 400 500 600 700 800
0.0E+0 5.0E+4 1.0E+5 1.5E+5
σ(MPa)
繰り返し回数N(cycle) - max
― ave - min 0
100 200 300 400 500 600 700 800
0.0E+0 5.0E+4 1.0E+5 1.5E+5
σ(MPa)
繰り返し回数N(cycle) - max
― ave - min
表1 各試験体の公称応力範囲と繰り返し回数
(c) G3 0
100 200 300 400 500 600 700 800
0.0E+0 5.0E+4 1.0E+5 1.5E+5
σ(MPa)
繰り返し回数N(cycle) - max
― ave - min
(b) G2
図4 試験体ⅰの最大主応力と繰り返し回数
図5 試験体ⅱの最大主応力と繰り返し回数 (a) G1
土木学会東北支部技術研究発表会（平成28年度）
