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JP7598026B2 - Beam joint structure and method for manufacturing the beam joint structure - Google Patents
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Description

本発明は、梁接合構造および梁接合構造の製造方法に関する。 The present invention relates to a beam joint structure and a method for manufacturing a beam joint structure.

例えば柱に接合されるH形断面梁の端部には、フランジに接するウェブの一部分を切り欠いたスカラップが形成される。スカラップを形成することによって、H形断面梁の端部でフランジに形成される溶接部とウェブとの干渉を避けることができる。しかしながら、断面欠損部分であるスカラップにひずみが集中することによってき裂が発生し、き裂の進展によってフランジが破断することもあった。 For example, at the end of an H-shaped beam that is joined to a column, a scallop is formed by cutting out a portion of the web that contacts the flange. By forming the scallop, it is possible to prevent interference between the weld formed on the flange at the end of the H-shaped beam and the web. However, cracks can occur due to strain concentration at the scallop, which is a cross-sectional defect, and the flange can break as the cracks propagate.

この問題に対し、例えば特許文献1には、フランジの外側にテーパープレートを接合することによってH形断面梁でスカラップが形成される部分を補強する技術が記載されている。特許文献2には、フランジの溶接後にスカラップを溶接で充填して補強する技術が記載されている。また、特許文献3には、スカラップのフランジ側の開口縁がフランジの内面から離間した直線状に形成され、フランジに形成される溶接のための開先面がフランジの内面よりもウェブ側まで延びてスカラップの開口縁に交差する技術が記載されている。 To address this issue, for example, Patent Document 1 describes a technique for reinforcing the portion of the H-section beam where the scallop is formed by joining a tapered plate to the outside of the flange. Patent Document 2 describes a technique for reinforcing the scallop by filling it with welding after welding the flange. Patent Document 3 describes a technique in which the opening edge on the flange side of the scallop is formed in a straight line spaced away from the inner surface of the flange, and the groove surface for welding formed on the flange extends beyond the inner surface of the flange to the web side and intersects with the opening edge of the scallop.

特開2013-7194号公報JP 2013-7194 A 特開2015-224427号公報JP 2015-224427 A 特開2020-133218号公報JP 2020-133218 A

上記の特許文献3の技術によれば、フランジに接するスカラップ底部におけるひずみの集中や破断を防止することができる。しかしながら、特許文献3にはH形断面梁のフランジ端部に形成される開先がウェブ側に開く、いわゆる内開先の場合についてしか記載されていない。例えば現場溶接の場合、下フランジ側は内開先となるが、上フランジ側ではフランジ端部に形成される開先がウェブとは反対側に開く、いわゆる外開先になるため、特許文献3に記載された下フランジ側の構成はとることができない。また、例えば工場溶接の場合などには、フランジの上下に関わらず外開先になる場合がある。 The technology of Patent Document 3 mentioned above makes it possible to prevent strain concentration and fracture at the bottom of the scallop that contacts the flange. However, Patent Document 3 only describes the case where the groove formed at the flange end of the H-shaped cross section beam opens toward the web, a so-called internal groove. For example, in the case of on-site welding, the lower flange side is an internal groove, but on the upper flange side, the groove formed at the flange end opens toward the opposite side from the web, a so-called external groove, so the configuration of the lower flange side described in Patent Document 3 cannot be adopted. Also, for example, in the case of factory welding, an external groove may be formed regardless of the top or bottom of the flange.

そこで、本発明は、H形断面梁と支持部材との間に形成される梁接合構造において、フランジの端部にウェブとは反対側に向けて開いた開先が形成される場合にひずみの集中や破断を防止することが可能な梁接合構造および梁接合構造の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a beam joint structure and a manufacturing method for a beam joint structure that can prevent strain concentration and breakage when a groove that opens toward the opposite side of the web is formed at the end of the flange in a beam joint structure formed between an H-shaped cross-section beam and a support member.

[1]H形断面梁と支持部材との間に形成される梁接合構造であって、前記支持部材に対向する前記H形断面梁の少なくとも一方のフランジの材軸方向の端部に、前記H形断面梁のウェブとは反対側に向けて開いた開先が形成され、前記ウェブの材軸方向の端部にスカラップが形成され、前記スカラップの開口縁は少なくとも一方のフランジの内面から離間して形成され、第1および第2の側端面と、第1および第2の板面とを含み、前記第1の板面に前記第2の板面まで貫通せず前記第2の側端面側にのみ開放された切り欠きが形成され、前記第2の側端面と前記第1の板面との交線方向における前記切り欠きの長さは、前記少なくとも一方のフランジと前記ウェブとの交差部の幅以上である裏当金が配置され、第1の側端面は支持部材に当接され、更に、第1の板面と少なくとも一方のフランジの内面、または、前記切り欠きの底面と前記スカラップの開口縁の少なくとも一方が当接され、前記開先の底部に、前記切り欠きの底面、前記切り欠きと前記第1の側端面との間の凸部、および前記スカラップの開口縁に続く前記ウェブの端面によって囲まれる領域が形成され、前記領域に溶接金属が充填され、さらに前記開先に溶接金属が充填された梁接合構造。
[2]支持部材に対向する少なくとも一方のフランジの材軸方向の端部にウェブとは反対側に向けて開いた開先が形成され、前記ウェブの材軸方向の端部にスカラップが形成され、前記スカラップの開口縁は少なくとも一方のフランジの内面から離間して形成されるH形断面梁を前記支持部材に接合する梁接合方法であって、第1および第2の側端面と、第1および第2の板面とを含み、前記第1の板面に前記第2の板面まで貫通せず前記第2の側端面側にのみ開放された切り欠きが形成され、前記第2の側端面と前記第1の板面との交線方向における前記切り欠きの長さは、前記少なくとも一方のフランジと前記ウェブとの交差部の幅以上である裏当金を配置する工程であって、前記第1の側端面を支持部材に当接させ、更に、前記第1の板面と前記少なくとも一方のフランジの内面、または、前記切り欠きの底面と前記スカラップの開口縁に当接させる工程と、前記開先の底部に形成される、前記底面、前記切り欠きと第1の側端面との間の凸部、および前記スカラップの開口縁に続くウェブの端面とによって囲まれた溝状の領域に溶接金属を充填または積層する工程と、前記開先に溶接金属を充填または積層する工程とを含む梁接合構造の製造方法。
[1] A beam joint structure formed between an H-shaped cross-section beam and a support member, wherein a groove is formed at an end of at least one flange of the H-shaped cross-section beam facing the support member in the material axis direction, the end of the web in the material axis direction is opened toward the opposite side to the web of the H-shaped cross-section beam, a scallop is formed at the end of the web in the material axis direction, the opening edge of the scallop is formed away from the inner surface of at least one flange, the beam joint structure includes first and second side end faces and first and second plate surfaces, a notch is formed in the first plate surface that does not penetrate to the second plate surface and is open only to the second side end face side, and a groove is formed between the second side end face and the first plate surface. A backing metal is placed such that the length of the notch in the intersecting direction is greater than or equal to the width of the intersection between the at least one flange and the web, the first side end face is abutted against a support member, and further, the first plate face is abutted against at least one of the inner surface of the at least one flange and the bottom surface of the notch and the opening edge of the scallop, and an area is formed at the bottom of the groove which is surrounded by the bottom surface of the notch, the convex portion between the notch and the first side end face, and the end face of the web continuing to the opening edge of the scallop, the area is filled with weld metal, and the groove is further filled with weld metal.
[2] A beam joining method for joining an H-shaped cross-section beam to a support member, the beam having an H-shaped cross-section beam including a first and second side end faces and a first and second plate surface, a notch formed in the first plate surface that does not penetrate to the second plate surface and is open only to the second side end face side, and a length of the notch in the direction of the intersection between the second side end face and the first plate surface is equal to or larger than the length of the first plate surface. A manufacturing method for a beam joint structure includes the steps of: placing a backing metal that is equal to or greater than the width of the intersection between the at least one flange and the web, abutting the first side end face against a support member, and further abutting the first plate surface against the inner surface of the at least one flange, or the bottom surface of the notch against the opening edge of the scallop; filling or stacking weld metal in a groove-shaped area formed at the bottom of the groove and surrounded by the bottom surface, the convex portion between the notch and the first side end face, and the end surface of the web continuing to the opening edge of the scallop; and filling or stacking weld metal in the groove.

上記の構成によれば、溶接金属を充填または積層することによって溝状の領域を埋めることによってスカラップの開口縁を裏当金や開先の溶接金属と一体化させることができるために形状不連続点が形成されず、形状不連続点で生じるひずみの集中やそれによるフランジの破断を防止することができる。 According to the above configuration, the groove-shaped area is filled by filling or layering the weld metal, and the opening edge of the scallop can be integrated with the backing metal or the weld metal of the groove, so that no geometric discontinuity is formed, and the concentration of strain that occurs at the geometric discontinuity and the resulting breakage of the flange can be prevented.

本発明の一実施形態に係る梁接合構造の全体を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing an entire beam joint structure according to one embodiment of the present invention; 参考例に係る溶接部の構造を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a welded portion according to a reference example. 本発明の一実施形態に係る梁接合構造で用いられる裏当金の斜視図である。1 is a perspective view of a backing metal used in a beam joint structure according to one embodiment of the present invention; 図3に示される裏当金を用いた溶接部の構造を示す断面図であり、裏当金については図3のIV-IV線に沿った断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a welded portion using the backing metal shown in FIG. 3, and the cross-sectional view of the backing metal is taken along line IV-IV in FIG. 解析が実施された本発明の実施例について説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention in which an analysis was performed. 解析が実施された比較例について説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining a comparative example in which an analysis was performed. 解析が実施された比較例について説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining a comparative example in which an analysis was performed. 解析が実施された比較例について説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining a comparative example in which an analysis was performed. 図5Aに示された実施例においてFEM解析で算出されたひずみを示す図である。FIG. 5B is a diagram showing distortions calculated by FEM analysis in the embodiment shown in FIG. 5A. 図5Bに示された比較例においてFEM解析で算出されたひずみを示す図である。FIG. 5C is a diagram showing strain calculated by FEM analysis in the comparative example shown in FIG. 5B. 図5Cに示された比較例においてFEM解析で算出されたひずみを示す図である。FIG. 5D is a diagram showing strain calculated by FEM analysis in the comparative example shown in FIG. 5C. 図5Dに示された比較例においてFEM解析で算出されたひずみを示す図である。FIG. 5E is a diagram showing strain calculated by FEM analysis in the comparative example shown in FIG. 5D.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 A preferred embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that in this specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals to avoid redundant description.

図1は、本発明の一実施形態に係る梁接合構造の全体を示す断面図である。本実施形態では、H形断面梁1と支持部材2との間の梁接合構造が現場溶接によって形成される。H形断面梁1は、上フランジ11、下フランジ12およびウェブ13を含む。支持部材2は、例えば鋼管柱とそこに取り付けられるダイアフラムとを含むが、この例には限定されない。H形断面梁1の上フランジ11および下フランジ12は、それぞれ溶接によって支持部材2、具体的には例えばダイアフラムの端面に接合される。 Figure 1 is a cross-sectional view showing the entire beam joint structure according to one embodiment of the present invention. In this embodiment, the beam joint structure between the H-shaped section beam 1 and the support member 2 is formed by on-site welding. The H-shaped section beam 1 includes an upper flange 11, a lower flange 12, and a web 13. The support member 2 includes, for example, a steel pipe column and a diaphragm attached thereto, but is not limited to this example. The upper flange 11 and the lower flange 12 of the H-shaped section beam 1 are each joined by welding to the support member 2, specifically, for example, the end face of the diaphragm.

上記のように、本実施形態に係る梁接合構造は現場溶接によって形成されるため、上フランジ11側は外開先、下フランジ12側は内開先になる。具体的には、図示されているように、支持部材2に対向する上フランジ11の材軸方向の端部にはウェブ13とは反対側に向けて開いた開先111が、同様に支持部材2に対向する下フランジ12の材軸方向の端部にはウェブ13側に向けて開いた開先121が、それぞれ形成される。なお、このような例は限定的なものではない。既に述べたように、例えば工場溶接の場合などにはフランジの上下に関わらず開先は外開先になる。従って、以下で説明するような外開先の場合に生じうる問題、および本実施形態によるその解決方法は、支持部材に接合されるH形断面梁の少なくとも一方のフランジ(上フランジであるか下フランジであるかを問わず、一方であるか両方であるかを問わない)に適用可能である。 As described above, the beam joint structure according to this embodiment is formed by on-site welding, so the upper flange 11 side has an outer groove, and the lower flange 12 side has an inner groove. Specifically, as shown in the figure, a groove 111 is formed at the end of the upper flange 11 facing the support member 2 in the material axis direction, which opens toward the opposite side of the web 13, and a groove 121 is formed at the end of the lower flange 12 facing the support member 2 in the material axis direction, which opens toward the web 13 side. Note that this example is not limiting. As already mentioned, for example, in the case of factory welding, the groove is an outer groove regardless of the top and bottom of the flange. Therefore, the problems that may occur in the case of an outer groove as described below, and the solution method according to this embodiment are applicable to at least one flange (whether it is the upper flange or the lower flange, or whether it is one or both) of the H-shaped cross section beam joined to the support member.

ウェブ13の材軸方向の端部には、上フランジ11および下フランジ12のそれぞれに形成される溶接部とウェブ13との干渉を避けるための切り欠きであるスカラップ131およびスカラップ132が、それぞれ形成される。図示された例におけるスカラップ131,132は、ウェブ13の中心側に位置する半径が小さい円弧部分と、上フランジ11または下フランジ12側に位置する半径が大きい円弧部分とを含む複合円型であるが、この例には限定されず各種のスカラップ形状が適用可能である。スカラップ131,132において、上フランジ11または下フランジ12側の開口縁131A,132Aは、上フランジ11の内面11Sおよび下フランジ12の内面12Sからそれぞれ離間して形成される。ここで、上フランジ11の内面11Sおよび下フランジ12の内面12Sは、それぞれのフランジのウェブ13側の面を意味する。このようなスカラップ131,132の形状のために、開口縁131A,132Aはフランジに交差せず、従って開口縁とフランジとの交差部分で生じうるひずみの集中や破断を回避することができる。尚スカラップの開口縁とフランジ内面は離間していれば、その離間距離は特に限定しないが、溶接組立H形断面梁におけるフランジとウェブの溶接部止端、圧延H形鋼におけるフィレット止端とスカラップの円弧を交差させてひずみの集中や破断を回避して、スカラップの切削加工時にフランジ内面を削ることを回避する必要があることから、2mm以上13mm以下であることが好ましい。またスカラップ開口部の高さは溶接部の溶接作業ができる高さであれば良く、開口部が広すぎると強度の観点から好ましくない。実質的に好ましいスカラップ開口部の高さは25mm以上40mm以下である。 At the ends of the web 13 in the material axis direction, scallops 131 and 132 are formed, which are notches for avoiding interference between the welds formed on the upper flange 11 and the lower flange 12 and the web 13. In the illustrated example, the scallops 131 and 132 are composite circular shapes including a small-radius arc portion located on the center side of the web 13 and a large-radius arc portion located on the upper flange 11 or lower flange 12 side, but this example is not limited to this and various scallop shapes can be applied. In the scallops 131 and 132, the opening edges 131A and 132A on the upper flange 11 or lower flange 12 side are formed away from the inner surface 11S of the upper flange 11 and the inner surface 12S of the lower flange 12, respectively. Here, the inner surface 11S of the upper flange 11 and the inner surface 12S of the lower flange 12 refer to the surfaces of the respective flanges on the web 13 side. Due to the shape of the scallops 131 and 132, the opening edges 131A and 132A do not intersect with the flanges, and therefore it is possible to avoid concentration of strain and breakage that may occur at the intersection of the opening edges and the flanges. The distance between the opening edge of the scallop and the inner surface of the flange is not particularly limited as long as it is spaced apart, but it is preferable that the distance is 2 mm to 13 mm because it is necessary to avoid concentration of strain and breakage by intersecting the toe of the welded part of the flange and the web in a welded assembled H-shaped cross-section beam, and the toe of the fillet in a rolled H-shaped steel and the arc of the scallop, and to avoid cutting the inner surface of the flange during cutting of the scallop. The height of the scallop opening may be a height that allows welding work to be performed on the welded part, and if the opening is too wide, it is not preferable from the viewpoint of strength. The height of the scallop opening is substantially preferably 25 mm to 40 mm.

図示された例において、下フランジ12側では、開先121の傾斜面121Sが下フランジ12の内面12Sを越えてスカラップ132の開口縁132Aまで延びている。溶接時は、下フランジ12の外面、すなわちウェブ13とは反対側の面に裏当金(図示せず)を当接させて開先121に溶接金属を充填または積層し、さらに化粧盛り溶接によってスカラップ132の開口縁132Aから支持部材2側までをなだらかにつなぐ。これによって、ウェブ13の材軸方向の端部で形状不連続点が生じず、H形断面梁1の応力を支持部材2に伝達しやすくなる。このような下フランジ12側の溶接部の構成は、例えば特開2020-133218号公報に既に記載されているが、この例には限定されず各種の下フランジの開先形状および溶接方法が適用可能である。 In the illustrated example, on the lower flange 12 side, the inclined surface 121S of the groove 121 extends beyond the inner surface 12S of the lower flange 12 to the opening edge 132A of the scallop 132. During welding, a backing metal (not shown) is abutted against the outer surface of the lower flange 12, i.e., the surface opposite the web 13, to fill or stack the weld metal in the groove 121, and then the opening edge 132A of the scallop 132 is smoothly connected to the support member 2 side by decorative welding. This prevents a shape discontinuity from occurring at the end of the web 13 in the material axis direction, making it easier to transmit the stress of the H-shaped cross section beam 1 to the support member 2. The configuration of such a weld part on the lower flange 12 side has already been described, for example, in JP 2020-133218 A, but is not limited to this example and various types of groove shapes and welding methods for the lower flange can be applied.

一方、上フランジ11側では、下フランジ12側とは逆に上フランジ11の内面11Sが開先111の底部にあたるため、溶接部の構成は上記の下フランジ12側と同様にはならない。また、スカラップ131の開口縁131Aは、上フランジ11の内面11Sから突出するウェブ13の一部が残された部分であるため、開先111の底部に沿って上フランジ11の内面11Sに当接させられる裏当金(図示せず)に干渉する。例えば裏当金をウェブ13の両側で分割して配置すれば、図2に示されるように開先111に溶接金属41を充填または積層させて溶接することが可能になるが、スカラップ131の開口縁131Aに続くウェブ13の材軸方向の端部に形状不連続点13Xが生じる。このような形状不連続点13Xではひずみの集中や破断が生じる可能性がある。 On the other hand, on the upper flange 11 side, the inner surface 11S of the upper flange 11 hits the bottom of the groove 111, which is the opposite to the lower flange 12 side, so the configuration of the welded part is not the same as that of the lower flange 12 side. In addition, the opening edge 131A of the scallop 131 is a part of the web 13 that protrudes from the inner surface 11S of the upper flange 11 and remains, so it interferes with the backing metal (not shown) that is abutted against the inner surface 11S of the upper flange 11 along the bottom of the groove 111. For example, if the backing metal is divided and placed on both sides of the web 13, it is possible to fill or stack the weld metal 41 in the groove 111 and weld it as shown in Figure 2, but a geometric discontinuity 13X occurs at the end of the web 13 in the material axis direction following the opening edge 131A of the scallop 131. At such a geometric discontinuity 13X, there is a possibility that strain concentration or breakage may occur.

そこで、本実施形態では、梁接合構造の上フランジ11側において以下で説明するような形状の裏当金を用いることによって、上記の問題を解決する。 Therefore, in this embodiment, the above problem is solved by using a backing metal of the shape described below on the upper flange 11 side of the beam joint structure.

図3は、本発明の一実施形態に係る梁接合構造で用いられる裏当金の斜視図である。図4は、図3に示される裏当金を用いた溶接部の構造を示す断面図であり、裏当金については図3のIV-IV線に沿った断面図である。図3に示されるように、裏当金3は、板面31,32と、側端面33,34と、端面35,36とを有する全体として板状の部材である。一方の側端面33は、図4に示されるように梁接合構造において支持部材2に当接される。また、板面31には、側端面33とは反対側の側端面34側に開放された切り欠き311が形成される。切り欠き311は反対側の板面32までは貫通していないため、板面31から一段下がった面を構成する切り欠き311の底面312が形成される。そして、底面312は、梁接合構造においてスカラップ131の開口縁131Aに当接されるか、または、図4には示されていない切り欠き311以外の部分において、板面31は上フランジ11の内面11Sに当接される。この時、底面312とスカラップ131の開口縁131A、板面31と上フランジ11の内面11Sの内、一方が当接されていない場合に生じる隙間は2mm以下であることが好ましく、1mm以下であることがより好ましく、さらには、両者ともが当接されていることがより好ましい。尚、本願において「当接する」とは、当接する者同士の少なくとも一部、或いは当接する面同士の少なくとも一部、が当たり接触していることを意味する。隙間なく密着することや、当接する面全てが接触していることを必要とするものでは無い。 Figure 3 is a perspective view of a backing metal used in a beam joint structure according to one embodiment of the present invention. Figure 4 is a cross-sectional view showing the structure of a welded portion using the backing metal shown in Figure 3, and the backing metal is a cross-sectional view taken along line IV-IV in Figure 3. As shown in Figure 3, the backing metal 3 is a plate-shaped member having plate surfaces 31, 32, side end surfaces 33, 34, and end surfaces 35, 36 as a whole. One side end surface 33 is abutted against the support member 2 in the beam joint structure as shown in Figure 4. In addition, a notch 311 is formed in the plate surface 31, which is open to the side end surface 34 side opposite to the side end surface 33. Since the notch 311 does not penetrate to the plate surface 32 on the opposite side, a bottom surface 312 of the notch 311 that constitutes a surface one step lower than the plate surface 31 is formed. The bottom surface 312 abuts against the opening edge 131A of the scallop 131 in the beam joint structure, or the plate surface 31 abuts against the inner surface 11S of the upper flange 11 in a portion other than the notch 311 not shown in FIG. 4. At this time, the gap that occurs when one of the bottom surface 312 and the opening edge 131A of the scallop 131, or the plate surface 31 and the inner surface 11S of the upper flange 11 is not abutted is preferably 2 mm or less, more preferably 1 mm or less, and more preferably both are abutted. In this application, "abutting" means that at least a portion of the abutting parts or at least a portion of the abutting surfaces are in contact with each other. It is not necessary that they are in close contact with no gaps or that all of the abutting surfaces are in contact.

上記のような裏当金3において、切り欠き311は側端面33側には開放されていないため、支持部材2に当接される側端面33と切り欠き311との間には、切り欠き311の底面312に対する凸部313が形成される。切り欠き311から側端面33までの距離L、すなわち凸部313の頂部の長さを開先111の底部における上フランジ11と支持部材2との間の距離L未満にすることによって、図4に示すように開先111の底部に溝状の領域111Gが形成される。領域111Gは、切り欠き311の底面312と、凸部313と、スカラップ131の開口縁131Aに続くウェブ13の端面13Eとに囲まれる。 In the backing metal 3 as described above, the notch 311 is not open on the side end face 33 side, so a convex portion 313 is formed with respect to the bottom face 312 of the notch 311 between the side end face 33 that abuts against the support member 2 and the notch 311. By making the distance L 1 from the notch 311 to the side end face 33, i.e., the length of the top of the convex portion 313, less than the distance L 2 between the upper flange 11 at the bottom of the groove 111 and the support member 2, a groove-shaped region 111G is formed at the bottom of the groove 111 as shown in FIG. 4. The region 111G is surrounded by the bottom face 312 of the notch 311, the convex portion 313, and the end face 13E of the web 13 that continues to the opening edge 131A of the scallop 131.

なお、凸部313は必ずしも図示されたような台形上の部分でなくてもよい。例えば、凸部313の切り欠き311側が底面312に対して垂直な面ではなく、底面312に対して傾斜した面であってもよい。この場合において、凸部313は必ずしも図3および図4に示されたように頂部に平坦面を有する形状ではなくてもよく、頂部の断面が鋭角をなす形状であってもよい。この場合、図4に示された距離L、すなわち凸部313の頂部の長さは0になり、開先111の底部における隙間の長さLが少しでもあれば領域111Gが形成される。 The convex portion 313 does not necessarily have to be a trapezoidal portion as shown in the figure. For example, the notch 311 side of the convex portion 313 may be a surface inclined with respect to the bottom surface 312 instead of a surface perpendicular to the bottom surface 312. In this case, the convex portion 313 does not necessarily have to have a shape having a flat surface at the top as shown in Figures 3 and 4, and the cross section of the top may be a shape forming an acute angle. In this case, the distance L 1 shown in Figure 4, i.e., the length of the top of the convex portion 313, becomes 0, and if there is even a small length L 2 of the gap at the bottom of the groove 111, the region 111G is formed.

上記のような上フランジ11側の溶接部では、まず溶接金属41を充填または積層することによって領域111Gを埋め、その後に開先111に溶接金属42を充填または積層する。領域111Gが溶接金属41で埋められることによって、スカラップ131の開口縁131Aが溶接金属41を介して裏当金3や開先111の溶接金属42と一体化する。従って、本実施形態では、例えば上記で図2を参照して説明したような形状不連続点が形成されず、形状不連続点で生じるひずみの集中やそれによるフランジの破断を防止することができる。 In the welded portion on the upper flange 11 side as described above, the weld metal 41 is first filled or layered to fill the region 111G, and then the weld metal 42 is filled or layered in the groove 111. By filling the region 111G with the weld metal 41, the opening edge 131A of the scallop 131 is integrated with the backing metal 3 and the weld metal 42 of the groove 111 via the weld metal 41. Therefore, in this embodiment, no geometric discontinuity is formed as described above with reference to FIG. 2, and it is possible to prevent the concentration of strain that occurs at the geometric discontinuity and the resulting breakage of the flange.

上記のような溶接部を形成するために、裏当金3において、側端面34と板面31との交線方向における切り欠き311の長さB(図3参照)は、上フランジ11とウェブ13との交差部の幅以上である。ここで、例えばH形断面梁1が圧延H形鋼である場合、フランジとウェブとの交差部の幅はウェブの板厚に圧延時にできるフィレット部分の幅を加えた寸法に相当する。また、H形断面梁1が溶接組立H形断面梁である場合、フランジとウェブとの交差部の幅はウェブの板厚にフランジとの溶接部の脚長を加えた寸法に相当する。また、裏当金3において、板面31に対する切り欠き311の底面312の深さD(図3参照)は、上フランジ11の内面11Sに対するスカラップ131の開口縁131Aの嵩上げ高さD(図4参照)に等しい。尚、切り欠き311の長さBに特に上限はないが、溶接作業時における切欠き部からの溶接の溶落ち防止の観点から、圧延H形鋼の場合、ウェブの板厚にフィレット部分の幅を加えた寸法に10mm加えた幅、あるいは、溶接組立H形断面梁の場合、ウェブの板厚にフランジとの溶接部の脚長を加えた寸法に10mm加えた幅以下であることが好ましい。 In order to form the above-mentioned welded portion, the length B (see FIG. 3) of the notch 311 in the direction of the intersection between the side end surface 34 and the plate surface 31 in the backing metal 3 is equal to or greater than the width of the intersection between the upper flange 11 and the web 13. Here, for example, when the H-shaped section beam 1 is a rolled H-shaped steel, the width of the intersection between the flange and the web corresponds to the dimension obtained by adding the width of the fillet portion formed during rolling to the plate thickness of the web. Also, when the H-shaped section beam 1 is a welded H-shaped section beam, the width of the intersection between the flange and the web corresponds to the dimension obtained by adding the plate thickness of the web to the leg length of the welded portion with the flange. Also, in the backing metal 3, the depth D 1 (see FIG. 3) of the bottom surface 312 of the notch 311 with respect to the plate surface 31 is equal to the height D 2 (see FIG. 4) of the opening edge 131A of the scallop 131 with respect to the inner surface 11S of the upper flange 11. Incidentally, there is no particular upper limit to the length B of the notch 311, but from the viewpoint of preventing weld burn-through from the notch during welding work, in the case of a rolled H-shaped steel beam, it is preferable that the width be equal to or less than the dimension obtained by adding the thickness of the web to the width of the fillet portion plus 10 mm, or in the case of a welded assembled H-shaped cross section beam, that the width be equal to or less than the dimension obtained by adding the thickness of the web to the leg length of the weld with the flange plus 10 mm.

以下では、本発明の実施形態に係る梁接合構造の効果を示す解析結果について説明する。図5Aから図5Dは、解析が実施された本発明の実施例および比較例について説明するための図である。図6Aから図6Dは、図5Aから図5Dにそれぞれ示された実施例および比較例においてFEM解析で算出されたひずみを示す図である。図5Aおよび6Aには、切り欠きを有する裏当金を使用して、上フランジに形成された開先の底部に溝状の領域を形成して溶接金属で埋める本発明の実施例が示されている。図5Bおよび図6Bには、スカラップの開口縁を垂直に切削加工して支持部材との間隔を広げ、矩形断面の裏当金を当接させた比較例が示されている。図5Cおよび図6Cには、スカラップの開口縁をウェブ側に向けて60°の角度で開いたテーパー形状に切削加工し、同じく60°の角度の傾斜面を含む台形断面の裏当金を当接させた比較例が示されている。図5Dおよび図6Dには、スカラップの開口縁を凹状の曲面に切削加工し、対応する凸状の曲面を含む断面形状の裏当金を当接させた比較例が示されている。 The following describes the analysis results showing the effect of the beam joint structure according to the embodiment of the present invention. Figures 5A to 5D are diagrams for explaining the embodiment and comparative example of the present invention in which the analysis was performed. Figures 6A to 6D are diagrams showing the strain calculated by FEM analysis in the embodiment and comparative example shown in Figures 5A to 5D, respectively. Figures 5A and 6A show an embodiment of the present invention in which a backing metal having a notch is used to form a groove-like area at the bottom of the groove formed in the upper flange and fill it with weld metal. Figures 5B and 6B show a comparative example in which the opening edge of the scallop is cut vertically to widen the gap with the support member and a backing metal with a rectangular cross section is abutted against it. Figures 5C and 6C show a comparative example in which the opening edge of the scallop is cut into a tapered shape opening at an angle of 60° toward the web side and a backing metal with a trapezoidal cross section including an inclined surface at an angle of 60° is abutted against it. Figures 5D and 6D show a comparative example in which the opening edge of the scallop is machined into a concave curved surface and a backing metal with a cross-sectional shape that includes a corresponding convex curved surface is abutted against it.

図6Aに示されるように、本発明の実施例に係る梁接合構造では、上フランジ11やウェブ13の裏当金に接する部分におけるひずみの集中が生じていない。これに対して、図6Bに示される比較例では、裏当金とスカラップの開口縁とが一体化していないため、裏当金に接するウェブの端部の形状不連続点の付近においてひずみの集中が生じている。図6Cおよび図6Dに示される比較例では、裏当金に接するウェブの端部における形状不連続性を緩和するようにテーパー加工や曲面加工がなされているが、それでも裏当金に接するスカラップの開口縁の切削部分においてひずみの集中が生じている。これらの解析結果から、裏当金によって開先の底部に溝状の領域を形成し、この領域を溶接金属で埋めることによってスカラップの開口縁を裏当金や溶接金属に一体化させる本発明の実施例の構成が、ひずみの集中やそれによるフランジの破断を防止するために有効であることがわかる。 As shown in FIG. 6A, in the beam joint structure according to the embodiment of the present invention, no concentration of strain occurs in the portion of the upper flange 11 or the web 13 that contacts the backing metal. In contrast, in the comparative example shown in FIG. 6B, the backing metal and the opening edge of the scallop are not integrated, so that concentration of strain occurs near the shape discontinuity point of the end of the web that contacts the backing metal. In the comparative example shown in FIG. 6C and FIG. 6D, tapering and curving are performed to reduce the shape discontinuity at the end of the web that contacts the backing metal, but still, concentration of strain occurs in the cut portion of the opening edge of the scallop that contacts the backing metal. From these analysis results, it can be seen that the configuration of the embodiment of the present invention, in which a groove-shaped area is formed at the bottom of the groove with the backing metal and this area is filled with weld metal to integrate the opening edge of the scallop with the backing metal or weld metal, is effective in preventing concentration of strain and the resulting breakage of the flange.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変形例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The above describes in detail preferred embodiments of the present invention with reference to the attached drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is clear that a person with ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can conceive of various modified or revised examples within the scope of the technical ideas described in the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.

1…H形断面梁、11…上フランジ、11S…内面、111…開先、111G…領域、12…下フランジ、12S…内面、121…開先、121S…傾斜面、13…ウェブ、13E…端面、13X…形状不連続点、131…スカラップ、131A…開口縁、132…スカラップ、132A…開口縁、2…支持部材、3…裏当金、31,32…板面、33,34…側端面、35,36…端面、41,42…溶接金属、311…切り欠き、312…底面、313…凸部。 1...H-section beam, 11...upper flange, 11S...inner surface, 111...groove, 111G...area, 12...lower flange, 12S...inner surface, 121...groove, 121S...inclined surface, 13...web, 13E...end surface, 13X...geometric discontinuity, 131...scallop, 131A...opening edge, 132...scallop, 132A...opening edge, 2...support member, 3...backing metal, 31, 32...plate surface, 33, 34...side end surface, 35, 36...end surface, 41, 42...weld metal, 311...notch, 312...bottom surface, 313...convex portion.

Claims (2)

H形断面梁と支持部材との間に形成される梁接合構造であって、
前記支持部材に対向する前記H形断面梁の少なくとも一方のフランジの材軸方向の端部に、前記H形断面梁のウェブとは反対側に向けて開いた開先が形成され、
前記ウェブの材軸方向の端部にスカラップが形成され、前記スカラップの開口縁は前記少なくとも一方のフランジの内面から離間して形成され、
第1および第2の側端面と、第1および第2の板面とを含み、前記第1の板面に前記第2の板面まで貫通せず前記第2の側端面側にのみ開放された切り欠きが形成され、前記第2の側端面と前記第1の板面との交線方向における前記切り欠きの長さは、前記少なくとも一方のフランジと前記ウェブとの交差部の幅以上である裏当金が配置され、
前記第1の側端面は前記支持部材に当接され、
更に、前記第1の板面と前記少なくとも一方のフランジの内面、または、前記切り欠きの底面と前記スカラップの開口縁の少なくとも一方が当接され、
前記開先の底部に、前記底面、前記切り欠きと前記第1の側端面との間の凸部、および前記スカラップの開口縁に続く前記ウェブの端面によって囲まれる領域が形成され、
前記領域に溶接金属が充填され、さらに前記開先に溶接金属が充填された梁接合構造。
A beam joint structure formed between an H-shaped cross-section beam and a support member,
At least one flange of the H-shaped cross section beam facing the support member has an end portion in the material axis direction thereof formed with a groove that opens toward the opposite side of the web of the H-shaped cross section beam;
A scallop is formed at an end of the web in the material axis direction, and an opening edge of the scallop is formed away from an inner surface of the at least one flange,
a backing metal is disposed, the backing metal including first and second side end faces and first and second plate faces, a notch is formed in the first plate face that does not penetrate to the second plate face and is open only to the second side end face side, and a length of the notch in a direction of an intersection between the second side end face and the first plate face is equal to or greater than a width of an intersection between the at least one flange and the web;
the first side end surface is in contact with the support member,
Furthermore, at least one of the first plate surface and an inner surface of the at least one flange, or the bottom surface of the notch and an opening edge of the scallop, is in contact with each other,
A region surrounded by the bottom surface, a convex portion between the notch and the first side end surface, and an end surface of the web continuing to an opening edge of the scallop is formed at the bottom of the groove,
A beam joint structure in which the region is filled with weld metal and the groove is further filled with weld metal.
支持部材に対向する少なくとも一方のフランジの材軸方向の端部にウェブとは反対側に向けて開いた開先が形成され、前記ウェブの材軸方向の端部にスカラップが形成され、前記スカラップの開口縁は前記少なくとも一方のフランジの内面から離間して形成されるH形断面梁を前記支持部材に接合する梁接合方法であって、
第1および第2の側端面と、第1および第2の板面とを含み、前記第1の板面に前記第2の板面まで貫通せず前記第2の側端面側にのみ開放された切り欠きが形成され、前記第2の側端面と前記第1の板面との交線方向における前記切り欠きの長さは、前記少なくとも一方のフランジと前記ウェブとの交差部の幅以上である裏当金を配置する工程であって、前記第1の側端面を前記支持部材に当接させ、
更に、前記第1の板面と前記少なくとも一方のフランジの内面、または、前記切り欠きの底面と前記スカラップの開口縁の少なくとも一方に当接させる工程と、
前記開先の底部に形成される、前記底面、前記切り欠きと前記第1の側端面との間の凸部、および前記スカラップの開口縁に続く前記ウェブの端面とによって囲まれた溝状の領域に溶接金属を充填または積層する工程と、
前記開先に溶接金属を充填または積層する工程と
を含む梁接合構造の製造方法。
A beam joining method for joining an H-shaped cross section beam to a support member, the method comprising forming a groove at an end of at least one flange facing a support member in a material axis direction, the end of the web in the material axis direction being formed with a scallop, and the opening edge of the scallop being spaced apart from the inner surface of the at least one flange, the method comprising the steps of:
a step of disposing a backing metal including first and second side end faces and first and second plate faces, a notch being formed in the first plate face that does not penetrate to the second plate face and is open only to the second side end face side, and a length of the notch in a direction of an intersection between the second side end face and the first plate face is equal to or greater than a width of an intersection between the at least one flange and the web, the step of abutting the first side end face against the support member,
a step of abutting the first plate surface against at least one of an inner surface of the at least one flange, or a bottom surface of the notch against an opening edge of the scallop;
a step of filling or stacking a weld metal in a groove-shaped region surrounded by the bottom surface, a protrusion between the notch and the first side end surface, and an end surface of the web continuing to an opening edge of the scallop, the groove-shaped region being formed at the bottom of the groove;
and filling or laminating a weld metal in the groove.
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