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JP7670977B2 - Beam joint structure - Google Patents
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Description

本発明は、梁接合構造に関する。 The present invention relates to a beam joint structure.

例えば柱に接合されるH形鋼梁の端部には、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形鋼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、地震時に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 steel 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 steel beam and the web. However, during an earthquake, strain is concentrated in the scallop, which is a cross-sectional defect, causing cracks to form, and the progression of the cracks can cause the flange to break.

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形鋼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-shaped steel 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形鋼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を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a beam connection structure formed between an H-shaped steel beam and a support member 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.

[1]H形鋼梁と支持部材との間に形成される梁接合構造であって、上記支持部材に対向する上記H形鋼梁の材軸方向の端部で、少なくとも一方のフランジに、上記H形鋼梁のウェブとは反対側に向けて開いた開先が形成され、上記開先に隣接する上記ウェブの上記材軸方向の端部にスカラップが形成され、上記スカラップの開口縁は上記少なくとも一方のフランジから離間して形成され、上記スカラップの開口縁と上記少なくとも一方のフランジとの間のフィレット削り残し部の端部には上記少なくとも一方のフランジに対して傾斜した第1の傾斜面が形成され、平坦面と、上記平坦面に対して傾斜して形成された第2の傾斜面とを有する裏当て金が、上記平坦面が上記少なくとも一方のフランジに当接して上記開先の底部をふさぎ、上記第2の傾斜面が上記第1の傾斜面に当接するように配置され、上記開先に溶接金属が充填または積層される梁接合構造。
[2]上記スカラップの開口縁は、湾曲部分と直線状部分とを含み、上記材軸方向について、上記湾曲部分と上記直線状部分との境界から、上記少なくとも一方のフランジと上記第1の傾斜面との境界までの距離が14mm以上である、[1]に記載の梁接合構造。
[3]上記第1の傾斜面が上記少なくとも一方のフランジに対して傾斜している角度が60°以下である、[1]または[2]に記載の梁接合構造。
[4]上記第2の傾斜面は、上記裏当て金の断面において対角にあたる2つの角部の少なくとも一つの角部に形成される、[1]から[3]のいずれか1項に記載の梁接合構造。
[1] A beam joint structure formed between an H-shaped steel beam and a support member, wherein a groove is formed in at least one flange at an end in the material axis direction of the H-shaped steel beam facing the support member, the groove being open toward the opposite side to the web of the H-shaped steel beam, and a scallop is formed at an end in the material axis direction of the web adjacent to the groove, the opening edge of the scallop is formed away from the at least one flange, a first inclined surface inclined with respect to the at least one flange is formed at an end of a fillet remaining portion between the opening edge of the scallop and the at least one flange, and a backing metal having a flat surface and a second inclined surface formed inclined with respect to the flat surface is arranged so that the flat surface abuts against the at least one flange to close a bottom of the groove and the second inclined surface abuts against the first inclined surface, and a weld metal is filled or layered in the groove.
[2] The opening edge of the scallop includes a curved portion and a straight portion, and the distance in the material axis direction from the boundary between the curved portion and the straight portion to the boundary between the at least one flange and the first inclined surface is 14 mm or more.
[3] A beam joint structure described in [1] or [2], wherein the angle at which the first inclined surface is inclined relative to at least one of the flanges is 60° or less.
[4] A beam joint structure described in any one of [1] to [3], wherein the second inclined surface is formed at least at one of two diagonal corners in the cross section of the backing metal.

上記の構成によれば、フィレット削り残し部とフランジとの交差部に勾配がつけられ、また、この交差部を溶接部に近づけられるため、交差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。 The above configuration provides a slope at the intersection between the fillet remaining part and the flange, and also brings this intersection closer to the weld, preventing strain concentration and fracture at the intersection.

本発明の実施形態に係る梁接合構造の全体の構成例(第1の例)を示す図である。1 is a diagram showing an example (first example) of the overall configuration of a beam joining structure according to an embodiment of the present invention; 本発明の実施形態に係る梁接合構造の全体の構成例(第2の例)を示す図である。1 is a diagram showing an example (second example) of the overall configuration of a beam joining structure according to an embodiment of the present invention; 図1および図2に示された梁接合構造における上フランジ溶接部を拡大して示す図である。3 is an enlarged view of an upper flange welded portion in the beam joint structure shown in FIGS. 1 and 2 . FIG. 裏当て金の形状についての変形例を示す図である。13A and 13B are diagrams showing modified examples of the shape of the backing metal. 下フランジ溶接部の構成例を示す図である。4A to 4C are diagrams showing an example of the configuration of a lower flange weld portion. 本発明の実施形態における溶接部の寸法の例について説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining an example of dimensions of a welded portion in an embodiment of the present invention. 角度θが30°の場合の解析条件を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing analysis conditions when the angle θ is 30°. 図7Aの場合の相当塑性ひずみの分布を示すコンター図である。FIG. 7B is a contour diagram showing the distribution of equivalent plastic strain in the case of FIG. 7A. 図7Aの場合の相当塑性ひずみの分布を示すコンター図である。FIG. 7B is a contour diagram showing the distribution of equivalent plastic strain in the case of FIG. 7A. 角度θが30°の場合の距離xに対する相当塑性ひずみの変化を示すグラフである。1 is a graph showing the change in equivalent plastic strain with respect to distance x when the angle θ is 30°. 角度θが60°の場合の解析条件を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing analysis conditions when the angle θ is 60°. 図9Aの場合の相当塑性ひずみの分布を示すコンター図である。FIG. 9B is a contour diagram showing the distribution of equivalent plastic strain in the case of FIG. 9A. 図9Aの場合の相当塑性ひずみの分布を示すコンター図である。FIG. 9B is a contour diagram showing the distribution of equivalent plastic strain in the case of FIG. 9A. 角度θが60°の場合の距離xに対する相当塑性ひずみの変化を示すグラフである。1 is a graph showing the change in equivalent plastic strain with respect to distance x when the angle θ is 60°. 比較例の解析条件を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing analysis conditions of a comparative example. 図11Aの場合の相当塑性ひずみの分布を示すコンター図である。FIG. 11B is a contour diagram showing the distribution of equivalent plastic strain in the case of FIG. 11A.

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した説明を省略する。 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および図2は、本発明の実施形態に係る梁接合構造の全体の構成例を示す図である。図示された例では、H形鋼梁1と支持部材2Aまたは支持部材2Bとの間の梁接合構造が現場溶接によって形成される。H形鋼梁1は、上フランジ11、下フランジ12およびウェブ13を含む。図1の例において、支持部材2Aは角形鋼管あるいは溶接組立箱形断面柱で構成される柱21Aと、柱21Aに取り付けられる通しダイアフラム22A,23Aとを含む。この場合、梁溶接構造では、H形鋼梁1の上フランジ11および下フランジ12がそれぞれ通しダイアフラム22A,23Aの端面に溶接される。一方、図2の例において、支持部材2Bは角形鋼管あるいは溶接組立箱形断面柱で構成される柱21Bと、柱21Bに取り付けられる内ダイアフラム22B,23Bとを含む。この場合、梁接合構造では、H形鋼梁1の上フランジ11および下フランジ12がそれぞれ柱21Bの側面を構成する角形鋼管の外周面または溶接組立箱型断面柱のスキンプレートに溶接される。 1 and 2 are diagrams showing an example of the overall configuration of a beam joint structure according to an embodiment of the present invention. In the illustrated example, the beam joint structure between the H-shaped steel beam 1 and the support member 2A or the support member 2B is formed by on-site welding. The H-shaped steel beam 1 includes an upper flange 11, a lower flange 12, and a web 13. In the example of FIG. 1, the support member 2A includes a column 21A composed of a square steel pipe or a welded assembled box section column, and through diaphragms 22A, 23A attached to the column 21A. In this case, in the beam welded structure, the upper flange 11 and the lower flange 12 of the H-shaped steel beam 1 are welded to the end faces of the through diaphragms 22A, 23A, respectively. On the other hand, in the example of FIG. 2, the support member 2B includes a column 21B composed of a square steel pipe or a welded assembled box section column, and inner diaphragms 22B, 23B attached to the column 21B. In this case, in the beam joint structure, the upper flange 11 and the lower flange 12 of the H-shaped steel beam 1 are welded to the outer peripheral surface of the square steel pipe that constitutes the side of the column 21B or to the skin plate of the welded assembly box section column.

なお、H形鋼梁1のフランジが図1の例のように通しダイアフラム22A,23Aの端面に溶接される場合も、図2の例のように柱21Bの側面に溶接される場合も、以下で説明するフランジと支持部材との溶接部の構成は同様である。また、それぞれの例において、H形鋼梁1のウェブ13は柱21Aまたは柱21Bの側面に接合されるが、ウェブ13の接合方法は特に限定されない。例えば、図示された例のようにウェブ13がこれらの面に溶接されてもよいし、これらの面に溶接されたシャープレートにウェブ13がボルト接合されてもよい。 The configuration of the welded portion between the flange and the support member described below is the same whether the flange of the H-shaped steel beam 1 is welded to the end faces of the through diaphragms 22A, 23A as in the example of Figure 1 or to the side of the column 21B as in the example of Figure 2. In each example, the web 13 of the H-shaped steel beam 1 is joined to the side of the column 21A or 21B, but the method of joining the web 13 is not particularly limited. For example, the web 13 may be welded to these surfaces as in the example shown, or the web 13 may be bolted to a shear plate welded to these surfaces.

図3は、図1および図2に示された梁接合構造における上フランジ溶接部を拡大して示す図である。図示された例において、支持部材(図示せず)に対向するH形鋼梁1の材軸方向の端部で、上フランジ11には、外開先、すなわちウェブ13とは反対側に向けて開いた開先111が形成される。開先111の底部を裏当て金3でふさぎ、開先111内に溶接金属4を充填または積層することによって溶接部が形成される。開先111に隣接するウェブ13の材軸方向の端部には、このような溶接部との干渉を避けるための切り欠きであるスカラップ131が形成される。図示された例において、スカラップ131はウェブ中心側の小径円弧部分と、上フランジ11側の大径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の上フランジ11側の開口縁132は、上フランジ11から離間して形成されている。開口縁132と上フランジ11との間の部分を、フィレット削り残し部133ともいう。フィレット削り残し部133が形成されることによって、スカラップ131と、上フランジ11とウェブ13との連結部(溶接組立H形断面梁における溶接部、圧延H形鋼におけるフィレット部)とが交差しやすくなる。地震時には交差部にせん断ひずみが高まることから、スカラップ131の上フランジ11側の円弧部底部におけるひずみの集中や破断を回避することができる。なお、スカラップ131の高さh、および開口縁132から上フランジ11までの離間距離dは特に限定されないが、高さhは溶接の作業性およびウェブ13の強度確保の観点から例えば25mm以上40mm以下である。離間距離dは、上フランジ11とウェブ13との間に形成されるフィレット部に開口縁132を形成する観点から、例えば2mm以上13mm以下である。 3 is an enlarged view of the upper flange weld in the beam joint structure shown in FIG. 1 and FIG. 2. In the illustrated example, at the end of the H-shaped steel beam 1 in the material axis direction facing the support member (not shown), an outer groove, i.e., a groove 111 opening toward the opposite side of the web 13, is formed in the upper flange 11. The bottom of the groove 111 is closed with a backing metal 3, and a weld metal 4 is filled or stacked in the groove 111 to form a weld. At the end of the material axis direction of the web 13 adjacent to the groove 111, a scallop 131, which is a notch for avoiding interference with such a weld, is formed. In the illustrated example, the scallop 131 is a composite circular shape including a small diameter arc portion on the web center side and a large diameter arc portion on the upper flange 11 side, but this example is not limited to this and various scallop shapes can be applied. The opening edge 132 on the upper flange 11 side of the scallop 131 is formed away from the upper flange 11. The portion between the opening edge 132 and the upper flange 11 is also referred to as the fillet remaining portion 133. The formation of the fillet remaining portion 133 makes it easier for the scallop 131 to intersect with the connection portion between the upper flange 11 and the web 13 (the welded portion in a welded assembled H-shaped cross-section beam, the fillet portion in a rolled H-shaped steel). Since shear strain increases at the intersection during an earthquake, it is possible to avoid concentration of strain and breakage at the bottom of the arc portion of the scallop 131 on the upper flange 11 side. The height h of the scallop 131 and the distance d from the opening edge 132 to the upper flange 11 are not particularly limited, but the height h is, for example, 25 mm or more and 40 mm or less from the viewpoint of welding workability and ensuring the strength of the web 13. The distance d is, for example, 2 mm or more and 13 mm or less from the viewpoint of forming the opening edge 132 at the fillet portion formed between the upper flange 11 and the web 13.

本実施形態において、フィレット削り残し部133の端部には、上フランジ11に対して傾斜した傾斜面134が形成される。裏当て金3は、上フランジ11に当接して開先111の底部をふさぐ平坦面31と、平坦面31に対して傾斜して形成され、フィレット削り残し部133の端部の傾斜面134に当接する傾斜面32とが形成される。平坦面31に対して傾斜面32が傾斜する角度は、フィレット削り残し部133の端部が上フランジに対して傾斜する角度に対応する。なお、本明細書において、「当接する」ことは、2つの面の少なくとも一部が接触していることを意味し、必ずしも面全体が隙間なく密着することを意味しない。また、図3に示すように、開先111を形成する上フランジ11の端部の傾斜面112、および開先111の底部をふさぐ裏当て金3の平坦面31の一部は、溶接金属4に溶け込んでいる。 In this embodiment, an inclined surface 134 inclined with respect to the upper flange 11 is formed at the end of the fillet remaining portion 133. The backing metal 3 has a flat surface 31 that abuts against the upper flange 11 to close the bottom of the groove 111, and an inclined surface 32 that is formed at an angle with respect to the flat surface 31 and abuts against the inclined surface 134 at the end of the fillet remaining portion 133. The angle at which the inclined surface 32 is inclined with respect to the flat surface 31 corresponds to the angle at which the end of the fillet remaining portion 133 is inclined with respect to the upper flange. In this specification, "abutting" means that at least a part of the two surfaces is in contact, and does not necessarily mean that the entire surfaces are in close contact with each other without any gaps. Also, as shown in FIG. 3, the inclined surface 112 at the end of the upper flange 11 that forms the groove 111, and a part of the flat surface 31 of the backing metal 3 that closes the bottom of the groove 111 are melted into the weld metal 4.

上記のようにフィレット削り残し部133の端部に傾斜面134を形成することによって、フィレット削り残し部133と上フランジ11との交差部Pに勾配がつけられる。また、裏当て金3にも傾斜面134に対応する角度で傾斜面32を形成することによって、裏当て金3を平坦面31および傾斜面32の両方でそれぞれ上フランジ11および傾斜面134に当接させることができ、傾斜面32の分だけ交差部Pがスカラップ131の底部から遠ざけられ、溶接部、具体的には溶接金属4に近づけられる。スカラップ131の底部は地震時に塑性化およびひずみ集中を起こしやすいため、交差部Pがスカラップ131から遠く、平坦面132が長く、フィレット削り残し部133を多く確保できる方が、交差部Pにおけるひずみの集中は低減される。また、溶接金属4は母材であるH形鋼梁1よりも強度が高く、地震時などに塑性化しにくいため、交差部Pが溶接部に近い方が、交差部Pにおけるひずみの集中は低減される。交差点Pがスカラップ131の底面から遠ざけられれば十分にひずみの集中は低減できるが、交差点Pをフランジ外面の溶接止端をフランジ内面に投影した点Qよりも溶接部に近づけた方が、交差部Pが地震時に塑性化するフランジ外面の溶接止端近傍から遠ざけられるため、よりひずみの集中を低減できる。このように、本実施形態では、フィレット削り残し部133と上フランジ11との交差部Pに勾配をつけ、かつ交差部Pをスカラップ131の底部から遠ざけることによって、交差部Pにおけるひずみの集中を低減することができる。 By forming the inclined surface 134 at the end of the fillet uncut portion 133 as described above, a gradient is applied to the intersection P between the fillet uncut portion 133 and the upper flange 11. In addition, by forming the inclined surface 32 on the backing metal 3 at an angle corresponding to the inclined surface 134, the backing metal 3 can be abutted against the upper flange 11 and the inclined surface 134 at both the flat surface 31 and the inclined surface 32, respectively, and the intersection P is moved away from the bottom of the scallop 131 by the amount of the inclined surface 32, and is brought closer to the welded portion, specifically the weld metal 4. Since the bottom of the scallop 131 is prone to plasticization and strain concentration during an earthquake, the concentration of strain at the intersection P is reduced if the intersection P is far from the scallop 131, the flat surface 132 is long, and a large amount of the fillet uncut portion 133 can be secured. In addition, since the weld metal 4 is stronger than the base material, the H-shaped steel beam 1, and is less likely to become plastic during an earthquake, the closer the intersection P is to the weld, the less concentrated the strain at the intersection P. If the intersection P is moved away from the bottom surface of the scallop 131, the concentration of strain can be sufficiently reduced, but if the intersection P is moved closer to the weld than the point Q where the weld toe on the outer surface of the flange is projected onto the inner surface of the flange, the intersection P is moved away from the vicinity of the weld toe on the outer surface of the flange, which becomes plastic during an earthquake, and the concentration of strain can be further reduced. In this way, in this embodiment, the intersection P between the fillet remaining portion 133 and the upper flange 11 is sloped, and the intersection P is moved away from the bottom of the scallop 131, thereby reducing the concentration of strain at the intersection P.

さらに、本実施形態は、裏当て金3を図3に示したような単一の断面で形成できるため、裏当て金3の加工が容易である点でも有利である。変形例として、図4に示すように、裏当て金3Aの断面において対角にあたる2つの角部にそれぞれ傾斜面32A,32Bを形成してもよい。裏当て金の断面は通常矩形であり、この矩形の角部を切り落とす、または削り落とすことによって傾斜面が形成される。2つの傾斜面32A,32Bを有する裏当て金3Aも単一の断面であるため加工は容易である。また、裏当て金3Aは、現場溶接で梁接合構造を形成するときに、裏表どちらの面を使っても傾斜面32Aまたは傾斜面32Bをフィレット削り残し部133の端部の傾斜面134に当接させられるため、施工が容易である。 Furthermore, this embodiment is advantageous in that the backing plate 3 can be formed with a single cross section as shown in FIG. 3, so that the backing plate 3 can be easily processed. As a modified example, as shown in FIG. 4, inclined surfaces 32A and 32B may be formed at two diagonal corners in the cross section of the backing plate 3A. The cross section of the backing plate is usually rectangular, and the inclined surfaces are formed by cutting or grinding off the corners of this rectangle. The backing plate 3A having the two inclined surfaces 32A and 32B is also easy to process because it has a single cross section. In addition, when forming a beam joint structure by on-site welding, the backing plate 3A is easy to work because the inclined surface 32A or the inclined surface 32B can be abutted against the inclined surface 134 at the end of the fillet remaining portion 133 regardless of whether the front or back surface is used.

また、上記の裏当て金3は、図5の例に示すように下フランジ12側の溶接部でも使用することができる。図5の例では、上フランジ11側と同様に下フランジ12側でもウェブ13にスカラップ135が形成され、スカラップ135の開口縁136と下フランジ12との間にフィレット削り残し部137が形成される。フィレット削り残し部137の端部および下フランジ12の端部の傾斜面138,122によって内開先、すなわちウェブ13側に向けて開いた開先121を形成し、開先121の底部を裏当て金3の平坦面31でふさぎ、開先121内に溶接金属4を充填または積層することによって溶接部が形成される。この場合において、裏当て金3に傾斜面32が形成されていても、平坦面31を下フランジ12に当接させることには支障がない。図示していないが、図4に示された裏当て金3Aを用いる場合も同様である。 The backing metal 3 can also be used in the welded portion on the lower flange 12 side as shown in the example of FIG. 5. In the example of FIG. 5, a scallop 135 is formed on the web 13 on the lower flange 12 side as well as on the upper flange 11 side, and a fillet uncut portion 137 is formed between the opening edge 136 of the scallop 135 and the lower flange 12. An inner groove, that is, a groove 121 opened toward the web 13 side is formed by the end of the fillet uncut portion 137 and the inclined surfaces 138, 122 of the end of the lower flange 12, and the bottom of the groove 121 is closed with the flat surface 31 of the backing metal 3, and the weld metal 4 is filled or stacked in the groove 121 to form a welded portion. In this case, even if the inclined surface 32 is formed on the backing metal 3, there is no problem in abutting the flat surface 31 against the lower flange 12. Although not shown, the same applies when the backing metal 3A shown in FIG. 4 is used.

なお、図5の例のような内開先の溶接部の構成については、例えば特開2020-133218号公報に記載された構成が適用可能であり、またこの例に限らず公知のさまざまな開先形状および溶接方法を適用可能である。また、他の実施形態において、例えば梁接合が工場溶接によって形成される場合は、下フランジ12側についても外開先、すなわちウェブ13とは反対側に向けて開いた開先が形成される。この場合は、下フランジ12側についても、上記で図3を参照して説明した例と同様の溶接部が形成されてもよい。 The configuration of the welded portion of the internal groove as shown in the example of FIG. 5 can be, for example, the configuration described in JP 2020-133218 A, and various known groove shapes and welding methods can be applied without being limited to this example. In another embodiment, for example, when the beam joint is formed by factory welding, an external groove is also formed on the lower flange 12 side, that is, a groove that opens toward the opposite side to the web 13. In this case, a weld similar to the example described above with reference to FIG. 3 may also be formed on the lower flange 12 side.

図6は、本発明の実施形態における溶接部の寸法の例について説明するための図である。なお、図6には図3と同様の裏当て金3が図示されているが、図4に示された裏当て金3Aを用いる場合も同様である。また、図6では説明のため、一部の符号が省略されている。図示された例ではスカラップ131の開口縁が上記の複合円を含む湾曲部分と直線状部分とを含み、湾曲部分と直線状部分との境界が点Aとして、直線状部分と傾斜面134との境界が点Bとしてそれぞれ図示されている。さらに、傾斜面134と上フランジ11との接点(図3に示された交差部P)が点Cとして図示されている。フィレット削り残し部133と上フランジ11との交差部(点C)におけるひずみの集中をより効果的に低減するためには、点AC間の距離xを大きくすること、さらには傾斜面134が上フランジ11に対して傾斜している角度θ(0<θ<90°)を小さくすることが望ましい。 Figure 6 is a diagram for explaining an example of the dimensions of the welded portion in an embodiment of the present invention. Note that FIG. 6 illustrates a backing metal 3 similar to that in FIG. 3, but the same applies when the backing metal 3A illustrated in FIG. 4 is used. In addition, some reference numerals are omitted in FIG. 6 for the sake of explanation. In the illustrated example, the opening edge of the scallop 131 includes a curved portion including the above-mentioned compound circle and a straight portion, and the boundary between the curved portion and the straight portion is illustrated as point A, and the boundary between the straight portion and the inclined surface 134 is illustrated as point B. Furthermore, the contact point between the inclined surface 134 and the upper flange 11 (intersection P illustrated in FIG. 3) is illustrated as point C. In order to more effectively reduce the concentration of strain at the intersection (point C) between the fillet remaining portion 133 and the upper flange 11, it is desirable to increase the distance x between points A and C, and further to reduce the angle θ (0<θ<90°) at which the inclined surface 134 is inclined relative to the upper flange 11.

具体的には、一般的なH形鋼梁のサイズを想定した場合、角度θについては60°以下とすることが望ましく、距離xについては14mm以上とすることが望ましい。なお、本明細書において、距離xはH形鋼梁1の材軸方向における点Aと点Cとの間の距離である。ただし、後述する解析結果にも示されるように、例えば角度θまたは距離xのいずれか一方が上記の範囲外である場合にも、他方を調節することによって点Cにおけるひずみの集中を低減できるため、必ずしも角度θおよび距離xが上記の範囲にある必要はない。 Specifically, assuming a typical size of H-shaped steel beam, it is desirable that the angle θ is 60° or less, and the distance x is 14 mm or more. In this specification, the distance x is the distance between points A and C in the axial direction of the H-shaped steel beam 1. However, as shown in the analysis results described later, even if either the angle θ or the distance x is outside the above range, the concentration of strain at point C can be reduced by adjusting the other, so the angle θ and the distance x do not necessarily have to be within the above range.

以下、図7Aから図11Bを参照して、本発明の実施形態の効果を検証するための解析の結果について説明する。各例の解析モデルに共通して、H形断面梁の断面は高さ(上フランジの上面から下フランジの下面までの距離)700mm、フランジ幅200mm、ウェブ板厚12mm、フランジ板厚19mmである。モデルは対称性を考慮した1/2モデルであり、H形鋼梁の一方の端部のみが固定端支持される片持ち梁形式とした。片持ち梁の長さは3500mmであり、固定端とは反対側の梁端部に強制変位を一方向に与える単調載荷とした。モデル化の要素には20節点構造ソリッドを用いた。応力-ひずみ関係は過去の実験で用いた素材の引張試験結果を真応力-真ひずみ関係に変換し、多直線近似したものを用いた。降伏条件としてはフォンミーゼスの降伏条件を採用し、ソルバーには汎用の非線形構造解析プログラムである「ANSYS 2021 R1」を用いた。降伏点はフランジおよびウェブについて367N/mmとし、梁の全塑性モーメントは1705kNm、全塑性曲げモーメント時の梁端の回転角は0.00765radとした。以下に示す相当塑性ひずみは、いずれも梁端部の変位が3.0δ(δは梁の全塑性モーメント時の変形量)の時点の値である。また、コンター図には裏当て金が示されていない。 Hereinafter, with reference to FIG. 7A to FIG. 11B, the results of the analysis for verifying the effect of the embodiment of the present invention will be described. Common to the analysis models of each example, the cross section of the H-shaped section beam has a height (distance from the upper surface of the upper flange to the lower surface of the lower flange) of 700 mm, a flange width of 200 mm, a web plate thickness of 12 mm, and a flange plate thickness of 19 mm. The model is a 1/2 model considering symmetry, and is a cantilever type in which only one end of the H-shaped steel beam is supported at the fixed end. The length of the cantilever beam is 3500 mm, and a monotonic load is applied in one direction to the beam end opposite the fixed end. A 20-node structural solid is used as the modeling element. The stress-strain relationship was obtained by converting the tensile test results of the material used in the past experiment into a true stress-true strain relationship and approximating it to a multi-linear relationship. The von Mises yield condition was adopted as the yield condition, and the solver was the general-purpose nonlinear structural analysis program "ANSYS 2021 R1". The yield point was 367 N/ mm2 for the flange and web, the full plastic moment of the beam was 1705 kNm, and the rotation angle of the beam end during full plastic bending moment was 0.00765 rad. The equivalent plastic strains shown below are all values at the time when the displacement of the beam end is 3.0 δ PP is the deformation amount during full plastic moment of the beam). Also, the backing metal is not shown in the contour diagram.

図7Aから図7Cおよび図8は、角度θが30°の場合について解析条件および結果を示す図である。図7Aに示すように、フィレット削り残し部が上フランジに対して傾斜している角度θを30°とし、スカラップ開口縁の湾曲部分と直線状部分との境界から傾斜面までの距離xを変化させた。図7Bおよび図7Cのコンター図は、それぞれx=14.3mmの場合およびx=17.3mmの場合の相当塑性ひずみの分布を示す。いずれの場合も、フィレット削り残し部と上フランジとの交差部(C点)におけるひずみの集中が低減されていることがわかる。図8のグラフは、距離xに対するC点、およびスカラップ底部の節点のうち最もひずみが高い節点の相当塑性ひずみεeqの変化を示す。θ=30°の場合、距離xが14mm以上であれば、C点のひずみがスカラップ底部のひずみレベルを下回り、ひずみの集中が十分に低減されているといえる。 7A to 7C and 8 are diagrams showing analysis conditions and results when the angle θ is 30°. As shown in FIG. 7A, the angle θ at which the fillet remaining part is inclined with respect to the upper flange is set to 30°, and the distance x from the boundary between the curved part and the straight part of the scallop opening edge to the inclined surface is changed. The contour diagrams of FIG. 7B and FIG. 7C show the distribution of equivalent plastic strain when x=14.3 mm and when x=17.3 mm, respectively. In both cases, it can be seen that the concentration of strain at the intersection (point C) between the fillet remaining part and the upper flange is reduced. The graph of FIG. 8 shows the change in the equivalent plastic strain ε eq of point C and the node with the highest strain among the nodes at the scallop bottom with respect to the distance x. When θ=30°, if the distance x is 14 mm or more, the strain at point C is lower than the strain level at the scallop bottom, and it can be said that the concentration of strain is sufficiently reduced.

図9Aから図9Cおよび図10は、上記と同様に角度θが60°の場合について解析条件および結果を示す図である。図9Aに示すように角度θを60°とし、距離xを変化させた。図9Bおよび図9Cのコンター図は、それぞれx=11.3mmの場合およびx=17.3mmの場合の相当塑性ひずみの分布を示す。いずれの場合も、C点におけるひずみの集中が低減されていることがわかる。図10のグラフに示されるように、θ=60°の場合、距離xが12mm以上であれば、C点のひずみがスカラップ底部のひずみレベルを下回り、ひずみの集中が十分に低減されているといえる。 Figures 9A to 9C and 10 show the analysis conditions and results when the angle θ is 60°, as described above. As shown in Figure 9A, the angle θ is set to 60° and the distance x is changed. The contour diagrams in Figures 9B and 9C show the distribution of equivalent plastic strain when x = 11.3 mm and when x = 17.3 mm, respectively. In both cases, it can be seen that the concentration of strain at point C is reduced. As shown in the graph in Figure 10, when θ = 60°, if the distance x is 12 mm or more, the strain at point C falls below the strain level at the bottom of the scallop, and it can be said that the concentration of strain is sufficiently reduced.

図11Aおよび図11Bは、比較例としてフィレット削り残し部の端部に傾斜面を形成しなかった場合について解析条件および結果を示す図である。図11Aに示すように傾斜面を形成せず、スカラップ開口縁の湾曲部分と直線状部分との境界から9.5mmの位置でフィレット削り残し部を上フランジに対して垂直に切り落とし、裏当て金は通常の矩形断面とした。図11Bのコンター図に示される相当塑性ひずみの分布から、フィレット削り残し部と上フランジとの交差部(C点)でひずみが集中していることがわかる。 Figures 11A and 11B show the analysis conditions and results for a comparative example in which no inclined surface was formed at the end of the fillet remaining part. As shown in Figure 11A, no inclined surface was formed, and the fillet remaining part was cut off perpendicular to the upper flange at a position 9.5 mm from the boundary between the curved part and the straight part of the scallop opening edge, and the backing metal had a normal rectangular cross section. From the distribution of equivalent plastic strain shown in the contour diagram of Figure 11B, it can be seen that strain is concentrated at the intersection (point C) between the fillet remaining part and the upper flange.

以上のような解析の結果から、フィレット削り残し部の端部に傾斜面を形成し、距離xを適切に設定することが、フィレット削り残し部と上フランジとの交差部におけるひずみの集中を低減するために有効であることがわかった。θ=60°の場合のように、角度θをより大きくすれば、距離xが比較的短くても平坦面が確保でき、ひずみの集中が効果的に低減される。また、θ=30°の場合のように、平坦面が比較的小さい場合でも、距離xを長くすればひずみの集中が効果的に低減される。角度θを大きくするか、距離xを長くするかは、例えば裏当て金のサイズに応じて適宜選択することができる。 From the results of the above analysis, it was found that forming an inclined surface at the end of the fillet remaining part and appropriately setting the distance x is effective in reducing the concentration of strain at the intersection between the fillet remaining part and the upper flange. If the angle θ is made larger, as in the case of θ = 60°, a flat surface can be ensured even if the distance x is relatively short, and the concentration of strain is effectively reduced. Also, even if the flat surface is relatively small, as in the case of θ = 30°, the concentration of strain can be effectively reduced by increasing the distance x. Whether to increase the angle θ or increase the distance x can be appropriately selected depending on, for example, the size of the backing metal.

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、本発明はこれらの例に限定されない。本発明の属する技術の分野の当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更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 these examples. It is clear that a person skilled in the art of 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形鋼梁、11…上フランジ、12…下フランジ、13…ウェブ、2A,2B…支持部材、21A…角形鋼管柱、21B…組立溶接箱型断面柱、22A,23A…通しダイアフラム、22B,23B…内ダイアフラム、3,3A…裏当て金、4…溶接金属、31…平坦面、32,32A,32B…傾斜面、111,121…開先、112,122…傾斜面、131,135…スカラップ、132,136…開口縁、133,137…フィレット削り残し部、134,138…傾斜面。 1... H-shaped steel beam, 11... upper flange, 12... lower flange, 13... web, 2A, 2B... support member, 21A... square steel pipe column, 21B... assembled welded box section column, 22A, 23A... through diaphragm, 22B, 23B... inner diaphragm, 3, 3A... backing metal, 4... weld metal, 31... flat surface, 32, 32A, 32B... inclined surface, 111, 121... groove, 112, 122... inclined surface, 131, 135... scallop, 132, 136... opening edge, 133, 137... fillet remaining portion, 134, 138... inclined surface.

Claims (4)

H形鋼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形鋼梁の材軸方向の端部で、少なくとも一方のフランジに、前記H形鋼梁のウェブとは反対側に向けて開いた開先が形成され、
前記開先に隣接する前記ウェブの前記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から離間して形成され、
前記スカラップの開口縁と前記少なくとも一方のフランジとの間のフィレット削り残し部の端部には前記少なくとも一方のフランジに対して傾斜した第1の傾斜面が形成され、
平坦面と、前記平坦面に対して傾斜して形成された第2の傾斜面とを有する裏当て金が、前記平坦面が前記少なくとも一方のフランジに当接して前記開先の底部をふさぎ、前記第2の傾斜面が前記第1の傾斜面に当接するように配置され、
前記開先に溶接金属が充填または積層される梁接合構造。
A beam connection structure formed between an H-shaped steel beam and a support member,
At the end of the H-shaped steel beam in the material axis direction facing the support member, at least one flange is formed with a groove that opens toward the opposite side to the web of the H-shaped steel beam,
A scallop is formed at an end of the web in the material axis direction adjacent to the groove, and an opening edge of the scallop is formed away from the at least one flange,
a first inclined surface inclined with respect to the at least one flange is formed at an end of a fillet remaining portion between an opening edge of the scallop and the at least one flange;
A backing metal having a flat surface and a second inclined surface formed at an angle with respect to the flat surface is arranged so that the flat surface abuts against the at least one flange to close the bottom of the groove, and the second inclined surface abuts against the first inclined surface;
A beam joint structure in which the groove is filled or layered with weld metal.
前記スカラップの開口縁は、湾曲部分と直線状部分とを含み、
前記材軸方向について、前記湾曲部分と前記直線状部分との境界から、前記少なくとも一方のフランジと前記第1の傾斜面との境界までの距離が14mm以上である、請求項1に記載の梁接合構造。
The opening edge of the scallop includes a curved portion and a straight portion,
2. The beam joint structure according to claim 1, wherein the distance in the material axis direction from the boundary between the curved portion and the straight portion to the boundary between the at least one flange and the first inclined surface is 14 mm or more.
前記第1の傾斜面が前記少なくとも一方のフランジに対して傾斜している角度が60°以下である、請求項1または請求項2に記載の梁接合構造。 The beam joint structure according to claim 1 or 2, wherein the angle at which the first inclined surface is inclined relative to at least one of the flanges is 60° or less. 前記第2の傾斜面は、前記裏当て金の断面において対角にあたる2つの角部の少なくとも一つの角部に形成される、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の梁接合構造。 The beam joint structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the second inclined surface is formed on at least one of two diagonal corners in the cross section of the backing metal.
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