耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナおよび溶接構造体
【課題】鋼板を突合せ溶接してなる垂直部材を水平部材にＴ型溶接してなる溶接構造体において、過剰設計とすることなく、垂直部材の溶接部に発生した脆性き裂の進展を確実に停止しうるスティフナを提供する。
【解決手段】前記垂直部材１の突合せ溶接部４の、Ｔ型溶接をしていない方の端部に発生した脆性き裂が、該突合せ溶接部４を伝播し、スティフナ３を通過して水平部材２に到達したときの、その位置における有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの値が、水平部材２の材料固有の脆性き裂伝播停止応力拡大係数Ｋｃａの値以下になるように、下記式を用いて、スティフナ３の板厚ｔ（ｍｍ）と、スティフナ３の水平部材２からの距離ａ（ｍｍ）とを調整する。
式 Ｋｅｆｆ（Ｎ／ｍｍ１．５）＝９８０．６６５［（９．１０×１０−４×ｔ−１．１５）ａ＋５６３］
【解決手段】前記垂直部材１の突合せ溶接部４の、Ｔ型溶接をしていない方の端部に発生した脆性き裂が、該突合せ溶接部４を伝播し、スティフナ３を通過して水平部材２に到達したときの、その位置における有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの値が、水平部材２の材料固有の脆性き裂伝播停止応力拡大係数Ｋｃａの値以下になるように、下記式を用いて、スティフナ３の板厚ｔ（ｍｍ）と、スティフナ３の水平部材２からの距離ａ（ｍｍ）とを調整する。
式 Ｋｅｆｆ（Ｎ／ｍｍ１．５）＝９８０．６６５［（９．１０×１０−４×ｔ−１．１５）ａ＋５６３］
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、突合せ溶接部を有する垂直部材と水平部材とからなるＴ型溶接構造体を補強するために用いられるスティフナ、および、そのスティフナを用いた溶接構造体、例えば、船舶、海洋構造物、低温タンク、ラインパイプ、土木・建築構造物等の溶接構造体に関するもので、特に、大型のコンテナ船やバルクキャリアなどの上甲板付近の縦通し部材の溶接構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大型コンテナ船やバルクキャリアにおける脆性破壊の発生メカニズムとしては、一般には上甲板付近の縦通し部材で実施された突合せ溶接の際に発生した溶接欠陥を起点として脆性き裂が溶接部に沿って進展し、き裂の長さがある限度を超えると脆性破壊に至ると考えられている。
【０００３】
このため、万一溶接部で脆性き裂が発生した場合においても、脆性破壊に至ることがないように、確実に脆性き裂を停止させることが必要となってくる。これに対しては、縦通し部材や上甲板に、一定以上のアレスト性を備えた鋼板を用いておけば問題ないとされてきた。
【０００４】
しかしながら、特に、縦通し部材および上甲板に板厚の厚い鋼板を用いた場合、縦通し部材の溶接部で発生した脆性き裂は停止することなく上甲板に達し、さらに停止することなく上甲板中を進展する可能性があることが最近の研究でわかってきた。
【０００５】
このため、縦通し部材の溶接部で発生した脆性き裂を確実にかつ安定的に停止させる技術の開発が望まれていた。
【０００６】
特許文献１には、溶接構造体において、突合せ溶接部に交差するように配置された骨材に、表層部および裏層部において３ｍｍ以上の厚み領域にわたり、０．５〜５μｍの平均円相当粒径を有すると共に板厚面に平行な面において（１００）結晶面のＸ線面強度比が１．５以上である鋼板を用い、前記突合せ溶接部と骨材とが交差する領域のうち、少なくとも突合せ溶接部のビード幅以上の幅で、かつ骨材の表面または裏面から板厚の７０％以上の長さを有する範囲を溶接した溶接構造体が開示されており、脆性き裂を選択的に骨材に導入させることでエネルギ吸収を行い、クラックアレスタとして脆性き裂が停止できるとしている。
【０００７】
しかしながら、上記のように部分的に溶接条件を変化させることは大規模な構造物では作業効率の低下を招き、著しく経済性が悪化することが懸念される。
【０００８】
一方、破壊力学では、脆性き裂が進展中の動的な応力拡大係数Ｋｄの値が、材料固有の脆性き裂伝播停止係数Ｋｃａの値以下になるとき、脆性き裂が停止すると考えられている。しかしながら、Ｋｄの値を算出することは困難であることから、静的な応力拡大係数（以下「静的応力拡大係数」という。）ＫＴとＫｃａを比較することによって停止の可否を判定することが多い。
【０００９】
ＫＴは下記式（１）で示すように、一様引張応力σにより決まる応力拡大係数Ｋσだけでなく、補強物（アレスタ）および溶接残留応力の影響を含めて決まることが知られている（非特許文献１参照）。
【００１０】
ＫＴ＝Ｋσ＋ＫＡ＋Ｋｒ … 式（１）
ここで、ＫＡは、アレスタによる応力拡大係数への影響度合い（＜０）、Ｋｒは、溶接残留応力による応力拡大係数への影響度合いである。
【００１１】
なお、長大き裂の場合は、｜Ｋｒ｜は｜Ｋσ｜に比べて無視できるほどに小さくなるため、ＫＴは、一様応力で決まるＫσに、アレスタの影響度合い（ＫＡ）のみを考慮した、Ｋσ＋ＫＡで近似することができる。
【００１２】
上記非特許文献１には、図１に示すようなＴ型溶接継手において、垂直部材１の突合せ溶接部４に交差させて、水平部材２の上方にスティフナ３を配置して得られるアレスタ効果（脆性き裂進展抑制効果）については、スティフナの幅方向長さＢやスティフナ厚みの垂直部材に対する厚み比（ｔ／ｔｖ）の影響などが開示されている。
【００１３】
しかしながら、垂直部材１の溶接部４に発生した脆性き裂の進展を確実に停止させるためには、スティフナ３の板厚ｔおよび水平部材からの取り付け距離ａをも精度良く決定する必要がある。しかしながら、上記非特許文献１を含め、従来これらの値を簡便かつ精度良く決定する方法は存在しなかった。したがって、過剰設計とすることなく、脆性き裂の進展を確実に停止しうるスティフナを提供することは困難であった。
【非特許文献１】町田進、青木満，「クラックアレスターに関する基礎的研究(第7報) : 長大クラックの阻止とアレスターの設計について」，日本造船学会論文集，社団法人日本船舶海洋工学会，１９７２年６月，第１３１号，ｐ．３６７−３７８
【特許文献１】特開２００５−１１１５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明は、鋼板を突合せ溶接してなる垂直部材を水平部材にＴ型溶接してなる溶接構造体において、過剰設計とすることなく、垂直部材の溶接部に発生した脆性き裂の進展を確実に停止しうるスティフナ、および、それを用いた溶接構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に記載の発明は、鋼板の左右端部同士を突合せ溶接してなる垂直部材の上下端部のいずれか一方を水平部材にＴ型溶接してなる溶接構造体において、該溶接構造体を補強するために、前記垂直部材の突合せ溶接部に交差するように、前記水平部材と平行に溶接して用いられるスティフナであって、前記垂直部材の突合せ溶接部の、Ｔ型溶接をしていない方の端部に発生した脆性き裂が、該突合せ溶接部を伝播し、前記スティフナを通過して前記水平部材に到達したときの、その位置における有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの値が、前記水平部材の材料固有の脆性き裂伝播停止応力拡大係数Ｋｃａの値以下になるように、該スティフナの板厚ｔと、該スティフナの前記水平部材からの距離ａとが調整されてなることを特徴とする、耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナである。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、下記式を満たす、請求項１に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナである。
式 Ｋｅｆｆ＝９８０．６６５［（９．１０×１０−４×ｔ−１．１５）ａ＋５６３］
ここに、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記垂直部材の垂直方向の長さが１．２ｍ以下のものに使用される、請求項２に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナである。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記垂直部材に沿う方向の長さＬが７．５ｔ以上である、請
求項２または３に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナである。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記垂直部材に沿う方向の長さＬが７．５ｔ未満であって、下記式を満たす、請求項１に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナである。
式２ Ｋｅｆｆ＝（１．２５−０．０３２８×Ｌ／ｔ）×９．８０６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］
ここに、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５であり、Ｌ、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、当該スティフナの前記垂直部材に垂直な方向の幅をＢとしたとき、下記式を満たす、請求項１に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナである。
式 Ｋｅｆｆ＝（Ｂ／２００）−０．１１７×９．８０６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］
ここに、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５であり、Ｂ、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、鋼板の左右端部同士を突合せ溶接してなる垂直部材の上下端部の少なくとも一方を水平部材にＴ型溶接してなる溶接構造体であって、前記垂直部材の突合せ溶接部に交差するように、前記水平部材と平行に、請求項１〜６のいずれか１項に記載のスティフナを溶接してなることを特徴とする、耐脆性き裂伝播特性に優れた溶接構造体である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、垂直部材の突合せ溶接部に発生した脆性き裂が該突合せ溶接部を伝播し、スティフナを通過して水平部材に到達したときの、その位置における有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの値が、前記水平部材の脆性き裂伝播停止応力拡大係数Ｋｃａの値以下になるように、該スティフナの板厚ｔと、該スティフナの前記水平部材からの距離ａとを調整することで、過剰設計とすることなく、垂直部材の溶接部に発生した脆性き裂の進展を確実に停止しうるスティフナ、および、それを用いた溶接構造体を提供できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２４】
〔実施形態〕
本発明に係る溶接構造体は、図１に示すように、鋼板の左右端部同士を突合せ溶接して形成した垂直部材１の下端部を、水平部材２にＴ型溶接して形成する。そして、該溶接構造体を補強するために、垂直部材１の突合せ溶接部４に交差するように、水平部材２と平行に、本発明に係るスティフナ３を溶接する。
【００２５】
そして、垂直部材１の突合せ溶接部４に発生した脆性き裂が、該突合せ溶接部４を伝播し、スティフナ３を通過して水平部材２に到達したときの、その位置における、有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの値が、水平部材２の材料固有の脆性き裂伝播停止応力拡大係数Ｋｃａの値以下になるように、スティフナ３の板厚ｔと、スティフナ３の水平部材２からの距離ａとが調整されている。
【００２６】
ここで、有効応力拡大係数Ｋｅｆｆは、例えば、下記式（２）で推定することができる。
【００２７】
Ｋｅｆｆ＝９．８０６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］ …
式（２）
ここに、ｔおよびａの単位はｍｍ、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５である。
【００２８】
以下、上記式（２）の導出過程を説明する。
【００２９】
先ず、図１に示す溶接構造体をモデル化して、有限要素法による数値解析にて静的な応力拡大係数ＫＴの算出を試みた。
【００３０】
始めに、垂直部材１の垂直方向の長さ（高さ）Ｗｖ＝７００ｍｍ、垂直部材１の厚みｔｖ＝６０ｍｍ、水平部材２の幅Ｗｈ＝４００ｍｍ、水平部材２の板厚ｔｈ＝６０ｍｍ一定とした。そして、スティフナ３の板厚ｔおよびスティフナ３の水平部材からの設置距離ａを種々変更して、垂直部材１に対して水平方向に一様引張応力２５６ＭＰａを付与し、垂直部材１の突合せ溶接部４の最上端（すなわち、Ｔ型溶接をしていない方の端部）で発生したき裂が突合せ溶接部４を伝播してスティフナ３を通過し、水平部材２に到達したとき（図２参照；ただし、同図は、スティフナを設置していない場合を示している。）の、その到達位置における、静的応力拡大係数ＫＴを、上記数値解析により求めた。なお、スティフナ３の水平部材２からの設置距離ａは、図１に示すように、水平部材２の上表面から、スティフナ３の厚みの中心位置までの距離をいう。
【００３１】
しかしながら、非特許文献１で述べられているように、長大き裂の伝播停止特性に上記線形破壊力学の考え方をそのまま適用することはできないことが知られている。このため、同文献で示されている、静的応力拡大係数ＫＴから長大き裂の有効Ｋ値（本願では「有効応力拡大係数」と呼ぶ。）Ｋｅｆｆを推定するための補正式である下記の式（３）を用いて、上記数値解析で算出した静的応力拡大係数ＫＴから、有効応力拡大係数Ｋｅｆｆを求めた。
【００３２】
ＫＴ≦２００のとき
Ｋｅｆｆ＝ＫＴ
２００＜ＫＴ≦１４００のとき
Ｋｅｆｆ＝−２．７８×１０−４（ＫＴ−１４００）２＋６００
１４００＜ＫＴのとき
Ｋｅｆｆ＝６００ ・・・ 式（３）
ただし、ＫＴおよびＫｅｆｆの単位は、ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍである。
【００３３】
そして、上記のようにして求めたＫｅｆｆ（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）と、スティフナの板厚ｔ（ｍｍ）およびスティフナの水平部材からの距離ａ（ｍｍ）との関係についてまとめると図３のようになる。
【００３４】
図３に示した、ｔおよびａとＫｅｆｆとの関係から、簡易式として下記式（２’）の関係が成り立つことがわかった。
【００３５】
Ｋｅｆｆ＝（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３ … 式（２’）
ただし、Ｋｅｆｆの単位はｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ、ｔよびａの単位はｍｍである。
【００３６】
上記式（２’）中のＫｅｆｆの単位をＳＩ単位に換算することで、下記に再掲する式（２）が得られる。なお、１ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ＝９８０．６６５Ｎ／ｍｍ１．５である。
Ｋｅｆｆ＝９８０．６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］ …
再掲式（２）
ただし、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【００３７】
つまり、上記式（２）（または式（２’））の簡易式で算出されたＫｅｆｆの値が、Ｋｃａの値以下になるとき、脆性き裂は停止するといえる。
【００３８】
したがって、厚みｔおよび水平部材２からの設置距離ａがＫｃａ＞Ｋｅｆｆを満たすようにスティフナ３を設計することで、過剰設計とすることなく、垂直部材１の突合せ溶接部４に発生した脆性き裂の進展を確実に停止しうるスティフナ３を提供することができる。
【００３９】
そして、このようなスティフナ３を設置した溶接構造体を用いることで、耐脆性破壊性に優れた溶接構造体が低コストで提供できるようになった。
【００４０】
ところで、上記式（２’）より、スティフナ設置による有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの低減効果ΔＫｅｆｆ（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）は、下記式（４）のように、ｔおよびａの関数として推定できる。
【００４１】
ΔＫｅｆｆ＝−（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ … 式（４）
【００４２】
そこで、上記有限要素法による数値解析結果を用いて、静的応力拡大係数ＫＴについても同様してスティフナ設置によるＫＴの低減効果ΔＫＴ（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）を求めると、上記式（４）と同じくｔおよびａの関数として下記式（５）が得られる。
【００４３】
ΔＫＴ＝−（２．１４×１０−３×ａ−３．４１）ｔ … 式（５）
【００４４】
ここで、スティフナ３の厚みｔおよび水平部材２からの設置距離ａは、施工上の制約から、ｔ≦１００ｍｍ、ａ≧１００ｍｍの範囲で設定するのが一般的である。そこで、スティフナ３設置によるＫＴの低減効果ΔＫＴの実用上の最大値は、上記式（５）にｔ＝１００ｍｍ、ａ＝１００ｍｍを代入して得られた、ΔＫＴｍａｘ＝３２０（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）と推算される。
【００４５】
ところが、スティフナ３設置後のＫＴが１４００（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）を超える場合、上記式（３）より明らかなように、Ｋｅｆｆは６００（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）一定となり、スティフナ３設置によるアレスト効果が十分に得られなくなる。したがって、スティフナ３設置前のＫＴが、ＫＴ＞１４００＋ΔＫＴとなる場合には、スティフナ３設置により、ＫＴがΔＫＴだけ減少しても、スティフナ３設置後のＫＴが１４００（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）を超えるため、スティフナ３設置によるアレスト効果が減殺されることとなる。上述したように、ＫＴの低減効果ΔＫＴの実用上の最大値ΔＫＴｍａｘは３２０（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）と推定されるので、スティフナ３設置前のＫＴが１４００＋ΔＫＴｍａｘ＝１７２０（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）を超える場合には、スティフナ３設置によるアレスト効果が実用上減殺されることとなる。
【００４６】
そこで、スティフナ３を設置していない場合における、垂直部材の長さＷｖとＫＴとの関係を上記有限要素法による数値解析で求め、図４に示す。同図より、ＷｖとＫＴとの関係は、下記式（６）で近似することができる。
【００４７】
ＫＴ＝１．２３×Ｗｖ＋２６７ … 式（６）
【００４８】
上記式（６）の左辺に１７２０（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）を代入すると、Ｗｖ＝１１８０ｍｍが得られる。したがって、Ｗｖが１１８０ｍｍ（≒１．２ｍ）を超えると、スティフナ３を設置していないときのＫＴが１７２０（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）を超え、ス
ティフナ３設置の効果が実用上減殺されることになる。よって、垂直部材１の上端部に他の部材（例えば上端部にも水平部材）が接合されていない、本実施形態のようなＴ型溶接構造体の場合には、垂直部材１の垂直方向の長さ（高さ）Ｗｖが１．２ｍ以下のものに対して、上記式（２）に基づいて設計したスティフナ３を用いることが望ましい。
【００４９】
上記有限要素法による数値解析においては、スティフナ３の長さ（垂直部材１に沿う方向の長さ）Ｌ＝６００ｍｍ、およびその幅（垂直部材１に垂直な方向の幅）Ｂ＝２００ｍｍに固定して有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの推定を行ったが、さらに、これらのパラメータＬおよびＢを変化させたときのＫｅｆｆの推定値に及ぼす影響を調査した。
【００５０】
先ず、スティフナ３の幅Ｂ＝２００ｍｍ、その板厚ｔ＝６０ｍｍ、およびスティフナ３の水平部材からの設置距離ａ＝２４０ｍｍにそれぞれ固定し、スティフナ３の長さＬを順次変更して、有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの推定計算を行った。その結果、図５に示すように、Ｌ／ｔが７．５未満では、Ｌの増加に伴ってＫｅｆｆがほぼ直線的に減少するが、Ｌ／ｔが７．５以上になるとＫｅｆｆはほぼ一定値となることがわかった。そして、上記スティフナ３の長さＬ＝６００ｍｍおよびその幅Ｂ＝２００ｍｍに固定して行った解析では、ｔは４０〜８０ｍｍの範囲で変化させたことから（図３参照）、Ｌ／ｔは１０〜１５の範囲にある。よって、Ｌ／ｔ≧７．５では、上記式（２）をそのまま適用することができる。
【００５１】
一方、Ｌ／ｔ＜７．５では、上述のとおり、ＫｅｆｆはＬ／ｔの増加に伴ってほぼ直線的に変化するので、Ｌ／ｔの影響を加味した下記式（７）を用いるのがより好ましい。
【００５２】
Ｋｅｆｆ＝（１．２５−０．０３２８×Ｌ／ｔ）×９．８０６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］ … 式（７）
ここに、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５であり、Ｌ、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【００５３】
次に、スティフナ３の長さＬ＝６００ｍｍ、その板厚ｔ＝６０ｍｍ、およびスティフナ３の水平部材からの設置距離ａ＝２４０ｍｍにそれぞれ固定し、スティフナ３の幅Ｂを順次変更して、有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの推定計算を行った。その結果、図６に示すように、Ｂの増加に伴ってＫｅｆｆが指数関数的に減少することがわかった。
【００５４】
したがって、ＫｅｆｆはＢの影響を加味した下記式（８）を用いるのがより好ましい。
【００５５】
Ｋｅｆｆ＝（Ｂ／２００）−０．１１７×９．８０６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］ … 式（８）
ここに、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５であり、Ｂ、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【００５６】
（変形例）
上記実施形態では、垂直部材１の下端部に水平部材２をＴ型溶接したものを例示したが、垂直部材１の下端部に代えて、垂直部材１の上端部に水平部材２をＴ型溶接したものを用いてもよい。
【実施例】
【００５７】
図１に示す溶接構造体において、垂直部材１に用いる母材としてＫｃａが−１０℃で３９８（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）（≒３９００Ｎ／ｍｍ１．５）の鋼板を、水平部材２の母材としてＫｃａが−１０℃で５１０（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）（≒５０００Ｎ／ｍｍ１．５）の鋼板を、それぞれ用いる場合における、スティフナ３の最適構造を設計した。
この溶接構造体は、−１０℃において脆性き裂が水平部材２に突入しないことを設計要件とする。
【００５８】
先ず、施工性の観点等を考慮して、スティフナ３の幅Ｂを２００ｍｍ、長さＬを５００ｍｍとし、板厚ｔを６０ｍｍに設定する。次に、脆性き裂が停止する条件は、水平部材２のＫｃａが５１０（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）であることから、上記式（２’）を用いることで、下記式（９）に示す不等式の関係で表される。
【００５９】
Ｋｃａ＝５１０（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）≧Ｋｅｆｆ＝（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）×６０＋５６３ … 式（９）
【００６０】
したがって、同式より、スティフナ３と水平板２との距離ａは、
ａ≦｛（５１０−５６３．）／６０．＋１．１５｝／（９．１０×１０−４）＝２９０ｍｍ
の範囲で、施工性等を考慮して決定すればよいこととなる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係るスティフナおよびそれを用いた溶接構造体の構成を示す斜視図である。
【図２】垂直部材の突合せ溶接部に発生した脆性き裂が水平部材に到達したときの状態を示す、有限要素法による数値解析で計算された変形図である。
【図３】スティフナの厚みｔおよびスティフナの水平部材からの距離ａと有効応力拡大係数Ｋｅｆｆとの関係を示すグラフ図である。
【図４】スティフナを設置していない場合における、垂直部材の垂直方向の長さＷｖと静的応力拡大係数ＫＴとの関係を示すグラフ図である。
【図５】スティフナの長さＬと厚みｔの比Ｌ／ｔと有効応力拡大係数Ｋｅｆｆ（相対値）との関係を示すグラフ図である。
【図６】スティフナの幅Ｂ（相対値）と有効応力拡大係数Ｋｅｆｆ（相対値）との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…垂直部材
２…水平部材
３…スティフナ
４…突合せ溶接部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、突合せ溶接部を有する垂直部材と水平部材とからなるＴ型溶接構造体を補強するために用いられるスティフナ、および、そのスティフナを用いた溶接構造体、例えば、船舶、海洋構造物、低温タンク、ラインパイプ、土木・建築構造物等の溶接構造体に関するもので、特に、大型のコンテナ船やバルクキャリアなどの上甲板付近の縦通し部材の溶接構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大型コンテナ船やバルクキャリアにおける脆性破壊の発生メカニズムとしては、一般には上甲板付近の縦通し部材で実施された突合せ溶接の際に発生した溶接欠陥を起点として脆性き裂が溶接部に沿って進展し、き裂の長さがある限度を超えると脆性破壊に至ると考えられている。
【０００３】
このため、万一溶接部で脆性き裂が発生した場合においても、脆性破壊に至ることがないように、確実に脆性き裂を停止させることが必要となってくる。これに対しては、縦通し部材や上甲板に、一定以上のアレスト性を備えた鋼板を用いておけば問題ないとされてきた。
【０００４】
しかしながら、特に、縦通し部材および上甲板に板厚の厚い鋼板を用いた場合、縦通し部材の溶接部で発生した脆性き裂は停止することなく上甲板に達し、さらに停止することなく上甲板中を進展する可能性があることが最近の研究でわかってきた。
【０００５】
このため、縦通し部材の溶接部で発生した脆性き裂を確実にかつ安定的に停止させる技術の開発が望まれていた。
【０００６】
特許文献１には、溶接構造体において、突合せ溶接部に交差するように配置された骨材に、表層部および裏層部において３ｍｍ以上の厚み領域にわたり、０．５〜５μｍの平均円相当粒径を有すると共に板厚面に平行な面において（１００）結晶面のＸ線面強度比が１．５以上である鋼板を用い、前記突合せ溶接部と骨材とが交差する領域のうち、少なくとも突合せ溶接部のビード幅以上の幅で、かつ骨材の表面または裏面から板厚の７０％以上の長さを有する範囲を溶接した溶接構造体が開示されており、脆性き裂を選択的に骨材に導入させることでエネルギ吸収を行い、クラックアレスタとして脆性き裂が停止できるとしている。
【０００７】
しかしながら、上記のように部分的に溶接条件を変化させることは大規模な構造物では作業効率の低下を招き、著しく経済性が悪化することが懸念される。
【０００８】
一方、破壊力学では、脆性き裂が進展中の動的な応力拡大係数Ｋｄの値が、材料固有の脆性き裂伝播停止係数Ｋｃａの値以下になるとき、脆性き裂が停止すると考えられている。しかしながら、Ｋｄの値を算出することは困難であることから、静的な応力拡大係数（以下「静的応力拡大係数」という。）ＫＴとＫｃａを比較することによって停止の可否を判定することが多い。
【０００９】
ＫＴは下記式（１）で示すように、一様引張応力σにより決まる応力拡大係数Ｋσだけでなく、補強物（アレスタ）および溶接残留応力の影響を含めて決まることが知られている（非特許文献１参照）。
【００１０】
ＫＴ＝Ｋσ＋ＫＡ＋Ｋｒ … 式（１）
ここで、ＫＡは、アレスタによる応力拡大係数への影響度合い（＜０）、Ｋｒは、溶接残留応力による応力拡大係数への影響度合いである。
【００１１】
なお、長大き裂の場合は、｜Ｋｒ｜は｜Ｋσ｜に比べて無視できるほどに小さくなるため、ＫＴは、一様応力で決まるＫσに、アレスタの影響度合い（ＫＡ）のみを考慮した、Ｋσ＋ＫＡで近似することができる。
【００１２】
上記非特許文献１には、図１に示すようなＴ型溶接継手において、垂直部材１の突合せ溶接部４に交差させて、水平部材２の上方にスティフナ３を配置して得られるアレスタ効果（脆性き裂進展抑制効果）については、スティフナの幅方向長さＢやスティフナ厚みの垂直部材に対する厚み比（ｔ／ｔｖ）の影響などが開示されている。
【００１３】
しかしながら、垂直部材１の溶接部４に発生した脆性き裂の進展を確実に停止させるためには、スティフナ３の板厚ｔおよび水平部材からの取り付け距離ａをも精度良く決定する必要がある。しかしながら、上記非特許文献１を含め、従来これらの値を簡便かつ精度良く決定する方法は存在しなかった。したがって、過剰設計とすることなく、脆性き裂の進展を確実に停止しうるスティフナを提供することは困難であった。
【非特許文献１】町田進、青木満，「クラックアレスターに関する基礎的研究(第7報) : 長大クラックの阻止とアレスターの設計について」，日本造船学会論文集，社団法人日本船舶海洋工学会，１９７２年６月，第１３１号，ｐ．３６７−３７８
【特許文献１】特開２００５−１１１５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明は、鋼板を突合せ溶接してなる垂直部材を水平部材にＴ型溶接してなる溶接構造体において、過剰設計とすることなく、垂直部材の溶接部に発生した脆性き裂の進展を確実に停止しうるスティフナ、および、それを用いた溶接構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に記載の発明は、鋼板の左右端部同士を突合せ溶接してなる垂直部材の上下端部のいずれか一方を水平部材にＴ型溶接してなる溶接構造体において、該溶接構造体を補強するために、前記垂直部材の突合せ溶接部に交差するように、前記水平部材と平行に溶接して用いられるスティフナであって、前記垂直部材の突合せ溶接部の、Ｔ型溶接をしていない方の端部に発生した脆性き裂が、該突合せ溶接部を伝播し、前記スティフナを通過して前記水平部材に到達したときの、その位置における有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの値が、前記水平部材の材料固有の脆性き裂伝播停止応力拡大係数Ｋｃａの値以下になるように、該スティフナの板厚ｔと、該スティフナの前記水平部材からの距離ａとが調整されてなることを特徴とする、耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナである。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、下記式を満たす、請求項１に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナである。
式 Ｋｅｆｆ＝９８０．６６５［（９．１０×１０−４×ｔ−１．１５）ａ＋５６３］
ここに、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記垂直部材の垂直方向の長さが１．２ｍ以下のものに使用される、請求項２に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナである。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記垂直部材に沿う方向の長さＬが７．５ｔ以上である、請
求項２または３に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナである。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記垂直部材に沿う方向の長さＬが７．５ｔ未満であって、下記式を満たす、請求項１に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナである。
式２ Ｋｅｆｆ＝（１．２５−０．０３２８×Ｌ／ｔ）×９．８０６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］
ここに、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５であり、Ｌ、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、当該スティフナの前記垂直部材に垂直な方向の幅をＢとしたとき、下記式を満たす、請求項１に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナである。
式 Ｋｅｆｆ＝（Ｂ／２００）−０．１１７×９．８０６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］
ここに、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５であり、Ｂ、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、鋼板の左右端部同士を突合せ溶接してなる垂直部材の上下端部の少なくとも一方を水平部材にＴ型溶接してなる溶接構造体であって、前記垂直部材の突合せ溶接部に交差するように、前記水平部材と平行に、請求項１〜６のいずれか１項に記載のスティフナを溶接してなることを特徴とする、耐脆性き裂伝播特性に優れた溶接構造体である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、垂直部材の突合せ溶接部に発生した脆性き裂が該突合せ溶接部を伝播し、スティフナを通過して水平部材に到達したときの、その位置における有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの値が、前記水平部材の脆性き裂伝播停止応力拡大係数Ｋｃａの値以下になるように、該スティフナの板厚ｔと、該スティフナの前記水平部材からの距離ａとを調整することで、過剰設計とすることなく、垂直部材の溶接部に発生した脆性き裂の進展を確実に停止しうるスティフナ、および、それを用いた溶接構造体を提供できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２４】
〔実施形態〕
本発明に係る溶接構造体は、図１に示すように、鋼板の左右端部同士を突合せ溶接して形成した垂直部材１の下端部を、水平部材２にＴ型溶接して形成する。そして、該溶接構造体を補強するために、垂直部材１の突合せ溶接部４に交差するように、水平部材２と平行に、本発明に係るスティフナ３を溶接する。
【００２５】
そして、垂直部材１の突合せ溶接部４に発生した脆性き裂が、該突合せ溶接部４を伝播し、スティフナ３を通過して水平部材２に到達したときの、その位置における、有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの値が、水平部材２の材料固有の脆性き裂伝播停止応力拡大係数Ｋｃａの値以下になるように、スティフナ３の板厚ｔと、スティフナ３の水平部材２からの距離ａとが調整されている。
【００２６】
ここで、有効応力拡大係数Ｋｅｆｆは、例えば、下記式（２）で推定することができる。
【００２７】
Ｋｅｆｆ＝９．８０６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］ …
式（２）
ここに、ｔおよびａの単位はｍｍ、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５である。
【００２８】
以下、上記式（２）の導出過程を説明する。
【００２９】
先ず、図１に示す溶接構造体をモデル化して、有限要素法による数値解析にて静的な応力拡大係数ＫＴの算出を試みた。
【００３０】
始めに、垂直部材１の垂直方向の長さ（高さ）Ｗｖ＝７００ｍｍ、垂直部材１の厚みｔｖ＝６０ｍｍ、水平部材２の幅Ｗｈ＝４００ｍｍ、水平部材２の板厚ｔｈ＝６０ｍｍ一定とした。そして、スティフナ３の板厚ｔおよびスティフナ３の水平部材からの設置距離ａを種々変更して、垂直部材１に対して水平方向に一様引張応力２５６ＭＰａを付与し、垂直部材１の突合せ溶接部４の最上端（すなわち、Ｔ型溶接をしていない方の端部）で発生したき裂が突合せ溶接部４を伝播してスティフナ３を通過し、水平部材２に到達したとき（図２参照；ただし、同図は、スティフナを設置していない場合を示している。）の、その到達位置における、静的応力拡大係数ＫＴを、上記数値解析により求めた。なお、スティフナ３の水平部材２からの設置距離ａは、図１に示すように、水平部材２の上表面から、スティフナ３の厚みの中心位置までの距離をいう。
【００３１】
しかしながら、非特許文献１で述べられているように、長大き裂の伝播停止特性に上記線形破壊力学の考え方をそのまま適用することはできないことが知られている。このため、同文献で示されている、静的応力拡大係数ＫＴから長大き裂の有効Ｋ値（本願では「有効応力拡大係数」と呼ぶ。）Ｋｅｆｆを推定するための補正式である下記の式（３）を用いて、上記数値解析で算出した静的応力拡大係数ＫＴから、有効応力拡大係数Ｋｅｆｆを求めた。
【００３２】
ＫＴ≦２００のとき
Ｋｅｆｆ＝ＫＴ
２００＜ＫＴ≦１４００のとき
Ｋｅｆｆ＝−２．７８×１０−４（ＫＴ−１４００）２＋６００
１４００＜ＫＴのとき
Ｋｅｆｆ＝６００ ・・・ 式（３）
ただし、ＫＴおよびＫｅｆｆの単位は、ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍである。
【００３３】
そして、上記のようにして求めたＫｅｆｆ（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）と、スティフナの板厚ｔ（ｍｍ）およびスティフナの水平部材からの距離ａ（ｍｍ）との関係についてまとめると図３のようになる。
【００３４】
図３に示した、ｔおよびａとＫｅｆｆとの関係から、簡易式として下記式（２’）の関係が成り立つことがわかった。
【００３５】
Ｋｅｆｆ＝（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３ … 式（２’）
ただし、Ｋｅｆｆの単位はｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ、ｔよびａの単位はｍｍである。
【００３６】
上記式（２’）中のＫｅｆｆの単位をＳＩ単位に換算することで、下記に再掲する式（２）が得られる。なお、１ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ＝９８０．６６５Ｎ／ｍｍ１．５である。
Ｋｅｆｆ＝９８０．６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］ …
再掲式（２）
ただし、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【００３７】
つまり、上記式（２）（または式（２’））の簡易式で算出されたＫｅｆｆの値が、Ｋｃａの値以下になるとき、脆性き裂は停止するといえる。
【００３８】
したがって、厚みｔおよび水平部材２からの設置距離ａがＫｃａ＞Ｋｅｆｆを満たすようにスティフナ３を設計することで、過剰設計とすることなく、垂直部材１の突合せ溶接部４に発生した脆性き裂の進展を確実に停止しうるスティフナ３を提供することができる。
【００３９】
そして、このようなスティフナ３を設置した溶接構造体を用いることで、耐脆性破壊性に優れた溶接構造体が低コストで提供できるようになった。
【００４０】
ところで、上記式（２’）より、スティフナ設置による有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの低減効果ΔＫｅｆｆ（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）は、下記式（４）のように、ｔおよびａの関数として推定できる。
【００４１】
ΔＫｅｆｆ＝−（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ … 式（４）
【００４２】
そこで、上記有限要素法による数値解析結果を用いて、静的応力拡大係数ＫＴについても同様してスティフナ設置によるＫＴの低減効果ΔＫＴ（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）を求めると、上記式（４）と同じくｔおよびａの関数として下記式（５）が得られる。
【００４３】
ΔＫＴ＝−（２．１４×１０−３×ａ−３．４１）ｔ … 式（５）
【００４４】
ここで、スティフナ３の厚みｔおよび水平部材２からの設置距離ａは、施工上の制約から、ｔ≦１００ｍｍ、ａ≧１００ｍｍの範囲で設定するのが一般的である。そこで、スティフナ３設置によるＫＴの低減効果ΔＫＴの実用上の最大値は、上記式（５）にｔ＝１００ｍｍ、ａ＝１００ｍｍを代入して得られた、ΔＫＴｍａｘ＝３２０（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）と推算される。
【００４５】
ところが、スティフナ３設置後のＫＴが１４００（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）を超える場合、上記式（３）より明らかなように、Ｋｅｆｆは６００（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）一定となり、スティフナ３設置によるアレスト効果が十分に得られなくなる。したがって、スティフナ３設置前のＫＴが、ＫＴ＞１４００＋ΔＫＴとなる場合には、スティフナ３設置により、ＫＴがΔＫＴだけ減少しても、スティフナ３設置後のＫＴが１４００（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）を超えるため、スティフナ３設置によるアレスト効果が減殺されることとなる。上述したように、ＫＴの低減効果ΔＫＴの実用上の最大値ΔＫＴｍａｘは３２０（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）と推定されるので、スティフナ３設置前のＫＴが１４００＋ΔＫＴｍａｘ＝１７２０（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）を超える場合には、スティフナ３設置によるアレスト効果が実用上減殺されることとなる。
【００４６】
そこで、スティフナ３を設置していない場合における、垂直部材の長さＷｖとＫＴとの関係を上記有限要素法による数値解析で求め、図４に示す。同図より、ＷｖとＫＴとの関係は、下記式（６）で近似することができる。
【００４７】
ＫＴ＝１．２３×Ｗｖ＋２６７ … 式（６）
【００４８】
上記式（６）の左辺に１７２０（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）を代入すると、Ｗｖ＝１１８０ｍｍが得られる。したがって、Ｗｖが１１８０ｍｍ（≒１．２ｍ）を超えると、スティフナ３を設置していないときのＫＴが１７２０（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）を超え、ス
ティフナ３設置の効果が実用上減殺されることになる。よって、垂直部材１の上端部に他の部材（例えば上端部にも水平部材）が接合されていない、本実施形態のようなＴ型溶接構造体の場合には、垂直部材１の垂直方向の長さ（高さ）Ｗｖが１．２ｍ以下のものに対して、上記式（２）に基づいて設計したスティフナ３を用いることが望ましい。
【００４９】
上記有限要素法による数値解析においては、スティフナ３の長さ（垂直部材１に沿う方向の長さ）Ｌ＝６００ｍｍ、およびその幅（垂直部材１に垂直な方向の幅）Ｂ＝２００ｍｍに固定して有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの推定を行ったが、さらに、これらのパラメータＬおよびＢを変化させたときのＫｅｆｆの推定値に及ぼす影響を調査した。
【００５０】
先ず、スティフナ３の幅Ｂ＝２００ｍｍ、その板厚ｔ＝６０ｍｍ、およびスティフナ３の水平部材からの設置距離ａ＝２４０ｍｍにそれぞれ固定し、スティフナ３の長さＬを順次変更して、有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの推定計算を行った。その結果、図５に示すように、Ｌ／ｔが７．５未満では、Ｌの増加に伴ってＫｅｆｆがほぼ直線的に減少するが、Ｌ／ｔが７．５以上になるとＫｅｆｆはほぼ一定値となることがわかった。そして、上記スティフナ３の長さＬ＝６００ｍｍおよびその幅Ｂ＝２００ｍｍに固定して行った解析では、ｔは４０〜８０ｍｍの範囲で変化させたことから（図３参照）、Ｌ／ｔは１０〜１５の範囲にある。よって、Ｌ／ｔ≧７．５では、上記式（２）をそのまま適用することができる。
【００５１】
一方、Ｌ／ｔ＜７．５では、上述のとおり、ＫｅｆｆはＬ／ｔの増加に伴ってほぼ直線的に変化するので、Ｌ／ｔの影響を加味した下記式（７）を用いるのがより好ましい。
【００５２】
Ｋｅｆｆ＝（１．２５−０．０３２８×Ｌ／ｔ）×９．８０６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］ … 式（７）
ここに、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５であり、Ｌ、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【００５３】
次に、スティフナ３の長さＬ＝６００ｍｍ、その板厚ｔ＝６０ｍｍ、およびスティフナ３の水平部材からの設置距離ａ＝２４０ｍｍにそれぞれ固定し、スティフナ３の幅Ｂを順次変更して、有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの推定計算を行った。その結果、図６に示すように、Ｂの増加に伴ってＫｅｆｆが指数関数的に減少することがわかった。
【００５４】
したがって、ＫｅｆｆはＢの影響を加味した下記式（８）を用いるのがより好ましい。
【００５５】
Ｋｅｆｆ＝（Ｂ／２００）−０．１１７×９．８０６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］ … 式（８）
ここに、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５であり、Ｂ、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【００５６】
（変形例）
上記実施形態では、垂直部材１の下端部に水平部材２をＴ型溶接したものを例示したが、垂直部材１の下端部に代えて、垂直部材１の上端部に水平部材２をＴ型溶接したものを用いてもよい。
【実施例】
【００５７】
図１に示す溶接構造体において、垂直部材１に用いる母材としてＫｃａが−１０℃で３９８（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）（≒３９００Ｎ／ｍｍ１．５）の鋼板を、水平部材２の母材としてＫｃａが−１０℃で５１０（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）（≒５０００Ｎ／ｍｍ１．５）の鋼板を、それぞれ用いる場合における、スティフナ３の最適構造を設計した。
この溶接構造体は、−１０℃において脆性き裂が水平部材２に突入しないことを設計要件とする。
【００５８】
先ず、施工性の観点等を考慮して、スティフナ３の幅Ｂを２００ｍｍ、長さＬを５００ｍｍとし、板厚ｔを６０ｍｍに設定する。次に、脆性き裂が停止する条件は、水平部材２のＫｃａが５１０（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）であることから、上記式（２’）を用いることで、下記式（９）に示す不等式の関係で表される。
【００５９】
Ｋｃａ＝５１０（ｋｇｆ／ｍｍ２・√ｍｍ）≧Ｋｅｆｆ＝（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）×６０＋５６３ … 式（９）
【００６０】
したがって、同式より、スティフナ３と水平板２との距離ａは、
ａ≦｛（５１０−５６３．）／６０．＋１．１５｝／（９．１０×１０−４）＝２９０ｍｍ
の範囲で、施工性等を考慮して決定すればよいこととなる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係るスティフナおよびそれを用いた溶接構造体の構成を示す斜視図である。
【図２】垂直部材の突合せ溶接部に発生した脆性き裂が水平部材に到達したときの状態を示す、有限要素法による数値解析で計算された変形図である。
【図３】スティフナの厚みｔおよびスティフナの水平部材からの距離ａと有効応力拡大係数Ｋｅｆｆとの関係を示すグラフ図である。
【図４】スティフナを設置していない場合における、垂直部材の垂直方向の長さＷｖと静的応力拡大係数ＫＴとの関係を示すグラフ図である。
【図５】スティフナの長さＬと厚みｔの比Ｌ／ｔと有効応力拡大係数Ｋｅｆｆ（相対値）との関係を示すグラフ図である。
【図６】スティフナの幅Ｂ（相対値）と有効応力拡大係数Ｋｅｆｆ（相対値）との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…垂直部材
２…水平部材
３…スティフナ
４…突合せ溶接部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板の左右端部同士を突合せ溶接してなる垂直部材の上下端部のいずれか一方を水平部材にＴ型溶接してなる溶接構造体において、該溶接構造体を補強するために、前記垂直部材の突合せ溶接部に交差するように、前記水平部材と平行に溶接して用いられるスティフナであって、
前記垂直部材の突合せ溶接部の、Ｔ型溶接をしていない方の端部に発生した脆性き裂が、該突合せ溶接部を伝播し、前記スティフナを通過して前記水平部材に到達したときの、その位置における有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの値が、前記水平部材の材料固有の脆性き裂伝播停止応力拡大係数Ｋｃａの値以下になるように、該スティフナの板厚ｔと、該スティフナの前記水平部材からの距離ａとが調整されてなることを特徴とする、耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナ。
【請求項２】
下記式を満たす、請求項１に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナ。
式 Ｋｅｆｆ＝９．８０６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］
ここに、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【請求項３】
前記垂直部材の垂直方向の長さが１．２ｍ以下のものに使用される、請求項２に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナ。
【請求項４】
前記垂直部材に沿う方向の長さＬが７．５ｔ以上である、請求項２または３に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナ。
【請求項５】
前記垂直部材に沿う方向の長さＬが７．５ｔ未満であって、下記式を満たす、請求項１に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナ。
式 Ｋｅｆｆ＝（１．２５−０．０３２８×Ｌ／ｔ）×９．８０６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］
ここに、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５であり、Ｌ、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【請求項６】
当該スティフナの前記垂直部材に垂直な方向の幅をＢとしたとき、下記式を満たす、請求項１に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナ。
式 Ｋｅｆｆ＝（Ｂ／２００）−０．１１７×９．８０６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］
ここに、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５であり、Ｂ、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【請求項７】
鋼板の左右端部同士を突合せ溶接してなる垂直部材の上下端部の少なくとも一方を水平部材にＴ型溶接してなる溶接構造体であって、前記垂直部材の突合せ溶接部に交差するように、前記水平部材と平行に、請求項１〜６のいずれか１項に記載のスティフナを溶接してなることを特徴とする、耐脆性き裂伝播特性に優れた溶接構造体。
【請求項１】
鋼板の左右端部同士を突合せ溶接してなる垂直部材の上下端部のいずれか一方を水平部材にＴ型溶接してなる溶接構造体において、該溶接構造体を補強するために、前記垂直部材の突合せ溶接部に交差するように、前記水平部材と平行に溶接して用いられるスティフナであって、
前記垂直部材の突合せ溶接部の、Ｔ型溶接をしていない方の端部に発生した脆性き裂が、該突合せ溶接部を伝播し、前記スティフナを通過して前記水平部材に到達したときの、その位置における有効応力拡大係数Ｋｅｆｆの値が、前記水平部材の材料固有の脆性き裂伝播停止応力拡大係数Ｋｃａの値以下になるように、該スティフナの板厚ｔと、該スティフナの前記水平部材からの距離ａとが調整されてなることを特徴とする、耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナ。
【請求項２】
下記式を満たす、請求項１に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナ。
式 Ｋｅｆｆ＝９．８０６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］
ここに、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【請求項３】
前記垂直部材の垂直方向の長さが１．２ｍ以下のものに使用される、請求項２に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナ。
【請求項４】
前記垂直部材に沿う方向の長さＬが７．５ｔ以上である、請求項２または３に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナ。
【請求項５】
前記垂直部材に沿う方向の長さＬが７．５ｔ未満であって、下記式を満たす、請求項１に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナ。
式 Ｋｅｆｆ＝（１．２５−０．０３２８×Ｌ／ｔ）×９．８０６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］
ここに、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５であり、Ｌ、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【請求項６】
当該スティフナの前記垂直部材に垂直な方向の幅をＢとしたとき、下記式を満たす、請求項１に記載の耐脆性き裂伝播特性に優れたスティフナ。
式 Ｋｅｆｆ＝（Ｂ／２００）−０．１１７×９．８０６６５［（９．１０×１０−４×ａ−１．１５）ｔ＋５６３］
ここに、Ｋｅｆｆの単位はＮ／ｍｍ１．５であり、Ｂ、ｔおよびａの単位はｍｍである。
【請求項７】
鋼板の左右端部同士を突合せ溶接してなる垂直部材の上下端部の少なくとも一方を水平部材にＴ型溶接してなる溶接構造体であって、前記垂直部材の突合せ溶接部に交差するように、前記水平部材と平行に、請求項１〜６のいずれか１項に記載のスティフナを溶接してなることを特徴とする、耐脆性き裂伝播特性に優れた溶接構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２３８２６７（Ｐ２００８−２３８２６７Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７２８８８（Ｐ２００７−２７２８８８）
【出願日】平成１９年１０月１９日（２００７．１０．１９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１９日（２００７．１０．１９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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