溶接継手荷重 鋼管スリットプレート

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考察例

下図のように鋼管にスリットを切ってプレートを差し込み、すみ肉溶接を行った継手がある。この継手に引張荷重P=100kNが作用するとき、必要な有効溶接長さLを回答手順に従って求めよ。ただし、母材の 降伏応力は240N/㎟、引張強さは440N/㎟であり、許容引張応力は降伏応力の2/3、又は引張強さの1/2の小さい方とし、許容せん断応力は許容引張応力の60%とする。また、すみ肉溶接の脚長=サイズ とし、1/√2=0.7とする。

回答手順
  • ①許容引張応力は、(A)降伏応力の2/3⇒240N/㎟×2/3=160N/㎟と(B)引張強さの1/2⇒440N/㎟×1/2=220N/㎟ との小さい方の為、160N/㎟となる。
  • ②許容せん断応力は許容引張応の60%の為、160N/㎟×60%=96N/㎟となる。
  • ③強度計算に用いる合計有効溶接長さは4×Lmmとなる。
  • ④各種すみ肉溶接部ののど厚は5mm×0.7=3.5mmとなる。
  • ⑤力を伝える有効のど断面積は③×④⇒4Lmm×3.5mm=14×Lmmとなる。
  • ⑥(許容せん断応力×有効のど断面積)と引張荷重とが一致するLが回答となる。
    ⇒96×14×L=100×1000
    ⇒L=74.4047・・・
    ⇒小数点以下を切り上げて、75mm となる。

鋼管の有効溶接長の求め方

鋼管の有効溶接長の求め方は、単なる長さだけでなく、**溶接継手にかかる荷重(軸力・せん断・曲げなど)**と組み合わせて評価することが重要です。
以下に、構造設計や強度計算に基づく視点でわかりやすく解説します。


✅ 1. 有効溶接長とは?

有効溶接長(Effective Weld Length)は、実際に荷重を負担できる溶接の長さを意味し、溶接継手の許容耐力を求めるための基準になります。


✅ 2. 基本的な考え方(設計用)

📘 溶接耐力の基本式:

溶接耐力(N)= 有効溶接長(L)× 有効のど厚(h)× 許容せん断応力度(τa)

この式により、必要な有効溶接長を逆算できます。


✅ 3. 実用的な計算ステップ

🧮【ステップ1】:作用荷重の確認

例えば、軸方向の引張力 N=50 kNN = 50 \, \text{kN}N=50kN がかかるとします。


🧮【ステップ2】:使用する溶接種類の確認

例:隅肉溶接(フィレット溶接)

  • のど厚 h=6 mmh = 6 \, \text{mm}h=6mm
  • 許容せん断応力度(JISなどから)
    ⇒ τa=120 N/mm2\tau_a = 120 \, \text{N/mm}^2τa​=120N/mm2

🧮【ステップ3】:必要な有効溶接長を計算

L=Nh×τa=50,0006×120=69.44 mmL = \frac{N}{h \times \tau_a} = \frac{50,000}{6 \times 120} = 69.44 \, \text{mm}L=h×τa​N​=6×12050,000​=69.44mm

※必要有効長は 約70mm


✅ 4. 鋼管の場合の有効溶接長の考え方

🔵 【円周溶接】

鋼管の接合部で周方向の全溶接を行う場合、有効長は以下:

L=π×D−2×無効長L = \pi \times D – 2 \times 無効長L=π×D−2×無効長

例:外径 D = 100mm、無効長 = 10mm × 2
→ 有効溶接長 = 3.14×100−20=294 mm3.14 \times 100 – 20 = 294 \, \text{mm}3.14×100−20=294mm

この 294mm を使って溶接耐力を算出できます。


🔶 【T継手・Y継手・斜め継手など】

これらでは、力のかかる方向と溶接位置がずれているため、応力集中や曲げ応力を考慮して評価する必要があります。

  • 軸方向引張 → 有効長そのまま適用可能
  • 曲げ → 応力分布に応じた評価
  • せん断 → 溶接面に平行な応力の分布を計算

✅ 5. JIS・建築鉄骨設計基準との関係

指針内容
JIS Z 3602溶接部の呼びのど厚と有効長の算定基準を定めている
建築基準法告示建築鉄骨の溶接長は用途に応じた設計値が明記されている
鋼構造設計基準(JSSC)曲げ・軸力・せん断を考慮した継手強度の設計法を規定

✅ まとめ:鋼管の有効溶接長と荷重評価

項目内容
有効溶接長溶接強度に寄与する長さ(通常は無効端を除く)
溶接耐力L × h × τa で計算
必要有効長の算定必要強度から逆算する( N / (h × τa) )
設計の注意点溶接形状、力の向き、設計基準を反映すること
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