現場溶接継手計算書 Ｈ２５０×２５０×９×１４ 土木仕様 （ＳＩ単位） ヒロセ株式会社 現場溶接継手（Ｈ２５０×２５０）の設計 １．設計条件 溶接の許容応力度が低減されるため、突合せ溶接だけでは母材強度に達しないので、その不足 分に対し、添接板を隅肉溶接して補うものとする。 添接板の設計は、突合せ溶接による抵抗力を控除した母材の抵抗力に対し、添接板の断面性能 に応じて、フランジとウエブに応力を分配する。 （1）許容応力度 （母材と添接板の材質は同一とする。） (鋼材ｺ-ﾄﾞ) SS400-D (溶接効率) 80% 「道路土工 仮設構造物工指針（日本道路協会）」に準拠する。 1.50 210 120 210 120 168 96 96 仮 設 鋼 材 の 許 容 応 力 度 の 割 増 係数 ＝ Ｈ 形 鋼 の 許 容 曲 げ ・ 引 張 応 力 度 Hσba＝Hσta＝ Ｈ 形 鋼 の 許 容 せ ん 断 応 力 度 Hτa ＝ 添 接 板 の 許 容 曲 げ ・ 引 張 応 力 度 Pσba＝Pσta＝ 添 接 板 の 許 容 せ ん 断 応 力 度 Pτa＝ 突 合 せ 溶 接 部 の 許 容 曲 げ ・ 引 張 応 力 度 Wσba＝Wσta＝ 突合せ溶接部の許容せ ん 断 応 力 度 Wτa＝ 隅 肉 溶 接 部 の 許 容 せ ん 断 応 力 度 Sτa＝ 注） 現場溶接の許容応力度は、母材の （2）設 計 母 材 ｺ-ﾄﾞ: Ｈ 形 (SS400) (SS400) (80%) (80%) (80%) とする。 H250 鋼： Ｈ２５０×２５０×９×１４ ＜pｔ＞ フランジ：２・ＰＬ− 9 ウェブ：２・ＰＬ− 9 （3）添 接 板 80% N/mm2 N/mm2 N/mm2 N/mm2 N/mm2 N/mm2 N/mm2 平 面 図 × × ＜pｂ＞ 200 100 ＜fpＬ，wpｂ＞ 300 100 × × ウェブ添接板高さ fpＬ wpｈ＝ 14.14 cm 突合せ溶接高さ Sf Wｈ＝ 19.60 cm ﾌﾗﾝｼﾞ隅肉サイズ Ｓf ＝ Ｂ fpｂ 0.60 cm ウェブ隅肉サイズ Ｓw ＝ 0.60 cm 断 面 図 Ｂ ｔw wpＬ 側 面 図 wp Ｈ ｂ ｔf Sw wpｈ Ｈ wpｔ Wｈ wpｈ b wp fpｔ 突合せ溶接部 1 fpｂ ２．継手部の設計 (1) 突合せ溶接部の断面性能 1) 母材 Ｂ Ｈ２５０×２５０×９×１４ Ｈ 形 鋼 の 高 さ Ｈ ＝ 25 Ｈ 形 鋼 の 幅 Ｂ ＝ 25 ウ ェ ブ 厚 ｔw＝ 0.9 フ ラ ン ジ 厚 ｔf＝ 1.4 フ ィ レ ッ ト ｒ ＝ 1.3 断 面 積 Ａ ＝ 91.4 断 面 係 数 Ｚ ＝ 860 断 面 二 次 モ − メ ン ト Ｉ ＝ 10700 ｔf cm cm cm cm cm cm2 cm3 cm4 ｔw Wｈ Ｈ ｒ ｔf 突合せ溶接部 2) 突合せ溶接部 （フランジ断面積） WＡf ＝ Ｂ・ｔf ＝ 35.00 cm2 25.0 × 1.4 ＝ ＝ 35.00 × 168 210 19.6 × 0.9 ＝ ＝ 17.64 × 168 210 ＝ ＋ 17.64 168 210 ＝ （母材強度に換算） WＡf'＝ WＡf × Wσta Hσta 28.00 cm2 ＝ （ウェブ断面積） WＡw ＝ Wｈ・ｔw ＝ 17.64 cm2 （母材強度に換算） WＡw'＝ WＡw × Wσta Hσta 14.11 cm2 （断面積の合計） WＡ ＝ 2・WＡf ＋WＡw ＝ 2 × 35.00 ＝ 87.64 cm2 （母材強度に換算） WＡ'＝ WＡ × Wσta Hσta ＝ （フランジ断面二次モ−メント） WＩf ＝ WＡf・（Ｈ/2−ｔf/2) ＝ 35.00 × 87.64 2 11.800 × 70.11 cm2 ＋ 1/12・Ｂ・ｔf3 2 ＋ 25.00 × 12 1.40 3 4879 cm4 （母材強度に換算） WＩf'＝ WＩf × Wσba Hσba ＝ 168 210 4879 × 0.90 × 12 565 × 168 210 2 × 4879 10323 × ＝ 3903 cm4 （ウェブ断面二次モ−メント） WＩw ＝ ｔw・Wｈ3 12 ＝ 19.60 3 565 cm4 ＝ 452 cm4 ＋ 565 ＝ 168 210 ＝ （母材強度に換算） WＩw'＝ WＩw × Wσba Hσba ＝ （断面二次モ−メントの合計） WＩ ＝ 2・WＩf ＋WＩw ＝ 10323 cm2 （母材強度に換算） WＩ'＝ WＩ × Wσba Hσba ＝ 2 8258 cm4 (2) 添接板の断面積の計算 フランジ 板 板 ウェブ 板 板 1) フランジ添接板 PＡf'＝ PＡf ＝ wpｈ･wpｔ ＝ fpｂ ＝ ｔ ＝ fp ｈ ＝ wp ｔ ＝ wp 20.0 0.90 14.1 0.90 20.00 × 0.90 ＝ 18.00 cm2 2 × 18.00 ＝ 36.00 cm2 14.14 × 0.90 ＝ 12.73 cm2 2 × 12.73 ＝ 25.46 cm2 36.00 ＋ 25.46 ＝ 61.46 cm2 61.46 ＋ 87.64 ＝ 149.10 cm2 > 91.43 cm2 ＝ 2・PＡf' ＝ 2) ウエブ添接板 PＡw'＝ PＡw fpｂ･fpｔ 幅 厚 高 厚 ＝ 2・PＡw' ＝ cm cm cm cm 3) 断 面 積 ΣPＡ＝ PＡf ＋ PＡw ＝ ΣＡ ＝ ΣPＡ ＋ WＡ ＝ ΣＡ'＝ ΣPＡ ＋ WＡ' ≧ Ａ ＝ 61.46 ＋ ＝ 70.11 131.57 cm2 -OK(3) 添接板の断面二次モ−メントの計算 1) フランジ添接板 PＩf'＝ PＡf'・（Ｈ/2＋fpｔ/2) ＝ 18.00 PＩf × PＩw × 3020 ＝ 0.90 × 12 2 × 212 ＝ 424 6040 ＋ 424 ＝ 6464 cm4 6464 ＋ 10323 2 wpｔ・wpｈ ＝ 12 ＝ 2・PＩw' ＝ 2 ＋ 14.14 0.90 3 × 12 3 PＩw'＝ ＋ 1/12・fpｂ・fpｔ3 20.00 12.95 ＝ 2・PＩf' ＝ 2) ウエブ添接板 2 3020 cm4 6040 cm4 3 212 cm4 cm4 3) 断面二次モーメント ΣPＩ＝ PＩf＋PＩw ＝ ΣＩ ＝ ΣPＩ ＋ WＩ ＝ ＝ 16787 cm4 > 10700 cm4 ΣＩ'＝ ΣPＩ ＋ WＩ' ≧ Ｉ ＝ 6464 ＋ 8258 ＝ 14722 cm4 -OK- 3 （4）曲げモ−メントの計算 1) Ｈ形鋼１本当たりの抵抗曲げモ−メント 許容曲げ応力度 Hσba＝ 断 面 係 数 Ｚ ＝ Ｍr ＝ Hσba ・ Ｚ 210 860 N/mm2 cm3 9.5 10.0 ＝ 210 × 860 × 103 ＝ 180600000 N･mm Pσ 【 概 念 図 】 fpｔ fpσu fpσl fpｙu fpｙl Ｈ wpσu wpｙu wpｈ wpσl Wσba＝ 168 N/mm2 4 WＩ＝ 10323 cm 2) 突合せ溶接部の抵抗力 WＺ ＝ WＭr ＝ ＝ WＩ ＝ Ｈ／2 10323 25.0 ／2 ＝ 826 cm3 Wσba・WＺ × 168 826 × 103 ＝ 138768000 N･mm 3) フランジ添接板の応力度 PＭf ＝ （Ｍr−WＭr）・ ＝ （ 180600000 ＝ 39088069 fpｙu ＝ 1/2・Ｈ＋fpｔ fpσu ＝ ＝ PＭf PＩf ・fpｙu 39088069 6040 ΣPＩ＝ PＩf＝ PＩf ΣPＩ ）× 6040 6464 25.0 ＋ 0.90 138768000 − 6464 cm4 6040 cm4 N･mm ＝ ≦ 1/2 × ＝ 13.40 < 210 N/mm2 210 N/mm2 cm Pσba × 13.40 1000 ＝ 87 1/2 × 25.0 ＝ 12.50 ＝ 81 N/mm2 -OKfpｙl ＝ 1/2・Ｈ ＝ fpσl ＝ ＝ PＭf PＩf ・fpｙl 39088069 6040 ≦ × cm Pσba 12.50 1000 N/mm2 < -OK- 4 隅肉溶接の許容せん断応力度 96 N/mm2 Wτa ＝ PＴf fpσu＋fpσl ＝ 2 87 ＝ ＋ 2 脚 長 Ｓf ＝ 0.60 cm 板 長 fpＬ ＝ 30.0 cm 板 幅 fpｂ ＝ 20.0 cm 断面積 PＡf'＝ 18.00 cm2 ＝ 1800 mm2 ・PＡf' 81 × 1800 ＝ 151200 × 0.60 ＝ 0.424 cm → 4.24 mm ＋ 20.0 ＝ 50.00 cm → 500.0 mm N （ の ど 厚 ） ａf ＝ 1/√2・Ｓf ＝ 0.707 （ 溶 接 長 ） ΣＬf ＝ Sτ ＝ ＝ fpＬ＋fpｂ ＝ 30.0 PＴf ≦ Sτa ａf・ΣＬf 151200 ＝ 4.24 × 500 N/mm2 71 < 96 N/mm2 -OK ３) ウェブ添接板の応力度 ΣPＩ＝ PＩw＝ PＩw PＭw ＝ （Ｍr−WＭr）・ ΣPＩ ＝ （ 180600000 ＝ 2743931 wpｙu ＝ 1/2 ・ wpσu ＝ ＝ PＭw PＩw wpｈ 424 6464 14.14 ＝ 7.07 ＝ 46 cm4 cm4 N･mm ＝ ・wpｙu 2743931 424 ）× 138768000 − 6464 424 1/2 × ≦ cm Pσba 7.07 1000 × N/mm2 < 210 N/mm2 -OKＨ1 【 概 念 図 】 ａ 2･ａ Ｂ2(wpｈ) ａ ＝ 2・ａ＝ Ａ1 ＝ Ａ2 ＝ Ｂ1 ＝ Ｂ2 ＝ Ｈ1 ＝ Ｈ2 ＝ 2･ａ Ｃ ｘm ｒm ｘ 0.424 0.60 10.85 10.00 15.34 14.14 7.67 7.07 Ｇ ａ Ｍ ｂ ) Ｃ点の応力度 ( wp σx σy σm 1 2 Ａ Ａ 2･ａ τw σ ａ Ｂ1 Ｈ2(1/2・wpＬ) ｙm 5 cm cm cm cm cm cm cm cm （溶接部の回転中心Ｇから最外端までの距離） ｘm ＝ ｙm ＝ Ｂ1 ＝ 2 Ａ2 ＋ ａ 2 ・ √2 7.67 ｒm ＝ 15.34 2 ＝ ＝ 10.00 2 2 ＋ 3.69 7.67 cm 2 ＋ × 0.424 1.414 ＝ 8.51 cm ＝ 3.69 cm （溶接部の断面極二次モ−メント） Ｉx ＝ ＝ ＝ Ｈ1・（Ｂ1/2）3−Ｈ2・（Ｂ2/2）3 × 2 12 7.67 ×（ 15.34 /2）3− 7.07 ×（ 12 160 14.14 /2）3 × 2 cm4 Ｂ1・Ｈ13 ＋1/2・Ｂ1・Ｈ1・（ｙm−Ｈ1/3）2 ｝ 36 Ｂ2・Ｈ23 − ｛ ＋1/2・Ｂ2・Ｈ2・（ｙm−Ｈ2/3）2 ｝ 36 15.34 × 7.67 3 ＝｛ ＋1/2× 15.34 × 7.67 36 7.67 − ×（ 3.69 ）2 ｝ 3 14.14 × 7.07 3 ＋1/2× 14.14 −｛ × 36 7.07 ×（ 3.69 ＝ − 40 cm4 ）2 ｝ 3 Ｉy ＝｛ 7.07 Ｉp ＝ 2･Ｉx ＋ 2･Ｉy ＝ 2 × σx ＝ σy ＝ σm ＝ ＝ PＭw Ｉp PＭw Ｉp PＭw Ｉp 160 ＋ ・ ｘm ＝ ・ ｙm ＝ ・ ｒm 2743931 400 ≦ × 2 × 40 ＝ 400 2743931 400 × 7.67 1000 ＝ 53 N/mm2 2743931 400 × 3.69 1000 ＝ 25 N/mm2 < 96 N/mm2 cm4 Sτa 8.51 1000 ＝ 58 N/mm2 -OK- 6 （5）せん断力の計算 1) Ｈ形鋼１本当たりの抵抗せん断力 Ｓr ＝ Hτa ・ Ａw ＝ 120 × 許容せん断応力度 Hτa ＝ 120 N/mm2 Ｈ形鋼のウエブ断面積 Ａw ＝ 1998 mm2 ※Ａw ＝tw（ Ｈ−2・ｔf ） 1998 ＝ 239760 N Wτa ＝ 96 N/mm2 2 WＡw ＝ 17.64 cm ＝ 1764 mm2 2) 突合せ溶接部の抵抗力 WＳr ＝ Wτa ・ WＡw ＝ 96 × 1764 ＝ 169344 N PＡw 3) ウェブ添接板の応力度 PＳr ＝ Ｓr − WＳr ＝ 239760 Pτ ＝ 25.46 cm2 ＝ 2546 mm2 ＝ PＳr PＡw − ＝ ＝ 28 70416 N ≦ Pτa 70416 2546 ＝ 169344 < N/mm2 120 N/mm2 -OK- 4) 隅肉溶接部の応力度 隅肉溶接の許容せん断応力度 96 N/mm2 Sτa ＝ 脚 長 Ｓw ＝ 板 幅 wpｂ＝ 0.60 cm 10.0 cm （ の ど 厚 ） ａw ＝ 1/√2・Ｓw ＝ 0.707 × 0.60 ＝ 0.424 cm → 4.24 mm × 10.00 ＝ 40.00 cm → 400.0 mm ＝ 42 （ 溶 接 長 ） ΣＬw ＝ 4・wpｂ ＝ Sτ ＝ ＝ PＳr ａw・ΣＬw 4.24 70416 × 4 ≦ Sτa 400.0 （6）ウエブ隅肉溶接の合成応力度 N/mm2 Ｘ方向成分（曲げ） Ｙ方向成分（曲げ） Ｙ方向成分(せん断) σ ＝ 96 N/mm2 -OKσx ＝ σy ＝ Sτ ＝ 53 25 42 N/mm2 N/mm2 N/mm2 σｘ2＋（σy ＋ Sτ）2 ＝ ＝ < 85 53 2 ＋ （ 25 ＋ 42 N/mm2 < 96 N/mm2 7 ）2 -OK- ３．計算結果 母 材 Ｈ２５０×２５０×９×１４ フランジ部 添接板仕様 ２枚： ＰＬ 9 × 200 × 300 ウ ェ ブ部 添接板仕様 ２枚： ＰＬ 9 × 100 × 100 【 平 面 図 】 300 200 250 6 12 45° 注）添接板取付部は、グラインダなどにより平らに仕上げる。 【 側 面 図 】 10 0 141 250 141 6 7 45° 注）添接板取付部は、グラインダなどにより平らに仕上げる。 【 断 面 図 】 Ｈ２５０×２５０×９×１４ 14 250 9 141 9 ＰＬ 9 × 200 × 300 14 250 ＰＬ 9 × 100 × 100 9 200 8
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