KR102485533B1

KR102485533B1 - 각형 강관 및 각형 강관의 용접 방법

Info

Publication number: KR102485533B1
Application number: KR1020217012479A
Authority: KR
Inventors: 츠요시 하기노; 다다시 마에지마; 마코토 사토
Original assignee: 아사히 가세이 겐자이 가부시키가이샤
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2023-01-05
Also published as: KR20210066877A; JPWO2020090939A1; JP7252249B2; WO2020090939A1

Abstract

각형 강관은, 사각형 강관 기둥을 구성하는 강관의 판두께보다 두꺼운 복수 장의 강판과, 강판의 측부 가장자리부끼리를 용접하여 접합된 용접 금속 (32) 으로 이루어지는 단면에서 봤을 때에 사각형의 강관이고, 용접 금속 (32) 은, 각형 강관의 모서리부에 형성됨과 함께, 상이한 종류의 재료가 적층된 다층 구조로 이루어지고, 다층 중 내측에 위치하는 내측 재료층 (321) 을 형성하는 재료의 항복점은, 다층 중 외측에 위치하는 외측 재료층 (322) 을 형성하는 재료의 항복점보다 높다.

Description

각형 강관 및 각형 강관의 용접 방법

본 발명은, 각형 강관 및 각형 강관의 용접 방법에 관한 것이다.

철골 구조물의 기둥 부재에 사용되는 각형 강관 기둥과, 들보 부재에 사용되는 H 형강의 접합 부분에 있어서는, 종래, 다이어프램 형식 (예를 들어, 관통 다이어프램 형식, 내측 다이어프램 형식, 외측 다이어프램 형식 등) 이 채용되고 있다. 최근에는, 이 다이어프램을 형성하지 않고 단척 (短尺) 의 후육 각형 강관으로 이루어지는 주량 (柱梁) 접합부 코어를 사용하여 그 관벽면에 H 형강을 직접 용접 가능하게 한 논다이어프램 형식의 주량 접합 구조도 채용되고 있다 (예를 들어 특허문헌 1).

상기 논다이어프램 형식의 주량 접합 구조에 적용되는 후육 각형 강관은, 예를 들어 주강 (鑄鋼) 제나 형강을 용접으로 접합한 것이 알려져 있다. 특허문헌 1 에서는, 4 장의 사각형상 강판을 박스형으로 조합하고, 각 강판의 측부 가장자리부끼리를 용접함으로써 단면에서 봤을 때에 사각형의 후육 각형 강관을 형성하고 있다. 상세하게는, 개선 (開先) 을 양측 가장자리부에 형성한 4 장의 강판을 박스형으로 배치하여 각 강판의 측부 가장자리부를 인접시키고, 당해 측부 가장자리부 사이에 용접 토치를 각각 배치하고, 이들 용접 토치를 강판의 하방에서 상방으로 이동시켜 강판의 측부 가장자리부를 동시에 용접하는 방법이 특허문헌 1 에 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 2014-024092호

그런데, 논다이어프램 형식의 주량 접합 구조에 적용되는 후육 각형 강관에는, 전술한 바와 같이 그 측면에 H 형강이 직접 접합되는 구조이기 때문에, 그러한 구조에 견딜 수 있는 강도가 요구된다. 이와 같은 후육 각형 강관을, 특허문헌 1 과 같이 각 강판의 측부 가장자리부끼리를 용접으로 접합한 구성으로 한 경우, 특히 접합 부분에 응력이 집중되기 쉬워, 설계대로의 강도가 얻어지지 않는 경우가 있다. 특허문헌 1 에는, 각 강판의 측부 가장자리부끼리를 동시에 용접함으로써, 작업 능률을 향상시키는 것은 기재되어 있지만, 용접에 의해 접합하여 형성한 후육 각형 강관의 강도를 향상시키는 것의 검토는 되어 있지 않아, 개선할 필요가 있었다.

그래서, 본 발명은, 주량 접합 구조에 사용되는 각형 강관의 강도를 향상시킬 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 양태에 관련된 각형 강관은, 기둥과 들보의 주량 접합부에 사용되는 각형 강관으로서, 복수 장의 강판과, 그 강판의 측부 가장자리부끼리를 용접하여 접합된 용접부로 이루어지는 단면에서 봤을 때에 사각형의 강관이고, 용접부는, 상이한 종류의 재료가 적층된 다층 구조로 이루어지고, 다층 중 내측에 위치하는 내측 재료층을 형성하는 재료의 항복점은, 다층 중 외측에 위치하는 외측 재료층을 형성하는 재료의 항복점보다 높다.

본 발명에 의하면, 주량 접합 구조에 사용되는 각형 강관의 강도를 향상시킬 수 있는 기술을 제공할 수 있다.

도 1 은, 철골 구조물의 주요부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2 는, 본 실시형태에 관련된 후육 각형 강관의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3 은, 본 실시형태에 관련된 후육 각형 강관의 개략 구성을 나타내는 측 면도이다.
도 4 는, 본 실시형태에 관련된 후육 각형 강관의 개략 구성을 나타내는 평면도이다.
도 5 는, 인접하는 강판의 사이에 형성되는 용접 금속을 확대하여 나타내는 확대도이다.
도 6 은, 후육 각형 강관에 적용되는 뒷댐재의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은, 후육 각형 강관에 있어서의 강판의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.

첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서, 동일한 부호를 부여한 것은, 동일 또는 마찬가지의 구성을 갖는다.

먼저, 본 실시형태에 관련된 각형 강관이 적용되는 주량 접합 구조의 구성에 대해 설명한다. 사각형 강관 기둥과 H 형강 들보를 사용한 철골 구조물을 건조 (建造) 하는 경우에는, 사각형 강관 기둥을 세워, 당해 각형 강관 기둥에 H 형강 들보를 장착하는 구조가 채용된다. 사각형 강관 기둥에 H 형강 들보를 접속하는 데에 있어서는, 그 주량 커넥션부의 구조 (주량 접합 구조) 로서, 논다이어프램 형식이 채용된다. 이 논다이어프램 형식의 주량 접합 구조를 채용한 철골 구조물의 주요부를 도 1 에 나타낸다. 도 1 에서는, 주량 접합 구조 (1) 에 있어서의 후육 각형 강관 (30) 의 상방측에 접합하는 사각형 강관 기둥 (10a) 을, 후육 각형 강관 (30) 으로부터 분리한 상태를 나타내고 있다. 또한, 이하에서 설명하는 도 1 ∼ 7 에 있어서, 도시의 편의상, 단면이 아닌 부분에도 해칭을 부여하고 있는 경우가 있다. 도 1 에는, 논다이어프램 형식의 주량 접합 구조를 채용한 철골 구조물의 주요부를 나타내고 있지만, 본 실시형태에 있어서의 주량 접합 구조는, 이 양태에 한정되지 않으며, 예를 들어, 후육 각형 강관 (30) 에 구멍을 뚫어 들보 (20) 를 볼트 접합하는 양태도 포함된다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 주량 접합 구조 (1) 는, 상하 방향으로 연장 형성되는 상하의 사각형 강관 기둥 (10a, 10b) 과, 상하의 사각형 강관 기둥 (10a, 10b) 의 사이에 배치 형성되는 후육 각형 강관 (30) (각형 강관) 과, 후육 각형 강관 (30) 의 측면에 그 일단부가 고정되고, 수평 방향으로 연장 형성되는 들보 (20) 로 구성된다.

들보 (20) 는, H 형강으로 이루어지고, 대향하는 2 장의 평판상의 플랜지 (20a) 와, 대향하는 플랜지 (20a) 의 사이에 형성되는 웨브 (20b) 로 구성된다. 들보 (20) 는, 플랜지 (20a) 가 상하 방향으로 대향한 위치가 되고, 또한 웨브 (20b) 의 일단면이 후육 각형 강관 (30) 의 측면에 맞닿도록, 후육 각형 강관 (30) 에 용접 접합된다.

사각형 강관 기둥 (10a, 10b) 은, 철골 구조물의 기둥이 되는 부재로서, 단면이 대략 사각형상을 나타내는 장척의 각형 강관이다. 하방측으로 연장되는 사각형 강관 기둥 (10b) (하층 기둥) 의 상단에 후육 각형 강관 (30) 의 하단이 접합되고, 상방측으로 연장되는 사각형 강관 기둥 (10a) (상층 기둥) 의 하단에 후육 각형 강관 (30) 의 상단이 접합된다. 이하, 각 사각형 강관 기둥 (10a, 10b) 을 개별적으로 구별하지 않고, 합쳐서 표현하는 경우에는, 간단히「사각형 강관 기둥 (10)」으로 표기한다.

후육 각형 강관 (30) 은, 상하의 사각형 강관 기둥 (10) 과 들보 (20) 의 접속부 (주량 커넥션부) 에 배치 형성되는, 단면에서 봤을 때에 대략 사각형상을 나타낸 단척의 각형 강관이다. 주량 접합 구조 (1) 에 있어서는, 상하의 사각형 강관 기둥 (10) 과 후육 각형 강관 (30) 이 직선상으로 위치하도록 배치 형성된다. 본 실시형태에 있어서의 주량 접합 구조 (1) 에는, H 형강으로 이루어지는 들보 (20) 를 직접 측면에 접합 가능한 논다이어프램 형식의 후육 각형 강관 (30) 이 사용되기 때문에, 이 후육 각형 강관 (30) 의 판두께 (t_c) 는, 사각형 강관 기둥 (10) 의 판두께 (t_p) 보다 두껍게 형성되어 있다. 판두께 (t_c) 는, 예를 들어 22 ∼ 50 ㎜, 판두께 (t_p) 는, 예를 들어 6 ∼ 25 ㎜ 이다. 또한, 후육 각형 강관 (30) 은, 그 길이 방향의 길이가, 후육 각형 강관 (30) 의 측면에 접합되는 들보 (20) 의 높이 (플랜지 (20a) 간의 높이) 보다 길게 되어 있다.

도 2 내지 도 5 를 참조하면서 후육 각형 강관 (30) 의 구성에 대해 추가로 설명한다. 도 2 는, 후육 각형 강관 (30) 의 개략 구성을 나타내는 사시도이다. 도 3 은, 후육 각형 강관 (30) 의 개략 구성을 나타내는 측면도이다. 도 4 는, 후육 각형 강관 (30) 의 개략 구성을 나타내는 평면도이다. 도 5 는, 후육 각형 강관 (30) 의 모서리부에 형성되는 용접 금속 (32) (용접부) 을 설명하기 위한 확대도이다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 후육 각형 강관 (30) 은, 사각형 강관 기둥 (10) 을 구성하는 강관의 판두께보다 두꺼운 4 장의 사각형상의 강판 (31a, 31a, 31b, 31b) 을, 서로 용접하여 접합함으로써 성형된다. 이하, 각 강판 (31a, 31a, 31b, 31b) 의 단 가장자리를 서로 용접하여 용접 금속 (32) 을 형성하는 공정에 대해 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 각 강판 (31a, 31a, 31b, 31b) 을 개별적으로 구별하지 않고, 합쳐서 표현하는 경우에는, 간단히「강판 (31)」으로 표기한다.

먼저, 4 장의 강판 (31) 을 서로 대향시켜 박스형으로 배치한다. 이들 박스형으로 배치된 강판 (31) 의 서로 인접하는 측부 가장자리부에는, 소정 각도의 경사를 갖는 개선 (G) 이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 서로 대향하여 배치되는 강판 (31b, 31b) 의 폭 방향 양단 가장자리에, 소정 각도의 경사를 갖는 개선 (G) 이 형성되어 있다. 그리고, 인접하는 강판 (31) 끼리의 개선 (G) 에 소정의 용접 장치 (예를 들어 용접 토치 (도시 생략)) 를 배치하고, 강판 (31) 의 상하 방향 (도 3 에 있어서의 상하 방향) 을 따라, 강판 (31) 의 일단에서 타단 (도 3 에 나타내는 바와 같이, 강판의 상단에서 하단) 까지 용접하여 인접하는 강판 (31) 끼리를 접합한다. 이와 같이, 이웃하는 강판 (31) 의 측부 가장자리부 (강판 (31) 의 모서리부 내측) 에 용접 금속 (32) 을 형성해서 강판 (31) 끼리를 접합하여, 단면에서 봤을 때에 대략 사각형의 강관을 제조한다.

본 실시형태에서는, 인접하는 강판 (31) 사이에 형성되는 개선 (G) 에, 다층 용접한 용접 금속 (32) 이 형성된다. 도 5 는, 용접 금속 (32) 주변을 확대하여 나타내는 확대도이다. 이 용접 금속 (32) 은, 후육 각형 강관 (30) 의 모서리부 (단면 대략 사각형의 4 코너 근방) 에 형성되어 있고, 복수 종류의 재료가 적층된 다층 구조를 갖는다.

도 5 에 나타내는, 다층 구조로 이루어지는 용접 금속 (32) 을 형성하는 공정에 있어서, 첫 층의 용접 형성 공정에서는, 이웃하는 강판 (31) 사이에 형성되는 개선 (G) 이측 (강판 (31) 의 내면측) 에 뒷댐재 (35) 를 대고, CO₂ 반자동 용접에 의해 용접을 실시하여, 내측 재료층 (321) 을 형성한다.

내측 재료층 (321) 을 형성한 후, 서브머지 아크 용접에 의해 용접을 실시하여, 외측 재료층 (322) 을 형성한다. 이와 같이 하여 내측 재료층 (321) 과 외측 재료층 (322) 으로 이루어지는 다층 구조의 용접 금속 (32) 을 형성한다. 본 실시형태에서는, 첫 층의 용접에 있어서, CO₂ 반자동 용접에 의해 용접을 실시하여 내측 재료층 (321) 을 1 층 형성하고, 2 층째 이후의 용접에 있어서, 서브머지 아크 용접에 의해 용접을 실시하여 외측 재료층 (322) 을 복수 층 형성한다. 서브머지 아크 용접에 의하면, 장척 부재 등 용접 영역이 비교적 긴 강재의 용접을 일손을 들이지 않고 연속하여 실시할 수 있다는 면이 있는 한편으로, 한 번에 큰 입열이 있기 때문에 모재가 인성을 저해하는 경우가 있는 등 열 영향이 큰 면도 있다. 이 점에 대해, 본 실시형태와 같이, 일손을 들이지 않고 긴 영역의 용접을 연속하여 실시하고자 하는 기둥상 사면 박스형 단면의 용접을 다층으로 실시하는 것으로 하면, 한 번의 입열량을 낮게 억제하여, 모재에 대한 열 영향을 경감시킬 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 다층 구조로 이루어지는 용접 금속 (32) 중, 내측 (후육 각형 강관 (30) 의 내면측 (도 5 에서는 용접 금속 (32) 중 하측)) 에 위치하는 재료층을 내측 재료층 (321) 이라고 칭하고, 외측 (후육 각형 강관 (30) 의 외면측 (도 5 에서는 용접 금속 (32) 중 상측)) 에 위치하는 재료층을 외측 재료층 (322) 이라고 칭한다.

이상과 같이 다층 구조로 이루어지는 용접 금속 (32) 중, 첫 층의 용접으로 형성되는 내측 재료층 (321) 에는 고강도의 재료가 사용된다. 구체적으로는, 내측 재료층 (321) 에 사용되는 재료의 JIS Z 2241 에 규정되는 인장 시험에 준거하여 측정되는 항복점은, 강판 (31) 에 사용되는 재료의 JIS Z 2241 에 규정되는 인장 시험에 준거하여 측정되는 항복점보다 높고, 또한 외측 재료층 (322) 을 형성하는 재료의 JIS Z 2241 에 규정되는 인장 시험에 준거하여 측정되는 항복점보다 높다.

상세히 서술하면, 내측 재료층 (321) 은, JIS Z 2241 에 규정되는 인장 시험에 준거하여 측정되는 항복점이 460 N/㎟ 이상이고, 또한 인장 강도가 550 N/㎟ 이상의 수치 범위인 재료를 사용하여 형성된다. 또한, 이와 같은 JIS Z 2241 에 규정되는 인장 시험에 준거하여 측정되는 항복점 및 인장 강도의 수치를 만족하는 것에 추가하여, JIS Z 2242 에 규정되는 샤르피 충격 시험에 있어서 충격 흡수 에너지가 0 ℃ 에서 70 J 이상인 재료를 사용하여 내측 재료층 (321) 을 형성하는 것이 바람직하다. 이 내측 재료층 (321) 에 사용되는 용접 재료로서, 예를 들어 YGW18 등을 채용할 수 있다. 첫 층의 용접 재료는 모재 이상의 강도 (항복점, 인장 강도) 를 갖는 것이면 되고, 확실한 것으로 하기 위해서는 모재 규격의 상한값을 상회하는 하한값을 규격에 갖는 용접 재료가 바람직하지만, 비용의 면에서 확률적으로 모재 규격의 상하한 중앙값을 상회하는 하한값을 규격에 갖는 용접 재료가 보다 바람직하다.

외측 재료층 (322) 은, JIS Z 2241 에 규정되는 인장 시험에 준거하여 측정되는 항복점이 390 N/㎟ 이상으로서 내측 재료층 (321) 의 JIS Z 2241 에 규정되는 인장 시험에 준거하여 측정되는 항복점보다 낮고, 또한 인장 강도가 490 N/㎟ 이상의 수치 범위인 재료가 사용된다. 이와 같은 조건을 만족하는 외측 재료층 (322) 의 용접 재료로서, 예를 들어, EH12K, EH14, S502-H 등을 채용할 수 있다.

또한, 강판 (31) 에는, JIS Z 2241 에 규정되는 인장 시험에 준거하여 측정되는 항복점이 325 ∼ 445 N/㎟ 의 수치 범위이고, 인장 강도가 490 ∼ 610 N/㎟ 의 수치 범위인 강재가 사용된다. 이와 같은 강재로서, 예를 들어 건축 구조용 압연 강재 SN490B, 건축 구조용 TMCP 강판 TMCP325B 등을 채용할 수 있다.

전술한 바와 같이, 첫 층의 용접으로 형성되는 내측 재료층 (321) 에 고강도의 재료 (강판 (31), 외측 재료층 (322) 에 사용되는 재료의 JIS Z 2241 에 규정되는 인장 시험에 준거하여 측정되는 항복점보다 높은 항복점의 재료) 를 사용함으로써, 강판 (31) 의 측부 가장자리부를 용접하여 형성되는 용접 금속 (32) 중 내측 (후육 각형 강관 (30) 의 내면측) 의 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 후육 각형 강관 (30) 의 측면에는, 도 1 에 나타낸 바와 같이 들보 (20) 가 직접 접합되기 때문에, 이 들보 (20) 로부터 인장 응력을 받아 후육 각형 강관 (30) 의 내측 코너부가 벌어지는 방향 (도 5 의 파선 화살표 (F) 에 나타내는 방향) 으로 힘이 작용하고, 후육 각형 강관 (30) 의 내측 코너부, 특히 뒷댐재 (35) 와 강판 (31) 의 간극의 용접 금속 (32) 측 종단에 응력 집중을 일으키지만, 본 실시형태에서는 내측 재료층 (321) 을 형성하여 용접 금속 (32) 에 있어서의 내측의 접합 강도를 향상시키고 있기 때문에, 상기 응력 집중에 대한 내력을 높일 수 있다. 또한, 전술한 JIS Z 2242 에 규정되는 샤르피 충격 시험에 있어서 충격 흡수 에너지가 0 ℃ 에서 70 J 이상인 재료 (예를 들어 YGW18 등) 를 내측 재료층 (321) 에 사용함으로써, 인성을 향상시킬 수 있으므로, 상기 인장 응력이 작용한 경우에도 용접 금속 (32) 에 있어서 파단될 가능성을 억제할 수 있다. 바람직한 조합의 하나로서, 내측 재료층 (321) 을 YGW18, 외측 재료층 (322) 을 S502-H, 강판 (31) 을 SN490B 로 구성할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 용접 금속 (32) 형성 공정은, 강판 (31) 에 사용되는 재료의 JIS Z 2241 에 규정되는 인장 시험에 준거하여 측정되는 항복점보다 높은 재료로 이루어지는 내측 재료층 (321) 을 형성하는 공정과, 내측 재료층 (321) 을 형성한 후, 내측 재료층 (321) 의 재료의 JIS Z 2241 에 규정되는 인장 시험에 준거하여 측정되는 항복점보다 낮은 재료로 이루어지는 외측 재료층 (322) 을 형성하는 공정을 갖는다. 이 용접 금속 (32) 형성 공정에 있어서의 최외층을 형성하는 단계 (즉, 복수의 층으로 이루어지는 외측 재료층 (322) 의 마지막의 층을 형성하는 단계) 에 있어서, 서브머지 아크 용접으로의 용접 시공에 있어서의 용접 전압값이나 용접 전류값, 용접 속도값을 조정하는 것이 바람직하다. 즉, 외측 재료층 (322) 을 형성하는 공정에 있어서, 외측 재료층 (322) 에 있어서의 최외층을 용접하는 단계만, 외측 재료층 (322) 에 있어서의 최외층 이외의 층을 용접 시공할 때의 용접 전압값이나 용접 전류값, 용접 속도값과는 상이하게 하여 용접하는 것이 바람직하다. 이와 같이 최외층을 용접하는 단계만 조정하여 용접함으로써, 용접 금속 (32) 형성시에 발생하는 덧살을 억제할 수 있다. 바람직하게는, 이 덧살의 높이 (h) (도 5) 가 강판 (31) 의 외면으로부터 0 ∼ 1 ㎜ 이내의 범위에 들어가도록, 용접 금속 (32) 의 최외층을 형성하는 단계에 있어서의 용접 전압값이나 용접 전류값, 용접 속도값을 조정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 덧살을 억제함으로써, 덧살을 평활하게 하기 위해 기계에 의해 표면을 깎는다는 공정을 불필요하게 할 수 있어, 제조 비용을 저감시킬 수 있다.

또, 용접 덧살이 있는 각형 강관에 들보를 접합하는 경우에 대해 생각해 보면, 접합면이 평활하지 않은 경우에는 그대로 들보를 접합하는 것은 어려운 점에서, 종전이라면 시공자가 덧살을 깎고 나서 들보를 접합하고 있었지만, 이에 반하여, 본 실시형태와 같은 주량 접합 구조 (1) 내지 용접 방법은, 덧살의 높이를 소정값 이내의 범위로 억제함으로써, 당해 덧살을 깎지 않고도 각형 강관에 들보를 접합하는 것을 가능하게 한다. 게다가, 지진시 등에 들보로부터 후육 각형 강관의 관벽 (강판) 을 외측으로 변형시키는 힘이 전달되었을 때에 응력 집중이 일어나는 후육 각형 강관 (30) 의 내측 코너부에 있어서, 본 실시형태에서는 항복점이 비교적 높은 재료로 내측 재료층 (321) 을 형성하여 용접 금속 (32) 에 있어서의 내측의 접합 강도를 향상시켜, 응력 집중에 대한 내력을 높이고 있는 점에서, 용접 덧살의 높이를 저감시켰다고 하더라도, 바꿔 말하면 용접부 단면을 줄였다고 하더라도, 소정 정도를 초과하는 강도를 확보하는 것이 가능하다.

원래, 후접합하는 경우에 있어서, 당해 후접합 지점은 용접에 의한 결함을 가미하여 모재보다 높은 강도로 설계되는 것 (「모재 강도 ≤ 용접 강도」로 하는 것) 이 일반적이다. 이 점에 대해, 본 실시형태의 주량 접합 구조 (1) 내지 용접 방법에서는, 그러한 것에 더하여, 용접에 의한 후접합 지점에 있어서의 강도를「내측 재료층 ≥ 외측 재료층」으로 하고, 나아가서는「내측 재료층 ≥ 외측 재료층 ≥ 모재」로 하여, 응력 집중 지점 (내측 재료층) 을 비교적 높은 강도로 설계함으로써, 덧살로 담보하는 단면 확장분을 저감시키는 것, 요컨대 덧살을 저감시키는 것을 가능하게 하고 있다.

이상과 같은 용접 공정을 거쳐 제조되는 후육 각형 강관 (30) 은, 후육 각형 강관 (30) 의 모서리부의 내측에 평면에서 봤을 때에 사각형의 뒷댐재 (35) 를 배치하고, 당해 뒷댐재 (35) 의 외측에 형성된 경사상 개선 (G) 을 용접하여 용접 금속 (32) 을 형성한 구성으로 한 것이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 뒷댐재 (35) 는, 후육 각형 강관 (30) 의 모서리부의 내측을 따라 연장되는 각기둥 형상을 이루고 있지만, 이 형상에 한정되지 않으며, 다른 다양한 형상으로 변경하는 것이 가능하다.

예를 들어, 도 6(A) 에 나타내는 바와 같이, 후육 각형 강관 (30) 의 모서리부의 내측에 배치하는 뒷댐재 (35B) 를, 평면에서 봤을 때에 L 자상으로 형성 하는 것도 가능하다. 도 6(A) 에 나타내는 평면에서 봤을 때에 L 자상을 나타내는 뒷댐재 (35B) 는, 후육 각형 강관 (30) 의 모서리부의 내측을 따라 후육 각형 강관 (30) 의 상단에서 하단까지 연장되어 있다. 그 밖의 변형예로서, 도 6(B) 에 나타내는 바와 같이, 후육 각형 강관 (30) 의 모서리부의 내측에 배치하는 뒷댐재 (35C) 를, 평면에서 봤을 때에 삼각형상으로 형성하는 것도 가능하다. 이 평면에서 봤을 때에 삼각형상을 나타내는 뒷댐재 (35C) 도, 후육 각형 강관 (30) 의 모서리부의 내측을 따라 후육 각형 강관 (30) 의 상단에서 하단까지 연장되어 있다. 이와 같은 뒷댐재 (35B, 35C) 를 배치함으로써, 후육 각형 강관 (30) 의 외측에 용접 접합한 들보 (20) (도 1) 로부터 인장 응력을 받아 강판 (31) 이 벌어지는 방향 (도 6 에 파선 화살표 (F) 에 나타내는 방향) 으로 힘이 작용한 경우, 뒷댐재 (35B, 35C) 를 추종하기 쉽게 할 수 있다. 상기 서술한 후육 각형 강관 (30) 의 내측 코너부, 뒷댐재 (35) 와 강판 (31) 의 간극의 용접 금속 (32) 측 종단에 발생하는 응력 집중을 완화시킬 수 있다.

이상 설명한 실시형태에 있어서, 용접 금속 (32) 이 형성되는, 이웃하는 강판 (31) 끼리의 개선 (G) 형상은, 후육 각형 강관 (30) 의 내측에서 외측을 향하여 확개 (擴開) 되는 형상을 나타내고 있다. 이 개선 (G) 형상의 경사 각도 (θ) (도 5) 는 예를 들어 20°∼ 40°의 범위로 설정된다. 경사 각도 (θ) 가 40°이상이면 용접량이 증가하므로 경제성이 저하되고, 20°이하이면 품질 확보가 어려워진다. 이와 같이, 이웃하는 강판 (31) 끼리의 개선 형상을, 후육 각형 강관 (30) 의 내측에서 외측을 향하여 확개되는 형상으로 함으로써, 용접 금속 (32) 에 있어서의 내측 재료층 (321) 에 사용하는 재료의 양을 억제할 수 있다. 이상 설명한 바와 같이, 내측 재료층 (321) 에는 고강도, 고인성의 재료를 사용하는 것이 바람직한데, 이와 같은 특성을 갖는 재료의 사용량을 억제함으로써, 재료 비용을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 이웃하는 강판 (31) 의 사이에 형성되는 개선 (G) 의 형상을, 후육 각형 강관 (30) 의 내측에서 외측을 향하여 확개되는 형상으로 한 예를 나타내고 있지만, 이와 같은 개선 형상에 한정되지 않으며, 다른 다양한 형상에 개선 형상을 변형하는 것이 가능하다.

또 이상 설명한 실시형태에서는, 4 장의 평판상의 강판 (31) 의 측부 가장자리부끼리를 용접 접합하여 단면에서 봤을 때에 대략 사각형상의 후육 각형 강관 (30) 을 제조하고 있지만, 이와 같은 4 장의 평판상의 강판 (31) 을 사용하여 후육 각형 강관 (30) 을 제조하는 것에 한정되지 않는다.

예를 들어, 도 7(A) 에 나타내는 바와 같이, 평면에서 봤을 때에 대략 L 자상의 강판 (31d) 을 2 장 사용하고, 당해 강판 (31d) 의 단 가장자리끼리의 사이의 개선 (Gd) 을 용접하여 용접 금속 (32d) 으로서 접합한 단면에서 봤을 때에 대략 사각형상의 후육 각형 강관 (30D) 을 제조하는 것도 가능하다. 또, 도 7(B) 에 나타내는 바와 같이, 평면에서 봤을 때에 대략 コ 자상을 이루는 강판 (31e) 을 2 장 사용하고, 당해 강판 (31e) 의 단 가장자리끼리의 사이의 개선 (Ge) 을 용접하여 용접 금속 (32e) 으로서 접합한 단면에서 봤을 때에 대략 사각형상의 후육 각형 강관 (30E) 을 제조하는 것도 가능하다. 또, 도 7(C) 에 나타내는 바와 같이, H 형강 (31f) 과 2 장의 평판상의 강판 (31g) 을 조합한 후육 각형 강관 (30F) 으로 해도 된다. 상세하게는, 먼저, 대향하는 2 장의 평판상의 플랜지 (31f1) 와, 대향하는 플랜지 (31f1) 의 사이에 형성되는 웨브 (31f2) 로 구성되는 H 형강 (31f) 을 준비한다. 이 H 형강 (31f) 에 있어서 대향하는 플랜지 (31f1) 의 사이를 접속하도록, 폭 방향 양단 가장자리에 개선 (Gf) 을 형성한 평판상의 강판 (31g) 을 배치한다. 강판 (31g) 의 양단 가장자리에 형성된 개선 (Gf) 을 용접하여 용접 금속 (32f) 을 형성하고, H 형강 (31f) 의 플랜지 (31f1) 와 강판 (31g) 을 접합한다. 이와 같이 H 형강 (31f) 과 강판 (31g) 을 조합하여 외형이 사각형상을 나타내는 후육 각형 강관 (30F) (즉 단면에서 봤을 때에 사각형의 각형 강관) 을 제조하는 것도 가능하다.

이상 설명한 실시형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로서, 본 발명을 한정하여 해석하기 위한 것은 아니다.

예를 들어, 이상 설명한 실시형태에서는, 내측 재료층 (321) 은 단층으로 구성되고, 외측 재료층 (322) 은, 동일한 재료로 이루어지는 복수의 층으로 구성되어 있는 예를 설명하였지만, 예를 들어, 내측 재료층 (321) 을 2 층 이상 형성해도 된다. 또, 내측 재료층 (321) 의 층을 외측 재료층 (322) 의 층보다 많게 형성해도 된다. 실시형태에서 설명한 공정, 실시형태가 구비하는 각 요소 그리고 그 배치, 재료, 조건, 형상 및 사이즈 등은, 예시한 것에 한정되는 것은 아니며 적절히 변경할 수 있다. 또, 상이한 실시형태에서 나타낸 구성끼리를 부분적으로 치환시키거나 또는 조합하는 것이 가능하다.

1 : 주량 접합 구조
10 : 사각형 강관 기둥
20 : 들보 (H 형강 들보)
30 : 후육 각형 강관 (각형 강관)
31 : 강판
32 : 용접 금속 (용접부)
35 : 뒷댐재
321 : 내측 재료층
322 : 외측 재료층

Claims

기둥과 들보의 주량 접합부에 사용되는 각형 강관으로서,
상기 각형 강관은,
복수 장의 강판과, 그 강판의 측부 가장자리부끼리를 용접하여 접합된 용접부로 이루어지는 단면에서 봤을 때에 사각형의 강관이고,
상기 용접부는, 상이한 종류의 재료가 적층된 다층 구조로 이루어지고,
상기 다층 중 내측에 위치하는 내측 재료층을 형성하는 재료의 항복점은, 상기 다층 중 외측에 위치하는 외측 재료층을 형성하는 재료의 항복점보다 높은 것을 특징으로 하는 각형 강관.
제 1 항에 있어서,
상기 외측 재료층을 형성하는 재료의 항복점은, 상기 강판을 형성하는 재료의 항복점과 동등하거나 혹은 그것보다 높은 것을 특징으로 하는 각형 강관.
제 1 항에 있어서,
상기 각형 강관은, 4 장의 평판상의 강판을 포함하고,
상기 평판상의 강판의 측부 가장자리부에 형성된 개선은, 상기 각형 강관의 내측에서 외측을 향하여 확개되는 형상을 나타내고,
상기 내측 재료층은, 상기 개선 지점을 용접하여 형성되는 상기 용접부의 최내측에 위치하는 층인, 각형 강관.
제 2 항에 있어서,
상기 각형 강관은, 4 장의 평판상의 강판을 포함하고,
상기 평판상의 강판의 측부 가장자리부에 형성된 개선은, 상기 각형 강관의 내측에서 외측을 향하여 확개되는 형상을 나타내고,
상기 내측 재료층은, 상기 개선 지점을 용접하여 형성되는 상기 용접부의 최내측에 위치하는 층인, 각형 강관.
제 1 항에 있어서,
상기 내측 재료층을 구성하는 재료는, 샤르피 충격 시험에 있어서 충격 흡수 에너지가 0 ℃ 에서 70 J 이상인, 각형 강관.
제 1 항에 있어서,
상기 내측 재료층은, 단층으로 구성되고,
상기 외측 재료층은, 동일한 재료로 이루어지는 복수의 층으로 구성되어 있는, 각형 강관.
제 1 항에 있어서,
상기 내측 재료층을 구성하는 재료는, 항복점이 460 N/㎟ 이상, 및 인장 강도가 550 N/㎟ 이상이고,
상기 외측 재료층을 구성하는 재료는, 항복점이 390 N/㎟ 이상, 및 인장 강도가 490 N/㎟ 이상인, 각형 강관.
제 1 항에 있어서,
상기 각형 강관의 모서리부에 있어서의 내면측에는 뒷댐재가 배치 형성되고,
상기 뒷댐재는, 단면에서 봤을 때에 L 자 형상 또는 단면에서 봤을 때에 삼각형상을 나타내고 있는, 각형 강관.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 각형 강관의 하단에, 하층 기둥의 상단이 접합되고,
상기 각형 강관의 상단에, 상층 기둥의 하단이 접합되고,
상기 각형 강관의 측면에, 들보가 접합되어 있는, 주량 접합부 구조.
기둥과 들보의 주량 접합부에 사용되는 단면에서 봤을 때에 사각형의 각형 강관의 용접 방법으로서,
복수 장의 강판을 준비하는 공정과,
상기 강판의 단 가장자리부끼리를 용접하는 용접 공정을 갖고,
상기 용접 공정은,
상기 각형 강관에 사용되는 재료의 항복점보다 높은 재료로 이루어지는 내측 재료층을 형성하는 내측 재료층 형성 공정과,
상기 내측 재료층 형성 공정 후, 상기 내측 재료층의 재료의 항복점보다 낮은 재료로 이루어지는 외측 재료층을 형성하는 외측 재료층 형성 공정을 포함하는 각형 강관의 용접 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 내측 재료층 형성 공정에서는, CO₂ 반자동 용접에 의해 상기 내측 재료층을 1 층 형성하는, 각형 강관의 용접 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 외측 재료층 형성 공정에서는, 서브머지 아크 용접에 의해 상기 외측 재료층을 복수 층 형성하는, 각형 강관의 용접 방법.