高性能鋼の特性を活用した構造ディテールの開発による矩形断面鋼部材の高じん性化

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04331
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 小野 潔 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60324802)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 穴見 健吾 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (30272678) ; 宮下 剛 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (20432099)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 橋梁用高性能鋼 / SBHS / 曲げ加工 / シャルピー吸収エネルギー / ひずみ時効 / 高じん性

Outline of Annual Research Achievements

本研究は，シャルピー吸入エネルギーの大きい橋梁用高性能鋼SBHSを使用することで，矩形断面鋼部材の角溶接部をなくして曲げ加工部とした構造ディテールを提案することを目的としている．よって，曲げ加工後のひずみ時効を考慮しても，曲げ加工部の鋼板のシャルピー吸収エネルギーが所要の値以上であることが，本構造の提案をする上での絶対的な条件となる．そこで，平成30年度の研究では，従来鋼としてSM520C，SBHSとしてSBHS400を対象に，曲げ加工部からシャルピー衝撃試験片を製作し，曲げ加工後約1年後のシャルピー吸収エネルギーの計測を行った．鋼板の曲げ加工の半径（内径）は，現行の道路橋示方書の最小値である5t（t:鋼板の板厚）を採用した．試験温度は0℃と-60℃の2種類の温度で試験を実施した．さらに，板厚方向によるシャルピー吸収エネルギーの違いについて考察するため，板厚方向に関して，曲げ加工部の内側，板厚中心，外側の3箇所から試験片を採取して，同一の試験条件で3本の試験片を用いてシャルピー衝撃試験を実施した．本研究のシャルピー衝撃試験結果によれば，曲げ加工後約1年後の鋼板に関して，SM520CおよびSBHS400のいずれについても，板厚中心位置のシャルピー吸収エネルギーが最も小さくなる傾向が見られ，これは，著者らの既往の研究で得られた平板のシャルピー吸収エネルギーと同じ傾向である．また，曲げ加工後約1年後のSBHS400のシャルピー吸収エネルギー(3本の試験片の平均値)は，板厚方向のいずれの位置，0℃および-60℃のいずれの試験温度でも従来鋼であるSM520CのJISの規定値47J(0℃）を大きく上回る値が得られた．以上のことから，SBHSを使用することで，矩形断面鋼部材の角溶接部をなくして曲げ加工部とした構造ディテールの実現可能性を示す貴重な情報が得られた．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当該科研費の申請時の計画によれば，平成30年度はSBHSの曲げ加工部のシャルピー吸収エネルギー他，機械的性質に関する情報を得るための研究を実施する予定としていた．しかしながら，本研究の最終目的である曲げ加工部を角部とする構造ディテールの提案をするには，曲げ加工部のシャルピーエネルギーの確認をすることが最優先であり，また，SBHSだけでなく従来鋼のシャルピー吸収エネルギーの評価を一緒に実施した方が効率的な面もある．さらに，申請者の別途研究でSBHS400およびSM520Cの曲げ加工した鋼板が存在し，しかも本研究で使用することも可能な状態であったため，それを活用することで予算面でも効率的に研究を行うことが可能であると考えた．そこで，研究の順番を変更し，SBHS（SBHS400)の曲げ加工部の機械的性質に関する研究を実施せず，その代わりに，従来鋼(SM520C)の曲げ加工部のシャルピー吸収エネルギーに関する情報を得るための実験を実施した．その結果，SBHS400はSM520Cと比較して曲げ加工後のシャルピー吸収エネルギーが大きく，SBHSを使用することで，矩形断面鋼部材の角溶接部をなくして曲げ加工部とした構造ディテールの実現可能性を示す貴重な知見が得られている．よって，当初想定した研究内容とは異なるが，最終目的を達成するための研究の進捗状況としては，「（2）おおむね順調に進展している」と評価した．

Strategy for Future Research Activity

平成30年度にSBHS(SBHS400)と従来鋼（SM520C）の曲げ加工部のシャルピー吸収エネルギーに関する情報を得るための研究を実施した．その結果，SBHSを使用することで，矩形断面鋼部材の角溶接部をなくして曲げ加工部とした構造ディテールの実現可能性を示す貴重な知見が得られている．よって，平成31年度以降は，当該科研費の申請時の計画に従い，実験によるSBHS(主としてSBHS400)の曲げ加工部の機械的性質の評価，実験および解析による曲げ加工部を有するSBHSを用いた矩形断面鋼部材の軸圧縮強度の評価を行うとともに，比較のために，適宜，従来鋼に関する検討も実施する予定である．そして，それらの研究成果を活用して，本研究の最終的な目的である，橋梁用高性能鋼SBHSの特性を活用して矩形断面鋼部材の角溶接部をなくして曲げ加工部とする構造ディテールの提案を行う．

Causes of Carryover

「現在までの研究の進捗状況」で記載した通り，研究の実施順序の変更を行った．また，板厚方向の位置でのシャルピー吸収エネルギーを評価するため，厚板からシャルピー衝撃試験片を製作した．その結果，当初予定したEWBで製作するシャルピー衝撃試験片ではなく通常のシャルピー衝撃試験片を使用することとしたため，試験片の製作費が少なくなった．さらに，申請者の別途研究でSBHS400およびSM520Cの曲げ加工した鋼板があり，それらを本研究で使用することが出来たため，当初の予定よりも試験片製作費を抑え，効率的に研究を実施することが可能となった．これらの事情により，次年度使用額が生じた．
また，次年度使用分と当該年度以降分として申請した（する）助成金は，今後の研究の推進方針に記載した研究の遂行に必要な，曲げ加工部の機械的性質の評価のために使用する試験片，曲げ加工部を有する矩形断面鋼部材の圧縮試験に使用する供試体，実験で使用するゲージ等の物品，消耗品等に使用する予定である．