鉄骨構造物の材料要件 – ロイヤルグループ

1. 強さ
鋼材の強度指標は、弾性限界、降伏限界、引張限界で構成されます。設計は鋼材の降伏強度に基づいて行われます。降伏強度が高いほど、構造物の重量が軽減され、鋼材を節約し、コストを削減できます。引張強度は、鋼材が破壊するまでに耐えられる最大の応力です。このとき、構造物は塑性変形により性能が低下しますが、構造物の変形量が大きく、倒壊することはありません。そのため、まれに発生する地震に対する構造物の耐震要件を満たすことができます。
2. 可塑性
鋼の塑性とは、一般的に、応力が降伏点を超えた後も破壊することなく大きな塑性変形が可能である性質を指します。鋼の塑性変形能力を測る主な指標は、伸び（stone）と断面収縮率（u）です。
3. 冷間曲げ性能
鋼材の冷間曲げ特性は、常温での曲げ加工時に塑性変形が生じた場合の鋼材の割れに対する抵抗力の尺度です。冷間曲げ特性とは、冷間曲げ試験によって、規定の曲げ角度における鋼材の曲げ変形特性を試験することです。
4. 衝撃強度
鋼材の衝撃靭性は、衝撃荷重下における鋼材の破壊過程における機械的運動エネルギーの吸収能力を指します。これは、衝撃荷重による切断に対する鋼材の抵抗力を測定する機械的特性であり、低温や応力集中による脆性破壊を引き起こす可能性があります。一般的に、鋼材の衝撃靭性指数は、標準試験片を用いた衝撃試験によって得られます。
5.溶接性能
鋼材の溶接性能とは、一定の溶接プロセス条件下で得られる良好な性能を有する溶接継手を指します。溶接性能は、溶接プロセスにおける溶接性能と使用中の溶接性能の2種類に分けられます。溶接プロセスにおける溶接性能とは、溶接プロセス中に溶接部および溶接部近傍の金属に熱亀裂や冷却収縮亀裂が発生しない感度を指します。良好な溶接性能とは、一定の溶接プロセス条件下で溶接金属および近傍の母材に亀裂がないことを意味します。使用性能における溶接性能とは、溶接部の衝撃靭性と熱影響部の延性特性を指します。溶接部および熱影響部の鋼材の機械的性質は、母材よりも低くないことが求められます。我が国では、溶接プロセスにおける溶接性能試験方法を採用しているほか、使用特性に関する溶接性能試験方法も採用しています。
6. 耐久性
鋼材の耐久性に影響を与える要因は数多くあります。まず、鋼材の耐食性は低いため、鋼材の腐食や錆を防ぐための保護対策を講じる必要があります。保護対策としては、鋼材塗装の定期的なメンテナンス、亜鉛メッキ鋼板の使用、酸、アルカリ、塩分などの強い腐食性媒体の環境下での鋼材の使用、特殊な保護対策の適用などが挙げられます。例えば、海上プラットフォーム構造物では「陽極保護」対策を用いて鋼材ジャケットの腐食を防止し、亜鉛インゴットを鋼材ジャケットに固定することで、海水電解液が亜鉛インゴットを自動的に腐食させ、鋼材ジャケットの機能を保護します。次に、鋼材は高温と長期負荷を受けると、破壊強度が短期強度よりも低下するため、長期高温負荷を受ける鋼材の耐久性を評価する必要があります。鋼材は時間の経過とともに硬化して脆くなります。これは老化と呼ばれる現象です。低温負荷下における鋼材の衝撃靭性試験を実施する必要があります。