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、引張限界から構成されます。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、鋼材の使用量とコストを削減できます。引張強度は、鋼材が破壊する前に耐えられる最大応力です。このとき、構造物は塑性変形によって性能を失いますが、構造物の変形は大きく、崩壊はしないため、稀な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に破壊を伴わずに著しい塑性変形を起こす性質を指します。鋼の塑性変形能力を測定する主な指標は、伸び率と断面収縮率です。
3. 冷間曲げ性能
鋼の冷間曲げ特性とは、常温での曲げ加工時に塑性変形が生じた際に、鋼が割れにくい性質を示す指標である。鋼の冷間曲げ特性は、冷間曲げ実験によって、所定の曲げ角度における鋼の曲げ変形特性を試験することによって得られる。
4. 衝撃耐性
鋼の衝撃靭性とは、衝撃荷重を受けた鋼が破壊過程で機械的な運動エネルギーを吸収する能力を指します。これは、鋼が衝撃荷重による切断にどれだけ抵抗できるかを示す機械的特性であり、低温や応力集中によって脆性破壊を引き起こす可能性があります。一般的に、鋼の衝撃靭性指数は、標準試験片を用いた衝撃試験によって求められます。
5. 溶接性能
鋼の溶接性能とは、一定の溶接工程条件下で良好な性能を有する溶接継手を指します。溶接性能は、溶接工程における溶接性能と使用時の溶接性能の2種類に分けられます。溶接工程における溶接性能とは、溶接工程中に溶接部および溶接部近傍の金属に熱割れや冷却収縮割れが生じない感度を指します。良好な溶接性能とは、特定の溶接工程条件下で溶接金属および近傍の母材に割れが生じないことを意味します。使用時の溶接性能とは、溶接部の衝撃靭性および熱影響部の延性を指します。溶接部および熱影響部の鋼の機械的特性は、母材の機械的特性を下回らないことが求められます。我が国では、溶接工程における溶接性能試験方法と、使用特性における溶接性能試験方法を採用しています。
6. 耐久性
鋼の耐久性に影響を与える要因は数多くあります。まず、鋼の耐食性は低いため、鋼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、亜鉛メッキ鋼の使用、酸、アルカリ、塩などの強い腐食性媒体条件下での特別な保護対策、例えば、洋上プラットフォーム構造ではジャケットの腐食を防ぐために「陽極保護」対策が用いられ、ジャケットに亜鉛インゴットを固定し、海水電解によって亜鉛インゴットが自動的に腐食することで鋼製ジャケットの機能が保護されます。次に、鋼は高温かつ長期の負荷を受けると、破壊強度が短期強度よりも低下するため、鋼が長期にわたる高温作用を受ける場合の持続強度を決定する必要があります。鋼は時間の経過とともに硬化し脆くなる現象は、時効として知られています。低温負荷下での鋼の衝撃靭性を試験する必要があります。