AWS D1.1 · Section 4.17 · 表 4.5

AWS D1.1 Fatigue Stress Categories 解説 — A Through F

AWS D1.1:2025 Section 4.17とTable 4.5では、詳細が8つの応力範囲カテゴリー（A、B、B*、C、D、E、E*、F）に分類されています。それぞれが固有の定数C_fと許容繰り返し応力範囲を設定するしきい値F_THを持っています。これらは、Table 5.11の予熱カテゴリーAからGや、Table 5.6の母材群I-Vとは異なります。

D1.1における2つの「カテゴリー」 — 混同しないでください: Table 5.11では、予熱カテゴリーAからGを使用しています（事前認定された予熱検索の工程ごとの細分類。D1.1:2025で元のA–DにカテゴリーE、F、Gが追加されました）。Table 4.5では、継手詳細の疲労強度を評価するために疲労応力範囲カテゴリーA/B/B*/C/D/E/E*/Fを使用しています。これらは文字ラベルを共有していますが、異なる基準層を参照しています。このページはTable 4.5についてです。母材のグレードはTable 5.6でグループI–Vに個別に分類されています。詳細については、D1.1クイックリファレンスをご覧ください。

表4.5と表5.11 — D1.1における2つの「カテゴリー」

AWS D1.1:2025では、「カテゴリー」という単語が全く関連性のない2つの概念に再利用されています。この衝突は、基準における他のどの用語の重複よりも多くの混乱を引き起こしています。

Preheat カテゴリー A through G (Table 5.11): per-process subdivisions of the 事前認定予熱 lookup. Category A is SMAW with other-than-低水素 electrodes; Category B is SMAW with low-hydrogen electrodes plus SAW, GMAW, and FCAW. The original A–D system was extended in D1.1:2025 to A–G covering newer process and steel combinations (see the D1.1:2025 changes guide for the E/F/G addition). Used together with the steel Group I–V classification in Table 5.6 (governed by § 5.3 母材) to look up 最小 preheat per Table 5.11, plus filler metals per Table 5.7 and essential variables per Table 5.5.
Fatigue stress range Category A through F (Section 4.17 + Table 4.5 + Figure 4.16): rates the fatigue strength of welded joint details. Category A is plain base metal away from welds. Category E* is the most-penalized configuration. Determines the allowable stress range a detail can carry over the design cycle count.

この2つのシステムは互いにマッピングされません。鋼材グループI（Table 5.6）のA572 Gr 50を低水素SMAW（Table 5.11の予熱カテゴリーB）で引張フランジの横方向すみ肉溶接の溶接止端に溶接した場合、Table 4.5の疲労カテゴリーCに分類されます — 同じ物理的な溶接に対して3つの独立した決定のための3つの独立した文字ラベルです。予熱カテゴリーは工場温度を決定し、疲労カテゴリーは詳細の寸法決定と溶接割れ発生寿命を決定します。このページでは後者 — Table 4.5について説明します。

詳細のカテゴリーを見つける方法

Section 4.17.2に従い、計算された応力範囲は、式(4-12)から(4-19)で計算されるF_SRを超えてはなりません。手順は以下の通りです。

Identify the detail configuration — what kind of 溶接, what joint type, where the load applies. Then locate the matching row in Table 4.5. The table has six sections: (1) plain material away from 溶接, (2) connected material in mechanically fastened joints, (3) welded joints joining components of built-up members, (4) longitudinal fillet welded end connections, (5) welded joints transverse to direction of stress, (6) base metal at welded transverse member connections.
Read the stress category for that row. Some rows have multiple categories depending on a sub-condition (flange 板厚, transition radius, weld termination grinding).
Read the constant C_f and the threshold F_TH from the same row.
If the live load stress range is below F_TH, no fatigue evaluation is required (per Section 4.15.1). Otherwise, compute F_SR from Formulas (4-12) and (4-13) using C_f and the design cycle count N.
Verify F_SR is at least F_TH (the formulas have F_TH as a floor).
Plot the operating point against the curves in Figure 4.16 for sanity check.

計算された応力は公称値です — Section 4.16.1に従い、「応力は局所的な幾何学的不連続性による応力集中係数によって増幅する必要はありません。」カテゴリー自体が幾何学的な影響を組み込んでいます（NCHRPの根拠に関する解説C-4.17.2を参照）。

カテゴリーAからF — カテゴリーごとの解説

Table 4.5に示されている8つの応力範囲カテゴリーは、最も厳しくないものから最も厳しいものの順に以下の通りです。

Category	C_f	F_TH ksi [MPa]	Representative configuration
A	250 × 10⁸	24 [165]	Plain base metal away from any welding (line 1.1)
B	120 × 10⁸	16 [110]	Non-coated weathering steel base metal (1.2); continuous longitudinal CJP groove or fillet welds in built-up members (3.1); CJP transverse splices ground parallel to stress and inspected (5.1)
B*	61 × 10⁸	12 [83]	Continuous longitudinal CJP with バッキング left in place (3.2); continuous longitudinal PJP groove welds (3.2); CJP transverse splices with F_y ≥ 90 ksi at slope transitions (5.2)
C	44 × 10⁸	10 [69]	Members with reentrant corners (1.3); rolled cross sections with ground weld access holes R ≥ 1 in (1.4); base metal at drilled holes (1.5); CJP T- or corner joints with reinforcement not removed (5.4); transverse fillet pair on tension plate, toe 溶接割れ (5.7); transverse fillet on rolled beam flange adjacent to stiffeners (5.8)
D	22 × 10⁸	7 [48]	Drilled or reamed holes, lower limit (1.5); base metal at ends of longitudinal welds at weld access holes (3.3); CJP butt splices with backing left in place, tack welds inside groove (5.5)
E	11 × 10⁸	4.5 [31]	Base metal at ends of longitudinal intermittent すみ肉溶接 segments (3.4); ends of partial-length cover plates (3.5, 3.6 thin flange); longitudinal fillet end connections, plate t ≤ 0.5 in (4.1); CJP butt splices with tack welds outside groove (5.5 lower)
E*	3.9 × 10⁸	2.6 [18]	Cover plates wider than the flange with welds across the ends, flange thickness > 0.8 in [20 mm] (3.6); cover plates wider than the flange without welds across ends (3.7) for thin flanges — not permitted for thick flanges; longitudinal fillet end connections, t > 0.5 in [12 mm] (4.1); base metal at ends of longitudinal welds at weld access holes R < 1 in (3.3)
F	(separate formula 4-14, 4-15)	(see formulas)	Shear stress on the throat of fillet welds — uses Formulas (4-14) and (4-15), a different fatigue exponent than Categories A through E*

この順序は恣意的ではありません。各2カテゴリーのステップで、しきい値応力範囲が約半分になります — A→Cでは24から10 ksi（58%）に、B→Dでは16から7 ksi（56%）に、C→Eでは10から4.5 ksi（55%）に減少します。カテゴリーAの詳細（しきい値24 ksi）は、カテゴリーE*の詳細（しきい値2.6 ksi）よりも約1桁（9.2倍）多くの繰り返し応力に耐えられます — 同じ断面積の公称応力に対してです。

BとE — アスタリスク付きカテゴリー

B*およびE*のアスタリスクは、無印のカテゴリーの厳格化されたバージョンを示します。どちらもTable 4.5に独自のC_fおよびF_TH値を持つ実際のカテゴリーであり、誤植ではありません。

B* (C_f = 61 × 10⁸, F_TH = 12 ksi [83 MPa]) is the version of B applied when a longitudinal 完全溶込み開先溶接 has backing left in place, or when the joint is a longitudinal PJP rather than CJP. The backing or the PJP root reduces the fatigue 強度 below clean CJP without backing (which is straight Category B). Same family of details, different sub-condition.

E* (C_f = 3.9 × 10⁸, F_TH = 2.6 ksi [18 MPa]) is the version of E applied when the configuration combines geometric 不連続, transverse weld termination, and a thicker base metal section. The most common E* triggers: cover plates wider than the flange (lines 3.6 and 3.7), longitudinal fillet end connections on thick plates (line 4.1, t > 0.5 in [12 mm]), and weld access hole reentrant corners with smaller radius (line 3.3, R < 1 in [25 mm]).

フランジよりも幅が広く、端部に溶接がない厚いフランジのカバープレートの場合、ライン3.7には「フランジ板厚 > 0.8 in [20 mm]は許可されない」と記載されています。この構成は修復不可能であり、設計者はカバープレートの幅を変更するか、端部に溶接を追加するか（これにより薄いフランジの場合はE*からEに格上げされます）、または異なる接続を使用する必要があります。

F_THしきい値とF_SR許容応力範囲

疲労確認を制御する2つの値があります。これらは異なる意味と異なる決定点を持っています。

F_THはしきい値疲労応力範囲 — 無限寿命に対する最大応力範囲です。Section 4.15.1に従い、「活荷重応力範囲がしきい値応力範囲F_TH（Table 4.5参照）よりも小さい場合、疲労抵抗の評価は不要です。」計算された活荷重応力範囲が詳細のカテゴリーに対するF_THを下回る場合、接続は無限サイクル寿命を持ち、疲労確認は満たされます。

F_SRは有限寿命に対する許容応力範囲です。活荷重応力範囲がF_THを超える場合、設計はカテゴリーごとの定数C_fと設計サイクル数N（1日あたりのサイクル数 × 365 × 設計寿命年数）を使用して、式(4-12)および(4-13)からF_SRを計算する必要があります。実際の応力範囲はF_SRを超えてはなりません。

Formula (4-12) for ksi units: F_SR = (C_f / N)^0.107 ≥ F_TH. Formula (4-13) is the metric equivalent. Figure 4.16 plots these curves graphically for all categories from A through E*.

カテゴリーF — すみ肉溶接ののど部のせん断応力 — は、異なる疲労指数（0.107の代わりに0.067）で式(4-14)および(4-15)を使用します。せん断破壊モードは、カテゴリーAからE*を駆動する引張破壊モードとは異なる統計を持っています。

EとE*が最も厳しく評価される理由

カテゴリーEおよびE*の詳細は、Table 4.5で最も急峻な応力範囲許容値を一緒に生み出す3つのペナルティ条件を共有しています。

Geometric discontinuity at the weld termination: an abrupt change in cross section, such as the end of a cover plate or the termination of a longitudinal fillet weld. The discontinuity concentrates stress at the toe.
Tension loading across the discontinuity: the stress concentration drives crack initiation from the 溶接止端 or the weld termination into the base metal.
Thicker base metal section: thicker sections constrain stress redistribution. A thin flange can yield locally and shed stress; a thick flange cannot. This is why line 3.6 splits E (flange thickness ≤ 0.8 in [20 mm]) from E* (flange thickness > 0.8 in [20 mm]) for the same physical cover plate detail.

疲労フレームワークは冶金学と整合しています。溶接割れは最も高い応力集中部で発生し、繰り返し荷重下で伝播し、断面が溶接割れを再分配または停止できない場合、脆性破壊につながります。Table 4.5のカテゴリー定数は、現実的な継手形状を持つ実際の試験片に対するNCHRP試験プログラムから導き出されました（解説C-4.17.2による） — これらは理論的な予測ではなく、実際の疲労性能を符号化しています。

AASHTO詳細E' = D1.1 E*

AASHTO LRFD Bridge Design Specificationsでは、最も厳しく評価される疲労詳細カテゴリーに記号E'（プライム/アポストロフィ付き）を使用しています。AWS D1.1:2025 Table 4.5では、同じ許容応力範囲曲線にE*（アスタリスク付き）を使用しています。同じ定数C_f = 3.9 × 10⁸、同じしきい値F_TH = 2.6 ksi [18 MPa]です。

この2つの表記は交換可能です。AASHTOとAWSは一貫した疲労フレームワークを持つ並行文書を公開しているため、E'（AASHTOの文脈、通常はD1.5に準拠する橋梁工事）を引用するコメントは、E*（D1.1の文脈、通常は構造建築工事）に直接マッピングされます。どの表記が使用されているか疑問がある場合は、C_fとF_THの値が正式な識別子となります。

相互参照: 表4.5（設計）対表8.1（検査）

Table 4.5は設計表です。これは、製作前に計算される、詳細が設計寿命中に負担できる許容応力範囲を制御します。決定点は、詳細のF_SRが荷重ケースに対して十分であるかどうかです — そうでない場合、設計が変更されます（異なる詳細、より大きな断面、荷重分担によるサイクル数の削減）。

Table 8.1は検査表です。これは、静的荷重構造と繰り返し荷重構造に分けて、完成した溶接部の外観合格基準（溶接割れ、アンダカット、気孔、プロファイル、溶融）を制御します。決定点は、製作後の合否です。

実務者は、両方が「繰り返し荷重」を参照し、両方に静的対繰り返し荷重の別々の基準があるため、これらを混同することがよくあります。これらはD1.1の異なる層であり、プロジェクトのライフサイクルの異なる時期に適用されます。

	Table 4.5 (Section 4.17)	Table 8.1 (Section 8.9)
Code layer	Design of welded connections (条項 4 Part C)	Inspection (Clause 8)
Decision point	Pre-製作: detail selection + section sizing	Post-fabrication: accept or reject the weld
Who applies it	Engineer of Record at design stage	CWI / qualified 検査員 after welding
Output	Allowable stress range F_SR; required detail category	Pass/fail per item: 割れ, アンダカット, 気孔, profile, fusion, weld size
Cyclic vs static	Cyclic: full Table 4.5 framework. Static: framework does not apply (no fatigue check).	Cyclic: tighter 限界値 per Item 7 (undercut), Item 8 (porosity), Item 1 (cracks zero either way). Static: looser limits.

検査層の詳細側カバレッジへのリンク: アンダカット、溶接割れ、気孔、プロファイル、外観検査。

「2つの表があり、どちらも繰り返し荷重と静的荷重の区分があり、どちらも文字ラベルを持っています。これらを混同することは、Part C試験で最もよくある間違いです。Table 4.5は設計時にエンジニアが参照するものであり、Table 8.1は検査ステーションでCWIが参照するものです。同じ基準ですが、異なる決定です。」
— CWI exam preparation, structural welding instruction

Welding Across an I-Beam Flange — Applied →

よくある質問

AWS D1.1の予熱カテゴリーAからGと疲労応力範囲カテゴリーAからFの違いは何ですか？

これらはAWS D1.1で文字ラベルを共有しているものの、全く異なる2つの概念です。予熱カテゴリーAからGはTable 5.11にあり、溶接工程によって事前認定された予熱検索を細分類します — カテゴリーAは低水素以外の電極を使用したSMAW、カテゴリーBは低水素SMAWとSAW/GMAW/FCAWです。元のA-DはD1.1:2025でA-Gに拡張されました。Table 5.6の鋼材グループI-V分類と合わせて最小予熱温度を検索するために使用されます。疲労応力範囲カテゴリーAからFはSection 4.17とTable 4.5およびFigure 4.16にあり、継手詳細の疲労強度を評価します — カテゴリーAは溶接部から離れた平坦な母材、カテゴリーE*は最も厳しく評価される溶接詳細です。この2つのシステムは互いにマッピングされません。鋼材グループIのA572 Gr 50を低水素SMAW（予熱カテゴリーB）で引張フランジの横方向すみ肉溶接の溶接止端に溶接した場合、Table 4.5の疲労カテゴリーCに分類されます — 3つの独立した決定のための3つの独立した文字ラベルです。

F_THとF_SRとは何ですか？

F_THはしきい値疲労応力範囲 — 無限寿命に対する最大応力範囲です。AWS D1.1:2025 Section 4.15.1に従い、活荷重応力範囲がF_THよりも小さい場合、疲労抵抗の評価は不要です。F_THの値は詳細の応力カテゴリーに依存し、Table 4.5から読み取られます。カテゴリーAは24 ksi [165 MPa]、カテゴリーBは16 ksi [110 MPa]、カテゴリーCは10 ksi [69 MPa]、カテゴリーDは7 ksi [48 MPa]、カテゴリーEは4.5 ksi [31 MPa]、カテゴリーE*は2.6 ksi [18 MPa]です。F_SRは有限寿命に対する許容応力範囲であり、カテゴリーごとの定数C_fと設計サイクル数Nを使用して式(4-12)および(4-13)から計算されます。F_SRは常にF_TH以上でなければなりません。Figure 4.16は、すべてのカテゴリーについて応力範囲対サイクル数の曲線をグラフでプロットしています。

カテゴリーE*が最も厳しく評価されるのはなぜですか？

カテゴリーE*の詳細は、3つのペナルティ条件を組み合わせています。溶接終端部での幾何学的不連続性（応力を集中させる）、その不連続部を横切る引張荷重（溶接止端または終端部からの溶接割れ発生を促進する）、およびより厚い母材断面（応力を再分配する継手形状の能力を制限する）です。定数はC_f = 3.9 × 10⁸、しきい値はF_TH = 2.6 ksi [18 MPa]です — これはカテゴリーBよりも約1桁低い許容応力範囲です。E*の構成には、フランジよりも幅が広く、端部に溶接があるカバープレートでフランジ板厚が0.8 in [20 mm]を超えるもの（ライン3.6）、板厚が0.5 in [12 mm]を超えるプレート上の長手方向すみ肉溶接終端接続（ライン4.1）、およびRが1 in未満の溶接アクセスホールにおける長手方向溶接終端部の母材（ライン3.3）が含まれます。厚いフランジの詳細では、フランジよりも幅が広く、端部に溶接がないカバープレートは一切許可されません。

AWS D1.1は溶接継手形状の応力を増幅しないのはなぜですか？

Section 4.16.1に従い、計算された応力および応力範囲は公称値です — 部材レベルでの弾性応力解析に基づいています。応力は局所的な幾何学的不連続性による応力集中係数によって増幅する必要はありません。解説C-4.17.2ではその理由を説明しています。式(4-12)から(4-23)およびFigure 4.16の応力範囲サイクル寿命曲線は、現実的な幾何学的不連続性を取り入れた実際の試験片について、米国高速道路共同研究プログラム（NCHRP）によって開発されました。カテゴリー定数C_fはすでに継手形状の応力集中を組み込んでいるため、個別のノッチ係数を適用すると効果が二重にカウントされてしまいます。これが、同じ公称応力を持つ2つの物理的な溶接が、疲労寿命が大きく異なる理由です — カテゴリーは継手形状を捉え、公称応力は荷重を捉えます。

AASHTO詳細E'はD1.1 E*とどのように関連していますか？

AASHTO LRFD Bridge Design Specificationsでは、最も厳しく評価される疲労詳細カテゴリーに記号E'（プライム/アポストロフィ付き）を使用しています。AWS D1.1:2025 Table 4.5では、同じ許容応力範囲曲線にE*（アスタリスク付き）を使用しています。同じ定数C_f = 3.9 × 10⁸、同じしきい値F_TH = 2.6 ksi [18 MPa]です。この2つの表記は交換可能です — 同じ疲労強度曲線を指します。AASHTOとAWSは一貫した疲労フレームワークを持つ並行文書を公開しているため、E'（AASHTO）を引用するコメントは、E*（D1.1）に直接マッピングされます。

CWI Exam Tip: CWI Part Cオープンブック試験では、疲労に関する質問なのにTable 5.11で「カテゴリーC」を探したり、予熱に関する質問なのにTable 4.5で探したりして時間を無駄にする受験者がいます。この2つの表は異なる条項にあり、関連性のない概念に同じ文字ラベルを使用しています。質問文を注意深く読んでください — 「予熱」とあればTable 5.11を参照してください。「母材」または「鋼種」とあればTable 5.6を参照してください。「疲労」、「応力範囲」、「繰り返し荷重」、または詳細（カバープレート、横方向すみ肉溶接、溶接アクセスホール）の名前が挙げられていれば、Table 4.5を参照してください。CWI Exam Prepでオープンブックのナビゲーション規律について確認してください。