Welding Across an I-Beam Flange — What D1.1, D1.5, and AASHTO Actually Say
I形鋼の引張フランジを横断する溶接は、AWS D1.1によって禁止されているわけではなく、疲労カテゴリーに分類されます。条項4.17と表4.5により、横方向の溶接はカテゴリーC、E、またはE*に分類され、許容応力範囲が低下します。D1.5 条項12は、橋梁工事に対してFCM規定をさらに重ねて適用します。
現場での質問: 「フランジを横断して溶接してはいけない」という言葉は、基準の引用なしに金科玉条のように扱われています。実際の答えは2つの基準にまたがっています。AWS D1.1:2025は、条項4.17と表4.5の疲労フレームワークを通じて非橋梁の構造工事を扱います。AASHTO/AWS D1.5:2025は、条項12の破壊制御計画を通じて橋梁工事を扱います。これら2つの層が重なり、それらを混同することが「すべてが逸話である」という問題を引き起こしています。
経験則の概要
I形鋼の引張フランジを横断する溶接は、AWS D1.1:2025によって禁止されていません。これは疲労カテゴリーに分類されます。条項4.17と表4.5により、引張荷重を受ける板要素上の横方向溶接はカテゴリーC、E、またはE*に分類され、縦方向溶接よりも低い許容応力範囲となります。同じ繰り返し荷重を伝達するためには、断面を大きくする必要があります。そのため、実際のプロジェクトでは、この詳細が設計に採用されることはありません。AWS D1.5:2025に準拠する橋梁工事では、破壊感受性部材の引張領域へのすべての溶接は、D1.1の疲労ペナルティに加えて、条項12の破壊制御計画の規定を誘発します。これは、CVN試験の義務化、水素制御電極、乾燥スケジュール、および資格のある検査員を意味します。静的荷重およびEOR（記録責任技術者）の承認図面は、いずれの場合も経験則を上書きすることができます。溶接中の活荷重座屈は別の懸念事項です。
D1.1（非橋梁）— 疲労カテゴリー分類、禁止ではない
For 構造用鋼 work covered by AWS D1.1:2025 — buildings, industrial frames, transmission towers, anything that is not a highway bridge — the design rule for cyclically 読み込み済み transverse welds lives in Part C of Clause 4 (Sections 4.15 through 4.17). The framework is fatigue-design, not prohibition.
条項4.15.1によると、「活荷重応力範囲がしきい値応力範囲F_TH（表4.5参照）未満の場合、疲労抵抗の評価は不要である。」 F_TH未満では、その詳細は無限寿命を持ちます。F_THを超えると、許容応力範囲は式(4-12)から(4-19)および表4.5のカテゴリーごとの定数C_fとF_THから導き出されます。図4.16は、応力カテゴリーA、B、B*、C、D、E、E*、およびFの曲線をグラフで示しています。
横方向フランジ溶接はどこに分類されるのでしょうか？条項4.17.2は直接的に述べています。「十字形、T形、および角継手の詳細におけるCJP溶接、PJP溶接、すみ肉溶接、またはこれらを組み合わせた、応力方向に横断する引張荷重を受ける板要素の場合…カテゴリーC」（式4-16および4-17）。特定の構成は表4.5の条項5に従って分類されます。
- Line 5.4 — 溶接金属 and 母材 in or adjacent to CJP groove welds in T- or corner joints, 溶接 reinforcement not removed: Category C (C_f = 44 × 10⁸; F_TH = 10 ksi [69 MPa]).
- Line 5.7 — Pair of fillet welds on opposite sides of a tension-loaded plate element, transverse: Category C at the 溶接止端; root 割れ use a separate formula.
- Line 5.8 — Base metal of tension-loaded plate elements and on built-up shapes and rolled beam webs or flanges at toe of transverse fillet welds, adjacent to welded transverse stiffeners: Category C.
応力に平行な縦方向溶接（表4.5の条項3）と比較してください。
- Line 3.1 — Continuous longitudinal CJP groove welds in built-up members: Category B (C_f = 120 × 10⁸; F_TH = 16 ksi [110 MPa]).
- Line 3.2 — Continuous longitudinal CJP with バッキング left in place, or continuous PJP: Category B' (C_f = 61 × 10⁸; F_TH = 12 ksi [83 MPa]).
同じ物理的な溶接でも、継手形状が異なります。横方向の場合、しきい値応力範囲は約2～4倍、サイクル寿命も同様に低下します。同じ繰り返し荷重を横方向のすみ肉溶接で伝達するには、断面を大きくする必要があります。ほとんどの非橋梁プロジェクトでは、技術者は荷重経路を変更するか、別の接合部を使用します。この経験則は、「カテゴリーのペナルティにより、これは非現実的である」という現場での略語です。
現在のD1.1における重要な枠組みの変更点の一つは、条項4.15.4が「この基準は、冗長部材と非冗長部材の区別を認識しなくなった」と規定していることです。破壊感受性という概念は、D1.1からD1.5に移されました。したがって、プロジェクトがD1.1のみに準拠している場合、FCMは拘束力のある基準には含まれません。プロジェクトがD1.5に準拠している場合は、FCMが適用されます。
橋梁工事 — D1.5 条項12 FCM規定
For highway bridges governed by AASHTO/AWS D1.5:2025, transverse welds on tension flanges trigger an additional layer beyond the D1.1 fatigue カテゴリー penalty: the Clause 12 Fracture Control Plan (FCP). Per Section 12.1: “This clause shall apply to fracture-critical nonredundant members. All steel bridge members and member components specified on the contract drawings or elsewhere in the 契約図書 as fracture critical shall be subject to the additional provisions of this clause.”
条項12.2.2は部材を定義しています。「AASHTO LRFD橋梁設計仕様書は、FCMを、その破壊が橋梁の一部または全体を崩壊させる可能性が高い引張を受ける鋼製主要部材またはその一部と定義している。」
D1.5 条項12.2.2.1の付属物に関する規則は、技術者を驚かせるものです。「FCMの引張領域に溶接される付属物で、支承底板を除くものは、その付属物のいずれかの寸法がFCMの計算された引張応力方向に100 mm [4 in]を超える場合、FCMとみなされる。」 FCM桁の引張フランジに横断方向に溶接された4インチ長の補剛材は、それ自体がFCMです。それに付属するすべての溶接はFCPを継承します。
D1.5 条項12.2.2.2によると、「FCMへのすべての溶接は、支承底板への溶接を除き、破壊感受性とみなされ、このFCPの要件に適合しなければならない。圧縮部材または曲げ部材の圧縮領域への溶接は、破壊感受性とは定義されない。」
FCPは何を追加するのでしょうか？条項12.6.3に基づくCVN靭性試験の義務化。H指定システム（H4、H8、H16）に基づく水素制御電極。条項12.6.4から12.6.6に基づく厳格な電極乾燥および保管スケジュール。主任検査員の資格要件（D1.5 条項12.16.1.1に基づく鋼橋製作検査の最低3年間の経験）。鋼種と板厚に加え、水素と入熱を検索軸とする個別の予熱表（表12.4から12.8）。
この組み合わせが、橋梁工事において「フランジを横断する溶接」を高価にする要因です。D1.1の疲労カテゴリーペナルティが断面寸法を決定し、その上にD1.5のFCPが非破壊検査、電極管理、および検査員費用を追加します。
静的荷重 vs 繰り返し荷重 — なぜこの規則が存在するのか
D1.1 条項4のパートC（条項4.15から4.18）は、繰り返し荷重を受ける接合部を規定しています。静的荷重は規定していません。静的重力荷重を伝達する1/2インチ厚のフランジに1インチの横方向溶接がある場合、表4.5による制約は全くありません。疲労フレームワークは、活荷重がF_THを超える応力範囲を生成した場合にのみ発動します。
現場での実情として、フランジを横断して溶接されるほとんどのケースは、構造物の寿命を通じて最終的に繰り返し荷重を受けることになります。トレーラーフレームは路面振動を受け、橋梁はトラック荷重を受け、クレーン走行路は昇降サイクルを受けます。産業用建物でさえ、建設から5年後に誰かがHVACユニット、コンベア、または振動機器を構造物に取り付けた場合、繰り返し荷重を受ける可能性があります。この経験則が存在するのは、詳細のカテゴリーが溶接士の当初の意図ではなく、構造物に従うためです。
条項4.16.1によると、「計算された応力および応力範囲は、部材レベルでの弾性応力解析に基づく公称値とする。局所的な幾何学的不連続性に対する応力集中係数によって応力を増幅する必要はない。」 表4.5のカテゴリー定数は、継手形状の応力集中を既に織り込んでいます。解説C-4.17.2は明確に述べています。「式(4-12)から(4-23)によって提供され、図4.16にグラフで示されている応力範囲サイクル寿命曲線基準は、現実的な幾何学的不連続性を組み込んだ実際の詳細に関する国家共同高速道路研究プログラム（NCHRP）が後援する研究を通じて開発されたものであり、ノッチ効果を考慮して計算された応力を増幅することは不適切である。」
それが「なぜ応力を増幅しないのか」という疑問に答えます。カテゴリー自体がその増幅であり、NCHRP試験プログラムは、実際の幾何学的不連続性を持つ実際の試験片を用いて曲線を導き出しました。
梁が荷重下にある状態での溶接 — 活荷重座屈（別の問題）
現場でよく聞かれるコメントは、「梁が荷重下にある状態でフランジを横断して溶接してはいけない。座屈する可能性がある」というものです。これは正しいですが、疲労カテゴリーとは異なる懸念事項です。活荷重座屈の問題は、溶接作業中の断面剛性の局所的な損失です。熱影響部は、臨界温度範囲を通過する際に一時的に降伏強さを失い、その瞬間に部材が活荷重を受けている場合、加熱された断面はたわみ、ねじれ、または横方向に座屈する可能性があります。
これは製作順序と支保工に関する懸念であり、疲労カテゴリーに関する懸念ではありません。まだ荷重を受けていない部材に製作中に行われる溶接（一般的な工場製作の場合）は、この懸念を引き起こしません。荷重を受けている既存構造物に行われる溶接（改修、補修、稼働中の設備への付属物設置）は、荷重を除去するための仮設支保工、または、ある帯状部分が高温になっている間、残りの断面が荷重を支えられるかどうかの計算による確認が必要です。
For 補修 work specifically, D1.1 Clause 10 governs welded modification or repair of existing structures, including the heat-effect-on-loaded-member analysis the Engineer must perform.
AASHTO詳細 E' = D1.1 E* — 最も厳しく評価されるカテゴリー
AASHTO LRFD橋梁設計仕様書では、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 表4.5では、同等のものにE*（アスタリスク付き）を使用しています。これは定数C_f = 3.9 × 10⁸、しきい値F_TH = 2.6 ksi [18 MPa]です。これら2つの表記は、同じ許容応力範囲曲線を参照しています。
E*はどこに現れるのでしょうか？表4.5の条項3によると、
- Line 3.6 — Base metal at ends of partial-length welded cover plates wider than the flange, with welds across the ends, flange 板厚 > 0.8 in [20 mm]: E*.
- Line 3.7 — Cover plates wider than the flange without welds across the ends: E* for thin flanges; not permitted for flange thickness > 0.8 in [20 mm].
- Line 4.1 — Longitudinal fillet welded end connections, plate thickness t > 0.5 in [12 mm]: E*.
- Line 3.3 — Base metal at ends of longitudinal welds terminating at weld access holes, R ≥ 3/8 in [10 mm] without grinding: E*.
パターンとしては、E*は、幾何学的不連続性、横方向溶接終端、および引張フランジ位置を組み合わせた詳細に適用されます。CWI Part C試験や構造技術者の詳細レビューにおいて、E* / E'の構成を認識することは、設計寿命を全うする詳細と、供用中に溶接止端からの疲労割れによって破損する詳細との違いとなります。
8つの応力範囲カテゴリー（AからF、B*およびE*を含む）の各カテゴリーの詳細については、D1.1疲労応力カテゴリー解説の参照ページをご覧ください。
拘束隅角部における1/4インチの輪郭すみ肉溶接
関連する規定の一つが条項4.18.3にあります。「引張または曲げによる引張を受ける横方向の角継手およびT継手において、拘束隅角部には、1/4 in [6 mm]以上の単パス輪郭すみ肉溶接を追加しなければならない。」 これは、拘束隅角部のCJP継手における溶接止端の幾何学的不連続性を滑らかにする繰り返し荷重を受ける規則（パートCが適用）です。例えば、図5.1のTC-U4aに示されている破線の輪郭すみ肉溶接がこれに該当します。輪郭すみ肉溶接と補強すみ肉溶接の区別の詳細については、開先溶接記号のページをご覧ください。
「非橋梁工事において、『フランジを横断して溶接してはいけない』という経験則は、基準による禁止ではなく、表4.5の疲労カテゴリーペナルティにより断面が非経済的になるためです。橋梁工事では、D1.5 条項12がFCM処理を重ねて適用します。これは別の話です。この2つを混同することが、この規則を神秘的に聞こえさせている原因です。」
— Field observation, 鉄骨製作 practice
関連基準ガイド
よくある質問
I形鋼のフランジを横断して溶接することはAWS基準に反しますか？
AWS D1.1に準拠する非橋梁構造工事の場合、いいえ、禁止されていません。疲労カテゴリーに分類されます。条項4.17と表4.5により、十字形、T形、および角継手における引張荷重を受ける板要素上の横方向溶接は、詳細に応じてカテゴリーC、E、またはE*に分類されます。その結果、縦方向溶接よりも許容応力範囲が低くなり、同じ繰り返し荷重を伝達するためにはより大きな断面が必要となります。静的荷重下ではこの制約はなくなります。AWS D1.5に準拠する橋梁工事の場合、破壊感受性部材は追加の条項12の規定に従います。いずれの場合も、記録責任技術者の承認図面とWPSが適用されます。
フランジに沿った縦方向の溶接は問題ないのに、横方向の溶接は不利になるのはなぜですか？
応力線に平行な縦方向溶接は、D1.1 表4.5の条項3に分類されます。これは通常、カテゴリーBまたはB'（組立て部材を接合する連続CJPまたはPJP開先溶接）です。き裂発生点は内部溶接不連続部であり、研究により高い許容応力範囲を生じることが示されています。引張フランジを横断する横方向溶接は、条項5に分類されます。これは、補強材が除去されていないCJP T形または角継手の場合はカテゴリーC（5.4行）、圧延梁フランジの補剛材に隣接する横方向すみ肉溶接の場合はカテゴリーC（5.8行）、フランジよりも幅広のカバープレートの場合はカテゴリーEまたはE*（3.6行、3.7行）となります。き裂は繰り返し引張荷重下で溶接止端に発生し、これははるかに短い疲労寿命となります。同じ物理的な溶接でも、継手形状が異なればカテゴリーも異なります。
AASHTO詳細 E' とは何ですか、またなぜD1.1 E* と一致するのですか？
AASHTO LRFD橋梁設計仕様書では、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 表4.5では、同等のものにE*（アスタリスク付き）を使用しており、定数3.9 × 10⁸、しきい値応力範囲2.6 ksi [18 MPa]です。これら2つの表記は、同じ許容応力範囲曲線を参照しています。両方とも、フランジよりも幅広のカバープレート、端部に溶接のないカバープレート、および板厚0.5 in [12 mm]を超える板の縦方向すみ肉終端接合部などの詳細に適用されます。AASHTOとAWSは並行して文書を発行しており、コメントがE'（AASHTO）を引用している場合、D1.1の同等品はE*です。
AWS D1.1は依然として破壊感受性部材を認識していますか？
いいえ。AWS D1.1:2025 条項4.15.4は、「この基準は、冗長部材と非冗長部材の区別を認識しなくなった」と述べています。破壊感受性部材（FCM）の概念は、橋梁工事に関するAASHTO/AWS D1.5 条項12に完全に含まれています。D1.1解説では、冗長/非冗長の区別は、実際の疲労性能の違いではなく、破壊の結果に関する判断に基づいていたと説明されています。AASHTOは橋梁（崩壊リスクが具体的である場所）に対してこの概念を必要とし続けたため、D1.5に移行しました。D1.1のみに基づいて作業している場合、FCMは基準に含まれません。D1.5に基づいて作業している場合、FCMの引張領域へのすべての溶接（支承底板の例外を除く）は破壊感受性であり、条項12の規定を誘発します。
拘束隅角部における1/4インチの輪郭すみ肉溶接の規則とは何ですか？
AWS D1.1:2025 条項4.18.3は、引張または曲げによる引張を受ける横方向の角継手およびT継手の拘束隅角部において、1/4 in [6 mm]以上の単パス輪郭すみ肉溶接を要求しています。これは繰り返し荷重を受ける疲労規則であり、静的規則ではありません。条項4のパートCは繰り返し荷重を受ける接合部を規定しています。輪郭すみ肉溶接は、溶接止端の幾何学的不連続性を滑らかにし、き裂発生点を移動させ、その詳細の疲労カテゴリーを改善します。これは事前認定された継手詳細（図5.1から5.10）に加えて適用されます。例えば、図5.1のTC-U4aに示されている破線の輪郭すみ肉溶接がこれに該当します。技術者が契約図面にこれを指定しますが、示されていない場合でも、繰り返し荷重を受ける領域の拘束隅角部継手には1/4 inの最小値が適用されます。
CWI試験のヒント: 表4.5（疲労設計）と表8.1（外観検査の合否判定）は、CWI Part C試験で一緒に出題され、実務者はこれらを混同しがちです。表4.5は製作前の許容応力範囲を規定します。表8.1は製作後の合否を規定します。同じ物理的な溶接に対して、2つの異なる決定と2つの異なる基準層が適用されます。CWI Exam Prepで、オープンブック試験のナビゲーション規律をご確認ください。