JP2001262716A - トラスの格点構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で応力集中を低減することによ
り、弦材の疲労破壊を防止すると共に、加工及び接合が
容易で信頼性が高く、その上総工費を低減できる接合金
具によって構成したトラスの格点構造に関する。 【解決手段】 弦材１１の外形の一部に対応した形状の
底部２と、この底部２から所定の角度で立設された複数
の中空の枝管３ａ，３ｂとが一体に形成され、枝管３
ａ，３ｂの交差部に隔壁５が設けられた接合金具１によ
って格点部を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木、建築等の分
野で使用されるトラスの格点構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】パイプ部材を三角形状に接合した単位を
組合わせて得られた構造体は、パイプトラスとして橋梁
その他の土木、建築等の分野で広く使用されている。こ
のようなパイプトラスは、上弦材と下弦材との間に複数
の斜材を三角形状に接合したもので、これら上弦材と斜
材及び下弦材と斜材とは、一般に、溶接によって接合さ
れており、この接合部は格点部と呼ばれている。

【０００３】従来、円形断面を有する鋼管部材で製作さ
れたトラス構造において、格点部を構築する場合は、図
８に示すように、複数の斜材２３ａ，２３ｂと弦材２１
を溶接により直接接合する構造が用いられており、スイ
スのルーリー橋等の格点部にこの構造が採用されてい
る。

【０００４】このような構造の格点部に於いては、圧縮
力が作用する一方の斜材（例えば２３ａ）の端部を弦材
２１の表面に密着するように、また他方の斜材２３ｂの
端部を斜材２３ａにかぶせるように、かつ互いに重なり
合うように、さらに、弦材２１に十分密着するように、
三次元加工を行う。また、溶接の溶け込みを良好にする
ために、斜材２３ａ，２３ｂの端部に開先を設ける必要
があり、これらの部材を突き合わせ溶接等によって接合
することにより格点部を構成する。

【０００５】上記のように構成した格点部においては、
斜材２３ａ，２３ｂに圧縮又は引張りの軸力が作用する
と、弦材２１の局部変形が発生し、この局部変形に伴う
応力が発生して疲労強度が低下する。このような問題を
防止するために、図９に示すように、弦材２１上にカバ
ープレート２４を溶接により接合して弦材２１の板厚を
局部的に増加させ、このカバープレート２４に上述の要
領で弦材２３ａ，２３ｂを接合して、弦材２１の局部変
形を防止するようにした格点部が一般に行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１０はトラス橋の模
式図である。このような構造のトラス橋２０に於いて、
自動車等の活荷重Ｐ₁ が載荷されると、斜材２３ａ，２
３ｂは中央を境界として左右対称に圧縮力と引張り力が
交互に作用し、下弦材２１には引張り力が、また上弦材
２２には圧縮力が働く。この作用によって格点部には、
図１１に示すように、一方の斜材２３ａには圧縮力が、
他方の斜材２３ｂには引張り力が作用し、下弦材２１側
の格点部には引張り力が、上弦材２２側の格点部には圧
縮力が作用する。このため、このような条件下において
は、次のような問題が生じる。

【０００７】図１２は斜材２３ａ，２３ｂ間で押引きす
るように働く斜材軸力の流れを矢印Ａで示したものであ
る。この軸力により斜材２３ａ，２３ｂの接合部に局部
的なせん断力による応力集中３１が発生し、このため格
点部の疲労強度が低下する。また、斜材２３ａからの軸
力がカバープレート２４の溶接部に流れ込んで応力集中
３２が発生し、弦材２１の疲労強度を低下させる原因に
なる。

【０００８】図１３は引張りの弦材軸力による応力の流
れを矢印Ｂで示したものである。応力は剛性の大きい箇
所に引き付けられる性質があるため、引張り力によって
発生した応力は剛性の比較的大きいカバープレート２４
を目指し、カバープレート２４の両端部の溶接部から急
激に流れ込む。これにより溶接部に応力集中３３が発生
し、弦材２１の疲労強度を低下させるおそれがある。こ
れは、弦材軸力が圧縮力の場合も同様の性質を示す。

【０００９】また、図８、図９に示すように、従来の格
点構造では、格点部を構成するために、格点部内の応力
が複雑に作用する構造的に重要な部分にも溶接を施さな
ければならず、この溶接による急熱、急冷によって残留
応力や変形などが発生し易く、強度信頼性が著しく低下
する。さらに、斜材の両端部に複雑な三次元加工を必要
とし、その上開先を設けて溶接を施す必要があるため、
施工面でコスト高になることは避けられない。

【００１０】本発明は、上記の課題を解決するめたにな
されたもので、簡単な構造で応力集中を低減することに
より、弦材の疲労破壊を防止すると共に、加工及び接合
が容易で信頼性が高く、その上総工費を低減できる接合
金具によって構成したトラスの格点構造を得ることを目
的としたものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るトラスの格
点構造は、弦材の外形の一部に対応した形状の底部と、
該底部から所定の角度で立設された複数の中空の枝管と
が一体に構成され、前記枝管の交差部に隔壁が設けられ
た接合金具によって構成したものである。

【００１２】上記の接合金具の底部を小判状に形成し、
該底部に枝管の中空部と連通する開口部を設けた。ま
た、上記の枝管の内壁を該枝管の軸心に対して偏心して
形成し、該内壁に連なる前記接合金具の隔壁の板厚を厚
くした。さらに、上記それぞれの接合金具を鋳造製の接
合金具によって構成した。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は一部を断面で示した本発明
に係るトラスの格点構造の一実施の形態の正面図、図２
は図１のＩ−Ｉ断面図、図３は図１の側面図である。図
において、１は格点部を構成する接合金具、１１は鋼管
からなり接合金具１が接合される弦材、１３は鋼管から
なり接合金具１に接合される斜材である。

【００１４】接合金具１は、下弦材１１（又は後述の上
弦材１２、以下、両者を併せて単に弦材１１ということ
がある）の外形の一部に対応した円弧状で、平面形状が
小判状の底部２と、底部２から所定の角度で上方に突設
された斜材１３の外径とほぼ等しい外径で、中空の複数
（図には２本の場合が示してある）の枝管３ａ，３ｂと
を一体に構成したもので、枝管３ａ，３ｂの中空部は底
部２に設けた開口部４とそれぞれ連通している。

【００１５】そして、枝管３ａ，３ｂの交差部（接合金
具１の中心部）には所定厚みの隔壁５が形成されてお
り、枝管３ａ，３ｂの内壁は、隔壁５が所定の厚みにな
るように、枝管３ａ，３ｂの軸心に対して偏心して、し
たがって、内側（中心部側）の板厚が外側の板厚より厚
くなるように形成されている。ここに、隔壁５の板厚
は、例えば、枝管３ａ，３ｂの内側の板厚の２倍程度と
することが望ましい。この接合金具１は、溶接性にすぐ
れた材料によって鋳造、鍛造等により一体に構成される
が、隔壁５や枝管３ａ，３ｂの内壁の変化に対する対応
が容易な鋳造によって製造することが望ましい。

【００１６】上記のような接合金具１を用いてパイプト
ラスを製作するには、図４に示すように、工場などで、
運搬車に積載可能な長さに切断された下弦材１１に、そ
の長手方向に所定の間隔で接合金具１を取付けるための
位置決めを行い、それぞれの位置に接合金具１を配設し
て底部２を隅肉溶接により下弦材１１に接合する。同様
にして、上弦材１２も同じピッチ（但し、通常は下弦材
１１に接合した接合金具１の中間に位置するように）で
位置決めを行い、それぞれ接合金具１の底部２を隅肉溶
接により上弦材１２に接合する。

【００１７】このようにして接合金具１が接合された下
弦材１１、上弦材１２及び所定の長さに切断された斜材
１３を運搬車により現場に輸送し、例えば、下弦材１１
に接合した接合金具１の枝管３ａ，３ｂに、斜材１３の
一端を突き合わせて、それぞれ全周溶接などにより接合
する。また、上弦材１２に接合した接合金具１の枝管３
ａ，３ｂに、斜材１３の他端をそれぞれ全周溶接などに
より接合すれば、図５に示すようなパイプトラスが完成
する。なお、枝管３ａ，３ｂへの斜材１３の接合にあた
っては、両者の間に裏当金を挿入し、あるいは両者をイ
ンロー結合して全周溶接するなど、適宜の手段を用いれ
ばよい。なお、工場などで斜材１３の接合までの工程を
行ってもよい。

【００１８】上記のように構成した本発明によれば、接
合金具１の構造が簡単で下弦材１１への取付も容易であ
り、斜材１３の端部に三次元加工などを施す必要がない
ので、信頼性の高い格点構造を得ることができ、その上
工期を短縮し総工費を低減することができる。

【００１９】また、接合金具１の枝管３ａ，３ｂの交差
部に隔壁５を設けると共に、枝管３ａ，３ｂの内壁を枝
管３ａ，３ｂの軸心に対して偏心させることにより、応
力集中が発生しやすい中心部（交差部）の隔壁５の板厚
を厚くしたので、せん断力による応力が小さくなり、応
力集中を抑制することができる。

【００２０】さらに、接合金具１の中心部に隔壁５を設
けたことにより、例えば図６に示すように、一方の枝管
（例えば、３ａ）に圧縮力が、他方の枝管１３ｂに引張
り力が作用した場合、矢印Ａで示すように、応力の流れ
の大部分が隔壁５を介して枝管３ａ，３ｂ間でやり取り
するようになるため、弦材１１との溶接部に流れ込む応
力の方向を変えることができ、これにより溶接部への応
力集中を減少させることができる。

【００２１】また、接合金具１の底部２には、図２に示
すように、枝管３ａ，３ｂに連通する開口部４が設けら
れているため周壁と隔壁５以外は中空であり、弦材１１
の軸方向の剛性がきわめて小さい。このため、弦材１１
の軸力による作用応力は、図７に矢印Ｂで示すように流
れ、底部２の溶接部に応力集中が発生しにくい。

【００２２】さらに、接合金具１を鋳造によって一体に
製造することにより、格点部内に溶接を施す必要がない
ため、溶接による残留応力や変形が生じることがなく、
このため強度信頼性が向上する。また、接合金具１を鋳
造によって製造することにより、各部の形状、板厚等を
作用応力に応じて容易に変化させることができ、その
上、構造上急激な断面変化が必要な箇所でもフィレット
等を付すことにより、断面変化を和らげることができ
る。さらに、材料の使用量が少ないため、材料コストを
上げることなく応力集中を低減した接合金具１を得るこ
とができる。

【００２３】さらに、鋳造品である接合金具１を弦材１
１に接合するための開先を加工する必要がないばかりで
なく、底部２が小判状なので複雑な溶接を必要としな
い。また、斜材１３の端部は軸方向に対して直角に切断
するだけでよく、枝管３ａ，３ｂとの接合も簡単なの
で、従来技術に比べて三次元加工による切断作業や溶接
作業を大幅に減らすことができ、その上多量生産が可能
なためコストを低減できるので、総工費を低減すること
ができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明に係るトラスの格点構造は、弦材
の外形の一部に対応した形状の底部と、この底部から所
定の角度で立設された複数の中空の枝管とが一体に形成
され、枝管の交差部に隔壁が設けられた接合金具によっ
て構成したので、構造が簡単で複雑な溶接を行う必要が
なく、このため、工期が短縮し、総工費を低減すること
ができる。また、局部的な応力集中を抑制できるので、
信頼性の高い格点構造を得ることができる。

【００２５】上記の接合金具の底部を小判状に形成し、
この底部に枝管の中空部と連通する開口部を設けて、弦
材の軸方向の剛性を著しく小さくしたので、底部の近傍
に生じる弦材軸力による応力集中を低減することができ
る。

【００２６】上記の接合金具の枝管の内壁をこの枝管の
軸心に対して偏心して形成し、隔壁の板厚が厚くなるよ
うにしたので、接合金具の中心部におけるせん断力に基
づく応力が小さくなり、応力集中の発生を抑えることが
できる。

【００２７】上記の接合金具を鋳造によって構成したの
で、格点部内に溶接を施す必要がなく、このため溶接に
よる残留応力や変形を生じることがないので、強度信頼
性の高い格点構造が得られる。また、接合金具を鋳造製
とすることで、各部の形状や板厚を作用応力に応じて容
易に変化させることができ、さらに材料の使用量が少な
いため、材料コストを上げることなく応力集中を低減す
ることができる。また、多量生産が可能なので、安価な
接合金具を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の一部を断面で示した正
面図である。

【図２】図１のＩ−Ｉ断面図である。

【図３】図１の側面図である。

【図４】本発明に係る接合金具を使用したパイプトラス
の製造手順を示す説明図である。

【図５】図４の完成図である。

【図６】本発明に係る接合金具の作用説明図である。

【図７】本発明に係る接合金具を接合した弦材の作用説
明図である。

【図８】従来の格点構造の一例の説明図である。

【図９】従来の格点構造の他の例の説明図である。

【図１０】パイプトラスに作用する圧縮力及び引張り力
の説明図である。

【図１１】図１０の格点部の説明図である。

【図１２】図９の格点構造の作用説明図である。

【図１３】図９の格点構造による弦材の作用説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 接合金具 ２ 底部 ３ａ，３ｂ 枝管 ４ 開口部 ５ 隔壁 １１ 下弦材 １２ 上弦材 １３ 斜材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 真志 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 猪村 康弘 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 出間 進一 神奈川県川崎市川崎区白石町２番１号 日 本鋳造株式会社内 (72)発明者 石山 昌幸 神奈川県川崎市川崎区白石町２番１号 日 本鋳造株式会社内 Ｆターム(参考） 2D059 BB33 GG55 2E125 AA15 AA35 AB17 AG03 AG07 AG41 AG57 BB08 BB09 BB19 BB31 BB34 BB35 BC07 BC08 BD01 BE02 BF01 CA90 2E163 FB09 FB32 FB45 FB46

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弦材の外形の一部に対応した形状の底部
   と、該底部から所定の角度で立設された複数の中空の枝
   管とが一体に形成され、前記枝管の交差部に隔壁が設け
   られた接合金具によって構成したことを特徴とするトラ
   スの格点構造。
2. 【請求項２】 接合金具の底部を小判状に形成し、該底
   部に枝管の中空部と連通する開口部を設けたことを特徴
   とする請求項１記載のトラスの接合金具。
3. 【請求項３】 接合金具の枝管の内壁を該枝管の軸心に
   対して偏心して形成し、該内壁に連なる前記接合金具の
   隔壁の板厚を厚く形成したことを特徴とする請求項は１
   又は２記載のトラスの格点構造。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３の接合金具を鋳造製
   の接合金具によって構成したことを特徴とするトラスの
   格点構造。