JP2006132308A - Stiffening structure of plate-like member and column structure using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ユニットとなる鋼材を連結してなる略板状の部材の補剛構造に関するもので、特に形鋼を連結してなる略板状の部材の補剛構造及び当該補剛構造を用いた柱構造に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a stiffening structure for a substantially plate-like member formed by connecting steel members as units, and in particular, a stiffening structure for a substantially plate-like member formed by connecting shaped steels and the stiffening structure. It relates to the pillar structure.
設計の省力化、運搬・架設作業の容易化を図るため、ユニットとなる鋼材を連結して所定の板状部材を構成し、その板状部材を用いて、例えば、橋桁、柱、建築物等を製造する技術が知られている。 In order to save labor in design and facilitate transportation and erection work, the steel materials used as the unit are connected to form a predetermined plate-like member, and the plate-like member is used, for example, bridge girder, pillar, building, etc. Techniques for manufacturing are known.
例えば、橋桁においては、図8に示すようなパネル型の鋼製セグメント18をユニットとなる鋼材として構成された橋桁構造が知られている(例えば、特許文献1参照)。本技術は、溶接集成もしくは冷間曲げ成形で製作されたパネル型の鋼製セグメント18を橋軸方向と橋軸直角方向とに並べて、隣り合う鋼製セグメント18のフランジをボルトで接合することで、逆台形の開断面箱桁32を構成したものである。
また、鋼製橋脚の補強工法として,箱型断面鋼製橋脚の横断面の四隅を長手方向に沿って補強した橋脚が知られている(例えば、特許文献2参照)。
As a steel bridge pier reinforcement method, a bridge pier is known in which four corners of a transverse cross section of a box-shaped cross-section steel pier are reinforced along the longitudinal direction (see, for example, Patent Document 2).
特許文献1に開示された技術、すなわち図8に示すような逆台形の開断面箱桁32とする技術では、逆台形の開断面箱桁32に負曲げが作用すると、下フランジ12には負曲げに伴う圧縮力が作用する。この圧縮力がある力以上となると、下フランジ12は面外方向に突然に変形するという全体的な座屈を生じ、圧縮力に抵抗できなくなる。これを防ぐためにパネル型の鋼製セグメントには、継手を兼ねる補剛部33が設けられている。補剛部33を設けることで、下フランジ12に生じる座屈が補剛部33で拘束されて面外方向に変形し難くなる点を生じ、下フランジ12が局部的な座屈を生じ、大きな圧縮力に抵抗することができる。そして、この補剛部33には、十分な剛性が必要となり、十分な剛性を有しないと下フランジ12は全体的な座屈を生じ、作用する圧縮力に抵抗できなくなる。
In the technique disclosed in
しかし、パネル型の鋼製セグメント18は、溶接集成や冷間曲げ成形により製作されているため、製作コストが大きくなるという課題を有している。また鋼製セグメント18の製作に伴い、溶接集成や冷間成形による初期の曲がりが必ず生じるため、これを矯正する作業が必要になり、製作効率の点でも課題を有している。また溶接集成により降伏応力度程度の残留応力が部分的に生じることの影響により、鋼板の圧縮強度も低下するため、圧縮強度確保の点でも課題を有している。
However, since the panel-
また、鋼製セグメント18のようにユニットとなる鋼材を連結して構成された箱桁32は、継手部の数が多く、車両荷重等の影響で変動的に鋼製セグメント18相互の継手部に目開きが生じて、箱桁32の内部に雨水等が入ることが多く、一般的に箱桁32の外部より内部の塗装仕様が低減されるため、箱桁内部の鋼材が腐食し易いという問題も有していた。すなわち、ユニットとなる鋼材を連結して構成された板状部材を使用して桁や柱または建築物等を構築する際には、その継手部(連結部とも言う)における止水性の課題も有していた。
In addition, the
鋼製セグメント18の製作に既製品である形鋼を使用した場合、加工度が大幅に低減するため、製作コストの低減につながる。そして形鋼(例えば溝形構)のフランジを鋼製セグメントの補剛部を兼ねる継手として利用する場合、フランジの幅すなわち補剛部の高さは、補剛部の剛性を決める重要な因子となる。
When the ready-made shape steel is used for manufacturing the
しかし、形鋼は、製鐵所等において圧延される鋼材であるため、形鋼のフランジの幅は限られた寸法のものでしかない。特にフランジの幅が小さい形鋼を使用する場合や、要求される圧縮強度が高い場合は、補剛部としてのフランジの高さが不足するため、補剛部に必要な剛性を確保できなくなり、補剛部の剛性を向上するために、新たな補剛材を形鋼のウェブ等に溶接等で設ける必要がある。しかし新たな補剛材を設けると、鋼材を所定の寸法に切断した後、鋼材を形鋼に溶接する必要があり、作業工程が増してしまうという課題を有していた。また溶接に伴い、鋼製セグメントには初期の曲がりや残留応力といった初期不整が必ず生じる。初期の曲がりを許容値以下とするためには、矯正作業が必要となり、鋼製セグメントの加工効率化の点で課題を有していた。そしてこれらに起因して、鋼製セグメントの製作工数が増加するという課題を引き起こしていた。 However, since the shape steel is a steel material rolled in a steelworks or the like, the width of the flange of the shape steel is only limited. Especially when using a shape steel with a small flange width, or when the required compressive strength is high, the height of the flange as the stiffening part is insufficient, so the rigidity required for the stiffening part cannot be secured, In order to improve the rigidity of the stiffening portion, it is necessary to provide a new stiffening material on a shaped steel web or the like by welding or the like. However, when a new stiffening material is provided, it is necessary to weld the steel material to the shape steel after the steel material is cut to a predetermined size, and there is a problem that the work process increases. Further, with welding, initial irregularities such as initial bending and residual stress always occur in the steel segment. In order to make the initial bending below the allowable value, correction work is required, and there is a problem in terms of improving the processing efficiency of the steel segment. And it originated in these and the subject that the production man-hour of the steel segment increased was caused.
すなわち、鋼製セグメントの加工を効率化するため、形鋼を用いているにも関わらず、新たな補剛材を設ける加工が必要となるという大きな課題を有していた。 That is, in order to improve the processing of the steel segment, there is a great problem that a process for providing a new stiffening material is required in spite of using the shape steel.
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて提案されるものである。その目的は、形鋼を用いて形成したユニットとなる鋼材を連結して所定の板状部材を構成し、その板状部材を用いて、例えば、橋桁、柱、建築物等を製造する際の板状部材の補剛構造として、補剛部の剛性を比較的容易に向上することができ、板状部材の初期曲がりの矯正作業が不要又は低減できて製作効率が高く、溶接による板状部材の圧縮強度の低下を防止でき、さらに止水構造をも比較的容易に設けることが可能で、製作工数も低減することができる板状部材の補剛構造およびその構造を備えた柱構造を提供することにある。
また、特許文献2に開示された技術は、既存橋脚の耐震補強を目的とした構造で、アングル状の鋼材を橋脚の横断面の四隅に配設する必要があり、部材数や製作工数が増加してしまうという問題を有しており、本発明は、前記問題の解決可能な柱構造も提供する。
The present invention is proposed in view of the problems of the prior art. The purpose is to connect a steel material that is a unit formed using shape steel to constitute a predetermined plate member, and for example, when manufacturing a bridge girder, a pillar, a building, etc. using the plate member. As a plate-shaped member stiffening structure, the rigidity of the stiffened portion can be improved relatively easily, and the work of correcting the initial bending of the plate-shaped member is unnecessary or reduced, and the production efficiency is high, and the plate-shaped member by welding Provides a stiffening structure for a plate-like member that can prevent a decrease in compressive strength of the sheet, and can also provide a water-stopping structure relatively easily, and can reduce the number of manufacturing steps, and a column structure including the structure. There is to do.
In addition, the technique disclosed in
上記の課題を解決するために、発明者等が鋭意検討した結果、ユニットとなる鋼材に継手部となるフランジを有する形鋼を使用し、その継手間に補剛材の脚部を挟んでボルト接合して板状部材とすることで、解決できることを見出した。 In order to solve the above-mentioned problems, the inventors have intensively studied, and as a result, a steel having a flange as a joint is used as a steel material as a unit, and a stiffener leg is sandwiched between the joints. It discovered that it could solve by joining to a plate-shaped member.
この継手部となるフランジも板状部材の補剛の役割を果たし、継手間に挟む平鋼や形鋼などの補剛材と合わせて、板状部材の剛性を大きく高めることができる。
また、フランジを有する形鋼をユニットの鋼材として用いる結果、従来のような溶接集成や冷間成形に伴う初期曲がりの矯正作業も不要となり、板状部材の製作効率を向上することができる。
更に、ボルト接合とすることで、従来のような溶接による板状部材の圧縮強度の低下を防止できる。
そしてこの板状部材を使用して、橋桁、柱、建築物等を構築できる。
The flange serving as the joint portion also plays a role of stiffening the plate-like member, and the rigidity of the plate-like member can be greatly increased in combination with a stiffening material such as flat steel or shape steel sandwiched between the joints.
In addition, as a result of using the shape steel having the flange as the steel material of the unit, it is not necessary to correct the initial bending associated with conventional welding assembly or cold forming, and the production efficiency of the plate-like member can be improved.
Furthermore, by using a bolt joint, it is possible to prevent a decrease in the compressive strength of the plate-like member due to conventional welding.
And it can construct a bridge girder, a pillar, a building, etc. using this plate-shaped member.
ところで、形鋼のフランジをユニットとなる鋼板の補剛部を兼ねる継手として利用する場合、フランジの幅すなわち補剛部の高さは、補剛部の剛性を決める重要な因子となる。しかし形鋼は、圧延された形鋼のフランジの幅は限られた寸法のものでしかなく、フランジの幅が小さい場合、補剛部としての高さが低くなるため、必要な剛性を確保できなくなる。これを防ぎ補剛部の剛性を向上するために、新たな補剛材として、形鋼のフランジ高さ(幅)よりも高い、平鋼又は形鋼を両フランジ間に挟んで更なる剛性向上を図っている。 By the way, when the flange of the shape steel is used as a joint that also serves as a stiffening portion of the steel plate as a unit, the width of the flange, that is, the height of the stiffening portion is an important factor that determines the rigidity of the stiffening portion. However, the width of the flange of the rolled shape steel is limited, and when the flange width is small, the height of the stiffening section is reduced, so the necessary rigidity can be secured. Disappear. In order to prevent this and improve the rigidity of the stiffening part, as a new stiffening material, further increase the rigidity by sandwiching flat steel or shape steel between both flanges, which is higher than the flange height (width) of the shape steel I am trying.
また、継手部における止水性についても、継手部の長手方向へ渡って簡易的な止水溝を形成し、その止水溝に止水材を設けるだけで、大きく止水性を向上できるものである。
その課題解決手段の特徴は以下の通りである。
Moreover, also about the water stop in a joint part, a simple water stop groove is formed over the longitudinal direction of a joint part, and a water stop material can be greatly improved only by providing a water stop material in the water stop groove. .
The features of the problem solving means are as follows.
本第1発明は、隣り合う形鋼相互を連結してなる板状部材の補剛構造において、フランジを有し断面がコの字状又はI字状の複数の形鋼を、各形鋼のフランジ同士が隣り合うように配置すると共に、隣り合うフランジの間に、平鋼又は前記形鋼とは別個の形鋼からなる補剛材の脚部を挟んでボルト接合することを特徴とする板状部材の補剛構造である。 In the first invention, in a stiffening structure of plate-like members formed by connecting adjacent steel shapes, a plurality of steel shapes having flanges and having a U-shaped or I-shaped cross section are provided. A plate characterized by being arranged so that the flanges are adjacent to each other, and bolted by sandwiching a leg portion of a stiffener made of flat steel or a shape steel separate from the shape steel between the adjacent flanges. This is a stiffening structure of the member.
本第2発明は、第1発明の板状部材の補剛構造において、前記断面がコの字形状の形鋼が溝形鋼であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the stiffening structure for a plate-like member according to the first aspect, the section steel having a U-shaped cross section is a channel steel.
本第3発明は、前記補剛材における隣り合うフランジの間に挟まれている部分の両面又は各フランジの補剛材側の面のいずれかの長手方向にわたって止水溝を有し、該止水溝に止水材が設けられている補剛構造であることを特徴とする。 The third aspect of the present invention has a water stop groove over the longitudinal direction of either the surface of the portion sandwiched between adjacent flanges in the stiffener or the surface on the stiffener side of each flange. A stiffening structure in which a waterstop is provided in the water groove.
本第4発明は、隅角部を有し、柱長手方向に直角な断面が多角形の柱構造において、該柱の各側面の板状部材を第1発明〜第3発明のいずれかに記載の板状部材の補剛構造を備えた構造とし、かつ、該隅角部における隣り合う板状部材は、端部側に配置されている形鋼のフランジを長手方向に切断除去した端部同士を相互に溶接により連結している、または断面がコの字状又はI字状の形鋼に替えて断面がL字状の形鋼として端部同士を相互に溶接により連結していることを特徴とする。 The fourth aspect of the present invention is the columnar structure having a corner portion and a polygonal cross section perpendicular to the longitudinal direction of the column, and the plate-like member on each side surface of the column is described in any one of the first to third aspects of the present invention. The plate-like member having a stiffening structure is used, and the adjacent plate-like members at the corner portions are formed by cutting and removing the flanges of the shape steel arranged on the end side in the longitudinal direction. Are connected to each other by welding, or the ends are connected to each other by welding as L-shaped sections instead of U-shaped or I-shaped sections. Features.
本第5発明は、隅角部を有し、柱長手方向に直角な断面が多角形の柱構造において、該柱の各側面の板状部材を第1発明〜第3発明のいずれかに記載の板状部材の補剛構造を備えた構造とし、かつ該隅角部における隣り合う板状部材は、隣接する一方の形鋼のフランジと、他方の形鋼のウェブとを互いに接するように配置して接合する、または隣接する一方の形鋼のフランジと、他方の形鋼のウェブとをフィラーを介して互いに接するように配置して接合することを特徴とする。 The fifth aspect of the present invention is the columnar structure having a corner portion and a polygonal cross section perpendicular to the longitudinal direction of the column, and the plate-like member on each side surface of the column is described in any one of the first to third aspects of the present invention. The plate member is provided with a stiffening structure, and the adjacent plate members at the corners are arranged so that the adjacent flange of one section and the web of the other section are in contact with each other. The flanges of one of the structural steels that are joined together or the web of the other structural steel and the webs of the other structural steel are arranged so as to be in contact with each other via a filler.
本第6発明は、隅角部を有し、柱長手方向に直角な断面が多角形の柱構造において、該柱の各側面の板状部材を第1発明〜第3発明のいずれかに記載の板状部材の補剛構造を備えた構造とし、かつ該隅角部に、フランジ及びウェブを有し断面がコの字状又はI字状の形鋼を設置し、該ウェブは長手方向に沿って隅角部の角度に合わせて折り曲げられていることを特徴とする。 The sixth aspect of the present invention is the columnar structure having a corner portion and having a polygonal cross section perpendicular to the longitudinal direction of the column, and the plate-like member on each side of the column is described in any one of the first to third aspects of the present invention. A plate-shaped member having a stiffening structure and having a flange and a web at the corner, a U-shaped or I-shaped cross section is installed, and the web extends in the longitudinal direction. It is bent along with the angle of the corner portion along.
本第7発明は、隅角部を有し、柱長手方向に直角な断面が多角形の柱構造において、該柱の各側面の板状部材を第1発明〜第3発明のいずれかに記載の板状部材の補剛構造を備えた構造とし、かつ前記各側面の中央部に位置する板状部材を構成する形鋼のうち少なくとも1つを、該板状部材よりも降伏点が低いパネル又はブレースに替えて配置することを特徴とする。
尚、本発明の「低降伏点鋼」とは、降伏点が100N/mm2〜225N/mm2と低く、伸び性能が40%以上が保証された鋼材のことであり、例えば、(社)鋼材倶楽部で定めるLY100やLY225に相当する鋼材のことを言う。
また、本発明の「柱の各側面の中央部に位置する板状部材を構成する形鋼」とは、各側面の両端間(両隅角部間)の中央に存在する形鋼(但し、補剛材を除く)のことであり、中央が形鋼ではなく補剛材である場合は、当該補剛材を挟んでいる2つの形鋼を言う。
In a seventh aspect of the present invention, in the columnar structure having a corner portion and having a polygonal cross section perpendicular to the column longitudinal direction, the plate-like member on each side surface of the column is described in any one of the first to third aspects of the present invention. A panel having a structure having a stiffening structure for the plate-shaped member, and at least one of the structural steels constituting the plate-shaped member positioned at the center of each side surface having a lower yield point than the plate-shaped member Alternatively, it is arranged in place of the brace.
In addition, the “low yield point steel” of the present invention is a steel material having a yield point as low as 100 N / mm 2 to 225 N / mm 2 and an elongation performance of 40% or more guaranteed. The steel material corresponding to LY100 and LY225 defined in the steel material club.
In addition, the “section steel constituting the plate-like member positioned at the center of each side surface of the column” of the present invention is a section steel existing at the center between both ends (between the corners) of each side surface (however, When the center is not a shape steel but a stiffener, it means two shape steels that sandwich the stiffener.
橋桁、柱、建築物等を製造する際に、設計の省力化、運搬・架設作業の容易化を図るため、ユニットとなる鋼材を連結して所定の板状部材を構成し、その板状部材を用いて構築する技術において、本発明では、ユニットとなる鋼材にフランジを有する形鋼を使用し、隣り合う形鋼のフランジ間に平鋼又は前記形鋼とは別個の形鋼からなる補剛材を挟んでボルト接合することで、補剛部の剛性を容易に向上することができ、板状部材の初期曲がりの矯正作業が不要又は低減できて製作効率が高く、従来のような溶接による板状部材の圧縮強度の低下を防止できるという優れた効果を奏する。 When manufacturing bridge girders, pillars, buildings, etc., in order to save labor in design and facilitate transportation and erection work, a steel plate as a unit is connected to form a predetermined plate member, and the plate member In the present invention, in the present invention, in the present invention, a shape steel having a flange is used as a steel material to be a unit, and a stiffening made of a flat steel or a shape steel separate from the shape steel is provided between adjacent shape steel flanges. By bolting with the material sandwiched, the rigidity of the stiffening part can be easily improved, and the work of correcting the initial bending of the plate-like member can be eliminated or reduced, and the production efficiency is high. There is an excellent effect that a reduction in the compressive strength of the plate-like member can be prevented.
さらに、形鋼同士の接合部分において、補剛材の両面又は形鋼のフランジの補剛材側に長手方向に渡って止水溝を設け、その止水溝に止水材を設けることで、止水構造をも比較的容易に設けることが可能で、止水のための加工作業も低減することができるという効果も付与することができる。
また、隅角部を有し、柱長手方向に直角な断面が多角形の柱構造において、該柱の各側面の板状部材を、前記の板状部材の補剛構造を備えた構造とされ、かつ該隅角部における隣り合う板状部材は、端部側に配置されている形鋼のフランジを長手方向に切断除去した端部相互が溶接により連結されている柱構造とされている。
なおフランジを切断除去しなくても、山形鋼といった断面がL字状の形鋼を使用してもよい。
あるいは隅角部を有し、柱長手方向に直角な断面が多角形の柱構造において、該柱の各側面の板状部材を前記の板状部材の補剛構造を備えた構造とされ、かつ該隅角部における隣り合う板状部材は、隣接する一方の形鋼のフランジと、他方の形鋼のウェブとを互いに接するように配置し、または隣接する一方の形鋼のフランジと、他方の形鋼のウェブとをフィラーを介して互いに接するように配置して接合することにより、隅角部の強度と剛性を向上することができる。
例えば、柱構造である橋脚には、地震時に橋脚の水平方向に地震力が生じる。この地震力により橋脚の隅角部には応力が集中するが、一方の形鋼のフランジと他方の形鋼のウェブを互いに隣接させることで、板厚を大きくすることができ、隅角部の強度と剛性を向上し、柱構造の隅角部を損傷し難い構造とすることができる。
また、柱構造の該隅角部に、その一部を柱構造の断面方向に折り曲げた形鋼を使用することもでき、この場合、隅角部における溶接作業を割愛することができる。
また柱構造の各側面の板状部材を構成する形鋼のせん断強度に比べ、小さなせん断強度を有するパネルを、該形鋼に隣接するように柱構造の各側面の板状部材の中央付近に配置する。もしくは低降伏点鋼からなる一ないし複数のブレース材を柱構造の各側面の板状部材の中央付近に配し、隣接する形鋼に接合する。これらの効果として、地震時の損傷を他の形鋼に比べせん断強度が低いパネル、もしくはブレースに集約することができ、柱構造における地震時の損傷をこれらの部材に集約することができる。
Furthermore, in the joint part between the shape steel, by providing a water stop groove over the longitudinal direction on both sides of the stiffener or the stiffener side of the flange of the shape steel, and providing a water stop material in the water stop groove, It is also possible to provide a water stop structure relatively easily, and it is possible to provide an effect that processing work for water stop can be reduced.
Further, in a columnar structure having a corner portion and having a polygonal cross section perpendicular to the longitudinal direction of the column, the plate-like member on each side of the column is provided with a stiffening structure for the plate-like member. And the adjacent plate-shaped member in this corner part is made into the column structure where the edge parts which cut and removed the flange of the shape steel arrange | positioned at the edge part side by the longitudinal direction are connected by welding.
In addition, even if it does not cut and remove a flange, you may use the cross-sectional shape steel, such as angle steel.
Alternatively, in a columnar structure having a corner portion and having a polygonal cross section perpendicular to the longitudinal direction of the column, the plate-like member on each side surface of the column is provided with a stiffening structure for the plate-like member, and Adjacent plate-like members at the corners are arranged so that one adjacent section steel flange and the other section steel web are in contact with each other, or one adjacent section flange and the other By arranging and joining the shape steel webs so as to be in contact with each other via the filler, the strength and rigidity of the corner portions can be improved.
For example, an earthquake force is generated in the horizontal direction of the pier at the time of an earthquake in a pier having a column structure. This seismic force concentrates stress in the corner of the pier, but by making the flange of one section and the web of the other section adjacent to each other, the plate thickness can be increased. Strength and rigidity can be improved, and the corner portion of the column structure can be made difficult to damage.
In addition, it is possible to use a shape steel part of which is bent at the corner portion of the column structure in the cross-sectional direction of the column structure, and in this case, welding work at the corner portion can be omitted.
In addition, a panel having a small shear strength is placed near the center of the plate member on each side of the column structure so as to be adjacent to the shape steel, compared to the shear strength of the shape steel constituting the plate member on each side of the column structure. Deploy. Alternatively, one or a plurality of brace materials made of low yield point steel are arranged near the center of the plate-like member on each side surface of the column structure and joined to adjacent shape steels. As these effects, damage at the time of earthquake can be concentrated on a panel or brace having a lower shear strength than other shape steels, and damage at the time of earthquake in the column structure can be concentrated on these members.
本発明の補剛構造における補剛材は、形鋼を連結した板状部材に圧縮力が作用する場合、板状部材を補剛し、圧縮強度を高めるために設置されるものである。道路橋等においては曲げや圧縮力が作用する橋桁や橋脚のフランジやウェブに設けられる。 The stiffener in the stiffening structure of the present invention is installed in order to stiffen the plate-like member and increase the compressive strength when a compressive force acts on the plate-like members connected to the shape steel. In road bridges, they are provided on bridge girders, pier flanges and webs where bending and compressive forces act.
補剛材に必要な剛性は、板状部材の圧縮強度を必要強度以上に確保でき、この補剛材が固着される位置を基点に鋼材に局部的な座屈を生じさせ、圧縮強度を向上できるように決定される。 The rigidity required for the stiffener can ensure the compressive strength of the plate-shaped member more than the required strength, and the local stiffening of the steel material will occur from the position where this stiffener is fixed, improving the compressive strength. Determined to be able to.
本発明は、この補剛材として平鋼又は形鋼を隣接する形鋼のフランジの間に設け、これらをボルト接合により組立てることにより、溶接作業等を伴うことなく、形鋼を用いて形成した鋼製板状部材の圧縮強度を向上できるものである。 In the present invention, flat steel or section steel is provided as a stiffener between the flanges of adjacent section steels, and these are assembled by bolt joining, so that they are formed using the section steel without any welding work or the like. The compressive strength of the steel plate-like member can be improved.
以下、本発明の実施形態を、図1〜図7ならびに図9〜図17を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態の1例を示す拡大斜視図である。
この実施形態における補剛構造1は、ユニットとなる鋼材を連結して所定の板状部材を構成するにあたって、長手方向に間隔をおいて多数のボルト孔を備えたフランジ3を有し断面がコの字状又はI字状の複数の形鋼2(図では溝形鋼)を、各フランジ3同士が隣り合うように配置すると共に、このフランジ3と隣り合うフランジ3との間に、基端側となる脚部に長手方向に間隔をおいて多数のボルト孔を備えた平鋼又は形鋼からなる補剛材4(図では平鋼)を挟み、これらをボルト・ナットによるボルト接合5して板状部材とすることで構成される。
尚、溝形鋼のフランジ3の内側面に傾斜がある場合は、この傾斜部の面を補剛材4が挟まれている側のフランジ3の面と平行になるように切削するか、補剛材4が挟まれている側のフランジ3の面と平行になるように傾斜を有するあて板をフランジ3の内側面に押し当ててボルト・ナットによりボルト接合することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7 and FIGS. 9 to 17.
FIG. 1 is an enlarged perspective view showing an example of an embodiment of the present invention.
The stiffening
If the inner surface of the
補剛構造1は、図1に矢印で示す方向の圧縮力26が作用する形鋼2を用いて形成した鋼板35に全体的な座屈が生じることを防止するために設けられる構造である。
The stiffening
形鋼2はフランジ3を有し断面がコの字状又はI字状であれば良く、フランジ3を形鋼の両側に有するため、連結が可能になる。溝形鋼やH形鋼が、これらの形鋼に相当する。尚、連結して構成する板状部材の端部や、板状部材を用いて構築する構造物の角部等には、山形鋼等の断面がL字状の形鋼を用いることもできる。
The
特に、溝形鋼は、フランジ3がウェブ面に対して片面側にのみ突出しており、その背面側は突出部が無いため、連結後の背面側が略平面となり、構造物の表面として使用する場合に望ましい。
In particular, in the case of the grooved steel, the
中でもウェブ34の幅が広い傾向にある溝形鋼を使用することが、板状部材の連結数を抑えることができ、更に望ましい。
In particular, it is more desirable to use a grooved steel whose
なお、熱間圧延された溝形鋼の板厚は概ね3mm以上である。
また、本実施形態においては、形鋼2のフランジ3の間に補剛材4の脚部が挟まれている部分においては、補剛材4の脚部の両面に、形鋼の長手方向に渡って止水溝6を設けている。止水溝6は、図1のようなV型の断面形状に限らず、U型や凹型でも良い。この止水溝6の中に止水材を設けることで、本実施形態の補剛構造で構造体を構築した際に、構造体の内部に雨水等が流入することを防ぐことができる。止水材としては、断面が円形状を有するゴムや、特殊ウレタン樹脂等からなる水膨張性の止水材等が使用できる。
The thickness of the hot-rolled channel steel is approximately 3 mm or more.
Moreover, in this embodiment, in the part by which the leg part of the
止水溝6は、補剛材4の両面に設ける代わりに、形鋼2のフランジ3における補剛材4側の面に長手方向に渡って設けても構わない。
The water stop grooves 6 may be provided in the longitudinal direction on the surface of the
平鋼からなる補剛材4の巾方向一端側を脚部とし、その脚部の両面又はフランジ3に止水溝6を設ける方法としては、切削加工やアークエアーガウジングにより設けることができるし、さらに加工度を低減するためには専用のロールを用いて圧延により止水溝6を形成することもできる。なお製作性を向上するためには、形鋼に比べて寸法が小さい平鋼の方がハンドリングし易いため平鋼からなる補剛材4に止水溝6を設けることが好ましい。
One end in the width direction of the
このような補剛構造1をもつ板状部材25は、形鋼2のフランジ3部分にて連結するため、形鋼2の幅方向には、形鋼2のフランジ3を連結することで幅の拡張が容易である。
対して、形鋼2の長手方向に連結が必要な場合には、例えば図1に示すような、形鋼2の長手方向端部にボルト孔28を設け、長手方向に隣接する形鋼2の長手方向端部にも同様のボルト孔28を設けて、隣接する形鋼同士を跨ぐようにボルト孔を有する平鋼を渡してボルト接合することで連結可能である(図示せず)。この際、ボルト孔を有する平鋼は形鋼2の補剛材4が存在する面側に設けると、反対面側の板状部材に段差が生じないため好ましいが、強度が不足する場合は、形鋼2の両面側にボルト孔を有する平鋼を設けても良い。ボルト接合のため、施工性に優れた連結方法である。尚、長手方向の連結部により強度が必要な場合等では、長手方向の端部同士を溶接により連結することも可能である。
Since the plate-
On the other hand, when connection in the longitudinal direction of the
補剛材4の作用効果について図2を用いて説明する。図2は、本発明の補剛構造に圧縮力が作用した際の、座屈状況を破線で示す図である。図2における破線は局部的な座屈7を示しているが、形鋼2に矢印で示す方向の圧縮力26が作用した場合、圧縮力26がある一定の値を超えると作用する方向と直角の方向、すなわち形鋼2の面外の方向に形鋼2を用いて形成した板状部材25が突然に変形する。形鋼2の局部的な座屈7は、必要な剛性を確保した補剛構造1を設けることで、板状部材25の幅方向(または長手方向)について、破線で示す補剛構造1(または横リブ19)を節とした座屈波形を形成できる。なお横リブ19は、圧縮力26が作用する形鋼を用いて形成した板状部材25の圧縮強度(26方向の圧縮に対する強度)を高めるために設ける構造である。
The effect of the
図3は、ユニットとなる鋼材を連結した板状部材ではなく、従来の橋構造や建築構造等に使用される1枚ものの鋼板27に圧縮力26が作用した際の、座屈状況を破線で示す図である。鋼板27の幅と長さそして板厚は、圧縮力が作用する形鋼を用いて形成した板状部材25と同じであり、図2に示す形鋼2のフランジ3や平鋼等の補剛材4ならびに横リブ9は設けていない。鋼板27に圧縮力26が作用した場合、圧縮力26がある一定の値を超えると、鋼板27は圧縮力26が作用する方向と直角の方向、すなわち面外の方向に変形する。座屈の基点となるような形鋼2のフランジ3や平鋼等の補剛材4ならびに横リブ9がないため、鋼板27の4辺を基点として全体的な座屈8を生じる。そしてこの変形は、図2の変形に比べ小さい圧縮力により生じる。すなわち図3における鋼板27の圧縮強度は、圧縮力が作用する形鋼2を用いて形成した板状部材25の圧縮強度に比べて小さい。
FIG. 3 shows a buckling state when a
図4は、本発明の補剛構造を橋桁に適用した例を示した斜視図である。
形鋼2として溝形鋼を使用し、補剛材4として平鋼を用いて板状部材25を形成し、この板状部材25により、橋桁36を構築している。この実施形態における橋桁36は、逆台形型の開断面箱桁10の上端部にコンクリート床版あるいは合成床版もしくは鋼製床版といった床版11が構築されている。開断面箱桁10は形鋼2を橋軸方向と橋軸直角方向にボルト接合5により接合することで、桁の下フランジ12と桁のウェブ13ならびに桁の上フランジ14を有した逆台形型の開断面の箱断面形状が構築されている。形鋼同士を接合する継手は、形鋼のフランジ3であり、橋軸直角方向に隣接する形鋼2のフランジ3の間に平鋼からなる補剛材4の脚部を介在させるように設けて、これらをボルト接合5することで、形鋼2への溶接といった作業を要することなく、必要な剛性を確保することができる。
FIG. 4 is a perspective view showing an example in which the stiffening structure of the present invention is applied to a bridge girder.
A plate-shaped
また、平鋼の補剛材4のかわりにCT形鋼や山形鋼さらにH形鋼といった形鋼を設けていてもよい。なお橋軸方向の数m間隔には中間ダイヤフラム15を設置し、桁の断面剛性を確保することもできる。なお、形鋼2は、製鐵所等において圧延された既製品であるため、溶接集成や冷間曲げ成形は不要となり、板状部材25の製作効率を向上することができる。また桁の上フランジ14は鋼板により構築されている。
Further, instead of the
図5は、本発明の補剛構造を適用した、溝形鋼の形鋼2の間に平鋼の補剛材4を設けて構成した逆台形の開断面箱桁の断面を示すもので、特に、箱桁の長手方向において複数の板状部材を連結した際の、隣接した板状部材のボルト孔を有する端部同士をボルト孔を有する平鋼にて連結した連結部の断面を示している。なお下フランジ12の下に破線で示す波形は、下フランジ12の座屈波形である。3径間連続橋の支点付近の橋桁において負曲げが作用する場合、桁の下フランジ12には負曲げに伴う圧縮力が作用する。この圧縮力に対して形鋼2を用いて形成した鋼板35が面外方向に変形する、すなわち図5の下部に破線で示すような全体的な座屈9を生じることを防ぐために、平鋼からなる補剛材4を形鋼2の間に設けて補剛する。これにより形鋼2を用いて形成した鋼板35は、図5の下部に破線で示すような補剛構造1を端とした局部的な座屈8を生じる。全体的な座屈9を生じる場合に比べ、形鋼2を用いて形成した鋼板35は、とても大きな圧縮力に抵抗することができる。また鋼板35を橋軸方向に接続するためには、添接板30とボルト21を用いて接続することができる。
FIG. 5 shows a cross-section of an inverted trapezoidal open cross-section box girder constructed by providing a
図6は、本発明の補剛構造における補剛材に形鋼を使用した例で、図6(a)は、隣接する形鋼2のフランジ3間に断面T字状のCT形鋼16からなる補剛材4の脚部を設けた補剛構造の拡大図である。また、図6(b)は、隣接する形鋼2の間に山形鋼17の一辺からなる脚部39を補剛材4として設けた補剛構造1の拡大図である。CT形鋼16や山形鋼17からなる補剛材4は脚部39を取り付けた場合に、脚部39の反対側をフランジ40として機能させることができる部分を有しているため、平鋼を補剛材4として用いる場合に比べ剛性が高く、CT形鋼16や山形鋼17からなる補剛材4を使用した場合は、平鋼を補剛材4として用いる場合に比べ、板状部材25の圧縮に対する補剛部の剛性を大きくすることができる。
FIG. 6 shows an example in which a shape steel is used as a stiffener in the stiffening structure of the present invention. FIG. 6A shows a
図7(a)は、本発明の補剛構造を適用した柱構造を示す斜視図であり、図7(b)は図7(a)の1側面の板状部材25の拡大斜視図である。本構造においては、隅角部41を有し、長手方向に直角な断面(柱の高さ方向の垂直断面)が矩形の柱構造において、該柱の各側面の板状部材25は、3つの形鋼2(図では溝形鋼)を、各形鋼2のフランジ3同士が隣り合うように配設すると共に、隣り合うフランジ3の間に平鋼の補剛材4の脚部39を挟んでボルト・ナットによるボルト接合5している。隅角部41における隣り合う板状部材25は、端部側に配置されている形鋼2のフランジ3を長手方向に切断除去した端部相互が溶接Wにより連結されているものである。端部側に配置されている形鋼2は、フランジ3を切断除去しなくても、片側のみフランジ3を有していない山形鋼等のL字状の形鋼を用いてもよい。本構造は、圧縮力が作用する橋脚又は建築構造用の柱として適用できるものである。
FIG. 7A is a perspective view showing a column structure to which the stiffening structure of the present invention is applied, and FIG. 7B is an enlarged perspective view of the plate-
平鋼からなる補剛材4を隣り合う形鋼2のフランジ3の間に設けることで、形鋼2を用いて形成した板状部材25の圧縮強度を向上することができる。
By providing the
図9は、本発明の補剛構造を適用した、I字状の形鋼であるH形鋼31を複数個、配設して形成した板状部材25の断面を示す。この板状部材25は前述した箱断面形状の橋桁や橋脚等のフランジやウェブに使用することができる。H形鋼31のフランジ3の幅が狭い場合、圧縮力が作用する板状部材25の補剛材として機能できないため、補剛材4(この場合平鋼)を設けることで、板状部材25を補剛することができる。なお、隣り合うH形鋼31のフランジ3相互間に、平鋼からなる補剛材4の脚部39を介在させて、また、H形鋼31のフランジ3幅方向に2列のボルト孔を部材長手方向に間隔をおいて設けると共に、脚部39に2列にボルト孔を部材長手方向に設け、各H形鋼31のフランジ3と脚部39とに渡って配設されたボルト・ナットによりボルト接合5されている。また、この形態では、各H形鋼31のフランジ3に1列または間隔をおいて平行に2列等の複数列に止水溝を設けるか、平鋼等の補剛材4の脚部39に1列または間隔をおいて平行に2列等の複数列に止水溝を設け、止水溝に止水材を配置して、ボルト接合5すればよい。
FIG. 9 shows a cross section of a plate-
図10は、本発明の補剛構造を適用した柱構造の隅角部における別の実施形態を示した斜視図である。隅角部41において隣接する一方の形鋼2(図では溝形鋼)のフランジ42と他方の形鋼2’のウェブ43を重ね合わせてボルト接合44した実施例である。互いにボルト接合することにより、地震時に応力が集中する柱構造の隅角部において、板厚を増加して耐力を向上することができるとともに、一方の形鋼2のフランジ42とウェブ34は連続しているため、応力を円滑に分担することができる。
FIG. 10 is a perspective view showing another embodiment of the corner portion of the column structure to which the stiffening structure of the present invention is applied. This is an embodiment in which a
図11は,図10における隅角部41を拡大した構造を示す。形鋼の端部は製作の都合上、R形状45となっていることが多いため、R形状を切削して直角に加工してもよいし、一辺は,一方のフランジ42と他方のウェブ43を離間してボルト接合44(ボルトは省略した)し、他辺はR形状45に対面する部分を避けるように傾斜させて切断したフィラー46(詰め板)を設けてボルト接合することもできる。なお図10、11はボルト・ナットによるボルト接合44を用いた構造を示すが、接合方式として、ボルト接合を用いなくても、溶接接合もしくはリベット接合であってもよい。
FIG. 11 shows an enlarged structure of the
図14は、本発明の柱構造の隅角部において、その一部を柱構造の断面方向に折り曲げた形鋼49を使用することを特徴とする柱構造である。曲げ加工方法として、冷間曲げ加工であっても熱間曲げ加工であってもよい。
また、柱構造の別の実施形態として、各側面の中央部に位置する板状部材を構成する形鋼のうち少なくとも1つを、該板状部材よりも降伏点が低いパネル又はブレースのいずれかに替えて配置する。
例えば、図12は,本発明の補剛構造を適用した柱構造において、前記柱構造の各側面の板状部材25を構成する形鋼47の降伏点応力に比べ、小さな降伏点応力を有するパネル1枚51を、柱の側面の中央部に位置する板状部材を構成する形鋼2に替えて中央部に配置した柱構造を示す斜視図である。
ここでいう中央部に位置する板状部材25を構成する形鋼とは、各側面の両端間(両隅角部間)の中央に存在する形鋼のことであり、中央が形鋼ではなく補剛材である場合は、当該補剛材を挟んでいる2つの形鋼を言う。
一方の形鋼47の降伏点応力に比べ、小さな降伏点応力を有するパネル51を、形鋼47に隣接するように板状部材の中央付近に配置する。この結果、地震時に柱構造に生じるせん断力に対して、降伏点応力(せん断強度)が低いパネル51が、形鋼47に先んじて降伏することができる。すなわち柱構造の損傷を強度の低い鋼材に集約することができ、地震時の柱構造の損傷を制御することができる。また補剛構造1を有することにより、大きな圧縮力にも抵抗することができる。
なおパネル51は低降伏点鋼(降伏点が100N/mm2レベルもしくは225N/mm2と低く、また降伏点のばらつき範囲も非常に狭く、伸び性能は50%以上もしくは40%以上が保証された鋼材)を用いた鋼板であり、パネル51と補剛構造1は、山形鋼54を用いてボルト接合することにより接合できる。
FIG. 14 shows a column structure characterized by using a
Further, as another embodiment of the column structure, at least one of the shape steels constituting the plate member located in the center of each side surface is either a panel or a brace having a lower yield point than the plate member. Place instead of.
For example, FIG. 12 shows a panel having a small yield point stress in the column structure to which the stiffening structure of the present invention is applied, compared to the yield point stress of the
The shape steel constituting the plate-
The
Incidentally
図13は、図12におけるパネル51を板状部材25の中央部に2枚設置した柱構造を示す斜視図である。パネル51は1ないし2枚に限らず、中央部に隣接する複数枚設置してもよい。
また、各側面全てにパネル51を設けなくても良く、少なくとも1つの側面に1枚設置されていれば良い。
FIG. 13 is a perspective view showing a column structure in which two
Moreover, it is not necessary to provide the
図16は、低降伏点鋼からなる3組のブレース48を柱構造の各側面の板状部材25の中央付近に設置し、隣接する形鋼(補剛材4)に接合することを特徴とする柱構造を示す斜視図である。1組のブレース48は、形鋼2の間において対角方向に2本の構造材54を配置したものであり、設置するブレースの組数は一ないし複数であってもよいが、地震時に生じる水平力に効果的に抵抗するためには、1組のブレース48の高さ寸法55と幅寸法56を同一程度にすることが望ましい。またブレース48は形鋼(補剛材4)と溶接接合により取り付けることが好ましい。
FIG. 16 is characterized in that three sets of
図17に示す構造は、図16と同じくブレース48を用いた構造を示すが、ブレースの拘束位置を橋脚断面の隅角部49ならびに形鋼2のフランジ3および補剛材4に設けた孔50とすることで、圧縮力に対するブレース8の拘束効果を高める構造である。
The structure shown in FIG. 17 shows a
図15にブレース材の断面を示す。地震時に橋脚にせん断力が生じると、ブレース材48には、引張力ならびに圧縮力が作用する。引張力に対しては低降伏点鋼を用いることで変形性能を高めることができ、圧縮力に対してはその外周に設置された拘束材53により、低降伏点鋼52の座屈変形を防止することができる。なお拘束材53は鋼管を用い、低降伏点鋼52と拘束材53は一体化させない構造とすることができる。なお拘束材53と形鋼(補剛材4を含む)の接続は、溶接接合するまたは添接板を用いてボルト接合あるいはリベット接合する方法であっても、いずれの形式であってもよい。
FIG. 15 shows a cross section of the brace material. When a shearing force is generated on the bridge pier during an earthquake, a tensile force and a compressive force act on the
図18は、本発明の補剛構造を適用した柱構造の隅角部における別の実施形態を示した斜視図である。冷間曲げ成形された形鋼57を用いた図であり、製作効率が熱間曲げ成形と同様に良好な場合、冷間曲げ成形を用いてもよい。
FIG. 18 is a perspective view showing another embodiment of the corner portion of the column structure to which the stiffening structure of the present invention is applied. It is a figure using the shape steel 57 formed by cold bending, and when the production efficiency is as good as hot bending, cold bending may be used.
[実施例1]
本発明を適用し、形鋼2として溝形鋼を5枚用いて形成した板状部材25(図2における3枚の形鋼2を5枚とした構造)の圧縮強度を数値解析により確認した。板状部材25の板幅と板厚の比である幅厚比を100、縦横比を1(4辺単純支持)と仮定し、相対する2辺に向かい合う方向に圧縮応力を一様に負荷する条件で、計算した結果、溝形鋼のフランジ高さが溝形鋼の幅寸法の20%以下程度と低い場合、鋼材の降伏強度以下(降伏強度の7割程度の応力)で板状部材には座屈が生じてしまう。しかし溝形鋼のフランジ高さの3倍程度の平鋼からなる補剛材4を隣り合う形鋼2の互いのフランジの間に1枚ずつ合計4枚挟むことで、降伏強度程度の圧縮強度を確保することができる。
[Example 1]
Applying the present invention, the compressive strength of a plate-like member 25 (a structure having three pieces of the two
本発明により、圧縮強度の確保が図れることが明確になった。そして平鋼をボルト接合により接続できるため溶接作業等が不要となり、製作効率を向上することができ、さらに止水材を設けることもできることより、止水性をも大幅に向上することができる。
It has become clear that the present invention can ensure compressive strength. And since flat steel can be connected by bolt joining, welding work etc. become unnecessary, manufacturing efficiency can be improved, and also a water stop material can be provided, so that water stop can be greatly improved.
1 補剛構造
2、2’ 形鋼
3 形鋼のフランジ
4 平鋼又は形鋼からなる補剛材
5 ボルト接合
6 止水溝
7 局部的な座屈
8 局部的な座屈
9 全体的な座屈
10 開断面箱桁
11 床版
12 桁の下フランジ
13 桁のウェブ
14 桁の上フランジ
15 中間ダイヤフラム
16 CT形鋼
17 山形鋼
18 鋼製セグメント
19 横リブ
21 ボルト
25 板状部材
26 圧縮力
27 鋼板
28 ボルト孔
30 添接板
31 H形鋼
32 開断面箱桁
34 ウェブ
33 補剛部
35 鋼板
36 橋桁
37 ウェブ
38 フランジ
39 脚部
40 フランジ
41 隅角部
42 一方の形鋼のフランジ
43 他方の形鋼のウェブ
44 ボルト接合
45 R形状
46 フィラー
47 形鋼
48 ブレース
49 断面方向に折り曲げた形鋼
50 形鋼のフランジに設けた孔
51 パネル
52 低降伏点鋼
53 拘束材
54 構造材
55 1組のブレースの高さ寸法
56 1組のブレースの幅寸法
57 冷間曲げ成形された形鋼
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