JP2015030985A - Design method of composite structure - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a design method of a composite structure, easily executable, besides being capable of properly evaluating the burying length of a steel material of a composite structure beam of a burying form.SOLUTION: The present invention is a design method of a composite structure beam having the steel material for forming a central part and burying a part in a material end part and concrete filled in the material end part, and formed in a long size shape out of the central part of a steel frame structure and the material end part of a reinforced concrete structure. The central part is formed as an elastic rigidity S beam N11 based on the steel material, and the material end part is formed as an elastic rigidity RC beam M12 based on reinforced concrete of burying the steel material, and structural design is executed by setting an evaluation model M1 of joining the S beam and the RC beam by an elastic rigidity bending spring M13 based on rigid body rotation of the steel material.

Description

本発明は、鉄骨構造の中央部と鉄筋コンクリート構造の材端部によって梁や柱等のように長尺状に形成される複合構造体の設計方法に関するものである。   The present invention relates to a method for designing a composite structure formed in a long shape like a beam or a column by a central part of a steel structure and a material end part of a reinforced concrete structure.

梁の長スパン化を目的として梁を軽量化するに際して、中央部を自重の軽い鉄骨構造にし、柱や壁などに接合させる材端部のみ鉄筋コンクリート構造にした複合構造梁が知られている(特許文献1−3参照)。   In order to reduce the beam weight for the purpose of extending the span of the beam, a composite structure beam is known in which the center part has a light steel structure with its own weight and only the end part of the material joined to a column or wall has a reinforced concrete structure (patented) Reference 1-3).

これらの文献に開示された複合構造梁は、鉄骨の端部を鉄筋コンクリート構造の材端部に埋め込む埋込み形式となっている。そして、非特許文献1には、埋込み形式の構造力学について、モデル化して説明がなされている。   The composite structural beams disclosed in these documents are in the embedded form in which the end of the steel frame is embedded in the end of the reinforced concrete structure. In Non-Patent Document 1, the embedded structural dynamics is modeled and explained.

また、特許文献1では、材端部の端面にエンドプレートを配置して、材端部の主筋をそのエンドプレートに固定するとともに、エンドプレートと鉄骨とを力学的に一体化させた混合構造梁が開示されている。   Moreover, in patent document 1, while arranging an end plate in the end surface of a material end part, while fixing the main reinforcement of a material end part to the end plate, the mixed structure beam which integrated the end plate and the steel frame dynamically Is disclosed.

一方、特許文献2には、材端部の主筋と鉄骨とを連結させることなく力学的に一体化させた複合構造梁が開示されている。この複合構造梁においては、材端部の主筋の端部に円盤状の定着板を装着することによって主筋の定着を行っている。   On the other hand, Patent Document 2 discloses a composite structural beam in which the main reinforcement at the end of the material and the steel frame are mechanically integrated without being connected. In this composite structural beam, the main bar is fixed by attaching a disk-shaped fixing plate to the end of the main bar at the end of the material.

また、特許文献3の第5図及び第6図には、材端部の先端において、鉄骨を挟んだ上下に長方形の定着板を配置し、その定着板に主筋の先端をナットによって固定する構造が開示されている。   Further, in FIGS. 5 and 6 of Patent Document 3, a rectangular fixing plate is arranged at the top and bottom of the end of the material sandwiching the steel frame, and the tip of the main bar is fixed to the fixing plate with a nut. Is disclosed.

特開2011−231509号公報JP 2011-231509 A 特開2005−76379号公報JP 2005-76379 A 特開平1−268947号公報JP-A-1-268947

社団法人日本建築学会、「鋼コンクリート構造接合部の応力伝達と抵抗機構」、社団法人日本建築学会、2011年2月25日The Architectural Institute of Japan, “Stress transmission and resistance mechanism of steel-concrete structural joints”, The Architectural Institute of Japan, February 25, 2011

しかしながら、特許文献1−3に開示された埋込み形式の複合構造梁に対して、鉄骨が材端部に埋め込まれる長さを考慮して部材剛性を評価できる設計方法は確立されていない。   However, a design method that can evaluate the member rigidity of the embedded composite beam disclosed in Patent Documents 1-3 in consideration of the length of the steel frame embedded in the material end has not been established.

また、特許文献3では、複合構造梁の挙動を確認する実験を行った結果を第12図に力と変形との関係で示しているが、汎用の構造設計プログラムは、負担曲げモーメントと部材変形角の関係から導かれる弾性剛性などを入力値とするため、そのまま設計実務に適用することができない。   Further, in Patent Document 3, the result of the experiment for confirming the behavior of the composite structural beam is shown in FIG. 12 as the relationship between force and deformation. Since the elastic stiffness derived from the angular relationship is used as an input value, it cannot be applied to design practice as it is.

そこで、本発明は、埋込み形式の複合構造梁の鋼材の埋設される長さが適切に評価できるうえに、容易に実行可能な複合構造体の設計方法を提供することを目的としている。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a composite structure design method that can be easily evaluated in addition to the appropriate evaluation of the embedded length of the steel material of the embedded composite structural beam.

前記目的を達成するために、本発明の複合構造体の設計方法は、中央部を形成するとともに材端部に一部が埋設される鋼材と、前記材端部に前記鋼材と略平行に配置される主筋と、前記鋼材及び前記主筋を囲むように軸方向に間隔を置いて複数配置されるせん断補強筋と、前記材端部に充填されるコンクリートとを備えた、鉄骨構造の中央部と鉄筋コンクリート構造の材端部とによって長尺状に形成される複合構造体の設計方法であって、前記中央部を前記鋼材に基づく弾性剛性の棒状の鉄骨モデルとするとともに、前記材端部を前記鋼材が埋設された鉄筋コンクリートに基づく弾性剛性の棒状の鉄筋コンクリートモデルとし、前記鉄骨モデルと前記鉄筋コンクリートモデルとを、前記鋼材の剛体回転に基づく弾性剛性の曲げバネによって結合させた評価モデルを設定し、前記評価モデルを使って構造設計を行うことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a method for designing a composite structure of the present invention includes a steel material that forms a central portion and is partially embedded in a material end portion, and is disposed substantially parallel to the steel material at the material end portion. A central portion of the steel structure, comprising: a main reinforcing bar, a plurality of shear reinforcing bars arranged at intervals in the axial direction so as to surround the steel material and the main reinforcing bar, and concrete filled in the end of the steel member; A method for designing a composite structure formed in a long shape by a material end portion of a reinforced concrete structure, wherein the central portion is an elastic rigid rod-shaped steel model based on the steel material, and the material end portion is An elastic-rigid rod-shaped reinforced concrete model based on reinforced concrete with embedded steel is used, and the steel frame model and the reinforced concrete model are connected by an elastic-rigid bending spring based on the rigid body rotation of the steel. Set the evaluation model is characterized by performing structural design using the evaluation model.

また、前記中央部と前記材端部との境界に境界プレートが配置され、前記主筋の先端が前記境界プレートに固定される複合構造体であってもよい。さらに、前記鉄筋コンクリートモデルの弾性剛性を表す式には、材端部に埋設される鋼材の長さを含ませることができる。   Further, a composite structure in which a boundary plate is disposed at a boundary between the central portion and the material end portion, and a tip of the main bar is fixed to the boundary plate may be used. Further, the expression representing the elastic rigidity of the reinforced concrete model can include the length of the steel material embedded in the material end.

そして、前記複合構造体の細部仕様に変更がある場合に、変更に対応した基準モデルを梁理論に基づいて展開して得られる前記鉄筋コンクリートモデル及び曲げバネの弾性剛性に変更して前記評価モデルを設定することができる。細部仕様によっては、前記曲げバネの弾性剛性のみを変更して前記評価モデルを設定することができる。例えば、前記境界プレートと前記鋼材とが溶接によって接合されている場合は、前記境界プレートの位置に連続条件を設定して、前記曲げバネの弾性剛性を求めることができる。   Then, when there is a change in the detailed specifications of the composite structure, the evaluation model is changed by changing the reference model corresponding to the change to the reinforced concrete model obtained by developing based on the beam theory and the elastic rigidity of the bending spring. Can be set. Depending on the detailed specifications, only the elastic rigidity of the bending spring can be changed to set the evaluation model. For example, when the boundary plate and the steel material are joined by welding, a continuous condition can be set at the position of the boundary plate to determine the elastic rigidity of the bending spring.

これに対して、境界プレートがない場合や前記境界プレートと前記鋼材とを力学的に一体化させない場合は、前記鋼材の終端の位置に連続条件を設定して、前記曲げバネの弾性剛性を求めることができる。   On the other hand, when there is no boundary plate or when the boundary plate and the steel material are not dynamically integrated, a continuous condition is set at the end position of the steel material to obtain the elastic rigidity of the bending spring. be able to.

また、前記鉄筋コンクリートモデル、曲げバネ又は鉄骨モデルの少なくとも一つに、非線形挙動を設定することができる。例えば、前記曲げバネの非線形挙動は、前記鉄筋コンクリートモデルの非線形挙動と同等のトリリニア型に設定することができる。さらに、非線形挙動時の塑性ヒンジが、前記材端部の終端又は前記鋼材の埋込み始端のいずれに発生するかを力と変形の関係から判定させることができる。   In addition, nonlinear behavior can be set in at least one of the reinforced concrete model, the bending spring, or the steel frame model. For example, the nonlinear behavior of the bending spring can be set to a trilinear type equivalent to the nonlinear behavior of the reinforced concrete model. Furthermore, it can be determined from the relationship between force and deformation whether the plastic hinge at the time of non-linear behavior is generated at the end of the end of the material or the embedding start of the steel.

このように構成された本発明の複合構造体の設計方法では、埋込み形式の複合構造梁の鋼材の埋設される長さが適切に評価できる。また、鉄骨モデルと鉄筋コンクリートモデルとを曲げバネによって結合させた評価モデルを使って弾性剛性や復元力特性を求めることで、その後の各種設計を容易に実行できるようになる。   In the composite structure designing method of the present invention configured as described above, the embedded length of the steel material of the embedded composite structural beam can be appropriately evaluated. Further, by obtaining an elastic stiffness and a restoring force characteristic using an evaluation model in which a steel model and a reinforced concrete model are coupled by a bending spring, various subsequent designs can be easily executed.

本発明の実施の形態の複合構造梁の評価モデルを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the evaluation model of the composite structure beam of embodiment of this invention. 複合構造梁の設計の流れを説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the flow of design of a composite structure beam. 複合構造梁の構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the structure of the composite structure beam. 柱間に複合構造梁が架け渡された梁柱構造物の構成を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the structure of the beam pillar structure in which the composite structural beam was spanned between the pillars. 複合構造梁の構成を説明する図であって、(a)は図3のA−A矢視方向で見た断面図、(b)は図3のB−B矢視方向で見た断面図である。It is a figure explaining the structure of a composite structure beam, Comprising: (a) is sectional drawing seen in the AA arrow direction of FIG. 3, (b) is sectional drawing seen in the BB arrow direction of FIG. It is. 評価モデルを導くために参照する基準モデルの構成と曲げモーメント図とせん断力図とを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the structure of the reference | standard model referred in order to guide | lead an evaluation model, a bending moment figure, and a shear force figure. (a)複合構造梁全体のたわみと基準モデルの各構成のたわみを示した説明図である。(b)基準モデルのたわみの構成成分を説明する説明図である。(A) It is explanatory drawing which showed the deflection | deviation of the whole composite structure beam, and the deflection | deviation of each structure of a reference | standard model. (B) It is explanatory drawing explaining the structural component of the bending of a reference | standard model. 基準モデルの鉄筋コンクリート部分のたわみと負担曲げモーメントを示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the bending of the reinforced concrete part of the reference | standard model, and the burden bending moment. 連続条件を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining a continuous condition. 評価モデルの非線形挙動を説明する図であって、(a)は力と変形との関係で示した説明図、(b)は曲げモーメントと部材変形角との関係で示した説明図である。It is a figure explaining the nonlinear behavior of an evaluation model, Comprising: (a) is explanatory drawing shown by the relationship between force and a deformation | transformation, (b) is explanatory drawing shown by the relationship between a bending moment and a member deformation angle. 実施例1の複合構造梁の構成を説明する図であって、(a)は断面図(図3のA−A矢視方向参照)、(b)は断面図(図3のB−B矢視方向参照)である。It is a figure explaining the structure of the composite structure beam of Example 1, Comprising: (a) is sectional drawing (refer AA arrow direction of FIG. 3), (b) is sectional drawing (BB arrow of FIG. 3). Viewing direction). 実施例1の連続条件を説明する説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining continuous conditions of Example 1. 評価モデルを実験結果と対比して検証する図であって、(a)は本実施の形態の評価モデルの検証結果を示したグラフ、(b)は実施例1の評価モデルの検証結果を示したグラフである。It is a figure which verifies an evaluation model in contrast with an experimental result, Comprising: (a) is the graph which showed the verification result of the evaluation model of this Embodiment, (b) shows the verification result of the evaluation model of Example 1. It is a graph. 評価モデルの塑性ヒンジの形成位置による違いを説明する図であって、(a)はRCヒンジ形式の検証結果を示したグラフ、(b)はSヒンジ形式の検証結果を示したグラフである。It is a figure explaining the difference by the formation position of the plastic hinge of an evaluation model, (a) is a graph which showed the verification result of RC hinge form, (b) is a graph which showed the verification result of S hinge type. 実施例4の複合構造梁の構成、及びその評価モデルを導くために参照する基準モデルの構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the structure of the composite model beam of Example 4, and the structure of the reference | standard model referred in order to guide | lead the evaluation model.

以下、本発明の実施の形態の複合構造体の設計方法について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態の複合構造体の設計方法で使用される評価モデルM1を説明する図である。また、図2は、一般的な構造設計の流れを説明する図である。   Hereinafter, a method for designing a composite structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining an evaluation model M1 used in the composite structure design method of the present embodiment. Moreover, FIG. 2 is a figure explaining the flow of a general structural design.

構造設計には、中小地震を対象として弾性剛性の範囲内で検討が行われる一次設計と、大地震を対象として重大な損傷がなく崩壊しないように復元力特性(非線形挙動)を考慮して行われる二次設計とがある。   In the structural design, the primary design is studied within the range of elastic stiffness for small and medium-sized earthquakes, and the restoring force characteristics (nonlinear behavior) are taken into consideration for large earthquakes so that they do not collapse without significant damage. There is a secondary design called.

ここで、後述する複合構造体を設計するに際しては、「弾性剛性」や「復元力特性」が的確に示されていれば、それらを使って一次設計や二次設計を適切に行っていくことができる。そこで、本実施の形態の複合構造体の設計方法において使用される、「弾性剛性」及び「復元力特性」を導き出すための評価モデルM1について、以下で説明する。   Here, when designing a composite structure to be described later, if “elastic stiffness” and “restoring force characteristics” are accurately shown, the primary design and secondary design should be appropriately performed using them. Can do. Therefore, an evaluation model M1 for deriving “elastic stiffness” and “restoring force characteristics” used in the method for designing a composite structure of the present embodiment will be described below.

まず、設計対象となる複合構造体としての複合構造梁1及びそれが設けられる建築物としての梁柱構造物2の構成について、図3−5を参照しながら説明する。   First, the configuration of the composite structural beam 1 as a composite structure to be designed and the beam pillar structure 2 as a building on which the composite structural beam 1 is provided will be described with reference to FIGS.

図4は、梁柱構造物2の全体構成を示した斜視図である。この梁柱構造物2は、鉄筋コンクリート構造の間隔を置いて構築される2本の柱21,21の上部間に、複合構造梁1が架け渡された構成となっている。   FIG. 4 is a perspective view showing the overall configuration of the beam post structure 2. The beam pillar structure 2 has a structure in which the composite structural beam 1 is bridged between the upper parts of two pillars 21 and 21 constructed with a space between reinforced concrete structures.

この複合構造梁1は、柱21の上部側面に接合させる材端部12と、材端部12,12間の中央部11とによって長尺状に形成される。また、材端部12は鉄筋コンクリート構造であり、中央部11は鉄骨構造となっている。すなわち、鉄筋コンクリート構造となる先端121から終端122までが材端部12となり、鉄骨構造となる材端部12の先端121,121間が中央部11となる。   The composite structural beam 1 is formed in an elongated shape by a material end portion 12 to be joined to the upper side surface of the column 21 and a central portion 11 between the material end portions 12 and 12. Moreover, the material edge part 12 is a reinforced concrete structure, and the center part 11 has a steel frame structure. In other words, the material end 12 is from the tip 121 to the end 122 that is a reinforced concrete structure, and the center 11 is between the tips 121 and 121 of the material end 12 that is a steel structure.

中央部11を形成する鉄骨3は、一対の平行なフランジ31,32がウエブ33によって連結された鋼材である。例えば、H形鋼材、I形鋼材、溝形鋼材などが使用できる。以下では、H形鋼材によって形成される鉄骨3を適用する場合について説明する。   The steel frame 3 forming the central portion 11 is a steel material in which a pair of parallel flanges 31 and 32 are connected by a web 33. For example, H-shaped steel materials, I-shaped steel materials, groove-shaped steel materials, and the like can be used. Below, the case where the steel frame 3 formed with an H-shaped steel material is applied is demonstrated.

中央部11は、図3に示すように鉄骨3の露出部3aに相当する。また、鉄骨3の端部は、埋設部3bとして材端部12に埋め込まれる。よって、材端部12は、鉄骨3の埋設部3bが埋め込まれているため、詳細にいえば一部が鉄骨鉄筋コンクリート構造になり得るといえる。   The central portion 11 corresponds to the exposed portion 3a of the steel frame 3 as shown in FIG. Moreover, the edge part of the steel frame 3 is embedded in the material edge part 12 as the burying part 3b. Therefore, it can be said that part of the material end portion 12 can have a steel-frame reinforced concrete structure because the embedded portion 3b of the steel frame 3 is embedded.

そして、中央部11と材端部12との境界、換言すると材端部12の先端121には、境界プレート4が配置される。   The boundary plate 4 is disposed at the boundary between the central portion 11 and the material end portion 12, in other words, at the tip 121 of the material end portion 12.

この境界プレート4は、図3のA−A矢視方向で見た断面図である図5(a)に示すように、鉄骨3の外周を囲繞するように配置される。例えば、境界プレート4は、材端部12の端面形状と略同じ長方形の鋼板の中央に、鉄骨3の外形に合わせた穴をくり抜くことによって形成される。   The boundary plate 4 is disposed so as to surround the outer periphery of the steel frame 3 as shown in FIG. 5A, which is a cross-sectional view taken in the direction of arrows AA in FIG. For example, the boundary plate 4 is formed by punching a hole in accordance with the outer shape of the steel frame 3 in the center of a rectangular steel plate that is substantially the same as the end face shape of the material end portion 12.

また、境界プレート4とそれに貫通させた鉄骨3とは、溶接41によって接合される。溶接41は、図5(a)に示すように、鉄骨3の全周に沿って行われる。なお、溶接41は、所望する強度に達するのであれば、部分的に行うだけでもよい。   Further, the boundary plate 4 and the steel frame 3 penetrated through the boundary plate 4 are joined by welding 41. As shown in FIG. 5A, the welding 41 is performed along the entire circumference of the steel frame 3. The welding 41 may be performed only partially if the desired strength is reached.

また、鉄骨3の露出部3aと埋設部3bとを別々の鋼材によって形成する場合は、材端部12の端面形状と略同じ長方形の上述したような鉄骨3のくり抜きのない鋼板を境界プレート4にして、その両側から露出部3aと埋設部3bとをそれぞれつき合わせて溶接接合させればよい。   Further, when the exposed portion 3a and the embedded portion 3b of the steel frame 3 are formed of different steel materials, the above-described steel plate 3 that is not cut out of the steel frame 3 and has the same rectangular shape as the end surface shape of the material end portion 12 is used as the boundary plate 4. Then, the exposed portion 3a and the embedded portion 3b may be brought into contact with each other from both sides and welded together.

そして、材端部12に埋設される鉄骨3の終端3cは、図3に示すように柱21との接合面(材端部12の終端122)より少し中央部11側に位置する。また、材端部12には、鉄骨3と略平行に主筋5A,5B,5C,5D,5E,5Fが配置される。   Then, the end 3c of the steel frame 3 embedded in the material end 12 is located slightly closer to the center 11 than the joint surface (the end 122 of the material end 12) with the column 21 as shown in FIG. Further, main bars 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, and 5F are arranged on the material end portion 12 substantially parallel to the steel frame 3.

この主筋5A−5Fは、柱21の内部に定着される。図3では、主筋5A−5Fの柱21内の端部(終端)に定着板を装着した形態を図示しているが、これに限定されるものではなく、端部をフック状に加工した形態であってもよい。   The main bars 5A-5F are fixed inside the column 21. FIG. 3 illustrates a form in which the fixing plate is attached to the end (end) in the column 21 of the main bar 5A-5F. However, the present invention is not limited to this, and the end is processed into a hook shape. It may be.

材端部12に接合させる柱21は、鉛直方向に立設される複数の主筋21a,・・・と、その外周を囲むとともに鉛直方向に間隔を置いて複数設置されるせん断補強筋21b,・・・と、コンクリート21cとによって、四角柱状に成形される。   The column 21 to be joined to the material end portion 12 includes a plurality of main reinforcing bars 21a erected in the vertical direction, and a plurality of shear reinforcement bars 21b surrounding the outer periphery and spaced apart in the vertical direction. .. and is formed into a quadrangular prism shape by the concrete 21c.

そして、主筋5A−5Fの柱21側に突出する部分は、柱21の主筋21a,・・・やせん断補強筋21b,・・・に干渉しないように配置され、コンクリート21cによって一体化される。   And the part which protrudes to the pillar 21 side of the main reinforcement 5A-5F is arrange | positioned so that it may not interfere with the main reinforcement 21a, ... of the pillar 21, and the shear reinforcement 21b, ..., and is integrated by the concrete 21c.

一方、主筋5A−5Fの中央部11側の端部となる先端52は、図5(a)に示すように、境界プレート4にナット51を介して固定される。また、図3に示すように境界プレート4を挟んだ材端部12側にもナット51aが装着される。すなわち、2つのナット51,51aで境界プレート4を挟持させることによって、主筋5A−5Fの先端52を境界プレート4に固定したことになる。   On the other hand, the tip 52 that is the end of the main muscle 5A-5F on the central portion 11 side is fixed to the boundary plate 4 via a nut 51, as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 3, a nut 51a is also mounted on the material end 12 side with the boundary plate 4 interposed therebetween. That is, the front end 52 of the main bars 5A-5F is fixed to the boundary plate 4 by sandwiching the boundary plate 4 with the two nuts 51, 51a.

なお、図3,5に示すように、鉄骨3の上側のフランジ31の上方に配置されるのを主筋5A,・・・、そのフランジ31の両横に配置されるのを主筋5C,5Cとする。また、鉄骨3の下側のフランジ32の下方に配置されるのを主筋5B,・・・、そのフランジ32の両横に配置されるのを主筋5D,5Dとする。さらに、フランジ31の内側となる下方、換言するとウエブ33の上部の両横に配置されるのを主筋5E,5Eとする。そして、フランジ32の内側となる上方、換言するとウエブ33の下部の両横に配置されるのを主筋5F,5Fとする。   3 and 5, the main bars 5A are arranged above the upper flange 31 of the steel frame 3, and the main bars 5C and 5C are arranged on both sides of the flange 31. To do. Also, the main bars 5B are arranged below the flange 32 on the lower side of the steel frame 3, and the main bars 5D and 5D are arranged on both sides of the flange 32. Further, the main bars 5E and 5E are arranged below the flange 31, in other words, on both sides of the upper portion of the web 33. The main bars 5F, 5F are arranged on the upper side inside the flange 32, in other words, on both sides of the lower side of the web 33.

これらの主筋5A−5Fは、図3のB−B矢視方向で見た断面図である図5(b)に示すように、材端部12の内部においても鉄骨3の内側と外側の両方に配置される。   These main bars 5A-5F are both inside and outside of the steel frame 3 inside the material end portion 12 as shown in FIG. 5 (b) which is a cross-sectional view seen in the direction of arrows BB in FIG. Placed in.

そして、鉄骨3及び主筋5A−5Fを囲むようにせん断補強筋6,6が配置される。この図5(b)では、鉄骨3の部分がラップするように左右にずらしてせん断補強筋6,6を配置しているが、これに限定されるものではない。   And the shear reinforcement bars 6 and 6 are arrange | positioned so that the steel frame 3 and the main bars 5A-5F may be enclosed. In FIG. 5B, the shear reinforcement bars 6 and 6 are arranged so as to be shifted left and right so that the steel frame 3 wraps, but the present invention is not limited to this.

このようなせん断補強筋6は、図3に示すように複合構造梁1(材端部12)の軸方向に一定の間隔を置いて複数、配置される。このせん断補強筋6の間隔は、材端部12に作用するせん断力に基づいて算定される。   As shown in FIG. 3, a plurality of such shear reinforcement bars 6 are arranged at a constant interval in the axial direction of the composite structural beam 1 (material end portion 12). The interval between the shear reinforcing bars 6 is calculated based on the shearing force acting on the material end 12.

そして、鉄骨3の終端3c付近には、集中補強筋7が配置される。この集中補強筋7は、他の箇所に設置されるせん断補強筋6の間隔を狭くすることによって形成できる。また、螺旋状に成形された鉄筋を使って集中補強筋7とすることもできる。   A concentrated reinforcing bar 7 is disposed in the vicinity of the terminal end 3 c of the steel frame 3. The concentrated reinforcing bar 7 can be formed by narrowing the interval between the shear reinforcing bars 6 installed at other locations. Moreover, it can also be set as the concentrated reinforcement bar 7 using the reinforcing bar formed in the spiral shape.

次に、本実施の形態の複合構造梁1の設計方法に使用する評価モデルM1について説明する。   Next, the evaluation model M1 used for the design method of the composite structure beam 1 of this Embodiment is demonstrated.

まず、評価モデルM1を導くための基準モデルM0について、図6を参照しながら説明する。この基準モデルM0は、上述した複合構造梁1に基づいて作成される。   First, the reference model M0 for deriving the evaluation model M1 will be described with reference to FIG. The reference model M0 is created based on the composite structural beam 1 described above.

基準モデルM0は、材端部12の鉄筋コンクリート部分を梁状(棒状)にモデル化したRC部材M8と、鉄骨3を梁状(棒状)にモデル化したS部材M3とによって構成される。   The reference model M0 includes an RC member M8 in which the reinforced concrete portion of the material end 12 is modeled in a beam shape (bar shape), and an S member M3 in which the steel frame 3 is modeled in a beam shape (bar shape).

S部材M3は、材端部12への埋込み始端M31と終端M32とを、RC部材M8上にピン支持させる。ここで、埋込み始端M31は、材端部12の先端M121に設けられる。   The S member M3 pin-supports the embedding start end M31 and the end M32 in the material end portion 12 on the RC member M8. Here, the embedding start end M31 is provided at the tip M121 of the material end portion 12.

また、材端部12の柱21との接合面となる終端M122は、固定端とする。さらに、S部材M3の自由端M33には、下向きの集中荷重Qを作用させる。すなわち、図4に示した梁柱構造物2の中央部11を軸方向の中央で切断した、片持ち梁状の基準モデルM0を作成する。   In addition, a terminal end M122 that becomes a joint surface of the material end portion 12 with the column 21 is a fixed end. Further, a downward concentrated load Q is applied to the free end M33 of the S member M3. That is, the cantilever-shaped reference model M0 is created by cutting the central portion 11 of the beam post structure 2 shown in FIG. 4 at the center in the axial direction.

図6の中段には、集中荷重Qによって基準モデルM0に生じる負担曲げモーメントM(x)を分布図として示している。ここでは、複合構造梁1の軸方向をx方向とし、材端部12の先端M121(S部材M3の埋込み始端M31)位置をx=0とし、固定端(材端部12の終端M122)側を正方向、自由端M33側を負方向とした。また、材端部12の長さ(先端M121と終端M122との距離)をrcl、鉄骨3の埋設部3bの長さ(埋込み始端M31と終端M32との距離)をslb、鉄骨3の露出部3aの長さ(埋込み始端M31と自由端M33との距離)をslnとした。 In the middle part of FIG. 6, a burden bending moment M (x) generated in the reference model M0 by the concentrated load Q is shown as a distribution diagram. Here, the axial direction of the composite structural beam 1 is the x direction, the position of the tip M121 of the material end 12 (embedding start end M31 of the S member M3) is x = 0, and the fixed end (the end M122 of the material end 12) side. Is the positive direction and the free end M33 side is the negative direction. The length of the Zaitan portion 12 (tip M121 and end M122 and distance) and rc l, the length of the embedded portion 3b of Steel 3 (the distance between the buried start M31 and terminal M32) a s l b, steel 3 the length of the exposed portion 3a (the distance embedded start M31 and free end M33) was s l n of.

全体の負担曲げモーメントM(x)は、S部材M3が負担する負担曲げモーメントsM(x)と、RC部材M8が負担する負担曲げモーメントrcM(x)との和となる。一方、図6の下段には、中段の負担曲げモーメントM(x),sM(x),rcM(x)の勾配から導き出された負担せん断力Q(x),sQ(x),rcQ(x)の分布図を示している。 The total burden bending moment M (x) is the sum of the burden bending moment s M (x) borne by the S member M3 and the burden bending moment rc M (x) borne by the RC member M8. On the other hand, the lower part of FIG. 6, middle burden bending moment M (x), s M ( x), rc borne shearing force derived from the slope of M (x) Q (x) , s Q (x), The distribution map of rc Q (x) is shown.

この基準モデルM0を用いて、自由端M33に集中荷重Qが作用したときの複合構造梁1全体のたわみ曲線δ(x)、及び自由端M33におけるたわみδ=δ(-sln)を導出する方法についての検討を行う。 Using this reference model M0, the deflection curve δ (x) of the entire composite structural beam 1 when the concentrated load Q acts on the free end M33 and the deflection δ = δ ( −s l n ) at the free end M33 are derived. Consider how to do it.

以下では、複合構造梁1のたわみ曲線δ(x)は、図7(a)に示すように、RC部材M8のたわみ曲線rcδ(x)と、S部材M3のたわみ曲線 sδ(x)とから成ると考え、以下の式1のように書き表すこととする。 In the following, the deflection curve of the composite beam 1 [delta] (x), as shown in FIG. 7 (a), the deflection curve of the RC member M8 rc [delta] and (x), the deflection curve of the S member M3 s δ (x) The following formula 1 is assumed to be written.



また、これらのたわみ曲線δ(x)、rcδ(x)、sδ(x)を微分して得られる導関数を、それぞれのたわみ角θ(x)、rcθ(x)、sθ(x)と定義する。さらに、埋込み形式の複合構造梁1の自由端(M33)におけるたわみδを構成するS部材M3の変形量sδ(=δ(-sln) - δ(0))は、図7(b)に示すように、「RC部材M8の回転による変形sδr」と「S部材M3の弾性変形によるたわみsδe」とに分解できる。 Also, the derivatives obtained by differentiating these deflection curves δ (x), rc δ (x), s δ (x) are converted into the respective deflection angles θ (x), rc θ (x), s θ ( x). Further, the deformation amount s δ (= δ ( −s l n ) −δ (0)) of the S member M3 constituting the deflection δ at the free end (M33) of the embedded composite structural beam 1 is shown in FIG. ), It can be decomposed into “deformation s δ r due to rotation of RC member M8” and “deflection s δ e due to elastic deformation of S member M3”.

ここに、sδrが、RC部材M8の先端M121となるx = 0におけるS部材M3のたわみ角sθ(0)を用いて、次の式2として表現されることは幾何学的に自明であり、またsδeは、梁理論により式3で表すことができる。
Here, it is geometrically obvious that s δ r is expressed as the following equation 2 using the deflection angle s θ (0) of the S member M3 at x = 0 that becomes the tip M121 of the RC member M8. S δ e can be expressed by Equation 3 according to the beam theory.

ここで、sEはS部材M3のヤング係数、sIはS部材M3の断面2次モーメントを示す。 Here, s E represents the Young's modulus of the S member M3, and s I represents the cross-sectional second moment of the S member M3.

一方、このときのRC部材M8に作用している力、及びこれに伴うたわみ曲線rcδ(x)、並びにその曲げモーメント分布図を詳細に示すと、図8に示すようになる。 On the other hand, FIG. 8 shows the force acting on the RC member M8 at this time, the bending curve rc δ (x) associated therewith, and the bending moment distribution diagram thereof in detail.

基準モデルM0で考える場合、自由端M33でS部材M3に作用している集中荷重Qは、S部材M3の埋込み始端M31と終端M32の位置に配置されたピンを介してRC部材M8に伝達される。   Considering the reference model M0, the concentrated load Q acting on the S member M3 at the free end M33 is transmitted to the RC member M8 via the pins arranged at the positions of the embedded start end M31 and the end M32 of the S member M3. The

このため、RC部材M8のたわみ曲線rcδ(x)は、この応力条件に対して求められる必要があり、これを梁理論に基づいて解くことで、以下の式4が得られる。
For this reason, the deflection curve rc δ (x) of the RC member M8 needs to be obtained with respect to this stress condition, and the following expression 4 is obtained by solving this based on the beam theory.

ここで、cEはコンクリートのヤング係数、rcIeはRC部材M8の等価断面2次モーメントを示しており、rcIeは、鉄骨3の埋設部3bによる断面積の欠損は考慮していないが、鉄筋の影響は考慮している。 Here, c E represents the Young's modulus of concrete, rc I e represents the equivalent moment of inertia of the RC member M8, and rc I e does not consider the loss of the cross-sectional area due to the embedded portion 3b of the steel frame 3 However, the effect of reinforcing bars is taken into account.

また、その導関数であるたわみ角rcθ(x)は、次の式5と書き表される。
Further, the deflection angle rc θ (x) which is a derivative thereof is expressed as the following Expression 5.

ここで、式4が、式1の第一式に相当する。また、この式4より、自由端M33に作用する集中荷重QとRC部材M8の先端M121におけるたわみrcδ = rcδ(0)の関係を、次の式6として表現することができる。
Here, Expression 4 corresponds to the first expression of Expression 1. Further, from this equation 4, the relationship between the concentrated load Q acting on the free end M33 and the deflection rc δ = rc δ (0) at the tip M121 of the RC member M8 can be expressed as the following equation 6.

続いて、RC部材M8とピンを介して接合されるS部材M3のたわみ曲線sδ(x)を、ここまでに展開してきたRC部材M8の変形との連続条件を利用して求める。本実施の形態の複合構造梁1は、図5(a)に示したように、鉄骨3と境界プレート4とが溶接41によって接合されている。 Subsequently, the deflection curve s δ (x) of the S member M3 joined to the RC member M8 via a pin is obtained using the continuous condition with the deformation of the RC member M8 developed so far. In the composite structural beam 1 according to the present embodiment, the steel frame 3 and the boundary plate 4 are joined by welding 41 as shown in FIG.

このため、図9に示すように、RC部材M8とS部材M3とが溶接で一体化された埋込み始端M31の位置(x = 0)で一体挙動すると考え、RC部材M8の先端M121の位置でもあるx = 0に配置したピンにて、双方のたわみ曲線がたわみ角も含めて連続すると仮定する。   For this reason, as shown in FIG. 9, it is considered that the RC member M8 and the S member M3 behave integrally at the position (x = 0) of the embedded start end M31 where the RC member M8 and the S member M3 are integrated by welding, and even at the position of the tip M121 of the RC member M8. Assume that at a pin located at x = 0, both deflection curves are continuous, including the deflection angle.

すなわち、この場合のS部材M3のたわみ曲線sδ(x)とその導関数であるたわみ角sθ(x)は、sδ(0) = rcδ(0)及びsθ(0) = rcθ(0)を初期条件とした梁理論によって求めることができ、それぞれを以下の式7と式8として表すことができる。
That is, in this case, the deflection curve s δ (x) of the S member M3 and the deflection angle s θ (x) which is a derivative thereof are expressed as s δ (0) = rc δ (0) and s θ (0) = rc It can be obtained by beam theory with θ (0) as an initial condition, and can be expressed as the following equations 7 and 8.

式7の第二式が、式1の第二式に相当する。すなわち、この式にx = - slnを代入することで得られるたわみsδ(- sln)が、複合構造梁1の自由端(M33)におけるたわみδ = δ(- sln) となる。そして、この値からrcδ = rcδ(0)を減じた値が、図7(b)に示したsδとなる。 The second expression of Expression 7 corresponds to the second expression of Expression 1. That, x = to the formula - s l n deflection obtained by substituting s δ (- s l n) is the deflection at the free end of the composite structural beam 1 (M33) δ = δ ( - s l n) It becomes. Then, a value obtained by subtracting rc δ = rc δ (0) from this value is s δ shown in FIG. 7B.

このsδの値は、上述したようにx = 0におけるたわみ角sθ(0)に起因した剛体回転による成分sδrと弾性変形によるたわみsδeから成る。したがってその値は、式8より求められるsθ(0)を式2に代入してsδrを求め、さらに式3でsδeを求めて2つの和をとることでより簡易に算定することができる。 As described above, the value of s δ is composed of the component s δ r due to the rigid body rotation caused by the deflection angle s θ (0) at x = 0 and the deflection s δ e due to elastic deformation. Therefore, the value is calculated more easily by substituting s θ (0) obtained from Equation 8 into Equation 2 to obtain s δ r , further obtaining s δ e in Equation 3 and taking the two sums. be able to.

そして、「自由端M33に作用する集中荷重QとS部材M3の剛体回転による変形sδr」と、「自由端M33に作用する集中荷重QとS部材M3の弾性変形によるたわみsδe」との構成関係を式8と式7とから誘導すると、それぞれ以下の式9と式10のようになる。
Then, “concentrated load Q acting on free end M33 and deformation s δ r due to rigid body rotation of S member M3” and “concentrated load Q acting on free end M33 and deflection s δ e due to elastic deformation of S member M3” Is derived from Equation 8 and Equation 7, respectively, and the following Equation 9 and Equation 10 are obtained, respectively.

以上より、境界プレート4と鉄骨3とを溶接41で一体化した本実施の形態の複合構造梁1の場合、片持ち形式の自由端(M33)に集中荷重Qが作用した際の弾性たわみδは、式6、式9及び式10を重ね合わせることで、δ = rcδ + sδr + sδeとして求めることができることが分かる。 As described above, in the case of the composite structural beam 1 of this embodiment in which the boundary plate 4 and the steel frame 3 are integrated by the welding 41, the elastic deflection δ when the concentrated load Q acts on the free end (M33) of the cantilever type. the formula 6, by superimposing formula 9 and formula 10, it can be seen that can be obtained as δ = rc δ + s δ r + s δ e.

ここまでに見てきた構成式は、基準モデルM0を使って、自由端M33に作用する集中荷重Qと、たわみを構成する各部変形との関係として展開してきたものであるが、設計実務の観点からするとさらなる改善が求められる。   The constitutive equation that has been seen so far has been developed as a relationship between the concentrated load Q acting on the free end M33 and the deformation of each part constituting the deflection using the reference model M0. Therefore, further improvement is required.

いわゆる汎用構造設計プログラムにおいては、図6の中段に見るような曲げモーメント分布図に従って架構の応力解析が行われるため、部材の弾性剛性も、「力と変形の関係」ではなく「負担曲げモーメントと部材変形角の関係」を基調に評価されるのが一般的である。   In the so-called general-purpose structural design program, since the stress analysis of the frame is performed according to the bending moment distribution diagram as seen in the middle of FIG. 6, the elastic stiffness of the member is not “the relationship between force and deformation” but “burden bending moment and In general, the evaluation is based on the relationship between the member deformation angles.

また、弾性剛性だけでなくコンクリートのひび割れや鋼材の降伏による非線形性を考慮する場合、RC部材M8には「鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説,2012.2(日本建築学会)」(以下、「RC規準」という。)に準じた剛性低下率αを適用することが最も汎用的な手段と想定されるが、この剛性低下率αの規定もまた、「負担曲げモーメントと部材変形角の関係」が対象となっている。すなわち、これまでに展開してきた剛性評価方法のより円滑な運用を考えた場合、複合構造梁1の変形挙動を評価するための構成式は、上述してきた「力と変形の関係」ではなく「負担曲げモーメントと部材変形角の関係」として表現されていることが望ましい。   When considering not only elastic rigidity but also nonlinearity due to cracking of concrete and yielding of steel, RC member M8 includes “Reinforced Concrete Structural Calculation Standards / Same Commentary, 2012.2 (The Architectural Institute of Japan)” (hereinafter referred to as “RC Standard”). It is assumed that the rigidity reduction rate α conforming to the above) is the most general-purpose means, but the definition of the rigidity reduction rate α is also intended for the “Relationship between the burden bending moment and the member deformation angle”. It has become. That is, when considering a smoother operation of the rigidity evaluation method that has been developed so far, the constitutive equation for evaluating the deformation behavior of the composite structural beam 1 is not “relationship between force and deformation” described above, but “ It is desirable to express as “the relationship between the burden bending moment and the member deformation angle”.

そこで、図7に示したように、RC部材M8のたわみrcδ、S部材M3の剛体回転による変形sδr、S部材M3の弾性変形によるたわみsδeに対応する部材変形角(rcR ,sRrsRe )を、それぞれが関連する区間の長さで除してrcR = rcδ/ rcl、sRr = sδr / slnsRe = sδe / slnと定義する。そして、これらの部材変形角を生じせしめる最大曲げモーメントとの構成式を形成する弾性剛性を、この順にrcS、sSrsSeと名称すると、各変形成分の「負担曲げモーメントと部材変形角の関係」を、次の式11として一般表示することができる。
Therefore, as shown in FIG. 7, the member deformation angle ( rc R) corresponding to the deflection rc δ of the RC member M8, the deformation s δ r due to the rigid rotation of the S member M3, and the deflection s δ e due to the elastic deformation of the S member M3. , S R r , s R e ) divided by the length of the associated interval, rc R = rc δ / rc l, s R r = s δ r / s l n , s R e = s δ It is defined as e / s l n . The elastic stiffness that forms the constitutive equation with the maximum bending moment that causes these member deformation angles is named rc S, s S r , s S e in this order. The “relation angle relationship” can be generally expressed as the following Expression 11.

ここで、Meはx= rclの位置での負担曲げモーメント、Msはx= 0の位置での負担曲げモーメントを示す。 Here, M e burden bending moment, M s at the position of x = rc l shows a burden bending moment at the position of x = 0.

上述したように、基準モデルM0を起点に誘導される変形成分rcδ、sδrsδeと複合構造梁1の自由端(M33)に作用する集中荷重Qとの構成関係は、式6,9,10として定義される。これら各式が、いずれも式11に合わせて変形できるものであることから、同式中の(部材)弾性剛性rcS、sSrsSeは、それぞれ以下の式12,13,14として表現できることになる。
As described above, the structural relationship between the deformation components rc δ, s δ r , s δ e derived from the reference model M0 as the starting point and the concentrated load Q acting on the free end (M33) of the composite structural beam 1 is expressed by the equation 6, 9, and 10. Since each of these equations can be deformed in accordance with equation 11, (member) elastic rigidity rc S, s S r , s S e in the equation is expressed by the following equations 12, 13, 14 respectively. Can be expressed as

式12のrcSは、RC部材M8を図8に示したような応力条件下にある長さrclの片持ち梁と解釈した場合の弾性解に基づく部材弾性剛性、式14のsSeは、S部材M3を自由端M33に集中荷重Qが作用する長さslnの片持ち梁と解釈した場合の弾性解に基づく部材弾性剛性である。 Rc S in Expression 12 is a member elastic rigidity based on an elastic solution when the RC member M8 is interpreted as a cantilever having a length rc l under the stress condition as shown in FIG. 8, and s S e in Expression 14 is a member elastic stiffness based on elastic solutions when interpreted as a cantilever of length s l n that acts concentrated load Q of the S element M3 to the free end M33.

複合構造梁1の部材弾性剛性は、さらに材端部12の先端121(x = 0)における負担曲げモーメントMsに応じて、式11の第二式より与えられる変形成分を付加的に考慮することで評価されるものである。 The elastic modulus of the member of the composite structural beam 1 additionally takes into account the deformation component given by the second equation of Equation 11 according to the burden bending moment M s at the tip 121 (x = 0) of the material end 12. It is evaluated by that.

そして、図1に示した複合構造梁1の評価モデルM1は、この付加分を曲げバネM13と解釈して、鉄筋コンクリートモデルとしてのRC造梁M12と、鉄骨モデルとしてのS造梁M11とを結合したものに相当する。   The evaluation model M1 of the composite structural beam 1 shown in FIG. 1 interprets this additional portion as a bending spring M13, and connects the RC beam M12 as a reinforced concrete model and the S beam M11 as a steel frame model. Is equivalent to

ただし、図1の下段の曲げモーメント分布図と、図8の下段の曲げモーメント分布図を対照すると明らかなように、このモデル化にあって材端部12における曲げモーメント分布が一致することはない。   However, as is clear from the bending moment distribution diagram in the lower part of FIG. 1 and the bending moment distribution diagram in the lower part of FIG. 8, the bending moment distribution in the material end portion 12 does not coincide in this modeling. .

このため、式12に示したRC造梁M12の部材弾性剛性rcSは、基準モデルM0に準じた本来の応力条件下の変形挙動から求めた等価な部材弾性剛性が見かけの値として示されたものと考えることができる。しかしながら見かけの部材弾性剛性rcSを表したこの式12には、鉄骨3の埋設部3bの長さ(埋込み始端M31と終端M32との距離)slbが含まれており、数式によって材端部12への鉄骨3の埋込み効果が表現できているといえる。要するに式12は、鉄筋コンクリート構造のみを示しているのではなく、鉄骨鉄筋コンクリート構造を的確に表現している。 For this reason, the member elastic stiffness rc S of the RC beam M12 shown in Expression 12 is expressed as an apparent value of the equivalent member elastic stiffness obtained from the deformation behavior under the original stress condition according to the reference model M0. Can be considered a thing. However, this equation 12 representing the apparent member elastic rigidity rc S includes the length (the distance between the embedding start end M31 and the end M32) s 1 b of the embedded portion 3b of the steel frame 3, It can be said that the effect of embedding the steel frame 3 in the portion 12 can be expressed. In short, Equation 12 does not represent only the reinforced concrete structure, but accurately represents the steel-framed reinforced concrete structure.

ところでこの部材弾性剛性rcSは、通常の「長さrclの鉄筋コンクリート構造の片持ち梁の部材弾性剛性」とは異なるため、複合構造梁1を図1に示す評価モデルM1として汎用構造設計プログラム等に入力する際には、その都度、式12を用いて算定された値を直接入力する必要がある。 By the way, since this member elastic stiffness rc S is different from the normal “member elastic stiffness of a reinforced concrete structure cantilever of length rc l”, the composite structural beam 1 is used as an evaluation model M1 shown in FIG. Each time, it is necessary to directly input the value calculated using Equation 12.

一方、式14が示すS造梁M11の部材弾性剛性sS eは、図1の下段と図6の中段の曲げモーメント分布図の比較からも明らかなように、「自由端M33に集中荷重Qが作用する長さslnの鉄骨構造の片持ち梁」と何ら異なる点はなく、このことが式の形態としても表れている。 On the other hand, the member elastic stiffness s S e of the S-shaped beam M11 shown by the equation 14 is “concentrated load Q at the free end M33, as is apparent from the comparison of the bending moment distribution diagrams of the lower stage of FIG. 1 and the middle stage of FIG. There is no difference from the cantilever with a steel structure of length s l n on which is applied, and this also appears as a form of the formula.

以上のように「負担曲げモーメントと部材変形角の関係」を示す評価モデルM1を使って、図2に示す一次設計を行うための(部材)弾性剛性を求めることができる。詳細には、評価モデルM1を使って求められた部材弾性剛性rcS、sSrsSeを使って「応力計算」を行い、「荷重・外力の組合せによる長期と短期の応力」を確定する。そして、算定された応力に基づいて「応力度の確認」を行う。ここで、「応力度の確認」ステップには、曲げに対する断面算定、せん断に対する算定、付着の確認、集中補強筋7の算定、境界プレート4の算定、コンクリート8の支圧応力度の確認などの各種設計(検討)があるため、必要に応じて実行していく。さらに、変形増大係数の検討も行うことができる。 As described above, the (model) elastic stiffness for performing the primary design shown in FIG. 2 can be obtained using the evaluation model M1 indicating “the relationship between the burden bending moment and the member deformation angle”. Specifically, “stress calculation” is performed using the elastic stiffness rc S, s S r , s S e obtained using the evaluation model M1, and “long-term and short-term stress due to a combination of load and external force” is calculated. Determine. Based on the calculated stress, “stress level confirmation” is performed. Here, in the “confirmation of stress level” step, calculation of cross section for bending, calculation for shearing, confirmation of adhesion, calculation of concentrated reinforcement 7, calculation of boundary plate 4, confirmation of bearing stress level of concrete 8, etc. Since there are various designs (examination), it will be implemented as necessary. Further, the deformation increase coefficient can be examined.

続いては、図2に示す二次設計に必要な復元力特性の設定に、評価モデルM1を使用する場合についての説明を行う。   Subsequently, the case where the evaluation model M1 is used for setting the restoring force characteristic necessary for the secondary design shown in FIG. 2 will be described.

二次設計時に、非線形性を交えて複合構造梁1の部材剛性を評価する場合も、部材弾性剛性を評価したときと同様に、その自由端におけるたわみδ = δ(-sln)が、図7に示したように、RC部材M8のたわみrcδ、S部材M3の剛体回転による露出部(3a)区間の変形 sδr、S部材M3の弾性変形による露出部(3a)区間のたわみsδeを用いて、δ = rcδ + sδr + sδeと表現できることを前提とする。すなわち複合構造梁1の非線形挙動(復元力特性)は、図10(a)に示すように、各変形成分にそれぞれの状況に応じた非線形性を付与し、これらを重ね合わせることで求められるものとする。 In the secondary design, when evaluating the member rigidity of the composite structural beam 1 with nonlinearity, as in the case of evaluating the member elastic rigidity, the deflection δ = δ ( −s l n ) at the free end is As shown in FIG. 7, the deflection rc δ of the RC member M8, the deformation s δ r of the exposed portion (3a) section due to the rigid rotation of the S member M3, the deflection of the exposed portion (3a) section due to the elastic deformation of the S member M3. with s [delta] e, it is assumed that can be expressed as δ = rc δ + s δ r + s δ e. That is, the non-linear behavior (restoring force characteristic) of the composite structural beam 1 is obtained by adding non-linearity corresponding to each situation to each deformation component as shown in FIG. And

ただし、上記した式12−14に示した通り、それぞれの非線形挙動の起点となる部材弾性剛性rcS、sS rsS eが「負担曲げモーメントと部材変形角の関係」の表現に特化して定式化されているため、以降の記述も、図10(a)と等価な「負担曲げモーメントと部材変形角の関係」である図10(b)に基づいて展開する。なお、この図10(a),(b)は、剛性評価の対象となる複合構造梁1が、材端部12の終端122に塑性ヒンジを想定するRCヒンジ形式の場合を例示したものである。 However, as shown in the above formulas 12-14, the member elastic stiffness rc S, s S r , s S e that is the starting point of each nonlinear behavior is specially expressed in the expression “relationship between burden bending moment and member deformation angle”. Therefore, the following description is also developed based on FIG. 10B, which is “Relationship between burden bending moment and member deformation angle” equivalent to FIG. 10A. 10A and 10B exemplify the case of the RC hinge type in which the composite structural beam 1 to be subjected to rigidity evaluation assumes a plastic hinge at the terminal end 122 of the material end portion 12. .

まず、RC造梁M12の部材剛性は、図10(b)に示すように、「曲げひび割れ発生点」及び「曲げ降伏点」を特異点とするトリリニア型の剛性低下を呈するものとする。すなわち、その変形挙動を通常の鉄筋コンクリート梁と同様に評価できるとして、図中の曲げひび割れモーメントrcMc、降伏モーメントrcMy、及び降伏点における剛性低下率αyは、いずれもRC規準の定める次の式15−17によって求められると考える。
First, as shown in FIG. 10B, the member rigidity of the RC beam M12 is assumed to exhibit a trilinear rigidity decrease with “bending crack generation point” and “bending yield point” as singular points. That is, the deformation behavior as can be evaluated like a normal reinforced concrete beam, flexural crack moment rc M c in the figure, the yield moment rc M y, and stiffness reduction rate alpha y at the yield point are all provisions of RC criteria It is considered to be obtained by the following formula 15-17.

ここで、cσB はコンクリートの圧縮強度、rcZe はRC造梁M12の鉄骨3の断面欠損は考慮せずに鉄筋は考慮した断面係数、at は引張鉄筋の断面積、rσy は主筋の降伏強度、rcdはRC造梁M12の有効せい、nはコンクリートと主筋のヤング係数比、pt は鉄骨3の断面欠損は考慮していないRC造梁M12の引張鉄筋比、rcDはRC造梁M12の梁せいを示す。 Here, c sigma B compressive strength of the concrete, rc Z e is section modulus partial loss of steel 3 is that rebar is considered without considering the RC Zohari M12, a t is the cross-sectional area of the tensile reinforcement, r sigma y yield strength of main reinforcement are, rc d is blame valid RC Zohari M12, n is concrete and main reinforcement Young's modulus ratio, p t is the tensile reinforcement ratio RC Zohari M12 which partial loss of steel 3 is not considered, rc D indicates the beam of the RC beam M12.

この際、αyの導出時に求められるシアスパンaは、材端部12の長さrclとする。これは、図8に示すように、基準モデルM0を構成するRC部材M8に生じる曲げモーメント分布図が、シアスパンrclの片持ち梁のそれと大略類似することからも妥当と考えられる。 At this time, Shiasupan a required upon derivation of alpha y is the length rc l of Zaitan portion 12. This is because, as shown in FIG. 8, the bending moment distribution diagram occurring RC member M8 constituting the reference model M0 is considered reasonable from the fact that the same similar roughly the cantilever Shiasupan rc l.

なお、上記式16は、略算式である。これを厳密に書くと以下の式16Aの精算式になる。
Note that Equation 16 is an approximate expression. If this is strictly written, the following equation 16A is settled.

ここで、cσBはコンクリートの圧縮強度、at は引張鉄筋の断面積、rσyは主筋の降伏強度、g1 = jt / rcD、jtは引張圧縮鉄筋重心間距離、rcDはRC造梁M12の梁せい、q = pt rσy / cσB 、pt は鉄骨3の断面欠損は考慮していないRC造梁M12の引張鉄筋比(pt = at /(rcb rcD))、rcbはRC造梁M12の梁幅を示す(いずれもRC規準参照)。 Here, c sigma B compressive strength of the concrete, a t tensile cross-sectional area of the reinforcing bars, r sigma y is the yield strength of the main reinforcement, g 1 = j t / rc D, j t is tension and compression reinforcement distance between centers of gravity, rc D is sei Ryo RC Zohari M12, q = p t r σ y / c σ B, p t is the tensile reinforcement ratio RC Zohari M12 which partial loss of steel 3 is not considered (p t = a t / ( rc b rc D)), rc b indicates the beam width of RC beam M12 (both refer to RC standards).

次に曲げバネM13は、図10(b)で表現するようにRC造梁M12と同様のトリリニア型の非線形性を示すものとする。これは、上述した部材弾性剛性の導出過程において、この変形成分がRC部材M8の先端M121(x = 0)におけるS部材M3のたわみ角sθ(0)に比例し、かつその際のsθ(0)の値がRC部材M8の変形との連続条件を起点としているためである。すなわち図10(b)における曲げバネのグラフは、「曲げバネM13としての剛性低下がRC造梁M12のそれに従属する」として、図10(a)が示す「自由端M33に作用するせん断力(集中荷重)QとS部材M3の剛体回転による変形sδrの関係が、RC造梁M12の剛性低下と同期して挙動する」ように描かれた「曲げモーメントと部材変形角の関係」であり、RC造梁M12の曲げひび割れモーメントrcMc及び降伏モーメントrcMyに対応する点が、それぞれrcMc及びrcMyに(Ms / Me)を乗じることで得られている。また、この過程で求められる降伏点における剛性低下率は、式17より得られるαyを転用できるものとする。 Next, it is assumed that the bending spring M13 exhibits trilinear non-linearity similar to that of the RC beam M12 as represented in FIG. This is because the deformation component is proportional to the deflection angle s θ (0) of the S member M3 at the tip M121 (x = 0) of the RC member M8 in the process of deriving the member elastic rigidity described above, and s θ at that time This is because the value of (0) starts from the continuous condition with the deformation of the RC member M8. That is, the graph of the bending spring in FIG. 10B shows that “the rigidity decrease as the bending spring M13 is dependent on that of the RC beam M12”, and “the shear force acting on the free end M33 (FIG. 10A)” relationship deformation s [delta] r by the rigid rotation of the concentrated load) Q and S member M3 is, behave in synchronization with the decrease in rigidity of the RC Zohari M12 "as depicted in" relationship bending moment and the member deformation angle " There, a point corresponding to the bending crack moment rc M c and yield moment rc M y of RC Zohari M12 have been obtained by multiplying the rc M c and rc M y respectively (M s / M e). Further, it is assumed that α y obtained from Expression 17 can be diverted for the rigidity reduction rate at the yield point obtained in this process.

そして、図10(a),(b)に示したS造梁M11の骨格曲線は、上述した部材弾性剛性の誘導時と同様、「自由端M33に集中荷重Qが作用する長さslnの鉄骨構造の片持ち梁」の変形挙動と何ら変わるところのないものである。 The skeletal curve of the S-shaped beam M11 shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b) is “the length s l n at which the concentrated load Q acts on the free end M33”, as in the case of inducing the elastic rigidity of the member. The deformation behavior of “cantilever with steel structure” is no different.

また、図10(a)のS造梁M11における曲げ降伏時耐力sQyが、同じく図10(a)のRC造梁M12の曲げ降伏時耐力rcQyよりも大きい場合に、複合構造梁1がRCヒンジ形式となり、小さい場合にSヒンジ形式となる。ここで、「Sヒンジ形式」とは、鉄骨3の埋込み始端(M31)に塑性ヒンジを想定する場合を指す。 Further, when the yield strength s Q y at the bending yield of the S beam M11 in FIG. 10A is larger than the bending strength rc Q y at the bending yield of the RC beam M12 in FIG. 1 becomes the RC hinge type, and when it is small, it becomes the S hinge type. Here, the “S hinge type” refers to a case where a plastic hinge is assumed at the embedding start end (M31) of the steel frame 3.

要するに、評価モデルM1を使うことによって、非線形挙動時の塑性ヒンジの発生する位置が、材端部12の終端122となるか(RCヒンジ形式)、又は鉄骨3の埋込み始端(M31)となるか(Sヒンジ形式)を力と変形の関係から自動的に判定させることができる。   In short, by using the evaluation model M1, whether the position where the plastic hinge occurs during nonlinear behavior is the end 122 of the material end 12 (RC hinge type) or the embedded start of the steel frame 3 (M31) (S hinge type) can be automatically determined from the relationship between force and deformation.

また、S造梁M11の骨格曲線は、降伏モーメントsMyを介して非線形性を帯びるものとするが、この際、降伏モーメントsMyをただ一点の特異点とするバイリニア型モデル、又は降伏モーメントsMy及び全塑性モーメントsMpの二点を特異点とするトリリニア型モデルのどちらで表現してもよいことにする。図10(a),(b)は、トリリニア型モデルの場合を例示したものである。 Moreover, skeleton curve of S Zohari M11 is assumed to take on a non-linearity via the yield moment s M y, this time, bilinear model and singularity yield moment s M y only one point, or yield It will be may be expressed by either trilinear model that specifically point two points moment s M y and fully plastic moment s M p. 10A and 10B illustrate the case of a trilinear model.

以上のように「負担曲げモーメントと部材変形角の関係」を示す評価モデルM1を使って、図2に示す二次設計を行うための復元力特性を求めることができる。詳細には、評価モデルM1を使って求められた復元力特性を利用して、「保有水平耐力の計算」などを行う。そして、算定された保有水平耐力に基づいて「その他検討(保証設計等)」を行う。ここで、「その他検討(保証設計等)」ステップには、想定外のヒンジ形成の防止、せん断破壊の防止、付着破壊の影響を考慮したせん断信頼強度の確認、集中補強筋量の算定、境界プレート4の設計、コンクリート8の支圧破壊の防止などの各種設計(検討)があるため、必要に応じて実行していく。   As described above, the restoring force characteristic for performing the secondary design shown in FIG. 2 can be obtained by using the evaluation model M1 indicating “the relationship between the burden bending moment and the member deformation angle”. Specifically, using the restoring force characteristic obtained using the evaluation model M1, “calculation of retained horizontal proof stress” or the like is performed. Based on the calculated retained horizontal proof stress, “other studies (guaranteed design, etc.)” are conducted. Here, the “other study (guaranteed design, etc.)” steps include prevention of unexpected hinge formation, prevention of shear failure, confirmation of shear reliability considering the effect of adhesion failure, calculation of concentrated reinforcing bars, boundary Since there are various designs (examinations) such as the design of the plate 4 and the prevention of the bearing bearing failure of the concrete 8, it is executed as necessary.

以下、前記実施の形態の複合構造梁1とは別の形態の複合構造梁1Aについて、図11を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。   Hereinafter, a composite structural beam 1A having a different form from the composite structural beam 1 of the above-described embodiment will be described with reference to FIG. The description of the same or equivalent parts as the contents described in the above embodiment will be described with the same terms and the same reference numerals.

前記実施の形態では、鉄骨3と境界プレート4とを溶接41によって一体化させた。これに対して実施例1の複合構造梁1Aでは、鉄骨3と境界プレート4とを力学的に一体化させない。すなわち細部仕様の一部に相違がある。   In the embodiment, the steel frame 3 and the boundary plate 4 are integrated by the welding 41. In contrast, in the composite structural beam 1A of the first embodiment, the steel frame 3 and the boundary plate 4 are not dynamically integrated. That is, there is a difference in some of the detailed specifications.

詳細には、図11(a)(図3のA−A矢視方向参照)の断面図に示すように、鉄骨3の外周を囲繞するように境界プレート4が配置される。例えば、境界プレート4は、材端部12の端面形状と略同じ長方形の鋼板の中央に、鉄骨3の外形より一回り大きな穴をくり抜くことによって形成される。   Specifically, the boundary plate 4 is disposed so as to surround the outer periphery of the steel frame 3 as shown in the cross-sectional view of FIG. 11A (see the direction of arrows AA in FIG. 3). For example, the boundary plate 4 is formed by punching a hole that is slightly larger than the outer shape of the steel frame 3 in the center of a rectangular steel plate that is substantially the same as the end face shape of the material end portion 12.

そして、境界プレート4とそれに貫通させた鉄骨3との間には、隙間42が形成される。隙間42は、図11(a)に示すように、鉄骨3の断面の全周に沿って形成される。   And the clearance gap 42 is formed between the boundary plate 4 and the steel frame 3 penetrated through it. The gap 42 is formed along the entire circumference of the cross section of the steel frame 3 as shown in FIG.

このため、鉄骨3と境界プレート4とは力学的に一体化されない。なお、組み付けに際して作業性や組付け精度を向上させるために行われる仮止め程度の溶接は、力学的な一体化につながらないので許容される。   For this reason, the steel frame 3 and the boundary plate 4 are not dynamically integrated. It should be noted that welding to the extent of temporary fixing performed to improve workability and assembly accuracy during assembly is allowed because it does not lead to mechanical integration.

このような複合構造梁1Aの評価モデル(以下、「無溶接モデル」という。)は、大半が前記実施の形態で説明した複合構造梁1の評価モデルM1(以下、「溶接モデル」という。)と同じになる。以下では、溶接モデルと異なる部分についてのみ説明する。   Most of the evaluation model (hereinafter referred to as “non-weld model”) of the composite structural beam 1A is the evaluation model M1 (hereinafter referred to as “weld model”) of the composite structural beam 1 described in the above embodiment. Will be the same. Below, only a different part from a welding model is demonstrated.

無溶接モデルの場合も溶接モデルの場合と同様に、自由端M33に集中荷重Qが作用した場合の複合構造梁1Aのたわみδを、δ= rcδ + sδr + sδeと表現することを考える。 In the case of the non-welded model, the deflection δ of the composite structural beam 1A when the concentrated load Q is applied to the free end M33 is expressed as δ = rc δ + s δ r + s δ e as in the case of the welding model. Think about it.

基準モデルM0に基づく場合では、ピンを介した力の伝達が溶接の有無によって相違することはないため、RC部材M8のたわみrcδとS部材M3の弾性変形によるたわみsδeは、溶接モデルのそれと同値となる。 In the case based on the reference model M0, the transmission of force via the pin does not differ depending on the presence or absence of welding. Therefore, the deflection rc δ of the RC member M8 and the deflection s δ e due to elastic deformation of the S member M3 are the welding model. It is equivalent to that of.

その一方で、境界プレート4と鉄骨3との間に隙間42が存在して材端部12の先端121で溶接されていないことから、双方のたわみ曲線がこの位置(x = 0)のピンにおける連続条件を満足するとは考えられない。この点が溶接モデルと無溶接モデルとの相違点となる。   On the other hand, since a gap 42 exists between the boundary plate 4 and the steel frame 3 and is not welded at the tip 121 of the material end portion 12, both deflection curves are at the pin at this position (x = 0). It is not considered that the continuous condition is satisfied. This is the difference between the welding model and the non-welding model.

このため、図12に示すようにもう一方のピンが配置されるS部材M3の終端M32の位置(x = slb)にて連続条件が成立すると仮定して、S部材M3のたわみ曲線sδ(x)とたわみ角sθ(x)を導出すると、以下の式18,19が得られる。
Therefore, assuming continuous conditions at the position (x = s l b) of termination M32 of S member M3 that other pins are arranged as shown in FIG. 12 is satisfied, deflection curve of the S member M3 s When δ (x) and the deflection angle s θ (x) are derived, the following equations 18 and 19 are obtained.

ここで、溶接モデルと同様に、式18の第二式にx = - sln を代入すれば、複合構造梁1Aの自由端(M33)におけるたわみδを求めることができるが、同じ値は、式19より得られるsθ(0)を式2に代入することで導かれるsδrを、rcδとsδeに加えても算定することができる。このときに必要となる「自由端(M33)に作用する集中荷重Qと変形sδr」の関係をまとめると、次の式20のようになる。
Here, as in the welding model, by substituting x = −s l n into the second equation of Equation 18, the deflection δ at the free end (M33) of the composite structural beam 1A can be obtained. Further, s δ r derived by substituting s θ (0) obtained from Equation 19 into Equation 2 can also be calculated by adding rc δ and s δ e . When the relationship between the “concentrated load Q acting on the free end (M33) and the deformation s δ r ” required at this time is summarized, the following Expression 20 is obtained.

そして、「負担曲げモーメントと部材変形角の関係」として表される評価モデルへの置換に際しては、上述した式11を経て次のように説明できる。基準モデルM0を起点に誘導される変形成分rcδ、sδrsδeと複合構造梁1Aの自由端(M33)に作用する集中荷重Qとの構成関係は、無溶接モデルでは、式6,20,10としてそれぞれ定義される。これら各式が、いずれも式11に合わせて変形できるものであることから、同式中の(部材)弾性剛性rcS、sSrsSeは、それぞれ式12,21,14として表現できることになる。なお、式12,14については、前記実施の形態で記載したものを再度、記載した。
The replacement with the evaluation model expressed as “the relationship between the burden bending moment and the member deformation angle” can be explained as follows through the above-described formula 11. The structural relationship between the deformation components rc δ, s δ r , s δ e derived from the reference model M0 as the starting point and the concentrated load Q acting on the free end (M33) of the composite structural beam 1A Are defined as 6, 20, and 10, respectively. Since each of these equations can be deformed in accordance with Equation 11, the (member) elastic rigidity rc S, s S r , s S e in the equation is expressed as Equations 12, 21, and 14, respectively. It will be possible. In addition, about Formula 12 and 14, what was described in the said embodiment was described again.

このように、溶接モデルと無溶接モデルとでは、部材弾性剛性rcS、sSrsSeの中で、曲げバネM13の部材弾性剛性sSrのみが異なるだけである。このため、溶接モデルと無溶接モデルとの検討を切り替える場合は、曲げバネM13の部材弾性剛性sSrを切り替えるだけで、容易に検討し直すことができる。 Thus, the weld model and the non-weld model differ only in the member elastic stiffness s S r of the bending spring M13 among the member elastic stiffnesses rc S, s S r , and s S e . For this reason, when the examination between the welding model and the non-welding model is switched, the examination can be easily reconsidered only by switching the member elastic rigidity s S r of the bending spring M13.

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。   Other configurations and functions and effects are substantially the same as those of the above-described embodiment or other examples, and thus description thereof is omitted.

以下、前記実施の形態及び実施例1で説明した複合構造梁1,1Aの評価モデルの妥当性を実験値と対比して確認した結果について、図13,14を参照しながら説明する。なお、複合構造梁1の評価モデルM1である溶接モデルと複合構造梁1Aの評価モデルである無溶接モデルとは、評価モデルM1の曲げバネM13の設定を変更するだけで切り替えられるので、以下ではM1の符号を使ってまとめて評価モデルM1として説明する場合もある。   Hereinafter, the results of confirming the validity of the evaluation model of the composite structural beam 1, 1 </ b> A described in the embodiment and Example 1 in comparison with the experimental value will be described with reference to FIGS. 13 and 14. In addition, since the welding model which is the evaluation model M1 of the composite structural beam 1 and the non-weld model which is the evaluation model of the composite structural beam 1A can be switched only by changing the setting of the bending spring M13 of the evaluation model M1, in the following, In some cases, the evaluation model M1 may be described collectively using the symbol M1.

上述してきたように、曲げ破壊型の複合構造梁1,1Aの部材剛性は、基準モデルM0を起点として図1に示すような評価モデルM1を作成することで、溶接モデル(複合構造梁1)にあっても無溶接モデル(複合構造梁1A)にあっても、その挙動を評価できると考えられる。また、塑性ヒンジが材端部12の終端122に形成されるRCヒンジ形式であっても、鉄骨3の埋込み始端(M31)に形成されるSヒンジ形式であっても、非線形領域までその挙動を評価することができるといえる。   As described above, the member rigidity of the bending fracture type composite structural beam 1, 1 </ b> A is obtained by creating the evaluation model M <b> 1 as shown in FIG. It can be considered that the behavior can be evaluated even in the non-welded model (composite structure beam 1A). Even if the plastic hinge is of the RC hinge type formed at the terminal end 122 of the material end portion 12 or the S hinge type formed at the embedding start end (M31) of the steel frame 3, the behavior is shown up to the nonlinear region. It can be said that it can be evaluated.

この実施例2では、複合構造梁1,1Aの構造性能を確認するために実施された構造実験から曲げ破壊に到った試験体を取り上げ、その正方向処女加力時包絡線と本評価手法(評価モデルM1を使った評価方法)による骨格曲線とを対比し、上述してきた部材剛性の評価手法及び複合構造梁1,1Aの設計方法の妥当性について説明する。   In this Example 2, a specimen that has been bent and fractured from a structural experiment conducted to confirm the structural performance of the composite structural beams 1 and 1A is taken, and its positive direction virgin applied envelope and this evaluation method are taken. The validity of the method for evaluating the member rigidity and the design method for the composite structural beams 1 and 1A described above will be described by comparing with the skeleton curve obtained by (an evaluation method using the evaluation model M1).

図13(a),(b)に、試験体の中で曲げ破壊を呈した2体の試験体について、「自由端に作用する集中荷重Qと自由端(M33)位置におけるたわみ(以下、「自由端変位」という。)δの関係」及び「自由端に作用する集中荷重Qと材端部12の先端121位置におけるたわみ(以下、「材端部先端変位」という。)rcδの関係」に見られる、評価モデルM1を使った計算値と実験値との対応関係を示す。 13 (a) and 13 (b), regarding the two specimens exhibiting bending fracture among the specimens, “concentrated load Q acting on the free end and deflection at the free end (M33) position (hereinafter,“ "Free end displacement")) δ relationship "and" Concentrated load Q acting on the free end and deflection at the tip 121 position of the material end 12 (hereinafter referred to as "material end tip displacement") rc δ relationship " 3 shows the correspondence between the calculated value using the evaluation model M1 and the experimental value.

ここで、これら2体は、いずれもRCヒンジ形式の試験体であるが、図13(a)は溶接モデル(複合構造梁1)の検証結果、図13(b)は無溶接モデル(複合構造梁1A)の検証結果を示している。   Here, these two bodies are both RC hinge type test bodies. FIG. 13 (a) is a verification result of a welding model (composite structure beam 1), and FIG. 13 (b) is a non-weld model (composite structure). The verification result of the beam 1A) is shown.

この図13を見ると、評価モデルM1による計算値がすべて、集中荷重Qの漸増に伴う自由端変位δの実験値の推移を、境界プレート4と鉄骨3との間の溶接接合の有無を問わず、比較的良好な精度で捕捉できていることがわかる。この結果、溶接の有無によってRC部材M8とS部材M3との連続条件に差異を設けて定式化した手法が適切であったといえる。   As shown in FIG. 13, all the calculated values by the evaluation model M1 show the transition of the experimental value of the free end displacement δ with the gradual increase of the concentrated load Q, regardless of whether or not the welded joint between the boundary plate 4 and the steel frame 3 is present. Thus, it can be seen that it was captured with relatively good accuracy. As a result, it can be said that the method formulated by providing a difference in the continuous condition between the RC member M8 and the S member M3 depending on the presence or absence of welding was appropriate.

また、材端部先端変位rcδの推移に関する計算値と実験値の適合性について検討すると、これについても比較的良好な対応関係を見ることができる。上述したように、この材端部先端変位rcδを基準モデルM0に立脚して求める場合、弾性領域にあっても非線形領域にあっても溶接の有無がrcδの値に及ぼす影響は皆無であり、溶接モデルの解と無溶接モデルの解が対象とするものに相違が生じることはない。 Further, when the compatibility of the calculated value and the experimental value regarding the transition of the material end tip displacement rc δ is examined, a relatively good correspondence can be seen for this. As described above, when the material end tip displacement rc δ is obtained based on the reference model M0, the presence or absence of welding has no effect on the value of rc δ in the elastic region or in the nonlinear region. Yes, there is no difference between what the solution of the welding model and the solution of the non-welding model are intended for.

したがって、計算値と実験値の対応が比較的良好であった上記の結果より、「この区間の変形を基準モデルM0に準じた応力条件下に導出する」こと、ひいては「その際に溶接の有無の影響を反映させないと考えた」ことが妥当な前提であったといえる。   Therefore, based on the above results in which the correspondence between the calculated value and the experimental value was relatively good, it was determined that “the deformation in this section was derived under a stress condition according to the reference model M0”, and that “the presence or absence of welding at that time It was a reasonable premise that we did not reflect the impact of

また、非線形領域における挙動については、上記の前提のもと、RC規準の剛性低下率αyを準用のうえ、求解時に求められるシアスパンaとして材端部12の長さrcl を採用することとしたが、本結果はこの仮定の妥当性をも指し示すものと考えられる。 Regarding the behavior in the non-linear region, the length rc l of the material end 12 is adopted as the shear span a obtained at the time of solution, applying the rigidity reduction rate α y of the RC standard mutatis mutandis based on the above assumption. However, this result is considered to indicate the validity of this assumption.

さらに、曲げ降伏時の剛性低下率αyに関連して、「RC部材M8を対象に求められたこの値を、S部材M3の剛体回転による変形sδrを表現する曲げバネM13の構成則に転用する」との仮定も設けられているが、試験体の自由端変位δに対する計算値と実験値の対応を眺めてみると、この仮定もまた適切であったといえる。 Furthermore, bending in relation to the reduction in rigidity ratio alpha y at yield, "the value obtained to the subject an RC member M8, constitutive law bending spring M13 representing a deformation s [delta] r by the rigid rotation of the S member M3 Is assumed to be diverted, "this assumption is also appropriate when looking at the correspondence between the calculated value and the experimental value for the free end displacement δ of the specimen.

続いて図14に、試験体の中で曲げ破壊を呈した2体の試験体について、図13と同様に、「自由端に作用する集中荷重Qと自由端変位δの関係」及び「自由端に作用する集中荷重Qと材端部先端変位rcδの関係」に見られる計算値と実験値との対応関係を示す。ここで、これら2体はすべて無溶接モデルであるが、図14(a)にはRCヒンジ形式の検証結果を示し、図14(b)にはSヒンジ形式の検証結果を示している。 Subsequently, FIG. 14 shows, as in FIG. 13, “Relationship between concentrated load Q acting on the free end and free end displacement δ” and “free end” for the two test pieces that exhibited bending fracture among the test pieces. 4 shows the correspondence between the calculated value and the experimental value found in “Relationship between concentrated load Q acting on material and tip end tip displacement rc δ”. Here, although these two bodies are all non-welded models, FIG. 14A shows the verification result of the RC hinge type, and FIG. 14B shows the verification result of the S hinge type.

この図14の結果を見ると、図13に示した結果と同様に、すべての計算値が、自由端変位δに関しても材端部先端変位rcδに関しても、実験値の推移を比較的良好な精度で追跡できているといえる。 Looking at the results of FIG. 14, similar to the results shown in FIG. 13, all the calculated values showed relatively good transitions in the experimental values with respect to the free end displacement δ and the material end tip displacement rc δ. It can be said that it can be tracked with accuracy.

図14(b)に示したSヒンジ形式の試験体の骨格曲線は、RC造梁M12の終端M122より先行して先端M121(S部材M3の埋込み始端M31の位置)にて曲げ降伏するように、「曲げ降伏」と「断面の全塑性化」を特異点とするトリリニア型の非線形挙動を呈する通常のS造梁M11として図10(b)のように設定したものである。このため、最終的には、RC造梁M12の終端M122の曲げひび割れ点を加えたテトラリニア型の結果が得られている。   The skeletal curve of the test piece of S hinge type shown in FIG. 14B is bent and yielded at the tip M121 (position of the embedded start end M31 of the S member M3) prior to the end M122 of the RC beam M12. FIG. 10B shows an ordinary S-shaped beam M11 that exhibits a trilinear nonlinear behavior having “bending yield” and “total plasticity of the cross section” as singular points. For this reason, the result of the tetra linear type which added the bending crack point of the terminal M122 of RC beam M12 finally was obtained.

この計算値と実験値の適合性も比較的良好であることは上述したとおりであり、これにより評価モデルM1を使った評価手法は、想定するヒンジ位置の変化にも対応可能な精度を有しているものと考えられる。   As described above, the compatibility between the calculated value and the experimental value is relatively good. As a result, the evaluation method using the evaluation model M1 has an accuracy that can cope with a change in the assumed hinge position. It is thought that.

また、図14(b)において、計算値がS部材断面の全塑性化後の勾配を零としている一方で、実験値はその後も上昇を続けており、大変形領域において、計算値と実験値との間に若干の乖離が生じている。この実験値の上昇は、本実験のように片持ち形式の梁の自由端に鉛直方向の強制変位を与える場合に、大変形領域において不可避的に働く「試験体を材軸方向に引っ張る力」に起因したものであり、本剛性評価手法の妥当性を否定するものではないと考えられる。   Further, in FIG. 14B, the calculated value is zero after the total plasticization of the cross section of the S member, while the experimental value continues to increase thereafter, and in the large deformation region, the calculated value and the experimental value. There is a slight gap between This increase in the experimental value inevitably works in the large deformation area when the vertical displacement is applied to the free end of the cantilever beam as in this experiment. Therefore, it is considered that the validity of this stiffness evaluation method is not denied.

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。   Other configurations and functions and effects are substantially the same as those of the above-described embodiment or other examples, and thus description thereof is omitted.

以下、前記実施の形態又は実施例1の複合構造梁1,1Aとは別の形態の複合構造体の設計方法について説明する。なお、前記実施の形態又は他の実施例で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。   Hereinafter, a method for designing a composite structure in a form different from the composite structural beams 1 and 1A of the embodiment or Example 1 will be described. Note that the description of the same or equivalent parts as those described in the embodiment or other examples will be given with the same terms and the same reference numerals.

実施例3で説明する複合構造体は、柱脚が材端部となる複合構造柱である。すなわち、前記実施の形態又は実施例1,2で説明した材端部12が、柱21ではなく床に接合される。   The composite structure described in Example 3 is a composite structure column whose column base is a material end. That is, the material end 12 described in the embodiment or Examples 1 and 2 is joined to the floor instead of the column 21.

梁を柱に変えた複合構造柱の評価モデルは、大半が前記実施の形態又は実施例1で説明した複合構造梁1,1Aの評価モデルM1と同じになる。以下では、複合構造梁1,1Aの評価モデルM1を用いる場合と異なる部分についてのみ説明する。   Most of the evaluation model of the composite structure column in which the beam is changed to the column is the same as the evaluation model M1 of the composite structure beam 1 or 1A described in the above embodiment or Example 1. Below, only a different part from the case where the evaluation model M1 of the composite structure beams 1 and 1A is used is demonstrated.

前記実施の形態で説明した中で梁特有の式は、式15−17のみである。すなわち評価モデルM1を用いて復元力特性(非線形挙動)を求める際の曲げひび割れモーメントrcMc、降伏モーメントrcMy、及び降伏点における剛性低下率αyの式を、梁以外の柱にも適用可能な以下の式22−24に置き換える。
Among the equations described in the above embodiments, the only equation unique to the beam is equation 15-17. In other words, the bending crack moment rc M c , yield moment rc M y , and stiffness reduction rate α y at the yield point when calculating restoring force characteristics (nonlinear behavior) using the evaluation model M1 are also applied to columns other than beams. Replace with the following applicable equations 22-24.

ここで、cσBはコンクリートの圧縮強度、rcZeは材端部の鉄骨の断面欠損は考慮せずに鉄筋は考慮した断面係数、Nは柱に作用する軸力、rcDは材端部のせい、g1= jt / rcD、jtは引張圧縮鉄筋重心間距離、q = pt rσy / cσB 、pt は鉄骨の断面欠損は考慮していない材端部の引張鉄筋比(pt= at /(rcb rcD))、atは引張鉄筋の断面積、rσy は主筋の降伏強度、η = N /(rcb rcD cσB)、rcbは材端部の幅、nはコンクリートと主筋のヤング係数比、aはシアスパン、rcdは材端部の有効せいを示す(いずれもRC規準参照)。 Where c σ B is the compressive strength of the concrete, rc Z e is the section modulus considering the rebar without considering the cross-sectional defect of the steel frame at the end of the material, N is the axial force acting on the column, and rc D is the end of the material G 1 = j t / rc D, j t is the distance between the centers of tension and compression bars, q = p t r σ y / c σ B , p t is the end of the material that does not consider the cross-sectional defect of the steel frame tensile reinforcement ratio (p t = a t / ( rc b rc D)), the cross-sectional area of a t tensile reinforcement, r sigma y is the yield strength of the main reinforcement, η 0 = N / (rc b rc D c σ B ), Rc b is the width of the end of the material, n is the Young's modulus ratio of concrete and main reinforcement, a is the shear span, and rc d is the effective end of the material (both refer to the RC standard).

このように複合構造体が梁ではなくて複合構造柱であっても、前記実施の形態で説明した評価モデルM1と同様の評価モデルを使って、上述したような剛性評価手法及び設計方法を適用することができる。   In this way, even if the composite structure is not a beam but a composite structure column, the stiffness evaluation method and the design method described above are applied using the same evaluation model as the evaluation model M1 described in the above embodiment. can do.

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。   Other configurations and functions and effects are substantially the same as those of the above-described embodiment or other examples, and thus description thereof is omitted.

以下、前記実施の形態又は実施例1の複合構造梁1,1Aとは別の形態の複合構造梁1Bについて、図15を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態又は実施例で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。   Hereinafter, a composite structural beam 1B having a form different from the composite structural beams 1 and 1A of the embodiment or Example 1 will be described with reference to FIG. Note that the description of the same or equivalent parts as those described in the embodiment or examples will be given with the same terms and the same reference numerals.

前記実施の形態及び実施例1では、境界プレート4が有る複合構造梁1,1Aについて説明したが、この実施例4では、境界プレート4が無い複合構造梁1Bについて説明する。   In the embodiment and Example 1, the composite structural beams 1 and 1A having the boundary plate 4 have been described. In Example 4, the composite structural beam 1B having no boundary plate 4 will be described.

この複合構造梁1Bは、図15の上段に示すように、鉄骨3によって主に形成される中央部11と、鉄骨3の端部が埋め込まれる鉄筋コンクリート構造の材端部12とを有している。   As shown in the upper part of FIG. 15, the composite structural beam 1 </ b> B has a central part 11 mainly formed by the steel frame 3 and a material end part 12 of a reinforced concrete structure in which the end part of the steel frame 3 is embedded. .

また、中央部11と材端部12との境界にはプレートが配置されておらず、主筋5は材端部12の先端近傍に定着される。図15では、円盤状の定着板53を用いた定着が例示されているが、これに限定されるものではなく、例えば主筋5の先端をフック形状に加工してもよい。   Further, no plate is arranged at the boundary between the central portion 11 and the material end portion 12, and the main bar 5 is fixed near the tip of the material end portion 12. In FIG. 15, fixing using the disk-shaped fixing plate 53 is illustrated, but the fixing is not limited thereto, and for example, the tip of the main muscle 5 may be processed into a hook shape.

一方、この複合構造梁1Bには、境界プレート4に代えて、材端部12の先端(M121)付近と鉄骨3の終端3c付近の両方に集中補強筋7,7が配置される。   On the other hand, instead of the boundary plate 4, concentrated reinforcing bars 7 and 7 are arranged in both the vicinity of the tip (M121) of the material end 12 and the end 3c of the steel frame 3 in the composite structural beam 1B.

そして、このような構造の複合構造梁1Bの基準モデルM10は、図15の下段に示すように、前記実施の形態で説明した基準モデルM0とはピン支持の位置が違っている。   And the reference model M10 of the composite structural beam 1B having such a structure is different in the pin support position from the reference model M0 described in the above embodiment, as shown in the lower part of FIG.

すなわち、前記実施の形態で説明した基準モデルM0では、S部材M3の材端部12への埋込み始端M31と終端M32とを、RC部材M8上にピン支持させた。これに対して実施例4の基準モデルM10では、二つの集中補強筋M71,M72の位置でRC部材M8上にピン支持させる。   That is, in the reference model M0 described in the above embodiment, the embedding start end M31 and the end M32 of the S member M3 in the material end portion 12 are pin-supported on the RC member M8. In contrast, in the reference model M10 of the fourth embodiment, pins are supported on the RC member M8 at the positions of the two concentrated reinforcing bars M71 and M72.

ここで、RC部材M8の終端M122側のピンの位置(M72)は、前記実施の形態の基準モデルM0の位置(M32)と同じになるが、RC部材M8の先端M121側のピンの位置(M71)は、前記実施の形態の基準モデルM0の位置(M31)よりもRC部材M8の内側(終端M122側)に移動することになる。   Here, the pin position (M72) on the terminal M122 side of the RC member M8 is the same as the position (M32) of the reference model M0 of the above embodiment, but the pin position on the tip M121 side of the RC member M8 ( M71) moves to the inner side (terminal M122 side) of the RC member M8 than the position (M31) of the reference model M0 of the above embodiment.

このようにして設定された複合構造梁1Bの基準モデルM10を使って式の展開を行い、前記実施の形態と同様に評価モデルを導いた場合、前記実施の形態で説明した式12で表されるRC造梁M12の弾性剛性rcS、及びその導出の起点となる式4,5,6は、ピンの位置がM31からM71に移動することに伴って変化する。しかしその変化は、通常の梁理論にピン位置の移動を反映させるだけで容易に適応させることができるものであり、弾性剛性rcSの導出プロセスが前記実施の形態で説明した複合構造梁1と異なることにはならない。 When the formula is developed using the reference model M10 of the composite structural beam 1B set as described above and an evaluation model is derived in the same manner as in the above embodiment, it is expressed by the formula 12 described in the above embodiment. The elastic rigidity rc S of the RC beam M12 and the equations 4, 5, and 6 that are the starting points for its derivation change as the pin position moves from M31 to M71. However, the change can be easily adapted only by reflecting the movement of the pin position in the normal beam theory, and the derivation process of the elastic rigidity rc S is the same as that of the composite structure beam 1 described in the above embodiment. It will not be different.

このため、本実施例4の複合構造梁1Bの弾性剛性rcSにも、鉄骨3の埋設部3bの長さ(埋込み始端M31と終端M32との距離)slbの影響が反映されることになる。 Therefore, also the elastic stiffness rc S of the composite structural beam 1B of the present embodiment 4, the influence of s l b (the distance between the buried start M31 and end M32) length of the embedded portion 3b of the steel 3 is reflected become.

また同様に、基準モデルM10におけるS部材M3の剛体回転による変形に係る弾性剛性sSr(前記実施の形態の式13)も変更されることになるが、その導出プロセスは、前記実施の形態で説明した展開と同じになる。 Similarly, the elastic stiffness s S r (formula 13 of the embodiment) related to the deformation due to the rigid rotation of the S member M3 in the reference model M10 is also changed. The derivation process is the same as that of the embodiment. This is the same as the development described in.

要するに、基準モデルM10に対して式4,5に相当するRC部材M8のたわみ曲線rcδ(x)及びたわみ角rcθ(x)を梁理論に準じて導き、実施例1の複合構造梁1Aと同様にS部材M3の終端M32における連続条件から、式19に相当するS部材M3のたわみ角sθ(x)を求めれば、基準モデルM10のsθ(0)が得られることになる。そして、このsθ(0)を式2に代入することで、式20に相当する力と変形の関係が導かれる。これ以降の展開は、式11を介することで容易に行うことができ、その結果、基準モデルM10に準じた評価モデルM1の曲げバネM13の弾性剛性sSrが求められる。 In short, the deflection curve rc δ (x) and the deflection angle rc θ (x) of the RC member M8 corresponding to the equations 4 and 5 with respect to the reference model M10 are derived according to the beam theory, and the composite structure beam 1A of Example 1 is used. Similarly, if the deflection angle s θ (x) of the S member M3 corresponding to Equation 19 is obtained from the continuous condition at the terminal M32 of the S member M3, s θ (0) of the reference model M10 can be obtained. Then, by substituting s θ (0) into Equation 2, the relationship between force and deformation corresponding to Equation 20 is derived. The subsequent expansion can be easily performed by via Equation 11, so that the elastic stiffness s S r of the bending spring M13 evaluation model M1 in accordance to the reference model M10 is obtained.

このように、解析の対象となる複合構造梁1Bの構造に合わせて、適宜ピン支持の位置を調整したうえで基準モデルM10を構築し、これに梁理論を適用すれば、上記した複合構造梁1,1Aと同じ導出プロセスで基準モデルM10に準じた評価モデルM1の弾性剛性rcS,sSrを求めることができる。そして、これが複合構造梁1Bの評価モデルM1となる。 As described above, if the reference model M10 is constructed after appropriately adjusting the position of the pin support according to the structure of the composite structural beam 1B to be analyzed, and the beam theory is applied thereto, the composite structural beam described above is obtained. The elastic rigidity rc S, s S r of the evaluation model M1 according to the reference model M10 can be obtained by the same derivation process as 1, 1A. This becomes the evaluation model M1 of the composite structural beam 1B.

すなわち、埋込み形式の複合構造梁1,1A,1Bは、その細部仕様に応じて基準モデルM0,M10を構築したうえで、梁理論に立脚した導出プロセスを経れば、いずれも評価モデルM1に置換することができる。その際の細部仕様の差異は、弾性剛性rcS,sSrの値として表現されることになる。 In other words, the embedded composite structural beams 1, 1A, 1B are constructed as reference models M0, M10 in accordance with their detailed specifications, and after passing through a derivation process based on the beam theory, both become evaluation models M1. Can be replaced. The difference in the detailed specifications at this time is expressed as the values of the elastic stiffnesses rc S and s S r .

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。   Other configurations and functions and effects are substantially the same as those of the above-described embodiment or other examples, and thus description thereof is omitted.

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment or example, and the design changes are within the scope of the present invention. Are included in the present invention.

例えば、前記実施の形態及び実施例では、両端に材端部12,12が存在する複合構造体(1,1A,1B)について説明してきたが、これに限定されるものではなく、鋼材の一端のみが材端部12に埋設されて他端が露出するような場合であっても、それに応じて作成された基準モデルを起点にして評価モデルを導くことができる。   For example, in the said embodiment and Example, although the composite structure (1, 1A, 1B) which has the material edge parts 12 and 12 in both ends was demonstrated, it is not limited to this, One end of steel materials Even when only the material end 12 is embedded and the other end is exposed, an evaluation model can be derived from a reference model created accordingly.

また、前記実施の形態及び実施例では、複合構造体として複合構造梁1,1A,1Bについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば実施例3で説明したように柱脚が材端部となる複合構造柱であってもよい。   Moreover, in the said embodiment and Example, although composite structure beam 1,1A, 1B was demonstrated as a composite structure, it is not limited to this, For example, as demonstrated in Example 3, a column base is a material. It may be a composite structure column that is an end.

さらに、前記実施の形態では、境界プレート4を貫通させた主筋5A−5Fの先端52をナット51,51aで固定する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、境界プレート4の材端部12側の面に溶接で固定したナットに締結させたり、主筋の先端を境界プレート4に溶接で直接固定したりする構成であってもよい。   Furthermore, in the said embodiment, although the structure which fixes the front-end | tip 52 of the main reinforcement | strength 5A-5F which penetrated the boundary plate 4 with the nuts 51 and 51a was demonstrated, it is not limited to this, The material of the boundary plate 4 A configuration in which a nut fixed to the surface on the end 12 side by welding is fastened or a tip of the main bar is directly fixed to the boundary plate 4 by welding may be employed.

また、前記実施の形態及び実施例1では、境界プレート4を一枚の鋼板で製作するように説明したが、これに限定されるものではなく、複数の鋼板を組み合わせて製作することもできる。   Moreover, in the said embodiment and Example 1, although the boundary plate 4 demonstrated manufacturing with one steel plate, it is not limited to this, It can also manufacture combining a some steel plate.

1,1A,1B 複合構造梁(複合構造体)
11 中央部
12 材端部
3 鉄骨(鋼材)
3c 終端
4 境界プレート
41 溶接
5A−5F,5 主筋
51,51a ナット
52 先端
6 せん断補強筋
7 集中補強筋
8 コンクリート
1,1A, 1B Composite structural beam (composite structure)
11 Central part 12 Material edge part 3 Steel frame (steel material)
3c Terminal 4 Boundary plate 41 Weld 5A-5F, 5 Main bars 51, 51a Nut 52 Tip 6 Shear reinforcement 7 Concentrated reinforcement 8 Concrete

Claims (13)

中央部を形成するとともに材端部に一部が埋設される鋼材と、前記材端部に前記鋼材と略平行に配置される主筋と、前記鋼材及び前記主筋を囲むように軸方向に間隔を置いて複数配置されるせん断補強筋と、前記材端部に充填されるコンクリートとを備えた、鉄骨構造の中央部と鉄筋コンクリート構造の材端部とによって長尺状に形成される複合構造体の設計方法であって、
前記中央部を前記鋼材に基づく弾性剛性の棒状の鉄骨モデルとするとともに、前記材端部を前記鋼材が埋設された鉄筋コンクリートに基づく弾性剛性の棒状の鉄筋コンクリートモデルとし、
前記鉄骨モデルと前記鉄筋コンクリートモデルとを、前記鋼材の剛体回転に基づく弾性剛性の曲げバネによって結合させた評価モデルを設定し、
前記評価モデルを使って構造設計を行うことを特徴とする複合構造体の設計方法。
A steel material that forms a central portion and is partially embedded in the material end portion, a main bar disposed substantially parallel to the steel material at the material end part, and an axial interval so as to surround the steel material and the main bar A composite structure formed in a long shape by a central portion of a steel structure and a material end portion of a reinforced concrete structure, comprising a plurality of shear reinforcement bars arranged and concrete filled in the material end portion. A design method,
The central part is an elastic-rigid rod-shaped steel frame model based on the steel material, and the material end is an elastic-rigid rod-shaped reinforced concrete model based on reinforced concrete in which the steel material is embedded,
An evaluation model in which the steel model and the reinforced concrete model are combined by an elastic rigid bending spring based on a rigid body rotation of the steel material is set,
A method for designing a composite structure, wherein a structural design is performed using the evaluation model.
中央部を形成するとともに材端部に一部が埋設される鋼材と、前記中央部と前記材端部との境界に配置される境界プレートと、前記材端部に前記鋼材と略平行に配置されるとともに前記境界プレートに先端が固定される主筋と、前記鋼材及び前記主筋を囲むように軸方向に間隔を置いて複数配置されるせん断補強筋と、前記材端部に充填されるコンクリートとを備えた、鉄骨構造の中央部と鉄筋コンクリート構造の材端部とによって長尺状に形成される複合構造体の設計方法であって、
前記中央部を前記鋼材に基づく弾性剛性の棒状の鉄骨モデルとするとともに、前記材端部を前記鋼材が埋設された鉄筋コンクリートに基づく弾性剛性の棒状の鉄筋コンクリートモデルとし、
前記鉄骨モデルと前記鉄筋コンクリートモデルとを、前記境界プレートの位置に設けた前記鋼材の剛体回転に基づく弾性剛性の曲げバネによって結合させた評価モデルを設定し、
前記評価モデルを使って構造設計を行うことを特徴とする複合構造体の設計方法。
A steel material that forms a central portion and is partially embedded in the material end portion, a boundary plate that is disposed at a boundary between the central portion and the material end portion, and a material plate that is disposed substantially parallel to the steel material end portion. A main bar whose tip is fixed to the boundary plate, a plurality of shear reinforcing bars arranged at intervals in the axial direction so as to surround the steel material and the main bar, and concrete filled in the end part of the material A method of designing a composite structure formed in an elongated shape by a central portion of a steel structure and a material end portion of a reinforced concrete structure,
The central part is an elastic-rigid rod-shaped steel frame model based on the steel material, and the material end is an elastic-rigid rod-shaped reinforced concrete model based on reinforced concrete in which the steel material is embedded,
An evaluation model in which the steel model and the reinforced concrete model are coupled by an elastic rigid bending spring based on a rigid body rotation of the steel material provided at the position of the boundary plate is set.
A method for designing a composite structure, wherein a structural design is performed using the evaluation model.
前記鉄筋コンクリートモデルの弾性剛性を表す式には、材端部に埋設される鋼材の長さが含まれることを特徴とする請求項1又は2に記載の複合構造体の設計方法。   3. The method for designing a composite structure according to claim 1, wherein the expression representing the elastic rigidity of the reinforced concrete model includes a length of a steel material embedded in a material end portion. 4. 前記鉄筋コンクリートモデルの弾性剛性が、材端部に埋設される鋼材の長さが含まれる以下の式で表されることを特徴とする請求項2に記載の複合構造体の設計方法。
ここで、rcSは鉄筋コンクリートモデルの弾性剛性、cEはコンクリートのヤング係数、rcIeは鉄筋コンクリートモデルの等価断面2次モーメント、slnは中央部の長さ、rclは材端部の長さ、slbは材端部に埋設される鋼材の長さを示す。
The method for designing a composite structure according to claim 2, wherein the elastic rigidity of the reinforced concrete model is represented by the following expression including the length of a steel material embedded in the end portion of the material.
Where rc S is the elastic stiffness of the reinforced concrete model, c E is the Young's modulus of the concrete, rc I e is the equivalent moment of inertia of the reinforced concrete model, s l n is the length of the center, and rc l is the end of the material The length, s l b , indicates the length of the steel material embedded at the end of the material.
前記複合構造体の細部仕様に変更がある場合に、変更に対応した基準モデルを梁理論に基づいて展開して得られる前記鉄筋コンクリートモデル及び曲げバネの弾性剛性に変更して前記評価モデルを設定することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の複合構造体の設計方法。   When there is a change in the detailed specification of the composite structure, the evaluation model is set by changing the reference model corresponding to the change to the reinforced concrete model obtained by developing based on the beam theory and the elastic rigidity of the bending spring. The method for designing a composite structure according to any one of claims 1 to 4, wherein: 前記複合構造体の細部仕様に変更がある場合に、前記曲げバネの弾性剛性のみを変更して前記評価モデルを設定することを特徴とする請求項2又は4に記載の複合構造体の設計方法。   The method for designing a composite structure according to claim 2 or 4, wherein when the detailed specification of the composite structure is changed, only the elastic rigidity of the bending spring is changed to set the evaluation model. . 前記境界プレートの位置に連続条件を設定して、前記曲げバネの弾性剛性を求めたことを特徴とする請求項2に記載の複合構造体の設計方法。   The composite structure design method according to claim 2, wherein a continuous condition is set at the position of the boundary plate to determine the elastic rigidity of the bending spring. 前記曲げバネの弾性剛性が、以下の式で表されることを特徴とする請求項7に記載の複合構造体の設計方法。
ここで、sSrは曲げバネの弾性剛性、cEはコンクリートのヤング係数、rcIeは鉄筋コンクリートモデルの等価断面2次モーメント、slnは中央部の長さ、rclは材端部の長さ、slbは材端部に埋設される鋼材の長さを示す。
The method for designing a composite structure according to claim 7, wherein the elastic rigidity of the bending spring is expressed by the following equation.
Where s S r is the elastic stiffness of the bending spring, c E is the Young's modulus of concrete, rc I e is the equivalent moment of inertia of the reinforced concrete model, s l n is the length of the center, and rc l is the end of the material The length of s l b indicates the length of the steel material embedded in the material end.
前記鋼材の終端の位置に連続条件を設定して、前記曲げバネの弾性剛性を求めたことを特徴とする請求項2又は4に記載の複合構造体の設計方法。   5. The method for designing a composite structure according to claim 2, wherein a continuous condition is set at a position of a terminal end of the steel material to obtain an elastic rigidity of the bending spring. 前記曲げバネの弾性剛性が、以下の式で表されることを特徴とする請求項9に記載の複合構造体の設計方法。
ここで、sSrは曲げバネの弾性剛性、cEはコンクリートのヤング係数、rcIeは鉄筋コンクリートモデルの等価断面2次モーメント、sEは鋼材のヤング係数、sIは鉄骨モデルの断面2次モーメント、slnは中央部の長さ、rclは材端部の長さ、slbは材端部に埋設される鋼材の長さを示す。
The method for designing a composite structure according to claim 9, wherein the elastic rigidity of the bending spring is expressed by the following equation.
Where s S r is the elastic stiffness of the bending spring, c E is the Young's modulus of the concrete, rc I e is the equivalent secondary moment of the reinforced concrete model, s E is the Young's modulus of the steel material, and s I is the cross section of the steel model 2 Next moment, s l n is the length of the center, rc l is the length of the material end, and s l b is the length of the steel material embedded in the material end.
前記鉄筋コンクリートモデル、曲げバネ又は鉄骨モデルの少なくとも一つに、非線形挙動を設定したことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載の複合構造体の設計方法。   The method for designing a composite structure according to any one of claims 1 to 10, wherein nonlinear behavior is set in at least one of the reinforced concrete model, the bending spring, and the steel frame model. 前記曲げバネの非線形挙動を、前記鉄筋コンクリートモデルの非線形挙動と同等のトリリニア型に設定したことを特徴とする請求項11に記載の複合構造体の設計方法。   The method for designing a composite structure according to claim 11, wherein the nonlinear behavior of the bending spring is set to a trilinear type equivalent to the nonlinear behavior of the reinforced concrete model. 非線形挙動時の塑性ヒンジが、前記材端部の終端又は前記鋼材の埋込み始端のいずれに発生するかを力と変形の関係から判定させることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の複合構造体の設計方法。   13. The method according to claim 1, wherein whether the plastic hinge at the time of nonlinear behavior is generated at a terminal end of the material end or an embedding start end of the steel material is determined from a relationship between force and deformation. A method for designing a composite structure according to 1.
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