JP2017166182A - Flange structure and shape formed steel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所定の断面形状で形成された形鋼に設けられるフランジ構造、及び、所定の断面形状で形成された形鋼に関する。 The present invention relates to a flange structure provided in a shape steel formed with a predetermined cross-sectional shape, and a shape steel formed with a predetermined cross-sectional shape.
従来から、梁フランジと柱との接合部で、柱側にスチフナを設けることなく、鋼材量の増加を招かずに、接合部近傍での応力集中による梁フランジの早期破壊を回避すること等を目的として、例えば、特許文献１に開示されるＨ形鋼等が提案されている。
Conventionally, at the joint between the beam flange and the column, without providing a stiffener on the column side, without causing an increase in the amount of steel, avoiding the early failure of the beam flange due to stress concentration near the joint, etc. As an object, for example, an H-section steel disclosed in
特許文献１に開示されたＨ形鋼は、上下フランジの幅方向中央部の板厚ｔ１を、幅方向中央部より外側の両縁端部の板厚ｔ２よりも厚くする。特許文献１に開示されたＨ形鋼は、板厚が厚い幅方向中央部の板厚ｔ２に対する、板厚が薄い両縁端部を板厚ｔ１の比率（ｔ１／ｔ２）が、０．４０以上、０．７７以下に設定されて、フランジの幅方向中央部と両縁端部との板厚差により生じる段差がフランジ内面側に形成されることを特徴とする。
The H-section steel disclosed in
一方で、例えば非特許文献１に開示された鋼製Ｉ桁は、鋼製Ｉ桁のフランジ及びウェブを構成する鋼板にテーパー鋼板を適用した場合に、鋼製Ｉ桁の強度、変形性能及びエネルギー吸収性能について検討したものである。非特許文献１に開示された鋼製Ｉ桁は、鋼製Ｉ桁のフランジにおいて、テーパー鋼板の自由端側を薄くするとともに支持端側を厚くすることで、鋼製Ｉ桁フランジの圧縮時の強度、変形性能及びエネルギー吸収性能の向上が確認されたとするものである。
On the other hand, for example, the steel I-girder disclosed in Non-Patent
ここで、Ｈ形鋼のフランジに代表されるように、圧縮応力が生じる条件の自由端が形成されたフランジ構造は、その局部座屈後の応力負担能力が低下することで、スチフナ等で補剛された場合と比較して、部材断面全体としてのエネルギー吸収性能が低下する。このため、実構造物の部材においては、フランジ構造に局部座屈を発生させないようにするか、又は、局部座屈発生後のフランジ構造を含む部材全体のエネルギー吸収性能が要求性能を満足するように、フランジ構造の幅厚比の上限を制限している。このことは、引張応力が生じる条件のフランジ構造と比較して、部材全体を構成する要素の板厚が増加することに直結するため、コストアップの要因となっている。 Here, as represented by the H-shaped steel flange, the flange structure formed with a free end under conditions where compressive stress is generated is compensated with stiffeners or the like due to the reduced stress bearing capacity after local buckling. Compared with the case of being stiffened, the energy absorption performance of the entire member cross section is lowered. For this reason, in the member of the actual structure, either local buckling should not be generated in the flange structure, or the energy absorption performance of the entire member including the flange structure after the occurrence of local buckling should satisfy the required performance. In addition, the upper limit of the width-thickness ratio of the flange structure is limited. This is directly connected to an increase in the plate thickness of the elements constituting the entire member as compared with the flange structure in which tensile stress is generated, and this causes an increase in cost.
特許文献１に開示されたＨ形鋼では、フランジの幅方向中央部の板厚を両縁端部の板厚より厚くして、幅方向中央部の板厚と両縁端部の板厚との比率等を所定の範囲とすることで、フランジの幅方向中央部のひずみ発生量が抑制されるものとする。しかし、特許文献１に開示されたＨ形鋼では、フランジの局部座屈後の圧縮応力の負担能力や圧縮エネルギー吸収性能を向上させるという技術的思想は開示されていない。
In the H-section steel disclosed in
また、非特許文献１に開示された鋼製Ｉ桁は、フランジとなるテーパー鋼板の自由端側を薄くするとともに支持端側を厚くして、鋼製Ｉ桁のフランジの圧縮時の強度、変形性能及びエネルギー吸収性能を向上させるものとする。しかし、非特許文献１に開示された鋼製Ｉ桁は、フランジがその板厚を幅方向で連続的に変化させたテーパー状に形成されるため、鋼構造の桁や梁として接合させて用いられる場合に、溶接接合やボルト接合の方法に工夫が必要となる。
In addition, the steel I girder disclosed in Non-Patent
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであって、その目的とするところは、フランジの局部座屈後の圧縮応力の負担能力を高めて、形鋼全体のエネルギー吸収性能を向上させることのできるフランジ構造及び形鋼を提供することにある。 Therefore, the present invention has been devised in view of the above-described problems, and the object of the present invention is to increase the load capacity of compressive stress after local buckling of the flange, and to improve the energy of the entire shape steel. An object of the present invention is to provide a flange structure and a shape steel capable of improving the absorption performance.
第１発明に係るフランジ構造は、所定の断面形状で形成された形鋼に設けられるフランジ構造であって、断面方向で幅方向に延びるフランジと、前記フランジに連結されるウェブとを備え、前記フランジは、前記ウェブが連結される拘束端側に厚板部が形成されて、前記ウェブから離間した自由端側に薄板部が形成されるとともに、前記厚板部の板厚ｔαよりも前記薄板部の板厚ｔβが小さくなって、前記フランジの幅方向の幅寸法Ｂfと前記フランジの断面積Ａfとの関係から、下記（１）式により算出される平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgが、８以上、１８以下となることを特徴とする。 A flange structure according to a first aspect of the present invention is a flange structure provided in a section steel formed with a predetermined cross-sectional shape, and includes a flange extending in a width direction in a cross-sectional direction, and a web connected to the flange, The flange is formed with a thick plate portion on a restraining end side to which the web is connected, a thin plate portion is formed on a free end side separated from the web, and the thin plate is larger than a plate thickness tα of the thick plate portion. An average width-thickness ratio (b / b) calculated by the following equation (1) from the relationship between the width dimension B f in the width direction of the flange and the cross-sectional area A f of the flange. t) avg is 8 or more and 18 or less.
第２発明に係るフランジ構造は、第１発明において、前記フランジは、前記厚板部の板厚ｔαが幅方向で略均一となって、前記薄板部の板厚ｔβが幅方向で略均一となるとともに、前記厚板部と前記薄板部とが連続する箇所に段部が形成されて、前記厚板部の板厚ｔαに対する前記薄板部の板厚ｔβの比率（ｔβ／ｔα）が、１／３以上、５／６以下となることを特徴とする。 The flange structure according to a second aspect of the present invention is the flange according to the first aspect, wherein the thickness tα of the thick plate portion is substantially uniform in the width direction, and the thickness tβ of the thin plate portion is substantially uniform in the width direction. In addition, a step portion is formed at a location where the thick plate portion and the thin plate portion are continuous, and a ratio (tβ / tα) of the plate thickness tβ of the thin plate portion to the plate thickness tα of the thick plate portion is 1 / 3 or more and 5/6 or less.
第３発明に係るフランジ構造は、第１発明又は第２発明において、前記フランジは、前記フランジの幅方向の幅寸法Ｂfに対する前記薄板部の幅方向の幅寸法ｂβの比率（ｂβ／Ｂf）が、１／４以上、３／４未満となることを特徴とする。 Flange structure according to the third invention, in the first or second aspect of the invention, the flange is the ratio of the width Bbeta the width direction of the thin portion with respect to the width dimension B f in the width direction of the flange (bβ / B f ) Is not less than 1/4 and less than 3/4.
第４発明に係る形鋼は、所定の断面形状で形成された形鋼であって、断面方向で幅方向に延びる一対のフランジと、一対の前記フランジの各々の内面に連結されるウェブとを備え、各々の前記フランジは、前記ウェブが連結される拘束端側に厚板部が形成されて、前記ウェブから離間した自由端側に薄板部が形成されるとともに、前記厚板部の板厚ｔαよりも前記薄板部の板厚ｔβが小さくなって、前記ウェブが連結される各々の前記フランジの内面で、前記厚板部と前記薄板部とが連続する箇所に段部が形成されて、前記フランジの幅方向の幅寸法Ｂfと前記フランジの断面積Ａfとの関係から、下記（１）式により算出される平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgが、８以上、１８以下となることを特徴とする。 The shape steel according to the fourth invention is a shape steel having a predetermined cross-sectional shape, and includes a pair of flanges extending in the width direction in the cross-sectional direction, and a web connected to the inner surfaces of the pair of flanges. Each of the flanges has a thick plate portion formed on a restraining end side to which the web is connected, a thin plate portion formed on a free end side separated from the web, and a plate thickness of the thick plate portion. A plate thickness tβ of the thin plate portion is smaller than tα, and a step portion is formed at a location where the thick plate portion and the thin plate portion are continuous on the inner surface of each flange to which the web is connected, The average width-thickness ratio (b / t) avg calculated by the following formula (1) from the relationship between the width dimension B f in the width direction of the flange and the cross-sectional area A f of the flange is 8 or more and 18 or less. It is characterized by becoming.
第５発明に係る形鋼は、第４発明において、一対の前記フランジ及び前記ウェブは、幅方向で前記ウェブの両側方に各々の前記フランジが延びることで、断面略Ｈ形状に形成されることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth invention, the pair of flanges and the web are formed to have a substantially H-shaped cross section by extending the flanges on both sides of the web in the width direction. It is characterized by.
第１発明〜第５発明によれば、フランジに厚板部及び薄板部が形成されて、特に、上記（１）式により算出される平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgが、８以上、１８以下となることで、同一断面積のフランジで負担することのできる局部座屈後の圧縮応力、圧縮エネルギー吸収量が向上するため、経済的なフランジ構造を提供することが可能となる。 According to the first to fifth inventions, the thick plate portion and the thin plate portion are formed on the flange, and in particular, the average width-thickness ratio (b / t) avg calculated by the above formula (1) is 8 or more. 18 or less, since the compressive stress and the amount of compressed energy absorbed after local buckling that can be borne by the flange having the same cross-sectional area are improved, an economical flange structure can be provided.
特に、第２発明、第３発明によれば、厚板部の板厚ｔαに対する薄板部の板厚ｔβの比率（ｔβ／ｔα）が、１／３以上、５／６以下となることで、又は、フランジの幅寸法Ｂfに対する薄板部の幅寸法ｂβの比率（ｂβ／Ｂf）が、１／４以上、３／４未満となることで、安定的なエネルギー吸収性能を確実に実現することが可能となる。 In particular, according to the second invention and the third invention, the ratio of the plate thickness tβ of the thin plate portion to the plate thickness tα of the thick plate portion (tβ / tα) is 1/3 or more and 5/6 or less. Alternatively, the ratio of the width dimension bβ of the thin plate portion to the width dimension B f of the flange (bβ / B f ) is ¼ or more and less than 3/4, so that stable energy absorption performance is surely realized. It becomes possible.
特に、第４発明、第５発明によれば、高さ方向の曲げ力でフランジに圧縮応力が生じる場合にも、フランジの局部座屈後の圧縮応力の負担能力を高めて、形鋼全体でのエネルギー吸収性能を向上させることが可能となる。また、フィラープレートと添接板とを用いたボルト摩擦接合等ができるため、ボルト接合等の方法に特段の工夫をすることなく、Ｈ形鋼等が用いられた梁端同士等を容易に接合させることが可能となる。 In particular, according to the fourth and fifth inventions, even when a compressive stress is generated in the flange by a bending force in the height direction, the load capacity of the compressive stress after local buckling of the flange is increased, It becomes possible to improve the energy absorption performance. In addition, since bolt friction welding using filler plates and attachment plates can be performed, beam ends using H-shaped steel, etc. can be easily joined without special contrivance in bolt joining methods. It becomes possible to make it.
以下、本発明を適用したフランジ構造１及び形鋼７を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
Hereinafter, the form for implementing the
本発明を適用したフランジ構造１は、図１に示すように、所定の断面形状で形成された形鋼７に設けられる。本発明を適用した形鋼７は、例えば、住宅、学校、事務所、病院施設等の建築物において、柱材、梁材又は斜材等の構造材として用いられるほか、棚等の各種設備の構成材としても用いられる。
As shown in FIG. 1, the
本発明を適用した形鋼７は、主に、図２に示すように、奥行方向Ｘに対する断面形状が略Ｈ形状に形成されたＨ形鋼７１が用いられる。また、本発明を適用した形鋼７は、図３に示すように、断面形状が略Ｃ形状に形成された溝形鋼７２が用いられてもよい。
As the
本発明を適用した形鋼７は、図２、図３に示すように、奥行方向Ｘに対する断面方向で、幅方向Ｙに延びる一対のフランジ２と、高さ方向Ｚに延びるウェブ５とを備え、各々のフランジ２にウェブ５が連結されることで、一対のフランジ２にウェブ５が架設される。
The
本発明を適用した形鋼７は、例えば、Ｈ形鋼７１が用いられる場合に、一対のフランジ２とウェブ５とを高周波抵抗溶接等で互いに接合した溶接軽量Ｈ形鋼が用いられる。また、本発明を適用した形鋼７は、一対のフランジ２とウェブ５とをサブマージアーク溶接等で接合した溶接Ｈ形鋼、又は、圧延で製造した圧延Ｈ形鋼等が用いられてもよい。
As the section steel 7 to which the present invention is applied, for example, when a H-
本発明を適用した形鋼７は、一対のフランジ２が高さ方向Ｚに離間して互いに略平行に形成されることで、各々のフランジ２の内面２０が互いに対向して配置される。本発明を適用した形鋼７は、一対のフランジ２と略直交するようにウェブ５が形成されて、ウェブ５の高さ方向Ｚの両端部が、一対のフランジ２の各々の内面２０に連結される。
In the
本発明を適用した形鋼７は、図２に示すように、Ｈ形鋼７１が用いられる場合に、各々のフランジ２が幅方向Ｙでウェブ５の両側方に延びることで、一対のフランジ２及びウェブ５が断面略Ｈ形状に形成される。
As shown in FIG. 2, the
本発明を適用した形鋼７は、図３に示すように、溝形鋼７２が用いられる場合に、各々のフランジ２が幅方向Ｙでウェブ５の片側方に延びることで、一対のフランジ２及びウェブ５が断面略Ｃ形状に形成される。
As shown in FIG. 3, in the
本発明を適用したフランジ構造１は、主に、図２に示すように、Ｈ形鋼７１のフランジ２に設けられて、又は、図３に示すように、溝形鋼７２のフランジ２に設けられる。また、本発明を適用したフランジ構造１は、図４に示すように、１個のフランジ２にウェブ５の片端部が連結されたＣＴ形鋼７３又は山形鋼７４のフランジ２に設けられてもよい。
The
本発明を適用したフランジ構造１は、図２〜図４に示すように、断面方向で幅方向Ｙに延びるフランジ２と、フランジ２に連結されるウェブ５とを備える。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
フランジ２は、ウェブ５が連結される拘束端側αに厚板部３が形成されて、ウェブ５が連結されていない自由端側βに薄板部４が形成される。フランジ２は、特に、幅方向Ｙの拘束端側αがウェブ５に連結されて拘束された状態となるとともに、幅方向Ｙの自由端側βがウェブ５から離間してウェブ５に拘束されていない状態となる。
In the
フランジ２は、厚板部３の板厚ｔαよりも薄板部４の板厚ｔβが小さくなる。フランジ２は、例えば、厚板部３の板厚ｔαが幅方向Ｙで略均一となるとともに、薄板部４の板厚ｔβが幅方向Ｙで略均一となって、厚板部３が６ｍｍ〜１６ｍｍ程度の板厚ｔαとなるとともに、薄板部４が２ｍｍ〜１３ｍｍ程度の板厚ｔβとなる。
In the
フランジ２は、厚板部３の板厚ｔαよりも薄板部４の板厚ｔβが小さくなって、厚板部３と薄板部４とが幅方向Ｙで連続する箇所に、所定の段差Δｔ（＝ｔα−ｔβ）の段部６が形成される。フランジ２は、幅方向Ｙで所定の箇所に段部６が形成される。
In the
フランジ２は、図２に示すように、Ｈ形鋼７１の形鋼７に設けられる場合に、幅方向Ｙでウェブ５の両側方の各１箇所に段部６が形成される。また、フランジ２は、図３に示すように、溝形鋼７２の形鋼７に設けられる場合に、幅方向Ｙでウェブ５の片側方の１箇所に段部６が形成される。フランジ２は、必要に応じて、幅方向Ｙでウェブ５の片側方又は両側方に、合計で２箇所以上の段部６が形成されてもよい。
As shown in FIG. 2, when the
フランジ２は、図２、図３に示すように、Ｈ形鋼７１又は溝形鋼７２に設けられる場合に、一対のフランジ２の各々の内面２０が互いに対向して配置されて、一対のフランジ２の内面２０に形成された各々の段部６が、幅方向Ｙで互いに略同一の位置に配置される。
As shown in FIGS. 2 and 3, when the
フランジ２は、フランジ２の内面２０にのみ段部６が形成されることで、フランジ２の外面２１が略平坦状に形成される。フランジ２は、必要に応じて、フランジ２の外面２１にのみ段部６が形成されて、フランジ２の内面２０が略平坦状に形成されてもよく、また、フランジ２の内面２０及び外面２１に段部６が形成されてもよい。
In the
フランジ２は、図２、図４（ａ）に示すように、Ｈ形鋼７１又はＣＴ形鋼７３の形鋼７に設けられる場合に、例えば、幅方向Ｙの全幅寸法（＝２×Ｂf）が４０ｍｍ〜１６０ｍｍ程度となって、奥行方向Ｘに対する断面方向の全断面積（＝２×Ａf）が１６０ｍｍ2〜２０００ｍｍ2程度となる。また、フランジ２は、厚板部３の幅方向Ｙの全幅寸法（＝２×ｂα）が２０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度となって、薄板部４の幅方向Ｙの全幅寸法（＝２×ｂβ）が１０ｍｍ〜８０ｍｍ程度となる。
As shown in FIGS. 2 and 4A, when the
また、フランジ２は、図３、図４（ｂ）に示すように、溝形鋼７２又は山形鋼７４の形鋼７に設けられる場合に、例えば、幅方向Ｙの幅寸法（＝Ｂf）が４０ｍｍ〜１６０ｍｍ程度となって、奥行方向Ｘに対する断面方向の断面積（＝Ａf）が１６０ｍｍ2〜２０００ｍｍ2程度となる。また、フランジ２は、厚板部３の幅方向Ｙの幅寸法（＝ｂα）が２０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度となって、薄板部４の幅方向Ｙの幅寸法（＝ｂβ）が１０ｍｍ〜８０ｍｍ程度となる。
Further, as shown in FIGS. 3 and 4B, when the
フランジ２は、図２、図４（ａ）に示すように、Ｈ形鋼７１又はＣＴ形鋼７３の形鋼７に設けられる場合に、幅方向Ｙで厚板部３の略中央にウェブ５が連結されて、ウェブ５から段部６までの延長が、厚板部３の幅寸法ｂαとなる。そして、フランジ２は、ウェブ５の両側方に形成された段部６よりも自由端側βでの各々の延長が互いに略同一となって、各々の自由端側βでの延長が、薄板部４の幅寸法ｂβとなる。
As shown in FIGS. 2 and 4A, the
フランジ２は、図３、図４（ｂ）に示すように、溝形鋼７２又は山形鋼７４の形鋼７に設けられる場合に、幅方向Ｙで厚板部３の片側端にウェブ５が連結されて、ウェブ５から段部６までの延長が、厚板部３の幅寸法ｂαとなる。そして、フランジ２は、ウェブ５の片側方に形成された段部６よりも自由端側βでの延長が、薄板部４の幅寸法ｂβとなる。
As shown in FIGS. 3 and 4 (b), when the
フランジ２は、奥行方向Ｘに対する断面方向の断面積Ａfが、厚板部３の幅寸法ｂα×厚板部３の板厚ｔα＋薄板部４の幅寸法ｂβ×薄板部４の板厚ｔβで算出される。
The
ここで、本発明を適用したフランジ構造１は、特に、フランジ２の幅方向Ｙの幅寸法Ｂfと、フランジ２の断面積Ａfとの関係から、下記（１）式により算出される平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgが、８以上、１８以下となる。
Here, the
そして、平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgは、厚板部３の板厚ｔα及び薄板部４の板厚ｔβが幅方向Ｙで略均一となる場合に、厚板部３の幅寸法ｂα及び板厚ｔαと薄板部４の幅寸法ｂβ及び板厚ｔβとの関係から、特に、下記（２）式により算出することもできる。
The average width-thickness ratio (b / t) avg is the width dimension of the
本発明を適用したフランジ構造１は、厚板部３の板厚ｔαに対する薄板部４の板厚ｔβの比率（ｔβ／ｔα）が、１／３以上、５／６以下となることが望ましい。また、本発明を適用したフランジ構造１は、フランジ２の幅寸法Ｂfに対する薄板部４の幅寸法ｂβの比率（ｂβ／Ｂf）が、１／４以上、３／４未満となることが望ましく、必要に応じて、１／４以上、１／２以下となってもよい。
In the
ここでは、本発明を適用したフランジ構造１の有効性を確認するため、図５に示す数値解析モデル及び表１に示す数値解析の計算条件で、フランジ２が奥行方向Ｘの圧縮外力Ｐを受けた場合の力学的挙動について数値解析を実施した。
Here, in order to confirm the effectiveness of the
この数値解析では、表１に示す全ての数値解析の計算条件で、幅方向Ｙの対称性を考慮して、ウェブ５が連結されたフランジ２の支持条件に近似するように、一辺自由端、三辺単純支持のフランジ２とした。また、この数値解析では、フランジ２となる幅寸法Ｂf、奥行寸法Ｄfの単板に対して、断面直交方向から圧縮外力Ｐを与えた。
In this numerical analysis, in consideration of the symmetry in the width direction Y in the calculation conditions of all numerical analysis shown in Table 1, one side free end, so as to approximate the support condition of the
この数値解析では、引張強さが４９０Ｎ級及び５９０Ｎ級の鋼材を想定した材料条件として、フランジ２の奥行方向Ｘの中央で自由端側βにＢf／１５０の初期たわみδmaxを与えたうえで、材料降伏点σｙ、降伏後硬化係数Ｅｔをパラメータとした。また、この数値解析では、平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avg、厚板部３の板厚ｔαに対する薄板部４の板厚ｔβの板厚比率（ｔβ／ｔα）、及び、フランジ２の幅寸法Ｂfに対する薄板部４の幅寸法ｂβの幅寸法比率（ｂβ／Ｂf）もパラメータとした。
In this numerical analysis, an initial deflection δ max of B f / 150 is given to the free end side β at the center in the depth direction X of the
この数値解析では、各々の平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgにおいて、段部６が形成されない板厚一様な従来モデルについても、段部６が形成された本発明のモデルと比較するために数値解析を実施している。この数値解析では、フランジ２の幅寸法Ｂfが全てのモデルで一定なので、平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgが等しいモデルではフランジ２の断面積Ａfが等しいものとなる。このため、フランジ２の断面積Ａfが等しい条件の下では、板厚一様な従来モデルも含めて、板厚比率（ｔβ／ｔα）及び幅寸法比率（ｂβ／Ｂf）の効果的な範囲を比較検討することができる。
In this numerical analysis, for each average width-thickness ratio (b / t) avg , a conventional model with a uniform plate thickness in which the
この数値解析の結果は、図６〜図９に示す。なお、図６〜図９では、板厚比率（ｔβ／ｔα）を１／３、１／２、２／３又は５／６とした。図６では、材料降伏点σｙ＝３２５Ｎ／ｍｍ2、平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avg＝１１、幅寸法比率ｂβ／Ｂf＝０．２５とした。また、図７、図８では、材料降伏点σｙ＝３２５Ｎ／ｍｍ2、幅寸法比率ｂβ／Ｂf＝０．２５とした。さらに、図９では、材料降伏点σｙ＝３２５Ｎ／ｍｍ2、平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avg＝１４とした。 The results of this numerical analysis are shown in FIGS. 6 to 9, the plate thickness ratio (tβ / tα) is 1/3, 1/2, 2/3, or 5/6. In FIG. 6, the material yield point σy = 325 N / mm 2 , the average width-thickness ratio (b / t) avg = 11, and the width dimension ratio bβ / B f = 0.25. 7 and 8, the material yield point σy = 325 N / mm 2 and the width dimension ratio bβ / B f = 0.25. Further, in FIG. 9, the material yield point σy = 325 N / mm 2 and the average width-thickness ratio (b / t) avg = 14.
図６では、平均圧縮応力σと平均ひずみεとの関係が示される。ここで、平均圧縮応力σは、圧縮外力Ｐをフランジ２の断面積Ａfで除した値で、平均ひずみεは、フランジ２の奥行方向Ｘの圧縮変形量δを奥行寸法Ｄfで除した値である。図６では、板厚一様な従来モデルを実線、本発明のモデルを板厚比率（ｔβ／ｔα）ごとに実線以外で示している。
FIG. 6 shows the relationship between the average compressive stress σ and the average strain ε. Here, the average compressive stress σ is a value obtained by dividing the compression external force P by the cross-sectional area A f of the
本発明を適用したフランジ構造１は、図６に示すように、板厚一様な従来モデルと比較すると、何れの板厚比率（ｔβ／ｔα）であっても、局部座屈発生後の応力低下が小さくなることがわかる。また、本発明を適用したフランジ構造１は、板厚比率（ｔβ／ｔα）が小さくなるにしたがって、局部座屈発生後の応力低下が小さくなることがわかる。
As shown in FIG. 6, the
図７では、材料降伏点σｙで無次元化したフランジ２の座屈強度（σｃｒ／σｙ）と、平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgから求めた無次元化幅厚比｛（ｂ／ｔ）avg×√（σｙ／Ｅ）｝との関係が示される。本発明を適用したフランジ構造１は、図７に示すように、板厚一様な従来モデルと比較すると、何れの板厚比率（ｔβ／ｔα）であっても、板厚一様な従来モデルの座屈強度（σｃｒ／σｙ）を下回らないことがわかる。
In FIG. 7, the dimensionless width-thickness ratio {(b / t) obtained from the buckling strength (σcr / σy) of the
図８（ａ）では、本発明のモデルの圧縮エネルギー吸収量Ｅｎを、同じ平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgの板厚一様な従来モデルの圧縮エネルギー吸収量Ｅｏで無次元化した無次元化圧縮エネルギー吸収量Ｅｎ／Ｅｏを縦軸とする。ここで、無次元化圧縮エネルギー吸収量Ｅｎ／Ｅｏは、図８（ｂ）に示す平均ひずみε＝３．０％のときにおける単位体積あたりの値として、図８（ａ）に示すように、横軸となる平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgとの関係が、板厚比率（ｔβ／ｔα）ごとに示される。 In FIG. 8 (a), the compression energy absorption amount En of the model of the present invention is made dimensionless with the compression energy absorption amount Eo of the conventional model with the same average width-thickness ratio (b / t) avg and a uniform plate thickness. The dimensionless compression energy absorption amount En / Eo is taken as the vertical axis. Here, the dimensionless compression energy absorption amount En / Eo is a value per unit volume when the average strain ε = 3.0% shown in FIG. 8B, as shown in FIG. The relationship with the average width-thickness ratio (b / t) avg on the horizontal axis is shown for each plate thickness ratio (tβ / tα).
図８（ａ）では、板厚一様な従来モデルでの無次元化圧縮エネルギー吸収量Ｅｎ／Ｅｏが１．０となる。このことから、本発明を適用したフランジ構造１は、同じ平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgの板厚一様な従来モデルと比較すると、何れの平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgであっても、無次元化圧縮エネルギー吸収量Ｅｎ／Ｅｏが大きくなることがわかる。そして、本発明を適用したフランジ構造１は、平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgが大きいほど、無次元化圧縮エネルギー吸収量Ｅｎ／Ｅｏが大きくなることがわかる。
In FIG. 8A, the dimensionless compression energy absorption amount En / Eo in the conventional model with a uniform plate thickness is 1.0. Therefore, the
本発明を適用したフランジ構造１は、フランジ２に厚板部３及び薄板部４が形成されて、特に、上記（１）式により算出される平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgが、８以上となることで、無次元化圧縮エネルギー吸収量Ｅｎ／Ｅｏが確実に上昇する。このため、本発明を適用したフランジ構造１は、板厚一様な従来モデルと比較すると、同一断面積のフランジ２で負担することのできる局部座屈後の圧縮応力、圧縮エネルギー吸収量が向上することで、経済的なフランジ構造１を提供することが可能となる。なお、本発明を適用したフランジ構造１では、フランジ２の幅厚比が大きくなって局部座屈し易くなることを防止する観点から、上記（１）式により算出される平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgを、１８以下とする。
In the
本発明を適用したフランジ構造１は、上記（１）式により算出される平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgが、特に、９．１以上となることが望ましい。このとき、本発明を適用したフランジ構造１は、平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgの増大に伴って、無次元化圧縮エネルギー吸収量Ｅｎ／Ｅｏの上昇率が顕著となる。このため、本発明を適用したフランジ構造１は、平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgが、９．１以上、１８以下となることで、フランジ２による顕著なエネルギー吸収性能を実現することが可能となる。
In the
本発明を適用したフランジ構造１は、厚板部３の板厚ｔαに対する薄板部４の板厚ｔβの比率（ｔβ／ｔα）を、１／３以上、５／６以下とすることが望ましく、特に、１／３以上、１／２以下とすることもできる。このとき、本発明を適用したフランジ構造１は、何れの平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgであっても、無次元化圧縮エネルギー吸収量Ｅｎ／Ｅｏの低下が認められず、安定的なエネルギー吸収性能を確実に実現することが可能となる。
In the
図９では、無次元化圧縮エネルギー吸収量Ｅｎ／Ｅｏを縦軸とするとともに、幅寸法比率ｂβ／Ｂfを横軸として、板厚一様な従来モデルでの無次元化圧縮エネルギー吸収量Ｅｎ／Ｅｏが１．０となる。このことから、本発明を適用したフランジ構造１は、同じ平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgの板厚一様な従来モデルと比較すると、何れの板厚比率（ｔβ／ｔα）であっても、無次元化圧縮エネルギー吸収量Ｅｎ／Ｅｏが大きくなることがわかる。
In FIG. 9, the dimensionless compression energy absorption amount En / Eo in the conventional model with a uniform plate thickness is shown with the dimensionless compression energy absorption amount En / Eo as the vertical axis and the width dimension ratio bβ / Bf as the horizontal axis. / Eo is 1.0. Therefore, the
本発明を適用したフランジ構造１は、フランジ２の幅寸法Ｂfに対する薄板部４の幅寸法ｂβの比率（ｂβ／Ｂf）が、１／４以上、３／４未満となることで、無次元化圧縮エネルギー吸収量Ｅｎ／Ｅｏの低下が認められず、安定的なエネルギー吸収性能を確実に実現することが可能となる。また、本発明を適用したフランジ構造１は、幅寸法比率ｂβ／Ｂfが１／２となる場合に、無次元化圧縮エネルギー吸収量Ｅｎ／Ｅｏが最も大きいものとなり、幅寸法比率ｂβ／Ｂfが、１／４以上、１／２以下となることで、無次元化圧縮エネルギー吸収量Ｅｎ／Ｅｏが増大傾向を示すため、エネルギー吸収性能を確実に向上させることが可能となる。
In the
なお、ここでは、表１に示すその他の解析条件における結果の図示は省略するが、図６〜図９に示された傾向は、表１に示した全ての材料条件及び形状条件で同様となることを確認している。即ち、本発明を適用したフランジ構造１は、板厚一様な従来モデルと比較すると、座屈強度（σｃｒ／σｙ）の低下が認められず、また、局部座屈後の圧縮応力の負担能力を高めて、圧縮エネルギー吸収量が向上することを確認している。
In addition, although illustration of the result in the other analysis conditions shown in Table 1 is omitted here, the tendency shown in FIGS. 6 to 9 is the same in all material conditions and shape conditions shown in Table 1. I have confirmed that. That is, in the
また、本発明を適用した形鋼７は、図１０に示すように、本発明を適用したフランジ構造１がフランジ２に設けられる。このため、本発明を適用した形鋼７は、高さ方向Ｚの曲げ力Ｍ等でフランジ２に圧縮応力が生じる場合にも、フランジ２の局部座屈後の圧縮応力の負担能力を高めて、形鋼７全体でのエネルギー吸収性能を向上させることが可能となる。
Further, as shown in FIG. 10, the
なお、本発明を適用した形鋼７は、梁端同士の接合箇所等に用いられる場合に、例えば、段部６の段差Δｔと同程度の板厚となるフィラープレート６０を設けて、添接板６１を用いたボルト摩擦接合等ができる。このとき、本発明を適用した形鋼７は、ボルト接合等で特段の工夫をすることなく、フィラープレート６０等で段部６の段差Δｔを吸収しながら、形鋼７が用いられた梁端同士等を容易に接合させることが可能となる。
Note that the
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。 As mentioned above, although the example of embodiment of this invention was demonstrated in detail, all the embodiment mentioned above showed only the example of actualization in implementing this invention, and these are the technical aspects of this invention. The range should not be interpreted in a limited way.
１ ：フランジ構造
２ ：フランジ
２０ ：内面
２１ ：外面
３ ：厚板部
４ ：薄板部
５ ：ウェブ
６ ：段部
６０ ：フィラープレート
６１ ：添接板
７ ：形鋼
７１ ：Ｈ形鋼
７２ ：溝形鋼
７３ ：ＣＴ形鋼
α ：拘束端側
β ：自由端側
Ｘ ：奥行方向
Ｙ ：幅方向
Ｚ ：高さ方向
1: Flange structure 2: Flange 20: Inner surface 21: Outer surface 3: Thick plate portion 4: Thin plate portion 5: Web 6: Step portion 60: Filler plate 61: Joining plate 7: Shape steel 71: H-section steel 72: Groove Shape steel 73: CT shape steel α: Restrained end side β: Free end side X: Depth direction Y: Width direction Z: Height direction
Claims (5)
断面方向で幅方向に延びるフランジと、前記フランジに連結されるウェブとを備え、
前記フランジは、前記ウェブが連結される拘束端側に厚板部が形成されて、前記ウェブから離間した自由端側に薄板部が形成されるとともに、前記厚板部の板厚ｔαよりも前記薄板部の板厚ｔβが小さくなって、前記フランジの幅方向の幅寸法Ｂfと前記フランジの断面積Ａfとの関係から、下記（１）式により算出される平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgが、８以上、１８以下となること
を特徴とするフランジ構造。
A flange extending in the cross-sectional direction in the width direction, and a web connected to the flange,
The flange has a thick plate portion formed on a restraining end side to which the web is connected, a thin plate portion is formed on a free end side separated from the web, and the plate thickness tα is greater than the plate thickness tα of the thick plate portion. The plate thickness tβ of the thin plate portion is reduced, and an average width-thickness ratio (b) calculated by the following equation (1) from the relationship between the width dimension B f in the width direction of the flange and the cross-sectional area A f of the flange. / T) A flange structure wherein avg is 8 or more and 18 or less.
を特徴とする請求項１記載のフランジ構造。 In the flange, the plate thickness tα of the thick plate portion is substantially uniform in the width direction, the plate thickness tβ of the thin plate portion is substantially uniform in the width direction, and the thick plate portion and the thin plate portion are continuous. A step portion is formed at a position where the plate thickness tβ of the thin plate portion with respect to the plate thickness tα of the thick plate portion (tβ / tα) is 1/3 or more and 5/6 or less. The flange structure according to claim 1.
を特徴とする請求項１又は２記載のフランジ構造。 The flange has a ratio (bβ / B f ) of a width dimension bβ in the width direction of the thin plate portion to a width dimension B f in the width direction of the flange is not less than 1/4 and less than 3/4. The flange structure according to claim 1 or 2.
断面方向で幅方向に延びる一対のフランジと、一対の前記フランジの各々の内面に連結されるウェブとを備え、
各々の前記フランジは、前記ウェブが連結される拘束端側に厚板部が形成されて、前記ウェブから離間した自由端側に薄板部が形成されるとともに、前記厚板部の板厚ｔαよりも前記薄板部の板厚ｔβが小さくなって、前記ウェブが連結される各々の前記フランジの内面で、前記厚板部と前記薄板部とが連続する箇所に段部が形成されて、前記フランジの幅方向の幅寸法Ｂfと前記フランジの断面積Ａfとの関係から、下記（１）式により算出される平均化幅厚比（ｂ／ｔ）avgが、８以上、１８以下となること
を特徴とする形鋼。
A pair of flanges extending in the width direction in the cross-sectional direction, and a web connected to the inner surfaces of each of the pair of flanges,
Each of the flanges has a thick plate portion formed on the restraining end side to which the web is connected, a thin plate portion formed on the free end side separated from the web, and a thickness tα of the thick plate portion. In addition, the thickness tβ of the thin plate portion is reduced, and on the inner surface of each flange to which the web is connected, a step portion is formed at a location where the thick plate portion and the thin plate portion are continuous, and the flange An average width-thickness ratio (b / t) avg calculated by the following equation (1) is 8 or more and 18 or less from the relationship between the width dimension Bf in the width direction of the flange and the cross-sectional area Af of the flange. Shaped steel characterized by
を特徴とする請求項４記載の形鋼。 The pair of flanges and the web are formed into a substantially H-shaped cross section by extending the flanges on both sides of the web in the width direction.
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