JP2018154996A - Design method for composite beam and composite beam - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To optimize a torsional rigidity ratio between a concrete slab and a beam while suppressing the lateral buckling of the beam.SOLUTION: In a design method of a composite beam 10 having a beam 12 of an H-shaped steel joined to a column 14 and a concrete slab 20 joined to an upper flange 12A of the beam 12, a torsional rigidity ratio of the concrete slab 20 and the beam 12 is set so that the beam 12 does not collapse laterally when a design member angle is given to the beam 12.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、合成梁の設計方法及び合成梁に関する。   The present invention relates to a composite beam design method and a composite beam.

H型断面の梁と、梁のフランジに接合されるコンクリートスラブとを有する合成梁の設計方法であって、コンクリートスラブによる梁のフランジの横座屈変形に対する拘束力(拘束効果)を考慮して、梁の弾性横座屈耐力を求める合成梁の設計方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。   A method of designing a composite beam having an H-shaped cross-section beam and a concrete slab joined to the flange of the beam, taking into account the restraining force (restraint effect) against lateral buckling deformation of the flange of the beam by the concrete slab A synthetic beam design method for obtaining the elastic lateral buckling strength of a beam is known (for example, see Patent Document 1).

特開2012−012788号公報JP 2012-012788 A

特許文献1に開示された合成梁の設計方法では、コンクリートスラブと梁とのねじり剛性比を所定値以上にすることで、コンクリートスラブによるフランジの横座屈変形に対する拘束力を確保し、梁の横座屈を抑制している。   In the method of designing a composite beam disclosed in Patent Document 1, the torsional rigidity ratio between the concrete slab and the beam is set to a predetermined value or more to secure a restraining force against the lateral buckling deformation of the flange caused by the concrete slab. Suppresses bending.

しかしながら、コンクリートスラブと梁とのねじり剛性比のさらなる最適化が望まれる。   However, further optimization of the torsional stiffness ratio between the concrete slab and the beam is desired.

本発明は、上記の事実を考慮し、梁の横座屈を抑制しつつ、コンクリートスラブと梁とのねじり剛性比を最適化することを目的とする。   An object of the present invention is to optimize the torsional rigidity ratio between a concrete slab and a beam while suppressing the lateral buckling of the beam in consideration of the above facts.

請求項1に記載の合成梁の設計方法は、上下方向に互いに対向する一対のフランジと一対の前記フランジを接続するウェブとを有し、柱に接合される梁と、前記フランジに接合されるコンクリートスラブと、を備える合成梁の設計方法であって、前記梁に設計部材角を与えた場合に、該梁が横座屈しないように、前記コンクリートスラブと前記梁とのねじり剛性比を設定する。   The method for designing a composite beam according to claim 1 includes a pair of flanges facing each other in the vertical direction and a web connecting the pair of flanges, the beam joined to a column, and joined to the flange. A composite slab design method comprising: a torsional rigidity ratio between the concrete slab and the beam so that the beam does not buckle when a design member angle is given to the beam. .

請求項1に係る合成梁の設計方法によれば、梁に設計部材角を与えた場合に、当該梁が横座屈しないように、コンクリートスラブと梁とのねじり剛性比を設定する。   According to the composite beam designing method of the first aspect, when the design member angle is given to the beam, the torsional rigidity ratio between the concrete slab and the beam is set so that the beam does not laterally buckle.

ここで、梁のフランジの回転を拘束するために必要となるコンクリートスラブのねじり剛性は、梁の設計部材角(梁の必要部材角)に応じて変動する。すなわち、梁の設計部材角が小さくなると、当該梁のフランジの回転を拘束するために必要となるコンクリートスラブのねじり剛性も小さくなる。一方、梁の設計部材角が大きくなると、当該梁のフランジの回転を拘束するために必要となるコンクリートスラブのねじり剛性も大きくなる。   Here, the torsional rigidity of the concrete slab required for restraining the rotation of the flange of the beam varies depending on the design member angle of the beam (the required member angle of the beam). That is, when the design member angle of the beam is reduced, the torsional rigidity of the concrete slab necessary for restraining the rotation of the flange of the beam is also reduced. On the other hand, as the design member angle of the beam increases, the torsional rigidity of the concrete slab required to constrain the rotation of the flange of the beam also increases.

そこで、本発明では、梁に設計部材角を与えた場合に、梁が横座屈しないように、コンクリートスラブと梁とのねじり剛性比を設定する。これにより、梁の横座屈を抑制しつつ、コンクリートスラブと梁とのねじり剛性比を最適化することができる。   Therefore, in the present invention, when the design member angle is given to the beam, the torsional rigidity ratio between the concrete slab and the beam is set so that the beam does not buckle laterally. Thereby, the torsional rigidity ratio between the concrete slab and the beam can be optimized while suppressing the lateral buckling of the beam.

請求項2に記載の合成梁の設計方法は、前記ねじり剛性比は、式(1)を満たすように設定する。   In the composite beam designing method according to claim 2, the torsional rigidity ratio is set so as to satisfy the formula (1).

請求項2に係る合成梁の設計方法によれば、コンクリートスラブと梁とのねじり剛性比は、式(1)を満たすように設定する。これにより、コンクリートスラブと梁とのねじり剛性比を容易に最適化することができる。   According to the composite beam designing method of the second aspect, the torsional rigidity ratio between the concrete slab and the beam is set so as to satisfy the formula (1). Thereby, the torsional rigidity ratio between the concrete slab and the beam can be easily optimized.

請求項3に記載の合成梁の設計方法は、請求項1又は請求項2に記載の合成梁の設計方法において、前記コンクリートスラブのスラブ厚は、140mm以上、又は前記コンクリートスラブと前記梁との間にデッキプレートがある場合は、130mm以上である。   The composite beam design method according to claim 3 is the composite beam design method according to claim 1 or 2, wherein the concrete slab has a slab thickness of 140 mm or more, or between the concrete slab and the beam. When there is a deck plate between them, it is 130 mm or more.

請求項3に係る合成梁の設計方法によれば、コンクリートスラブのスラブ厚を実用的な範囲で設定することにより、コンクリートスラブと梁とのねじり剛性比をさらに最適化することができる。   According to the composite beam designing method of the third aspect, the torsional rigidity ratio between the concrete slab and the beam can be further optimized by setting the slab thickness of the concrete slab within a practical range.

請求項4に記載の合成梁は、上下方向に互いに対向する一対のフランジと一対の前記フランジを接続するウェブとを有し、柱に接合される梁と、前記フランジに接合されるコンクリートスラブと、を備える合成梁であって、前記梁に設計部材角が与えられた場合に、該梁が横座屈しないように、前記コンクリートスラブと前記梁とのねじり剛性比が設定された。   The composite beam according to claim 4 has a pair of flanges facing each other in the vertical direction and a web connecting the pair of flanges, a beam joined to a column, and a concrete slab joined to the flange. When the design member angle is given to the beam, the torsional rigidity ratio between the concrete slab and the beam is set so that the beam does not laterally buckle.

請求項4に係る合成梁によれば、梁に設計部材角が与えられた場合に、当該梁が横座屈しないように、コンクリートスラブと前記梁とのねじり剛性比が設定される。   According to the composite beam of the fourth aspect, when the design member angle is given to the beam, the torsional rigidity ratio between the concrete slab and the beam is set so that the beam does not laterally buckle.

ここで、梁のフランジの回転を拘束するために必要となるコンクリートスラブのねじり剛性は、前述したように、梁の設計部材角(梁の必要部材角)に応じて変動する。   Here, as described above, the torsional rigidity of the concrete slab required to restrain the rotation of the flange of the beam varies depending on the design member angle of the beam (the necessary member angle of the beam).

そこで、本発明では、梁に設計部材角が与えられた場合に、当該梁が横座屈しないように、コンクリートスラブと梁とのねじり剛性比が設定される。これにより、梁の横座屈を抑制しつつ、コンクリートスラブと梁とのねじり剛性比を最適化することができる。   Therefore, in the present invention, when the design member angle is given to the beam, the torsional rigidity ratio between the concrete slab and the beam is set so that the beam does not buckle laterally. Thereby, the torsional rigidity ratio between the concrete slab and the beam can be optimized while suppressing the lateral buckling of the beam.

以上説明したように、本発明に係る合成梁の設計方法及び合成梁によれば、梁の横座屈を抑制しつつ、コンクリートスラブと梁とのねじり剛性比を最適化することができる。   As described above, according to the composite beam designing method and composite beam according to the present invention, the torsional rigidity ratio between the concrete slab and the beam can be optimized while suppressing the lateral buckling of the beam.

一実施形態に係る合成梁を示す立面図である。It is an elevation view which shows the composite beam which concerns on one Embodiment. 図1の2−2線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG. 合成梁を構成するコンクリートスラブのモデル図である。It is a model figure of the concrete slab which comprises a composite beam. 解析で用いた合成梁を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the composite beam used by the analysis. (A)及び(B)は、合成梁の解析モデルを示す斜視図である。(A) And (B) is a perspective view which shows the analysis model of a composite beam. 梁の弾性横座屈耐力(Mcre/Mcr0)と、コンクリートスラブと梁とのねじり剛性比xとの関係を示すグラフである。Elastic Lateral Buckling force of the beam and (M cre / M cr0), is a graph showing the relationship between the torsional rigidity ratio x of the concrete slab and the beam. 載荷実験で用いた梁の試験体の寸法、及び解析結果を示す表である。It is a table | surface which shows the dimension of the test body of the beam used by the loading experiment, and an analysis result. (A)は、梁の両端の支持条件が両端固定支持の場合において、コンクリートスラブの拘束力による梁の耐力上昇係数α,αと、梁のウェブ辺長比λとの関係を示すグラフであり、(B)は、梁の両端の支持条件が、一端固定支持で他端ピン支持の場合において、コンクリートスラブの拘束力による梁の耐力上昇係数α,αと、梁のウェブ辺長比λとの関係を示すグラフである。(A) shows the relationship between the beam strength increase coefficients α 1 and α 2 due to the restraining force of the concrete slab and the web side length ratio λ W when the support conditions at both ends of the beam are fixed support at both ends. (B) is a graph showing the beam strength increase coefficients α 1 and α 2 due to the restraining force of the concrete slab and the beam web when the support conditions at both ends of the beam are fixed support at one end and pin support at the other end. It is a graph which shows the relationship with side length ratio (lambda) W. (A)は、図8(A)に示されるウェブ辺長比λをウェブ幅厚比d/tで除したグラフであり、(B)は、図8(B)に示されるウェブ辺長比λをウェブ幅厚比d/tで除したグラフである。(A) is a graph obtained by dividing the web edge length ratio lambda w in web width-thickness ratio d / t w shown in FIG. 8 (A), (B), the web side shown in FIG. 8 (B) it is a graph obtained by dividing the length ratio λ w in the web width thickness ratio d / t w. 梁の弾性横座屈耐力(Mcre/Mcr0)と、コンクリートスラブと梁とのねじれ剛性比xとの関係を示すグラフである。Elastic Lateral Buckling force of the beam and (M cre / M cr0), is a graph showing the relationship between the torsional rigidity ratio x of the concrete slab and the beam. 載荷実験で用いた梁の試験体の寸法、及び解析結果を示す表である。It is a table | surface which shows the dimension of the test body of the beam used by the loading experiment, and an analysis result. 載荷実験装置を示す立面図である。It is an elevation view which shows a loading experiment apparatus. (A)は、載荷実験で用いたスケルトンカーブを示し、(B)は、実験から得られた梁のモーメントMと部材角Rとの関係を示すグラフである。(A) shows the skeleton curve used in the loading experiment, and (B) is a graph showing the relationship between the moment M of the beam and the member angle R obtained from the experiment. 梁の塑性率の計算値と実験値との比較結果を示す表である。It is a table | surface which shows the comparison result of the calculated value of a plasticity factor of a beam, and an experimental value. (A)及び(B)には、梁の塑性率μの計算値と実験値との関係を示すグラフである。(A) And (B) is a graph which shows the relationship between the calculated value of the plasticity factor μ of a beam, and an experimental value.

(一実施形態)
以下、図面を参照しながら、一実施形態について説明する。
(One embodiment)
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings.

(合成梁)
図1及び図2に示されるように、本実施形態に合成梁10は、梁12と、コンクリートスラブ20とを備えている。梁12は、断面H型に形成されている。また、梁12は、上下方向に互いに対向する一対のフランジ12A,12Bと、一対のフランジ12A,12Bを接続するウェブ12Cとを有している。この梁12は、例えば、一対の柱14に架設されている。
(Composite beam)
As shown in FIGS. 1 and 2, the composite beam 10 in this embodiment includes a beam 12 and a concrete slab 20. The beam 12 has an H-shaped cross section. The beam 12 includes a pair of flanges 12A and 12B that face each other in the vertical direction, and a web 12C that connects the pair of flanges 12A and 12B. For example, the beam 12 is installed on a pair of pillars 14.

なお、梁12は、例えば、ロール成形によって成形されたロールHであっても良いし、一対のフランジ12A,12Bとウェブ12Cとを溶接して組み立てたビルドHであっても良い。また、梁12の断面形状は、一対のフランジ12A,12B及びウェブ12Cの板厚や幅が異なる偏断面形状であっても良い。   The beam 12 may be, for example, a roll H formed by roll forming, or may be a build H assembled by welding a pair of flanges 12A and 12B and the web 12C. Further, the cross-sectional shape of the beam 12 may be a deviated cross-sectional shape in which the thickness and width of the pair of flanges 12A and 12B and the web 12C are different.

また、梁12の材軸方向の両端12E1,12E2の支持条件は、後述するように、両端固定支持であっても良いし、一端固定支持で他端ピン支持であっても良い。また、後述する梁12の一般化横座屈細長比λは、150〜250とされる。なお、本実施形態における「下限値〜上限値」は、下限値以上、かつ、上限値以下を意味する。 Further, the support conditions for both ends 12E1 and 12E2 in the material axis direction of the beam 12 may be fixed support at both ends, or may be fixed at one end and supported at the other end pin. Further, a generalized lateral buckling slenderness ratio λ b of the beam 12 described later is set to 150 to 250. Note that “lower limit value to upper limit value” in the present embodiment means a value that is greater than or equal to the lower limit value and less than or equal to the upper limit value.

コンクリートスラブ20は、例えば、鉄筋コンクリート造やPCaコンクリート造とされている。このコンクリートスラブ20のスラブ厚t(図2参照)は、例えば、140mm以上とされる。また、コンクリートスラブがデッキスラブ(合成スラブ)の場合、すなわちコンクリートスラブ20と梁12との間に図示しないデッキプレートがある場合、コンクリートスラブのスラブ厚tは、例えば、130mm以上とされる。 The concrete slab 20 is, for example, a reinforced concrete structure or a PCa concrete structure. The slab thickness t c (see FIG. 2) of the concrete slab 20 is, for example, 140 mm or more. When the concrete slab is a deck slab (synthetic slab), that is, when there is a deck plate (not shown) between the concrete slab 20 and the beam 12, the slab thickness t c of the concrete slab is, for example, 130 mm or more.

コンクリートスラブ20は、複数のスタッド22を介して梁12の上側のフランジ12Aに接合されており、梁12と共に合成梁10を構成している。複数のスタッド22は、例えば、頭付スタッドとされる。また、各スタッド22は、フランジ12Aの上面から上方へ突出されている。これらのスタッド22は、梁12の材軸方向(長手方向)の間隔を空けて配置されている。また、図2に示されるように、複数のスタッド22は、フランジ12Aの幅方向に間隔を空けて配置されている。なお、フランジ12Aの幅方向に並ぶスタッド22の本数は、1本であっても良い。 The concrete slab 20 is joined to the upper flange 12 </ b> A of the beam 12 via a plurality of studs 22, and constitutes the composite beam 10 together with the beam 12. The plurality of studs 22 are, for example, headed studs. Each stud 22 protrudes upward from the upper surface of the flange 12A. These studs 22 are arranged at intervals in the material axis direction (longitudinal direction) of the beam 12. In addition, as shown in FIG. 2, the plurality of studs 22 are arranged at intervals in the width direction of the flange 12A. The number of studs 22 arranged in the width direction of the flange 12A may be one.

また、複数のスタッド22の本数や強度は、例えば、コンクリートスラブ20によって梁12のフランジ12Aの横移動が拘束可能に設定されている。また、梁12のフランジ12Aとコンクリートスラブ20とは、スタッド22に限らず、他の接合部材によって接合されても良い。   The number and strength of the plurality of studs 22 are set such that the lateral movement of the flange 12A of the beam 12 can be restricted by the concrete slab 20, for example. Further, the flange 12A of the beam 12 and the concrete slab 20 are not limited to the stud 22 and may be joined by other joining members.

ここで、地震時には、梁12のウェブ12Cが面外方向にはらみ出す横座屈が発生する可能性がある。この対策として、例えば、梁12に図示しない横補剛材(横座屈抑制部材)を取り付け、梁12のウェブ12Cに面外剛性を付与することが考えられる。しかしながら、梁12に横補剛材を取り付けるためには、手間がかかる。   Here, at the time of an earthquake, there is a possibility that a lateral buckling occurs in which the web 12C of the beam 12 protrudes in the out-of-plane direction. As a countermeasure, for example, a lateral stiffener (lateral buckling suppression member) (not shown) may be attached to the beam 12 to provide out-of-plane rigidity to the web 12C of the beam 12. However, it takes time to attach the lateral stiffener to the beam 12.

そこで、本実施形態では、コンクリートスラブ20の拘束力(拘束効果)によって、梁12が横座屈しないように、コンクリートスラブ20のねじり剛性と、梁12のねじり剛性との比(以下、単に「ねじり剛性比x」ともいう)が設定されている。これにより、本実施形態では、横補剛材を不要にしつつ、梁12の横座屈を抑制することができる。   Therefore, in the present embodiment, the ratio between the torsional rigidity of the concrete slab 20 and the torsional rigidity of the beam 12 (hereinafter simply referred to as “twisting”) so that the beam 12 is not laterally buckled by the restraining force (constraint effect) of the concrete slab 20. Stiffness ratio x ”) is set. Thereby, in this embodiment, the lateral buckling of the beam 12 can be suppressed while making the lateral stiffener unnecessary.

ここで、梁12のフランジ12Aの回転を拘束するために必要となるコンクリートスラブ20のねじり剛性は、梁12の設計部材角θ(梁の必要部材角)に応じて変動する。すなわち、梁12の設計部材角θが小さくなると、梁12のフランジ12Aの回転を拘束するために必要となるコンクリートスラブ20のねじり剛性も小さくなる。一方、梁12の設計部材角θが大きくなると、梁12のフランジ12Aの回転を拘束するために必要となるコンクリートスラブ20のねじり剛性も大きくなる。   Here, the torsional rigidity of the concrete slab 20 required to constrain the rotation of the flange 12A of the beam 12 varies depending on the design member angle θ of the beam 12 (the necessary member angle of the beam). That is, when the design member angle θ of the beam 12 is reduced, the torsional rigidity of the concrete slab 20 required for restricting the rotation of the flange 12A of the beam 12 is also reduced. On the other hand, when the design member angle θ of the beam 12 is increased, the torsional rigidity of the concrete slab 20 required for restricting the rotation of the flange 12A of the beam 12 is also increased.

そこで、本実施形態では、梁12に設計部材角θを与えた場合に、梁12が横座屈しないように、コンクリートスラブ20と梁12とのねじり剛性比xが設定されている。より具体的には、コンクリートスラブ20と梁12とのねじり剛性比xは、下記式(1)を満たすように設定されている。これにより、梁12の横座屈を抑制しつつ、コンクリートスラブ20と梁12とのねじり剛性比xを最適化することができる。なお、ねじり剛性比xが負の場合(x<0)は、コンクリートスラブ20のねじり剛性の大きさに関わらず、梁12に横座屈は発生しない。   Therefore, in this embodiment, the torsional rigidity ratio x between the concrete slab 20 and the beam 12 is set so that the beam 12 does not buckle when the design member angle θ is given to the beam 12. More specifically, the torsional rigidity ratio x between the concrete slab 20 and the beam 12 is set so as to satisfy the following formula (1). Thereby, the torsional rigidity ratio x between the concrete slab 20 and the beam 12 can be optimized while suppressing the lateral buckling of the beam 12. When the torsional rigidity ratio x is negative (x <0), no lateral buckling occurs in the beam 12 regardless of the torsional rigidity of the concrete slab 20.


ただし、
b:梁の両端の支持条件によって決まる定数
<梁の両端の支持条件:両端固定支持の場合>
b=1.82〜8.15
<梁の両端の支持条件:一端固定支持で他端ピン支持の場合>
b=2.67〜4.69
θM:梁に設計部材角θを与えた場合に、梁の端部に発生する端部曲げモーメント
cr0:等曲げモーメントによる梁の弾性横座屈耐力
α,α:コンクリートスラブの拘束力による梁の耐力上昇係数
<梁の両端の支持条件:両端固定支持の場合>
α=2.74〜3.91
α=3.40〜7.47
<梁の両端の支持条件:一端固定支持で他端ピン支持の場合>
α=2.43〜2.59
α=3.99〜6.61
である。

However,
b: Constant determined by support conditions at both ends of beam <Support conditions at both ends of beam: In the case of fixed support at both ends>
b = 1.82 to 8.15
<Supporting conditions at both ends of the beam: When one end is fixed and the other end is pin supported>
b = 2.67-4.69
θ M: End bending moment generated at the end of the beam when the design member angle θ is given to the beam M cr0 : Elastic lateral buckling strength of the beam due to equal bending moment α 1 , α 2 : Restraint force of the concrete slab Coefficient of increase in beam strength due to the beam <Supporting conditions at both ends of the beam: In the case of fixed support at both ends>
α 1 = 2.74 to 3.91
α 2 = 3.40-7.47
<Supporting conditions at both ends of the beam: When one end is fixed and the other end is pin supported>
α 1 = 2.43 to 2.59
α 2 = 3.99 to 6.61
It is.

(コンクリートスラブと梁とのねじり剛性比の算出方法)
以下、横補剛材の要否を検討しつつ、コンクリートスラブ20と梁12とのねじり剛性比xの算出方法について説明する。
(Calculation method of torsional rigidity ratio between concrete slab and beam)
Hereinafter, a method for calculating the torsional rigidity ratio x between the concrete slab 20 and the beam 12 will be described while examining the necessity of the lateral stiffener.

横補剛材の要否は、例えば、梁12の塑性変形性能に基づいて判断される。この梁12の塑性変形性能、すなわち梁12の塑性率(保有塑性率)μは、下記式(2)及び式(3)で表される。

ただし、
λ:一般化横座屈細長比
cre:コンクリートスラブの拘束力を考慮した梁の弾性横座屈耐力
:梁の全塑性耐力
である。
The necessity of the horizontal stiffener is determined based on the plastic deformation performance of the beam 12, for example. The plastic deformation performance of the beam 12, that is, the plastic rate (retained plastic rate) μ of the beam 12 is expressed by the following formulas (2) and (3).

However,
λ b : Generalized lateral buckling slenderness ratio M cre : Elastic lateral buckling strength of the beam considering the restraining force of the concrete slab M p : Total plastic yield strength of the beam

上記式(2)及び式(3)の精度を高めるためには、コンクリートスラブ20の拘束力を考慮した梁12の弾性横座屈耐力Mcreを精度良く求める必要がある。このコンクリートスラブ20の拘束力は、例えば、図3に示されるように、梁12のフランジ12Aの横移動を拘束する横移動拘束ばねkと、梁12のフランジ12Aの回転を拘束する回転拘束ばねkβとにモデル化される。 In order to improve the accuracy of the above equations (2) and (3), it is necessary to accurately obtain the elastic lateral buckling strength M cre of the beam 12 in consideration of the restraining force of the concrete slab 20. Restraining force of the concrete slab 20 is, for example, as shown in FIG. 3, the lateral movement restraining spring k u for restraining lateral movement of the flange 12A of the beam 12, the rotation restraint for restraining the rotation of the flange 12A of the beam 12 It is modeled on a spring k beta.

ここで、梁12とコンクリートスラブ20とが一体に接合されて合成梁10を構成する場合、梁12のフランジ12Aの横移動は、基本的に、コンクリートスラブ20によって拘束される。そのため、本実施形態では、フランジ12Aの横移動は、コンクリートスラブ20の横移動拘束ばねkによって完全に拘束されるものとし、コンクリートスラブ20の回転拘束ばねkβによるフランジ12Aの回転拘束力について検討する。 Here, when the beam 12 and the concrete slab 20 are integrally joined to form the composite beam 10, the lateral movement of the flange 12 </ b> A of the beam 12 is basically restrained by the concrete slab 20. Therefore, in this embodiment, the lateral movement of the flange 12A is intended to be fully constrained by the lateral movement restraining spring k u of the concrete slab 20, the rotation restraining force of the flange 12A by the rotation restraining spring k beta of the concrete slab 20 consider.

先ず、解析により、コンクリートスラブ20の回転拘束力、すなわちコンクリートスラブ20のねじり剛性と、梁12の横座屈耐力Mcreとの関係を求める。 First, the relationship between the rotational restraining force of the concrete slab 20, that is, the torsional rigidity of the concrete slab 20, and the lateral buckling strength M cre of the beam 12 is obtained by analysis.

(解析モデル)
図4、及び図5(A)には、梁12の解析モデルが示されている。この梁12の材軸方向の両端12E1,12E2の支持条件は、固定とされている。つまり、梁12の両端12E1,12E2では、強軸周り及び弱軸周りの各々の回転及びそりが拘束されている。また、本解析では、梁スパン(梁の全長)lが異なる三種類の梁12が用いられる。
(Analysis model)
4 and 5A show an analysis model of the beam 12. The support condition of both ends 12E1 and 12E2 in the material axis direction of the beam 12 is fixed. That is, at both ends 12E1 and 12E2 of the beam 12, the rotation and warpage around the strong axis and the weak axis are restricted. In this analysis, three types of beams 12 having different beam spans (total beam lengths) 1 are used.

コンクリートスラブ20の解析モデルは、ねじり剛性のみを有する梁要素としてモデル化されている。このコンクリートスラブ20のスラブ幅Bは、例えば、梁12が接合される柱14の柱幅に設定される。 The analysis model of the concrete slab 20 is modeled as a beam element having only torsional rigidity. Slab width B e in this concrete slab 20 is set to, for example, a pillar width of the pillar 14 the beam 12 is joined.

なお、図5(B)には、梁12の両端12E1,12E2の支持条件が、一端固定支持で他端ピン支持の解析モデルが示されている。   FIG. 5B shows an analysis model in which the support conditions of both ends 12E1 and 12E2 of the beam 12 are one end fixed support and the other end pin support.

(解析方法)
本解析では、梁スパンlが異なる三種類の梁12に対し、コンクリートスラブ20のねじり剛性をパラメータとして逆対称曲げモーメントM(図5(A)参照)を与え、各梁12の弾性横座屈耐力Mcreをそれぞれ求めた。
(analysis method)
In this analysis, an inverse symmetrical bending moment M (see FIG. 5A) is given to three types of beams 12 having different beam spans l using the torsional rigidity of the concrete slab 20 as a parameter, and the elastic lateral buckling strength of each beam 12 is given. M cre was determined respectively.

また、コンクリートスラブ20を省略した梁12に対し、すなわちフランジ12Aの横移動及び回転が非拘束とされた梁12に対し、等曲げモーメントを与えた場合の各梁12の弾性横座屈耐力Mcr0を、解析ではなく計算(手計算)で求めた。なお、弾性横座屈耐力Mcr0を求める際の梁12の両端12E1,12E2の支持条件は、弾性横座屈耐力Mcreの場合と同じ固定である。 Further, the elastic lateral buckling strength M cr0 of each beam 12 when an equal bending moment is applied to the beam 12 from which the concrete slab 20 is omitted, that is, the beam 12 in which the lateral movement and rotation of the flange 12A are unconstrained. Was calculated not by analysis but by calculation (manual calculation). In addition, the support conditions of both ends 12E1 and 12E2 of the beam 12 when obtaining the elastic lateral buckling strength M cr0 are the same as those for the elastic lateral buckling strength M cre .

(解析結果、梁の両端の支持条件:固定支持の場合)
図6には、梁12の両端12E1,12E2の支持条件が固定支持の場合の解析結果が示されている。なお、図6の縦軸は、解析で求めた梁12の弾性横座屈耐力Mcreを弾性横座屈耐力Mcr0で除した値である。また、図6の横軸は、コンクリートスラブ20と梁12とのねじり剛性比xである。
(Analysis results, support conditions at both ends of the beam: fixed support)
FIG. 6 shows an analysis result when the support condition of both ends 12E1 and 12E2 of the beam 12 is fixed support. The vertical axis in FIG. 6 is a value obtained by dividing the elastic lateral buckling strength M cre of the beam 12 obtained by analysis by the elastic lateral buckling strength M cr0 . Further, the horizontal axis of FIG. 6 is the torsional rigidity ratio x between the concrete slab 20 and the beam 12.

図6に示されるように、弾性横座屈耐力(Mcre/Mcr0)は、コンクリートスラブ20と梁12とのねじり剛性比xが0.01以下の場合に下限値に漸近し、ねじり剛性比xが100以上の場合に上限値に漸近する。 As shown in FIG. 6, the elastic lateral buckling strength (M cre / M cr0 ) approaches the lower limit value when the torsional rigidity ratio x between the concrete slab 20 and the beam 12 is 0.01 or less, and the torsional rigidity ratio When x is 100 or more, it gradually approaches the upper limit.

ここで、弾性横座屈耐力(Mcre/Mcr0)が下限値の場合、すなわち、梁12に対するコンクリートスラブ20のねじり剛性比xが0.01以下の場合は、コンクリートスラブ20のねじり剛性が小さいため、コンクリートスラブ20による梁12のフランジ12Aの回転拘束力も小さくなる。したがって、基本的に、コンクリートスラブ20によって梁12のフランジ12Aの回転は拘束されず、フランジ12Aの横移動のみが拘束された状態になる。 Here, when the elastic lateral buckling strength (M cre / M cr0 ) is a lower limit value, that is, when the torsional rigidity ratio x of the concrete slab 20 to the beam 12 is 0.01 or less, the torsional rigidity of the concrete slab 20 is small. Therefore, the rotational restraining force of the flange 12A of the beam 12 by the concrete slab 20 is also reduced. Therefore, basically, the rotation of the flange 12A of the beam 12 is not constrained by the concrete slab 20, and only the lateral movement of the flange 12A is constrained.

一方、弾性横座屈耐力(Mcre/Mcr0)が上限値の場合、すなわち、梁12に対するコンクリートスラブ20のねじり剛性比xが100以上の場合は、コンクリートスラブ20のねじり剛性が大きいため、コンクリートスラブ20による梁12のフランジ12Aの回転拘束力も大きくなる。したがって、基本的に、コンクリートスラブ20によってフランジ12Aの回転が拘束される。つまり、コンクリートスラブ20によって、フランジ12Aの回転及び横移動が完全に拘束された状態となる。 On the other hand, when the elastic lateral buckling strength (M cre / M cr0 ) is the upper limit, that is, when the torsional rigidity ratio x of the concrete slab 20 to the beam 12 is 100 or more, the torsional rigidity of the concrete slab 20 is large. The rotational restraining force of the flange 12A of the beam 12 by the slab 20 is also increased. Therefore, basically, the rotation of the flange 12 </ b> A is restricted by the concrete slab 20. That is, the concrete slab 20 is in a state in which the rotation and lateral movement of the flange 12A are completely restricted.

このように弾性横座屈耐力(Mcre/Mcr0)が下限値及び上限値に収束する関数は、下記式(4)に示されるロジスティック関数によって表すことができる。

ただし、
f:下限値
f+a:上限値
a,b,c,f:未知数(定数)
である。
A function in which the elastic lateral buckling strength (M cre / M cr0 ) converges to the lower limit value and the upper limit value as described above can be expressed by a logistic function represented by the following formula (4).

However,
f: Lower limit value f + a: Upper limit value a, b, c, f: Unknown (constant)
It is.

ここで、式(4)のyを梁12の弾性横座屈耐力Mcreとし、式(4)のxをコンクリートスラブ20と梁12とのねじり剛性比xとする。この場合、弾性横座屈耐力Mcreの下限値fは、フランジ12Aの回転は非拘束で、フランジ12Aの横移動のみが完全に拘束された梁12の横座屈耐力Mcr1となる。また、弾性横座屈耐力Mcreの上限値f+aは、フランジ12Aの回転及び横移動が完全に拘束された梁12の横座屈耐力をMcr2となり、下記式(5)で表される。 Here, y in equation (4) is the elastic lateral buckling strength M cre of the beam 12, and x in equation (4) is the torsional rigidity ratio x between the concrete slab 20 and the beam 12. In this case, the lower limit f of the elastic lateral buckling strength M cre is the lateral buckling strength M cr1 of the beam 12 in which the rotation of the flange 12A is unconstrained and only the lateral movement of the flange 12A is completely restrained. The upper limit f + a resilient Lateral Buckling force M cre is next M cr2 the Lateral Buckling force of the beam 12 to rotate and lateral movement of the flange 12A is fully constrained, represented by the following formula (5).

なお、式(5)では、簡略化のために、xを自然対数で表している。また、ねじり剛性比xは、下記式(6)で表される。   In Equation (5), x is represented by a natural logarithm for simplification. Further, the torsional rigidity ratio x is expressed by the following formula (6).


ただし、
G:コンクリートスラブのせん断弾性係数
J:コンクリートスラブのサンブナンのねじり定数
G:梁のせん断弾性係数
J:梁のサンブナンのねじり定数
である。

However,
C G: shear modulus of elasticity of the concrete slab
C J: Torsional constant of Sambunan of concrete slab
S G: Shear elastic modulus of the beam
S J: The torsional constant of the sambunan of the beam.

また、コンクリートスラブ20のサンブナンのねじり定数Jは、下記式(7)で表される。

ただし、
:コンクリートスラブのスラブ幅(有効幅)
:コンクリートスラブのスラブ厚
である。
Further, the torsion constant C J of Saint-Venant of the concrete slab 20 is represented by the following formula (7).

However,
B e : Slab width of concrete slab (effective width)
t c : slab thickness of concrete slab.

また、梁12のサンブナンのねじり定数Jは、下記式(8)で表される。

ただし、
H:梁成
:梁のフランジの板厚
:ウェブの板厚
B:梁の幅
である。
Further, torsional constant S J of Saint-Venant beam 12 is expressed by the following equation (8).

However,
H: RyoNaru t f: thickness t w of the beam flanges: the thickness of the web B: is the width of the beam.

次に、上記式(4)の係数b,cを、解析結果をもとに最小二乗法により求める。図7には、梁12の試験体の寸法、及び解析結果が示されている。なお、図7におけるcr1cr2は、解析値であり、Mcr0,Mcr1,Mcr2は、式(9)等の計算値である。このことは、図11についても同様である。 Next, the coefficients b and c of the above equation (4) are obtained by the least square method based on the analysis result. FIG. 7 shows the dimensions of the specimen of the beam 12 and the analysis results. Note that a M cr1 and a M cr2 in FIG. 7 are analysis values, and M cr0 , M cr1 , and M cr2 are calculated values of Equation (9) and the like. The same applies to FIG.

図7に示されるように、係数cは、梁12の形状寸法に関わらず、1.0前後となった。そのため、本実施形態では、一例として、係数cを1.0(c=1.0)とする。次に、係数bは、1.82〜8.15の範囲となった。そのため、本実施形態では、一例として、係数bを複数の梁12の平均値である4.31(b=4.31)とする。   As shown in FIG. 7, the coefficient c was around 1.0 regardless of the shape and size of the beam 12. Therefore, in this embodiment, as an example, the coefficient c is set to 1.0 (c = 1.0). Next, the coefficient b was in the range of 1.82 to 8.15. Therefore, in this embodiment, as an example, the coefficient b is set to 4.31 (b = 4.31) which is an average value of the plurality of beams 12.

なお、係数bは、平均値4.31に限らず、1.82〜8.15の範囲であっても良い。これと同様に、係数cは、1.0に限らず、1.0前後であっても良い。   The coefficient b is not limited to the average value 4.31 and may be in the range of 1.82 to 8.15. Similarly, the coefficient c is not limited to 1.0 and may be around 1.0.

次に、座屈耐力(弾性横座屈耐力)Mcr1,Mcr2を、下記式(9a)及び式(9b)のように定義する。

ただし、
α,α:コンクリートスラブの拘束力による梁の耐力上昇係数(横座屈耐力上昇係数)
である。
Next, buckling strength (elastic lateral buckling strength) M cr1 and M cr2 are defined as in the following formulas (9a) and (9b).

However,
α 1 , α 2 : Beam strength increase coefficient due to restraint force of concrete slab (lateral buckling strength increase coefficient)
It is.

また、弾性横座屈耐力Mcr0は、前述したように、等曲げモーメントによる梁12の弾性横座屈耐力(フランジ12Aの横移動及び回転は非拘束)であり、下記式(10)で表される。

ただし、
E:梁の弾性係数
:梁の弱軸周りの断面二次モーメント
:梁の曲げねじり定数
:梁の有効座屈長さ(両端固定支持の場合、l=0.5×l)
l:梁スパン
である。
Further , as described above, the elastic lateral buckling strength Mcr0 is the elastic lateral buckling strength of the beam 12 due to the equal bending moment (the lateral movement and rotation of the flange 12A are unconstrained), and is represented by the following formula (10). .

However,
E: Elastic modulus of the beam I y : Secondary moment of inertia around the weak axis of the beam I w : Beam bending torsional constant l b : Effective buckling length of the beam (in the case of fixed support at both ends, l b = 0.5 × l)
l: Beam span.

なお、梁の曲げねじり定数は、下記式(11)で表される。

ただし、
:梁のフランジの板厚
:梁のフランジの幅
h:上下のフランジの中心間距離
である。
In addition, the bending torsional constant of the beam is expressed by the following formula (11).

However,
t f : plate thickness of the flange of the beam b f : width of the flange of the beam h: distance between centers of the upper and lower flanges.

また、梁12のウェブ辺長比λは、下記式(12)で表される。

ただし、
l:梁スパン
H:梁成
:フランジの板厚
である。
Further, the web side length ratio λ w of the beam 12 is expressed by the following formula (12).

However,
l: Beams span H: RyoNaru t f: is the thickness of the flange.

次に、図8(A)には、梁12の耐力上昇係数α,αとウェブ辺長比λとの関係が示されている。なお、耐力上昇係数α,αは、固有値解析から得られた梁12の横座屈耐力Mcr1,Mcr2を、上記式(10)の弾性横座屈耐力Mcr0で除すことにより求めた。 Next, FIG. 8 (A) shows the relationship between the yield strength increase coefficients α 1 and α 2 of the beam 12 and the web side length ratio λ w . The yield strength coefficients α 1 and α 2 were obtained by dividing the lateral buckling strength M cr1 and M cr2 of the beam 12 obtained from the eigenvalue analysis by the elastic lateral buckling strength M cr0 of the above equation (10). .

図8(A)から分かるように、耐力上昇係数αは、ウェブ辺長比λと概ね線形関係にあるが、耐力上昇係数αには、ばらつきがある。そこで、図9(A)に示されるように、ウェブ辺長比λをウェブ幅厚比d/tで除して整理した。なお、dは、梁12のウェブ12Cの高さ(図2参照)であり、tは、ウェブ12Cの板厚である。 As can be seen from FIG. 8A, the yield strength increase coefficient α 1 is substantially linearly related to the web side length ratio λ w , but the yield strength increase coefficient α 2 varies. Therefore, as shown in FIG. 9 (A), it was organized by dividing the web edge length ratio lambda w in web width-thickness ratio d / t w. Incidentally, d is the height of the web 12C of the beam 12 (see FIG. 2), t w is the thickness of the web 12C.

図9(A)に示されるように、梁12の耐力上昇係数α,αは、ウェブ辺長比λ/(ウェブ幅厚比d/t)と概ね線形関係にある。そこで、耐力上昇係数α,αを下記式(13a)及び式(13b)のように定義する。 As shown in FIG. 9A, the yield strength increase coefficients α 1 and α 2 of the beam 12 are approximately linearly related to the web side length ratio λ w / (web width thickness ratio d / t w ). Therefore, the yield strength increase coefficients α 1 and α 2 are defined as in the following formulas (13a) and (13b).


ただし、
λ:梁のウェブ辺長比
d:ウェブ成(ウェブの高さ)
:ウェブの板厚
である。

However,
λ W : Web side length ratio of beam d: Web composition (web height)
tw : web thickness.

なお、梁12の耐力上昇係数αは、上記式(13a)に限らず、2.74〜3.91の範囲(図7参照)であっても良い。これと同様に、梁12の耐力上昇係数αは、上記式(13b)に限らず、3.40〜7.47の範囲(図7参照)であっても良い。 The yield strength increase coefficient α 1 of the beam 12 is not limited to the above formula (13a), and may be in the range of 2.74 to 3.91 (see FIG. 7). Similarly, yield strength increased coefficient alpha 2 of the beam 12 is not limited to the above formula (13b), may range from 3.40 to 7.47 (see FIG. 7).

ところで、式(9a)及び式(9b)より、上記式(8)は、下記式(14)で表される。
By the way, from the formula (9a) and the formula (9b), the formula (8) is expressed by the following formula (14).

上記式(14)から、コンクリートスラブ20による梁12のフランジ12Aの拘束力は、下記式(15)で表される。
From the above formula (14), the restraining force of the flange 12A of the beam 12 by the concrete slab 20 is represented by the following formula (15).

また、図10には、式(14)から求めた梁12の弾性横座屈耐力(Mcre/Mcr0)と、解析から得られた梁12の弾性横座屈耐力(Mcre/Mcr0)が示されている。なお、図10中のプロット(黒丸)は、コンクリートスラブ20のスラブ幅(有効幅)Bを柱幅とした場合のねじり剛性比xを示している。 Further, in FIG. 10, the elastic Lateral Buckling force of the beam 12 obtained from the equation (14) and (M cre / M cr0), elastic Lateral Buckling force of the beam 12 obtained from the analysis (M cre / M cr0) is It is shown. Note that plot (solid circles) in Fig. 10, the slab width (effective width) B e of the concrete slab 20 shows the torsional rigidity ratio x in the case where the pillar width.

図10に示されるように、計算値のグラフ(実線)と、解析値のグラフ(破線)とは良く対応している。このことから、式(14)が、妥当であることが分かる。   As shown in FIG. 10, the calculated value graph (solid line) and the analytical value graph (broken line) correspond well. From this, it can be seen that the equation (14) is appropriate.

(梁の両端の支持条件:一端固定で他端ピン支持の場合)
上記と同様の方法により、梁12の両端12E1,12E2の支持条件が、一端固定支持で他端ピン支持の場合についても検討した。
(Support conditions for both ends of the beam: one end fixed and other end pin support)
In the same manner as described above, the case where the support conditions of the both ends 12E1 and 12E2 of the beam 12 are one end fixed support and the other end pin support was also examined.

梁12の両端12E1,12E2の支持条件が、一端固定支持で他端ピン支持の場合、梁12の有効座屈長さlは、0.7l(l=0.7l)となる。また、図11に示されるように、係数bは、2.67〜4.69の範囲になり、その平均値は3.92(b=3.92)となる。また、係数cは1.0前後(c=1.0)となる。 Supporting conditions across 12E1,12E2 beam 12, when the other end a pin supported at one end fixed support, the effective seat屈長of l b of the beam 12, a 0.7l (l b = 0.7l). Also, as shown in FIG. 11, the coefficient b is in the range of 2.67 to 4.69, and the average value is 3.92 (b = 3.92). The coefficient c is around 1.0 (c = 1.0).

なお、係数bは、平均値3.92に限らず、2.67〜4.69の範囲であっても良い。これと同様に、係数cは、1.0に限らず、1.0前後であっても良い。   The coefficient b is not limited to the average value of 3.92, and may be in the range of 2.67 to 4.69. Similarly, the coefficient c is not limited to 1.0 and may be around 1.0.

さらに、図8(B)に示されるように、梁12の耐力上昇係数αは、ウェブ辺長比λと概ね線形関係にあるが、耐力上昇係数αには、ばらつきがある。そのため、図9(B)に示されるように、ウェブ辺長比λをウェブ幅厚比d/tで除して整理した。 Furthermore, as shown in FIG. 8 (B), yield strength increases the coefficient alpha 1 of the beam 12, there is a generally linear relationship between the web edge length ratio lambda w, the yield strength increased coefficient alpha 2, there are variations. Therefore, as shown in FIG. 9 (B), and organized by dividing the web edge length ratio lambda w in web width-thickness ratio d / t w.

図9(B)に示されるように、耐力上昇係数α,αは、ウェブ辺長比λ/(ウェブ幅厚比d/t)と概ね線形関係にある。そこで、耐力上昇係数α,αを下記式(13a’)及び式(13b’)のように定義する。 As shown in FIG. 9B, the proof stress increase coefficients α 1 and α 2 are substantially linearly related to the web side length ratio λ w / (web width thickness ratio d / t w ). Therefore, the yield strength coefficients α 1 and α 2 are defined as in the following formulas (13a ′) and (13b ′).


ただし、
λ:梁のウェブ辺長比
d:ウェブ成(ウェブの高さ)
:ウェブの板厚
である。

However,
λ W : Web side length ratio of beam d: Web composition (web height)
tw : web thickness.

なお、梁12の耐力上昇係数αは、上記式(13a’)に限らず、2.43〜2.59の範囲(図11参照)であっても良い。これと同様に、梁12の耐力上昇係数αは、上記式(13b’)に限らず、3.99〜6.61の範囲(図11参照)であっても良い。 The yield strength increase coefficient α 1 of the beam 12 is not limited to the above formula (13a ′), and may be in the range of 2.43 to 2.59 (see FIG. 11). Similarly, yield strength increased coefficient alpha 2 of the beam 12 is not limited to the above formula (13b '), may range from 3.99 to 6.61 (see FIG. 11).

(式(14)の妥当性の確認)
次に、式(14)の妥当性を検証する。具体的には、式(14)で求めた梁12の弾性横座屈耐力Mcreから、梁12の塑性率μを算出する。そして、算出した梁12の塑性率μと、実験値から求めた梁12の塑性率μ’とを比較することにより、式(14)の妥当性を検証する。
(Confirmation of validity of formula (14))
Next, the validity of the equation (14) is verified. Specifically, the plastic modulus μ of the beam 12 is calculated from the elastic lateral buckling strength M cre of the beam 12 obtained by the equation (14). Then, the validity of the equation (14) is verified by comparing the calculated plasticity factor μ of the beam 12 with the plasticity factor μ ′ of the beam 12 obtained from the experimental value.

先ず、式(14)を式(3)に代入すると、梁12の一般化横座屈細長比(一般化細長比)λは、下記式(16)で表される。
First, when Expression (14) is substituted into Expression (3), the generalized lateral buckling slenderness ratio (generalized slenderness ratio) λ b of the beam 12 is represented by the following Expression (16).

また、上記式(16)を式(2)に代入すると、梁12の塑性率μは、下記式(17)で表される。この式(17)から、梁12の塑性率μを求めた。
Further, when the above equation (16) is substituted into the equation (2), the plasticity ratio μ of the beam 12 is expressed by the following equation (17). From this equation (17), the plastic modulus μ of the beam 12 was obtained.

(載荷実験概要)
載荷実験では、図12に示される載荷装置30によって、梁12に繰り返し荷重を載荷し、得られたモーメントMと部材角Rとの関係から塑性率μを求めた。
(Outline of loading experiment)
In the loading experiment, a load was repeatedly applied to the beam 12 by the loading device 30 shown in FIG. 12, and the plasticity ratio μ was obtained from the relationship between the obtained moment M and the member angle R.

(載荷装置)
図12に示されるように、載荷装置30は、一対の柱38と、一対の柱38に支持された加力梁46とを備えている。一対の柱38は、基礎58を介して床56に支持されている。また、一対の柱38の柱脚部は、回転軸50を介して基礎58に連結され、柱38の柱頭部は、回転軸51を介して加力梁46にされている。これにより、一対の柱38が、傾倒可能とされている。この一対の柱38間に、合成梁10が架設されている。なお、合成梁10の上には、当該合成梁10に長期荷重を付与する錘48が適宜載せられている。
(Loading device)
As shown in FIG. 12, the loading device 30 includes a pair of columns 38 and a force beam 46 supported by the pair of columns 38. The pair of pillars 38 are supported by the floor 56 via the foundation 58. Further, the column bases of the pair of columns 38 are connected to the foundation 58 via the rotation shaft 50, and the column heads of the columns 38 are made to the force beam 46 via the rotation shaft 51. Thereby, the pair of pillars 38 can be tilted. The composite beam 10 is installed between the pair of columns 38. A weight 48 that applies a long-term load to the composite beam 10 is appropriately placed on the composite beam 10.

また、加力梁46の一端部と反力壁57とは、ジャッキ40及びロードセル42を介して連結されている。このジャッキ40によって、加力梁46の一端部に水平力を載荷することにより、合成梁10に逆対称曲げモーメントが付与される。   In addition, one end of the force beam 46 and the reaction force wall 57 are connected via the jack 40 and the load cell 42. By applying a horizontal force to one end of the force beam 46 by the jack 40, an antisymmetric bending moment is applied to the composite beam 10.

(実験結果)
図13(A)に従ってスケルトンカーブを作成し、上記載荷実験によって梁12の耐力が、計算で求めた合成梁10の全塑性耐力まで低下したときの梁12の変形(梁12の耐力が、計算で求めた合成梁10の全塑性耐力まで低下しなかった場合は、梁12の最大変形)を、図13(B)に示されるように、実験値の弾性剛性とgeneral yield法による全塑性耐力から求めた全塑性耐力時の弾性変形Rで除すことで、塑性率μを求めた。
(Experimental result)
A skeleton curve is created in accordance with FIG. 13A, and the deformation of the beam 12 when the proof stress of the beam 12 is reduced to the total plastic proof strength of the composite beam 10 calculated by the above-described loading test (the proof stress of the beam 12 is calculated). (If the total plastic yield strength of the composite beam 10 obtained in the above is not reduced, the maximum deformation of the beam 12), as shown in FIG. 13B, the elastic stiffness of the experimental value and the total plastic yield strength by the general yield method by dividing the elastic deformation R p at full plastic strength obtained from was determined ductility factor mu.

ここで、図14、図15(A)、及び図15(B)には、上記式(17)から求めた塑性率μと、実験値から求めた塑性率μ’との関係が示されている。なお、図15(A)では、塑性率μ’に正負の平均値を採用し、図15(B)は、塑性率μ’に正負の最大値を採用している。つまり、本実施形態では、二種類の指標で、式(14)を評価した。   Here, FIG. 14, FIG. 15 (A), and FIG. 15 (B) show the relationship between the plasticity ratio μ obtained from the above equation (17) and the plasticity ratio μ ′ obtained from the experimental value. Yes. In FIG. 15A, a positive / negative average value is employed for the plasticity ratio μ ′, and FIG. 15B employs a positive / negative maximum value for the plasticity ratio μ ′. That is, in this embodiment, the formula (14) is evaluated with two types of indices.

図15(A)からは、上記式(17)から求めた梁12の塑性率μが、実験値から求めた梁12の塑性率μ’と良く対応することが分かる。一方、図15(B)からは、上記式(17)から求めた梁12の塑性率μが、実験値から求めた梁12の塑性率μ’よりも僅かに大きくなることが分かる。つまり、上記式(17)では、梁12の塑性率μが安全側に評価されたことが分かる。   From FIG. 15A, it can be seen that the plasticity factor μ of the beam 12 obtained from the above equation (17) corresponds well with the plasticity factor μ ′ of the beam 12 obtained from the experimental value. On the other hand, it can be seen from FIG. 15B that the plasticity factor μ of the beam 12 obtained from the above equation (17) is slightly larger than the plasticity factor μ ′ of the beam 12 obtained from the experimental value. That is, it can be seen from the above formula (17) that the plasticity ratio μ of the beam 12 is evaluated on the safe side.

また、図15(B)には、梁12の両端12E1,12E2の支持条件が、一端固定支持で他端ピン支持の場合の比較結果が示されている。この場合も、上記式(17)から求めた梁12の塑性率μが、実験値から求めた梁12の塑性率μ’よりも僅かに大きくなることが分かる。つまり、上記式(17)では、梁12の塑性率μが安全側に評価されることが分かる。   FIG. 15B shows a comparison result when the support conditions of both ends 12E1 and 12E2 of the beam 12 are one end fixed support and the other end pin support. Also in this case, it can be seen that the plasticity factor μ of the beam 12 obtained from the above equation (17) is slightly larger than the plasticity factor μ ′ of the beam 12 obtained from the experimental value. That is, it can be seen from the above formula (17) that the plasticity ratio μ of the beam 12 is evaluated on the safe side.

なお、一端固定支持で他端ピン支持の場合の載荷実験では、下側のフランジ12Bが圧縮となる載荷履歴において、梁12の耐力が、計算で求めた合成梁10の全塑性耐力まで低下したときの変形に基づいて、梁12の塑性率μを求めた。   In the loading experiment in the case of one end fixed support and the other end pin support, in the loading history in which the lower flange 12B is compressed, the proof stress of the beam 12 is reduced to the total plastic proof stress of the composite beam 10 obtained by calculation. Based on the deformation at the time, the plasticity ratio μ of the beam 12 was obtained.

以上のように、図15(A)及び図15(B)から、式(14)が妥当であることが分かる。   As described above, it can be seen from FIG. 15A and FIG. 15B that Expression (14) is appropriate.

(横補剛材の要否)
次に、横補剛材の要否について検討する。
(Necessity of horizontal stiffeners)
Next, the necessity of a horizontal stiffener will be examined.

先ず、梁12の設計部材角θと、梁12の塑性率μとの関係について説明する。梁12の設計部材角θと、塑性率μrqとの関係は、下記式(18)及び式(19)で表される。

ただし、
θ:梁の全塑性耐力到達時の弾性部材角
:梁の強軸周りの断面二次モーメント
である。
First, the relationship between the design member angle θ of the beam 12 and the plasticity ratio μ of the beam 12 will be described. The relationship between the design member angle θ of the beam 12 and the plasticity ratio μ rq is expressed by the following formula (18) and formula (19).

However,
θ p : Elastic member angle when the total plastic yield strength of the beam is reached I x : Cross-sectional second moment around the strong axis of the beam.

なお、横座屈の検討が必要となる梁12は、一般に細長比が大きく、曲げ変形が卓越することが多い。そのため、上記式(18)では、梁12のせん断変形は考慮せず、梁12の曲げ変形のみを考慮している。   The beam 12 that needs to be examined for lateral buckling generally has a large slenderness ratio, and bending deformation is often excellent. Therefore, in the above equation (18), the shear deformation of the beam 12 is not considered, and only the bending deformation of the beam 12 is considered.

ここで、横補剛材が不要なる条件は、式(17)の塑性率μが式(18)の塑性率μrq以上であり、下記式(20)で表される。この式(20)から、横補剛材の要否は、梁12の鋼種に依存しないことが分かる。
Here, Yokoho Tsuyoshizai is Naru required conditions, ductility factor of equation (17) mu is the ductility factor mu rq above equations (18), represented by the following formula (20). From this equation (20), it can be seen that the necessity of the horizontal stiffener does not depend on the steel type of the beam 12.

また、逆対称曲げモーメントを受ける梁12(弾性部材)において、梁12の部材角が所定の部材角(設計部材角)θのときに、梁12の端部に発生する端部曲げモーメントθMは、下記式(21)で表される。
Further, in the beam 12 (elastic member) that receives the antisymmetric bending moment, the end bending moment θ M generated at the end of the beam 12 when the member angle of the beam 12 is a predetermined member angle (designed member angle) θ. Is represented by the following formula (21).

そうすると、上記式(20)は、下記式(22)で表される。
Then, the above formula (20) is represented by the following formula (22).

なお、梁12の両端12E1,12E2の支持条件が、一端固定支持で他端ピン支持の場合、梁12の端部曲げモーメントθMは、下記式(21’)で表される。
When the support conditions of both ends 12E1 and 12E2 of the beam 12 are one end fixed support and the other end pin support, the end bending moment θ M of the beam 12 is expressed by the following formula (21 ′).

上記式(22)は、コンクリートスラブ20による拘束力を考慮した梁12の弾性横座屈耐力Mcreが、設計部材角θが与えられた梁12の端部に発生する端部曲げモーメントθM以上の場合に、横補剛材が不要であることを示している。したがって、上記式(22)を満たすように、梁12の弾性横座屈耐力Mcreを設定することにより、横補剛材を不要にすることができる。 The above equation (22) indicates that the elastic lateral buckling strength M cre of the beam 12 considering the restraining force by the concrete slab 20 is equal to or greater than the end bending moment θ M generated at the end of the beam 12 given the design member angle θ. In this case, it is shown that the lateral stiffener is unnecessary. Therefore, by setting the elastic lateral buckling strength M cre of the beam 12 so as to satisfy the above formula (22), the lateral stiffener can be made unnecessary.

また、上記式(22)及び式(14)より、下記式(23)が得られる。
Further, the following formula (23) is obtained from the above formula (22) and formula (14).

上記式(23)をねじれ剛性比xについて解くと、上記式(1)が得られる。したがって、式(1)を満たすように、コンクリートスラブ20と梁12とのねじれ剛性比xを設定することにより、横補剛材を不要にしつつ、梁12の横座屈を抑制することができる。   When the above equation (23) is solved for the torsional rigidity ratio x, the above equation (1) is obtained. Therefore, by setting the torsional rigidity ratio x between the concrete slab 20 and the beam 12 so as to satisfy the expression (1), it is possible to suppress the lateral buckling of the beam 12 while eliminating the need for a lateral stiffener.

ここで、梁12の設計部材角θに、例えば、構造物の終局時の層間変形角が採用される。これにより、梁12の設計部材角θの選定が容易となる。また、一般に、梁12の部材角(変形量)は、構造物の層間変形角の4〜6割程度となる。したがって、梁12の設計部材角θに、構造物の終局時(終局耐力時)の層間変形角を採用することにより、梁12を安全側に評価することができる。   Here, for example, an interlayer deformation angle at the end of the structure is adopted as the design member angle θ of the beam 12. This facilitates selection of the design member angle θ of the beam 12. In general, the member angle (deformation amount) of the beam 12 is about 40 to 60% of the interlayer deformation angle of the structure. Therefore, the beam 12 can be evaluated on the safe side by adopting the interlayer deformation angle at the end of the structure (at the time of ultimate proof stress) as the design member angle θ of the beam 12.

なお、梁12の設計部材角θは、構造物の終局時の層間変形角に限らず、必要に応じて適宜変更可能である。   Note that the design member angle θ of the beam 12 is not limited to the interlayer deformation angle at the end of the structure, and can be changed as appropriate.

(補足)
式(20)について補足すると、式(20)の両辺を梁12の全塑性耐力Mで除し、さらに、式(1)の塑性率μ)、及び式(15)の塑性率μrqを代入すると、梁12の塑性率μは、下記式(24)で表すことができる。
(Supplement)
Supplementing Formula (20), both sides of Formula (20) are divided by the total plastic yield strength M p of the beam 12, and further, the plastic rate μ) of Formula (1) and the plastic rate μ rq of Formula (15) are expressed as follows . When substituted, the plasticity ratio μ of the beam 12 can be expressed by the following formula (24).

(変形例)
次に、上記実施形態の変形例について説明する。
(Modification)
Next, a modification of the above embodiment will be described.

上記実施形態では、コンクリートスラブ20が、梁12の上側のフランジ12Aに接合されるが、コンクリートスラブ20は、梁12の下側のフランジ12Bに接合されても良い。   In the above embodiment, the concrete slab 20 is joined to the upper flange 12 </ b> A of the beam 12, but the concrete slab 20 may be joined to the lower flange 12 </ b> B of the beam 12.

また、上記実施形態では、コンクリートスラブ20と梁12とのねじり剛性比xの算出に式(1)を用いたが、上記実施形態はこれに限らない。コンクリートスラブ20と梁12とのねじり剛性比は、梁12に設計部材角θを与えた場合に、当該梁12が横座屈しないように設定されていれば良く、その算出方法は適宜変更可能である。   Moreover, in the said embodiment, although Formula (1) was used for calculation of the torsional rigidity ratio x of the concrete slab 20 and the beam 12, the said embodiment is not restricted to this. The torsional rigidity ratio between the concrete slab 20 and the beam 12 only needs to be set so that the beam 12 does not laterally buckle when the design member angle θ is given to the beam 12, and the calculation method thereof can be changed as appropriate. is there.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。   As mentioned above, although one embodiment of the present invention was described, the present invention is not limited to such an embodiment, and one embodiment and various modifications may be used in combination as appropriate, and the gist of the present invention will be described. Of course, various embodiments can be implemented without departing from the scope.

12 梁
12A フランジ
12E1 一端(梁の材軸方向の一端)
12E2 他端(梁の材軸方向の他端)
14 柱
20 コンクリートスラブ
12 beam 12A flange 12E1 one end (one end of the beam in the material axis direction)
12E2 The other end (the other end in the beam axis direction of the beam)
14 Pillar 20 Concrete slab

Claims (4)

上下方向に互いに対向する一対のフランジと一対の前記フランジを接続するウェブとを有し、柱に接合される梁と、前記フランジに接合されるコンクリートスラブと、を備える合成梁の設計方法であって、
前記梁に設計部材角を与えた場合に、該梁が横座屈しないように、前記コンクリートスラブと前記梁とのねじり剛性比を設定する、
合成梁の設計方法。
A method of designing a composite beam, comprising a pair of flanges facing each other in the vertical direction and a web connecting the pair of flanges, the beam being joined to a column, and a concrete slab joined to the flange. And
When the design member angle is given to the beam, the torsional rigidity ratio between the concrete slab and the beam is set so that the beam does not buckle laterally.
How to design composite beams.
前記ねじり剛性比は、式(1)を満たすように設定する、
請求項1に記載の合成梁の設計方法。

ただし、
b:梁の両端の支持条件によって決まる定数
<梁の両端の支持条件:両端固定支持の場合>
b=1.82〜8.15
<梁の両端の支持条件:一端固定支持で他端ピン支持の場合>
b=2.67〜4.69
θM:梁に設計部材角θを与えた場合に、梁の端部に発生する端部曲げモーメント
cr0:等曲げモーメントによる梁の弾性横座屈耐力
α,α:コンクリートスラブの拘束力による梁の耐力上昇係数
<梁の両端の支持条件:両端固定支持の場合>
α=2.74〜3.91
α=3.40〜7.47
<梁の両端の支持条件:一端固定支持で他端ピン支持の場合>
α1=2.43〜2.59
α2=3.99〜6.61
である。
The torsional rigidity ratio is set so as to satisfy the formula (1).
The method for designing a composite beam according to claim 1.

However,
b: Constant determined by support conditions at both ends of beam <Support conditions at both ends of beam: In the case of fixed support at both ends>
b = 1.82 to 8.15
<Supporting conditions at both ends of the beam: In the case of one end fixed support and the other end pin support>
b = 2.67-4.69
θ M: End bending moment generated at the end of the beam when the design member angle θ is given to the beam M cr0 : Elastic lateral buckling strength of the beam due to equal bending moment α 1 , α 2 : Restraint force of the concrete slab Coefficient of increase in beam strength due to the beam <Supporting conditions at both ends of the beam: In the case of fixed support at both ends>
α 1 = 2.74 to 3.91
α 2 = 3.40-7.47
<Supporting conditions at both ends of the beam: When one end is fixed and the other end is pin supported>
α1 = 2.43-2.59
α2 = 3.99 to 6.61
It is.
前記コンクリートスラブのスラブ厚は、140mm以上、又は前記コンクリートスラブと前記梁との間にデッキプレートがある場合は、130mm以上である、
請求項1又は請求項2に記載の合成梁の設計方法。
The slab thickness of the concrete slab is 140 mm or more, or 130 mm or more when there is a deck plate between the concrete slab and the beam.
The method for designing a composite beam according to claim 1 or 2.
上下方向に互いに対向する一対のフランジと一対の前記フランジを接続するウェブとを有し、柱に接合される梁と、前記フランジに接合されるコンクリートスラブと、を備える合成梁であって、
前記梁に設計部材角が与えられた場合に、該梁が横座屈しないように、前記コンクリートスラブと前記梁とのねじり剛性比が設定された、
合成梁。
A composite beam having a pair of flanges facing each other in the vertical direction and a web connecting the pair of flanges, and comprising a beam joined to a column and a concrete slab joined to the flange,
When the design member angle is given to the beam, the torsional rigidity ratio between the concrete slab and the beam is set so that the beam does not buckle laterally,
Composite beam.
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