JP2022069006A - 梁接合構造および梁の接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】確実な応力伝達が可能であり、かつ施工性を向上させた梁接合構造および梁接合方法を提供する。
【解決手段】第１の上フランジ、第１の下フランジおよび第１のウェブを含むＨ形断面梁と、第１のウェブにボルト接合される第１の板状部分、および第１の下フランジに平行な面を含む第２の板状部分を含む支持部材と、コンクリート、およびコンクリートに埋設され少なくともＨ形断面梁の材軸方向に延びる引張力伝達部材を含み、Ｈ形断面梁および支持部材の上方に配置されるＲＣ床スラブと、第１の上フランジおよび支持部材にそれぞれ接合されるとともに、ＲＣ床スラブを構成するコンクリートに定着させられる係止部材と、第１の下フランジと第２の板状部分との間に形成される溶接部分とを備える梁接合構造が提供される。
【選択図】図２

Description

本発明は、梁接合構造および梁の接合方法に関する。

大梁（支持部材）と小梁（被接合材）との梁端接合部は一般に、剛接合又はピン接合として設計される。剛接合の場合、小梁のフランジは大梁に溶接またはボルト接合され、ウェブは大梁にボルト接合される。一方、ピン接合の場合、小梁のウェブは大梁に取り付けたフィンプレートにボルト接合され、フランジは大梁に接合されない。これに対して、特許文献１および特許文献２では、剛接合およびピン接合の中間の剛性を有する接合構造が提案されている。具体的には、大梁および小梁のそれぞれの上フランジは床スラブを介して接合され、小梁の下フランジはボルト接合またはメタルタッチによって大梁に接合される。

一方、特許文献３では、隅肉溶接を用いて小梁を大梁に剛接合する接合方法が提案されている。具体的には、大梁の上フランジに小梁の上フランジを載せかけて隅肉溶接によって接合し、大梁のウェブに取り付けられた受けプレートに小梁の下フランジを載せかけて隅肉溶接し、小梁のウェブを大梁にウェブに接合されたガセットプレートにボルト接合する。隅肉溶接では、完全溶け込み溶接とは異なり外観検査による品質管理となるため、施工が容易になる。

特開２０１５－６８００１号公報 特開２０１７－５３１０２号公報 特開２００９－５２３０２号公報

しかしながら、上記の特許文献１および特許文献２に記載されたような接合構造は、下フランジと大梁側の部材との接合に多数の高力ボルトやスプライスプレートが必要になったり、施工誤差のために小梁の下フランジと大梁側の部材とが精度よくメタルタッチしない場合に対応するための別途の技術が必要とされたりするため、例えば施工性の面で必ずしも有利とはいえない。

また、特許文献３に記載されたような接合構造は、一般的には超音波探傷装置による検査が要求されない隅肉溶接を用いているが、引張力が生じる上フランジ側では溶接不良があった場合に破断のリスクが高まるため、検査が要求されないことが必ずしも好ましいとは限らない。また、大梁の上フランジに小梁の上フランジを載せかけることによって接合構造の上面に段差が生じるため、例えばデッキプレートなどの割り付け時に余分な加工手間が生じる。また、大梁の上フランジに小梁の上フランジを載せかけるために、小梁のウェブを切り欠くなどの加工手間が余分に生じる。

また、特許文献３に記載された接合構造を基に、特許文献１や特許文献２の接合構造で用いられているように小梁の上フランジを大梁に直接接合せずに床スラブを介して接合する構造を単純に組み合わせた場合、すなわち、小梁の下フランジを大梁に溶接接合し、小梁の上フランジを大梁に直接接合せずに床スラブを介して接合した場合、次の問題が生じる。床スラブのコンクリートが硬化する前に作用する荷重（鉄骨や床スラブの自重等）に対しては、小梁上フランジの引張力を、大梁や大梁を介して連続する別の小梁に伝達することができない。従って、特許文献３のように、小梁上下フランジが溶接された接合構造と比較すると、床スラブのコンクリートが硬化する前の接合部の剛性や耐力が小さく、たわみや梁中央のモーメントが増大してしまう。

そこで、本発明は、確実な応力伝達が可能であり、かつ施工性を向上させた梁接合構造および梁の接合方法を提供することを目的とする。

［１］第１の上フランジ、第１の下フランジおよび第１のウェブを含むＨ形断面梁と、第１のウェブにボルト接合される第１の板状部分、および第１の下フランジに平行な面を含む第２の板状部分を含む支持部材と、コンクリート、およびコンクリートに埋設され少なくともＨ形断面梁の材軸方向に延びる引張力伝達部材を含み、Ｈ形断面梁および支持部材の上方に配置されるＲＣ床スラブと、第１の上フランジおよび支持部材にそれぞれ接合されるとともに、ＲＣ床スラブを構成するコンクリートに定着させられる係止部材と、第１の下フランジと第２の板状部分との間に形成される溶接部分とを備える梁接合構造。
［２］支持部材は、第２の上フランジ、第２の下フランジおよび第２のウェブを含む支持側Ｈ形断面梁と、第２の上フランジ、第２の下フランジまたは第２のウェブの少なくともいずれかに接合されるフィンプレートと、第２のウェブおよびフィンプレートに接合されるリブとを含み、第１の板状部分は、フィンプレートであり、第２の板状部分は、リブであり、係止部材は、第２の上フランジに接合される、［１］に記載の梁接合構造。
［３］支持部材は、第２の上フランジ、第２の下フランジおよび第２のウェブを含む支持側Ｈ形断面梁と、第２の上フランジ、第２の下フランジまたは第２のウェブの少なくともいずれかに接合されるフィンプレートとを含み、第１の板状部分は、フィンプレートであり、第２の板状部分は、第２の下フランジであり、係止部材は、第２の上フランジに接合される、［１］に記載の梁接合構造。
［４］第２の板状部分は、第１の下フランジよりも板厚が大きく、溶接部分は、第１の下フランジの端面に突き合わされた第２の板状部分の端面が第１の下フランジの上面よりも上側にはみ出した部分と第１の下フランジの上面との間に形成される隅肉溶接部分である、［１］から［３］のいずれか１項に記載の梁接合構造。
［５］溶接部分は、第１の下フランジの上面に載せかけられた第２の板状部分の端面と第１の下フランジの上面との間に形成される隅肉溶接部分である、［１］から［３］のいずれか１項に記載の梁接合構造。
［６］溶接部分は、第２の板状部分の上面に載せかけられた第１の下フランジの端面と第２の板状部分の上面との間に形成される隅肉溶接部分である、［１］から［３］のいずれか１項に記載の梁接合構造。
［７］溶接部分は、第１の下フランジの端面と第２の板状部分の端面との間に形成される突き合わせ溶接部分である、［１］から［３］のいずれか１項に記載の梁接合構造。
［８］第１の下フランジまたは第２の板状部分の少なくともいずれかの端面が開先加工される、［７］に記載の梁接合構造。
［９］溶接部分は、第１のウェブと第１の下フランジとの交差部分を除く部分にのみ形成される、［１］から［８］のいずれか１項に記載の梁接合構造。
［１０］溶接部分の圧縮耐力は、梁接合構造におけるＲＣ床スラブの有効幅領域内に配置された引張力伝達部材の引張耐力、およびＨ形断面梁の負曲げ領域内に配置された係止部材のせん断耐力のうち小さい方の耐力以上である、［１］から［９］のいずれか１項に記載の梁接合構造。
［１１］引張力伝達部材は、異形鉄筋またはメッシュ筋である、［１］から［１０］のいずれか１項に記載の梁接合構造。
［１２］係止部材は、スタッドボルトである、［１］から［１１］のいずれか１項に記載の梁接合構造。
［１３］第１の板状部分は、第１のウェブに高力ボルト摩擦接合される、［１］から［１２］のいずれか１項に記載の梁接合構造。
［１４］上フランジ、下フランジおよびウェブを含むＨ形断面梁、ならびにウェブに平行な面を含む第１の板状部分、および下フランジに平行な面を含む第２の板状部分を含む支持部材を配置し、ウェブを第１の板状部分にボルト接合する工程と、下フランジと第２の板状部分との間に溶接部分を形成する工程と、コンクリート、およびコンクリートに埋設され少なくともＨ形断面梁の材軸方向に延びる引張力伝達部材を含むＲＣ床スラブをＨ形断面梁および支持部材の上方に構築し、上フランジおよび支持部材に接合された係止部材をコンクリートに定着させる工程とを含む梁の接合方法。

上記の構成によれば、引張力が生じる上フランジ側はＲＣ床スラブを介してＨ形断面梁を支持部材に接合することによって、確実な応力伝達が可能になる。圧縮力が生じる下フランジ側は、溶接不良があっても影響が小さいため、検査不要な溶接によって接合することが可能である。また、多数の高力ボルトやスプライスプレートは必要とされず、溶接部分で施工誤差を吸収でき、また梁接合構造の上面に段差が生じないため、施工性が向上する。

本発明の第１の実施形態に係る梁接合構造を示す図である。 図１に示す梁接合構造の拡大図である。 本発明の第１の実施形態の変形例に係る梁接合構造を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る梁接合構造を示す拡大図である。 本発明の第３の実施形態に係る梁接合構造を示す拡大図である。 本発明の第４の実施形態に係る梁接合構造を示す拡大図である。 本発明の第５の実施形態に係る梁接合構造を示す図である。 図７に示す梁接合構造の拡大図である。 本発明の第５の実施形態の変形例に係る梁接合構造を示す拡大図である。 解析モデルを概略的に示す図である。 解析で算出された接合部曲げモーメントと接合部回転角との関係を示すグラフである。 剛性および耐力の算出方法について説明するための図である。 解析による相当塑性ひずみの最大値の履歴を示すグラフである。 解析による小梁下フランジの変位量の履歴を示すグラフである。 解析による小梁の中立軸位置の履歴を示すグラフである。 高力ボルト摩擦接合を用いた実施形態における施工時荷重およびモーメントの分布を概念的に説明するための図である。 高力ボルト摩擦接合を用いた実施形態に関する解析で算出された接合部曲げモーメントと接合部回転角との関係を示すグラフである。 高力ボルト摩擦接合を用いた実施形態に関する解析で算出された小梁の最大たわみを示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る梁接合構造を示す図である。本実施形態に係る梁接合構造は、小梁１と、大梁２と、フィンプレート３１と、リブ３２とＲＣ床スラブ５と、頭付きのスタッドボルト６とを含む。より詳細には、小梁１は、上フランジ１１と、下フランジ１２と、ウェブ１３とを含むＨ形断面梁である。大梁２は、小梁１の材軸方向に直交する方向に延び、上フランジ２１と、下フランジ２２と、ウェブ２３とを含む支持側Ｈ形断面梁である。ＲＣ床スラブ５は、コンクリート５１と、コンクリート５１に埋設され少なくとも小梁１の材軸方向に延びる鉄筋５２と、メッシュ筋５３とを含む。メッシュ筋５３は、コンクリート５１に埋設され、小梁１の材軸方向に延びる鉄筋と、材軸方向に直交する方向に延びる鉄筋とをそれぞれ所定の間隔で配置して互いに接合することによって形成される。スタッドボルト６は、小梁１の上フランジ１１および大梁２の上フランジ２１にそれぞれ接合され、コンクリート５１に定着させられる。

上記の梁接合構造において、大梁２、フィンプレート３１およびリブ３２は、小梁１を支持する支持部材を構成する。フィンプレート３１は、小梁１のウェブ１３に平行な面を含む第１の板状部分である。フィンプレート３１は、大梁２の上フランジ２１およびウェブ２３に溶接され、ボルト３３を用いて小梁１のウェブ１３に接合される。なお、フィンプレート３１は大梁２の上フランジ２１、下フランジ２２またはウェブ２３の少なくともいずれかに溶接されていればよい。リブ３２は、小梁１の下フランジ１２に平行な面を含む第２の板状部分である。リブ３２は、大梁２のウェブ２３およびフィンプレート３１に溶接され、以下で説明するような溶接部分４Ａによって小梁１の下フランジ１２に接合される。

図２は、図１に示す梁接合構造の拡大図である。本実施形態において、溶接部分４Ａは、リブ３２の端面３２Ｅと、小梁１の下フランジ１２の上面１２Ｕとの間に形成される隅肉溶接部分である。リブ３２は下フランジ１２よりも板厚が大きく、従って図示された例ではリブ３２の端面３２Ｅと下フランジ１２の端面１２Ｅとを突き合わせたときにリブ３２の端面３２Ｅが下フランジ１２の上面１２Ｕよりも上側にはみ出している。このはみ出した部分の端面３２Ｅと、下フランジの上面１２Ｕとの間を隅肉溶接することによって溶接部分４Ａが形成される。ここで、溶接部分４Ａは、小梁１のウェブ１３と下フランジ１２との交差部分を除く部分にのみ形成されてもよい。

溶接部分４Ａの圧縮耐力は、梁接合構造におけるＲＣ床スラブ５の有効幅領域内に配置されたメッシュ筋５３の引張耐力、および小梁１の負曲げ領域内に配置されたスタッドボルト６のせん断耐力のうち小さい方の耐力以上にすることが好ましい。なお、ＲＣ床スラブ５の有効幅領域については、日本建築学会発行の「各種合成構造設計指針・同解説」、またはEUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION、「Eurocode 4: Design of Composite Steel and Concrete Structures Part 1-8: Design of joints」に規定された合成梁のスラブ有効幅の算出方法によって決定することができる。また、小梁１の負曲げ領域は、大梁２との接合部から小梁１の材軸方向中央に向かって曲げモーメントの反曲点位置までの領域、すなわち小梁１に作用する曲げモーメントが上フランジ１１側で引張、下フランジ１２側が圧縮になる領域である。上記のような耐力の大小関係は、後述する他の形態の溶接部分についても同様である。

上記のような本発明の第１の実施形態に係る梁接合構造では、小梁１および大梁２にそれぞれ接合されＲＣ床スラブ５のコンクリート５１に定着させられるスタッドボルト６が係止部材として機能し、コンクリート５１に埋設されるメッシュ筋５３が引張力伝達部材として機能する。これによって、小梁１の上フランジ１１側で材軸方向の引張力が大梁２に伝達される。一方、小梁１の下フランジ１２側では、下フランジ１２が溶接部分４Ａによってリブ３２に接合されていることによって材軸方向の圧縮力がリブ３２を介して大梁２に伝達される。従って、本実施形態では、小梁１と支持部材の大梁２との間で確実な応力伝達が可能である。

また、本実施形態では、下フランジ１２とリブ３２とを接合するために多数の高力ボルトやスプライスプレートは必要とされない。また、孔の位置を合わせる必要があるボルト接合の場合と異なり、溶接部分４Ａはリブ３２と下フランジ１２との位置に多少の施工誤差があっても施工可能である。上述のように下フランジ１２とリブ３２との間では主に圧縮力が伝達されるため、隅肉溶接部分である溶接部分４Ａでは外観検査による品質管理となるため施工が容易であり、また小梁１のウェブ１３と下フランジ１２との交差部分には溶接部分４Ａを形成しなくてもよい。加えて、梁接合構造の上面、すなわち小梁１の上フランジ１１の上面と大梁２の上フランジ２１の上面との間に段差が生じないため、図示しないデッキプレートの割り付け時に余分な加工手間は生じない。また、小梁１の端部では上フランジ１１、下フランジ１２およびウェブ１３の材軸方向の位置が揃っているため、例えばウェブ１３を切り欠いたりする加工手間は不要であり、ボルト３３のための孔開け加工程度でよい。従って、本実施形態では、施工性も向上する。

図３は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る梁接合構造を示す図である。図示された例では、ＲＣ床スラブ５が、コンクリート５１と、鉄筋５２と、コンクリート５１に埋設され小梁１の材軸方向に延びる異形鉄筋５４とを含む。この場合、異形鉄筋５４が、小梁１の上フランジ１１側で材軸方向の引張力を大梁２に伝達するための引張力伝達部材として機能する。それ以外の構成について、図３の例は図１の例と同様である。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る梁接合構造を示す拡大図である。本実施形態では、リブ３２が下フランジ１２の上面１２Ｕに載せかけられるように配置されており、載せかけられたリブ３２の端面３２Ｅと下フランジ１２の上面１２Ｕとの間に隅肉溶接部分である溶接部分４Ｂが形成される。リブ３２には、小梁１のウェブ１３との干渉を避けるための切り欠きが形成される。それ以外の点について、本実施形態の構成は上記の第１の実施形態と同様であるため、重複した説明は省略する。変形例、および効果についても第１の実施形態と同様であるが、本実施形態ではリブ３２が下フランジ１２の上面１２Ｕに載せかけられるため、小梁１の材軸方向での施工誤差が吸収しやすい。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る梁接合構造を示す拡大図である。本実施形態では、下フランジ１２がリブ３２の上面３２Ｕに載せかけられるように配置されており、載せかけられた下フランジ１２の端面１２Ｅとリブ３２の上面３２Ｕとの間に隅肉溶接部分である溶接部分４Ｃが形成される。それ以外の点について、本実施形態の構成は上記の第１の実施形態と同様であるため、重複した説明は省略する。変形例、および効果についても第１の実施形態と同様であるが、本実施形態では下フランジ１２がリブ３２の上面３２Ｕに載せかけられるため、小梁１の材軸方向での施工誤差が吸収しやすい。第２の実施形態と比較すると、隅肉溶接部分を形成する角が小梁１側に向けて開いている第２の実施形態の方が溶接の施工性は高いのに対して、本実施形態ではリブ３２と小梁１のウェブ１３とが干渉しないため切り欠きの加工は不要である。

（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係る梁接合構造を示す拡大図である。本実施形態では、下フランジ１２の端面１２Ｅとリブ３２の端面３２Ｅとの間に裏当金７を用いて突き合わせ溶接部分である溶接部分４Ｄが形成される。下フランジ１２とリブ３２との間では主に圧縮力が伝達されるため、突合せ溶接部分である溶接部分４Ｄでも超音波探傷装置による検査を省略することができる。それ以外の点について、本実施形態の構成は上記の第１の実施形態と同様であるため、重複した説明は省略する。変形例、および効果についても第１の実施形態と同様であるが、本実施形態では溶接部分４Ｄが開先をとった突合せ溶接であるため、小梁１の材軸方向での施工誤差が吸収しやすい。下フランジ１２の端面１２Ｅとリブ３２の端面３２Ｅとの間の隙間の大きさに応じて、本実施形態のような突合せ溶接と第１の実施形態のような隅肉溶接とを使い分けてもよい。

（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態に係る梁接合構造を示す図である。本実施形態では、小梁１と大梁２との断面高さが一致する。つまり、本実施形態において、小梁１の上フランジ１１の上面と大梁２の上フランジ２１の上面とは設計上同じ高さにあり、かつ小梁１の下フランジ１２の下面と大梁２の下フランジ２２の下面とは設計上同じ高さにある。なお、小梁１の上フランジ１１および下フランジ１２と、大梁２の上フランジ２１および下フランジ２２との間では厚みが異なっていてもよく、図示された例では大梁２の上フランジ２１および下フランジ２２の方が厚い。本実施形態ではリブは配置されず、大梁２およびフィンプレート３１が小梁１を支持する支持部材を構成する。図７の例において、フィンプレート３１は大梁２の上フランジ２１、下フランジ２２およびウェブ２３に溶接される。フィンプレート３１が第１の板状部分であり、ボルト３３を用いて小梁１のウェブ１３に接合される点は第１の実施形態と同様である。一方、本実施形態では大梁２の下フランジ２２が、小梁１の下フランジ１２に平行な面を含む第２の板状部分である。図示された例ではＲＣ床スラブ５の引張力伝達部材として異形鉄筋５４が用いられているが、図１の例と同様にメッシュ筋５３を用いてもよい。なお、上記の構成、および以下で説明する溶接部分４Ｅ以外の構成については、上記の第１の実施形態と同様であるため、重複した説明は省略する。後述する以外の変形例、および効果についても第１の実施形態と同様である。

図８は、図７に示す梁接合構造の拡大図である。本実施形態において、溶接部分４Ｅは、大梁２の下フランジ２２の側端面２２Ｓと、小梁１の下フランジ１２の端面１２Ｅとの間に裏当金７を用いて形成される突き合わせ溶接部分である。小梁１の下フランジ１２と大梁２の下フランジ２２との間では主に圧縮力が伝達されるため、突合せ溶接部分である溶接部分４Ｅでも超音波探傷装置による検査を省略することができる。なお、上述のように小梁１の下フランジ１２よりも大梁２の下フランジ２２の方が厚いため、第１の実施形態と同様に、小梁１の下フランジ１２の端面１２Ｅに突き合わされた大梁２の下フランジ２２の側端面２２Ｓが小梁１の下フランジ１２の上面よりも上側にはみ出した部分と下フランジ１２の上面との間に隅肉溶接部分を形成することも可能である。

図９は、本発明の第５の実施形態の変形例に係る梁接合構造を示す拡大図である。図示された例における溶接部分４Ｆは、図８の例と同様に大梁２の下フランジ２２の側端面２２Ｓと小梁１の下フランジ１２の端面１２Ｅ１との間に裏当金７を用いて形成される突き合わせ溶接部分であるが、端面１２Ｅ１が開先加工され、小梁１のウェブ１３にスカラップ１４が形成されている点が図８の例とは異なる。このように、開先加工やスカラップのような溶接部分に関する公知の細部構成については、例えば上記の第１から第４の実施形態でも同様に適用可能である。具体的には、例えば、下フランジ１２の端面１２Ｅ１または第２の板状部分の端面（リブ３２の端面３２Ｅもしくは大梁２の下フランジ２２の側端面２２Ｓ）のいずれか一方が開先加工されてもよいし、両方が開先加工されてもよい。

また、上記の第５の実施形態では、第２および第３の実施形態として説明されたような溶接部分の構成も変形例として適用可能である。例えば、小梁１の断面高さを下フランジ１２の板厚の分だけ大梁２の断面高さよりも大きくすれば、小梁１の下フランジ１２の上面に大梁２の下フランジ２２を載せかけ、下フランジ２２の側端面２２Ｓと小梁１の下フランジ１２の上面との間に隅肉溶接部分を形成することが可能である。これとは逆に、大梁２の断面高さを下フランジ２２の板厚の分だけ小梁１の断面高さよりも大きくすれば、大梁２の下フランジ２２の上面に小梁１の下フランジ１２を載せかけ、下フランジ１２の端面１２Ｅと大梁２の下フランジ２２の上面との間に隅肉溶接部分を形成することが可能である。

（梁の接合方法）
上記のような本発明の実施形態に係る梁の接合方法の例について説明する。まず、小梁１、および大梁２を含む支持部材を配置し、小梁１のウェブ１３を大梁２に接合されたフィンプレート３１にボルト３３を用いて接合する。次に、小梁１の下フランジ１２と、支持部材の第２の板状部分、つまりリブ３２または大梁２の下フランジ２２との間に溶接部分４Ａ～４Ｆのいずれかを形成する。さらに、ＲＣ床スラブ５を小梁１および大梁２の上方に構築し、小梁１の上フランジ１１および大梁２の上フランジ２１に接合されたスタッドボルトをＲＣ床スラブ５のコンクリート５１に定着させる。以上のような工程によって、上記で説明した実施形態に係る梁接合構造を構築することができる。

（上フランジを溶接しないことによる効果）
次に、本発明の実施形態において、Ｈ形断面梁である小梁の上フランジを支持部材に溶接しないことによる効果について説明する。上記の実施形態では、小梁下フランジが支持部材に溶接される一方で、小梁上フランジは支持部材に溶接されない。このような構造によって、以下の解析結果に示されるように、梁接合構造における応力状態を有意に改善することができる。

図１０は、解析モデルを概略的に示す図である。解析では、ＨＹ７００×２００×９×１６のＨ形鋼を用いた小梁と、ＨＹ８００×３００×１２×２５のＨ形鋼を用いた大梁との間に形成される梁接合構造のモデルをメッシュ分割してＦＥＡ（Finite Element Analysis）を実施した。ケース１（実施例）およびケース２（比較例）のそれぞれで、小梁下フランジの端面は大梁に設けた水平リブにボンド条件で接合し、小梁ウェブは大梁に設けた板厚９ｍｍのフィンプレートにＭ２０の高力ボルト６本で摩擦接合した。摩擦係数は、フィンプレートとウェブの板面同士の間では０．４５、ボルトの軸部およびワッシャ部とフィンプレートおよび小梁ウェブとの間では０．３とした。ボルトに１３３ｋＮの初期軸力に相当する軸縮を導入した後、軸縮を一定に保ったまま大梁の幅方向中心から２．５ｍの位置にある小梁端部（自由端）に荷重を加え、鉛直下方（図中のｙ軸負方向）に５０ｍｍまで変位させた。なお、大梁幅方向中心は固定端とした。ケース２（比較例）では、さらに小梁上フランジの端面を大梁上フランジにボンド条件で接合した。

図１１は、解析で算出された接合部曲げモーメントＭ_ｊと接合部回転角φ_ｊとの関係を示すグラフである。接合部曲げモーメントＭ_ｊは、小梁ウェブのボルト接合部から載荷点までの距離Ｌ（＝２．３ｍ）および載荷点の反力Ｐから、以下の式（１）を用いて算出した。接合部回転角φ_ｊは、小梁上下フランジの接合部側の端面における幅方向中央かつ板厚中央の点の水平方向（図１０に示すｘ軸方向）の変位量δ_ｔｏｐおよびδ_ｂｏｔを用いて、以下の式（２）を用いて算出した。ここで、Ｈは小梁の梁せい、ｔ_ｆは小梁のフランジ板厚である。なお、図１１のグラフでは、接合部曲げモーメントＭ_ｊおよび接合部回転角φ_ｊがそれぞれ降伏耐力Ｍ_ｊ，ｙおよび降伏耐力時の接合部回転角φ_ｊ，ｙとの比で無次元化して示されている。これらの耐力および回転角の算出方法は、図１２に示されている。

図１３は、解析による相当塑性ひずみε_ｐｌの最大値の履歴を示すグラフである。図１３のグラフでも、接合部回転角φ_ｊは降伏耐力時の接合部回転角φ_ｊ，ｙとの比で無次元化して示されている。相当塑性ひずみε_ｐｌの最大値は、小梁上フランジを支持部材に接合しないケース１で、全体として小梁上フランジを支持部材に接合したケース２よりも小さく推移する。特に、降伏耐力Ｍ_ｊ，ｙが発生した時の相当塑性ひずみε_ｐｌは、ケース１における低減が顕著である。なお、相当塑性ひずみε_ｐｌの最大値は、ケース１では小梁ウェブ（ボルト接合部の上部付近）で発生するのに対し、ケース２では下フランジで発生する。これらの解析結果は、小梁上フランジを支持部材に接合しないケース１では、梁接合構造における応力状態、具体的には降伏耐力時において下フランジに発生する塑性ひずみが、小梁上フランジを支持部材に接合したケース２に比べて有意に改善されることを示している。

図１４は解析による小梁下フランジの変位量δ_ｂｏｔの履歴を示すグラフであり、図１５は解析による小梁の中立軸位置ｙ_ｎの履歴を示すグラフである。ここで、中立軸位置ｙ_ｎは、小梁上フランジの上面を基準とし、鉛直下向き（図１０に示すｙ軸負方向）を正として、以下の式（３）を用いて算出した。図１４および図１５に示された解析結果から、小梁上フランジを支持部材に接合しないケース１では、上フランジを接合したケース２に比べて下フランジの変位が抑制され、中立軸も下フランジに近接していることがわかる。この結果も、ケース１ではケース２に比べて下フランジの塑性ひずみが有意に改善されることを示している。なお、図１４および図１５のグラフでも、接合部回転角φ_ｊは降伏耐力時の接合部回転角φ_ｊ，ｙとの比で無次元化して示されている。

以上のような解析の結果、小梁下フランジを支持部材に溶接し、小梁上フランジを支持部材に溶接しない構造を採用することによって、梁接合構造における応力状態が有意に改善されることがわかった。これによって、例えば小梁下フランジと支持部材との間の溶接方法や溶接部の検査方法などを、通常の溶接剛接合に比べて簡略化できる可能性がある。

（高力ボルト摩擦接合を用いた実施形態）
次に、高力ボルト摩擦接合を用いた本発明の実施形態について説明する。例えば上記で図１から図９を参照して説明したような本発明の実施形態において、ボルト３３として高力ボルトを使用し、小梁１のウェブ１３とフィンプレート３１とが互いに接触する面を摩擦面処理した梁接合構造が提供される。この場合、フィンプレート３１は、ウェブ１３に高力ボルト摩擦接合される。これによって、小梁上フランジを直接接合しない場合であっても、施工時（ＲＣ床スラブのコンクリート硬化前）に作用する荷重に対する接合部の剛性および耐力を高め、梁のたわみや中央の曲げモーメントを抑制することができる。

より具体的には、摩擦面処理として、例えばウェブ１３およびフィンプレート３１のそれぞれの接触面を予めブラスト処理し、圧延肌（黒皮）を除去して発錆させてもよい。ＲＣ床スラブ５のコンクリート５１の打設に先立って、ウェブ１３とフィンプレート３１とを互いに高力ボルトであるボルト３３で接合し、トルクレンチなどを用いてボルト３３を所定のトルクで締め付けることで張力が導入される。その後、小梁１の下フランジ１２とリブ３２との間の溶接部分４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄまたは下フランジ１２と大梁２の下フランジ２２との間の溶接部分４Ｅ、４Ｆが形成される。なお、施工の順序は上記の例に限定されず、溶接部分の形成後にボルト３３の締め付けが行われてもよい。

図１６は、高力ボルト摩擦接合を用いた実施形態における施工時荷重およびモーメントの分布を概念的に説明するための図である。ＲＣ床スラブ５のコンクリート５１が打設された後、硬化するまでの間、小梁１にはコンクリート５１の自重や施工中の積載物の荷重などの施工時荷重ｗが作用する。高力ボルト摩擦接合を用いた実施形態では、高力ボルトであるボルト３３による摩擦抵抗と、下フランジ１２の溶接部分４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆの抵抗によって発生する回転剛性Ｓ_ｊによって、小梁端の接合部曲げモーメントＭ_ｊを支持することができる。

ここで、図１６に示された例における施工時荷重ｗに対する接合部曲げモーメントＭ_ｊは、以下のような手順で算出することができる。まず、小梁の曲げ剛性をＥＩ、長さをＬとし、施工時荷重ｗが等分布荷重であることを仮定すると、小梁両端の接合部回転角φ_ｊは、接合部における回転剛性Ｓ_ｊを用いて以下の式（４）で表される。

式（４）両辺にＳ_ｊを乗じ、小梁の単位長さ当たり曲げ剛性ＥＩ／Ｌ、接合部における回転剛性Ｓ_ｊ、およびピン接合の場合の最大曲げモーメントＭ_０で無次元化して表すと、以下の式（５）が得られる。なお、β_Ｍｊおよびα_ｊは、それぞれ式（６）および式（７）で定義される。

一方、小梁のたわみ分布δ（ｘ）は、以下の式（８）で表される。なお、ｘ軸は、図１６に示すように、一方の接合部を原点として小梁の長さ方向に定義される。式（８）をピン接合時の梁中央のたわみδ_０で基準化すると、式（９）が得られる。なお、δ_０は式（１０）で表される。

一方、小梁の最大たわみδ_ｍａｘは、式（９）にｘ＝Ｌ／２を代入して得られる以下の式（１１）で算出される。

次に、高力ボルト摩擦接合を用いた実施形態の解析結果について説明する。上記で図１０に示した例と同様に、ＨＹ７００×２００×９×１６のＨ形鋼を用いた小梁と、ＨＹ８００×３００×１２×２５のＨ形鋼を用いた大梁との間に形成される梁接合構造のモデルをメッシュ分割してＦＥＡを実施した。ケース３およびケース４のそれぞれで、小梁下フランジの端面は大梁に設けた水平リブにボンド条件で接合し、小梁ウェブは大梁に設けた板厚９ｍｍのフィンプレートにボルト６本で摩擦接合した。ケース３ではＭ－２０ Ｆ１０Ｔの高力ボルト６本を使用して１３５ｋＮの初期軸力に相当する軸縮を導入し、小梁ウェブとフィンプレートとの間の摩擦係数を０．４５とした。一方、ケース４ではＭ－２０ １０．９Ｔのボルト６本を使用し、トルクレンチ等を用いない支圧接合の張力に相当する６４ｋＮの初期軸力に相当する軸縮を導入し、小梁ウェブとフィンプレートとの間の摩擦係数を０．２（圧延肌（黒皮）面同士の摩擦係数に相当する）とした。ケース３およびケース４のそれぞれで、ＲＣ床スラブのコンクリートが硬化する前の状態を想定して解析モデルは鉄骨部分のみとした。ケース３およびケース４のそれぞれにおいて、大梁幅方向中心は固定端とし、小梁上フランジの端面は大梁上フランジに接合していない。

図１７は、高力ボルト摩擦接合を用いた実施形態に関する解析で算出された接合部曲げモーメントＭ_ｊと接合部回転角φ_ｊとの関係を示すグラフである。接合部曲げモーメントＭ_ｊは、上記の式（５）を用いて算出した。接合部回転角φ_ｊは、上記の式（２）を用いて算出した。高力ボルト摩擦接合を用いた例であるケース３では、ケース４に対して、同じ接合部回転角φ_ｊに対して接合部曲げモーメントＭ_ｊが大きく推移し、非線形化するときの接合部曲げモーメントＭ_ｊも大きくなっていることがわかる。

図１８は、高力ボルト摩擦接合を用いた実施形態に関する解析で算出された小梁の最大たわみを示すグラフである。図１８の横軸は等分布荷重として定義される施工時荷重ｗ、縦軸は上記の式（１１）を用いて算出される小梁の最大たわみδ_ｍａｘである。小梁の長さＬは１５ｍ、施工時荷重ｗは０から１４ｋＮ／ｍ（スラブ厚１８０ｍｍ、小梁１本あたりのスラブ支持幅３ｍの場合に相当）までの範囲とし、小梁両端の支持条件が上記のケース３およびケース４のそれぞれ条件である場合を比較した。高力ボルト摩擦接合を用いた例であるケース３では、ケース４に対して、小梁の最大たわみδ_ｍａｘが２／３程に抑制され、また非線形化も顕著でないことがわかる。

以上のような解析の結果、フィンプレートを小梁ウェブに高力ボルト摩擦接合することで、施工時荷重に対する小梁のたわみが低減されることがわかった。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１…小梁、１１…上フランジ、１２…下フランジ、１２Ｅ…端面、１２Ｅ１…端面、１２Ｕ…上面、１３…ウェブ、１４…スカラップ、２…大梁、２１…上フランジ、２２…下フランジ、２２Ｓ…側端面、２３…ウェブ、３１…フィンプレート、３２…リブ、３２Ｅ…端面、３２Ｕ…上面、３３…ボルト、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ…溶接部分、５…ＲＣ床スラブ、５１…コンクリート、５２…鉄筋、５３…メッシュ筋、５４…異形鉄筋、６…スタッドボルト、７…裏当金。

Claims (14)

1. 第１の上フランジ、第１の下フランジおよび第１のウェブを含むＨ形断面梁と、
   前記第１のウェブにボルト接合される第１の板状部分、および前記第１の下フランジに平行な面を含む第２の板状部分を含む支持部材と、
   コンクリート、および前記コンクリートに埋設され少なくとも前記Ｈ形断面梁の材軸方向に延びる引張力伝達部材を含み、前記Ｈ形断面梁および前記支持部材の上方に配置されるＲＣ床スラブと、
   前記第１の上フランジおよび前記支持部材にそれぞれ接合されるとともに、前記ＲＣ床スラブを構成するコンクリートに定着させられる係止部材と、
   前記第１の下フランジと前記第２の板状部分との間に形成される溶接部分と
   を備える梁接合構造。
2. 前記支持部材は、第２の上フランジ、第２の下フランジおよび第２のウェブを含む支持側Ｈ形断面梁と、前記第２の上フランジ、前記第２の下フランジまたは前記第２のウェブの少なくともいずれかに接合されるフィンプレートと、前記第２のウェブおよび前記フィンプレートに接合されるリブとを含み、
   前記第１の板状部分は、前記フィンプレートであり、
   前記第２の板状部分は、前記リブであり、
   前記係止部材は、前記第２の上フランジに接合される、請求項１に記載の梁接合構造。
3. 前記支持部材は、第２の上フランジ、第２の下フランジおよび第２のウェブを含む支持側Ｈ形断面梁と、前記第２の上フランジ、前記第２の下フランジまたは前記第２のウェブの少なくともいずれかに接合されるフィンプレートとを含み、
   前記第１の板状部分は、前記フィンプレートであり、
   前記第２の板状部分は、前記第２の下フランジであり、
   前記係止部材は、前記第２の上フランジに接合される、請求項１に記載の梁接合構造。
4. 前記第２の板状部分は、前記第１の下フランジよりも板厚が大きく、
   前記溶接部分は、前記第１の下フランジの端面に突き合わされた前記第２の板状部分の端面が前記第１の下フランジの上面よりも上側にはみ出した部分と前記第１の下フランジの上面との間に形成される隅肉溶接部分である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の梁接合構造。
5. 前記溶接部分は、前記第１の下フランジの上面に載せかけられた前記第２の板状部分の端面と前記第１の下フランジの上面との間に形成される隅肉溶接部分である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の梁接合構造。
6. 前記溶接部分は、前記第２の板状部分の上面に載せかけられた前記第１の下フランジの端面と前記第２の板状部分の上面との間に形成される隅肉溶接部分である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の梁接合構造。
7. 前記溶接部分は、前記第１の下フランジの端面と前記第２の板状部分の端面との間に形成される突き合わせ溶接部分である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の梁接合構造。
8. 前記第１の下フランジまたは前記第２の板状部分の少なくともいずれかの端面が開先加工される、請求項７に記載の梁接合構造。
9. 前記溶接部分は、前記第１のウェブと前記第１の下フランジとの交差部分を除く部分にのみ形成される、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の梁接合構造。
10. 前記溶接部分の圧縮耐力は、前記梁接合構造における前記ＲＣ床スラブの有効幅領域内に配置された前記引張力伝達部材の引張耐力、および前記Ｈ形断面梁の負曲げ領域内に配置された前記係止部材のせん断耐力のうち小さい方の耐力以上である、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の梁接合構造。
11. 前記引張力伝達部材は、異形鉄筋またはメッシュ筋である、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の梁接合構造。
12. 前記係止部材は、スタッドボルトである、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の梁接合構造。
13. 前記第１の板状部分は、前記第１のウェブに高力ボルト摩擦接合される、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の梁接合構造。
14. 上フランジ、下フランジおよびウェブを含むＨ形断面梁、ならびに前記ウェブに平行な面を含む第１の板状部分、および前記下フランジに平行な面を含む第２の板状部分を含む支持部材を配置し、前記ウェブを前記第１の板状部分にボルト接合する工程と、
    前記下フランジと前記第２の板状部分との間に溶接部分を形成する工程と、
    コンクリート、および前記コンクリートに埋設され少なくとも前記Ｈ形断面梁の材軸方向に延びる引張力伝達部材を含むＲＣ床スラブを前記Ｈ形断面梁および前記支持部材の上方に構築し、前記上フランジおよび前記支持部材に接合された係止部材を前記コンクリートに定着させる工程と
    を含む梁の接合方法。

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