JP3411888B2 - 接合構造体 - Google Patents

接合構造体

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JP3411888B2 JP2000173592A JP2000173592A JP3411888B2 JP 3411888 B2 JP3411888 B2 JP 3411888B2 JP 2000173592 A JP2000173592 A JP 2000173592A JP 2000173592 A JP2000173592 A JP 2000173592A JP 3411888 B2 JP3411888 B2 JP 3411888B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、柱状の構造部材と
ベースプレートまたは接合用フランジとの間を補強リブ
で溶接して補強した接合構造体に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】例えば鋼鉄製の脚柱構造体と基礎との接
合部には、従来から図１７や図１８に示されるような接
合構造体が用いられてきた。この従来の接合構造体は、
構造部材１０の端部にボルト接合用のベースプレート１
１を溶接するとともに、構造部材１０とベースプレート
１１との間を補強リブ１２で補強したものである。補強
リブ１２は構造部材１０の主応力方向に延びる板状の部
材であり、構造部材１０の表面に対してＴ型に突設され
ている。 【０００３】しかしながら上記のような従来の接合構造
体では、構造部材１０に曲げモーメントが作用したと
き、補強リブ１２の止端部付近の構造部材１０に大きい
面外曲げ応力集中が生じ、構造性能が低下するという問
題があった。更に補強リブ１２を構造部材１０に溶接し
た場合には、補強リブ１２の上端部の回し溶接部が、溶
接熱残留応力と溶接止端部の熱影響部材質劣化との重複
により構造欠陥となりやすく、耐力や疲労性能が低下す
るという問題があった。このような問題は構造部材１０
に補強リブ１２をＴ字溶接した多くの接合構造体に共通
するものであり、日本鋼構造協会「鋼構造物の疲労設計
指針・同解説」でも、ガセットをすみ肉あるいは開先溶
接した継手が鋼部材の耐力や疲労性能を低下させるの
で、設計に配慮するように指摘されているとおりであ
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解決し、補強リブ等の板状の部材の止端部の
応力集中を大幅に緩和することができ、また板状の部材
を溶接した場合には溶接熱残留応力を大幅に緩和するこ
とができ、その結果として耐力や疲労性能を従来よりも
大幅に向上させることができる構造部材と板状の部材と
の接合構造体を提供するためになされたものである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明は、柱状の構造部材とベースプレー
トまたは接合用フランジとの間を補強リブで溶接して補
強した接合構造体において、前記補強リブが、前記柱状
の構造部材の表面に沿ってＵ字状またはＶ字状に緩和屈
曲させた板状の部材であって、前記Ｕ字状またはＶ字状
の緩和屈曲部が前記ベースプレートまたは接合用フラン
ジから遠い側になるように前記柱状の構造部材の表面か
ら突出させたことを特徴とするものである。 【０００６】 【０００７】上記のように本発明では補強リブ等の板状
の部材の端部（止端部）を柱状の構造部材の主応力方向
から逃げる方向に緩和屈曲させＵ字状またはＶ字状とし
たことにより、板状の部材の端部の剛性を低下させてい
る。この結果、構造部材に荷重が作用した際に板状の部
材端部付近の応力集中が大幅に緩和され、また板状の部
材が溶接されている場合にも、板状の部材端部付近の溶
接熱残留応力を大幅に緩和することができる。その結
果、接合構造体としての耐力や疲労性能を従来よりも大
幅に向上させることができる。なお具体的な数値につい
ては後記する。以下に本発明の好ましい実施の形態を示
す。以下の実施形態では板状の部材は補強リブであり、
溶接により構造部材の表面に突設されている。 【０００８】 【発明の実施の形態】（柱状の構造部材と接合用フラン
ジとの接合構造体）図１は本発明の第１の実施形態を示
す斜視図であり、１は相互に接合される鋼管等の柱状の
構造部材、２は各構造部材１の接合端部にそれぞれ溶接
されたボルト接合のための接合用フランジである。３は
これらの各構造部材１と接合用フランジ２との間にＴ型
に突設された補強リブである。この例では補強リブ３は
Ｔ字溶接されている。柱状の構造部材１の主応力方向は
図１において上下方向である。図示のとおりこれらの補
強リブ３は構造部材の表面に沿ってＵ字状に屈曲された
ものであるが、全体として構造部材１の主応力方向に延
びている。また補強リブ３の接合用フランジ２から遠い
側の端部（止端部）４は主応力方向に対して直角になる
まで曲線状に緩和屈曲させてある。 【０００９】補強リブ３は構造部材１に溶接されるとと
もに、接合用フランジ２に対して廻し溶接されている。
溶接を確実に行うために、補強リブ３の内側コーナー部
にはスカーラップを設けておくことが好ましい。 【００１０】この構造の接合構造体では、補強リブ３の
端部４を構造部材１の主応力方向から逃げる方向にＵ字
状に屈曲させてあるため、補強リブ３の端部４を低剛性
構造とすることができる。その結果、補強リブ３の端部
４における応力集中が大幅に緩和されるとともに、溶接
部の溶接熱残留応力も大幅に緩和され、接合構造体とし
ての耐力や疲労性能が大幅に向上する。 【００１１】この効果を十分に発揮させるためには、補
強リブ３の端部４の曲率半径ｒを板厚ｔの３倍以上とし
ておくことが好ましい。曲率半径ｒがこれより小さいと
補強リブ３を湾曲させる際に材質劣化が生じ易くなり、
また剛性を低下させる効果も小さくなる。 【００１２】この第１の実施形態の接合用フランジ２ど
うしは、従来と同様にボルト６により接合される。ボル
ト６の数や位置は特に限定されるものではないが、図１
のようにＵ字状に屈曲させた補強リブ３の内側に設けて
おけば、外部からの物理的衝撃や腐食環境から保護され
る利点がある。なお、以下に示すいずれの実施形態でも
柱状の構造部材１を構成する管は丸鋼管として図示した
が、角管としても差し支えはなく、また柱状の構造部材
１を形鋼製としてもよい。 【００１３】（柱状の構造部材とベースプレートとの接
合構造体）図２に示す第２の実施形態では、構造部材１
は鋼管よりなる脚柱構造体であり、５はこの柱状の構造
部材１を基礎に固定するためのベースプレートである。
これらの柱状の構造部材１とベースプレート５との間
に、第１の実施形態と同様にＵ字状に屈曲させた補強リ
ブ３が、前記Ｕ字状またはＶ字状の緩和屈曲部が前記ベ
ースプレートまたは接合用フランジから遠い側になるよ
うに、Ｔ字溶接によりＴ型に突設されている。この図２
の実施形態では、補強リブ３の幅は端部４に向かって狭
くなるよう斜めに切り落としてあり、端部４の剛性を一
段と低下させている。なお、図３〜図５に示す第３の実
施形態のように、ベースプレート５を基礎に固定するた
めのボルト６の位置を補強リブ３の外側としてもよい。
また図６、図７にその変形例を示す。 【００１４】図８に第２の実施形態の接合構造体をＦＥ
Ｍ解析した応力集中図を示し、図９に従来の平板状の補
強リブを持つ接合構造体の応力集中図を示す。これらの
図は、各構造部材１の上端に等しい水平荷重を与えたと
きの補強リブ３周辺の発生応力分布を等高線によって示
したもので、図中の数値の単位はＭＰａである。これら
の図の比較により、従来技術に比較して本発明に対応す
る補強リブ３の周辺の応力集中が大幅に緩和されている
ことがわかる。 【００１５】図１０〜図１２に示す第４の実施形態は、
図３における隣接する２個の補強リブ３を連続させたも
のである。この例でも補強リブ３の端部４は構造部材１
の主応力方向に対して直角になるまで屈曲させてあり、
上記した他の実施形態と同様の効果を得ることができ
る。 【００１６】図１３〜図１５に示す第５の実施形態で
は、構造部材１とベースプレート５との間に設けた補強
リブ３の形状をＶ字状としてある。この補強リブ３の両
側部分は構造部材１の主応力方向に対してやや傾斜して
いるが、全体の中心線は主応力方向に延びている。その
他の構成及び作用効果は前記した他の実施形態と同様で
ある。 【００１７】 【００１８】 【００１９】なお、補強リブ３の端部４は各図面に示し
たように曲線状に緩和屈曲させるものとする。直線状に
屈曲させた場合にも補強リブ３の端部４は構造部材１の
主応力に対して低剛性となるので、前記と同様の効果を
得ることができるが、屈曲部に新たな応力集中が発生す
るので、やはり曲線状に緩和屈曲する方が好ましい。 【００２０】 【００２１】 【００２２】 【００２３】 【００２４】 【００２５】 【００２６】 【実施例】上記した本発明の効果を確認するために、疲
労強度試験を行った。試験体として、従来技術に対応す
るものと本発明に対応するものとの２種類を製作した。
従来技術に対応する試験体は図１７に示す通りであり、
厚さ２２ｍｍのベースプレートに長さ１ｍの鋼管を立上
げ、その基部を従来型の縦リブで補強したものである。
また本発明に対応する試験体は図２に示す通りであり、
厚さ２２ｍｍのベースプレートに長さ１ｍの鋼管を立上
げ、その基部をＵ形状の補強リブで補強したものであ
る。なお溶接はいずれも炭酸ガスアーク溶接であり、使
用した鋼鈑はいずれもＳＭ４００鋼材である。 【００２７】これらの試験体の鋼管曲げ荷重に対する疲
労強度を周知の方法により測定した結果を図１６に示
す。図示の通り、従来技術に対応する試験体は鉄道橋の
設計示方書の設計寿命曲線のＧ等級程度であったのに対
し、本発明に対応する試験体はＡ〜Ｂ等級に相当するも
のとなり、本発明の構造とすることにより疲労強度が大
幅に向上したことが確認できた。 【００２８】 【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、接合構造体における補強リブの止端部の応力集中お
よび溶接熱残留応力を大幅に緩和することができ、接合
構造体の耐力や疲労性能を従来よりも大幅に向上させる
ことができる。このため本発明は、照明用ポール等の鋼
管柱脚部アンカー構造を始め、実施形態に示したような
幅広い用途において、信頼性の向上に大きく寄与するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】 【図１】第１の実施形態を示す斜視図である。 【図２】第２の実施形態を示す斜視図である。 【図３】第３の実施形態を示す斜視図である。 【図４】図３の接合構造体の正面図である。 【図５】図３の接合構造体の平面図である。 【図６】図３の変形例の正面図である。 【図７】図３の変形例の平面図である。 【図８】第２の実施形態の接合構造体をＦＥＭ解析した
応力集中図である。 【図９】従来の平板状の補強リブを持つ接合構造体の応
力集中図である。 【図１０】第４の実施形態を示す斜視図である。 【図１１】図１０の接合構造体の正面図である。 【図１２】図１０の接合構造体の平面図である。 【図１３】第５の実施形態を示す斜視図である。 【図１４】図１３の接合構造体の正面図である。 【図１５】図１３の接合構造体の平面図である。 【図１６】実施例における疲労強度試験結果を示すＳ-
Ｎ曲線である。 【図１７】従来の接合構造体を示す斜視図である。 【図１８】従来の他の接合構造体を示す斜視図である。 【符号の説明】 １ 構造部材 ２ 接合用フランジ ３ 板状の部材である補強リブ ４ 補強リブの端部 ５ ベースプレート ６ ボルト １０ 従来技術における構造部材 １１ 従来技術におけるボルト接合用のベースプレート １２ 従来技術における補強リブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 雅一 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株 式会社技術開発本部内 (72)発明者 沖本 眞之 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日 本製鐵株式会社内 (72)発明者 近藤 哲己 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日 本製鐵株式会社内 (72)発明者 北 志郎 東京都千代田区有楽町１−10−１ ヨシ モトポール株式会社内 (72)発明者 樋笠 正文 大阪府大阪市西区立売堀３丁目１−１ 株式会社因幡電機製作所内 (56)参考文献 特開 昭49−39212（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−19861（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−17507（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−11978（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−135706（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−129804（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−181706（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−77653（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 柱状の構造部材とベースプレートまたは
    接合用フランジとの間を補強リブで溶接して補強した接
    合構造体において、前記補強リブが、前記柱状の構造部
    材の表面に沿ってＵ字状またはＶ字状に緩和屈曲させた
    板状の部材であって、前記Ｕ字状またはＶ字状の緩和屈
    曲部が前記ベースプレートまたは接合用フランジから遠
    い側になるように前記柱状の構造部材の表面から突出さ
    せたことを特徴とする接合構造体。
JP2000173592A 1999-08-26 2000-06-09 接合構造体 Expired - Lifetime JP3411888B2 (ja)

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