JP3675410B2

JP3675410B2 - 鋼管補剛ブレース材

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Publication number: JP3675410B2
Application number: JP2002033847A
Authority: JP
Inventors: 久哉加村; 茂樹伊藤; 弘海下川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2022-02-12
Also published as: JP2003239393A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として建築、土木用の構造部材として用いられる、塑性変形能力および地震エネルギ吸収能力に優れた、鋼管で補剛された鋼管補剛ブレース材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
平鋼からなる軸材を補剛鋼管内に貫通支持させたブレース材は、簡単な構造でありながら、引張り方向だけでなく圧縮方向にも優れた地震エネルギ吸収性能を有しているため、種々提案され、建築や土木の分野で採用されている。
【０００３】
このようなブレース材の一例として、たとえば特開平７−３２４３７７号公報（以下、従来技術１と称す）に記載された発明がある。この発明に係る、鋼管で補剛されたアンボンド鉄骨ブレースは、Ｈ型や十字型断面の軸材を、略外接する口径の補剛鋼管内に挿入して軸材の座屈を防止するようにしたものである。
【０００４】
また、たとえば特開平１１−１７２７８３号公報（以下、従来技術２と称す）に記載された発明に係るブレース部材は、軸材である平鋼と、補剛鋼管である角形鋼管の相対する隅との隙間を調整するために、両者の間に、潤滑性ライナーを挿入し、角形鋼管による補剛効果を高め、同時に両者が摺動する際の摩擦音を防止したものである
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術１では、補剛鋼管による軸材の補剛効果が、補剛鋼管と軸材との隙間の大きさに大きく影響されるため、かかる隙間の大きさを軸材の板厚の１／１０〜１／２０程度にする必要がある。しかしながら、隙間精度の管理が、軸材が平鋼の場合は、隙間が対向する２カ所であるため比較的容易であるのに対し、軸材がＨ型や十字型断面の場合は、隙間が４カ所になるため隙間精度の管理が極めて困難であるという問題点がある。特に、４カ所の隙間精度を保証した状態で、補剛鋼管内に軸材を挿入することが極めて困難であるという問題点がある。
【０００６】
また、従来技術２は、従来技術１の前記問題点を解決するものであるが、軸材を平鋼で構成しているため耐力が不足する場合がある。このため、十字型断面の軸材と同じ耐力にしようとすると、平鋼自体の板厚を厚くするとともに、これにともなって柱や梁に接合するためのガゼットプレートの板厚も厚くしなければならないので、架構重量の増加、当該部材の素材コストの上昇、当該部材の製作コストの上昇および当該部材の施工コストの上昇を招くという問題点がある。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、板厚を厚くすることなく所定の耐力を有し、且つ軸材と補剛鋼管との隙間の精度が保証され、且つ比較的容易に製作することができる鋼管補剛ブレース材を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る鋼管補剛ブレース材は、以下のとおりである。
（１）角形鋼管からなる補剛鋼管と、該補剛鋼管内に貫通されて軸力を負担する軸材とを有する鋼管補剛ブレース材であって、
前記軸材が、両側縁部が前記補剛鋼管の対向する隅部に隙間を介して対峙する板状の主軸材と、前記補剛鋼管の内面と隙間を介して前記主軸材の側面に設置された副軸材を有し、
前記補剛鋼管の内面と前記副軸材との隙間の大きさが、前記主軸材の板厚相当でありかつ前記補剛鋼管の隅部と前記主軸材との隙間より大きいことを特徴とするものである。
【０００９】
（２）前記（１）において、前記主軸材の両側縁部の一部が、前記補剛鋼管の対向する隅部に当接することを特徴とするものである。
【００１０】
（４）前記（１）乃至（３）において、前記軸材が、十字型断面であることを特徴とするものである。
（５）前記（１）乃至（３）において、前記副軸材が、Ｔ字型断面であることを特徴とするものである。
（６）前記（１）乃至（３）において、前記軸材の断面が、不等辺十字型であって、前記主軸材の内法寸法が主軸材の板厚の６．５倍以下、前記副軸材の内法寸法が前記副軸材の板厚の５．５倍以下であることを特徴とするものである。
（７）前記（１）乃至（３）において、前記軸材の断面が、不等辺十字型であって、前記主軸材の断面積が前記副軸材の断面積の１．５倍以上であることを特徴とするものである。
【００１１】
（８）前記（１）乃至（６）において、前記主軸材の断面積が前記軸材の全断面積の４５％以下であって，前記主軸材を形成する鋼材の応力上昇率が１．３以上であることを特徴とするものである。
（９）前記（１）乃至（８）において、前記軸材の長手方向端部に設置した接合用部材の耐力が、前記軸材の長手方向中央部の耐力の１．２倍以上であることを特徴とするものである。
【００１２】
（１０）前記（１）乃至（９）において、前記軸材の長手方向端部に設置した接合用部材が、略十字型断面形状を有し、該接合用部材の側縁部が、前記補剛鋼管の隅部に直接またはライナープレートを介して当接することを特徴とするものである。
（１１）前記（１）乃至（９）において、前記主軸材を形成する鋼材が低降伏点鋼でつくられることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明は、軸材を主軸材と主軸材に設置した副軸材を有する構成にしたことにより、主軸材の板厚を増すことなく所定の耐力を具備する。さらに、補剛鋼管である角形鋼管を弾性的に扁平にした状態で、角形鋼管内に軸材を挿入し、その後、角形鋼管を元の形に戻すことにより、該挿入を容易にするとともに、軸材の側縁部と角形鋼管の隅部との隙間精度の管理を容易にするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る鋼管補剛ブレース材の断面図である。図１において、（ａ）は補剛鋼管が略正方形断面で、軸材が溶接接合された不等辺十字型断面のもの、（ｂ）は補剛鋼管が略正方形断面で、軸材が一体成形された不等辺十字型断面のもの、（ｃ）は補剛鋼管が略菱形断面で、軸材が溶接接合された等辺十字型断面のもの、（ｄ）は補剛鋼管が略菱形断面で、軸材が一体成形された等辺十字型断面のものである。（ｅ）は補剛鋼管が略菱形断面で、断面Ｔ字状の軸材が溶接接合された不等辺略十字型断面のもの、（ｆ）は補剛鋼管が略菱形断面で、断面Ｔ字状の軸材が一体成形された等辺略十字型断面のものである。
【００１５】
図１の（ａ）において、１０は略正方形断面の補剛鋼管、２０は軸材、２１は軸材２０を構成する主軸材、２２は軸材２０を構成する副軸材、２３は主軸材２１と副軸材２２を接合する接合部である。そして、主軸材２１の側縁部イと補剛鋼管１０の隅部ホとの間、および主軸材２１の側縁部ハと補剛鋼管１０の隅部トとの間には、それぞれ所定の大きさの隙間３０（たとえば、主軸材２１の板厚の１／１５）が確保されている。
一方、副軸材２２の側縁部ロと補剛鋼管１０の隅部ヘとの間、および副軸材２２の側縁部ニと補剛鋼管１０の隅部チとの間には、それぞれ所定の大きさの隙間４０（たとえば、主軸材２１の板厚相当分）が確保されている。
【００１６】
したがって、軸材２０の耐力は、主軸材２１の面外変形が副軸材２２により拘束されていることにより、肉厚を増大することなく、所定の値を確保することができる。これは、副軸材２２に拘束されている主軸材２１は、座屈波形が主軸材２１のみのものより大きくなるためであり、これにより、補剛鋼管１０を変形させる力も小さくなるためである。
さらに、補剛鋼管１０を扁平に弾性的に変形させ、隅部ホと隅部トの距離を拡大した場合、隙間３０は拡大し、また隙間４０も相当の大きさを保つため、補剛鋼管１０内に軸材２０を容易に挿入することができる。
よって、補剛鋼管１０内に軸材２０を挿入する作業を可能あるいは容易にするだけのために、隙間３０の大きさを設定する必要がなくなる。よって、かかる制約を受けることなく、隙間３０の大きさを所定の値に設定すること、あるいは、主軸材２１の側縁部を補剛鋼管１０の隅部に当接させることが可能になるから、軸材２０の補剛鋼管１０による補剛効果が増大する。
【００１７】
図１の（ｂ）において、５０は軸材であって、図１の（ａ）における主軸材２１および副軸材２２が一体に成形されたものである。なお、図１の（ａ）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。したがって、図１の（ｂ）においても、図１の（ａ）と同じ作用、効果が得られる。
【００１８】
図１の（ｃ）において、６０は略菱形断面の補剛鋼管、７０は軸材、７１は軸材７０を構成する主軸材、７２は軸材７０を構成する副軸材、７３は主軸材７１と副軸材７２を接合部である。そして、主軸材７１の側縁部リと補剛鋼管６０の隅部ワとの間、および主軸材７１の側縁部ルと補剛鋼管６０の隅部ヨとの間には、それぞれ所定の大きさの隙間８０（たとえば、主軸材７１の板厚の１／１５）が確保されている。
一方、副軸材７２の側縁部ヌと補剛鋼管６０の隅部カとの間、および副軸材７２の側縁部オと補剛鋼管６０の隅部タとの間には、それぞれ所定の大きさの隙間９０（たとえば、主軸材７１の板厚相当分）が確保されている。
したがって、図１の（ａ）と同様に、軸材７０の耐力は、所定の値が確保され、さらに、補剛鋼管６０内に軸材７０を容易に挿入することができ、軸材７０の補剛鋼管６０による補剛効果が増大する。
【００１９】
図１の（ｄ）において、１００は軸材であって、図１の（ｃ）における主軸材７１および副軸材７２が一体に成形されたものである。なお、図１の（ｃ）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。したがって、図１の（ｄ）においても、図１の（ｃ）と同じ作用、効果が得られる。
【００２０】
なお、図１の（ａ）乃至（ｄ）において、軸材２０、５０、７０、１００を略十字形断面としているが、実施の形態１はこれに限定するものではなく、主軸材の一方の面にのみ副軸材が設置されたもの（略Ｔ字形断面）、一対の副軸材の大きさ（長さまたは厚さ等）がそれぞれ同一でない非対称のもの、あるいは、主軸材の一方または両方の面に複数の副軸材が設置されたものであってもよい。
なお、補剛鋼管が略菱形断面で、軸材が不等辺十字型断面のものであってもよい。また、軸材の主軸材が略菱形断面の長い対角線位置または短い対角線の位置のいずれに配置されてもよい。さらに、主軸材の方が、副軸材より長くてもあるいは短くてもよい。
【００２１】
図１の（ｅ）において、１１０は略菱形断面の補剛鋼管、１５０は軸材、１５１は軸材１５０を構成する主軸材、１５２は軸材１５０を構成する断面Ｔ字状の副軸材、１５３は主軸材１５１と副軸材１５２との接合部である。そして、主軸材１５１の側縁部レと補剛鋼管１１０の隅部ナとの間、および主軸材１５１の側縁部ツと補剛鋼管１１０の隅部ムとの間には、それぞれ所定の大きさの隙間１２０（たとえば、主軸材１５１の板厚の１／１５）が確保されている。
一方、副軸材１５２の側縁部ソと補剛鋼管１２０の隅部ラとの間、および副軸材１５２の側縁部ネと補剛鋼管１１０の隅部ウとの間には、それぞれ所定の大きさの隙間１３０（たとえば、主軸材１５１の板厚相当分）が確保されている。
したがって、図１の（ａ）と同様に、軸材１５０の耐力は、所定の値が確保され、さらに、補剛鋼管１１０内に軸材１５０を容易に挿入することができ、軸材１５０の補剛鋼管１１０による補剛効果が増大する。特に、副軸材１５２が断面Ｔ字状であるため、軸材１５０自体の耐力が増大している。
【００２２】
図１の（ｆ）において、１６０は軸材であって、図１の（ｅ）における主軸材１５１および副軸材１５２が一体に成形されたものである。なお、図１の（ｅ）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。したがって、図１の（ｆ）においても、図１の（ｅ）と同じ作用、効果が得られる。
【００２３】
［実施の形態２］
図２は、本発明の実施の形態２に係る鋼管補剛ブレース材の断面図である。図２は実施の形態１（図１）において、主軸材の側縁部と補剛材の隅部との間の隙間にライナーを挿入したものである。なお、実施の形態１（図１）と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【００２４】
図２の（ａ）は、図１の（ａ）において、隙間３０にライナー２１０を挿入したものである。
すなわち、補剛鋼管１０を扁平に弾性的に変形させ、隅部ホと隅部トの距離を拡大した状態で（隙間３０が拡大した状態）で、補剛鋼管１０内に軸材２０およびライナー２１０を容易に挿入することができる。
したがって、図１の（ａ）と同様の作用、効果が得られる。さらに、主軸材２１の側縁部イ、ハが、ライナー２１０を介して補剛材１０の隅部ホ、トに確実に拘束されるから、所定の補剛効果が保証される。また、主軸材２１の側縁部イ、ハが、補剛材１０の隅部ホ、トに直接当接しないから、摺動にともなう摩擦音の発生が防止される。
【００２５】
図２の（ｂ）は、図１の（ｂ）において、隙間３０にライナー２１０を挿入したものである。
図２の（ｃ）および（ｄ）は、図１の（ｃ）および（ｄ）において、隙間８０にライナー２２０を挿入したものである。
図２の（ｅ）および（ｆ）は、図１の（ｅ）および（ｆ）において、隙間１２０にライナー２３０を挿入したものである。
したがって、図２の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）は、それぞれ図１の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）と同様の作用、効果が得られる。さらに、図２の（ａ）と同様に、所定の補剛効果が保証され、摺動にともなう摩擦音の発生が防止される。
【００２６】
［実施の形態３］
図３は、本発明の実施の形態３に係る鋼管補剛ブレース材の端部に設置した接合用部材を示す、（ａ）は部分側面図および（ｂ）は断面図ある。なお、実施の形態１（図１の（ａ））と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、接合用部材とは、鋼管補剛ブレース材を柱・梁等の架構に設置するためのものであって、たとえば、ボルト穴が穿設され、架構に設置されたブラケットにボルトにより設置されるものである。
図３において、接合用部材３００は、略十字状断面であって、軸材２０の主軸材２１に接合された主接合部３２１と、副軸材２２に接合された副接合部３２２を有している。
【００２７】
主接合部３２１の幅（図中、位置ヰと位置ヲとの距離）は主軸材２１の幅（位置イと位置ハとの距離）と同一で、主接合部３２１の板厚は主軸材２１の板厚より大きく、主接合部３２１の側縁部（位置ヰ、ヲ）の両角は面取りされている。副接合部３２２の幅（図中、位置ノと位置クとの距離）は図示しない補剛鋼管１０の対向する隅部間の距離（図１における位置ヘと位置チとの距離）に同一で、副接合部３２２の板厚は副軸材２２の板厚より大きく、副接合部３２２の側縁部（位置ノ、ク）の両角は面取りされている。
したがって、軸材２０に接合された接合部材３００を、補剛鋼管１０に挿入すると、主接合部３２１および副接合部３２２の合計４の側縁部（位置ヰ、ノ、ヲ、ク）は、図示しない補剛鋼管１０の４隅（図１における位置ホ、ヘ、ト、チ）にそれぞれ対峙する（直接またはライナーを介して当接、または所定の隙間を有する）。また、接合部材３００の耐力が軸材２０の耐力の１．２倍以上になっている。よって、軸材２０が降伏した場合でも接合部材３００は、弾性を維持し、且つ補剛管との相対位置を保持することができる。
【００２８】
また、接合部材３００を軸材２０より高い強度（降伏応力）の材料により形成した場合には、主接合部３２１の板厚と主軸材２１の板厚を同一に、副接合部３２２の板厚と副軸材２２の板厚を同一にしても、接合部材３００の耐力を軸材２０の耐力の１．２倍以上にすることができる。
なお、実施の形態３は、実施の形態１および実施の形態２に示すいずれの形状の補剛鋼管および軸材について適用することができる。
【００２９】
［実施の形態４］
図４は、本発明の実施の形態４に係る鋼管補剛ブレース材の累積塑性変形能力を算定するための圧縮引張繰り返し実験の概要を示す模式図である。補剛鋼管（角形）は、ＳＴＫＲ４００、□−１５０ｘ１５０ｘ９を用いている。
図４において、軸材２０を補剛鋼管１０内に挿入し、軸材２０の長手方向端部に接合用部材３００を接合し、さらに、接合用部材３００に実験用取付部４００，５００を接合している。そして、実験用取付部５００を図示しない圧縮引張繰り返し試験機に取付る。
【００３０】
図５は、本発明の実施の形態４に係る鋼管補剛ブレース材の軸材の断面図である。軸材は不等辺の十字型圧延形鋼であり、降伏点が１００Ｎ/ｍｍ²の低降伏点鋼を用いている。また、主軸材の内法寸法および板厚を図中Ｂ１、ｔ１で定義した、副軸材の内法寸法および板厚を図中Ｂ２、ｔ２で定義する。
【００３１】
図６は、本発明の実施の形態４に係る鋼管補剛ブレース材の累積塑性変形能力を算定するための荷重−変位曲線である。載荷は軸材の平均歪量で±０．５％、±１．０％を２回繰り返したあと、１．５％を荷重が最大荷重から５％下がったところまでの累積塑性変形能力を算定した。累積塑性変形能力の算定は図６に示すように塑性吸収エネルギを降伏耐力と降伏変形の積で除した値とする。
【００３２】
表１は、本発明と比較例（副軸材の側縁部も補剛鋼管に当接する例、および副軸材を具備しない例（平鋼型軸材））についての前記実験から算定した累積塑性変形能力を示す。主軸材の内法寸法Ｂ１は、補剛鋼管の対向する隅に当接するものとし、板厚ｔ１を変更した。また、副軸材の内法寸法Ｂ２は主軸材の内法寸法Ｂ１の１／２とし、板厚ｔ２を変更した。
一般に，1回の大地震で必要とされるエネルギ吸収部材の必要累積塑性変形能力は数百（２００〜４００）であるので、１０００を越えれば数回の地震に耐えることができ交換の必要もなく、望ましい耐震性を奏する。
表１より、補剛鋼管により支軸材のみ補剛した本発明１は、支軸材および副軸材の両方を補剛した比較例１とほぼ同一の累積塑性変形倍率を示すことから、本発明が、製作の容易性と所定の耐震性を具備したのものであることが示される。また、主軸材の幅厚比（Ｂ１／ｔ１）が大きく（板厚が薄く）なるほど累積塑性変形能力が低下することがわかる。
そして、主軸材の幅厚比が６．５程度で、副軸材の幅厚比（Ｂ２／ｔ２）が５．５以下であれば累積塑性変形能力は１０００を越え、十分な塑性変形能を示す。
なお、主軸材の幅厚比が７．５程度で、副軸材の幅厚比が５．５程度の場合でも、1回の地震には耐えることができる。
【００３３】
【表１】

【００３４】
なお、以上は、補剛鋼管として角形鋼管について記載しているが、本発明の補剛鋼管は、これに限定するものではなく、円形鋼管または楕円形鋼管であっても、内周の対向する位置に、主軸材の側縁部を拘束することができる突条等（たとえば、並行して設置した棒材等）を設置したものは、本発明の作用、効果を奏するため、本発明の補剛鋼管に含まれるものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、容易に製作することができ、軸材と補剛鋼管との隙間の精度を保証し、且つ所定の耐力および耐震性を有する鋼管補剛ブレース材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る鋼管補剛ブレース材の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る鋼管補剛ブレース材の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る鋼管補剛ブレース材の端部に設置した接合用部材を示す、（ａ）は部分側面図および（ｂ）は断面図ある。
【図４】本発明の実施の形態４に係る鋼管補剛ブレース材の累積塑性変形能力を選定するための圧縮引張繰り返し実験の概要を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る鋼管補剛ブレース材の軸材の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る鋼管補剛ブレース材の累積塑性変形能力を算定するための荷重−変位曲線である。
【符号の説明】
１０略正方形断面の補剛鋼管
２０接合構造の軸材
２１軸材２０を構成する主軸材
２２軸材２０を構成する副軸材
２３主軸材２１と副軸材２２を接合部
３０主軸材の側縁部と補剛鋼管との隙間
４０副軸材の側縁部と補剛鋼管との隙間
５０一体成形された軸材
２１０ライナー
２２０ライナー

Claims

角形鋼管からなる補剛鋼管と、該補剛鋼管内に貫通されて軸力を負担する軸材とを有する鋼管補剛ブレース材であって、
前記軸材が、両側縁部が前記補剛鋼管の対向する隅部に隙間を介して対峙する板状の主軸材と、前記補剛鋼管の内面と隙間を介して前記主軸材の側面に設置された副軸材を有し、
前記補剛鋼管の内面と前記副軸材との隙間の大きさが、前記主軸材の板厚相当でありかつ前記補剛鋼管の隅部と前記主軸材との隙間より大きいことを特徴とする鋼管補剛ブレース材。
前記主軸材の両側縁部の一部が、前記補剛鋼管の対向する隅部に当接することを特徴とする請求項１記載の鋼管補剛ブレース材。
前記主軸材の両側縁部が前記補剛鋼管の対向する隅部に隙間を介して配置され、該隙間にライナープレートが挿入されていることを特徴とする請求項１記載の鋼管補剛ブレース材。
前記軸材が、十字型断面であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の鋼管補剛ブレース材。
前記副軸材が、Ｔ字型断面であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の鋼管補剛ブレース材。
前記軸材の断面が、不等辺十字型であって、前記主軸材の内法寸法が主軸材の板厚の６．５倍以下、前記副軸材の内法寸法が前記副軸材の板厚の５．５倍以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の鋼管補剛ブレース材。
前記軸材の断面が、不等辺十字型であって、前記主軸材の断面積が前記副軸材の断面積の１．５倍以上であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の鋼管補剛ブレース材。
前記主軸材の断面積が前記軸材の全断面積の４５％以下であって，前記主軸材を形成する鋼材の応力上昇率が１．３以上であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の鋼管補剛ブレース材。
前記軸材の長手方向端部に設置した接合用部材の耐力が、前記軸材の長手方向中央部の耐力の１．２倍以上であることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の鋼管補剛ブレース材。
前記軸材の長手方向端部に設置した接合用部材が、略十字型断面形状を有し、該接合用部材の側縁部が、前記補剛鋼管の隅部に直接またはライナープレートを介して当接することを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の鋼管補剛ブレース材。
前記主軸材を形成する鋼材が低降伏点鋼でつくられることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の鋼管補剛ブレース材。