JP3962423B1 - 梁接合仕口 - Google Patents

Abstract

【課題】 梁接合仕口において、小断面の梁で大スパンに対応可能にすること。
【解決手段】 剛体１２に梁１１の端部を接合する梁接合仕口２０において、剛体１２と梁１１の端部の間に少なくとも２本のロッド２２Ａ、２２Ｂの組合せからなるロッド対２２を設け、それらのロッド２２Ａ、２２Ｂはそれらの一端を剛体１２に接合するとともに、それらの他端を梁１１の端部に接合し、それらのロッド２２Ａ、２２Ｂの一端側の間隔を他端側の間隔より狭くしてなるもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は剛体に梁の端部を接合する梁接合仕口に関する。

従来、単純梁を大スパンに架けるとき、梁の曲げ変形を小さくするためには、大断面の梁が必要になる。この場合には、梁が大型、大重量になる。

そこで、従来技術では、梁をトラス構造やラチス構造にし、梁に作用する曲げ力を軸力に変えて梁の軽量化を図る方法、梁にプリストレスをかけて梁を小断面化する方法、又は梁を吊り構造にして梁を小断面化する方法が採用されている。

本発明の課題は、梁接合仕口において、小断面の梁で大スパンに対応可能にすることにある。

請求項１の発明は、剛体に梁の端部を接合する梁接合仕口において、剛体と梁の端部の間に少なくとも２本のロッドの組合せからなるロッド対を設け、それらのロッドはそれらの一端を剛体に接合するとともに、それらの他端を梁の端部に接合し、それらのロッドの一端側の間隔を他端側の間隔より狭くしてなるようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記梁に剪断力が作用し、ロッド対の構成ロッドに軸力が発生するとき、それらのロッドの軸力に起因して梁の端部に生ずる曲げモーメントＭrが、梁に作用する剪断力に起因して梁の端部に生ずる曲げモーメントＭcと逆方向になるようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項２の発明において更に、Ｍr＝Ｍcであるようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項２の発明において更に、Ｍr＞Ｍcであるようにしたものである。

（請求項１）
(a)剛体と梁の端部の間に２本のロッドの組合せからなるロッド対を設け、２本のロッドはそれらの一端を剛体に接合するとともに、それらの他端を梁の端部に接合し、２本のロッドの一端側の間隔を他端側の間隔より狭くしてなることにより、２本のロッドの軸力が梁の端部に曲げモーメントを及ぼし、この曲げモーメントが梁の変形（梁と剛体の交差角度の変位）を少なくし、梁全体の変形を極小にするように作用する。

（請求項２）
(b)梁に剪断力が作用し、２本のロッドに軸力が発生するとき、２本のロッドの軸力に起因して梁の端部に生ずる曲げモーメントＭrが、梁に作用する剪断力に起因して梁の端部に生ずる曲げモーメントＭcと逆方向になる。従って、曲げモーメントＭcによる梁の変形と、曲げモーメントＭrによる梁の変形が互いに相殺し、梁の変形を少なくし、梁全体の変形を極小にする。

(c)梁の変形を上述(a)、(b)の如くに梁の端部に作用する曲げモーメントＭr、Ｍcにより少なくできるから、２本のロッドの他端を剛体に剛接合せず、簡易にピン接合する場合でも梁の変形を少なくし、梁全体の変形を極小にできる。

（請求項３）
(d)曲げモーメントＭrと曲げモーメントＭcを、Ｍr＝Ｍcとすることにより、梁の端部は剛体に対し剛接合状態（梁の端部は回転せず、梁と剛体の交差角度は変位しない）になり、梁の変形を少なくすることができる。梁の端部の移動はない。

（請求項４）
(e)曲げモーメントＭrと曲げモーメントＭcを、Ｍr＞Ｍcとすることにより、梁の端部はＭcよる変形をＭrによって逆方向に戻され、超剛接合状態になり、梁の変形を上述(d)より少なくすることができる。梁の端部は剪断方向に移動する。

図１は梁接合仕口を示す模式図、図２は梁接合仕口の具体例を示す模式図、図３は梁接合仕口に作用する曲げモーメントを示す模式図である。

橋等を構成する梁構造体１０は、図１、図２に示す如く、単純梁１１の両端の梁端部１１Ａのそれぞれを、梁接合仕口２０により両側の強固な剛体１２に接合される。尚、梁１１の長手方向を水平方向に配置するものとし、梁１１には鉛直荷重Ｌが作用するものとする。以下、梁接合仕口２０の構成について説明する（梁１１の両端の梁端部１１Ａに設けた各梁接合仕口２０の構成は実質的に同一であり、主として、一端側の梁端部１１Ａに設けた梁接合仕口２０の構成について説明する）。

梁接合仕口２０は、梁端部１１Ａにフランジ２１Ａを剛接合し、このフランジ２１Ａをベース部材２１とする。

梁接合仕口２０は、剛体１２とベース部材２１の間に２本のロッド２２Ａ、２２Ｂの組合せからなるロッド対２２を設ける。２本のロッド２２Ａ、２２Ｂは、それらの一端を剛体１２にピン接合（剛接合でも可）するとともに、それらの他端をベース部材２１にピン接合（剛接合でも可）する。２本のロッド２２Ａ、２２Ｂの他端間隔を一端間隔より狭くする（ロッド２２Ａ、２２Ｂを互いにハの字状をなすように配置し、梁１１側の他端間隔を剛体１２側の一端間隔より狭くする）。本実施例では、梁１１に作用する鉛直剪断力Ｌの方向に沿う剪断前方側のロッド２２Ａを後傾させ、剪断後方側のロッド２２Ｂを前傾させる。

以下、梁構造体１０の支持メカニズムを梁１１の一端側に設けた梁接合仕口２０について説明する（図３）。

(1)梁１１に鉛直剪断力Ｌが作用する。梁１１の一端側の梁端部１１Ａに設けた梁接合仕口２０のベース部材２１には、梁１１に作用する剪断力Ｌと同方向の鉛直剪断力Ｌ1が作用する。尚、梁１１の他端側の梁端部１１Ａに設けた梁接合仕口２０のベース部材２１にも、梁１１に作用する剪断力Ｌと同方向の鉛直剪断力Ｌ2が作用する。Ｌ＝Ｌ1＋Ｌ2である。

このとき、梁接合仕口２０において、２本のロッド２２Ａ、２２Ｂの剛体１２への接合部には、支点反力Ｒ1（梁１１の他端側に設けた梁接合仕口２０ではＲ2）が作用する。梁１１への線弾力Ｌの作用点と、剛体１２への支点反力Ｒ1、Ｒ2の作用点との距離をａ、ｂとすると、Ｒ1＋Ｒ2＝Ｌ、Ｒ1×ａ＝Ｒ2×ｂである。

(2)梁１１に作用する剪断力Ｌに起因する曲げモーメントＭc1（梁の他端側に設けた梁接合仕口２０ではＭc2）が梁端部１１Ａ（ベース部材２１との剛接合点）に生ずる。

(3)２本のロッド２２Ａ、２２Ｂに作用する支点反力Ｒ1により、各ロッド２２Ａ、２２Ｂに軸力Ｔa、Ｔbが発生する。尚、軸力Ｔa、Ｔbは、梁１１に作用する剪断力Ｌ1によってベース部材２１が同剪断方向に移動させられようとするときに発生する。

そして、２本のロッド２２Ａ、２２Ｂの軸力Ｔa、Ｔbに起因する曲げモーメントＭr1（梁の他端側に設けた梁接合仕口２０ではＭr2）が梁端部１１Ａ（ベース部材２１との剛接合点）に生ずる。曲げモーメントＭr1は曲げモーメントＭc1と逆方向になる。曲げモーメントＭr1は、剪断前方側のロッド２２Ａの他端を下げ、剪断後方側のロッド２２Ｂの他端を上げ、ベース部材２１を微小回転させる。

軸力Ｔa、Ｔbの水平成分をＨa、Ｈb、鉛直成分をＶa、Ｖbとし、軸力Ｔa、Ｔbの梁端部１１Ａ（ベース部材２１との剛接合点）に対するモーメントの腕の長さをａ、ｂとし、ベース部材２１における梁端部１１Ａとの接合点からロッド２２Ａとの接合点までのフランジ長さをｆ、ロッド２２Ｂとの接合点までのフランジ長さをｆとし、ロッド２２Ａが剛体１２に対してなす交差角度をθａ（図３）とし、ロッド２２Ｂが剛体１２に対してなす交差角度をθｂ（図３）とするとき、下記(1)式〜(5)式が成立する。尚、梁１１の軸力を無視する。

Ｒ1＝Ｖa＋Ｖb … (1)
Ｈa＋Ｈb＝0 … (2)
Ｍr1＝Ｔa×ａ＋Ｔb＋ｂ … (3)
Ｍr1＝（Ｖa／cosθa）×ａ＋（Ｖb／cosθb）×ｂ … (4)
ａ＝ｆ・sinθa、 ｂ＝ｆ・sinθb … (5)

従って、曲げモーメントＭr1を大きくとるためには、ロッド２２Ａ、２２Ｂの角度θa、θbを大きくとる、ベース部材２１のフランジ長さｆを大きくとる、ベース部材２１に作用する剪断力Ｌ1を大きくとることが必要になる。

ベース部材２１に作用する剪断力Ｌ1を大きくすることは、鉛直荷重Ｌを梁材で受け、これをベース部材２１に伝える等にて実現できる。

また、ロッド２２Ａ（２２Ｂ）と、ベース部材２１又は剛体１２との接合をピン接合とした場合は、ベース部材２１の移動に対する抵抗が少ないため、ベース部材２１が大きく移動され、Ｍr1も大きくすることができ、剛接合とした場合は、ベース部材２１の移動に対する抵抗が大きくなるため、Ｍr1はピン接合に比べ小さくなるが、ロッド２２Ａ（２２Ｂ）の変形が微少となるため、微振動の発生を抑制することができる。

(4)Ｍr1＝Ｍc1で梁端部１１Ａは剛接合状態（梁端部１１Ａが回転しない、梁１１と剛体１２の相対角度を不変）になる。ベース部材２１の移動はない。

(5)Ｍr1＞Ｍc1で梁端部１１ＡはＭc1による変形方向と逆方向に戻される。これを、超剛接合状態というものとする。ベース部材２１は剪断方向（Ｌの方向）に移動する。

(6)Ｍr1＜Ｍc1で梁端部１１Ａは半剛接合状態（剛接合より弱い）になる。ベース部材２１は剪断方向と逆方向に移動する。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)梁端部１１Ａにベース部材２１を剛接合し、剛体１２とベース部材２１の間に２本のロッド２２Ａ、２２Ｂの組合せからなるロッド対２２を設け、２本のロッド２２Ａ、２２Ｂはそれらの一端を剛体１２に接合するとともに、それらの他端をベース部材２１に接合し、２本のロッド２２Ａ、２２Ｂの他端間隔を一端間隔より狭くしてなることにより、２本のロッド２２Ａ、２２Ｂの軸力Ｔa、Ｔbがベース部材２１に曲げモーメントＭr１を及ぼし、この曲げモーメントＭr1が梁１１の変形（梁１１と剛体の交差角度の変位）を少なくし、梁全体の変形を極小にするように作用する。

(b)梁構造体１０の梁１１に剪断力Ｌが作用し、２本のロッド２２Ａ、２２Ｂに軸力Ｔa、Ｔbが発生するとき、２本のロッド２２Ａ、２２Ｂの軸力Ｔa、Ｔbに起因して梁端部１１Ａに生ずる曲げモーメントＭr1が、梁１１に作用する剪断力Ｌに起因して梁端部１１Ａに生ずる曲げモーメントＭc1と逆方向になる。従って、曲げモーメントＭc1による梁１１の変形と、曲げモーメントＭr1による梁１１の変形が互いに相殺し、梁１１の変形を少なくし、建物全体の変形を極小にする。

(c)梁１１の変形を上述(a)、(b)の如くにベース部材２１に作用する曲げモーメントＭr1、Ｍc1により少なくできるから、２本のロッド２２Ａ、２２Ｂの一端を剛体１２に剛接合せず、簡易にピン接合する場合でも梁１１の変形を少なくし、建物全体の変形を極小にできる。

(d)曲げモーメントＭr1と曲げモーメントＭc1を、Ｍr1＝Ｍc1とすることにより、梁端部１１Ａは剛体１２に対し剛接合状態（梁端部１１Ａは回転せず、梁１１と剛体１２の交差角度は変位しない）になり、梁１１の変形を少なくすることができる。ベース部材２１の移動はない。

(e)曲げモーメントＭr1と曲げモーメントＭc1を、Ｍr1＞Ｍc1とすることにより、梁端部１１ＡはＭc1よる変形をＭr1によって逆方向に戻され、超剛接合状態になり、梁１１の変形を上述(d)より少なくすることができる。ベース部材２１は剪断方向に移動する。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本発明に係る梁接合仕口は、ＲＣ構造（剛体）に架ける梁、トンネル壁（剛体）に架ける梁、地下壁（剛体）に架ける梁、橋脚（剛体）に架ける橋、鉄骨構造（剛体）に架ける梁、タワー（剛体）に架ける梁、船体（剛体）に架ける梁に適用できる。

図１は梁接合仕口を示す模式図である。 図２は梁接合仕口の具体例を示す模式図である。 図３は梁接合仕口に作用する曲げモーメントを示す模式図である。

符号の説明

１０ 梁構造体
１１ 梁
１１Ａ 梁端部
１２ 剛体
２０ 梁接合仕口
２２ ロッド対
２２Ａ、２２Ｂ ロッド

Claims (4)

1. 剛体に梁の端部を接合する梁接合仕口において、
   剛体と梁の端部の間に少なくとも２本のロッドの組合せからなるロッド対を設け、それらのロッドはそれらの一端を剛体に接合するとともに、それらの他端を梁の端部に接合し、それらのロッドの一端側の間隔を他端側の間隔より狭くしてなることを特徴とする梁接合仕口。
2. 前記梁に剪断力が作用し、ロッド対の構成ロッドに軸力が発生するとき、それらのロッドの軸力に起因して梁の端部に生ずる曲げモーメントＭrが、梁に作用する剪断力に起因して梁の端部に生ずる曲げモーメントＭcと逆方向になる請求項１に記載の梁接合仕口。
3. Ｍr＝Ｍcである請求項２に記載の梁接合仕口。
4. Ｍr＞Ｍcである請求項２に記載の梁接合仕口。

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