JP4655492B2 - Manufacturing method for beam-column joints - Google Patents
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Description
本発明は、鉄骨構造における柱梁接合部の製造方法に関し、特に耐震性に優れた、閉鎖断面の柱とH形鋼の梁による柱梁接合部の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a beam-column joint in a steel structure, and particularly relates to a method for manufacturing a beam-column joint having a closed cross-section column and an H-shaped steel beam, which is excellent in earthquake resistance.
鉄骨構造における溶接による柱梁接合部は、溶接部の材質劣化や溶接欠陥により地震などの際、最も破壊される確率が高いとされている。内ダイアフラム形式の柱の場合、ダイアフラムを柱スキンプレートに溶接するエレクトロスラグ溶接部に欠陥を生じると梁からの応力により開口量の大きな亀裂となり耐震性を劣化させる。 It is said that the beam-column joint by welding in the steel structure has the highest probability of being destroyed in the event of an earthquake or the like due to material deterioration of the weld or welding defects. In the case of the inner diaphragm type column, if a defect occurs in the electroslag welded portion where the diaphragm is welded to the column skin plate, the stress from the beam causes a large opening and deteriorates the earthquake resistance.
図5は、柱を閉鎖断面とし、梁をH形鋼とする内ダイアフラム形式の仕口構造100を説明する図で(a)は部分断面図、(b)は平面図を示し、柱200の内部で、梁300の梁フランジ310に対向する位置にダイアフラム400がエレクトロスラグ溶接で取り付けられている。
FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining the inner diaphragm type
柱200内部の、梁ウェブ320に対向する位置に補強材を設けないと、柱スキンプレート210に面外変形が発生する。そして、梁フランジ310の軸方向応力800a、梁ウェブ320の軸方向応力800の一部、及び梁ウェブのせん断力700を作用応力とする曲げモーメントが、エレクトロスラグ溶接部Aを介してダイアフラム400に作用する。梁フランジ310からダイアフラム400には矢印900のように応力の流れが生じる。
If the reinforcing material is not provided at a position facing the
図6は、柱スキンプレート210とダイアフラム400を溶接するエレクトロスラグ溶接部Aの構成を示す図で、ダイアフラム400とその両側に配置された裏当金500による開先部を溶接し、溶着金属600とする。
FIG. 6 is a view showing a configuration of an electroslag welded portion A for welding the
柱梁接合部のエレクトロスラグ溶接は入熱400kJ/cm以上の大入熱溶接となるため、裏当金500と柱スキンプレートとの間に空隙10aが発生する場合があり、空隙10aに梁ウェブ320の軸方向応力800等を作用応力とする曲げモーメントが作用すると、空隙10aが開口して亀裂を生じ、柱梁接合部が破壊される。
Electroslag welding of the beam-column joint is a large heat input welding with a heat input of 400 kJ / cm or more. Therefore, a
特許文献1、特許文献2は、そのような破壊を防止するエレクトロスラグ溶接法に関し、裏当金と柱スキンプレートを溶接し、両者の間で空隙の発生を防止することが記載されている。
しかしながら、特許文献1、特許文献2記載の方法は狭隘な柱内部における溶接作業量が増大し、また、新たに溶接部が増えることなり、好ましくない。更に、裏当金と柱スキンプレートが溶接されたとしても、長期間の使用によって疲労亀裂が導入され、梁からの曲げモーメントによって開口し、柱梁接合部を破壊することが懸念される。
However, the methods described in
そこで、本発明は、エレクトロスラグ溶接部に作用し、溶接部における裏当金と、柱スキンプレートを開口させる曲げモーメント自体を減少させて、柱梁接合部の破壊を抑制する柱梁接合部の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention acts on the electroslag welded portion, reduces the bending moment itself that opens the backing metal in the welded portion and the column skin plate, and suppresses the destruction of the column beam joint. An object is to provide a manufacturing method.
本発明者等は、エレクトロスラグ溶接部に作用する曲げモーメントについて鋭意検討し、以下の知見を得た。1 柱が箱型断面形で、梁ウェブが取付けられる柱スキンプレートの内側に内部ウェブを取り付けない場合、梁ウェブの材軸方向応力は柱フランジの面外曲げ抵抗で柱ウェブおよびダイアフラムに伝達される。 The present inventors diligently studied the bending moment acting on the electroslag weld, and obtained the following knowledge. 1 When the column has a box-shaped cross section and the inner web is not installed inside the column skin plate to which the beam web is attached, the axial stress of the beam web is transmitted to the column web and diaphragm by the out-of-plane bending resistance of the column flange. The
2 よって,梁フランジの軸方向力のダイアフラムへの伝達のほか,この梁ウェブの材軸方向応力を考慮した力の釣り合いからダイアフラム板厚や柱スキンプレートに取付ける位置の決定が必要で、梁からダイアフラムに作用する曲げモーメントの作用応力を、梁フランジの軸方向応力、梁ウェブの軸方向応力、梁ウェブのせん断力とする。
3 梁ウェブの軸方向応力は、柱スキンプレートの面外変形をもたらし、その結果、ダイアフラムの軸力と曲げモーメントとして作用するので、エレクトロスラグ溶接部においてダイアフラムと裏当金の間に空隙が発生すると、空隙を開口させ、亀裂の発生により柱梁接合部の耐震性を劣化させる。
Therefore, in addition to transmitting the axial force of the beam flange to the diaphragm, it is necessary to determine the diaphragm plate thickness and the mounting position on the column skin plate from the balance of the forces considering the axial stress of the beam web. The bending stress acting on the diaphragm is defined as the axial stress of the beam flange, the axial stress of the beam web, and the shearing force of the beam web.
3. The axial stress of the beam web causes out-of-plane deformation of the column skin plate, and as a result, acts as an axial force and bending moment of the diaphragm, resulting in a gap between the diaphragm and the backing metal in the electroslag weld. Then, the gap is opened, and the earthquake resistance of the column beam joint is deteriorated by the generation of cracks.
本発明は以上の知見をもとに更に検討を加えてなされたもので、すなわち、本発明は
1 閉鎖断面構造の内ダイアフラム形式の柱とH形鋼の梁を接合する柱梁接合部の製造方法であって、前記柱の内ダイアフラムと前記梁のフランジの柱スキンプレートへの取り付けを、上下のダイアフラムの間隔が、前記梁の上下のフランジの間隔より狭く、且つ前記梁から前記柱のダイアフラムに作用する曲げモーメントが最小となるように、所定の距離だけ偏心させて取り付けることを特徴とする柱梁接合部の製造方法。
The present invention has been made by further study based on the above knowledge. That is, the present invention is a manufacturing method of a column beam joint that joins an inner diaphragm type column having a closed cross-section structure and an H-shaped steel beam. A method of attaching the inner diaphragm of the column and the flange of the beam to the column skin plate, wherein an interval between the upper and lower diaphragms is smaller than an interval between the upper and lower flanges of the beam and the diaphragm of the column from the beam A method of manufacturing a beam-column joint characterized in that the beam is eccentrically attached by a predetermined distance so as to minimize the bending moment acting on the beam.
2 前記曲げモーメントを、梁フランジの軸方向応力と梁ウェブの軸方向応力、梁ウェブのせん断力を作用応力として求めることを特徴とする1記載の柱梁接合部の製造方法。 2. The method of manufacturing a beam-column joint according to 1, wherein the bending moment is obtained as an axial stress of a beam flange, an axial stress of a beam web, and a shearing force of the beam web.
本発明によれば、エレクトロスラグ溶接部に空隙が生じたとしても、上下の梁フランジの間隔より、上下のダイアフラムの間隔が狭いので、柱スキンプレートの面外変形が抑制され、梁フランジの軸方向応力、梁ウェブの軸方向応力、梁ウェブのせん断力を作用応力とする曲げモーメントのエレクトロスラグ溶接部に対する作用が減少し、空隙からの亀裂の発生が抑制されて耐震性に優れた柱梁接合部が得られる。 According to the present invention, even if a gap is generated in the electroslag welded portion, the distance between the upper and lower diaphragms is narrower than the distance between the upper and lower beam flanges. Column beam with excellent seismic resistance by reducing the effect of bending moment, which is caused by directional stress, axial stress of the beam web, and shearing force of the beam web, on the electroslag welds, suppressing the occurrence of cracks from the air gap A joint is obtained.
柱梁接合部には、内ダイアフラム形式と通しダイアフラム形式が一般的に用いられるが、両形式における梁から柱への基本的な応力伝達方法は同じとされているので、内ダイアフラム形式の柱梁接合部を用いて本発明を説明する。尚、本発明では、ダイアフラムの板厚は梁フランジの板厚以上とする。
図1は本発明を説明する図で、(a)は本発明を適用した柱梁接合部の部分断面図、(b)、(c)は(a)に示した柱梁接合部において、柱スキンプレートにダイアフラムと梁フランジを取り付けた個所の拡大詳細図を示す。(b),(c)においてエレクトロスラグ溶接部は省略する。
The inner diaphragm type and the through diaphragm type are generally used for the beam-column joint, but the basic stress transmission method from the beam to the column in both types is the same, so the inner diaphragm type column beam The present invention will be described using the joint. In the present invention, the plate thickness of the diaphragm is equal to or greater than the plate thickness of the beam flange.
FIG. 1 is a diagram for explaining the present invention, in which (a) is a partial sectional view of a beam-column joint to which the present invention is applied, and (b), (c) are columns in the beam-column joint shown in (a). An enlarged detail view of the part where the diaphragm and beam flange are attached to the skin plate is shown. In (b) and (c), the electroslag welded portion is omitted.
図において、1は柱梁接合部、2は内ダイアフラム形式の柱、21は梁3が取り付けられる柱スキンプレート、3は梁、31は梁の上フランジ、31aは梁の下フランジ、32は梁ウェブ、4は柱スキンプレート21の、梁フランジ31の略対向する位置に取り付けられる上ダイアフラム、4aは柱スキンプレート21の、梁フランジ31aの略対向する位置に取り付けられる下ダイアフラムを示す。
In the figure, 1 is a column beam joint, 2 is an inner diaphragm column, 21 is a column skin plate to which the
本発明に係る製造方法は、まず、上下の梁フランジ31、31aの間隔より、上下のダイアフラム4,4aの間隔を狭くして、柱スキンプレート21の剛性を高めて、面外変形を抑制し、更に、ダイアフラム4、4aに作用する曲げモーメントが、最小となるように、柱スキンプレート21にダイアフラム4を取付ける位置を、梁フランジとの関係において規定する。
In the manufacturing method according to the present invention, first, the distance between the upper and
梁フランジ31(31a)の中心線aとダイアフラム4(4a)の中心線bが偏心すると、ダイアフラム4(4a)に作用する、梁フランジの軸方向応力、梁ウェブの軸方向応力、梁ウェブのせん断力を作用応力とする曲げモーメントは変化するので、曲げモーメントが最も小さくなるように求めた距離だけ、梁フランジ31(31a)の中心線aとダイアフラム4(4a)の中心線bを偏心させて、ダイアフラム4を柱スキンプレートに取り付ける。
When the center line a of the beam flange 31 (31a) and the center line b of the diaphragm 4 (4a) are decentered, the axial stress of the beam flange, the axial stress of the beam web, and the beam web acting on the diaphragm 4 (4a) Since the bending moment using the shearing force as the acting stress changes, the center line a of the beam flange 31 (31a) and the center line b of the diaphragm 4 (4a) are decentered by the distance obtained so that the bending moment is minimized. The
この際、上のダイアフラム4は梁フランジ31に対して−方向に偏心させ(図1(b))、下のダイアフラム4aは梁フランジ31aに対して+方向に偏心させる(図1(c))。
At this time, the
図4は、ラーメン構造の柱梁接合部のモデル試験体に強制変位を与えて、ダイアフラムに作用する曲げモーメントに及ぼす偏心距離eの影響を、有限要素法により求めた結果を示す図で、図2に試験条件、図3に試験体を示す。 FIG. 4 is a diagram showing the result of obtaining the influence of the eccentric distance e on the bending moment acting on the diaphragm by giving a forced displacement to the model specimen of the beam-column joint of the rigid frame structure by the finite element method. 2 shows test conditions, and FIG. 3 shows a test specimen.
モデル試験体は1/2対称モデルで、柱端支持条件をピン接合として、梁端部に強制変位を与えた。図4から明らかなように、偏心距離eが−1.4mmの場合、曲げモーメントは0となるので、図1(b)(c)の偏心距離eを1.4mmとする。 The model specimen was a ½ symmetric model, and a forced displacement was given to the beam end portion with the column end support condition being a pin joint. As is apparent from FIG. 4, when the eccentric distance e is −1.4 mm, the bending moment is 0. Therefore, the eccentric distance e in FIGS. 1B and 1C is set to 1.4 mm.
以上の説明では、モデル試験体を用いた有限要素法による解析で、偏心距離を求めたが、本発明での偏心距離を求める方法を限定するものでなく、偏心距離は、実体モデルの載荷試験等で求めても良い。 In the above description, the eccentric distance was obtained by the analysis by the finite element method using the model specimen, but the method for obtaining the eccentric distance in the present invention is not limited, and the eccentric distance is a loading test of the entity model. You may ask for it.
1 柱梁接合部
2 内ダイアフラム形式の柱
21 柱スキンプレート
3 梁
31 梁の上フランジ
31a 梁の下フランジ
32 梁ウェブ
4 上ダイアフラム
4a 下ダイアフラム
10a 空隙
100 内ダイアフラム形式の仕口構造
200 柱
210 柱スキンプレート
300 梁
310 梁フランジ
320 梁ウェブ
400 ダイアフラム
500 裏当金
600 溶着金属
700 梁ウェブのせん断力
800 梁ウェブの軸方向応力
800a梁フランジの軸方向応力
900 流れ応力
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