JP6128058B2 - 梁端部の接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、曲げモーメントにより生じる引張力を板要素が負担する梁部材（代表例はＨ形鋼）によって構成される梁を備えた鋼構造物における梁端部の接合構造に関するものである。

従来、柱（鉄骨柱）と、曲げモーメントにより生じる引張力を板要素が負担する梁部材（代表例はＨ形鋼）によって構成される梁を備えた鋼構造物においては、図１（イ）に平面図、図１（ロ）に立面図を示すように、柱１（柱スキンプレート１ａ）に梁２（梁フランジ２ａ、梁ウェブ２ｂ）の端部を建設現場で溶接接合する場合、施工条件の制約から梁端接合部３の断面性能（特に、梁ウェブ２ｂの耐力負担割合）が小さくなり、地震時に梁２に生じるモーメントによるひずみが梁端接合部３の近傍に集中しやすく、構造部材としての耐疲労特性・変形能力の点で課題があった。なお、図１において、４はダイヤフラム、５はスカラップである。

この課題について、図２（イ）に平面図、図２（ロ）に立面図を示すように、矩形状の補強板７６を柱スキンプレート１ａと梁フランジ２ａの幅先端部に溶接する一般的な梁端部３１の補強方法では、梁端接合部３の先行降伏・破壊は回避できるものの、補強板７６の梁端接合部３と反対側の端部７６ａに応力が集中する構造となり、その応力集中箇所７６ａが溶接ビードと重なることから耐疲労特性・変形性能の改善に限界があった。

これに対して、上記の課題を解決するために、特許文献１、２に、切欠部を設けた補強板で梁端部を補強することによって、耐疲労特性・変形能力を向上させる技術が開示されている。

すなわち、特許文献１では、図１２に平面図を示すように、曲線状の切欠部８９を備えた補強板８６を柱スキンプレート１ａと梁端部３１の梁フランジ２ａ幅先端部に溶接するとともに、切欠部８９の近傍の梁フランジ２ａに孔開け部８７を設けることによって、その切欠部８９が先行降伏するようにしている。

また、特許文献２では、図１３に平面図を示すように、梁端部３１の梁フランジ２ａ幅先端部に二種類の補強板（補強板９６ａ、補強板９６ｂ）を所定の間隔を置いて溶接するとともに、補強板９６ａと補強板９６ｂの間の梁フランジ２ａ部分を含めて、補強板９６ａから補強板９６ｂに至る切欠部９９を設けることによって、その切欠部９９が先行降伏するようにしている。

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術には、以下のような問題点がある。
・補強板８６に切欠部８９を形成するために曲線状の加工が必要で高コストとなる。
・現場溶接型接合形式の場合、梁端接合部３の先行降伏を回避するために、補強板８６の梁端接合部３側の幅を大きくし、切欠部８９において大きな減幅加工を行う必要がある。
・切欠部８９の近傍に孔開け部８７を設けた場合、その部分のみに損傷が集中する。

また、上記特許文献２に記載の技術にも、以下のような問題点がある。
・切欠部９９を形成するために、２種類の補強板９６ａ、９６ｂとその間の梁フランジ２ａを切削する加工が高コストである。
・先行降伏断面部位（切欠部９９）の近傍に溶接ビード１００が位置するため、その箇所に応力集中が起こり、疲労特性が低下する恐れがある。
・上記応力集中を避けるためには、先行降伏断面部位近傍の溶接ビード１００の切削が必要となる。

これに対して、上記の課題を解決するために、特許文献３に、図１４に示すように、直線状補強板１０６にて梁端部を補強し、孔あけ部１０７を有する断面１０８にて先行降伏させることで、耐疲労特性・変形能力を向上させる技術が開示されている。

一方で、特許文献４に、図１５に示すように、梁端部の梁フランジ部分の補強を、補強板を用いる方法でなく、一枚の板から切り出した拡幅板１１６の一端を柱３に接合し、他端１１６ａを梁一般部に接合する技術も開示されている。図１５中の１１８は先行降伏断面部位である。

なお、後述する［実施例１］の項にて、下記の非特許文献１、２を、［実施例２］の項にて、下記の非特許文献３を引用するので、ここに併せて記載しておく。

特開２００１−２０７５３３号公報 特開２００４−３５３４１９号公報 特開２０１４−３１７０３号公報 特開平１１−１５８９９９号公報

鉄骨梁端溶接部の脆性的破断防止ガイドライン・同解説、Ｈ１５年９月 通しダイヤ角形鋼管柱−Ｈ形断面はりの耐力と変形性能、日本建築学会構造系論文集、第３８９号、Ｓ６３年７月 鋼構造設計基準―許容応力度設計法―第４版、日本建築学会、２００５年９月

しかしながら、上記特許文献３に記載の技術には、以下のような問題点がある。

すなわち、梁スパンが長くなる場合に、補強板１０６の端部１０６ａにおける亀裂発生を避けるために、補強板１０６を梁スパンに比例して長くする必要がある。その結果、補強板１０６が細長くなり、切り出し時の「そり」を矯正する必要があるほか、梁フランジへの接合の際の溶接長が長くなり、加工工数が増加する。

また、上記特許文献４に記載の技術には、以下のような問題点がある。

すわち、梁フランジの拡幅が開始される位置を先行降伏断面１１８とする設計が最も耐疲労特性（変形性能）が高くなるケースであるが、入り隅部が降伏するため、入り隅部の切断面平滑度が耐疲労特性に影響する。板厚が厚い場合、一般にガス切断が用いられるが、ガス切断面の平滑度は低く、平滑度を確保するための加工に工数を要する。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、Ｈ形鋼等によって梁が構成される鋼構造物における梁端部の接合構造として、低コストでの施工によって、梁端接合部の先行降伏を回避しつつ、梁の耐疲労特性・変形性能を向上させることができる梁端部の接合構造を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。

［１］柱と、曲げモーメントにより生じる引張力を板要素が負担する梁とで構成される鋼構造物において、梁の柱への接合部を含む梁端部における前記板要素が梁の一般部から柱への接合部に向かって多段階で拡幅され、その両側辺は直線形状を有し、拡幅の中間段階の箇所に材軸方向の複数箇所で孔開け加工が施され、予測される曲げモーメント分布に対して、前記孔開け加工を施された梁断面位置が先行して降伏するように構成され、かつ前記板要素の少なくとも拡幅が始まる部分から柱への接合部までが一枚の板から切り出し加工されていることを特徴とする梁端部の接合構造。

［２］柱と、曲げモーメントにより生じる引張力を板要素が負担する梁とで構成される鋼構造物において、梁の柱への接合部を含む梁端部における前記板要素が梁の一般部から柱への接合部に向かって１段階または多段階で拡幅され、その両側辺は直線形状を有し、拡幅しつつある箇所に材軸方向の複数箇所で孔開け加工が施され、予測される曲げモーメント分布に対して、前記孔開け加工を施された梁断面位置が先行して降伏するように構成され、かつ前記板要素の少なくとも拡幅が始まる部分から柱への接合部までが一枚の板から切り出し加工されていることを特徴とする梁端部の接合構造。

［３］柱と、曲げモーメントにより生じる引張力を板要素が負担する梁とで構成される鋼構造物において、梁の柱への接合部を含む梁端部における前記板要素が梁の一般部から柱への接合部に向かって増厚され、その増厚された箇所に材軸方向の複数箇所で孔開け加工が施され、予測される曲げモーメント分布に対して、前記孔開け加工を施された梁断面位置が先行して降伏するように構成され、かつ前記板要素の少なくとも増厚が始まる部分から柱への接合部までが一枚の板から切り出し加工されていることを特徴とする梁端部の接合構造。

［４］前記拡幅部または増厚部を有する板要素と梁の一般部の板要素とが接合され、前記拡幅部または増厚部を有する板要素の両側辺の柱への接合部近傍および梁の一般部の板要素への接合部近傍の計４箇所に孔あけ加工による半円状の切り欠きを有することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の梁端部の接合構造。

本発明によれば、Ｈ形鋼等によって梁が構成される鋼構造物における梁端部の接合構造として、低コストでの施工によって、梁端接合部の先行降伏を回避しつつ、梁の耐疲労特性・変形性能を向上させることができる。

従来の無補強である梁端部の接合構造を示す図である。 従来技術によって補強された梁端部の接合構造を示す図である。 本発明の実施形態１における梁端部の接合構造を示す図である。 本発明の実施形態２における梁端部の接合構造を示す図である。 本発明の実施形態２における梁端部の接合構造の他の例を示す図である。 本発明の実施形態３における梁端部の接合構造を示す図である。 本発明の実施形態４における梁端部の接合構造を示す図である。 本発明の実施形態５における拡幅材の板取り例を示す図である。 本発明の実施形態５における拡幅材の板取り例を示す図である。 実施例１において、本発明例１〜３の変形能力を示す図である。 実施例１において、従来例１、２の変形能力を示す図である。 特許文献１における梁端部の接合構造を示す図である。 特許文献２における梁端部の接合構造を示す図である。 特許文献３における梁端部の接合構造を示す図である。 特許文献４における梁端部の接合構造を示す図である。

本発明の実施形態においては、柱（鉄骨柱）と梁（Ｈ形鋼等）で構成される鋼構造物における梁端部の接合構造として、耐力負担能力の低い梁端接合部の梁端部の梁フランジを一枚板の強化板（拡幅板または増厚板）によって拡幅または増厚した上で、その梁端部における拡幅または増厚された材軸方向の範囲内で、梁のフランジを孔開け加工により減断面することで、予測される曲げモーメント分布に対して、孔開け加工を施した梁断面位置が先行して降伏するようにすることによって、低コストの施工で、梁の耐疲労特性・変形性能を向上させるようにしている。なお、梁端接合部とは、梁端部と柱が接合された面を指す。

以下に、本発明の実施形態（実施形態１〜実施形態５）を図面に基づいて説明する。

［実施形態１］
図３は、本発明の実施形態１における梁端部の接合構造を示す図であり、図３（イ）は平面図、図３（ロ）は立面図である。

図３に示すように、この実施形態１においては、柱（鉄骨柱）１と梁（Ｈ形鋼）２で構成される鋼構造物における梁端部３１の接合構造として、耐力負担能力の低い梁端接合部３を有する梁端部３１の梁フランジを強化板６（拡幅板６Ａ）で構成し、その拡幅板６Ａの一端を柱１（柱スキンプレート１ａ）に溶接し、他端を梁２の一般部（通常の梁フランジを備えた部分）の梁フランジ２ａに溶接している。

ここで、拡幅板６Ａは、梁２の一般部から柱２への接合部に向かって２段階で拡幅しており、その両側辺は直線で構成されている。すなわち、拡幅板６Ａは、梁２の材軸方向に平行な辺を有し、柱１と反対側の幅が狭い部分（梁２の一般部の梁フランジ幅と同じ幅）と、柱１側の幅が広い部分と、その中間の幅の部分（中間幅部）６ｄの３段階の幅となっていて、幅が変わる部分は梁２の材軸方向から４５度をなす辺で構成されている。

そして、１段階拡幅された後の箇所である中間幅部６ｄの範囲内（すなわち、拡幅の中間段階の範囲内）で、幅方向に複数個（ここでは、２箇所）で材軸方向に複数箇所（ここでは、４箇所）に孔開け部７が設けられている。

これによって、予測される曲げモーメント分布に対して、材軸方向で柱１に最も近い孔開け部７が存在する梁断面位置８が先行して降伏した後、順次、材軸方向で柱１から遠ざかる方向の孔開け部７が存在する梁断面位置が降伏する。

そして、拡幅板６Ａは、少なくとも拡幅が始まる部分（ここでは、梁２の一般部に近い側の入り隅部６ｃ）から柱１への接合部（梁端接合部３）までが一枚の板から切り出し加工されており、溶接等で接合されていない一枚板で構成されている。

なお、中間幅部６ｄの辺を梁２の材軸と平行とせず、孔開け部７の欠損を考慮した後の曲げ耐力が、梁２の材軸方向のモーメント分布と比例するよう傾斜を付けることで、孔開け部７の各断面を同時に降伏させ、変形性能をさらに向上させることも出来る。

また、拡幅板６Ａによって拡幅された梁端部３１の梁端接合部３は、孔開け部７が存在する梁断面位置の少なくとも１箇所が全塑性モーメントに達するまでマクロ的に弾性状態を維持できる耐力を有していることが好ましい。

また、梁２のスカラップ５長さに相当する部分は、先行降伏断面部位８のひずみ硬化による耐力上昇後においても、設計上断面が降伏しない程度の断面性能を有することが望ましい。これは、スカラップ５部分と先行降伏断面部位８の断面耐力比が小さい場合、ひずみ硬化による耐力上昇後にスカラップ５底のひずみが増大し、スカラップ５底の亀裂を起点とした破断に至る恐れがあるためである。

また、拡幅板６Ａの長さについては、拡幅板６Ａの柱１から遠い側の端部６ａの断面が、先行降伏断面部位８のひずみ硬化による耐力上昇後においても降伏しない長さを有することが望ましい。これは、ひずみ硬化による耐力上昇後、拡幅板６Ａと梁フランジ２ａを接合する溶接箇所に亀裂が発生することを防ぐためである。

また、孔開け部７の径を適切に設計し、スカラップ５部分近傍を除いた拡幅部分の全塑性モーメントを、構造物の崩壊モード（通常は梁２の両端に塑性ヒンジが生じた状態）時におけるモーメント勾配に比例させることで、先行降伏断面部位８の塑性化の進行を均一化させ、より耐疲労特性・変形能力を向上させることが可能である。

また、拡幅板６Ａで先行降伏断面部位８の幅と梁フランジ厚の比は、早期に座屈を起こさない値とすることが望ましいが、梁フランジ破断による急激な耐力低下を防ぐために、必要な性能を確保した上で、拡幅後の梁２の破壊モードを拡幅板６Ａの局部座屈とする値を採用することもできる。

また、拡幅板６Ａの幅が変更する箇所の入り隅部６ｃには応力集中を回避するためにＲ部を設けてもよい。

このようにして、この実施形態１においては、以下のような効果を得ることができる。

（ａ）梁端部３１を拡幅板６Ａで拡幅することにより、現場溶接型接合形式においても梁端接合部３の先行降伏を回避することが容易である。

（ｂ）梁端部３１を拡幅板６Ａで拡幅することにより、スカラップ５による断面欠損や梁ウェブ接合部分の柱スキンプレート１ａの面外変形に起因する梁端接合部耐力低下による梁端接合部３近傍への変形集中を解消することができる。

（ｃ）梁端部３１の拡幅板６Ａに孔開け部７を設けたことにより、先行降伏断面部位８の特に応力集中箇所と溶接線および板の入り隅切断面を分離することができる。ちなみに、前記特許文献２では、図１３に示したように、先行降伏断面部位（切欠部９９）の近傍に溶接ビード１００が位置するため、その箇所に応力集中が起こり、疲労特性が低下する恐れがあった。また、前記特許文献４では、応力集中箇所と板の入り隅切断面が近接しており、疲労特性が低下する恐れがあった。なお、破壊力学の見地から、孔開け部７は内部欠陥の一種とみなせる。内部欠陥は表面欠陥よりも応力集中が緩和されるという利点もある。

（ｄ）梁端部３１の拡幅板６Ａに材軸方向の複数箇所で孔開け部７を設けたことにより、梁２の降伏範囲を拡大させることができる。

（ｅ）直線状の辺からなる拡幅板６Ａを用いるとともに、ドリル加工が可能な孔開け加工による断面低減方法を用いることにより、加工コストを低減させることができる。

（ｆ）拡幅板６Ａが少なくとも拡幅が始まる部分から柱１への接合部まで一枚板で構成されているので、前記特許文献３のような、補強板の切り出し時のそりを矯正する必要があるといった問題や、補強板の梁フランジへの溶接長が長くなり、加工工数が増加するといった問題を回避できる。

（ｇ）上記（ａ）〜（ｆ）により、低コストの施工で優れた耐疲労特性・変形能力を有する柱梁接合部が実現可能となる。

（ｈ）さらに、元の梁断面を補強した上で孔開け加工を行うため、元の梁断面と同等以上の断面性能を保持することが可能となり、設計上のデメリットが無いという効果もある。

（ｉ）さらに、拡幅板６Ａの梁フランジ２ａと幅が等しい部分（非拡幅部）と２段階拡幅された部分の長さが等しく、１段階目と２段階目の拡幅量が等しく、各段階の拡幅に伴う段差角部（傾斜部）６ｂの梁材軸に対する角度を等しくする場合、一度の切断で２枚の拡幅板６Ａの辺を形成することが可能であり、加工工数が減少するほか、板の歩留まりが向上する効果がある。

なお、この実施形態１では、拡幅板６Ａが、梁２の一般部から柱２への接合部に向かって２段階で拡幅しているが、拡幅板６Ａが、梁２の一般部から柱２への接合部に向かって３段階以上の多段階で拡幅するようにしてもよい。

［実施形態２］
図４は、本発明の実施形態２における梁端部の接合構造を示す図であり、図４（イ）は平面図、図４（ロ）は立面図である。また、図４（ハ）は孔開け部の配置パターンを説明するための図である。

本発明の実施形態２における梁端部の接合構造は、図３に示した本発明の実施形態１における梁端部の接合構造と基本的な構成は同じであるが、強化板（拡幅板）６の形状、および孔開け部７の配置パターンが異なっている。

すなわち、図４に示すように、この実施形態２においては、柱（鉄骨柱）１と梁（Ｈ形鋼）２で構成される鋼構造物における梁端部３１の接合構造として、耐力負担能力の低い梁端接合部３を有する梁端部３１の梁フランジを強化板６（拡幅板６Ｂ）で構成し、その拡幅板６Ｂの一端を柱１（柱スキンプレート１ａ）に溶接し、他端を梁２の一般部の梁フランジ２ａに溶接している。

ここで、拡幅板６Ｂは、梁２の一般部から柱１との接合部に向かって１段階で拡幅しており、その両側辺は直線で構成されている。すなわち、拡幅板６Ｂは、柱１に近づくにつれて、所定の割合で幅が広くなる形状である。

そして、拡幅板６Ｂの段差角部（傾斜部）６ｂの範囲内（すなわち、拡幅しつつある箇所の範囲内）で孔開け加工して孔開け部７を設けている。孔あけ部７の配置は、拡幅により拡幅板６Ｂ内の断面耐力が位置により異なる点を千鳥孔（幅方向に見て材軸方向の位置をずらした孔）の配置角度を調整することで、有効断面を梁に生じる曲げモーメント分布に比例させるか、梁フランジ２ａ部と等しくするよう設計することが可能である。

例えば、図４（ハ）に示すように、材軸方向で拡幅板６Ｂの段差角部６ｂの範囲内において、材軸方向に複数箇所（ここでは、図４（ハ）に示す（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の有効断面検討線が位置する３箇所）において、幅方向に複数個（ここでは、図４（ハ）に示す有効断面検討線（ａ）、（ｂ）、（ｃ）上に各４箇所）の孔開け部７が設けられている。

これによって、予測される曲げモーメント分布に対して、幅方向に孔開け部７が存在する複数箇所（ここでは、３箇所）の梁断面位置８が同時に先行して降伏する。

このようにして、この実施形態２においても、実施形態１と同様に、上記（ａ）〜（ｈ）の効果を得ることができる。

それに加えて、この実施形態２においては、図５（イ）に立面図、図４（ロ）に平面図、図（ハ）に有効断面検討線（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を示すように、拡幅板６（６Ｂ’）として、両側面が１つの直線で構成することも可能であり、この場合、拡幅板６Ｂ’の切り出しが実施形態１と比較してさらに容易である。

なお、この実施形態２では、拡幅板６Ｂが、梁２の一般部から柱２への接合部に向かって１段階で拡幅しているが、拡幅板６Ｂが、梁２の一般部から柱２への接合部に向かって２段階以上の多段階で拡幅するようにしてもよい。

［実施形態３］
図６は、本発明の実施形態３における梁端部の接合構造を示す図であり、図６（イ）は平面図、図６（ロ）は立面図である。

本発明の実施形態３における梁端部の接合構造は、図３に示した本発明の実施形態１における梁端部の接合構造と基本的な構成は同じであるが、強化板６が拡幅板６Ａに替えて増厚板６Ｃとなる点が異なっている。

すなわち、図６に示すように、この実施形態３においては、柱（鉄骨柱）１と梁（Ｈ形鋼）２で構成される鋼構造物における梁端部３１の接合構造として、耐力負担能力の低い梁端接合部３を有する梁端部３１の梁フランジを増厚板６Ｃで構成し、その増厚板６Ｃの一端を柱１（柱スキンプレート１ａ）に溶接し、他端を梁２の一般部の梁フランジ２ａに溶接している。

ここで、増厚板６Ｃは、梁２の一般部から柱２への接合部に向かって増厚している。すなわち、図６では、増厚板６Ｃが一般部の梁フランジ２ａ厚から一段階の増厚をしているが、増厚板６Ｃは、柱１に近づくにつれて板厚を徐々に増加させても良い。

そして、増厚板６Ｃ内に、幅方向に複数個（ここでは、２箇所）で材軸方向に複数箇所（ここでは、４箇所）の孔開け部７が設けられている。

これによって、予測される曲げモーメント分布に対して、幅方向に孔開け部７が存在する梁断面位置８が先行して降伏する。

このようにして、この実施形態３においても、実施形態１と同様に、上記（ａ）〜（ｈ）の効果を得ることができる。

それに加えて、この実施形態３においては、増厚板６Ｃの両側面がそれぞれ１本の直線で構成されており、増厚板６Ｃの切り出しが実施形態１と比較してさらに容易である。

［実施形態４］
図７は、本発明の実施形態４における梁端部の接合構造を示す図であり、図７（イ）は本発明の実施形態１をベースに、図７（ロ）は本発明の実施形態２をベースに、図７（ハ）は本発明の実施形態３をベースにしたものである。

本発明の実施形態４における梁端部の接合構造は、実施形態１、２、３の形態に加えて、強化板６（拡幅板６Ａ、拡幅板６Ｂ、増厚板６Ｃ）の両側辺において、柱１（柱スキンプレート１ａ）への接合部近傍および梁２の一般部の梁フランジ２ａへの接合部近傍の計４箇所に、半円状の切り欠き７ａを施している。

このような切り欠き７ａが施された強化板６（拡幅板６Ａｓ、拡幅板６Ｂｓ、増厚板６Ｃｓ）は、切り欠き７ａにより、強化板６の柱スキンプレート１ａとの接合部および強化板６の梁フランジ２ａとの接合部の板縁からの亀裂発生を抑制することが可能となり、梁端部３１の耐疲労性能を確保しつつ、柱スキンプレート１ａへの接合位置の拡幅、および強化板６の長さを低減することができる。

なお、図７では示していないが、本発明の実施形態２の他の例である拡幅板６Ｂ’についても、同じように半円状の切り欠き７ａを施すことができる（拡幅板６Ｂ’ｓ）。

［実施形態５］
本発明の実施形態５として、本発明の実施形態１、４に示した拡幅板の板取りを示す。

図８（イ）は、本発明の実施形態１における拡幅板６Ａ、図８（ロ）、図９（ハ）、図９（ニ）は、それぞれ本発明の実施形態４における拡幅板６Ａｓ、６Ｂｓ、６Ｂ’ｓについての板取りの例である。

いずれの板取りにおいても、隣接する拡幅板との隙間なく配置できるため、切断工数を減少させることが可能である。また、板の歩留まりも向上する。

また、図８（ロ）、図９（ハ）、図９（ニ）においては、半円状の切り欠き７ａの形成のために、板の切断前に孔あけ加工を施すことにより、加工効率を向上させることができる。

なお、なお、図８、図９では示していないが、本発明の実施形態２における拡幅板６Ｂについても、図９（ハ）に示した拡幅板６Ｂｓと同様の板取りを行うことができる。

本発明の実施例１として、柱径４００ｍｍ、板厚１６ｍｍの角形鋼管柱に、せい５００ｍｍ、幅２００ｍｍ、梁ウェブ厚１２ｍｍ、フランジ厚１９ｍｍ、スカラップ長さ３５ｍｍ、降伏応力４１２．５Ｎ／ｍｍ^２、引張強度５５０Ｎ／ｍｍ^２の梁（Ｈ形鋼）を接合する場合の検討を行った。

梁ウェブは高力ボルト摩擦接合とし、強度区分Ｆ１０Ｔ、サイズＭ２０、１２本、２列配置、ピッチ５５ｍｍとしている。

梁のモーメント分布は、柱芯間距離が６０００ｍｍ、逆対称曲げとなる場合を想定し、柱芯から３０００ｍｍの位置をモーメント０とする三角形分布を考えた。

そして、従来例１として、図１に示した無補強の梁端部の接合構造、従来例２として、図２に示した従来技術による補強を施した梁端部の接合構造、本発明例１として、図３に示した本発明の実施形態１における梁端部の接合構造、本発明例２として、図４に示した本発明の実施形態２における梁端部の接合構造、本発明例３として、図６に示した本発明の実施形態３における梁端部の接合構造を検討対象とした。

本発明例１において、拡幅板６Ａの一、二段目の拡幅幅は７５ｍｍであり、柱に取り付く位置の幅は３５０ｍｍ、中間部の幅は２７５ｍｍである。拡幅板６Ａの長さは６００ｍｍである。孔径は３７．５ｍｍであり、柱に最も近い孔位置は柱面から２００ｍｍの距離にある。

本発明例２において、拡幅板６Ｂの拡幅幅は１５０ｍｍであり、柱に取り付く位置の幅は３５０ｍｍである。拡幅板６Ｂの長さは７００ｍｍであり、傾斜部の長さは５００ｍｍで、両端に１００ｍｍ長の平行部を有する。孔径は３０ｍｍであり、柱に最も近い孔位置は柱面から２００ｍｍの距離にある。

本発明例３において、増厚板６Ｃの板厚は２８ｍｍである。孔径は３２ｍｍであり、柱に最も近い孔位置は柱面から２００ｍｍの距離にある。増厚板６Ｃの長さは６００ｍｍである。

なお、梁ウェブの有効断面高さ及び負担荷重は、非特許文献１、非特許文献２に記載の方法を用いて検討した。ただし、高力ボルト接合部については外側３本がモーメントによる梁材軸方向の応力を伝達し、その他のボルトは梁のせん断荷重を負担するものとした。梁ウェブの負担荷重は前記ウェブ有効高さによる耐力とボルト接合部の耐力の小さいほうの値とした。

表１、図１０、図１１に、本発明例１、２、３と従来例１、２との検討結果を示す。

表１では、梁端（柱梁接合面位置、梁端接合部）、先行降伏部位、強化板端部位（柱と反対側の位置）の梁降伏モーメントと、その時の梁せん断力、及び終局耐力（先行降伏部位における梁フランジを引張強度、梁ウェブ（有効断面）を降伏応力で計算した全塑性モーメント）時の梁せん断力を比較している。

図１０は、梁の全塑性モーメントの長さ方向分布と終局耐力時の曲げモーメント分布を図示したものであり、図１０（イ）は本発明例１、図１０（ロ）は本発明例２、図１０（ハ）は本発明例３、図１１（ニ）は従来例１、図１１（ホ）は従来例２である。

ちなみに、終局耐力時の曲げモーメントよりも全塑性モーメントが低い部分が主に塑性化するため、該当する部分が長いほど変形能力が大きい。一方、梁端や強化板端は溶接ビードと重なるため、できるだけ降伏させないほうが良い。

まず、図１１（ニ）に示す従来例１では、梁端の曲げ耐力が梁の全断面有効時全塑性モーメントを下回るため、梁端近傍に歪が集中する。

また、図１１（ホ）に示す従来例２では、先行降伏部位の最大耐力時に梁端に作用するモーメントが梁端の曲げ耐力以下となるよう設計されているが、先行降伏部位が拡幅板の柱反対側の端であり、溶接ビードの端と一致するため応力集中を起こしやすい。

これに対して、図１０（イ）、（ロ）、（ハ）に示す本発明例１、２、３では、先行降伏部位の最大耐力時に梁端に作用するモーメントが梁端の曲げ耐力以下となるよう設計されており、先行降伏部位と溶接ビードが分離されている。ただし、強化板の柱反対側の端は先行降伏部位の最大耐力時には降伏するものの、塑性化の程度は小さい。

本発明の実施例２として、図５に示した本発明の実施形態２における梁端部の接合構造について、拡幅板に孔開け部が千鳥配置とされた部分の有効断面の算定を行った。

梁の一般部の梁幅は３００ｍｍ、柱に取り付く位置の拡幅幅は５２５ｍｍ、傾斜部の長さは１０００ｍｍである。孔開け部の配置は図５（ロ）と表２に示す通りである。

そして、図５（ハ）に示す（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の断面（破断線）における有効断面（有効幅）の算定を行った。なお、千鳥配置された孔の有効径（表２中の有効径係数は）は非特許文献３の解説１３章（ｐｐ．１０１）に記載の有効孔径の評価式を用い算定した。

算定結果を表２に示す。いずれの断面においても、有効幅は３００ｍｍである。

１ 柱
１ａ 柱スキンプレート
２ 梁
２ａ 梁フランジ
２ｂ 梁ウェブ
３ 梁端接合部
４ ダイヤフラム
５ スカラップ
６ 強化板（拡幅板、増厚板）
６Ａ 拡幅板
６Ａｓ 拡幅板
６Ｂ 拡幅板
６Ｂｓ 拡幅板
６Ｂ’ 拡幅板
６Ｂ’ｓ 拡幅板
６Ｃ 増厚板
６Ｃｓ 増厚板
６ａ 拡幅板の柱から反対側の端
６ｂ 拡幅板の段差角部（傾斜部）
６ｃ 拡幅板の入り隅部
６ｄ 拡幅板の中間幅部
７ 孔開け部
７ａ 半円状の切り欠き
８ 先行降伏断面部位
３１ 梁端部
７６ 補強板
７６ａ 補強板の梁端接合部と反対側の端部
８６ 補強板
８７ 孔開け部
８９ 曲線状の切欠部
９６ａ、９６ｂ 補強板
９９ 曲線状の切欠部
１０６ 補強板
１０６ａ 補強板の柱から反対側の端
１１６ 拡幅板
１１６ａ 拡幅板の柱から反対側の端
１１８ 先行降伏断面部位

Claims (6)

1. 柱と、曲げモーメントにより生じる引張力を板要素が負担する梁とで構成される鋼構造物において、梁の柱への接合部を含む梁端部における前記板要素が梁の一般部から柱への接合部に向かって多段階で拡幅され、その両側辺は直線形状を有し、拡幅の中間段階の箇所に材軸方向の複数箇所で孔開け部を有し、予測される曲げモーメント分布に対して、前記孔開け部が存在する梁断面位置が先行して降伏するように構成され、かつ前記板要素の少なくとも拡幅が始まる部分から柱への接合部までが一枚板であることを特徴とする梁端部の接合構造。
2. 柱と、曲げモーメントにより生じる引張力を板要素が負担する梁とで構成される鋼構造物において、梁の柱への接合部を含む梁端部における前記板要素が梁の一般部から柱への接合部に向かって１段階または多段階で拡幅され、その両側辺は直線形状を有し、拡幅しつつある箇所に材軸方向の複数箇所で孔開け部を有し、予測される曲げモーメント分布に対して、前記孔開け部が存在する梁断面位置が先行して降伏するように構成され、かつ前記板要素の少なくとも拡幅が始まる部分から柱への接合部までが一枚板であることを特徴とする梁端部の接合構造。
3. 柱と、曲げモーメントにより生じる引張力を板要素が負担する梁とで構成される鋼構造物において、梁の柱への接合部を含む梁端部における前記板要素が梁の一般部から柱への接合部に向かって増厚され、その増厚された箇所に材軸方向の複数箇所で孔開け部を有し、予測される曲げモーメント分布に対して、前記孔開け部が存在する梁断面位置が先行して降伏するように構成され、かつ前記板要素の少なくとも増厚が始まる部分から柱への接合部までが一枚板であり、
   前記増厚部を有する板要素と梁の一般部の板要素とが接合され、前記増厚部を有する板要素の両側辺の柱への接合部近傍および梁の一般部の板要素への接合部近傍の計４箇所に半円状の切り欠きを有することを特徴とする梁端部の接合構造。
4. 前記拡幅部を有する板要素と梁の一般部の板要素とが接合され、前記拡幅部を有する板要素の両側辺の柱への接合部近傍および梁の一般部の板要素への接合部近傍の計４箇所に半円状の切り欠きを有することを特徴とする請求項１または２に記載の梁端部の接合構造。
5. 前記多段階の拡幅において、拡幅に伴う段差角度は、それぞれ等しい角度とし、拡幅量が等しいことを特徴とする請求項１、２、４のいずれかに記載の梁端部の接合構造。
6. 前記複数個所の孔開け部の配置が千鳥孔であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の梁端部の接合構造。

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