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柱梁接合構造
JP6432155B2
Japan
Worldwide applications
2014
JP
Application JP2014088144A events
2014-04-22
2014-04-22
2015-11-19
2018-12-05
Application granted
2018-12-05
Status
Active
2034-04-22
Anticipated expiration
Description
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本発明は、柱梁接合構造に関する。
柱と梁は一般的に溶接により接合（剛接合）されているが、柱と梁との接合部（梁端仕口部）は地震などの外力により大きな応力が発生して破断するおそれがある。特に、外力によるモーメントは梁の長手方向の中央部分よりも端部の方が大きくなるので、梁端仕口部が破断しやすい。
そこで、梁端部のフランジに幅を広げる部材（水平ハンチ）を取付けて梁端仕口部の応力を低減させるようにしたものが提案されている。
しかしながら、フランジに水平ハンチを取り付けると、水平ハンチの先端（梁端仕口部の端とは反対側の端）における形状が不連続となり、この位置のフランジにひずみの集中が発生する。この結果、ハンチ先端においてフランジに亀裂が進展し、性能を十分に発揮できないおそれがある。
本発明はかかる課題に鑑みてなされたもので、ひずみの集中を緩和し、梁の変形能力の向上を図ることにある。
かかる目的を達成するために本発明の柱梁接合構造は、Ｈ形鋼で構成された梁のフランジの端面を鋼製の柱に溶接した柱梁接合構造であって、前記フランジは、所定幅の定幅部と、前記定幅部と梁端仕口部との間に設けられた拡幅部であって、前記所定幅よりも大きい幅の拡幅部と、を備え、前記拡幅部は、前記定幅部の側から前記梁端仕口部の側に向かうにつれて、曲線的に幅が増加する円弧形状、もしくは前記円弧形状と直線形状の複合形状、を有し、前記所定幅をＢ、前記梁の梁せいをＨ、前記円弧形状の円弧半径をＲとした場合に、０．２≦Ｂ／Ｈ≦０．５となる前記梁において、Ｒ／Ｂ≧０．５とすることにより、前記拡幅部の先端におけるひずみの集中を緩和し、亀裂の発生を抑制し、前記梁の変形能力を向上し、前記円弧半径Ｒの最小値を１００ｍｍとしたことを特徴とする。
このような柱梁接合構造によれば、梁端仕口部側の幅を所定幅よりも大きくできるので梁端仕口部での破壊を防止できる。また、０．２≦Ｂ／Ｈ≦０．５の範囲内で、Ｒ／Ｂ≧０．５とすることにより、拡幅部（円弧形状の部分）におけるひずみの集中を緩和して亀裂の発生を抑制することができる。よって、梁の変形能力の向上を図ることが可能である。
このような柱梁接合構造によれば、梁端仕口部側の幅を所定幅よりも大きくできるので梁端仕口部での破壊を防止できる。また、０．２≦Ｂ／Ｈ≦０．５の範囲内で、Ｒ／Ｂ≧０．５とすることにより、拡幅部（円弧形状の部分）におけるひずみの集中を緩和して亀裂の発生を抑制することができる。よって、梁の変形能力の向上を図ることが可能である。
また、かかる目的を達成するために本発明の柱梁接合構造は、Ｈ形鋼で構成された梁のフランジの端面を鋼製の柱に溶接した柱梁接合構造であって、前記フランジは、所定幅の定幅部と、前記定幅部と梁端仕口部との間に設けられた拡幅部であって、前記所定幅よりも大きい幅の拡幅部と、を備え、前記拡幅部は、前記定幅部の側から前記梁端仕口部の側に向かうにつれて、曲線的に幅が増加する円弧形状、もしくは前記円弧形状と直線形状の複合形状、を有し、前記所定幅をＢ、前記梁の梁せいをＨ、前記円弧形状の円弧半径をＲとした場合に、０．２≦Ｂ／Ｈ≦０．５となる前記梁において、Ｒ／Ｈ≧０．２とすることにより、前記拡幅部の先端におけるひずみの集中を緩和し、亀裂の発生を抑制し、前記梁の変形能力を向上し、前記円弧半径Ｒの最小値を１００ｍｍとしたことを特徴とする。
このような柱梁接合構造によれば、梁端仕口部側の幅を所定幅よりも大きくできるので梁端仕口部での破壊を防止できる。また、０．２≦Ｂ／Ｈ≦０．５の範囲内で、Ｒ／Ｈ≧０．２とすることにより、拡幅部（円弧形状の部分）におけるひずみの集中を緩和して亀裂の発生を抑制することができる。よって、梁の変形能力の向上を図ることが可能である。
このような柱梁接合構造によれば、梁端仕口部側の幅を所定幅よりも大きくできるので梁端仕口部での破壊を防止できる。また、０．２≦Ｂ／Ｈ≦０．５の範囲内で、Ｒ／Ｈ≧０．２とすることにより、拡幅部（円弧形状の部分）におけるひずみの集中を緩和して亀裂の発生を抑制することができる。よって、梁の変形能力の向上を図ることが可能である。
かかる柱梁接合構造であって、外力が入力された場合、前記梁は、前記梁端仕口部の位置にて降伏するよりも前に前記円弧形状の前記定幅部側の端部にて降伏することが望ましい。
このような柱梁接合構造によれば、梁端仕口部での破壊を防止することができる。
このような柱梁接合構造によれば、梁端仕口部での破壊を防止することができる。
かかる柱梁接合構造であって、前記フランジの前記定幅部と前記拡幅部は、同一の鋼板によって一体的に形成されていることが望ましい。
このような柱梁接合構造によれば、ひずみの集中を抑制でき、均質に降伏するようにできる。
このような柱梁接合構造によれば、ひずみの集中を抑制でき、均質に降伏するようにできる。
かかる柱梁接合構造であって、前記拡幅部は、前記梁端仕口部側の端部に前記所定幅よりも大きい幅の梁端側定幅部をさらに有し、前記円弧形状もしくは前記複合形状は、前記定幅部と前記梁端側定幅部との間に形成されていることが望ましい。
このような柱梁接合構造によれば、梁を柱に接合（溶接）しやすくすることができる。
このような柱梁接合構造によれば、梁を柱に接合（溶接）しやすくすることができる。
本発明によれば、梁の変形能力の向上を図ることが可能である。
＝＝＝柱梁接合構造について＝＝＝
≪参考例の柱梁接合構造≫
図１Ａ及び図１Ｂは、参考例の柱梁接合構造の斜視図である。
≪参考例の柱梁接合構造≫
図１Ａ及び図１Ｂは、参考例の柱梁接合構造の斜視図である。
図に示す参考例の柱梁接合構造は、柱１０と、梁４０と、水平ハンチ１００とを備えて構成されている。
柱１０は、構造建物において床や梁などの鉛直荷重を支える構造部材である。図に示すように、柱１０は角型の鋼管である。また、柱１０は、上下一対のダイアフラム１２とガセットプレート１４を有している。
ダイアフラム１２は、柱１０の仕口の剛性を高める鋼板であり、柱１０において、梁４０（より具体的には、後述するフランジ４４）との接合位置の周囲に設けられている。
ガセットプレート１４は、柱１０と梁４０（より具体的には、後述するウェブ４２）との接合位置に設けられている。ガセットプレート１４は、２つの部材（ここでは柱１０と梁４０）を連結するための鋼板である。ガセットプレート１４、及び、梁４０（ウェブ４２）の長手方向の端部には、ボルト１６を通す孔（不図示）が複数設けられている。そして、ガセットプレート１４と梁４０（ウェブ４２）はボルト１６とナット（不図示）で締め付けられている。
梁４０は、構造建物において柱同士を水平方向につなぐ構造部材である。図に示すように梁４０は、長手方向に垂直な断面がＨ形の鉄製の鋼材（いわゆるＨ形鋼）であり、ウェブ４２とフランジ４４を有している。また、梁４０にはスカラップ４６が形成されている。
フランジ４４は、梁４０の上縁と下縁にそれぞれ配置された板状部材である。フランジ４４の長手方向の端（端面）は、溶接により柱１０のダイアフラム１２と接合されている。この接合部のことを梁端仕口部ともいう。
ウェブ４２は、上下のフランジ４４を結ぶ板状部材である。前述したように、ウェブ４２はボルト１６とナットによって柱１０のガセットプレート１４と接合されている。
スカラップ４６は、梁４０のウェブ２２の長手方向端部において上下のフランジ４４の近傍に設けられた円弧形状の切欠きである。
柱１０と梁４０とを接合する際には、柱１０のガセットプレート１４と、梁４０のウェブ４２と、をボルト１６及びナットを用いて固定してから、ダイアフラム１２とフランジ４４とを溶接により接合する。
この柱１０と梁４０との接合では、地震力などの外力が入力された際に、梁端仕口部で破壊するおそれがある。これは、外力によるモーメントが梁の長手方向の中央側よりも端側の方が大きくなるからである。また、梁端仕口部ではウェブ４２にスカラップ４６が形成されており、さらに、柱１０のダイアフラム１２と梁４０のフランジ４４とが溶接で接合されているため、他の部位よりも強度が弱く損傷するおそれが高くなっている。
そこで、この参考例では、梁４０の端部におけるフランジ４４の梁幅方向の両側部に長手方向に沿って矩形状の水平ハンチ１００を水平に設けている。水平ハンチ１００は溶接によりダイアフラム１２とフランジ４４とに接合されている。ここで、水平ハンチ１００においてダイアフラム１２と接合された梁端仕口部側の端を基端Ｐ２とよび、長手方向において基端Ｐ２とは反対側の端を先端Ｐ１とよぶ。
このように水平ハンチ１００をフランジ４４に設けることでフランジ４４の幅が大きくなっている。こうすることで、梁端仕口部における断面積を増大することができ、梁端仕口部での損傷の防止を図ることができる。
しかしながら、この参考例の場合、先端Ｐ１の位置（長手方向の位置）でフランジの幅や断面積（換言すると剛性）が急変することになる。このため、地震力などの外力が入力されると、この位置のフランジ４４の部位（図の破線で囲まれた部分）に応力が集中して当該部位にひずみが生じる。このひずみによって、図１Ｂに示すように、フランジ４４に亀裂が生じるおそれがあり、梁４０が充分に変形する前に、破損するおそれがある。
そこで本実施形態では、ひずみの集中を緩和するようにし、梁の変形能力の向上を図っている。
≪本実施形態の柱梁接合構造≫
図２Ａは、本実施形態の柱梁接合構造を示す斜視図である。また、図２Ｂは本実施形態の柱梁接合構造を示す側面図であり、図２Ｃは、本実施形態の柱梁接合構造を示す上面図である。また、図２Ｄは、柱梁接合構造の別の一例を示す上面図である。
図２Ａは、本実施形態の柱梁接合構造を示す斜視図である。また、図２Ｂは本実施形態の柱梁接合構造を示す側面図であり、図２Ｃは、本実施形態の柱梁接合構造を示す上面図である。また、図２Ｄは、柱梁接合構造の別の一例を示す上面図である。
図に示すように本実施形態の柱梁接合構造は、柱１０と、梁２０とを備えて構成されている。柱１０については参考例と同じなので説明を省略する。
梁２０は、梁４０と同様のＨ形鋼であり、ウェブ２２とフランジ２４を有している。また、梁２０にはスカラップ２６が形成されている。ウェブ２２及びスカラップ２６については、参考例のウェブ４４、スカラップ４６とそれぞれ同じ構成である。よって説明を省略する。
フランジ２４は、梁幅Ｂ（所定幅に相当）の定幅部２４ａと、梁幅がＢよりも大きい拡幅部２４ｂとを備えている。また、本実施形態のフランジ２４は、定幅部２４ａと拡幅部２４ｂを含めて、一枚の鋼板から加工形成されている。ただし、長手方向において梁端仕口部とは反対側（スパン中央側）には、異なるフランジ厚、もしくは、異なるフランジ幅のフランジを継いでもよい。
拡幅部２４ｂは、長手方向において定幅部２４ａと梁端仕口部との間に設けられている。以下の説明では、参考例の場合と同様に、拡幅部２４ｂにおける定幅部２４ａ側の端（拡幅開始位置）を先端Ｐ１とよび、梁端仕口部側の端を基端Ｐ２とよぶ。フランジ２４の基端Ｐ２（端面）は、溶接により柱１０のダイアフラム１２と接合されている。
また、拡幅部２４ｂは、円弧部２４１と平行部２４２（梁端側定幅部に相当）とを有している。もしくは、拡幅部２４ｂは、図２Ｄに示すように、円弧部２４１と直線部２４３と平行部２４２とを有している。換言すると、図２Ｄの拡幅部２４ｂは、定幅部２４ａと平行部２４２との間に円弧形状（円弧部２４１）と直線形状（直線部２４３）の複合形状を有している。
円弧部２４１は、定幅部２４ａと平行部２４２との間に設けられており、先端Ｐ１の側から梁端仕口部（基端Ｐ２）の側に向かうにつれて曲線的に幅が増加する円弧形状を梁幅方向の両側に有している。
平行部２４２は、拡幅部２４ｂにおける梁端仕口部（基端Ｐ２）側の端部に設けられており、梁の長手方向に勾配が無く、幅が一定（梁幅Ｂよりも大）となっている。このような平行部２４２を設けることにより、梁２０を柱１０に接合（溶接）しやすくすることができる。
なお、本実施形態の梁２０において、梁幅Ｂと梁せいＨとの比Ｂ／Ｈは、０．２≦Ｂ／Ｈ≦０．５の範囲内に定められており、円弧部２４１における円弧形状の円弧半径Ｒを、梁幅Ｂの１／２以上（Ｒ／Ｂ≧０．５）、あるいは、梁せいＨの１／５以上（Ｒ／Ｈ≧０．２）としている（この理由については後述する）。上記の関係を満たすようにすることで、梁の長手方向に必要以上のハンチ形状を設けなくてもよくなり、鉄骨量を最小限に留めつつ、合理的にひずみの集中を緩和させることができる。また、円弧部２４１を設けることで応力の最大位置が先端Ｐ１（円弧部２４１における定幅部２４ａ側の端）付近となるようにしている。これにより、地震力などの外力が入力された場合に、梁端仕口部よりも先に先端Ｐ１の位置で梁２０が降伏する。よって、梁端仕口部における損傷を防止することができる。
また、参考例では、幅が一定のフランジ４０に水平ハンチ１００を溶接で接合していたのに対し、本実施形態では、フランジ２４を同一の鋼板で一体的に設けている。このため、材質的な変化が無いので、ひずみの集中を抑制でき、均質に降伏するようにできる。
また、本実施形態では、拡幅部２４ｂに円弧部２４１を設けているので、定幅部２４ａから連続的に緩やかに幅が増える（断面積が増加する）ことになる。これにより、ひずみの集中をさらに低減させることができる。その結果、フランジ２４（梁２０）の変形能力を向上させることができる。
＝＝＝性能評価について＝＝＝
以下、本実施形態の梁２０に関する評価について説明する。なお、以下の説明において、本実施形態のフランジ２４の先端Ｐ１に相当する位置（拡幅開始位置）のことを、ハンチ先端ともいう。
以下、本実施形態の梁２０に関する評価について説明する。なお、以下の説明において、本実施形態のフランジ２４の先端Ｐ１に相当する位置（拡幅開始位置）のことを、ハンチ先端ともいう。
≪加力実験による評価≫
梁２０の性能確認のため加力実験を行った。
梁２０の性能確認のため加力実験を行った。
＜試験体＞
図３は、加力実験の試験体（及び加力方法）についての説明図である。この加力実験では、図３に示すように、梁幅Ｂが２００ｍｍ、梁せいＨが５００ｍｍ（Ｂ／Ｈ＝０．４）の梁に円弧形状（円弧半径Ｒが３５ｍｍ、７０ｍｍ、１００ｍｍの３種類）を設けた試験体を用いた。図３において試験体名のＸは、正負漸増繰り返し試験の試験体であることを示しており、試験体名のＹは、一定振幅繰り返し試験の試験体であることを示しており、さらに、試験体名のＲは円弧半径の大きさを示している。
図３は、加力実験の試験体（及び加力方法）についての説明図である。この加力実験では、図３に示すように、梁幅Ｂが２００ｍｍ、梁せいＨが５００ｍｍ（Ｂ／Ｈ＝０．４）の梁に円弧形状（円弧半径Ｒが３５ｍｍ、７０ｍｍ、１００ｍｍの３種類）を設けた試験体を用いた。図３において試験体名のＸは、正負漸増繰り返し試験の試験体であることを示しており、試験体名のＹは、一定振幅繰り返し試験の試験体であることを示しており、さらに、試験体名のＲは円弧半径の大きさを示している。
各試験体において円弧半径Ｒと梁幅Ｂとの比Ｒ／Ｂ、円弧半径Ｒと梁せいＨとの比Ｒ／Ｈはそれぞれ図３に示すようになっている。例えば、円弧半径Ｒが１００（ｍｍ）の場合、梁幅Ｂとの比は、Ｒ／Ｂ＝０．５であり、梁せいＨとの比は、Ｒ／Ｈ＝０．２である。
＜加力方法＞
図４は加力状況の詳細についての説明図である。図４に示すように押し引き油圧ジャッキを用いて、各試験体にそれぞれ図３の加力方法（正負漸増繰り返し、一定振幅繰り返し）で荷重を与えた。
図４は加力状況の詳細についての説明図である。図４に示すように押し引き油圧ジャッキを用いて、各試験体にそれぞれ図３の加力方法（正負漸増繰り返し、一定振幅繰り返し）で荷重を与えた。
正負漸増繰り返し（大振幅地震を想定した試験）では、梁塑性率δb/δbpを基準にして、試験体が破壊するまでδb/δbp＝±０．５、±２．０、±４．０、±６．０・・の順で強制変形量を増加した。なお、塑性率δb/δbpは、梁の変形量δbを全塑性耐力Ｑp（ハンチ先端が全塑性状態に達したときのせん断耐力）時における梁の弾性変形量δbpで除した値である。
一定振幅繰り返し（長周期地震を想定した試験）では、梁塑性率δb/δbpを基準にして、試験体が破壊するまで、試験体が破壊するまでδb/δbp＝±２．０の強制変形量を加力した。
＜実験結果＞
（破損性状について）
円弧半径Ｒが１００ｍｍの試験体（Ｘ−Ｒ１００、Ｙ−Ｒ１００）については、ハンチ先端からの亀裂は発生しなかった（ただし、Ｙ−Ｒ１００はウェブ隅肉溶接部からの亀裂で破壊した）。
（破損性状について）
円弧半径Ｒが１００ｍｍの試験体（Ｘ−Ｒ１００、Ｙ−Ｒ１００）については、ハンチ先端からの亀裂は発生しなかった（ただし、Ｙ−Ｒ１００はウェブ隅肉溶接部からの亀裂で破壊した）。
（荷重−変形関係について）
図５は、加力による荷重−変形関係の結果を示す図である。図において横軸は塑性率δb/δbpであり、縦軸は荷重Ｑ/Ｑpである。また図６は、一定振幅繰り返し加力における変位ピーク時の荷重―繰り返し数の結果を示す図である。図において、横軸は繰り返し数Ｎ、縦軸は最大荷重Ｑmaxで無次限化した変位ピーク時の荷重Ｑpeak/Ｑmaxである。
図５は、加力による荷重−変形関係の結果を示す図である。図において横軸は塑性率δb/δbpであり、縦軸は荷重Ｑ/Ｑpである。また図６は、一定振幅繰り返し加力における変位ピーク時の荷重―繰り返し数の結果を示す図である。図において、横軸は繰り返し数Ｎ、縦軸は最大荷重Ｑmaxで無次限化した変位ピーク時の荷重Ｑpeak/Ｑmaxである。
〔正負漸増繰り返し加力の実験結果〕
図５より、Ｘ−Ｒ１００は実験の範囲で破断しておらず、Ｘ−Ｒ３５、Ｘ−Ｒ７０に比べて変形能力が大きいことがわかる。
図５より、Ｘ−Ｒ１００は実験の範囲で破断しておらず、Ｘ−Ｒ３５、Ｘ−Ｒ７０に比べて変形能力が大きいことがわかる。
〔一定振幅繰り返し加力の実験結果〕
図６に示すように破断までの繰り返し数Ｎfは、試験体Ｙ−Ｒ３５の７７に対し、試験体Ｙ−Ｒ１００では２５０となった。つまり、Ｙ−Ｒ１００のＮfはＹ−Ｒ３５の約３．２（＝２５０／７７）倍である。また、Ｙ−Ｒ１００はハンチ先端で破断しておらず、Ｙ−Ｒ３５に比べて変形能力が大きいことがわかる。
図６に示すように破断までの繰り返し数Ｎfは、試験体Ｙ−Ｒ３５の７７に対し、試験体Ｙ−Ｒ１００では２５０となった。つまり、Ｙ−Ｒ１００のＮfはＹ−Ｒ３５の約３．２（＝２５０／７７）倍である。また、Ｙ−Ｒ１００はハンチ先端で破断しておらず、Ｙ−Ｒ３５に比べて変形能力が大きいことがわかる。
以上の結果より、円弧半径Ｒが１００（ｍｍ）の試験体は３５（ｍｍ）、７０（ｍｍ）の試験体に比べて、変形能力が大きいことが確認された。また、円弧半径Ｒが１００（ｍｍ）の試験体は実験の範囲で、ハンチ先端からの亀裂は発生せず、高い変形能力を発揮できた。
これにより、ハンチ先端におけるひずみが円弧半径Ｒ１００（ｍｍ）の試験体と同等なら、高い変形能力が期待できる。
≪解析モデルによる評価≫
次に、ＦＥＭ（有限要素法）解析モデルを用いた評価を行った。
次に、ＦＥＭ（有限要素法）解析モデルを用いた評価を行った。
＜柱梁接合部分の形状＞
図７は解析に用いた柱梁接合構造のモデル形状を示す図である。
解析を行った柱梁構造の種類（タイプ）は、以下の通りである（単位ｍｍ）。
Ａタイプ − 梁：Ｈ-500x200x12x25 柱：□-400x22
Ｂタイプ − 梁：Ｈ-700x250x12x25 柱：□-600x28
Ｃタイプ − 梁：Ｈ-900x350x19x32 柱：□-800x36
ＢＮタイプ − 梁：Ｈ-700x140x12x25 柱：□-600x28
ＢＷタイプ − 梁：Ｈ-700x350x12x25 柱：□-600x28
図７は解析に用いた柱梁接合構造のモデル形状を示す図である。
解析を行った柱梁構造の種類（タイプ）は、以下の通りである（単位ｍｍ）。
Ａタイプ − 梁：Ｈ-500x200x12x25 柱：□-400x22
Ｂタイプ − 梁：Ｈ-700x250x12x25 柱：□-600x28
Ｃタイプ − 梁：Ｈ-900x350x19x32 柱：□-800x36
ＢＮタイプ − 梁：Ｈ-700x140x12x25 柱：□-600x28
ＢＷタイプ − 梁：Ｈ-700x350x12x25 柱：□-600x28
なお、各タイプにおける梁幅Ｂと梁せいＨとの比Ｂ／Ｈは、それぞれ、
Ａタイプ：0.40（=200/500）
Ｂタイプ：0.36（=250/700）
Ｃタイプ：0.39（=350/900）
ＢＮタイプ：0.20（=140/700）
ＢＷタイプ：0.50（=350/700）
となっている。Ｂ／Ｈが最も小さいのはＢＮタイプ（０．２）であり、Ｂ／Ｈが最も大きいのはＢＷタイプ（０．５）である。
Ａタイプ：0.40（=200/500）
Ｂタイプ：0.36（=250/700）
Ｃタイプ：0.39（=350/900）
ＢＮタイプ：0.20（=140/700）
ＢＷタイプ：0.50（=350/700）
となっている。Ｂ／Ｈが最も小さいのはＢＮタイプ（０．２）であり、Ｂ／Ｈが最も大きいのはＢＷタイプ（０．５）である。
＜全体形状＞
梁のせん断スパン比：すべて６とする。
柱のせん断スパン比：すべて２．５とする。
梁のせん断スパン比：すべて６とする。
柱のせん断スパン比：すべて２．５とする。
＜梁、柱の材料特性＞
図８は解析に適用した梁及び柱の材料特性を示す図である。図の横軸はひずみ（μ）縦軸は応力（Ｎ／ｍｍ2）である。
図に示すように、梁、柱の材料特性は、降伏点をσr=３６０Ｎ/ｍｍ2（実勢値相当）とした真応力−真ひずみ関係とする。
図８は解析に適用した梁及び柱の材料特性を示す図である。図の横軸はひずみ（μ）縦軸は応力（Ｎ／ｍｍ2）である。
図に示すように、梁、柱の材料特性は、降伏点をσr=３６０Ｎ/ｍｍ2（実勢値相当）とした真応力−真ひずみ関係とする。
＜円弧形状＞
図９は、Ａタイプのモデル形状の一例を示す図である。図１０は、Ｂタイプのモデル形状の一例を示す図である。図１１は、Ｃタイプのモデル形状の一例を示す図である。それぞれのタイプにつき、円弧半径Ｒを以下のように設定した。
円弧半径 ：Ａタイプ ： Ｒ=10,35,50,75,100,150,200,250
Ｂタイプ ： Ｒ=10,35,50,100,125,150,200,250,300
Ｃタイプ ： Ｒ=10,35,100,150,175,200,250,300,350,400
ＢＮタイプ ： Ｒ=10,15,35,50,75,100,150,200,250,300
ＢＷタイプ ： Ｒ=10,35,50,100,150,175,200,250,300,350
円弧開始：ハンチ先端
基端側の平行部の長さ：１００ｍｍ
図９は、Ａタイプのモデル形状の一例を示す図である。図１０は、Ｂタイプのモデル形状の一例を示す図である。図１１は、Ｃタイプのモデル形状の一例を示す図である。それぞれのタイプにつき、円弧半径Ｒを以下のように設定した。
円弧半径 ：Ａタイプ ： Ｒ=10,35,50,75,100,150,200,250
Ｂタイプ ： Ｒ=10,35,50,100,125,150,200,250,300
Ｃタイプ ： Ｒ=10,35,100,150,175,200,250,300,350,400
ＢＮタイプ ： Ｒ=10,15,35,50,75,100,150,200,250,300
ＢＷタイプ ： Ｒ=10,35,50,100,150,175,200,250,300,350
円弧開始：ハンチ先端
基端側の平行部の長さ：１００ｍｍ
＜解析方法＞
解析プログラム：ＡＢＡＱＵＳ
変形量：梁端部（反曲点位置）に塑性率（δb/δbp）１０まで強制変形（解析増分２ｍｍ）
解析プログラム：ＡＢＡＱＵＳ
変形量：梁端部（反曲点位置）に塑性率（δb/δbp）１０まで強制変形（解析増分２ｍｍ）
＜解析結果＞
図１２Ａ〜図１２Ｃ、及び図１３Ａ、図１３Ｂは、ハンチ先端の最大相当塑性ひずみεeqと塑性率δb/δbpの関係を示す図である。横軸は塑性率δb/δbpであり、縦軸は最大相当塑性ひずみεeqである。なお、図１２ＡはＡタイプ、図１２ＢはＢタイプ、図１２ＣはＣタイプ、図１３ＡはＢＮタイプ、図１３ＢはＢＷタイプの解析結果をそれぞれ示している。
図１２Ａ〜図１２Ｃ、及び図１３Ａ、図１３Ｂは、ハンチ先端の最大相当塑性ひずみεeqと塑性率δb/δbpの関係を示す図である。横軸は塑性率δb/δbpであり、縦軸は最大相当塑性ひずみεeqである。なお、図１２ＡはＡタイプ、図１２ＢはＢタイプ、図１２ＣはＣタイプ、図１３ＡはＢＮタイプ、図１３ＢはＢＷタイプの解析結果をそれぞれ示している。
図１４は最大相当塑性ひずみεeqについて説明するための図ある。最大相当塑性ひずみεeqは図１４の丸で囲む付近のうち、相当塑性ひずみが最大となる解析要素の値である。
図１２、図１３からわかるように、各タイプとも円弧半径Ｒが大きくなるに従い、ハンチ先端の最大相当塑性ひずみεeqは小さくなっている。よって、円弧半径Ｒが大きいほど、ハンチ先端のひずみが小さくなり、大きな変形能力が期待できる。ただし、Ｒがある程度大きくなると、最大相当塑性ひずみεeqはあまり変化しなくなっている。
（円弧半径Ｒと梁幅Ｂとの関係について）
図１５Ａ〜図１５Ｃは、円弧半径Ｒと梁幅Ｂとの比Ｒ／Ｂと、最大相当塑性ひずみεeqの関係を示す図である。各図において横軸は円弧半径Ｒと梁幅Ｂとの比Ｒ／Ｂであり、縦軸は最大相当塑性ひずみεeqである。なお、図１５Ａは塑性率δb/δbp＝６、図１５Ｂは塑性率δb/δbp＝８、図１５Ｃは塑性率δb/δbp＝１０の場合をそれぞれ示している。
（円弧半径Ｒと梁幅Ｂとの関係について）
図１５Ａ〜図１５Ｃは、円弧半径Ｒと梁幅Ｂとの比Ｒ／Ｂと、最大相当塑性ひずみεeqの関係を示す図である。各図において横軸は円弧半径Ｒと梁幅Ｂとの比Ｒ／Ｂであり、縦軸は最大相当塑性ひずみεeqである。なお、図１５Ａは塑性率δb/δbp＝６、図１５Ｂは塑性率δb/δbp＝８、図１５Ｃは塑性率δb/δbp＝１０の場合をそれぞれ示している。
これらの図から、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＢＮ、ＢＷの各タイプ（０．２≦Ｂ／Ｈ≦０．５）において、円弧半径Ｒと梁幅Ｂとの比Ｒ／Ｂが０．３付近になると、円弧半径Ｒを増加させても、ハンチ先端の最大相当塑性ひずみはあまり減少しないことがわかる。また、Ｒ／Ｂ≧０．５の範囲では、各タイプにおける最大相当塑性ひずみは、Ａタイプ（Ｈ-500×200×12×25）のＲ／Ｂ＝０．５（すなわちＲ１００）のときの値と同等以下となっている。ここで、Ａタイプ（Ｈ-500×200×12×25）のＲ１００は、前述した加力実験におけるＲ１００の試験体（Ｘ−Ｒ１００、Ｙ−Ｒ１００）と同一構造である。そして、実験結果においてＲ１００の試験体は、ハンチ先端からの亀裂で破壊しておらず、高い変形能力を確保できている。
よって、０．２≦Ｂ／Ｈ≦０．５となる梁において、Ｒ／Ｂ≧０．５とすれば、ハンチ先端からの亀裂発生を抑制することができ、変形能力の向上を図ることができる。
（円弧半径Ｒと梁せいＨとの関係について）
図１６Ａ〜図１６Ｃは、円弧半径Ｒと梁せいＨとの比Ｒ／Ｈと、最大相当塑性ひずみεeqの関係を示す図である。各図において横軸は円弧半径Ｒと梁せいＨとの比Ｒ／Ｈであり、縦軸は最大相当塑性ひずみεeqである。なお、図１６Ａは塑性率δb/δbp＝６、図１６Ｂは塑性率δb/δbp＝８、図１６Ｃは塑性率δb/δbp＝１０の場合をそれぞれ示している。
（円弧半径Ｒと梁せいＨとの関係について）
図１６Ａ〜図１６Ｃは、円弧半径Ｒと梁せいＨとの比Ｒ／Ｈと、最大相当塑性ひずみεeqの関係を示す図である。各図において横軸は円弧半径Ｒと梁せいＨとの比Ｒ／Ｈであり、縦軸は最大相当塑性ひずみεeqである。なお、図１６Ａは塑性率δb/δbp＝６、図１６Ｂは塑性率δb/δbp＝８、図１６Ｃは塑性率δb/δbp＝１０の場合をそれぞれ示している。
これらの図から、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＢＮ、ＢＷの各タイプ（０．２≦Ｂ／Ｈ≦０．５）において、円弧半径Ｒと梁せいＨとの比Ｒ／Ｈが０．１５付近になると、円弧半径Ｒを増加させても、ハンチ先端の最大相当塑性ひずみはあまり減少しないことがわかる。また、Ｒ／Ｈ≧０．２の範囲では、各タイプにおける最大相当塑性ひずみはＡタイプ（Ｈ-500×200×12×25）のＲ／Ｈ＝０．２（すなわちＲ１００）のときの値と同等以下となっている。ここで、Ａタイプ（Ｈ-500×200×12×25）のＲ１００は、前述した加力実験におけるＲ１００の試験体（Ｘ−Ｒ１００、Ｙ−Ｒ１００）と同一構造である。そして、実験結果においてＲ１００の試験体はハンチ先端からの亀裂で破壊しておらず、高い変形能力を確保できている。
よって、０．２≦Ｂ／Ｈ≦０．５となる梁において、Ｒ／Ｈ≧０．２とすれば、ハンチ先端からの亀裂発生を抑制することができ、変形能力の向上を図ることができる。
なお、ＲとＢとの関係（図１５Ａ〜図１５Ｃ）よりＲ／Ｂ≧０．５とすることで梁の変形能力の向上を図ることができるとしたが、Ｒ／Ｂ≧０．５は解析したタイプ全てにおいて高い変形能力が得られる範囲を定めたものであり、Ｒ／Ｂ＜０．５でもよい場合がある。例えば、図１５Ａ〜図１５Ｃにおいて、ＢＷタイプのＲ／Ｂ＝０．４のときの最大相当塑性ひずみは、ＡタイプのＲ／Ｂ＝０．５のときの値よりも小さい。よってＢＷタイプではＲ／Ｂ＝０．４でも高い変形能力が期待できる。なお、ＢＷタイプは梁せいＨが７００、梁幅Ｂが３５０なので、Ｒ／Ｂ＝０．４（すなわちＲ＝１４０）のときＲ／Ｈ＝０．２でありＲ／Ｈ≧０．２を満たしている。
また、同様に、ＲとＨとの関係（図１６Ａ〜図１６Ｃ）よりＲ／Ｈ≧０．２とすることで梁の変形能力の向上を図ることができるとしたが、Ｒ／Ｈ≧０．２は解析したタイプ全てにおいて高い変形能力が得られる範囲を定めたものでありＲ／Ｈ＜０．２でもよい場合がある。例えば、図１６Ａ〜図１６ＣにおいてＢＮタイプのＲ／Ｈ＝０．１のときの最大相当塑性ひずみは、ＡタイプのＲ／Ｈ＝０．２のときの値よりも小さい。よって、ＢＮタイプではＲ／Ｈ＝０．１でも高い変形能力が期待できる。なお、ＢＮタイプは梁せいＨが７００、梁幅Ｂが１４０なのでＲ／Ｈ＝０．１（すなわちＲ＝７０）のときＲ／Ｂ＝０．５でありＲ／Ｂ≧０．５を満たしている。
以上の結果から、０．２≦Ｂ／Ｈ≦０．５となる梁において、Ｒ／Ｂ≧０．５、あるいは、Ｒ／Ｈ≧０．２とすれば梁の変形能力の向上を図ることができる。
（荷重−変形関係について）
図１７Ａ〜図１７Ｃ、及び図１８Ａ、図１８Ｂは、各タイプの塑性率δb/δbpと荷重Ｑとの関係の説明図である。横軸は塑性率δb/δbpであり、縦軸は荷重Ｑである。なお、図１７ＡはＡタイプ、図１７ＢはＢタイプ、図１７ＣはＣタイプ、図１８ＡはＢＮタイプ、図１８ＢはＢＷタイプの結果をそれぞれ示している。
図１７Ａ〜図１７Ｃ、及び図１８Ａ、図１８Ｂは、各タイプの塑性率δb/δbpと荷重Ｑとの関係の説明図である。横軸は塑性率δb/δbpであり、縦軸は荷重Ｑである。なお、図１７ＡはＡタイプ、図１７ＢはＢタイプ、図１７ＣはＣタイプ、図１８ＡはＢＮタイプ、図１８ＢはＢＷタイプの結果をそれぞれ示している。
各図において、それぞれ全塑性耐力Ｑp（例えばＡタイプの場合４００）付近で折れ曲がっており、解析が適切に実行されていることがわかる。
以上説明したように、本実施形態の梁２０のフランジ２４は、梁幅Ｂの定幅部２４ａと、当該定幅部２４ａと梁端仕口との間に設けられた拡幅部２４ｂとを備えている。また、拡幅部２４ｂは定幅部２４ａ側（先端Ｐ１側）から梁端仕口部側（基端Ｐ２側）に向かうにつれて、曲線的に幅が増加する円弧形状の円弧部２４１を有している。 また、梁２０の梁幅Ｂと梁せいＨとの比Ｂ／Ｈは、０．２≦Ｂ／Ｈ≦０．５の範囲内であり、円弧部２４１における円弧形状の円弧半径Ｒを、梁幅Ｂの１／２以上（Ｒ／Ｂ≧０．５）、あるいは、梁せいＨの１／５以上（Ｒ／Ｈ≧０．２）としている。
こうすることにより、梁端仕口部での破壊を防止できるとともに、拡幅部２４ｂの先端Ｐ１（ハンチ先端）におけるひずみの集中を緩和し、亀裂の発生を抑制できる。よって、梁２０の変形能力の向上を図ることが可能である。
＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
＜柱について＞
前述の実施形態では、柱１０として角型鋼管を用いていたがこれには限られない。例えば丸型の鋼管やＨ形鋼、その他の断面形状のものであってもよい。
前述の実施形態では、柱１０として角型鋼管を用いていたがこれには限られない。例えば丸型の鋼管やＨ形鋼、その他の断面形状のものであってもよい。
また、ダイアフラム１２を介さずに柱１０と梁２０とを接合してもよい。その場合、ダイアフラムは鋼管の内部に設置してもよいし、あるいはダイアフラムを設けなくてもよい。
＜柱梁接合について＞
前述の実施形態では、柱１０と梁２０とを現場で溶接する現場溶接形式であったが、柱１０と梁２０を予め工場にて溶接してもよい。
前述の実施形態では、柱１０と梁２０とを現場で溶接する現場溶接形式であったが、柱１０と梁２０を予め工場にて溶接してもよい。
図１９は、柱１０と梁２０を工場で溶接した工場溶接型の場合の説明図である。この場合、梁２０のウェブ２２及びフランジ２４の長手方向の端は、工場において溶接により柱１０と接合される。このため、柱梁接合部に図２のガセットプレート１４やボルト１６などは用いなくてよい。
＜拡幅部の形状について＞
前述の実施形態では、拡幅部２４に平行部２４２を設けていたが、平行部２４２は無くてもよい。ただし、平行部２４２を設けた方が、梁２０を柱１０に接合（溶接）しやすくすることができる。
前述の実施形態では、拡幅部２４に平行部２４２を設けていたが、平行部２４２は無くてもよい。ただし、平行部２４２を設けた方が、梁２０を柱１０に接合（溶接）しやすくすることができる。
１０ 柱
１２ ダイアフラム
１４ ガセットプレート
１６ ボルト
２０ 梁
２２ ウェブ
２４ フランジ
２４ａ 定幅部
２４ｂ 拡幅部
２６ スカラップ
４０ 梁
４２ ウェブ
４４ フランジ
４６ スカラップ
１００ 水平ハンチ
２４１ 円弧部
２４２ 平行部
２４３ 直線部
Ｐ１ 先端
Ｐ２ 基端
１２ ダイアフラム
１４ ガセットプレート
１６ ボルト
２０ 梁
２２ ウェブ
２４ フランジ
２４ａ 定幅部
２４ｂ 拡幅部
２６ スカラップ
４０ 梁
４２ ウェブ
４４ フランジ
４６ スカラップ
１００ 水平ハンチ
２４１ 円弧部
２４２ 平行部
２４３ 直線部
Ｐ１ 先端
Ｐ２ 基端
Claims (5)
Hide Dependent
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- Ｈ形鋼で構成された梁のフランジの端面を鋼製の柱に溶接した柱梁接合構造であって、
前記フランジは、所定幅の定幅部と、前記定幅部と梁端仕口部との間に設けられた拡幅部であって、前記所定幅よりも大きい幅の拡幅部と、を備え、
前記拡幅部は、前記定幅部の側から前記梁端仕口部の側に向かうにつれて、曲線的に幅が増加する円弧形状、もしくは前記円弧形状と直線形状の複合形状、を有し、
前記所定幅をＢ、前記梁の梁せいをＨ、前記円弧形状の円弧半径をＲとした場合に、
０．２≦Ｂ／Ｈ≦０．５となる前記梁において、Ｒ／Ｂ≧０．５とすることにより、前記拡幅部の先端におけるひずみの集中を緩和し、亀裂の発生を抑制し、前記梁の変形能力を向上し、
前記円弧半径Ｒの最小値を１００ｍｍとした
ことを特徴とする柱梁接合構造。 - Ｈ形鋼で構成された梁のフランジの端面を鋼製の柱に溶接した柱梁接合構造であって、
前記フランジは、所定幅の定幅部と、前記定幅部と梁端仕口部との間に設けられた拡幅部であって、前記所定幅よりも大きい幅の拡幅部と、を備え、
前記拡幅部は、前記定幅部の側から前記梁端仕口部の側に向かうにつれて、曲線的に幅が増加する円弧形状、もしくは前記円弧形状と直線形状の複合形状、を有し、
前記所定幅をＢ、前記梁の梁せいをＨ、前記円弧形状の円弧半径をＲとした場合に、
０．２≦Ｂ／Ｈ≦０．５となる前記梁において、Ｒ／Ｈ≧０．２とすることにより、前記拡幅部の先端におけるひずみの集中を緩和し、亀裂の発生を抑制し、前記梁の変形能力を向上し、
前記円弧半径Ｒの最小値を１００ｍｍとした
ことを特徴とする柱梁接合構造。 - 請求項１または請求項２に記載の柱梁接合構造であって、
外力が入力された場合、前記梁は、前記梁端仕口部の位置にて降伏するよりも前に前記円弧形状の前記定幅部側の端部にて降伏する
ことを特徴とする柱梁接合構造。 - 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の柱梁接合構造であって、
前記フランジの前記定幅部と前記拡幅部は、同一の鋼板によって一体的に形成されている
ことを特徴とする柱梁接合構造。 - 請求項１乃至請求項４の何れかに記載の柱梁接合構造であって、
前記拡幅部は、前記梁端仕口部側の端部に前記所定幅よりも大きい幅の梁端側定幅部をさらに有し、
前記円弧形状もしくは前記複合形状は、前記定幅部と前記梁端側定幅部との間に形成されている
ことを特徴とする柱梁接合構造。