JP7168855B2 - Welding Assembled H-Shaped Section Beam - Google Patents
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Description
本発明は、柱に接合される溶接組立H形断面梁に関する。 The present invention relates to a welded assembled H-section beam that is joined to a column.
梁、柱等が鉄骨部材によって構成される鉄骨建物は、建設時の工事現場において梁と柱が接合される場合がある。特に、梁としてH形断面梁を用いる場合は、工事現場において、H形断面梁のウェブの端部と柱とを溶接あるいはボルト接合し、H形断面梁の上下フランジの端部と柱のダイアフラムとを溶接することにより梁端接合部を形成することが多い。この際、H形断面梁の下フランジの端部と柱との溶接を行うために、H形断面梁のウェブの端部には通常スカラップと呼ばれる溶接孔が設けられる。スカラップは、H形断面梁のウェブの端部をH形断面梁の下フランジの近傍で部分的に切り欠くことによって形成されるものであり、H形断面梁の下フランジと柱との溶接部は、このスカラップを通してH形断面梁のウェブを横切るように形成される。 In steel-framed buildings in which beams, columns, and the like are made of steel-framed members, beams and columns are sometimes joined at a construction site during construction. In particular, when an H-section beam is used as the beam, the ends of the web of the H-section beam and the column are welded or bolted at the construction site, and the ends of the upper and lower flanges of the H-section beam and the diaphragm of the column are connected. Beam end joints are often formed by welding. At this time, in order to weld the end of the lower flange of the H-section beam to the column, the end of the web of the H-section beam is provided with a welding hole, usually called a scallop. The scallop is formed by partially notching the end of the web of the H-section beam near the lower flange of the H-section beam, and the weld between the lower flange of the H-section beam and the column. are formed across the web of the H-section beam through this scallop.
また、上記のH形断面梁としては、溶接組立H形断面梁が用いられる場合がある。溶接組立H形断面梁は、上下一対のフランジとウェブとがそれぞれ交差する部分を溶接接合することで成形される。このため、上下一対のフランジとウェブとがそれぞれ交差する部分には、溶接金属によってウェブの厚さ方向に幅広となるように形成された連結部が設けられる。 As the H-shaped cross-section beam, a welded H-shaped cross-section beam may be used. The welded assembled H-section beam is formed by welding the intersections of a pair of upper and lower flanges and a web. For this reason, at the intersections of the pair of upper and lower flanges and the web, connecting portions are formed by the weld metal so as to be wide in the thickness direction of the web.
ところで、上記のような梁端接合部は、スカラップに歪みが集中することでH形断面梁の下フランジが地震時に破断する可能性があり、これを防止する対策が求められている。このために従来から、スカラップへの歪みの集中を緩和することのできるスカラップの形状やスカラップを補強する対策が講じられてきた。 By the way, there is a possibility that the lower flange of the H-shaped cross-section beam may break during an earthquake due to the concentration of strain on the scallops of the beam end joints as described above, and measures to prevent this are required. For this reason, conventionally, measures have been taken to reinforce the shape of the scallops and to reinforce the scallops so as to reduce the concentration of strain on the scallops.
例えば非特許文献1には、スカラップへの歪みの集中を緩和することのできるスカラップの形状として、二つの曲率半径の円弧を組み合わせた形状であって、フランジと接続する部分の円弧の曲率半径を10mmとし、フランジから離れた部分の円弧の曲率半径を35mmとする形状の複合円型スカラップが開示されている。さらに非特許文献1には、スカラップへの歪みの集中を緩和することのできるスカラップの形状として、フランジと接続する部分の1/4円状の円弧の曲率半径を10mmとし、この円弧から垂直に伸びる直線部を有する形状の改良B型スカラップが開示されている。また、非特許文献2および3には、スカラップへの歪みの集中を緩和することのできるスカラップの形状として、円弧となる部分と、当該円弧となる部分から直線状に延びてフランジと接続される形状のスカラップが開示されている。
For example, in Non-Patent
一方、特許文献1には、スカラップを補強する対策として、鉄骨柱梁フランジ溶接接合部を、梁のフランジと、フランジの外側に接合した板状部材と、鉄骨柱の通しダイアフラムとからなる開先部を完全溶け込み溶接した接合部とし、板状部材を肉厚部から肉薄部にかけて直線的に減厚するテーパープレートとし、梁のウェブにスカラップを設けた構造が開示されている。
また、特許文献2には、スカラップを補強する対策として、スカラップを溶接などで充填する構造が開示されている。
On the other hand, in
Further,
しかし、非特許文献1~3のようなスカラップは、通常スカラップ底と呼ばれる、スカラップとH形断面梁の下フランジとが接続される部分の近傍に歪みが集中するという問題がある。すなわち、スカラップ底に歪みが集中することで地震時にこの部分にき裂が発生し、このき裂がH形断面梁の下フランジの外面に進展するという問題がある。このき裂がH形断面梁の下フランジの外面に進展すると、これを起点としてH形断面梁の下フランジが破断してしまい、鉄骨建物の耐震性能を損なうおそれがある。このため、スカラップ底への歪みの集中を緩和することのできるスカラップの形状が現在広く求められている。また、スカラップ底に歪みが集中することで地震時にこの部分にき裂が発生した場合、発生したき裂はH形断面梁が接合される柱などの他の鉄骨材があるために視認しづらく、地震後の損傷の診断が困難となるという問題がある。
また、特許文献1のような構造では、梁の端部の応力を低減することが可能であるが、補強するためのテーパープレートを用意し接続する手間がかかってしまう問題がある。同様に、特許文献2のような構造でも、補強するためにスカラップを溶接などにより充填するための手間がかかってしまう問題がある。
However, the scallops disclosed in
In addition, in the structure as disclosed in
一方で、溶接組立H形断面梁においては、前記連結部はウェブをその厚さ方向に挟んで一対設けられるため、当該一対の連結部の間に不溶着部を有する場合がある。すなわち、連結部はウェブをその厚さ方向に挟んで一対設けられるため、ウェブの厚さ方向中央部でかつウェブが接するフランジの内面またはその近傍、つまりルート部で溶接金属が完全に溶け込まず、不溶着部を有する場合がある。
また、スカラップ底はフランジの内面とほぼ面一となっているので、スカラップ底に上述した不溶着部が露出し、地震時に不溶着部先端からき裂が発生、進展し、鉄骨梁の破断に至ることがある。
このようなスカラップ破断を防止するためには、連結部における溶接金属の溶込みを深くし不溶着部を無くす必要がある。しかし、溶込みを深くするために入熱量を大きくすると連結部の靱性が劣化し破断リスクが高まるとともに、使用する溶接材料の量も多くなるため経済性にも劣る。
On the other hand, in the weld assembled H-section beam, since a pair of the connecting portions are provided with the web sandwiched in the thickness direction thereof, there may be an unwelded portion between the pair of connecting portions. That is, since a pair of connecting portions are provided sandwiching the web in its thickness direction, the weld metal does not completely melt at the inner surface of the flange that is in contact with the web at the center in the thickness direction of the web or in the vicinity thereof, that is, at the root portion, It may have unwelded parts.
In addition, since the scallop bottom is almost flush with the inner surface of the flange, the non-welding portion described above is exposed on the scallop bottom, and a crack occurs and propagates from the tip of the non-welding portion during an earthquake, leading to fracture of the steel beam. Sometimes.
In order to prevent such scallop rupture, it is necessary to deepen the penetration of the weld metal in the connecting portion and eliminate the unwelded portion. However, if the amount of heat input is increased to deepen the penetration, the toughness of the connection deteriorates and the risk of fracture increases.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、スカラップ底へのき裂の発生を抑制することができ、また梁端を柱に接合した場合には梁端接合部の早期破断を回避できる溶接組立H形断面梁を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can suppress the occurrence of cracks in the scalloped bottom, and can avoid early breakage of the beam end joint when the beam end is joined to the column. It is an object of the present invention to provide a weld assembled H-section beam.
前記目的を達成するために、本発明に係る溶接組立H形断面梁は、ウェブと、前記ウェブのウェブ幅方向の両端に設けられた上下一対のフランジと、前記ウェブと前記上下一対のフランジとを溶接接合する連結部とを備えた溶接組立H形断面梁であって、
前記ウェブのウェブ幅方向の端部にスカラップが設けられており、
前記スカラップは、
前記上下一対のフランジのうちの下フランジ側に位置する第一の開口端と、
前記第一の開口端と相反する側に位置する第二の開口端と、
前記第一の開口端から、前記ウェブの端部から離れる向きに延びる第一の開口縁部と、
前記第二の開口端から、前記ウェブの端部から離れる向きに延びる第二の開口縁部と、
前記第一の開口縁部と前記第二の開口縁部とを接続する第三の開口縁部とを有し、
前記第一の開口縁部は、前記ウェブと前記下フランジとが交差する部分に設けられた前記連結部における前記ウェブ側の止端部と交差するように、円弧状に形成され、前記第一の開口端側の一端で、その接線が前記下フランジの内側の面と平行となる第一の円弧部を有し、
前記第三の開口縁部は、前記第一の開口縁部と前記第二の開口縁部とを接続する円弧状に形成された第二の円弧部を有し、
前記第一の円弧部の曲率半径が前記第二の円弧部の曲率半径より大きいことを特徴とする。
To achieve the above object, a welded assembly H-section beam according to the present invention includes a web, a pair of upper and lower flanges provided at both ends of the web in the web width direction, the web and the pair of upper and lower flanges. A welded assembled H-section beam comprising a connection that welds and joins a
A scallop is provided at an end of the web in the web width direction,
The scallops are
a first open end located on the lower flange side of the pair of upper and lower flanges;
a second open end located on a side opposite to the first open end;
a first open edge extending from the first open end away from the end of the web;
a second open edge extending from the second open end and away from the end of the web;
a third opening edge connecting the first opening edge and the second opening edge;
The first opening edge is formed in an arc shape so as to intersect with a toe on the web side of the connecting portion provided at a portion where the web and the lower flange intersect. has a first arc portion at one end on the open end side of the lower flange, the tangent of which is parallel to the inner surface of the lower flange;
The third opening edge has a second circular arc portion formed in an arc shape connecting the first opening edge and the second opening edge,
The radius of curvature of the first arc portion is larger than the radius of curvature of the second arc portion.
なお、本発明は、スカラップ底の歪みの集中を緩和することを目的の一つとするものであるから、当然、スカラップはウェブの端部において、上フランジ側に設けてもよい。 Since one of the objects of the present invention is to reduce the concentration of strain on the bottom of the scallops, the scallops may of course be provided on the upper flange side at the end of the web.
本発明においては、前記第一の開口縁部と前記第二の開口縁部とを接続する前記第三の開口縁部における前記第二の円弧部の曲率半径に対して、前記下フランジ側に位置する前記第一の開口縁部における前記第一の円弧部の曲率半径を大きくすることで、前記スカラップの周辺において、前記ウェブのせん断変形を起こし易くすることができる。これにより、前記スカラップ底への歪みの集中を緩和することが可能であり、前記スカラップ底にき裂が発生することを抑制することができる。ここで、本発明におけるスカラップ底とは、第一の円弧部における第一の開口端側の一端の近傍を意味する。さらに、前記第一の開口縁部が、前記連結部の前記ウェブ側の止端部と交差するように円弧状に形成されていることで、断面H形形状の幅方向の厚みが相対的に小さい前記連結部の前記ウェブ側の止端部において意図的に延性き裂を発生させることができる。この延性き裂は、前記フランジに進展することなく、前記フランジと比較して引張応力が小さい前記連結部の前記ウェブ側の止端部に沿って軸方向に安定的に進展するため、前記下フランジが破断して鉄骨建物の耐震性能を損なうことを防止することができる。 In the present invention, with respect to the radius of curvature of the second arc portion in the third opening edge connecting the first opening edge and the second opening edge, on the lower flange side By increasing the curvature radius of the first circular arc portion at the first opening edge located, shear deformation of the web can be easily caused around the scallop. As a result, it is possible to alleviate the concentration of strain on the scalloped bottom, and suppress the occurrence of cracks in the scalloped bottom. Here, the scalloped bottom in the present invention means the vicinity of one end of the first circular arc portion on the first opening end side. Furthermore, since the first opening edge is formed in an arc shape so as to intersect the web-side toe portion of the connecting portion, the thickness of the H-shaped cross section in the width direction is relatively increased. A ductile crack can be intentionally initiated at the web-side toe of the small joint. Since this ductile crack does not propagate to the flange and stably propagates in the axial direction along the toe portion on the web side of the connection portion, which has a smaller tensile stress than the flange, the lower It is possible to prevent the flange from breaking and impairing the seismic performance of the steel frame building.
また、本発明の前記構成において、前記連結部は前記ウェブをその厚さ方向に挟んで一対設けられ、一対の前記連結部の間に不溶着部を有し、前記不溶着部の幅をウェブ板厚の0.94倍以下とし、前記スカラップの前記第一の開口端が前記下フランジの内面よりウェブ側に寄せた位置の連結部およびウェブの表面にあってもよい。
さらに、不溶着部の幅をウェブ板厚の1.0倍以下、つまり、不溶着部の幅をウェブの板厚の範囲内に抑えてもよい。
Further, in the above configuration of the present invention, a pair of the connecting portions are provided with the web sandwiched therebetween in the thickness direction thereof, and a non-welding portion is provided between the pair of connecting portions, and the width of the non-welding portion is set to the width of the web. The first open end of the scallop may be 0.94 times or less of the plate thickness, and the first open end of the scallop may be on the surface of the connecting portion and the web at a position closer to the web side than the inner surface of the lower flange.
Furthermore, the width of the unwelded portion may be 1.0 times or less the thickness of the web, that is, the width of the unwelded portion may be suppressed within the range of the thickness of the web.
ここで、前記不溶着部の幅をウェブ板厚の0.94倍以下としたのは、不溶着部の幅がウェブ板厚の0.94倍を超えると地震時におけるスカラップ底の歪が急激に高まるためである。さらに、不溶着部を過大に大きくするような溶接をすると溶込み不良や溶接割れといった溶接欠陥が発生しやすくなることから前記不溶着部の幅をウェブ板厚の0.94倍以下にすることが望ましい。 Here, the reason why the width of the unwelded portion is set to 0.94 times or less of the thickness of the web is that if the width of the unwelded portion exceeds 0.94 times the thickness of the web, the distortion of the scalloped bottom during an earthquake is abrupt. This is because Furthermore, since welding with an excessively large unwelded portion tends to cause welding defects such as poor penetration and weld cracks, the width of the unwelded portion should be 0.94 times or less the thickness of the web plate. is desirable.
このような構成によれば、スカラップの第一の開口端が下フランジの内面よりウェブ側に寄せた位置にあるため、連結部における不溶着部が第一の開口端に現れることはない。そのため、地震時に不溶着部の開口端に応力集中することが避けられることから、連結部に不溶着部が存在することが許容できる。一方で、不溶着部の幅をウェブ板厚の0.94倍以下に抑えることで、不溶着部の幅が大きくなり過ぎるのを防ぎ、スカラップ底の歪みを低減、溶接欠陥を避けることができる。したがって、本発明によるスカラップを用いて不溶着部の存在を一定の条件下で許容することで、フランジとウェブの溶接接合する際の溶接入熱量を低減することができ、連結部の溶接部靱性が高くできることから、地震時の早期破断のリスクが低くなる。また、低入熱溶接で連結部を構成することで連結部の大きさを小さくできることからスカラップ底部の連結部による拘束が小さくなり、さらに第一の開口端と連結部のウェブ側止端位置との距離が近づくため、前記ウェブ側の止端部におけるせん断歪みが高まりやすくなり、き裂は前記ウェブ側の止端部に発生することとなる。さらに、地震時においては、スカラップ底に発生した延性き裂が繰り返し荷重を受けることによって成長し、不溶着部に到達することでき裂先端に不溶着部が露出する可能性があるが、本発明によればスカラップ部における延性き裂はウェブ側の止端部に沿って軸方向に安定的に進展させることができるため、スカラップ底のき裂の発生、進展は抑制される。これにより、地震時に不溶着部からき裂が発生、進展するのを回避できる。 According to such a configuration, the first open end of the scallop is located closer to the web side than the inner surface of the lower flange, so the unwelded portion of the connecting portion does not appear at the first open end. Therefore, stress concentration at the open end of the unwelded portion during an earthquake can be avoided, and the presence of the unwelded portion in the connecting portion is permissible. On the other hand, by limiting the width of the unwelded portion to 0.94 times or less of the web plate thickness, it is possible to prevent the width of the unwelded portion from becoming too large, reduce the distortion of the scalloped bottom, and avoid welding defects. . Therefore, by using the scallop according to the present invention to allow the existence of the non-welded part under certain conditions, the welding heat input when welding the flange and the web can be reduced, and the weld toughness of the connecting part can be reduced. can be increased, the risk of early rupture during an earthquake is reduced. In addition, since the size of the connecting portion can be reduced by configuring the connecting portion by low heat input welding, the restraint by the connecting portion of the scallop bottom is reduced, and furthermore, the position of the web side toe of the first opening end and the connecting portion can be reduced. , the shear strain at the toe on the web side tends to increase, and cracks occur at the toe on the web side. Furthermore, during an earthquake, a ductile crack that occurs at the scallop bottom may grow under repeated loads and reach the unwelded portion, exposing the unwelded portion at the tip of the crack. According to the method, the ductile crack in the scallop can be stably propagated in the axial direction along the toe on the web side, so the initiation and propagation of the crack at the scallop bottom are suppressed. As a result, it is possible to prevent cracks from occurring and propagating from the unwelded portion during an earthquake.
また、本発明の前記構成において、前記第一の円弧部と前記第二の円弧部とは、前記第一の円弧部がなす円弧と前記第二の円弧部がなす円弧とが共通の接線となる部分において接続されていてもよい。
このような構成によれば、前記第一の円弧部と前記第二の円弧部とが連続的に接続されることで、前記スカラップ底への歪みの集中を一層緩和することができ、前記スカラップ底にき裂が発生することをより抑制することができる。
Further, in the configuration of the present invention, the first circular arc portion and the second circular arc portion are tangent to a common arc formed by the first circular arc portion and the second circular arc portion. may be connected at any part.
According to such a configuration, the first circular arc portion and the second circular arc portion are continuously connected, so that the concentration of strain on the scallop bottom can be further alleviated, and the scallop It is possible to further suppress the occurrence of cracks in the bottom.
また、本発明の前記構成において、前記第一の開口縁部は、前記第一の開口端を含み直近の前記下フランジにおける内側の面に平行に配された直線部を有し、前記第一の円弧部の前記第一の開口端側の一端が前記直線部と接続されていてもよい。
このような構成によれば、前記下フランジと柱とを溶接するための十分なスペースを確保することができ、前記フランジと前記柱との溶接を安定的に行い、溶接欠陥を生じないようにすることができる。
Further, in the configuration of the present invention, the first opening edge has a straight portion arranged in parallel with the inner surface of the lower flange that includes the first opening end and is closest to the first opening edge. may be connected to the linear portion at one end on the first opening end side of the circular arc portion.
According to such a configuration, a sufficient space for welding the lower flange and the column can be secured, the welding between the flange and the column can be stably performed, and welding defects can be prevented. can do.
また、本発明の前記構成において、前記第一の円弧部の曲率半径が前記第二の円弧部の曲率半径の2.5倍以上であってもよい。
このような構成によれば、スカラップの下フランジ側における歪みの集中を緩和して、スカラップからのき裂の発生を安定的に抑制することが可能となる。
Moreover, in the configuration of the present invention, the radius of curvature of the first circular arc portion may be 2.5 times or more the radius of curvature of the second circular arc portion.
According to such a configuration, it is possible to alleviate the strain concentration on the lower flange side of the scallops and stably suppress the occurrence of cracks from the scallops.
また、前記スカラップの大きさは、本発明の溶接組立H形断面梁の梁端を柱等に接合した場合に、梁端接合部の耐力を安定的に確保するためになるべく小さくすることが望ましいが、前記フランジと前記柱との溶接の施工性の観点から、前記スカラップの前記下フランジ側から上フランジ側へ向かう方向の寸法は、15mm以上としてもよい。 In addition, it is desirable that the size of the scallop is as small as possible in order to stably secure the strength of the beam end joint when the beam end of the welded H-shaped cross-section beam of the present invention is joined to a column or the like. However, from the viewpoint of welding workability between the flange and the column, the dimension of the scallop in the direction from the lower flange side to the upper flange side may be 15 mm or more.
また、前記スカラップは通常ウェブの一部を切削によって切り欠くことによって形成されるが、円弧部の切削面を滑らかにしてき裂の発生を抑制するためには、切削加工上その曲率半径をなるべく大きくするのが好ましい。このため、第二の円弧部の曲率半径を6mm以上としてもよい。 The scallops are usually formed by cutting a portion of the web by cutting. In order to smooth the cutting surface of the circular arc portion and suppress the occurrence of cracks, it is necessary to make the radius of curvature as large as possible in terms of cutting. preferably. Therefore, the radius of curvature of the second arc portion may be 6 mm or more.
本発明によれば、溶接組立H形断面梁において、スカラップ底へのき裂の発生、進展を抑制して、スカラップ底を起点とした下フランジの破断を防止することができる。また、梁端において柱に接合した場合には、スカラップ底を起点とした下フランジの破断が防止されるため梁端接合部の早期破断を回避できる。 Effect of the Invention According to the present invention, it is possible to suppress the initiation and propagation of cracks to the scallop bottom in a welded assembled H-section beam, thereby preventing the fracture of the lower flange originating from the scallop bottom. In addition, when the beam end is joined to the column, breakage of the lower flange originating from the scallop bottom is prevented, so early breakage of the beam end joint can be avoided.
以下、本発明に係る実施形態について説明する。
図1は、箱形断面の柱110(以下、柱110と略称する場合もある。)に溶接組立H形断面梁1(以下、梁1と略称する場合もある。)の梁端が溶接接合された梁端接合部100を示す斜視図、図2は図1におけるA円部の拡大図である。
梁端接合部100は、例えば建設現場で形成されるものであり、柱110と、柱110に接合される梁1とを備えている。柱110は、鋼材からなり箱形状に形成された複数の柱材111と、梁1が接続される柱梁接合部110aとを軸方向に連結して構成されている。なお、この実施形態においては、柱材111として角形鋼管を用いた例を示している。
柱梁接合部110aは、柱材111Aと、この柱材111Aの上下両端側に設けられた、梁1との接続に用いられる一対のダイアフラム112,112とを備えている。なお、柱梁接合部110aに用いられる柱材111Aの高さ寸法は、一対のダイアフラム112,112の周縁と、接続対象の梁1における後述する一対のフランジ20,20の軸方向の端部とが向かい合う程度の大きさとなっている。
各ダイアフラム112は、略矩形状の板体状に形成されたいわゆる通しダイアフラムであり、柱梁接合部110aを構成する柱材111Aと、柱梁接合部110aと高さ方向において隣り合う他の柱材111Bによって挟み込まれている。そして、各ダイアフラム112は、周縁部分が各柱材111の周面111aから外方(水平方向)に突出した状態で溶接等により柱梁接合部110aおよび柱材111と一体化されている。
なお、柱梁接合部については、本実施形態のような通しダイアフラム形式の構造に限定されず、例えば梁1がダイアフラムを介さず柱110に直接接続される構成でもよいし、柱110がH形鋼で梁1とは柱110あるいはダイアフラムを介して接続される構成でもよい。
An embodiment according to the present invention will be described below.
In FIG. 1, a beam end of a weld assembled H-section beam 1 (hereinafter sometimes abbreviated as beam 1) is welded to a box-shaped cross section pillar 110 (hereinafter sometimes abbreviated as pillar 110). FIG. 2 is an enlarged view of the A circle portion in FIG. 1. FIG.
The beam end joint 100 is formed at a construction site, for example, and includes a
The column-to-beam
Each
The column-to-beam joint is not limited to a through-diaphragm type structure as in the present embodiment. The
梁1は、全体として一方向(水平方向)に延びていて、ウェブ10と、ウェブ10の軸方向と直交する高さ方向の両端部(以下、ウェブ(10)の軸方向と直交する方向の端部を「縁」ということがある。)10b,10bに接続された上下一対のフランジ20,20とを有する。
ウェブ10は、ウェブ10の軸方向と直交する方向、すなわちウェブ幅方向を梁1の高さ方向として、梁1の軸方向に延びている。一対のフランジ20,20は、梁1の軸方向に延びており、ウェブ10の上下両端部、すなわちウェブ10の両縁10b,10bに接続されている。また、一対のフランジ20,20は、ウェブ10の上下両端部において、それぞれウェブ10からウェブ10の厚さ方向に略直角に張出している。そして、梁1の軸線方向の端部が、柱110の周面に接続されている。なお、一対のフランジ20,20のうち、下側に位置するフランジ20を下フランジ、上側に位置するフランジ20を上フランジと称する。
ここで、本実施の形態においては、梁1において柱110と接続する軸方向の端部を軸端部(1a)と称し、梁の軸端部において、ウェブ10およびフランジ20が柱110と接続される部分をそれぞれ軸端(10a、20a)と称する。
The
The
Here, in the present embodiment, the axial end of the
本実施形態における溶接組立H形断面梁1は、図3に示すように、ウェブ10と一対のフランジ20,20とが交差する部分に、これらのウェブ10と一対のフランジ20,20とを連結する連結部30をそれぞれ備えている。連結部30は、ウェブ10と一対のフランジ20,20とをそれぞれ溶接接合するもので、溶接材または溶接材と母材とが溶融することにより形成されている。連結部30は、ウェブ10の両縁10b,10bにおいて、ウェブ10の両方のウェブ面11,11と、一対のフランジ20,20の互いに向かう内側の面である内面21,21との間にそれぞれ形成されている。言い換えれば、連結部30は、ウェブ10の上下の縁部にそれぞれウェブ10をその厚さ方向に挟んで一対ずつ設けられるとともに、ウェブ10の各縁10b,10bにおいてウェブ10を挟み込むように各ウェブ面11,11に設けられている。
また、図3に示すように、本実施形態において連結部30は、梁1の軸方向視した断面において、ウェブ10のウェブ面11と接続するウェブ止端部31から、フランジ20の内面21と接続するフランジ止端部32までを繋ぐ直線状の傾斜面を有する三角形状に形成されており、さらに本実施形態では断面二等辺三角形状に形成されている。連結部30におけるウェブ10のウェブ面11およびフランジ20の内面21に沿う各辺の大きさ、すなわちフランジ20の内面21からウェブ止端部31までの距離である高さ方向(梁せい方向方向)の脚長sw、および、ウェブ10のウェブ面11からフランジ止端部32までの距離である水平方向(フランジ幅方向)の脚長sfとしては、例えば3~30mm程度である。
As shown in FIG. 3, the welded assembled H-
Further, as shown in FIG. 3 , in this embodiment, the connecting
なお、連結部30の断面は三角形状に限定されるものではない。ウェブ止端部31からフランジ止端部32まで円弧状の凹曲面で接続されてよく、ウェブ止端部31およびフランジ止端部32において当該凹曲面の接線がウェブ10のウェブ面11およびフランジ20の内面21に平行となるようにして接続されていてもよい。また、ウェブ止端部31からフランジ止端部32まで凸曲面で接続されていてもよい。
本実施形態では、上記のとおり連結部30はウェブ10とフランジ20とを、例えば隅肉溶接を行うことにより形成されるものであり、連結部30と、連結部30近傍のウェブ10およびフランジ20との各部分によって溶接部が形成されている。
Note that the cross section of the connecting
In this embodiment, as described above, the connecting
そして、当該梁1は、端部接続構造200により柱110に接続されている。すなわち、図1に示すように、端部接続構造200は、梁1のフランジ20の軸端20aを柱110に溶接するフランジ溶接部40と、梁1のウェブ10の軸端10aを柱110に溶接するウェブ溶接部50とを有する。また、フランジ溶接部40の下面側には、このフランジ溶接部40を形成する溶金が、フランジ20の開先面40aと柱110との間から抜け落ちるのを防ぐ裏当金45が設けられている。
また、本実施形態においては、フランジ20の軸端20aは柱110のダイアフラム112に溶接されて、ウェブ10の軸端10aは柱梁接合部110aを形成する柱材111Aの周面111aに溶接されている。このようにして、柱110に梁1の梁端が溶接接合されている。
The
Further, in this embodiment, the
また、梁1におけるウェブ10の軸端10aにはスカラップ60が設けられている。スカラップ60は、ウェブ10の軸端10a側における一対のフランジ20、20側となる両縁10b、10b位置に、直近のフランジ20の軸端20a側およびウェブ10の軸端10a側の方向に向けて開口するように、かつウェブ10の厚さ方向に貫通するようにそれぞれ設けられている。これにより、フランジ溶接部40は、フランジ20の幅方向一方の端部から、スカラップ60を通してウェブ10を横切って幅方向他方の端部まで形成されている。また、ウェブ溶接部50は、ウェブ10の両縁10b、10bに設けられたスカラップ60まで形成されている。
なお、本実施形態においては、梁1のウェブ10は、その軸端10aを柱110に溶接することにより柱110に接続されているが、梁のウェブの軸端を接合する方法は溶接に限定されるものではなく、例えばボルト接合によるものでもよい。
A
In this embodiment, the
図4に示すように、スカラップ60は、上記のように、直近のフランジ20の軸端20a側および直近のウェブ10の軸端10a側の方向に開いた開口を有しているため、2つの開口端を含んでいる。すなわち、直近のフランジ20側に位置する第一の開口端60aと、第一の開口端60aと相反する側、言い換えれば、一対のフランジ20,20で挟まれたウェブ10のウェブ幅方向の中央側に位置する第二の開口端60bとを含む。より具体的に、第一の開口端60aは、直近のフランジ20の内面21側の位置に、第二の開口端60bはウェブ10の軸端10aにそれぞれ形成されている。
As shown in FIG. 4, since the
また、スカラップ60は、第一の開口縁部61と、第二の開口縁部62と、第三の開口縁部63とを有している。第一の開口縁部61は、第一の開口端60aを含み、第一の開口端60aから、梁1の軸方向における軸端部1aから離れる方向に向かって延びている。第二の開口縁部62は、第二の開口端60bを含み、第二の開口端60bから梁1の軸端部1aから離れる向き、すなわち梁1の軸方向の中央に向かって延びている。第三の開口縁部63は、第一の開口縁部61と第二の開口縁部62とを接続している。
The
具体的に、第一の開口縁部61は、連結部30におけるウェブ止端部31と交差するようにして円弧状に形成された、第一の開口端60a側の一端71aで接線が前記フランジ20の内面21と平行となる第一の円弧部71を有する。
第二の開口縁部62は、形状は特に限定されないが、本実施形態の場合は第二の開口端60bから直線状に延びている。
また、第三の開口縁部63は、第一の開口縁部61から第二の開口縁部62に向かって湾曲する円弧状に形成された第二の円弧部72を有している。
ここで、第一の円弧部71の曲率半径R1は、第二の円弧部72の曲率半径R2の2.5倍以上であることが望ましい。このように、第一の円弧部71の曲率半径R1を、第二の円弧部72の曲率半径R2の2.5倍以上としたのは、スカラップ60のフランジ20側における歪みの集中を緩和して、スカラップ60からのき裂の発生をより安定的に抑制することが可能となるためである。
Specifically, the first
The shape of the
Also, the
Here, it is desirable that the curvature radius R1 of the first
なお、第一の開口縁部61、第二の開口縁部62および第三の開口縁部63によって構成されるスカラップ60において、一対のフランジ20,20が互いに離間する方向(梁1の高さ方向)におけるスカラップ60の高さ寸法Srhは、梁端接合部100の耐力を安定的に確保するためになるべく小さくすることが望ましいが、フランジ20と柱110との溶接の施工性の観点から、スカラップ60の下フランジ20側から上フランジ20側へ向かう方向の寸法は、15mm以上とすることが望ましい。さらに、スカラップ60の高さ寸法Srhは、ウェブ10でもモーメントをより効率よく伝達させて、スカラップ60のフランジ20側の歪みの集中をさらに緩和させるため、35mm以下であるものとしてもよい。
また、第二の円弧部72の曲率半径R2は、スカラップの形成の際にカッターにより切削することを考慮し、作業性を確保するためも6mm以上であるものとしてもよい。
In the
Further, the radius of curvature R2 of the second
以下、スカラップ60のより詳細な態様について説明する。
図4は第一の態様のスカラップ60を示している。図4に示すように、第一の態様のスカラップ60において、第一の開口縁部61は、直近のフランジ20側の位置に配設されていて、第一の開口端60aを含む第一の直線部73と、第一の直線部73に接続された第一の円弧部71とを有する。
第一の直線部73は、直近のフランジ20の内面21において、スカラップ60によりウェブ10が切り欠かれた部分に相当するもので、本態様においては、直近のフランジ20の内面21に含まれている。また、第一の開口端60aは、直近のフランジ20の軸端20aに設けられていて、さらに具体的には、柱110と溶接されるフランジ溶接部40を形成する際に用いられる開先面40aにおけるウェブ10側の端部がこの第一の開口端60aとなっている。
第一の円弧部71は、第一の直線部73と接続する位置における接線がフランジ20の内面21と平行であり、かつ梁1の軸端部1aから離れるに従って、次第にフランジ20から離れる方向に湾曲する凹曲線状に形成されている。この第一の円弧部71は、第一の直線部73と接続されて連結部30を横断する横断部71cと、横断部71cにおける直近のフランジ20とは反対側の一端部からウェブ10のウェブ面11に沿って形成されるウェブ形成部71dとを有する。
More detailed aspects of the
FIG. 4 shows the
The first
The first
一方、第二の開口縁部62は、第二の開口端60bを含む直線状に形成され、梁1の軸方向に沿って延びている第二の直線部74を有している。
また、第三の開口縁部63は、第二の円弧部72を有していて、第二の円弧部72の一端72aは、第一の開口縁部61の第一の円弧部71と接続されているとともに、他端72bは第二の開口縁部62の第二の直線部74と接続されている。
ここで、第一の円弧部71と第二の円弧部72とは、第一の円弧部71がなす円弧と第二の円弧部72がなす円弧とが共通の接線となる部分において接続されている。また、第二の円弧部72と第二の直線部74との接続部分では、第二の円弧部72をなす円弧の接線と第二の直線部74とが一致している。これにより、第一の開口縁部61、第二の開口縁部62及び第三の開口縁部63で構成されるスカラップ60の縁部の形状は連続的になっている。
なお、本態様においてスカラップ60の高さ寸法Srhは第一の直線部73と第二の直線部74との離間距離によって定まる。
On the other hand, the
The
Here, the
In this embodiment, the height dimension Srh of the
また、図5は第二の態様のスカラップ60Aを示している。なお、第一態様と同一の構成については同一の符号を付与した上で説明を省略する。
図5に示すように、第二の態様のスカラップ60Aにおいて第一の開口縁部61は、第一の態様における第一の直線部73に相当する部分を備えず、第一の円弧部71における直近のフランジ20側の一端71aが第一の開口端60aとなっている。第一の開口端60aとなる第一の円弧部71の一端71aは、フランジ20の内面21上に位置しており、当該一端71aにおける接線がフランジ20の内面21に平行である。
なお、本態様においてスカラップ60の高さ寸法Srhは、第一の円弧部71の一端71aと第二の直線部74との離間距離によって定まる。
Also, FIG. 5 shows a
As shown in FIG. 5, the
In this embodiment, the height dimension Srh of the
また、図6は第三の態様のスカラップ60Bを示している。同様に、第一態様と同一の構成については同一の符号を付与した上で説明を省略する。
図6(a)に示すように、本態様においては、フランジ溶接部40を形成する際に用いられる開先面40aが、上方に(厳密には上方に行くに従って次第に梁1の軸端部1aから離れる方向)に立ち上がっていて、開先面40aの一端が、直近のフランジ20の内面よりもウェブ幅方向中央側に位置している。そして、この開先面40aの一端が第一の開口端60aとなっている。つまり、スカラップ60Bの第一の開口端60aが下フランジ20の内面よりウェブ10側に寄せた位置の連結部30およびウェブ10の表面にある。
具体的に、スカラップ60Bは、第一の開口縁部61が、第一の開口端60aを含む第一の直線部75と、第一の直線部75と接続された第一の円弧部71とを有していて、第一の直線部75は、第一の開口端60aが直近のフランジ20の内面よりもウェブ幅方向中央側に位置している分だけフランジ20の内面21から離間した状態で、フランジ20の内面21と平行に形成されている。
ここで、第一の直線部75とフランジ20の内面21との距離で表わされるスカラップ離間距離Srfは、少なくとも連結部30のウェブ止端部31からフランジ20の内面21までの距離である高さ方向の脚長swよりも小さい。これにより、第一の直線部75と接続されている第一の円弧部71はウェブ止端部31と交差している。
なお、本態様においてスカラップ60の高さ寸法Srhは第一の直線部75と第二の直線部74との離間距離によって定まる。
Also, FIG. 6 shows a
As shown in FIG. 6( a ), in this embodiment, the
Specifically, the
Here, the scallop separation distance Srf represented by the distance between the first
In this embodiment, the height dimension Srh of the
また、第三の態様において、図6(b)に示すように、溶接組立H形断面梁1は、一対の連結部30,30の間に不溶着部30aを有している場合がある。すなわち、連結部30,30は、ウェブ10をその厚さ方向に挟んで設けられるため、ウェブ10の厚さ方向中央部でかつウェブ10が接する下フランジ20の内面またはその近傍、つまりルート部で溶接金属(溶接材)が完全に溶け込まず、不溶着部30aを有する場合がある。
In the third aspect, as shown in FIG. 6(b), the welded assembled H-
この不溶着部30aは、ウェブ10を挟んで設けられる連結部30,30どうしや、連結部30,30が母材であるフランジ20に溶接金属が完全に溶け込んでおらず、連結部30,30間の一部がいわゆるメタルタッチ状態になっているか若干の隙間が生じているものである。このような不溶着部30aは、図6(a)に示すように、フランジ20の長手方向(左右方向)に延在し、先端部が開先面40aに開口する場合もある。このような不溶着部30aは、ウェブ10とフランジ20との溶接接合の際に連結部30のルート部に生じ易い。このとき、当該不溶着部30aの幅Wは、ウェブ10の板厚内に抑えるのが好ましいが、不溶着部30aの幅Wがウェブ10の板厚(ウェブ板厚)の0.94倍以下となっているのがより好ましい。
The
また、図7は第四の態様のスカラップ60Cを示している。なお、第三態様と同一の構成については同一の符号を付与した上で説明を省略する。
図7(a)に示すように、第四の態様のスカラップ60Cにおいて第一の開口縁部61は、第三の態様における第一の直線部75に相当する部分を備えず、第一の円弧部71の一端71aが第一の開口端60aとなっている。第一の開口端60aとなる第一の円弧部71の一端71aは、第三の態様と同様にフランジ20の内面21から離間していて、当該一端71aにおける接線はフランジ20の内面21に平行となっている。つまり、スカラップ60Cの第一の開口端60aが下フランジ20の内面よりウェブ10側に寄せた位置の連結部30およびウェブ10の表面にある。
ここで、第一の円弧部71の一端71aとフランジ20の内面21との距離で表わされるスカラップ離間距離Srfは、少なくとも連結部30のウェブ止端部31からフランジ20の内面21までの距離である高さ方向の脚長swよりも小さい。これにより、第一の直線部73と接続されている第一の円弧部71はウェブ止端部31と交差している。
なお、本態様においてスカラップ60の高さ寸法Srhは、第一の円弧部71の一端71aと第二の直線部74との離間距離によって定まる。
Also, FIG. 7 shows a
As shown in FIG. 7( a ), the
Here, the scallop separation distance Srf represented by the distance between one
In this embodiment, the height dimension Srh of the
また、図7(b)に示すように、第四の態様においても、第三の態様と同様に、溶接組立H形断面梁1は、一対の連結部30,30間に不溶着部30aを有している場合がある。この不溶着部30aの幅Wも、第三の態様と同様に、ウェブ10の板厚(ウェブ板厚)の0.94倍以下となっている。
Further, as shown in FIG. 7(b), in the fourth aspect, as in the third aspect, the welded assembled H-
なお、上記第一~第四の態様において、第一の開口縁部61の第一の円弧部71と第三の開口縁部63の第二の円弧部72とは、第一の円弧部71がなす円弧と第二の円弧部72がなす円弧とが共通の接線となる部分において接続されているものとした。しかしながら、第一の円弧部71と第二の円弧部72とが、共通の接線となる部分において接続されない、すなわち境界となる角が形成された状態で接続されていてもよい。また、第一の円弧部71と第二の円弧部72との間に直線部を設けて、これらの第一の円弧部71と第二の円弧部72とが間接的に接続される構成であってもよい。
さらに、第二の開口縁部62については、本実施形態においては直線部であるとしたが、任意の形状とすることができ、例えば円弧状に形成されていてもよい。
In the above first to fourth aspects, the
Furthermore, although the
上記のような溶接組立H形断面梁1では、第一の開口縁部61と第二の開口縁部62とを接続する第三の開口縁部63における第二の円弧部72を設けるとともに、フランジ20側に位置する第一の開口縁部61における第一の円弧部71を設けて、第一の円弧部71を第二の円弧部72の2.5倍以上大きい曲率半径しても良い。
これにより、スカラップ60のフランジ20側における歪みの集中を緩和し、スカラップ60からのき裂の発生を抑制することができる。そして、このような第一の円弧部71が連結部30におけるウェブ止端部31と交差するようにして形成されていることで、仮に延性き裂が発生したとしても、幅が相対的に狭く断面がウェブ10から断面変化が生じるウェブ止端部31近傍でき裂を発生させることができる。また、仮にウェブ10側の止端部近傍で延性き裂が発生したとしても、発生したき裂を、フランジ20に比較して引張応力が低いウェブ止端部31に沿って軸方向に安定的にき裂を進展させることができる。したがって、本実施形態のような溶接組立H形断面梁1は、補強するために別の構成を設けなくても、スカラップから初期き裂が発生することを遅らせつつ、万一初期き裂が発生しても早期破断に至らないように延性き裂を進展させることができ、柱1に接合した場合であってもより安全性の高い梁端接合部100とすることができる。
In the welded assembly H-shaped
As a result, concentration of strain on the
また、スカラップ60の高さ寸法を15mm以上とすることで、フランジ20と柱110との溶接の施工性を向上させることができる。
また、スカラップ60の高さ寸法を35mm以下とすることで、ウェブ10でもモーメントをより効率よく伝達することができるため、柱110と梁1との接合部としての降伏曲げ耐力を向上させることができる。また、スカラップ60の高さ寸法を低く抑えることによって、ウェブ10でモーメントをより効率よく伝達することができるため、スカラップ60のフランジ20側の歪みの集中をさらに緩和させることができる。
さらに、第一の円弧部71と第二の円弧部72とが共通の接線により接続されていることで、第一の円弧部71と第二の円弧部72とが凹凸なく滑らかに接続されるため、より一層歪みの集中を緩和することができ、き裂の発生をより安定的に抑制することができる。
また、第二の円弧部72の曲率半径R2を6mm以上とすることで、第二の円弧部72における歪みの集中も緩和することができるとともに、スカラップをカッターによって容易に切削して成形することができる。
Moreover, by setting the height dimension of the
In addition, by setting the height dimension of the
Furthermore, since the
In addition, by setting the radius of curvature R2 of the
さらに、上記溶接組立H形断面梁1の端部接続構造200は、上記の第三の態様のように、第一の開口縁部61は、第一の開口端60aを有し前記フランジ20の内面21に平行に配された直線部75を有し、第一の円弧部71の一端71aがこの直線部75と接続されているものとしてもよく、これにより、フランジ20の軸端20aを溶接するための十分なスペースを確保することができ、フランジ20と柱110との溶接を安定的に行い、溶接欠陥を生じないようにすることができる。
Furthermore, the
また、第三の態様および第四の態様に係る溶接組立H形断面梁1によれば、一対の連結部30,30の間にある不溶着部30aの幅Wをウェブ板厚の0.94倍以下とし、スカラップ60B,60Cの第一の開口端60aが、下フランジ20の内面よりウェブ10側に寄せた位置の連結部30およびウェブ10の表面にあり、スカラップ底は下フランジ20の内面からウェブ側に離れた構成としているため、スカラップ底への不溶着部30aの露出を回避できる。さらに、連結部30のウェブ側止端部31とスカラップ底が近くなるため、連結部30のウェブ止端部31のせん断歪みを高めることができ、連結部30のウェブ止端部31に沿ってき裂を発生、進展させることができる。したがって、地震時に不溶着部先端からき裂が発生、進展するのを回避できる。
Further, according to the weld assembled H-
本発明の効果を実証するため、上記実施形態のような梁端接合部100の具体例について、数値解析を行った。
解析手法としては有限要素法を用い、解析ソフトとしてはANSYS.Ver16を用いた。図8は本実施例で解析を行う解析モデルとなる梁端接合部100のモデルの全体を示している。図8に示すように、解析モデルは、片持ち梁形式とし、対称性を考慮して、梁1の幅方向に1/2モデルとした。解析モデルは、8節点6面体要素を使用した三次元ソリッド要素で作成した。柱110及び梁1に用いる鋼材の材料特性は、柱110及び梁1ともに同一材で同一の材料特性とし、SN490Bの材料試験結果から得られた応力-歪み曲線を複数の直線成分によってモデル化したものを用いた。
梁1として用いる溶接組立H形断面梁の断面としては、図3に示すせいDbが700mm、幅Bが200mm、ウェブ10の厚さtbwが16mm、フランジ20の厚さtbfが22mmのものを用いた。ここで、連結部30の断面形状(溶接金属部分から元々あるウェブおよびフランジの各断面を除いた部分の形状)は、フランジ20の内面21からウェブ止端部31までの高さ方向の脚長swと、ウェブ10のウェブ面11からフランジ止端部32までの水平方向の脚長sfとが等しい二等辺三角形であり、sw=sf=18mmとした。また、柱110の側面から梁1の軸方向の端部までの長さLbを3500mmとした。なお、フランジ20の軸端20aが溶接される柱110側のダイアフラム112の厚さtd(図2参照)は32mmとした。また、図示しないが、柱110の外径Bcは500mm、板厚tcfは16mmとした。
In order to demonstrate the effect of the present invention, numerical analysis was performed on a specific example of the beam end joint 100 as in the above embodiment.
The finite element method was used as an analysis method, and ANSYS. Ver16 was used. FIG. 8 shows the entire model of the beam end joint 100, which is an analysis model for analysis in this embodiment. As shown in FIG. 8, the analysis model is a cantilever beam type, and the width direction of the
The cross section of the welded assembled H-shaped cross-section beam used as the
解析は、スカラップ60の形状に関するパラメータを変化させて53種類のモデルについて解析を行った。解析モデルとして用いたスカラップ60の形状は図4~図7に示すものが含まれる。なお、第二の開口縁部62は第二の直線部74のみで構成されており、第一の円弧部71と第二の円弧部72とは共通する接線で連続的に接続されている。スカラップ60の形状に関するパラメータとしては、第一の円弧部71の曲率半径R1(mm)と、第二の円弧部72の曲率半径R2(mm)と、第一の直線部73(75)の長さLと、スカラップ離間距離Srf(mm)と、スカラップ60の高さ寸法Srhとがある。第一の円弧部71において軸端部1aから離間する側の他端71bのフランジ20の内面21からの高さである円弧部終端高さHcは、第一の円弧部71の曲率半径R1(mm)と、第二の円弧部72の曲率半径R2(mm)と、スカラップ離間距離Srfと、スカラップ60の高さ寸法Srhとにより幾何学的に定まるものである。表1、表2に各解析モデルのパラメータ値を示す。
For the analysis, 53 types of models were analyzed by changing parameters relating to the shape of the
表1、表2に示すように、NO.1~25では、上記パラメータを変化させつつ、第一の円弧部71の曲率半径R1を第二の円弧部72の曲率半径R2の1.0倍より大きくするとともに、第一の円弧部71がウェブ止端部31と交差、すなわち円弧部終端高さHcを高さ方向の脚長sw以上とした。
一方、NO.26~39では、上記パラメータを変化させつつ、第一の円弧部71の曲率半径R1を第二の円弧部72の曲率半径R2の1.0倍より大きくするとともに、円弧部終端高さHcを高さ方向の脚長sw未満とした。
また、NO.40~44では、上記パラメータを変化させつつ、第一の円弧部71の曲率半径R1を第二の円弧部72の曲率半径R2の1.0倍未満にするとともに、円弧部終端高さHcを高さsw以上とした。
さらに、NO.45~53では、上記パラメータを変化させつつ、第一の円弧部71の曲率半径R1を第二の円弧部72の曲率半径R2の1.0倍未満にするとともに、円弧部終端高さHcが高さ方向の脚長sw未満とした。
As shown in Tables 1 and 2, NO. In 1 to 25, while changing the above parameters, the curvature radius R1 of the
On the other hand, NO. In 26 to 39, while changing the above parameters, the curvature radius R1 of the
Also, NO. In 40 to 44, while changing the above parameters, the radius of curvature R1 of the
Furthermore, NO. In 45 to 53, while changing the above parameters, the radius of curvature R1 of the
これら解析モデルに対して、梁1の軸方向の端部に荷重を加えて、梁1を変形させた。そして、図9に示すように、梁1の載荷点における回転角θ(変形前の梁1の軸線Lb0と変形後の梁1の軸線Lb1とがなす角度から梁端接合部における柱110の側面111aの回転角成分φ(変形前の柱110の側面111aの軸線Lc0と変形後の柱110の側面111aの軸線Lc1とがなす角度)を減じた回転角)が、梁1の軸端部1aにおいて全断面塑性化した時の回転角をθpとし、この3倍の角度3・θpとなるまで梁1を変形させた。そして、θ=3・θpにおける相当塑性歪み分布及び塑性せん断歪み分布を有限要素法により求めた。一例として、図10にNO.12の相当塑性歪み分布を、図11にNO.45の相当塑性歪み分布を示す。また、一例として、図12にNO.12の塑性せん断歪み分布を、図13にNO.24の塑性せん断歪み分布を示す。さらに、本有限要素法による解析結果に基づいて、スカラップ60のスカラップ底における最大相当塑性歪みεmax(%)を求めた。表1、表2に、各解析モデルにおける最大相当塑性歪みεmaxを示す。また、第二の円弧部72の曲率半径R2に対する第一の円弧部71の曲率半径R1の比R1/R2と、対応する最大相当塑性歪みεmaxとの関係をプロットしたグラフを図14に示す。なお、図中の三角のプロットはNO.45の結果を示し、その他のプロットはNo.45以外の解析結果を示す。また、横軸に平行な点線P1は、εmax=20%を示し、縦軸に平行な点線Q1は比R1/R2=1.0を示している。
A load was applied to the ends of the
表1、表2および図14から、第二の円弧部72の半径に対する第一の円弧部71の半径の比R1/R2が大きくなることで、最大相当塑性歪みεmaxが小さくなる傾向にあることが分かる。とくに、R1/R2が1.0を超える解析ケースは、個々の解析パラメータの数値によらずεmaxは20%程度以下の低値に留まっている。すなわち、R1/R2が1.0を超える場合には、R1/R2が1.0以下である場合に比べてスカラップ底への歪みの集中が緩和されている。なお、さらに安定してスカラップ底への歪みの集中を緩和するにはR1/R2をより大きくすることが望ましく、溶接組立H形断面梁の靱性のばらつきなどを考慮すれば、R1/R2は2.5以上とすることが望ましい。図10に示すように、R1/R2>1.0である解析モデルでは、例えば図10に示す解析モデルNO.12のように、スカラップ底における最大相当塑性歪みεmaxを抑制し、特に第一の円弧部71において接線がフランジ20の内面21と平行となる一端71a近傍における相当塑性歪みを抑制することができていることが認められる。すなわち、R1/R2>1.0とすることで、ウェブ10とフランジ20との交差部分近傍でき裂が発生することを抑制することができる。このため、R1/R2>1.0である解析モデルのような構造とすることで、極大地震時において第一の円弧部71にき裂が発生することを抑制し、き裂がフランジ20の外面22(図3参照)に向かって進展することを抑制することができる。一方、比R1/R2≦1.0である解析モデルでは、図11に示す従来型の形状を示す解析モデルNO.45のように、スカラップ底における最大相当塑性歪みεmaxが大きくなるとともに、特に第一の円弧部71において接線がフランジ20の内面21と平行となる一端71a近傍における相当塑性歪みを抑制することができていないことが認められる。
このように、ウェブ10とフランジ20との交差部分近傍でき裂が発生することを抑制することができない。このため、R1/R2≦1.0である解析モデルのような構造では、極大地震時において第一の円弧部71にき裂が発生してしまい、き裂がフランジ20の外面22に向かって進展してしまうおそれがある。き裂がフランジ20の外面22に向かって進展すると、フランジ20には高い引張応力が作用しているため、フランジの脆性破断を助長することとなる。
From Tables 1 and 2 and FIG. 14, it can be seen that the maximum equivalent plastic strain εmax tends to decrease as the ratio R1/R2 of the radius of the
In this way, it is not possible to suppress the occurrence of cracks near the intersections of the
また、Hc≧swである解析モデルでは、図12に示す解析モデルNO.12のように、連結部30におけるウェブ止端部31の近傍に沿った塑性せん断歪みの分布が梁1の材軸方向に向かって広く形成されており、その歪みの数値も高いことが分かる。すなわち、Hc≧swであることで第一の円弧部71がウェブ止端部31と交差するスカラップ60の形状では、延性き裂はウェブ止端部31近傍で発生し、発生したき裂は断面H形形状の幅方向の厚みが相対的に小さい前記連結部30の前記ウェブ止端部31に沿って軸方向に安定的に進展させることができる。すなわち、き裂がフランジ20の外面22へ向かうことによる破断を抑制することができ、さらに、き裂が発生する箇所を明確にして極大地震後のき裂の視認を容易とし、補修を速やかかつ容易に行うことも可能となる。一方、Hc<swである解析モデルNO.24では、図13に示すように第一の円弧部71が前記連結部30の前記ウェブ止端部31と交差せず、第二の円弧部72も連結部30に含まれるため、スカラップから梁の軸方向に沿った塑性せん断歪みの分布は形成されない。したがって、き裂は第一の円弧部71において発生する。このき裂は連結部30の内部で進展するため、き裂の発生を発見しにくく、また、フランジ20の外面22に向かってき裂が進展しフランジの脆性破断を助長することになる。
Further, in the analysis model satisfying H c ≧s w , the analysis model No. shown in FIG. As shown in 12, the distribution of plastic shear strain along the vicinity of the
上述したように、スカラップ底における歪み集中の緩和には、(1)フランジ側の第一の円弧部71の曲率半径R1を第二の円弧部72の曲率半径R2より大きくすること、(2)サブマージアーク溶接部(連結部30)のウェブ止端部31とスカラップ60、60A、60B、60Cの第1の円弧部71とを交差させ、交差部でのせん断変形を卓越させることが重要である。連結部30のウェブ止端部31とスカラップ60、60A、60B、60Cの第1の円弧部71とを交差させることによって、連結部30におけるフランジ20の内面21からウェブ止端部31までの距離である高さ方向の脚長swは、スカラップ60の高さ寸法Srhとスカラップ離間距離Srfとの合計高さより小さくなる。
(1)では、例えば第一の円弧部71の曲率半径R1を35mm、第二の円弧部72の曲率半径R2を6mmとしたが、今回、(2)について、数値解析的検討を行い連結部30の高さ方向の脚長sw、不溶着部30aがスカラップ底の歪みに与える影響を数値解析的に検討した。
As described above, in order to alleviate the strain concentration at the scallop bottom, (1) the radius of curvature R1 of the
In (1), for example, the radius of curvature R1 of the
解析パラメータは表3の通りである。パラメータは連結部30の高さ方向の脚長swと不溶着部幅Wとした。梁(溶接組立H形断面梁)はBH-700×200×16×22、柱(鋼管柱)は□500×16とした。
また、実大実験に用いた試験体のうちスカラップ底部の歪みの高い厚ウェブ梁の試験体を元に設定した。なお、SW2、SW3、MW2、MW3については不溶着部幅がウェブ板厚を超えているが、参考として解析を行った。
Analysis parameters are shown in Table 3. The parameters were the leg length sw in the height direction of the connecting
In addition, among the specimens used in the full-scale experiments, the specimen was set based on a specimen of a thick-web beam with high distortion at the bottom of the scallop. For SW2, SW3, MW2, and MW3, the width of the unwelded portion exceeds the thickness of the web, but the analysis was performed as a reference.
解析結果
図15にS、SW1、M、MW1、L試験体の解析結果を示す。縦軸はスカラップ底で最も歪みの高い位置での最大相当塑性歪み(εmax(%))を示し、横軸は梁先端の変形量(mm)を示す。縦軸の最大相当塑性歪みの値が大きいほど、スカラップ破断のリスクが高くなる。
図15に示すように、不溶着部幅Wよりも高さ方向の脚長swの大きさの方がスカラップ底の相当塑性歪みに与える影響は大きいと考えられる。
Analysis Results FIG. 15 shows the analysis results of the S, SW1, M, MW1, and L specimens. The vertical axis indicates the maximum equivalent plastic strain (εmax (%)) at the position of the highest strain on the scalloped bottom, and the horizontal axis indicates the amount of deformation (mm) at the tip of the beam. The greater the value of the maximum equivalent plastic strain on the vertical axis, the higher the risk of scallop rupture.
As shown in FIG. 15, it is considered that the size of the leg length sw in the height direction has a greater effect on the equivalent plastic strain of the scalloped bottom than the width W of the unwelded portion.
図16に脚長の小さな解析モデル(S,SW1~SW3試験体)、図17に脚長が中程度の解析モデル(M,MW1~MW3)の解析結果を示す。なお、図16及び図17ついて、縦軸は最大相当塑性歪み(εmax(%))、横軸は梁先端の変形量(mm)をそれぞれ示す。
図16および図17に示すように、不溶着部幅Wの大きさがスカラップ底の相当塑性歪みに影響を与えると言えるものの、不溶着部幅Wがウェブ板厚範囲内(16mm以内)に収まっている限りは、不溶着部幅Wが0の試験体との最大相当塑性歪みの差が小さいことから、その影響は小さいと考えられる(図16中のSW1、図17中のNM1をそれぞれ参照)。
FIG. 16 shows analysis results of small leg length analysis models (S, SW1 to SW3 specimens), and FIG. 17 shows analysis results of medium leg length analysis models (M, MW1 to MW3). 16 and 17, the vertical axis indicates the maximum equivalent plastic strain (εmax (%)), and the horizontal axis indicates the deformation amount (mm) of the tip of the beam.
As shown in FIGS. 16 and 17, although it can be said that the size of the unwelded portion width W affects the equivalent plastic strain of the scalloped bottom, the unwelded portion width W falls within the web plate thickness range (within 16 mm). As long as the width W of the unwelded portion is 0, the difference in the maximum equivalent plastic strain from the test specimen is small, so the effect is considered to be small (see SW1 in FIG. 16 and NM1 in FIG. 17, respectively) ).
図18にS、SW1~SW3、M、MW1~MW3試験体の梁先端の変形量が80mmにおけるスカラップ底部の相当塑性歪み最大値を示す。ここで、縦軸は各解析モデルの相当塑性歪み最大値を同一脚長サイズで不溶着部Wが0mmである解析モデル(SあるいはM)で除した値を示し、横軸は各解析モデルの不溶着部幅Wをウェブ板厚tbwで除した値を示す。
図18に示すように不溶着部幅がウェブ板厚の0.94倍(図18中のLwの線)であるMW1を境に相当塑性歪が不溶着部のない解析モデルに対して急激に高まっていることが確認できる。そのため、不溶着部幅をウェブ板厚の0.94倍以下に抑えることが重要であると考えられる。
FIG. 18 shows the maximum equivalent plastic strain at the bottom of the scallops when the amount of deformation at the beam tip of the S, SW1 to SW3, M, and MW1 to MW3 specimens is 80 mm. Here, the vertical axis indicates the value obtained by dividing the maximum equivalent plastic strain value of each analysis model by the analysis model (S or M) with the same leg length size and the non-welded portion W of 0 mm, and the horizontal axis indicates the non-welded portion W of each analysis model. The value obtained by dividing the weld width W by the web thickness tbw is shown.
As shown in FIG. 18, the equivalent plastic strain sharply increases with respect to the analysis model without the unwelded portion at MW1, where the width of the unwelded portion is 0.94 times the thickness of the web (line Lw in FIG. 18). It can be confirmed that the Therefore, it is considered important to suppress the width of the unwelded portion to 0.94 times or less of the thickness of the web.
以上のように、本発明のスカラップ形状では、不溶着部幅がウェブ板厚の0.94倍以下に収まっている場合には、不溶着部幅Wがスカラップ底の歪みに与える影響を非常に小さく抑えることができると言える。しかしながら,不溶着部幅とスカラップ底の歪みとは多少なりとも相関関係にあるため、不溶着部幅は小さくすることが望ましい。
また、連結部の高さ方向の脚長が、スカラップ底の歪みに与える影響は大きい。これは、スカラップ底の歪み集中点において脚長が大きい(≒連結部の溶接金属のサイズ)と周囲の拘束が高まることが要因と考えられる。
また、連結部の溶接止端部でのせん断変形を進めてスカラップ底の歪み集中を緩和するためにも、スカラップ底部の第一の円弧部と連結部の溶接止端部を交差させることは最低限必要である。また、連結部の高さ方向の脚長を低く抑える、あるいはスカラップ離間距離を大きくすることによってフィレット残しの頂点と連結部の溶接止端部とを極力近付けることも重要と考えられる。
このように、連結部の高さ方向の脚長は可能な限り低く抑えることが重要である。また、不溶着部幅がウェブ板厚の0.94倍以下である限りスカラップ底の相当塑性歪みに不溶着部幅が与える影響は小さいものの、不溶着部幅は小さくすることが望ましい。
As described above, in the scalloped shape of the present invention, when the width of the unwelded portion is within 0.94 times the thickness of the web, the influence of the unwelded portion width W on the distortion of the scalloped bottom is very large. It can be said that it can be kept small. However, since the width of the unwelded portion and the distortion of the scalloped bottom are somewhat correlated, it is desirable to reduce the width of the unwelded portion.
Moreover, the leg length in the height direction of the connecting portion has a large effect on the distortion of the scalloped bottom. The reason for this is thought to be that when the leg length is large at the strain concentration point of the scalloped bottom (≈the size of the weld metal at the joint), the surrounding constraint increases.
In addition, in order to promote shear deformation at the weld toe of the connecting part and alleviate strain concentration at the scallop bottom, it is minimum to cross the first arc part of the scallop bottom and the weld toe of the connecting part. limited. It is also considered important to bring the apex of the remaining fillet and the weld toe of the joint as close as possible by keeping the leg length in the height direction of the joint low or increasing the distance between the scallops.
Thus, it is important to keep the leg length in the height direction of the connecting portion as low as possible. As long as the width of the unwelded portion is 0.94 times or less the thickness of the web, the width of the unwelded portion has little effect on the equivalent plastic strain of the scalloped bottom, but it is desirable to reduce the width of the unwelded portion.
以上、本発明の実施形態および実施例について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態および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変更等も含まれる。 As described above, the embodiments and examples of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments and examples. etc. are also included.
1 梁(溶接組立H形断面梁)
1a 軸端部
10 ウェブ
20 フランジ
30 連結部
30a 不溶着部
60、60A、60B、60C スカラップ
60a 第一の開口端
60b 第二の開口端
61 第一の開口縁部
62 第二の開口縁部
63 第三の開口縁部
71 第一の円弧部
72 第二の円弧部
73 第一の直線部(直線部)
R1 第一の円弧部の曲率半径
R2 第二の円弧部の曲率半径
Srh スカラップの高さ寸法
100 梁端接合部
110 柱(溶接組立H形断面梁)
200 H形断面梁の端部接続構造
1 beam (welded assembled H-shaped cross-section beam)
1a
R1 Curvature radius of the first circular arc portion R2 Curvature radius of the second circular arc portion S Rh
End connection structure of 200 H-section beam
Claims (7)
前記ウェブのウェブ幅方向の端部にスカラップが設けられており、
前記スカラップは、
前記上下一対のフランジのうちの下フランジ側に位置する第一の開口端と、
前記第一の開口端と相反する側に位置する第二の開口端と、
前記第一の開口端から、前記ウェブの端部から離れる向きに延びる第一の開口縁部と、
前記第二の開口端から、前記ウェブの端部から離れる向きに延びる第二の開口縁部と、
前記第一の開口縁部と前記第二の開口縁部とを接続する第三の開口縁部とを有し、
前記第一の開口縁部は、前記ウェブと前記下フランジとが交差する部分に設けられた前記連結部における前記ウェブ側の止端部と交差するように、円弧状に形成され、前記第一の開口端側の一端で、その接線が前記下フランジの内側の面と平行となる第一の円弧部を有し、
前記第三の開口縁部は、前記第一の開口縁部と前記第二の開口縁部とを接続する円弧状に形成された第二の円弧部を有し、
前記第一の円弧部の曲率半径が前記第二の円弧部の曲率半径より大きいことを特徴とする溶接組立H形断面梁。 A welded assembled H-section beam comprising a web, a pair of upper and lower flanges provided at both ends of the web in the web width direction, and a connecting portion for joining the web and the pair of upper and lower flanges by welding, ,
A scallop is provided at an end of the web in the web width direction,
The scallops are
a first open end located on the lower flange side of the pair of upper and lower flanges;
a second open end located on a side opposite to the first open end;
a first open edge extending from the first open end away from the end of the web;
a second open edge extending from the second open end and away from the end of the web;
a third opening edge connecting the first opening edge and the second opening edge;
The first opening edge is formed in an arc shape so as to intersect with a toe on the web side of the connecting portion provided at a portion where the web and the lower flange intersect. has a first arc portion at one end on the open end side of the lower flange, the tangent of which is parallel to the inner surface of the lower flange;
The third opening edge has a second circular arc portion formed in an arc shape connecting the first opening edge and the second opening edge,
The weld assembled H-section beam, wherein the radius of curvature of the first arc portion is greater than the radius of curvature of the second arc portion.
一対の前記連結部の間に不溶着部を有し、前記不溶着部の幅をウェブ板厚の0.94倍以下とし、前記スカラップの前記第一の開口端が前記下フランジの内面よりウェブ側に寄せた位置の前記連結部および前記ウェブの表面にあることを特徴とする請求項1に記載の溶接組立H形断面梁。 A pair of the connecting portions are provided with the web sandwiched in the thickness direction thereof,
An unwelded portion is provided between the pair of connecting portions, the width of the unwelded portion is 0.94 times or less the thickness of the web plate, and the first open end of the scallop extends from the inner surface of the lower flange to the web. 2. A welded assembled H-section beam according to claim 1, on the surface of said joint and said web in a lateral position.
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