JPH03197751A - 曲げ塑性変形能の高い形鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は主として土木、建築等で使用されるＩ形鋼また
はＨ形鋼の断面形状に関するものである。

（従来の技術） 大スパン構造に使用される形鋼は、曲げモーメントに対
する耐力と剛性が確保され、かつ軽量でなくてはならな
い。このためウェブ、フランジとも幅の割に板厚の薄い
、すなわち幅厚比の大きい断面形状のＨ形鋼が多く使用
される。

フランジ幅の割にスパンの大きい形鋼では、曲げによる
変形の増大とともに荷重方向に直角の方向にも変形して
くる現象、すなわち横挫屈（横倒れ挫屈）現象が起こる
ことがある。横挫屈を防ぐためにＪＩＳではＨ形鋼の幅
厚比を制限している。

一方、近年塑性設計法の進歩が目覚ましく、従来の許容
応力度設計に比べて設計が簡単で合理的であり、鋼材の
節約にもなることから欧米、カナダでは建築物のほとん
どが塑性設計法によっている。許容応力度設計は、設計
荷重に対して弾性応力分布を求め、その応力度のうち最
大のものが許容応力度を越えないように部材の寸法を決
める方法である。これに対し、塑性設計法では、設計荷
重に荷重係数（安全率）を乗じた終局荷重を設定し、構
造物の主要部材が崩壊する荷重（崩壊荷重）より終局荷
重の方がド回るように部材設計する方法である。

（発明が解決しようとする課題） 塑性設計法では部材が塑性変形する荷重を基本としてい
るため、部材が充分な塑性変形能を持っていることが前
提であり、重要である。ことに、耐層設計では塑性変形
能の確保が重要である。

殻に鋼材には歪み硬化現象があるので、その材料の降伏
点と形鋼断面形状とから決まる全塑性モーメントよりも
さらに大きなモーメントまで部材は耐えることができる
。どれほどのモーメントまで、あるいはどれほどの変形
まで耐えるかは材料の機械的性質と断面形状による。塑
性設計法を適用する場合、挫屈せずに充分変形するため
にはフランジの幅厚比をさらに制限する必要がある。そ
のため、ＪＩＳでは弾性設計では使用できても塑性設計
では使用できない断面寸法の形鋼を幾種類か指定してい
る。

本発明は、曲げ塑性変形能の商い形鋼を提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、フランジおよびウェブからなる■形鋼または
Ｈ形鋼において、フランジの幅中央部の板厚より幅端部
の板厚を増加させたことを特徴とする曲げ塑性変形能の
商い形鋼である。

（作用） 第３図は従来の一般的Ｈ形鋼の断面形状の例を示す。こ
の形状で、降伏点３８．０ｋｇ／Ｉ２、引張強さ５３．
０に、／−一２、伸び２４．０％（ＪＩＳ−ＩＡ試験片
）の機械的性質を持ち、断面寸法は）（Ｘ　Ｂ　Ｘ　ｔ
ＩＸ　ｔｚＸ　Ｒ＝２５０Ｘ　２５５Ｘ　１４Ｘ　１４
Ｘ　１６　（−ｍ）　ノＨ形鋼にライて、支点間距離３
．Ｏｎ、中央集中背型で３点曲げ試験を行ったときの荷
重と荷重点変位との関係を第４図の曲線Ｂに示す。Ｈ形
鋼の荷重点直下、すなわち支点間中央には補剛材を溶接
して取り付け、局部的変形を拘束している。この形鋼は
断面積１０５ｃｍ２、強輸回りの断面二次モーメン）Ｉ
ｘは１１５００ｃｍ’塑性断面係数Ｚ×は１０４０ｃ輸
３、全塑性モーメントＭ、は３９．５ｔｏｎ−鶴、ＭＰ
に対応する回転変形角Φ８は０．００８２である。

試験中の形鋼の変形挙動を観察すると、形鋼の全塑性モ
ーメンＦ　Ｍ　ｐに至るまで、すなわちＭ／Ｍ、＝１．
０＊では形鋼の断面形状に変化はないが、Ｍ、を過ぎて
さらにモーメントが増大しムＦに至ると支点間中央付近
の圧縮側フランジが局部的に挫屈し始めるのが観察され
、さらにモーメントが増大してムＷに至るとウェブも局
部挫屈し、まもなく最大モーメン）　Ｍｍａｘに達し、
その後、試験体の変形とともにモーメントが減少してい
く。

全塑性モーメン）Ｍｐ＋、、：対応する回転角をΦ８、
モーメントが最大値Ｍ鴫ａｘから減少して再びＭＰにな
ったときの変位をΦＦとすると、ΦＦとΦＰとの比は部
材の塑性変形能を表している。（ΦＦ−Φ、）／Φ、は
塑性率と呼ばれ、部材の耐展性の尺度となる。

以上は実験結果の一例であるが、数多くの試験体の変形
挙動を観察してみると、すべて■フランジの局部挫屈、
■ツェプの局部挫屈、■最大モーメントに到達、の順と
なることが分かった。フランジが局部挫屈したときの荷
重点付近（はぼ０．５Ｌ付近）の変形状況の例を第５図
に構成的に示す。

フランジの挫屈は圧縮応力１１１（第５図では上側）の
幅方向端部（自由＊）から波打つように発生し、モーメ
ントの増大とともに幅中央方向（ウェブ方向）と長手方
向に進展してい（のが観察された。

ウェブが挫屈するモーメントムＷと最大モーメン）Ｍｍ
ａｘとの差は非常に小さかった。

ウェブの局部挫屈と最＾荷重点との前後関係には形鋼の
材質も関係する。ウェブの局部挫屈による曲げ剛性の低
下は荷重の低下を意味するが、−方、形鋼が変形ととも
に変形抵抗が増大するすなわち歪み峡化特性が大きい材
質の場合は、局部挫屈が始まってもなお若干背型が増大
する。逆に歪み硬化特性の小さい材質の形鋼では、局部
挫屈が発生するとほとんど同時に荷重は低下し始める。

しかし、いずれの場合もフランジより先にウェブが挫屈
し始めたり、フランジが挫屈しな−１まま背型低下が起
こることはなかった。

したがって、フランジの局部挫屈を抑制すればウェブの
局部挫屈と最大モーメントに至るまでの変形を増大させ
ることができ、部材の塑性率を増大し、＠展性を増大さ
せることができる。本発明はフランジの幅中央部の板厚
より幅端部の板厚を増加させることにより局部挫屈の発
生を抑制し、部材の塑性率を増大し、耐震性を増大させ
るものである。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示し、フランジ１の幅方向端
部の板厚ｔ３は７ランジ中央部の板厚ｔ２より大さくな
っている。この例ではｔ２からｔ３までは直線的に増加
させている。実施例としてｔ、をｔ２よす２０％増加さ
せたＨ形鋼、ＨＸ　Ｂ　Ｘ　ｔ＋Ｘ　ｔｚＸ　ｔｓＸＲ
−２５０Ｘ　２５５Ｘ　１４Ｘ　１４Ｘ　１６．８Ｘ　
１６（ａｓ）にライて３点曲げ試験を行った結果を１４
図の曲線Ａに示す。

実施例の形鋼は、曲線Ｂに示した従来形鋼に比べて形鋼
断面の形状が異なるほかは、材質、試験体長さなどすべ
て同等であり、断面積１１１ｃｍ”　　Ｉｘ１２３００
ｃｍ’、Ｚｘ１１１４ｃｍ’、Ｍｐ４２．３ｔｏｎ−ｍ
、Φ、０．００８８である。

第４図の曲線Ａは７ランジの幅方向端部を中央部よりわ
ずか２０％、すなわち２．８論霞増加させた例を示して
おり、これにより断面積はわずか５．６％、ＺＰは７％
増加しただけであるが、７ランジが局部挫屈を開始する
モーメントＦはムＦに比べ上昇している。さらに、これ
らのモーメントに対応する回転角Φは大きく増大して一
′する。この効果として、曲線Ａと曲線Ｂとを比較する
と、最大モーメントはそれほど大きな差は認められない
が、回転変形はＩ［＃な増大を示すことが分かる。モー
メントが減少して再びＭ／ＭＰ＝　１になるまでの変形
ΦＦ／ΦＰを比べてみると、曲線Ａでは曲＃ＩＢより実
に４０％増大している。これは、本発明を適用したＨ形
鋼は塑性設計用として使用したとき、塑性率が商く、す
なわち大変形に耐えることができ、耐震設計には極めて
有用であることを示している。

この実施例ではＪＩＳに定められた従来形鋼の寸法を基
本にしてフランジの幅方向端部の板厚をｍＪｌｌに増加
させた例を示したが、そのほかに種々の応用が考えられ
る。フランジの幅方向端部を増厚すると共に中央部を滅
厚して、全体として断面積を従来形鋼に合わせたＨ形鋼
も可能である。

この場合、塑性変形の増大は上記実施例はどは望めない
が、形鋼の単位重量を変えないという利点がある。また
、フランジの幅方向中央から幅方向端部に向かって直線
的に板厚を増加させるのではなく、第２図に示すように
単にフランジの幅方向端部をａだけ部分的に増加させた
Ｈ形鋼も同様に有効である。

（発明の効果） 本発明はＩ形鋼またはＨ形鋼において、フランジの幅中
央部より幅端部の板厚を増加させることにより、重量増
加は少なくして曲げ塑性変形能を大幅に向上させたもの
であって、耐震構造用として適用した場合、極めて有用
である。

【図面の簡単な説明】

ｓｉ図および第２図は本発明のＨ形鋼の例を示す断面図
、 第３図は従来のＨ形鋼の断面図、 １４図は本発明および従来型のＨ形鋼の曲げ試験結果の
例を示す図、 第５図は従来型のＨ形鋼の自げ試験における７ランジ局
部挫屈近傍の模式図である。 １・・・フランジ、２・・・ウェブ、３・・・補剛材、
４・・・フランジの局部挫屈部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）フランジおよびウェブからなるＩ形鋼またはＨ形
   鋼において、フランジの幅中央部の板厚より幅端部の板
   厚を増加させたことを特徴とする曲げ塑性変形能の高い
   形鋼。