JPH04269249A

JPH04269249A - ハイブリッド形鋼

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Publication number: JPH04269249A
Application number: JP2857891A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Suzuki; 敏郎鈴木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-02-22
Filing date: 1991-02-22
Publication date: 1992-09-25
Anticipated expiration: 2010-07-26
Also published as: JPH0768738B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は建築、土木構造物等に用
いられるＨ形鋼、溝形鋼等について、ウェブ部分とフラ
ンジ部分を異なる材質で構成したハイブリッド形鋼に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ハイブリッドビームまたはハイブ
リッド形鋼として、フランジを高張力鋼、ウェブを軟鋼
としたものが知られている。この従来のハイブリッド形
鋼の特徴は、高張力鋼を用いてフランジ部の曲げ強度を
上げつつ、せん断力に関し余裕があるウェブを軟鋼とす
ることにより、高張力鋼のみの場合に比べ経済性を向上
させた点にある。

【０００３】この従来のハイブリッド形鋼は曲げを受け
た場合、まずウェブのフランジ付近から降伏が始まり、
さらに荷重を増すとウェブの降伏範囲が広がり、フラン
ジも降伏を起こして最大耐力に達する。

【０００４】一方、塑性変形性能の向上を図ったものと
しては、低降伏点−高張力鋼といったいわゆる高性能鋼
の開発が進行している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のハイブリッド形
鋼は曲げ剛性に対する寄与の大きいフランジの降伏点を
上げているが、フランジが降伏した後、徐々に耐力が低
下し部材の持つ塑性変形性能をあまり有効利用すること
ができない。また、フランジ部が高張力鋼であることか
ら、現場溶接が行い難い等の問題がある。

【０００６】一方、低降伏点−高張力鋼は降伏後の塑性
変形時においても、耐力の２次上昇勾配があるため部材
の持つ塑性変形性能を構造物等の設計に有効利用するこ
とができるという利点がある反面、高価であるという問
題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のハイブリッド形
鋼はＨ形鋼や溝形鋼等、ウェブおよびフランジを有する
形鋼において、従来のハイブリッド形鋼と逆にウェブの
鋼材としてフランジの鋼材より降伏点の大きな鋼を用い
、部材の持つ塑性変形性能を有効利用できるようにした
ものである。

【０００８】上記構造の最も簡単なものはウェブを高張
力鋼、前記フランジを軟鋼とした構造である。

【０００９】また、上記機能を持たせたハイブリッド形
鋼を簡単に製造するためには、例えば既成品の軟鋼から
なるＨ形鋼のウェブに高張力鋼の板を重ね合わせ、溶接
等で固定したり、軟鋼からなる２つの溝形鋼のウェブ部
分を背中合わせにし、間に高張力鋼の板を挟み込んで固
定するもの等が考えられる。

【００１０】なお、価格や入手の容易さを考えた場合、
軟鋼としては例えば引張強度が４０ｋｇ／ｍｍ２〜５０
ｋｇ／ｍｍ２またはその前後の鋼材、高張力鋼は６０ｋ
ｇ／ｍｍ２前後およびそれ以上の鋼材といったものが適
当と考えられるが、本発明ではこのようなものに限定さ
れない。すなわち、後述する作用を得るためのウェブと
フランジの組み合わせは相対的なものであり、例えば軟
鋼どうしあるいは高張力鋼どうしで降伏点の異なるもの
を組み合わせることも考えられ、また高強度の特殊鋼材
（例えば鉄とセラミックスの合成鋼材等）、その他の新
素材を用いることも考えられる。

【００１１】

【作用】本発明のハイブリッド形鋼は、その性質におい
て以下のような特徴を有する。

【００１２】■　　フランジ降伏後、ウェブが同時に塑
性化していく通常の形鋼と異なり、いまだ弾性範囲内に
あるウェブのフランジ局部変形に対する拘束が期待でき
るため、フランジ部の塑性化後も構造部材として安定し
ている。

【００１３】■　　特に、弾塑性近傍での繰り返し変形
に対し、安定的に挙動する。

【００１４】■　　構造部材としての曲げ剛性に対する
寄与が高いフランジが先に降伏し、曲げ剛性に対する寄
与が低いウェブがいまだ弾性であることから、フランジ
降伏後の２次上昇勾配がある。

【００１５】■　　特に、柱においてＰδ効果による耐
力劣化がやむを得ない場合には、部材が降伏し始める近
傍で耐力が低下しないように２次勾配を考えることがで
きる。

【００１６】■　　フランジを軟鋼、ウェブを高張力鋼
とした場合、仕口や接合部の現場溶接等施工が容易であ
る。

【００１７】

【実施例】以下、図示した実施例について説明する。

【００１８】図１は本発明の一実施例として、軟鋼のフ
ランジ板に高張力鋼のウェブ板を溶接したＨ形鋼を示し
たものである。すなわち、ウェブ１の材質と上下のフラ
ンジ２の材質が、従来のハイブリッド形鋼と逆の関係に
なっている。なお、図中、軟鋼と区別するため、高張力
鋼部分をハッチングを用いて表現している（以下の図に
おいても同様）。

【００１９】図２は上下のフランジ２に軟鋼のカットテ
ィーを用い、これに高張力鋼の板をウェブ１として溶接
した場合の実施例を示したものである。

【００２０】図３は軟鋼のＨ形鋼のウェブ１ａに両側か
ら高張力鋼板１ｂを当てて、ハイブリッド形鋼を構成し
た場合の実施例を示したものである。溶接の他、高力ボ
ルトで止めることもできる。

【００２１】図４はさらに他の実施例として軟鋼の溝形
鋼４を２本背中合わせにし、内部に高張力鋼板５を挟み
込んでハイブリッド形鋼を構成したものである。

【００２２】図３、図４の構造の場合、溶接接合、ボル
ト接合の他、圧延の途中に圧密し、一体化する方法も考
えられる。

【００２３】また、以上はＨ形鋼への適用例であるが、
溝形鋼等の場合も同様にフランジ部分を軟鋼、ウェブ部
分を高張力鋼、あるいは軟鋼の溝形鋼のウェブに高張力
鋼を重ね合わせることにより、本発明のハイブリッド形
鋼を形成することができる。この他、Ｔ形鋼等、ウェブ
とフランジからなる種々の形状の形鋼に適用することが
できる。また、ウェブまたはフランジに縞状の突起を形
成するなど、特殊な形状としたもの、あるいは特殊な加
工を施したものにも適用可能である。

【００２４】また、弱軸方向については、スティフナー
等を設けることにより、剛性を増して対処することがで
きる。

【００２５】図５は本発明のハイブリッド形鋼を構造部
材として用いた場合の柱はり接合部の一例を示したもの
である。

【００２６】柱はり接合部における接合方法は特に限定
されるものではないが、フランジ２が軟鋼であるため、
図５に示すような形、あるいは接合金物等を用いた形で
の現場溶接を従来の一般のＨ形鋼と同様に行うことがで
きる。すなわち、実線で示した部材（柱１１）を管理さ
れた工場等であらかじめ作っておけば、破線で示す部材
（はり１２）との現場での溶接接合は軟鋼どうしとなり
、高張力鋼や特殊鋼等における溶接性の問題を避けるこ
とができる。

【００２７】図６は本発明のハイブリッド形鋼の力学挙
動および効果を確認するためのはり実験の実験方法およ
びその結果を示したものである。

【００２８】はり断面は（ａ）　に示すＨ−１５０×１
５０×６×９（高さ１５０ｍｍ、フランジ幅１５０ｍｍ
、ウェブ厚６ｍｍ、フランジ厚９ｍｍ）とした。

【００２９】用いた鋼板は、以下の４種類である。ＳＳ４１、厚さ６ｍｍ　　……　　σｙ　＝３．４７ｔ
／ｃｍＳＳ４１、厚さ９ｍｍ　　……　　σｙ　＝２．
９７ｔ／ｃｍＳＭ５８、厚さ６ｍｍ　　……　　σｙ　
＝５．１９ｔ／ｃｍＳＭ５８、厚さ９ｍｍ　　……　　
σｙ　＝５．３６ｔ／ｃｍ（ｂ）　において、Ｍは中央
のモーメント、θは変形角であり、降伏モーメントＭｙ
　、降伏変形角θｙ　で割って無次元化している。

【００３０】（ｃ）　のグラフ中、実線はフランジがＳ
Ｓ４１の場合であり、■はウェブがＳＭ５８、■はウェ
ブがＳＳ４１の場合である。両者の耐力にはあまり差が
ないが、本発明のハイブリッド形鋼に相当する■の方が
、通常の形鋼である■に比べ大変形時の耐力劣化は緩や
かである。

【００３１】（ｃ）　のグラフ中、破線はフランジがＳ
Ｍ５８で、■はウェブがＳＭ５８、■はウェブがＳＳ４
１の場合である。従来のハイブリッド形鋼に相当する■
はウェブがフランジに比べ弱く、フランジ、ウェブとも
高張力鋼である■よりもさらに変形性能は低下する。

【００３２】図７は本発明のハイブリッド形鋼の力学挙
動および効果を確認するための柱実験の実験方法および
その結果を示したものである。

【００３３】柱断面は（ａ）　に示すＨ−１５０×１５
０×９×１２（高さ１５０ｍｍ、フランジ幅１５０ｍｍ
、ウェブ厚９ｍｍ、フランジ厚１２ｍｍ）で、せいＬを
１８００ｍｍとした。

【００３４】用いた鋼板は、以下の３種類である。ＳＳ４１、厚さ　　９ｍｍ　　……　　σｙ　＝２．８
６ｔ／ｃｍＳＳ４１、厚さ１２ｍｍ　　……　　σｙ　
＝２．７４ｔ／ｃｍＨＴ８０、厚さ　　９ｍｍ　　……
　　σｙ　＝８．４６ｔ／ｃｍ（ｂ）　において、Ｑは
柱端に作用する水平せん断力、δは柱頭の変形で、降伏
せん断力Ｑｙ　、降伏変形δｙ　で割って無次元化して
いる。

【００３５】（ｃ）　のグラフ中、実線はフランジがＳ
Ｓ４１で、ウェブがＨＴ８０のハイブリッド形鋼、破線
はフランジ、ウェブともにＳＳ４１の標準形鋼である。また、■は軸力Ｐ＝０の荷重変形曲線、■，■は軸力Ｐ
＝０．３Ｐｙ　、■，■はＰ＝０．４５Ｐｙ　の場合で
ある（ただし、Ｐｙ　は標準形鋼に対する降伏軸力であ
る）。

【００３６】ウェブを高張力鋼とするハイブリッド形鋼
では降伏後の剛性（２次勾配）が大きく、軸力と変形に
伴うＰδ効果による耐力劣化を防ぐことができる。

【００３７】ウェブを高張力鋼とすることで、最終的な
柱軸力の負担面積が小さくてすみ、標準形鋼が軸力の大
きさに応じ、■，■と耐力が低下するのに対し、本発明
のハイブリッド形鋼では■，■のごとく耐力劣化は少な
い。

【００３８】

【発明の効果】■　　本発明のハイブリッド形鋼では、
フランジ降伏後もいまだ弾性であるウェブのフランジ局
部変形に対する拘束が期待できるため、フランジ部の塑
性化後も安定し、特に弾塑性近傍での繰り返し変形に対
し安定的に挙動する。

【００３９】■　　フランジ降伏後の２次上昇勾配があ
るため、部材の持つ塑性変形性能を構造物等の設計に有
効利用することができる。

【００４０】■　　フランジを軟鋼とした場合、仕口や
接合部の現場溶接等施工が容易である。

【００４１】■　　ウェブを高張力鋼とした場合、高軸
力の負担が可能となり、高軸力を受ける柱では塑性曲げ
モーメントも大きく確保できる。

【００４２】■　　高軸力を受ける鋼構造柱、コンクリ
ート複合構造柱の鉄骨に適する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す正面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す正面図である。

【図３】本発明のさらに他の実施例を示す正面図である
。

【図４】本発明のさらに他の実施例を示す正面図である
。

【図５】本発明のハイブリッド形鋼を構造部材として用
いた場合の柱はり接合部の一例を示す立面図である。

【図６】本発明のハイブリッド形鋼の力学挙動および効
果を確認するためのはり実験の実験方法およびその結果
を示した図である。

【図７】本発明のハイブリッド形鋼の力学挙動および効
果を確認するための柱実験の実験方法およびその結果を
示した図である。

【符号の説明】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　ウェブおよびフランジを有する形鋼に
おいて、前記ウェブに前記フランジより降伏点の大きな
鋼を用いたことを特徴とするハイブリッド形鋼。
【請求項２】　　請求項１記載のハイブリッド形鋼にお
いて、前記ウェブを高張力鋼、前記フランジを軟鋼とし
たことを特徴とするハイブリッド形鋼。
【請求項３】　　請求項１記載のハイブリッド形鋼にお
いて、前記ウェブを軟鋼と高張力鋼を重ね合わせた構造
とし、前記フランジを軟鋼としたことを特徴とするハイ
ブリッド形鋼。