JPH07324382A

JPH07324382A - 鋼管コンクリート柱・梁接合部の耐力評価方法

Info

Publication number: JPH07324382A
Application number: JP11843294A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ueda; 博之上田; Teruo Segawa; 輝夫瀬川; Tatsuo Okamoto; 達雄岡本; Naoto Shimono; 直人下野; Mamoru Kimura; 衛木村; Yasuo Higashihata; 泰夫東端; Hidehiko Ota; 秀彦太田; Kimisuke Tagano; 公甫多賀野; Teruo Hamazuka; 輝雄濱塚
Original assignee: Kubota Corp; Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Kubota Corp; Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1995-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】鋼管コンクリート柱の仕口部の耐力を適正に
評価できて仕口部管厚を小さくすることができる鋼管コ
ンクリート柱の仕口部耐力評価方法を提供する。【構成】鋼管１にコンクリート２を充填するととも
に、前記鋼管１のうち鉄骨梁２と接合する仕口部１Ａの
全長にわたる厚肉化によりその仕口部１Ａを補剛した構
造の鋼管コンクリート柱Ｃに鉄骨梁Ｂを接合させてある
鋼管コンクリート柱・梁接合部において、その耐力を評
価するに、鉄骨梁Ｂのうち引っ張り側のフランジＢＦが
鋼管コンクリート柱１の仕口部１Ａから抜け出すことで
仕口部１Ａが破壊する抜け出し破壊荷重を算定し、その
算定した抜け出し破壊荷重を極限耐力として評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼管にコンクリートを
充填するとともに、前記鋼管のうち鉄骨梁と接合する仕
口部の厚肉化によりその仕口部を補剛した構造の鋼管コ
ンクリート柱に鉄骨梁を接合させてある鋼管コンクリー
ト柱・梁接合部の耐力を評価する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のように鋼管コンクリート柱の鋼管
として、仕口部の補剛を厚肉化により行っている形式の
鋼管（厚肉化補剛式鋼管）を用いる鋼管コンクリート柱
・梁接合部によるときは、例えば、鋼管コンクリート柱
の鋼管として、仕口部の外周面にダイアフラムを配置し
てその仕口部を補剛した形式の鋼管（ダイアフラム補剛
式鋼管）を用いる鋼管コンクリート柱・梁接合部に比較
して、一つの仕口部に接合させる複数の鉄骨梁の梁成が
相互に相違する場合であっても接合部の構造を輻輳化さ
せることがないという利点を有する。

【０００３】すなわち、ダイアフラム補剛式鋼管を用い
る鋼管コンクリート柱・梁接合部では、一つの接合部に
接合させる複数の鉄骨梁の梁成が相互に相違する場合、
各鉄骨梁の上部フランジに対するダイアフラムは鉄骨梁
間で共用できて一つで済むものの、下部フランジに対す
るダイアフラムは各鉄骨梁毎に設置する必要があって、
仕口部から数多くのダイアフラムが突出することにな
り、接合部の構造が輻輳化する。これに対して本発明が
対象とする厚肉化補剛式鋼管を用いる鋼管コンクリート
柱・梁接合部によれば、仕口部が全長において等厚でい
ずれの箇所にもダイアフラムを用いることなく鉄骨梁を
接合させることができるから、そのようなことがない。

【０００４】そのような利点を有する厚肉化補剛式鋼管
使用の鋼管コンクリート柱・梁接合部の耐力を評価する
に、従来では、以前からあったダイアフラム補剛式鋼管
を用いる鋼管コンクリート柱・梁接合部の耐力評価手法
を使用していた。

【０００５】前記のダイアフラム補剛式鋼管を用いる鋼
管コンクリート柱・梁接合部の耐力評価手法は、鉄骨梁
の上下のフランジに接合するダイアフラムが鉄骨梁のフ
ランジから圧縮力及び引っ張り力を受け、その圧縮力及
び引っ張り力の増大に伴って引っ張り側のダイアフラム
と管壁の一部からなるＴ形断面の変形が著しく大きくな
ることで破壊するため、その仕口部の著しい局部変形を
発生させる荷重を算定し、その算定荷重を鋼管コンクリ
ート柱・梁接合部の極限耐力として評価するものであ
る。前記算定荷重は、ダイアフラムの成（ダイアフラム
の鋼管外周面からの突出量）を算定要素の一つとして算
定される。

【０００６】そして、従来では、その算定式を代用し
て、その算定式のダイアフラムの成を０とすることによ
り、厚肉化補剛式鋼管を使用した鋼管コンクリート柱・
梁接合部の耐力を算定して評価する方法を採用してい
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の技
術によるときは、鋼管コンクリート柱・梁接合部の耐力
評価方法であっても、あくまでも、ダイアフラム補剛式
鋼管を用いた鋼管コンクリート柱・梁接合部を対象とし
て勘案された評価方法であって、ダイアフラムが設置さ
れていることが評価の前提であるから、ダイアフラムを
持たない厚肉化補剛式鋼管を用いた鋼管コンクリート柱
・梁接合部に適用した場合には、仕口部が補剛されてい
るにかかわらず、補剛されていないものとして評価して
しまい易く、本発明者が行った後述の実験から明らかな
ように、耐力を過小評価する傾向にあった。このように
耐力を過小評価することは、所定の耐力を得る場合、必
要以上に仕口部管厚を大きくすることになって不経済で
ある。

【０００８】本発明の目的は、厚肉化補剛式鋼管を用い
た鋼管コンクリート柱・梁接合部の耐力を適正に評価で
きて鋼管コンクリート柱の仕口部の管厚を小さくするこ
とができる鋼管コンクリート柱・梁接合部耐力評価方法
を提供する点にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
第１発明による鋼管コンクリート柱・梁接合部の耐力評
価方法は、鋼管にコンクリートを充填するとともに、前
記鋼管のうち鉄骨梁と接合する仕口部の全長にわたる厚
肉化によりその仕口部を補剛した構造の鋼管コンクリー
ト柱に鉄骨梁を接合させてある鋼管コンクリート柱・梁
接合部の耐力を評価対象とする方法であって、その特徴
は、耐力を評価するに、鉄骨梁のうち引っ張り側のフラ
ンジが鋼管コンクリート柱の仕口部から抜け出すことで
仕口部が破壊する抜け出し破壊荷重Ｐｍａｘを算定し、
その算定した抜け出し破壊荷重Ｐｍａｘを極限耐力とし
て評価する点にある。

【００１０】本発明の請求項２に係る第２発明による鋼
管コンクリート柱・梁接合部の耐力評価方法の特徴は、
上記第１発明において、前記鋼管の剪断降伏耐力Ｆｓと
仕口部の管厚ｔｐと鉄骨梁Ｂの引っ張り側のフランジの
周長φｆとから下記の算定式（１）に基づいて前記抜け
出し破壊荷重Ｐｍａｘを算定する点にある。Ｐｍａｘ＝Ｆｓ×ｔｐ×φｆ………（１）

【００１１】

【作用】本発明者は、研究及び実験を重ねた結果、鋼管
コンクリート柱では、仕口部の充填コンクリートの抵抗
により、鉄骨梁のフランジを介して仕口部に作用する圧
縮力に起因した仕口部の局部変形はもちろん、仕口部に
作用する引っ張り力による仕口部の局部変形も著しく大
きくならず、その結果、仕口部の局部変形ではなく、鉄
骨梁の引っ張り側フランジが仕口部から抜け出すことに
よる破壊（抜け出し破壊）により接合部の耐力が決定さ
れることを知見した。詳述すると、柱の耐力を増大させ
るために鋼管にコンクリートを充填した構造とした鋼管
コンクリート柱では、充填したコンクリートが耐圧縮性
に優れ、その耐圧縮性に優れた充填コンクリートが鉄骨
梁の圧縮側フランジによる仕口部の局部変形に抵抗し、
また、引っ張り側フランジによる仕口部の局部変形にも
抵抗することにより、鉄骨梁の引っ張り側フランジによ
る仕口部の抜け出し破壊が前記圧縮及び引っ張りによる
仕口部の局部変形に先行する。そして、第１発明は上記
の知見に基づく方法であって、仕口部の抜け出し破壊荷
重に基づいて接合部の耐力を評価するから、耐力の評価
に仕口部の管厚、つまりは仕口部の厚肉化による補剛を
加味していることになり、その結果、ダイアフラム補剛
式鋼管を用いる鋼管コンクリート柱・梁接合部の耐力評
価方法を代用して評価する従来の場合に比較して、その
耐力を過小評価することがなく、かつ、そのことが後述
の実験から明らかとなった。

【００１２】特に第２発明によるときは、抜け出し破壊
荷重を簡単に算定できるから、評価を迅速に行える。

【００１３】

【発明の効果】従って本発明によれば、柱の軸圧縮力を
増大するために鋼管にコンクリートを充填したことを有
効利用して、従来のダイアフラム補剛式鋼管を用いる鋼
管コンクリート柱・梁接合部の耐力評価方法を代用する
場合よりも、鋼管柱の仕口部が厚肉化で補剛されている
ことを評価に加味できることで鋼管コンクリート柱・梁
接合部の耐力を適正に評価できて、仕口部の管厚を小さ
くでき、その結果、鋼管コンクリート柱の経済的な設計
を行うことができる鋼管コンクリート柱・梁接合部の耐
力評価方法を提供できるようになった。

【００１４】特に請求項２記載のようにすれば、評価を
迅速に行えて、鋼管コンクリート柱の設計を迅速に行う
ことができる。

【００１５】

【実施例】図１、図２に示すように、鋼管コンクリート
柱・梁接合部は、鋼管コンクリート柱Ｃに鉄骨梁Ｂを接
合させて構成されている。

【００１６】前記鋼管コンクリート柱Ｃは、鋼管１にコ
ンクリート２を充填した構造のものである。

【００１７】前記鋼管１は、遠心力鋳鋼管であり、この
鋼管１のうち、上下のフランジＢＦをウエブＢＷで連結
固着した構造のＨ型鋼利用の鉄骨梁Ｂを接合するための
仕口部１Ａは補剛されている。その補剛手段は、仕口部
１Ａのみをその上下方向の全長にわたって厚肉化する手
段であって、厚肉化手段は、仕口部１Ａの内径をその仕
口部１Ａの上下に連なる連接部１Ｂの内径と等しくした
状態で仕口部１Ａの外径Ｄｐを連接部１Ｂの外径Ｄより
も大きくして仕口部１Ａの管厚ｔｐを連接部１Ｂの管厚
ｔよりも大にする手段である。つまり、鋼管コンクリー
ト柱Ｃは、軸部断面が一定のものである。前記仕口部１
Ａと連接部１Ｂとの段部には、そこに応力集中が発生す
ることを防止するように漸次管厚を変化させるアール部
形状に構成されている。また、鉄骨梁ＢのウエブＢＷの
うち仕口部１Ａに固着する端部の上下両端部分には、ス
カラップＢａが形成されている。このスカラップＢａは
なくても良い。

【００１８】そして、この鋼管コンクリート柱・梁接合
部の耐力を評価するに、鉄骨梁Ｂのうち引っ張り側のフ
ランジＢＦが仕口部１Ａから抜け出すことで仕口部１Ａ
が破壊する抜け出し破壊荷重Ｐｍａｘを算定し、その算
定した抜け出し破壊荷重Ｐｍａｘを極限荷重（最大荷
重）として評価する。

【００１９】前記抜け出し破壊荷重Ｐｍａｘを算定する
に、鋼管１の剪断降伏耐力Ｆｓと仕口部１Ａの管厚ｔｐ
と鉄骨梁Ｂの引っ張り側のフランジＢＦの周長φｆとか
ら下記の評価式（１）に基づいて算定する。

【００２０】Ｐｍａｘ＝Ｆｓ×ｔｐ×φｆ………（１）

【００２１】要するに、本発明の耐力の評価方法は、本
発明対象の鋼管コンクリート柱・梁接合部では、鋼管１
内に充填したコンクリート２により、圧縮側フランジに
よる仕口部の局部変形が抑制されて引っ張り側フランジ
の仕口部からの抜け出しによる抜け出し破壊が圧縮側フ
ランジによる仕口部の局部変形よりも先行することに着
目して勘案された方法であって、ダイアフラム補剛式の
鋼管コンクリート柱・梁接合部の耐力評価方法を代用し
て、仕口部の局部変形を招来する荷重を算定し、その算
定荷重を最大耐力として評価する場合に比較して、上記
実施例の耐力評価方法によれば、耐力評価に仕口部の管
厚を加味していることにより、接合部の耐力の過小評価
の度合いを小さくでき、その分、ダイアフラム補剛式の
鋼管コンクリート柱・梁接合部の耐力評価方法を代用す
る場合よりも仕口部１Ａの管厚ｔｐを小さくできる。

【００２２】〔実験例〕次に、上記本発明の鋼管コンク
リート柱・梁接合部の耐力評価方法によれば耐力を適正
に評価できることを確認するために本発明者が行った実
験を示す。

【００２３】〈試験体〉図８に示すように、試験体は、
実物の約二分の一の大きさの柱・梁接合部の十字型骨組
であり、鋼管コンクリート柱Ｃの仕口部１Ａの管厚ｔ
ｐ、鋼管コンクリート柱Ｃへの作用軸力Ｎ、載荷形式を
パラメータとして８体ＣＢ１〜ＣＢ８を設定した。鋼管
コンクリート柱Ｃの軸部及び鉄骨梁Ｂの断面は一定と
し、鋼管コンクリート柱Ｃの鋼管１には、ＪＩＳ規格が
ＳＭＫ４９０の遠心力鋳鋼管を用い、鉄骨梁Ｂには、Ｊ
ＩＳ規格がＳＭ４９０Ａの梁材料からなるものを用いる
とともに、鋼管１の仕口部１Ａが鉄骨梁Ｂよりも先行し
て崩壊するように十分な強度を与えた。各試験体ＣＢ１
〜ＣＢ８は横断面形状が円形のものである。鉄骨梁Ｂの
上下端から仕口部１Ａの上下端の出寸法Ｌｐはパラメー
タとなり得るが５０ｍｍ（一定）とした。

【００２４】各試験体の仕様の一覧を表１に示し、各試
験体における遠心力鋳鋼管の機械的性質の試験（２回行
った。）結果を表２に示し、各試験体における鉄骨梁の
梁材料、つまり、ウエブ及びフランジの機械的性質の試
験（２回行った。）結果を表３に示す。なお、鋼管１の
仕口部１Ａ及び連接部１Ｂの仕様のそれぞれは、外径Ｄ
ｐ×管厚ｔｐ、外径Ｄ×管厚ｔで示してあり、鉄骨梁Ｂ
の仕様は、梁成Ｈ×フランジ幅Ｂｆ×ウエブ厚ｔｗ×フ
ランジ厚ｔｆで示してある。

【００２５】〈加力装置〉載荷試験に用いる加力装置と
して、図３に示すものを用意した。加力装置の概要を説
明すると、加力装置は、試験体の鋼管コンクリート柱Ｃ
の下端を載荷する載荷台３と、試験体の鋼管コンクリー
ト柱Ｃの上端に荷重を掛ける１０００トン載荷試験機４
と、試験体を鉛直姿勢に保持するように試験体の鋼管コ
ンクリート柱Ｃのうち１６００ｍｍを隔てた上端近くと
下端近くとを拘束する反力ビーム５の群と、試験体の梁
Ｂの端部にロードセル６を介して荷重Ｑｂを載荷するオ
イルジャッキ７とからなる。

【００２６】〈加力形式〉試験体への加力（載荷）形式
としては、長期荷重状態を想定した鉛直載荷形式と、地
震荷重時を想定した水平載荷形式とを設定した。鉛直載
荷形式は、図４の（イ）に示すように、両鉄骨梁Ｂの端
部に荷重Ｑｂ１，Ｑｂ２を同方向に単調載荷する鉛直‐
単調載荷形式であり、水平載荷形式は、図４の（ロ）に
示すように、両鉄骨梁Ｂの端部に荷重Ｑｂを逆方向に繰
り返し載荷する水平‐繰返載荷形式である。そして、鋼
管コンクリート柱Ｃの最大耐力に対する比としての軸力
比として、０．０と０．３とを設定した。つまり、鋼管
コンクリート柱Ｃに対して最大耐力の３０％の軸力を作
用させる、或いは、軸力を作用させないかのいずれかに
設定した。試験体と加力形式との関係の一覧を表１に示
す。

【００２７】〈載荷試験〉鉛直載荷形式の載荷試験で
は、図４の（イ）に示すように、両梁端への荷重Ｑｂ
１，Ｑｂ２の単調載荷に伴う梁端部の上下方向の変形
（たわみ）量δｂ（δｂ ₁，δｂ₂）と仕口部１Ａの径
方向の変形量δｐ（δｐ₁，δｐ₂）とをダイヤルゲー
ジを用いて測定し、水平載荷形式の載荷試験では、図４
の（ロ）に示すように、両梁端への荷重Ｑｂの繰り返し
載荷に伴う鋼管コンクリート柱Ｃと鉄骨梁Ｂとの層間変
位角Ｒを測定した。

【００２８】〈評価対象耐力〉本発明評価方法の算定式
を用いて算定した算定耐力（抜け出し破壊荷重）と、記
述した従来技術のダイアフラム補剛式鋼管を用いた鋼管
コンクリート柱・梁接合部の評価方法の算定式を用いて
ダイアフラムの成を０として算定した旧算定耐力とを設
定した。

【００２９】〈結果〉算定耐力及び旧算定耐力、実験値
の一覧を表４に示す。なお、いずれの耐力も梁端荷重に
換算したものである。

【００３０】また、各試験体ＣＢ１〜ＣＢ４及びＣＢ７
に対する鉛直載荷試験における両梁端部の荷重Ｑｂ（Ｑ
ｂ１，Ｑｂ２）とたわみδｂ（δｂ１，δｂ２）及びδ
ｐ（δｐ１，δｐ２）との関係の測定結果及び算定耐
力、旧算定耐力をそれぞれ図５〜図９に示す。詳述する
と、図５の（イ）（ロ）に試験体ＣＢ１の測定結果及び
算定耐力、旧算定耐力を示し、図６の（イ）（ロ）に試
験体ＣＢ２の測定結果及び算定耐力、旧算定耐力を示
し、図７の（イ）（ロ）に試験体ＣＢ３の測定結果及び
算定耐力、旧算定耐力を示し、図８の（イ）（ロ）に試
験体ＣＢ４の測定結果及び算定耐力、旧算定耐力を示
し、図９の（イ）（ロ）に試験体ＣＢ７の測定結果及び
算定耐力、旧算定耐力を示す。

【００３１】他方、試験体ＣＢ５、ＣＢ６、ＣＢ８に対
する水平載荷試験における繰り返し荷重Ｑｂと層間変位
角Ｒとの関係の測定結果及び算定耐力をそれぞれ図１０
〜図１２に示す。詳述すると、図１０の（イ）（ロ）に
試験体ＣＢ５の測定結果及び算定耐力を示し、図１１の
（イ）（ロ）に試験体ＣＢ６の測定結果及び算定耐力を
示し、図１２の（イ）（ロ）に試験体ＣＢ８の測定結果
及び算定耐力を示す。

【００３２】以上の結果から、本発明の算定耐力Ｐｍａ
ｘを鋼管コンクリート柱・梁接合部の耐力評価に用いる
ときは、旧算定耐力を用いる場合に比較して、過小評価
すること少なく適正に耐力を評価することができること
が判る。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】

【表４】

【００３７】〔別実施例〕上記実施例では、鋼管コンク
リート柱として、円形断面のものを示したが、本発明
は、角形断面や楕円形断面など各種断面の鋼管コンクリ
ート柱を用いる鋼管コンクリート柱・梁接合部の耐力を
評価することができる。

【００３８】上記の実施例では、仕口部１Ａの外径Ｒｐ
を連接部１Ｂの外径Ｒよりも大きくして仕口部１Ａの管
厚ｔｐを連接部１Ｂの管厚ｔよりも大きくすることによ
り、仕口部１Ａを補剛した鋼管コンクリート柱Ｃを用い
た鋼管コンクリート柱・梁接合部の耐力を評価対象とし
たが、本発明は、仕口部１Ａの内径を連接部１Ｂの内径
よりも大にしたり、或いは、仕口部１Ａの外径Ｒｐを連
接部１Ｂの外径Ｒよりも大にするとともに、仕口部１Ａ
の内径を連接部１Ｂの内径よりも大にしたりして仕口部
１Ａの管厚ｔｐを連接部１Ｂの管厚ｔよりも大きくする
ことにより、仕口部１Ａを補剛した鋼管コンクリート柱
Ｃを用いた鋼管コンクリート柱・梁接合部の耐力を評価
対象とすることもできる。

【００３９】上記実施例では、仕口部１Ａのみを厚肉化
した鋼管コンクリート柱・梁接合部を耐力の評価対象と
したが、本発明は、鋼管１の全体を厚肉化する状態で仕
口部１Ａを補剛した鋼管コンクリート柱・梁接合部の耐
力評価にも適用できる。

【００４０】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】切り欠き側面図

【図２】横断平面図

【図３】加力装置の概略正面図

【図４】載荷荷重と変形の関係を示す概略図

【図５】荷重と変形量との関係を示すグラフ

【図６】荷重と変形量との関係を示すグラフ

【図７】荷重と変形量との関係を示すグラフ

【図８】荷重と変形量との関係を示すグラフ

【図９】荷重と変形量との関係を示すグラフ

【図１０】荷重と変形量との関係を示すグラフ

【図１１】荷重と変形量との関係を示すグラフ

【図１２】荷重と変形量との関係を示すグラフ

【符号の説明】

１鋼管１Ａ仕口部２コンクリートＣ鋼管コンクリート柱Ｂ鉄骨梁ＢＦフランジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡本達雄大阪府大阪市中央区本町四丁目１番13号株式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者下野直人大阪府大阪市中央区本町四丁目１番13号株式会社竹中工務店大阪本店内 (72)発明者木村衛千葉県印旛郡印西町大塚１丁目５番株式会社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者東端泰夫千葉県印旛郡印西町大塚１丁目５番株式会社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者太田秀彦千葉県印旛郡印西町大塚１丁目５番株式会社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者多賀野公甫大阪府枚方市楠葉並木２―23―23 (72)発明者濱塚輝雄京都府京都市西京区大原東境谷町１―１― 15―302

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼管（１）にコンクリート（２）を充填
するとともに、前記鋼管（１）のうち鉄骨梁（２）と接
合する仕口部（１Ａ）の全長にわたる厚肉化によりその
仕口部（１Ａ）を補剛した構造の鋼管コンクリート柱
（Ｃ）に鉄骨梁（Ｂ）を接合させてある鋼管コンクリー
ト柱・梁接合部において、その耐力を評価するに、鉄骨
梁（Ｂ）のうち引っ張り側のフランジ（ＢＦ）が鋼管コ
ンクリート柱（１）の仕口部（１Ａ）から抜け出すこと
で仕口部（１Ａ）が破壊する抜け出し破壊荷重（Ｐｍａ
ｘ）を算定し、その算定した抜け出し破壊荷重（Ｐｍａ
ｘ）を極限耐力として評価する鋼管コンクリート柱・梁
接合部の耐力評価方法。
【請求項２】前記鋼管（１）の剪断降伏耐力（Ｆｓ）
と仕口部（１Ａ）の管厚（ｔｐ）と鉄骨梁（Ｂ）の引っ
張り側のフランジ（ＢＦ）の周長（φｆ）とから下記の
算定式（１）に基づいて前記抜け出し破壊荷重（Ｐｍａ
ｘ）を算定する請求項１記載の鋼管コンクリート柱・梁
接合部の耐力評価方法。Ｐｍａｘ＝Ｆｓ×ｔｐ×φｆ………（１）