JPH0768738B2 - ハイブリッド形鋼 - Google Patents

ハイブリッド形鋼

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JPH0768738B2
JPH0768738B2 JP3028578A JP2857891A JPH0768738B2 JP H0768738 B2 JPH0768738 B2 JP H0768738B2 JP 3028578 A JP3028578 A JP 3028578A JP 2857891 A JP2857891 A JP 2857891A JP H0768738 B2 JPH0768738 B2 JP H0768738B2
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敏郎 鈴木
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敏郎 鈴木
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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を構成する主たる鋼より降伏点の大
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。ここで、フランジを構成する
主たる鋼より降伏点の大きな鋼というのは、フランジの
限られた部分に対してのみ用いた降伏点の低い鋼より大
きいといった特殊なケースを除く意味である。
【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/mm2〜50kg/mm2
またはその前後の鋼材、高張力鋼は60kg/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−150×150
×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/cm SS41、厚さ9mm …… σy =2.97t/cm SM58、厚さ6mm …… σy =5.19t/cm SM58、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SS4
1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SM5
8で、はウェブがSM58、はウェブがSS41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−150×150×
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 =2.86t/cm SS41、厚さ12mm …… σy =2.74t/cm HT80、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SS4
1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】
1…ウェブ、2…フランジ、3…溶接部、4…溝形鋼、
5…高張力鋼板、11…柱、12…はり

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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を構成する主たる鋼
    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。
  2. 【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。
  3. 【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。
JP3028578A 1991-02-22 1991-02-22 ハイブリッド形鋼 Expired - Lifetime JPH0768738B2 (ja)

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JPH04269249A JPH04269249A (ja) 1992-09-25
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