JPH09273221A - 脆性破壊しにくい鋼製柱梁接合法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 建築鉄骨構造の鋼製柱梁接合のうち、特に短
い梁を工場溶接で取り付けた柱梁仕口部に長い梁を現場
接合する方法において、スカラップ形状の改良だけでは
得られる耐脆性破壊特性が不十分であった。 【解決手段】 鋼製柱側面に第１のＨ形鋼梁の一方の端
面を溶接して仕口部を構成した後、第１のＨ形鋼梁の別
の端面に第２のＨ形鋼梁の一方の端面を突き合わせて両
方のＨ形鋼梁フランジの上下面をそれぞれスプライスプ
レートおよびボルトを用いて接合する方法において、前
記第１のＨ形鋼梁フランジ面の長さ寸法のうち、鋼製柱
側面からスプライスプレートの柱側端面に至る長さ寸法
を、前記第１のＨ形鋼梁フランジ面の幅寸法以上にする
ことを特徴とした鋼製柱・Ｈ形鋼梁仕口部の接合方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は建築鉄骨構造の鋼製
柱梁接合のうち、特に短い梁を工場溶接で取り付けた柱
梁仕口部に長い梁を現場接合する方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】代表的な建築鉄骨構造の鋼製柱梁接合
は、図１に示すように、鋼製柱３側面に第１の比較的短
いＨ形鋼梁４の一方の端面を溶接して仕口部（以下、仕
口部とのみ記載する）を構成した後、第１のＨ形鋼梁４
の別の端面（以下、仕口部端面）に第２のＨ形鋼梁６の
一方の端面を突き合わせて両方のＨ形鋼梁フランジの上
下面をそれぞれスプライスプレート５およびボルト（図
示しない）を用いて接合する方法がある。

【０００３】この場合は一般に、鋼製柱３側面と第１の
Ｈ形鋼梁４端面とを溶接するために、第１のＨ形鋼梁４
のウェブ面にスカラップ２を切り欠き加工する。従来の
基本的なスカラップ形状は、図１に示すように４分の１
円のものである。

【０００４】この接合方法を用いた場合、第２のＨ形鋼
梁６に対して方向１に載荷されると、スカラップ底（ス
カラップとフランジ下面との接点）２′に応力が集中し
て脆性破壊が発生している事例が見られる。

【０００５】この対策としては、スカラップそのものを
設けないようにする方法も提案されているが、スカラッ
プを排除しても、応力集中点がスカラップ底２′から鋼
製柱側面と第１のＨ形鋼梁端面との接合面に移るに過ぎ
ず、根本的な解決にはつながらない。

【０００６】また、スカラップ形状を改良する方法も種
々提案されており、例えば、溶接学会誌１９９５年第６
４巻第８号８頁や、特開平５−２７２１７２号公報など
がある。これは、スカラップ底２′の内接角を拡大する
ことにより応力集中を防ぐものである（図２）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術を用いた建築鉄骨構造物において、１９９５年１月
の阪神大震災により脆性破壊した事例が見られた。本発
明者らは破壊事例を詳細に調査した結果、これらの脆性
破壊の多くは大変形によるスカラップ底２′あるいは鋼
製柱側面と第１のＨ形鋼梁端面との接合面７へのひずみ
と応力集中が原因であることが判明した。

【０００８】従って、スカラップ形状の改良あるいはス
カラップを排除するだけでは、得られる耐脆性破壊特性
が不十分であることが明らかになり、スカラップ底２′
あるいは接合面７への応力集中を解消できる接合方法と
して、スカラップの排除あるいは形状改良などと行った
スカラップに依存する方法以外の対策が強く望まれてい
た。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らはさらに、仕
口部端面と第２のＨ形鋼梁６端面との接合方法、特にス
プライスプレート端面と鋼製柱側面の形状・寸法などの
条件が、仕口部の耐・破壊特性に及ぼす影響について研
究し、以下の３点を発見した（図４）。

【００１０】（１）スカラップのない場合、第１のＨ形
鋼梁４端面と鋼製柱３側面との接合部７に、スカラップ
を設けた場合は、スカラップ底２の応力が高いほど破壊
し易い。

【００１１】（２）スカラップのない場合の接合点７、
あるいはスカラップのある場合のスカラップ底２の変形
拘束が大きいほど、応力が高くなる。

【００１２】（３）第１のＨ形鋼梁４のフランジ上面の
寸法に関し、鋼製柱３側面からスプライスプレート５の
柱側端面までの長さ寸法（Ｘ１）を、第１のＨ形鋼梁６
のフランジ上面の幅寸法（Ｘ２）以上にすることによ
り、接合点７における変形拘束を緩和できる。

【００１３】これらの知見に基づいてスカラップに依存
せずに、仕口部の耐・破壊特性を向上できる方法を鋭意
検討した結果、Ｘ１をＸ２以上にすることで達成できる
ことを知見した。

【００１４】すなわち、本発明の要旨とするところは、
鋼製柱側面に第１のＨ形鋼梁の一方の端面を溶接して仕
口部を構成した後、第１のＨ形鋼梁の別の端面に第２の
Ｈ形鋼梁の一方の端面を突き合わせて両方のＨ形鋼梁フ
ランジの上下面をそれぞれスプライスプレートおよびボ
ルトを用いて接合する方法において、前記第１のＨ形鋼
梁フランジ面の長さ寸法のうち、鋼製柱側面からスプラ
イスプレートの柱側端面に至る長さ寸法を、前記第１の
Ｈ形鋼梁フランジ面の幅寸法以上にする鋼製柱・Ｈ形鋼
梁仕口部の接合方法にある。

【００１５】

【発明の実施の形態】図４に示すスカラップのある仕口
部を例に本発明の実施態様を説明する。

【００１６】第２のＨ形鋼梁６の反柱側端面に、上方向
８の曲げ荷重が働いた際にはモーメントの最も大きいス
カラップ底２′にひずみが集中する。

【００１７】特に、図５に示すように第１のＨ形鋼梁４
のフランジ上面の寸法のうち、スプライスプレート５の
柱側端面から鋼製柱３側面までの長さ（以下、Ｘ１）が
第１のＨ形鋼梁４のフランジ上面の幅寸法（以下、Ｘ
２）よりも短い場合には、第１のＨ形鋼梁４のフランジ
幅方向に「巨視的なすべり」が通過できないため、第１
のＨ形鋼梁４全体にわたる変形は抑制され、スカラップ
底２′におけるひずみと応力が高くなる。

【００１８】これに対して、図６に示すようにＸ１がＸ
２よりも大きい場合には、第１のＨ形鋼梁４の軸方向と
４５度をなす方向に進行する「巨視的なすべり」の通過
が容易であり、梁フランジ幅方向の変形が十分に起こ
る。これにより、第１のＨ形鋼梁４全体にひずみが分散
され、スカラップ底２′に応力が集中し難くなることを
発見した。「巨視的なすべり」は第１のＨ形鋼梁４の軸
方向９に対して４５度方向に起こり（図７）、梁フラン
ジ上面に「すべりの跡１１」が見られる。

【００１９】スカラップ底２′における変形が抑制され
る構造というのは、局所的な応力が増加し易く、脆性破
壊が起こり易い構造を意味する。それにもかかわらず、
従来はＸ１およびＸ２に関する規定もなく、逆に工場か
ら現場への輸送の簡便性からＸ１を極力短くする方法が
望まれていたのである。従ってＸ１をある一定以上の値
にし、Ｘ２以上にする方法は全く新しい画期的な方法で
あり、脆性破壊抵抗を飛躍的に高めることができる。

【００２０】図３に、第２のＨ形鋼梁６の反鋼製柱端面
に載荷方向８がかかった場合のＦＥＭ解析によるＸ１／
Ｘ２の比とスカラップ底における応力とひずみの関係の
一例を示す。Ｘ１をＸ２より小さく（Ｘ１／Ｘ２を１．
０未満に）する条件においては、スカラップ底２′の変
形が拘束されて応力が急激に高くなることが確認され
た。一方Ｘ１をＸ２と同等もしくは大きく（Ｘ１／Ｘ２
を１．０以上）する条件ではスカラップ底２′におい
て、十分な変形が起こって応力が緩やかに低下し、次第
に効果が飽和することが判る。

【００２１】スカラップ２を配した例のみについて説明
してきたが、スカラップ２を排除した方が効果は高く、
好ましい。スカラップ２を排除した場合は、応力集中点
が接合面になり、その関係は、図３に示した曲線が上方
に平行移動したような結果が得られる。

【００２２】以上のように、Ｘ１／Ｘ２を１．０以上に
することにより、接合点７での変形能力を高め、耐・脆
性破壊特性を低減できるが、工場から現場への搬送し易
さを考慮すると、Ｘ１／Ｘ２を１．０よりはるかに大き
くすることは望ましくないので、１．０〜１．５が最も
好ましい。

【００２３】

【実施例】本発明の実施例として、Ｈ形鋼の仕口部寸法
を変更する試験を行った。

【００２４】 ４００ｍｍ角の柱および梁には溶接構
造用鋼のＳＭ４９０Ａを用いた。柱フランジと梁フラン
ジの接合はＣＯ₂ガスシールド半自動溶接で行った。溶
接ワイヤーは１．４ｍｍφのＪＩＳ Ｚ ３３１２ Ｙ
ＧＷ１１相当を使用し、入熱条件は２３ＫＪ／ｃｍで溶
接を行った。梁フランジと梁の接合には高張力ボルトＪ
ＩＳ Ｂ １１８６ Ｆ８Ｔを用いた。ＳＭ４９０Ｂの
降伏応力は３５０Ｎ／ｍｍ²、引張強さは５５０Ｎ／ｍ
ｍ²である。Ｆ８Ｔの降伏応力は７００Ｎ／ｍｍ²、引張
強さは９５０Ｎ／ｍｍ²である。

【００２５】 の試料を用いて３種類の試験体を作
成した。フランジ厚は３０ｍｍ、ウェブ厚は２０ｍｍ、
フランジ幅Ｘ２は４０７ｍｍである。柱側面から第２の
Ｈ形鋼梁端面までの長さ寸法（和）を３０００ｍｍと
し、Ｘ２一定で、Ｘ１は３０７、３５７、４０７、４５
７の４段階に変化させた。

【００２６】 この試験体の曲げ試験を行った。載荷
方向は図１の１方向である。

【００２７】 試験の結果を表１に示す。柱からスプ
ライスプレート５端部までの寸法が４５７、４０７ｍｍ
のものにおいては破壊が見られなかった。４５７、４０
７ｍｍの試験体では曲げ変位５００ｍｍ以上でも破壊は
発生しなかった。それに対してＸ１が３５７ｍｍの試験
体においては曲げ変位３６０ｍｍで破壊が発生し、Ｘ１
が３０７ｍｍの試験体については曲げ変位３２４ｍｍで
破壊が発生した。

【００２８】以上の結果から、本発明の条件で施行した
試験体の方がより高い脆性破壊抵抗を持つことが確認さ
れた。このことから本発明の有効性が確認された。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【発明の効果】本発明は大地震のような高ひずみ速度、
大変形下において建築鉄骨構造の柱梁仕口部近傍での脆
性破壊抵抗が高い柱梁接合方法である。高い脆性破壊抵
抗は以下の点により達成される。

【００３１】梁の柱側端部が十分な変形能を有するため
に応力集中を緩和することが出来、柱梁仕口部近傍での
脆性破壊抵抗が高くなる。

【００３２】本発明は鋼製柱・Ｈ形鋼梁仕口部とＨ形鋼
梁とをスプライスプレートおよびボルトを用いて接合す
る時に脆性破壊に対する抵抗を十分に持つための施工条
件を明確に与える。これにより工場溶接で取り付けるブ
ラケット長さを安全上に必要な最低限の長さに設定する
ことが出来、輸送の簡便性という経済性と脆性破壊抵抗
という安全性を同時に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の柱梁仕口部およびスカラップ形状の一例
を示す側面図である。

【図２】スカラップ形状を改良した従来の柱梁仕口部の
一例を示す側面図である。

【図３】本発明のＸ１／Ｘ２比とスカラップ底における
応力とひずみの関係の一例を示す図である。

【図４】本発明の実施例を示す図である。

【図５】Ｘ１がＸ２よりも短い場合の図である。

【図６】Ｘ１がＸ２よりも長い場合の図である。

【図７】梁フランジ上面に見られるすべりの跡を示した
図である。

【符号の説明】

１ 載荷方向 ２，２′ スカラップ、スカラップ底（スカラップと梁
フランジ下面との接点） ３ 鋼製柱 ４ 第１の短いＨ形鋼梁 ５ スプライスプレート ６ 第２の長いＨ形鋼梁 ７ 鋼製柱側面と第１のＨ形鋼梁端面との接合面 ８ 載荷方向 ９ 梁の軸方向 １０ 梁フランジの幅方向 １１ すべりの跡 Ｘ１ 鋼製柱側面からスプライスプレートの柱側端面ま
での長さ寸法 Ｘ２ 第１のＨ形鋼梁フランジ上面の幅寸法

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 順一 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼製柱側面に第１のＨ形鋼梁の一方の端
   面を溶接して仕口部を構成した後、第１のＨ形鋼梁の別
   の端面に第２のＨ形鋼梁の一方の端面を突き合わせて両
   方のＨ形鋼梁フランジの上下面をそれぞれスプライスプ
   レートおよびボルトを用いて接合する方法において、前
   記第１のＨ形鋼梁フランジ面の長さ寸法のうち、鋼製柱
   側面からスプライスプレートの柱側端面に至る長さ寸法
   を、前記第１のＨ形鋼梁フランジ面の幅寸法以上にする
   ことを特徴とした脆性破壊しにくい鋼製柱梁接合法。