JPH10331323A - 耐座屈特性に優れた鋼部材 - Google Patents
耐座屈特性に優れた鋼部材Info
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- JPH10331323A JPH10331323A JP14406797A JP14406797A JPH10331323A JP H10331323 A JPH10331323 A JP H10331323A JP 14406797 A JP14406797 A JP 14406797A JP 14406797 A JP14406797 A JP 14406797A JP H10331323 A JPH10331323 A JP H10331323A
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- stress
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Abstract
(57)【要約】
【課題】大地震の際に作用する大きな圧縮荷重に対し
て、幅厚比が大きい場合や補剛材がなくとも局部座屈を
起こしにくく、鉄骨建築物の柱や梁、または橋脚等への
使用に適した耐震性能に優れた鋼部材を提供する。 【解決手段】引張試験により得られる公称応力−公称歪
曲線において、降伏点から歪量が５％までのいずれの歪
量においても、公称応力／公称歪の勾配が正となる鋼材
を用いた耐座屈特性に優れた鋼部材。
て、幅厚比が大きい場合や補剛材がなくとも局部座屈を
起こしにくく、鉄骨建築物の柱や梁、または橋脚等への
使用に適した耐震性能に優れた鋼部材を提供する。 【解決手段】引張試験により得られる公称応力−公称歪
曲線において、降伏点から歪量が５％までのいずれの歪
量においても、公称応力／公称歪の勾配が正となる鋼材
を用いた耐座屈特性に優れた鋼部材。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は土木建築分野におけ
る各種鋼構造物（建造物，橋など）に利用される鋼部材
（柱，梁，橋脚など）に係り、特に地震時の耐座屈特性
に優れた鋼部材に関する。
る各種鋼構造物（建造物，橋など）に利用される鋼部材
（柱，梁，橋脚など）に係り、特に地震時の耐座屈特性
に優れた鋼部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄骨建築物の柱、梁や橋脚等では箱型断
面やＨ型断面の鋼部材が多く用いられているが、これら
の部材は熱間圧延鋼板を素材として、溶接または冷間成
形によって製造されているものが多い。これらの鋼部材
に使用される鋼材には、地震時のエネルギー吸収の観点
から優れた塑性変形能を有することが要求されており、
特開昭５５−１１９１５２号公報、特開昭６３−２２３
１２３号公報、特開平１−１１５６４２２号公報、特開
平３−１１５５２４号公報等では、降伏比を低下させる
ことにより一様延び特性を向上させた鋼材が提案されて
いる。またＪＩＳ・Ｇ３１３６の建築構造用圧延鋼材に
おいても降伏比を８０％以下とすることが規定されてい
るように、耐震性向上に関する鋼材面からの対応として
は、低降伏比による塑性変形能の向上が中心となってい
る。
面やＨ型断面の鋼部材が多く用いられているが、これら
の部材は熱間圧延鋼板を素材として、溶接または冷間成
形によって製造されているものが多い。これらの鋼部材
に使用される鋼材には、地震時のエネルギー吸収の観点
から優れた塑性変形能を有することが要求されており、
特開昭５５−１１９１５２号公報、特開昭６３−２２３
１２３号公報、特開平１−１１５６４２２号公報、特開
平３−１１５５２４号公報等では、降伏比を低下させる
ことにより一様延び特性を向上させた鋼材が提案されて
いる。またＪＩＳ・Ｇ３１３６の建築構造用圧延鋼材に
おいても降伏比を８０％以下とすることが規定されてい
るように、耐震性向上に関する鋼材面からの対応として
は、低降伏比による塑性変形能の向上が中心となってい
る。
【０００３】また、大規模な地震ではこれらの部材に大
きな引張圧縮または曲げの繰返し荷重が加わり局部座屈
を起こす場合があり、また座屈した場所から亀裂が発生
し座屈後の引張変形により脆性破壊を生じ建築物の崩壊
など大きな被害がもたらされることもある。このような
局部座屈に対しても、鋼材の低降伏比化が有効であるこ
とは、豊田、他著「鉄骨溶接構造体の変形能に及ぼす鋼
材変形特性の影響」溶接学会論文集，ｖｏｌ．８，Ｎ
ｏ．１，ｐ１１２（１９９０）に示されている。
きな引張圧縮または曲げの繰返し荷重が加わり局部座屈
を起こす場合があり、また座屈した場所から亀裂が発生
し座屈後の引張変形により脆性破壊を生じ建築物の崩壊
など大きな被害がもたらされることもある。このような
局部座屈に対しても、鋼材の低降伏比化が有効であるこ
とは、豊田、他著「鉄骨溶接構造体の変形能に及ぼす鋼
材変形特性の影響」溶接学会論文集，ｖｏｌ．８，Ｎ
ｏ．１，ｐ１１２（１９９０）に示されている。
【０００４】ところで近年、建築物や橋梁等の鋼構造物
が大型化するにつれ、大規模な地震においても十分な耐
震性能を有することが要求されているが、低降伏比鋼材
の使用だけでは十分な耐震性能を確保することは難しく
なっている。そのため、鉄骨建築物の柱や梁、または橋
脚等に使用される鋼部材は、より厚肉の鋼材を使用しそ
の断面の幅厚比を小さくしたり、また補剛板によって補
強する等の方法によって座屈を生じにくくし、保有耐力
を高めている。
が大型化するにつれ、大規模な地震においても十分な耐
震性能を有することが要求されているが、低降伏比鋼材
の使用だけでは十分な耐震性能を確保することは難しく
なっている。そのため、鉄骨建築物の柱や梁、または橋
脚等に使用される鋼部材は、より厚肉の鋼材を使用しそ
の断面の幅厚比を小さくしたり、また補剛板によって補
強する等の方法によって座屈を生じにくくし、保有耐力
を高めている。
【０００５】しかしながら、幅厚比の低下や補剛板の使
用はコスト上昇をまねくだけでなく、設計の自由度を阻
害する原因となっており、幅厚比が大きな場合でも優れ
た座屈性能を有する鋼部材が望まれている。
用はコスト上昇をまねくだけでなく、設計の自由度を阻
害する原因となっており、幅厚比が大きな場合でも優れ
た座屈性能を有する鋼部材が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みてなされたものであって、大地震の際に作用する大
きな圧縮荷重に対して、幅厚比が大きい場合や補剛材が
なくとも局部座屈を起こしにくく、鉄骨建築物の柱や
梁、または橋脚等への使用に適した、耐震性能に優れた
鋼部材を提供することを目的とする。
鑑みてなされたものであって、大地震の際に作用する大
きな圧縮荷重に対して、幅厚比が大きい場合や補剛材が
なくとも局部座屈を起こしにくく、鉄骨建築物の柱や
梁、または橋脚等への使用に適した、耐震性能に優れた
鋼部材を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは箱型断面ま
たはＨ型断面の鋼部材の座屈特性について鋭意研究を重
ねた結果、鋼部材の座屈特性はそれに使用される鋼部材
の引張試験で得られる応力−歪曲線と密接な関係があ
り、下降伏点現象のような変形中での応力低下を生じさ
せないことにより、耐座屈性能が大きく向上することを
見いだした。
たはＨ型断面の鋼部材の座屈特性について鋭意研究を重
ねた結果、鋼部材の座屈特性はそれに使用される鋼部材
の引張試験で得られる応力−歪曲線と密接な関係があ
り、下降伏点現象のような変形中での応力低下を生じさ
せないことにより、耐座屈性能が大きく向上することを
見いだした。
【０００８】すなわち、本発明は上記知見をもとになさ
れたものであってその要旨は、引張試験により得られる
公称応力−公称歪曲線において、降伏点から歪量が５％
までのいずれの歪量においても、公称応力／公称歪の勾
配が正となることを特徴とする鋼材を用いた耐座屈特性
に優れた鋼部材である。
れたものであってその要旨は、引張試験により得られる
公称応力−公称歪曲線において、降伏点から歪量が５％
までのいずれの歪量においても、公称応力／公称歪の勾
配が正となることを特徴とする鋼材を用いた耐座屈特性
に優れた鋼部材である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に本発明における各構成要件
の限定理由を説明する。まず、本発明においては引張試
験において公称応力−公称歪曲線を得る。その試験方法
は特に限定されないが、ＪＩＳ・Ｚ２２４１に規定され
た金属材料引張試験方法に基づいて試験を行い、そのと
きの試験片の採取方向は、使用される部材に作用する圧
縮または引張応力の方向と等しくなる方向から採取する
ことが望ましい。
の限定理由を説明する。まず、本発明においては引張試
験において公称応力−公称歪曲線を得る。その試験方法
は特に限定されないが、ＪＩＳ・Ｚ２２４１に規定され
た金属材料引張試験方法に基づいて試験を行い、そのと
きの試験片の採取方向は、使用される部材に作用する圧
縮または引張応力の方向と等しくなる方向から採取する
ことが望ましい。
【００１０】次ぎに、上記引張試験で得られた公称応力
−公称歪曲線において、降伏点から歪量が５％までのい
ずれの歪においても、公称応力／公称歪の勾配が正とす
るが、これは公称応力／公称歪の勾配が０または負とな
るような場合、つまり降伏棚のある鋼材を使用した場
合、変形が局在化してしまい、局部座屈を生じやすくな
るためである。また、局部座屈を抑制するためには歪の
小さい領域での公称応力−公称歪曲線が重要であるが、
降伏点までは公称応力／公称歪の勾配は常に正であり、
また歪量が５％までの範囲でその勾配が正となればよい
ため、公称応力／公称歪の勾配が正となる範囲を降伏点
から歪量が５％までとした。
−公称歪曲線において、降伏点から歪量が５％までのい
ずれの歪においても、公称応力／公称歪の勾配が正とす
るが、これは公称応力／公称歪の勾配が０または負とな
るような場合、つまり降伏棚のある鋼材を使用した場
合、変形が局在化してしまい、局部座屈を生じやすくな
るためである。また、局部座屈を抑制するためには歪の
小さい領域での公称応力−公称歪曲線が重要であるが、
降伏点までは公称応力／公称歪の勾配は常に正であり、
また歪量が５％までの範囲でその勾配が正となればよい
ため、公称応力／公称歪の勾配が正となる範囲を降伏点
から歪量が５％までとした。
【００１１】また、本発明の鋼部材に用いる鋼材は化学
成分や製造方法については特に限定されないが、化学成
分としては、重量比％で、Ｃ：０．０３〜０．２５％、
Ｍｎ：０．５〜２．０％を含有し、さらに必要に応じ
て、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｃｕ：０．０５〜０．
５０％、Ｎｉ：０．０５〜０．５％、Ｃｒ：０．０５〜
０．５％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ｎｂ：０．０
０５〜０．１０％、Ｖ：０．００５〜０．１０％、Ｔ
ｉ：０．００５〜０．１０％、の１種または２種以上を
含有することが望ましい。このような成分範囲の鋼材が
望ましいのは以下の理由による。
成分や製造方法については特に限定されないが、化学成
分としては、重量比％で、Ｃ：０．０３〜０．２５％、
Ｍｎ：０．５〜２．０％を含有し、さらに必要に応じ
て、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｃｕ：０．０５〜０．
５０％、Ｎｉ：０．０５〜０．５％、Ｃｒ：０．０５〜
０．５％、Ｍｏ：０．０５〜０．５０％、Ｎｂ：０．０
０５〜０．１０％、Ｖ：０．００５〜０．１０％、Ｔ
ｉ：０．００５〜０．１０％、の１種または２種以上を
含有することが望ましい。このような成分範囲の鋼材が
望ましいのは以下の理由による。
【００１２】Ｃ：０．０３〜０．２５％ Ｃは鋼部材の強度を確保するために必要な元素である
が、０．０３％未満では強度が不足し、０．２５％を越
えて添加すると溶接性を損ねるので、その含有量は０．
０３〜０．２５％が好ましい。
が、０．０３％未満では強度が不足し、０．２５％を越
えて添加すると溶接性を損ねるので、その含有量は０．
０３〜０．２５％が好ましい。
【００１３】Ｍｎ：０．５〜２．０％ Ｍｎは鋼部材の強度を高めるために添加されるが、０．
５％未満では強度が不足し、２．０％を越えて添加する
と母材と溶接部の靭性の劣化および溶接製の劣化を招く
ので、その含有量は０．５〜２．０％が好ましい。
５％未満では強度が不足し、２．０％を越えて添加する
と母材と溶接部の靭性の劣化および溶接製の劣化を招く
ので、その含有量は０．５〜２．０％が好ましい。
【００１４】Ｓｉ：０．０１〜２．０％ Ｓｉは鋼部材の強度を高めるとともに製鋼過程における
脱酸剤として必要であるが、０．０１％未満ではその効
果が不十分であり、１．０％を越えて添加すると溶接部
の靭性を劣化させるので、その含有量を０．０１〜２．
０％が好ましい。
脱酸剤として必要であるが、０．０１％未満ではその効
果が不十分であり、１．０％を越えて添加すると溶接部
の靭性を劣化させるので、その含有量を０．０１〜２．
０％が好ましい。
【００１５】Ｃｕ：０．０５〜０．５％ Ｎｉ：０．０５〜０．５％ Ｃｒ：０．０５〜０．５％ Ｍｏ：０．０５〜０．５％ Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏは強度の上昇に有効であるが、
それぞれ０．０５％未満ではその効果が発揮されず、
０．５％を超えると溶接性の劣化を招くため、その含有
量は０．０５〜０．５％が好ましい。
それぞれ０．０５％未満ではその効果が発揮されず、
０．５％を超えると溶接性の劣化を招くため、その含有
量は０．０５〜０．５％が好ましい。
【００１６】Ｎｂ：０．００５〜０．１％ Ｖ：０．００５〜０．１％ Ｔｉ：０．００５〜０．１％ Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉは靭性及び強度の向上に有効な元素であ
るが、その含有量が０．００５％未満ではその効果を有
効に発揮することができず、０．１％を超えると溶接部
の靭性を劣化させるので、その含有量は０．００５〜
０．１％が望ましい。
るが、その含有量が０．００５％未満ではその効果を有
効に発揮することができず、０．１％を超えると溶接部
の靭性を劣化させるので、その含有量は０．００５〜
０．１％が望ましい。
【００１７】また、このような組成の鋼に対して、熱間
圧延時の圧延条件を制御したり、または圧延後熱処理を
加えることにより、本発明で規定する性能を付与するこ
とができるが、例えば圧延時の冷却過程でＡｒ3 変態温
度以下の温度まで空冷した後、Ａｒ1 変態温度以上のフ
ェライト＋オ−ステライト二相温度域から加速冷却した
りする方法がある。なお、本発明の鋼部材は、形状、構
造、あるいはその製造方法により限定されるものではな
い。
圧延時の圧延条件を制御したり、または圧延後熱処理を
加えることにより、本発明で規定する性能を付与するこ
とができるが、例えば圧延時の冷却過程でＡｒ3 変態温
度以下の温度まで空冷した後、Ａｒ1 変態温度以上のフ
ェライト＋オ−ステライト二相温度域から加速冷却した
りする方法がある。なお、本発明の鋼部材は、形状、構
造、あるいはその製造方法により限定されるものではな
い。
【００１８】
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。
表１に示した成分の鋼を熱間圧延により板厚１２ｍｍの
鋼板とした。そして、これらの鋼板の圧延方向と平行な
方向から引張試験片を採取し、引張試験により公称応力
−公称歪曲線を測定し降伏点から公称歪５％までの間で
最小となる勾配を求めた。鋼板の製造条件及び引張試験
の結果を表２に示す。本発明例であるＡ〜Ｅは全て図３
（ｃ）に示したような降伏棚の無い公称応力−公称歪曲
線を有しており、比較例は図３（ａ）または（ｂ）のよ
うな降伏棚を有する公称応力−公称歪曲線となってい
る。次いで、溶接により種々のサイズのＨ型断面及び角
形断面の短柱圧縮試験体（図１）を製作した。ここで、
Ｈ型断面ではフランジ部（図１（ａ）の厚さｔの部分）
に表２に示した板厚１２ｍｍの鋼板を使用し、ウェブ
（図１（ａ）の厚さｗの部分）は同一成分で同一強度の
板厚９ｍｍの鋼板を使用した。また、短柱圧縮試験体の
長手方向は鋼板の圧延方向と一致するようにした。そし
て、図２に示した方法で圧縮試験を実施し、座屈発生に
より荷重低下が開始する歪を座屈歪として評価した。圧
縮試験の結果を表３に示した。
表１に示した成分の鋼を熱間圧延により板厚１２ｍｍの
鋼板とした。そして、これらの鋼板の圧延方向と平行な
方向から引張試験片を採取し、引張試験により公称応力
−公称歪曲線を測定し降伏点から公称歪５％までの間で
最小となる勾配を求めた。鋼板の製造条件及び引張試験
の結果を表２に示す。本発明例であるＡ〜Ｅは全て図３
（ｃ）に示したような降伏棚の無い公称応力−公称歪曲
線を有しており、比較例は図３（ａ）または（ｂ）のよ
うな降伏棚を有する公称応力−公称歪曲線となってい
る。次いで、溶接により種々のサイズのＨ型断面及び角
形断面の短柱圧縮試験体（図１）を製作した。ここで、
Ｈ型断面ではフランジ部（図１（ａ）の厚さｔの部分）
に表２に示した板厚１２ｍｍの鋼板を使用し、ウェブ
（図１（ａ）の厚さｗの部分）は同一成分で同一強度の
板厚９ｍｍの鋼板を使用した。また、短柱圧縮試験体の
長手方向は鋼板の圧延方向と一致するようにした。そし
て、図２に示した方法で圧縮試験を実施し、座屈発生に
より荷重低下が開始する歪を座屈歪として評価した。圧
縮試験の結果を表３に示した。
【００１９】本発明例であるＨ−１〜Ｈ−５、Ｈ−１０
〜Ｈ−１４、Ｃ−１〜Ｃ−５、Ｃ−１０〜Ｃ−１４は全
て公称応力−公称歪曲線の最小勾配が正であり、座屈歪
が高く（荷重低下が発生する歪みが大きく）、優れた耐
座屈特性を有している。これに対して、比較例であるＨ
−６〜Ｈ−９、Ｈ−１５〜Ｈ−１８、Ｃ−６〜Ｃ−９、
Ｃ−１５〜Ｃ−１８はいずれも、公称応力−公称歪曲線
の最小勾配が０または負となっているため、座屈歪が小
さい。
〜Ｈ−１４、Ｃ−１〜Ｃ−５、Ｃ−１０〜Ｃ−１４は全
て公称応力−公称歪曲線の最小勾配が正であり、座屈歪
が高く（荷重低下が発生する歪みが大きく）、優れた耐
座屈特性を有している。これに対して、比較例であるＨ
−６〜Ｈ−９、Ｈ−１５〜Ｈ−１８、Ｃ−６〜Ｃ−９、
Ｃ−１５〜Ｃ−１８はいずれも、公称応力−公称歪曲線
の最小勾配が０または負となっているため、座屈歪が小
さい。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】
【表３】
【００２３】
【発明の効果】以上に示したように、本発明によれば大
地震時の際に受ける大きな圧縮荷重に対して、耐座屈特
性に優れた鋼部材を提供することが可能であり、耐震性
の要求される鉄骨建築物や橋梁などの鋼構造物への利用
に適している。
地震時の際に受ける大きな圧縮荷重に対して、耐座屈特
性に優れた鋼部材を提供することが可能であり、耐震性
の要求される鉄骨建築物や橋梁などの鋼構造物への利用
に適している。
【図１】圧縮試験に用いた短柱圧縮試験体の形状を示す
図で、（ａ）はＨ型断面の短柱圧縮試験体、（ｂ）は角
形断面の短柱圧縮試験体である。
図で、（ａ）はＨ型断面の短柱圧縮試験体、（ｂ）は角
形断面の短柱圧縮試験体である。
【図２】圧縮試験での試験機及び試験体の設置状況を示
す図。
す図。
【図３】引張試験により得られる公称応力−公称歪線図
を模式的に示す図で、（ａ）は降伏点から歪量が５％ま
での歪量において、公称応力／公称歪の勾配が負となる
箇所がある場合、（ｂ）は降伏点から歪量が５％までの
歪量において、公称応力／公称歪の勾配が零となる箇所
がある場合、（ｃ）は降伏点から歪量が５％までのいず
れの歪量においても、公称応力／公称歪の勾配が正とな
る場合（本発明）である。
を模式的に示す図で、（ａ）は降伏点から歪量が５％ま
での歪量において、公称応力／公称歪の勾配が負となる
箇所がある場合、（ｂ）は降伏点から歪量が５％までの
歪量において、公称応力／公称歪の勾配が零となる箇所
がある場合、（ｃ）は降伏点から歪量が５％までのいず
れの歪量においても、公称応力／公称歪の勾配が正とな
る場合（本発明）である。
Claims (1)
- 【請求項１】 引張試験により得られる公称応力−公称
歪曲線において、降伏点から歪量が５％までのいずれの
歪量においても、公称応力／公称歪の勾配が正となるこ
とを特徴とする鋼材を用いた耐座屈特性に優れた鋼部
材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14406797A JP3454670B2 (ja) | 1997-06-02 | 1997-06-02 | 耐座屈特性に優れた鋼部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14406797A JP3454670B2 (ja) | 1997-06-02 | 1997-06-02 | 耐座屈特性に優れた鋼部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10331323A true JPH10331323A (ja) | 1998-12-15 |
| JP3454670B2 JP3454670B2 (ja) | 2003-10-06 |
Family
ID=15353534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14406797A Expired - Fee Related JP3454670B2 (ja) | 1997-06-02 | 1997-06-02 | 耐座屈特性に優れた鋼部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3454670B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012127078A (ja) * | 2010-12-14 | 2012-07-05 | Jfe Steel Corp | 合成桁 |
| JP2019094644A (ja) * | 2017-11-21 | 2019-06-20 | 株式会社神戸製鋼所 | 橋脚およびその製造方法 |
| CN117968992A (zh) * | 2024-04-01 | 2024-05-03 | 泰富特钢悬架(济南)有限公司 | 一种钢板弹簧用钢板弹性检测装置 |
| CN117968992B (zh) * | 2024-04-01 | 2024-06-04 | 泰富特钢悬架(济南)有限公司 | 一种钢板弹簧用钢板弹性检测装置 |
-
1997
- 1997-06-02 JP JP14406797A patent/JP3454670B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012127078A (ja) * | 2010-12-14 | 2012-07-05 | Jfe Steel Corp | 合成桁 |
| JP2019094644A (ja) * | 2017-11-21 | 2019-06-20 | 株式会社神戸製鋼所 | 橋脚およびその製造方法 |
| CN117968992A (zh) * | 2024-04-01 | 2024-05-03 | 泰富特钢悬架(济南)有限公司 | 一种钢板弹簧用钢板弹性检测装置 |
| CN117968992B (zh) * | 2024-04-01 | 2024-06-04 | 泰富特钢悬架(济南)有限公司 | 一种钢板弹簧用钢板弹性检测装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3454670B2 (ja) | 2003-10-06 |
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