63-1
現場溶接を用い
い柱梁高力ボルト接合構法
関する実験的研究
福重 公隆
. 研究の目的と概要
従来 鋼構 造建築 い 角形 鋼管 柱 H形鋼梁 接合 溶 接接合 多用 さ い 溶接接合 場
合 溶接 工 技量 溶 接品質 大 い
た 高度 熟練 た 技術 要求さ 将来 的
溶接工 足 避 い状況 あ そ う
課題 解 決策 1 可能 限 溶接を用 い い柱梁接 合構 法 実用 化 考え そ 工場
溶接 比 較 品質確 保 い現 場溶 接を用い
角形鋼管 柱 H形鋼梁を接 合 新 い構法 開発 を本研究 目 的
1 本研 究 提案 柱梁接合 構法 を示
梁 ン 柱を 鋼製 を 接合
構法 あ 4 金物 金物 同士
を高力ボ 引張接 合 1 を形成 構法 金物 製 作過 程以外 溶接 を用い
いた 現場 ボ 接合 柱梁を接 合
柱へ 加工 要 あ
. 十字形柱 梁接合部 を想 定した単純引 張実験
1 示 構法 引 張接合部 ボ 耐力 柱
梁接合部 性 能 大 く影 響 た ボ 耐力
評価法を 確立 必要 あ そ ボ 力学
的挙動 確認 を目的 た 柱梁接合 部 単純引張 実験
を2 行 た 実験 変数 金
物 板厚 側柱へ 適用 を考慮 金
物 出寸 法 梁 偏心 率 た
. 実験概 要
2, 3 試 験体概要 を示 試験 体 柱梁接合 部
梁 ン 接 合部 を 模 た あ 金物 破断
ボ 破断 先 行 生 う 設計さ
い 金物 鉛直 以 鉛 直PL 水平 以 水平 PL PL同士を完全 溶 込 溶 接 接合 鉛 直 PL 鋼管 や他 金 物 接触 水 平 PL 梁 ン 接合 さ 部 あ
接合 面 ョッ 処理 50 μmRz以 を施
引張接合部 詳細 PC鋼棒
Φ17
300 230
500
135 135
246 246
水平PL PL 19 (SN490B)
鉛直PL PL 16 (SN490B)
115 100 115 175 100 55 145 100 85
D D
e e
300
246 96.2
115 100 115
3
0
6
3
0
0
3
0
6
図 試験体概要
(a) No.1 (b) No.2 (c) No.3 (d) No.4
図 鋼製金物
柱梁接合構法
90 120 90 90 120 90
246 300
2
4
6
2
5
5
140 220 140 140
水平PL PL 19 (SN490B)
水平PL PL 19 (SN490B)
鉛直PL PL 16 (SN490B)
220 140 鉛直PL PL 25 (SN490B)
3
0
0
246 255
2
4
6
300 255
500 500
3
0
0
2
5
5
金物
(a) No.1 (b) No.2
63-2 梁方向 対 45 度 方向 金 物 移動
を抑制 た 金物 間 設 た半 状
部 キ 呼び 径17 mm PC鋼棒を挟 ボ 締 結前 鉛直PL間 隙間 3 mm あ
状態 キ 部 隙 間 く納
表1 試験 体一覧を 示 表中 側柱 形式 中柱形 式 金物 対 金物 出寸 法を さ く
た あ
2000 kN万能試験機 を用 い
3 示 う 試験 体を加力 梁 接合 加力
梁 両端 を1000 kN油圧 ッキ 支え た 載荷 方法 単調引 張載 荷 ボ 破断 た 試験機 荷
重 最大 耐力 90 %を 回 載 荷を 行 た 試験中 加力 梁両端 鉛直 移動を ニ
ング 加 力梁 水 平を 維持 載荷を行 た 4 全体 変形計測 置 を示 全体 変形u
4 箇所 相 対変 8
箇所 絶 対変 算 出 た
. 実験結 果
5 荷重P 全体変形u関係 表2 耐力 実験
値を示 降 伏耐力Py 接 線剛性 初期 剛性 荷重
最大耐力Pu 1/3 割 線剛 性 1/3
荷重 結果 鉛
直PL 板厚 大 く 降伏耐 力 大 く 最大耐力 大 く変わ い わ
結果 No.1, 2 降伏耐 力 差 最大 耐力
差 ち 2 %程度 あ わ 本 試験
体 ボ 破断 金物 破断 い う
設計さ い た ボ 変形 量 比較 金物
水平 PL 変 形量 相 対的 さく そ た 金物 出 寸法 剛 性 い 全 体的 挙動 大
く影響 い 考え た 偏心 率 大 い
耐力 想 定 いた 表2 実験結 果 一部 値 そ う 傾向を示 さ た
引張 接合 部 初期 入 軸力 び試 験体組立 時点
鉛 直 PL 間距 考
え 後精査 必要 あ
. 考察
てこ反力 を考慮した耐 力評価
本試験 体 引張接合 部 反 力 作用 ボ
耐力 大 影響を え そ 反力 を評
価 既 往 研究を用 い 耐力評価 検 討を行う
降伏 線理 論 基 崩 壊荷重Ppを求 引 張接
合部1箇 所あ た 荷 重伝 機構を 6 う 崩 壊機構を 7 う 仮定 崩 壊 荷重Pp 式
表さ
𝑃𝑃 = 4√2 {2(𝑦𝑥2 1+
𝑥2+ 𝑥3 𝑦1 ) + 𝜋
+ 4𝜋(log𝑒𝑦𝑥1 1)
2 } 𝑚𝑝
(1)
mp：単 幅あ た 全塑性 ン x1：ボ
孔中 心 鉛直PL 曲 加工 端 距 y1：
u1(u5)
u2(u6)
u3(u7)
u4(u8)
試験体
角形鋼管 金物 ボ
幅 [mm]
板厚
[mm] 部材形式
鉛直PL
板厚 [mm]
水平PL
板厚 [mm]
偏心率
e/D 種類
No.1
300 12 中柱形式
16
19 0.0 F10T
M16
No.2 25
No.1
300 12
中柱形式
16 19
0.0
F10T M16
No.2 側柱形式 0.0
No.3 側柱形式 0.2
No.4 側柱形式 0.1
M32 M32 M32 M32 M16M16 M16M16
図 載荷装置
表 試験体一覧
𝑢 =∑ 𝑢8𝑛=14 𝑛
図 全体変形計測 置 図 荷重P 全体変形u関係
表 耐力 実験値
試験体 降伏
耐力
Py
最大
耐力
Pu
[kN] [kN]
No.1 395 678
No.2 595 684
No.1 460 696
No.2 451 686
No.3 391 653
No.4 461 674
(a) (b)
𝑢 =∑ 𝑢4𝑛=14 𝑛
u1 (u3)
u2 (u4)
0 200 400 600 800
0 2 4 6 8
Ⅰ No.1 Ⅰ No.2
Ⅱ No.1 Ⅱ No.2
Ⅱ No.3 Ⅱ No.4
P [kN]
u [mm] 括弧 変 裏面
形反力 加力梁
1000 kN
63-3 水 平 PL 表面 ボ 孔中心 距 水 平PL表面 溶接止 端部 距 / 2 x2 x3 y2
7 示 通
崩 壊 機構形成 時 反 力Rpを算定
反力 算定 加 藤 向井 1) 提 案さ
た 反力 評価法を 用い 7 x2 x3 y2 た 四 角 形 板 各 降 伏 線 単 幅 当 た mp 曲
ン を受 剛体 キ 軸線 弾性
支持さ い 反力Rpを 8 う 仮 定 Rp 式 表さ
𝑅𝑃 = {𝑦𝑥2 2+
3(𝑥2+ 𝑥3)
2𝑦2 } 𝑚𝑝 (2)
反力係 数αを 式 う 定義
𝛼 = 𝑅𝑃 𝑃⁄ 𝑃 (3)
降伏線 単 幅当た ン 一様 荷重
P 比例 仮定 鉛直PL 7 崩壊機
構 形成 さ 前 あ 式 成 立
𝑅 = 𝛼 𝑃 (4)
表3 試験 体 中柱 形式 耐力 計 算値を示 降伏耐力 計算 値 最大 耐力 計算値 式 算定
𝑐𝑎𝑙𝑃𝑦= 4√2
1 + 4√2𝛼𝑁𝑠 𝑐𝑎𝑙𝑃𝑢= 4 √2
1 + 4√2𝛼𝑁𝑢 (5)
Ns：ボ 間 耐力 初期 入軸力 90 %
仮定 Nu：ボ 最大 耐力 最 大耐 力 概 良好
評価 い 引張 接合部 間時 耐力 No.1 過大評 価 No.2 過 評 価 た 引張
接 合 部 間 耐 力 を 初 期 入 軸 力 90 % 仮 定 一般 的 引張接合 成 立 あ 本実
験 用い た試 験体 引 張接 合部 キ 特殊
点 あ 間耐力 仮 定 い 改 検 討
必要 あ いえ
荷重の分配率
偏心 あ No.3, 4 引張接合 部 偏心 側 反偏心側 荷 重P 配 率 異 そ 油圧
ッキ 荷重 引 張接 合部 配さ 荷重 を算
定 偏心 側 引張 接合 部 配 さ 荷重を tP1
反偏心側 配さ 荷重 をtP2 9 引張接 合部 配さ 荷重 式 表さ
𝑡𝑃1=𝐷𝑏 2𝐷⁄ + 𝑒
𝑏 ( 𝑗𝑃1+ 𝑗𝑃2) +
( 𝑗𝑃1− 𝑗𝑃2) 𝑙𝑏 𝐷𝑏 (6)
𝑡𝑃2=𝐷𝑏 2𝐷⁄ − 𝑒
𝑏 ( 𝑗𝑃1+ 𝑗𝑃2) −
( 𝑗𝑃1− 𝑗𝑃2) 𝑙𝑏 𝐷𝑏 (7)
e：偏 心量 Db：引 張接合部 中 心間距 ボ
軸線 鉛 直 PL 間 中 心線 交 点を 引張接合 部中 心 jP1：偏心側油 圧 ッキ 荷重 jP2 反偏
心側 lb：加力梁中心 油圧 ッキ 軸 距 10 引 張接合部 配さ 荷 重tP1 tP2 関
係を示 中 点線 油圧 ッキ 荷重jP1 jP2
等 い 仮 定 た場 合 tP1 tP2 関 係式を示 た
あ そ 関係 式 式 表 さ
𝑡𝑃1=𝐷𝑏 2𝐷⁄ + 𝑒
𝑏 𝑃 , 𝑡𝑃2=
𝐷𝑏 2⁄ − 𝑒
𝐷𝑏 𝑃 (8) (8)式
𝑡𝑃1=𝐷𝐷𝑏 2⁄ + 𝑒
𝑏 2⁄ − 𝑒 𝑡𝑃2 (9) 10 載荷
初 期 段 階 (9) 関 係 式 近 い 関 係 を 示
い わ
中 □ 印 降
伏 耐 力 時 を ッ
た あ そ
前後 tP1 tP2関
A Pp Pp
表 最大耐力 計算値
図 鉛直PL 崩壊機構
A断 面
x1 x2 x3
y1
y2
変形 模 式
降伏場 降伏線
図 反力 布
図 引張接合部 生 荷重 関係 試験体
𝑐𝑎𝑙𝑃𝑦
[kN] 𝑐𝑎𝑙𝑃𝑦 𝑒𝑥𝑝𝑃𝑦
𝑐𝑎𝑙𝑃𝑢 [kN]
𝑐𝑎𝑙𝑃𝑢 𝑒𝑥𝑝𝑃𝑢
No.1 443 1.12 705 1.04
No.2 446 0.75 710 1.04
No.1 425 0.92 714 1.03
図 引張接合部 荷重伝
0 100 200 300 400
0 100 200 300 400
tP1[kN] tP2[kN]
0 100 200 300 400
0 100 200 300 400
tP1[kN] tP2[kN]
(9)式
(6), (7)式
(a) No.3 (b) No.4 e
Db tP1
tP2
P
図 記号 定義
x2
x3
y2
mp
Rp
=
𝑃 4√2
P P / 4
63-4 係 (9) 関 係 式 大 く 始 い
偏心側引 張接 合部 剛 性 急減 反偏
心側 荷 重 配率 増 加 たた 考え
偏心を考 慮した耐力評 価
降伏耐 力時 い No.1 tP No.3, 4 tP1 値 等 い 仮 定 偏 心 い 接 合 部
降 伏耐 力をPy 偏心 量eを有 接合
部 降伏 耐力Py´ 式 表 さ 𝑃𝑦′ =𝐷𝐷𝑏
𝑏+ 2𝑒 𝑃𝑦 (10)
表4 No.3, 4 降伏 耐力 計 算値 を示 計算 値 (10)式 を 用 い 算 出 式 中 Py 試 験 体 No.1 expPyを用いた 表 計算 値 実験値 をや や
過 評 価 い わ
. ト字形柱 梁 接合部を想定 した単純引 張 実験
11 示 う 側柱 地震力 を受 た 外 壁
側金物 出寸 法 さ い 柱梁接 合部 耐力
可能 性 あ そ 金物 出寸 法を実験 変数
字形 柱梁接合 部を 想定 た 実験 を行 た
. 実験概 要
12 試 験体概要 を示 金物 基 本的 形 状 3 同 様 あ 載荷 た 鋼 管 エン
を溶 接 い た 鋼管 面外 変形 影 響を
減 た 鋼管 イア 溶接さ
い 試 験 体 No.3 側 柱形式 金物 補強板 PL 9 SN490B を2枚溶 接 た あ
13 載 荷装置を 示 載荷方 法 3 同様
あ 本実験 鋼管 を 形反力 接合 14 全 体変形計 測 置を示 全 体変形u 4箇
所 絶対 変 算出 た
. 実験結 果 と考察
15 荷 重P 全体変 形u関係 表5 耐力 実 験
値を示 表 中 記号 定 義 表2 同 様 あ
P u関 係 No.1 No.3 最 大耐力時 大
く変わ い わ た No.1 No.2 最大耐力 同 あ No.3 No.2 17 kN
大 く た た 水 平 PL 出寸法 字形柱 梁接 合部 ボ 耐力 大 影響 え
回 補 強 やや過剰 あ た 考 え
. まとめ
本研究 鉛直PL板厚や水 平PL出寸法 梁 偏 心率 ボ 耐力 及 影響を確 認 た た 梁
偏心 い 柱梁接合 部 関 ボ 終局時 耐
力を概 良好 評価 た そ
耐力評価 い さ 検討 必要 あ
参考文献
1) 加藤勉 向井昭 義：高力 ボ 引張接合 角形鋼管
ン 継手 耐力 日本 建築学 会 論文報告 集 第326号 1983.4
300 230
500
135 135 246 246
水平PL PL 19 (SN490B)
鉛直PL PL 16 (SN490B)
3
0
6
3
0
0
2
4
6
3
0
6
3
0
0
9
6
.2
図 試験体概要
図 荷重P 全体変形u関係
試験体 降伏
耐力
Py
最大
耐力
Pu
[kN] [kN]
No.1 512 686
No.2 491 687
No.3 553 704
表 耐力 実験値
図 全体変形計測 置 𝑢 =∑ 𝑢4𝑛=12 𝑛
u1 (u3)
u2 (u4)
M 3 2 M 3 2 M 32 M 32 M 16M 1 6 M 1 6M 1 6
(a) No.1 (b) No.2 (c) No.3
試験体
𝑐𝑎𝑙𝑃𝑦
[kN] 𝑐𝑎𝑙𝑃𝑦 𝑒𝑥𝑝𝑃𝑦
No.3 350 0.90
No.4 398 0.86
表 降伏耐力 計算値
図 載荷装置
図 側柱 応力状態
0 200 400 600 800
0 5 10
No.1
No.2
No.3 P [kN]
u [mm]
補強板 PL 9 (SN490B)
補強板付金物
括弧 変 裏面
形反力 加力梁
1000 kN
ッキ
