1
論 文1
日本 建 築 学 会 構 造 系 論文 報告 集 第440号・
1992年10月Jollrnal of Struct
．
Constr．
Engng．
AIJ，
No，
440，
0ct．
，
t99Z梁
ス
カ ラ
ップ
の
有
無
が
箱
形 断
面柱
に
溶接 接合
さ
れ
る
H
形 鋼
梁 端 部
の
力 学 的性
状
に
及
ぼ す
影 響
EFFECT
OF
SCALLOPS
AT
BEAM
END
ON
MECHANICAL
BE
且AVIORS
OF
H
−
SHAPED
STEEL
BEAMS
CONNECTED
TO
BOX
COLUMN
矢
部
喜 堂
＊ ，坂 本 真
一
＊ ＊ ，中 込 忠
男 ＊ ＊ ＊Yoshitaka
YABE
，
Shinichi
SAKAMOTO
andTdclao
NAKA
GOMI
When H
．
shaped steelbeams
are connected tobox
columns，
it canbe
considered that bendingmoment capacities of
beam
webs are reduced．
because
the out−
of−
plane stiffnes of the columnflange
in ajoint
paneldecreases
as the width・
to−
thikness ratio of the coiumnflange
increases．
On
the other
hand，
the presence of scallops at abeam
webbrings
partialloss
Qf cross section at abeam
end，
and thebeams
with scallops might 【eachfailure
at an early stage．
In
this study，
three，
pointbending
tests using cross−
shaped specimens ofbeam．
tQ．
column con．
nections are performed，
andfinit
element method analysis are carr 量ed out，
The effect ofbeam
scallops and the width
−
to−
thikness ratio of theflange
in ajoint
panel on mechanicalbehaiviors
ofthe steel
beam
end are investigated．
KeyWOids
：weldedbeam−
tecolumn connection，
加κ column，
scallop，
fracture
加 加 切0プ，
ultimatestrength
，
deformation
capacity柱梁 溶 接 接 合 部， 箱 形 断面 柱， ス カ ラップ， 破 壊 性 状， 最 大 耐 力， 変 形 能 力
1．
序 筆 者 らは，H
形 鋼 梁が H形 断 面 柱に溶 接 接 合される 場 合の柱 梁 溶 接 接 合 部を対 象と して，
梁スカ ラッ プの 有 無が梁 端 部の力学 的 性 状に及ぼ す影 響につ い て，
実際の 溶接施工条 件を踏ま え な が ら調 査 検 討し た1［−
5｝。
その 結 果，
ス カ ラッ プを 無 く し た 場合は，
従 来の ス カ ラッ プを 有す る場合に比べて溶接 施工性が悪 化す ることはな く， 梁 端 部の 最 大 耐 力およ び変 形 能 力の向 上が期 待で き るこ と を文 献5）におい て報 告し た。一
方，H
形 鋼 梁が箱 形 断面柱に接合さ れ る場合は， 梁ウェ ブが 取りつ く接 合 部 パ ネル内の柱フラン ジ幅厚比が大き く な るにつれ て こ の 部 分の 面 外 方向の 剛 性 が小さ く な り， 梁 ウェ ブの 曲 げ モー
メ ン ト伝 達量 が 低下す ること が考え ら れ る6］−
Hl。
さ らに，
梁 端部にス カ ラッ プ を有す る場 合は， 梁フランジ 内 側の スカ ラップ端部に発生する亀 裂の進展に よっ て，
梁 端 部の早 期 破 壊が危 惧され る。
本 研 究は，
箱 形 断 面 柱・
H 形 鋼 梁 溶 接 接 合部の十字 形 試 験 体を用いた3 点曲げ形式の 載荷実験を行い，
実 験 因 子と して着 目し た梁ス カ ラップの有 無お よ び接 合 部パ．
ネル内の柱フ ランジ幅 厚 比の変 化がH形 鋼 梁 端 部の 力学 的 性状に及ぼす影 響を明ら か に す るもの であ る。
さ らに，
有限要 素 法 解 析 （以 下，
FEM 解 析 ）結 果お よ び実験結 果か ら得 られ る梁 端 部の ひずみ性 状を 比較検討す ること により，
これ らの実 験 因 子が破 壊 性 状お よ び梁ウェ ブの 曲げモー
メン ト伝 達 量に及ぼす影 響につ い て考 察す る も の であ る。
2，
実 験 概 要 2．
1 試験 体表
一
1に，
実験 因 子 と 試 験 体との関 係を示す。
試 験体 は十 字 形 柱梁接 合部で あ り， 試 験 体op
形 状 寸 法を 図一
1 に，
溶接接合 部 詳 細 を図一
2に示 す。梁は， 全 試 験 体とも溶 接 組立
H
形鋼BH −500
×200
×16
×25を 使 用し，
梁 長さ （柱 表 面か ら 支点ま での距 離 ） は 180cm で あ る。 梁フ ラン ジ の突合せ溶 接は， 表一
2 に示 す 条 件によ り施工 さ れて お り， ス カラッ プを有 する 本 論 文の一
部は，
文 献 1 ）に お い て発表 済みであ る。
串 清 水 建 設 技 術 研 究 所 主 席研究員・
博 士 〔工 学 ） ＊ ＊ 清水建設技術研究所 研究員．
・
修 士 （工 学 ） III 信 州 大 学工学 部 建 築工学 科 教 授・
博士 〔工 学）Chief Research EngineeT
，
Institute of Techno且ogY，
Shimizu Corp．
．
Dr
．
Eng．
Research Engineer
，
Insしitute of Technology，
Shimizu Co叩．
，
M．
Eng．
Prof
．
，
Dpe吐．
of Architecture，
Faculty of Engin多ering，
Univ，
ofShin．
shu，
Dr，
Eng．
場合は ス カ ラップ半 径 R を35 mm と し， 平板 状の裏当 て金 を用い て溶接 を行っ た
。一
方，
ス カラッ プの無い 場 合は，
裏 当て金をウェ ブの両 側か ら挟み込 む方 法に よ り 溶 接 施工 を行っ た％ 柱は，
全 試 験 体とも形 状 寸 法が Bロー
4eo×400×32の 溶 接組立箱 形 断 面を使用し て い る。
ただ し，
本 実験で は， 接 合 部パ ネル内の柱フ ラ ンジ幅 厚 比BIT を変 化させて い る ため，
接 合 部パ ネル部の板 厚が試 験 体に よっ て異 なっ て い る。
試 験 体S−
2，S −
2M，
NS −2，
NS −2M
の 4体につ い て は，
柱を貫 通さ せ て内ダイア フ ラ ム形 式に より柱フランジの局 部 補 剛 を行っ ている。
ま た， 試験体 S−3，S −
4，
、
NS−3，
NS−4
の 4体につ い て は， 通しダ イ ア フ ラ ム形 式とし て接 合 部パ ネル部の板 厚の みを小さ く して お り，
パ ネル部 断 面の 形 状 寸 法は試 験 体 S−
3 とNS −
3で はB
ロー
400
×40e
×19．
試 験 体S−
4 と NS−
4 で はB
ロー
400 ×400×12 と してい る。
使 用し た鋼 板お よび梁フ ランジ突合せ溶 接部の溶 着 金 属の機 械 的性 質 を表一3
に示す。
2．
2 加 力 方 法 加 力は， 図一
1に示す よ うに梁端部の上 下を テフ ロ ン 支 承に よっ て単 純 支持し， 柱頭に鉛直荷重を加え ること で一
方 向単調 載 荷お よび 正負 交番の繰返 し載荷を行っ た。 繰 返し載荷を行 う場 合は，
梁 全 断 面 有 効と して得 ら れ る全 塑 性 耐 力cPp 時の 曲げ変形計 算値cδPM を基準に，
3 cδ．． で20回，
4 ．δPM で3
回，5
cδPM で2
回，
6 cδ．
．
で 2回， それ ぞ れ 正負 交 番に加 力し た後に，一
方向に加 力 して破 壊に至 ら しめる ことに し た。図一
3に，
加 力パ ター
ンを示す。
3．
実 験 結 果および考察 3，
1 破 壊 性 状 図一
4に， 荷 重一
変 形関係を示す。
全 試 験体と も 全 塑 性 耐 力 を上 回る高 応 力状態で破壊してお り， 破壊に至 る までの荷 重 と 変 形の関 係は安 定し た紡錘 形 を 示し た。 試 験 体の破 壊形 式 は 以 下に示 す よ うに分類で き る。Type
S
：梁フランジ 母材で破断し た試験 体 梁ス カ ラッ プ を有す る試 験体は，
すべ て この形 式で破6420246
一
一
一
（ ≡ 免 り × ） 咽 濺 闇 加 力 サ イクル 図一
3 加 力パ ター
ン一
126
一
表一
1 実験 因 子 と 試 験 体 試 験体名 梁葡 ガ 接合部パネ ル部柱断 面 （柱フランジ幅 厚比） 加力方法 S−
2 繰 返 し S−
2M 冊 400x400 ×32 （IZ 5） 単 調 S−
3 有 （R逼
35 ） Bロー
400x400x19 （21，
1） S−
4 BB−
400x400Xl2 （333） 繰 返 しNS − 2
繰返し NS−
2M B匠400刈OOx32 （125） 単 調 NS−
3 無 B嗣 00x400×19 （21．
1） NS−
4 B図 00×400Xl2 （3a3） 繰 返 し 図一
1 試験 体の形 状 寸 法 3sge［£
7FB−
25xg za〔 量 ］鍋
FB−
Z5×9 35R （a）S−
2，
S−
2M32 40 7 冒（12） （c） S−
3 （S−
4） ge［
Fa31 （b）NS−
2，
NS−
2M FB．
］R as［ 32 40 7 ］R FB ぢ（12） （の NS−
3 （NS．
4） 図一2
溶 接 接 合 部 詳 細 （ 部） 表一
2 溶 接 条件ヨ
］za パス間温度 設定僅 溶接ワ イ ヤ 醐 ） 電 流 （A） 310−
3黝 電 圧 （V） 96−
40 速 度 （dlmln） 且＆42 入 熱 aJ／cゆ 幻一
37 パ ス間温度 騨 く240℃ 表一
3 使用 鋼材お よび溶着金 属の機 械的性質 使 用 材 料 使用部位 （肱
・
） σu （ヒ／ 2） σy／σuE2．
（％） PL−
32 柱フランジ a隱 5盟 α θ6326 PL一
夏9 柱フラガ 349546 α64 幻．
6 高 炉材 訓490APL マ12 柱フラカ 358 丘 留 q70 踴L6 PL−
25 梁7ラガ a50 敦41q65 撚 9 PL−
16 梁ウゴ a79 臥51 α69 ゐ 6 PL−
28 餌刀弘 a60 丘30 α68 即．
o Y UL4 φ 灘 507 乳65 αgo31．
7壊して い る
。
＋2− − 3
サイクルで梁フランジ 内側の ス カ ラッ プ 端 部の 回 し溶 接 部に生 じた亀 裂 （以 下，
亀 裂 と す る。
図一5
参照。
）が加 力サイク ル ご とに回し溶 接 止 端 部に沿っ て進 展し た。 また，
＋8サイクル近 傍で 梁フ ラン ジ 外 端の 溶 接 止 端 部に亀裂 （以下，
亀裂 と す る。
図一
5参 照。
）が発 生し た が，
亀 裂の進 展は顕 著’
で は な か っ た。 最 終 的には，
亀裂 がフ ランジ板厚お よび板 幅 方向に瞬 時に進展して，
急 激な荷 重 低 下と とも』
に梁フ ランジ母 材で破 断し た。 板厚お よび板幅方向に く び れ は認め ら れず，
破 断 面は大部分 が脆性破 面で あっ た。
Type
T
：梁フ ラ ンジ突合せ溶 接 部で破 断し た試 験 体 こ の形 式で破 壊し た試 験 体は，NS −
2とNS −
4の 2 体 で ある。 ＋10サ イクル を超え た辺り で生じ た亀裂 が， 加 力 サ イク ルご とに進 展して梁フランジ突合せ溶 接 部で 破 断し た。 最 終 的には，
梁フ ラン ジの局部座 屈も顕著で あっ た。Type
B −
1：梁フ ラン ジの局 部 座 屈により破 壊 した試 験 体 こ の形式で破 壊し た試 験体は，NS −2M
とNS −3
の2
体である。
＋10サ イクル を超え た辺りで生 じ．
た亀 裂 が加 力 サ イク ルご とに進 展 し た が， 最終 的に は梁フラン ジの局 部 座 屈が顕 著と な り荷 重が緩や かに低 下し た。 3．
2 初 期 性状 実 験 結 果の一
覧を表一
4に 示 す。
表中，
。P
。お よ び 。δp はそれぞれ梁 理 論に基づ く全 塑 性 耐 力と全 塑 性 耐 力 時の梁の変 形 計 算 値 （曲げ変形量 と せ ん断変形量の和） を示して おり， ス カラ ップを有す る場 合は，
スカラ ッ プ に よ る断 面 欠 損 を 考 慮 し た値と なっ てい る。 ま た，
。Pp
は，
図一
6に示 すように実 験によ る梁の変形が。δρ に達 し たとき の荷重 を 示 し てい る。
な お，
表 中に は，
比較の ために文 献 5 ）で報告し た柱がH
形断面の 場合の結果 （S −1，
NS−
1）も併せ て示し てい る。 表 中の値を 比較す る と，
初期の 剛性eK お よび 全 塑性 耐 力eP ρ は，
全 試 験 体と も 。K
； 5．
00〜
5．
54， ePp ＝ 47．
O− 52．5
の範囲 に あ り， ほ ぼ同じ値で あ る6 この こ と か ら，
本実験の範 囲 内で は， ス カ ラップの有 無 および 接 合 部パ ネル内の柱フ ラン ジ幅 厚 比の変 化が初 期の剛性 お よび耐 力に及ぼす影 響は小さ い こと がわ か る。
3．3
最 大 耐 力および変 形 能 力 図一
7に， a−
il
関 係を示す。 こ こ で， α は実 験に お け る最 大 耐 力 eP 。を全 塑 性 耐 力 cP ρ で除し た値であり，
il
は， 荷 重が負 勾 配にな る までに梁 端 部が吸 収し た累 積 塑 性ひずみ エ ネル ギー
W を弾 性 限 界ひずみ エ ネル ギー
、鴎 （＝
cP 。XcδPH／2） を2倍 した値で無 次 元 化 し，
さ ら に正 負の平 均とし た値 （il
＝W
／（2cWp）／2）で あ る。
ス カ ラ ップ を有す る場 合の α お よ びil
の値の範 囲は，
α＝
1．
29−
1．
46，
う＝
48〜．
110であ るの に対して，
スカラ ッ プの 無い場 合の α お よ びil
の値の範 囲は，
a＝1．60〜
1．
66，
ij
＝
117〜
128 であり，
接 合 部パ ネル 内の柱フ ラン ジ幅 厚比の変化に よ らず， ス カラッ プの無い場 合は ス カ ラッ プ を有す る場 合に比べ て最 大 耐 力および変 形 能 力 が 図一
5 亀 裂の発 生 位置〔
口 ε 隅〔
口 。 ご 山 10050・
50一
100−
100 0 100 200 30D δ （mm ） 10050一
50一
100−
100 0 100 200 300 δ（ ） 100 50曾
ζレ 0 山・
50’
1Rl 。。 100050（
口 2）
山一
50 ▽最 大肋 く 破 断一
：S−
3 O lOO 200 30D δ（ ）一
100．
100 0 100 200 300 δ（ ） 図一
4 荷 重一
変 形 関 係 100 50宮
⇔ D 匹・
50一
1 町1
。。 100 50曾
ご Oq一
50 最穴耐 力 ▽ ＜ 破 断圈
’
1 町1
。。 0 100 200 3DO δ（mm ） 最大耐 力 く 破断一 ’
NS・
4 O iOO δ（ ） 200 300一
127
一
表
一
4 実 験 結 果の一
覧 計 算 値 実 験 値 賦 験 体 名 c＆
1
溜
cK （t加） 巳Pp （t） ePu （t＞ 巳δu ω eK （M血 ） 嬾 サ例 破壌 形式 タイ ブ α 万 S−
1 黝．
7 隠5 隠o552 十25S1．
47 組5 S−
2 5）．
2 阻65 生6518一
盟 SL461 億3 S−
2M5a31 α60550 駅），
o 田217i．
55．
お一
SL 麗 31．
4 S−
3 鰍9 π5 毘35、
061 盤 SL 詔 71．
4 S−
4 4且o7 丘3 ゐ 95、
ゐ 十16SL 凶 47L8 NS−
1 525L 鳳918 臥5 臥42 十28⇒ B−
LL6012a6 NS−
2 50．
0101．
51802 臥09 十艶⇒ TL61lla 5 NS−
2M 阻 21 α 四 6．
1547．
01 αま3 糀 8 臥oo一
B−
1L6850．
o NS−
3 駅｝．
71 魄 71 田．
9554 十2酌⇒ B−
11．
661 阻 1 NS−
4 馴｝．
2lDL31 阻7547 号瞼⇒ T1
．
60117L6i
麟
鍵警黶 饕
薦
驚
熱
鸛
タ
攤
頚
W ；荷重が 負勾配に な るまでに嫐 畷 収した累灘 ひずみエネル ギー
P
PPPPC
e
0
梁理論 値 cδP δ 図一
6 全塑性耐力実験値。Pp 大 きい 。 図一
8に a とBIT
の関 係を， 図一9
にil
と BIT の 関 係を示す。
図中， ◎印はス カラ ップを有す る場 合を，
○印はスカ ラッ プが 無い場 合 を示して いる。
な お， 図一
8
中に は，
ス カラップ を有 する場 合につ い て文 献 6）で 整理 さ れ て い る実 験 結 果を◎ 印で示し て い る。
本 実 験で得 られ た最 大 耐 力につ い て は，
スカ ラッ プを 有する場 合はBIT
が大き く な るにつ れて a は小 さ くな る傾 向 を 示し ており，
文 献6）で整 理 さ れて い る実 験 結 果 と同様な傾 向と なっ て い るe一
方，
スカラ ップの無い 場 合は，B
／T
が大き く なっ て もα は変化せずほ ぼ 同 じ 値を示して い る こと が わか る。
変 形 能 力につい て も同様 な傾 向があり，
ス カラッ プを有 する場 合はBIT
が大き く なる とij
は小さ く な り，
ス カ ラッ プの無い 場 合は B／T が大き く なっ て もij
は変 化せずほぼ同じ値を示 し てい る。 文献5
）に お いて報 告し た梁がH形 断 面 柱に接 合さ れ る 場 合 と本 報に おける箱 形 断 面 柱に接 合され る場合の梁 端 部の最大耐 力お よ び変形能力を比較すると， ス カ ラ ッ プを有す る場 合，H
形 断 面 柱の 試 験 体S −1
の a お よ びil
の 値 は a＝ 1．
47 ，il
＝ 89．
5で あり，
箱 形 断 面 柱でB
／T
が12．
5の試 験体S −2
の a お よ びil
とほ ぼ同じ値 で あ る。 ス カ ラッ プ が 無い場 合 も 同 様に，NS −1
と NS−
2 を 比較す る と，
NS −
1の α お よ びij
の値は a＝
1．
60，
il
・
・
128．
6で あ り，
NS −
2の a お よびil
の値に違 い は認め ら れ ない。 この こ と よ り，H
形 鋼 梁 が 箱 形 断 面 柱に接 合さ れ る場 合，B
／T
が12．
5程 度であ れば，
H
形 断 面 柱に接 合され る場合と同程 度の最 大 耐 力お よび変 形 能 力 を有する ことがわ か る。
3．
4 梁端 部の ひずみ性 状 スカラ ップの 有無 お よ び接 合部パ ネル内の柱 フランジ 幅 厚 比BIT
の 変化が，
梁端部の力学的性状に 及 ぼ す影 響 をひずみ集 中の観点か ら調 査す る た め に，
平面シェ ル 要 素を用い た FEM 解 析を行っ た。
図一
10に， 解析モ デル を示 す。 解 析に用いた モ デルは， 変 形の対 称 性 を考 慮 し て 1／4モデル と し た。
溶 接 接 合 部につ い ては，
スカ ラッ プの形 状 寸 法の み考 慮し，
裏 当て金，
突 合せ溶 接 部，
隅肉溶接の形 状 寸 法および材 料 特 性は無視し た。 ま た各 構 成 部 材の応 力とひずみの関 係は，
図一
11に示す よ う なTri−1inear
形の もの を 用い てお り，
ヤング係tw
E
。は2
．
0
も1 ．
5
● ス カラツブ有 ○ スカラ7 ブ無i
臆
鑞
1
．
0
0
…
O
2…
31 脇φ
、
4 S2
．
0
1
．
8
1
．
6
1
．
4
1
．
2
1
．
0
0
50
η
図一
7 a一
う関係100
150
：ス カラップ 有 （本実 験結 果） ∬1スカラップ有 （文献 匚6 〕の結 果） ○：ス カラップ無 （本実 験結果） 5 1− ．
笹
歪
、
、
←
。∴
1 2鰐
…
・．
1生
．
・ゆ
…i
i
i
I
10
20
3Q
40
50
B
／
T
図一
8 α一
B／T 関 係一 128一
1F
＞150
100
50
B
／
T
図一
9il
−
BfT 関 係 2，
100ton／cmz，
2次 勾 配はE
。／100 と し た。 降伏点 強度 Oy および引 張 強 度 σu は，
素 材 試 験に よ る結 果を用い た。 図一
12に，FEM
解 析お よ び実験か ら得ら れ た ＋1
サ イク ル時の 荷重一
変形 関 係を示す。
図中，
○，
口 印は FEM 解 析 結 果 を ， ●， ■ 印は実 験 値 を 示 して い る。FEM
解 析に よる荷 重一
変 形 関 係は，
実 験 結 果を多 少 上 回っ て い る もの の，
ほ ぼ実験結果を追 跡で きて いる とい え る。 この結 果 を基に，
図一
13に，
弾 性 域，
cδPN 時， 3 ，δPM 時の梁フランジ お よ び ウェ ブの曲げ ひずみ 分布 を 示 す。
図中，
○印はFEM
値 を● 印は実 験 値 を示して お り，
ス カ ラッ プ端部位置に おける断 面の値である。
図 か ら， スカ ラッ プ を有す る場 合は， ス カ ラップの無 い場 合に比べ て弾 性 域か らウェ ブの ス カラップ近 傍お よ びフ ラン ジ内 面 中 央の ひずみ が乱れ て お り，
3。fiPM時に は実 験 値 もFEM 値 もフ ラン ジ 内 面 中 央 近 傍の値が フ ランジ外 面 中 央の値よ りも大き く なっ て い る。
ま た，
柱 が H 形断面で あるS −1
と柱が箱 形 断 面で BIT が 12．
5 のs −2
お よびBIT
が 33．
3のS−
4 を比 較 する と，
BIT が 大き く な る につ れて ウェ ブの曲 げひずみ量は小 さく な る傾 向を示すが， 逆に， フ ラン ジ内 面 中央 近 傍の ひずみ 量は大き く なっ て い る。一
方，
ス カ ラ ップの無い場 合は，
BIT が大き く な る と わ ず かに ひずみ分布が細く な る傾 向を示 し て い るが，
著 しい乱 れ は み ら れず，BIT
が 100 80 50莓
E40
20 00 10 20 10 δ 〔mm ｝ 〔e）S臼
1．
NS−
1 巳o 60羣
4。E
20Oo
y
〔mml °13
° 〔b｝S−
2．
NS−
2 80 60 04 ？ o ご 仇 図一
12 ＋1サイク ル時の荷 重一
変 形 関 係 2033．
3程 度でも梁 ウェ ブはある程 度曲げ応 力 を負担 し て いること がわ か る。
図
一14
に， 梁の各 変 形 状 態におけるスカ ラッ プ端部 の ひずみ集中 率 β を示す。
こ こで， βは梁フ ラン ジ 内 側の ス カ ラッ プ端 部の要 素の ひずみ ε。
を 同一
断 面にお け る梁フ ランジ各要 素の ひずみの平 均 値 ε，、ean で除 し た 値で あ る。
ス カラッ プを有する場 合は，
弾 性 域か ら フ ランジ内面 中 央の スカ ラップ端 部に ひずみ が集 中 してお り，
cδp 時 近 傍では，
β≒1．
5程 度の ひ ず み集 中が み ら る れ。一
方，
ス カ ラッ プの無い場 合は著しい ひ ずみ集 中はみ ら れ な い。
これ らの性 状は，
・
実 験結果と対応して お り，
スカ ラッ プ を有 する試験体が梁フ ランジ側の ス カ ラップ端 部か ら 亀裂が発 生し たこと と一
致す る。
3。
5 梁ウェ ブの 曲げモー
メン ト伝達量 前 述のFEM
解 析 結果 を 基に し て， 接 合 部パ ネル内 の柱フ ラ ンジ幅厚比の変化と初 期降伏変形領域に お け る 梁 ウェ ブの 曲 げモー
メ ン ト伝達量Mw
との 関係を，
B／T が 12．
5，
2L1，33，
3
の場合を対 象と し て検 討す る。
図一
15に，
Mω を求め る方 法 を示す。
本 報で は，
ス カ ラ ップ端 部位置に お ける断面につ いて， 各要 素応 力 を図 心回り に積分 す ることによっ て Mw の概 算 値 を求め た。
こ こ で，
任 意の要 素 内におい ては，
要 素 図心応 力が一
様 に分布する もの と仮 定し た。
以上の手 順に より，
次 式に 図一
10FEM
解 析モ デル OO IO 20 30 δ 〔mm ｝ （c〕S−
4，
NS−
4 σ σ u σy
．
．
．
．
．．
．
一
．
．
．
．
．
．
．
．
Eo
／100
Eo ＝2
，ユOO
ton／cm2 つε
y
ε 図一
11 応 カー
ひずみ 関係一 129一
圧 箔 側フ ランジ
：
爼
＝
…
爼
一
溷
一
＝
・一匿
一一
5eo O sCO ε（x10−
6）−
2000匿露
一一
一 一＿
一＿
」一
亠＿
」一
o O 20CD ε（×10−
fi） 旦匿
」 ε（X10−
6） 圧総側フラ ンジ翌
粥
＝
二
顰
」＿
一 」一
一
」＿
一一
50。 05 。0 一．
一 亠 一 」 一一
aOOCO O 2000° ε（x10−
6）−
2000 0 20DD ε （x10−
5＞ ε（×10甼
6）NS−1
（a）H
形断面柱の場 合 圧 縮 側フランジ遡
鞨
＝
．
囲
皿
圧 縮 側 フラ ン ジ翌
箔
＝
爼
一
（距 ← ●：実 験凪 QO FEMf直 ： 3cδP団＿
… crI − ”E
矍
E
璧
＝
匿
一＿
＿
一＿
」＿
＿
＿
L＿
」 」一＿
＿
」−
500 0 500 ＿一
0 20000ε（×10
−
・）’
2000°
2σ00
ε〔x1 。
』
6） ε（XlO−
6） 鍾一
謄
、
導性域 ●一
●’
実 験 値 ⊂〉・
〈），
FEM値 c δP閏 ヨc δ卩M 」一
「
7
…
引張側フランジ ニ ：t ＝＝ ＝ 一一
5eo O 500 ε（×106）
−
2000 （b
）箱形 断 面 柱（D
／T ＝12．
5
）の 場 合B
『
一 一 一 一 L＿
」＿＿
L＿
＿
L＿
」曹
20000 0 20DO ε（XIO−
6） NS−2
Ooo 物一
〇 〇 − X （ ε 圧縮 側フ ランジ湖
一
〇・
−
St ウェブ B 圧 縮 側フラ ンジ摺
塁ヨ
一
●1冥 験 値 OF 巳MfI聖
膝
一
； ；二 ：一
二 二 ＝曹
．
9P 一
一
二 ウエブ 厚・
弾 性 域層
O δPM ＝調
嗄 直 験 胴 弾性 域 ・一匿
一 一一
5DO O 500 ε （×工O西 ｝・
−
2000 一一
一 一 一 一一
2eCOO O 20000 0．
20DO ε（×10−
5） ε（XIO−
6） 塾 ・一匿
一一
500 0 500 ε（×10−
s）−
2000 （c） 箱 形 断 面 柱（D
／T
＝
33
．
3
）の場 合 」 亠＿
L
亠 一一
醫
二
匿
・
− 0 2000D O 2000 ε（XIO−
6） ε（x10−
5） NS−4
図一
13 梁端 部 の ひずみ分 布一
130
一
戟
2
．
0
尸 00
1
1
褂
任蝋
崎歩
0
．
50
10
20
梁
の変形
量（
mm）
図一
14 ひずみ集 中率 β4
2
30
よっ て梁ウェ ブの曲げモー
メ ト伝 達 量 Mw が求まる。
Mw ・＝Z
at・
h
、・
tw・
1
‘ σt ：要素i
の引張ま た は 圧縮応 力 度h
‘：要素i
の高さtva
：梁 ウェ ブ厚t
t
l‘：断 面 図 心か ら要 素 iの図心 まで の距 離図
一
16 に，
Mw ／Mwp とBIT
の 関 係 を，
スカ ラップ を有 する場 合とス カ ラ ッ プの無い場 合に分 けて示す。
両 図の 縦 軸に は，
Mw を図一
15に示 す よ うな梁ウェ ブの全 塑性 モー
メ ン トMwp
に よっ て無 次 元 化 した値 を とっ てい る。
図中に は，
梁の変 形 量 δが， cδ。時，
2 cδpu 時お よ び3 cδPH 時の値 を示し て い る。
ま た’
， 立 山・
井 上ら 7） お よび 森 田らS｝の研 究に より提 案され て い る梁ウェ ブの塑性化 領ti
x を 用い て求め たMw
／Mwp
も併せ て示して い る。 こ れ ら の塑性 化 領 域は，
接 合 部パ ネル内の柱フ ラン ジに 降 伏 線を仮 定し，
仮 想 仕 事 法に よっ て メ カニ ズム時の最 小 荷 重を求め る ことに よ り導かれる もの である。
すな わ ち，
こ の 場 合のMw
／Mmp
は梁端 部の変 形 状態 とは無 関 係に求ま る値で あ る。
図一
16か ら，
』
ス カラ ップ を有す る場 合は，B
／T が大 きく な る につ れ て Mw／Mwp
の値は小さ く な る傾向に あ り，3c
δPN 時に はBIT ＝12．
5
の場合でMw
／Mwp
≒o．
go，
BIT ＝
33．
3の場 合でMw
／Mwp
≒o．
60程度であ る 。 ま た，
2
。fi
。M 時 の 値 は，
文 献7
）お よ び8
）よ り求 め たMw
／Mwb
と ほ ぼ一
致し てい る。’
一
方，
ス カ ラッ プの無い 場合も同様に，BIT
が大き く な るにつ れてMw
／MWp の 値は小 さ く なる傾 向を 示 すが，
その値 はス カ ラップを有 する場 合に比べ て 大き く，
。δ。 時で約 1．
6−
3．
3倍，
3 cδp”時で約 1．
2−
1．
5 倍程度と なっ て い る。
特に，
3 c δPH 時に ば，BIT
＝33．
3の 場 合におい て もMw
／M
、、p≒o、
go 程 度は確 保で き てい る。
本 実 験で使 用した梁の全 塑 性モー
メ ン トMp に対する 梁ウェ ブの全 塑 性モー
メ ン トMwp の比は約O．
27で あ り，
ス カラ ッ プ を無くすこ とに よっ て cδ。時のM
ω／Mwp
の値が約 1．
6〜
3．
3
倍 程 度 大き く なっ た と して も，
梁 全 k ／ Mw 計算位 置 スカラ ップ端部 梁ウェ
ブ の要 素 分 割呈
Σ
＼
≧
Σ
oi 冖 応 力 分 布 （Mw ） ココ 図心 y 津 で 応力 分 布 （Mwp ） 図一
15 梁ウェ ブの曲げモー
メ ン ト伝達量M四1
，
2
1
．
0
O
．
8
0
．
6
0 ，
4
O
．
2
0
0
1Q
20BIT 30
（a）ス カラッ プ を有 する場 合1
．
2
1．
0
量
o
．
8
＼
o
．
6
≧
Σ
』
o
・
4
0
．
2
0
0
40
10
20BIT
30
（b）ス カ ラップの無い場合 図一
16MtUIMwp−
B／T 関 係40
断 面の曲げモー
メ ン ト伝 達 量に及ぽ す影 響は約6−
8％ 程 度であ る。実 験によ る初 期の c δp時の耐 力が，
スカラ ッ プの 有無お よ び B ／T の 変化に よ らずほ ぼ同じ値となっ たの はこの ことに よ る もの と 思 わ れ る。
こ の ように， 梁ス カ ラップの有無および接 合部パ ネル 内の柱フ ラン ジ幅 厚 比の変化が初 期の剛性お よび耐力に
一
131
一
及ぼす影 響は小さいが
，
ス カラ ップを 有 する場 合に み ら れ る梁フランジ内側の ス カ ラッ プ端 部の ひずみ集 中は，
亀 裂の発生要 因 と なり得る。
4．
結 論 梁ス カ ラッ プの有 無が箱 形 断 面 柱に溶 接 接 合され る H 形 鋼 梁 端 部の 力 学 的 性 状に及 ぼ す影 響 を 調 査する た め に， 十 字 形 柱 梁 接 合 部の試 験体を用いた載 荷実験お よび 有 限 要 素 法 解 析 を 行っ た結 果， 以下の こと が 明 ら かに な っ た。
（1） スカ ラップ を有す る試 験 体は，
ス カ ラッ プ端部に 弾 性 域か らひずみが集 中し， こ の位置に生じ た亀 裂が急 激に進 展し て フ ラ ン ジ母材が破 断し た。一
方， ス カ ラ ッ プの無い試 験 体は，
十 分な変 形 能 力 を示した後に， 梁フ ラ ンジ溶接熱 影 響 部で の破 断ある い は梁フ ラン ジの局 部 座 屈に よ り荷重 が低 下し た。
（2 ｝ス カ ラ．
ップの有 無お よ び接 合部パ ネル内 の柱フラ ン ジ幅 厚 比の変 化 が 初 期の剛 性お よび耐 力に及ぼ す影 響 はノ」、さ い。
（3） しか し， これ らの因子 が最 大 耐 力お よび変形 能 力 に及ぼす影 響は大き く， ス カラップ を有す る場 合は接 合 部パ ネル内の柱フラン ジ幅 厚 比が大き く な るにつ れて最 大 耐 力お よび変形能 力は小さ く な る傾 向を示す。一
方，
スカ ラップの無い場 合は，
接 合部パ ネル内の柱フ ランジ 幅 厚 比の変化によ らず最 大 耐 力 お よ び変形 能 力 は ほ ぼ 同 じ値 を示し， その値はスカ ラップ を有す る場 合に比べ て 大きい。 参 考 文 献 1｝ 矢 部 喜堂，
坂 本 真一，
倉 持 貢，
井 手 斉，
多 賀 雅 泰，
越田和憲 ：は りス カ ラッ プを 有 し ない 柱 は り 溶 接接 合 部 の力 学 的 性 状 （そ の ］，
その 2），
日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講演梗概 集，
pp．
1593−
1596，
1990年10月 2〕 矢 部 喜 堂， 坂 本 真一
， 倉 持 貢， 井 手 斉， 多 賀雅泰，
越 田 和 憲 ：はり ス カラ ップ を有し ない柱は り溶 接 接 合 部 の力 学 的 性 状 （その 3， 圧 延H形 鋼梁の接 合に適用した 場 合 ），
日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集，
pp．
1161−
ll62，
1991年9月 3） 坂 本 真一，
中 込 忠 男，
矢 部 喜 堂，
横 山 重 和，
藤田哲也 ： 電 炉 鋼板を用い た柱は り溶接 接 合 部の力 学 的性 状 （その 1一
その 3｝，
日本 建築 学 会 大 会学 術 講 演 梗 概 集，
pp．
1コ55〜
1160，
1991年9月4＞ Yoshitaka Yabe
，
Shinichi Sakamoto：‘
‘
Rationalization of Steel Structure We 且ding for Buildings inJapan−
Mechanical Behavior of Beam・
to・
Column WeldedJoints
Without Beam Scallops− ”
，
Shimizu Technical Re−
search Bulletin．
No．
10，
pp．
］3〜
19，
March 19915） 中込忠男
