コンクリート充てん角形鋼管柱・鉄骨ばり・接合部の挙動について : 外ダイアフラム接合形式

1

研 究 論 文】 UDC ：624

．

078

．

014

．

5 ：624

．

078

．

014

．

27 日本建築学会構 造 系 論 文 報 告集 第 359 _号

・

昭和 61 _年 1月 コ

ン

ク

リ

ー

ト

充

て

ん

角 形鋼

管柱

・

鉄 骨

ば

り

　　　　　　　挙 動

に

つ

い

て

・

_{接 合 部}

_の

外

ダ イ

ア フ ラム

_{接 合形 式}

員 員 員 会 会 会 正 正 正 正 会 員

鈴

木

小

伊

木

村

河

藤

敏

利

栄

郎

＊

衛

＊ ＊

行

＊

「

＊

俊

＊ ＊ ＊ ＊ 　 §

1．

序 　筆 者らは文 献4）に お いて

，

充て ん 形角形鋼管コ ン ク リ

ー

ト柱に お け る充て んコ ンク リ

ー

トの耐 力 分 担

，

剛 性 寄 与および局 部 座 屈 補 剛に伴う変形 能 力につ い て 明 ら か に し

，

柱の塑 性 変 形 能 力 を向 上 させ る上で接 合 部

，

パネ ル部の性 状は重 要な

一

因子で あ る こ とを示した

。

本 報 告 は外ダイア フラム形 式の接 合 部 を対 象と し て その応 力伝 達 機 構

，

繰り返 し荷 重 下で の弾 塑 性 性 状 を把 握する こと を 目的と して い る

。

　 外ダイア フ ラ ム形 式の接 合部は柱 通しの コ ン ク リ

ー

ト 充てん鋼 管 構 造に おい ては最 も

一

般 的な接 合 形 式であり 充てんコ ン ク リ

ー

トによ る局 部座屈 補 剛

，

パ _ネル部コ ン ク リ

ー

トの 三_{軸 効 果 等}の_{利 点}が期 待さ れ る。 反 面

，

薄 鋼 管に対 し ては ウィ

ー

クパ ネル と な る 場合が あ り

，

繰り返 し外 力 下で の弾 塑 性 性 状には十 分 留 意す る必 要が あ る

。

　黒 羽， 久 光， 坂本 5 〕 らは_， ス チフナ リングで_{補 強}され た鋼 管 柱に は りフ ランジ が 取 り付 く接 合 部の _{引張 実 験}を 実 施し

，

主 材に鋼 管 を用いた と き の柱と は り と の接合部 の強 度につ い て検討 を行い

，

充てんコ ン ク リ

ー

トの_変形 拘束効 果に よ り耐力， 剛 性と もに向上 す るこ と を明らか に し てい る

。

さ らに久光

，

坂本6） ら は

，

円形鋼管の径厚 比の異な る試験 体に より

，

中空鋼 管とコ ン クリ

ー

ト充て ん鋼 管そ れ ぞ れに対し せ ん断 実 験 を 行い

，

両 者 を 比 較し て

，

コンク リ

ー

ト を充てん す ることに よ る強 度の上昇を 求 めて い る

。

富 井

，

松 井η らは

_，

角 形 鋼 管コ ン ク リ

ー

ト 接 合 部の_弾塑 性 性 状とせん断 耐 力に_関して_実験を行い

，

充てんコ ンク リ

ー

トのせ ん断 強 度 を 求め ている

。

ま た鋼 管コ ン ク リ

ー

ト柱 と

H

形 鋼 は り との接 合 部に関 して_， 清 本 論 文の

一

部は

，

文 献1）

，

2）

，

3〕におい て発 表し た

。

　 ＊ _{東京 工業大学 　教 授}

・

_工博 　＊ ＊ _{竹 中 技 術 研 究 所 　 主 任 研 究 員} ＊ ＃ _{東 京 工 業 大 学} 　助手

・

工博 ＃ ＊ ＊ 竹 中工務 店 東 京 本 店 設 計 部 　 　 （昭 和59年］_{2 月 10 日}原 槁受理） 水

，

青 山9） らの実 験が あ る

。

接 合 形 式と し て は内 ダイ ア フ ラム形 式 を採用 し， 実 大骨組の逆 対 称 曲げ加力実験 を 行い

，

充て ん コ ン ク リ

ー

トの せ ん断 耐 力と接 合 部の剛性 につ い て検 討を加えて い る。 これら の研 究 以 外に も接 合 部パ_ネル の せん断 加 力実 験や鋼 管とは りフランジ との接 合 部の 引 張 実 験に関 して は多くの研 究がな さ れ て い る が

，

角 形 鋼 管コン ク リ

ー

ト柱とH形 鋼は りとの接 合 部の 繰り返し加 力実験に関し て の研 究は数 少な く

，

繰り返し 力を受け る柱は り接 合 部の力 学 性 状は十 分に把 握さ れて いる と は言い難い。 　本研究で は

，

現 実 的な耐 力の もの と

，

耐 力 を増 強させ た2種 類の外 ダイア フ ラム_{形 式}の接 合 部 を有する試 験 体 を製作し，鋼管幅厚比

，

』

コ ンク リ

ー

トの有 無 等 をパ _ラメ

ー

タ と し た柱は り接 合 部の繰り返し加 力実 験 を行い

，

そ の 力 学 性 状につ い て検 討した

。

　§

2．

実験概要 　2

．

1 試 験 体 　 試 験 体は外ダイア フ ラ ム部の耐 力の違いに よ り

A ，B

シリ

ー

ズに分 類し て い る

。

試 験 体の形 状， 寸 法 を

Fig．

1， 2に諸 量 をTable　4に示 す

。

　A _シリ

ー

ズの試験 体は

一

部， 文 献4｝に示した もの であり， 更に幅 厚 比の小さ なもの を 加え た

。

導入軸 力 NINo は前回 同様

0．

2と し た

。

こ こに

N

は柱 軸 力，

N

。は累 加に よ る柱の圧 縮 耐 力で あ る

。

A

シ リ

ー

ズで は外 ダ イア フ ラム部で耐 力が決 まら ない よう十 分 剛に なっ て い る が_， B シ リ

ー

ズの外ダィア フ ラム_部は通 常の設 計に よる現 実 的な形 状である

。

柱 鋼 管 の組 立て

，

溶 接 仕 様は文 献4）と同 様であ る

_。

外ダイア フラム は 落 し込 み 方 式 と し

，

柱へ の溶 接 は A

−

4

．

5−C ，

A −

6

−C

およ び

B

シ リ

ー

ズ試 験体で は

1

形開先

，A −

9

−V

， A

−

9

−

C

試 験 体で はレ形 開 先

，

A

−

12

−

C

，

　

A −

16

−

V _{試 験 体} で はK形 開 先と し た隅 肉 仕 様で あ る。 B シ リ

ー

ズの は りは 外 ダイア フ ラム との ボル ト接 合を 想定 し

，一

部カ バ

ー

プレ

ー

ト

R12

×175×600 により補 強が施さ れて い

一

₉₃

一

る。 鋼 材の機 械 的 性 質 をTable　1に， コ ン ク リ

ー

_トの調 合

，

機 械 的 性 質をそれ ぞ れ

Table

　2

，

3に示 す。 　2

．

2　 加 力

・

測 定 方 法

§

．

嗣 11 ＝ 頃

餌

2

8

「

卑

Fig

．

1 　 t

’

冨

2

．

075　　　　A

・

し零350　　rt　2

．

075 　 　 　 　L

言

4

．

500

Speci皿en 　ApParatus　of 　A　Series

2507501 ρ50goo 150750 芝田 200 ［

　

馳

1●

79 ．

噂■

膠

■ ■

■．

．

■．

．

．

o

ゆ

N 喞6

一

一

ロ

冖

　 心 　乂1H

−

5瓢 2◎0属9麗16 P rl

一

　

　

　’

一

_圃 臥

一 ‘

ij P COV

．

臣12翼175瓦 

一

一

幽

75 350 勘

Fig

_．

₂Specimen　Apparatus　of　B　Series

Table　l　 Mechanical　Properties　of　Stee1

艶

ri

巳

、

丁

晒

し Pi

甌

2t

，

ワ

y5

口

uFy

；

凵

R

皿

r

配

〔ml

　

｛L ノ 

　

　

「

つ 1し，口z】 1

見

LD1 昏11 号｝ 員 馳

【

e

〜 ヒ

　

r4．

5q

．

503

．

凹 5

．

70 田2929

．

1s 騨 巳

．

55

，

η 4

．

DO5

．

5

． 聖

go519

．

o

．

巳

　

r98

．

弱 3

．

8〜 5

．

42 匸91野 2ヨ

．

5

飼

巴　

r12

匸1

、

調

3

．

575

、

5

ア 邑

3

噌

乙

ま5

．

3

．

叱

　

．

16L5

．

393

．

5

ア

5

．

51L 阻D3 』

．

9

開

に　

幽

Z2L

燭

．

305

．

50

． 彳

8

．

o

’

．

喟

窪ル

シ

ー

　ト

に

よ

6

吐

　

・

25i4

．

聖

o5

．

アo

．

30

．

o

・

ほ 彫 シ

ー

ト 陪 よ る B5

α

rlo

〜

鳳　

．

99 」5 ヨ

．

995

、

5 岔 1

巳

9523

』

〜 

臥

　

■

　

1zL

〜

」3 ヨ

．

％ 5

．

欄匡 1臨 z2

．

1

陣

比　

．

L515

，

39 ヨ

．

755

．

司317 已535

．

噌

．

F

Table　2Make　Up　of 　Concrete Serle5 刊ater （kg／m3） Ce爬 員し ｛kg加3） Fi卩eA

器；

1

講

eCo 己r5e 直

1

騨

1

ε

”！G   S1凵mp 【  ｝ 鳳Serj已5BSerie51 ア4L78274305 ア81 臼03104999162

．

358

．

Z1818

一

₉₄

一

　試 験 体へ の加 力 方 法は文 献4_）と同様であ り， こ こ で は説 明を省 略す る。

Fig，

3− Fig．5

に変 位 測 定 位 置， ひ ずみ_測定位置を示す。 鉄 骨 につ い ては塑 性 域 用ワイヤ

ー

Table　3Mechanical　Properties　ef　Cencrete

Serle5 ｛、

；

ヲ

1

．・｝ 〔、

呈

1

−

₅ ｝ （、

ll

， 。・｝ （、

1

ヲ

1

．・） ASeriesBSerie5 2732go 1ア0025702

．

95，105 　　　　　　

_，

_25x102052

，

321

．

3 15 　　　　　　　16 XV

−

2　　　　　　　　　6 5　　　　　　XY

−

　 　 　 1 匝 10₁₂₁ 　　91 匝 2 9 　　4

　

　

7

　　　　　　

1 3 　14 13

Fig

．

3　Set　

Up

　of 　Dial　Gages

STEEL　Portion　　　　　　CONCRETE 　Pertion

　 　 　Fig

．

4　LocatiQn　of　Straill　Gages （A　Series）

5TEEL　Por竜_ionCONeRET _匚　Portian Fig

_，

_5　Location　of 　Strain　Gages _（B　Series_｝

Table　4　Column　Specimens　and　their　Properties

．

t 5Hy

匸

No 閧0

．

Z開0

5P

唖

d

冊

RColu

…

D ’ヒ

〔

 

｝ 〔Lon｝ 〔L

ロ

吋 1しonl1 ヒo吋 A4

．

5

−

c0

・

コ50隠5甑4

．

54

．

4077

．

8240

．

5315

．

5556

．

3nL3 鳳

．

6

−

c

”

　

罵

δ 5

．

605B

、

33 ヨz

．

331 鹽

．

L543

．

ヨ lz8

．

7 へ

．

9

一

り

．

°

　 　

鴫

98

．

5D4L

．

2438

．

9

■

43s

．

9B1

．

8 鳥

一

9

−

c

鬪

　 　

随

91

． ■

II300

．

_{5 γ39}

．

_{燭 】47}

．

₉ B

・

9

一

し

鬮

　 　

圧

99

．

153B

．

3421

．

L3 ’臼

．

98DO

．

o 且50

．

o

へ

r12

冒

C

闇

　 　dZ1L50 〜9

．

2590

．

匸 〜9L9 曲2

．

O176

．

4

巳

・

12

−

c

．

卩

　 　

罵

1212

．

2D2 巴

．

7624

、

B307

．

4932

、

2L85

．

4 A

．

16

．

り

．

脚

　罵

1615

．

5D21

．

9

ア

40

．

4

闇

7

鱒

．

4L

祀．

：

・

2 Fig

．

6a）　P

−

R

，

　

R

_ρ Diagrams 42 P“）

一

一

一

．

20f4 o　

’

A

−

12

−

C P【量レ P  如 0 R‘

．

1。

齟

3， 4o 60

一

20 0 伸 ｝

一

一

2

一

40

一

40 Fig

．

6b）　P

−

R

，

　Rp　Diagrams 402 PCO 　 　 　 　 R

r20

　　　　　20 【属1σ3⊃ 　 　 　 o 　 　 崎O Fig

．

6c）　P

−

R

，

　Rp　Diagrams A

−

9

−

C40P 〔t｝

▽

R10

匿

3

一

20 060 o

r4

° o Fig

_．

_6d）　p

−

_R

_，

　R_ρ Diagrarns

一

2 4ePCt）

一

40 OCxlcr

“

］ Fig

，

6e）　P

−

R

，

　Rp　Dlagrams ス トレ インゲ

ー

ジ を 用い_， 充てんコ ン ク リ

ー

ト内に は モ

ー

ル ドゲ

ー

ジ を 埋め込ん だ

。

バ ネル部に は鉄 骨

，

コン クリ

ー

ト内 と も

3

方向ゲ

ー

ジ を用い

，

_直接

，

せ ん断ひず み を計測 した

。

な お

B

シ リ

ー

ズで は外 ダ イ アフラム_部に もス トレインゲ

ー

ジ（

一

部

3

方向ゲ

ー

ジ）を て ん付 し た。 　§

3

．

耐 力

・

変 形 性 状 　3

．

1　 復 元 力 特 性 Fig

．

6f）　P

−

R

，

　Rp　Dlagrams C

層

6

−

C P｛D4020 弓

・

40

，

20 紛

一

20

・

40 40Pft ｝

一

40

Fig

．

6g）　P

−

R

，

　Rp　Diagτams

A

−

6

・

C P｛竃， 40 R‘x1 0 ≒〜0 60

一

一

40 C

−

4

．

5

・

C

一

气o 40P ｛P

暫

40

．

レ Fig

．

6h）　P

−

R

，

　Ro　Diagrams 　 P（t） 40 ・・

1

R岡画 0

一

20 24060

・

20 叫0 tr；_｝ 　 PO 【x　｝ Fig

．

6i

）　

P −R ，

　Rp　Diagrams

一

40 Fig

_．

_6i）P

−

R

，

　Rp　Diagrams

一

₉₅

一

　

Fig

．

6a）

− Fig．

6j）に各試 験 体の は り荷 重 P と層 間 変 形角

R

お よ びは り荷 重

P

とパ _ネル_部の寄 与する層 間 変形 角

Rp

との関 係を併わ せ て示す

。

比 較の た め

，一

部

C

シ リ

ー

ズ試 験 体の_結果4） も載せ てい る

。

　最 も鋼 管 幅 厚 比の _小さい

A −

16

−

V 試 験 体は安定 し た 紡 錘 形の履 歴性状を示し， 理 想 的な鋼 管 柱

・

_{は り}

・

_接合 部の挙 動と 言 え る

。R

； 50×10

”

3 付 近で接合 部 端 近くの 圧 縮 側 柱フラン ジが内 側に膨ら む局 部変 形 が 見 られ た も の の

，

最大耐力に到らず加 力 を打 ち切っ た。 鋼管幅 厚 比 29で は

A −12−C

も また

R ＝50

×

10

−

3近 く で圧 縮 側 柱フ ランジ が外 側に膨 らむ局 部 変 形が み ら れ た もの の最 大 耐 力には到らず， 骨 組， 接 合 部とも安定し た履 歴性状 を示 し て い る。

B −

12

−C

では最 終ル

ー

_{プにおい て わずか}に耐 力が低 下して い る。

B

シ リ

ー

ズで は鋼 管 幅厚 比 39の

B −

9

−C

とも最初に外 ダ イアフ ラ ム の入隅 部が引張 降 伏 し た後

，

ひずみ硬 化による耐 力上昇に伴い柱 鋼 管の接 合 部 端が降 伏し た

。

R

＝

50×10

−

3 前 後で柱 鋼管の圧 縮 側フ

Photo

．

1　 Local　Buckling　Wave

r9

“

一

Photo

．

2　Crack　at　Comer P｛ton ， A

−

9

−

C　　　 6Q   20 Rb

響

20 2QI

π

吁り

一

20

・

もo

一

60 Fig

．

7a ）　P

−

R，　Diagrams　　Fig

．

7b）　P

−

_R

_。

_Diagrams

一

₉₆

一

ランジ

，

ダ イア フ ラム部に局 部 変 形が み ら れ， 最 終ル

ー

プにおい て外 ダ イアフ ラ ム の入隅 部に_引張 亀 裂が生 じて 耐 力の _{低 下}を示し た

。

外ダ イア フ ラム部の局部 変 形

，

入 隅部の亀 裂 をphoto

．

1

，2

に示す。 鋼 管幅 厚 比 39の試 験体で は ひずみ硬 化に よ り漸 次 耐 力が上 昇 するA

−

9

−V

を除き_， 変 位の増大に伴い多少

，

耐 力 劣 化 性 状が あ る

。

Fig．

7a＞

，

　

b

_）の は り変形

R

。挙 動にみ ら れ るよ うに

，

　

A

シ リ

ー

ズで は は りが ほ ぼ弾 性 域に留まっ てい る の に対 し_， B シ リ

ー

ズで は ダ イア フ ラ ム部が降伏す る た め

，

外 ダ イア フラム の弾塑 性 性 状がは り変 形に含ま れ

，

骨組 の履 歴 性状に影響 を及 ぼ すもの と思わ れ る。 し か し， 同 幅 厚 比の試 験 体の_結果を比ぺ る限り外 ダ イアフラム部の 仕 様の差に よる骨 組の全体性状に大き な違い は な く

，A

，

B

両シ リ

ー

ズとも 同様に良 好な安 定した性 状を示 し て い る

。

さ らに幅 厚比の大きい A

−

6

−

C

，A −

4

．

5

−C

で は骨 組の履 歴性 状はパ ネル部の そ れにほ ぼ

一

致し， ウィ

ー

ク パ _ネル性状 を示してい る。 パ ネル部を補 強し た

C

シリ

ー

ズに比 して

，

パ ネル部の変形 分 だ け全 体 変 形が増 大して お り， 特に全 体 挙 動 へ の _悪い_{影 響}は な い

。

最 終 的に は

A −

6

−C

で は柱 鋼 管の溶接部，

A −

4

．

5

−C

で はパ ネル部 鋼 管の溶 接 部に亀裂音を伴っ た割れ が 入 り

，

耐力低下 に 到っ た

。

全 試 験 体の各 種 荷 重の計 算 値

，

実 験 値の

一

覧 を Table　sEi］_に 示す。 　 3

．

2　パ _ネル部の_弾塑性性 状

　

Fig．

8a），　b）に A

−

₉

_−C

_{試 験体と}

_{B −}

₉

−

_C

_{試 験体の正} サイクル の最 大変 位 時に お け る各部位の_変形分 担 率

R

，／

R ，

R

。／

R

，

Rp

／R を示す。 こ こ に

R

。は柱の 変 形 分 担 量で あ る。 図中の破 線は弾 性 域での分 担 率の計 算 値で あ る

。

変形の小さい範 囲では測定の_{誤 差}も含むため計 算 値と多 少の違いは あ る が

，

降伏前 後 までは弾 性 解析による分 担 率に ほぼ

一

致してお り， パ ネル部の分担は小さ い

。

変形

Table5 　CalcuLated　and　Experimental　Values

隅 ● 俸

陌

r■

．

5

・

匸皇

．

6

．

匸且

．

9

・

7 馬

’

9

齟

匸 畠

匿

9

■

「

鳳

・

コ

2

・

co

．

1

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．

【且

」

15

・

7 嘘 縄 口　Pl

ニ

ト 旺 　　　　 　

，

ン

，

田

一

，

「

．

4

司

　巳 5

　

卩

7

．

35

．

醇 74

幽

ひ

σ

闇

血

験

脅

随 伏 L3

，

817

　

9

］

日

　

蘆

麗　520 　735

．

33

】

．

15Lro 轟

隔

嗣 力 2

■

．

国

910z9

．

調

3置 9

‘

2

．

5

ら

「

、

852

．

o48

．

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質

　

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轟 ．

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．

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．

巴 53

　

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．

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，

97

自

、

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．

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．

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、

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．

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■

臼

．

7

瞿

5553 注1）　はりはBシ リ

ー

ズにつ い て は_， カバ

ー

ブレ

ー

トを 無 視 　 　し た

．

柱は鋼 管とコ _ンク リ

ー

ト そ れ ぞ れを平 面 保 持 仮 定 　 　に よ る軸 力分担 分を考 慮した耐力と変形の関 係 を累 加 し 　 　て求め た

。

特にコ ン クリ

ー

トの変 形の算出 に は

，

ひ び割 　 　れ荷 重までは 全断 面

，

それ以 降は最 大 耐 力 時の 圧縮ゾ

ー

　 　ンを有 効とし た剛 性に よっ た

。

外 ダ イアフラム の諸 荷 重 　 　お よ び接 合 部の降伏は文 献14）によ る

。

接合 部の耐 力は 　 　鋼 管 部 分につ い ては_文献12_）によっ た

。

0 ） 0 ％ 50 010 　　20　　30　　40　　50　　60　　70　　RCxlO

−

； ）

　 Fig

．

8a）　Deformation　Ratio　of　R

R

二

10翼10

−

3 R

＝

25x10

暫

3

−

tC ↓ B

−

9

−

C 6

一

？ 　 　 f

−◎

ナ

　¢ 　 　 　

．

　 　q　

＿ ＿

＿．

com 　 　 　 E　

＝

　2

、

OOOxto6

Fig

_．

_10a） Strain　Map 　on 　Diaphragm

0 ） 　 00   ー （

’

₅₀ 0 A

−

9

−

V 10　　　　20　　

．

30　　　40　　　50　　　60　　　70　　R｛xlO

−

3 ） 　 Fig

．

8b）　Deformation　Ratio　of　R

A

−

9

−

C pQω 頑ω 踟 踟 200  

一

20 2

一

0

一

200

句

200

一

300

尉

300 FiggpQ

一

γDiagrams B

圏

9

−

C が増大して も は り は ほ ぼ弾 性範囲内に留まっ て いる た め， その分担率は減少し， パネル部の分担率が急増する

。

柱の分

担

率に は大き な変 化は認め られず

，

柱 以 上に パネ ル部が十 分な変 形 能 力を発 揮す ること が判る

。

　 Fig

．

9は パネル部に作 用するせ ん断 力pQ とパ ネル部 に て ん付 し た3軸ゲ

ー

ジより求 めた せ ん断ひずみ γと の関 係を示 し た もの であ る。

_．

次 節で示す よ うに

，

ほ ぼ純 せ ん断 性 状を示すため

，

いず れもFig

．

6に示し た パ ネ ル部の履 歴 性 状に

一

致 して いる。 　 §

4．

内部 応 力 状 態 　 4

，

1

応 力 伝 達機 構 　Fig

．

　10　a _）は B

−

9

−

C 試 験 体の外ダィア フ ラ ム部の軸 ひずみ

，

主ひずみ分 布を示し たものであ る

。

圧

．

縮 側で は ほ ぽ 均

一

な 分 布 と な り

，

充てんコ ン ク リ

ー

トへ の応 力の R

．

10x10

−

3

1

・

−

　

　

．

一

圏

．

　

　

　

　

　

　

1

　

　

　

　

　

1

B

−

9

−

C 　 　 　 じロ 　n

．

P

ま

7

鳳

　 　　 　　

c

鰍 評

・

・

1ρ。・・1crS

Fig

．

10b） Strai皿 Map 　in　Steel ＆ Concrete　Panel

　 S正 EL 　 PortionFig

．

10c） A

−

9

−

C 　 　 　 ten

．

　 　 　

　 　

　

く

ce　

コ

　　　　　　　　

C

踏飄

E ∈

・

1… 、1。S

Strain　Map　in

．

Steel＆ Concrete　Pane1

　 STEEL 　 Portien Fig

．

10d ＞ A

−

4

．

5

−

C 　 　 　 一 com

．

　　　　　　　　

C3

難 ：

‘ E

・

lp。・x1σ・

Strain　Map　in　Steel＆ Concrete　Panel

．

　 　 　 　 　

■

　 　 　 　

　

　

　

　

　 　 　 　

I

I

　

　

　

　 　 　 　

　

　

　

　

　 　 　

，

　

　 　

王

一 97 一

伝 達が うかが え る。

一

方

，

引張側で は 入隅 部 を 介 し柱 鋼 管ウェ ブに応 力が伝達 さ れてお り

，

鋼 管 柱と外 ダ イア フ ラム の溶 接は隅 肉 仕様で も十 分であ る。 た だ し， 外 ダ イ ア フ ラ ム 入隅 部へ の応 力集 中に よ る引 張 亀 裂

，

お よび は り フ ラ ンジ より幅 厚比 が大き く な ることに よるダ ィア フ ラム の局 部 座 屈に は留意す る 必要が ある

。

　

Fig．

10　

b

_）

− d

_）は

B −

9

−C

，　

A −

9

−C，

　

A −

4

，

5

−C

各 試 験 体の パ ネル ゾ

ー

ン に おける主ひ_ずみ分布を示し た もの で あ る。 鉄骨パ ネルでは純せ ん断 状 態がうか が わ れ る。 コ ン ク リ

ー

ト部で は主 圧 縮ひず み方 向よ りコ ンク リ

ー

トパ ネルが圧 縮ブレ

ー

ス機構により応 力 を伝 達してい ること が推 測 される］4，_{（付 録の コ ン ク リ}

ー

_{ト強度分布参照）}

_。

　

4，

2

パ ネル の応 力分担 　

Fig．

　11　a_），　

b

）は鋼 管 幅 厚 比 29の試 験 体の接 合 部に お け る鉄骨パ ネルのせ ん断 力の分担 を繰り返し加 力に対 し て荷重零の点を原点に戻し， その包絡線とし て示 し た もの であ る

。

縦軸pQ は接 合 部に作 用する柱 側の せん断 力， 横軸は パ ネル対角線方 向に セッ トし た変 位 計 測 定 値 よ り求め た せ ん断 変 形 角 γを表す。 鉄 骨パ ネル の せん 断 分 担 sQ は

，

ひずみ ゲ

ー

ジの測 定 値を応 力に換 算して 求め た。 この際

，

鉄骨バ ネル においてせ ん 断ひず みは

一

様に分 布して い る もの と仮定し

，

鋼 材の_相当 応 カ

ー

ひず み関係は

E

／

lOO

の ひずみ硬化 を考慮 し

，

　

bi−linear

型 を 仮 定 した。 コ ン クリ

ー

トを充て ん し た試 験 体では鉄 骨パ ネル は早 期に せん断 降伏を生じて持ち う る せ ん断力を 分 担 し， コ ン クリ

ー

_トパ_ネル に余 力を残 す。 以 後

，

コ ンク リ

ー

トパネル のせ ん断 力 分 担は増 大 する。 外 ダ イアフ ラ ム剛 性の違い に よる差は あ ま り見ら れ ない

。Fig．

12は 接 合 部に作 用 する せ ん断 力か ら鉄 骨の_{分 担}す るせん断力 を差し引い て求め たコ ンク リ

ー

トの負 担す る 見 か け上の せ ん断応力度c τ の 遷移を 示し たもの である

。

縦 軸は

。

τ をコ ン ク リ

ー

トの圧縮強度。σe で除し て示し た

。

図より 鋼 管 幅 厚 比が小さ く なる に従い

，

見か け上の せん断 応 力 cτ は増 大 する ことが わ か る 14｝

・

t「2）

_。

_{いずれに して も見か} けの せ ん断 応 力は 0

．

2cσ e

〜

O

．

4。σ。 にあり 14）

・

th3）

_，

_{鉄 骨 鉄} 筋コ ンクリ

ー

トにおける十 字 形 骨 組の場 合の パネルゾ

ー

ンせん断 耐 力13）_{と ほ ぼ同 等の値が得ら れ た} 。 　 §5

．

幅 厚 比 と充て んコ ンク リ

ー

トの効 果 　5

．

1　 変 形 能 力 　

Fig，

13は骨 組の繰り返し荷 重

一

変 形 関 係を各サイクル L「 cσBO

，

5 o

．

4 O

．

3 pQ（t｝ 300 200 100 O

．

2 o

．

1 00

〆

・

イ

　

夕

「

ド ぬ

一

　 　 　

．

．

一

．

一

＿凸

　 　 sQ

　　　

L

　

　

’

ロ

rゆ

　

　

　

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−．

．一一

亠

r”

の 　　

”

＿”．

一

’

一

”

”

一

’

　

→

　 　 　 S正EL　P州EL　yield 　 　 　

−

A

−

9

−

C 　 　 　

・

…・

一

・

−

A

−

9

−

V

o．

0

　 0 PIPp 20　 　 　 　 　40　 　 　 　 　60

Fig

．

11a ｝　pQ

一

γDiagiams

80　v“，σ

「

3｝　　　1

，

0 B

−

9

−

C 　　　　　　　pQ

∠

と

／

　　　　　　　　5Q 　 　 　 −

■一

一一

一

一

■

一

一

一

一

一

　　　　　　5旺 LPAN 且 _yield

、

_鹽

_噛

_A

−

12

−

C

　

↓

ノ ｛

』

−

7

〃

、

_レ

_ノ

、

₁

　 A

−

9

−

C A

−

6

−

C

野

♂

。

A

−

₄

_、

₅

−

_C

・

_B

−

₉

−

_C

ム

_B

−

₁₂

−

_C 「

一

疊

一

疊

l　 　　ri 　 　lI 20　　　　　40　　　　　60　　　　　80 　 Fig

．

12　cT ／caB

一

γDiagrams

pQ （O 300 200 100 Oo 0

、

5 0

．

O 　 O

．

0 r｛罵10

冒

3｝ 1

．

O　　　　　ZO　　　　　3

，

0　　　　　4

、

O

　Hg

．

13　PIPp

〜

R〆Rp　Diag【ams

R／RP 20　 　 　 　 　40　 　 　 　 　60 　Fig

．

11b）　pQ

一

γDiagrams aOv ‘刈 σ3｝ 注 2_{） 文}献14_）の鋼 管と同 様の結 論であ る が

，

Fig

．

12 よ り 　 　ほぼ次の関係が得ら れ る。 　 　 　

。

τ／cσB

＝

100／の ／の＋1 注3）パ_ネル_部の コ ン ク リ

ー

ト強 度が意 味 を 持たない と し 　 　 （付 録 参 照〉

，

見か け の せ ん断強度で示し た

。

文 献14） 　 　に倣え ば cr ／cσe

＝

1／4

・

D／

j＝

0

．

16と な り

，

本 論で得ら 　 　れ た 結 果 は や や上回っ た値と な る

。

こ こ に

，

jは は り成 　 　であ る。

一 98 一

の正 側ル

ー

プを荷 重が零か ら上 昇する点を原 点に移 動さ せ

，

包 絡 線と して示し た も の で あ る

。

縦 軸は柱の終 局 耐 力時のは り_{端 荷}重

Pp

で _（

Table

　5参 照 ）

，

横 軸は

P

，に 対 応 する骨 組の_{弾 性 層 間変形角 R，}で そ れ ぞ れ無 次 元 化 して いる。 し た がっ て， 柱で耐 力の きまら ない試 験 体に お い て は

，

最 大 耐 力は 1を下回 る

。

全 試 験 体が溶 接 組 立 の ため

，

か なり低い荷重で非弾性 性状を示す

。

中 空 鋼 管 型の場 合は ひずみ硬 化の影響 に よ り， 繰り返しに伴う耐 力上昇がみ られ る。

一

方

，

コ ン ク リ

ー

_{トが充てんされる} と耐 力は累 加さ れ る が

，

以降コ ン ク リ

ー

トの劣 化と鋼 管 の ひずみ硬化の相 殺が生 じて， 鋼 管 幅 厚 比29以 上にお い て はコ ン ク リ

ー

トの性 状があら わ れる

。

こ こ では耐 力 の_{低 下}する_位置で_変形 能 力を評 価す る

。

鉄骨パ ネル部の 溶 接 割れを伴っ た A

−

4

．

5

−

C と 外 ダ イア フ ラム入 隅 部に 亀 裂の生 じ た

B −

12

−C

を 除け ば

，

ほ ぼ

R

／

Rp

　 ：

4

_程度の 変形 能 力が得ら れ て い る。 　

5．

2

　エ _ネルギ

ー

吸 収 能 力 　履歴ル

ー

プの性状を評価す る た め

，

履 歴減衰 定数

h

を求め たのが Fig

．

14

であ る

。

　

h

は π／

2

を乗ず るこ とに よ りル

ー

_プ頂点， 原点を含む

3

角 形 面 積

W

と1〆4ル

ー

プ面 積

AW

と の 比 と な り

，

ル

ー

プ形状の や せ具 合を み XE 15 10 5 00 h 0

．

3 0

，

2 丐   　 ma 　 創 　

゜

旧 OD4 　 械 ・。   　 R 　 　 　 　 　 　 　 OO 　 　 　 Q 　 　 　 O 2　 　 　 　4　 　 　 　6　 　 　 　8 　Rg

．

15 ΣE

一

ΣRcp　Diagram ΣRcp る こと がで き る

。

履歴 減衰 定 数

h

は どの試 験体で も層 間 変 形 角

R

に_{比 例} して安定して増 大 してお

OP

　t 良好な エ _ネルギ

ー

吸 収 能 力を有し てい る。 幅厚比の影響は余り み られない が

，

A シ リ

ー

ズ につ いて言 え ば 中 空 鋼 管 型 試 験 体はコ ンク リ

ー

ト充て ん型試験 体に 比べ

h

_が大き く

，

膨ら み の あ るル

ー

プを描く。 　Fig

．

15はエ _ネル ギ

ー

吸 収の絶 対量評 価と して無 次 元 化さ れた累 積 塑 性エ_ネルギ

ー

消 費 量 Σコ

E

と無 次 元 化さ れ た柱の全 塑 性 変 形 量 Σ

R

，尸 と の関 係を示し た も ので ある。 各量の定 義を次式に示 す

。

　

　

　

Σ・

_r

。

鯊

／

2

・

’

：

・

…・

…・

一 一 一 ・

_（・

・

1｝ ΣR・・

＝

R

。P

… …

ΣAR ，

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　（5

．

2） 　こ こ に

，

AW はサ イクル当りの塑 性工 ネル ギ

ー

消 費 量

，

R

。

p は P尸に対 応する柱の弾性変形 量

，

　

ARc

はサ イ ク ル当り の柱の塑 性 変 形量であ る

。

鋼管 幅厚 比の小さい 試 験 体ほ ど同

一

の Σ

R

。尸に対す る Σ

E

の 値は大き く なっ て お り

，

エ ネル ギ

ー

消 費能力の大き な履 歴 性状 を 示 し て い る。 特に A

−

6

−C

と A

−9−V

は Σ

Rc

，の 大き な領 域で対 応 してお り

，

エ _ネルギ

ー

吸収能力の上か ら も， コ ン ク リ

ー

トを充てん さ れた鋼 管 柱の幅厚比制限 は緩 和で き るもの と 思 わ れ る

。

　

§

6

．

結 び 　本 研 究で は繰 り返し_力を受け るコ ン クリ

ー

ト充てん角 形 鋼 管 柱

・

は り

・

外ダィ アフ ラ ム形 式 接 合 部の_弾塑性性 状につ い て検討 を行っ た

、

得られ た結 果を要 約す れ ば

，

　（1） 柱 通 しと な る外 ダ イアフラム形 式の接合部を有 する コ ン クリ

ー

ト充てん角 形 鋼 管 骨組の復元力特性は， 幅 厚 比が大き く な るにつ れ接 合 部の_{性 状}に_大き く支配 さ れ る が

，

大変形 時にも安定し た良 好な履歴性 状 を示す

。

　（2） 外 ダ イア フ ラ ム部の設計にあ たっ て は

，

ダ イ

．

ア フ ラム部の局 部 座 屈

，

入 隅 部での_{応 力 集 中に対}す る配 慮 が必 要で ある。 　（3 ） 大変形 時におい てコ ン クリ

ー

トパ _ネル部は圧 縮 ブレ

ー

ス機 構により応 力を伝 達す る。 ま た

，

充て乳 コ ン ク リ

ー

トの負担す る見か けのせ ん断 応 力 度は鋼 管 幅 厚 比 の小さい もの程 増 大するが

，

本 実 験の 範 囲で は 0

．

2

。

σ B を上回る

。

　（4） 耐 力 低 下 点で 骨 組の _{変 形 能 力}を評 価す れ ば， R／Rp に して 4程 度の値が得ら れ る

。

　（5） エ ネルギ

ー

吸 収能 力の評 価の面 か ら も充て ん コ ンク リ

ー

ト鋼管骨組は良好な性 状を示し_， 幅 厚 比 制 限の 緩 和が期待でき る

。

　 謝 　辞

、

外 ダ イアフ ラム_接合法に_関して竹中工務 店 東 京 本 店 設 計 部 太 田 道 彦 課 長の助言が大で あっ た。 こ こに感 謝いた し ま す。

一

₉₉

一

参考 文献 1） 鈴 木 敏 郎

，

木 村　衛

，

伊 藤 栄俊

，

宮下真

一

：鋼 管コ ンクリ

ー

　 　ト構 造に お け る外 ダイ ア フ ラム形 式 柱 梁 接合 部の繰 返し 　　加力実験 （その 1_）（その 2）

，

日本 建 築 学 会 大会 学 術講演 　 　 梗概 集， 昭和 56年9月 2） 鈴 木 敏 郎

，

木村　衛

，

伊藤栄 俊

，

宮下真

一

；鋼 管コ ン クリ

ー

　 　ト柱 部 材及び 接 合 部の弾 塑性 性 状につ い て （その 1）〔そ 　 　の 2）

，

日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗概 集

，

昭 和57年10 　 　 月 3） 鈴木敏郎

，

木村　衛

，

伊 藤栄 俊，宮 下真

一

：鋼 管コ ンク リ

ー

　 　ト柱 部 材の弾 塑 性 性 状に関す る 研究

，

日本建築 学 会 関 東 　 　支 部研 究 報 告 集

，

昭和57年 4） 鈴木 敏郎

，

木 村　衛

，

小 河 利 行

，

伊 藤 栄 俊

，

宮 下真

一

： 　 　コ ン クリ

ー

ト充てん角 形 鋼 管柱の弾 塑 性 性状につ い て

，

　 　日本 建 築 学 会 論 文 報 告 集

，

第345 _号， 昭和 59年11月 5〕黒 羽啓明

，

久光修 文， 坂 本　傑二鋼 管 柱 接 合部の強 度

・

　 　剛 性に関す る研 究 （接 合部 に お け るスチ フ ナ

ー

リングの 　　弾塑性 性 状｝

，

日本建築 学 会 論 文 報 告 集

，

第132号

，

昭和 　 　42年2月 6）久 光 修 文

，

坂 本　傑 ：同 上 （コ ンク リ

ー

ト充填鋼 管のせ 　 　ん 断強 度の検 討 ）

，

日本建築学会論 文報告集

，

第137号， 　 　昭和42年 7月 7＞　 富井 政 英

，

松 井 千 秋

，

三 谷　勲

，

久 島 昭 久 ：角 形 鋼 管コ 　 　ン ク リ

ー

ト接 合 部の せん断耐力に関す る研究

，

日本建築 　 　学 会大会 学 術 講 演 梗概 集

，

昭和47年10月 8＞ 富 井 政 英

，

松 井 千 秋

，

三 谷　勲

，

南 島 雄二 ：コ ンク リ

ー

　 　 ト を 充填し た 角 形 鋼 管 柱 とH形 鋼はり との接 合形 式に関 　 　 す る実 験 的 研 究

，

日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗概 集

，

昭 　 　 和48年 10月 9） 清水 豊和， 青山博之：コ ン ク リ

ー

ト充 填 角 形 鋼 管 柱とH 　 　形 鋼 梁の接 合 部に関 する研究

，

日本建築 学会関東支部研 　 　究 報 告 集

，

昭和51年 10） 松井 干 秋

，

近 藤 　 清 ； コ ン ク リ

ー

ト角 形 鋼 管 柱とH形 鋼 　 　はり の接 合 部に関す る研究 （単純引張 試 験 を用い た実 験 ） 　 　日本建築学会 大 会学術 講 演 梗 概 集

，

昭和 54年9月 ll｝ 藤本 盛 久， 浅 井 浩

一

， 木 村　衛

，

斉 藤 勝 彦 ；梁鉄骨柱鉄 　 　骨 鉄 筋コ _ンク リ

ー

ト構 造に お け る柱 梁 接合部の弾 塑 性々 　 　状

一

繰 返し加 力 実 験

一

；日本建築学会論文 報告集

，

第301 　 　 号

，

昭 和 56年 3月 12｝　日本 建 築 学 会：鋼 構 造 設 計規 準

，

昭 和48年5月 13＞　日本 建 築 学 会 ：鉄 骨 鉄筋コ ンク リ

ー

ト構造 計算規 準， 同 　 　解説

，

昭和50_年1_月 14_）日本 建築 学 会 ：鋼 管コ _ンク リ

ー

ト構造計算 規 準

・

同 解 説

，

　 　 昭 和55年2月 15）　日本 建 築 学 会 ：建 築 耐 震 設計にお ける保 有 耐 力と変形 性 　 　 能

，

昭和 56年6月 　付　録　パ ネル_{部 充}て んコ _ンク リ

ー

トの強 度 　Photo

．

3は載 荷 後のパネル部コ ンクリ

ー

トの状 態 を示し たも の である

。

コ ンク リ

ー

ト表面は健 全な状態に見え た が か な りの ヘ ア ク ラッ ク も観 察された

。

パネル部の コ ン クリ

ー

ト強 度を確 認す る た め

，

超 音 波 （50Hz ）によるパ_ネル部コ _{ン ク}リ

ー

トのパ ル ス通 過 速 度 分 布を測 定した

。

パ ル ス速度とコ ンク リ

ー

トキュ

ー

ブ圧縮強度に は付図 （a_）に示す相関 関係 が得ら れ てい る

。

試 験 体柱端 部に お け るコ ンクリ

ー

トの正 常 と思 わ れる部 分での パ ル ス速 度は約4300m ／_{s であ}っ た

。

相 関 図の 関 係 式 より約250 kg〆cm2 の 値 が 得 ら れ ほ ぼ妥当であ る と 思 わ れ る

。

ク ラックに伴 うパ ル ス速 度の低 減と強 度の直 接の対 応は な いが

，

付 図 〔b）に 示す パネル部の測定 結果によれば

，

パ ル ス速度は1000m ／s以 下であ り

，

コ _ンクリ

ー

トの強 度は ほと ん ど無い _ものと考えら れ る

。

photo

．

3　Conc【ete　Panel　after　

Loading

510 _： 40B こ 　 　 」 306 岩 2偶 窰 　　？_旧2 　　 ： 3600　　　4000　　　4400　　　46CO 　 　 　 rt 恥

ス

‘

厘

　

回

／e 〕 ：謂 nysx ］

バ

ル

Ztg と 圧● 艷ttDlttntag 偶鳳m 　 　 　 ｛  　 　 　｛b） 　 付図　起 音 波に よ る接 合 部コ ンク リ

ー

トの圧縮 強 度の確認

一100一

SYNOPSIS

UOC :624. e78. 014.5:624. 07B. Ol4.27

ELASTO-PLASTIC

BEHAVIORS

OF

CONCRETE-FILLED

SQUARE

STEEL

TUBULAR

COLUMNS

AND

THEIR

CONNECTIONS

WITH

BEAMS

Outstanding

diaphragm

Connections

by Dr.TOSHIRO SUZUKL

Prof.

ef Tokyo Instituteof Tech-nology. MAMORU KIMVRA. ChiefResearchEngineerof

Takenaka Technical Laberatory,

Dr,TOSHIYUKI

OGAWA, Resea[ch Associateof Tokyo Instituteof

Technology, HIDETOSHI ITOH, Takenaka Koumuten

Co., Ltd.Members of A.I,

J.

The

outstanding

diaphragm

connections with steel

beams

are most popular

in

steel tubularstructures.

But,

theirelasto-plastic behaviorsunder cyclic Ioadingare not clear inmany respects,

The _purpose of this_paper isto clarify the mechanism of stress transmission, deformqtion capacity and energy absorption capacity,

According

to this _purpose, we made a series of experiments of subassemblages where the column width to thickness ratio was chosen as an experirnental _parameter.Itisrecognized that concrete-filled

panels

have

many.excellent

features.