1
論 文】 UDC :624.
078.
014.
5 :624.
04 日本建 築 学 会 構 造 系 論 文 報 告 集 第 3B2 号
・
昭 和 62 年 12 月H
形 鋼
強軸 交
叉
形
柱
・は
り
接合部
の
弾
・
塑 性
せ ん
断
変 形 挙 動 評 価 法
に
関
す
る
研
究
一
その2
実
用
的
な評価
方法
に関
す る検討
一
正 会 員榎
本
憲
正*1.
序 前報1)で は柱・
はり接 合部を 構 成 す るパ ネル部 分 を せ ん断場と仮定し, わ く部分 につ いて は, わ く部分隅角部 が集中的に曲 げ変形す る とい う考え方 を導入 して柱・
は り 接 合 部の抵抗機構 をモ デル化 し, 上・
下 界の考 え 方 を 用いて, その妥当 性につ い て検 討 し た。
その結 果,
本 論で導 入す る抵 抗モデル は柱・
は り接 合 部の弾・
塑 性せ ん断変形 挙 動に対す る実用的な評価方 法 を導くうえ に有効で あ る こ と が検証で き た が, 実験結果 に良く対応す る評価方 法を導く た めに は柱・
は り部材の 剛 性や,
パ ネル部 分にお け る残 留 応 力の影 響を的 確に設 定 し,
抵 抗モ デル に取 り入れ る必 要のあること が 認め ら れ た。
そ こ で,
本 論で は柱・
は り接 合 部の せん断 変 形 挙 動に 与え るこれ らの要 因に つ い て総 合 的に検 討を行い,
パ ネ ル部分にお け る残留応 力や,
柱・
はり部材の剛性,
接合 部の形状の違いによ る 影 響につ いて は未知の パ ラ メー
タ に し, 著者の入手した 既往の実験結果を基に重回帰解析 に よっ て設 定し た未 知の係 数 を求め,
実 験 結 果に対 応す る変 形モデル を導くことを試み た。
そ の結果, 既往の実験結果に良く対応す る変形モ デル が得ら れ たの で,
本 論で はこ の結 果を踏ま えて,
柱・
は り接 合 部の弾・
塑 性せ ん断 変 形 挙 動に対す る実 用 的な評 価方法に つ い て提 案 する。 なお,
本 研 究で は建 築 構 造 物におい ても最 も一
般 的に 使 用さ れ て い るH形 断 面 材 同士による強 軸 交叉形 柱・
は り接 合 部を対 象と して いる が,
こ こ で は,
柱 部 材が箱 形 断 面 材で,
は り部 材がH形 断 面 材よ り な る内ダイア フ ラ ム形式の柱・
は り接 合 部も含めて検討 を行っ た。
その理由は, は り フ ラン ジ か ら柱 部 材に対す る力の伝 達 機 構 がH
形 鋼の場 合と大 差な く,
し か も,H
形 断 面 材 の場 合と同 様に, 接 合 部が わ く部分 と わ く部分で囲 ま れ たパ ネル部 分によっ て構 成さ れ てい るの で, こ の種の接 合 部 もH
形 断 面 材 同 士に よ る柱・
は り接 合 部の場 合 と 同 等に取り扱え ること がで き る と考え た か らであ る。
2.
柱・
は り接合 部抵抗 力の剛 性 評 価 方 法につ いて 2.
1 パ ネル部 分の せん 断 剛 性 パ ネル部分 の剛性につ いて は, パ ネル部分 を純せ ん断 場 と仮 定し,
柱フ ラン ジ とは りフランジ中心線で囲ま れ た範囲 をパ ネル部分の領域と 仮定し て, こ こで は その剛 性 を評 価する。
パネル部 分には一
般に残 留 応 力 が 存 在す る。
この残 留 応 力は パネル部 分のせ ん断 変 形 挙 動に影 響を与え る と考 え ら れ る が, 前報 1) で も述べ た ように そ の定 量的な取り 扱い方は ま だこ れ か らの 研究テー
マ とい う段 階にあ る。 そこで,
実 験 結 果との対 応より決ま る残 留 応 力 影 響 係 数 (a。〉とい う もの を 考え,
パネル部 分のせん 断 応 力 (τ。) は次 式で表される もの と仮 定し て こ こ で はその影 響 を評 価す る。
rp=
σ1
−
(α.σ。} 2 ム/T3・
…・
…・
……・
………・
…
(1 ) た だ し,
σ。:相 当応 力 ay :降伏 応 力 残 留 応 力の影 響 をこ こで はこ のよ う に評 価 し,
パ ネル 部 分のせ ん断 応 力 (τp)の挙 動はFig.1
に示す 5 本の直 線で近 似 的に表され るもの と仮 定 し, パ ネル 部分の抵 抗 モー
メ ン ト(調 』)はこ の近似 化し た せ ん断応力 (Tp)に よっ て次式で求め ら れものと仮定して本論で はバ ネル部 分の耐 力・
剛 性を評 価す る。 ρM
ρ三
堪 ρん。。んbC・
・
一 ・
・
……・
・
…………・
……
(2 )h
。。=
H,。−
t。thbC=
Hb。−
tbi ただし, tρ:パ ネル部 分の板 厚 零 大 成 建 設 (株)技術研 究所 主席研究員 (昭和61年10月20日原 稿 受 理 ) tpu匸
pb【
四
殷 Pgt Ptt Fig.
1 :p−
7p modeI Ypb−
1P
一
56
一
Architectural Institute of Japan
NII-Electronic Library Service Arohiteotural エnstitute of Japan
H
,。 :柱 部 材の高さ,
晦 :柱フ ラ ンジの板 厚H
. :は り部 材の 高さ,
tzar:はリ フ ラン ジの 板厚2.
2 わ く部 分の 剛性 前 報nで も述べ た よ うに,
わ く部 分の抵 抗 力は わ く部 分の形 状か ら一
義的に求まる もの で は な 〈,
わ く部 分 周 辺 部 材の耐 力・
剛 性な どによっ て異な っ て く ると考え ら れ る。 そこ で,
こ こ で は,
わ く部 分 抵 抗 力に与える要因 と, その影 響につ いて考え てみ る。
ま ず, わ く部 分 抵 抗 力に与え る第一
の要因と し て は 柱・
は り部 材の耐 力・
剛 性の影 響が挙 げら れる。 これに つ い て は,
前 報でも述べ たよ うに,
柱・
は り部 材の剛性 が極 端に違 う場 合で考 えて み ればその影 響 が 明ら か であ る。 すな わち,
柱・
は り部 材の剛性が大きく,
柱・
はり部 材が最 後まで降 伏しない場 合には,
柱・
は り部 材に よる 拘束を受け る ため,
接合部が せ ん断 変 形 することに伴 う わ く部 分の変 形は,
わ く部 分 隅角 部の局 部 的な曲 げ変 形 にな るもの と考える ことができる。 これに対して,
柱・
は り部 材の剛 性が小 さく,
柱・
は り部 材が接 合 部よ り早 期に降 伏する場 合 を考え て み る と, こ の場合に は, 柱・
は り部材に よ る拘 束が小さいた め,
わ く部分 を構 成す る柱フランジ部分 やダ イアフラム が曲 げ 変 形する割 合も 大 き く な り,
わ く部 分の抵抗 力 と し て は, わ く部 分 隅 角部近傍の柱フ ランジ, ま た は, ダ イアフラム の抵 抗モー
メ ン トに近く な る と考えることが で きよ う。
柱・
は り部 材の影 響 をこ の ように考え て み ると, 次 式 に示 す 柱・
は り部 材の曲 げ耐 力 (。Mby)と,
柱・
は り接 合 部の降 伏 耐 力 (pMnv )の比 (KbP>がわ く部 分の抵 抗 力 (抵 抗モー
メ ン ト〉に影 響 を与える もの と考え る こと がで き る。 KbP=
pMby /plV(py』
………・
…・
…・
…………・
…・
・
(3) ただし, pMby :柱・
は り部 材の曲 げ耐 力 内,
小さい方の曲 げ降 伏耐 力の値 pMpy ; ρMs
ノ十Σ]0
.
7(‘〃1働十‘〃!星)/2 ・
・
・
・
・
…
(
3a
) ‘旨
1,
4ρ
MVt=
τρytphcchbc=
》圃 「σ stphcchbC /V雪・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(3b ) lM /u
=
=
tZ .(σu十2σr/K
σ)/v曾…
一一…
一
・
・
・
・
…
(3c ) 、M
ノ尸 、Z
(σ u+2・ウノK∂/、/写………一 ……
(3d ) ‘Z
.= :Bc
/t&/6・
・
・
…
一
・
』
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
t・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(3e ) ‘Z
、:柱フ ランジ ま た はダ イアフラム の断 面係数で,
柱部材よりもは り部 材の曲げ耐 力の方が小さい 場 合には柱フ ラ ンジ を, 逆の場 合には ダイアフ ラム の値 を取る。
L 置d= 遮!十(tb」十2S ) 2・
…・
・
………・
(3f )Ka=
1十π/2一
θ/2・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
(39 ) σ。 :引張 強さ,
の :破 断 時真 応 力 θ :わ く部 分 隅 角 部の 開き角 度 (前報 Fig.
3参 照)S
:柱は りT継 手 補 強すみ肉 溶 接のサ イズ 第 2の要 因と し て は,
わ く部分と パ ネル部分の剛性の 違いが挙 げら れ る。
こ の要 因 もわ く部分 とパ ネル部 分の 剛性が 極 端に異な る場合で考え て み れば明ら か である。 す な わ ち, わ く部分の抵 抗 力に比べ て パ ネル部分の抵 抗力が相 対的に大き く, 接 合 部に作 用 する力をパ ネル部 分が ほ と んど負担す る場合を考え て み る と,
この場 合パ ネル部分 が純せ ん 断的に変形 す るこ とによ る拘 束を受け て, わ く部 分は主とし て隅角部が曲 げ変形す ることにな る と考え ること がで きよ う。
こ の よ うに考えると, わ く 部分の抵抗 力は,
わ く部 分 隅 角 部の抵 抗モー
メ ン トに近 く な る と考えられ る。 これに対して,
パ ネル部 分の抵 抗 力が小さ く, 接 合 部 せ ん断 力の大部分を わ く部分が負担する よ うな場 合 を考 えてみ る と,
この場 合にはパ ネル部 分の拘 束が弱い た め に,
わ く部 分の変 形は隅 角 部の変 形のほか に, ダ イアフ ラ ムや柱フ ラ ンジ が変形する割 合 も大き く な り, わ く部 分の抵 抗 力は隅 角 部が集中的に曲 げ変形す る場合よ り も 小 さ く な る と考 えること がで き る。
こ の よ うに考え る と, 次式 に示す わ く部 分の降 伏 耐 力 (。M.一
調のと接 合 部の 降 伏耐力(pMev )との比 (K
。p)も わ く部 分の抵 抗 力に影 響 を与える.
と考え ること がで き よ う。
KPP=
(pMev一
ρMyJ)ノρ』賜・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
∵・
『
…
一
一
・
(4 ) 第 3の要 因と して は,
わく部 分 近 傍の柱・
は り部 材の フ ラ ンジ,
および,
ダイア フ ラ ム の曲 げ 剛性の大き さ の 違い が考え ら れ る。 すな わ ち,
わ く部 分 隅角 部の曲 げ剛 性に対 して隅 角 部 周辺の柱・
はり フ ラ ンジや ダ イア フ ラ ム の曲 げ剛 性が相 対 的に大きい場 合には,
そ の拘 束 を受けて, わ く部分 隅 角 部が集 中 的に.
曲 げ変 形 する割 合 も相 対 的に大 きく な る ものと考えら れ る の に対 し, 柱・
は り フ ランジ やダ イア フ ラ ム の曲げ剛性がわ く部分隅角部の 曲げ剛性に比べて 相 対 的に小さい場 合には,
柱フ ランジ やダ ィアフラムが 曲 げ変 形する割 合 も 大き く なる と考え ら れ るか らであ’
る。 そこで, 次に示す よ う な わ く部 分 隅 角 部 構 成 要 素 間の 曲 げ剛 性 比 (K1
)も わ く部 分の抵 抗 力に関係する もの と 考えること がで き る。
κノ=
(B
。〆 噺+B
。ブ tlノ〉/(B
げ ‘汾・
・
………
(5a
) または = (Bc
!・
t
きノ十Bdr’
tlr)/〔Bc
!・
t註)・
・
・
・
・
・
・
・
…
(5b
) の う ち小さい値の方 た だ し,
一
57
一
N工 工一
Eleotronio LibraryHtTJ1
、
1 o.
T・
e O
.
OL e.
06Tlzad
)
Fig
.
2
Model of restoringforce
ctiaracteristics of frame part
Bc
!:柱フ ランジの 板 幅tc1
:柱フ ランジ の板厚Bdr
:ダイ アフ ラムの板 幅 tdr:ダイ アフ ラム の板厚 この よ う に, わ く部分 の抵 抗 力は わ く部分 周 辺部 材の 耐 力・
剛 性の違いに よっ て異なっ て く る もの と考え ら れ る が, こ れ らの要 因 が わ く部 分の抵抗 力 に どの程 度 関与 し てい る かにつ いて は明確で ない。
そこで,
わ く部 分の抵 抗 力 (pM !}は,
こ こ で設 定し た わ く部分抵 抗 力の上界 (tMfu )と下 界 (躍π)の間に あ る と 考え, 前述し た3
つ の要 因を組み合わ せ た次 式に示 す 抵 抗モー
メ ン トで近似的に評 価で きる もの と仮 定する。 ρ筋=
Σ ‘M
ノ………・
……・
・
………・
・
…・
(6) t=
1.
4 ‘Mt
=ltMn
十C10
(lM /u−
‘M.∂K5} iKSYKSi31M (γ)・
r・
・
・
…
r・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
r・
・
・
・
…
噛
…
(6a ) ま た は cMr=C20
〔‘蒔鶏十‘砺 8}κ霧翌K
器2κ323M
(γ)・
…
一
一
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一
・
・
・
…
(6b ) ただし,M
〔γ):Tri−Liner
でモ デル化し た わ く部 分 抵 抗 力の復 元 力 特 性 (Fig.
2参照>C
10〜C
13
,C20 〜C23
:未 知の係数3.
実用的な剛性評価 法に関する検 討 柱・
は り接 合 部の抵 抗 力は前 章で示し た パ ネル部 分 抵 抗 力G1
吻 と わ く部 分 抵 抗 力 (調 の と和 と考え ら れ るが, パ ネル部 分の抵 抗 力 を算 出する上に必 要な残 留 応 力 影 響 係 数 (ar>や, わ く部 分 抵 抗 力の算 出に必 要な未 知の係 数 (C10 − C13 ,
C20 〜C23
)に つ い て は実 験 結 果との 対応を調べ な け れば決定す ること がで き ない。
そこ で, こ こ では,
著 者の入 手 し た 既 往の実験結 果に お け る最 大 耐 力と, その時のせ ん断変形角 (7max)を基に 最 小2乗 法に てこ れまで の実 験 結 果に最も良く対 応す る パ ネル部 分の残 留 応 力 影 響 係 数 (a,
)と わ く部分抵 抗 力に お ける未 知の係 数 (C10 − C13
,C20 〜C23
)を求め る ことにす る。
しか し, 既 往の文 献で は わ く部分の抵抗 力を算 出す る 上に必要な柱と は り フ ランジT
継 手に おける補強 すみ肉 溶接の サ イ ズ (S
)や, わく部 分 隅 角 部の開き角 度 (e
),一
58
一
材料の真の破 断 応 力 (ar)が示さ れ て い な い と いう問 題が あ る。 これは構 造 耐 力 上こ れ ま でほと ん ど 問 題 に さ れて い な かっ た た めに, 既 往の実 験で は測定さ れ な かっ たもの で あ る が,
既 往の実 験 結 果 との対 応よ り実用 式を導こうと する た め に は で き る だけ実 情に近い値に設 定し てお く こ と が必 要で ある。
そこで
,
これ ら の値につ い て考えてみ ると,
こ のう ち,
補 強す み肉 溶接の サイ ズ (S
}につ い て は建築学 会の 「鉄 骨 工事 技術指針 」におい て最 低 値が示され, かつ, 「鉄 骨 精 度 測 定 指針」に おい て製 作上の標 準 許 容 差が定め ら れ てい る。
し か し,
前 報で も示 し た よ うに, こ のS
値 につ い て は か なりの バ ラツキ が あ るのが実 情であり, 板 厚が薄い場 合にはこ の許容差の違い もわ く部 分の耐 力に 対して無 視で き ない影 響 を 与 えるもの と考え ら れ る。
また, わ く部 分隅角 部の開き角 度 (θ)や材 料の真の破 断 応 力 (at)は建 築学 会規準や 日本工業 規 格 (JIS
規 格) な どに よっ て規 定さ れて い ない 。 こ の よ うに, これ らの 値はJIS
規 格 や 学 会の規準等 に よっ て明確に規 定さ れて いる訳で はな く, し かも,
そ の評 価 方 法 も確立 さ れて い る訳で は な い。 しか し,
実 用 的 な結 果 を導く た め に はこれ らの値を設 定してお くこと が必 要であ る。 そこで,
前報に示し た著者の調 査結果 を基に,
こ こ で はこ れ らの値を 次の よ うに設 定 す る。
S ・
=
4.6
+0,
24t
(t
≦35
mm )S
ニ
13mm (t
>35
mm ) θ=
120度 σ!=
25.
6十1.
72σb (ψ=70
%) ま た,
既 往の文 献ではパネル 部 分の剛 性 評価に必要な 素 材の ひ ずみ硬 化 開 始 時の ひずみ(ε。D
や,
その時の 接 線 係 数 (E8t
), お よび, 引張 強さ に達す る までの伸び(εti) が示さ れてい ない ものが あ る。 こ のεSt や εu,
E
、t の値は材 料の種 類や製 造 方 法の違 い等に よっ て材 料ご とに異 なり,
し かも,
JIS
規 格に よ る規定 値もな く,
そ の評 価 方 法も確 立さ れ ていない。 し か し,
実 用 的な結 果を導く ために は こ の値につ いて も あ ら か じ め設 定できる ことが望 ましい。
そこで
,
既往の 実験 資 料に おい て Est や εu,
Est
の測 定 値が示 されていない場 合,
こ こで は,
次の値を用い て 解 析 を行うことにす る。
εSt=
O.
Ol5,
εu=0.15,
ESt=
0.
03 E 既 往の実 験 結 果よ り, 最 小2乗 法で未知の係 数 (α r,
C10 −
C13,
C20 − C23
)を求め る場 合, 残 留 応 力 係 数 (α∂につ い て は, あら か じ め設定してお くこ と が 必要 で ある。
ところ が, パ ネル部分に おける残 留 応 力につ い て は,
パ ネル部分を補強 し た場 合 と, 補 強し てい ない場合とでArchitectural Institute of Japan
NII-Electronic Library Service Arohiteotural エnstitute of Japan
異な っ て くるものと考え ら れ る
。
す なわ ち, パネル部 分 の補 強 方 法と し て は,一
般に補 強 プレー
トをわ く部 分 内 部に は め込み,
補強プレー
トをわ く部 分に溶 接し てパ ネ ル部 分 を補 剛す ること が行わ れ て い る が, この補強方法 の場 合,
補 強 プレー
トとわ く部 分の溶接は,
わ く部分に よっ て拘束された状 態で の溶 接に な るた め, パ ネル 部 分 には,
補 強して いない場 合よ りも大き な残留応力 が生じ る も の と考え ら れ る からで ある。そこで
,
こ こ で は補 強 プレー
トをわ く部分内部に は め 込 んで パネル部 分を補 強し て い る場 合 (本論で は, この 補強を単にパ ネル補強と以 後 称 す ) と,
補 強し ていない 場 合に分 けて考え,
ar の値を次の よ うに設 定す る。
a。
の 設定 値 (パ ネル部 分 無 補 強の場 合 ) ar=
O.
50,
0.
55,
0.
60,
0.65,
0.
70 (パ ネル部 分 を補強してある場 合 ) ar=
=
0.
60,0.
65,
0.
70,
0.75,
0.
80
な お,
こ の αr につ い て は,
パ ネル 部 分 残 留 応 力の 測 定 結 果と, 柱・
は り接 合部の抵抗力の 下 界 値の検 討 結 果 を参 考に し て設 定し たもので あ る。 す な わ ち,
パ ネル部 分 無 補 強の場合で の残留 応 力 測 定結 果le)を み る と,
パ ネ ル部 分の残 留 応 力は 0.
2−
O,
7σ3 という結果が得ら れて お り,
この測 定 結 果 を本 論で導 入 した残 留 応 力 影 響 係 数 α r に換 算す る とO.
45より大きい値に な る こと と,
柱・
は り 接 合部の抵 抗 力の上・
下 界を検 討し た結果1,に よる と,
柱・
は り接 合 部の抵 抗 力の下 界 値は αr をO.
8
に設 定することに よっ て得られ て い た の で, αr の値は0。
5−
0.
8の範 囲にある と考えて設 定 し た もの であ る。 こ こ で は ar の値 をこ の よ う に設 定 し,
著 者が 入手す る ことの で き た内 ダ ィアフ ラム形 式の箱形断 面 柱によ る 柱・
は り接 合 部 を 含む+ の字形柱・
は り接 合 部58体と,
T
の字 形の柱・
は り接 合部5
体の計63
体の既往の実験 結 果2L3 )・
5団 }で の最大 耐力の値 を 用 い て重 回 帰解析を行 い,
未 知の係 数 (C10〜C13
,C20 〜C23
)を求め, 設定 値(α r)と得 ら れ た係 数 (C10
〜C13 ,
また は,
C
20〜C23
)よ り算 出し た接 合 部の 耐 力と実 験 結果 との 偏差 を 算 出 し,
最も小さい偏 差が得ら れ る と き の残 留 応 力 影 響係数 (α,)と未知の係 数 (C10 〜C13 ,
C20−
C23 ) の値を求めてみ た。 その結 果は次の とお り である。
わ く 部 分の抵 抗 力 が (6a >式で表さ れる場 合 arニ0.
65 (パ ネル部 分 無 補 強の場 合 ) a。=
0.
70 (パ ネル部 分が補 強してある場合 )C10 =
0.
298Cll =
0.
393C12 =− O.
896
C
13≡O.
329
実 験 結果に対 す る変動 係 数 r=O.
0725
わ く部 分の抵 抗 力が (6b )式で表さ れ る場 合 ar=
O.
65 (パネル部 分 無 補 強の場 合) a,’
!
O.
70 (パ ネル部分が補 強してある場合 〉黒
Y 〔1)Fig
.
3 Relations betweenρMexp/pMcaiA and γ.uxC20
=
0.
829C21
=0.
272
C22=−
O.
536C13 =
0.
266 実 験 結 果に対す る変動係数 r=O.0746
Fig.
3
はこの よ うに して得ら れ た耐 力 算 定 式の 内, よ り小さい変動係数が得 られ た わ く部 分の抵 抗 力 を (6a
) 式で評 価し た場 合の耐 力 算 定 式よ り得 られ る柱・
は り接 合 部の 耐力算 定 値 (pM 。atA)と,
著 者が入手し た既 往の実 験にお け る最 大 耐 力 (ρM。xp)の関 係 を示し た もの である。
これ を み る と,
最 大 耐 力 時の せ ん断変形 角 (7max)の違「
い に関 係 な く,
耐力算 定 値 (Pf
、atA)はいず れ も実 験 結 果 に良く対応 してい ること が認め ら れ る。 ま た,
同 図 を み る と1t 既往の実験に よ る最 大 耐 力 時の せ ん断 変形角は0,
35− 25,
8
×10
−
Zrad の範 囲に あ り,
し かも, こ の 間の全域にわ たっ て ほぼ均 等に近い分 布に なっ ていること が 認 め ら れ る。
この よ う に みてみ る と,
こ こ で得ら れ た柱・
は り接 合 部の耐力算 定式は柱・
はり接合 部の弾・
塑 性せ ん断 変 形 挙 動を予 測す ることの でき る評 価 式に なっ て いるもの と み るこ と がで き よう。 そ こで,
著 者が入 手し た実 験 結 果 (試 験 体 数 63体 ) を基に,
こ こ で得 られ た耐 力 算 定 式に基づ く変 形 挙 動の 妥 当 性につ い て調べ てみ る。
Fig.
4は柱と は り部 材に極 厚のH
形 鋼を用いた著 者ら の実 験 結 果2},
な らびに,
これ までに報告さ れ てい る代 表 的な実 験で得ら れ た接 合 部パ ネル部 分の せ ん 断変形 挙 動 を示し た もの である。
同 図に は こ こ で得られ た接 合 部 耐 力 算 定 式 (わ く部 分 の抵 抗 力 を (6a )式で評 価し た場 合の算 定 式〉か ら得 られ る変形挙動 も○ 印 付きの点線 (Model
A
)で示し てある。
これ を み る と, こ こ で得ら れ た せ ん断 変 形 挙動 は弾・
塑性全体に わ たっ て いずれも実 験 結 果に良く対 応 して い ること が分る。
こ こ では紙 面の関 係から代 表 的 な8体の 実 験 結 果との対 応の み を示し たが, 著 者が 入手し た ほ か の 実 験 結 果に対して も 同様な結 果が得ら れて い る。 し た がっ て,
柱・
は り接 合部の弾塑性せ ん断変形 挙 動 は,
わ く部 分の抵抗 力 を (6a )式 で評 価し た接 合 部耐一
59
一
N工 工一
Eleotronio LibraryT
-e[LEib le M 10 o 5De?cTeN]lL
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2.0
71 ldl sp-timn
ac-E-behavierof panelzone between
n Le o ],e 4.o TtXIO-i: Fig.4
-60-s roCm #p-etan =w- IS]le) lol op.thanm Comparisonef the inthis paper IS
Architectural Institute of Japan
NII-Electronic Library Service Arohiteotural エnstitute of Japan
力算 定式に より近 似 的に予 測で き る もの と考え ら れる が
,
こ こ で採 用し た変 形モデル はパ ネル部 分の抵 抗 力の 挙 動 を5本 直 線で, わ く部分抵抗 力の挙 動 を3本の直 線 で近 似 化し たもの で,
柱・
はり接合 部の せ ん断 変 形 挙 動 とし て は 7 本の 直線に よ る変形モ デル に な っ て い て, 評 価 方 法 とし て は必 ずし も簡便なもの と はい えない 。 そ こ で,
よ り実 用 的な評価方法を得る ために,
こ こ で 得ら れ た変 形モ デル と実験 結 果との 対 応 をみ て み ると, γ=
6%の時の抵 抗モー
メン ト(謂γ一
ex )と,
γ=
3海 の時の抵 抗モー
メ ン ト(M3
γ。
t)の位置は,
いずれも近接 し た位 置に あり, し か も, γ= 1% か ら 6%ない し37
。t まで の間の 変 形挙動は, γ=1
%の時の 抵 抗モー
メ ン トと γ=
6%ない し37
。tの 時の 抵抗モー
メ ン トを結 ん だ直線に近く, この間の挙 動はこ の よ うな直 線で近 似 化 し て も大 差ない結果が得ら れ るよ うに見 受け られる。
こ の よ うにみて み ると,
柱・
は り接 合 部せ ん断 変形挙 動はパ ネル部 分が せ ん断 降 伏 するときの抵 抗モー
メン ト と, 接合 部の せ ん断変形 角 (γ)が 1% と6
%,
お よび,
7pbに な る と きの 抵 抗モー
メ ン トを結ぶ 5本の 直線で モ デル 化して も実用上の 大き な問題は生 じ ない もの と考え ることがで き る。
そこで, 柱・
は り接合部の せ ん断 変 形 挙 動は こ の 5本 の直 線で モデル化で き る もの と仮 定し,
わ く部 分の抵 抗 力は 7本の 直 線によ る モ デル化の場 合と同 様に (6a ) 式ま た は,
(6b )式で表さ れ る もの と仮 定し,
著者の入 手し た既 往の実 験結果を基に重回 帰 解 析に よっ て未 知の 係 数 (C10 〜C13
, ま た はC20 − C23
) を 求 め, 実 験 結 果 との変 動 係 数 を求めて み る。 こ の場合,
残 留応力 影 響 係 数 (ar)につ いて はあら か じ め設 定し て お く必 要がある が,
こ こ では取りあえず前の 解析と同じ値を設 定して,
γ=
6% の と きのせ ん断 応 力 は 近似 的に 0.
8
軌 で表 さ れる もの と 仮 定し て解析 を 行っ た。
こ の解 析に よっ て得ら れ た実 験 結 果に最 も良く対 応す る と きの 残留応力 影 響 係 数 (ar), お よび, わ く部分抵 抗 力の未 知 係 数 (C10 〜C13 ,
C20 〜C23
),
な ら びに,
その と きの実験結果と の変動係数 (r)は そ れ ぞ れ次の と お り で あ る。
わ く部分の抵抗 力が (6a )式で表さ れ る場 合C10 =0.124
C11 ;
O.
988C12 =
・
−
1.
201C13 =
O.
251 a,≡O、
65 (パ ネル部 分が無 補 強の場 合) at=
0.
70 (パネル部 分 が補 強し てある場 合) 実 験 結 果変動 係 数 r=
・
O.
0733 わ く部 分の抵 抗 力 が (6b
)式で表さ れ る場 合 C20=
0.
709C
21=
0.
548 C22=−
0.
517 C 23=
0.
256 α r=0,
65 (パ ネル部 分が無 補 強の場 合 ) a,
=
O.
70 (パ ネル部分が補 強し て あ る場 合 ) 実 験 結 果に対す る変 動 係 数 r=0,0759
この解 析 結 果に よ ると,
実験 結 果 (ρM
、x∂に最も良く 対 応す る と きの 変動 係 数 (r)は (6a
)式 の 場合がO.
0733
で , (6b
)式の場合が0.0759
と なっ てい て, 柱・
は り接 合 部のせ ん断 変 形 挙 動 を7本の直線で近 似 化し た 場合の変 動 係 数 (6a 式の場合が0.
0725,6b
式の 場合 が0.
0746
)と大 差ない結果が得ら れ ている。
Fig.
5は こ の よ うに し て得られ た耐 力 算 定 式の な か で, よ り小さい変 動 係 数が得られ た わ く部分の抵 抗 力を (6a
)式で評 価 し た場合の耐力算定 式よ り求め ら れ る 計 算 値 (ρM
。atB)と, 著 者が 入手 し た既 往の実 験の最大耐 力 (pM。
xp)の関係を示し た もの で あ る。
同図 よ り明ら か な よ う に,
柱・
は り接 合部の せ ん断変 形挙 動を5 本の 直線で モ デル化し た場合で も,
耐 力算定 値 (pMcate )は実 験 結 果 (pM 。x。)に よ く対 応 して い ること が わ か る。Fig,
4にはこ の 5 本の直線で モデル化し た場 合の変形 挙動 も 口 印付きの一
点 鎖 線 (Model B )’
で示 して あ る。 これ を み る と明ら か な よ う に,5
本の直線で近似 化し た変 形モ デル も弾 性 域か ら塑 性 全 域にわ たっ て実 験 結果 に良く対 応し てい こ るこ と が 認 め ら れ る。
.
柱・
は り接 合 部の弾・
塑 性せ ん断変形挙動に対す る実 用 的な評 価 方 法は実 験 結 果に良く対 応し てい る と同 時に で き るだ け簡 単で ある こ と が望ま しい。
そこで, 次に示す わ く部分 隅角部の抵 抗モー
メン トに 関係す る要 因 〔R
)の値 を調べ てみ る。
(6a )式にお け る わ く 部 分 隅角部の抵抗 要 因 (R
).
R
=C10 ・
KSi ・
KS
}2・
K9
’3−
………・
・
(7a
) (6b )式に お ける枠 部分 隅角 部の抵抗要 因(R)R 画C20 ・
κ宮ちL,
KS
:・
K
呈n・
・
・
・
…
一・
・
…
一・
・
・
…
(7b ) こ こで, わ く部 分抵抗 力の未知 係 数と し て5
本の直 線 によ る変 形モ デル で得ら れ た値 を用いる と,
著 者の 入手 し た既 往の実 験 結 果に よる各 試 験 体の わ く部 分 隅 角 部の 抵 抗 要 因 (R)に対 する平 均 値 (Rave
}, および, その変 動 係 数 (Rv
)に関して は そ れ ぞ れ次のと お りになる。 (7a )式の場合 Rave=
O.
46,
Rv=
O.
400 (7b
)式の場 合Ra
。e=O.
51,
R
。=
O.
194瓢
L、
0 R巴
tg:
on。
62 レ☆:
ncic:
目
●
7 レ ⇔・
R・
f…・
・
3レ
◇・
f・
・
f・
・
… 臼
l O Refeeonte 引 △・
tef・
:
叩
。
09 [ 回LReE
巳
【
巴
ロ
cos)△
;
賄
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.
9。
。
。
6) L凵
騨
叫 ー 齔旨
ゆ碗
蟻
Mdib
,賦
o 0 LO 20]
0価
Y 〔冨,Fig
.
5 Relations betweenρ
M。xP/pMcatH and 為ax一
61
一
こ の結果 をみ ると, ど ちらも変 動 係 数 が 大 き く
,
接 合 部の形 状や接 合部耐 力と柱・
は り部 材 耐 力の違いがわ く 部 分の抵抗 力に影響を与え るこ とが 認めうれ るが, 平 均 値(R
。。 。)で み ると, どちらもO.
5に近い値であ る。そこで
,
わ く部 分 隅 角 部の抵 抗 要 因 (R)をO.
5と仮定 す る と (6a
>, (6b )式で表 され る わ く部 分 隅角 部の抵 抗モー
メ ン トは共に次 式で表さ れ る。 tMx=
〔‘M
/u十sM ノ ,)/2・
…
一
一
・
一
一
・
・
一
一
・
一
■
・
・
・
・
…
一
一
・
・
…
(8
) わく部 分 隅 角 部の抵 抗モー
メ ン トに対 するこの算定式 は (6a )式,
(6b )式と比べ,
わ く部 分 隅 角 部の抵抗モー
メ ン トが非 常に簡 略 化され た もの にな るの で,
も し, わ く部 分 隅 角 部の抵 抗モー
メ ン トが (8
)式で評 価でき る と仮 定す る な らば,
実 用 式 と しては大変便利にな る。そこで, よ り簡 便なる実 用 的な変 形モデル を導く立 場 よ り, わ く部分 隅角部の抵 抗モ
ー
メ ン トは (8)式で評 価で き る もの と仮 定し, 柱・
は り接 合 部の弾 塑 性せ ん断 変形挙動 は5
本の 直線による変 形モ デル で近 似的に表さ れ る もの と仮 定し て, 著 者の入 手し た既 往の実 験 結 果と の対 応につ い て調べて み る。 こ こ で,
残 留 応 力 影 響係数(a,)につ い て は,
これまで の解 析で得ら れ た次の値 を 用い るこ とにす る。 ar=0.65
(パ ネル部分 が無補強の場合) ar=
O.
70 (パ ネル 部 分 が補 強してある場 合 ) Fig.
6はこ の ように して得ら れ る接 合部 耐力算定 値 (ρM
。at,)と実 験結果 (ρM
)と の関 係を示し たものであ る。
これをみ ると, 実 験 結 果に 対 する変 動 係 数 (r)は O
.
102と なっ て いて, この よ うに して得 られ る接 合部 耐 力算 定値も実験 結果に良く対 応して い る こと が認め ら れ る。Fig.
4に はこの算 定 式に基づ く柱・
はり接 合 部の せ ん 断変形挙 動 (Model
C
) も ● 印 付き の 1 点鎖線で示 し てある。
こ れ をみ ると,
試 験 体 名 XW−
1の場 合の み変形モデ ルが実 験 結 果より幾分離れ る結果に な るこ とが 認められ るが,
こ の試 験 体6}はパ ネル部 分が存 在し ない特殊な場 合で,
実 際 上は有り得ない ケー
ス で あ る の で, これ を無 視する と,
こ の 変形 モ デル (Model
C
)も弾・
塑性 全 域に わ たっ て全 体 的に実 験結果に良く対 応 して い る こと が認め られ る。
こ の よ うにみて み る と,
柱・
は り接 合 部の弾・
塑 性せ ん断 変 形 挙 動を 近似 的に 予測す る た めに, わ く部 分 隅角 部の抵 抗モー
メ ン トを (8
}式で簡 単に評 価して モ デル 化し て も実 用 上 大き な問 題は ないもの と考え ら れ ること が で き る。
す な わ ち,
こ こ で得られ た柱・
は り接合部の弾 塑 性せ ん断変形 挙 動に対 する最も簡 便な る変形モ デル はFig.
7 に示すモ デルとい うことにな る。同図にお ける各 直 線の交 点の座 標は そ れ ぞ れ次に示す と お り で ある
。
A
点7a= ry= σノv鯨「
G
。M
。;
Σ (、Mru
+iMft )ル/0.
02
+t
。τ。,h。
hb
‘書
lt4B
点 7b=0.
01
ρM
り= Σ 〔‘!匠!u十‘ハdn)/2十 tprρy/Zcho t=
1圃C
点 纂=
0.
06pMc
=
Σコ1
.
1(tM ∫t十tMri )/2
十 〇,
8
τρutphchb
‘=
且1
. D点7、; Lo
−
(a。σ y/σ。) :V9
’
ε# ρMd
; Σコ 1.
1 (‘M
. 十tMn )/2
十1.
15
Tpu tρhchb
t=
1,
4 た だ しT。,
;
1.
0−
ai av〃9
T。 。
= Lo −
(α.σノσ。) 2 σ。ノts
aiO.
65 (バ ネル 部分 が無 補 強の場 合 ) ar=0.70
(パ ネル部 分 が プレー
トで補 強さ れて い る場 合 ) こ こ で,
外周柱や最上階の柱・
は り接 合 部に存 在す る トの字 形やT
の 字形の柱・
は り接 合 部,
あ るいは,
最 上 階の外 周 部に存在す るL
の字 形の柱・
はり接合 部の ようヱ
,
ロ
藍
tva“
..
、。 t.
o一
〔,,Fig
.
6 Relat正ons between pMexp !pMcdic andpMaP
1
P
門
b pMno の
・
o上
幻・
隠
Fig
。
7 Model of 爬storingforce
characteristics of beem tocolumnconnection by the method proposed in this paper
Architectural Institute of Japan
NII-Electronic Library Service Arohiteotural エnstitute of Japan
に
,
柱やは り部 材が取 り付いて い ない 部分の tMru につ いて は ‘Mn
の値 を取る。
な お,
図 中にお け るA 点 はパ ネル部 分が せ ん断 降 伏す る点で,B
点は わ く部 分の曲 げ剛 性が低 下し始 める点,
C
点は わ く部 分の抵 抗 力が最 大に な る点,D
点はパ ネル 部 分の せ ん断 抵 抗 力が最 大に な る点に相 当す るもの で あ る。4.
結 び 本 論で は柱・
はり接 合 部を構 成する柱 部 材の フ ラ ンジ とダ イア フ ラ ムから成る接 合 部のわ く部 分と,
わ ≦部 分 に よっ て囲ま れ た接 合 部パ ネル部 分 抵 抗 力の力 学 的 特 性 に与え る要 因につ い て総 合 的に考 察を行い,
わ く部 分に つ い て は わ く部 分 隅 角 部が集 中的に曲 げ変 形 する とい う 考え方を導入 し,
パ ネル部 分につ い ては一
様にせ ん断 変 形 す る もの と仮定 して柱・
は り接 合 部の抵 抗 機 構をモ デ ル化し,
実験 結 果との対 応 性につい て は詳 細に検 討 した。 そ の結 果,
柱・
は り接 合 部の弾・
塑 性せ ん断 変 形 挙 動 に 対す る簡 便な る 評 価 方 法 と して Fig.
7に示 す変形モ デル を得た。 し か し,
ラー
メン骨 組の最 上 階 外 周 端 部に存在するL
の字 形の接 合 部に関しては 入手し た デー
ター
に不 明な点 が あり,
こ こ では検 討 すること ができ な かっ た。 こ のた め,
この接 合 部に対す る検 証は今後の検討 課題 と して残さ れてい る が,
こ こで検討 し た十の字形の柱・
は り接 合 部58
体,T
の字 形の接 合 部 5体,
合計 63 体で の実験結果
か らの対 応か ら考え る と,
建築構造 物に最も一
般的に使 用さ れて い るH
形 断面材同 士 に よ る強 軸 交叉 形柱・
は り接 合部の弾・
塑性せ ん断 変形挙動は, こ こ で 得ら れ たFig.7
に示す変形モ デ ル で近似的に評 価で き る もの と考え ら れ る。
謝 辞 本研究をま と め る に当たっ て は諸 先輩方が行っ た実験 結 果を参 考に させて頂き ました。 こ こ に深 甚な る謝 意を 表 します。 参 考 文 献 1) 榎 本 憲 正 :「H形 鋼 強 軸 交叉形柱・
は り接 合 部の弾・
塑 性 せ ん断変 形 挙 動 評 価 法に関す る研 究 (その L 柱・
は り接 合 部の抵 抗モ デル につ い て}」,
日本 建 築 学 会 論 文 報 告 集,
第370号,
昭 和61年 12月 2) 竹 波 正 洪,
斎 藤 辰 彦,
田 中 淳 夫,
榎 本 憲正 ;「極 厚H形鋼 を用い た鋼 構造柱・
はり接合部の力学的 性 状に関する実 験 的 研 究 」,
日本 建 築 学 会 論 文 報 告 集 第210号,
1973年 8月 3)鋼 材倶楽 部 接 合 小委 員会 :「建 築 構 造 接 合 部の耐 震 強 度 (柱・
梁 接 合 部の塑 性 変 形 性 能 )」 昭 和51年 度 総 合 技 術 開 発 プロ ジェ ク ト,
新耐震 設計法の 開発報告書,
建設省 建 築研究 所 (社団法 人,
鋼 材倶 楽 部 ),
昭 和52年3月 4) 加 藤 勉,
中 尾 雅 躬 :「H形 鋼 強 軸 交 叉 形パ ネル ゾー
ンの 復元力特性評 価方法の一
提案」,
日本建築学会 大会学術講 演 梗 概 集 〔東 海),昭 和51年10月 5〕 ) 6 ) 7 ) 8 ) 9 10) 11} 12) 加 藤 勉,
ほ か.
「鉄 骨 溶 接 部の脆 性 破 壊 」,
昭 和50年度 総 合 技 術 開 発 プロ ジェ ク ト,
新耐震設計法の開 発報告書,
建設 省 建築研究所 (社団 法 人,
鋼 材 倶楽部〉 中尾雅 躬 ;「強 軸 曲 げを受け るH形 鋼 柱はり接 合 部の弾塑 性 挙 動に関する実 験 」,
東京大 学 工 学 部総合試験 所 年報第 35巻 (1976}D
,
」.
Fielding andJ.
S,
Haung :‘
‘
Shear in Steel Beem toColum皿Connections
”
,
WeldingJournal
, Vol.
50,July,
1971 東 京 電 機 大 学 仲 研 究室 :「鋼構造柱
・
は り接合部の耐震性 能」,
昭 和53年 度 科 学 研 究 費 補 助 金 研 究 成 果 報 告 書 仲 威 雄,
森 田 耕 次ほ か :「極 厚 鋼 柱・
は り接 合 部の耐力 実 験 」,
日本建築学 会 大会学術講演梗概集 (東 北)昭 和 48年 10月 藤 本 盛 久ほ か :「鋼 構 造 柱・
は り接 合 部の 脆性 破 壊に関す る実 験的 研究 (そ の3)」,
日本 建築 学会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集 昭 和58年9月 藤 本 盛 久ほ か ;「鋼 構 造柱・
は り接 合 部の脆性 破 壊に関す る実 験的 研 究 (その 6)」,
日本 建 築学会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集 昭和59年10月 金多 潔ほ か :「柱・
はり接 合 部の 残留 応 力につ い て (そ の 1,
残 留 応 力の測 定 )亅,
日本建 築 学会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集 (中 国)昭和 52年10月一
63
一
N工 工一
Eleotronio LibrarySYNOPSIS
UDC:624.07S.Ol4.5:624.04
RESEARCH
ON
THE
METHOD
OF
PRACTICAL
EVALUATION
FOR
THE
ELASTIC-PLASTEC
BEHAVIOR
OF
BEAM
TO
COLUMN
CONNECTIONS
COMPOSED
OF
WIDE
FLANGES
-Part
ll
Examination
on the method ofpractical
evaluation-by NORMIASA EptOMOTO, Taisei Corpo Technical
Research[nst., Member ofA. I.J,
The
.elastic-plastic
behavior
ofbeam
tocolumn connectiens maybe
explainedby
assuming thattheshearing Te-sistance of the panelzoneis
expressed as an average shearing stress and that the resistance ofbeam
to columnconnection
is
expressed as the sttrne of thebending
moment atfour
cornerpoints
of theframe
surrounding thepanel zone composed of column
flange
andhorizontal
stiffener and the resistance of thepanel.However,
toestablish a practicaL evaluation which can always giyegood agreement with experimental results,it
is
nessesary to take theinfluence
of the stiffenesses ofbeam
and column menbers surrounding thebeam
to col-umn connection and theresidual stressin
panelzoneinto
account.Inthis paper,
it
was attempted to estimate theseinfulences,
and the obtained values were compared with test results.As a result of thisexamination, a practical evaluation method whieh