1
論 文1
UDC ；624．
023．
85 ：624．
075
．
2．
014 ；539．
384 日本建築 学 会 構 造 系 論 文 報 告 集 第 369 号・
昭 和 61 年11月弦 材
に
角形鋼管
を
用
い
た
ト
ラ
ス
柱
の
曲 げ
ね じれ
座
屈
に
関
す
る
実 験 的研 究
正 会員 正 会 員 正 会 員＊ 聯 ホ ホ ホ
秋
輔
彦
千
捷
昭井
野
野松
森
河
§1
．
序 剛 節 鋼 管 ト ラス柱が曲げ ね じ れ座 屈に よっ て崩 壊す る 場 合， 腹材・
引張 弦 材が圧 縮 弦 材の構 面 外へ の移動 を拘 束す る ほ か，
圧縮弦材 自身の ねじ り剛 性も期 待で き る た め， 圧縮 弦 材 単 体で考え た場 合よりも， 座屈荷重が か な り高く な る場 合が あ る1） 。 そこ で，
著 者 等は，
これ まで に 円形 鋼管で組み立て られた トラ ス柱につ い て は，
実 験 を行い， 上記の 理 由による座屈 荷 重の上昇を確認 し， 現 行の 学 会 規準2｝ に よ る方法で は，
か な り不 経 済な設 計と なる場 合 が あるこ と を示した3 ）・
4）。
弦 材が角形鋼管で
，
円 形鋼 管あ るい は角 形 鋼管の腹材 を 直 接 溶 接 し て製作し た トラス は，
接 合 部に お い て腹材 支 管 が 弦 材 主 管の平板部分に接合す る ため，
腹 材の管 端 が平 面と な り， 円 形 鋼管 ト ラス の場 合と比 較して製作加 工 が容易で あ る。 し か し，
腹 材 支 管の外 径 が 弦材主管の 外 径に等し く，
腹材の応力が弦 材 主 管の ウエ ブ面 に直 接 伝 達さ れ る 場合を除い て，
こ の接 合 部の構 造は， 弦材主 管の フ ランジ面に弾 性 的な局 部 変 形 が 生 じや すいた め，
トラス 節 点は 剛節度が低く，
い わゆる半剛節の状態であ る と考え られ る。
し た がっ て，
腹 材・
引 張 弦 材の補剛 効 果 を期 待し た設計を行う た めには，
これ が曲 げね じ れ座 屈 荷 重に どの程度不利な影 響を及ぽすか を 明ら か に して お く必 要が ある。
しか し な が ら，
これ まで に弦材に角形 鋼 管 を用い た ト ラス につ い て実 験 的 検 証 がな さ れ ていな い。
ま た， 坂本
・
蓑 島 Sl は，
鋼 管 T 継 手につ い て，
上 述の 弦 材 主管の局部変形に よ る節 点の剛 節 度の低 下 を弾性回 転バネでモ デル 化し，
そ の場 合の計 算 式を 提 案 し た。
し か し，
数 値 実 験に 基づ い て得られた こ の計 算 式は，
実験 的な検証が十 分と はいえ ない。以上の観 点か ら， まず
，
鋼管 T 継 手 試 験 体につ い て， 腹材 支管に面 外 曲 げモー
メン トを 載 荷 す る実 験を行い， 本 論 文の実 験の概 要は，
文 献7）〜
10） に 発 表 し た。
拿 九 州 大 学 教 授・
工博 ＊1 三重 大学 教授・
工博 ． ＃ 九 州 大学 助 手・
工修 〔昭 和61年 2 月 3日原 稿 受 理 ） 文 献5 ＞で提案さ れ た節 点の 剛 節 度を表す弾 性回転バ ネ の剛性の計算 式の妥 当性 を検 討 する。
次に， 弦 材が角形 鋼 管で腹材が角形鋼管あ るいは円形 鋼 管の トラス に圧 縮 軸力 と等 曲げモー
メ ン トを載 荷 する実験 を行い， 立 体座 屈た わ み角 法 公 式に基づ く解析の結 果と比 較 検 討 して， 腹 材・
引 張 弦 材の補 剛 効 果に よ る曲げ ね じ れ座 屈 荷 重の 上昇の程 度 を調べ る。
解析に用い た トラ ス モデル には ， 弦 材 と腹 材の接合部に弾性回転バ ネ を挿 入 しており，
こ れによっ て，
弦 材に角 形 鋼管を用いた トラ ス の曲 げね じ れ座 屈 荷 重に対する， 節点がいわ ゆ る半 剛 節である こと の影 響 を 明ら かにす る。
2．
鋼 管 7 継 手の節点 剛性の実験 Fig．
1に示す よ うに， トラス節 点に おける腹 材 支 管の 面 外 曲 げモー
メ ン トをM
と し，
弦材 主 管の弾 性 的な局 部 変 形に よる腹 材 支 管の接合 部位置の 回 転 角 をθ とす れ ば， 節点の面 外回転バ ネ剛 性Kr
は次 式で表さ れ る。
Kr＝M
ノθ…・
・
………・
…・
…
（1 ） 坂 本・
蓑 島51は， 鋼管T
継手につ い て のパ ラメ ト リッ ク な数 値解析 結果か ら，
面 外 回 転バ ネ剛 性K ．
につ い て は 次 式 を示 し た。
弦 材 主 管 と腹 材 支 管が 円 形鋼管の場 合Kr
＝E ・2040・D3・
expl （2．
65・
d
／D− 11
）・
（DIT
）o’
tsl・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
（2） 弦 材 主 管 と腹 材支管が角形 鋼 管の場 合 Kr＝E ・
O。
696・
DS・
（T
／D
）z’
9・
expl5．
65・
（dfD
）i’
551本
． ’薪
「 1 ー ー ー Web tube Chord tube Fig．
1 Local deformationo ヒ ds （weld size ） OT o 」
Q ＿
」o H Lp
→p
←Fig
．
2 T−
jeint
specimen Fig．
3 Test set・
up （T・
joint
specimens ）・
…………・
……・
………
（3） こ こ で，E
は弦 材 鋼 管のヤン グ係 数 を表 し，P
とd
は そ れ ぞ れ弦 材 主 管お よ び腹 材 支 管の外 径， 角 形 鋼 管の場 合に は フ ランジ面の辺長 を表し，T
は弦材主管の管厚 を表す、 こ こ では，
（3
）式の妥 当性を検 討す る た めに， 弦材主管が 角 形 鋼 管の1’
継 手 試 験 体につ い て ， 腹 材 支 管に面 外の曲げモー
メン トを載荷す る実験を行っ た。
な お，
弦材主 管と腹材 支管が 円形鋼管の場合につ い て は， 文 献 6）で既に同様な 実 験 を行っ て お り，
その結果 を 用 い るこ とで， （2
）式の検討も併わ せ て行う。
2．
1T
継 手 試 験 体お よび加 力 方 法Fig．
2
に示す よ うに，弦 材 主 管に角 形 鋼 管 （STKR
41） を用い，
腹 材 支 管に角形 鋼管あ るいは 円形鋼管 （STK
41
） を用い て，
す み肉溶接に よっ て製 作し た τ継 手 試 験 体 を，
各々 2体つつ 準 備 した。
これ らの鋼管は トラス試 験 体に使 用 したもの と同じ鋼 材で あ る。 試験 体の寸 法をTable
1に，
鋼 管の断 面 寸 法をTable
2に示す。
加 力 装置は， 文 献 6｝と同様で，
Fig，
3に示 す と おり で ある。
実 験は，
弦 材 主 管に軸 力が ない場 合と，
センター
ホー
ル ジャ ッキによっ て 10t の軸圧縮 力 P （三
〇．
52Py
：Py は弦 材 主 管の降 伏 軸力 ）を 加 え た 場 合 につ い て， 各々， 荷 重 W を腹 材 支 管 先 端に面 外 方 向に載荷す る。 こ こ で，
軸 圧 縮 力 P の値は，
後述の トラ ス柱試 験体の 曲 げね じれ座 屈 時の圧 縮 弦 材 軸 力を 想定して決 定しておTable l Dimensions of T
．
joint
specimens 5peci 皿enchord 匸ube 皿 web 匸ube Lm 臼 s：ue 8ize TRR 〔1） TRR （2） ロー
60×60×2．
3 囗一
60×60×2．
3 ロー
25x25x1．
6 ロー
25×25×1．
6239．
8240．
3166．
5165．
24．
D4．
0 TRC （1 ） TRC （2） 囗一
60×60×2，
3 囗一
60x60x2．
327，
2φXL9 27．
2φx1，
9239．
3239．
8165．
716 ア，
24．
54．
0 TCC1 禽 TCC2 虫 76．
3φx2，
8 76．
3φX2．
848．
6Φx2．
3 34．
0φX2．
3323．
2323，
2150．
OL50．
03．
03．
5 「k ： specimens in Ref．
6）・
Table2 Properties of T
−jDirLt
tubesヒube D
，
d T，
ヒ 皿 A 2em 工 恥 cmK 辱c 皿 σyt 〆cm2 ロー
60x60x2．
3 ロー
25x25x1．
6 27．
2φXl．
960．
225，
027．
22．
051，
511 」 94．
66L421．
4825．
91 β1L1638．
91．
962．
324．
153．
513．
82 A ：sectlenal area，
1 旨menL of iner 匸ta
，
K ：S亡．
Vemnnt「
s 亡… t・n ・ 。n・t・nt，
σy ；yi・ld ・tr・ngch （・t・b ・ 。lu皿 t・st）・
り、
こ の軸 力 時の弦 材 主 管の 接 線 係 数E，は，
短 柱 圧 縮 試 験の結 果に よれ ばヤング係 数E の 70 ％〜
80％ と な っ て い る。
荷重 W は試 験 体が弾 性 挙 動を示す範 囲に 限 定 し， 載 荷・
除 荷 を3回繰 り返し， そ れ らの各 段 階で， 腹 材 支 管 先 端の たわみ δ，
弦 材 主 管の たわみ および ね じ．
れ角 を測 定し た。
2，
2
節 点 剛 性の実 験 結 果 測 定 され た腹 材 支 管 先 端の全た わ み量 δか ら，
測 定 され た弦 材の た わ み と ね じ れ角に よる成 分お よ び計 算で 求め た腹 材 支 管の 曲 げ 変 形による成 分 を差し引き，
残り を弦 材 主 管の局 部 変 形に よる た わ み量 δr と し た。 こ の 試 験 体で は，
δr が全たわみ量 δ の 約70 ％ を占め た。 荷 重W
と δrか ら節 点の面 外 回 転バ ネ剛 性．
K． を次 式で 求めた。
Kr＝M
／θ＝
H2・
（W ／δr）・
…・
…・
…・
・
…・
・
・
…
…
（4） ここで，H
は腹 材 支 管の材 長 を表 す。
Table
3に以 上の結 果 を文 献6）の結 果と ともに示 す。
ただ し， 弦 材 主 管が角 形 鋼 管で腹 材 支 管が 円形 鋼 管の組 み合わ せの場 合につ い ては，
該 当 する計 算 式がない の で，
主 管 と 支 管がと もに角 形 鋼 管の場 合の （3）式を流 用し た。
こ の時，
円形 鋼 管の 支 管の 外 径 d は 3瀰＝
0，
84
倍 し た値 を 用い て 計 算し た。
こ の倍 率は，
円 形 鋼 管の支 管の 外 径d
を，
それ と等しい断 面二次モー
メ ン トを持つ角 形 鋼 管の支 管の フ ラ ンジ面の辺 長に換 算 する とい う考え で決 定し た ものである。
また， ヤング係 数E
は すべ ての場 合につ いて 2 100 t／cm2 で計 算し た 。Table
3に は， （2＞， （3｝ 式に お ける d に対し て，
支管の外 径d
をその ま ま 用い た場 合 （case l）とd
＋2s
（s は溶 接 サ イズの実 測 値 ） を用い た場 合 （case 2） の 2と おりの 計 算 法に よ る回転バ ネ 剛 性 κ。の結 果を示 して いる。 同 表に示 すと お り，
case 1のKr
の 計算値は 実 験 値に対して低い。一
方， case2
の場合は実 験 値に近 く，
こ の 場 合の計 算 値に対する実 験 値の比は，
89％〜
138％ の範 囲にある。
節 点の剛 節 度の低 下は，
Fig．
1に 示すと お’
rl
t 弦 材 主 管 管 壁の 局 部 的な変 形に起 因す る。 腹 材 支 管につ い ては，
弦 材主管と 接合す る管端 を 剛体と 考え ること がで き る。
（2｝，
（31 式は，
こ の仮 定の も と に得ら れ た数 値 実 験 式で あり，
式中の腹 材 攴 管の外 径d
は，
主 管と接す る支 管 管端の断 面 形状に関 する もの と一
24
一
Table3
Joint
rigidity for local deformation speci 皿enD ／Td1D Kr t・
c皿 ［Te就 1 Krt ℃ mlE ．
（2）．
（3）1 一Eq。
（2），（3）P
＝
0PO ★ ca3e 1ca5e 2皿 R（1） TRR（2） 29
，
429．
40．
4150．
415146．
164。
146．
157．
75．
075 』 163．
4163．
4 0．
891，
00 TRC（1） TRC（2） 29．
429．
40．
．
4520452159129．
．
154．
127。
61，
961，
9124．
6114．
ア 1．
281．
12 TCClTCC2 27．
527．
30。
6350。
446828 321．
．
833334．
．
427．
．
019066DLO283．
9 1．
．
38113 舞 ： P＝
10 ton （TRR，
TRC），
P＝
19 ton （TCC1，
TCC2）．
case1
：
d1D
己
d／D
，
ease
2
：
A
／D＝
（d＋2
・
s）ノb
，where U！D is d1D 工n Eq
．
（2），
（3），
s ： weld size．
見る こと が で き る
。
す な わ ち，
（2），
（3） 式のd
は溶 接 サ イ ズ 8 を含め た支 管の外径 （d
＋2ε） と 考える 方 が 正 確であ ろ う。
こ の た め，
鋼 管 接 合 部の面 外 回転バ ネ の剛性 評価 式， （2 ）， （3） 式の 計 算 値は， 接 合 部の溶 接 形 状 を 実 状に即し て考慮し た case 2の 方が，
実 験 値 に対し て妥 当な結 果を与え た と考えら れ る。
case 1の場 合とcase2
の場 合の結 果の差 が 大きい の は，
試験体の寸 法が小 型で，
製 作 上 溶 接 サ イズ が相対 的 に大き な寸法になっ た た め で，
実 際の構 造 物ではこの差 はもっ と小 さいものと 思わ れ る。
トラス柱の座 屈荷重の 計 算で は，
回 転バ ネ 剛 性に case1
の計 算値を用い れば 十分で あ ろ う。 ただし，
こ の場 合の回転バ ネ 剛 性 は，
実 際の 値よりや や低 めに評 価さ れ ることにな る。 な お，
実 験で得 られた 回 転バネ 剛 性Kr
の値は，
弦材 主管の軸 応 力の存 在の有 無に は ほ と ん ど 影 響 を受けてい ない。 §3．
トラス柱の座 屈 実 験実験は
，
Fig．
4 （a ）に示す よ うに，
弦材に角 形 鋼 管 を 用い た4格 間ワー
レ ン トラスを構面外に単純 支持し，
そ れに軸 力N と等 曲 げモー
メ ン トM
を比例的に載荷し て，
そ の時の曲げね じ れ座屈耐 力を 調べ る もの であ る。
誓
・ Ctp→P
→2
＝ λB ・i
一
（
a）
（
b
）
Fig
．
4 Truss modelギ
ユ
・ ← orP ・噂一
P
Fig．
4
（b
｝は，
軸 力 N と曲 げモー
メ ン トM
が作 用す る荷重条件を，
そ れと等 価な弦 材 材 端に作 用 す る軸 荷重P
とaP によっ て表し たもの である。
こ の時， 次の関係 式が成 立す る。 N＝
（1十α）・
P，
M＝
（1−
a｝・
P ・
h
／2…・
…・
…
（5
） こ こで，h
は トラ ス の上・
下 弦 材の重心間距離を表す。 α は上・
下 弦 材の軸 荷 重の 比 を 表すが，
（5
）式が示す よ うに，
荷 重 P が与え られ た 場合に，
ト ラス の軸 力N
と材 端 曲げモー
メ ン トM
の比率を決 定 する媒 介 変 数で もあ る。
実 験は， a の値 を試 験体ご と に定 数と して定め，
P に比 例し た軸 荷 重を弦 材の 各 材 端に載 荷す る。
3．
1 実 験 計画 トラス弦 材の材 長 （横補剛支点問 距 離 ）1
に対 する細 長 比 λ． を120と し，
ト ラス に載 荷 す る曲げモー
メ ン ト は，
等 曲 げモー
メ ン トの み と す る。 曲げモー
メ ン トこう 配の影 響につ いて は，
円形 鋼管 ト ラス の実wa3
）・
4 ） で調べ た。
そ の結果， ト ラス節 点 が 弦材 鋼 管の局 部 的な変 形の た め に半 剛 節である こと が ト ラス の 曲 げね じれ座 屈 荷 重 に及ぼ す影 響は，
等曲げ モー
メ ン トの場 合に最 も大 きい とい う結 論が得ら れて いる。実 験計画は， 上 述の条 件の ほ か次の 2つ の条件を考慮 して決め た
。
（1） 腹 材の断面 トラス試験 体の腹材は，
角 形 鋼 管 と円 形 鋼 管の2
種 類 とし， 腹 材 鋼管と弦材鋼 管の外 径 比d
／P
は，
そ れ ぞ れ O．
42 および 0．
45 と す る。
（2） 弦 材 軸 力比上
・
下 弦 材の軸 荷 重 比 α を0，−
0．
5，−
1．
0の 3種 類と す る。 前 述の とお り， α は トラスに作 用 する軸 力 と 曲げモー
メ ン トの割 合 を 決定す る変数で あり，−
1．
0
の と き は軸 力なしで曲 げモー
メ ン トの み が載 荷さ れ る状 態，
＋1．
0の と きは曲げモー
メン トが な しで圧縮 軸 力の み が載荷され る状 態 を表 し，−
1．
0
と ＋1．
0
の 間にあ る とき は軸 力と曲げモー
メ ン トが同 時に載 荷さ れ る状 態を 表す。
トラス試験 体の ほ か， 弦 材単体の試験 体の 中 心 圧 縮 試 験も計 画し た。 以上の計 画 をまと め てTable
4に示す。
一
25
一
Table
4
Dimensions of specimens and experirnental pararneters 8peclmen chordDXT webdXt 皿 D！ T 几 cmh cm λB・
λsd ／D 鵬 truss 眠 RC ロー
60x60x2．
3 ロー
60×60×2．
3 ロー
25x25x1．
6 2フ．
2 φx1．
929 」 29．
5284．
3284．
361．
461．
5120．
5120．
530．
130．
10．
420。
450 ，−
O．
5，−
LO O．
−
0，
5广 LO 3ingleBtrutS ロー
60×60x2．
3 29．
7284．
3 120．
5 D （d）：OUtS ⊥de diameter o丘achord （web ）T （t） ： th1 にkness of a chord （web ）
兄B
匚
λs’
t冖
皿
Z
］
・i
．
rad 工u5 Df gyrationo 匠 achord
一
Table s Propertibs of tubes tube D
，
d T，
匸 A 2C1 口 1 恥「
CmK 恥C 皿 i cm E 仁！cm2 σyt ！cm2 、藩
ロー
60x60x2．
埜 ロ＿
60x60x2．
3鰍 ロー
25x25x1．
6 27．
2φX1．
9 60．
260．
225．
0272 2．
D32．
041．
49L81 4．
614．
641。
401．
44 25．
725．
81．
301．
16 38．
638．
71．
952．
33 2．
362．
360．
960．
90 21902170210021804．
154．
073 」 ユ 3．
82 4，
304．
193．
864．
33 A ；sectienal area I ；皿oment of lner 仁ia K 〜 St．
Venan ビ8
torsion constant
i ； radlu8 0f gyra匸ion E IYOung
．
8 modulu3σy ； yield s 匸rength σmax ： maxim 皿 stress 歯
，
chord tubes of 5pec 五men師
RR「
1，
嚢★ ： chord tubes of specimeu肘
RC「
，
．
CEn【Er line （a ） General figure ［rain
E25m
皿
＝
21．
2 φ （b） Details of connectionsFig
．
5 Truss speeimenト
同 表 中の 試 験体の名 前は，
RR とRC が各々腹材に角 形 鋼 管，
円 形 鋼管を 用 い た トラ スを表す。S
は弦 材 単 体 の試 験 体であ る。 3．
2 トラス試 験 体 と加 力 方 法Fig．
5 （a ）に示す よ うに，
ト ラス試 験 体は，
弦 材に 角 形 鋼 管 （STKR 41）を用い，’
腹 材に角 形 鋼 管ある い は円 形 鋼 管（STK
41
）を用い て，
溶 接によっ て製 作し た， 腹 材 斜 角 60°
の 4格 間ワー
レ ン トラ ス で あ る。Fig．
s 〔b
）は トラス節点の鋼 管 接 合 部の詳細 を 示 し ている。
腹 材 支 管は弦 材主管に直接全周溶 接 （一
部 突 合わ せ溶接，
一
部す み肉 溶接）す る。
トラ ス試 験 体 数は， 1つ の荷 重 条 件 につ い て 2体 ずつ，
計12体である。
さら に，
弦 材 単 体の 試 験体を 3体用意 し た。
試 験 体の形状寸 法をTable
4 に示す。
試験体に使用し た鋼 管の材 料の機 械 的 性 質は，
外 径の．
3
倍 長の短 柱 圧 縮 試 験に よっ て求め た。 弦 材に使 用し た 鋼 管につ い て は，
トラ ス試 験 体ご とに 1 本の短柱圧縮試 験 片 を採っ た。
鋼 管の応 力 度一
ひずみ度 関 係に明 瞭な降 伏棚が 現 れな かっ たた め， 0．
2％オ ブ セッ トに よっ て降 伏点を決 定 し た。
鋼 管の断 面 寸 法と機 械 的 性質をTable
5
に示す。
Fig．
6
は加 力 装 置の全 体 を表 す。 加 力 装 置お よ び加 力 方法 は，
文献3
）， 4）と まっ た く同 様である。
試 験 体は，
20t
圧縮引張 両 用 油圧 ジ ャッキに よ り， ロー
ドセ ル，
球 座を介し て，
各 弦 材 材 端の断 面 重 心 位 置に，
変 数 α に よっ て定ま る 比率で軸荷 重が比 例 載 荷され る。
弦 材 材 端 に接 続す る球座は， 構面外の回 転は自 由， 構 面 内の回 転 お よ び ね じれ は 固定の境 界 条 件 を満 足 する。載 荷の各 段 階で ， トラス試 験 体の全 節点の構 面外 変位 と支点の加力 方向変位を， 変 位 計を用い て測 定し た。 ト ラス試験 体の ひずみ は，
Fig．
5 （a ）に示 す位 置の鋼 管 表 面に て ん付し たひずみゲー
ジに よっ て測 定し た。3，
3
実験結果ト ラス試 験体は
，
すべ てが 曲 げね じれ座 屈 を生じて崩 壊 し た。 Table6
は，
各 試 験 体の座 屈 応 力 度σcr を示し て い る。
こ こ で， トラ ス試 験 体の ac．は，
曲 げ ね じれ 座 屈荷 重P
， ．．
（座 屈 時の 荷 重P
の 値〉を弦 材の断 面 積で 除し た値である。
ただし，
実験で は，
座屈の分 岐 点 を，
荷 重の増 加に伴う構 面 外の たわみ の変 化か ら は判断で き な かっ た。
し た がっ て，
実 験 値 （test）で は，
近似的に 最 大 耐 力 を座 屈 荷 重と し た。
表の理論 値 （theory ）は， 文 献 4）に示 し た 立 体座屈 たわ み角 法公式に基づ く非 弾 性座 屈 解析による結 果である。 トラス の 解 析モデル は， 腹 材と弦 材の接 合 部に 回 転 バ ネを挿入 す ることに よっ て，
鋼管 ト ラス の節 点が半 剛 節であ ることの影 響を考慮一
26
一
PeT （ton ） 10 5 o
一
Fig
．
6 Test set−
upTh20ry 厚 Te3t … 1 r：＝ ＝ じ
＝
＝
亠 鳳］
010 ） （ δ 79F 0 0−
O．
5−
0、
5−
1RCLoad
・
deformatien relationし た
，
いわ ゆる半 剛 節 トラ ス モ デ ル で あ る。 回 転バ ネは 2節で示 し た構 面 外 回 転に関す るもの の ほ か，
構 面内回 転に関 するもの も付 加 した。
こ の場 合の 回転バネ剛性は，
構 面 外につ い て は （3 ）式によ り，構面 内につ い て は（6 ） 式5 ）によ り計 算し た。Krth＝
E ・
0．
866・
T3・
expI
5．
44・
（d
／D
）1’
T｝…・
・
（6 ） た だ し，
（3），
（6） 式の 計 算に お い て，d
に は腹 材 支 管外径の値を そのま ま用いた。 弦 材 主 管 が角 形鋼管で腹 材支管が円 形 鋼 管の組み合わ せの場 合にっ い て は，
円形了able 6 Test results and theoretical
、
predictionspecimen α σcr t！cm2test testtheorytheory 01
．
841．
95L891。
890．
97LO3 RR一
〇，
52．
．
042 132．
。
01LO2LO6012 truss一
1．
02、
162，
162。
092。
09LO31．
03 01，
841．
821．
841．
841．
000．
99 RC一
〇．
52。
。
Ol2 09L951．
95LO3」
工．
07一
1．
02．
07 ≧，
052。
032。
031．
021．
01 singleStrutS 1．
361．
381．
401．
431．
431．
430．
950。
970．
98 鋼 管の支管の 外 径 をO．
84
倍 し て角形鋼管の外 径に換 算 し て計算した。
Table 6に示すとお り， ト ラス試 験 体 12体の実 験値と 理論 値の比 率は， 97％−
107 ％ の範 囲に あり， 平均で は102
％，
変動 係 数は2．
6％で あっ た。 ま た，
弦 材 単 体3体 の中 心 圧 縮 試 験の実 験 値と 理 論 値の 比 率は，
95 ％−
98％ の範囲に あ り，
平 均では97
％であっ た。 Fig．
7に， 荷 重P
と構 面 外変形 δ の 関 係 を示す。
δ は，
圧 縮 弦 材の中 央の節点の 構 面 外 変 位 量 を表す。
こ の 図 か ら，
トラ ス試 験 体お よ び中 心 圧縮 を 行っ た弦 材 単体の試一
1＿
＿
＿
験体は
，
座 屈 荷 重 近 傍 まで大s
き な構 面 外 変 形 を起こすこと な く
，
荷 重は ほぼ試 験体の構 面内に作 用したもの と思わ れ る。 §4
．
トラ ス の実 験結果と考察 4．
1 節 点が半剛節であ ることの影 響Fig．
8 （a ） ， （b
）は，
Pc
．／Pc，s と変 数 α の関係 を示 し たもの であるe 図中，Pcr
は ト ラス柱の曲 げね じ れ座 屈 荷 重 （実 験で は最大耐 力〉を表し，
Pcr。
は弦 材 単 体の曲げ座屈荷 重の解 析 値を表す
。
丸印は実 験 結 果で， 実線と破 線および
一
点 鎖線は， 文献4
）に示しt
」立 体 座 屈 た わ み角 法 公 式に基づく非 弾 性 座 屈解析に よ る結果であ る。
こ の う ち，
実 線は，Table
6
の理論 値と同 様で，
半 剛 節 トラス の結果を表 し， 弦材と腹材の接 合 部に挿 入 し た構 面 外および構 面 内の 回転バネの 剛性は，
そ れ ぞ れ（3）式お よ び （6 ）式の計算値を用いた。 破 線は これ ら を無 視し た剛節トラスの結果であ る。
一
点 鎖 線は，
実 線の場 合 と 同様の半 剛節 トラス の解析 結果であるが，
参考とし て （3）
，
（6）式 中のd
をd
＋2s （s＝
3．
5mm ：溶 接 サ イズの実 測 値の平均）と し た回転バ ネ 剛 性 を用 いた場 合を表 す。Fig．
8 （a ） ， （b
｝ か ら，
鋼 管 トラ ス の節点が半 剛節 で ある ことに よる ト ラスの 曲げ ね じ れ座 屈 荷 重の低 下 量，
す な わち半 剛 節 トラス の座屈荷重の解析値を表す実線と 剛節トラス の解 析 値を表す破 線の差は
，
最 大で，
剛節ト ラスの 解 析 値の 16％ を 示して い る
。
これ は， 圧縮 弦 材に対す る腹 材・
引張弦材の補 剛 効 果による座 屈 荷 重 の増 加 分に対し て は，38
％に相当し，
設 計上，
必 ずし一 27 一
Pcr1Pers Analysls （semi
−
rigidly−
jointed
truss ） 1．
0 、M
、誉
、 、 6§
e璽
咫 chord web囗
□ 0．
8 0．
2 O．
O truss ） Pcr1Pers 、舗 辞
，＿ 、 丶＼
… Single strut 、・
＼ o、 、 o丶
」
、
RC − chord web口
○ L2 1．
0 0．
8 0．
2 O，
O一
1．
0 （且
） M M 傘冒
且 ψ 0・
十
且
十
（a ｝ Analysis （joint spring modified by weld size ）｛
AN
Single strut N／Ncr 1．
0 0．
5 0丶
瓢
／
＜
＼
1．
0−
1．
0 α↓
・ 。 （中
鼠且 置
1
・ M ）申 Fig
．
8 Pcr／PCTS．
α relat 重on N！Ner 1．
O Analysis （semi−
rigidly−
join
ヒed truss ）飆
叔
＼
蜘瓢
、詣
＼
’
x
・
匸］
□
＼
、・
0．
5 01．
0 N’
0 亠 ・匿
十・
ω （ 1．
O a↓
N置
↑
N 丶ぐ
N
＼
＼
＼＼
爺
・＼
丶
、 い は一
点鎖線で示さ れ る半剛節 トラスの解析結果と， ほ ぼ良い一
致 を 示し てい るのが 分か る。
な お， ト ラ ス 試 験 体 は，
d
／D
がo．42
（腹 材 が 角 形 鋼 管 の 場 合）， 0．
45 （腹 材が円 形 鋼 管の場 合 ）であり，
比較的腹材 の断面が 小 さ な ものである が，
腹材・
引 張 弦 材の 補 剛 効 果に よっ て， トラ ス の座 屈 荷重 Pcr の実験 値は， 横 補 剛 支 点 間距 離 を座 屈 長 さ と する弦 材 単 体の曲 げ座屈荷 重の 解 析 値 Pe，s に対 し て， 最 大で約 1．
5倍の増 加が 見られた。 4．
2 曲 げモー
メ ン トー
軸 力 相 関関 係Fig．
9 （a ），
（b
）は，
以 上 の結 果 を 曲 げモー
メ ン トー
軸 力 相関曲 線で示 した もの で あ る。 こ こ で，
Mcr は，
半 剛 節 ト ラス ば りの横 座 屈モー
メ ン トの解析 値であり，N
，r はP
。 。。 の 2倍 で ある。 丸 印が実 験 値で，
実 線 は半 剛 節 トラ ス の解析 結果を表 す。
Fig
．
9
（a ），
（b
）に示すと おり，
実験値は解析 値と ほ ぼ良 い一
致を示して いる。 鋼 構 造 設計規 準2〕 （以 後 学 会 規 準と呼ぶ）「
の設計式は，
安 全 率 を無 視 すれ ば，
次の よ う な耐 力 式で表さ れ る4） 。鳶
・缶
・
毎
≦1
………
（7
） 00 ．
5 （a ） MIMcr Fig．
9 M−
N interaction も無視で き な い と思わ れ る。
一
点 鎖 線と実 線の 関 係か ら， 回転バ ネ 剛性の評 価に溶 接 サ イ ズを考慮す る と トラス の座 屈 荷重が多少高く な る のが 分か る。
Fig．
8 （a ）の弦 材・
腹材と もに角 形 鋼 管を用い た ト ラ ス の場合お よびFig．
8 （b
）の 弦材が角 形 鋼 管で腹 材 が 円形 鋼 管の トラ スの 場 合 と もに，
実 験 値は，
実 線ある 0，
5 （b ） M／Mcr1．
0 こ こ で，N ，
M
は ト ラス の設 計 用軸 力お よび曲げモー
メ ン ト を表し，P 。
re は，
前 述の とお り，
横 補 剛 支 点 間の距 離を座 屈 長さ と する弦 材 単 体の曲げ座 屈 荷 重 で，
Pcr。 は半剛節ト ラス ぱ り の横 座 屈 荷 重で あ る。
Fig．
9
（a ），
（b
）の破 線は （7）式の等 号の場合 を表 し た も の である。
同図か ら， トラスの実 験 値は， 学 会 規 準 を表す破 線を すべ て上 回っ てお り，
学 会 規 準が ト ラス の座屈荷重を 過 小 評 価して い るの が分か る。
な お， 図 中の
一
点 鎖 線は，
文献 3｝で提案し た 設計用一 28 − 一
耐 力 式 を表す が
，
弦材が角形 鋼 管で腹 材が角形 鋼管あ る いは 円 形鋼 管の トラ ス柱の場 合 も， 弦材・
腹 材ともに円 形鋼管 トラス柱の場 合と同様に， こ の設計用 耐力式の適 用が可能なこと が示され て い る。
§5．
結 論 トラス節 点 をモ デル化し た鋼 管T
継 手につ い て，
節 点の 回転バ ネ剛 性 を 求め る実験と，
弦 材が角 形 鋼 管か ら なる 4格 間ワー
レ ン トラ ス に圧縮軸力と等 曲 げモー
メ ン．
トを載 荷 する曲 げね じれ座 屈 実 験か ら，
次の結 論が得ら れた。
（1） 鋼 管 接 合 部で の弦材主管の局部 的な弾 性 変 形に起 因 する節 点の 剛 節 度の低 下に対し て，
坂 本・
蓑 島》｝が 提 案し た節 点 剛 性 を表す 回 転バ ネの 剛性の 計 算 式は， 弦 材 主 管が角 形 鋼 管で腹 材支 管が角形 鋼 管あ るい は円 形 鋼 管，
また は弦 材 主 管 と腹材 支管が ともに円 形 鋼 管のT
継 手に関する構 面 外の回転バ ネ 剛性の実 験 値に対 し て， 接 合 部の溶接 形 状 を 実状に即 して考慮す れ ば，
ほ ぼ妥 当 な結 果 を与え た。
（2） トラス試 験 体は， 腹材鋼 管の 断 面が弦 材 鋼 管に対 し て比 較 的小さなもので あ る が，
腹 材・
引 張 弦 材の補 剛 効 果によ り， 曲 げね じ れ座 屈荷重の実 験 値は，
横 補 剛 支 点 間の距 離を座 屈長 さ と す る弦 材 単 体の曲 げ座 屈荷重の 解析値に対して， 最 大で約1．
5倍 増 加し た。
（3） トラス の曲 げね じ れ座 屈の解 析は，
立 体 座 屈た わ み角 法 公 式に基づ く非 弾 性 座屈 解 析で あり， 解 析モ デ ル に は弦 材と腹 材の接合 部に構 面 外および構 面 内に回 転す るバ ネ を挿 入し た半剛節トラス モデル を用いた。
回 転バ ネの剛 性は，
坂本・
蓑島の計 算 式に よっ た。
トラ ス試 験 体に関する解 析結果か ら，
節 点が半 剛 節であることに よっ て，
曲 げね じれ座 屈荷重は，
節 点 剛 節の場 合 と 比 較 し て最 大で 16％ 低下す ること が示さ れた。
な お， こ の 解 析に よっ て， トラス試 験 体の曲 げね じれ座 屈 荷 重の実 験 値 を97 ％− 107
％の範囲で予 測す ることが で き た。
謝 辞 本 研 究は，昭和 58 年度 科 学 研 究 費 補 助 金 奨 励 研 究 （A
） （河 野 昭 彦 ） 「角 形 鋼 管 トラス柱の構 面 外 座 屈 荷 重に関す る実 験 的研究」によっ た。 実 験に際 し， 有働 文久技官， 久 島 昭 久 技 官， 青木 治技 官の協 力 を得た。
実 験お よび 結 果の整 理に おい て，
田中浩喜 君 （現日本IBM
＞， 大串 勝 利 君 （九州大 学 大 学 院 ）の協 力 を 得た。
こ こに， 深甚 なる感 謝の意を表し ま す。 参 考 文 献1） S
．
Merino，
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Matsui：Asurvey on the IateTa旦．
torsional buckling of truss be司m
−
co1ロmns，
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5，
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日本 建 築 学 会 大 会 学術講演梗 概 集，
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722，
1985，
10．
一
29
一
SYNOPSIS
UDC: 624. 023. 85:624. 075.2.014:539. 3B4
'
'
EXPERIMENTAL
STUDY
ON
LATERAL-TORSIONAL
BUCKLING
OF
TRUSS
/
t
BEAM-COLUMNS.WITH
RECTANGULAR
'TUBE
CHOBDS
'
'by
CHIAKI MATSUL Piofessor ef KyushuUpiy.,D. Eng.,SHOSUKE MORI}gO, ProfessoTof Mie Univ.,
D.
Eng.
aunndiyiKlhHeiKrngerKtAoWf
AAN/I9}.
Researgh Assistantof Kyushu ,
Rigidly-jointedtruss
bearn-columns
which are composed/of rectangular tube chordshave
thehigh
strength ofthe
lateral-torsional
buckling,
an,d ean be'more easilyfabricated
than trussescompoSed of circular tubechords.Hewever,
the web members may,cause
local
deformationsr
in
the flatplateelements ef rectangular tube chords around theconnections, which might reduce thebuckling
st'rength.･TherefoFe,
the economical and safedes'ign
requires the accurate evaluation of the buckling strength, takingboth
advantageous anddisadvantageous
effect mentioned above intoconsideration.In
thecase of trusses with circular tube chords, experimental and,theoretic-al workhave
been
carried outby
many researchers.On
the otherhand,
therearefew
experimental researches o,n'
thetrusseswith rectangular tubechords,
'
,
From
thispointof.view, an experimental a.ndtheoreticalinvestigation
on the trussbeam-columns
'which
chords
are rectangular tubes and, web members rectangulaT or circular tube's
have
been
carried out.･
The
paperpreseritsthatthe
buckling
strength of the trussbeam-columns
increasedue
tothe restraining effect of web meinbers and atensile chord, and
discusses
that the reduction of thebuckling
strengthdue
to the effect oflocal
delformation
around theconnections canno't
