1
論 文】 UDC ：624．
023．
85 ：624．
02 ：624．
042．
7 ：620．
1 日本 建 築学 会 構 造系論文報告 集 第 365 号・
昭 和 61 年 7 月鉄 骨
ト
ラ
ス
骨 組
の
復 元 力
特性
と
耐
震
性
評 価 方 法
一
トラ ス構
造
物
の耐震性
に関
す る研 究 （
2
）
一
正 会 員 正 会 員 正 会 員鈴 木
久 保 寺
小 河
敏
亅
−禾
郎
＊勲
＊ ＊行
＊ ＊ ＊ §1．
序前 報1｝ で報告し た鉄 骨 トラ ス部 材の耐 力と塑 性変形性 状の結果を踏ま えて
，
こ こ では トラス部 材によ り構 成さ れ る 骨組の 実験を行い，
トラ ス骨 組の復元力 特 性を 調べ る。 トラス骨 組の場 合 も， トラスばり と同様に荷 重一
変 形 関 係は，
単 純 化され たモデル化 特 性で説明で き る こと を示し，
そ れ を用い て鉄骨 トラス構造物の耐 震 性を評価 する方 法 を提案す る。
実 験で対 象と す る 骨組は，
はり部 分が トラ ス に よっ て 構 成さ れ る一
層一
スパ ン の 骨組で，
柱に は充 腹 材を用い てい る。
もち論， 柱と は りの耐 力バ ラ ン ス は，
トラ スば りの破 壊が先 行し，
柱は全実験行 程中，
常に弾 性 範 囲に 留ま る耐 力関係で あ る。
トラス骨 組と して柱 材に トラ ス を使 用す る例も多少は見ら れ る が，
トラ ス骨 組 を用いる の は，
低 層で大スパ ン の建物がほ と ん どで，
柱 軸 力の降 伏 軸 力に対す る 比 は 比較 的 小さ く，
曲げモー
メ ン トが主 要な応 力と な る。 こ の ため 柱 材に トラス を 用い る場合 は，
トラス ばり の結 果か ら十 分 類 推で きる もの と考え，
こ こ では，
はり の みが トラ ス の骨 組につ いて実験す る。 部 材 実 験 と骨 組実験の違い は，
部 材 実 験は静 定ば り に つ い て の実 験であ る た め，
部分 的な塑 性 化に よる応 力再 配 分が不可能であ るの に対 して，
不 静 定 骨 組の場 合， 応 力の再 配 分 がな さ れ る点に あ る。 応 力再 配 分に より，
順 次 塑 性 化する個 所 あるい は領域が増 大し て ゆく過 程に お い て，
部 材 実 験によ り 仮 定 し たモ デル化が適 切か否か， またそれ が骨 組 全体の挙 動に対して どの よ うに関っ て く る か を調べ る こ と が，
骨組 実 験の 目的である。
トラ ス構 造 物は，
その構 成 部 材の一
つ が 座屈 し た り，
降 伏する ことに よ り，、
内部の応力状態 が大き く変 化す る。 どの様に変わ る か は， 構 造 物の 不 静定次 数，
破 壊 部 位，
破 壊 形態，
荷 重 状 態 等に よ り左 右さ れ，
破 壊 過程や 劣化特性を一
定の 方 向に従っ て整 理す ること が 困難であ り，
耐震 性に対し て最 も大きい影 響 を 与え る復 元 力 特 性 を把 握しに くい構造物であ る。 本 論 文で は，
地 震 時の ト ラ ス構 造 物の破 壊に関して，
実 験の状 況を踏まえ て破 壊 部 位や形態に一
定の制 限 を課すことに よ り，
復 元 力 特 性 を規 定 する。 こ の結 果 を用いて トラス構造 物の構 造 特 性 係 数 Ds 値を定 義する方法 を，
各 種 構 造 条 件の下に示す。
§2，
トラス骨 組の復元力特 性に関 す る実 験 2．
1 骨 組 実 験の概要本 実 験では
，
トラス部 材の断 面 形 状 （山 形 鋼，
鋼管），
骨 組 形状 （門型， 山 型 ），
弦 材の 細 長 比 （25〜37
），Span−Depth
比 （1／10，
1
／18．
7），
鉛 直 荷 重の大き さ（P
。／4，
Py／2），
お よ び柱は り 接合 部パ ネル厚さ （4．
5−
10mm ） をパ ラ メー
ター
と して，
合計 8体の試 験 体 を作 製し た。
寸 法 等の諸元 をTable
l に示す。
材 質はSS
41 とSTK
41で，
JIS
l号B
引 張 試験に よる そ れ ぞ れ の機械的性 質 をTable
2
に示す 。A ，B ，
C
タイ プは山 形 鋼 （2L。
−
65×65×6）に より 構 成 さ れ る トラ ス骨 組で， P タイ プは鋼管 1（φ一
76．
3×3．2
お よ び φ一
60．
5×3．
2｝の ト ラス 骨 組であ る。 試 験 体は柱は り接 合 部パ ネル （ヴェ ブ）で せん断 破 壊す る A−
1を除い て，
他の 7体は ト ラス ば りの 弦 材で破 壊す る よ うに設 計さ れて お り， 柱 （H − 390
×300
×10Xl6
） は全 試 験 体で共 通 物と し，
常に弾 性 域に留ま る。
試 験体の形 状， ・
∫法は Fig．
1に示す よ うに，
実 物の 本 論 文の一
部は，
文ma
4）， 5）におい て 発表し た。 ＊ 東 京 工 業 大 学 教 授・
工博 ＃ （株 ｝ 巴組 鐵 工所 構造 部長・
工博 ＊ ＊ ＊ 東 京 工業大学 助 教授・
工博 （昭 和60年7月17日原稿 受理｝一 28 ．
Table l List of Specimens 試 験 体 骨 組 形 状 い 印は横 補副 点〕 弦 材 断 面 形 〔細長 比〕 腹 材 断 面 形 〔細長 比） 柱ス
κ
ン L〔皿〕 梁 成 d〔開｝ L／d 接 合部 寸ネ ル厚 恤 〕 船直 荷重 〔P〆Pyl A−
1 2Ls−
h5罵
55x5 〔35 〕 2Ls−
55誕65x6 〔4716，
0QO6001 ／1045o．
5 A−
2 亠字
8
団
2L5−
65酒5翼
6 〔3512Ls−
65x65x6 14716，
00Q6QO1 ／1Q7O．
5 A−
3 2Ls−
55而5N6 工35， 2L5−
65渥65x6 〔47［ 6，
00Q6001 ／ IO10o、
5 B−
1 2Lδ
一
55鴻5x6 〔2512Ls−
50澱50同6 口518．
40D4501 ／18，
710O．
25 B−
Z ⊆陣
2Ls−
65x65x5 く 25 ） 2Ls−
50罵
50K6 14518卩
4004501 ／18．
7100．
5 U−
1岬
2し呂一
55x55kδ 137〕 2Ls−
65岡
65x6 （4δ ｝ 5，
0005001 ／1010O．
5 P−
1 φ一
75．
3x3．
2 r27 〕 φ一
76．
3翼
3．
2 〔笳 ， 5．
Qoo5QO1 ／10lo0．
5 P−
2 ｝ φ至Q．
5罵
3．
2 〔351 φ一
60．
5x3、
2 虻46 〕 6．
ooo600 レ 10loo．
5 渠 Py澱 端部が降伏モー
・
メントに達す る 鉛 直荷璽 OOQN§
匚
Ptype30
。0
2
F
蝉
頭
σ．
1亙
3．
QOO700
Ctype
糺
b、
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．
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一勹
呷 岬 ”
詈
．
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S量rαin Goge oo「
3
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° O り oり 詈………’
達
Diq【 （呻1
宅000尸
「
700 ，。。 ，。。1
AtypeFig
．
1
Dimensions of Speclmens ほぼ1／2の規 模で，C
タ イ ブの み が山 型で，
A，
B，
P
タイ プは門 型である。
トラスば りの上 下 弦 材，
腹 材の 重 心 が一
点で会するよ うに組 立て，
偏心に よ る個 材の曲げ が発生し ない ように配 慮し た こと と，
ガセ ッ トフ レー
ト を 用い て溶 接に よ り接 合して い る点は，
前 報1 ）の実 験と 同 様である。
また トラ ス部 材が構 面 外に変 形 し ない よ う に，
塑 性 化が進 行する は り端 部や鉛 直 荷 重 載 荷 点の上 ド 各 節点で，
ター
ンバ ックル を介 した丸 鋼で構 面 外に座 屈 支持し て いる。
これによ り トラス 骨 組の破 壊は，
上 下 弦 材の構 面内 座 屈 によ り決 定さ れ， 横 座屈に よる急 激な耐 力 低 下を防止で き る。
な お鋼管の場合は， 断 面に方 向 性 が ない ため トラス節 点で横 方 向に 座 屈 拘 束して も，
節 点 間で ガ セッ トプレー
トの拘 束が少ない横 方 向に変 形が発 LOADFig
．
2 Experimenta且ApparatusELL 生す る
。
し た がっ て座 屈する弦 材の有 効 座 屈 長の評 価に おい て， こ の影 響を勘 案する必要が あ る。
Fig．
2 に 実 験 装 置 図， Fig．
3 に 装 置の 機 構 図，
Photo．
1に装 置 全 景 を 示す。
実 験 装 置は トラス ぱ りの 中央 部で骨組を水平方 向に不動と し， 柱脚 を水平方 向に のみ可 動な 剛性の高い 支 持ビー
ム に ピン接 合する方 式で あ る。
支持ビー
ム は上下の テフ ロ ン樹 脂 台 座の問に ス テ ン レ ス板を介して設 置さ れてお り，
十 分に摩擦が軽 減さ れ水 平 方 向に の みス ライ ドす る よ うに く ふ う さ れ てい る。
当然の ことであるが，
こ の支持ビー
ム は ト ラスばり の構 面 外 方 向に も，
同 様なス ライディ ング機 構を用い て 不 動と な る よ う支 持さ れて いる。 水 平 力の載荷は，
反 力 ⇔ Latend Bro⊂eFig
．
3 Testing Set upLoad
Table 2 Mechanical Properties Members （t ／c
ロ
21 σ y 〔t 〆c凰
2）σ
u ε s ヒ〔％ ） EEon巳｛％） L−
65x65x53．
364，
742．
1224．
10 L−
50x50 ×63．
595．
111．
6023．
40 φ一
76．
3x3．
23．
414．
71一
32．
50 φ一
60，
5x3．
23．
894，
8335
．
．
70 フ レー
ム に固定され た二基の オ イル ジャッ キを用い て， 支 持ビー
ムを左 右に移動す ることに より加 力する。
試験 体に導 入さ れ た水平力の測 定は，
トラ スぱ り中 央 部の固 定 点にお け る 水平反 力で測 定する た め， 当 支持ビー
ムが 動く と きの摩擦抵抗と は無 関 係とな る。 次に常 時荷重と して の鉛直荷重は，
トラ スばり中 間の 3点に， 自 動制 御 の定 油圧 ポンプを備えたオ イル ジャ ッキによ り与え る。 鉛 直 荷 重の大 き さは，は り端 部の モー
メン トが，
降 伏モー
メ ン トの 1／2 （B−
1で は 1／4 ）と な る よ う設 定した。
こ の実 験で は， は り部分を水平 方 向に不 動と し，
柱 脚 部 を 可 動 とし ている が，
こう す ることに より鉛 直荷 重 載 荷 点 を 水 平 方 向に動 か すこと な く，
骨 組の水 平 加 力実験 が可 能と な る。
す な わ ち鉛 直 力 載 荷 点で生 じ ることが多 い骨 組の水平方向へ の拘束を回 避で きる。
水 平 荷 重の載 荷 手 順は2 − 2．
5サ イク ルとし，
第 1サ イクル で は弾性 限変形の 3 倍，
結2
サ イクル でV： 5倍 程 度 まで載 荷す る もの と し た。
変位お よ びひずみ の測 定 位 置 を，
Fig．
1の試 験 体の図 中に示す。 変 位につ い て は， 柱 頭 水 平変位，
は り端 部 回 転角，
弦材の座 屈 変位 お よ び トラス節点の鉛直変位をダ イヤルゲー
ジに て測定し， ひずみ に関して は．
トラ ス ば り 端 部と中 央 部の軸ひずみ， 柱は り接 合パ ネル のせ ん断ひ ずみ および柱 中 間 部の曲 げひずみを測定し，
弾 性 時の応 力 分 布 等 をチェ ック し た。
ま た構 面 外に座屈 補 剛し て い るター
ン バ ック ル に もひずみゲー
ジ を て ん付し，
塑 性 化 し た トラ スパ ネル の構面 外変形を抑える の に必 要な補剛 力 を 測 定し た。
2．
2 鋼 管の短 柱 試験 と その モ デル化 鋼 管 トラ ス の座屈性状は，
形 鋼の場 合と多 少 異な る面 があるが，
塑性 領域の変形の大 部 分が塑 性 化す る トラス 1−
2パ ネルの 変形に依 存する ことは明らかで あ る。 そ こで鋼管 個材の圧縮 性 状 を調べ るた め， 骨組実験に用い た もの と 同 じ電 縫 鋼 管 （φ一
76．
3×3．
2， φ一
60．
5×3．
2 ） の短柱圧縮 試 験を行っ た。
実 験は前 報i， で報 告 し た 山 形 鋼 と 同様に， 材 端部に全 方向油圧球座 を介して行っ てい る。
（Photo．
2）実験結 果 をFig．
4 （a），
〔b）に示す。
荷 重お よび軸方 向変 位は，
そ れぞれ降 伏 荷 重 凡 と，
降 伏 荷 重での軸 方向変位 δ． で無 次 元 化して いる。
中心 圧 縮 柱の無 次 元 化さ れ た荷重 変 位 関 係 〔n一
θ関係 ）が， 有効細 長 比 λe （＝再
λ，
εy は降 伏ひずみ）の み に支配 さ れ ること が すで に明らか に されてい るTI8）。
本 論 文で もこれに倣う もの とし，
最 大 耐力nmr ， 座 屈後の負こ う配K
¢，
停 留 値 nm を以 下の関 係に あ る も の と す る。 n。x−
｛
1一
呵
嗇
）
2｝
／
｛
1
＋螽
（
λe 天）
！1
……
（・，
1
） κ己＝− 0．
1
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〇．
75
）・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
一・
・
・
…
（2，
2
）Photo
．
2 Compression Test n 昌P’Fy） Φ一
763翼
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2 σ y呂
3、
41 t’c「hZ 1．
0 λ＝
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丶 … 一一．＿
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0 隔 05 馬 0 1．
0 5．
0 10，
0 Fig．
4 （a＞Load−
Axial．
Shortening CurvesΦ
一
60．
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2 σレ＝3．
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一一
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丶
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一
一
一
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．
4 （b）Load−
Axial Shortening Curvese（
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・ ・ゴ閉
一
躯
…・
…・
・
…・
一 一
〔・．
・｝ こ こ にA ＝
π2／0．
6 で，K
，≧0
とな る場 合はKaニ0
と す る。
また停 留 値はParis
の解9］に よ る もの で あ る が，
こ こでは e。＝5．0
と して図 示 している。
実 験結果を示す 実線は，
座 屈 点 nmx よりか な り低い 荷 重か ら塑性 化し て いる。
す なわ ち山 形 鋼の結果”t
は 異な り，
明 確 な座 屈 点 を示さな い状 態で塑性化と と もに横 変 形 を 増 大してH
’Hp
A−
1 1．
0
1
’一
10．
0o
10．
0
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0
H φ ⇒ 1 ↓ 5 畔z 甲2 甲一1．
0
日一
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E）cperirnent−一
一
一
Model Anatvsis−…一
一
一
C 」ロti e 6一
10．
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H
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1．
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Fig．
5 H一
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A− 2
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0
E匿periment−一
一
一
Model Ar旧lysi5ρ
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一
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一
一
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……
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8 H一
δRelabonship HIHp1．
0
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一
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10，
0
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9 H一
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一
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・
一
．
．
．
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一
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↑ H ’HpP − 2
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1．
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一
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1．
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1 タ旬
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一
一
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⇔ l I 5 ‘ ↓ 轟 膨2 甲2 「μ2 曜2 甲2 畔2一1．
0
一1．
0
Fig
．
11 H一
δRelationship Fig．
12
HTδRe14tionshipゆ く が
，
急激な耐力低 下は せずに最 大 耐 力と し ては nmx 近 くまで上 昇 する。 これ は電 縫 鋼 管特有の塑 性加工 や溶 接による初 期 不 整に起 因する現象と考え られる。 最大 耐 力 以 後の変 形 性 状は，
（2．
1）一
（2．
3＞ 式の モ デル化 線で ほ ぼ説 明できる。
座 屈 点 近 傍で鋭 角 的な曲線 を示 すか，
鋼 管の よ うに丸み を帯びた曲 線 を 描くか は，
地 震 時の吸 収エ ネルギー
を問 題に す る限り， 余り大きい違い を結 果 に も た ら さ ない。
骨 組の吸 収エネルギニ に 対し て大きい 影 響を 与 え るの は， 最 大 耐 力nnv 以 降の 曲 線が，
骨 組 の応力再配 分の過 程に どの よ うに関わ る か であり， こ の 意 味で は鋼 管の モ デル化 を （2．
1）〜
（2．
3）式で行っ ても 問題 ないと 考えら れ る。
以上の考察か ら，
電縫鋼管の個材挙動と して圧 縮の場 合は （2，1
）〜
（2．3
）式に従う もの と し，
引張の場 合は形 鋼の場 合と同 様1） に，
降 伏 後の ヤ．
ング率E
が 弾 性値の 1／100 に低 下 する もの と して モ デル化す る。 2，
3 履 歴 性 状 Fig．
5−
12に各 試 験 体の 水 平 荷 重と変形の 関 係を示 す。
実 験 結 果は図 中に実 線で示し て お り， 点線は正 方 向 載 荷に対 する累 積変形を示して い る。
無 次元化 量は水 平 力 Hp と水 平 変 形δρ で あ る。
H
ρ は一
定鉛直 荷 重の下に 漸 増 水 平 荷 重 を受 ける一
次 不静定骨組の トラ不ば り部分 に， 2つ の塑 性ヒ ンジ が発生 して，
崩 壊機構が形 成さ れ る時の水 平 外力（いわ ゆる単 純 塑 性 解 析に よ る 水 平 耐 力） で あり，
δp は同じ トラス 骨 組が塑 性 化せ ずに弾 性 変 形 を続け る と仮 定し た 場合のH
ρに対 応する水 平 変 形 量で あ る。
な お トラス骨組は一
般に剛 性が高く，
変 形量は小 さい た めP
づ 効 果の骨 組 挙 動に与え る影 響は小さい も の と 考え ら れ る。 し た がっ てH
。，
δ。の計算に当たっ て は P一
δ効果 を 無視して い る。
以 下に各 試 験 体の破 壊 状 況と履歴性状につ い て述べ る。
A −
1は柱は り接 合 部の パ ネル （ウェ ブ ）が 剪 断 座 屈 し，
耐 力 を保 持しな が ら変 形が 進行 し た。
塑 性 領 域で の変 形 は接 合 部パ ネル による もの で，
トラ ス部 材に損 復は見ら れ な かっ た。
接 合 部パ ネル （ウェ ブ）7mm の A−
2は， パ ネルの せん断 変 形 と トラス部 材の座 屈 変 形が連 成され る 場合を想 定し て作 製し た もので あるが， パ ネル の降 伏 点が予 想 以 上に高かっ た た め， トラス部 材の変 形の みが 増大し，
パネル部は弾性 状 態に留まっ た。
トラス 部 材の 破 壊状況は， 水平荷 重が増 加する と まずは り端 部下弦 材 に構面内座 屈が 発生す る。
こ の後も剛 性は低 下す る もの の，
な お耐 力は．
ヒ昇す る。
これ は座 屈 が 発 生 する は り端 部 が 塑 性 化 し て も 架 構 が新しい つ り合い系に移 行し，
部 材 応 力の再 配 分が な さ れ る た めで あ る。
も ち論座 屈す る 弦 材の細長比 が大きい場合は，
骨 組 全体の 水平耐 力が上 昇し ない と考え ら れ る が，
当 実験程 度に小さい細長 比で 構 面 内座 屈の場 合は，一・
つ の弦 材が座 屈して も骨組 全 体 と し て座 屈 後も耐力上昇する。
第ニ サ イク ル で は処 女 載 荷 時におけ る最 大 耐 力 近 傍ま で耐 力が再 上 昇 する が，
引 張 弦 材が降 伏し荷 重一
変 形 関 係は ほ ぼ横ばい に な る。
A−
2は第ニ サイク ル正載 荷 時 に は り端 部か ら 二 節 点 目の上弦 材が横座屈し，
急激に耐 力 低 下 し た た め，
そ こ で実 験を打 切っ た。A −
3は その 部 分に も横 補 剛 を施こ し て実 験 し た た め，
当 部で上弦 材 が構面 内 座 屈し， 耐 力 低 下は A−
2 よりか な り緩や か と なっ た。
B −
1，B −
2にっ いて は，
塑 性 化す る ト ラ スパ ネル が 2 以上に及ぶ た め，
最 大 耐 力 後の耐力低 下はA−
3な どに 比 較 する と多 少 著 し く な る。 な おB−
1，
B−
2で は 鉛直 荷重の大小による差異は ほと ん ど 認 め ら れ な かっ た。
骨 組 形 状 が 山 形で あ るC −
1は弦 材が 2か所 座屈 した 後の耐 力 低 下 は著 しいが， 第ニサ イク ル負 方 向 載 荷で は 0．
6H 。程 度の耐力で安 定 し たルー
プを 描い た。
鋼管 ト ラス のP −
1，P
−
2は，
最 初の は り端 部 下 弦 材 の座 屈 後，
耐 力が著しく低 下す る が，
第ニ サ イ クル での 耐 力は 処女 載 荷 時の8
割 程 度まで 上昇 し， 以 後か な り緩一
32
一
Q（t） 20 10 10 20 A
−
3 HFig
．
13 Sheari皿g Reaction of Cotumns．
Phote」3 Speci皿en after Leading Photo
．
4 Specimen afteT Loadingや かな耐 力 低 下を示す
。
こ れ は鋼 管の場合 断面に方向 性 が な く，
その座 屈 変 形は主 として構 面 外の変形 と な るこ と に起因す るもの と考えられ る。Fig．
13に，
例とし てA−
3に お ける左 右の柱のせ ん 断 力 分 担 率の 変 化 を示す。
縦軸は柱脚に お け る水平 反 力Q
，，
Q
，で あり，
横 軸は水平変 形の 絶対 値の累積値で ある。
トラスぱ り端 部の座屈後，
柱の分 担せ ん断 力が急 激に変 化し， 最終 的に は分担比率は1
：5
程 度に なっ て い るe ト ラス節点の構面外へ の補剛 力は，
ター
ン バ ック ル に 貼 付し たひずみ ゲー
ジの 値 か ら，
最大時におい て も部 材 の降 伏 軸 力に対し て0．5− 1．
0
％程 度し か測 定されて お らず， トラス の面 外へ の 変形は容易に抑え ら れ る こ と が 確か め ら れ た。
Photo．
3，
Photo．
4に山 形 鋼 トラ スと鋼 管 トラス の座 屈変形の状況 を示す。
2．
・
4 骨組の モデル化 解 析と実 験の比 較 トラス部 材が前 報ηで 示した 山 形 鋼 や， 上 記の鋼 管の モデル化 挙 動に従っ て変 形し た とき，
骨 組 と し て どの よ うな荷 重一
変 形 性 状と な る かを解析す る。
トラス 骨組が一
定 鉛 直 力の基に漸 増 水 平 力 を 受け る と，
まず ト ラ スば り の一
方の端 部 下 弦 材が座屈 す る。
座屈 し た部 材の軸 力 と変形 （縮み量）の 関係は， 短柱試験のモ デル化 線に従 うもの と仮 定して， 骨 組と し ての応 力解析を行う。 変形 が増 大する と，
最 初に座屈 し たは り端 部と は 逆側の端 部 近 傍で， 弦 材 降 伏が起こ る。
こ の場合も降伏部材が弾 性 剛 性の 1／100に剛 性 低 下す るもの と仮 定し て計算を進め る と，
ま た別の弦 材が座屈 する。
こ の部材 もモ デル化線 に沿っ て挙 動する と考え ると， 骨組と して耐 力 低 下す る 過 程が解析的に求め ら れ る。
部 材の座 屈 荷 重，
劣 化 こう 配，
停 留 値を設 定す る に際 し て， 座屈 する部 材の材 端支持条件を どの よ うに仮 定す る か が重 要なポ イン トとな る。
山 形 鋼 トラス の場合は，
構 面 内座屈の た め ガセ ッ トプレー
トによる拘 束 効果 が大 き く なるこ と を 配 慮 し，
両 端 固 定 状態 （座屈 長 さ係 数 h＝0．5
）と す る。
ま た鋼 管 トラス の場 合は，
トラ ス節 点 間で座屈す る方 向が構 面 外と なる こ と から，一
端 固 定他 端 ピン （座 屈 長さ係 数k＝
・
O。
7）と想 定する。一
方 座屈 後の 停 留 値を定め る に際し て は， トラ スば りの実 験” を 参考に し，
θ。＝
・
5．
Oと仮 定 する。
以上の方 法に よ り求め た荷 重一
変形 関 係 をFig．
5−
Fig．
12に破 線で示す。
実 験は繰返 し載 荷であ る が，
正 方 向 載 荷 時の累 積 変 形の包 絡線を一
方向載荷時の荷重一
変形 関 係である1°1 とすれ ば，
破 線で示 し た 骨 組の モ デル 化 線は，
実 験 結 果に ほ ぼ対 応し た挙動で あ る と考え ら れ る。 §3．
ト ラス骨組 の耐震性 評 価 方 法 3．
1 基本方針 前 節ま で実 験を中心 に解 析してき た個 材，
トラス部 材，
トラス骨 組の荷重一
変形 関 係を整 理し，
個 材か ら骨 組に 至る相互関係をこ こで は系 統 的に関 連づ け る。
こ の結果 をも と に トラス骨 組の諸元に関わ る等 価 累 積 塑 性 変 形 倍 率を規 定し，
トラス骨 組の構 造 特 性 係tw
Ds値 を決 定す る。 同時にDs
値 決定に至る所 定の崩 壊 過 程 を保 証す る 各 種構造 条件を定め る。
トラス構 造 物 にお け る最 終の破 壊 状 態は， 構成部 材の 座 屈に帰着す る が，
充 腹 材と異な り， 個 材相互の接合方 式，
座 屈方 向，
隣 接 部 材 や接 合プレー
トに よ る座屈拘 束 の度 合い等，
復 元 力 特 性に影 響 を与える複 雑な諸要 因が 内 在す る。 し たがっ て ト ラス構 造物の 耐震 性 評 価に あ たっ て は，
これら の諸 要 因 を整 理し，
あ る程 度はっ きり し た破 壊 過 程 を想 定せ ざるを 得ない。
こ こ で は破 壊の仕 方 とし て， 原則と し て弦材が構面内 座 屈 する場 合につ い て考え る。
す な わ ち塑 性 化す る ト ラ ス パネル につ い て は， 必ず構 面 外に座 屈補剛 す ること を 条 件づ けて い る。
これによりトラス構 造 物の塑 性 変 形 倍 率は，
主と し て弦 材の座 屈 長さの み に関 係す るこ と に な る。
弦 材の構 面 内 座 堀 以 外の破 壊， 例えば柱は り隅角部の 横 座 屈， は りの横 座 屈，
腹 材の座屈等が原因 と なっ て破 壊する場 合に も， 実験結果か らD
。値を設 定す るこ とは で き るが，
こ れ らの破 壊は全 体 的に変形能 力が小さ く， 結 果 的に大きいDs
を用い て強 度 依 存 型の設 計 をする こ とにな る。
ま た トラス を構 成す る部 材 相 互の接 合 方 式は，
座 屈す る弦 材の有 効 座屈 長 さ に大きい影響 を与え る。 こ こ で は一
般 的に最も多い ガ セ ッ トプレー
トを 用い た 溶 接 組 立て一
33
一
トラス を対 象と して い る。 し たがっ て鋼管の相 貫継手あ るいは
，
ガ セッ トプレー
トを用いない部材 同志の突 合わ せ溶 接 等の接 合方 式の場 合 は， 別途 実 験に よ り有 効 座屈 長さ を確か め る必 要が あ る。 な おガセ ッ トプレー
トを用 い た接 合で あ る な らば，H ．
T ．
B ．
ま た は リベ ッ ト接 合 の場 合で も結 果 的には溶 接と大差 ない もの と考え ら れ る 11〕 が， 非 常に大 変 形に至る までの挙 動を問 題と してい る の で， 溶 接 よりい くぶん長めの細 長 比 評 価と す る の が妥 当であ ろ う。
こ れ らの構 造 条 件に関し て は後 節で触れ る。3．
2
ト ラス構造 物の復 元 力 特 性 トラス骨 組の構 造 特 性 係 数を設 定す るに際して，
必要 と なる復元力特性は， 対 象とす る骨 組の座屈 や 降 伏に伴 う劣化過程を前節の方 式によ り計 算 すれ ば得 られ る が，
これ は計算が繁雑とな ること と，一
般 的な表 現がで き な い欠 点が あ る。 そこで こ こ で は， 以 下に示す仮 説を設け て，
トラ ス骨 組の復 元 力特性を単純かつ一
般 的 表 現で示 す こと を試み，
それ が実験結果 と良 好に対 応す ることに よ り正 当 性 を立 証 する。 トラス構 面 内の変 形が増 大し て， トラス構造物が破 壊 する場 合の終 局 原 因とな る単一
材と しての弦 材の座 屈と 降 伏・
に関し ては， 前 報1） で扱っ た よ うに最 終的にFig，
14 （a），
（b
）の荷 重 変 形 関 係に モ デル化す ること が で き る。
こ れ らの特 性 を有する単一
材の集合と して成る ト ラス 部 材の荷 重一
変 形 関 係は，
トラ ス の組み方によ り異な る が，N
→ 一 ←N
凵N
’Ny
1K
己6
nrn 陶N
← 一一一
。・
。 →N
］0
6
’6y
O
616y
〔己⊃ 座 屈 ｛b⊃ 隆伏Fig
．
14 Behavior of a Single Member巫
鯉
醗
璽
一一
一
34
一
Fig．
15 ハ ウト ラ ス （N
型 》 ワー
レ ン トラス （V
型 》 ダブル ワー
レ ン ト ラ ス （X
型》K
ト ラ ス （K
型 ） Pattern of Lattice 概略 次の形式に分類され る。
（Fig．
15 ）1
） ハ イ トラス （N
型） 2） ワー
レ ン トラス （V
型 ）3 ） ダプル ワ
ー
レン トラ
ス ，K
トラス （X
型，
K
型 ） いずれの トラスも弦材の座 屈や降伏が腹材の破壊よ り 先行す る と 仮定す る と，
座 屈と降伏の変形特性の差に よ り，
正負 載 荷 時の 荷重一
変形 関 係はFig．
16 （a｝，
（b
），
（c） の性 状を示す。 引張 弦材の応力度が 圧縮弦材の座屈応力 度より大 き く，
先 に降 伏 す る 場 合 はひずみ硬化に’
よ り N 型の 負 載 荷あるい はV
型の正載荷の曲線を描き， そ れ 以外は 短柱試 験と 同様な曲線を たどる。
ト ラス部 材で は せ ん 断 力 が 腹材の軸 力と して伝 達さ れ，
部 材 全 体と し て の軸 方向 力も存在す る た め，
上 下の弦材応 力に差が生 じ る。
す な わ ち荷重の方 向に よ り，
弦 材の 座屈が先行し た り， 降 伏が先 行す る現 象は弦 材の座屈 長さが ある程 度 小さい範 囲で は，
必らず起こるもの と考えられ る。
こ の よ うな特 徴 を持つ トラス部 材が骨 組 を構 成 した と き， 骨組全体とし てどの よ うな荷 重一
変 形 関係 を描くか を 考 察し たもの がFig．
17である。
地 震 荷 重に よる は り 部 材の曲 げモー
メン ト分 布は，一
端で圧 縮 弦 材の座 屈が 先 行する場 合は， 他 端で は引 張 降 伏が先 行する方 向の曲 げモー
メ ン ト分 布 となる はずであり， 部 材の両 方 向 載 荷 時の 荷 重一
変 形 関 係 （A），
（B）を Fig．
17の よ うに一
つ の図に重ね て示し たときジ 骨 組の挙 動とし て は両 者の平 均 的な曲 線 （C
） とな る。
ま た一
定の鉛 直荷 重が存 在する場 合は， 弦 材の座 屈レ ベ ル あ るい は降 伏 レベ ル が異な り， 部材の 両端の挙動 （A
｝，
（B
）が離れ る方向に移 動 する が，
両者の平均 的 P Ip 圃 ta）N型 P 6 P P 6 δ 4P lp囮
コ6・
國く，艘
唖
ic，X
・
K 型Fig
．
16 Behavior of Truss Beamsr
P轟6
醐
。 ⇒ HP H 骨倡 騎惟 丶 、．
鹽
孟一．
＿
，
＼ 6鱈 孥凾 左鰯畢腐 働 丶 c〕≒甼 【巴
P o ゑ 6 H→
鬥
な曲線である （
C
）は余り変 動 しない。
結 局 鉛直荷重の 有 無は （A
），
（B） 曲 線の差と し て 現 さ れ，
弦 材の座 屈 長 さ が 比較 的 小さく， 短 柱 試 験の モ デル化 線に のる範 囲 で は，
鉛 直 荷 重の有 無は骨 組の荷重一
変形 関 係に余り大 きい影 響を与え ない もの と考え ら れ る。
Fig．
17に おけ る トラ ス梁両端 部近 傍の破 壊 する弦 材 が，
前 報一 あ るい は前 記の モ デ ル化さ れ た線に従っ て挙 動す る と考え る と，Flg．
18 が得られる。 こ こ に H は骨 組と し て の全 体 水平力で，Hp
は 2．
3節で定 義し た骨 組 と して の水 平 耐 力である。
ま たHe
は，
水 平 荷 重によっ て生 ずる柱の せ ん断 力で，H
。p は水 平 力の み を受ける骨 組に おい て トラ スば り端部の弦 材が降 伏する時の柱せ ん 断 力で ある。
は り両 端部の挙動の平 均 値が骨 組の荷 重一
変 形 関 係であると す る と，一
点鎖 線の モ デ ル化線が得ら れ る。Fig．
18の各 段 階にお け る骨 組の モー
メ ン ト増分 は，
Fig
：19の よ うに簡 略化で き る。
ま ず 0−A
間はすべ ての 部 分が弾 性 範 囲にあ る た め，
通 常の逆 対 称モー
メン ト分 布と なる。A
点で は り右 端の下 弦 材が座 屈す る た め，
A −B
間で は は り 右端 部の分 担モー
メ ン トが減 小 （剛 性 K． ，〉す る が，
はり左 端 部で は弾性の ま ま増 加し続 ける。
B
点に到 達す る と は り左 端 近 傍の下弦材が降 伏 し，
当 部で弾性 時の1
／100の伸び剛性で ひずみ硬 化 するもの と 仮 定す る と，
はり左 端で は剛性Ki
で耐 力 増 加 し， 右 端 で はK
。 ，で耐力低 下し続 ける。C
点に至ると右 端の座屈 した弦 材が停 留 値に達 し，D
点に て左端 近 傍の圧 縮 上 弦 材が座 屈して大き く耐 力 低下す る。 各段 階にお ける骨 組と して のモー
メ ン ト増 分は，Kd
、，
K‘を 用い る とFig．
19に示す 比率の分 布 形とな る。
こ こで剛性
K
，、，
茜 は，
トラス ばり部 材長をL ，
降 伏 ま た は座 屈す る領 域の長さをL
，と し，
塑 性 化 （座 屈 ｝ 後の変形 が L，の領 域の み に よる もの と考え る と下 式に よ り与え ら れ る。K
，一
旛
・
2
呈
、一
鴛
…・
……・
…・
………・
（3．
1） K．・
L
Kd
，＝
2L ，
’
… … ’
9’
… °
’
… … … … ’
”
（3・
2
） HIHp ‘晦 恥 〜 q 隔 nm o ’h）ρ，
「
セq バ 1K脚
tqr望Kd2・
一
9
丶「
丶 H菖
舳
， to ＼E 蚤 1 ↓〜
1 PPP ノ torデ晦LL
P置
賎／2 「 6’5PFig
．
18 Simplified H一
δRela巨onship （Model Analysis）
K
。は骨 組の弾 性 剛 性で，
無 次元値はLO である。
輪 は座 屈する弦材の 劣化こ う配で，
無 次 元 量 とし て前報］’ の （3．
2 ＞式ま た は，
当論文の （2，
2）式によ り与え ら れ る。
同様にKd2
は二 番 目に座 屈する部 材に関 して （3．
2） 式によ り得られ る骨 組とし て の劣 化こう 配 で あ る。以 上の仮説に従っ て描い た骨 組の 荷 重
一
変 形関係を実 験 結果に重ねて示したものが，Fig．
21〜Fig．
23
であ る。
モ デル 化 線で は，
B−
C 間で劣 化部分が認め ら れ るの に 対し， 実験 結 果は余り明 確な劣 化は 現 れて いない。
こ れ は 現実の トラ ス部 材が溶 接に よる残 留 応 力 あ るい は個 材 の局 部 的な曲 げモー
メ ン ト等に起因 して，
計 算 より早 期 に 塑性 化が生 ずること が 原 因 と考え ら れ る が，
こ の部分 を除け ば，
モ デ ル化 線は ほぼ 実 験結 果を説 明し得ると判 断で き，
こ の方 式で ト ラス骨組の復 元 力 特 性 を一
般 化で き るこ とを 示し てい る。Fig．
20 は一
例と し て，
A −
3骨 組の モデル化 線 を求め る手順を示し たもの である。
な お 図 中の数 値は ト ラス部材軸 力を その部 材の 降 伏 軸 力で除 して無 次 元 化し た もの であ る。 凾i西 重に よO画げtPメ ン ト P档
。 ホ平 荷■によO自6／t一
メ ント ー ・ 匚宀
＿ − M 匚
一
コ亂
＿ 。 、．
，謝
律一
… 押 一 CA右藺 下曽鯛 障『 曾朔 遙 一 M匚一
DAEコtthiむo− ・・
・…・
v
「
f
「
−Fig
．
19 Moment Distribtttion for Each Step．
呂
漏
n直 甬 殫鯑
ホ甲穐 薗 瑠 分店 力 o椚
晦 oユ” 0158 A→
巳 i，卸2洞
叫軌
”
e旭
”
o 鰍 o鵬 4 12 B呻
C‘
↑
．
me1Haj oo厨
o o細 o判o ■邑匿力 P25 0，
36 0！
96 瞞 7 Ont Oe鱒 IDCO● 慣 i 781 0睇 1 鰤
降 恨 c
→
D 塵國 11．
MHpt 慨 035 0 00訓
蜘 11 ∋0 1 陽 帆Fig
．
20 Stress o 正Members on Each Step一 35 一
A − 3
一
Experimen 電H
⇔
B
− 2
凸0 5 10 15 20
6
／bp
o 5 10 15 20 5t6pFig
．
21 Comparison between Experiment and Model Analysis Fig．
22Comparison
between Experiment and Model Analysis3
．
3 トラ ス骨組の構 造特性係数一
定 鉛 直 荷 重の基に漸 増水平力が作用す る トラス骨組 で， 最 初の部 材が座 屈し た後，
Fig．
18の B 点 以 降に 二 番目の部材が座 屈す る場 合， す な わち2つ の弦 材 座 屈 現 象の 間に他 部 分の引 張 り降 伏 が 起こ る場 合 を考え る。
普 通に設計さ れ た ト ラス骨組で は， 上下弦 材の σ／f
値 （設 計応力度と許容応 力度の比率 ）が 大 幅に異な ることは少 な く，
ま た塑性化領域で節点ごとに横 座 屈 補 剛 を 施せ ば 弦材の座屈長 さ も小 さ く なる た め，
こ こ で 想 定し てい る ケー
ス が ほ と ん どで，B
点 以 前に崩 壊 機 構が形 成さ れ るケー
スは ま れで あ る と考え ら れ る。
以下Fig．18
で与 えられ るモ デル化さ れ た復元 力特性にお け る 各 記 号 間の 関 係 式 を 示 す。 まず 座 屈 する弦 材の最 大 耐 力 nmx お よ び 停 留値 nm は，
（2．
1）〜
（2．
3 ）式で与え ら れ る。
これ らの式にお ける有 効 細 長 比h
は次 式の値であ る。h
＝VEJ
・
産λ・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
t
（3．
3） こ こ に ε。 は 降 伏 ひずみ，
λ は構 面 内 座屈す る弦 材の 節 点間長 さに対する細 長 比である。
また h は材 端 拘 束 度 を示す有 効 座 屈 長さ係 数で，
ガセ ッ トプレー
トを用い た 剛接 トラス に関 して下記の値と する。
蠹
蓴
萼
宏
霧
譽
窒
：
：
：
夛
｝
・
・
・
・
・
・
・
…
tt
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
（3
−
4） 銀 管の場 合に 0．
7と して材端拘 束効 果を小さ く評 価す るのは， 断 面に方 向 性が な く構 面外の座 屈変形 と なる た めである。
ま た形 鋼で溶 接に よ り組 立て ら れ る もの は，
0．
5と し て良いが．
H．
T．
B 等で接合する場 合は，
変 形 が増大 し た 場合にすべ り等が起こ り拘 束 度がい くぶ ん低 下す るの で，O．
6
程度の値を採用 す るの が妥当と考え ら れ る。
形 鋼で 構 面 外の断 面二 次 半 径の方が小さ く，
節点 間 で横 座屈 する場 合は，
既 応の研 究tl）に よりh＝
O．
8〜
1．
0 とする ことで，
ほ ぼこ こで考えて いる耐 震 設 計 法に の る もの と推 定 さ れ る。
弦 材の座 屈により耐 力 低 下 する部 分の 劣 化こ う配K
．、 は （3．
2）式に より与 え ら れ る。
こ の 式 中のK
． は，
座 屈す る弦 材の 軸力 と軸 変形に おける劣 化こ・
う配で，
断 面 10 O．
5C − 1
OFig．
23 Comparison beLween Experiment and Model Analysis形に より次 式 を用いる。
軈
鋤 躙餐
1
：
1
：
i
驕 割
・・… な お当 論 文 中で は実 験 を 行っ て い ない が，H
形 鋼の 場 合は参 考 文 献7 ）e］ に より下 式とな る こ と が確め られて いる。
蠶
黜 纜
窪
1
：
1
：
1
無
lll
）｝
…
〔3・
・）これ らの式に おいて
，
λ。 が非 常に小 さい 範 囲で 島 ≧0 とな る場 合に は，
邸＝
0と評 価 する。 （2．
3） 式の座 屈 後の 停 留 値は，
Parisの解9 ｝に お い て eo＝5．0
と し て定め る。
ny は最 初に弦 材が座 屈する トラス ば り端 部 とは逆 側 の端 部 近 傍で，
引 張 弦 材が降 伏 軸 力に達する時の は り端 モー
メ ン トに応じ た柱せ ん断 力の無 次 元 量で ある。 降 伏 した 弦材の ひずみ 硬 化 に よ る 骨組と し ての耐 力 上昇 こう 配K
‘は，
塑 性 化 領 域の長さに応 じ， （3．
1）式で与え ら れ る。
nu は トラ スばり の モー
メ ン ト が，Fig．
19の分 布 形に応じ て増 加した場 合に，
二 番 目の弦 材が 座屈す る時 点に お け る は り端 部モー
メ ン トに応じ た柱せ ん断 力の無 次元 量 で あ る。
nti以 降は，
二番 目の座屈 弦 材 長に応 じ て （3．
2）お よ び （3．
5）ま た は （3．
6｝式 に よ り与 え ら一
36
一
Table3
Ds
of Truss Frames λ1LIL ＆レλ。5
λen
冊
民
ηmkdKdlnynqk し号 η
Ds
35L7
．
5o，
5920．
9620，
60日go．
Ol7一
〇、
0561、
21● L．
335o・
1
・° 0』130．
7η 3L20．
200 40 〜oo，
676o、
9 η 0，
075一
〇．
93言一
σ．
1窒71．
2且31，
隅5o．
o●o 君 0．
O且3o．
7塞o9 』9o，
202 50z5o．
肌5o．
9崗 0．
513鹽
O．
052一
〇．
3‘51．
20a 且，
3690．
040 。．
ll3o
．
7017．
5■ o，
266 60301．
OM0，
9490，
■6●曹
O，
053曽
o．
3701、
〜0曝 L4020．
0400，
‘［3o，
5835，
z止 0．
Z66 7035 旦．
且B3o，
93Lo，
62■一
〇，
n3響
o，
53歪 且．
1981．
3Z60．
0引Oo．
ll30
，
6253，
780，
325 肋 40 且．
3520．
9且1o．
3闘一
〇．
153一
〇．
612L．
L931，
2720．
040 「 0．
020o．
578 〜」9o，
395 90 弓5 且P5210．
肥8o．
眄2甲
0，
18●曹
o，
735 量．
L871，
お 0 ゜・
14
° o．
020o，
馴 ［ 旦．
5旦 o．
‘尉 loo501．
690o．
861o．
275一
〇．
2L4一
〇．
355Ll61L．
2070．
010o，
4690．
650．
596 れ る劣 化こ う配Kd
！で耐 力低下す る。
骨 組 全体の復元力特性がこの よ う にモ デル化 され る と，
その と きの塑 性 流れ部分の吸 収エ ネル ギー
とし て，
Fig．18
に お け る qHρ × nδpが得られる。
こ こで q，
η は次 式に より定 義 する。
nm 十 nuq＝
2
”… ’
”
… ’
”… … ’
… ’
’
’
’
’
”
（3・7
）・
一
气
処………・
…・
・
一
・
・
一
・
− t−一
（… ｝骨組 倒 壊 時の等価 累 積 塑 性変形倍
．
＄ 。η は ， Fig，
18の D 点 以 降の吸 収エ ネル ギー
お よ び鋼 材の バ ウ シン ガー
効 果 等の安 全 側 要 因 を考慮 し，
次式で評 価で き る15 ）。
RO＝
η十2．
0・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
（3．
9） （3．
9
）式で与え ら れ るR ηを用いて，
ト ラス骨 組の構 造 特 性 係 数D
。を求め るこ と がで き る。 D。値の算 定は 種々 の方 法が 提案さ れて いる が，
例え ば参 考 文 献15 ）の方 法に よ る と次式と な る。D
。−
1
・
⊥…＿＿．
．
＿．
＿．
．
＿
（3」0） 1十4c
亅α1・
Rη q 上 式は骨 組の変 形 特 性を第1
層の そ れ に代 表さ せ たも の で， 式 中 CI は 骨 組の質量 分布，
剛 性 分 布に より定ま る定 数で， a は骨組の質量分布，
強度 分 布，
剛 性 分 布に よ り定ま る定 数で ある。
ち な みに A タ イ プ試 験 体の弦材 細長 比が変 化し た場 合に，
上記の手 法に よっ て構 造 特 性 係 数を求め る と，
Table 3 ，Fig．
24が得られ る。 こ れ らの 図 表におい て CI およ びα1は一
層骨組で あ る た め1．
0
であ るe なおFig．
18にお け るB
点以 前に，
二番 目の圧 縮 部 材 が座 屈す る場 合は，
塑 性 率が極 めて小さい値 とな る た め， 少な く と もD
。≧0．
4〜
O．
5の保 有 耐 力 を要す る もの と考 え ら れ る。
3．
4 耐震 設 計 上の構 造 条 件前項に示 し た方 法によっ て
，
トラス構 造物の耐震 設計 を 行う場合，
こ の方法がい くつ か の仮 定 条 件を 踏 ま え た もの で あ る ため，
これ らの条 件 を守っ た上で適 用す る必 要が あ る。 各種 条 件 を 列 記す ると，
1234【
D6 等が あげら れ る が，
し た条 件で あ る。
柱は り隅 角 部の横 座屈防 止6｝ 塑 性 化 （座屑）す るトラスパ ネル の横 座 屈 防 止 ラチス材 破 壊は，
弦 材の 破 壊より先 行し な い 接 合 部 破断の防止 （保 有 耐 力 接 合 ） ガセッ トプレー
ト方 式の剛 接 トラス に適 用す る トラス構 成部 材の 幅厚比制 限 これ ら は すべ て当 研 究に お い て仮定 した がっ て これら の条 件 と異な る状 態Fig
