2. 鋼柱の全体及び局部座屈の連成座屈実験

鋼柱の全体及び局部座屈の連成座屈実験

永 藤 壽 宮

1 . ま え が き

近年,構造解析において.電子計算概の発達に伴い,橋梁本体及び各部材の力学的合理化 断面が,多 くな り.薄肉量化が,進め られている.

Lや､しなが ら .1 9 6 9 年1 1月の第 4Danube 橋 (オース トリア)に始 まり,次 々に,落橋事 故が.続出 した.それ らの点に共通 しているのは.薄肉補剛板が.広範囲に使用 され,圧縮 フランヂ.支点上 ダイアフラム等に.採用されているとい う事であ り.薄肉補剛板の圧縮耐 荷力不足が.原因をな し.全体座屈ないし.全体崩壊を誘発 している点が.あげ られ る.近 年 において.耐荷力における大 きなファクターである初期不整 ( 初期たわみ,溶接な どによ

る残留応力 e t c . ) を取 り上げ. 局部座屈問題を取 り扱 って い るが,全体座屈 と局部座屈の 相関性についての研究は.余 り取 り放れていない. まだ我が国の道路橋示方書で も,その相 関性について改訂がなされたが.理論的根拠が明白でない. したがって,本研究は,全体座 屈 と局部座屈が.達成 して生ず る様な,溝形断面及び箱形断面柱の圧縮耐荷力実験を行い.

権限強度 と達成強度について考察 した結果を報告 し.理論適用の材料 とす る.

2 . 供 試 体 の 選 定

鋼種は .S S4 1 とし, 箱形断面についての局部座屈強度は, 小松等による圧縮板の耐荷力 曲線,全体座屈は ,ECCS の校数柱強度曲線を用いて, 両座屈強度が.等 しくなるとい う点 と.及び耐圧試験機の能力 3 0 0 t ,‑ ッ ドクリアランス 2. 8mの制約条件を満たす様に,基本 供試体 B の断面構成及び長 さを決定 した.更に基本供試体 と同一断面で長さが,基本供試体 の 1 . 09 倍の供試体 A 及び 0. 8 9 倍の供試体 C を作製 した.溝形断面についても.同様に行 った が, ここには,供試体 C をあげ るだけにす る.溝形断面については,両端固定,箱形断面に ついては.両端 ピソ支東 とした. ピン支承については,設計荷重 9 0 tとして.弱軸方向回転 可能な どソ支系を設計,作製 した.帯形及び箱形の断面諸元を図 1 に示す.又, ピソ支東に

1 0 0 S t 寸 O . S 9 S J 寸

図 1 断 面 諸

* 昭和 6 0 年 5 月 土木学会関西支部において発表

* * 土木工学科詳師 本研究は,大阪大学小松定夫教授,西村宜男講師との共同研究である

原稿受付 昭和 6 0 年 9 月 3 0 日

4 ( I 長野工菜砧等噂門学校紀要 ･ 約1 6 P j

図 2 ピ

文 J J t

ついては,図 2 に, 示す. 又. Jl 的川桝. 人体な

l / 支) L iに取 り 付けた実験状況をγ貢 1 ｢′ J くす.

3. 材 料 試 験

写真 l 引張試験片は. J r l 締. ･ lL 玖 ) n ^{帆 式体 と} r r ･ 1 ‑鋼材か ら切 り出 し

た J I S5 号汁を川いた.その折火は,表 1に示す通 りである. なおそれぞれのn f iは, 外 帆 E l I AA‑ づつ試鮫を行 った平均値を とってあ る.

表 1 材 料 試 験 結 果

4. 残 留 応 力 度 測 定

残留応ノ J 度は.試験用短柱帆試作で, 切断法に より,測定 した.それぞれ.溶接前に,ひ ずみ ゲージをは り,溶披後.ひずみを i l l J J ' j EL,それぞれ,切断 したあ と,ひずみを再測定 し て.算L t iした ものである.その気l I 児は.周 2 に/ ‑ J < す.

‑ 3 ² 9 _.8

g 9921

∩ blgや‑

図 3 残 留 応 力 度 分 布

銅柱の全体及び局部座屈実験 45

5 . 初期たわみ測定

初期たわみ測定は,測定用 ジグを開発 し,柱の初期たわみ,板の初期たわみ.及び,初期 ね じれ角を.それぞれ変位計 ( 1 / 1 0 0 mm) を用いて,測定された.その結果を表 2 に示す.

表 2 供試体の初期たわみ

S pa n W .

( ma W, x . ∬ ′ L

W

ma ( Wc x , y / L ) w

ma ( WJ

,

♂( ma r a x d) 也 1 3 0 0 0.1 7( 1 ′ 7 6 0 0) 0. 21 ( 1 ′ 6 2 0 0) 0. 7 8( 1 ′ 6 0) 0. 73×1 0 ‑8

ⅢA 1 84 4 . 9 0. 8 5( 1 ′ 2 2

0 ) 0

8

( 1 ′2 2

0 ) 1 . 4 1 (1 ′1 0

‑

ⅢB 1 69 3 . 2 0. 9 2( 1 /1 8

0 ) 0. 2 5 ( 1 ′7 0 0 0 ) 1 .1 3( 1 ′1

0

ⅡC 1 5 0 9. 5 0. 85 ( 1 /1 8 0 0) 0. 5 3( 1 ′ 28 0 0

3 4 ( 1 ′1 1

)

6 . 長 柱 実 験

荷重偏心が.発生 しない様,推定極限強度の 1 /3 程度の荷重 レベルにおいて.調整用ゲー ジにより,それぞれの値が,それ ら平均値の 5% 以内に収まる様に,スべ‑サーで調整 した.

1 2 1 1 1 0 9 8

･ 電話

G

F E D C B

I 3456

点91 0 1 l l 2

E y I . l

̀ コ ■ 一

e J I I I I

J

一r〉COm

I

l

〜 EY>

■

× ■ ■

i 罰 一i I

g II652×3l ヽtJ.rt

図 4 ひずみ測定点 (ボックス断面)

図 5 ね じれ角分布

46 長野工業高等専門学校紀要 ･ 節1 6 号

局部座屈が,発生す る箇所を変位計で,ある程度予測 し,その部分に,変位計等を集中さ せ･局部座屈性状を観察 した･ひずみ測定点は,図 4に示す通 りである.

7 ･ ^{実 験 結 果} 占 / f y 溝形断面柱については,初期たわみ形 2. 0 歌 が･ね じれ成分を含み,耳た‑軸対称

閲断面特性か ら,図 6 に示す様に,荷重 の増加に伴い,徐 々にね じれ変形が増大

し,終局状態において.せん断中心回 り 1. 5 に回転するね じれ座屈現象を生 じ, ( 図

5)ほとんど同時に.柱の中央のウェブ に横断面方向に , 1 波形の局部座屈を起 こした.上述の傾向は,他の供試体にも. 1 . 0

‑致 して,′ 観察で きた.

箱形断面柱については,全体座屈が, 先行するケースについても必要であった が,残留応力度の影響により , 3 体 とも . 0. 5 局部座屈が先行し,図 7‑ 図 8 で示す様 に,その後.若干の荷重増加後.全体座 屈が,発生 し全体崩壊に到 った.箱形断 o

面についての座屈強度の比較は,表 3 に 示す.

a b c‑ I a e

図6 中央断面垂直ひずみ分布 ( 軸)

a b c a e i

図7 座屈部分の曲げひずみ分布 図 8 柱としての変位

鋼柱の全体及び局部座屈実験

8. 結 論 溝形断面 :

oね じれ座屈 とそれに伴 う局部 座屈が,観察 された.

箱形断面 :

o局部座屈形状 は.軸方向にほ ぼ フランヂ巾の波長を持ち.

表 3 座屈強度の比較

4 7

2‑ 3 波 のモー ドが.柱の中央付近に発生 した.

o局部座屈が先行 し.その後.全体座屈を起 こして崩壊 したが,局部座屈の発生が.ただ ちに全体 の柱 の崩壊につなが らず,全体座屈は,局部座屈荷重 の 1 .18 ‑ 1. 33 倍の荷重 レ ベルで生 じた.

9. 参 考 文 献

( 1 ) 小松定夫,北田俊行 :初期不整を有する圧縮坂の極限強度特性に関する研究,土木学会論文報告集

弟2 7 0 号 昭和5 3 年 2 月 p.1‑p. 1 4