【論 文】 UDC ：624
．
078
．
014．
27 ：624．
075．
2．
014．
27 ：624．
072．
2．
Ol4，
5 日本建 築 学 会 構 造 系 論 文 報告 集 第 358 号・
昭 和 60 年12月水平荷
重 時
に
お け る
角
形
鋼 管柱
・H
形
は り
接 合 部
の
耐 力評価
一
角形鋼 管柱 溶接 接合部
の実
験的
研究
3
一
正 会 員 正 会 員 田金
渕
谷
基
嗣
＊弘
＊ ＊ L 序水 平 荷重を受け る角 形 鋼 管 柱
・
H 形はり ラー
メ ン接 合部では，
接 合 部パネル 似 下，
パ ネル）の せ ん断変形 と と もに接 合 部の局部 変 形が重要な問 題と な る。
前 報で は，
外ダ イア フ ラム に より補 剛さ れ た角 形 鋼 管柱接合部 の引 張 側 をと りだし た単 純 模 型 供 試 体の引張実験を行 い1］，
実験結果 に基づ き，
接 合 部が局 部破 壊す る場 合の 耐 力推 定 式を提案し， ま た提 案 式は対 称モー
メン トを受 け る十 字形 供 試体の実 験 結 果および水 平 荷重時の応 力状 態 をモ デル化 した片 側 引 張ある い は片 側圧縮 供 試 体の実 験結果を 精 度 良く評 価しう ること を示し たt）。
こ こ で，
接 合 部の局 部 破 壊と は， は り フ ランジか ら加えられ る集 中 力に よう て生 じ る鋼 管 壁の局 部 的な崩 壊，
あ るいは鋼 管 壁の局 部 的な変形に起 因し て生じ る柱の コー
ナー
部 近 傍の応 力 集 中に よ る その部 分の き れつ （引張フ ランジ側 ） ま たは局 部 座 屈 （圧 縮フ ランジ側）に よ る破 損 を指す。水平荷 重を受け る角 形鋼 管 柱
・
は り接 合 部につ い て は， こ れ まで にも多くの研 究 報告が あ る。
それ らは鋼 管 の局 部 変 形に対 する種々の補剛方法につ い て，
その有 効 性を論じた ものが大 半であ る が，
パ ネルのせ ん断 耐 力に つ いて は， 仲， 加 藤， 湯 浅，
田 中，
佐々 木 3）の 先駆 的な 研究に始ま り， 極 限 解 析に より耐 力を求め 4 ）・
5］，
これを 実験 的に検 証唇〕し た 田 中，
重信，
福 島，
リンの研 究，
外 ダ イアフ ラム補 剛され た接 合部を対 象と し てパ ネル耐力 評 価 式を提案し た加藤，
前田，
坂 恵ηの 研 究，
三角 形 板 補 強の接合 部 を 対象と し，
接 合 部の局 部 破 壊 耐力につ い て も言 及した伴， 今井8〕の 研 究が あ る。
しか し， 外 ダ イア フ ラ ム補 剛の場 合の接合 部の局 部 破 壊とパ ネル の せ ん断 破 壊との関係につ いて 明らか に した 研 究は な い。 本 報 告は
，
’
外 ダ イアフラムに よ り補 剛された角 形 鋼 管 柱・
は り接 合 部の水平荷重 時 実 験 を 行い，
接 合 部が局 部 破 壊する場 合とパ ネルが せ ん 断破 壊する場 合の挙 動を調 ・ 神 戸 大 学 助 手・
工修 ＊i 神 戸 大 学 教授・
工博 （昭 和60年3月8日原 橘 受 理日．
昭 和 60 年 7 月 4 日 改 訂 原 稿 受理 日，
討論 期 限 昭 和61年3月末則 べ，
2つ の破 壊形式の関 係 を 明らか に し，
実 験 結 果 を 基 に，
こ の種の接 合 部の耐力 評 価 方 法お よび適 切な設 計 方 法を提案し ている。
2．
実 験 2．
1 供試体 供試体はFig．
1に示す ように ラー
メ ン架 構の中 柱 接 合 部 を対 象 とし た十 字 形 部 分 架 構である。
接 合部の詳 細をFig．
2に示す。
角 形 鋼 管の局 部 変 形 に対す る補 剛 方 法と し て外 ダ イアフラム形 式が用い ら れ て お り，
ダ イア フ ラ ムどうし は突 合せ溶 接，
ダイア フラ ム と柱は すみ 肉 溶 接さ れて い る。 各 供試体は柱心 よ り 500mm の位 置で等 断 面の は り部分 と高力 ボル ト接 合さ れ て お り，
は り長さ は 1800
mm，
柱 長さは 1300 mm で あ る。
供 試 体の 寸 法 諸 元 をTablel に 示す。 使 用 鋼 材 はSTKR
41およびSS
41で機 械 的 性 質は各 供 試 体ご と にTablel
に示 し て い る。
角 形 鋼 管につ い て は平板部 中央 で管 軸 方 向より採 取し たJIS1
号 引 張 試 験 片によ る値で ある。 使 用し た角 形 鋼 管の うち，
ロー
200
×200
×9
は冷 間プレ ス成 形さ れ た み ぞ形 断 面を2本 溶 接し製 作した も の （以 下， プレ ス成 形 鋼 管 〉であるが， 他の角 形 鋼 管は Fig．
1．
Test seレup一
52
一
Architectural Institute of Japan
NII-Electronic Library Service
Arohiteotural エnstitute of Japan
le
−
B−
一 トー
一
一
500−一
一
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500−一
→司 TD ⊥ o ← O O1
［ 00 ト
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置
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『．
一
」
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一
TO
⊥
一
司計
…
Fig
．
2．
Details of test specimen and dial gage arrangementof
ioint
panelTable l Details of test specimens and rnechanical properties
SPOCmonCoLum 臼
齟
m 工叩hr己
gm駄L昼
LRH5 Diaphr6gm BxBxT dxbxt冒
xし ヒDxboForc巳 α
y O ロ Oyσ
u iml N加 y 匚し
ε加 2） BXO−
4．
5β Bxs−
−
4．
5BBxw 4．
5巳
日K3−
“．
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X区
一
4、
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300xL50罵
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．
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！
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293，
293．
295、
633．
63 櫺．
2コ 4．
zコ 4．
2］ 4．
544．
54 3．
20Z、
923．
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664，
284．
564．
164．
且
6 300x」
5D民
6x 8KじP69B
牆一
5日 B朋一
6E 臼K冒一
5E日
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一
200BK5 58−
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300xL5D踊
6x o．
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200．
iBO．
200．
200200 20 コ 』 コ 3、
．
433 083434、
084．
083．
08308 6．
ユ7 ‘」．
73 9D4．
3り 4．
5日 4．
583，
go3go 3．
202，
922．
593．
203、
卩 3．
B2、
762 76 4．
654，
284．
qヨ 4．
品 4．
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eo ら」64【
6 x x6費
曹
ZOOxL5D瓦
6x一
9詫
209x
309菖
4口 5 x zogx206齧
206 x 30 400x監50x6x ユOOxL5Dx6x BK5−
9日 K xgf・
300xL5D冥
6K9x20 02Q2 944』
02．
924．
28 日x255−
5日
25Qκ
2田 x6軸
JOOxL50k6x9 x 20 0 コ．
694．
76 ⊃、
134．
巳；
．
ll
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二
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ハ エA：
CrOSS S巳
じ
tiOn of RHS・
eyC置 yield poln ヒ of RHS ］すべ て冷間ロ
ー
ル成 形によ る もの （以 下，
ロー
ル成 形 鋼 管）で あ る。 供試体は鋼管の溶接シー
ム のある面が柱ウ エブ 側 （パ ネル面 〉に こない よ う製 作され て い る。 供 試 体の角 形 鋼 管 幅は 200mm が主で，
変 化さ せ たパ ラメー
タは鋼 管 幅 厚 比とダィア フ ラ ム寸 法で あり，
はり せいと 柱 幅の比d
／B は 1．
5を 標 準 と した が， BXS−6
B にっ い てはd
／B
≡ 1．
o ，2．
0の もの につ い ても実 験を行っ た。 供 試 体の 名称は下 記の要 領に従っ てい る。
BXO −
4．
5BL
t（B
：t＝
＝
9mm，
C
；t＝ 6mm ＞ T（mm ） hp／B （wlhufB＝
o．
2，
H ：h．
IB
； o．
15，
S
：h
．／B ＝
o．
1，
0
：hn
／B ＝
o）Table2
に各供試 体の耐力計算値を示す。 こ こ で，
Msp
：は り （等 断 面 部 ）の全 塑 性モー
メ ン トMcp
：軸 方 向 力 を考 慮し た柱の低 減 塑 性モー
メ ン トTable
2
Calculated strengths of spec 且mens SpeCL匠
哈
n 団呂
P 配PMLyMLUMPy 呂 呂一
触 MLU ‘じ
ε・
朗 』1 団Py 凹py日
XD−
4冒
5昌
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623．
455．
955．
57L．
70D．
61LO5 Bxs−
4，
55国
．
959，
625，
579．
6匸
5．
喚
7匡
．
7DD．
981．
69 日掴一
4．
5BL5、
4Q9．
627、
40 口、
了
6’
5．
57≧
．
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4、
5c10．
7qLO．
674、
177．
206、
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651．
L3 BXH−
4．
5C 止D．
7qLO．
674．
688．
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37 匡．
69O，
731．
27 Bxo曹
5日 L5．
4σ B．
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607．
937、
84 匹．
689 59L．
Oi 8xs−
6日 L4，
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196、
08lLe77、
e4L．
6eo．
881．
5訌 日XH−
6囗 B．
27LL．
817．
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697．
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B1．
95日
鼎一
6BL6．
40L3．
匚
99．
0615．
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臼4L．
‘61．
L6【
．
99日
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5臼
一
2009．
63匡
4．
225．
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47Lり
6o．
9］
L60 9×
5−
58−
4002 ユ．
37 ［7．
35LO．
37L7、
8巳 14．
101．
23O．
74L27 Bxs−
5cLD、
74u．
954、
858．
」57．
10L．
51Q、
73L．
25一
BX5−
9日
L4．
95L6．
429、
3516．
u9日
51 520 95i．
64 BX25S−
65L6，
0422．
038．
8讒 1〜．
2010、
89L．
07o．
3L1．
40 MM・
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n 晩 P，
”CP ｝ HY・
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［NLy・
MPy ｝π
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」
1
、，
lQciI
一
レ ：M
（
l lii
； 1）
M
占
…
菱 i
Dc
Fig
．
3．
Member forces on panelMLU ：接 合 部の局 部 破 壊 耐 力 （文 献2）に よる）
一
・．
85
祕 ・（
TB
）
1
（
論
）
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等
丁）
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t）………・
・
・
・
・
………・
一 …
（1） σ。。 ；ダ イァフ ラ ム材の引 張 強さ M。r ：接 合 部の局 部 降 伏 耐 力 （文 献2）に よる）＝
0鹽
58MtU・
・
・
…
t・
・
・
・
・
・
・
…
一
一
・
t−・
・
・
…
t・
・
・
・
・
…
（2 ）M 。
v ：パ ネル の 降伏 耐 力 （文 献3
）によ る）、
Fig．3
のパ ネル応 力 状 態を参考に して， パ ネル に働 く・
せ ん断 力 をQp
＝
’
2MIDB−
Qc
と す る。
パ ネル の せん 断応 力分布は せ ん断 流れ の考え に従い 形 状 係 数 をx＝
9／8
とする と， パ ネル の最 大せ ん 断 応 力は，
rma
［
一
ん象
一
§
2
晝
三
丁……・
…・
・
…・
…一
（3 ）ミ
ー
ゼス の 降 伏条
件に従い，．
ak ＋ 3τ畆．
＝ σ蚤 ， （ON ；柱 軸 力による応 力， ayc ；柱の降 伏 点）の時パ ネル は降 伏 すると すれ ば，
パネル の降 伏 耐 力は，
M・！
：
，％
，、旱
し
、聊 鰍 1一
慌
）
2・
・
一一・
・
一・
・
・
・
・
・
・
・
…曾
・
・
・
…
一一・
・
一
（4＞ こ こ で，
λ＝B
／18，
μ＝d
／lc
D
． ；はリ フランジ 重 心間 距 離＝d −
tD
， ；柱フランジ重 心 間 距 離≡B − T
tB
；は り長 さ一
53
一
N工 工一
Eleotronio Library
lc
；柱 長さ 計算に際しては，
寸 法諸元は 公称値を，
材料強 度は素 材試験結果を使用し，
値は すべ て接 合 部は り端フェー
ス モー
メ ン トで表 示さ れてい る。
Table
2に ょ れ ば，
すべ て の供 試 体は柱あ るい は は り 耐 力に達 する以 前に接 合 部の局 部 降 伏あ るい はパ ネルの 降伏が生じる よ うに設 計さ れて い ること が分か る。2．
2
実験 方 法 実験はFig．
1に示すよ うに構 造 物 試 験 床 上に設 置さ れ た載荷用フ レー
ム を用い， 柱を単 純 支 持 し てお き，
油 圧 ジャ ッキによ り柱に定 軸 力 を，
は り両 端に逆 対 称 荷 重 を 与え る ことに より行い，
供 試 体と油圧 ジャ ッキの間に 設 置し た ロー
ドセ ル により荷重の検 出 を 行っ た。
載 荷 手 順は，
まず 所定軸力を加え た後， は り端荷重 を 与え た。 柱軸力は柱の素材 試 験 結 果 を 用い た降 伏 軸 力 Ny の約 20％ で実験中一
定に保 持し た。
BXS −
4．
5B，
6B ， 9B の 3体は，
油 圧ジャ ッ キ が引きの方 向を 正荷 重 とし て， 数 回の正 負 繰 り返し載 荷 を行っ た が，
残りの 供 試 体は片 側 載 荷と し，
弾 性 域で 1度，
塑 性域が進 展し た状 態で 1度 除 荷を行っ た。実 験 中
，
は り端の変 位，
パ ネル のせ ん断変形をダ ィア ルゲー
ジで， 各 点の ひずみを 抵 抗 線ひずみゲー
ジで測定 し た。
パ ネル の せ ん断 変 形は Fig．
2に示す ように，
パ ネル面に測 定 用の鋼 棒を溶 接し て お き，
対 角 線の鋼 捧 間 の変 形を測 定す る ことにより求めた。3．
実験 結果3．1
破 壊 状況 供 試 体の破 壊 状 況 をTable
3に示 す。 供 試 体の破 壊は，
接 合 部の補 剛 量により パネルせ ん断 破 壊 型 （P ）と接 合 部 局 部 破 壊 型 （L
）の 2つ に大 別で き る。 接 合 部 局 部 破 壊は さ らに柱の局 部破壊 （Lc
），
溶Photo l Local
buckling
of diaphragrnPねσb2 Pa皿el failure 接 部の き れつ （
Lcr
）， ダ イアフ ラム の局 部 座 屈 （L．〉 に分類で き る。
柱の局 部 破壊 （L
，）が生 じ た もの は， 最 終 状 態に お い て柱軸力の保持が困難に な り，
柱 軸 力 を保 持しよ うと す る と はり端 荷重の 低 下が生じ最大 耐 力に達し た。
圧 縮 側ダイアフ ラムが局 部座屈し た もの くL
．）は， ダイア フ ラムの局部座屈の進 行に は必 ず 柱の局 部 変 形 を伴っ て いた （Photo
1）。
パ ネル のせ ん断破 壊 （P
）で耐力 が決 定した もの には，
すべ て パ ネル にせ ん 断座屈の波が確認 さ れ た〔Photo
2 ）。
3．
2
荷 重一
変 形 関 係 実 験 結果の一
覧 をTable
3に示す。
同 表の耐 力はすべ て接 合 部は り端の フ ェー
ス モー
メ ン トで表 示してある。My
は荷 重と はり端 変 位の関 係における接 線 剛性が初 期Table3 Summa 「y ef test「esults
5pgcimenMYMu6y θ uMu
『
MuMy 陶 My 皿u一
θu bD一
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・
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9日 11．
1915．
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92L37o．
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13 ：557．
44L3．
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6日 8．
94L1，
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27L，
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5416．
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Local failure d ； lecal buckling of diaphragm
e； eolurnn failure
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NII-Electronic Library Service
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剛 性の 1／3に なっ た時の 荷 重 （以 下， 降 伏 耐 力 ），
Mu
は最 大 耐 力である。
θ，
，
θ雛は それぞれ，
My，
M暫時の はり端 変 位を 荷 重点 より柱 面までの距離で除し た変形角で表示し て あ る。Figs．
4 （a）〜
（Q｝は各供試体の荷 重一
変形関係で あ る。 正 負の 繰 り返 し 載 荷 を 行っ たBXS −
4．
5B ， 6B お よ び9B
の3
体につ い て は正 荷 重 側のM 一
θ関 係の包 絡 線で 示し てい る。
各 図 中の太い実 線は全 体 変 形 （θ） を，
細 い 実線は は りの変 形 （e，）を，一
点 鎖 線は は りと柱の変 形の和 （θ，＋＆）を， 点 線は は り と柱とパ ネル の変 形の 和 （＆＋e
．＋ θp） を 表し ている。
ここで，
θ，，
θ，お よび θpは 以下の と お り で あ り，
すべては り端の 変 形 角で表 示し ている。
θ，：変断 面は りの曲 げ，
せ ん 断変形の弾 性計 算 値e
。：柱の曲げ， せ ん断変形の弾性 計 算 値 θp ：パ ネル の せん 断変形実 験 値脚Ut1）一1
吉
μ ・……・
…・
………・
…・
…・
…・
（・）γ：ダ イアルゲ
ー
ジ測 定に よるパ ネル のせ ん断変 形 角 Figs．
4 （a）一
（o）におい て，
実験値θと （佐＋ θ．十θp） との差は主と して接 合 部の局 部 変 形に よ るもの と考え ら れ る。 Figs．
5 （a）〜
（c）は各 破壊形式の 代 表 例と してBXO −6
B
（Lc
， cr），BXH −6B
（P
｝，BXH −6C
（Ld
） WI 0 ％ BXO−
6B B＞（H−
6B BXH−
6C （a） （b） （c）Fig
，
5．
Contribution oI each defoTmation to overall def1ection0 2 4
eley
BXO
−
6B
（a） WI Fig．
6．
゜B
乏
H ，
6
ぎ
ぴθ・ （b） Absorbed巳nergy の各 荷 重 段 階に おける各 変 形 成 分の比 率を示 し たもの で ある。
図の縦 軸は全 体 変 形を1と して百 分 率で表 示し た 各 変形 成 分の占 め る 割 合，
横 軸 は 降 伏 耐 力 蜘 で無 次 元 化 し た荷 重であ る。 図中のMember
と あ るの は， は り と柱の変形の和 （θ，＋e
．）を，Loca1
と あ るの は全 体 変 形 θと （e，＋e，＋ θ，）の差で あ る。
ま た，
横 軸に は接 合 部 局 部 降 伏 耐 力 計 算 値Mty，
パ ネル降 伏 耐 力 計 算 値MPy
を記 るしてい る。 Figs．
6 （a）〜
（c）は BXO−
6 B，
BXH −
6B，
BXH−
6C
のM 一
θ関 係よ り求め た吸 収エ ネル ギー
と 変 形 能 力の 関 係 を示している。 縦 軸は降 伏 荷 重 時の吸 収エ ネルギー
鴎 で，横 軸は降 伏 荷 重 時の変 形θ，で無 次 元 化して い る。
パ ネル のせ ん断 破 壊で耐 力 が 決 定 し た もの （例え ばBXH −
6B
）は，
降 伏 荷 重 以 後，
パ ネル の せ ん断 変 形の 占める割 合が大き くな り，
エ ネルギー
吸収の大部分はパ ネル部 分に より行わ れて お り，
降 伏 以 後の エ ネルギー
吸 収量， 変形 能力 は 大 きい。
し か し， 柱の幅 厚比 が大き く な ると 降 伏 以 後の余 力 （MJMy
）が小さく，
変 形 能 力 も小さく な る傾 向がある。
ダ イアフラム の局 部 座 屈で耐 力が決 定した もの （例え ばBXH −
6C
＞は，
柱の局 部変形が大き く，
こ の破 壊 形 式にも接 合 部の局 部 変 形が密 接に関 係し て いること がう かがえ る。 こ の破 壊 形 式で は降 伏 以 後の変 形 能 力に極 め て乏 しく，
エ ネルギー
吸 収 も小さい。
柱の局部破 壊あ るい は ダ イア フ ラ ム溶 接 部の きれつ で 耐 力 が 決 定 したもの （例え ばBXO −6
B
＞で もパ ネル の変 形は非 線 型の挙動 を示 し て お り，
降 伏 荷重 以後パ ネル 変 形 成 分 θ，が全 体 変 形に 占め る割 合が大き く なっ て い るPPE2」 が，
エ ネルギー
吸 収， 変 形 能 力ともパ ネルが せ ん断 破 壊し たもの よ り小さ い。 いずれ の破 壊 形 式におい ても，
降 伏 耐力 時 の 変 形は ＆・
＝
1／100 rad．
程度で あ り， 本研 究にお け る降 伏耐力は設計上の1
つ の 目安 と鵜
仏
，0
2etey BXH
−
6C 脚 注1） 本研 究に おけるパ ネル のせん 断 変 形の測 定 方 法で は，
パネル のせ ん断 変 形に接 合 部の局 部 変 形の影 響 が 混入 し て い る。
し か し、
測 定された局 部 変 形は パネル のせ ん 断変形 と 同 様に柱お よびはり端 部に回転 角を生じ さ せ る成分で あ る ので，
こ こで はこ の局 部変形 も含めて パ ネル のせ ん断 変 形θ，と考えて い る。一
方，
e−
（亀 ＋e，＋θp）と し て求ま るの は，
接合部局 部 変 形のう ち は り端の 回 転 に の み 影 響 を 与 え る 成 分で あrp ZO），
本 研究で はこれを 局 部 変 形 と呼ん でいる。
〔c） な りうる。 3．
3 パネル のせ ん断応 力・
せ ん断ひずみTable
4に パネル のせ ん断 応 力と せ ん断ひ ずみ の値を示す。Fig．7
に全供試 体につ い て，
柱 素 材の せ ん 断 降伏応 力 τyc（；
σ。。んな ）とせ ん断 降 伏ひ ずみ rs。
（ ＝ Tsc／G
）で無 次 元化し たパ ネル の 平 均せ ん断応 カー
せ ん断ひずみ関 係を示す。 こ こ で，
脚 注2）Fig．
5 （a＞で降 伏 荷 重 以 後バネル の変 形 成 分が大き く なっ ているの は，
BXO−
6 Bはh．＝
0である ため パネル の変 形 成 分に占める接 合 部 局 部 変 形の影 響が大きいた めであ る が，
最 大 荷 重 近く では パ ネル に溶 接した変 形測 定 用 鋼 棒の回 転による 測定誤差も含ま れ ている。一
56
一
Architectural Institute of Japan
NII-Electronic Library Service
Arohiteotural エnstitute of Japan
Table4
Shear
stress and shear strain of panel5P
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゜1° 152 ° 253 ° 35
痂
5Fig
．
7．
Dimentionless shear stress−
shear’
straln relationships。f panels
・
一
。畿
。 （1吉
μ）・
・
一 ・
・
一 …………
（・） Fig．
7にょれ ば，
い ず れの供試体もτ＝ ＝Ty 、以前に剛 性の低 下が生じて い る。 接合部の局部破 壊で耐 力 が 決 定 し た供試体の う ち
BXS −
6B お よびBXS − 9B
の 2体 は局 部 変形に対 する補剛 効 果が比較的大きい た め， パ ネ ル の せん断 変 形 成 分も大き く，．
剛 性が 急変す る時の τ／Ttrcも高いが，
局 部 破 壊が 生 じ た そ の他の供試体で は，
剛 性が大き く低 下す る時の τ／ ry。の 値はo．6− o．
7
程 度 で，
パ ネルの せ ん断破壊で耐力の決 定し た供 試体の値 （τ／ry。＝ 0．
8−
1．
0）に比べ て低い。
こ れ は，
前 述の よ うに パ ネル の変 形に含まれ る接 合 部 局 部 変 形 成 分によ る た め で，
局 部 変 形に対 する補 剛 効 果の 小さい供試体では，
局 部 変 形の影 響が大きい こと を意味して い る。一
方，
パ ネルの せ ん断破 壊で耐 力 が 決 定 し た供 試 体で も，
最 大 耐 力 時の 平均せ ん断 応 力と柱素材の せ ん断 降伏 応 力の比 rJ ry、は1．1〜1．
3
で，
H
形鋼柱の場 合，
こ の 比がL7−
2．
5程 度e ）−
lu あ るの に 比べ る と 降 伏以 後の余 力が小さい こと が分かる。 これには，
冷 間成形に伴う加 工硬 化に よ り，
鋼管素 材の降伏点お よび降伏 比が高 く なっ た こと以 外に，
角 形 鋼 管 柱の場 合はパ ネル の補剛枠 としての 柱フ ラン ジ剛 性がH 形 鋼 柱の場 合に比べ て相 対 的に低い こと が大き く影 響して いる と考えら れる。
ま た，
最大耐 力時のせ ん断ひずみ と柱 素 材のせん断 降 伏ひ ずみ の比 γil／ Tvcは 10〜
40程 度で，H
形 鋼柱の場 合に比 べ て小さい。4．
考 察 4．
1 接 合 部 局 部 破 壊 耐 力 前 報Z ）で，
単 純 模 型 供 試体の引 張 実 験結 果よ り得た角 形 鋼 管 柱・
はり接 合 部の局 部 降伏 耐 力お よ び破 壊 耐 力の 推 定 式 が，
対称モー
メ ン トを受け る十 字 形 供 試 体の場 合 の耐 力 評 価にも適 用 可 能であるこ と，
また片 側 引 張 ある いは片側圧縮荷 重を う け る場 合の単 純 模 型 供 試 体の実 験 結果 も良く 評 価で き るこ と を 示 し た。
しか し，
実 際の水 平 荷 重 時 状 態で は， 柱 軸 力とパ ネルのせ ん断変形が存在 する た め， これ らの要 素 と局部破 壊の関係を調べ る 必要 がある。
Table
5は同一
の接 合 部 寸 法 諸元をもつ水平荷重時実 験 結 果 と 対 称 毛一
メ ン ト．
を受け る場 合の実験結果2｝ を比 較したもの であ る。
対 称モー
メン トを受け る 場 合の実験 は十 字 型 供 試体を 用い， は り両 端を支持して おき， 柱頭 に加 力 する形 式である ため， 接 合 部 圧 縮 側で は軸 力が存 在し て お り，
最 大 荷 重 時で は水 平 荷 重 時 実 験と 同等程度 の柱 軸力になっ て いる。 水 平 荷 重 時 実 験におい て も接 合 部の局 部 変 形に起 因し て破 壊し た3
例 （BXS −
6B，
9B，
BXS −
6B −
400）・
にっ いて，
対 称モー
メ ン ト を受け る 場 合 と 比較す る と，
降 伏 耐 力は両 者と も 局部 降伏 耐 力 推 定 式で 良 く評 価で き てい る が，
水 平 荷 重 時 実 験の場 合， 局 部 破 壊 耐 力 式は最 大 耐 力 を過 大 評 価して い る。
こ れ ら3例につ い て は；Figs．
4 （g
），
（h
），
（n）に示 す よ うに， 降 伏 荷 重 時では バネTable5 CQmPa「主sen of Loading condition
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ヒ1一
57
一
N工 工一
Eleotronio Libraryル のせ ん変 形は小さいが， 最 大荷重時で は， パ ネル は塑 性 域に入っ ており
，
パ ネルの変形が全体の変形に占める 割 合は40− 60
％ に なっ てい る。
し た がって，
水 平 荷 重 時で接 合部が局部破壊す る場 合， パ ネル の せ ん断変形 量 が小さい降伏時の 耐力は （2
）式の局部 降伏耐力 式で評 価で きる が ， 最 大 耐 力は パ ネルの変形の影 響で単 純 引 張 試 験の耐 力よ り低 下し， （1
）式の局 部 破 壊 耐 力式で は 耐 力 を過 大 評 価 すると考えられ る。 Table 6は圧縮 側 ダa
ア フ ラ ム に局 部 座 屈が生 じ た供 試 体につ い て，
ダィア フ ラ ム の座 屈 応 力度 σ。r（＝
Mu／（d
− t
）t
． （B
＋2
h
．）），
ダ ィア フ ラムの幅厚 比b
。／ tD，
σ cr とダ イアフ ラム材の 降伏 点との比 σ，。
／ ayD，
お よび ダ イ アフ ラム の限 界幅厚比の値 （24／vG ；；）を示してい る。 この値は均等圧縮力 をう け る1
辺支持 他辺自由の板が材 の降伏点に達す るまで座 屈し ない場 合の幅厚比制 限値19） で あ る。 同表に はダ イアフラム の局 部座屈によ り耐 力の 決 定し た対 称モー
メン トを受け る場合の実 験結果2， も併 記して いる。
Fig．
8は σcr／σyD を縦軸に，b
．／t
．と 24／VillJ
の比 を横 軸にと り， 座 屈 応 力 度と幅厚 比の関 係 を調べ た もので あ る
。
図 中 ○ 印は本 実 験 結 果 を，
△ 印は参 考の ため，
後 述 す る既 往の実 験 結 果 （Table 7参 照 ）を示し て い る。 同 図に よれば，bp
／tD
が24／v煽
よ り小さい場 合でも σ、，／σyD の値は 1．
o以 下であり ダイア フラム材の降 伏応 力 度に 達す る以 前に 局部 座屈 が 生 じて い る。
ま た，
（b4t
．）バ 24／編
）が大き く なる につ れ acr ／σVD は小さ く な る傾 向が見られ る が， 相 関は低く， ダ イアフ ラム の 座屈耐 力は幅 厚 比の み に支配 され て はい ない こ とが分か る。
Fig．
9
は σ。 r／ ayD を縦 軸に，
Mtv
／Mp
を横 軸に と り，
座 屈 応力度に与え る局 部補剛の 影響 を調べ た も のであ る。 こ こ で，M
。は （7 ）式で与え ら れ るダ イアフラム 部の曲 げ 耐 力である。
M ，＝
σVD（B ＋2 hp）tD（d−
t）・
・
………・
…・
…
（7） 図中● 印は Table 6に示す対 称モー
メ ン ト を受け る場 合の実験 結果，
■印はダ ィアフ ラ ム の座 屈で耐 力が決 Fig．
8．
as
1
・
0
1・
4
bo
／
tD1
・
8
24
／臨
Relationship between critical stress and width to thickness ratio of diaphragm
一 58 一
まっ た片 側 圧 縮 荷 重 実 験 結se7
）を，
1点 鎖 線はMu1 ・MLV
の関係を示して い る。
これ らの供 試 体はすべ て，
ダイア フ ラムの幅 厚比は限 界 幅 厚比以 下であ り， MLVIM 。が大 きいほ ど，
すな わち，
補 剛 効 果が大 きい ほ ど座 屈 応 力 度 は大き 〈，
ML♂MD が 1，
0に近づ くにつ れ σ。r は σ yb に 近づ き， 座 屈 耐 力 は （1 ）式の局部破 壊耐力 式で評 価で き る。一
方， 水平荷重実験の場合は，
ダイ アフラム幅 厚 比が限 界 幅 厚 比 以 下の場 合 （◎ 印）で も座 屈 応 力度は対 称モー
メ ン トを 受ける場合よ り低い。
しか し，MLu
／MD
がLO に近づけば σ。 ，は σ。O に近づ く傾 向 を 示 し てい る。 本 実験におい て，
ダ イア フ ラ ム幅 厚 比が限 界 幅厚 比よ り大きい場 合 （○ 印 ），
座 屈 応 力 度は さ らに低く な る。
図中の実線は本実験5
体の結果の 1次 回 帰 分 析により得 たσ。 ，／ ag。−MLv
／MD
関係で あ る。 図中△ 印は既 往の実 験 結 果 （Table 7参 照 〉である が，
実 線で示 す 式は これ ら の結 果 も良く説 明し て お り，
ダイアフラム幅厚 比が限 界 幅 厚 比よ り大きい 場 合で も座 屈 応 力度は局 部 変 形に対す る補 剛 量によ り支 配さ れ ていること が 分 か る。 これ は，
柱の局 部 変 形に起 因して生 じる柱コー
ナー
部 近 傍の 応 力 集 中の た め，
ダ イア フ ラ ム部の応 力分 布は外 側に応 力 集 中部を もつ 形にな り，
均 等 応 力 状 態の場 合よ り座 屈し易 い状 態になっ てい る が， 補剛量 が増え る と応 力 集 中が小 さ く な り均 等 応 力 状 態に近づ く た めであ る。 同様の こ と を，
伴， 今 井 SLIs ｝は ダ イアフラム の座 屈 応 力度は は りフ ランジ板の応 力 集 中率の逆 数に比 例す る， 加藤，
前田，
坂 恵ηは座 屈 応 力 度はダ イアフ ラム の幅 厚比よ り柱の 幅 厚 比に影 響さ れ る， と報告して い る。 本研 究の結 果は，
これ ら既 往の研 究にお け る指 摘よ り明確な形で鋼 管の局 部 変 形 と座 屈 応 力 度の関 係 を 表して いる。
4．
2 接合部耐力の評価 本 研 究で対 象と し た接合部で は， 鋼 管の局 部 変 形に対 す る補 剛 量により接 合 部が局 部 破 壊す る場 合とパ ネル が せ ん断破 壊す る場 合とに分れ る。
こ こ で は， 両者の関 係 につ い て考 察し，
こ の種の接 合 部の耐 力 評 価 方 法 を提 案 する。
Fig
．
9．
Re旦ationship between critical stress a 血d effect ofArchitectural Institute of Japan
NII-Electronic Library Service
Arohiteotural エnstitute of Japan
1） 降 伏 耐 力 ： Fig
．
10は縦 軸に実 験 降 伏 耐 力 砥 と （4＞ 式に示 す パ ネル降 伏 耐 力M
． との比 を，
横 軸に （2）式の局 部 降 伏 耐 力MLS と Mpy の比をと り，
降 伏 耐 力と，
局 部 降 伏 耐 力お よ びパ ネル降 伏 耐 力 計 算 値 との関 係 を調べた も のである。 図 中の破 線は（2）式の 95 ％ 信 頼 帯 z） である。 同 図によれ ば，
MLy／MPy≒1．
0を 境に して破 壊 形 式が分 れ て いる。
す なわち，MLy
／Mpy
く1．
0の場 合は接 合 部は 局 部 破 壊 して お り，
実 験 結 果は局 部 降 伏 耐 力 推 定 式の 95％ 信 頼 帯の 中に入っ て お り （2 ）式に より耐 力 評 価 が可 能で ある。一
方，
砺 ノM
細≧1．
0の場 合は，
パ ネル の破 壊で耐力 が決定して お り，
実験値My
は局 部 降伏耐 力MLy
よ り低く，
パ ネルの降伏 耐力Mpy
に ほ ぼ等しい。
し た がっ て，MLy
の値がMPy
の値よ り大き く なるよ うに 接 合 部の局 部 変 形に対する補 剛 をすれば， 接 合 部の早 期 の局 部 破 壊 を 防ぐことができ，
接 合 部の降 伏 耐 力は（4 ） 式で求める こと がで き る。
Fig．
lo中 に 耐 力 式 を実 線で 示す。MLy／Mpy＜1
．
oの時MCN＝
MLy
’
・
………・
…
（8
）MLy／Mpv≧1
．
oの時 MCs；
Mit・
…・
・
…・
…・
・
（9 ） 2） 最 大 耐 力 ：Fig．
11は実 験 最 大 耐 力 Mu と局 部 破 壊 耐 力MLV の関 係を調べ た もの で あり，Fig．
10と同様に縦 軸，
横軸と もMPy で除 し無 次元化 して い る。
同図に よ れ ば，
MLu
／MPy＝1．
6− 1．7
あ た り を境に し て破 壊 形 式が変化し てい る。
す な わ ち，．
M
。v／MPy
が小さい場 合は接 合 部は局 部 破 壊して お り， かつ最 大 耐 力は局部破 壊 耐 力 式に よる MLU よ り低い。
前 述の よ うに， 水 平 荷 重 時 で 局 部 破 壊 する 場 合の最 大 耐 力はパ ネル のせ ん断変形の影 響 をう けて MtV より低く，
ま たダ イアフラム の座 屈で耐 力が決 定し た場 合に はダイアフ ラム の幅厚比の影 響 も うけるた め，
水 平 荷重時の局部破 壊 耐 力の評 価に は こ れ ら2つ の要 因 を考慮す る 必要が あ る。
しか し， 局 部 破 壊により耐 力が 決 定 し た10体につ い て調べ て み ると， 実 験 最 大 耐 力と 局 部破 壊 耐 力計 算値の比Mv
／MLU
はo．
69〜
o．
95の範 囲 に あり，
その 平 均 値は0．
78， 変 動 係 数は 0．
13で変 動 幅 は比 較 的 狭い。
こ の ことを 考 慮し， （1） 式の MLVにt5
並Mp
toq5
0
05
to
．
！M1uts
Mpy
Fig
．
10．
Comparison between calculated va 且ues andtest results for yield stre皿g山
Mu
／MLb
の平 均値を乗じ た次式を水平荷 重時の局部破 壊 耐 力式 と す る。
Mcv＝0．
78M
． ．・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
・
…
（10 ）一
方，
パ ネルの せ ん断破壊で耐力が決 定し た5
体につ い て は，
実験最大耐力 とパ ネル降伏 耐力計算値の比Mu
／MPs
は1．
20− 1．
48で あ り，
その平 均値は 1．
33， 変 動 係 数は0．
079
で比較 的狭い範囲に あ る。
この こ と を考 慮 し，
（4）式の M． に M♂Mp”の平均 値 を 乗 じ た 次 式 をパ ネル の破壊 耐 力式と す る。Mcv＝1．
33
MtS …・
・
………・
…・
…・
・
…………・
（11
） こ こ で， （11） 式はロー
ル成形鋼管の実 験 結果に基づ い て得られた式で ある ことに注 意する必 要が ある。
Fig．
11 に （10）式および （11）式 を実 線で示 す。 （10） 式と （11）式の交 点を2つ の破 壊 形 式の境 界 点と考え る と， Mtv／MPy≒1．
7とな る。 こ の値は接 合 部の 局 部 破 壊 耐 力MLV
と局 部 降 伏 耐 力MLy
との比1．
72 （＝1
／0．58
）に 近 似して お り，Fig．
10の 降伏耐力に関す る破 壊 形 式の 分類方 法 と も 矛 盾 しない。
4．
3
提案 式の検討 前 節で提案し た水平荷重を受け る角形鋼 管柱・
は り接 合 部の 耐 力 評価式 を 既 往の実 験 結 果に適 用 し，
その妥 当 性を検 討す る。 こ こ で比較対象と し たの はいずれ も外 ダ イアフラム形 式の接 合部で， 4枚 板 溶 接に よ る角 形 鋼 管柱 （以 下，
ビル トアップ鋼 管）を 用いた伴， 金 谷， 浦田の実 験 12 〕 ， プレ ス成 形 鋼 管 を 用い た今 井の 実 験13｝，SM
50材の 大 径 管 を用い た新日本 製 鐵の実Wt1
‘），
ロー
ル成 形 鋼 管を使 用し 柱 軸 力のある松 井，
穐 山の実 験］5｝，
ロー
ル成 形 鋼 管を使 用し た加藤，
前田，
坂 恵の実験7） お よ び福 川， 藤田， 近 藤の実験16），SM
50材の ビル トアッ プ 鋼 管 を使 用し柱 軸 力の あ る鈴 木，
木村，
伊 藤， 宮下の実験 1ηで ある。
Tab
［e7
に供試体 諸元 お よび実験 結果を 示す。
Fig．
12お よびFig．
13 に 降 伏 耐 力お よ び最 大 耐 力に 関す る提案式と実 験 結果の 関係を示す。
図中の実 線は （8
）〜
（11
）式の耐力式で あ る。 20Mu ● Ponel量dllure璽
OLOCdl 奮dilure 晦二
1・
33Mpy● o8 ● 1 ： 1ρ
郎
…
1
へ
： α5 ■ 晦 （エ78M ロ ；i
I
…
0051
．
015．
M
」25Mpy
Fig
．
11．
Comparison between calcU 旦ated values andtest resu ［ts for maximum strength
一
59
一
N工 工一
Eleotronio LibraryTabteフ Appllcation of proposed formulae to various test results
Colu E∈amD 正叩hraqm Spec工毘enB x B x Tdxbx しwxt ヒDxhDMyMu
凹PyMLyMLO
墾
MPy 生助yMLU 恥yMu恥 ybD奄
24 ai 廴uτe de rkln F19 且2
，
BRef．
〔 》 に£・
m σyD BX−
1BX−
2BX−
3350x350x154DOx2QOx8 冥13一
13x ⊃513x7025．
930．
230．
232．
239240．
O30．
330．
330．
326．
438．
臼 46．
245．
557．
079．
7O，
871，
281．
52O．
85LooL．
ooL．
502．
212．
53LO61．
29L3213．
516．
218．
8L4．
臼 L4．
巳 14．
巳 Lσ
τ
DDO ロ ロ 口｝ XB−
1300x300 其12400x200xgk12L2x 302L929
．
723，
025．
6444 ユ4 且 G．
951．
921．
2915．
014．
6doB ｝ 皿 500x500x25850x300x16x222x 12023533723 日 27948 ユ 1．
170．
992，
02L．
4222，
3 Σ2．
6D 口 141 Av凹 BV凹 200x200x62QOKL50x5x66x 206 x 303．
103．
523．
9543B4，
364．
36 コ，
40 コ．
895．
876．
70O．
780，
日90，
710，
83 ！．
35L54o，
9LLL220，
021．
7B．
8B．
3LdLdoo15 レ 丼1 詫2x3x4 ×5x6 250x250x9250x250x9250K250x9300x300 託12 350x350x9350x350x9 346x174x5x9 34∈戚 74x6x9 346x17qx6x9 396詫
199x7xL1 446xL99xexL2 446x199x8xL2 9x 2512x2512 κ 3012 x 4012 x 3516 匿 ユ5 13．
514，
414．
125．
72 コ，
L23．
6 且．
日 可9、
2 丹8，
234．
3＞
32．
7 ＞37．
6 L5，
115．
115．
831225．
L25．
L ユ32 」4．
9 且5．
025．
923．
529．
6 22．
825．
827．
544．
640．
451．
L．
日 o．
991．
010．
830．
94 ユ．
18 o．
950．
890．
920，
920，
94 1．
L71L74L．
43L ら12．
04 L27L15L．
10 垂．
30＞
1．
50 12．
512．
114．
2L7．
5Bj 14，
L14，
！ 14．
： 14．
113．
a PPLbPP o ● ● 0 ● ● 7｝ OS−
1150x150x6250xL50x45瓦
66 x 255．
707．
625．
054．
988、
5o．
99L131．
701．
5且 且6．
フ 13．
9P、
【d ● 16｝ A−
−
9VA L6V350x350H9ユ50x350x16550x200x9冗
16 ：6x LOO 監5x Loo38，
668．
557．
9U5．
837．
B65．
O60．
390．
4 玉04156L，
50L391．
02LO52．
752．
401．
531．
7817．
217．
212．
7L2、
7CC ◎ 1η青
miしh transverse beam webs21
：
：
：
1
認
璃
：
1
翻 盈
藍
agmL； Local failure cr
：
crack in weldd； local buckling of diaphragm b； lecal
bucklinq
of
beam
flanqe
1
．
5M ● Pdnelf衡 山「9 0L dl価 【ure ロ」臥 1．
O o5Eq．
（8 ） ノEq．
19
，浅
OL ql bucklin9 0L 日l bucklin9 oo5
15 』
壁
oMpy
Fig
．
12．
Application of plQpQsed formulae to varioustest results for yield strength
20
笆
Mpy
15 10 05 ● PaneI†aibre OLocqIldilure ◎ OL albucklin9 ● ＠ σ1column 口 口 L dl of DUCK1in9 φa 隔 rdgm専
「
舮
／
一
oEq
．
111
｝ ＼Eq．
‘1010
Fig．
13．
05tD
15
2．
0
2」5
MLU3
ρ丐
Application of proposed fromu］ae to various
test results fol maxi 皿um strength
パネルが せ ん断破 壊し た5体 （● 印 ）につ い て は
，
降 伏 耐 力お よ び最大 耐 力 と も提 案した方 法で破 壊 形 式が分 類でき，
かつ 耐 力 評 価も適切 である。
接 合部の局部破 壊で耐力の決 定 した6体 （○ 印）につ い ては， XB
−
1を除き破 壊 形 式が分類で き て お り，
降 伏 耐 力につ い て は非 常に精 度 良く，
最 大 耐 力につ い ては や や過 大 評 価の傾 向はあるが精 度良く評 価ができて いる。
Fig．
12およびFig。
13中に◎ 印，
囗 印で示 されて い るのは，
そ れ ぞ れ柱の局 部 座 屈お よ びダ イアフラム の局 部 座 屈に より耐 力が決 定し た供 試 体で ある。
これら 5体につ い て は
，MLy
／MPy＝
L17−
L60，
MLu
／Mps＝
2．
02−
2
