【報 告
l
UDC ：624．
014．
2：539．
3 日本建築学会構造系諭文報 告 集 第407 号・
1990 年 1 月合 成
ば
り
の
耐 力
と
塑
性
回
転 変
形 能 力
に
関
す
る
実 験
（
そ の1
，側 柱
に接続
す る合成
ば
り）
正 会 員 正 会 員見 村
宇 田 川
博
邦
＊ ＊明
明
§L
序鉄 骨 建 物の床は通常鉄筋コ ンク リ
ー
トで造 られ， 鉄 骨 ば りとコ ンク リー
トス ラブは緊結さ れ ること が多い。 こ の場 合コ ンクリー
トス ラブは はり の一
部とし て有 効に作 用し， コ ンク リー
トと鉄 骨の 合 成 効 果いわゆる合 成 ばり とし ての挙動が期待で き る。一
方，
こ の よ う な 合成 効 果 を考 慮 し ない で設計さ れ る場 合 も多い。
し か し な がら合 成ば りの耐 力と変形 性状は純 鉄 骨ば りの それ らと比 較し て異なっ た様相を呈 す る。 コ ンク リー
トスラ ブが圧 縮 を 受ける正 曲 げ状 態で は剛性お よ び耐 力の上昇と同 時に コ ンク リー
トス ラブが鉄 骨ばり の横 座 屈などの不 安 定 現 象 の阻 止の役目 をす る。 コ ンク リー
トス ラブ が引 張りを受 け る負 曲げ状態ではコ ン ク リー
トはその効 果 をほ と ん ど 発揮し ない が鉄 骨ば りの横 座 屈の阻 止には有効で あ る。 ま た， 柱にH
形 鋼を用い た場 合，
合 成ば り が柱 強軸に接 続さ れ る か，
柱弱軸に接 続さ れ る か に よっ て も その耐 力 と変形性状は異な る。 合 成 ばり に関す る研 究は近 年 多 数 報 告され てい る。
そ の う ち柱はり接合部におけ る合 成ばり の正 曲げ耐力につ い て は加藤，
田 川1 ）らの研 究と井 上，
辻 岡ら2｝一
‘）の 研究が 挙 げら れ る。 両者とも合 成ばりの正 曲 げ耐 力 を柱 面の 支 圧 耐 力に基づい て評価して い る。
前 者は柱 面の 支圧強 度 とコ ン ク リー
トの圧縮 強 度の比か ら有 効 幅 を決め正曲げ 耐 力 を求め る方 法で あ る。 こ の場 合，
柱の形 状や柱フ ラ ン ジの支圧剛 性が 正曲げ耐 力に与え る影 響が大きい こと を示し てい る。 後 者で は柱は り接 合 部 まわ りの境界条件 を考慮し合成ばりの正曲げ耐 力は柱 面の支 圧 耐 力と柱側 面のせん断 耐 力の和と して与え ら れ る。
こ の方 法に よ れ ば角 形鋼管柱の よ う に柱側 面のせ ん断 耐 力 が期 待で き な い場 合には柱面の 支圧耐 力のみで評 価で き る等， 境 界条 件の違い に よる耐 力 評 価が可能である。 合 成ばり の弾 塑 性 性 状に関す る研究も多く種々 の解 析 法が報 告5）”
1°1さ れ て い る。 こ れ らの解析法は2
つ の系列 に大 別で き る。
その 1つ は合 成ば りの弾 塑 性 域にお け る 本 論 文は引用文 献21），
22）を ま と め たもの である。
率 東 京 電 機 大 学 教 授・
工 博 〔1989年 6 月 7日原 稿 受理，
1989年ll月9日採 用 決 定 ） 変 形 挙 動や 鉄骨 要 素の ひずみ挙 動をで き る だけ正 確に追 跡し， 合成ばりの基 本 的 性 状 を解 明し よ う と す るもの で ある。
こ の分 野で は平 野，
石 川ら5 ）・
6）の 有限 要 素 法に よ る 2次 元弾塑性 解 析 法や坂 本ηに よる弾 塑 性 増 分 撓 角 式 を用いた解 析 法お よ び松 尾，
椋 代8L9〕 に よ るハ イブリッ ト型応 力法に よる解 析 法が挙 げら れ る。
ほ かの系 列は合 成 ば り を有す る骨 組の応 力解析や地 震応答 解 析 を合 理 的 に行うこと を目 的とし た解 析 法で あ る。
この分 野で は五 十 嵐，
井上1°｝ ら の一
般 化ヒン ジ法を 用い た解 析 法が挙げ られ る。
合成ば り の弾 塑 性 性 状に関す る実験研究ll）
−
2Zl も 多く，
山田，
辻ら］1）・
12 ）は 柱は り接 合 部の は り端 部で は引張りフ ラ ンジに ひずみ集 中 を 起こ しフ ランジ が早 期に き裂を生 じ崩 壊に至る こと を 指 摘し ている。一
方，
合 成ば りの 変 形 能 力に関する研 究は筆者ら21 ）・
za） の実 験 研 究の ほ か に P．
Ansourianig〕の 単調載荷正曲げモー
メ ン トを受け る 合 成ばり の塑 性 回 転 変形 能 力に関す る解 析 的お よび実験 的 研 究が挙 げられ る。
ま た，
柱に ピン接 合され た合成ば りに関す る研 究は遠 山ら2ωの 接 合部の固 定 度 を 調べ た実 験が あ るにすぎない。
本 研 究は側 柱に接 続す る 合 成 ばりを対 象に し， 合 成ば り の鉄 骨 要 素の弱 軸ま わ り細 長 比を主 要パ ラメ
ー
タ と し，
その値 を約60
を中心 に約50
と約80に変化さ せ，
合 成ばり の最 大耐 力 と 塑性回転 変 形 能 力 を 以 下の項 目に つ い て実 験 的に調べ た もの である。（1）単 調 載 荷と繰返 し載荷の相 違
，
〔2）正 曲げ状態 と負 曲 げ状 態の相 違，
（3）柱 強 軸と柱弱軸に接 続す る 場 合の相 違， （4）柱弱軸に接 続 する場 合， モー
メン ト コ 不 クションとシ ャー
コ ネ ク ショ ン の相 違。
§2．
実 験 概 要2−1
試験 体試 験体の形 状は Fig
．
1に示す単 純 ばり形 式と，
Fig．3
に示す ト型 形 式の 2 種類で ある。
単 純ば り 形 式の試 験 体 は合 成ば り鉄骨 要素の弱 軸ま わ り細 長 比 （以後，
轟 と 記し単に細 長比 と呼ぶ） 約60の柱 強 軸に接 続す る完 全 合成ばり，
不 完 全 合成ばりお よ び純 鉄骨 ば り（計
8
体 ） であり，
ト型 形 式の試 験 体は。
λy÷60の 柱 弱 軸に接 続す一 61 一
OO ω 61 1
一
一冖 一
一
一 一一
一一
一
闇一
一
7一 ．
；一
一齟
． ．
二
一
二一一弓
一一
一一
＝一
一
．
齟
＝
一
，65 165 …L
−
。，，−
−
Fig
．
1 Test Specimen of Simple Bea皿 Type（a ｝ 日eb 冒21ded
，
F1ange 珂eldεd （b ） End PleteFig
．
2 Details of Flange Connectionる完 全合成 ばり およ び純鉄骨ばりと， 轟÷
50
お よ び sλv÷80の柱 強軸お よび 柱 弱 軸に接続す る完 全 合 成ば り （計15体 ）で あ る。
なお，
こ こ で い う完 全 合 成ばり，
不 完 全 合 成ば り は指針zs）に よる定 義に従う もの であ る。 両 形 式の試験体と も鉄 骨ば り は H−200
×100
×5．
5×8 （SS41
）を，
柱は すべ て弾 性 挙 動す る よ うにH −
200× 200×8×12 を用い た。
鉄 骨ばりの ス パ ン長 （の は sAv ÷50で1
＝・
115e
mm，
sλ，÷60
で1＝1350
m ， s鳧÷80
で1；
1850mm である。
鉄 骨ばりと柱の接 合は単 純 ばり 形 式で は単調載 荷 用 試 験 体はFig．
2（a＞に示す よ うに フ ラン ジ突 合わ せ，
ウェ ブす み肉溶 接 と した。 な お， フ ラ ンジ突 合わ せ溶 接にはスカ ラップは設け てい、
ない。
繰 返 し載荷用 試 験 体は溶接 部 で の破 断を避け る た め．Fig．
2
（b
）に示 す ように厚さ28mm の鋼 板に は りの サイズ よ りも1ま わり大きいH
形の穴を あ け， その穴に鉄 骨ば り を 挿 入 し穴の残り の部分 を溶 接で埋め る接 合法 と した。
柱との接 合は高力ボル トを用い たエ ン ドプレー
ト方式で あ る。
ト型 形 式の試 験 体で の鉄 骨ばりの柱強 軸へ の接 合 は フ ラ ンジ突合わ せ．
ウェ ブ す み肉 溶 接と した。
柱 弱 軸一 62 一
Fig
．
3 Test Specimen of トTypev
OO
尸
Ca｝Mement Connecti 。n くb） Shear Connection
Fig 4 Details of Web Connection
へ の接 合は モ
ー
メン トコ ネクショ ンと シャー
コ 不 クン ヨ ン の 2種 類と し，
モー
メ ン トコ ネク ショ ンではFig．
4（a） に示 す ように柱に短いブラケッ トを 取 り付けフ ラ ンジ突 合わ せ溶接， ウェ ブ高 力ボル ト （3−M20 ・
FlOT
）接 合 と し た。
ま た，
シ ャー
コ ネ ク ショ ンではFig．
4（b）に示 す よ うに短いブラケッ トを 取 り付け ウェ ブの み高 力 ボル ト接 合 とし た。 合成ばりの コ ン ク リー
トス ラブはすべ て の試 験 体と もD ．M −50
×40
×25×0．
8
の デッ キ プレー
ト 付ス ラブで，
その幅は 600皿m，
厚さ は デッキの溝 を含 み65mm と した。
デ ッ キプレー
ト は その溝が は りと直 交する方 向に配 置さ れ，
は りフラン ジとの接 合は位 置ぎ め の た めの 仮付け溶 接と し た。 デ ッキプレー
トの外 周は 幅65mm 厚さ 1mm の鋼板が型 枠 代り に溶 接さ れ てい る。
シ ャー
コ ネク ター
に は直 径 13mm，
長 さ50 mm のスタッ ドコ ネク タを 用い た
。
単 純ば り形 式の完全 合 成ば り試 験体で は 正65mm 間 隔で 2列に14
本，
不 完 全 合 成 ばり試 験体で は165mm
間 隔で1
列に 7 本 （合 成 率2a 〕は 約53
％）の ス タッ ドコ ネク タ を鉄 骨はり フ ラ ンジ上に 配 置し た。
ト型 形 式の試 験 体はすべ て完 全 合 成ば りで ， 。鳧÷50の試 験体では135mm
間 隔に， 。福÷60の試 験 体 で は 167．
5mm 間 隔に，
8福÷80の 試 験体 で は250 mm 間 隔に そ れ ぞれ 2列に14本の ス タッ ドコネク タを配 置 し た。
こ こで， ス タッ ドコ ネクタの本 数 を決め る と きに 必 要 なス タッ ドコネク タの せ ん断 耐 力は、
指 針25）にある 算 定 式に従っ た。 ま た，
コ ンクリー
トス ラブ中には直径 6 mm ， 格子 間 隔100
mm の溶 接 金網をか ぷ り厚 10 mm で配 置し た。
溶接金 網と デ ッキプレー
ト外 周の lmm 鋼 板とを溶 接で接 合し た。 な お， ト型 形 式の 試 験 体で は H−
200×200
×8
×12
の 直 交ば りを設け た。
直交ば り と 柱との接 合は全周 す み肉 溶 接と し，
直交ば り上に は片 側 4本の ス タ ッ ドコネクタ を配 置した。
単純ばり形 式の試 験体では直 交 ばりを設け ていない。 試 験 体の 名称は下 記 の要 領で付 けられ てい る。
ホ ［コ ロ
匚
コー
ロー ［コ
（ ）1
1
1
↑
P ；正曲げ，
N ：負曲 げ 鉄骨 ば り弱 軸 ま わ り細長比E
；側柱に接続鳶
； シ ャー
コ ネク ショ ン M ：単 調 載 荷，
C ；繰返 し載荷 S ；柱強軸に接続 W ；柱 弱 軸に接 続 F ；完 全 合成ばり，
P ；不 完 全 含 成 ば り．
S ；純鉄 骨ばりTable 1 Geometric Properties and Full Piastic Moments 5peclmonBltfH ノ 5Ay 即tcn5 こ門Pct
賄tCmR
画
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6012．
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8 卜 咫C＿
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5013．
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410 アO、
4719．
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035．
459．
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50｛開） 12，
935559，
0727．
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435．
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ア S、
B 隔 閧一
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ア 35．
55957 η．
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6801．
51299．
38 ア3，
05．
B PSC■
【−
6013．
035．
659．
1764．
312645821．
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801P ［ 13，
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8 卜 FSC−
E−
8013．
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51058．
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4 卜 Sけ庫E曹
6013，
738．
760．
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一
卜 sけc−
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6013．
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卜 叩 ルE−
501P｝ 13．
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ア 1038．
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巳 卜 剛c．
E．
5013，
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5599．
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3545 」 937，
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E・
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51035．
ア 691．
5 ← 田C−
E−
801 ユ．
436．
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日 1036．
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E・
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一
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801 ，．
〜 37．
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Sim卩103eem Type Spetlmen，
卜 ≡卜Type SpectmenTable2 MateriaL Preperties of Steel Beams and Concretes 5pe
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．
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一
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一
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．
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．
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．
5257233 四c費
．
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一
E−
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，
5447222，
．
230045 句5、
．
8022，
822，
4245Table
1に合 成ば り鉄骨要素の フ ラ ンジ幅 厚 比，B
／t！，
ウェ ブの幅 厚 比H
ノ砺 細長 比 sAy および試 験 体の形式 を示す。 こ こ で，B
は鉄骨ばりの フ ラ ンジ 幅，t
ノはフ ラ ン ジ厚， H は は り成， twは ウェ ブ厚で あ る。 ま た，
Table 2に各 試 験 体の鉄 骨要素の フ ラ ン ジ とウェ ブの機 械 的 性 質およびスラブ 用コ ンク リー
ト （1種 軽量｝の合 成 ばり試 験日に おける シリン ダー
試 験に よ る平 均圧縮 強 度を示す。 これ らの鋼 材お よ びコ ンクリー
トの素 材試験 結果と試 験 体の実 測 寸 法か ら合成ばり の正曲げ お よ び負 曲げ全 塑 性モー
メ ン トcMp，
cM125 ）と 合 成 ばり鉄 骨 要 素 の 全 塑 性モー
メ ン ト。M
． を計算しTable
lに示す。 本 計算におい て は コ ン ク リー
トス ラブ幅 を60cm，
溶 接金 網の鉄 筋の降 伏 応 力度を2．
4 t／cmt と し た。
ま た，
本 合 成ばり試 験 体の 計算Z5， に よ る 正曲げ塑 性 中立 軸は すべ て 上フランジの中に ある。
2−
2 載 荷 方 法Fig．
5に載 荷 方 法 を 示す。
単 純ばり形 式の試 験体で は 同 図 （a）に示す よ うに柱の両 側に同一
の合 成ば り2体 接合 し た もの を単 純ばり形式にセ ッ トし，
柱 上部に集中 荷 重を作 用さ せ る。 荷 重 点での境界 条 件は柱の横 移 動と は り の材 軸 方 向の移 動 が 拘 束さ れ，
柱の鉛 直 変 位と柱 材 軸ま わ りの回 転 は自 由で ある。
は り両 端の 支 点では横 移 動と鉛 直 方 向変位お よ び材軸 まわ りの回転が拘 束 され， は り材 軸 方 向 変位と強軸お よ び弱 軸 まわ りの 回転は自 由 で ある。
卜型 形 式の試 験体で は同 図 （b
）に示す ように 柱の下 端を ピン支持， 上 端をロー
ラー
支持 し合成ば りの 自 由端に集 中 荷 重 を作 用さ せ る。
荷重点で の境 界 条件は は り の材 軸方 向変 位と強 軸お よび弱 軸 ま わ り の回 転は自一
63
一
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閣恥 鄲 gn L翻
一
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．
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A属
回馳 附（a 〕 Test Setup fer Simpl∈ Beam Type Specimen
ハ
じ
セリ
ate毒
（b） Test Setup for 卜Type SPectmen Fig
．
5 General View of TestSetup
由である が材軸ま わ りの回 転は拘 束さ れてい る。 な お， 柱 材 軸ま わりの回 転は自由である。
載 荷は電 気 油圧式アクチュ エ
ー
タ（能力 ：荷重±20 tf ， 変 位±125mm
）に よ り行っ た。 載 荷の種 類は合成ば り の正 曲げ お よび 負 曲 げの単 調 載 荷と 正負の変位振 幅の比 が 1の繰 返し載 荷， な ら びに純 鉄 骨 ばりの 単調 載 荷 と正 負の変 位 振幅の比が1
の繰 返 し載 荷であ る。 繰 返し載 荷 に おける変位振幅ははり材 端の回 転 角が合成ばりの鉄 骨 要素ある いは純鉄 骨 ば りの全 塑 性モー
メ ン ト （sMp ）に 対 応 する弾 性計算に よ る回転 角，
。e。；
。M
。・
1
／3EI
（1
： は りス パ ン長，E
∬：鉄 骨 要 素の曲 げ 剛性 ）の倍数に な る よ うに与え た。
ま た，
変 位 振 幅は多段変位増分型 とし， 各 変 位 振 幅で の繰り返 し は履 歴 曲 線が安 定になっ た段 階 で 止め，
次の変位振 幅へ 移 行 した 。 各試験 体の単調 載 荷 と繰返 し載 荷の別と載 荷 径路 お よ び繰 返し回 数の 詳 細 をTable
3
に示 す。 2−
3 測 定 方 法’
実験で測 定し た項 目と その方 法は以 下の よ うである
。
（1） 試 験 体に作 用す る荷 重 ；アク チュ エー
タ に内 蔵さ れ た ロー
ドセル に よ り検 出。 （2
＞は り材 端の回 転 角； 単 純ばり形 式の試 験 体で は中央の柱とは り両 端の相 対鉛 直 変 位を電 気 式 変 位 計で計 測し，
その値を はりの長 さ で 除して回転角に換 算し た。 ト型 形 式の試 験 体では は りの 両端を結ぶ線とは り・
柱 接 合 端の柱フランジ面の傾 き を はり回 転 角と し， 柱フ ラ ンジ面上の 2点の変 位を はり両 端を結ん だ治 具に取り付けた電 気 式 変 位計で計測 し，
そ れ らの変 位の 差 を測 定 間 距 離で除し て求め た。 （3）そ の他 ；合 成ばり の鉄 骨 要素お よ び純 鉄 骨ば りの局部 座一 64 一
PM 訓論
．
2．
o 1．
5 1．
0 o．
5（a）
Test
Results
for
sλy
＝
60（b｝ Test Results for s λy
＝
50 and sλy＝
80Fig
．
6 Moment−
RotationCurves
屈
，
横 座 屈お よびコ ンクリー
トス ラブの き裂の発生な ら びに進展状 況 等は視 察に よっ た。
§
3．
実 験 結 果お よ び考察Fig．
6（a＞，
（b
）お よびFig．
7（a）〜
（1
）に柱は り接 合 部位置で の は り の曲げモー
メ ン トと回 転角の関係 を， そ れ ぞ れ合 成ば り鉄 骨 要素の全 塑 性モー
メ ン ト，
。Mp
と 回 転角，
轟 で無 次 元 化して示す。Fig．
6（a）にsM ÷60
の 合成ばり お よ び純 鉄 骨 ばりの単 調 載 荷の結果を示す。
図 中の矢 印は合 成ば り負曲げ， 柱弱 軸に シャー
コネクショ ン さ れ た合 成ばり正曲げ お よび純 鉄 骨ば りの最大 耐 力 点 を示す。
ま た， 柱 強 軸に付く合 成ばり正曲げで は最 大 耐 力 以 後一
度 耐 力 低 下し再び耐 力 上 昇が見ら れるが， こ こ で は再 上 昇 中の最後の点 を示 す。 柱 強軸に接 続する純 鉄 骨ばり （SSM−
E−60
）お よ び柱 弱軸に接 続する純 鉄 骨 ばり （SWM −E −60
）で は， 両 者と も3．
5〜
4．
5。
epに横 座 屈が生 じた。
は りフ ラ ンジ の局部座 屈は SsM−
E−
60 で は 4．
5
。θ，時に，SWM −E −60
では 9轟 時に生じ，
そ の後横座 屈お よ び局 部 座 屈に よ る変 形が顕 著と な り耐 力 低 下を起こ した。 最 大耐力は両 者 と も約L2 。M
ρ で， その時 点で の変 形量 は
SSM −E −
60で約7
．ep，
SWM −E −
60
で’
約 10。傷で あっ た。
柱 強 軸に接 続 す る完 全 合 成ば り（FSM
−E −
60（P｝｝お よ び 不 完全 合 成ばり （PSM−
E −
60（P
））の正曲げ 試験で は両 者と も2〜3
。ep
時の コ ン ク リー
トス ラ ブの圧 壊 時た最 大 耐 力L5〜
1．
6。Mp
を示 し，
その後 4−
5。θ、程 度まで緩や か に耐力低下を起こ した が再 び 耐 力は徐々 に上昇し
9−
ll sep 時に局 部 座 屈に よる はりフラン ジの面 外 変形が顕 著に なっ た。
し か し最 終 的な崩 壊あ るい は耐 力低 下 点は載 荷 装置の容量 限界に よ り確認さ れ な かっ だ。
両 試 験 体 と もフ ランジの局 部 座 屈は 4．
5
。ep
時に生 じ たが横 座 屈の発生は な かっ た。 ま た， モー
メ ン トと回転 角の関係に おいて完 全 合 成 ばり と 不 完 全 合 成 ばりの 明確な相 違は認 め られなかっ た。
柱強 軸に接 続す る 完 全合 成ばり （FSM−E −
60 （N
））お よ び不 完 全 合 成ば り （PSM −
E−
60（N））の負 曲 げ試験で は両 者 と も3．5−−5sep
時に は りフ ランジに局 部 座 屈が生じ，
約 7．
ep時に横座 屈に よ る わ ずか な面外変形が認め ら れ た。 最 大 耐 力は両 者とも 約 8．
5 。ep時に約1．3
。Mp
を示し，
局 部 座 屈に よ る は りフランジの面 外 変 形が顕 著とな り耐 力 低下 を起こ し た。 モー
メ ン トと 回転角の 関 係にお け る 完 全合成ば り と不 完 全 合 成ば りの相違は 正曲げ試 験 と同 様にほ と ん ど 認 め ら れ な かっ た。
柱 弱軸に シャー
コ ネク ショ ン さ れ た合 成ばり （FWM
＊−E −
60 ＞の 単 調 載荷正 曲げ試験で は約 1轟 時にス タッ ドコ ネクタに沿っ て コ ン ク リー
トス ラ ブに き裂が生 じ た。 そ の後，
O．
6−
O．
7 sMp の耐 力を保 持し回転 変形は進 行 し たが，10
。島時に コ ンク リー
トが圧 壊し多少耐力低 下を起こ し13．
5
。亀 時 に ウェ ブのボル ト穴か ら き裂が生じ崩壊に至っ た。
最 大 耐力 は IO ．e．時に約 O．
7。M
， を示し た。Fig．
6（b＞に 。畑÷50と 。鳧÷80
の柱 強 軸 および柱弱 軸に接 続す る合 成ば りの単 調 載荷正曲げ試 験の モー
メ ン トと回転 角の関 係 を示す。
図中の 矢印は最 大 耐 力以後，
耐 力の低 下が一
度 止 まり， 再び耐力低 下 を 始め る点を示 す。 。λ詩 50の結 果で は，最 大 耐 力は柱 強 軸 （FSM −E −
50） お よ び柱 弱 軸 （FWM −E −50
）に接 続す る合成ばり とも 約 5 。ep時に コ ンク リー
トが 圧壊す る と同 時に生 じ，
そ の 値は約 1．
8。
Mp
で あっ た。 コ ン ク リー
トの 圧 壊 後 FSM−
E−
50で は約 IO ．e
．程 度まで緩 やか に耐力低 下 を 起こ し，
約 13。ep
時まで安定 し た変 形 性 状 を呈 した。
は りフラン ジの局 部 座 屈は8．
5 。e．
時に生 じ た が 横 座屈の 発生 は なか っ た。
約 15梅 時 （図に は載せ ていない ）に 局 部 座 屈に よる フラン ジの面 外 変 形が顕 著と な り耐 力 低 下を起こ し た。一
方，FWM
−E −
50で はコ ン ク リー
トの 圧壊 後 8．
9轟 時に は りフ ランジの局 部 座 屈が生 じ，
10，
6轟 時に柱は り接合部の は り下フ ラン ジの ス カラ ッ プ部から き裂 が 生じ崩壊に至っ た。
な お， 横座屈の発 生 は な か っ た。
。λy串80
で は最 大 耐 力は柱強 軸 （FSM−E −
80） お よ び柱弱軸 （FWM −E −
80）に接 続する合 成ば り と も，
2〜
3。
ep時の コ ンク リー
トの圧壊と同時に生 じ，
その値 は約 1．
8。Mp で あっ た。
コ ンク リー
トの圧壊 後，
。
λ詩 50の合 成ば りと比 較 して急 激な耐 力 低 下 を起こす が，
約 5。θρで約1．
5
。M
．
を保 持 し再 び安 定な変 形 性 状 を 呈 し た。
は りフラン ジの局 部座屈はFSM −E −
80 で約 4．
2。ep時に，
FWM−E −
80 で約 7．
2 。ep時に生 じ た。
横 座 屈は前 者の合 成 ばりで約4．
7 。ep時に， 後 者の合成ば り で約8．
3
。ep
時に生 じ た が両 者とも横 座 屈に よ る面 外 変 形は小さ かっ た。
両 合 成ばり と も約le ．e
．時に局 部座 屈に よ る は りフ ラ ンジの面 外 変 形が顕 著と な り崩 壊に 至っ た。Fig．
7
（a）〜
（1
）に純 鉄 骨ば り お よ び合 成 ばりの繰 返し 載 荷によ る はり の 曲 げモー
メ ン トと回転 角の 関 係 を示 す。 図中の矢印は安 定な履 歴 曲 線 が得ら れ た最 大の回 転 角振 幅 （以後，
安 定 限 界 回 転 角 振 幅と呼ぶ）を表 す。
Fig．
7（a），
（b）はε鳧÷60の純 鉄 骨ばりのそれ ぞ れ柱 強 軸に接 続 する はり （SSC −E −60
）と柱 弱 軸に接 続す る は り （SWC −E −
60）の 結果で あ る。
SSC−
E−
60で は 3．
O sep 時に横座屈が起こ り， 3．
5 。ep
時に は りフ ランジの局 部座 屈が生じ た。 3．
5 sep の変位 振幅で の繰 返 しで局 部 座 屈に よる フ ラ ンジ の面 外変形 が 大 き くな り徐々 に耐力 が低下 し た。一
方，SWC −E−60
で は3．
O。佑 時に は り フ ランジの局 部 座 屈 が 生じ た が約 4 。ep
の変 位 振 幅 まで安 定し た履 歴 曲 線が得ら れ た。 5。epの 変位振幅 時には り の スカラ ップ 部か ら き裂が発 生しウェ ブに進展 し て 急激 な耐 力 低 下 を起こ し た。Fig，
7（c）一
（f
）に柱 強 軸に接続 す る合 成ば りの結果 を 示 す。
繰 返し載 荷に よる履歴曲線 の形 状は正曲 げ載 荷時に コ ン クリー
トの圧 壊後， 多少耐 力 低 下 を起こす が低 下し た耐 力を保 持した状 態で安 定な 履歴曲線が得ら れ た。
負曲げ載 荷で は ほと んど純鉄 骨ば り と 同 等の 履 歴曲 線と なっ た。 。λ弄 50 の 合 成 ばり（FSC
−E −
50）で は3
轟 の変位 振 幅 時の負 曲 げ載荷で はり フ ラ ンジ に局部座屈が 生 じ， 約 5。epの変位振 幅 時 に局 部 座 屈に よる フランジの 面 外 変 形が顕 著と な り履歴 曲 線は不 安 定 となっ た。 s福÷60の完 全 合 成 ばり（FSC −
E −
60＞お よ び 不 完 全合 成ば り （PSC−E −
60 ）とも3．
5 se．の変 位 振幅時に はり フ ラ ン ジに局 部 座 屈が生 じ，
前 者で は5。
ep，
後者で は4．
ep
の変 位 振 幅において局部座 屈に よる フラン ジの面 外 変 形が顕 著と な り履歴曲線は不 安 定とな っ た。
な お，
履 歴 性 状において完 全合成ばり と 不 完 全 合 成ば りの間に有 意な差は認め ら れ な かっ た。 。M
÷80の合 成 ばり （FSC−
E−
80）で は 2。ep
の変位 振 幅 時の 負 曲 げ 載荷で は りフ ランジの局 部 座 屈が生 じ，3．
5 sep 時の負 曲 げ載荷で横座 屈が生 じ た。
4。ep
時の負曲げ 載荷で横 座屈に よ る面 外 変 形が顕 著と な り履 歴 曲 線は不 安 定とな っ た。
な お，
正曲 げ載 荷で は横 座 屈に よ る はり の面 外変形は認め ら れ な かっ た。
」
Fig
．
・
7（g）〜
（i＞に柱 弱 軸に モー
メ ン トコ ネク ショ ン さ れ た合 成ば りの結 果を示す。 柱 弱 軸に モー
メ ン トコネ ク ショ ンさ れた 合 成 ばりの履歴曲 線の形 状は正 曲 げ載 荷 で は コ ン ク リー
トス ラブの影 響によ る高い剛 性と耐 力 を 有する性 状を 呈 し，
負 曲げ載 荷で は ほぼ純 鉄 骨ばりのそ れ と同等の性 状を 呈 し た。 な お，
正 曲 げ載 荷におい て柱 強 軸に接 続する合 成ば りではコ ン クリー
トの圧壊に よ る一
65
一
s脚o
・
E・
50 ⊥ 5 岡P1、
5 ▼「
一
・
5 14e一
ゆ A →．
5 ：C， msC−
E−
50 〔a） SsC−
E，
6e 〔b卩 S貿C−
E−
60 ｛d， FSC−
E＿
50 ｛e， PS匚7E
．
50 〔f〕 rSC−
E−
80 卿 此 卿 20 ▼ FWC一
匚一
5015・
占幽
3．
3 ‘ e冖
59ρ・
15 C9〕田C−
E−
50 （h｝ 剛C−
E−
50肌〒
E−
（1 ， 田C・
E−
80ロ
（」） 剛C響
E−
50の
｛k） 剛C−
E−
50 〔1レF冒Ct
幽
E．
80Fig
．
7 Hyste【esis Loops耐 力 低 下 後 も安 定な履 歴曲線が得られ たの に対し
，
柱弱 軸にモー
メン トコ ネク ショ ンさ れ た合 成ばり で はコ ンク リー
トの圧壊 後，
下フ ランジの ス カ ラッ プか らき裂が生 じ崩 壊に至っ た。
sAv ÷50の合 成ばり （FWC −E −
50）で は3
。ep
の 変位振 幅 時の 負 曲げ載 荷で は り フ ラン ジの局 部座 屈が生じ，
4 sep 時に下フ ラン ジの ス カラ ッ プか ら き裂が生じ崩 壊に至っ た。
sλy÷60 の合 成ばり （FWC −
E −
60）では2．
5
。ep
の変位振 幅 時の負 曲げ載 荷で は り下 フ ラ ンジの，
3．
O。
θ，時に上フ ラ ンジの 局部 座 屈が生 じ，
3，
5
轟 の変 位 振 幅 時に下フ ラン ジの ス カ ラッ プか ら き 裂が生じ崩 壊に至っ た。
sλy ÷80の 合成 ば り （FWC −
E−
80
）では 2．
0轟 の変 位 振 幅 時の負 曲 げ載 荷で は り フ ラ ンジの 局 部 座 屈が生じ，2．
5
轟 時の負 曲 げ載 荷で わず かに横座屈現 象が認め ら れ た が， 最 終 的な崩 壊は3 。ep
の変位振 幅 時に下フラン ジの スカ ラ ッ プか ら生 じ た き 裂 に よっ た。
Fig．
7（j
）〜
（1
）に柱弱軸に シ ャー
コ ネ ク ショ ン され た 合 成ば りの結果 を示す。 柱 弱 軸に シャー
コネク シ ョ ン さ れ た合成 ばりの繰 返し載 荷に よ る履 歴 曲 線は負 曲 げ載 荷 では 早期に コ ン クリー
トス ラブにき裂が生 じ，
繰り返し の変 位 振 幅の増 加に従っ て コ ン ク リー
トス ラブの き裂の 開き幅が大き くな りわずか に耐力を有する。 し か し 正 曲 げ載 荷で は負曲げ時に生じ たコ ンク リー
トス ラ ブの き裂 が閉じる と再びコ ン クリー
トの圧縮 力 負 担 効 果により ス一
66
一
リッ プ 型の履 歴 形状を呈 し た
。FWC
＊−E −
50，
FWC
＊−
E −
60お よ びFWC
＊−E −80
と も，
4−−
5。epの変位 振 幅 時 に コ ンク リー
トが圧壊し，
その 時 点で最 大耐 力を示し ， 正 曲 げ耐 力で0．
54〜O．
60 。Mp
を，
負 曲 げ 耐 力で 0．
22〜
0．
32。
Mp を示 し た。
その後，
5−
6轟 の変位 振幅 時に ウェ ブ接 合 部の高力ボル トの すべ りが 生じ最終 的に はボル ト 穴か らの き裂お よ び溶 接 金 網の破 断に よっ て崩 壊に至っ た。
な お，
全試 験 体の 崩 壊形 式をTable
3に 示す。Fig．
8
に各試 験 体 別の最 大 耐 力 と安 定 限 界回転角振幅 時の耐力を示す。 図 中の丸 印は純 鉄 骨ば りを，
四角 印は 完全 合 成 ば り を，
三 角印は不 完 全 合 成ば りを 示す。ま た，
白抜き印は最 大耐力 を，
黒塗 り印は繰 返し載 荷での安定 限 界 回転 角振幅時の耐力を示す が，
最 大 耐 力 がこ の耐 力 と一
致 す る 場合は一
つ の黒 塗り印で両 方 を表し ている。 さ らに， 添字 P，
N は そ れ ぞ れ正 曲 げお よび 負 曲げ耐力 を意 味す る。
合 成 ばりの正曲げ最 大 耐 力は コ ン ク リ
ー
ト強度に約 40kgf
／cm2 の差が あっ た が単 調 載 荷 および繰返 し載荷 と も，
sλs，
柱強軸お よ び柱 弱 軸に接 続する場 合の区別 な く，
1．
62− 1．
85
sMp （平均 1，
70。
Mρ）で あっ た。
繰返 し載 荷に お け る安 定限 界 回 転 角 振 幅 時の正 曲 げ耐 力は 。鳧，
柱 強軸，
弱軸へ の接 続に関 係な く，
さ らに，
完 全 合 成ば りと不完全 合 成 ば りの区別な く，
1．
40〜
1，
75 。M
ρ （平均 1．
57。Mp）を示 し た。
これ らの 値は単 調 載荷 時 の正曲げ最 大 耐 力の約90％ で あっ た。 合 成ばり の単調 載 荷 時の負 曲 げ最 大 耐 力は繰返 し載荷に おける安 定限 界 回転角振 幅 時の負 曲げ耐 力と ほ ぼ等し く，
そ れ ら の値は sXy，
柱 強 軸，
弱 軸に接 続す る場 合の 区 別な くL20 〜
1．
48 。Mp
（平 均 1．
30。
M
ρ）であっ た。
こ れ は純 鉄骨 ばり の最 大 耐 力 （柱 強 軸，
弱軸に 接続する場 合と も約 1．
20
sM ρ）よりも約 10％ 高い値であっ た。 柱 弱 軸に シャー
コ ネク ショ ンさ れ た合 成ば りで はsAy の 区 別な く正 曲げ 最 大 耐 力は O．
54〜
O．
70。
Mp，
負 曲げ最 大 耐 力は 0．
26〜
O．
32
。M
。 で あり，
繰 返し載荷に お け る安 定 限 界 回 転 角 振幅時の正曲げ耐 力は そ の最 大 耐 力に等し く，
負 曲 げ 耐 力は 0．
15〜
O．
32 sMp であっ た。
Fig．
9
に は りの塑 性 回 転 変 形 能 力R
と。λy の関 係 を示 す。R
は文 献26
）27）に示さ れ る純鉄 骨 ばり の単 調 載 荷お よび繰返し載 荷 時の それ ら と 比 較 す る た めに， 同 文 献で示さ れて い る塑 性 回 転変形 能 力の定 義と同一
の式 を 用いる。 す な わち，R
は次式で示さ れる。
・一
（
θ 。ep
）
＿−
1 こ こで，
（θんの x は 正曲げ単 調 載 荷では コ ン ク リー
ト 圧壊 以 後の耐 力の ピー
ク時の回 転 角，
負 曲げ載 荷で は最 大耐 力 時の 回転 角， ま た繰 返し載 荷で は安 定 限 界回転 角Table 3 Summary of Test Results
Speclme 【 Loadhgc 即11c Pr
。
grkot●tIo【 Co11盈P〜e Co
鬨
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Fig
．
8 Maximum Moment Capacities and Moments at StableLimit of Hysteresis Loop
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Fig
．
g Rotation Capacity・
Latera且Bracing Spacing振 幅時の回転 角で あり
，
Fig，
6，
Fig．
7に示さ れ る矢印 の位置の 回 転 角で あ．
る。 各 試 験体のR
値 をTable 3 に 示 す。
表 中の不 等 号 （Fig，
8中の 矢 印 ）が 付 されて いるR
値は載 荷 装 置の容量限 界に よっ て最 大 耐 力 点が確認 さ れ な かっ た もの な ど，
そ の値以 上の塑 性 回転 変 形 能 力 を有する こと を意 味す る。Fig．8
中の鎖 線お よ び実 線は 文献 26 ）， 27）に示 さ れ る 純鉄骨 ば りの そ れ ぞれ単調お よび繰 返し載 荷 実 験の結果で あ る。
同 図 より柱 強 軸に接 続する合 成ば り の R−
。λ。の 関 係は単 調 載 荷お よ び繰 返 し載荷も純 鉄 骨ばりのR −
。ん 曲 線 を 縦 軸の上方にほ ぼ 平行移 動した もの と み な すこと が で き，
単 調 載 荷にお け る正 曲 げの R 値は純 鉄骨 ばりの そ れの約1．
7倍， 負曲 げでは約 1．
4倍 程 度で あ る。
ま た，
繰 返し載荷で は正 曲 げ側のR
値は純 鉄 骨ば りのそ れの約 2倍， 負 曲 げ 側で は約 1．
5倍で ある。
柱 弱軸に モー
メ ン トコネクショ ンさ れ た合成 ばりで は単 調お よ び繰返 し載 荷 と もR 値は柱 強軸に接続さ れ た合 成ば り の そ れ ら よ り も低い傾 向にあ る。
これ は柱は り接 合 部の ス カラ ップ部か ら早 期に き裂 が生 じ， 試 験 体が不 安 定になっ た た め である。
特に繰 返 し載荷で は s細÷50のR
値は純鉄骨ばりの そ れよりも わずか に低い結 果であっ た。柱
弱 軸に シャー
コ ネク ショ ン さ れ た合成ばり の繰 返し載 荷で は正 曲 げ側で 轟 の区 別な くR
÷4．
Q
，
負 曲げ側で は £鳧÷50
，80
に 対 してR
÷3．0
程度，。
福串60で R≠5．
1
で あっ た。 §4．
まと め 外 柱に接 続 する合 成 ばり お よび純鉄 骨 ばりの単 調 載 荷 と定 変 位 振 幅 繰 返し載荷実験 を行い，
そ れ らの耐 力と塑 性 回転 変 形 能 力を求め た。
合成 ばり鉄 骨 要 素の弱 軸ま わ り細 長 比は約 50，
60，80
の3
種類で， デヅキ プレー
ト付 き コ ン ク リー
トス ラブの厚 きはデッキプレー
トの溝を含 み 65 mm，
幅は60 cm で あ る。
は りの柱へ の 接 続は柱 強軸および柱 弱軸に付く もの の2
種 類で， 柱 弱 軸に付く 場 合は モー
メ ン トコネク ショ ンと シャー
コ ネクショ ン の 2種 類であ る。
な お，
い ずれの試 験 体 も鉄 骨柱は弾性挙 動 する よ うに計画さ れ た。
実 験 結 果 を ま と める と以 下の と お り で ある。
（
1
） 耐力 （最 大 曲げモー
メ ン トお よ び安 定 限 界 回転 角 振 幅 時 曲 げモー
メン ト） 1） 合成 ばりの正 曲 げ 最 大 曲げモー
メン ト はコ ン ク リー
ト強 度に約40kgf／cm2 の 差があっ たが，
柱 強 軸，
弱軸へ の接 続 方 向の 違い お よ び細 長 比の違い に よ る定 性 的 変 化は見ら れず 鉄 骨 要 素の全 塑 性モー
メ ン トの約 L62〜
1．
85 倍で あっ た。
2） 合成ば りの負 曲げ最大 曲 げモ
ー
メ ン トは正 曲 げと 同様， 柱 強 軸，
弱 軸 へ の接 続 方 向お よび細長 比の 区 別 な く鉄 骨 要 素の全 塑 性モー
メ ン トの 1．
20〜
1．
48倍であっ た。
3） 合 成ばりの繰 返 し載 荷に お け る安定限 界 回転 角 振
一 68
幅時の曲 げモー
メ ン トは，
柱 強 軸，
弱軸へ の接続方向お よ び細長 比の区 別な く，
正曲げ側で 鉄 骨 要素の全 塑 性 モー
メ ン トの L40〜
1．
75倍で あっ た。
また，
負 曲 げ側 で は単調 載 荷の 負 曲げ最 大曲げ モー
メ ン トとほ ぼ等し かっ た。
4） 完全合成ばりと不 完全合成 ば りの間に最 大 曲 げ モ
ー
メ ン トの有 意 差は な かっ た。
5） 柱弱軸に シャー
コ ネク ショ ン された合 成ば りの正 曲げ最大 曲 げモー
メ ン トお よ び安 定限界回転 角 振 幅 時の 正曲げモー
メ ン トは，
細 長比の区別な く鉄 骨 要 素の全 塑 性モー
メ ン トの 0．
54− O．70
倍で あっ た。
また，
負 曲げ 最 大モー
メ ン ト も細長 比の 区別な く鉄 骨 要 素の全 塑性 モー
メ ン トの 0．
26− O．32
倍であり， 安 定 限 界 回 転 角 振 幅時の負 曲 げモー
メ ン トは0．15− O．
32倍であっ た。 （ll
）塑性回転 変 形 能力1
） 柱強 軸に接 続 する合成ばり の単調 載 荷 正 曲 げ塑 性 回転 変形 能力を最 大 耐 力 以後の モー
メ ン トの再 上 昇 曲 線 の ピー
ク時の回転 角か ら求め る と，
そ れ らの値は細 長 比 に関係な く単調 載 荷 時の純 鉄 骨 ばりの塑性回転 変 形 能 力 の約 1．
7倍で あっ た。
また，
単調 載 荷 負 曲 げ塑 性 回 転 変 形 能 力は同じく細 長 比に関 係な く純 鉄骨 ば りの約 L4 倍 であっ た。
2
） 柱強 軸に接 続す る合成 ばりの繰 返し載 荷 正 曲 げ塑 性 回転変形 能 力は，
繰 返し載 荷 時の純 鉄骨 ば りの塑 性 回 転変形能力の約 2倍で あっ たe ま た， 負 曲げ塑 性 回 転 変 形 能 力は 同 じ く純 鉄 骨ばり の約 1．
5 倍で あっ た。
3
｝ 柱弱軸に モー
メ ン トコネ ク ショ ンされ た合 成ばり の単 調載荷正 曲 げ塑 性 回 転 変 形 能 力は，
こ の場 合 もモー
メ ン トの 再 上昇
曲 線 を基に求め る と純鉄骨ばりの 1．
2〜
2．
0
倍で あっ た。
4 ） 柱弱軸に モ
ー
メ ン トコネク ショ ン さ れ た合 成ば り の繰返 し載 荷の塑 性 回 転変形 能 力は正 曲 げ お よ び 負 曲 げ 載 荷と も純 鉄 骨ばり の繰返 し載 荷 時の塑 性 回 転 変形 能 力 に ほ ぼ等しい。
これ は鉄 骨要 素の ス カ ラップ部の早 期き 裂によっ て変 形 能 力φ上 昇が防 げられ た ためであ る。5
） 柱弱 軸に シャー
コ ネ ク ショ ン され た合 成ば り（。λ詩
60
）の単 調 載 荷 正曲げ の塑性 回転変 形 能 力は純 鉄 骨ば りの約 1．
8倍で あっ た。 繰返し載 荷では正 曲 げ側 お よ び負 曲げ側の塑性 回 転 変形 能 力は細 長 比の区 別 な く，
そ れ ぞ れ約 4．
0，
約3．
0
で あっ た。
た だ し， 細 長 比 が約60の 合成 ばりの負 曲 げ 側の変 形 能 力は約5．
1で あっ た。
（皿 ） 崩 壊 形 式 1） 柱 強 軸に接 続す る合成ばりの崩 壊は鉄 骨 要素の弱 軸ま わ り細 長 比 が約80の合 成ば りが繰 返し載 荷 負 曲げ 時に横 座 屈に よ っ て崩 壊したの を除き，
すぺ て鉄骨の は り フ ラン ジの局 部 座 屈に よっ た。
2 ） 柱弱軸に モ
ー
メ ン トコ ネクショ ンさ れ た合成ばりの崩 壊は細長 比が約
80
の合成ばり が単調 載 荷 正 曲 げ時 に は りフ ランジの局部座 屈により崩 壊し た のを 除き， す べ て鉄 骨の は り下フランジの スカ ラッ プ部か ら生じ た き 裂に よっ た。3 ）柱 弱 軸に シ ャ
ー
コネク ショ ン さ れ た 合 成 ばり の崩 壊は細 長 比が約50の合 成 ばりが 溶 接 金網の破 断に よっ た の を除き，
すべ て ウェ ブのボル ト穴か ら生じ た き裂に よっ た。
謝 辞本研究は東 京 電 機 大 学 総 合 研 究 所の援 助 を得て行わ れ た もの であ る。 また実 験に は多く の卒 業研究 生の補 助 を 得ま し た。 併せて感 謝の意 を 表します
。
引用 文 献 1｝ 加藤 勉，
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