鋼梁-柱部材の加熱時構面内弾塑性クリープ変形挙動に関する研究

1

論　 文】 UDC ：614

．

841

．

41 ：691

．

71 日本 建 築 学 会 構 造系 論 文 報 告 集 第 395 号

・

昭 和 64 年 1 月

鋼 梁

一

柱部 材

の

加 熱 時

_構

面

内弾

塑

性

ク

リ

ー

プ変

形

挙

動

に

関

す

る

研 究

’

正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員 正 会 員

古

右

安

岡

金

村

田

部

部

福 次 郎

＊

健

武

和

児

＊ ＊

雄

＊＊ ＊ 猛＊＊ ＊ ＊

、

中

＊ ＊ ＊ ＊ ＊ 　 §

1．

序 　火災に より加 熱さ れつ つ t 軸 荷 重と曲げモ

ー

メ ン ト荷

重とを 同 時に受ける鋼 梁

一

柱 （steel　

beam−

column _{）部 材} の_変形 挙 動に関 する資料は_， 鋼 構 造 骨 組の構 造 面の耐 火 設 計 を 合 理的に行う上で必要な情 報の

一

つ で あ る。 　ま た， 鋼 構 造骨組の 耐 火 設 計に お ける終 局 状 態を

500

°

C

_{以 上 の高 温 時}で構 造 体が崩 壊 する よ うな高 応 力 状 態に設 定する場 合に は

，

材 料 的な面か ら は高 温で の詳 細 な応 カ

ー

ひずみ関 係を考 慮す る必要が ある こ との ほかに

，

高 温で顕 著に現れる クリ

ー

プひずみの影 響を評 価す る 必 要が あると予 想さ れる。 　高温ク リ

ー

プ 現象 を 考 慮 して鋼 柱の火 災 時 挙 動 を 調べ た研 究 例と して は最初に， 筆者等の研究 1｝ や

Eggwertz

ほ か の研究Z） を挙 げることができ る

。

これ らの研 究は

，

構造 用 鋼材の高温時の第

一

期ク リ

ー

プ特 性が十 分に明ら かでは ない時期に行わ れ た もの で あ り， 高 温ク リ

ー

_プ デ

ー

タ を大胆に 仮 定して偏心圧 縮 荷 重 を受ける鋼 柱の変 形 挙 動を解 析 的に調べ

，

_{耐火 設計}におい て高温 ク リ

ー

プ の影 響を考慮す る こ と の重 要性を論じてい る

。

　筆 者 等は その後

，

構造 用鋼材の 高温で の各 種の ク リ

ー

プ 実験 を 系 統 的に行い

，

高 温での鋼材の詳 細な ク リ

ー

プ デ

ー

タ を得る と と も に，

．

非 定 常 温 度 下での鋼 材の高 温 力 学モ デルを提 案し た3｝

−

5）

_。

　 さ ら に

，一

定温度

・一

定 偏心軸 荷重下の鋼柱の クリ

ー

プ変 形 挙 動 実 験 を行い

，

部 材レ ベ ル での_{高 温}ク リ

ー

プ挙 動 を 実 験 的に調べ _たG｝

・

η 。 ま た

，

こ の研究で は， 実験結 果に基づ く詳 細な鋼材料デ

ー

タ を組み込 ん だ数 値 解 析 法 により

，

高 温 時で ク リ

ー

プ崩壊に至る鋼柱の_実験 挙 動 を 精 度 良く シ ミュ レ

ー

トでき ること も示 し た

。

　

一

方

，

非定常加 熱を受け る鋼梁

一

柱 部 材の挙 動 を 取り 扱っ たもの には

，

Anderberg ほ か が行っ た中心

・

偏心 圧 　 ＊ 東 京 工 業 大 学 　 教 授

・

工博 　 ＊1 _{熊本大 学　教 授}

・

_{工 博} 　＊ 牌 _{東 京 工 業 大 学 　 助 教 授}

・

_工博 ＊ilt _{熊 本 大 学 　 助 手}

・

_{工 修} i＃ ＃ 韓 国 慶 北大 学校　講師

・

工 博 　 　 （昭 和 6Z年ll月18日原 稿 受理｝ 縮 柱の研 究S 〕がある。 こ の研究では鋼柱の加 熱 実 験 例 を 有限要 素 法 解 析に よ り シ ミュ レ

ー

ト し

，

数 値 解 析 結 果に よっ て実 験 挙動 を ほ ぼ説明で き るこ と が報 告され て い る。 　こ の ように鋼 柱の_弾塑性クリ

ー

プ熱変形挙動に 関する 既 往の実 験 的

・

解 析 的 研 究で は

，

実 験 資料の蓄 積 と熱 変 形 挙 動の数値解析 法の妥 当性の検証が主な成果と なっ て い る。 し た がっ て

，

偏心 圧縮荷 重を受け る鋼 柱の弾 塑 性 ク リ

ー

プ崩 壊 挙 動の 特性 や， 数値 計 算に よ り鋼 柱の高 温 時挙動が大 略予測で き ること等は既に示さ れて い る。 し か し ながら現 時 点で は_， 鋼 構 造 骨 組の耐 火 設 計に役 立つ 資料を得るよ うな系 統 的で分 析 的な研 究が十 分に行われ て い る訳で は な い。 た と え ば

，

鋼 梁

一

柱の熱 変 形 挙 動に 及ぽす

，

鋼 材の応 カ

ー

ひ_ずみ関 係の劣化の影響

，

鋼 材の 高 温ク リ

ー

プの影 響

，

骨 組 中の梁部 材の熱膨張によ る鋼 梁

一

柱 部 材の押し出しの影 響な どに関す る分 析を鋼 梁

一

柱 の細 長 比や軸 力 比や曲げモ

ー

メ ン ト荷重をパ ラ メ

ー

タ と して系 統 的に調べ た研 究を見いだ すこと はで き ない。 　 本研 究は_， 鋼 構 造 骨 組の耐 火 設 計に役 立つ _{鋼 梁}

一

_{柱 部} 材の高 温 時 挙 動に関 する

一

資 料を得ること を目的と す る もの で あ り

，

筆 者 等が提案し た鋼 材の高温力学モデル を 組み込ん だ数 値 解 析 法9｝_{を用い て}

_，

_{鋼 梁}

一

_{柱 部材の熱 間} 挙 動を系 統 的に調べ ， 特に高温 ク リ

ー

プの影 響に着目 し て

，

各 種の 要 因の影 響 分 析 を試み た もので ある

。

　な お

，

本 論 文で は研 究 対 象 を 鋼 梁

一

柱 部 材の基 本 的な 構 面 内挙 動に限 定し， 鋼 構 造 物に特 有な曲 げね じ れ座 屈 や局 部 座 屈の影 響は考 慮 し ない ことにす る。 鋼 梁

一

柱部 材の熱 問で の曲 げねじ れ座 屈 等の構 面 外 変 形の影 響や 局 部 座 屈の影 響 等につ い ては続 報で あ ら た めて取り扱うこ とにする

。

　§2

．

鋼梁

一

柱 部 材の高 温 時 挙 動の検 討 方 法 　 鋼 構 造 骨 組が火 災で加 熱さ れる と

，

梁 部 材の熱 膨 張に よ り柱部 材の

一

端が水 平 方 向に押 し出 され

，

柱にせ ん断 力が加わ る

。

こ れ は鋼 構 造 骨 組の典 型 的な熱 応 力 挙 動で あ り， この場 合 15e

〜

200℃ 程 度の比 較 的 低い鋼 材 温 度 で も柱部材の柱 頭

，

柱 脚 部 分に降 伏域が生 じ ること が あ

一

₁₂₁

一

る

。

こ の よ うな挙 動 を経た後に

，

鋼 材 温 度が 500℃ 以 上の高 温にな ると， 鋼 材の機 械 的 性 質は劣 化 するので鋼 構 造 骨 組の耐 荷 力 も 減 少し

，

外 荷 重に耐え られ な く な り 骨 組の

一

部ある い は全 体に崩 壊が生じ る場 合が ある10）

。

　 最 初に述べ たところの加 熱さ れた梁 部 材の熱 膨 張に起 因 する骨 組の非 弾 性 挙 動は

，

過 大な外 荷 重を受けて起こ る骨 組の非弾性 挙動 とは事情が異な っ ており

，

梁 部 材の 熱 膨 張つ ま り自己ひずみに起因す る もの で あ る。 自己ひ ずみ に よっ て生じ る応 力は， 単純塑性理論に基づ く骨組 の極 限 解 析で求め ら れ る崩 壊 荷 重に はまっ た く影 響 を及 ぼ さない性 質 を持っ てい る の で_， 高温時の鋼構造骨組の 崩 壊 挙 動に対し ても 同様に_， 梁 部 材の伸 びによ る熱 応 力 の影 響ば小 さいと思われる

。

この ことは高 温 時の鋼 構 造 骨組の強度 設計を考え る_場合に は熱 応 力を考慮する必要 は ほ と んど無いこと を意 昧し て お り， 部 材レベ ルで得ら れ る耐 力 資 料 を 利 用して実 行で き るこ と を示 唆してい る。 　以 上の 考 察に基づ き， 本論 文で は まず

Fig．

1

に示す

H

形 鋼 断 面 梁

一

柱 部 材モ デル

B1 ，

　

B2

_{を 対 象}に して

，

以 下に説 明するよ うな 三種 類の検 討 を加え_， 梁 部 材の押 し出しの_無い_{場 合}の部 材レ ベ ル での_{分 析 を行 う}。 　こ こで

，Fig．

1

_（

A

_）

，

_（

B

_｝の

B

ユは部 材の両 端に曲

r

M

l

L

（

1

P

‘

θ

　　

IpM

（

」

−

_．

ー

θ σrc

＝

0

．

3σ_yRT

一

旧

十

一

僭

　　　

ip

　 　

IP

 

_回

（

B

）

_國

　 　Fig

．

1　H形 断 面 を持つ 鋼 梁

一

柱の例 題

　　

IpM

（

M

P

ー

H

−

200x200x3x12 　 　　（

C

）

』

Wa（T）

π

、

斗

M θ

2

駁

M

_（

　　　

ip

　 　

ip

（A）

_画

（B）

_國

Fig

_．

₂水 平 押し出しを受ける鋼 梁

一

柱の例 題

一

₁₂₂

一

1

、

ユ

似

げモ

ー

メ ン ト荷 重 を受ける例で あり

，B2

は

一

端の み に 曲 げモ

ー

メ ン ト荷 重 を 受け る例である

。

また図 中の_， P は部 材 端に加わ る軸 方 向 荷 重，

M

は曲 げモ

ー

_{メ ン ト荷} 重

，

θ は材 端回転 角を表し てい るc

，

ま た

，Fig．

ユ （

C

） は断 面 内の残 留 応 力 分 布 を 示し て おり

，

残 留 応 力の最 大 値 σ．。 はフ ラン ジの外 端に生じ るもの で

，

本 諡 文で は常 温で の鋼 材の降 伏 応 力σ y。T の 0

．

3倍を用い た。 　（1） §

．

5で は

，一

定 温 度

・一

定 軸 荷 重 状 態で の BL

B2

モ デルの曲げ モ

ー

メン ト

M 一

材端回転 角θ関係を調 べ _る

。

_{こ れ は高温度での 鋼梁}

一

_{柱の 荷 重変形関係を高温} ク リ

ー

プを考慮し ない で_調べ ， 耐荷力の 目安を得る もの で あ る

。

　 （2 ） §

．

6

で は

，B1 ，

　

B2

モ デル に

一

定 軸 荷 重

P ，

一

_{定 曲げ}モ

ー

メ ン ト荷 重

M

が加わ りつ つ

，

_{鋼 材 温 度}

T

が

Fig，3

の

u −TYPE

の よ う に漸 増変化す る場合の_挙動 を 調べ る

。

これ は

，

漸 増 温 度 状 態で の鋼梁

一

柱の挙動に おける高温ク リ

ー

プの_{影 響}の_{程 度}を調べ _るもの であ る。 　 （

3

） §

．

7

で は， §

．

6

で取 り扱っ た

Bl

，　

B2

モ デル の う ちの若 干 例に つ き，

Fig．

3に示す 三種 類の 部 材温度 上 昇 速 度 下で の挙 動 を 求める

。

こ れ は_， 鋼梁

一

一

柱の漸 増 温 度 状 態で の挙 動に及ぼす 温 度 上 昇 速 度の影 響の程 度 を 調べるもの であ る

。

　 次に

，

§

．

8では Fig

．

2に示す Dl

，

D2 モ デルを用い て

，

鋼 梁

一

柱部材に _及ぼ す梁 部 材の_押 し出し現 象の_{影 響 を調} べ る。 こ の例題 は 二体の鋼梁

一

柱を直列につ ないだ もの で あ り

，

軸 方 向 荷重

P

と 曲 げモ

ー

メ ン ト荷重 M が 加 わ る ほ かに

_，

_{接 合節点}

A

に梁材の _押し出し を想 定 し た水 平方 向の変位 肱 を加え るもので あ る

。

最初に考察し た よ うに

，

鋼 梁

一

柱の高 温 時 崩 壊 挙 動に及ぼす 梁 部 材の押 し出しの影 響は小さい と予 想 されるが

，

弾 塑 性クリ

ー

プ 挙 動でその こと を示し た研 究 例は見 あた ら ない の で本 論 文で は若 干 例の検 討を行 うことにする

。

　 §

3．

建 築構 造 用 鋼 材の高 温 時の材 料 特 性 　こ こ で は

，

鋼梁

一

柱 部 材の変形 挙 動 解 析に用い る構 造 用鋼 材の高温時の材 料 特 性につ い て若干の_考察 を行っ て お く

。

600 T（℃ ） 300

、

《

ダ

髴

　 　 翼 N

_’

z

6

鑑

副

諍

Y2

_〈

_eg

「

グ

OO 　　 　　　　　　　60　　　　　　　　　120　　　　　　　　180 　 　 　 t　（　町1inu 竜∈

．

5） 　 Fig

．

3　鋼 梁

一

柱 部 材 温 度の時 刻 歴

1

、

5 ⊥ CtYRT1

．

o 0

．

5 OO 　O 10 20



E〆EVRT　30 Fig

．

4　

一

定 温 度 下での鋼 材の応 カ

ー

ひずみ関 係 　3

．

1　応カ

ー

ひずみ関係 　本 論 文で は

，

文 献9）_で提案した鋼 材の応 カ

ー

ひずみ関 係 式を用い る。

Fig．

4

は鋼 材

ss

　41 と

SM

　50の

一

_{定 温} 度 下で の応 カ

ー

ひずみ関 係 を 同 式に より求 めたもので あ る。 こ の 図の縦軸は常温の降伏応 力 σ yRT で無 次 元 化し

，

横 軸は降 伏ひずみεsitT の比で表してあり，破 線はSS　41

，

実 線は

SM

　50_{を そ れ ぞ れ}示_してい る

。

　こ の 図か ら

，

鋼材は

300

℃ _程度の 温度に な ると降 伏 棚が徐々 に消 失し て曲線形の応カ

ー

ひずみ関係に変 化し

，

600℃ で は 20DC の 場合の_半分 弱 まで応 カ

ー

ひずみ関 係 が劣 化 するこ と な ど が分か る

。

ま た， 400℃ か ら500℃ におい ては

，

降伏後 直ち に か な りの ひずみ硬 化 を示し て おり

，

これ を完 全 弾 塑 性 材 料で近 似 する こ

_．

と は適 当で は ない と思われ る

。

　

SS

　41 _と

SM

　50の応 カ

ー

ひずみ関 係の間には

，

400℃ で若 干 差 異 が 見ら れ るもの の

，

ほ か の温度で は ほ ぼ

一

致 してい る

。

し たがっ て

，

SS　41 と

SM

　50の常温時の 降 伏 応 力 度 σ_{yRT の}違い を考 慮し た修正細長 比 λが同

一

な 鋼 梁

一

柱 部 材で あ れ ば

，

高 温時で も そ の挙動は ほ ぼ

一

致 す ることが予 想さ れ る

。

　

3．

2

　高 温クリ

ー

プひずみ

　

高温ク リ

ー

プひずみ を評 価 する式と して

，

_{文 献 （}

3，4

_） で提 案さ れている次 式 を用い る

。

　　　

ε。＝

10

°／ 「＋b

・

_acX” d

・

_teT＋ノ

・

……・

・

……・

…・

・

…

（1｝

　

ここで

，

εc （％ ）は第

一

期ク リ

ー

プひずみ

，

T （

°

_K

） は絶 対 温 度， σ （kg／mmZ ）は 応 力

，

　 t （分 ）は時間で

，

a

，

b

，

　c

_，

　

d，

　e お よ び

f

は定 数である

。

　

Fig．5

は

，一

定温度

500

℃ で各 種の応 力 比σ／σ。nT を 受け る鋼材の ク リ

ー

プひずみ の時 刻 歴を式 （1 ）により 求め た もの である

。

ク リ

ー

プひずみ は常 温 時の降 伏ひず み εyR ，の比で表し て

，

　

SS

　41 を 破 線で

SM

　5bを実線で 示

、

して あ る

。

この 図 よ り

，

同

一

の 応 力 比 状態では

SM

50

は

SS

　41 に比較し て大き な クリ

ー

プひずみを 生 じ る こと が分か る。 し た がっ て

，

軸 力比などの荷 重 条 件が同

一

_{の鋼 梁}

一

_{柱の挙 動に及ぼ す高温 ク リ}

ー

_{プの影 響は SM} 50のほうが

SS

　

41

_より大きい と予 想され る

。

15 彑 EyRT 10 5 　 　 　 0 　 　 　 0　　　　　　120　　　　　　240　　　　360 　 　 　 セ （minutes ） Fig

．

5

一

定 温 度

，

応 力 下で の鋼 材の ク リ

ー

プひ ず みの時 刻 歴 　な お

，

本研究で は常 温 時の 降 伏 応 力 として

SS

　41_に はσ_yRT

＝

2

．

49 （t／cmz ＞

，

　

SM

　50に は （_靹丁

＝

3

．

57 （t／cm2 ） を 用い

，

常 温 時の_{弾 性 係 数}に は

ERT＝

2100 （t／cm2 _）を 用い た

。

　

§4

．

H 形 鋼 断面 の高温 時 の

M 一

Φ関 係 　 ここ で は鋼 梁

一

柱 部 材の_{断 面}レベ ル の基 礎資料を得る ために

，

高 温 状態で_軸力

P

と曲 げモ

ー

メ ン トM とを 同 時に受け る Fig

．

1

，

（

c

）の

H

形 鋼 断 面の曲 げモ

ー

メ ン ト

ー

曲率関係 （

M 一

φ関係 ）を調べ た

。

　 M 一

φ関係の計

算

は平 面 保 持 を仮 定 しk 断 面 分 割 法で 行い

，

一

定 温度 T

・一

定 軸 力P 状態で断 面の曲 率 φを 漸増し， つ り合い を満たす断 面 平 均 軸ひずみ EN と曲 げ モ

ー

メン ト

M

を繰 返 し計 算に よ り求め た。 　

H

形鋼 断 面の板 要 素の中心線方 向に 断 面 分 割 を行い

，

フランジ

ー

枚を40分 割

，

ウエ ブ

ー

枚 を20分割と した

。

また残 留 応 力 σ．は常 温 時に弾性 係 数

ERT

で除 し て断 面 内に存 在する初 期ひずみ εr と して計算に考慮し た

。

　

なお_， こ こ で は高 温ク リ

ー

プは考慮 し ない

。

　

4

種類の常 温 時の軸 力 比 PIP ．

＝O．0，0．2，0．3，0．4

に対 し

，

4種 類の断 面温度 T

；

20

，

400

，

500

，

600℃ の 場合の M

一

Φ関を求め_， そ の結 果をFig

．

6に示 す

。

同 図

’

の縦 軸は常 温 時の軸 力

P

を考 慮 し た常温時の全 塑 性 モ

ー

メ ン トMpc で 無 次元化 して あ り

，

横 軸 は φ_ρ。

＝

M．

fEI

の比で表 してある

。

こ こ で

，

　El は常 温 時の 断 面 剛 性で あ る。 　 い ずれの 軸 力 比の 場 合 も400℃ では

SS

　41は

SM

　

50

よ り も小さ めの 値 を 示す が

，

500℃ お よ び600

°

C

で は 両者は ほ ぽ

一

致 してい る。 なお

，

高 温 時の

M 一

Φ閧係は な め ら かに降 伏し， 続い て 直ちに硬 化す る形に な り， 常 温 時に見 ら れ る よ う な明 瞭な降伏 棚的な塑性流れ域は存 在し ない。 し た がうて，

Fig．6

の結 果か ら

，

軸 力と曲げ モ

ー

メ ン トを受け る断面の

M −

¢ 関 係の降 伏 現 象の相 関 図を作 成す る た め に は

，

何 らか の仮 定が必 要である。

一 123

　

一’

　ま た

，

常 温 時の 軸 力 比が O

．

3

− O．

4 で 断 面 温度が 600℃ の場 合で は_{， 常}温 時の_軸力 比が 0

．

Oの_場合に比較 し て

，

曲 げモ

ー

メ ン トの抵 抗が著し く低下 す ること が 分 か る

。

こ の ことは常 温 時の全 塑 性モ

ー

メン ト

Mpc

を基 準 値に用い て 設 計す る場 合に は

_，

_常温時で の 軸 力比

PIPv

が大きい場 合ほど高 温 時には危 険 側に な ること を 意 味し てい る

。

　1

．

5 ⊥ Mpc1

．

0 O

．

5 o

』

Oo 　 1

．

5 ⊥ Mpc1

、

0 0

．

5 o

・

OG 　1

．

5 ⊥ Mpc1

．

0 05 　 　 　 e

．

D 5 　Φ／ΦP、 1°　 0 　 　 　 1

・

5 　 M 　Mpc1

．

o o

．

5 　 　 　 oo 5 Φ／Φpc 　 10　 0 s 　 Φ_／鰍 　10 5_Φ ／Φ_P− o Fig

．

6　H形 鋼 断 面の M

一

φ 関 係 　§

5．一

定 温 度

・一

定 軸 荷重 状 態の 鋼 梁

一

柱 部 材の 　 　 　

M 一

θ関係 　こ こ で は

，

§

．

2

で述べ _{た ように}

Fig．

1_{に示す鋼 梁}

一

_柱 部材の解析例

B1 ，

　

B

　2の

一

定温 度

・

一

定 軸 荷 重 状 態で の材 端 曲 げモ

ー

メ ン トM と材 端 回 転 角 θとの関 係 を求 める。 そ して

，

断 面 温 度の上 昇に伴 う鋼 材の応 カ

ー

ひず み 関 係の劣 化が

，

鋼 梁

一

柱 部 材の耐 荷 力の低下に及ぼす 影 響を調べ る。 　 計算 例に は

，

Fig．

1の例 題

B1 ，

B2 そ れ ぞ れに対して

，

二種 類の鋼 材

SS

　4ユと

SM

　

50，

三種類の細 長比λ

＝

20

，

30

，

40

，

三種 類の常 温 時 軸 力比 P ／

Py

＝ O

．

2

，

0

，

3

，

0

．

4

，

部 材 温 度に は最 高 600℃ _{か ら低}い 方へ

50

℃ きざみ に

400DC

程 度まで の

一

定 温 度 を設 定し た

。

　鋼梁

一

柱 部 材の数 値 解 析 法に は文 献9）で示し た

一

次 元有限 要素法に よ る複 合 非 線 形 解 析 法 を用い_，

一

_部材を 材 長方 向に

40

分割し

，

部 材 断 面は§

．

3と 同 様の分 割 と し た

。

計算は変 位 制 御 法で行い_{， 目的}の

一

_{定鋼 材温度}

T

で所 定の軸 力 P を加え た後， 材 端回転 角θ を漸 増さ せ て対応する材 端 曲 げモ

ー

メ ン ト

M

を求めた。 な おこ こ で は

，

高 温ク リ

ー

プひずみ は計算に考 慮し ない。 　解 析 結 果の う ち， Fig

．

7に軸 力 比

P

／

Py＝

0

．

3の場 合 の

M 一

θ関 係を

，

Fig

．

8に変 形 図 を

，

　

Fig．

9

に 全例の曲 げモ

ー

メ ン トの最 大 値を示 し た

。

　

Fig．

7の_{縦 軸}の _曲げモ

ー

メ ン トは

，

常 猛での全 塑 性 モ

ー

メ ン ト

M

ρ ，で無次元 化し

，

横 軸の材 端 回 転 角は

M

． c を常 温の鋼梁

一

柱部材の _{弾 性}剛性で除し た epcの比で表 し た。 1

．

5M 呶 トo o

．

5 OD 　 o1

．

5M 賑 レ0 c5 oo 　O 5 1

．

5 ⊥ Mpc1

．

O 0

．

5 　 　 　 o

．

0 10 　 　 　 15　 　 　 0 　 e／epc 　 　 　 15 　 M 　 Mpc1

．

o o

．

5 5 10　 　 　 15　 　　 0 　 日／epc 　 　 　 o心 　 　 　 2e　 　 　o　 　 　 le 10 　 　 　 20　 　 　 0 　 　 　e／ePt 　 　 　 e／epe 　 　 　 　Fig

．

7 鋼梁

一

柱の M

一

θ関係 5 10　 　 　 15 　 e／ep

・

10 　 　 　 20 　 　 　 e ／転

一 124 一

　Fig

．

7から分か るよ うに

，一

端 曲 げモ

ー

メ ン トを受 け る B2 の 方が両 端 曲げモ

ー

メ ン トを受ける B1 よりも 粘り強い挙 動を示 す。 また

，

いずれ の場 合 も断 面 温 度が 高い程

，

ま た細 長 比が大きい程 M

一

θ関 係は低 下し

，

同

一・

_{の細 長比 λ}

_，

_{軸 力比 PIPy では}

_，

　 SS　41 _{（破 線 ）の方}

　　

IpM

．

_（

M

_（

M

_（

圃

SM5

。 λ・

30

　　

1p

Ip

言

50505 匹 α ー

11

_，

22

需

一

50505 σ 2a 　 P／Py

＝0・

3

　　↓

PM

（　 　

　　

♀

1

　　

：

き

　 　

．

5

四

　 　 　 　

20

（℃）　 　 　　

國

SM5 。　 X・30　 P／Py

・

。

・

3 　 　 　 Fig

．

8　鋼 梁

一

柱の変形 図 が

SM

　

50

_{（実 線 ）}よりも若 干粘り強い挙動を示し て い る。

　

さ らに

B2

の よ うに

_，

_{常 温}で全 塑 性モ

ー

メ ン ト

M

． を超え て粘 り強い 挙 動を示す鋼 梁

一

柱 部 材で も

，

鋼 材 温 度 が 500℃ か ら

600

℃ に な る と

，Fig．

7の よ うに細長 比が30程 度で は脆い挙 動 を示す 場合が あ り

，

両 端に_曲 げモ

ー

メ ン トを受け る

B

ユの場合と同様の設計上 の配 慮が必 要とな るこ とに注 意す る必 要が あ

．

る

。

　こ の こ と は

Fig．

8の_変形図に も表れてお り

，

　

B

　

2

の_場 合の断 面 温 度

20

°

C

で は曲げモ

ー

メ ン ト荷 重が加わ る側 の材 端に変 形 が 集 中す るの に対 して

，

断 面温度 600

°

C

の場 合に は大きな_変形は_部材の_{中央 寄}りに_生じてお り

，

両 端 曲 げモ

ー

メ ン トを 受け る

Bl

の挙動 と似 通っ て い る

。

　 Fig

．

9の縦 軸の最 大 曲げモ

ー

メ ン トは_，　

B

　1の_場合は Fig

．

7で▽印を付けて い る常 温の曲 げモ

ー

メ ン

．

トの耐 力

Mv

を用い

，

　 B　2 の場 合は常 温で の全 塑 性モ

ー

メ ン ト

M

．。 を用い て無 次 元 化 し て い る。 また， Fig

．

9の横 軸は 修正細 長比 λ

＝

λ／λ。 （こ こ で λe は限 界 細 長 比 ）で表し てい る

。

　図 よ り 鋼材温 度 400

°

C

か ら450

°

C

で はSS　41 の最 大 曲げモ

ー

メ ン トは

SM

　50の そ れ を下 回る が

，500

℃ か ら

600

℃ で は

SS

　

41

と

SM

　

50

の最 大曲げモ

ー

メ ン トは ほ ぼ

一

致 してい る

。

ま た

，

常 温 時の軸 力 比や細 長 比が大 きいほ ど常温時の

M

_{。 。}や

Mv

か らの低 下が著 しい こと が分か る。

　

こ こ で

，

塑 性設 計で用い る 過 荷 重 時荷重係 数の値を

文

献 11＞に示さ れ て い る 1

，

65と仮定す る と

，

常 温 時で外 1

．

0 　 　

譱

1

．

o

箭

e5 °5 ゜ 僧210 ⊥ 晦 es ゜ 男2 03o

．

4 　 e

．

o o

・

sI 　　　o

’

t 0104 10

最

o

．

5 03 10 　 　 譱 C5 　 ぴo ° ‘ 　 　°

・

sx 　 　c21e ⊥ 呶 a5 　 　 　 co 　 　 　ao °5x 　 °2 　 °

・

コ 　 ゜‘ 　 °5T 　 °

』

2 　 　 Fig

．

9　鋼 梁

一

柱の高 温 時の最 大 耐 力 03 　　 　 　　 04 　 　　 　 　05 　 　 　 天 0

．

3　 　　 　 04051

一

₁₂₅

一

10 ⊥ θ卩c 5 0010 100　 　　　200　　　300　　　　400　　　　500　　600 　 　 　 　T〔

°

C） 10 ⊥ θPこ 5

画

SM50 λ＝30PIPy ＝O

．

3

一

一

一

一

eep

−

_eepc M／M▽　

＝

α6　　0

，

4 00 10 θ 飯 5 00100 　　　200　　　3DO　　　40Q 100　　　　200　　　　300　　　　400　　　　500　　　600 　 　 　 　T （

’

C〕 e θpc 5

國

SM　50 入

≡

30P ／Py　

＝

o

・

3

一

一

一

一

e叩

一

_eepc 　 　 　 0 　500　　600　　　　　0　　　　100 　 　 T（

°

C） Fig

．

10 鋼梁

一

柱の θ

一

T 関 係 200　　　300　　　　4eo　　　　500　　600 　 　 　 丁1℃ ） M

・

_（

o

．

6Mワ

iP

M

_（

’

iP

M

・（

M

層

o

．

4M

▽

σ …

，

_．

…

炉

250‘

国

C｝　 　 　1

・

350【℃

．

_一

_{300 400}

．

　

　

　

層

　

　

．

　

　

圏

．

350　 　 　　 　 　

圏

一

400 　　　　　　1450500 ： 443　　 　　 　　1517 ： 丶　 　 　 ： 3

．

　

　

．

　

　

　

卩

　

　

．

： … M

_（

［亟

］

　

SM50



λ

＝

30 M

・

_（

O

・

6Mpc P P／Py

＝

0

・

31pM

・ （

0

・

4Mpc 　300（

’

C） 350400450503

（

▽

「

ふ

M α M

_（

M

．

　

_（

0

・

2Mpc

・

350（℃ ） 4004505ee

・

549

［

B2

_］



SM50



λ＝30

　

P_／Py

＝

O

．

3 　 　 　 Fig

．

11 鋼 粱

一

柱の_変形図

iP

Ip

3so｛℃］

2

量

8

蕁

98S72

k

。

lo 　 　 　 　1 400｛

’

C）

．

急

き

8

．

1

_認

m］

」

．

， 0　　　　2 荷 重に対 し て ぎ り ぎ り に設 計 され た部材の_場合

_，

_{鋼材 温} 度の上 昇に よ り耐力 が常 温 時の O

．

6 倍まで低 下 すると 強 度 的な 問 題が生 じ るこ とに なる

。

こ の温度は

Fig．

9か ら分か る よ う に

．

細長 比に よっ て かな り異なり

，

450℃ か ら600℃ の間で変 化す ること が分かる。

　

§

6．一

定 外 荷 重

，

漸増温度状 態での鋼 梁

一

柱の 変 形挙 　 　 　 動 　 こ こで は

，

Fig

．

1に示す鋼 梁

一

柱部材に

一

定の軸 力

P

および

一

定の 曲げモ

ー

メ ン ト荷 重

M

が 同時に加わ っ た 状 態で

，

部材温度

T

が徐々 に上 昇する_場合の _{変形 挙 動} を求める

。

そ して_， 温度に よる鋼 材の応 カ

ー

ひずみ関 係 の劣 化および高 温ク リ

ー

プ 現象が鋼 梁

一

柱の変 形 挙 動に 及ぼす 影 響 を調べ _る

。

　

計算 例に は_，

Fig．

1の_{例 題} Bl

_，

B2 _{そ れ ぞ れ に対して}

_，

二種 類の鋼 材

SS

　41お よ び

SM

　50

，一

_{種 類}の_{細 長}比 λ

＝

₃₀

_，

三種 類の軸力 比

P

／Py　

＝

・

O

．

2_， 0

．

3

_，

0．

4

，

三種 類 の曲 げモ

ー

メン ト荷重比 （B1 に対 し て は

M

／

Mv

　

＝

O

．

　2

，

0

．

4， 0

．

6

，B2

に対 して は MIM ． ＝

O．

2，

I

　

O．

4

，

0

．

6），

鋼 材温度は 120分間に 0℃ _{よ り}600℃ まで線 形に上 昇 す るFig

．

3の

U −TYPE

を設 定し た

。

　計 算は所 定の軸 力

P

お よ び曲げモ

ー

メン ト荷 重躍 を 加えた_後

，

こ れ ら の外荷重を

一

定に維 持し た_状態で_鋼材 温 度

T

を 上昇させ る方 法で_行っ た_。 な お

，

0℃ か ら 20℃ _までの_材料特性は20℃ の値 を用いた

。

　

また

，

高温 ク リ

ー

プの影 響を調べ _{る た め}に

，

すべ て の 例題で高 温ク リ

ー

プひずみ を考 慮す る弾 塑性ク リ

ー

プ解 析 と考 慮し ない弾塑性解 析の両 方 を行っ た

。

　

計 算 結 果の う ち

，Fig，

10に軸 力 比

P

ノ」

Pu

　

・

O

．

3の場 合 の材 端回 転角 θの_{温 度 歴 を} ，

Fig．

11に軸力 比

P

／

Py ＝

一

₁₂₆

一

　 4 虹

　

e。p， e・・

可

　　

　　

　　

　

2 1 ₁ O_O 300　　　400　　　500　　　600　　　　300　　　400　　　500　　　600 　 　 　 T（℃）　 　 　 T（

°

C〕 　 4 堅 eep 　 3 2 1 　 4eepceep 　 3 2 1 0　 　 　　 　 　 　　 　 　 　　0 　300　　　400 　　　500　　　600　　　　300　　　400　　　500　　　600 　 　 　 　T（℃｝　　 　　 　　 　 　　 　　 　 T（

°

C） Fig

_．

₁₂ 鋼梁

一

柱の θ

一

T関 係に及ぼす 高 温クリ

ー

プの影 響 600 丁Cr （℃｝ 騨DO 40Q 3°

 

260eTcr （

°

C｝ 50D 　 　 　 　 　 　 400 3°

亀

、

2 6DO 　　Tcr 　 （

°

C） 04 　 　 　 　 0

．

6 　 M／M▽ 500 40e 1°°

6

、

2600Tcr 〔

°

C） soe 400 　 　 　 300 0

．

4 　 　 　 　 0

・

6　 　 　 　02 　 M／Mpc 0

．

4 　 　 　 　 0

．

6 　 M／Mv Fig

．

13鋼 梁

一

柱の崩 壊 温度 Q4 　 　 　 　 06 　 M ／Mpc

O．

3

の 場 合の変 形 図を

，

Fig

．

12に弾 塑 性ク リ

ー

プ 解 析 に よ る 材 端 回 転 角 θ_。pc と 弾 塑 性 解 析 によ る 材 端 回 転 角 θ。ρ との比 θ。pc／θ。p の温度歴 を

，

　

Fig，

13に は加 熱さ れ た 鋼 梁

一

柱 部 材の崩 壊の おこっ た温 度

T。

。

を示し た

。

　

Fig．10

で は弾塑性 解析の_結果 θ。ρ を破線で

，

弾塑性 ク リ

ー

プ解析 結果 θ_。ρc を 実 線 で示 してい る

。

解 析 結 果 は_， 部 材 温 度が 300℃ 以 上に な る と変形 が徐々 に_{増 大} し

，

450℃ 以 上の温 度で外 荷 重に耐え ら れ な く な り崩壊 する挙 動 を示し てい る

。

また

，

曲 げモ

ー

メン ト荷 重が大 き い ほど崩 壊する温 度は低く な る こ と や_， 実 線と破 線と の差で表 される高 温ク リ

ー

プの影 響は部 材 温 度が450

°

C

以 上で顕 著に な る ことなど が分か る

。Fi9．

11の変 形 図 か ら

，

593

°

C 程 度で崩 壊す る B2 の例な

_ど

は_， 両 端 曲 げ モ

ー

メ ン ト荷 重 を 受 ける

B1

の変 形に近い こと が分か る

。

　Fig

．

12は Fig

．

10の実 線 θ

θ

_ρσの値 を破

ec

　eeρの値で除 し た e。pc／θ。p の温 度 歴であり， 高 温ク リ

ー

_{プひずみ の影} 響を表 し た もの で あ る

。

こ の図に よる と

，SM

　50の 場 合は SS　41の場 合よりも 高 温ク リ

ー

プの影 響が大きい こと

，

常 温 時の軸 力比が大きい場 合ほどクリ

ー

プの影 響 に よる_変形が大き くな る傾 向が ある こと

，

500℃ _以上の 高 温度で は

e

。pa／θ。ρ が2

〜

3程 度になっ て おり

，

こ の 温 度域で は高温 ク リ

ー

プ現象が鋼梁

一

柱 部材の変形に及ぼ す影 響は相 当に大きい こ と などが 分 か る

。

　

Fig．

　13の崩 壊温度は

，

曲げモ

ー

メ ン ト荷 重比 M ／Mv

，

M

／

M

． を横 軸に

，

軸 力 比

PIPy

をパ ラ メ

ー

タ に し て表 して い る。 同 図の実 線は高 温クリ

ー

プひずみ の影 響 を 計 算に考 慮し た弾 塑 性ク リ

ー

プ解 析の結果 Tcr

．

。

ρ

。

であ り

，

破 線は考 慮 し ない弾 塑 性解析の_{結 果}

T

_，r

_，

_．ep で あ る

。

崩 壊 温 度は曲 げモ

ー

メ ン ト荷 重 比 が大きい ほど

，

ま た常 温 時の軸 力 比が大きい ほ ど低く な る

。Fig．

13によ る と

，

鋼梁

一

柱の崩 壊温度の 高温 ク リ

ー

プの_影響に よ る低下は 5

〜

15℃ 程 度で あり

，

本 例の よ う な漸 増 温 度下での崩 壊 温 度に及ぼす高 温ク リ

ー

プの影 響は小さいと言え る

。

　§

7、

鋼 梁

一

柱 部 材の弾 塑 性 ク リ

ー

プ変 形 挙 動に及 ぼ す 温度上昇 速 度の影 響 　§6

．

では鋼梁

一

柱 部 材の温度 時 刻 歴とし て

Fig．

3の

u −

TYPE

の み を用い た。

し

か し

，

耐火被覆さ れ た鋼部材 の温度 時 刻 歴は火 災 室の温度 時 刻 歴，耐火被覆材の性 能， 鋼 部 材の熱 容 量などに影 響 を受け る ので

，

鋼材の温 度 上 昇速 度もい ろい ろ な場 合が考え られ る

。

こ こ で は温度 上 昇速度の違いが鋼 梁

一

柱の_弾塑性ク リ

ー

プ挙動に及ぼ す 影 響 を調べ _る

。

　計算 例に は，

Fig．

’

_1の 例題

B1

，　

B

　2そ れ ぞ れに対し て， 高温 ク リ

ー

プの影 響が比較的 大きい

SM

　

50

材

，

部材の 細長 比 λ＝ 30

，

軸 力_比

PIPy

＝

O．

3

，

曲_げモ

ー

メ ン ト比 は MIMv _，　MIMpc

＝

O

．

2， 0

．

4， 0

．

6を 設定し た

。

　 鋼 部 材 温 度 の 時 刻 歴 は Fig

．

3 に 示 す F

，

　 u

，

　 s

−

TYPE の 3種 類を用い る

。

　U

・

TYPE _{は §}6

．

で用いた温 度時 刻 歴 で あ り

，

F

−

TYPE は60分 間で 600

°

C に

，

　

S・

TYPE

は

180

分 間で

600

°

C

に 上昇す る もの で あ る

。

し た がっ て

，

温 度 上 昇 速 度 は

F ・

TYPE

で

T ＝：

10

一

₁₂₇

　

一

10 ⊥ ep⊂ 5 oo100 　　　　200　　　300　　　　400　　　　500　　600 　 　 　 　了（℃ ） 10 ⊥ epc 5 Oo

圃

5M　50 λ

＝

30PIPv

＝

_O

・

₃

一

幽

”

_eep

−

eep匸 M／Mpc

昌

O

・

6 SUF

「

ρ

100　　　　200　　　　300　　　　400　　　　500　　　1iOO 　 　 　 　T（℃ ） Fig

．

14　鋼 梁

一

柱の θ

一

T関 係 　 5 壓 eep 　 4 3 2 1 　 5 壓 eeP　 　 4　 　 　 　 　 　 　 　 3 2 1 o　 　 　　 　 　 　　 　 　 　　 o ヨOO　　　400　　　500　　　600　　　　300　　　400　 　　500　　　600 　 　 　 τ（℃ 〕　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　 T（℃） Fig

_．

_{15 鋼 梁}

一

_柱の θ

一

T

’

関 係に及ぼ す高温 ク リ

ー

プの影 響

（℃_ノ分）

_{，U −TYPE}

で T

；

5 （℃ ／分）

，

　

S

−TYPE

で T

＝・10_／

3

（℃_／分）_{と な る} 。 　解 析 結果 と して_，

Fig．

14に例 題

B1

，　

B

　2の材 端 回 転 角 θ の温 度 歴を

，

ま た

Fig，

15に

B1 ，

　

B

　2の弾 塑 性ク リ

ー

プ 解 析 結 果 θ。p。 を弾 塑 性 解 析 結 果 e。ρ で除し た もの の _{温 度 歴}を示 し た。 Fig

．

14か ら

，

当 然の こと な が ら 温 度上 昇が 遅い ほ ど同

一

温度での変形量 が大き く な り

，

わ ずか つつ で は あ る が部 材 温 度上昇が遅い ほど崩 壊 温 度は 低く な るこ と が分か る。 ま た Fig

．

］5か ら

，

部 材 温 度 上 昇 速 度の違い による変 形 量の _差は

，

500℃ _以

1

二で急 激に 大き く な ること が 分 か る

。

　§

8．

梁の押し出しを受け る鋼 梁

一

柱の変 形挙

．

動 　こ こ で は_，

Fig．

2に示す例題

Dl

，　

D

　2を用い， 加 熱 さ れ た梁材の熱 膨 張に よ る押 し出し が鋼 梁

一

柱 部 材の変 形 挙 動に及ぼ す影 響 を調べ る

。

§2

，

で述べたよ うに

，

梁 の熱 膨 張は自己ひずみ の

一

種であり

，

単 純 塑 性理論に基 づ く_極限 解 析に よる崩 壊 荷 重には影 響 を 及ぼ さ ない。 し か し， 本 論 文の鋼 梁

一

_{柱 部 材の変 形 挙 動 解 析には変 位と} 軸力に よ る二 次 効 果が考 慮され て お り， 熱 変 形の影 響が まっ た く無いとは言え ない ので

，

数 例につ きそ の影 響 度 を調べ _る

。

　火 災加熱を受ける_{鋼構造 骨組}の熱 応 力挙 動は_{， 梁}部 材 と柱部材の_相互作用 とい う側 面が強く表れ る の で

，

柱 部 材 だけを単 独に取り出した計 算モデル で こ の挙 動 を 厳 密 に表すこ と は困 難で ある。 こ こ で は

，

柱 部 材だ けで構 成 され る単 純な計 算モ デル により

，

梁 部 材の_押し出し を受 け る柱 部 材の挙 動を 近 似的に表現 す ること に し

，Fig．

2 に示す解 析モ デル

D1 ，

　

D

　2を考 案 し た

。

こ の例は 2本 の_{鋼 梁}

一

_{柱 部材}を直列につ ないで構 成し たもの で あ り_，

一

_定の外 荷 重

P ，M

を加え た状 態で部 材 温 度 T を 上 昇 さ せつ つ

，

梁材の押し出 しに相 当する水 平 変

．

位 Wa（T） を

A

点に加え る もの である

。

_{監 （T ）}は部 材 温 度 丁 の 1e

2epc

5 Oo100 　　　　200　　　300　　　400　　　　500　　6QO 　 　 　 　T （

°

C） 10 皇 ep⊂ 5 Oo100 　 　 200　 　 300　 　 400　 　 500　 　600 　 　 　 　TC

“

C） Fig

．

16 水 平 変 位を 受 け る 鋼 梁

一

柱の θ

一

T閧係

一

₁₂₈

一

関数と し

，

次式で表す。 　 　 　 既（

T

＞＝

k ・

_α（T_）

・

L

…・

・

…一

・

・

……一 一 ・

・

・

・

…

_（2_） 　こ こ で

，k

’

は定数

，

α（

T

）は鋼 材の伸び率

，

　

L

は柱 長 と す る。 本 例で は

k＝0．

O，3．0

の二種 類を用いた

。

鳶

＝

0．

0

は梁の_{水 平}方向押し出し が ない場 合であ り

，k＝

3

．

0 は_{柱 部 材 長}

L

の 3_倍の_長さ を持つ _{梁 部 材}の _{自由 熱 膨 張} 量 を

A

点の水平強制 変位と し て加え ること に

対

応す る。 なお_，鋼 材は

SM

　50

，

細 長 比 λ＝

30，

_{軸 力 比}

P

_／

Py

＝

0，

3，

曲 げモ

ー

メ ン ト比 M 〃Mv ，　MIM ρc

・

＝

O

．

2， 0

．

4， 0

，

6， 部 材 温 度 歴は

U ・

TYPE

を 用い る

。

解 析 結 果の う ち， Fig

，

16 に A 点の 回転 角 θ の温 度 歴 を

，

　

Fig．

17 に変 形 図の例を_， Fig

．

18に上下 梁

一

柱 部 材の A 点 側の材 端 曲 げモ

ー

メ ン トMu

，

職 の温 度 歴 を示 す。 　Fig

．

16の実 線は h

＝

3

．

0の場 合

，

破 線は k

＝

0

，

0の場 合の結 果を示し て い る

。

実 線は_， 梁の押 し出し の影 響に よっ て比 較 的に低い温 度 状 態か ら破 線よ り大き な値に なっ て い る

。

しか し_， 柱が不安 定にな り崩 壊する挙動は 両 者ともほとんど同じ時 点で起っ てい る

。

こ の ことは_， 梁 材の押し出 しは比 較 的 低い温 度 域での鋼 梁

一

柱 部 材の P 回 ． P

　　

2MC

°

C｝　 　o100200300 Fig

．

17　 水 平変 位 を 受ける鋼 梁

一

柱の変 形図 國 変 形 量には か な り影 響 を 及ぼ す が， 高 温での崩 壊 挙 動に 及ぼ す影 響は小さいこ と を示し てい る

。

　 Fig

．

17の 変 形 図か ら， 梁 部 材の水平方 向の押し出し に より鋼 梁

一

柱 部 材に はせ ん断 形の_変形が生 じ

，

崩壊 時 に は外 荷 重 P

，

M に よる変 形が それ に重なっ て現 れ る こと が分か る

。

　

Fig

．

18の材 端 曲 げモ

ー

メ ン トの 図か ら は

，

比 較

_的

低 い温度か ら梁

一

柱 部 材は非 弾 性 挙 動を示すこ と や

，

崩 壊 時に は部材の曲 げモ

ー

メ ン トは初 期 状態の 曲げモ

ー

メ ン ト値まで劣化して いること な ど が分か る。 　 §9

．

結 　び 　 本 論 文では

，

鋼 構造建 築 物の_耐火設 計に必要な鋼 梁

一

柱 部 材の高 温 時 挙 動に関す る

一

資料を得る目 的で， 高温 時の建築 用 鋼材の応 カ

ー

ひずみ関係の劣化

，

高温ク リ

ー

プひずみの発 生

，

お よ び梁 部 材によ る鋼 梁

一

柱 部 材の押 し出し な どの影 響の分 析に着 目し たい くっ かの数 値 解 析 を試み た

。

こ れ ら の解 析 結 果や導か れ た結 論は以 下の よ うに要 約さ れ る

。

　（1 ）

一

定 温 度

，一・

定 軸 荷 重 状 態で の鋼 梁

一

柱 部 材の M

一

θ関 係を調べ

，

常温時の軸力 比 や細 長比 あ るい は鋼 材 温 度 な ど が

M 一

θ 関 係の最 大曲げモ

ー

メ ン トの 低 下に 及 ぼ す影 響を示し た

。

　（2 ） 常 温 時で は粘り強い挙 動 を示す

一

端 曲 げモ

ー

メ ン ト荷 重を受ける鋼 梁

一

柱 部 材で も

，

高温時に は応 カ

ー

ひ ずみ関 係が劣 化する ため最 大 曲 げモ

ー

メ ン トが低 下 する とと もに

，

M

一

θ関 係の形 状 その もの も両 端 曲 げモ

ー

メ ン ト荷 重を受け る場 合と類 似し た比 較 的 脆い挙 動を示す よ うに な る場 合がある。 　 （

3

）

一

定 外荷重

，

温度上 昇 速度

5

（℃ノ分〉の漸 増 温

・

度 状態の鋼 梁

一

柱 部 材の挙 動解析 結果 よ り

，

高 温ク リ

ー

プの影 響はSS　41に比 較 して SM 　

50

の_{場 合}が大き く表 れ ること

，

常温時の軸 力比 が大きい場合ほど高温 ク リ

ー

プの影 響に より変 形 量は大き く な る傾 向がある こと

，

500℃ _以上の温度 域で は θ_。p，／θ_。p が 2

〜

3に達す る の で_， この温度 域で は高 温ク リ

ー

プ現 象が鋼 梁

一

柱の変 形に及 Mu

，

LMpc 1

．

O 0

．

5 o

．

o

一

_〇

_、

₅

一

₁

_．

₀ 　 0100 Mu

．

LMPC 1

．

0 200　　　300　　　400　　　500　　 6QO 　 　 　 T（℃ ） O

．

5 0

、

0

一

〇

．

5

一

10 　 0100 　　 　200　 　 300　 　　400　 　 500　　 600 　 　 　 　T（℃ ） Fig

，

18

　水平 変 位 を 受け る鋼 梁

一

柱の曲げモ

ー

メン トMu

，

　M，の温 度 歴

一

₁₂₉

一

ぽ す影 響は か な り大きい こと などが示され た。 　ま た

，

高温 ク リ

ー

プの_{影 響}に よ る鋼梁

一

柱の崩 壊 温 度 の_{低 下}は本例の場合 5

〜15

℃ 程 度と なっ て お り

，

本 解 析例に_関する_限り崩 壊温度に_及ぼ す高温クリ

ー

プの影 響 は小さい

。

　 （4）

一

定 外 荷 重

，

漸 増 温 度 状 態で の鋼 梁

一

柱 部 材の 挙 動に及ぼ す温 度上昇 速 度の影 響は

，

部 材 温 度が 500℃ 以上に な っ た時 点で大き く表れ る ようになる。 　 （5 ）二本の鋼 梁

一

柱部材を直列につ な ぎ

，

_中央の接 合点 に水 平 方 向の強 制変位を加え る解析例に よ る検 討の 結果， 鋼 梁

一

柱 部材の挙動に及ぼ す水平方 向押し出しの 影 響は

，

変形量 その もの に は比較的低い 温度域か ら大き く現れ る が

，

高温時で崩 壊 挙 動が起こる時 点では

，

ほ と んどそ の影 響は見ら れ ない。 参 考 文 献

1）　Furumura

，

　F

．

　and　Shinohara

，

　Y

．

：InelasticBehavior　of

　 　protec亡ed　

Steel

　

Columns

　in　

Fire，

　IABSE　

10

亡

b

　

Con−

　 gress

，

　

Japan

，

　Final　Report

，

1976

．

9

，

　pp

．

193

−

198

，

2）　S

．

Eggwertz：Creep　buckling　oI　a　steel 　column 　in　a

　 　Temperature

．

tirne　history　simulating 　a　fire

，

　IABSE 　10　th 　 　Congress

，

　Final　Repert

，

　Tokyo

，

　pp

．

189

−

192

，

1976

．

3） Fttjimote

，

　M

．

，

Furumura

，

　F

．

，

Ave

，

　T

．

　and 　Shinohara

，

　 　Y

，

：Primary　Creep　of　Structura］Steel〔SS　41）at　High 　 Te皿peratures

，

　Tlans

．

　of　A

．

1

．

」

．

，

No

．

2g6

，



0ctober

，

　 pp

．

145

−

157

，

　1980

．

4）　Fujimoto

，

　M

，

，

Furumura，　F

、

　and　Ave

，

　T

．

；Primary

　　Creep　of　Structural　Stee1_（SM　50_）at　Hlgh　Temper

一

　 　atures

，

．

　Trans

．

　 of 　A

．

1

．

　

J

．

，

　No

．

306

．

　Augus

．

ヒ

，

　_pp

．

148

−

　 　 156

，

　1981

．

5｝Furumura

，

　F

．

，

Ave

，

　T

．

，

Kim

，

　W

．

　

J．

　and　Okabe

，

　T

．

： 　 　Nonlinear　Elasto

−

Plastic　Creep　Behavior　of 　Structura旦 　 　 Steel　under 　Continuously　Varying　Stress　and　TempeT

−

　 　ature

，

　

J．

　of 　Strnctutal　and 　CQnstructic

・

n 　ElLglneering

，

　 　Trans

．

　of　A

．

1

．

J．

，

No

．

353

，

　pp

．

92

−

102

，

　

July

　l985

．

6）　Futumura

，

　F

．

，

and　Ave

，

　T

．

；Creep　BuckLing　of　Stee且 　 　Columns　at

．

　High　Ternperatures

，

　Part　l　Development 　of

　 　Creep　Buckl｛ng Test　Apparatus

，

Trans

．

　of　A

．

1

．

J．

，

　 　No

．

344

，

　_pp

．

164

−

173

，

0ctober　1984

．

7）Furumllra

，

　 F

．

，

　 Ave

，

　 T

．

，

　 and　Kim

，

　W

．

　

J．

：Creep

　 　 Buckling　of　Steel　Colurnns　at　High　Te皿peratures

，

　Part 　 　2Creep 　Buckling　Test　and 　Nume ［ical　Analysis

，

　

J．

　of

　 　Structural　aIld ConstructionEngineering

，

Trans

．

of

　　 A

．

1

．

亅

．

，

No

．

361_，　PP

．

142

一

ユ51_，　March 　1986

．

8）　Y

．

Anderberg

，

　N

．

E

．

　 Forsξn

，

　and　B

．

　 Aasen _：Mea

．

　 　 s μ red 　and 　Predicted　Behaviour　of　SteeL　Beames　and

　 　Colu皿ns 　in　Fire

，

　Fire　Safety　Science

，

　Pr‘）ceeding 　of 　 　 the　First　Intemationa且Symposium

，

　pp

．

259

−

269

，

1985

．

9） 古村 福次郎

，

安 部武雄

，

岡部　猛

，

金　和 中；火 災温度 　 　 域 を考 慮し た鋼 材の単 軸 応 カ

ー

ひずみ関 係 式 とその鋼 構 造 　 　骨 組 熱 変 形 解 析へ _の適用

，

日本建築 学 会 構 造系論 文 報 告 　 　 集

，

第 363号

，

pp

．

110

−

117

_，

昭lin　fi1年5_月

．

lO） 古 村 福 次 郎

，

右田健 児

，

安部 武 雄

，

岡 部　猛

，

金　和 中 　 　 ：_{塑性設 計}さ れ た鋼構 造骨組の弾 塑 性ク リ

ー

プ熱 変 形 挙 　 　 動

，

日本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 報 告 集

，

第368 号

，

　 　pp

．

68

−

77

，

昭和61年10月

，

11_）日本 建 築 学 会 ：鋼 構 造 塑 性 設 計 指 針

，

昭 和51年 7月

，

第 　 　 1版 第 2刷

．

一一130−・

一

SYNOPSIS

UDC:614.841.41:691.71

A

STUDY

ON

IN-PLANE

ELASTO-PLASTIC

CREEP

BEHAVIOR

OF

STEEL

BEAM-COLUMNS

AT

ELEVATED

TEMPERATURES

byDr. FUKUJIRO FURUMURA, Professorof Tokyo Insti:

tute of Technology, Dr. KENJI MJGITA, Professor of

Kumamoto University,Dr.TAKEO AVE, Associate fessorof Tokyo Instituteof Technology, TAKESHI OKABE, ResearchAssociateof Kumamoto University,

and Di.WHA JUNG KIM, Associate Professor of Kyung

,

Pook University

(KOREA},

Membgrs of.A,I.

J,

Numerical studies on the elasto-plastic crhep thermal

deformation

behavior

of steel

beam-coiumns

at elevated

temperatures are carried out to_getinformation

for

the

fire

safety

design

of steel

frames.

The combined nonlinear analysis method by the one-dimensional finiteelement technique isadopted to

simu-late

the

beam-column

behavior,

in which the mechanical model of steel material atcontinuously varying tempera+

ture _proposed

by

F.

Furumura

in

Ref.

₅₎isused.

The slenderness ratio, the axial

load

ratio, and the moment load ratio of steel

beam-columns

are selected for

analytical

_parameters.

The

infLuenceof the reduction of mech'anical _propertiesand the increaseof creep strain insteel materials at

high

temperature on the

behavior

of steel beam-columns and the influenceof the

_beam

_pufihingaction on

the,col-lapse

temperature of

beam-columns

are investigated,