【論 刻
1UDC
；624−
072．
33 ：624．
014．
2；539．
384 日本 建 築 学 会 構造 系 論 文 報 告 集 第 372 号・
昭和 62 年 2月角形 鋼 管
の
局
部
座
屈
性 状
と
幅厚
比
評
価
に
つい て
正 会 員 正 会 員木 村 衛
＊金
子洋 文
＊・
＊1．
序 鉄骨部材の塑 性 変 形 性 能 を 決 定 する要 因の一
つ に局 部 座屈が あ り，それ に対 して幅 厚 比 制 限が設け られて いる。
こ こ で対象と す る角 形 鋼 管は， 溶 接 組 立 箱 形 断 面 材と異 なり，
冷間成 形に よ り断 面の角 部に曲 率の あ る形 状を し てい る。
と．
こ ろ で， 角形鋼 管の幅 厚 比 評 価 方 法とし て，
全幅を と る場 合と平板部分の幅 をと る場 合の 二と お りの 考え方 が ある。
こ れは，
角 部の局 部 座 屈に対す る拘束効 果は認め られ るが，
どの程 度 有 効であ る か が 明確に示さ れ て お らず，．
また，
それに関 する研 究 もほ と ん どみ られ ない ためで，
幅 厚 比 評 価 方法の統一
的な見 解が示さ れ て い な いと考え ら れ る。 し た がっ て，
角 形 鋼 管の幅 厚比評 価方法を検討する上 で，
角 部あ曲率半径の大き さ が局部座屈性 状に及ぼ す拘 束 効 果を明らかにす るこ と は重 要な問 題である。
本 研 究 は，
軸 方 向圧 縮 力 を受け る短柱の局部座 屈性状に着目し， 任 意の角 部の曲 率 半 径の大き さ を有す る角形 鋼 管と箱 形 断 面材の耐 力・
塑 性変形 能力を比較す るこ とに よ り，』
角 部の局 部座 屈に及ぼ す拘 束 効 果お よ び角形鋼管の幅厚 比 評 価 方 法につ い て解析的に検討し たものである。
な お， 局 部 座 屈 挙 動に敏 感な初 期 不 整，
特に初 期た わ み につ い て実 測し， 解析に反映させ るとと もに一
部 短 柱 試 験 結 果 と対 応さ せ てい る。
2．
解 析 仮 定・
対 象 局部 座 屈 挙 動を 追跡し，
そ の終局 耐 力，
変 形 能 力 を把 握する ために は，
幾 何 学 的 非 線 形 性と材料非線形 性 を同 時に考 慮 する必 要が あ り，
こ こ では，
増分理論に基づ く 有 限 要 素 法によ る解析を実施 してい る文1 ）・
文Z ｝。
解 析モ デル は
，
角 部の曲 率 部 分と平 板 部 分を有す る角 形 鋼 管，
平 板 部 分のみの箱 形 断 面 材お よ び円形鋼 管で あ る。
解 析 対 象は， 全 幅 D と高さ が等し く，
その形状の 対 称 性か ら Fig．
1に示 す 1／8の部 分と す る。 要 素 分 割 方 法は角 形 鋼 管と箱 形 断 面 材におい て図 に 示 す と お り で ある。
円形 鋼 管につ い ては挿入 図に示 す よ うに分 割 して いる。 要素分割数は， 材軸 方 向6分 割， 周 方 向12分 割 と し ている。
両端単純支 持の解 析モ デル につ い て，一
様 変 位 制 御に よ り軸方 向圧縮 力を加え る。
境 界条 件はFig、
2に示 す よ うに， 端 部におい て並 進 成 分は固 定， 回 転 成 分は接 線 方 向 を 自 由 とし，
対 称 切 断 面におい て並 進 成 分は π 1，
π、，
π、平 面 上 自由， 回 転 成 分は π、，
π 2，
π 3平 面の法 線 方 向 自由で ある。 各 解 析モデル に対す る 元 た わ み形状は，Fig．
3
に示す よ うに箱形断面で は 隣 り 合 う 板要 素が 凹 凸 と な る 場合 （A1
タイ プ），
円 形鋼管で は全体に外側へ 凸の場合 （A
2
タイ プ），
角 形 鋼 管で は両 方の場 合 を考 慮し，
三角 関 数に よ り 設定して い る。
材 料の応 カー
ひずみ関 係はbi−
linear
形と し， ヤン グ率E ＝
2100 t／dmz， 接 線 係 数 E， D1
．
β
D− ．
t コー
登
Cir⊂
ulqr／
里／．
，
forHol【owSec
l
Fig
．
1 0bject of Analysis，
SubdiVision into Finite E且eme．
ments砂
本 報 告の一
部は文献5），
6｝にで発表した。
t 竹 中 技 術 研究所 主任研 究員・
工 博 ＊＊ 竹 中 技 術 研 究 所 研 究 員・
工博 〔昭和61年9月26日原 稿 受 理 ｝一
X
1疊
「
」
「
隔
一
、
一
、
、
、
、
3 兀 ー
Z
「
Y帽
「
！
一
！
「
／
一
！
「
！
’
〆
一
〆
！
Al
A2
‘0）Squore Ho【bw
Sectlen
AI A2
（b〕Box Section 【c）Circut回r HeLLew
Section
Fig
．
3 1nitia監Def！ectionsは E／lOOと する
。
な お，
局部 座屈性 状に及 ぼ す影 響に つ い て角 部の寸 法の み に着 目する た め残 留 応 力は無 視し て いる。 3．
元た わ み3．
1 元 た わ みの実測 角形鋼 管の元た わ み量 と形状を実測し た。
試験体の形 状 寸 法 をTable
1に示す。
試 験体IA
は通常使用さ れ る 角 形 鋼 管であ り，
試 験 体IB
は試 験 体IA
の角部の曲 率 半 径よ り も大きい特別に製 作し た角 形 鋼管で あ る。
試 験 体IC
は箱形 断 面 材で ある。
試験 体長さ は全幅とし た。
元 た わ みの測 定点は Fig．
4に示 すメ ッ シュ の交 点で行 い，
平板部 分の み を測定し た。 測 定方法は，
試験体を定 盤 面か ら平行に離して設 定し，
そ の隙 間に変位計 を 滑ら か に移 動させ， 各 測 定 点と定 盤 面との距離を 測定す るこ とによ り行っ た。
元た わ み形 状 をFig．
5に示す。
Fig．
3に対 応するA
タイ プの他B ，C
タイ プがみ ら れ た。 角 形 鋼 管は主に B タイ ブで あ り，
箱 形 断 面 材は主に A タイ プであっ た。 角 部の曲 率半径を大き く し たもの はいずれの タイ プに も み ら れた。Table
1に元た わみ形状の タイ プを示して い る。Fig，
6
は最 大元た わ み 量 w。をヒス トグラム で示し た もの で ある。
横 軸は 元 た わみ量 を板厚 tで除し た値を 示 す。 実 線は各 試 験 体ご とに得 られ た最 大 元たわ み量の 分 布であ り，
破 線は各 面における最大元た わみ量の分布 である。
各 面にお ける最 大 元た わみ量の平 均 値は 孤 ／置 ＝ 0．
076，
各 試 験 体が有す る最 大 元た わみ量の平 均 値はiiiJ
／t＝o．11
で あっ た。 3．
2 局 部 座 屈 挙 動に及ぼす影 響 Fig．
7は短柱圧縮 挙動の解 析 例で あ る。
縦軸に圧 縮 応 力度σ，
横軸に軸 方向ひずみ度E を示し， それぞれ降 伏 応 力 度 ay お よ び そ れ に対応す る ひずみ度εy で無 次元化 している。
解析対 象は，
無 次 元 化 幅 厚 比D
／t・
爾
；一 66 一
Table l Specimeus for Measurerneut of lnitial Deflection
D 七 RInitial De
一
Specimen flection Type
〔 ｝ （ 1 〔mm ） a b c d
層 ＿ 一 噌
工A−
1 3998．
5B35．
9B B B B＿ 一 一
IA−
2 3998．
5B35．
8B一
B B B噌 陶 一 陶
IA−
3 3998．
5835．
9B B B B辱 旧 M 〜
工A−
4 3998．
5835．
8AIAIAIA1一 一
工B−
1 4008，
6396．
4A2＿ 一
A2 A2 A2 IB−
2 3998．
6396．
4 且 C AIA1 ＝皿
一
IC−
1 3998．
670．
0Al＿
C AI一 一
A2一
IC−
2 4008．
650．
0 鳶一 一 一
lA2A2A1¶
IC−
3 400B．
670．
0Al 祉｝ 一 一
AI A1 1c−
4 3998．
650．
0AlAIAIAl一 r ｝ 一
Single Curvature二
D°ub ’e Cu「 vatu 「e 口 Cenvex Outwardly P Convex lnwardly a・
口
・C【oss Sec辷ion b
「
［
「
一
rT
丶
Fig
．
4 Meshes for Measurement of lnitial Deflectionl l l1
1
A1 A2 B
Fig
，
5 Shape of lnitial I）eflectionCfxcx
｝10．
0
5D
0
．
O
丶 ＼ ＼ ＼llII
寸 ／ ／ ／ ！ ／ ノ ／0．
076
一
Each Specimen一一一
EachSide
d，
＝O．
03B Ur＝O．
046
丶 ＼ ＼ 丶 ＼ ＼0．
110 丶0
，
0
0 ，
1
0
．
2
WQ ’t
1
．
25，’
角 部め無 次元化曲 率半 径 2「
RID
＝ O．
31の角 形 鋼 管で ある。 こ こ に，R
は曲率半径で あ る。
元た わ み量 ω。は o．
lt お よ び o．
05 t，
元た わ み形 状はFig．
3のA
1お よ び A2 タ イプを 選 ん だ。
ロ
元たわ み量お よ び元 准わ み形 状は， 最 大 耐 力 まで の ひ ずみ量 εmax お よびその後の耐 力 劣 化 性 状に影 響 を 及ぼ ずこと が分か る。 元た わ み形 状が局 部 座 屈崩 壊形状に及ぼ す影 響 を実 験 的に調べ る ため，
元た わ み実測 試 験 体につ い て付 1に示 す方 法に より圧縮 実 験を行っ た。Fig．
8は その 1例でD
／レ研
「三2．04，2R
／D ＝0．
18
の試 験 体IA−
zにお ける荷 重一
た わ み曲線であ る。．
図の横 軸は試 験 体の 4面 （a，
b，
c，d
）の中 央の た わ み で あ り，
正 が外側に凸 の変形を示す。
元た わ み形 状は，
各 面の最 大 元た わ み量 と と もに図中に示すが， a面 を 除い て外 側に凸と なっ て い る。
図に み られ る よ う に，b
面は載荷開始か ら内側に 変形 し， 座 屈モー
ドは4面が交互に凹 凸 と なっ てい る。
最 終の座 屈モー
ドは，
解析例お よび実験例に おいて隣 り合う面が凹 凸と なる同じモー
ドと なっ て お り， 元たわ み形 状に影 響さ れ ない とい え る。 ε が最 小な の は座 屈モー
ドと同じ元た わ み形 状を有す る 場合で あ る。
これ よ り，
解 析モ デル に お ける初 期 条件と して，
円形 鋼 管 を 除き現実的な角 部の曲 率 半 径の範 囲におい て安全 側の評 価と な るA1
の元たわみ形 状を採 用し，
実測 値に基づ き 元た わ み量の最 大 値をω。＝ 0．
1t に設 定す る。
4．
角 部の局 部 座 屈に及 ぼ す影響 4，
1 座 屈モー・
ドFig
．
9は，
幅厚
比D
／t・
ne
＝ ＝1．
25，
角 部の 曲率 半 径 2RID ＝o．
2，0．
4，
0．
6 ， 0．
8の角 形 鋼 管お よ び円 形 鋼 管のつ り合い経路 上の点 ∫‘に おける座 屈モー
ド を示 す。Si
は載 荷 前， す な わち 元た わ み を示す。S2
は降伏 後の降伏 耐力と最大 耐 力の平 均と な る耐 力 点，S3
は最 大耐
力 点， そ、
し て，
S
．は最 大 耐 力か ら耐ヵ
が5
％低下し た点であ る。
2RID
＝o，
2の角 形鋼管の座 屈モー
ドは元たわみ形状 の ま ま た わ み 量 を増 大さ せ て お り， 箱 形 断 面 材の座 屈 モー
ドに等しい。R
が最大 となる 2RID＝
1．
0
の 円形鋼 管 （元た わ み形状A2
タイプ〉に お い て は，
S
、までは 材 軸方向の 中 央で た わみ が最 大と な る が，S
， ，S
、でた わみ の最 大 位 置が端 部 側に移 行す る。
2RID
＝
g
．
4の角 形 鋼 管は2RID
＝0．
2の場 合と ほ ぼ 同 様な座 屈モー
ドであ る。 しか し， 2R ／l）＝
o．
6に な る と，
座 屈モー
ドは変位の進 行に伴い複 雑な モー
ドに変 化 し，Ss
， S，におい て端 部近傍で外 側に はら．
み出す傾向 が 現れ始 める。R
の増 大と ともに 円 形 鋼 管の モー
ドに 移 行して い く様 子が分か る。
4．
2 変形 能 力全 幅に よ る幅 厚 比が
D
／t＝37，
48の角 形 鋼 管につ い σ 可 21．
00．
80．
6o．
4O．
20，
0 0D 2．
0 4，
0 6ρ 6．
0 ∈’εyFig
．
ア Stress・
Strain Curves of Effect of Initlal Deflectien on Local Buck旦ing Behavior
一
4．
O−
20 0．
O』
2．
0 4．
OwA Fig．
8 Load−
Deflection Curves正or Local Buckling MQde
σ
飭
0Fig
．
9 （a｝Points S亘on Stress・
StrainCurves
∈ Fig．
g
（b
）Location
of Models Shown in（c） 盤 00，
2O 、
4
O，
6 0．
8 1、
0s1
［］
S2げ
費
S3
麁
S4
丶
て角 部の 曲 率 半 径
R
の大き さ を変化 さ せ た場 合の 変形 性 状をFig．
10に示す。
縦軸は圧縮 応 力度，
横 軸は軸 方 向ひずみ度 を とっ て い る。
いずれも降伏応 力度を as＝ 2．
4 t／cmt （SS
41｝と し た。
幅厚 比D
／t＝ 48 は 箱 形 断 面 材が降 伏 応 力 度 付 近で局 部 座 屈の生じ る領域 （C
）で あ り，D
／t＝
37は若 干の塑 性変形 能 力が期待で き る領 域 （B）である。
なお，
十 分な塑 性変形能力 を有す る に は D／t≦33の条 件 （A
）が必要と な る文3， 。 角 形 鋼 管で はR
を 増 大 させる と最 大 耐 力お よび最大 耐 力時の ひず み度が増 大し，
また，
最 大 耐 力以 後の耐 力低下こう 配 が 緩 や かになる。 この傾 向は箱 形 断 面 材の幅厚比 を低減さ せ てい く と きにみ ら れ る変 形 性 状に類 似して いる。
Fig．11
は角形 鋼管と箱形 断 面材の 変 形 能 力 を 比 較し たもの である。
横軸は，
角 形鋼 管の場 合 平 板 部 分の幅 厚 比Dn
／t
で示 し た。
縦軸の変形 能 力は，
最 大 耐 力 以 降 の耐 力 低 下 性 状 を 評 価す る意 味で，
最大耐力の 95 ％の 耐 力 低 下 位 置に お ける ひずみ度 e。．
gs で表 して い る。 角 形 鋼 管の変 形 能 力は，Dn
／t
の 減少す な わ ちR
の増 大 により大き く なるが， 箱 形 断 面 材の値から は徐々 に離れ て低く な り，Dn
／t＝
0に おい て 円 形鋼 管の変 形 能 力と なる。 同 図中に は素 材の 降 伏 応 力 度 ay＝
・
3．
3
t／cm2 （SM
50）に対す る結 果を点線で付 記し たが，
素 材 ay‘
2．
4t〆cmZ の場合と比較す れ ば，
ほ と ん ど降 伏 応 力 度 に よる差は横 軸の 降 伏 応 力 度 を考 慮 し た 無次 元 化に よrl
i 無 視でき ること が わ か る。 角形鋼 管の 変形 能 力 μs とそ の平 板 部分の幅 厚 比 を 有 す る箱形断 面材の変形 能 力μB の比 μs／μB を， 半 幅で無 次 元 化し た角 部の曲率 半径2R
／D
に対 して比 較 する。 Fig．
12は，
縦 軸が変 形 能 力 比μ3／μβ，
横軸が角 部の 無 次 元 化 曲 率 半 径 2R ／D
で あ る。 角 形 鋼 管の全 幅の幅 厚 比は箱 形 断 面 材にお け る領 域 （B
）， （C
）に対 応し，
降 伏 応 力 度で無 次 元 化し て示せ ばD
／t・
研
「累
1．
25お よ び 1．
62と なる。R
が大き く な る に従い μs／μs は1 よ り小さ く な る が，2R
／D ＝
0．
3を過ぎたあた り で曲 線は いっ たん 上昇し，2R
／l
）＝＝
O．
5より大き く なる に従い o に収 束す る。 この領 域はFig．
9（c＞に示す よ う に角 形 鋼 管の座 屈モー
ドが箱形断面材の座屈モー
ドか ら円 形 鋼 管の座 屈モー
ドに移り変わ る 分岐 点 2R ／D＝
0．
4−
O ：5 付近 に対 応し て い る。
幅 厚 比の小さい角形 鋼 管の方が，
同じ曲率 半 径におい て変 形 能 力の低 下 率 が 大き く， 角 部 の局 部座屈 に対す る拘束効 果は小さい。
図 中の （○ ）は 短 柱圧縮 実験値付］） で あ る。
そ れに対 応する解 析 値 を （● ） で示す。
実験値は解析 値の性状を よ く示 して い る。 4．
3 等 価 幅 厚比Fig
．
11を参照 して，
角 形 鋼 管の 幅厚 比D
∫，／t・
vaZE7
−
（a 点）にお け る変形 能力ab
と等しい 変形能力厩 を 有する箱 形 断 面 材の 幅 厚 比 を 角 形 鋼 管の等 価 幅 厚 比D
、／t・
VOfZE
’
（d
点 ）と定義する。
一
68
一
立：
l
iii
O．
0Fig
．
10 2．
0
4．
0 6．
0 8．
0 ε’εyStress
−
Strain Curves ofSqua
陀 Steel Tubes w 正th Va−
rious Radius of Cuτvature∈0
．
95 ∈y32
．
0
24
．
0
16．
0
8
．
0
0
ρ0．
0
宀
［］
轟
吶＝2，
4t ’cmZ−一一
σシ冨3、
3t’cm21
畠
島
b D’』 D們’t cRegion ：B
1
・・g・。・ ・C層
1
0．
5
1．
o
甼
1
薯
Fig
．
11 Relationship between Plastic Deformation Capacity and Width−
to−
Thlckness Ratio of Flat Plate Portion施
瓦
1，
0 0．
50．
O
● Analysis O Experiment 9 ．1．
53 el．
521．
126 92、
05軅
・・．
・5♀
珸
・
，… 0．
002
O．
4 0．
6 2R’DFig
．
12 Relationship beヒween Ratio ol Plastic De｛ormationFig
．
13 にこ の 等 価 幅厚 比と角 部の曲 率 半 径 R との関 係を示す。 実 線は等 価 幅 厚 比D。／ t，
破 線は平 板 部 分に よる幅厚 比 Dn ／t で ある。一
点 鎖 線は全 幅に よる幅厚 比D
／t
で あ り，
前 述の と お り十 分な塑 性 変 形 能 力 を 有 す る （A
）領 域， 座 屈が ほ ぼ降伏応力度で生 じ る （C
） 領 域お よびその中 間の （B
）領 域に分 け ること がで きる。
R
が小さい う ちは等価 幅厚比は全 幅によ る輻厚比 にほ ぼ等しい。R
が 大き く な るに従い等価 幅厚比は低下 す るが，
平 板 部 分による幅 厚 比 より大きい。
2R ／D
が0．
6 を越え る付近か ら等価幅厚比の低下が平板部分の評価に 比し て小さ く な る。
し た がっ て， 角形鋼管の幅厚比 を 平 板部 分に よ り評 価す るこ と は危険側と な る。一
般に用い られ て い る角 形 鋼 管の曲率 半 径はFig．
14 に示す よ う な値と なっ ている。
こ こに， 縦軸は曲率半径R
を板厚 tで除 し たもの で あり，
横 軸は板厚 tを示す。JIS
G
3466の規 定 値R
； 3 tに対して ， 板厚が厚くな る と 曲 率 半 径の 大きい角 形 鋼 管が多く な り， 最 大でR ＝
4、
5t 程 度で ある。
Fig．
13に示 す （● ）はR ＝
3t
の位 置を示す。 こ の範 囲で は， 全 幅 評 価に よる （C）領 域 限 界ま た は （B ）領 域 限 界の角 形 鋼 管が角 部の R の効 果 に よ り そ れ ぞ れ （B
），
（A
）領域へ 移行す ること は ない。
し た がっ て，
通 常 用い ら れ る角 形 鋼 管の幅 厚比評 価は全 幅で行うのが妥 当であ ろ うg5．結
び 軸 方 向圧縮 力を受け る 短柱を対 象に，
角 形 鋼 管の角 部 が局 部座屈 性 状に及 ぼ す 拘 束 効 果 を 解析 的に検 討 し，
角 形 鋼 管の幅 厚 比 評 価 方 法につ い て示 し た。 な お，
局 部 座屈
に敏 感 な初 期 不 整，
特に元 た わみ の形 状を実測により 把 握して解析に反 映さ せ る と ともに短柱 試 験 結 果との対 応を試み た。 以下に得られた結果を示す。 （1＞ 角 形 鋼 管の元 た わ み 量 は ほ ぼ 板厚の 10％ 程 度 で あっ た。
な お， 現 実 的な角 部の曲 率 半 径の範 囲で は四 面 交 互に凹 凸の モー
ドとして解 析 的に は安 全 側の評 価 を 得る。
（2） 角 部の曲 率 半 径を増 大さ せ て い く場 合の角形 鋼 管の変形 性 状の変化は，
幅 厚 比 を低 減さ せて い く場 合の 箱 形 断 面 材の変 形 性 状の変 化と類 似し，
曲 率 半 径の増 大 は幅 厚 比の低 減と同等の効 果が認められる。
（3） 角 形 鋼 管の座 屈モー
ドは R の増 大 とともに無 次 元 化 曲 率 半 径 2R ／D≒0，
4−
O．
5を分 岐 点と し て，
箱 形 断 面 材の座 屈モー
ドか ら円 形 鋼 管の座 屈モー
ドに移 行 する。 （4 ） 同じ曲率半径の角 部を有する角 形 鋼 管において は， 幅厚 比の大きい 角形鋼 管の方が，
角部の局 部座屈に 及ぼす拘 束 効 果は大 きい。 （5 ＞角 形 鋼 管と等し い変 形 能 力を有する箱 形 断 面 材 の幅 厚 比 をそ の角 形鋼 管の等 価 幅 厚比 とす れば， 等 価 幅 厚比は平板部 分の幅厚 比よ りも大きい ため，
平 板 部 分の軅
1，
0 ．
0
．
5
0 ．
0
0．
0
＼ ＼ ♪rRegion
：C噛
＼ ＼ 丶 ＼ ＼ ＼ Regbn ：B ＼ ＼ ＼＼ 丶く ＼
丶
ミ ＼ ＼ ＼ ＼ 自egi。n：A ＼ ＼ ＼番
・6・ ＼ ＼ ＼ D。ノt ＼ ＼ 丶 ＼ ＼ ＼一
一
一一
Dfl／t・
＼ ＼一．
−
D’t ● R＝
3t睡
・・5 ＼ ＼ ＼ ＼＼
丶
渓 ＼
0．
2
0．
4
0．
6
0．
8
2R
’D
Fig
．
13 Relatlonship between EquivalenヒWidth・
tQ・
ThicknessRatio and Rad洫s of
Curvature
R τ 4．
o 30 20＼
詮
ノ
Rぴ
八
／＼ ！v
−一
・
、
＼b
．
d ＼，
Ht
1．
O OO lOO 2QO t（mm ）Fig
．
14
Radius o正Curvature of SquareSteel
Tubes generaLly used inJapan
幅 厚 比 評 価は危 険 側と なる。
（6） 通 常 用い られ る角 形鋼管 （角 部 曲 率 半 径 R≦3 ×板厚 t＞で は，
角 部の拘 束 効 果により変 形 能 力が大 幅 に増 大す ることは ない か ら全 幅に よ る幅 厚 比 評 価 方 法が 妥 当である。
参 考 文 献 1） 鈴 木 敏 郎，
金 子 洋 文 ；有 限 要 素 法に よる部 材 構 成 板 要 素 の 座 屈 お よ び 座 屈後挙 動 の 大変形解 析，
日 本 建築 学 会 論 文報 告 集，
第316号，
昭和57年6月，
pp．
9−
17．
2｝ 鈴 木 敏 郎，
金 子 洋 文 1鋼 構 造 部 材 構 成 板 要 素 相 互の弾 塑 性 連 成 局 部 座 屈 挙 動の解析 法，
日本建 築 学 会 諭 文 報 告 集，
第323号，
昭和58年1月，
pp．
23−
31．
3） 日本 建 築 学 会 ：建 築 耐 震 設 計にお ける保 有 耐 力と変 形 性 能，
1981 4） 加 藤 勉，
西 山 功 ：冷 間 成 形 角 形 鋼 管の局 部 座 屈 強さ お よ び変 形 能 力，
日本 建築学会論文報 告集， 第294号， 昭和 55年8月， pp．
45−
5ユ．
5） 木村 衛，
金 子 洋文，
角形 鋼管 角部の局部座屈 に対す る 拘 束 効 果に関す る研 究，
日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集 （東海 ），
昭 和60年） 6 7） 8） 9） 10） 付
．
Kimura
，
M．
，
Kaneko，
H．
：Evaluation on Width−
to−
Thickness Ratio of Box Columus with Round Corners
，
IIWIAIJ
，
International Meeting on Safety Criteria inDesign of TubuLar Stluctules
，
Tokyo，
1986．
日本建 築 学 会；鋼 構 造 設 計 規 準，
丸善．
日本 建 築 学 会：鋼 構 造 塑 性 設 計 指針，
丸 善．
日本 建 築 学会：地 震萄重と建築構造の耐震性， 1976．
日本 建 築セ ンター
：構 造 計 算 指 針・
同 解 説，
1981．
短 柱 試 験 概 要 載荷は，
試 験体の上下に耐圧板を設 置し，
弾性 範 囲 内に て芯 調 整 を行っ た後， 平 押し による加 力 とした。
軸ひずみ度は，
試 験 体 四 隅に設 置 した 4個の変位 変 換 器に よ る試 験 体 全 長の平 均 縮み 量 を載 荷 前の材畏 で除し て求め た。
ま た， 圧縮 応 力 度は荷 重を断 面 積で除して求め た。
試 験 体の形 状 寸法，
素材の機械的 性 質 等をTable A 1に示す。
材長 は全 幅の 3倍と し た。
焼 鈍し ない試 験 体に お い ては，
載荷 初 期か ら大 幅な剛 性の低 下が み ら れ る。 こ こ で は弾性挙動 範 囲 に お け る接線剛性Erに よ り引 張 試 験で求め た降 伏 応 力 度σyに 対 応する ひずみ度 εs を求め た。
焼鈍 し た試 験 体に おいて は，
ヤ ング率E によ り 降 伏 応 力度に対 応す る ひずみ度を求め た。
降 伏応 力 度 σrお よ び降 伏ひずみ度εs で無 次 元 化し た短柱圧 縮 実 験の荷 重一
軸 縮み曲線を Fig．
A ユ に示す。 各試験体に対 応 す る解析結果を Fig．
A 2に示す。
なお， 実験 値の変 形 能 力の比 μs／μs を求める上で， 箱形 断面 材の変 形 能 力μsとし て解 析値を 用いた。
試 験 体の無 次元 化 幅 厚 比に つ い て は ヤング率E に よ り 評 価して い る。
Table A l Mecha皿icaL Properties and Cross
−
Sectienal PerfomanceSpecimen D （ ） t （ ｝ R （ 〕 A （cm2 ｝ σ ylt ／cm2 ） ε y （μ）
一
60695 εy Ex・
ε0。
95 εy Ana1・
Remark ST］．
1996．
G917．
345．
64．
533900 】．
．
45 L50 ST2 301 8．
5920，
B98．
54．
003900 1．
60 1．
弓5 ST3 3001L5527．
8130．
3．
903800 3。
76 3．
35 ST4 4008．
6396．
4121．
4．
091950 2．
58 2．
67annealed ST5 3998．
6396．
4121．
4．
091950 2．
95 2．
67annealed σ 1．
O 0．
5 0．
O O．
O 2．
0 4．
0 6，
0 60 εIEyFig
．
A l Load・
ShorteningCurves
by Experiments1
1．
0
0．
5 0．
0＼
一ぞ
丶
ST4・
5 AnaLysis 0．
0 2．
O 4．
0 6．
0 8．
O ∈炬 yFig
．
A 2 Load−
Shortening Carves by AnalysisSYNOPSIS
UDC:624. 072. 33 :624. 0.14.2: S39. 384
LOCAL
BUCKLING
BEHAVIOR
AND
EVALUATION
ON
WIDTH-TO-THICKNESS
RATIO
OF
SQUARE
STEEL
TUBES
byDr. MAMORU KIMURA, ChiefRe$eaTch Engineer of
Takenaka Technical Research Laboratory, DT.
HIROHUMI KANEKO, ResearchEngineerof Takenaka
TechnicalResearchLaboratory, Members of A.I.J.
As
evaluation methods ofthe width-to-thickness ratio of the square steel tube, there are two concepts :one istouse the total
width,
apd the other istQ use the width of theflat
plateportien.This isdue
to thefact
thatalthdugh the constraint effect of the corners on
local
buckling
is
recognized,it
has
notbeen
made ciearhow
effective' isthe c'ohstraint.As
the object of this study, short columns subjected to axial compressionhave
been
chosen, we
'have
investigated
the censtraint effect of corners onlocal
buckling
and plasticdeformation
capacity, and the evaluation method of thewidth-to-thickness ratio of･the square steel tube'analytically.The results
from
the study are asfollews.
'
'
(1)
Changes
in
deformation
propertiesof a square steel tube when the radius of curvature'of cornersin-creases, resemble those
in
deformation.
propertiesof thebox
sectien $teel tube when the width-to-thickness ratioisTeduced, and the increaseinthe radius of curvature isrecognized to
have
the same effect as a reduction of thewidth-to-thickness
fatio.
.
'
･
'
(
2)
Assuming
that the width-to-thickness ratio of'the,box
section steel tube, whichhas
the same plastic'
formation
capacity as that of the square steel tube,is
the equivalent width-to-thickness ratio, thewidth-to-･ghickness
ratio evaluation of theflat
plate
portion
is
on thedangerous
side,because
the equivalentwidth-to-thickness ratio
becomes
greaterthanthe width-to-thckness ratiooftheflat
plateportion,(
3
)
For
the ordinarily-used square steeltube(corner
radius of curvature Rs3 × platethickness t),the con-$traint effect of the corners does notgreatly
increaseplasticdeformationcapacity', and therefore, thewidth-to-thicknessratio evaluation method on tlie
