JP2006132308A - 板状部材の補剛構造及び当該補剛構造を用いた柱構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 隣り合う形鋼相互を連結してなる板状部材の補剛構造において、フランジを有し断面がコの字状又はI字状の複数の形鋼を、各形鋼2のフランジ3同士が隣り合うように配置すると共に、隣り合うフランジ3の間に、平鋼又は前記形鋼とは別個の形鋼からなる補剛材の脚部を挟んでボルト接合する。
【選択図】 図1
Description
また、鋼製橋脚の補強工法として,箱型断面鋼製橋脚の横断面の四隅を長手方向に沿って補強した橋脚が知られている(例えば、特許文献2参照)。
また、特許文献2に開示された技術は、既存橋脚の耐震補強を目的とした構造で、アングル状の鋼材を橋脚の横断面の四隅に配設する必要があり、部材数や製作工数が増加してしまうという問題を有しており、本発明は、前記問題の解決可能な柱構造も提供する。
また、フランジを有する形鋼をユニットの鋼材として用いる結果、従来のような溶接集成や冷間成形に伴う初期曲がりの矯正作業も不要となり、板状部材の製作効率を向上することができる。
更に、ボルト接合とすることで、従来のような溶接による板状部材の圧縮強度の低下を防止できる。
そしてこの板状部材を使用して、橋桁、柱、建築物等を構築できる。
その課題解決手段の特徴は以下の通りである。
尚、本発明の「低降伏点鋼」とは、降伏点が100N/mm2〜225N/mm2と低く、伸び性能が40%以上が保証された鋼材のことであり、例えば、(社)鋼材倶楽部で定めるLY100やLY225に相当する鋼材のことを言う。
また、本発明の「柱の各側面の中央部に位置する板状部材を構成する形鋼」とは、各側面の両端間(両隅角部間)の中央に存在する形鋼(但し、補剛材を除く)のことであり、中央が形鋼ではなく補剛材である場合は、当該補剛材を挟んでいる2つの形鋼を言う。
また、隅角部を有し、柱長手方向に直角な断面が多角形の柱構造において、該柱の各側面の板状部材を、前記の板状部材の補剛構造を備えた構造とされ、かつ該隅角部における隣り合う板状部材は、端部側に配置されている形鋼のフランジを長手方向に切断除去した端部相互が溶接により連結されている柱構造とされている。
なおフランジを切断除去しなくても、山形鋼といった断面がL字状の形鋼を使用してもよい。
あるいは隅角部を有し、柱長手方向に直角な断面が多角形の柱構造において、該柱の各側面の板状部材を前記の板状部材の補剛構造を備えた構造とされ、かつ該隅角部における隣り合う板状部材は、隣接する一方の形鋼のフランジと、他方の形鋼のウェブとを互いに接するように配置し、または隣接する一方の形鋼のフランジと、他方の形鋼のウェブとをフィラーを介して互いに接するように配置して接合することにより、隅角部の強度と剛性を向上することができる。
例えば、柱構造である橋脚には、地震時に橋脚の水平方向に地震力が生じる。この地震力により橋脚の隅角部には応力が集中するが、一方の形鋼のフランジと他方の形鋼のウェブを互いに隣接させることで、板厚を大きくすることができ、隅角部の強度と剛性を向上し、柱構造の隅角部を損傷し難い構造とすることができる。
また、柱構造の該隅角部に、その一部を柱構造の断面方向に折り曲げた形鋼を使用することもでき、この場合、隅角部における溶接作業を割愛することができる。
また柱構造の各側面の板状部材を構成する形鋼のせん断強度に比べ、小さなせん断強度を有するパネルを、該形鋼に隣接するように柱構造の各側面の板状部材の中央付近に配置する。もしくは低降伏点鋼からなる一ないし複数のブレース材を柱構造の各側面の板状部材の中央付近に配し、隣接する形鋼に接合する。これらの効果として、地震時の損傷を他の形鋼に比べせん断強度が低いパネル、もしくはブレースに集約することができ、柱構造における地震時の損傷をこれらの部材に集約することができる。
図1は、本発明の実施形態の1例を示す拡大斜視図である。
この実施形態における補剛構造1は、ユニットとなる鋼材を連結して所定の板状部材を構成するにあたって、長手方向に間隔をおいて多数のボルト孔を備えたフランジ3を有し断面がコの字状又はI字状の複数の形鋼2(図では溝形鋼)を、各フランジ3同士が隣り合うように配置すると共に、このフランジ3と隣り合うフランジ3との間に、基端側となる脚部に長手方向に間隔をおいて多数のボルト孔を備えた平鋼又は形鋼からなる補剛材4(図では平鋼)を挟み、これらをボルト・ナットによるボルト接合5して板状部材とすることで構成される。
尚、溝形鋼のフランジ3の内側面に傾斜がある場合は、この傾斜部の面を補剛材4が挟まれている側のフランジ3の面と平行になるように切削するか、補剛材4が挟まれている側のフランジ3の面と平行になるように傾斜を有するあて板をフランジ3の内側面に押し当ててボルト・ナットによりボルト接合することができる。
また、本実施形態においては、形鋼2のフランジ3の間に補剛材4の脚部が挟まれている部分においては、補剛材4の脚部の両面に、形鋼の長手方向に渡って止水溝6を設けている。止水溝6は、図1のようなV型の断面形状に限らず、U型や凹型でも良い。この止水溝6の中に止水材を設けることで、本実施形態の補剛構造で構造体を構築した際に、構造体の内部に雨水等が流入することを防ぐことができる。止水材としては、断面が円形状を有するゴムや、特殊ウレタン樹脂等からなる水膨張性の止水材等が使用できる。
対して、形鋼2の長手方向に連結が必要な場合には、例えば図1に示すような、形鋼2の長手方向端部にボルト孔28を設け、長手方向に隣接する形鋼2の長手方向端部にも同様のボルト孔28を設けて、隣接する形鋼同士を跨ぐようにボルト孔を有する平鋼を渡してボルト接合することで連結可能である(図示せず)。この際、ボルト孔を有する平鋼は形鋼2の補剛材4が存在する面側に設けると、反対面側の板状部材に段差が生じないため好ましいが、強度が不足する場合は、形鋼2の両面側にボルト孔を有する平鋼を設けても良い。ボルト接合のため、施工性に優れた連結方法である。尚、長手方向の連結部により強度が必要な場合等では、長手方向の端部同士を溶接により連結することも可能である。
形鋼2として溝形鋼を使用し、補剛材4として平鋼を用いて板状部材25を形成し、この板状部材25により、橋桁36を構築している。この実施形態における橋桁36は、逆台形型の開断面箱桁10の上端部にコンクリート床版あるいは合成床版もしくは鋼製床版といった床版11が構築されている。開断面箱桁10は形鋼2を橋軸方向と橋軸直角方向にボルト接合5により接合することで、桁の下フランジ12と桁のウェブ13ならびに桁の上フランジ14を有した逆台形型の開断面の箱断面形状が構築されている。形鋼同士を接合する継手は、形鋼のフランジ3であり、橋軸直角方向に隣接する形鋼2のフランジ3の間に平鋼からなる補剛材4の脚部を介在させるように設けて、これらをボルト接合5することで、形鋼2への溶接といった作業を要することなく、必要な剛性を確保することができる。
また、柱構造の別の実施形態として、各側面の中央部に位置する板状部材を構成する形鋼のうち少なくとも1つを、該板状部材よりも降伏点が低いパネル又はブレースのいずれかに替えて配置する。
例えば、図12は,本発明の補剛構造を適用した柱構造において、前記柱構造の各側面の板状部材25を構成する形鋼47の降伏点応力に比べ、小さな降伏点応力を有するパネル1枚51を、柱の側面の中央部に位置する板状部材を構成する形鋼2に替えて中央部に配置した柱構造を示す斜視図である。
ここでいう中央部に位置する板状部材25を構成する形鋼とは、各側面の両端間(両隅角部間)の中央に存在する形鋼のことであり、中央が形鋼ではなく補剛材である場合は、当該補剛材を挟んでいる2つの形鋼を言う。
一方の形鋼47の降伏点応力に比べ、小さな降伏点応力を有するパネル51を、形鋼47に隣接するように板状部材の中央付近に配置する。この結果、地震時に柱構造に生じるせん断力に対して、降伏点応力(せん断強度)が低いパネル51が、形鋼47に先んじて降伏することができる。すなわち柱構造の損傷を強度の低い鋼材に集約することができ、地震時の柱構造の損傷を制御することができる。また補剛構造1を有することにより、大きな圧縮力にも抵抗することができる。
なおパネル51は低降伏点鋼(降伏点が100N/mm2レベルもしくは225N/mm2と低く、また降伏点のばらつき範囲も非常に狭く、伸び性能は50%以上もしくは40%以上が保証された鋼材)を用いた鋼板であり、パネル51と補剛構造1は、山形鋼54を用いてボルト接合することにより接合できる。
また、各側面全てにパネル51を設けなくても良く、少なくとも1つの側面に1枚設置されていれば良い。
本発明を適用し、形鋼2として溝形鋼を5枚用いて形成した板状部材25(図2における3枚の形鋼2を5枚とした構造)の圧縮強度を数値解析により確認した。板状部材25の板幅と板厚の比である幅厚比を100、縦横比を1(4辺単純支持)と仮定し、相対する2辺に向かい合う方向に圧縮応力を一様に負荷する条件で、計算した結果、溝形鋼のフランジ高さが溝形鋼の幅寸法の20%以下程度と低い場合、鋼材の降伏強度以下(降伏強度の7割程度の応力)で板状部材には座屈が生じてしまう。しかし溝形鋼のフランジ高さの3倍程度の平鋼からなる補剛材4を隣り合う形鋼2の互いのフランジの間に1枚ずつ合計4枚挟むことで、降伏強度程度の圧縮強度を確保することができる。
2、2’ 形鋼
3 形鋼のフランジ
4 平鋼又は形鋼からなる補剛材
5 ボルト接合
6 止水溝
7 局部的な座屈
8 局部的な座屈
9 全体的な座屈
10 開断面箱桁
11 床版
12 桁の下フランジ
13 桁のウェブ
14 桁の上フランジ
15 中間ダイヤフラム
16 CT形鋼
17 山形鋼
18 鋼製セグメント
19 横リブ
21 ボルト
25 板状部材
26 圧縮力
27 鋼板
28 ボルト孔
30 添接板
31 H形鋼
32 開断面箱桁
34 ウェブ
33 補剛部
35 鋼板
36 橋桁
37 ウェブ
38 フランジ
39 脚部
40 フランジ
41 隅角部
42 一方の形鋼のフランジ
43 他方の形鋼のウェブ
44 ボルト接合
45 R形状
46 フィラー
47 形鋼
48 ブレース
49 断面方向に折り曲げた形鋼
50 形鋼のフランジに設けた孔
51 パネル
52 低降伏点鋼
53 拘束材
54 構造材
55 1組のブレースの高さ寸法
56 1組のブレースの幅寸法
57 冷間曲げ成形された形鋼
Claims (7)
- 隣り合う形鋼相互を連結してなる板状部材の補剛構造において、フランジを有し断面がコの字状又はI字状の複数の形鋼を、各形鋼のフランジ同士が隣り合うように配置すると共に、隣り合うフランジの間に、平鋼又は前記形鋼とは別個の形鋼からなる補剛材の脚部を挟んでボルト接合することを特徴とする板状部材の補剛構造。
- 前記断面がコの字形状の形鋼が溝形鋼であることを特徴とする請求項1記載の板状部材の補剛構造。
- 前記補剛材における隣り合うフランジの間に挟まれている部分の両面又は各フランジの補剛材側の面のいずれかの長手方向にわたって止水溝を有し、該止水溝に止水材が設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載の板状部材の補剛構造。
- 隅角部を有し、柱長手方向に直角な断面が多角形の柱構造において、該柱の各側面の板状部材を請求項1〜3のいずれか1項に記載の板状部材の補剛構造を備えた構造とし、かつ、該隅角部における隣り合う板状部材は、端部側に配置されている形鋼のフランジを長手方向に切断除去した端部同士を相互に溶接により連結している、または断面がコの字状又はI字状の形鋼に替えて断面がL字状の形鋼として端部同士を相互に溶接により連結していることを特徴とする柱構造。
- 隅角部を有し、柱長手方向に直角な断面が多角形の柱構造において、該柱の各側面の板状部材を請求項1〜3のいずれか1項に記載の板状部材の補剛構造を備えた構造とし、かつ該隅角部における隣り合う板状部材は、隣接する一方の形鋼のフランジと、他方の形鋼のウェブとを互いに接するように配置して接合する、または隣接する一方の形鋼のフランジと、他方の形鋼のウェブとをフィラーを介して互いに接するように配置して接合することを特徴とする柱構造。
- 隅角部を有し、柱長手方向に直角な断面が多角形の柱構造において、該柱の各側面の板状部材を請求項1〜3のいずれか1項に記載の板状部材の補剛構造を備えた構造とし、かつ該隅角部に、フランジ及びウェブを有し断面がコの字状又はI字状の形鋼を設置し、該ウェブは長手方向に沿って隅角部の角度に合わせて折り曲げられていることを特徴とする柱構造。
- 隅角部を有し、柱長手方向に直角な断面が多角形の柱構造において、該柱の各側面の板状部材を請求項1〜3のいずれか1項に記載の板状部材の補剛構造を備えた構造とし、かつ前記各側面の中央部に位置する板状部材を構成する形鋼のうち少なくとも1つを、該板状部材よりも降伏点が低いパネル又はブレースのいずれかに替えて配置することを特徴とする柱構造。
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