JP2017203311A - 引張ブレース接合部の補強工法及び引張ブレース接合部の補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】引張ブレース接合部を対象として、設計上ではボルト本数が不足しても保有耐力接合をすることができ、且つ火なし工法化が可能な引張ブレース接合部の補強工法及び引張ブレース接合部の補強構造を提供する。【解決手段】引張ブレース５の軸線方向Ｘに沿って引張ブレース５におけるガセットプレート３側の端部５Ｅ近傍のガセットプレート３の板面３ｂ側からガセットプレート３と同じ厚み寸法を有するフィラープレート８を設け、ガセットプレート３の板面３ｂ側から引張ブレース５の軸線方向Ｘに沿ってガセットプレート３とフィラープレート８とに跨って裏当てプレートを設け、さらにガセットプレート３と、引張ブレース５と、フィラープレート８と、裏当てプレートとをボルト接合する。【選択図】図１

Description

本発明は、引張ブレース接合部の補強工法及び引張ブレース接合部の補強構造に関する。

一般に、鋼構造建物の引張ブレースは、引張ブレースに山形鋼や溝形鋼等を用いて架構に溶接されたガセットプレートの片面のみに高力ボルト接合（所謂、１面せん断接合）されている場合がある。このように接合された引張ブレースの最大耐力は、接合するボルト本数、接合部の応力方向の長さ、接合部の偏心量等に影響を受けることが知られている。例えば、日本建築学会編集の鋼構造接合部設計指針には、最大耐力の評価におけるブレース材の有効断面積の算定方法が記載されており、さらに、ブレース材の突出脚の無効部分の長さについても示されている。

ところで、建築年代の古い建物の耐震補強に関する技術として、例えば、非特許文献１には、端部補強された山形鋼ブレース接合部について開示されている。

田川,他（広島大学），端部補強された山形鋼ブレース接合部の引張載荷実験，日本建築学会大会学術講演梗概集，Ｃ−１，ｐｐ．１１０９−１１１０，２０１５．０９ 田仲,他（神戸大学），引張ブレースの弾塑性挙動へ与えるガセットプレート面外曲げ剛性の影響その５，日本建築学会大会学術講演梗概集，Ｃ−１，ｐｐ．１０６７−１０６８，２０１５．０９

しかしながら、建築年代の古い建物の耐震補強をする場合、上述のような現在の設計指針に基づいて保有耐力接合をしようとすると、引張ブレース接合部のボルト本数が不足する場合がある。その場合において、既存のガセットプレートに追加のボルトを設置するスペースを確保するのが難しいときには、既存のガセットプレートを撤去し、より板面の面積が大きいガセットプレートを新たに設置するという大掛かりな工事が必要であった。また、近年要望の高い火なし工法化（無溶接、溶断・サンダー掛けなし等）は困難であるという問題があった。
また、上述の非特許文献１に記載の補強方法を用いたとしても、引張ブレース材に補強部材を溶接しなければならず、火なし工法化が難しいという問題があった。

上述のようにボルト本数が少ない場合、引張ブレース接合部の耐力が低下する原因は、引張ブレースの軸線方向におけるガセットプレートの最も先端側のボルト位置での面外方向への局所的な偏心曲げに伴う歪集中が原因であることが報告されている（例えば、非特許文献２参照）。
本発明者は、引張ブレース接合部のボルト本数が多くなると、引張ブレース接合部として一体的に変形する領域が広がり、接合部の面外剛性が相対的に高くなるため、歪集中が緩和され、引張ブレース接合部の耐力が上昇するという知見を新たに見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、引張ブレース接合部を対象として、設計上ではボルト本数が不足しても保有耐力接合をすることができ、且つ火なし工法化が可能な引張ブレース接合部の補強工法及び引張ブレース接合部の補強構造を提供する。

請求項１記載の引張ブレース接合部の補強工法は、ガセットプレートと、該ガセットプレートの一方の面に第一ボルトによってボルト接合された引張ブレースとの引張ブレース接合部の補強工法であって、前記引張ブレースにおける前記ガセットプレート側の端部近傍に、前記ガセットプレートの一方の面側から第二ボルトを設ける工程と、前記第一ボルトのナットを外す工程と、前記ガセットプレートの他方の面側から前記ガセットプレートと前記引張ブレースにおける前記ガセットプレート側の端部近傍とに跨って裏当てプレートを設ける工程と、前記引張ブレースにおける前記ガセットプレート側の端部近傍に前記ガセットプレートの他方の面側から前記ガセットプレートと同じ厚み寸法を有するフィラー部材を設けると共に、該フィラー部材に前記第二ボルトを貫通させる工程と、前記第一ボルトに前記ナットを嵌めると共に、前記第二ボルトにナットを嵌めて前記ガセットプレートと、前記引張ブレースと、前記フィラー部材と、前記裏当てプレートとをボルト接合する工程と、を有することを特徴とする。

上述の構成によれば、ガセットプレートと引張ブレースにおけるガセットプレート側の端部近傍とに跨ってガセットプレートの他方の面側から裏当てプレートを設けることで、ガセットプレートを引張ブレースの軸線方向に沿って延長してボルト本数を増やした場合と同等の面外剛性が確保されるため、保有耐力接合が可能となる。また、ガセットプレートと、引張ブレースと、フィラープレートと、裏当てプレートとを接合する際には、溶接等を行わずにボルト接合することによって、火なし工法化が実現される。さらに、引張ブレースにおけるガセットプレート側の端部近傍にガセットプレートの他方の面側からフィラープレートを設け、引張ブレースにおけるガセットプレート側の端部近傍と裏当てプレートとの間にフィラープレートを挟持することで、引張ブレース接合部の応力が円滑にガセットプレート、引張ブレース及び裏当てプレートに分散される。

請求項２記載の引張ブレース接合部の補強構造は、ガセットプレートと、該ガセットプレートの一方の面に第一ボルトによってボルト接合された引張ブレースと、前記ガセットプレートの他方の面側から前記ガセットプレートと前記引張ブレースにおける前記ガセットプレート側の端部近傍とに跨って当接している裏当てプレートと、前記引張ブレースにおける前記ガセットプレート側の端部近傍に設けられ、前記ガセットプレートと同じ厚み寸法を有し、前記引張ブレースと前記裏当てプレートとの間に挟持されているフィラー部材と、を備え、前記引張ブレースにおける前記ガセットプレート側の端部近傍で前記引張ブレースと、前記フィラー部材と、前記裏当てプレートとが第二ボルトによってボルト接合されていることを特徴とする。

上述の構成によれば、上述の請求項１記載の引張ブレース接合部の補強工法を用いた引張ブレース接合部の補強構造が得られ、請求項１記載の引張ブレース接合部の補強工法と同様の作用が得られるため、保有耐力接合を行うことが可能となり、引張ブレースの歪集中が緩和される。また、溶接等を行わずにボルト接合を行うことによって、火なし工法化が実現される。また、引張ブレース接合部の応力が円滑にガセットプレート、引張ブレース及び裏当てプレートに分散される。

本発明の引張ブレース接合部の補強工法及び引張ブレース接合部の補強構造によれば、設計上ではボルト本数が不足しても保有耐力接合をすることができ、且つ火なし工法化が可能になる。

本発明を適用した一実施形態の引張ブレース接合部の補強構造を示す正面図である。 本発明を適用した一実施形態の引張ブレース接合部の補強構造を示す図であり、図１に示すＡ−Ａ’線で矢視した断面図である。 本発明を適用した一実施形態の引張ブレース接合部の補強構造を示す背面図である。 本発明を適用した一実施形態の引張ブレース接合部の補強工法を説明するための平面図である。 実施例に用いた試験体１の構成を示す図であって、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は正面図である。 実施例に用いた試験体２の構成を示す図であって、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は正面図である。 実施例に用いた試験体３の構成を示す図であって、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は正面図である。 実施例に用いた試験体１の荷重変形関係を示すグラフである。 実施例に用いた試験体２の荷重変形関係を示すグラフである。 実施例に用いた試験体３の荷重変形関係を示すグラフである。

以下、本発明を適用した引張ブレース接合部の補強工法及び引張ブレース接合部の補強構造の一実施形態（以下、本実施形態の補強工法及び本実施形態の補強構造とすることがある）について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅及び厚みの比率等は実際のものと同一とは限らず、適宜変更することができる。

始めに、本実施形態の補強構造２０について説明する。
図１から図３に示すように、本実施形態の補強構造２０は、ガセットプレート３と、引張ブレース５と、フィラープレート（フィラー部材）８と、裏当てプレート９と、第二高力ボルト（第二ボルト）７と、を備えている。

図１及び図３に示すように、ガセットプレート３は、柱等の縦材１と、梁等の横材２からなる架構の角部に溶接されている既設の鋼板である。

引張ブレース５は、ガセットプレート３の板面３ａに第一高力ボルト（第一ボルト）４によってボルト接合された既設の鋼部材である。引張ブレース５において軸線方向Ｘに平行する側端縁５ｅには、略垂直にサイドスチフナ１１が立設されている。

図２に示すように、フィラープレート８は、引張ブレース５の端部５Ｅ近傍と裏当てプレート９とに挟持されている部材である。また、フィラープレート８は、ガセットプレート３と同じ厚み寸法を有する鋼材である。

図３に示すように、裏当てプレート９は、ガセットプレート３の板面３ｂに当接し、且つガセットプレート３とフィラープレート８に跨っている鋼材である。

ガセットプレート３、引張ブレース５、フィラープレート８及び裏当てプレート９の長さ、幅、厚み等の各寸法や材質は、縦材１及び横材２からなる架構の引張力や圧縮力を考慮して適切に設定されている。

図１から図３に示すように、第二高力ボルト７は、引張ブレース５の軸線方向Ｘに沿って引張ブレース５におけるガセットプレート３側の端部５Ｅ近傍で引張ブレース５と、フィラープレート８と、裏当てプレート９とをボルト接合するためのものである。第二高力ボルト７の本数は、第一高力ボルト４の本数を考慮して適宜設定されている。本実施形態では、第一高力ボルト４の本数と第二高力ボルト７の本数との合計が保有耐力接合に必要な本数とされている。

次いで、本実施形態の補強工法について説明する。
本実施形態の補強工法は、図１等に示すガセットプレート３と引張ブレース５との接合部（引張ブレース接合部）６を補強するための工法であって、以下に説明する第１工程から第五工程を有する。なお、第１工程から第五工程の実施順序は適宜変更しても構わない。

第一工程は、引張ブレース５の軸線方向Ｘに沿って引張ブレース５の軸線方向Ｘにおけるガセットプレート３側の端部５Ｅ近傍にガセットプレート３の板面３ａ側から第二高力ボルト７を設ける工程である。

第二工程は、図４に示すように、ガセットプレート３の板面３ｂ側から、引張ブレース５の軸線方向Ｘに沿って引張ブレース５の端部５Ｅ近傍にガセットプレート３と同じ厚み寸法を有するフィラープレート８を設ける工程である。また、第二工程は、フィラープレート８に第二高力ボルト７を貫通させる工程である。
第三工程は、第一高力ボルト４のナット１３を外す工程である。

第四工程は、ガセットプレート３の板面３ｂ側からフィラープレート８を挟むようにして、また引張ブレース５の軸線方向Ｘに沿って、ガセットプレート３と引張ブレース５の端部５Ｅ近傍とに跨って、裏当てプレート９を設ける工程である。この工程において、裏当てプレート９には、第一高力ボルト４及び第二高力ボルト７を貫通させる。

第五工程は、第一高力ボルト４にナット１３を嵌めると共に、第二高力ボルト７にナット１２を嵌めてガセットプレート３と、引張ブレース５と、フィラープレート８と、裏当てプレート９とをボルト接合する工程である。

以上の第一工程から第五工程を行うことによって、図１から図３に示す引張ブレース接合部の補強構造２０を実現し、接合部６が補強される。

以上説明したように、本実施形態の補強構造２０及び補強工法によれば、ガセットプレート３の板面３ｂ側から、ガセットプレート３と引張ブレース５の端部５Ｅ近傍とに跨って裏当てプレート９を第一高力ボルト４及び第二高力ボルト７によってボルト接合することで、ガセットプレート３を引張ブレース５の軸線方向Ｘに沿って延長してボルト本数を増やした場合と同等の面外剛性が確保される。これにより、保有耐力接合、即ち、ガセットプレート３及び引張ブレース５の耐力が十分に発揮されるように、接合部６の耐力がガセットプレート３及び引張ブレース５の耐力よりも大となるように破断の考慮をした接合を良好に行うことができる。

また、本実施形態の補強構造２０及び補強工法によれば、第一高力ボルト４によってガセットプレート３の板面３ａに引張ブレース５がボルト接合されると共に、第二高力ボルト７によってガセットプレート３の板面３ｂに裏当てプレート９がボルト接合されるので、２面せん断接合を実現し、引張ブレース５を介してのみならず裏当てプレート９を介して応力を伝達させ、引張ブレース５の歪集中を緩和させることができる。

また、本実施形態の補強構造２０及び補強工法によれば、ガセットプレート３と、引張ブレース５と、フィラープレート８と、裏当てプレート９とを接合する際に、溶接等を行わずにボルト接合することによって、火なし工法化を実現することができる。これにより、火なし工法の実施が求められる改修工事や更新工事においても、接合部６の補強を行うことができる。

さらに、本実施形態の補強構造２０及び補強工法によれば、引張ブレース５におけるガセットプレート３側の端部５Ｅ近傍にガセットプレート３の他方の面側からフィラープレート８を設け、引張ブレース５の端部５Ｅ近傍と裏当てプレート９との間にフィラープレートを挟持させることで、ガセットプレート３とフィラープレート８が接合されていなくても、接合部６の応力を円滑に効率良くガセットプレート３、引張ブレース５及び裏当てプレート９に分散させることができる。これにより、接合部６の耐力をより高めることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変更が可能である。

例えば、上述の実施形態では、第一高力ボルト４及び第二高力ボルト７が引張ブレース５の軸線方向Ｘに沿って一列に配置されている例を説明したが、第一高力ボルト４及び第二高力ボルト７は引張ブレース５の軸線方向Ｘに沿って複数列に配置されていてもよい。
また、引張ブレース５の軸線方向Ｘにおける第一高力ボルト４と第二高力ボルト７の各列数は互いに異なっていてもよい。
また、第一高力ボルト４及び第二高力ボルト７はそれぞれ、設計上の必要耐力を確保できれば、中ボルト等であっても構わない。

また、例えば、上述の実施形態では、フィラー部材として一枚の板状部材からなるフィラープレート８を例示したが、フィラー部材はガセットプレート３と同じ厚み寸法を有していれば、ワッシャやワッシャ以外の部材であっても構わない。

次いで、上述した本発明を適用した一実施形態の引張ブレース接合部の補強工法及び引張ブレース接合部の補強構造２０の効果を裏付けるために行った実施例及び比較例について説明する。なお、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。

以下に説明する試験体１から３に対して材料試験を行った。

（試験体１）
ガセットプレート（ＳＳ４００、厚み寸法ｔ＝９ｍｍ）と引張ブレース（ＳＳ４００、Ｌ−７５×７５×６、サイドスチフナ付きの山形鋼）を５本の高力ボルト（Ｆ１０Ｔ，Ｍ１６））を用いてボルト接合し、裏当てプレートは接合せずに、試験体１とした。従来構造と同様の試験体１では、高力ボルトの本数が５本であるため、保有耐力接合になっている。各部材の詳細な寸法は、図５（ａ），（ｂ）に示すように設定した。

（試験体２）
高力ボルトの本数を３本に減らすこと以外は試験体１と同様の構成を採用し、試験体２とした。試験体２では、高力ボルトの本数が３本であるため、保有耐力接合になっていない。各部材の詳細な寸法は、図６（ａ），（ｂ）に示すように設定した。

（試験体３）
図１から図３を参照して説明した引張ブレース接合部の補強構造２０に相当する試験体として、試験体１のガセットプレートにおいて引張ブレースが接合されている板面とは反対側の板面側から３本の高力ボルトによって裏当てプレートをボルト接合すると共に、さらに２本の高力ボルトによって裏当てプレートを引張ブレースの軸線方向に沿って引張ブレースにおけるガセットプレート側の端部近傍にフィラープレートを介してボルト接合し、試験体３とした。各部材の詳細な寸法は、図７（ａ），（ｂ）に示すように設定した。

（試験体１から３に対する材料試験結果）
試験体１から３までの各試験体の材料試験の結果から得られた鋼材の機械的性質を表１に示す。また、同材料試験の結果をふまえて試設計を行った結果を示す。

なお、表２では、
_jN_y3 ： 引張ブレース（全断面）の降伏耐力
_jN_u1 ： 高力ボルトの最大せん断耐力
_jN_u2 ： 引張ブレース接合部のボルト本数によって決定される引張ブレースの有効断面積の引張耐力
_jN_u3 ： 局部的なちぎれ破断耐力
_jN_u ^c ： 最大耐力（即ち、_jN_u ^c＝ｍｉｎ（_jN_u1，_jN_u2，_jN_u3））
である。
また、表２及び後述の表３、図８から図１０における「引張ブレースの有効断面部」とは、各高力ボルト群のうち、ガセットプレートから最も離れた高力ボルトの孔部の位置を示す。

表1及び表２に示す特性をふまえて引張治具を用いて、試験体１から３に対し、引張ブレースの軸線方向に沿って互いに反対の方向に加力し、試験体が破断するまで変形を与えた。試験結果の一覧を表３に示し、試験体１から３の荷重変形関係を図８から図１０に示す。なお、図８及び図１０において、「引張ブレース中央部」とは、引張ブレースの軸線方向の中央部を示す。

なお、表３では、
_jN_u ^c ： 最大耐力の計算値（即ち、_jN_u ^c＝ｍｉｎ（_jN_u1，_jN_u2，_jN_u3））
である。

表３及び図６を参照するとわかるように、上述のように引張ブレースの軸線方向に沿って互いに反対の方向に加力した際、試験体１から３に生じる各現象は、試算と概ね同程度の耐力で発生することを確認した。
試験体１は、引張ブレースの軸線方向における中央部も降伏しており、充分に塑性変形した。その後、引張ブレースの基準長さＬ_ｂ＝３３００ｍｍにおける平均ひずみε_ｎ＝２．９８％で最大耐力となり、その直後に引張ブレースのボルト孔部で破断した。
また、試験体２では、引張ブレースの基準長さＬ_ｂ＝３３００ｍｍにおける平均ひずみε_ｎ＝１．２５％時に最大耐力となり、その後、引張ブレースのボルト孔部で破断した。試験体２の最大耐力は保有耐力以下であり、引張ブレースの軸線方向における中央部は弾性域であった。
そして、本発明を適用した引張ブレース接合部の補強工法及び引張ブレース接合部の補強構造に相当する試験体３では、試験体１と同様に引張ブレースの軸線方向における中央部も降伏しており、充分に塑性変形した。その後、引張ブレースの基準長さＬ_ｂ＝３３００ｍｍにおける平均ひずみεｎ＝３．７２％で最大耐力となり、その直後に引張ブレースのボルト孔部で破断した。

以上説明した材料試験の結果から、本発明を適用した引張ブレース接合部の補強工法及び引張ブレース接合部の補強構造は十分塑性変形し、且つ保有耐力を満たすことを実証し、これにより提案する引張ブレース接合部の補強工法及び引張ブレース接合部の補強構造の有効性を確認した。

３ ガセットプレート
４ 第一高力ボルト（第一ボルト）
５ 引張ブレース
６ 接合部（引張ブレース接合部）
７ 第二高力ボルト（第二ボルト）
８ フィラープレート
９ 裏当てプレート
２０ 補強構造（引張ブレース接合部の補強構造）

Claims (2)

1. ガセットプレートと、該ガセットプレートの一方の面に第一ボルトによってボルト接合された引張ブレースとの引張ブレース接合部の補強工法であって、
   前記引張ブレースにおける前記ガセットプレート側の端部近傍に、前記ガセットプレートの一方の面側から第二ボルトを設ける工程と、
   前記第一ボルトのナットを外す工程と、
   前記ガセットプレートの他方の面側から前記ガセットプレートと前記引張ブレースにおける前記ガセットプレート側の端部近傍とに跨って裏当てプレートを設ける工程と、
   前記引張ブレースにおける前記ガセットプレート側の端部近傍に前記ガセットプレートの他方の面側から前記ガセットプレートと同じ厚み寸法を有するフィラー部材を設けると共に、該フィラー部材に前記第二ボルトを貫通させる工程と、
   前記第一ボルトに前記ナットを嵌めると共に、前記第二ボルトにナットを嵌めて前記ガセットプレートと、前記引張ブレースと、前記フィラー部材と、前記裏当てプレートとをボルト接合する工程と、
   を有することを特徴とする引張ブレース接合部の補強工法。
2. ガセットプレートと、
   該ガセットプレートの一方の面に第一ボルトによってボルト接合された引張ブレースと、
   前記ガセットプレートの他方の面側から前記ガセットプレートと前記引張ブレースにおける前記ガセットプレート側の端部近傍とに跨って当接している裏当てプレートと、
   前記引張ブレースにおける前記ガセットプレート側の端部近傍に設けられ、前記ガセットプレートと同じ厚み寸法を有し、前記引張ブレースと前記裏当てプレートとの間に挟持されているフィラー部材と、
   を備え、
   前記引張ブレースにおける前記ガセットプレート側の端部近傍で前記引張ブレースと、前記フィラー部材と、前記裏当てプレートとが第二ボルトによってボルト接合されていることを特徴とする引張ブレース接合部の補強構造。

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