JP3797080B2

JP3797080B2 - 耐震性に優れたｈ形鋼およびこれを用いた鉄骨構造

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Publication number: JP3797080B2
Application number: JP2000276974A
Authority: JP
Inventors: 久哉加村; 茂樹伊藤; 忠輝形山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2000-09-12
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2020-09-12
Also published as: JP2002088974A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築・土木用の構造部材として用いられるＨ形鋼、特に、地震時の耐座屈性および塑性変形能力に優れたＨ形鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の建築用の構造部材に用いられるＨ形鋼においては、地震時に大変形を受けた場合、柱部材としては軸方向荷重を支えつつ大きな曲げ荷重に耐えうること、梁部材としては曲げ荷重に耐えうることが要求される。いずれの場合においても、早期の局部座屈および破断を防止することにより耐荷力および塑性変形能力を増大ならしめることが構造物の損壊を防止するポイントとなる。例えば、以下の技術が開示されている。
【０００３】
特開平１０−１２１６５３号公報には、ウエブが加工硬化し、かつフランジの応力上昇率が１．２５以上である耐震性に優れたH形鋼が開示されている。すなわち、降伏後においても高い剛性を保有するウエブが、フランジの局部座屈を拘束し、一方、高い塑性変形能を有するフランジが、塑性エネルギを吸収することにより、良好な耐座屈性能を有するとしていた。
【０００４】
また、構造物に使用される鋼管においては、特開平９−１９６２４３号公報に、大地震の際に軸方向に作用する引張・圧縮応力に対して、大径薄肉でも局部座屈を起こしにくく、脆性的な破断が発生し難くい、ガスパイプライン、水道配管、ビルの柱、高速道路の橋脚などに好適な耐震性に優れた鋼管が開示されている。すなわち、軸方向の引張試験により得られる公称応力−公称歪曲線において、降伏点からオンロード歪量が５％までのいずれの歪量においても公称応力／公称ひずみの勾配が正となるようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術には以下のような問題があった。
【０００６】
高剛性ウエブＨ型鋼は、ウェブの加工硬化つまり降伏後の剛性を維持することにより、フランジの降伏後の剛性低下による局部座屈を拘束し塑性変形能力を向上させるものであり、フランジの応力上昇が１．２５以上つまり降伏比８０％以下と規定しているのみで、フランジの降伏後の剛性を規定していない。したがって、特にモーメント勾配を生じる荷重を受ける場合には、フランジ自体に塑性変形を始まった際、塑性変形域が局所に集中するとの問題がある。このため、より直接的で効果が高い技術が望まれている。
【０００７】
さらに、鋼管については、降伏点からオンロード歪量が５％までのいずれの歪量においても、公称応力／公称歪の勾配が正とすることにより、その勾配が０または負となる鋼管に比較して局部座屈を起こす限界の外径／管厚比が著しく大きく、局部座屈を起こしにくいとしているものの、この知見を直接Ｈ形鋼に適用することができないという問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、大地震時の終局的大変形に対して、局部座屈を起こしにくく、且つ、広い範囲に渡って塑性変形が発生する、各種建築物の柱部材および梁部材として好適な耐震性に優れた安価な、Ｈ形鋼およびこれを用いた鉄骨構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る耐震性に優れたＨ形鋼は、以下の特徴を有すものである。
［１］加工硬化を開始した後６％までの歪範囲における応力を、歪のベキ乗で表示した際のベキ数である加工硬化指数ｎが０．２以上で、
降伏応力ＹＰに対する、一様歪における塑性変形応力ＹＢの比である応力上昇率α２（ＹＢ/ＹＰ）が１．３３以上である鋼材から成るフランジを具備することを特徴とするものである。
［２］建築または土木構造物に配置され、長手方向でモーメント勾配を生じる荷重を受ける、耐震性に優れたＨ形鋼であって、
フランジ幅Ｂとフランジ厚さＴの幅厚比（Ｂ／２Ｔ）が１０以下で、
加工硬化を開始した後６％までの歪範囲における応力を、歪のベキ乗で表示した際のベキ数である加工硬化指数ｎが０．２以上で、
さらに、６％以上の歪範囲における塑性変形応力の上昇勾配が、最大モーメントを生じる位置の近傍におけるモーメント勾配より大きいことにより、最大モーメントを生じる位置において発生した塑性域がその周囲に拡大することを特徴とするものである。
［３］建築または土木構造物において、柱に接合される梁部材または梁接合用ブラケットであるところの耐震性に優れたＨ形鋼であって、
フランジ幅Ｂとフランジ厚さＴの幅厚比（Ｂ／２Ｔ）が１０以下で、
加工硬化を開始した後６％までの歪範囲における応力を、歪のベキ乗で表示した際のベキ数である加工硬化指数ｎが０．２以上で、
さらに、降伏応力ＹＰに対する、一様のびにおける塑性変形応力ＹＢの比である応力上昇率α２（ＹＢ/ＹＰ）が、柱梁接合部より梁せいＨの半分だけ離れた位置におけるモーメントＭＨに対する、柱梁接合部におけるモーメントＭＣの比であるモーメント上昇率α１（ＭＣ/ＭＨ）より大きい（α２＞α１）ことにより、柱梁接合部において発生した塑性域が、梁または梁接合用ブラケットの長手方向中央側に向けて拡大することを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、本発明に係る耐震性に優れたＨ形鋼を用いた鉄骨構造は、以下の特徴を有すものである。
［４］柱に接合される梁部材または梁接合用ブラケットが、フランジ幅Ｂとフランジ厚さＴの幅厚比（Ｂ／２Ｔ）が１０以下で、加工硬化を開始した後６％までの歪範囲における応力を、歪のベキ乗で表示した際のベキ数である加工硬化指数ｎが０．２以上である、耐震性に優れたＨ形鋼により形成される、耐震性に優れたＨ形鋼を用いた鉄骨構造であって、
該Ｈ形鋼のフランジの降伏応力ＹＰに対する、その一様のびにおける塑性変形応力ＹＢの比である応力上昇率α２（ＹＢ/ＹＰ）が、前記鉄骨構造において、柱梁接合部から梁せいＨの半分だけ離れた位置におけるモーメントＭＨに対する、柱梁接合部におけるモーメントＭＣの比であるモーメント上昇率α１（ＭＣ／ＭＨ）より大きい（α２＞α１）ことにより、柱梁接合部において発生した塑性域が、梁または梁接合用ブラケットの長手方向中央側に向けて拡大することを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
（化学成分・熱処理条件）
表１は、本発明の一実施の形態に係るＨ形鋼の化学成分（熱処理あり）を示すものである。
【００１２】
表２は、表１に示した化学成分を有する鋼を熱間圧延して成形したＨ形鋼の寸法を示す。表２において、本発明のＨ形鋼である記号Ａ〜Iは、スラブを１２５０℃加熱とし、フランジを950℃以下で40％圧下し、さらにオーステナイト域（９００℃仕上がり）で熱間圧延を終了後、フランジを６７０℃まで待機し、５００℃以下まで２０℃/sで急冷する制御冷却をし、その後放冷したものである。一方、比較材である記号Ｊ〜Ｒは、前記と同様に熱間圧延を終了した後、制御冷却せず放冷とした場合の結果である。
【００１３】
これらＨ形鋼のウェブとフランジから試験片を採取して長手方向の引張試験を行い、降伏点、引張強さ、歪み量2％から6％までの範囲における加工硬化指数（応力と歪関係において、応力を歪のベキ乗で表示したときの、ベキ数）を求めた。
【００１４】
【表１】

【００１５】
【表２】

【００１６】
表３は、長手方向の引張試験におけるウェブ降伏点とフランジ降伏点の比、公称応力を公称歪で除した勾配の最小値、および最大応力時の歪みをフランジの降伏歪みで除して得られる塑性率を示す。
【００１７】
なお、本発明のＨ形鋼（Ａ〜Ｉ）は、塑性率および累積塑性変形倍率が比較Ｈ形鋼（Ｊ〜Ｒ）よりも上回る値を示し、優れた塑性変形能力を示したのに対し、比較Ｈ形鋼は、フランジの降伏後の剛性が低いために座屈に対する抵抗が小さく早期に座屈を誘発するとの、後記する結果となっている。
【００１８】
【表３】

【００１９】
（幅厚比の影響、圧縮試験の結果）
図１は、本発明の一実施の形態に係るＨ形鋼の圧縮荷重に対する耐座屈性を評価する柱圧縮試験の結果であって、材質とウェブの幅厚比（ウエブ幅Ｂの半分をウエブ厚Ｔで除した値Ｂ／２Ｔ）が種々異なるＨ形鋼について、軸方向に圧縮する短柱圧縮試験と称する局部座屈試験により、Ｈ形鋼フランジ部位の材質的な特性と局部座屈発生挙動との相関を調査した結果である。
【００２０】
すなわち、試験体のフランジ部位の幅厚比と座屈発生限界歪の関係は略反比例関係（負の関係）があり、加工硬化指数の値が小さい一般Ｈ形鋼（低ｎ値鋼）では、幅厚比が略８より大きくなると、急激に座屈発生限界歪が小さくなっている。一方、加工硬化指数の値が大きい本発明のＨ形鋼（高ｎ値鋼）は、幅厚比が略８より大きい範囲においても、座屈発生限界歪が急激に低下することがなく、塑性変形能力が改善されている。
【００２１】
なお、建築基準法では、変形能力があるといわれる梁部材のフランジの幅厚比は７．５以下と定められ、この範囲で通常発生する損傷は座屈ではなく，塑性変形に伴う破断であって、変形能力により決定される。一方、幅厚比８以上の範囲では変形能力がそれより劣ると言われ、この範囲で通常発生する損傷は座屈である。しかしながら、本発明は、フランジの幅厚比が８以上でありながら，前記のように塑性変形能力が改善され座屈が発生し難くなっている。
【００２２】
（加工硬化指数の影響、圧縮試験の結果）
図２は、本発明の一実施の形態に係るＨ形鋼の圧縮荷重に対する耐座屈性を評価する圧縮試験の結果であって、加工硬化指数が種々異なるＨ形鋼について、図１と同様の柱圧縮試験をしたものである。すなわち、試験片長手方向をＨ形鋼の軸方向に一致させてフランジから採取した引張試験片を用いて引張試験を行い、降伏後歪み量２％から６％までの範囲における加工硬化指数（応力を歪のベキ乗で整理したときの、ベキ数）を測定した。
【００２３】
図２において、フランジの幅厚比が１０の場合について、加工硬化指数が０．２以上である本発明のH形鋼（図２において黒丸）と、加工硬化指数が０．２未満である従来のH形鋼（図２において白丸）を比較している。
【００２４】
加工硬化指数が０．２未満である従来のＨ形鋼（図２において白丸）は座屈発生限界歪みが０．６％未満であり，降伏歪み（SN490の場合0.16〜0.21％）の４倍未満しか変形能力が得られないのに対し、加工硬化指数が０．２以上の本発明のＨ形鋼（図２において黒丸）は座屈発生限界歪みが０．８％以上であり、降伏歪みの約６倍の変形能力が得られる。
【００２５】
すなわち、通常、塑性座屈により損傷が発生する幅厚比の範囲にありながら、本発明のH形鋼は硬化勾配が大きい（加工硬化指数が大きい）ために、塑性変形の範囲が拡するから、この塑性範囲の拡大に伴って、局所的な塑性座屈が押さえられることになる。
【００２６】
（試験の方法）
図３は、本発明の一実施の形態に係るＨ形鋼を評価する圧縮試験および片持ち繰り返し曲げ試験を示す説明図である。すなわち，（a）はＨ形鋼１０に圧縮力をかけ，その荷重変型関係を測定するもので，Ｈ形鋼１０のフランジおよびウェブには材軸にわたって一様な圧縮応力を作用させるものである。
【００２７】
一方、（b）は一端が固定端である片持ち梁（Ｈ形鋼）１１の他端に正負交番の水平力を作用させ、その荷重変型関係を測定するもので、Ｈ形鋼１１のフランジおよびウェブには材軸にわたって一様でない（三角形分布）圧縮応力を作用させるものである。（片側のフランジは圧縮、他方のフランジは引張）
片持ち繰り返し曲げ試験は、載荷点までの距離を2500ｍｍとし、正負交番の水平力を作用させ、その荷重変形関係を測定する。
【００２８】
圧縮試験の試験体長さは、長辺の３倍および短辺の５倍の小さい方の長さとし、加力は中央圧縮単調載荷とした。載荷板間の変位を試験体長さで除した値を試験体の歪み、載荷荷重を試験体断面積で除した値を試験体の応力とした。
【００２９】
（応力上昇率の影響、繰り返し曲げ試験の結果）
図４は、本発明の一実施の形態に係るＨ形鋼の曲げ荷重に対する耐座屈性および耐破断特性を評価するため、図３に示す片持ち梁の繰り返し裁荷試験をしたものである。
種々異なるＨ形鋼について、図３に示す片持ち梁の繰り返し裁荷試験をしたものである。
【００３０】
すなわち，加工硬化指数が０．２以上で、フランジの幅厚比が7．０である本発明のＨ形鋼において、フランジの応力上昇率（降伏応力ＹＰに対する、一様のびにおける塑性変形応力ＹＢの比である応力上昇率α２（ＹＢ/ＹＰ））が１．２８のもの（以下、1.28Ｈ形鋼と称す）と、フランジの応力上昇率が１．３７のもの（以下、1.37Ｈ形鋼と称す）の塑性変形能力を後記する累積塑性変形倍率により比較した。すなわち、1.28Ｈ形鋼は、累積塑性変形倍率は２０であるのに対し， 1.37Ｈ形鋼の累積塑性変形倍率は４８と大きくなっている。
【００３１】
（累積塑性変形倍率）
図５は累積塑性変形倍率を説明する荷重−変位曲線である。図５において、Ｈ型鋼の全断面が降伏する時（全塑性モーメントＭｐの時）の弾性変形を「降伏変形δｐ」として、例えばｉ回目の載荷が図中Ａ点から開始され、一方向荷重によりＢ点まで変形し、その後、除荷されてＣ点の塑性変形が残ったとき、Ａ点からＣ点まで距離を残存変形量δｉ（塑性変形量の絶対値）として、この残存変形量δｉを降伏変形δpで除した値をｉ回目の塑性変形倍率（δｉ/δｐ）とする。
【００３２】
さらに、ｉ＋１回目の載荷として図中Ｃ点から開始され、ｉ回目とは逆の方句の荷重によりＤ点まで変形し、その後、除荷されてＥ点の塑性変形が残ったとき、Ｃ点からＥ点まで距離距離を残存変形量δｉ+1（塑性変形量の絶対値）とし、この残存変形量δｉ+1を降伏変形δpで除した値を塑性変形倍率（δi+1/δｐ）とする。そして、この塑性変形倍率を１回目から所定の回数ｊまで累積したものをｊ回目の累積塑性変形倍率とする。
【００３３】
（シャルピー吸収エネルギー）
なお，フランジの0度Ｃシャルピー吸収エネルギーは1.28Ｈ形鋼が２５０Ｊで、1.37Ｈ形鋼が１６０Ｊであった。1.28Ｈ形鋼のフランジの0度Ｃシャルピー吸収エネルギーが高いにも関わらず，最終的には梁端の溶接部止端部より延性亀裂が発生してこれが伸展しフランジが破断することにより耐力が決定した。
【００３４】
一方、1.37Ｈ形鋼のフランジの0度Ｃシャルピー吸収エネルギーが低いにも関わらずの累積塑性変形倍率は４８と高く、1.28Ｈ形鋼の約２倍になっている。これは，応力上昇率の高いＨ形鋼の方が同じ載荷側の梁端の変形に対して，溶接部側の梁端溶接部止端部の局部歪みが小さく抑えられるためである。
【００３５】
（フランジの応力上昇率）
さらに、建築構造物の柱梁接合部近辺におけるモーメント勾配を算定する代わり、あるいは、材料の塑性変形応力の上昇勾配を算定する変りに、フランジの応力上昇率すなわち降伏比（ＹＲ）にて材料を規定してもよい。すなわち、フランジの応力上昇率を１．３３以上、すなわち降伏比（ＹＲ）７５％以下とすれば、塑性変形を拡大させることができ、変形能力を確保することができる。
【００３６】
（加工硬化指数を算出するための歪の範囲）
次に、加工硬化指数を算出するための歪の範囲について簡単に説明する。
加工硬化指数を算定するに当たり、その歪範囲を加工硬化を開始した歪から、６％の歪の範囲としたのは、通常および地震時に建築構造の梁端部に生じる平均的な歪範囲に基づく。
【００３７】
図７は、建築構造物の強さ（横軸）に対する建築構造物の平均的な変形（縦軸）を表すものであって、該変形量を柱と梁が成す角度の変化量（回転量、ラジアン）とし、使用材料の最大応力を降伏応力で除した応力上昇率をパラメータとして用いている。図７において、建築構造物の強さが比較的小さく、また、パラメータが小さい場合、建築構造物の平均的な角度の変化量０．０２（２％）である。
【００３８】
図８は、建築構造物の相対回転角（横軸）に対する建築構造物のフランジの歪度（縦軸）を表すものである。建物の中には、損傷が大きくなる梁端と損傷が比較的大きくない梁端があるため、このバラツキを４％程度とすると最も損傷を受ける梁端で６％の最大回転角（横軸）になると考えられる。
【００３９】
図８において、本発明のＨ形鋼である高降伏比材の場合、６％の最大回転角（横軸）に対し、梁フランジの平均歪（縦軸）は６％程度となる。このことは建築鉄骨の梁端部の歪は６％程度までの範囲にあり，それ以上の歪域が発生することは，局部的にはともかく平均的にはまれであることを示している。
【００４０】
また，通常の鋼材は２％程度の降伏棚があるため，この降伏棚が終了して加工硬化が開始する歪と前記６％の歪の範囲とした。すなわち、弾性範囲および降伏棚の範囲を除き、また、実際に建築鉄骨が受ける最大歪以下の範囲において、加工硬化指数を算出するから、建築鉄骨の塑性挙動を適正に表現することが可能になる。なお、前記２％は目安であり，３％〜６％としても本発明の作用効果を発揮するものである。
【００４１】
（化学成分選定の目安）
なお、本発明ではＨ形鋼の製造方法は問わず、圧延、溶接などいずれの方法であっても、上記所定の特性を満足するものであればよい。また、上記特性は、Ｈ形鋼の化学成分や溶接前の例えば鋼板の圧延条件を制御することによって付与しても、また圧延中や圧延後のＨ形鋼に熱処理や加工処理を施すことによって付与してもよく、化学組成や製造条件については特に限定されない。
【００４２】
ただし、化学組成としては、重量％で、Ｃ：0.02％以上0.22％以下、Ｓｉ：0.05％以上0.35％以下、Ｍｎ：0.45％以上1.60％以下、Ｐ：0.020％以下、Ｓ：0.008％以下を含有し、炭素当量0.46％以下、溶接割れ感受性指数0.26％以下となるものが好ましい。このような成分範囲の鋼が好ましいのは以下の理由による。
【００４３】
C：0.02％未満では十分な強度が得られず、また0.22％を超えると溶接性が劣化する。したがって、Ｃ量は0.02％以上0.22％以下が好ましい。
【００４４】
Ｓｉ：0.05％未満では十分な脱酸が行われず、健全な鋼材が得られない。また0.35％を超えた場合には溶接性が劣化する。したがって、Ｓｉ量は0.05％以上0.35％以下が好ましい。
【００４５】
Ｍｎ：0.45％未満では十分な強度が得られず、また1.60％を超えると溶接性が劣化する。したがって、Ｍｎ量は0.45％以上1.60％以下が好ましい。
【００４６】
Ｐ：0.020％を超えると母材の靭性、溶接性が劣化するため、Ｐ量は0.020％以下が好ましい。
【００４７】
Ｓ：0.008％を超えると母材の靭性、溶接性、溶接部の靭性が劣化するため、Ｓ量は0.008％以下が好ましい。
【００４８】
炭素当量：0.46％を超えると溶接性が著しく劣化し、予熱、後熱が必要となる。したがって、炭素当量は0.46％以下が好ましい。なお、炭素当量は、炭素当量＝C＋Mn／6＋Si／24＋Ni／40 +Cr／5＋Mo／4＋V／14 の式で計算した。
【００４９】
溶接割れ感受性：0.26％を超えると、溶接性が著しく劣化し、溶接部に割れが生じるようになる。したがって、溶接割れ感受性は0.26％以下が好ましい。なお、溶接割れ感受性は、溶接割れ感受性＝C＋Si／30＋Mn／20＋Cu／20＋Ni／60 +Cr／20＋Mo／15＋V／10＋5Bの式で計算した。
【００５０】
このような組成の鋼板に対して、圧延条件を制御したり、または圧延中や圧延後のＨ形鋼に熱処理や加工処理を加えることにより、例えば圧延後にウェブには制御冷却、フランジには空冷を施すことにより、ウェブの金属組織を例えばフェライトとベイナイトあるいはフェライトとマルテンサイトの複合組織、フランジをフェライト・パーライト組織とすることにより、上記特性を付与することができる。
【００５１】
［実施の形態２］
図６は、本発明の他の実施の形態に係る耐震性に優れたＨ形鋼を説明するものであって、（ａ）は該H形鋼を梁に用いた鉄骨構造を示す斜視図、（ｂ）は梁に働くモーメント分布と梁フランジに発生する引張り応力の分布を示す力の分布図、（ｃ）は梁に塑性変形が発生した後の、梁フランジに発生する引張り応力の分布を示す力の分布図である。
【００５２】
図６の（ａ）において、柱１に、本発明の実施の形態１に記載したＨ形鋼からなるブラケット２が接合され、ブラケット２にスプライスプレート４を介して梁３が設置されている。
【００５３】
図６の（ｂ）において、ブラケットと柱の接合部分（図中のＣ点）に最大モーメントが作用するため、前記構造物に所定の外力が作用した際、まず、この部分が降伏応力ＹＰに達し塑性変形が発生する。このときのモーメントを塑性モーメントと呼んで以下の説明をする。
【００５４】
（塑性変形の範囲の拡大）
図６の（ｃ）において、塑性変形の範囲が拡大している（図中で点Ｃ〜点Ｘの範囲）。すなわち、点Ｃに作用するモーメント（最大モーメント）が塑性モーメントを越えたとき、点Ｃの材料は加工硬化するため、このモーメントに耐えるだけの応力を負担している。一方、塑性変形と弾性域の境界にある点Ｘには、塑性モーメントが作用し、引張り応力として降伏応力ＹＰが発生している。
【００５５】
換言すると、フランジの点Ｃにおける引張り応力ＳＣ、とフランジの点Ｘにおける引張り応力（降伏応力ＹＰに同じ）との比率ＳＣ／ＹＰ（点Ｘ〜点Ｃの範囲における応力上昇率）は、点ＣにおけるモーメントＭＣ、と点ＸにおけるモーメントＭＸとの比率ＭＣ／ＭＸ（点Ｘ〜点Ｃの範囲におけるモーメント上昇率）に等しい。
【００５６】
すなわち、フランジ部の材料から見ると、モーメントが上昇して点Ｃが一様のびの状態になったとき、一様のびにおける応力ＹＢは、引張り応力ＳＣよりも大きいことを示しているから、フランジの点Ｃにおける応力ＹＢとフランジの点Ｘにおける引張り応力（降伏応力ＹＰに同じ）との比率ＹＢ／ＹＰ（点Ｘ〜点Ｃの範囲における応力上昇率、６％以上の歪範囲のおける応力の上昇勾配に同じ）は、点ＣにおけるモーメントＭＣと、点ＸにおけるモーメントＭＸとの比率ＭＣ／ＭＸ（点Ｘ〜点Ｃの範囲におけるモーメント上昇率、最大モーメントを生じる位置の近傍におけるモーメント勾配に同じ）より大きいことになる。
【００５７】
逆に、前記応力上昇率ＹＢ／ＹＰ（６％以上の歪範囲のおける応力の上昇勾配に同じ）が、モーメント上昇率ＭＣ／ＭＸ（最大モーメントを生じる位置の近傍におけるモーメント勾配に同じ）より小さい場合には、モーメントに耐えるだけの引張り応力が生じないため、フランジが破損することになる。
【００５８】
［実施の形態３］
本発明の他の実施の形態に係る耐震性に優れたＨ形鋼は、前記実施の形態２にいおける、６％以上の歪範囲のおける塑性変形応力の上昇勾配を、降伏応力ＹＰに対する、一様のびにおける応力ＹＢの比である応力上昇率α２（ＹＢ／ＹＰ）に限定し、さらに、最大モーメントを生じる位置の近傍におけるモーメント勾配を、、柱梁接合部より梁せいＨの半分だけ離れた位置におけるモーメントＭＨに対する、柱梁接合部におけるモーメントＭＣの比であるモーメント上昇率α１（ＭＣ/ＭＨ）に限定したものである。
【００５９】
（応力上昇率α２）
６％以上の歪範囲のおける塑性変形応力の上昇がほぼ飽和し、一様のびになった場合、このときの応力ＹＢを、降伏応力ＹＰに対する比で表示し、応力上昇率α２を明確に規定する。
【００６０】
（梁の塑性化領域）
さらに、図６（ｃ）において、点Ｘの位置（梁の塑性化領域）を梁せいＤの半分として、前記応力上昇率ＹＢ／ＹＰを明確に規定している。すなわち、梁の塑性化領域に関しては、従来より梁端が弾性挙動に近い場合、つまり梁端の塑性化による鋼材の応力上昇率の傾きがあまり小さくならない場合には、１．５Ｄといわれている。
【００６１】
しかし、梁端が弾性挙動から離れて、塑性化度合いが進むにつれ、塑性化による鋼材の応力上昇率の傾き（加工硬化の程度）が小さくなった際には、塑性変形が端部に集中して、塑性化領域は１．５Ｄより小さくなる。したがって、数値解析の結果を踏まえ、塑性化領域（点Ｘの位置）を梁端部（点Ｃの位置）から梁せいＤの１／２だけ離れた位置とした。（（社団法人）日本溶接協会，建築鉄骨構造の地震被害と鋼材セミナーテキスト，pp.65-66）
［実施の形態４］
図９は、本発明の他の実施の形態に係る耐震性に優れたＨ形鋼をブラケットに用いた鉄骨構造示す正面図である。図９において、柱１に、本発明の実施の形態１に記載したＨ形鋼からなるブラケット２が接合され、ブラケット２にスプライスプレート４を介して梁３が設置されている。
【００６２】
なお、本発明は該鉄骨構造の全てのブラケットを本発明のＨ形鋼により構成することに限定するものではなく、所定の階層にのみ本発明のＨ形鋼を採用してもよい。さらに、ブラケットを介して柱と梁を接合するものに限定するものではなく、本発明のＨ形鋼からなる梁を、柱に直接接合してもよい。
【００６３】
さらに、梁に対し柱の方を弱く設計する場合には、柱を本発明のＨ形鋼により構成すればよい。さらに、斜材５を本発明のＨ形鋼により構成し、耐震性を向上させてもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大地震時の終局的大変形に対して、フランジに発生した塑性変形が局所に集中することなく、塑性化領域が拡大することが可能になるから、フランジが薄肉でも局部座屈を起こしにくい塑性変形能力に優れたＨ形鋼を得ることができる。
【００６５】
したがって、本発明のＨ形鋼を用いることにより、Ｈ形鋼の鋼重を増大させることなしに、構造物の耐震性を向上させることが可能となり、大地震が発生した際に、高層建築物の損壊などの災害を防止することができるとの顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＨ形鋼の曲げ荷重に対する耐座屈性を評価する柱圧縮実験の結果である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るＨ形鋼の曲げ荷重に対する耐座屈性を評価する柱圧縮実験の結果である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るＨ形鋼を評価する短柱圧縮試験および片持ち繰り返し曲げ試験を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るＨ形鋼の曲げ荷重に対する耐座屈性を評価する片持ち繰り返し曲げ試験の結果である。
【図５】累積塑性変形倍率を説明する荷重−変位曲線である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る耐震性に優れたＨ形鋼を用いた鉄骨構造を示す斜視図である。
【図７】建築構造物の強さに対する建築構造物の平均的な変形を表すものである。
【図８】建築構造物の相対回転角に対する建築構造物のフランジの歪度を表すものである。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る耐震性に優れたＨ形鋼をブラケットに用いた鉄骨構造示す正面図である。
【符号の説明】
１柱
２ブラケット
３梁
４スプライスプレート

Claims

加工硬化を開始した後６％までの歪範囲における応力を、歪のベキ乗で表示した際のベキ数である加工硬化指数ｎが０．２以上で、
降伏応力ＹＰに対する、一様歪における塑性変形応力ＹＢの比である応力上昇率α２（ＹＢ/ＹＰ）が１．３３以上である鋼材から成るフランジを具備することを特徴とする、耐震性に優れたＨ形鋼。
建築または土木構造物に配置され、長手方向でモーメント勾配を生じる荷重を受ける、耐震性に優れたＨ形鋼であって、
フランジ幅Ｂとフランジ厚さＴの幅厚比（Ｂ／２Ｔ）が１０以下で、
加工硬化を開始した後６％までの歪範囲における応力を、歪のベキ乗で表示した際のベキ数である加工硬化指数ｎが０．２以上で、
さらに、６％以上の歪範囲における塑性変形応力の上昇勾配が、最大モーメントを生じる位置の近傍におけるモーメント勾配より大きいことにより、最大モーメントを生じる位置において発生した塑性域がその周囲に向けて拡大することを特徴とする、耐震性に優れたＨ形鋼。
建築または土木構造物において、柱に接合される梁部材または梁接合用ブラケットであるところの耐震性に優れたＨ形鋼であって、
フランジ幅Ｂとフランジ厚さＴの幅厚比（Ｂ／２Ｔ）が１０以下で、
加工硬化を開始した後６％までの歪範囲における応力を、歪のベキ乗で表示した際のベキ数である加工硬化指数ｎが０．２以上で、
さらに、降伏応力ＹＰに対する、一様のびにおける塑性変形応力ＹＢの比である応力上昇率α２（ＹＢ/ＹＰ）が、柱梁接合部より梁せいＨの半分だけ離れた位置におけるモーメントＭＨに対する、柱梁接合部におけるモーメントＭＣの比であるモーメント上昇率α１（ＭＣ/ＭＨ）より大きい（α２＞α１）ことにより、柱梁接合部において発生した塑性域が、梁または梁接合用ブラケットの長手方向中央側に向けて拡大することを特徴とする、耐震性に優れたＨ形鋼。
柱に接合される梁部材または梁接合用ブラケットが、フランジ幅Ｂとフランジ厚さＴの幅厚比（Ｂ／２Ｔ）が１０以下で、加工硬化を開始した後６％までの歪範囲における応力を、歪のベキ乗で表示した際のベキ数である加工硬化指数ｎが０．２以上である、耐震性に優れたＨ形鋼により形成される、耐震性に優れたＨ形鋼を用いた鉄骨構造であって、
該Ｈ形鋼のフランジの降伏応力ＹＰに対する、その一様のびにおける塑性変形応力ＹＢの比である応力上昇率α２（ＹＢ/ＹＰ）が、前記鉄骨構造において、柱梁接合部から梁せいＨの半分だけ離れた位置におけるモーメントＭＨに対する、柱梁接合部におけるモーメントＭＣの比であるモーメント上昇率α１（ＭＣ／ＭＨ）より大きい（α２＞α１）ことにより、柱梁接合部において発生した塑性域が、梁または梁接合用ブラケットの長手方向中央側に向けて拡大することを特徴とする、耐震性に優れたＨ形鋼を用いた鉄骨構造。