JP3831332B2 - ダイアフラムを内蔵する溶接組立箱形断面柱とｈ形断面梁との柱梁接合構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイアフラムを内蔵する溶接組立箱形断面柱とＨ形断面梁との建築鉄骨柱梁接合構造およびダイアフラムを内蔵し、且つコンクリートを充填した溶接組立箱形断面柱とＨ形断面梁との柱梁接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
柱梁接合構造において問題となる脆性破壊は、（１）引張応力の負荷の増大、（２）切欠きの存在、（３）材料靭性の低下という３つの条件が重畳した場合に発生する。従って、前記３つの条件のいずれかを緩和することで、該部位からの脆性破壊は防止される。
従来技術としては、前記（３）の材料靭性の低下という条件を緩和することにより、脆性破壊を防止する技術が挙げられる。その従来技術は図４に示されるもので、箱形断面の柱内にダイアフラムを溶接する際、エレクトロスラグ溶接により溶接すると、エレクトロスラグ溶接が大入熱であるため効率的であるが溶接部近傍の溶接熱影響部（ＨＡＺ部）の破壊靭性の大幅な低下を引き起こすという問題が発生するが、図４に示す従来技術では、この問題を解決するために、箱形断面柱をそれに取り付けられる梁の梁せいの中央部で切断し、切断された箱形断面柱内に小入熱の炭酸ガスアーク溶接によりダイアフラムを溶接し、その後、切断した箱形断面柱を再溶接し、次いで箱形断面柱の外周にブラケットを溶接することにより、溶接熱影響部の破壊靭性の低下を抑制している。
また、その他、エレクトロスラグ溶接の際、特殊な開先処理と仮付け溶接を行った上で本溶接時に溶接部を強制冷却により溶接熱影響部の破壊靭性の低下を抑制したものが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２７７７２５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、炭酸ガスアーク溶接は、多層多パス溶接であることから、製作時間を多大に要し、また、製作工程で箱形断面柱の切断・再接合が加わることからコストアップに繋がるという問題があり、更に、狭隘な部分で多パス溶接を行なわなければならないため溶接欠陥が発生しやすくなり品質確保の観点からも問題がある。
また、もう一つの従来技術においては、特殊な開先の処理、強制冷却などの作業が発生するため、大幅なコストアップが避けられないという問題がある。
【０００５】
本発明は、前記従来技術の持つ問題点を解決した経済的で耐震性能に富んだ内ダイアフラムを有する溶接組立箱形断面柱とＨ形断面梁との建築鉄骨柱梁接合構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【問題を解決するための手段】
本第１発明は、前記課題を解決するために、ダイアフラムを内蔵する溶接組立箱形断面柱とＨ形断面梁との柱梁接合構造あるいはダイアフラムを内蔵し、且つコンクリートを充填した溶接組立箱形断面柱とＨ形断面梁との柱梁接合構造において、柱内部のダイアフラムに、梁の材軸上で且つ柱断面中心から柱径の１／１０以上梁側に離れた部分に、梁幅方向の長さが少なくとも梁ウェブ厚の２倍以上である孔を設けることを特徴とする。
【０００７】
本第２発明は、本第１発明のダイアフラムを内蔵する溶接組立箱形断面柱とＨ形断面梁との柱梁接合構造あるいはダイアフラムを内蔵し、且つコンクリートを充填した溶接組立箱形断面柱とＨ形断面梁との柱梁接合構造において、前記孔の形状が円形であることを特徴とする。
【０００８】
【作用】
本発明は、前記脆性破壊の条件の（１）引張応力の負荷の増大という条件を緩和することにより脆性破壊を防止するものである。地震時の水平力により、梁フランジ（上側あるいは下側）には引張応力が作用し、柱梁接合部では、ダイアフラムを介してその応力が伝達される。さらに、梁フランジの塑性化に伴い生じる柱スキンプレートの面外変形により、スリット先端部に引張応力が作用することになり、その結果、スリット先端のＣＴＯＤ（Ｃｒａｃｋ Ｔｉｐ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ：き裂先端開口変位）が大きくなる。
本発明では、柱内部のダイアフラムに、梁の材軸上で且つ柱断面中心から柱径の１／１０以上梁側に離れた部分に、梁幅方向の長さが少なくとも梁ウェブ厚の２倍以上である孔を設けることにより、スリット先端部に作用する引張力を低減し、その結果、当て金と柱スキンプレートで形成されるスリットの先端に発生するＣＴＯＤを低減し、該部位からの脆性破壊を抑制する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
内ダイアフラム形式の溶接組立箱形断面柱とＨ形断面梁との柱梁接合部での、地震時の水平力によるスリット先端部の開口挙動の数値実験を行なった。
数値実験は、非線形有限要素解析であり、対象は柱スキンプレートと内ダイアフラムとをエレクトロスラグ溶接施工した箱形断面柱とＨ形断面梁を用いたト字形部分骨組である。負荷条件は、柱上下をピン支持し、梁に強制変位を与えた。なお、部材断面寸法と材料強度は、梁の降伏が先行するように設定した。
その結果、骨組が弾性挙動を示す範囲では、エレクトロスラグ溶接部の当て金と柱スキンプレートで形成されるスリット先端に発生するＣＴＯＤはスリット全線において比較的小さいが、梁の降伏に伴い、接合部パネルの内側の梁ウェブに対向する位置でＣＴＯＤが著しく増大することが判明した。また、これは梁フランジの塑性化により梁ウェブ部分の曲げモーメント分担率が増大することで柱に面外変形が生じることに起因していることが判明した。これは、梁ウェブから柱に伝達される応力が、柱スキンプレートを面外変形させ、接合部パネルの内側の当て金と柱スキンプレートで形成されるスリットを引き離す、すなわちＣＴＯＤを増大させていることを意味する。
本発明は、この数値実験結果を踏まえ、箱形断面柱内に設置されるダイアフラムに、梁の材軸上で且つ柱断面中心から柱径の１／１０以上梁側に離れた部分に、梁幅方向の長さが少なくとも梁ウェブ厚の２倍以上である孔を設けるという構成を採用したものである。
【００１０】
本発明の一実施形態を図１〜３により説明する。溶接組立箱形断面柱１は、４枚の鋼板２を箱形に組立て、炭酸ガスアーク溶接あるいはサブマージアーク溶接により溶接する。溶接組立箱形断面柱１に上下フランジ４、５とウェブ６からなるＨ形断面梁３を炭酸ガスアーク溶接あるいはサブマージアーク溶接により溶接する。Ｈ形断面梁３の接合の前に、溶接組立箱形断面柱１の内部のＨ形断面梁３の前記上下フランジ部分４、５の接合部に対応する位置に、上下ダイアフラム７、８を当て金９を当て、エレクトロスラグ溶接により溶接する。上下ダイアフラム７、８に、梁の材軸上で且つ柱断面中心から柱径の１／１０以上梁側に離れた部分に、梁幅方向の長さが少なくとも梁ウェブ厚の２倍以上の孔１０を形成する。孔１０の形状は長円形、楕円形、円形とどのようなものでも良いが、孔の形成作業の容易性を考慮して円形孔が望ましい。また、溶接組立箱形断面柱は、部材の剛性、耐力の面から必要に応じ、コンクリートを充填してもよい。
【００１１】
図２及び図３は、本発明のダイアフラムを内蔵する溶接組立箱形断面柱とＨ形断面梁との柱梁接合構造、従来の柱梁接合構造（上下ダイアフラムに、梁の材軸上で且つ柱断面中心から柱径の１／１０以上梁側に離れた部分に、梁幅方向の長さが少なくとも梁ウェブ厚の２倍以上の孔を形成していない）に地震時と同様な水平荷重を加えた数値実験を実施した結果を示すものである。図２の縦軸は梁に作用するせん断力であり、横軸は骨組全体回転角である。また、図３の縦軸は接合部パネルの内側の梁ウェブに対向する位置に存在するエレクトロスラグ溶接部の当て金と柱スキンプレートで形成されるスリット先端に発生するＣＴＯＤであり、横軸は梁に作用するせん断力である。
図２に示されるように、本発明の柱梁接合構造と従来の柱梁接合構造も、骨組全体の挙動としてはほぼ同様の性状を示す。
しかし、図３に示されるＣＴＯＤ−梁端荷重の関係からみると、同一梁端荷重で両者を比較すると、本発明ではＣＴＯＤが従来のものより大幅に低減している。
このことから、本発明の構成を採用することにより、材料（溶接部）の破壊靭性を高めるために煩雑な溶接条件を採用する必要がなく、低コストで高い耐震性能を確保することができる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の構成により、高能率なエレクトロスラグ溶接を採用しても、柱内部のダイアフラムの梁材軸上で且つ柱断面中心から柱径の１／１０以上梁側に離れた部分に、梁幅方向の長さが少なくとも梁ウェブ厚の２倍以上である孔を設けることにより、地震時にスリット先端部に作用する引張力を低減し、その結果、当て金と柱スキンプレートで形成されるスリットの先端に発生するＣＴＯＤを低減し、該部位からの脆性破壊を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）本発明の一実施形態を示す平面図及び正面図
【図２】本発明の一実施形態の梁端荷重−骨組回転角の関係を示す図
【図３】本発明の一実施形態のＣＴＯＤ−梁端荷重の関係を示す図
【図４】従来例を示す図
【符号の説明】
１：溶接組立箱形断面柱
２：鋼板
３：Ｈ形断面梁
４：上フランジ
５：下フランジ
６：ウェブ
７：上ダイアフラム
８：下ダイアフラム
９：当て金
１０：孔

Claims (2)

1. ダイアフラムを内蔵する溶接組立箱形断面柱とＨ形断面梁との柱梁接合構造、およびダイアフラムを内蔵し、且つコンクリートを充填した溶接組立箱形断面柱とＨ形断面梁との柱梁接合構造において、柱内部のダイアフラムに、梁の材軸上で且つ柱断面中心から柱径の１／１０以上梁側に離れた部分に、梁幅方向の長さが少なくとも梁ウェブ厚の２倍以上である孔を設けることを特徴とするダイアフラムを内蔵する溶接組立箱形断面柱とＨ形断面梁との柱梁接合構造。
2. 前記孔の形状が円形であることを特徴とする請求項１に記載のダイアフラムを内蔵する溶接組立箱形断面柱とＨ形断面梁との柱梁接合構造。

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