(57)【要約】【課題】ウェブのせん断応力の低減と、局部座屈及びクリップリングの抑止と、耐ねじれ性能の向上とを同時に実現可能な補剛構造及び補剛構造を有するＨ形断面部材を提供する。【解決手段】ウェブ１と２つのフランジ２とを有するＨ形断面部材１００用の補剛構造１０が、ウェブ１の一方の面に設けられ且つウェブ１との間で長手空間２１を形成するように構成された第１補剛部材１１と、ウェブ１の他方の面に設けられ且つウェブ１との間で長手空間２２を形成するように構成された第２補剛部材１２と、を具備し、第１補剛部材１１の延在方向が、フランジ２を含む平面に対して、反時計回りを正方向として、正の傾角を有しており、第２補剛部材１２の延在方向が、フランジ２を含む平面に対して、反時計回りを正方向として、負の傾角を有しており、第１補剛部材１１と第２補剛部材１２とが、ウェブ１に対して、平面視において交差するように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェブと２つのフランジとを有するＨ形断面部材用の補剛構造であって、
ウェブの一方の面に設けられ且つウェブとの間で長手空間を形成するように構成された第１補剛部材と、
ウェブの他方の面に設けられ且つウェブとの間で長手空間を形成するように構成された第２補剛部材と、
を具備し、
前記第１補剛部材の延在方向が、フランジを含む平面に対して、反時計回りを正方向として、正の傾角を有しており、
前記第２補剛部材の延在方向が、フランジを含む平面に対して、反時計回りを正方向として、負の傾角を有しており、
前記第１補剛部材の端部と前記第２補剛部材の端部とが、ウェブに対して、平面視において交差するように配置されていることを特徴とする補剛構造。
【請求項２】
前記第１補剛部材と前記第２補剛部材とが、平面視においてフランジの近傍で交差するように配置されている請求項１に記載の補剛構造。
【請求項３】
前記第１補剛部材と前記第２補剛部材とが、平面視においてＨ形断面部材の中心軸線で交差するように配置されている請求項１又は２に記載の補剛構造。
【請求項４】
前記第１補剛部材と前記第２補剛部材とが、Ｈ形断面部材のせん断中心に対して点対称に配置されている請求項３に記載の補剛構造。
【請求項５】
前記正の傾角をθ1とし、前記負の傾角をθ2としたとき、傾角θ1及び傾角θ2が等しい請求項１乃至４のいずれか一項に記載の補剛構造。
【請求項６】
ウェブと２つのフランジと請求項１乃至５のいずれか一項に記載の補剛構造とを有するＨ形断面部材。
【請求項７】
前記補剛構造が、当該Ｈ形断面部材の延在方向に沿った少なくとも一部の区間に設けられている請求項６に記載のＨ形断面部材。
【請求項８】
前記第１補剛部材と前記第２補剛部材とが、横断面において同一寸法の溝形形状を有する部材であり、前記ウェブに対して垂直で且つ互いに対向して配置された２つの補剛フランジと前記ウェブに対して平行で且つ２つの前記補剛フランジを接続する補剛ウェブとを有し、
当該Ｈ形断面部材の横断面において前記第１補剛部材と前記ウェブとによる閉断面と前記第２補剛部材と前記ウェブとによる閉断面とが同時に含まれるような、当該Ｈ形断面部材の延在方向の区間の長さをｅとし、
前記ウェブの板厚中心と前記補剛ウェブの板厚中心との間の距離をｂとし、前記ウェブの板厚をｔwとし、前記補剛フランジの板厚をｔ1とし、前記補剛ウェブの板厚をｔ2とし、前記第１補剛部材の延在方向と前記フランジを含む平面に対してなす正の傾角をθ1とし、前記第２補剛部材の延在方向と前記平面に対してなす負の傾角をθ2としたとき、以下の式（Ａ）及び式（Ｂ）を満たすように構成されている請求項６又は７に記載のＨ形断面部材。
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補剛構造及び補剛構造を有するＨ形断面部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築等の鋼構造の梁構造や土木橋梁等の桁構造として、重量当たりの断面性能が高い、いわゆるＨ形鋼と称されるＨ形断面部材が適用される。Ｈ形断面部材は、ウェブと２つのフランジとを有する。Ｈ形断面部材は、ウェブの高さを大きくすることによって、フランジの横断面の面積を増やすことなく、効率的に断面二次モーメント及び断面係数等の断面性能、すなわち曲げに対する剛性及び耐力を高めることができる。
【０００３】
しかしながら、ウェブの高さが大きくなるほどウェブの幅厚比は大きくなるため、ウェブの局部座屈やクリップリングが発生しやすくなる。また、曲げ性能の向上に比してねじれ剛性はほとんど変わらないことから、断面のねじれの影響が大きくなる。したがって、ウェブの高さを大きくすることによる曲げ性能の向上には限界がある。
【０００４】
特許文献１には、Ｈ形断面部材に補剛を行うことによって、ウェブの局部座屈を抑止する技術が開示されている。すなわち、特許文献１では、水平スチフナ及び縦スチフナの組み合わせや２つの斜めスチフナの組み合わせ等を、フランジと接合しないようにウェブに対して設けることによって、ウェブの局部座屈を抑止している。
【０００５】
特許文献２及び特許文献３には、Ｈ形断面部材に補剛を行うことによって、耐ねじれ性能を高める技術が開示されている。すなわち、特許文献２では、ウェブとフランジとの隅部に矩形断面部材等を配置して、管状体を設けることによって、ねじれ剛性及びねじれ強度を高めている。また、特許文献３では、ウェブの中心軸線に沿って補強部材を配置して、管状体を設けることによって、補強部材のねじれ剛性により局部座屈を抑止している。また、変形に伴い生じる応力の一部を補強部材に負担させることによって、曲げによる塑性変形能力を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−５１８２２号公報
【特許文献２】特開２０１５−９４０９号公報
【特許文献３】特開平８−１６５７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１乃至３に記載の技術は、ウェブのせん断応力の低減と、局部座屈及びクリップリングの抑止と、耐ねじれ性能の向上とのいずれかは実現できるものの、これら全てを同時に実現するものではない。
【０００８】
本発明は、ウェブのせん断応力の低減と、局部座屈及びクリップリングの抑止と、耐ねじれ性能の向上とを同時に実現可能な補剛構造及び補剛構造を有するＨ形断面部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、ウェブと２つのフランジとを有するＨ形断面部材用の補剛構造であって、ウェブの一方の面に設けられ且つウェブとの間で長手空間を形成するように構成された第１補剛部材と、ウェブの他方の面に設けられ且つウェブとの間で長手空間を形成するように構成された第２補剛部材と、を具備し、前記第１補剛部材の延在方向が、フランジを含む平面に対して、反時計回りを正方向として、正の傾角を有しており、前記第２補剛部材の延在方向が、フランジを含む平面に対して、反時計回りを正方向として、負の傾角を有しており、前記第１補剛部材の端部と前記第２補剛部材の端部とが、ウェブに対して、平面視において交差するように配置されていることを特徴とする補剛構造が提供される。
【００１０】
本発明の別態様によれば、前記第１補剛部材と前記第２補剛部材とが、平面視においてフランジの近傍で交差するように配置されていてもよい。
【００１１】
本発明の別態様によれば、前記第１補剛部材と前記第２補剛部材とが、平面視においてＨ形断面部材の中心軸線で交差するように配置されていてもよい。
【００１２】
本発明の別態様によれば、前記第１補剛部材と前記第２補剛部材とが、Ｈ形断面部材のせん断中心に対して点対称に配置されていてもよい。
【００１３】
本発明の別態様によれば、前記第１補剛部材の延在方向とフランジを含む平面とがなす正の傾角をθ1とし、前記第２補剛部材の延在方向とフランジを含む平面とがなす負の傾角をθ2としたとき、傾角θ1及び傾角θ2が等しくてもよい。
【００１４】
本発明の別態様によれば、ウェブと２つのフランジと上記補剛構造とを有するＨ形断面部材が提供される。
【００１５】
本発明の別態様によれば、前記補剛構造が、当該Ｈ形断面部材の延在方向に沿った少なくとも一部の区間に設けられていてもよい。
【００１６】
本発明の別態様によれば、前記第１補剛部材と前記第２補剛部材とが、横断面において同一寸法の溝形形状を有する部材であり、前記ウェブに対して垂直で且つ互いに対向して配置された２つの補剛フランジと前記ウェブに対して平行で且つ２つの前記補剛フランジを接続する補剛ウェブとを有し、当該Ｈ形断面部材の横断面において前記第１補剛部材と前記ウェブとによる閉断面と前記第２補剛部材と前記ウェブとによる閉断面とが同時に含まれるような、当該Ｈ形断面部材の延在方向の区間の長さをｅとし、前記ウェブの板厚中心と前記補剛ウェブの板厚中心との間の距離をｂとし、前記ウェブの板厚をｔwとし、前記補剛フランジの板厚をｔ1とし、前記補剛ウェブの板厚をｔ2とし、前記第１補剛部材の延在方向と前記フランジを含む平面とがなす正の傾角をθ1とし、前記第２補剛部材の延在方向と前記平面とがなす負の傾角をθ2としたとき、以下の式（Ａ）及び式（Ｂ）を満たすように構成されていてもよい。
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【発明の効果】
【００１７】
本発明の態様によれば、ウェブのせん断応力の低減と、局部座屈及びクリップリングの抑止と、耐ねじれ性能の向上とを同時に実現可能な補剛構造及び補剛構造を有するＨ形断面部材を提供するという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態による補剛構造及びＨ形断面部材の側面図である。
【図２】図２は、図１のＨ形断面部材の横断面図であり、（Ａ）は図１の線Ａ１−Ａ１における断面図であり、（Ｂ）は図１の線Ｂ１−Ｂ１における断面図であり、（Ｃ）は図１の線Ｃ１−Ｃ１における断面図である。
【図３】図３は、図１のＸ部における拡大図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態による補剛構造及びＨ形断面部材の側面図である。
【図５】図５は、図４のＨ形断面部材の横断面図であり、（Ａ）は図４の線Ａ２−Ａ２における断面図であり、（Ｂ）は図４の線Ｂ２−Ｂ２における断面図であり、（Ｃ）は図４の線Ｃ２−Ｃ２における断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３実施形態による補剛構造及びＨ形断面部材の側面図である。
【図７】図７は、図６のＨ形断面部材の横断面図であり、（Ａ）は図６の線Ａ３−Ａ３における断面図であり、（Ｂ）は図６の線Ｂ３−Ｂ３における断面図であり、（Ｃ）は図６の線Ｃ３−Ｃ３における断面図である。
【図８】図８は、本発明の第４実施形態による補剛構造及びＨ形断面部材の側面図である。
【図９】図９は、図８のＨ形断面部材の横断面図であり、（Ａ）は図８の線Ａ４−Ａ４における断面図であり、（Ｂ）は図８の線Ｂ４−Ｂ４における断面図であり、（Ｃ）は図８の線Ｃ４−Ｃ４における断面図である。
【図１０】図１０は、図８のＹ部における拡大図である。
【図１１】図１１は、図８のＨ形断面部材の横断面図であり、（Ａ）は図１０の線Ａ５−Ａ５における断面図であり、（Ｂ）は図１０の線Ｂ５−Ｂ５における断面図であり、（Ｃ）は図１０の線Ｃ５−Ｃ５における断面図である。
【図１２】図１２は、図８の交差端部における第１補剛部材及び第２補剛部材のねじりモーメント分布を示す伏図である。
【図１３】図１３は、図１２の第１補剛部材の補剛フランジの端部における反力分布を示す伏図である。
【図１４】図１４は、補剛構造及びＨ形断面部材の断面図における寸法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
【００２０】
図１は、本発明の第１実施形態による補剛構造１０及びＨ形断面部材１００の側面図である。図２は、図１のＨ形断面部材１００の横断面図であり、（Ａ）は図１の線Ａ１−Ａ１における断面図であり、（Ｂ）は図１の線Ｂ１−Ｂ１における断面図であり、（Ｃ）は図１の線Ｃ１−Ｃ１における断面図である。図３は、図１のＸ部における拡大図である。
【００２１】
Ｈ形断面部材１００は、一方向に延びるウェブ１と、ウェブ１の延在方向又は材軸方向に沿って端縁の各々に設けられた２つのフランジ２とを有している。なお、Ｈ形断面部材１００において、Ｈ形断面部材１００の延在方向の中心軸線Ｃとウェブ１の延在方向の中心軸線とは、一致している。補剛構造１０は、複数の第１補剛部材１１及び複数の第２補剛部材１２を有している。
【００２２】
図１に示されるように、平面視において、隣接する第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２の各々の端部は、ウェブ１に対して、交差するように配置されている。ここで、平面視とは、ウェブ１の面に対して垂直な視点であって、ウェブ１を省略している視点である。特に、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２の各々の延在方向は、ウェブ１の延在方向と平行ではない。ウェブ１の一方の面には、一方向に延びる複数の第１補剛部材１１が設けられている。ウェブ１の他方の面には、第１補剛部材１１とは異なる方向に延びる複数の第２補剛部材１２が設けられている。第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２の延在方向が異なることから、平面視において、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２が交差するように配置されているということができる。なお、特許文献２及び特許文献３に記載の対応する２つの管状体は、平面視において重複していることから、交差しているとはいえない。
【００２３】
図３に示されるように、平面視において、第１補剛部材１１の延在方向とフランジ２を含む平面とがなす正の傾角をθ1とし、第２補剛部材１２の延在方向とフランジ２を含む平面とがなす負の傾角をθ2とする。なお、図３では、便宜上、フランジ２を含む平面と平行な平面Ｓを基準としている。
【００２４】
図３を参照しながら、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２に関する傾角θ1及び傾角θ2について詳細に説明する。第１補剛部材１１の延在方向は、平面Ｓに対して、反時計回りを正方向として、正の傾角θ1を有している。そのため、第１補剛部材１１は、Ｈ形断面部材１００の一方の端部側から他方の端部側に行くに従って、一方のフランジ側から他方のフランジ側に近づくように傾斜した状態で設けられている。具体的には、図３において、第１補剛部材１１は、Ｈ形断面部材１００の左側から右側に行くにしたがって、下のフランジ２側から上のフランジ２側に近づくように傾斜した状態で設けられている。一方、第２補剛部材１２の延在方向は、平面Ｓに対して、反時計回りを正方向として、負の傾角θ2を有している。そのため、第２補剛部材１２は、Ｈ形断面部材１００の上記一方の端部側から上記他方の端部側に行くに従って、上記他方のフランジ側から上記一方のフランジ側に近づくように傾斜した状態で設けられている。具体的には、図３において、第２補剛部材１２は、Ｈ形断面部材１００の左側から右側に行くにしたがって、上のフランジ２側から下のフランジ２側に近づくように傾斜した状態で設けられている。
【００２５】
なお、補剛構造１０では、複数の第１補剛部材１１の各々の傾角θ1は等しく、複数の第２補剛部材１２の各々の傾角θ2は等しい。補剛構造１０では、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２は、傾角θ1及び傾角θ2が等しくなるように構成されている。
【００２６】
本実施形態では、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２は、全体として直線状に延びる、同一形状及び同一寸法を有する部材である。第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２は、各々の延在方向に対して直交する断面、すなわち第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２の横断面において溝形形状を有する部材である。したがって、図２（Ａ）及び図３に示されるように、第１補剛部材１１は、ウェブ１に対して垂直に設けられ且つ板面が互いに対向して配置される２つの板体状の補剛フランジ１１ａ及び補剛フランジ１１ｂと、ウェブ１に対して平行な板面を有し且つ補剛フランジ１１ａ及び補剛フランジ１１ｂの各々の一方の端縁、すなわちウェブ１とは反対側の端縁を接続する補剛ウェブ１１ｃとを有している。同様に、第２補剛部材１２は、ウェブ１に対して垂直に設けられ且つ板面が互いに対向して配置される２つの補剛フランジ１２ａ及び補剛フランジ１２ｂと、ウェブ１に対して平行な板面を有し且つ補剛フランジ１２ａ及び補剛フランジ１２ｂの各々の一方の端縁、すなわちウェブ１とは反対側の端縁を接続する補剛ウェブ１２ｃとを有している。補剛フランジ１１ａ及び補剛フランジ１１ｂの各々の他方の端縁、すなわちウェブ１側の端縁は、溶接等によって連続的にウェブ１に対して接合されている。同様に、補剛フランジ１２ａ及び補剛フランジ１２ｂの他方の端縁、すなわちウェブ１側の端縁は、溶接等によって連続的にウェブ１に対して接合されている。
【００２７】
第１補剛部材１１は、ウェブ１との間で第１補剛部材１１の延在方向に延びる長手空間２１を形成する。同様に、第２補剛部材１２は、ウェブ１との間で延在方向に延びる長手空間２２を形成する。したがって、図２に示されるように、Ｈ形断面部材１００の横断面において、第１補剛部材１１とウェブ１とは、閉断面３１を形成する。同様に、第２補剛部材１２とウェブ１とは、閉断面３２を形成する。
【００２８】
平面視において交差するように配置された第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２の各々の端部近傍のＨ形断面部材１００の部分において、Ｈ形断面部材１００の横断面に閉断面３１と閉断面３２とが同時に含まれるようなＨ形断面部材１００の延在方向の区間は、交差端部１３を構成する。したがって、図２（Ａ）及び図２（Ｃ）に示される断面図は、交差端部１３を含む断面図を示すが、図２（Ｂ）は、第２補剛部材１２の閉断面３２のみが含まれることから、交差端部１３を含む断面図を示すものではない。
【００２９】
上述したように、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２の各々の端部は、平面視においてフランジ２の近傍で交差するように配置されている。したがって、交差端部１３は、フランジ２の近傍に配置されている。
【００３０】
上述したように、本発明の実施形態によるＨ形断面部材１００は、ウェブ１の一方の面に設けられ且つウェブ１との間で長手空間２１を形成するように構成された第１補剛部材１１と、ウェブ１の他方の面に設けられ且つウェブ１との間で長手空間２２を形成するように構成された第２補剛部材１２と、を有している。また、第１補剛部材１１の端部と第２補剛部材１２の端部とは、ウェブ１に対して、平面視において交差するように配置されている。したがって、Ｈ形断面部材１００の補剛構造１０によって補剛された部分では、長手空間２１又は長手空間２２が常に横断面内に含まれるので、すなわち横断面において常に閉断面３１又は閉断面３２が含まれるので、Ｈ形断面部材１００のねじれ剛性を高めることができる。
【００３１】
また、Ｈ形断面部材１００が交差端部１３を有することによって、後述するように、ウェブ１と第１補剛部材１１とからなる閉断面３１からウェブ１と第２補剛部材１２とからなる閉断面３２へねじれモーメントを伝達することが可能となる。したがって、Ｈ形断面部材１００の延在方向に沿って耐ねじれ性能を高めることができる。
【００３２】
さらに、Ｈ形断面部材１００が交差端部１３を有することによって、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２は、いわゆるトラス構造の斜材として機能する。したがって、補剛構造１０は、Ｈ形断面部材１００の受けるせん断力の一部を負担することによってウェブ１に発生する応力を低減させることができる。そのため、補剛構造１０によって、ウェブ１の局部座屈及びクリップリングを抑止することができ、せん断耐力を高めることができる。なお、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２がトラス構造の斜材として機能することから、フランジ２のより近傍に交差端部１３を配置することが好ましい。
【００３３】
以上より、ウェブのせん断応力の低減と、局部座屈及びクリップリングの抑止と、耐ねじれ性能の向上とを同時に実現可能な補剛構造及び補剛構造を有するＨ形断面部材を提供することができる。
【００３４】
さらに、補剛構造１０による補剛は、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２を、対応するウェブ１の一方の面及び他方の面に接合することによって行われる。そのため、２つの補剛部材間の溶接や、Ｈ形断面部材自体又は補剛部材自体への複雑な加工等を行う必要がない。したがって、経済的且つ簡便にＨ形断面部材の補剛を行うことができる。また、既存の建築物等におけるＨ形断面部材の補剛も容易に行うことができる。
【００３５】
図４は、本発明の第２実施形態による補剛構造２０及びＨ形断面部材２００の側面図である。図５は、図４のＨ形断面部材２００の横断面図であり、（Ａ）は図４の線Ａ２−Ａ２における断面図であり、（Ｂ）は図４の線Ｂ２−Ｂ２における断面図であり、（Ｃ）は図４の線Ｃ２−Ｃ２における断面図である。
【００３６】
第２実施形態による補剛構造２０及びＨ形断面部材２００の基本的構成及びその効果については、第１実施形態による補剛構造１０及びＨ形断面部材１００と同様であるため、以下、異なる点についてのみ説明する。
【００３７】
第２実施形態は、第１実施形態と比較して、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２の配置が異なっている。上述のように、第１実施形態による補剛構造１０及びＨ形断面部材１００では、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２は、平面視において、各々の端部のみで交差するように配置されているが、各々の端部以外で交差するように配置されていない。
【００３８】
一方、第２実施形態による補剛構造２０及びＨ形断面部材２００では、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２の各々の端部が、平面視においてフランジ２の近傍で交差するように配置されている。さらに、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２の各々の中央部分が、平面視において２つのフランジ２間の中央、すなわちＨ形断面部材２００の中心軸線Ｃで交差するように配置され、Ｈ形断面部材２００の横断面に閉断面３１と閉断面３２とが同時に含まれるようなＨ形断面部材２００の延在方向の区間は、交差中間部１４を構成する。このとき、Ｈ形断面部材２００の中心軸線Ｃは、せん断中心である。したがって、図５に示されるように、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２、すなわち長手空間２１及び長手空間２２は、Ｈ形断面部材２００のせん断中心に対して点対称となるように配置されている。
【００３９】
長手空間２１及び長手空間２２が、Ｈ形断面部材２００のせん断中心に対して点対称となるように配置されていることによって、Ｈ形断面部材２００の横断面において、閉断面３１及び閉断面３２もせん断中心に対して点対称の位置にある。そのため、Ｈ形断面部材２００にねじれモーメントが作用すると、補剛されたＨ形断面の回転中心はせん断中心と一致するため、第１実施形態によるＨ形断面部材１００と比較して、さらに耐ねじれ性能を高めることができる。
【００４０】
図６は、本発明の第３実施形態による補剛構造３０及びＨ形断面部材３００の側面図である。図７は、図６のＨ形断面部材３００の横断面図であり、（Ａ）は図６の線Ａ３−Ａ３における断面図であり、（Ｂ）は図６の線Ｂ３−Ｂ３における断面図であり、（Ｃ）は図６の線Ｃ３−Ｃ３における断面図である。
【００４１】
第３実施形態による補剛構造３０及びＨ形断面部材３００の基本的構成及びその効果については、第２実施形態による補剛構造２０及びＨ形断面部材２００と同様であるため、以下、異なる点についてのみ説明する。
【００４２】
第３実施形態は、第２実施形態と比較して、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２を設ける範囲が異なっている。すなわち、第２実施形態による補剛構造２０及びＨ形断面部材２００では、Ｈ形断面部材２００は、延在方向の全長に沿って、補剛構造２０によって補剛されている。
【００４３】
一方、第３実施形態による補剛構造３０及びＨ形断面部材３００では、補剛構造３０が、Ｈ形断面部材３００の延在方向に沿った少なくとも一部の区間に設けられている。すなわち、高い耐ねじれ性能及び高いせん断耐力を必要とする区間、例えば他部材と接合されるＨ形断面部材３００の延在方向の両端部近傍の区間に対してのみ、補剛構造３０によって補剛されている。それによって、過剰な補剛を防止し、補剛のためのコストを削減することができる。
【００４４】
具体的には、第３実施形態による第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２は、第２実施形態に比べて延在方向の長さが小さく設定されている。また、第３実施形態による第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２では、傾角θ1及び傾角θ2が、第２実施形態よりも大きく構成されている。さらに、Ｈ形断面部材３００の延在方向の両端部近傍の一定区間において、それぞれ複数、具体的に２組の第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２が設けられている。
【００４５】
図８は、本発明の第４実施形態による補剛構造４０及びＨ形断面部材４００の側面図である。図９は、図８のＨ形断面部材４００の横断面図であり、（Ａ）は図８の線Ａ４−Ａ４における断面図であり、（Ｂ）は図８の線Ｂ４−Ｂ４における断面図であり、（Ｃ）は図８の線Ｃ４−Ｃ４における断面図である。
【００４６】
第４実施形態による補剛構造４０及びＨ形断面部材４００の基本的構成及びその効果については、第２実施形態による補剛構造２０及びＨ形断面部材２００と同様であるため、以下、異なる点についてのみ説明する。
【００４７】
第４実施形態は、第２実施形態と比較して、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２の延在方向の長さや配置が異なっている。すなわち、第２実施形態による補剛構造２０及びＨ形断面部材２００では、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２は、同一形状及び同一寸法を有する同一部材である。さらに、すべての第１補剛部材１１は、互いに同じ角度に傾斜した状態で配置され、また、すべての第２補剛部材１２は、互いに同じ角度に傾斜した状態で配置されている。
【００４８】
一方、第４実施形態による補剛構造４０及びＨ形断面部材４００では、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２は、同一の溝形形状の横断面を有するが、異なる長さを有する部材である。ただし、対応するウェブ１の一方の面及び他方の面に接合された第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２は、同一の長さを有し、同一形状及び同一寸法を有する部材である。また、対応するウェブ１の一方の面及び他方の面に接合された第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２の傾角θ1及び傾角θ2は、等しくなるように構成される。隣接する第１補剛部材１１の傾角θ1は、互いに異なる。同様に、隣接する第２補剛部材１２の傾角θ2は、互いに異なる。
【００４９】
なお、第４実施形態においては、第１補剛部材１１の各々は、傾角θ1が互いに異なるものの、Ｈ形断面部材４００一方の端部側から他方の端部側（図８において、左側から右側）に行くに従って、一方のフランジ側から他方のフランジ側（図８において、下フランジ側から上フランジ側）に近づくように傾斜している。また、第２補剛部材１２の各々は、傾角θ2が互いに異なるものの、Ｈ形断面部材４００の上記一方の端部側から上記他方の端部側（図８において、左側から右側）に行くに従って、上記他方のフランジ側から上記一方のフランジ側（図８の場合、上フランジ側から下フランジ側）に近づくように傾斜している。
【００５０】
さらに、図８において、５本の第１補剛部材１１が設けられており、これら第１補剛部材１１は、Ｈ形断面部材４００の延在方向の両端部に近いものほど、延在方向の長さが小さく且つ傾角θ1の絶対値が大きく設定されている。したがって、Ｈ形断面部材４００の延在方向の中央に位置する第１補剛部材１１は、延在方向の長さが最も大きく且つ傾角θ1の絶対値が最も小さい。一方、第１補剛部材１１と同様に、５本の第２補剛部材１２が設けられており、これら第２補剛部材１２は、Ｈ形断面部材４００の延在方向の両端部に近いものほど、延在方向の長さが小さく且つ傾角θ2が大きく設定されている。したがって、Ｈ形断面部材４００の延在方向の中央に位置する第２補剛部材１２は、延在方向の長さが最も大きく且つ傾角θ2が最も小さい。
【００５１】
補剛構造４０では、Ｈ形断面部材４００の延在方向に沿った所定の区間において、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２の傾角θ1及び傾角θ2を変更することによって、当該区間において必要とされる耐ねじれ性能及びせん断耐力を有するように構成することができる。
【００５２】
なお、第４実施形態による補剛構造４０及びＨ形断面部材４００では、少なくとも１組の第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２を、傾角θ1及び傾角θ2が等しくなるように構成してもよい。また、上述した第３実施形態のように、Ｈ形断面部材４００を、必ずしもその全長に沿って補剛構造４０によって補剛しなくてもよい。要するに、傾角θ1及び傾角θ2の大きさや補剛する区間は、要求される設計条件に応じて、任意に設定可能である。
【００５３】
上述した実施形態において、第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２は溝形断面としているが、ウェブ１との間で長手空間２１及び長手空間２２を構成することができる限りにおいて、例えば山形、または弧形等の異なる形状の断面であってもよい。また、上述した実施形態において、対応するウェブ１の一方の面及び他方の面に接合された第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２は同一部材であるが、断面形状や寸法等が互いに異なる部材としてもよい。
【００５４】
ところで、交差端部１３及び交差中間部１４では、ウェブ１と第１補剛部材１１とからなる閉断面３１からウェブ１と第２補剛部材１２とからなる閉断面３２へのねじれモーメントの伝達が行われる。そのため、交差端部１３及び交差中間部１４における閉断面３１及び閉断面３２を構成する部材の一部が、交差端部１３及び交差中間部１４以外の区間における閉断面３１及び閉断面３２を構成する部材の一部よりも先行して降伏すると、連続した補剛部材としての設計上の取り扱いが制限される場合が予想される。したがって、第４実施形態による補剛構造４０の交差端部１３を例として、閉断面３１及び閉断面３２を構成する部材の一部が、交差端部１３以外の区間における閉断面３１及び閉断面３２を構成する部材の一部よりも先行して降伏しない補剛構造４０の形状条件について、以下説明する。なお、当該形状条件については、交差中間部１４に対しても同様に適用できる。
【００５５】
図１０は、図８のＹ部における拡大図である。図１１は、図８のＨ形断面部材４００の横断面図であり、（Ａ）は図１０の線Ａ５−Ａ５における断面図であり、（Ｂ）は図１０の線Ｂ５−Ｂ５における断面図であり、（Ｃ）は図１０の線Ｃ５−Ｃ５における断面図である。
【００５６】
図１２は、図８の交差端部１３における第１補剛部材１１及び第２補剛部材１２のねじりモーメント分布を示す伏図である。図１２は、図１０の線Ｄ５−Ｄ５における断面図である。図１２における線Ａ５、線Ｂ５及び線Ｃ５の位置は、図１０に示された断面の線Ａ５、線Ｂ５及び線Ｃ５の位置にそれぞれ対応する。図１２において、左側に示されたモーメント分布が第１補剛部材１１のねじりモーメント分布を示し、右側に示されたモーメント分布が第２補剛部材１２のねじりモーメント分布を示す。
【００５７】
図１０を参照して、図３と同様に、第１補剛部材１１の延在方向と平面Ｓとのなす正の傾角をθ1とし、第２補剛部材１２の延在方向と平面Ｓとがなす負の傾角をθ2とし、さらに、Ｈ形断面部材４００の延在方向における交差端部１３の長さをｅとする。なお、図１０では、便宜上、フランジ２を含む平面と平行な平面Ｓを基準としている。図１１（Ａ）を参照して、第１補剛部材１１の補剛ウェブ１１ｃの板厚中心とＨ形断面部材４００のウェブ１の板厚中心との間の距離、及び、第２補剛部材１２の補剛ウェブ１２ｃの板厚中心とＨ形断面部材４００のウェブ１の板厚中心までの距離をいずれもｂとする。さらに、ウェブ１の板厚をｔwとし、補剛フランジ１１ａ、補剛フランジ１１ｂ、補剛フランジ１２ａ及び補剛フランジ１２ｂの板厚をいずれもｔ1とし、補剛ウェブ１１ｃ及び補剛ウェブ１２ｃの板厚をいずれもｔ2とする。
【００５８】
ここで、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）はそれぞれ、交差端部１３の始端、中間部及び終端を示している。各閉断面内において、ねじりモーメントＭによりせん断流ｑA、せん断流ｑB及びせん断流ｑCが発生する。せん断流ｑA、せん断流ｑB及びせん断流ｑCは、各閉断面内で周方向に一定である。
【００５９】
図１１（Ａ）を参照しながら図１２を参照すると、交差端部１３の始端においては、第１補剛部材１１の閉断面３１ですべてのねじりモーメントＭを負担するため、第２補剛部材１２におけるせん断流は０である。次に、図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）を順に参照しながら図１２を参照すると、交差端部１３の始端から終端へ近づくにつれて、ねじりモーメントＭが、閉断面３１から閉断面３２へと伝達される。したがって、交差端部１３の中間部の所定位置においては、対応するウェブ１におけるせん断流は０となる。さらに、交差端部１３の終端においては、第２補剛部材１２の閉断面３２ですべてのねじりモーメントＭを負担するため、第１補剛部材１１におけるせん断流は０となる。
【００６０】
図１３は、図１２の第１補剛部材１１の補剛フランジ１１ａの端部における反力分布を示す伏図である。すなわち、図１３は、上述したモーメントＭの伝達性状に基づき、図１２に示された補剛フランジ１１ａのａｂｃｄ領域の各辺の反力分布を示す伏図である。
【００６１】
上述したように、ねじりモーメントＭは、せん断流ｑAを閉断面３１に発生させ、交差端部１３の区間でウェブ１を挟んで第１補剛部材１１から第２補剛部材１２へ伝達される。このとき、ａｂｃｄ領域のせん断応力は辺ａｂで最大となり、辺ｃｄで０となる。辺ａｂのせん断応力による反力τabはｑAで一定となる。辺ｂｃ及び辺ａｄのせん断応力による反力τbc及びτdaは、ｂ端及びａ端でｑAとなり、ｃ端及びｄ端で０となる三角形分布となる。辺ｃｄは自由端であるため、辺ｃｄのせん断応力による反力τcdは０となる。また、交差端部１３の辺ａｂ、辺ｂｃ及び辺ｃｄにおいて、直交方向応力σab、σbc、σcdは０となる。辺ａｄには、これら直交方向応力と釣り合う一定の直交方向応力σdaが生じることから、σdaは、力のつり合いから下記式（１）で表される。
2020172755.tif 000005
【００６２】
また、補剛フランジ１１ａ、補剛フランジ１１ｂ及び補剛ウェブ１１ｃにおけるせん断応力をτ11a、τ11b、τ11cとすると、各値の関係は、下記式（２）のとおりとなる。
2020172755.tif 000006
【００６３】
したがって、交差端部１３、すなわち第１補剛部材１１の補剛フランジ１１ａのａｂｃｄ領域におけるミーゼスの相当応力σoは、ｑA＝τ11aとすれば、点ａで最大となり、式（１）から下記式（３）で表される。
2020172755.tif 000007
【００６４】
式（３）に式（２）を代入すると、下記式（４）が成立する。
2020172755.tif 000008
【００６５】
一方で、交差端部１３以外の部分の第１補剛部材１１の閉断面３１においては、せん断流が一定である。したがって、下記式（５）が成り立てば、閉断面３１を構成する補剛フランジ１１ａ、補剛フランジ１１ｂ、補剛ウェブ１１ｃ、及び、Ｈ形断面部材４００のウェブ１のうち、補剛ウェブ１１ｃにおいて最もせん断応力が高くなる。
2020172755.tif 000009
【００６６】
したがって、式（５）が成立する前提で、第１補剛部材１１の補剛フランジ１１ａのａｂｃｄ領域においてミーゼスの相当応力σoが降伏条件に達しない、すなわち、交差端部１３が交差端部１３以外の区間の補剛ウェブ１１ｃよりも先に降伏しない形状条件は、式（４）より下記式（６）となることから、よって式（７）で表される。
2020172755.tif 000010
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【００６７】
式（７）は、第１補剛部材１１に着目して導出されたが、第２補剛部材１２に着目しても同様の式が導出できる。したがって、これらをまとめて、交差端部１３が交差端部１３以外の部分よりも先に降伏しない条件は、下記式（８）で表される。
2020172755.tif 000012
【００６８】
以上より、式（８）が成立するように、本発明の実施形態によるＨ形断面部材のウェブの補剛構造を構成することによって、交差端部における降伏が先行することなく、延在方向に沿って耐ねじれ性能の高いＨ形断面部材を実現することができる。
【００６９】
次に、第１補剛部材及び第２補剛部材がＨ形断面部材のせん断中心に対して点対称となるように配置されている第２実施形態のような補剛構造及びＨ形断面部材を例に、補剛構造の有無の違いによるＨ形断面部材のねじり定数の試算結果を、以下の表１に示す。表１において、各形状寸法は、図１４に示されたとおりである。すなわち、ＨはＨ形断面部材の高さ、ＢはＨ形断面部材の幅、ｔwはウェブ１の板厚、ｔｆはフランジ２の板厚、ｈｃは第１補剛部材及び第２補剛部材の高さ、ｂｃは第１補剛部材及び第２補剛部材の幅、ｔ1は補剛フランジの板厚、及び、ｔ2は補剛ウェブの板厚をそれぞれ示す。表１に示された形状寸法のＨ形断面を有するＨ形断面部材、並びに、同じく表１に示された形状寸法の溝形断面を有する第１補剛部材及び第２補剛部材を備えた補剛構造について、番号１〜１６で示された各組合せに対する、補剛構造が無い場合のＨ形断面部材の断面積Ａｏ及びねじり定数Ｊｏ、補剛構造が有る場合の補剛構造を含むＨ形断面部材の断面積Ａａ及びねじり定数Ｊａ、補剛構造の有無による断面積比、並びに、補剛構造の有無によるねじり定数比をそれぞれ試算した。なお、点対称に配置された第１補剛部材の閉断面及び第２補剛部材の閉断面の高さ位置によって、ねじり定数は変化するので、第１補剛部材及び第２補剛部材の中心距離ｄを変数としている。
【００７０】
【表１】
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【００７１】
表１より、補剛構造を有するＨ形断面部材は、補剛構造を有しないＨ形断面部材と比較して、断面積の増加が１６％〜３３％であるのに対して、ねじり定数の増加は３．２０倍〜１５．２８倍となっている。そのため、本発明の態様によれば、高い耐ねじれ性能を有するＨ形断面部材の補剛構造を経済的に得ることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１    ウェブ
２    フランジ
１０    補剛構造
１１    第１補剛部材
１２    第２補剛部材
１３    交差端部
１４    交差中間部
２１    長手空間
２２    長手空間
３１    閉断面
３２    閉断面
１００    Ｈ形断面部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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