(57)【要約】【課題】フランジ溶接部の早期脆性破壊を可及的に防止できると共に、合理的でコスト低下ができる鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造及び該接合構造に用いるダイアフラムを得る。【解決手段】鋼管柱１とＨ形鋼製梁３を鋼管柱１に設けたダイアフラム５を介して接合する鋼管柱１とＨ形鋼製梁３の接合構造において、ダイアフラム５は、Ｈ形鋼製梁３のフランジ７と略同一幅の突出部５ａを有し、突出部５ａとフランジ７とが突き合わされて溶接されるものであって、ダイアフラム５における突出部５ａの鋼管柱１からの出寸法をｄ１、突出部５ａの突出寸法をｄ２、入り隅部の半径をＲとしたときに、ｄ１、ｄ２を、それぞれ３０ｍｍ≦ｄ１≦５５ｍｍ、ｄ２≧Ｒ＋１０ｍｍとした。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管柱とＨ形鋼製梁を前記鋼管柱に設けたダイアフラムを介して接合する鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造において、
前記ダイアフラムは、前記Ｈ形鋼製梁のフランジと略同一幅の突出部を有し、
該突出部と前記フランジとが突き合わされて溶接されるものであって、
前記ダイアフラムにおける突出部の前記鋼管柱からの出寸法をｄ１、前記突出部の突出寸法をｄ２、入り隅部の半径をＲとしたときに、前記ｄ１、ｄ２を、それぞれ３０ｍｍ≦ｄ１≦５５ｍｍ、ｄ２≧Ｒ＋１０ｍｍとしたことを特徴とする鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造。
【請求項２】
入り隅部の半径Ｒを、Ｒ≧６ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造。
【請求項３】
鋼管柱に設けられてＨ形鋼製梁を前記鋼管柱に接合するダイアフラムであって、
前記Ｈ形鋼製梁のフランジと略同一幅を有し、前記Ｈ形鋼製梁のフランジが突き合わされて溶接される突出部を有し、
前記鋼管柱に設置された状態において、前記鋼管柱からの出寸法をｄ１、前記突出部の突出寸法をｄ２、入り隅部の半径をＲとしたときに、前記ｄ１、ｄ２を、それぞれ３０ｍｍ≦ｄ１≦５５ｍｍ、ｄ２≧Ｒ＋１０ｍｍとしたことを特徴とするダイアフラム。
【請求項４】
入り隅部の半径Ｒを、Ｒ≧６ｍｍとしたことを特徴とする請求項３記載のダイアフラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建築又は土木の鉄骨構造物における鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造及び該接合構造に用いるダイアフラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨構造物における鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造としては、通しダイアフラムや外ダイアフラムにＨ形鋼梁を溶接する形式が一般的である。
図１０はこのような一般的な接合構造のうち、通しダイアフラム形式の角形鋼管柱５１にＨ形鋼梁５３を溶接接合した例である。ダイアフラム５５と梁フランジ５７は突き合わせ溶接され、梁ウエブ５９は、工場での組立の場合はすみ肉溶接にて、工事現場での組立の場合は高力ボルトにて角形鋼管柱５１と接合される。
【０００３】
しかしながら、上記の一般的な接合構造では以下のような問題がある。
梁端溶接部近傍の応力が最大となり、また梁フランジ溶接部縁端に応力が集中し、さらに溶接部縁端は溶接欠陥が発生し易く、応力集中が拡大される等の要因から早期脆性破壊が発生し易い。
【０００４】
そこで、上記の問題を解決するものとして、例えば特開平９−２１７４２０号公報及び特開２００１−８１８６３号公報に開示されたダイアフラム及びこれを用いた鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造がある。
上記公報に開示されたダイアフラムは梁フランジとの接合部を外方に突出させたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、突出部を設ける点は開示されているものの、その具体的な形状については何らも示されていない。
そのため、実際の施行に際して、具体的にどのような形状にすべきかが不明であり、実現できないものである。
【０００６】
確かに、上記従来例において、突出長さについて、特開平９−２１７４２０号公報では、１５０〜３００ｍｍ程度とするのが好ましいとしており、また、特開２００１−８１８６３号公報では、実施例の説明において８０ｍｍ突出した状態が示されている。
しかし、これらは合理的な理由もなく示されたものであり、このような長さであれば、接合部への付加応力を減らすことはできるもの、突出部の長さが長いためにダイアフラムの歩留りが悪くコストアップにつながる。また、突出部の長さが長いと梁ウエブと柱面との接合が難しくなるという問題もある。
【０００７】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、フランジ溶接部の早期脆性破壊を可及的に防止できると共に、合理的でコスト低下ができる鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造及び該接合構造に用いるダイアフラムを得ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造は、鋼管柱とＨ形鋼製梁を前記鋼管柱に設けたダイアフラムを介して接合する鋼管柱とＨ形鋼製梁の接合構造において、前記ダイアフラムは、前記Ｈ形鋼製梁のフランジと略同一幅の突出部を有し、該突出部と前記フランジとが突き合わされて溶接されるものであって、前記ダイアフラムにおける突出部の前記鋼管柱からの出寸法をｄ１、前記突出部の突出寸法をｄ２、入り隅部の半径をＲとしたときに、前記ｄ１、ｄ２を、それぞれ３０ｍｍ≦ｄ１≦５５ｍｍ、ｄ２≧Ｒ＋１０ｍｍとしたものである。
【０００９】
また、本発明に係るダイアフラムは鋼管柱に設けられてＨ形鋼製梁を前記鋼管柱に接合するものであって、前記Ｈ形鋼製梁のフランジと略同一幅を有し、前記Ｈ形鋼製梁のフランジが突き合わされて溶接される突出部を有し、前記鋼管柱に設置された状態において、前記鋼管柱からの出寸法をｄ１、前記突出部の突出寸法をｄ２、入り隅部の半径をＲとしたときに、前記ｄ１、ｄ２を、それぞれ３０ｍｍ≦ｄ１≦５５ｍｍ、ｄ２≧Ｒ＋１０ｍｍとしたものである。
【００１０】
また、上記ダイアフラムの入り隅部の半径Ｒを、Ｒ≧６ｍｍとしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態にかかる鋼管柱１とＨ形鋼製梁３の接合構造の要部の説明図である。
本実施の形態においては、鋼管柱１とＨ形鋼製梁３を鋼管柱１に設けたダイアフラム５を介して接合する鋼管柱１とＨ形鋼製梁３の接合構造において、ダイアフラム５にＨ形鋼製梁３のフランジ７と略同一幅の突出部５ａを設け、突出部５ａとフランジ７とを突き合わせ溶接したものである。そして、ダイアフラム５の突出部５ａにおける鋼管柱１からの出寸法をｄ１、突出部５ａの突出寸法（ダイアフラム５における突出部５ａ以外の部分からの突出長さ）をｄ２、入り隅部の半径をＲとしたときに、ｄ１、ｄ２を、それぞれ３０ｍｍ≦ｄ１≦５５ｍｍ、ｄ２≧Ｒ＋１０ｍｍとしたものである。また、入り隅部Ｒを、Ｒ≧６ｍｍとしている。
【００１２】
ここで、突出部の出寸法の最小値、最大値の根拠を説明する。
１）ダイアフラムの突出部の出寸法の最小値について
ダイアフラムの突出部５ａにおける鋼管柱１からの出寸法ｄ１（図２参照）の最小値は、鋼管柱１とダイアフラム５の溶接部の柱溶接金属９の肉盛（１２ｍｍ程度）及びこの部分の熱影響部１１（肉盛の外側へ８ｍｍ程度）、Ｈ形鋼製梁３のフランジ７とダイアフラム５の溶接によるダイアフラム側の熱影響部１３（８ｍｍ程度）を考慮して、これら熱影響部が重ならないように設定している。
つまり、肉盛（１２ｍｍ）、熱影響部１１（８ｍｍ）、熱影響部１３（８ｍｍ）の合計（２８ｍｍ）よりもｄ１が大きくなるようにｄ１≧３０ｍｍとしている。
【００１３】
２）ダイアフラムの突出部の出寸法の最大値について
従来例に示した特開平９−２１７４２０号公報ではダイアフラムの突出部の出寸法ｄ１を１５０〜３００ｍｍ程度とし、特開２００１−８１８６３号公報の実施例においてはｄ１＝８０ｍｍとし、両者ともに比較的長い寸法としている。
突出部の出寸法を長くすると、ダイアフラム製造時に不要となる部分が多くなり、歩留まりが悪く、その結果コストアップになる。
【００１４】
また、突出部の出寸法が長くなると、Ｈ形鋼製梁３に設けるスカラップが長くなり、座屈の危険があることから、同公報では図３に示すように、ガセットプレート１５を鋼管柱１の側面およびダイアフラム５に溶接して、ガセットプレート１５と梁３のウエブ１７をボルト接合するという構造を採用している。
しかし、このような構造ではガセットプレート１５の溶接が煩雑になるという問題がある。
【００１５】
そこで、本実施形態では、このような構造を用いる必要のない、一般的な構造で対応できるようにした。一般的な構造とは、例えば、図４に示すように、ガセットプレート１５を設けたとしても、ガセットプレート１５とダイアフラム５の溶接を行わない構造である。また、図５に示すように、ガセットプレートを設けることなく梁ウエブ１７を鋼管柱１の側面まで延出させて梁ウエブ１７の端部を柱面に溶接するような構造である。
【００１６】
このような一般的な構造を考えると、ｄ１が大きすぎるとスカラップ１９が長くなり、このスカラップ１９を設けた部分におけるフランジ７、ウエブ１７での早期座屈が生じることになる。
そこで、これらフランジ７及びウエブ１７での早期座屈が生じないという観点からｄ１の最大値を規定した。
教科書等にも示されている実験による座屈曲線から、細長比λがλ≦２０であれば、部材降伏前での座屈はほぼ生じない。そして、λと板厚の関係は下式で表せる。
【００１７】
【数１】
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【００１８】
ここで、Ｌｋは座屈長さ、Ｉは断面二次モーメント、Ａは断面積である。上記の式において、座屈長さＬｋを図４、図５のスカラッブ長さ（ｄ１＋３５ｍｍ）×１／２（３５ｍｍはスカラップのＲの大きさである。また、１／２倍としたのは両端固定のためである。）とし、フランジまたはウエブ幅をｗ、板厚をｔとすると、上式は下式のように変形できる。
【００１９】
【数２】
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また、上述したように、座屈の生じない細長比λとして、λ≦２０を考えるとｄ１の最大値は下式で与えられる。
【数３】
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【００２０】
一般的な梁材を考えた場合、フランジの厚みｔｆ≧１２ｍｍ、ウエブの厚みｔｗ≧８ｍｍであり、ウエブの厚みの方が薄いのでウエブの厚みでｄ１が規定される。そして、ウエブの厚みの最も薄いものでｔｗ＝８ｍｍ程度であるから、上式のｔに８ｍｍを代入すると、ｄ１＝５７．４ｍｍとなる。そこで、この値からより安全側を想定してｄ１≦５５ｍｍと言う条件を設ける。
【００２１】
次に、入り隅部Ｒを、Ｒ≧６ｍｍとした理由を説明する。
図６は図１に示す入り隅部Ｒを変化させた場合の応力集中係数（α）の変化を示したグラフである。これは、ＦＥＭによる弾性解析の結果である。フラックスタブを用いた従来型柱梁溶接部の繰返し載荷実験（Ｒ＝１ｍｍ程度）により全塑性時の変形量δｐの３〜４倍の変形で亀裂が生じることがあることがわかった。亀裂が生じると、これた派生して破断に至る危険もある。
【００２２】
そこで、このような危険を避けるために、応力集中度を緩和し変形量を倍にすることを考え、倍にするためには、図６に示した応力集中係数αを半分以下にすることが考えられる。そして、図６において、Ｒ＝１でα＝８．８であるから、αを半分以下のα＝４にするためには、図６よりＲ＝５．７以上でなければならないことがわかる。そこで、入り隅部ＲはＲ≧６ｍｍとしたものである。
【００２３】
次に、溶接部の位置ｄ２をＲ＋１０ｍｍとした理由を説明する。
従来型柱梁溶接部（Ｒ＝１ｍｍ程度）では応力集中係数はα＝８程度であり（図６参照）、上述したように、全塑性時の変形量δｐの３〜４倍の変形で亀裂が生じる。
そこで、溶接部からどの程度離れれば応力集中が緩和されるかを知るために、溶接部から一定の距離ごとの応力集中係数を解析で求めたところ、Ｒ止まり＋１０ｍｍの位置では、応力集中係数は１．２〜１．３程度であることがわかった。そこで、溶接位置（図１のｄ２）としては、Ｒ止まり＋１０ｍｍ以上であれば、溶接部への応力集中は大きく緩和でき、変形性能を確保できると判断し、溶接部の位置ｄ２としてｄ２＝Ｒ＋１０ｍｍと規定した。
【００２４】
以上説明したように、本実施の形態では、ダイアフラム５の突出部５ａにおける鋼管柱１からの出寸法ｄ１、突出部５ａの突出寸法ｄ２、入り隅部の半径Ｒを、解析結果等種々の要件に基づいて規定した。
以下においては、上記実施の形態の寸法にしたときの効果について説明する。図７乃至図９は本実施形態の効果を説明するための図であり、本発明と従来例の柱梁接合部繰り返し載荷実験結果を示すグラフである。
【００２５】
図７が本実施形態を示し、図８が従来例を示し、図９は本実施形態と従来例の両方を示したものである。
本実施形態の実験条件は、入り隅Ｒ＝１０、ｄ１＝４０、ｄ２＝２０である。また、従来例は図１０に示すような突出部のないダイアフラムを使用し、Ｒは１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。
【００２６】
図９に示すとおり、従来例に比較して、本実施形態は、大きな変形能力を有する。また、本実施形態の破断位置は、溶接部ではなくスカラップ底からの延性破壊であったことから、従来の溶接部での脆性破壊に対して、十分な変形性能を示していると言える。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、ダイアフラムを、Ｈ形鋼製梁のフランジと略同一幅の突出部を有し、該突出部と前記フランジとが突き合わされて溶接されるものであって、前記ダイアフラムにおける突出部の前記鋼管柱からの出寸法をｄ１、前記突出部の突出寸法をｄ２、入り隅部の半径をＲとしたときに、前記ｄ１、ｄ２を、それぞれ３０ｍｍ≦ｄ１≦５５ｍｍ、ｄ２≧Ｒ＋１０ｍｍとしたので、フランジ溶接部の早期脆性破壊を可及的に防止できると共に、合理的でコスト低減が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の要部の説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態の要部の説明図である。
【図３】Ｈ形鋼製梁とダイアフラムの接合状態の説明図である。
【図４】Ｈ形鋼製梁とダイアフラムの接合状態の説明図である。
【図５】Ｈ形鋼製梁とダイアフラムの接合状態の説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態のダイアフラムの入り隅部Ｒを変化させた場合の応力集中係数の変化を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施の形態の柱梁接合部繰り返し載荷実験結果を示すグラフである。
【図８】従来例の柱梁接合部繰り返し載荷実験結果を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施の形態及び従来例の柱梁接合部繰り返し載荷実験結果を示すグラフである。
【図１０】従来のＨ形鋼製梁と鋼管柱の接合構造の説明図である。
【符号の説明】
１　鋼管柱
３　Ｈ形鋼製梁
５　ダイアフラム
５ａ　突出部
７　フランジ
【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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