平成 23 年度

B-52

日本大学理工学部

学術講演会論文集

ワンサイドボルトを用いた薄鋼板構造性能実験
その 5 鋼製薄板パネルによる HP シェルの鉛直載荷試験
Experiments on the Performance of Thin Steel Plate Structures Using One-side Bolt
Part.5 Verical load test on HP shell made of thin steel plate
津田達也１, 藤井克紀 2, 渡辺邦夫 3, 揚原茂雄 3,○姿健一郎 4, 中西三和 5, 安達洋 5
Tatsuya Tsuda1, Katsunori Fujii2, Kunio Watanabe3, *Shigeo Agehara3, Kenichiro Sugata4, Mitsukazu Nakanishi5, Hiromi Adachi5This paper shows report on vertical load test on HP(hyperbolic paraboloidal) shell made of thin steel plate. This test investigatedperformance of HP shell of thin steel plate structures using one-side bolt .
A’B

１．はじめに本報は，鋼製薄板パネルによる HP シェル模型の鉛直載荷試験についての報告である．本構造システムを用いて試設計された HP シェルの 1/10 模型試験体に積雪荷重を想定した鉛直荷重時の実験結果を，シリーズA，B で把握した部材性能を用いて行った数値解析の結果と比較検討した．
２．実験概要B’A．１ 試験体概要
試験体は，試設計をした 32m×32m の HP シェルのFig.1 Specimen C Plan

1/10 の模型試験体である．試験体の伏図を Fig.1 に，試験体の断面図を Fig.2，3，また，部材の断面図を Fig.4に示す．Fig.1，2 に示す通り，見付け平面寸法は 3.2m
×3.2m，昇り方向最頂部高さは 1.72m としている．
柱は鋼管 60.5×4 を使用し，床に完全固定した．なお，

Fig.3 B-B’ section

Fig.2 A-A’ section

BH 梁断面寸法は A,B シリーズとは施工上の理由で異なり，Fig.4 に示すように，BH 梁断面寸法（H×B×tw×tf）は，20×75×3.2×2.3 となっている．
２．２ 載荷装置概要

Fundamental section

Edge section

Fig.5 に載荷装置概要と Photo.1 に載荷装置を示す．

Fig.4 Element section

実験は大型構造物試験棟のテストフロアに試験体を設置し、柱部分を除いた HP シェルの各節点に丸鋼を取り付け，反力床の穴に通し、床下面に 100kN のセンタ
Photo.1 Center hall oiljackーホールジャッキを取り付け，丸鋼を引っ張ることで試験体の鉛直載荷を行った．各節点に負荷した荷重は，節点の負担面積に比例した載荷とする．従って，Fig.6

Fig.5 Loading device

Photo.2 Displacement meter+1.6mに示すように中央部分（図中大●）に対して，端辺の荷重は 1/2 となるよう，油圧源を 2 系統とし，等圧とCH7なるよう分岐管により制御した．
２．３ 測定方法

CH4CH6CH5CH8CH9

測定は，試験体の載荷点の鉛直変位および支点位置+1.6mの柱の水平変位を変位計（Fig.5，Photo.2）で，また薄CH3

Fig.6 Loading point

鋼板のひずみをひずみゲージで，計測した．

Fig.7 Measurement point

１：株式会社小山工作所 Oyamakousakusyo Co. Ltd.
２：株式会社ロブテックスファスニングシステム Lobtex Fastening System Ltd.
３：構造設計集団（SDG） STRUCTURAL DESIGN GROUP
４：日大理工・院・海洋 Graduate Student, Graduate School of Science & Technology, Nihon Univ.
５：日本理工・教員・海建 Prof, Dept. of Oceanic Architecture & Engineering College of Science & Technology, Nihon Univ. Dr. Eng

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日本大学理工学部

加力は，試設計で積雪を想定した短期荷重まで単調

学術講演会論文集

４．まとめ載荷を行い，それ以降は，試験体が降伏し，破壊に至鋼製薄板パネルによる HP シェルの鉛直載荷試験をるまで加力した．

行い検討した結果以下の知見が得られた．

２．４ 想定荷重１）鋼製薄板パネルによる HP シェルの最大耐力は想本研究では，建設地を多雪地域（積雪量 1.2m）とし，定した短期荷重の約 1.5 倍の耐力があり，短期荷重で2単位荷重は，積雪量 1cm 当りに 30N/m と仮定した．

は，ほぼ弾性域であることがわかった．

2

積雪量から積雪荷重は，3.6kN/m となる．短期荷重を

２）鋼製薄板パネルによる HP シェルの最終破壊は薄Table.1 に示す．短期荷重は自重と積雪荷重を組みあせ板パネルの圧縮座屈によって決まることがわかった．

たものとする．

３）シリーズ A，B の部材の復元力特性をもとに静的

３．実験結果増分解析を行うことで，実験の履歴曲線をほぼ追従可能であることが確認できた．

３．１ 最大耐力および最終破壊状況
Fig.9 の実験の荷重－変形曲線から，最大耐力は想定した積雪荷重の約 1.5 倍の耐力があることがわかった．
また，最終破壊は，降伏と同時に発生し，押さえ方向【参考文献】(1)ワンサイドボルトを用いた薄鋼板構造性能実験―その 1 薄板 BH 鋼梁の実験概要―(2)ワンサイドボルトを用いた薄鋼板構造性能実験―その 2 薄板 BH 鋼梁の実験結果―(3)ワンサイドボルトを用いた薄鋼板構造性能実験―その 3 薄板鋼板パネルの面内せん断実験概要及び実験結果(4)井上一朗；建築鋼構造-その理論と設計 鹿島出版会 2010.2.10(5)日本建築学会；鋼構造設計基準 丸善株式会社 2003.4.20の支点部分のパネルの圧縮座屈であった（Photo.3）．また，同時に梁のウェブの部分の座屈も生じていることから，溶接接合の改良を含めた検討が必要である．

Fig.8 Analytical model
Table.1 load condtions

10３．２ 解析モデル

自重[kN/m2]
0.3698

用した．前報（その 4）で設定した部材の復元力特性を用いて，静的増分解析を行った．部材の断面が前報

7

荷重
荷重[kN/m 2]

解析には汎用解析プログラム Midas Gen ver.730 を使

54342

幅は変えず，リブの断面で耐力と剛性を設定し直した．

0解析41

短期荷重

03691215

変位[mm]
変位

面内の性能は前報（その 4）の試験体 B2 のバイリニア

Photo.3 destraction states

CH41010988ルのパネルは弾塑性解析を行うため，トラス要素に置

77荷重荷重[kN/m2 ]9荷重
荷重[kN/m 2]モデルを使った。解析モデルを Fig.8 に示す．HP シェし，外側を除いたおさえ方向の梁の境界条件は前報（そ654365433

解析62解析3

短期荷重

1短期荷重

62の 1，2）の結果，初期の段階で降伏することからピン10接合とした．

00369121503変位[mm]変位

３．３ 実験結果との比較がほぼ同じであることが確認できた．このことから A，1099887765432

解析7154352

解析5
短期荷重

0036912015CH71088ヒンジができたことが確認できた．

77荷重
荷重[kN/m 2]低下を起こした．解析モデルにおいても同様の部分で65434382解析9解析81118215592126

短期荷重

短期荷重

000369変位[mm]変位12150369変位[mm]変位CH8CH9Fig.9 load-displacement curves

たことから，その影響がでていると考えられる．

9CH5109荷重
荷重[kN/m 2 ]6変位[mm]変位

9ているのは，CH8 部分の梁で局所的な座屈破壊が起き

3変位[mm]
変位

押さえ方向の支点近傍のパネルの圧縮座屈により耐力ことが確認できた．CH8 だけ早い段階で塑性変形をし

1561

短期荷重

0解析が妥当であることがわかった．また，最終破壊は，から，短期荷重時までは，ほぼ弾性に近い挙動を示す

127B シリーズの要素実験から得られた部材性能を用いた

短期荷重時までの荷重－変形曲線が線形であること

9CH310荷重
荷重[kN/m 2]

解析結果の履歴曲線を比較すると初期剛性と降伏耐力

荷重
荷重[kN/m 2]

解析で得られた荷重－変形曲線を Fig.9 に示す．図中

6変位[mm]変位

CH6には短期荷重と長期荷重を併せて示した．実験結果と短期荷重[kN/m2]
3.966（その 4）とは異なるので，面外方向はパネルの有効換したモデルとした．また，柱の境界条件は固定端と積雪荷重[kN/m2]
3.61215