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日本建築学会大会学術講演梗概集（東北） 2009年 8 月

現場溶接型柱梁 溶接接合の変 形能力に関す る実験的研究
孔空きフランジ工法における孔位置の影響
正会員
同同
同

現場 溶 接 型 柱 梁 溶 接 接 合 部 変 形 能 力
孔空 き フ ラ ン ジ 工 法 孔 位 置 水 平 ハ ン チ 工法

表1※：参考データ

19.73
19.10
19.10
18.19500

700

2000

-

冷却容器
BH-600×200×16×25
BH-600×300×16×25500

試験体形状及び 設置状況

100 56 56170

300

75 75 75 75

較試験体として孔空きフランジ工法を用いていない現300

75 75 75 75

φ32

置状況を示す。試験体は孔空きフランジ工法を用いた現場型柱梁溶接試験体を 2 体 (MGA100、MGA170)、比場型柱梁溶接試験体を 1 体 (M G) 作成した。M G A 1 7 0 、M GA 10 0 試験体の構成部材は梁部材に組立 H 形鋼 BH -①□-400×400×2528503050

図164 64

MGA170
MGA100
図 2 孔空きフラ ンジ工法 ディテール
表2共試材の機械 的性質

22試験体
Y.P.(N/mm ) T.S.(N/mm ) Y.R.(%) EL.(%)
梁フランジ
353
552
6428
SM490A
ダイアフラム
346
540
6429
溶接金属
451
591
76
24

Y.P.：降伏点、T.S.：引張強さ、 Y.R.：降伏比、 EL.：伸び材は M G A 1 0 0 試験体、M G A 1 70 試験体と共通である。
現場溶接型は上下フランジ共に内開先とし、梁フラ

表2ンジとダイアフラムは芯合わせで完全溶け込み溶接とした。溶接ワイヤは YGW18(1.4 φ ) を用い、入熱 40kJ/試験体名終局時期MG+4MGA100-5MGA170-6MGA340-7c m 、パス間温度 3 5 0 ℃で管理した。スカラップ形状は複合円型とし、梁ウェブと柱はシャープレートにより高力ボルト摩擦接合とした。表 2 に供試材の機械的性質を示す。図 2 に孔空きフランジ工法ディテールを示す。MGA100 は孔径φ 28 であり、第一孔から柱までの距離(以下、距離 a と称す。) が 100mm である。MGA170は孔径φ 32、距離 a が 170mm である。比較の為、参考513708708456

PL-450×450×32

φ2825(SM490A) を使用し、柱部材及び通しダイアフラム部

cPp（kN） cδp（mm）+

本研究では実大ト型試験体による実験を行った。表1 に実験パ ラメー タを示 す。図 1 に試験体 形状及 び設

ムには PL-450 × 450 × 32(SM490A) である。MG 試験体の使用部材は、梁部材に B H - 6 0 0 × 2 0 0 × 1 6 ×

実験パラメータ

cPp：全塑性耐力(計算値)、c δ p：全塑性耐力時の変形量(計算値)

2 . 1 . 試 験 体 形 状 ・パラメータ

600 × 30 0 × 16 × 25(SM490 A)、柱部材に冷間成形角形鋼管□ -40 0 × 4 00 × 2 5(BC P325)、通しダイアフラ

同 中込 忠男 * 1
同 戸堀 一真 * 4
同 神戸 渡 * 5
同 戸堀 一真 * 4

フランジ幅B
孔位置a 孔径Φ
試験体名 ディテール
応力比γ
孔数（mm）（mm） （mm）
MG
200
MGA100 孔空きフランジ
1002833001.07MGA170 孔空きフランジ
17032
3MGA340※ 孔空きフランジ
202
1.07340323450

1 .
はじめに
現場溶接接合形式は工場溶接接合形式に比べ変形能力が乏しい事が指摘されている。筆者らは、孔空きフランジ工法を用いることで現場溶接接合形式の変形能力は 向 上し 、その 性 能は 梁 端部 の 応力 σ ｆ と孔 部 の 応力σ ｈ の比 で 表さ れ る 応力 比 γが 関 係 して お り 、応力比γの増加に伴い変形能力が高くなることを報告している 1 ) 。しかし、同一応力比γであっても孔位置と孔径の様々な組み合わせが生じる。既往の研究 2 ) の有限要素法解析において孔位置が柱に近すぎる場合、梁端部のひずみの減少が小さい為孔空きフランジ工法を用いても変形能力の向上が期待できないという知見を得た。そこで本報では同一応力比γにおいて、孔位置を柱に近づけた場合に変形能力に及ぼす影響を実大破壊試験 を お こ な い 検 討 す る。
2 .
実験概要

○川端 洋介 * 4
服部 和徳 * 3
崎野 良比呂 * 2村山 敬司 * 61000576

その 1e

実験結果一覧
ePp＋−＋−＋−＋−（kN）
548-532602-619640-613426-407

eδp
ePmax
eδmax
ηsα（mm） （kN） （mm）
28.44
681 88.66 1.33 4.4-27.15 -657 -69.01 1.28 3.4
24.17
854 96.04 1.21 5.1-26.31 -834 -73.35 1.18 4.4
25.49
903 75.12 1.28 7.2-25.83 -862 -120.80 1.22 5.8
26.61
603 145.63 1.32 10.6
-26.05 -605 -136.76 1.33 10.7

P ｐ：梁の全塑性耐力(Genral Yeild法による)eδ ｐ：全塑性耐力時の梁の変形量

P ：最大荷重 e δ max：最大変位 α：耐力上昇率（=ePmax/cP ｐ ）η s：累積塑性変形倍率（=Ws/(cP ｐ × ｃ δ p)）W ｓ：スケルトン吸収エネルギー
e max

データ 3 ) を表 1 に併せて 示す。参考デー タ( 試験体名：破断側

Experimental study on deformation capacity of site welding beam-to-column joints
Part1 Influence on deformation capacity with diffenrent-drilled-positions of drilled flange joints―671―

KAWABATA Yosuke et al

MGA340 と称す。) は孔径 32mm、距離 a を 340mm にし1000800た試験体であり、応力比γは 1 . 0 7 で共通である。但し、機械的性質が若干異なる為参考データとする。既リッ ト 部 か ら 脆性 破 断 を 呈 し た。
4 . 考察

600

400

400

200

20000-200-200-400-400-600-600-800

δ(mm)

δ(mm)

-1000-150

図3-5050150

250-250-150-5050150

250

荷重‐変位関係 及びス ケルト ン曲線

4.53cδp

4.5

42cδp

4

3.5

1cδp3cδp2cδp

ひずみ(％)

3.5

32.5
21.51cδp

32.5
21.5
110.50.5

弾性域

弾性域

0000100

200300400
500
柱フェイスからの距離(mm)

100
200
300
400500柱フェイスからの距離(mm)600

図4(a)材軸方向の歪分布(MG)600

図4(b)材軸方向の歪分布(MGA100)

4.5

3cδp4.542cδp4

3.5

1cδp

3.53

ひずみ(％)

除きスカラップ底を起点に脆性破断を呈した。
M G A 3 4 0 試験体は、スチールタブと梁フランジのス

600-250

ひず み (％ )能力の向上が見られた。破壊性状は MGA340 試験体をMGA100P(ｋN)800-1000す。MG 試験体及び MGA3 40 試験体の荷重ー変形関係はその 2 に示す。表 3 に実験結果を示す。距離 a が小さい M G A 1 0 0 試験体は比較試験体に比べ変形能力は大きく向上しなかった。MGA17 0 試験体は若干の変形

1000

MGA170-800

ひずみ(％)

往の 研究 1 ） から 応力 比γ =1 . 0 7 の場 合に 十 分な 変 形
能 力 を 得 ら れ る と 報告され ている為 、本研究で も応力比γ = 1 . 0 7 と統一した。
2 . 2 . 加力方法
図 1 に示すように柱両端をピン支持とし、梁端にピン支持でアクチュエータに取り付け鉛直荷重を加えた。柱表面から梁材軸方向に 8 0 0 m m までの部分と柱の 1 / 2 までの部分（図 1 中斜線部）を設定温度 0 ℃で3 0 分保持した 後に載荷 し、載荷中も設 定温度を 保持した。載荷振幅は、スカラップ欠損を考慮した梁端部の全塑性時における変形量 c δ p を基準に 0 . 5 倍、1倍、2 倍・・と漸増させる正負交番繰返し載荷とした。
3 .
実験結果
図 3 に荷 重 - 変位 関係 およ び スケ ルト ン 曲線 を示

P(ｋN)2.5MGA340
MGA170
MGA100MG

32.5

21.5

21.5

110.50.5

弾性域

0弾性域

00100 200 300 400 500
柱フェイスからの距離(mm)600

0100200300400500600柱 フ ェイ スからの 距離 (mm)

図 4 ( a ) 〜 ( c) に各試験体の梁の材軸方向のひずみ分
図4(c)材軸方向の歪分布(MGA170) 図5 材軸方向の歪分布比較(3c δp)布を示す。図 5 に 3 c δ p 時のひずみ分布の比較を示
14累積塑性変形倍率ηｓす。比較試験体 MG 及び MGA170 試験体は、梁端部( 柱フェイスから 200mm近傍) に大きなひずみが集中している。一方、M GA 1 70 試験体はひずみの分布が他の試験体と異なっている。とりわけ梁端部から離れた箇所も積 極的12に変形し、加えて図 5 より梁端部のひずみが小さくなっている事が見て取れる。また、MGA340 試験体は柱フェイスからの 400mm から 600mm の領域8においても変形ひずみが生じており 孔部でエネルギー吸収がされている と考えられる。この結果は既往の文献 2 ) の有限要素法解析の結果と良い対応4を示している。図 6 に累積塑性変形倍率η s - 応力比γ関係を既往のデータと併せて示す。図 6 中の既往の研究デ ータは白抜きで 示す。既往のデー
タより応力比が 大きくなるにつ れて累積塑性 倍率η s は向上する傾向に あ1)

工場ノンスカラップ

10MGA340
MGA1706MG
MGA100
孔空きフランジを用いていない

200.95

1.00

1.05

1.10

応力比γ

図6 累積塑性変形倍率ηs −応力比γ関係
り、正の相関がみられる。距離 a が大きい M G A 3 4 0 試験体は近似直線と良い対応を示している。しかし、距離 a が小さい M G A 1 0 0 試験体及び M G A 1 7 0 試験体は低い変形能力を示した。
5.
まとめ
同 一 応 力 比 γ を 用 い た 孔 空 き フ ラ ン ジ 工 法 に お い て も、 孔 位 置 a の 値 が小 さ い 場 合 は 変 形 能 力 の 向 上 が
小 さ くな る 傾 向 が 見ら れ た 。
【参考文献】
1）服部和徳，中込忠男，市川祐一：孔空きフランジ方式を用いた現場溶接型柱梁溶接接合部の変形能力に関する実験的研究，日本建築学会構造系論文集 585号 pp.155-161 2004.11
2）宮脇正尚、中込忠男、崎野良比呂、服部和徳、戸堀一真：孔空きフランジ工法を用いた現場型柱梁溶接接合部の変形能力に関する研究 その2 部材断面の違いが変形能力に 与える影響、日本建築学会構造系論文集 640号 2009.6 掲載予定
3）高柳翔太、中込忠男、服部和徳、崎野良比呂、戸堀一真、川端洋介、神戸渡：欠陥を有する現場溶接型柱梁溶接接合部の変形能力に関する実験的研究 その1、2 日本建築学会大会学術講演梗概
集 2009. 8*1 Prof., Dept. of Architecture, Faculty of Engineering, Shinshu Univ., Dr. Eng.
* 1 信州大学工学部建築学科 教授・工博*2 Assist.prof., Joining and Welding Research Institute, Osaka Univ., Dr. Eng.
* 2 大阪大学接合科学研 究所 助教・博士( 工学)*3 Tukuba Building Test Laboratory of Center for Better Living, Dr. Eng.
* 3 ( 財) ベターリビング つく ば建築試験研究センタ ー 博士( 工学)*4 Graduate student, Faculty of Engineering, Shinshu Univ.
* 4 信州大学大学院生* 5 東京理科大学工 学部第一部建築学 科 助教 博士( 工学)*5 Assistant Prof., Dept. of Arch., Faculty, of Eng., Tokyo Univ. of Science, Dr. Eng.
* 6 中部鋼鈑( 株) 博士（工学）*6 Chubu Steel Plate Corporation,Dr.Eng.

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