22524

日本建築学会大会学術講演梗概集（東海） 2012 年 9 月

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
正会員 ○藤井克紀*2
同同
姿健一郎*4
同
ワンサイドボルト座屈

薄鋼板鉛直載荷津田達也*1
中西三和*5

同
同

渡辺邦夫*3安達 洋*6

同

揚原茂雄*3HP シェル
構造性能
験体の積雪時の短期荷重を表 1 に示す。

１. はじめに本報は，ワンサイドボルトを用いた薄鋼板構造システ

2.5 数値解析概要
解析には汎用解析プログラム midas/Gen（ver.7.3.0）をムを用いて試設計された HP シェルの 1/10 スケールの模型試験体を製作し，積雪荷重を想定した鉛直荷重時の性使用した。シリーズ A，B の実験から設定した部材モデル

能を実験的に確認し，前報の数値解析モデルを用いた数を用いて，解析を行った。部材の断面がシリーズ A，B と値解析（以後に単に解析という）結果と比較検討する。

は異なるので，面外方向はパネルの有効幅を変えず，リ2. シリーズ C
2.1 試験体概要
試験体は，試設計をした 32m×32m の HP シェルの 1/10ブの断面を変えて，断面性能を設定し直した。設定したABの模型試験体（写真 2）である。試験体の伏図を図 1 に，断面図を図 2，また，部材断面図を図 3 に示す。図 1，2に示した通り，見付け平面寸法は 3.2m×3.2m，吊り方向a)

A‑A 吊り方向

最頂部高さは,1.72m としている。柱は鋼管 60.5×4mm を使用し，反力床に固定した。なお，BH 梁断面寸法は A，BA

B シリーズとは施工上の理由で異なり，図 3 に示すように，b) B‑B 押さえ方向
図 2 試験体 C 断面図

図 1 試験体 C 伏図

BH 梁断面寸法（H×B×tw×tf）は，20×75×3.2×2.3mmとした，パネルは 1.6mm の薄鋼板を使用した。また，Aシリーズより梁せいが小さくなったため，ボルトは千鳥配置とした。
2.2 載荷装置概要
図 4 に載荷装置概要と写真 1a)に載荷装置を示す。実験a) 試験体 C 中枠b) 試験体 C 外枠
図 3 試験体 C 部材断面図

は大型構造物試験センターのテストフロアに試験体を設置し，4 隅の支点部分を除いた 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a)センターホールジャッキ

タ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。図 5 に示すように，各節点

図 4 載荷装置概要
表 1 想定荷重4.0c)水平変位測定d)支点変位測定

写真+1.6m
1 載荷装置及び測定装置

CH103

図 5 載荷位置

2.4 想定荷重
本研究では，建設地を多雪地域（積雪量 1.2m）に想定

CH105CH108

試験体 C11640115112111391083810720104103193711423

断面積

ねじり係数

Ａ[mm2]

Ixx[mm4]

断面2次モーメント
強軸
弱軸
IyyIzz
[mm4]
[mm4]

断面係数
強軸
弱軸
ZyyZzz
[mm3]
[mm3]

部材番号

1～16921

87720

82832

862264

7141

15795

101～11617～401105

87993

1043332388728

8994

23887

部材番号

写真 218244

図 7 部材番号
表 3 ブレースの断面性能

図 6 鉛直変位測定位置
表 2 梁の断面性能

し，単位荷重は，積雪量 1cm 当りに 30N/m2 とした。積361131299+1.6m

10117荷を行い，それ以降は，試験体が降伏し，破壊に至るま

82823342230105CH109

10CH104 CH106273531112621加力は，試設計で積雪を想定した短期荷重まで単調載

雪 1.2m から積雪荷重は，3.6kN/m2 となる。また，この試

10925CH107733の水平変位を変位計で計測した。
（図 6，写真 1b)c)d)）

632125163.6150.414

短期荷重[kN/m2]13

積雪荷重[kN/m2]1102.3 測定方法
測定は，試験体の載荷点の鉛直変位及び支点位置の柱固定荷重[kN/m2]

106る。

102に負荷した荷重は，節点の負担面積に比例した載荷とすで加力した。

b)鉛直変位測定

断面積Ａ[mm2]745

Experiments on the Performance of Thin Steel Plate Structures Using One-side Bolt
FUJII Katsunori et.al.

Part.5 Vertical load test on HP shell made of thin steel plate― 1047 ―

断面性能を表 2 に示す。HP シェルの面内部材は，試験体B2 の部材モデルを使用した。なお，表 3 に試験体 B2 の2.7 荷重−変形曲線の比較
実験と解析から得た荷重−変形曲線を図 9 にそれぞれブレースの断面性能を示す。試験体 C の解析モデルの部併せて示した。また，解析は 2.6 で算出した梁の座屈耐力

材番号を図 7 に，解析モデルの伏図を図 8 に示す。図 8を降伏強度とし，静的増分解析を行った。リブのみの解より，リブの断面性能を小さくするとパネルの張力場の析と実験結果を比較すると，端辺の変形が概ね一致する

5)形成が不完全となる ことから，ブレースが効かないリブが，中央の変形では解析の剛性が低いことがわかった。

のみの解析モデル，吊り方向の支点の対角線にのみブレリブのみのモデルにブレースを一部入れたモデルでは，ースを入れたモデルとブレースを全て入れたモデルの 3各測定点で実験結果と解析結果が概ね一致することが確

種類の解析モデルで解析を行い，実験結果と比較検討し， 認できた。また，ブレースを全て入れたモデルでは，リブの場合とは逆に，端辺の剛性が高いことがわかる。こパネルの効果を調べた。また，支点の境界条件はピン支持とした。なお，実験では，シェルの支点はスラストにのことから，リブ自体の剛性が高いことと取り付けたパより移動する。解析では，実験で計測した支点変位を入ネルが半分以上性能を発揮できなかったことが考えられ力することで，支点の移動を考慮した解析としている。

る。また，シリーズ A，B の部材実験から得られた部材モ

2.6 座屈耐力の検討
写真 3 に示したように最終破壊は押さえ方向の支点近デルを用いた解析が妥当であることがわかった。

傍の梁の圧縮座屈により耐力低下を起こした。また，解3. まとめ
ワンサイドボルトを用いた薄鋼板構造システムの性能

析からも破壊箇所と同位置にある，図 7 の部材番号 4 にを把握するために行われた部材実験と解析の結果，以下軸力が最もかかることが確認できた。なお，最終破壊はの知見が得られた。

梁の圧縮フランジの座屈であったことから，シリーズ A

1）試験体 C の履歴曲線をシリーズ A，B の部材実験で得と同様の破壊であることがわかった。このことから，シた部材モデルを用いた解析を行うことにより，ほぼ追従

リーズ A で用いた圧縮フランジの座屈応力度と薄板の有可能であり，十分な耐力があることがわかった。

効断面積を乗じたものを理論上の試験体 C の座屈耐力と

2）試験体 C は最終破壊が押さえ方向の支点近傍の梁の座し，表 4 に示す。表 5 に支点の変形による軸力の比較を屈によって決まり，梁に働く圧縮力は，支点の変形に大8.0示す。表 5 より，梁に働く軸力は，支点の変形に大き計では，支点に生ずるスラあることが確認された。

6.0

荷重[kN/m2]

く依存するので，実際の設きく依存するので，支点の変形を拘束する設計が重要で7.0ストの処理が重要であると【参考文献】

5.01)姿健一郎ほか：ワンサイドボルトを用いた薄鋼板構造性能実験（その 1〜3），日本建築学会

4.0
CH1073.01.003)山梶隆吉：鉄板壁に対する格子型ブレースモデルを用いた数値解析，日本建築学会構造系論

ブレース一部

文集，第 604 号，pp.159-165，2006.6

369変位[mm]

127.0

7.0

6.0

6.0

6.0

5.0

5.0

5.0

CH1042.0

実験値

4.0
3.0

CH1062.0

実験値

1.0

ブレース一部
ブレース全部

0.003

8.0

69
変位[mm]

125)木村衛ほか：薄板の面内せん断挙動について，日本建築学会構造系論文集，第 543 号，pp.169-174，2001.56)五十嵐規矩夫：面内せん断力を受ける周辺固定支持正方形
サンドイッチパネルの大変形挙動，日本建築学会大会学術講4.0

演梗概集，C1，pp935-936，2010.7

3.0CH109
実験値

2.0

リブのみ

リブのみ

リブのみ

1.0

荷重[kN/m2]

7.0

3.0

日本建築学会構造系論文集，第 610 号，pp.185-190，2006.12

8.0

8.0

4.04)金箱温春ほか：せん断力を受ける部分支持された薄鋼板の座屈耐力及び座屈後耐力の評価，

158.0

荷重[kN/m2]

ブレース全部

0.00

15

1.0

ブレース一部

38.0

69
変位[mm]

12

ブレース一部
ブレース全部

0.00

15

38.0

69
変位[mm]

1215

リブのみ

ブレース一部

ブレース全部

図 8 解析モデル

7.0

7.0

6.0

6.0

6.0

表 4 座屈耐力

5.0

5.05.0有効断面積 座屈応力度 座屈耐力
[kN]
[mm2]
[N/mm 2]荷重[kN/m2]

7.0

4.0
CH103

3.02.0

実験値

1.0

ブレース一部

4.0
3.0

CH105
実験値

2.0

リブのみ

369
変位[mm]

1215369
変位[mm]

1215216

87

実験値

1.0

ブレース一部

ブレース全部

0400.5

CH108

3.0

リブのみ

ブレース一部

0.00.0

4.0

2.0

リブのみ

1.0

ブレース全部0

荷重[kN/m2]

荷重[kN/m2]

リブのみ

ブレース全部0.0

荷重[kN/m2]

2)日本建築学会：鋼構造設計基準―許容応力度法―，2005.10

実験値

2.0

いえる。

大会学術講演会梗概集，C1，pp.937-942，2010.7

写真 3

最終破壊状況
表 5 支点の変形による軸力の違い

ブレース全部0.003

図 9 荷重―変形曲線

69
変位[mm]

1215

部材番号
4

短期荷重時 軸力[kN]
支点固定
支点変形
730

*1 株式会社小山工作所*1 Oyamakousakusyo Co. Ltd.

*2 株式会社ロブテックスファスニングシステム*2 Lobtex Fastening System Ltd.

*3 構造設計集団（SDG）*4 日本大学大学院理工学研究科博士課程前期*3 STRUCTURAL DESIGN GROUP*4 Graduate Student,Dept of Oceaninc Architecture & Eng.College of Science and Technology,Nihon Univ

*5 日本大学理工学部海洋建築工学科 教授・工博*5 Prof, Dept. of Oceanic Architecture & Engineering College of Science & Technology, Nihon Univ. Dr. Eng*6 日本大学理工学部海洋建築工学科 特任教授・工博*6 Prof, Dept. of Oceanic Architecture & Engineering College of Science & Technology, Nihon Univ. Dr. Eng― 1048 ―