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日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸） 2010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 1 薄板 BH 鋼梁の実験概要

薄鋼板
構造性能

ワンサイドボルト
断続溶接○揚原茂雄 3*
藤井克紀 2*
姿健一郎 4*安達 洋 5*

正会員
同
同同

津田達也 1*
渡辺邦夫 3*中西三和 5*

同同
同

BH(build.H)形鋼
部材性能

1. はじめに
近年の鉄鋼技術は，超高層建築などの重厚長大な構造[シリーズ B]HP シェルのような大スパンを可能にする物を可能にした。一方で，地球環境を守るという視点かとなる。[シリーズ A]で提案した薄板 BH と薄板パネル

ら，鉄骨本来の性能を機能的に発揮可能な薄鋼板を利用を組み合わせた曲面パネル構造の面内せん断力に対するして，最小限の鋼材料で大空間を創り出す手法を開発す

性能を把握するための繰り返し載荷試験を実施する。

ることは重要な課題である。薄鋼板とは，厚さ 1mm～[シリーズ C]本構造システムを用いて試設計された HP4mm 程度の鋼板を指すが，これら鋼板の接合には従来シェルの 1/10 模型試験体を製作し，積雪荷重を想定しの溶接や高力ボルト摩擦接合（HTB）とは異なる接合た鉛直荷重時の性能を実験的に確認し，解析結果と比較技術が要求される。本研究では，曲面構造の一つである，検討する。

構造では，面内剛性や面内せん断力が重要な力学的要素

見付平面寸法 32×32m の HP シェル（図 1）を想定し本論では，これらの実験計画のうち[シリーズ A]として試設計を行った。この曲面構造を可能とする薄鋼板部て実施した BH 梁 9 体の試験体について，実験方法を材の接合と部材性能について以下の手順で検討した。

詳細に報告するものである。

まず，薄鋼板を用いた BH（build.H）梁の全溶接と断付ける際，裏面からのナット締め付けを必要としないボ

2. 実験概要
2.1 試験体概要
シリーズ A の試験体は，表 1 に示した 9 体の試験体ルト接合（以後，ワンサイドボルト）の性能（シリーズ(A1~A2B’-1.6)からなり，それぞれ関連づけて設計されて続溶接の性能，その上下フランジ面に薄鋼板パネルを張A）と板の面内方向の性能（シリーズ B）を調べる 2 種いる。試験体寸法は，支点間距離 2.4m，全長 2.8m で共通類の部材実験を実施し，次に試設計された HP シェル曲であり，BH 梁断面寸法（H×B×tw ×tf ）は，200×75×面構造の 1/10 模型試験体（シリーズ C）の実験を実施4.5×6.0mm である（図 2）。また，垂直スチフナーは BHした。試験体は，それぞれ A，B，C の３種類であり，梁のウェブと同じ部材である。

各試験体は以下の目的をもって計画された。

A1,A2,A3：A1 は上下フランジとウェブを全溶接，A2，
表1

試験体概要

試験体名
性能A1
BH全溶接，薄板なし
A2
BH断続A溶接，薄板なしA3BH断続B溶接，薄板なし
A2-B3.2 A2モデル上下に薄板（板3.2mm），ワンサイドボルト
A2-B1.6 A2モデル上下に薄板（板1.6mm），ワンサイドボルト
A2-W3.2
A2モデル上下に薄板（板3.2mm），溶接
A2-W1.6
A2モデル上下に薄板（板1.6mm），溶接
A2-B'3.2 A2モデル上下に薄板（板3.2mm），ワンサイドボルト
A2-B'1.6 A2モデル上下に薄板（板1.6mm），ワンサイドボルト

図 2 試験体 A1～A3
断面図

図 1 実験モデルとスケール[シリーズ A]梁部材のフランジとウェブの薄板パネルを全溶接と断続溶接した BH を製作し，単純支持形式で 2a)

試験体 A2(A 溶接) 側面b)

試験体 A3(B 溶接) 側面点載荷実験を行い，部材性能の違いを検討する。続いて，
この BH の上下フランジ面に薄鋼板パネルをワンサイ
ドボルトと部分溶接のそれぞれの方法で張付けた部材に対して同様の実験を行い，ワンサイドボルトや部分溶接の性能の差異を確認する。

図3Experiments on the Performance of Thin Steel Plate Structures Using One-side Bolt

AGEHARA Shigeo

Part.1 Outline of Experiments on BH shaped steel beam

FUJII Katsunori―937―

TSUDA Tatsuya

WATANABE Kunio

SUGATA Kenichiro
ADACHI Hiromi

試験体詳細図NAKANISHI Mitsukazu

SS400 とする。材種ごとに供試体各 3 体のテストピースを採取し引張試験を行った。表 2 に材料試験結果を示す。なお，ボルトは，高強度ワンサイドボルト：Ф10mm を使用した。このワンサイドボルトの性能は，
表 3 に示す通りである。
2.3 載荷装置
実験は，大型構造物試験棟のテストフロアに設置されa）A2-B3.2 断面（A-A’）b）A2-B’1.6 断面（A-A’）

た反力フレームを用いて実施した。実験装置を図 5 に示す。試験体は単純支持し，反力フレームに取付けた200kN 油圧ジャッキにて 2 点集中載荷した。なお，試験体の横座屈を先行させないように，加力点近傍の圧縮応力となる上端フランジ近くの両側スチフナ 4 箇所と反力フレームの間に両端ピンのターンバックル付の横座屈防止用鉄筋を配置した。（写真 1）
荷重は，各試験体の降伏耐力を目安に，降伏するまで10kN 刻みで単調載荷し，降伏後は最大耐力後破壊に至c）試験体 A2-B3.2 平面図るまで変形制御によって加力した。
2.4 測定方法
測定は，試験体中心と載荷点の鉛直変位および支点位置の鉛直変位を変位計（写真 2，図 5）で，また試験体各部に歪みゲージを貼付し，梁内の曲げ応力やせん断歪みの計測を行った。
3. まとめ以上、本報では実験 A の概要について述べた。

d）試験体 A2-B’1.6 平面図
図4試験体詳細図

表 2 鋼材料試験結果

A3 は断続溶接した試験体である。A2 と A3 では，断続溶接のピッチと溶接長さが異なるが，上下フランジ溶接部

鋼材

SS400とウェブ面からなるラチス梁として設計している。両試
SPCC

験体の詳細図を図 3 に示す。

降伏強度
(N/mm2)

6.0×25×600
4.5×25×600
3.2×25×600
1.6×25×600

降伏歪(%)

322.2
252.2
276.6
321.4

0.15
0.12
0.15
0.17

弾性係数
(N/mm2)5

2.08×10
2.10×105
1.83×105
1.90×105

最大強度(N/mm2)

伸び率(%)

460.2
397.5
421.6
376.2

25263029

表 3 ワンサイドボルトの性能

A2-B，A2-W，A2-B’：試験体の上下フランジに左右幅400mm の薄鋼板パネル（板厚：3.2mm，1.6mm）を供試体概要（mm）

長期
短期許容引張耐力（ｋN）
4.6
6.9

許容せん断耐力（ｋN）
7.1
10.7

ワンサイドボルト（A2-B，A2-B’）や部分溶接（A2W）によって接合した試験体（図 4）であり，これら試験体名の後の数字はパネル厚さを表す。また，B と B’

写真 1 横座屈防止用鉄筋試験体の違いは図 4 に示すように，試験対象の BH 梁が通し部材となっている試験体を B，通し部材となっていない試験体を B’として区別している。なお，ワンサイドボルトによる接合ピッチと部分溶接ピッチは等しい。
1.6mm の薄板パネルを使用した全試験体には，左右のパネル先端部分に上下パネルを結ぶ座屈止めボルト（Ф8mm）を図 4-d)に示す位置に，12 本設置している。

写真 2 支点部分変位計
図 5 載荷装置

2.2 使用材料
各試験体の BH 梁（BH-200×75×4.5×6.0mm）を
構 成 す る 薄 鋼 板 に は SS400 材 を 使 用 す る 。 な お ，
1.6mm の 薄 鋼板パ ネル の鋼種 は SPCC，3.2mm は【謝辞】
本実験を実施にあたり，ご協力いただいた各位に感謝の意を表します。
【参考文献】
1 井上一朗；建築鋼構造の理論設計 京都大学学術出版会 2003.8.25
2 日本建築学会；鋼構造座屈設計指針 丸善株式会社 1996.1.25
3 日本建築学会；鋼構造限界状態設計基準（案）・同解説 丸善株式会社
1991.9.15
4 日本建築学会；鋼構造設計基準 丸善株式会社 2003.4.20*1 株式会社小山工作所*2 株式会社ロブテックスファスニングシステム*1 Oyamakousakusyo Co. Ltd.
*2 Lobtex Fastening System Ltd.

*3 構造設計集団（SDG）*3 STRUCTURAL DESIGN GROUP*4 日本大学院理工学科

大学院生*5 日本大学理工学部海洋建築工学科 教授・工博*4 Graduate Student, Graduate School of Science & Technology, Nihon Univ.
*5 Prof, Dept. of Oceanic Architecture & Engineering College of Science & Technology, Nihon Univ. Dr. Eng―938―