広島工業大学紀要研究編
第 42巻（2008）pp. 131-136

論文

セルフセンタリング性能を有するト字型柱梁接合部に関する研究
高松 隆夫 ・玉井 宏章 ・山石 健司 ・山西 央朗(平成19年10月31日受理)

A Study on T-Shaped Beam-to-Column Connection with Self-Centering Performance

Takao TAKAMATSU, Hiroyuki TAMAI, Kenzi YAMAISHI and Teruaki YAMANISHI(Received Oct.31,2007)

Abstract
In this paper, an experimental study on self-centering performance of T-shaped beam-to-column
connections with/without ribs on the end plate subjected to cyclic loadings was carried out. The
following conclusions were drawn from the experimental results.
1) The T-shaped beam-to-column connections with/without ribs show excellent self-centeringperformance.
2) The connection with ribs shows no-slip behavior because of improvement of the device moving
into the gap between the nut and the end plate.
Key Words: beam-to-column, wedge device, self centering performance, end-plate connection withrib-plate

しかし提案した柱梁接合部では，エンドプレートの面外１．はじめに曲げ変形の影響により，期待通りの性能が得られなかっ

現在の耐震設計は，主に，保有水平耐力計算法を用いてた。本論文では，エンドプレートをリブにより補強した試の設計が行われている。この場合，構造部材の端部に塑性験体を用いての載荷実験を行い，これまでの実験結果と比ヒンジが生成され，全体崩壊を起こすように各部材を設計較して，エンドプレートの面外曲げ変形を抑えることで，することで，地震エネルギーを効率的に吸収するという利期待した性能が得られることを実証する。

点を有している。しかしながら，地震後に残留変形が生じ２．実験る可能性があり，地震後継続使用が困難になる。
著者等はこれまでに，柱脚部において，塑性化後も外力試験体には，階高やスパン長を一般的なものの 1/2となが除去されると回転角が常に０に戻り残留変形を低減できるものを使用する。また，セルフセンタリング性能（以降る性能（以後，セルフセンタリング性能と記す）を有した，SC 性能と記す）を実現するため，転造ねじボルト接合部の１)ノンスリップ型露出柱脚を提案している 。また，柱梁接合

降伏耐力を梁の全塑性モーメントの約 0.6倍とし，梁端部部の接合方法にエンドプレート方式を採用し，更に，楔デを弾性状態に留める。更に，エンドプレートにはリブを取バイスを設置することで，エネルギー吸収すると共に残留り付け，エンドプレートの面外変形による楔デバイスの機

２)変形を低減が期待できる接合部を提案している 。

能不全を回避する。本実験では，柱を強軸方向に使用し，以広島工業大学工学部建築工学科
広島工業大学工学研究科建設工学専攻
広島工業大学工学研究科知的機能科学専攻131高松隆夫・玉井宏章・山石健司・山西央朗
表１ 素材特性図２ 接合部詳細

図３ 転造ねじボルト

図１ 試験体上の条件を満たす H 形鋼柱梁接合部ト字型試験体を作製し，正負交番繰返し載荷を行う。
図４ 履歴モデル

2.1 試験体80％(T ＝40kN)の初期張力を導入し，合計４体の試験体

試験体の概要を図１に，接合部の詳細を図２に，転造ねに正負交番繰返し載荷実験を行う。

じボルトの詳細を図３に示す。試験体は，外柱において反曲点位置から取出したト字型柱梁接合部を対象とする。接2.2 接合部における SC 性能の概要

合部は，３列に２本ずつ，計６本の転造ねじボルトを用い，図２に示すように，楔デバイスは，楔，楔受け，バネお

楔デバイスを介してダブルナットにより梁端エンドプレーよびバネ反力板から構成されている。設置方法は，楔と楔トを柱に接合する。また，柱フランジの面外変形を防止す受けをナットとエンドプレートの間に設置し，バネを楔とるため，梁端エンドプレートを接合する柱の反対側にも梁バネの反力板との間に設置するのみである。

端エンドプレートと同じ形状のエンドプレートを溶接接合

楔および楔受けは，転造ねじボルトから伝達される圧縮する。更に，接合部パネルが塑性化しないように，柱パネ

力の接触面方向分力に対して，接触面における摩擦力によ

ル部にはダブラープレートを溶接接合する。

り抵抗し，滑らないようにしてある。このため，楔と楔受

梁には H-250x125x6x9 (SS400 材)，柱には H-200x200x8けの接触面には，発錆処理を施して，静止摩擦係数を増大x12(SS400 材)，エンドプレートには PL-450x200x36(SS400させている（静止摩擦係数：0.88）。

材)，リブには PL-175x85x12(SS400 材)，転造ねじボルトに接合部は，転造ねじボルト接合部の降伏耐力を，梁端部は M 16(ABR400 材)を使用した。それぞれの素材特性を表の降伏モーメント以下に設定しておけば，転造ねじボルト１に示す。の塑性伸びによりエネルギー吸収を行い，梁端部は弾性状

試験体は，リブをエンドプレートと梁に全周隅肉溶接接態を保持できる。また，ボルトの塑性伸びにより生じた隙合した場合，リブを取り付けない場合の２種類用意し，ま間には，バネの復元力により楔が貫入するためスリップ現た，転造ねじボルトに，軸部降伏張力の 30％(T ＝15kN)と象は生じない。
132セルフセンタリング性能を有するト字型柱梁接合部に関する研究

図６ 力学モデル

図５ 載荷装置

SC 性能を有する柱梁接 合 部 の 履 歴 モ デ ル を 図 ４ に 示す。梁端部に曲げモーメントが作用すると最外列のボルトが降伏耐力に達し，更に，変形角が大きくなると中央ボルトが降伏耐力に達する。その時のエンドプレート回転角を接合部の弾性限界回転角：θ とする。サイクルⅠのように弾性限界回転角以内の回転角であれば，除荷時に中央ボルトの弾性剛性により原点を指向とする復元力特性となり，SC 性能が得られる。また，サイクルⅡの初期では，最外列ボルトの塑性伸びによる間隙に楔が貫入し，再載荷直後からボルトが引張抵抗するため，スリップ現象は生じな
図７ 復元力特性モデル

い。更に，サイクルⅡのように弾性限界回転角以上の回転角が生じると中央ボルトに塑性伸びが生じるため，除荷時セルにより，それぞれ計測している。に剛性が０の状態で原点を指向する。しかしながら，サイ

また，層間変形角：θ及び，エンドプレート回転角： θ

クルⅢの初期では，中央ボルトに生じた塑性伸びによる間は次式により算出する。

隙にも楔が貫入するため，再び載荷する時には常に原点か

θ＝ら荷重が上昇する。

δθ＝2.3 載荷装置と載荷方法
載荷装置の概要を図５に示す。載荷は，試験体を 90°
回転δ−δ

ここで，させ，反力柱に取り付た水平ジャッキにより梁上端部に水…(1.a)−δ−δ…(1.b)

は載荷点から柱図心までの距離，はエンドプレート及び柱に設置した変位計の距離である。

平強制変位を加え正負交番繰返し載荷を行う。また，梁の３．評価方法

横座屈を防止するため，加力点近傍位置の構面外たわみを抑えている。

圧縮合力点位置を梁フランジ端部としたときの力学モデ

載荷プログラムは，梁上端部の水平変位から算定した層

ルを図６に示す。

間変形角による変位制御とし。 1/1000，1/500，1/250，1/125，1/75(rad)の各振幅レベルで２サイクルずつ行う。

3.1 耐力評価耐力の評価について，SC 機構の性能を満足させるため

2.4 計測方法には，中央ボルト降伏耐力：

図５に計測位置も示す。計測は，柱上下端部を計測基準以下に設定しなければならない。
力の釣り合いから，離間耐力３)：点とし，梁端部の水平変位：δ，エンドプレート左右の鉛直変位：δ，δ 及びエンドプレート位置の柱左右の鉛直変の耐力：

位：δ，δ を変位計により，水平荷重：求められる。

をオイルジャッ

キ先端に取り付けたロードセルにより，ボルト張力：を梁の降伏耐力：を＝転造ねじボルト下端部に設置したセンターホール型ロード
133，最外列ボルト降伏時と中央のボルト降伏耐力：＝0.9＋は，次式より…(2.a)

高松隆夫・玉井宏章・山石健司・山西央朗⒜ SC‑30（リブ補強なし）⒝ SC‑80（リブ補強なし）⒞ SC‑30（リブ補強あり）⒟ SC‑80（リブ補強あり）⒠ SC‑30の比較⒡ SC‑80の比較
図８ 水平荷重−水平変位関係

＝＝

＝＝＋＋

ここで， はボルト本数，ボルトの降伏軸力， ，軸心までの距離，3.2 エンドプレート回転剛性…(2.b)

各ボルト列におけるボルトの弾性伸びから求められる弾性回転剛性については次式より求めることができる。

…(2.c)
はボルトの初期軸力，＝はは，圧縮合力点位置からボルトここで，は梁の長さである。

…(3)
はヤング係数， は各列のボルト本数，ボルト断面積，位置までの距離，134

はは圧縮合力点位置から各列のボルト中心はボルト有効長さ，はエンドプレーセルフセンタリング性能を有するト字型柱梁接合部に関する研究⒜ SC‑30（リブ補強なし）⒝ SC‑80（リブ補強なし）⒞ SC‑30（リブ補強あり）⒟ SC-80（リブ補強あり）

図９ ボルト張力−エンドプレート回転角関係

トと柱材の弾性変形を慮した低減係数４)であり， ＝2 を

δ＝ θ採用している。

＋…(5)

また，エンドプレートが離間するまでは梁端接合部を剛とし，離間後，ボルトの降伏軸方向変位：δ から，最外列3.3 復元力特性モデル

ボルト降伏時のエンドプレート回転角： θ を次式から図７に復元力特性モデルを示す。復元力特性モデルは，求められる。
θ ＝

δ

＝式(2.b)，(2.c)の各耐力と，式(5)より求められる水平変位σ−を用いて，Tri-linear 型とする。また，いかなる載荷かにお…(4.a)

いても，原点より荷重が上昇する。

同様に，中央ボルト降伏時のエンドプレート回転角：

４．結果とθ を次式から求められる。
θ ＝

δ

＝

σ−

図８に，実験結果の水平荷重：P−梁端部の水平変位：…(4.b)δ の関係を，図９に，実験結果のボルト張力：T−エンド尚，層間変位：δ は,エンドプレート回転角と柱梁の弾性剛性：

察

プレート回転角： θの関係を示す。

から求 め ら れ る 弾 性 変 形 を 累 加 す る も の と尚，図８⒜〜⒟中には，3.3節に示す復元力特性モデルをし，各列ボルトの降伏変位：δ は次式より求められる（図併せて示し，図８⒠，⒡中には，リブ補強の有無の試験体７参照)。

を重ねて示す。また，図９中には，各列のボルト張力を，T ，T ，T としてそれぞれ示している（図５参照）。
135

高松隆夫・玉井宏章・山石健司・山西央朗

4.1 水平荷重−水平変位関係

ルトが降伏張力に達するまでの軸方向の変形量が減少する

図８⒜〜⒟より，リブで補強していない場合，補強したためである。

場合のどちらにおいても原点を指向する復元力特性を示

５．結論

し，SC 性能が得られた。また，初期導入張力を与えることで，初期剛性の上昇，同一載荷下のエネルギー吸収量の増

本研究では，SC 性能付の柱梁接合部の正負交番繰返し加が期待できる。

載荷を行い，以下のような結論が得られた。

図８⒜，⒝より，リブ補強なしの実験結果と解析値を比１）リブ補強の有無に関わらず原点指向型の復元力特性を較して，SC‑30と SC‑80のどちらの場合においても，最終示し，SC 性能が得られた。

サイクル時の載荷時の剛性が低く，若干のスリップ現象が２）エンドプレートをリブ補強することで，楔の機能不全起きている。しかし，図８⒞，⒟より，リブ補強ありの実が改善されスリップ現象が解消された。

験結果と解析値を比較して，スリップ現象は起きていな

３）初期張力を上昇させると，ボルトが早期に降伏し，エい。これは，リブ補強することで，エンドプレートの面外ネルギー吸収が期待できる。

曲げ変形が抑制され，楔デバイスの機能不全が改善されたためと謝えられる。また，図８⒠，⒡より，リブ補強なし

辞とリブ補強ありの実験結果を比較して，リブ補強ありの初

本研究は，広島工業大学「高性能構造システム開発研究

期剛性がリブ補強なしの初期剛性よりも低くなっている。

センター」（代表者 高松隆夫教授）のプロジェクト研究のこれは，リブ補強した場合のエンドプレートが，リブを溶一環として実施されました。また，試験体作製にあたりフ接接合した際，溶接熱によりリブ補強なしの場合よりも湾

ルサト工業株式会社には，転造ねじアンカーボルトを提供曲したために，リブ補強なしの場合よりも初期において圧していただきました。ここに記して謝意を表します。

縮合力点が内側に入っていたためとえられる。更に，最参終サイクルの正方向載荷時は，リブ補強なしの場合よりもリブ補強した場合の圧縮合力点が外側になり，耐力が高くなっていると

文

献１）高松隆夫，玉井宏章，山西央朗，松尾彰：ノンスリッえられる。

プ型露出柱脚のセルフセンタリング性能に関する研究，鋼構造年次論文報告集，第 13巻，pp 173‑180，2005.

4.2 ボルト張力−エンドプレート回転角関係11

図９⒜〜⒟より，リブ補強なしの場合では，スリップ現２）高松隆夫，玉井宏章，小畑寛行，松尾彰，山西央朗：

象を示している。しかし，リブ補強した場合では，スリッ転造ねじボルト接合された H 型鋼梁端接合部の復元プ現象が生じていない。また，軸部降伏張力の 30％と 80％

力特性に関する実験的研究，日本建築学会大会学術講の初期張力を導入した場合を比較して，最外列ボルト降伏演梗概集（関東），PP 597‑598，2006.9

時のエンドプレート回転角は，30％よりも 80％の方が，小３）日本建築学会：鋼構造接合部設計指針，2006

さい回転角である。これは，初期張力を導入することで，ボ４）秋山宏：鉄骨柱脚の耐震設計，技報堂出版，1985.3

136