高力ボルトで接合された引張筋交いのガセットプレートの有効幅に関する研究
213-005

荒井

翼

断面積は g Ae  b g t  Ad 、欠損断面積は Ad となる。

１．はじめに従来の鉄骨構造の設計では、柱の弱軸方向に対して耐汎用プリポストシステム HyperMesh を用いて解析モ

３．数値解析
震要素としてよくブレースを用いる。また、耐震性能が不足する低層鋼構造建物に対しては、変形の抑制、非構造材の保護の観点からブレースによる補強も有効であデルを作成し、汎用構造解析ソフト ABAQUS を用いて数値解析を行った。解析モデルは板厚 12mm のガセットる。ブレースを設ける場合、接合部となるガセットプレプレートに対して２つのブレースで挟むような形で高力ートを柱梁に取り付ける必要がある。
ブレースをガセッボルトを用いて接合している。ブレース材・ボルトは弾トプレートと高力ボルトで接合する場合、母材の有効断性体、ガセットプレートは弾塑性体とし、SS400 鋼材の面の破断によって決まる接合部の最大耐力は、使用する
真応力-真ひずみ関係を使用する。ブレース形状・ボルト形鋼、接合するボルト本数、接合部の応力方向の長さ、本数は一定、ガセットプレート形状・ボルト張力の有無・接合部の偏心量などの影響を受ける。本研究では、高力材料の最大引張強度時の劣化設定の有無をパラメータとボルトを介して引張り力を受けるガセットプレートのして応力解析を行い、ガセットプレートへの応力伝達の最大耐力を算出する時の有効幅と有効角度の評価精度違いを比較した。材料の最大引張強度時の劣化は、勾配について検討する。に使用した静摩擦係数は 0.45、鋼材のヤング係数はが緩やかなものを(1)、急なものを(2)とした。なお、解析

２．既存の評価方法
高力ボルトで接合された引張筋交いのガセットプレー

205000 N⁄mm2 とした。

上部のボルト孔中心から左右 30°の広がりとされ、ガセトの応力伝達有効角度は筋交い材の配置を考慮せず、最ットプレートの最下部のボルト孔中心位置の有効幅を使用している。高力ボルト摩擦接合によるブレース接合部30°線の仮定に基づく必要があり、このときブレース接の耐力を求めるため、ガセットプレートの有効幅をこのートが破断する時の最大引張耐力は(2)式より求めることができる。
jNu    N y(1)(2)

N u  g Ae g Fu
ここに、 j Nu ：ブレース接合部の軸方向の最大引張力、
jα：ブレース端部の接合部係数、 ：ブレース全断面の引張降伏耐力( b A Fy )、 ：ブレース材の降伏強さ、b

A ：ブレースの全断面積、 g Ae ：ボルト孔による欠損断面積を考慮したガセット プレ ートの有効断面積、：ガセットプレートの引張強さである。ブレースのg Fu
軸力は最大耐力時において全ての接合ボルトによって均等的に分担しているとすれば、30°の広がりによる有効断面積に対して最終ボルト位置は危険断面となり、耐力 評 価 式 は (2) 式となる。この時の有効幅はb

図 1 ガセットプレートの応力伝達

2 、ガセッl13トプレートの有効

図 3 破壊形式

図 2 解析モデル(G5)合部では(1)式を満たすものとする。また、ガセットプレ表１ 解析モデル詳細
モデル名称 ボルト張力 材料の劣化
G1なし
なし
G2なし
あり１G3なし
あり２G4あり
あり１G5なし
あり１

表 2 詳細寸法

ガセットプレートの形状
長方形
長方形
長方形
長方形
台形

ボルトピッチ ガセットプレートの最終 有効幅 端あき距離 ブレース板厚
使用ボルト(mm)
ボルト位置の全幅(mm) (mm)(mm)(mm)
F10T
M1639.8127.691.9806

図 4 は表 1 に示す各解析モデルの荷重-変位グラフで４．解析結果及び考察る評価値を表 3 に示す。表からわかるように、G1 と G3あり、この数値解析により得られた耐力と学会指針によはいずれも 2 割程度となっている。表からもわかるようを除く全ての解析モデルにおける解析値と評価値との差に、いずれのケースも安全側の過小評価となっており、G2 に比べ、ボルトの初期張力が導入されたモデル G4既存の評価方法は概ね妥当であると言える。標準モデルの場合では、耐力が 5%程度大きくなっている。最大耐荷重P(kN)

200応力(N/mm2)

G1G2G5G3250150100500051015550500
450400350300
250200150100500-50-100応力(N/mm2)

G4300

3本目
2本目
1本目

2002

図 4 荷重－変位グラフ

46変位δ(mm)810121416550
500
450
400
350
300
250200150
100500-50-10018

3本目
2本目
1本目

0212141618(b)最大耐力時

500

応力(N/mm2)

応力(N/mm2)

550
500
450400350300250200150
100500400300200100弾性時

0降伏耐力

塑性後台形
長方形

最大耐力時

246810121416184278.7

100

解析結果と評価値の比較(kN)
G3228.8278.58

図 7 各ボルト位置の応力度分布

表 3 最大耐力時における

G26

要素番号

(a)降伏耐力時

図 5 要素番号

G1
評価値
解析値 288.7

4

要素番号

G4G5292.8275.7

図 6 モデル G2 における
要素番号68101214

図 8 ガセットプレート形状の応力度分布の変化

要素番号違いによる影響

力時では被接合体の塑性変形によって、ボルト張力の大図７に降伏耐力時・最大耐力時の各ボルト位置での応力半が解放されたが、残存摩擦耐力によって最大耐力があ度分布を示す。ここからも最終ボルト位置の降伏耐力時る程度の上昇に至った。既存評価式では、この残存摩擦応力が 30°で伝達されていることが分かるが、第一ボル耐力の影響を考慮していない。このことによって、評価ト位置・第二ボルト位置ともに応力分布が乱れており、のことを踏まえて、解析モデル G2 に対して評価式(2)は応力伝達の複雑さを示している。最大耐力時において、安全側の評価ではなく、精度の良い評価式にするには、るところが確認された。図８は長方形ガセットプレート

応力の流れや分布に基づく有効幅の検討が必要である。と台形ガセットプレートの応力伝達の比較である。最大

一方、既存の耐力評価式では、降伏耐力も最大耐力も同耐力時においては、整形なガセットプレートのほうが式は単に安全側の過小評価へシフトすることになる。こ

第一ボルト位置・第二ボルト位置で応力がマイナスになじ有効幅・有効断面積を使用しており、これは主に弾性4%程度応力が大きくなっているが、応力の分布形状の変範囲内の応力解析結果に基づくと指摘されている。本論化がほとんどなく、ガセットプレートの形状による影響方を検討する。図 4 の G2 と G3 を比較すると、最大耐がほとんど見られないことが分かる。

力に対して材料劣化の勾配の影響が敏感ではないことが本論文では、数値解析を通して、ガセットプレートの応わかる。このことを踏まえて、耐力が上昇し続ける傾向力伝達の有効幅と有効角度について検討した。得られたの劣化モデルよりも、劣化設定モデルの方が実態に近いと考えられる。モデル G2 における応力度分布及びその結果は以下の通りである。

変化の様子を図 6 に示す。ボルト孔周辺の応力集中が見解析値が既存の評価式と比較すると大きくなっており、

文では、弾性範囲内の解析結果と最大耐力時の結果の両5.まとめ(1)本論文のいずれの解析モデルにおいても、最大耐力の応力分布では、ボルト孔を中心とする領域が主に荷重を(2)降伏耐力時については、主に 30°線による有効断面分担しており、外側になればなるほどその分担が徐々にが荷重を負担しているが、最大耐力時でははっきりした低下する。この状態では有効幅と言えるほどのものがな台形分布とならず、既存式の最大耐力評価の誤差の主なく、有効断面積の設定が難しい。一方、降伏耐力時の応要因になっていると言える。

られるが、その応力が降伏応力度を超えようとする時の力分布ではほぼ台形の分布形状となり、応力一定の領域一ボルト中心からの 30°線で定義することができる。しが顕著に表れている。その応力一定の領域の幅は概ね第かし材料のひずみ硬化後の塑性状態では、応力分布が低荷重弾性時の分布と類似してくる。最大耐力まで荷重が上昇しても、30°線有効幅程度の台形分布にはならず、ボルト孔付近から離れるにつれ徐々に分担が低下する。

既存の評価方法は安全側の過小評価であると言える。

参考文献
1)平田 聡、都合 重範、宇田川 邦明：「高力ボルト接合された引張筋違いガセットプレートの有効角度と有効幅」、日本建築学会大会
学術講演梗概集、2008 年 9 月
2)宇田川 邦明、都合 重範、平田 聡：「高力ボルト接合された引張筋交いガセットプレートの有効幅と有効角度に関する実験」、鋼構造論文集、2008 年 9 月
3)日本建築学会：「鋼構造接合部設計指針」、2012 年 3 月（林研究室）