被接合部材のフランジ面外剛性におよぼす非対称要素の影響について
213-008

石﨑聡史

１．はじめに鉄骨構造の柱梁接合部において、溶接接合の他に接合る。本論文では、汎用数値解析ソフト ABAQUS を用い金物と高力ボルトによる接合形式である半剛接合があて解析モデルの数値解析を行い、被接合部材である柱フ
ランジの面外剛性に着目し、高力ボルトの接合箇所による非対称によって生じる剛性変動のメカニズムなどを検討し、柱フランジの面外変形に対する剛性評価を検討する。
2.1 剛性の解析値

２．柱フランジの面外剛性解析モデルは図 1(a)、(b)、(c)で示すように被接合部材である柱フランジに対して高力ボルトを設けた 1 辺拘束モデル、2 辺拘束モデル、3 辺拘束モデルの板の長さを変えて数値解析を行った。いずれの数値解析でも高力

図 2 単純足し合わせによる剛性
2.3 解析結果と考察

1 辺拘束モデルの剛性の解析値Kと剛性の評価値を拘束している。板の長さに注目するため、b、b’、t、

比較結果は図 3 に示す。ここでは高力ボルトにおける片の解析値Kを算出するため、荷重Pと変位 を示すグラフ

したグラフで比較する。左右の板の長さの差が大きくなに対して式(1)を利用する。変位 を読み取る点についてると、剛性の差が顕著に表れているが、長い板同士によは、ボルト頭部に挿入した剛体の中心点から得る。

が 5％を上回るのは a が 100mm より小さいとき、もしボルト頭部に剛体を挿入し、高力ボルト頭部の曲げ変形
P、ボルト径については一定とする。解析結果から剛性

K=の方の板の長さに対して、もう一方の板の長さ a を変数にる解析モデルでは単純足し合わせで評価できる。誤差 R
くは a’/a が 5 よりも大きくなるときである。過去の研究…(1)

では、板の有効片側幅がボルト頭部から 45 度線によって算出できるとの指摘がある。本論文のb = 100mm を考えれば、片側の幅がこの有効幅より短くなると非対称
図 1(a)

1 辺拘束モデル

図 1(b)

2 辺拘束モデル

性による影響が顕著になる。一方、3 辺拘束モデルの剛短くなるにつれて剛性は上がり、1 辺拘束モデルに比べ、性の解析値Kと剛性の評価値の比較では、板の長さがさらに大きな差が生じる。逆に長くなるにつれて 1 辺拘
図 1(c) 3 辺拘束モデル
図 1(d) 載荷方法
2.2 単純足し合わせによる剛性の計算値
本論文では、高力ボルトに対して板の長さが左右対称とする。図 2 で示すように左右非対称

た。つまり、図 3 と図 4 から分かるように 1 辺拘束モデ

束モデルのように単純足し合わせの評価傾向が見られ剛性の値が収束するため、板の長さが 45 度線に定めらル、3 辺拘束モデルともに板の長さが長くなるにつれてとなるモデルから算出する剛性の解析値Kを半分にしたれる有効幅を超えた場合は、左右非対称性による剛性のものを基準剛性補正を行わなくても、大きな誤差をもたらすことはないのモデルはそれぞれの基準剛性と言える。

とおく。2 辺拘束モデ

くなるにつれて値は上るが、3 辺拘束モデルの場合ではを足した板の長さが短くなるにつれて値は大きくなり、逆の傾向を用いて剛性の解析値Kと比較する。評を示している。板の面外剛性の支配的要素である固定端

し、剛性の解析値Kと比較する。ここで、基準剛性
ルの場合は、1 辺拘束と 3 辺拘束の基準剛性し合わせたものを剛性の評価値

剛性の評価値
を示す値 R＝( /は 1 辺拘束モデルの場合では板の長さが長の足し合わせで評価
を足− 1)×100 を使って比較し検討する。

価の指標として剛性の解析値Kと剛性の評価値

の差

基準剛性

が交替したことに起因しているが、1 辺拘束時とメカニズムが異なっていても、本論文では同じ手法を検討する。

K a'=60[cm]
Ki a'=60[cm]

200

4000

200

160

120

80

剛性[kN/cm]

剛性[kN/cm]

剛性[kN/cm]

160

3000

2000

1000

120

80

40

40

K a'=60[cm]
Ki a'=60[cm]K a'=60[cm]
Ki a'=60[cm]

0

0

0
0

5

10

15

0

図3

a'/a
1 辺拘束モデル

5

10

0

15

a'/a
図 4 3 辺拘束モデル

5

10

15

a'/a
図 5 1 辺拘束モデル回転拘束

30

K a'=60[cm]
Ki a'=60[cm]

4000

140

K a'=10[cm]
Ki a'=10[cm]

25

3000

2000

1000

剛性[kN/cm]

Ki-K[kN/cm]

剛性[kN/cm]

130

20
15
10

120
110
100
90

5

a'=60[cm]
0
0

5

10

15

0
0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

3

図6

3 辺拘束モデル回転拘束a'/a

2.4 ボルト頭部回転拘束の影響

図 7 剛性誤差－左右回転量

傾き×10 [rad]

80
0.0

0.5

1.0

1.5

図8

a’=b モデル

2.0

a'/a

ズムとして、1 辺拘束の左右非対称は接合ボルト頭部の左非対称性がもたらす結果の一つとして、高力ボルト頭

右回転を誘発し、このボルトの回転によって剛性低下に部の左右方向の回転を挙げられる。ここでは高力ボルト至ったと言える。左右の板長さが十分大きな場合、有効な

頭部の左右の回転量と板面外剛性の低下との関係を調板幅を超えたことで板の長さが異なっても、ボルト頭部

べる。具体的には、まず相対的な高力ボルト頭部の回転量について調べてから、高力ボルト頭部に挿入した剛体

場合では情況が異なるものの、1 辺拘束の場合と同様の結の左右方向の回転を拘束したモデルをそれぞれ作成し論が言える。

数値解析を行った。これらの解析結果に対して同じよう

３．まとめ

に基準剛性

が左右回転せず剛性の低下に至らない。また 3 辺拘束のの単純足し合わせで評価し比較検討する。

本論文では高力ボルト接合部に対して板の長さが異な

ここで高力ボルト頭部に挿入した剛体の左右方向の回転を拘束したモデルの結果を示した図 5 と図 6 より、1る左右非対称性の影響について検討を行った。その結果、

辺拘束モデル、3 辺拘束モデルともに誤差 R は 0%~3%

以下のことが言える。

の範囲にとどまっている。2 辺拘束モデルの誤差 R につ1) 1 辺拘束モデル、3 辺拘束モデルともに高力ボルトにいても 0%~5%の間にとどまることから、1 辺拘束モデ

対して板の長さが左右非対称の場合、長さの差が小さの単純足し合わせで算

2)高力ボルトに対して板の長さが短い場合、左右の非対称

ルと 3 辺拘束モデルの基準剛性
出した剛性の評価値

はある程度の誤差が生じるもの

える。図 7 は高力ボルト頭部の挿入した剛体の左右回転

いまたは長さが十分に大きければ、単純足し合わせで剛性を精度よく評価できる。

の、その主な要因はボルト頭部の回転によるものだと言性が顕著になれば、誤差も大きくなり無視できなくな量と単純足し合わせ評価による剛性誤差の絶対値との3) 単純足し合わせの剛性評価誤差のメカニズムについ関係を示す。これからも分かるように高力ボルトの回転が大きくなると、左右の板の長さの違いに起因する評価
誤差の増大が顕著ではなくなる。また、図 8 は長さの小誤差が増大していく。ただし、回転量の小さい領域では

さいシリーズの結果を示す。有効幅より小さい場合でも左右非対称の差が小さければ著しい剛性の低下とならず、長さが大きいシリーズとほぼ同様の結果が見られた。

る。

ては、概ねボルト頭部の回転量によるものだと言える。
参考文献
1) 浅田健太、林暁光：柱フランジの面外変形を考慮したフランジアングル接合の載荷実験と剛性評価、 日本建築学会
近畿支部研究報告集 pp.433-436 平成 24 年
2) 島野竜平、李亦然、林暁光：高力ボルトとスプリットティーを用いた柱梁接合部に関する研究 その２ 柱の変形を考慮した剛性評価、 日本建築学会 近畿支部研究報告集 2016年

上記の結果から、柱フランジの面外剛性の低下メカニ（林研究室）