広島工業大学紀要研究編
第 48 巻（2014）81-86

論文

長締めボルトを用いた楔デバイス付梁継手の実験的研究
隆夫＊・玉井高松宏章＊＊・景山朋定＊＊＊・國井翔平＊＊＊＊（平成25年10月30日受付）

Experimental study on beam connection with wedge-device used long-length bolt
Takao TAKAMATSU, Hiroyuki TAMAI, Tomosada KAGEYAMA and Shohei KUNII（Received Oct. 30, 2013）

Abstract
The wedge-device used long-length bolt is proposed to solve problems of the beam connection with thewedge-device. Loading tests of the beam connection are conducted to examine the restoring force characteristics. Cyclic loading tests of T-type specimen with long-length-bolted connection show increase-from-origin-type restoring force characteristics with less stiffness.

Key Words: wedge-device connection, End plate type, Loading test

しない場合に低下する。スリップ現象については，ボルト

1 ．はじめにの曲げ変形により，楔と楔受けにズレが生じ，楔が有効に貫入しない場合に起こる。

本研究室では，楔デバイスを用いたボルト降伏型の接合１）～９）。これは，鋼構造物が大地震

そこで，本論文では，これらの問題点を解消する楔デバ

時における過大な水平力を受けた際，通常の架構であればイス付梁継手の新たなディテールを提案し，載荷実験によ部材の損傷によって生じる残留変形を低減する性能を有しり接合部の性能を確認する。

部の研究を行っているている。特に，梁継手にこの接合方法を適用したものを楔2．工法概要

デバイス付梁継手と呼ぶ。楔デバイス付梁継手の特徴とし

2.1て，①ボルト降伏型でありながら継手位置を調整すること

楔デバイス

で，高力ボルト摩擦接合した場合と同等の保有水平耐力が

図１に楔デバイスを示す。

得られる。②梁継手位置に塑性ヒンジを形成させるため，楔デバイスはボルトの塑性伸びによって生じる間隙を埋柱梁接合部での脆性破断を回避できる。③楔デバイスのボめる効果を持つ。これにより，スリップ現象を防ぎ，原点ルトの塑性伸びを埋める効果により，スリップ現象を起こ立上り型復元力特性を接合部に付与できる。設置はナットさない原点立上り型復元力特性を持つ。

－エンドプレート間に楔と楔受けを，楔と反力板の間に，しかしながら，これまで提案していた本継手のディテー楔を貫入させるためのバネを設置する簡潔なものである。

ルでは，弾性回転剛性の低下や，楔デバイスが十分に機能

尚，楔および楔受けの接触面は発錆処理を施し，ボルトかしないことに起因するスリップ現象が起こることが考えらら伝達される圧縮力の接触面方向力に対して滑らないようれた。これらの理由だが，まず，弾性回転剛性については，静止摩擦係数を増大させる。

エンドプレートの面外変形により，接合部が理想的に回転＊＊＊＊

広島工業大学工学部建築工学科＊＊＊＊

長崎大学工学部工学科＊＊＊＊

広島工業大学大学院工学研究科知的機能科学専攻＊＊＊＊

広島工業大学大学院工学研究科建設工学専攻― 81 ―

高松隆夫・玉井宏章・景山朋定・國井翔平

図１

図２

楔デバイス

楔デバイス付梁継手

図４

図３2.2

接合部詳細図試験体

ディテール

図２に楔デバイス付梁継手を示す。
提案する工法の変更点はボルトプレートを追加したことである。接合ボルトはこのボルトプレートに緊結させる。
これにより，エンドプレートには接合部回転中心位置の圧縮力を，ボルトプレートには接合ボルトの反力をそれぞれ別々に作用させるため，エンドプレートに面外変形が生じにくい。また，ボルトプレートの位置によってボルトの有図５

載荷装置効長さを変更できるため，接合部弾性回転剛性の調整が容易になる。さらに，楔デバイスをボルトプレートに設置すれば，楔デバイスの位置でのボルトの曲げ変形の影響は無くなり，楔が理想的に機能できる。内ナットは片側のみに設けて楔デバイス側のみに塑性伸びが発生するようにして

３

実験概要

3.1

試験体

図３に試験体を，図４に接合部詳細図を，表１に素材特いる。尚，回転中心位置での圧縮力が過大になることで，局部座屈を生じる恐れがあるため，ブロック部フランジ厚性を，表２に接合部特性を，それぞれ，示す。
試験体にはト字型試験体を用いる。柱には▪-200x200x12を大き目にする。

を，梁には H-300x150x6.5x9 を，アンカーボルトには転本工法は，エンドプレート形式の接合部で一般的な柱梁造ねじアンカーボルト M16 を使用した。ボルト接合部は，接合部位置でボルト接合せず，ブラケットを設けているた３列に２本ずつ，計６本の転造ねじボルトを用い，楔デバめ，接合部の位置がスパン中央方向へ移動する。このため，イスを介してダブルナットにより接合する。

ボルト接合部の耐力を変化させること無く架構の保有水平

ブラケットの断面性能について，成は，梁からの応力伝耐力を上昇させ，更にブラケットの材長によって調整も可播を考慮して梁と同一とする。更に梁の全塑性モーメント能な機構となっている。さらに，ブラケットを設けることに対して弾性状態を保持する必要があるため，ブラケットで，角形・円形鋼管柱にも適用可能な形状である。

断面を BH-300x175x9x12 とした。ブロック部はフランジ

ブラケットの断面は梁の全塑性モーメントに対して弾性の局部座屈防止のため，BH-300x175x9x16 とした。エン状態を保つものとし，梁からの応力伝盤を考慮し，梁と同ドプレート・ボルトプレート厚はボルト径の２倍である一とする。

32mm として面外変形に対して安全側に設計している。エ― 82 ―

長締めボルトを用いた楔デバイス付梁継手の実験的研究
表１部材

材質

柱
梁フランジ
梁ウェブ
ブラケットフランジ
ブラケットウェブ
ブロック部フランジ
ブロック部ウェブ
転造ねじボルト

STKR400
SS400
SS400
SS400
SS400
SS400
SS400
ABR400表２
弾性回転剛性KI（kNm/rad）8.61 × 104

２次勾配

KII（kNm/rad）2.28 × 104

素材特性
降伏応力度

ヤング係数

E（N/mm2）
205,000
205,000
205,000
205,000
205,000
205,000
205,000
205,000

σY（N/mm2）460
325370344367292
381291

引張強さ

降伏比515440460469440432447
444（％）
8974807384688566

σU（N/mm2）

1931232726312332

接合部特性
降伏モーメントMY（kNm）
32.9

最大モーメント

MU（kNm）
38.7

図７

図６

破断伸び（％）

σY /σU

抵抗機構

計測位置

ンドプレートの板厚はボルトプレートを介しているため板図８

復元力特性モデル

厚を上げる必要はないと予想されるが，今回の実験ではこれらについて考慮していない。適正な板厚の設計は今後のト回転角 θ を算出する。

課題である。

ボルト接合部曲げモーメント M，エンドプレート回転実験変数はボルトに導入する初期張力とし，降伏の角 θ は次式により算定する。

30％，70％とした２種類実験を行う。
3.2



載荷装置と計測方法

・・・・・・・・・・・・（3.2.1）
・・・・・・・・・・・・（3.2.2）

図５に載荷装置を，図６に計測位置を，それぞれ，示す。
載荷は，柱上端に取り付けたピンにヨークを介して設置

ここに，P：荷重，LB：梁支点からボルト接合部までのした油圧ジャッキによって行う。油圧ジャッキは，ピン中距離，D：エンドプレートに設置した変位計間距離である。

心とジャッキ軸心が一致するように設置している。

層せん断力 Q，層間変形角 r は，以下の算定方法により試験体の支持状態としては，柱下端部をピン支持，梁先求める。

端をピンローラー支持としている。また，梁の横振れ止めとして，梁中央部にパンタグラフを設置している。
計測値として，油圧ジャッキ先端に設置したロードセル

・・・・・・・・・・・・・・（3.2.3）


より荷重 P を，梁端部に設置した変位計により，鉛直変位 δV，エンドプレート離間量 δ 1，δ 2をそれぞれ計測する。

・・・・・・・・・・・・・・（3.2.4）

ここに，LC：柱支点間距離である。

尚，δ 1，δ 2は，ブラケット側エンドプレートからの相対変3.3位である。また，荷重 P より，ボルト接合部曲げモーメ
ント M を，エンドプレート離間量 δ 1，δ 2より，エンドプレー復元力特性モデル

図７に抵抗機構を，図８に復元力特性モデルを，それぞ― 83 ―

高松隆夫・玉井宏章・景山朋定・國井翔平

れ，示す。



耐力評価について，各列ボルト降伏曲げモーメント MYi
は，圧縮合力点位置からの曲げモーメントの釣り合いによ・・・・・・・・・・・（3.3.3）
・・・・・・・・・・・・・（3.3.4）

り，次式より算定する。
・・・・・・・・・・（3.3.1）


ここで，ni：各列のボルト本数，A：ボルト断面積，σY：ボルト降伏応力度，di：圧縮合力点位置から各列ボルト軸・・・・・・・・・（3.3.6）

心までの距離である。

・・・・・・・・・・・（3.3.7）

各ボルト列の弾性回転剛性 Ki は次式により算定する。
・・・・・・・・（3.3.5）

・・・・・・・・・・（3.3.2）

・・・・・（3.3.8）

ここに，KI：弾性剛性，KII：二次勾配，MY：ボルト接合部降伏曲げモーメント，MU：ボルト接合部最大曲げモー

ここに，E：ヤング係数，lb：ボルト有効長さ，R：エンメント，θY：ボルト接合部降伏曲げモーメント時のエンド

ドプレートと柱材の弾性変形を考慮した低減係数であり，プレート回転角，θU：ボルト接合部最大曲げモーメント時10）のエンドプレート回転角である。

R=2 を採用している。
復元力特性モデル算定式を以下に示す。

（a）30％（b）70％
図９接合部曲げモーメント M- エンドプレート回転角 θ 関係（a）30％（b）70％
図 10

層せん断力 Q- 層間変形角 r 関係

― 84 ―

長締めボルトを用いた楔デバイス付梁継手の実験的研究

4 ．実験結果と考察

5 ．結論

図９に接合部曲げモーメント M- エンドプレート回転角

本論文では改良型楔デバイス付梁継手の提案を行い，載θ 関係を，図 10 に層せん断力 Q- 層間変形角 r 関係をそれ荷実験によりその性能を確認した。得られた知見を以下にぞれ，示す。

示す。

図９には解析値として復元力特性モデルを実験結果に合１）改良型楔デバイス付梁継手は，接合ボルトを位置の変わせて示す。図 10 には解析値として下式を用いて求めた更ができるボルトプレートに緊結するため，回転剛性理論値を示し比較を行う。の調整が可能である。
２）転造ねじアンカーボルトを長締めとするため，変形性

層せん断力 Q- 層間変形角 r 関係の弾性剛性，２次勾配能を確保できる。

については，ボルト接合部と，架構の弾性剛性を直列ばね３）改良型楔デバイス付梁継手は，層間変形角 1/100 以下として加える。架構の弾性剛性 K については，以下の式を用いて算出している。のサイクルで原点立上り型復元力特性を示し，1/50 のサイクルでは剛性がわずかに低下するが，ほぼ原点立上り型復元力特性を示す。
提案・検討している接合部は，エンドプレート間で接触・離間が発生する接合部形式である。このため，床スラブの影響や，柱の拘束効果による圧縮軸力11）が生じ，ボルト接・・・・・・・・・・・・・・・・・（4.1）

合部耐力の上昇や母材（梁・ブラケット）の降伏曲げモー

ここに，IC：柱の断面２次モーメント，IB：梁の断面２メントが低下することが考えられる。その場合，母材が降次モーメント，LBR：ブラケットの長さ，LG：梁支点から伏・塑性変形等異なる崩壊機構が発生する可能性があるが，柱図芯までの距離，IBR：ブラケットの断面２次モーメン

本論文では，これらを考慮できていない。今後，上述の影トである。

響を考慮した検討を行い，設計法を確立していく。

図９より，初期軸力を降伏の 30％導入したものと 70％

謝としたもの共に常に原点より抵抗が始まっていることがわ
かるが，層間変形角 1/50 のサイクルで剛性の低下が見ら

辞本研究では，広島工業大学「高性能構造システム開発研れる。これは，1/100 のサイクルで生じた塑性伸びを埋め究センター」（代表者高松隆夫教授）のプロジェクト研る際，重力により楔にズレが生じ，理想的に楔が貫入しな究の一環として実施されました。

かったためである。しかしながら，他のサイクルでは，概試験体作製にあたりまして，フルサト工業株式会社には，ね実験値と解析値が対応しており，全てのサイクルで原点転造ねじアンカーボルトを提供していただきました。ここ立上り型復元力特性を示している。に記し，感謝の意を表します。

弾性回転剛性については初期軸力で比較して，30％より【参考文献】

70％の方が若干ではあるが上昇している。層間変形角1/100rad 以下のサイクルで曲げモーメントの最大値がモデ１）Takao TAKAMATSU, Hiroyuki TAMAI: Non-slip-ルと一致していない。これはエンドプレートの弾性変形にtype restoring force characteristics of exposed-typeより，離間部が剛体的に回転せず，圧縮合力点位置がモデ

column base, Journal of Constructional Steel Reserch,

ルより梁図芯側にあったためである。

Vol.61, pp.942-961, 2005.

図 10 より，層せん断力 Q- 層間変形角 r 関係の理論値

２）高松隆夫，玉井宏章，山西央朗：ノンスリップ型鉄骨との対応も接合部曲げモーメント M- エンドプレート回転

露出柱脚の復元力特性モデル，構造工学論文集，Vol.

角関係のモデルとの対応と同様のものになっている。これ

51 B，pp.293-302，2005.4.

は，楔デバイス付接合部のみに塑性ヒンジを形成させてい３）高松隆夫，玉井宏章，山西央朗，松尾彰：ノンスリッるためである。このため，接合部以外の母材の部分が塑性プ型露出柱脚のセルフセンタリング性能に関する研変形しておらず，載荷終了時の層間変形角が０に戻ってお究，鋼構造年次論文報告集，第 13 巻，pp.173-180，

り，架構に残留変形を生じていないことがわかる。

2005.11.
４）玉井宏章，高松隆夫，山西央朗，白木剛，多田元秀：
統合化評価法を用いた実大ノンスリップ型露出柱脚の― 85 ―

高松隆夫・玉井宏章・景山朋定・國井翔平

仮 動 的 実 験， 鋼 構 造 年 次 論 文 報 告 集， 第 14 巻，概集（東海），CD-ROM 論文番号－ 22641，2012.9
８）高松隆夫，玉井宏章，澤田樹一郎，田邉真二郎，山西pp.269-276，2006.11.
５）山西央朗，高松隆夫，玉井宏章，松尾彰：アンカーボ央朗：楔デバイス付接合部を有した架構の保有水平耐ルトを多数配列したノンスリップ型露出柱脚の復元力

力と最大層間変形角，鋼構造年次論文報告集，第 19 号，

特性－無軸力下の場合のセルフセンタリング性能，日pp.755-760，2011.11.

本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集， 第 621 号 pp.155-162，2007.11.

９）高松隆夫，玉井宏章，澤田樹一郎，山西央朗，景山朋
定：楔デバイス付接合部を有する架構の地震応答性状，

６）山西央朗，高松隆夫，玉井宏章，松村高良，松尾彰：

鋼構造年次論文報告集，第 20 巻，pp.807-814，2012.11.

２軸曲げを受ける従来型およびノンスリップ型露出柱10）秋山宏：鉄骨柱脚の耐震設計，技法堂出版，1985.3.

脚に関する実験的研究，日本建築学会構造系論文集，11）吉敷祥一，山田哲：高力ボルト半剛接合部に対する柱第 73 巻第 634 号 pp.2223-2230，2008.12.の拘束効果に関する基礎検討，鋼構造年次論文報告集，第 17 巻，pp.81-86，2009.11.

７）景山朋定，高松隆夫，玉井宏章，山西央朗：楔デバイ
ス付梁継手の載荷実験，日本建築学会大会学術講演梗

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