広島工業大学紀要研究編
第 49 巻（2015）55-60

論文

楔デバイス付梁継手を有する合成スラブ
高松隆夫 *・玉井宏章 **・景山

朋定 ***・國井翔平 ****
（平成26年10月30日受付）

Composite beam with wedge device joint
Takao TAKAMATSU, Hiroyuki TAMAI, Tomosada KAGEYAMA and Shohei KUNII（Received Oct. 30, 2014）

Abstract
A beam joint with the wedge-device shows self-centering performance and separation of a tension
ﬂange. An experimental study on a beam with concrete slab is carried out to examine the concreteslab constraint the ﬂange separation. It is concluded that the experimental results show the tension
ﬂange separation without slab constraint.
Key Words: Self centering, wedge-device connection, End plate type合，指針３）の基準を満足すれば，スラブと梁が全塑性モー１．はじめにメントを発揮できる完全合成梁として純鉄骨より大きな耐力で設計が可能である。このときの梁剛性の増大率として，著者等は構造物の地震後残留変位低減に効果的な性能を1，2）」の研究を行っている。

一般的に，両側スラブ梁の場合 2.00，片側スラブ梁の場合

これは，楔デバイスを用いたボルト降伏型の接合部であり，1.50 として設計される。一方で，スタッドボルトを用いず地震エネルギーをボルトのみに吸収させることで，柱・梁デッキプレートと梁を焼抜き栓溶接のみによって接合するに塑性変形が生じず，架構の残留変形が生じないものであ方法がある。この場合，剛床としての水平せん断力を伝達る。載荷実験により，楔デバイスの効果であるボルト降伏が可能であるが，合成梁としての耐力は有さないとされて後のスリップ現象を起こさない原点立上り型復元力特性がいる。剛性増大率も 1.00 として応力算出が行われること得られることを，数値解析により，本工法を適用した架構が一般的である。

持った，「楔デバイス付梁継手は残留変形が生じないことを明らかにしている。さらに，離間を生じる本工法への適用を考えると，焼抜き栓溶接

本工法は継手位置の調節によってボルト降伏型の接合部でのみで一体性が少ない工法の方が復元力特性への影響が少ありながら保有水平耐力を減少させない特徴を有していないと思われる。しかしながら，完全合成梁とした架構実る。

験の例はいくつもあるが，焼抜き栓溶接のみで接合した場

本工法は，梁継手に離間を生じる接合部であるが，梁の合の架構実験は見当たらない。

上には床となるコンクリートスラブが取り付く。鋼構造のそこで，本論文の目的として，楔デバイス付梁継手を有

床スラブは，型枠や鉄筋の役割も果たすことができるデッ

する焼抜き栓溶接により接合されたデッキプレート合成ス

キプレートを用いたデッキプレート合成スラブとなる。

ラブ架構の実験を行う。スラブのない実験も行い，復元力デッキプレートと梁の接合にスタッドボルトを使用する場特性に与える影響を考察する。

＊＊＊＊

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系研究科知的機能科学専攻＊＊＊＊

広島工業大学大学院工学系研究科建設工学専攻― 55 ―

高松隆夫・玉井宏章・景山朋定・國井翔平（a）平面図（c）デッキプレートと焼抜き栓溶接
転造ねじボルト M16

ブラケット：BH-300×175×9×12

ボルト有効長さ：336

50150

エンドプレート：PL-300×200×32
柱：□-200×200×12

1,200
1,800

300 200
500

50750

アンカープレート：PL-300×200×32

100 100

1,500

梁：H-300×150×6.5×9600

楔デバイス

300
130
150 508030750

ブロック部：BH-300×200×9×16

900

32

単位 (mm)

3232
300

70 70

32

単位 (mm)（d）接合部詳細図（b）立面図図１

スラブ付試験体

表１ 素材特性（ａ） 鋼材部材

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

ヤング係数

降伏応力度

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

σY（N/mm2）

引張強さ

降伏比

515
440
460
469
440
432
447
444

89
74
80
7384
6885
66

σY /σU（%）σU（N/mm2）

460
311
362
342
361
288
374
287

破断伸び（%）
1931232726312332（ｂ） コンクリート
床スラブ
コンクリート
普通コンクリート（材齢 28 日）

ヤング係数

圧縮強度

引張強度

Ec
（N/mm2）Fc（N/mm2）（N/mm2）

Ft28800

20.81.7を用いる。 部 材として， 柱には▪-200 x 200 x12 を， 梁には２．試験体

H-300x150x6.5x9 を，ブラケットには BH-300x175x9x12 を，図１にスラブ付試験体を，表１に素材特性を，それぞれ，ブロック部には BH-300 x175x9x16 を用いる。
ブラケットは梁の全塑性モーメントに対して弾性を保つ示す。
本論文の試験体は鉄骨梁のみのものと鉄骨梁にスラブを断面として設計している。ブロック部は，フランジ位置が取り付けた２体である。二つの試験体はスラブがあるかな接合部の回転中心となるため過大な圧縮力が作用するが，いかの違いで，スラブ受け等の違いはあるが，柱や梁およこの力に対して降伏しない断面とする。
アンカーボルトには伸び能力が確保された転造ねじアンび継手部の性能は同じである。

カーボルト M16 を使用する。ボルト接合部は，３列に２2.1

試験体概要本ずつ，計６本の転造ねじボルトを用い，楔デバイスを介試験体は柱と片側の梁を想定したト字型とし，水平荷重にしてダブルナットにより接合する。内ナットはブラケット対する曲げモーメントの反曲点位置までを取りだした部分架構側のみに設けて楔デバイス側に塑性伸びを発生させる。
― 56 ―

楔デバイス付梁継手を有する合成スラブ

接合部の最大耐力は，梁の全塑性モーメントに対して３している。

割程度として設計している。１章に示したように，保有水スラブの幅は有効幅を 900mm として設定している。ス

平耐力が通常の架構と同等の値にするには，本試験体のブラブ厚はデッキプレートの山上から 80mm とし，デッキラケット長さの場合，７割程度必要である。

プレートを含めた高さを 130mm とする。スラブ内の鉄筋

エンドプレート・ボルトプレート厚はボルト径の２倍ではコンクリートのひび割れ防止筋とし溶接金網の φ6-ある 32mm として面外変形に対して安全側に設計してい150x150 をかぶり厚 30mm としている。

る。しかしながら，エンドプレートには圧縮力とせん断力

デッキプレートは合成スラブ用デッキプレート（t1.2，のみ作用する機構であるため，板厚を下げることが可能だ

山高 50mm）を使用し，梁に直交する向きに焼抜き栓溶接と考えている。エンドプレート・ボルトプレートの板厚にによって梁フランジに接合している。

関しては今後の検討課題である。尚，せん断力はエンドプ

３． 実験概要

レートの摩擦によって伝達され，設置面に発錆処理を施し3.1ている。

載荷装置と載荷方法

図２に載荷装置と計測位置を，図３に載荷プログラムを，2.2スラブ付き試験体それぞれ，示す。

床スラブはデッキ合成スラブとし，焼抜き栓溶接により載荷は，柱上端に取り付けたピンにヨークを介して設置

梁とデッキプレートを接合する .1 章でも示したが，スタッした油圧ジャッキによって行う。油圧ジャッキは，ピン中ドボルトを用いず，焼抜き栓溶接のみの接合とした場合，心とジャッキ軸心が一致するように設置している。試験体

一般に，剛性増大率を 1.00 として計算される。焼抜き栓の支持状態としては，柱下端部をピン支持，梁先端をピン溶接によって剛性が増大することも考えられるが，完全合ローラー支持としている。ローラーにはスライドベアリン

成梁とは違い，塑性域までの合成効果を保障するものではグを用いている。また，梁の横振れ止めとして，梁部材中ないため，梁継手の離間に十分対応可能であると考え採用

央部にパンタグラフを設置している。
載荷方法は梁端部の変位 δV から算定した層間変形角を制御値とした，正負交番繰返し漸増載荷とする。弾性載荷と し て 1/1000，1/500rad を， 弾 塑 性 載 荷 と し て 1/200，1/100，1/50rad を，それぞれの載荷で２サイクルずつ行う。
実験は，ボルトに導入する初期張力を変数とし，ボルト降伏軸力の 30% の軸力を入れた試験体で実験を行う。
3.2

計測方法

計測値として，油圧ジャッキ先端に設置したロードセル

図２

図4

載荷装置と計測値

抵抗機構
図３
表２
弾性回転剛性

図５

復元力特性モデル

KI（kNm/rad）8.61 × 103― 57 ―

2 次勾配

載荷プログラム

接合部特性値

KII（kNm/rad）2.28 × 103

降伏モーメントMY（kNm）
32.9

最大モーメント

MU（kNm）
38.7

高松隆夫・玉井宏章・景山朋定・國井翔平

より荷重 P を，梁端部に設置した変位計により，鉛直変抵抗を Tri-linear 型として表す。

位 δV，エンドプレート離間量 δ1，δ2 をそれぞれ計測する。

耐力評価について，各列ボルト降伏曲げモーメント MYi

また，荷重 P より，ボルト接合部曲げモーメント M を，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

エンドプレート離間量 δ1，δ2 より，エンドプレート回転り，次式より算定する。

角 θ を算出する。各ボルトのひずみ度をひずみゲージによ・・・（3.3.1）

り計測する。
ボルト接合部曲げモーメント M，エンドプレート回転

ここで，ni：各列のボルト本数，A：ボルト断面積，σY：

角 θ は次式により算定する。

ボルト降伏応力度，di：圧縮合力点位置から各列ボルト軸・・・（3.2.1）

心までの距離である。
各ボルト列の弾性回転剛性 Ki は次式により算定する。

・・・（3.2.2）

・・・（3.3.2）

ここに，P：荷重，LB：梁支点からボルト接合部までのここに，E：ヤング係数，lb：ボルト有効長さ，R：エン距離，D：エンドプレートに設置した変位計間距離である。

ドプレートと梁材の弾性変形を考慮した低減係数であり，R=23）を採用している。

層せん断力 Q，層間変形角 r は，以下の算定方法により求める。

復元力特性モデル算定式を以下に示す。
・・・（3.2.3）

・・・（3.3.3）
・・・（3.3.4）

・・・（3.2.4）
ここに，LC：柱支点間距離である。
3.3・・・（3.3.5）

復元力特性モデル・・・（3.3.6）

図４に抵抗機構を，図５に復元力特性モデルを，表２に接合部特性値を，それぞれ，示す。

・・・（3.3.7）

梁継手部の復元力特性モデルを示す。圧縮合力点を中心とした最内列ボルトの抵抗は最外列ボルトと比較して，弾・・・（3.3.8）性回転剛性・曲げモーメントともに小さい。このため，最内列ボルトはモデルの算定に考慮せず，他２列のボルトの

図6

ここに，KI：弾性剛性，KII：二次勾配，MY：ボルト接図７Q-r 関係― 58 ―

M-θ 関係楔デバイス付梁継手を有する合成スラブ

合部降伏曲げモーメント，MU：ボルト接合部最大曲げモー期のサイクルで剛性が大きく，最大モーメントが上昇してメント，θY：ボルト接合部降伏曲げモーメント時のエンドいる。
まず，剛性については層間変形角１/200rad のサイクル

プレート回転角，θU：ボルト接合部最大曲げモーメント時のエンドプレート回転角である。

目まで，大きな値をしているが，その後は低下し，スラブ無しの結果と同様な値を示している。剛性増大率が 1.00

４． 結果と考察で行われる床スラブの工法であっても，２倍程度，大きく

図６に Q-r 関係を，図７に M-θ 関係を，図８にひずみなっている。しかしながら，引っ張り方向への１/200rad-1度分布を，図９にひび割れを，図 10 に梁端付近ひび割れを，サイクルでコンクリートにひび割れが生じ，それ以降のサそれぞれ，示す。尚，図６，図７にはスラブ無しの復元力

イクルで一体性が失われ，純鉄骨試験体の剛性と同じよう特性モデルを解析値としてあわせて示す。図８には正負そになる。

れぞれの最大モーメント時におけるひずみ度分布を示して最大モーメントを見ると，スラブ無しの結果と比較して，おり，鉄骨断面の理論値を合わせて示している。

両方向とも 1.5 倍程度，大きくなっている。これは，床ススラブ無し試験体の結果を見ると，原点立上り型復元力ラブの抵抗のためである。正曲げにおいてはスラブコンク特性を示し，実験値と解析値もおおむね対応する。理論式

リートの抵抗のためであり，負曲げにおいてはデッキプによって評価できることがわかる。

レートの抵抗のためである。完全合成梁として設計できな

スラブ付試験体を見ると，接合部が離間し，原点立上りい床スラブ工法でも耐力が上昇する。

型復元力特性を示す。スラブ無しの結果と比較すると，初（a） 正曲げ

図８を見ると，正曲げ時はコンクリートのひずみが大き（b） 負曲げ
図８（c） ひずみゲージ位置

ひずみ度分布

図 10

図９

ひび割れ

― 59 ―

梁端付近ひび割れ高松隆夫・玉井宏章・景山朋定・國井翔平

くなっており，コンクリートの抵抗が大きいことがわかる。
負曲げ時では，コンクリートは抵抗しておらず，梁のひず

３）本実験において，完全合成梁と評価できない床スラブの工法としても，耐力が 1.5 倍上昇する。

み度分布が解析値と対応する。梁ウェブのひずみゲージの値が０になっており，中立軸位置が鉄骨のみの場合と変わ

本実験はスラブを接合した場合でも接合部が離間するこらないことがわかる。との確認を目的としていたため，接合部耐力を低めに設定

図９のひび割れを見ると，主に，デッキの敷き方向のひしており，このことが実験結果で耐力が上昇している理由

び割れと，柱の圧縮によるひび割れが発生している。敷きのひとつになっていると考えられる。耐力を大きく設定す方向のひび割れを見ると，継手位置と梁端部付近に１mmれば，コンクリートのひずみ度が大きくなり，最大モーメの大きさで発生している。梁端部付近で発生するのは，梁ント付近において，本実験とは異なる挙動をする可能性が端部は最も大きな曲げモーメントが生じるためで，端部よある。今後，これを考慮した研究を行い，床スラブが復元り内側で発生しているのは，デッキプレートの山部分のコ力特性へ与える影響を検討する。

ンクリート断面が小さく，端部よりひび割れ強度が小さい謝ためである。継手部分にもひび割れが入るが，梁端部とひ辞び割れの大きさが変わらないため，継続使用に問題がある

試験体作製にあたりまして，フルサト工業株式会社には，ほどのひび割れを与えないことがわかる。尚，スラブ中央転造ねじアンカーボルトを，日鐵住金建材株式会社には，のひび割れは施工不良によるものである。

デッキプレートを，それぞれ提供していただきました。こ

図 10 より，デッキプレートとコンクリートが完全に離こに記し，感謝の意を表します。

間を生じ，一体性が損なわれることがわかる。

参考文献

５．結論

１）景山朋定，高松隆夫，玉井宏章，山西央朗，國井翔平：
長締めボルトを用いた楔デバイス付梁継手の載荷実

本論文では，床スラブによる楔デバイス付梁継手の復元力特性の影響を確認した。得られた知見を以下に示す。

験，日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿），CD-

１）完全合成梁と評価できない焼抜き栓溶接のみによる合ROM 論文番号 -22393，2014.9

成スラブは，楔デバイス付梁継手の離間を拘束せず，原２）景山朋定，高松隆夫，玉井宏章，山西央朗，國井翔平：

点立上り型復元力特性を示す。

楔デバイス付接合部を有する架構のエネルギー吸収性２）初期のサイクルで剛性は増加するが，コンクリートに能，鋼構造年次論文報告集，pp498-503，2013.11

ひび割れが生じた以降のサイクルで，剛性の増加が小さ

３）日本建築学会：各種剛性構造設計指針・同解説，2010.11

くなる。

４）秋山宏：鉄骨柱脚の耐震設計，技法堂出版，1985.3.

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