引張筋交いガセットプレートの最大耐力に関する研究

214-152

欒青

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80震要素としてよくブレースを用いる。ブレースをガセッ

ボルト本数 n=3

トプレートと高力ボルトで接合する場合、接合部の最大耐力を求めるため、ボルト孔最上部からの応力伝達有効2.5d

左縁あき距離 e₁=3.0d2.5d

右縁あき距離 e₂＝3.5d部のボルト孔中心位置の有効幅を使用している。本論文
では、偏心配置を含め、ボルト本数 2 本、3 本、4 本の破断位置

共通パラメーター

角度は筋交い材の中心配置、偏心配置、ボルト本数等を考慮せず、慣用的に一律左右 30°の広がりとされ、最下モデル 3-3.0-3.5 の場合

80e1e2ボルト M16ボルト孔径 d＝18mm

図 3 破壊形式

図 2 解析モデル例

表 1 解析モデル寸法と解析結果(ボルト本数 n=3)場合、最大耐力時のガセットプレートの有効幅についてモデル

е₁(mm)е₂(mm)の検討するものである。

3-2.0-2.0

362．数値解析と既存の評価方法

3-2.5-2.5

2.1 数値解析

Nu(KN)

Pmax(KN)

36130.8134.54545178.7

181.7

3-3.0-3.0

5454

212.6

228.6

汎用プリポストシステム HyperMesh を用いて解析モ

3-3.5-3.5

6363

212.6

264.5

デルを作成し、汎用構造解析ソフト Abaqus を用いて数3-4.0-4.0

7272

212.6

308.5

値解析を行った。解析モデルは、板厚 12mm のガセット

3-4.5-4.5

8181

212.6

352.2

プレートに対して、2 つのブレースで挟むような形で高3-3.0-3.5

5463

212.6

241.1

力ボルトを用いて接合している。ブレース材・ボルトは3-3.0-4.0

5472

212.6

261.2

弾性体、ガセットプレートは弾塑性体とし、SS400 鋼材

3-3.0-6.0

54108212.6280.2の真応力－真ひずみ関係を使用する。数値解析の効率化

3-3.0-7.054126212.6285.6を図るため、ガセットプレートの形状をもっとも扱い易3-3.0-8.0

54144212.6287.1

j

い簡単な長方形に設定した。ガセットプレートの両縁あた最大引張耐力 Pmax の値について、その代表的な結果をき距離 e₁,e₂で、ボルト孔径 d の公称倍数で設定する。

表 1 に示す。

本解析では e₁≦e₂である。ボルトは M16 の高力ボルト

2.2 既存の評価方法を使用し、ガセットプレートの破断を検討するため、高力ボルト摩擦接合によるブレース接合部の耐力を求F10T 以上の高強度を想定して、解析では弾性体としてめるため、ガセットプレートの有効幅を図 4 に示す 30°設定している。ピッチは 2.5d として一定の値 40mm を線の仮定に基づく必要があり、この時ブレース接合部で設定した、ボルト孔径は 18mm にした。左縁あき距離はは(1)式を満たすものとする。また、ガセットプレートがボルト軸径の 2~5 倍に、右縁あき距離はボルト軸径の2~8 倍に変化させ、ボルト配置は 1 列で本数は 2 本、

図 1 解析モデル

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。(2)式で求めった jNu の値について、その代表的な結果を表１に示す。
N u ≥ α ∙N y(1)N u = g A e ∙g F u(2 )jj

3 本、4 本の 3 種類とした。

こ こ に 、j N u: ブ レ ー ス 接 合 部 の 軸 方 向 の 最大引解析モデルの両縁あき距離

張力、α：ブレース端部の接合係数、Ny:ブレース全断面

e₁,e2 に対応して解析で得の引張降伏耐力(=bA∙Fy)、Fy:ブレース材の降伏強さ、

bA:ブレースの全断面積、6050Ae:ボルト孔による欠損断ガセットプレートの引張強梁

302010さである。ブレースの軸

図 4 ガセットプレートの応力伝達

n=2n=3n=42.52.0

力は最大耐力時において全3.54.0e2/d(a) e₁= e220105.0

4.5

効断面積に対して最終ボルト位置は危険断面とすれば、2.5

耐力評価式は(2)式となる。この時の有効幅は b=2ℓ1 /√3、

2.0eu2/eu2'3.0

3.5

4.05.0

6.0

7.0

8.0e2/d(b) e₁< e2
3.5

n=2n=3n=41.5

3.01.0

積は Ad となる。

n=2n=3n=4

図 6 最大耐力時の右側有効角度ての接合ボルトによって分担し、30°の広がりによる有ガセットプレートの有効断面積は gAe=bgt−Ad、欠損断面3.040
30eu2/eu2'レートの有効断面積、gFu:

θ 2°

面積を考慮したガセットプ

柱40θ 2°50

g0.53．解析結果と考察

2.5n=2n=3n=42.0
1.5
1.02.02.53.1 右側有効角度と右側有効幅の算出
本論文では、まず e₁= e2 のケースのほか、e₁=3.0d で3.03.54.0e2/d(a) e₁= e24.55.00.5

3.54.05.0

6.0e2/d(b) e₁< e2

7.08.0

図 7 最大耐力時の右側有効幅

e2 が変数となる場合についても、解析モデルを用いて右図 6 である。図 7 で示すように、ボルト本数が多くなる側有効幅と右側有効角度を検討する。最大耐力時のガセにつれて、eu2/ eu2’の値が小さくなり、つまりボルト本数ットプレートのボルト孔最下部の右側有効幅を図 5 に示2 本のモデルに比べて、ボルト本数 4 本の方が既存の評す。有効幅と有効角度の算出について、具体的には本解価式との誤差が小さいことがわかる。また、右側縁あき析で得られた最大耐力 Pmax=Ae(ボルト孔を控除したガ

距離 e2/d が大きくなると、eu2/ eu2’が大きくなることがわ

セットプレートの全幅有効断面積)∙ gFu で Bu を算出する。

かる。しかし、それには上限がありそれ以降は右側縁あこうして求めた有効幅 Bu を使って、右側有効角度 θ2 を求めた。右側有効角度と右側有効幅をボルト本数別に示しているのは図 6 と図 7 である。図中の○印に付した解き距離 e2/d が大きくなっても eu2/ eu2’は一定の値で収束していることがわかる。
3.3 考察
解析結果により、どのケースの解析モデルでも既存の析モデルはガセットプレートの幅が評価式で使う 30°

評価式は安全側の設計となっているため、経済的な設計のラインで算出した有効幅より小さい場合の右側有効幅を求める場合では、有効幅の設定は 30°より大きくすると右側有効角度として実幅による値を示している。

ことができると考えられる。

3.2 ガセットプレートの右側有効角度と右側有効幅4．まとめ

右側有効幅をボルト本数別に示したのは図 6 である、
図 6 に示しているようにボルト本数 2 本の場合では右側結果をまとめると以下のようになる。
(1)最大耐力時において、ボルトの本数 2 本と 3 本の場合

有効角度 θ2 は 30°を越えて 50°～60°程度に収束している。

では、右側有効角度と右側有効幅が既存の評価式と比較

ボルト 3 本のモデルの右側有効角度 θ2 は 30°を越え、すると誤差が大きくなっており、ボルト本数 4 本の場合ほぼ 43°程度の値になっている。ボルト本数 4 本についでは、図 6 に示すように、右有効角度が約 30°から 35°ては、右側有効角度は約 30°から 35°の値になる。の範囲に収束する傾向が見られ、この時、既存の評価式

Bu: 最大耐力時全有効幅

θ1eu1
e1θ2θ1Bueu2eu2(a) e1= e2

θ1: 左側有効角度
θ2: 右側有効角度

Bue2

θ2e1

eu1:左側有効幅
eu2:右側有効幅e2(b) e1< e2

図 5 有効幅と有効角度

数値解析で得た右側有効幅 eu2 を既存の評価式で算出した右側有効幅 eu2’ で無次元化し、eu2/ eu2’と無次元化右側縁あき距離 e2/d の関係をボルト本数別に示したものがとの誤差が比較的に小さい。
(2)最大耐力時の有効幅は部材の幅やボルト列の配置やボルト本数などの影響を受けるため、一律にある角度による有効幅を設定することは誤差の一因になっていると言える。
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)荒井

翼、林研究室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

大阪工業大学卒業論文集(林研究室)