JP3574948B2

JP3574948B2 - トラスの格点構造

Info

Publication number: JP3574948B2
Application number: JP2000077413A
Authority: JP
Inventors: 康行栗原; 真志加藤; 康弘猪村; 進一出間; 昌幸石山
Original assignee: Nippon Chuzo Co Ltd; JFE Engineering Corp
Current assignee: Nippon Chuzo Co Ltd; JFE Engineering Corp
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: JP2001262716A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木、建築等の分野で使用されるトラスの格点構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パイプ部材を三角形状に接合した単位を組合わせて得られた構造体は、パイプトラスとして橋梁その他の土木、建築等の分野で広く使用されている。
このようなパイプトラスは、上弦材と下弦材との間に複数の斜材を三角形状に接合したもので、これら上弦材と斜材及び下弦材と斜材とは、一般に、溶接によって接合されており、この接合部は格点部と呼ばれている。
【０００３】
従来、円形断面を有する鋼管部材で製作されたトラス構造において、格点部を構築する場合は、図８に示すように、複数の斜材２３ａ，２３ｂと弦材２１を溶接により直接接合する構造が用いられており、スイスのルーリー橋等の格点部にこの構造が採用されている。
【０００４】
このような構造の格点部に於いては、圧縮力が作用する一方の斜材（例えば２３ａ）の端部を弦材２１の表面に密着するように、また他方の斜材２３ｂの端部を斜材２３ａにかぶせるように、かつ互いに重なり合うように、さらに、弦材２１に十分密着するように、三次元加工を行う。
また、溶接の溶け込みを良好にするために、斜材２３ａ，２３ｂの端部に開先を設ける必要があり、これらの部材を突き合わせ溶接等によって接合することにより格点部を構成する。
【０００５】
上記のように構成した格点部においては、斜材２３ａ，２３ｂに圧縮又は引張りの軸力が作用すると、弦材２１の局部変形が発生し、この局部変形に伴う応力が発生して疲労強度が低下する。
このような問題を防止するために、図９に示すように、弦材２１上にカバープレート２４を溶接により接合して弦材２１の板厚を局部的に増加させ、このカバープレート２４に上述の要領で斜材２３ａ，２３ｂを接合して、弦材２１の局部変形を防止するようにした格点部が一般に行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１０はトラス橋の模式図である。このような構造のトラス橋２０に於いて、自動車等の活荷重Ｐ_１が載荷されると、斜材２３ａ，２３ｂは中央を境界として左右対称に圧縮力と引張り力が交互に作用し、下弦材２１には引張り力が、また上弦材２２には圧縮力が働く。この作用によって格点部には、図１１に示すように、一方の斜材２３ａには圧縮力が、他方の斜材２３ｂには引張り力が作用し、下弦材２１側の格点部には引張り力が、上弦材２２側の格点部には圧縮力が作用する。このため、このような条件下においては、次のような問題が生じる。
【０００７】
図１２は斜材２３ａ，２３ｂ間で押引きするように働く斜材軸力の流れを矢印Ａで示したものである。この軸力により斜材２３ａ，２３ｂの接合部に局部的なせん断力による応力集中３１が発生し、このため格点部の疲労強度が低下する。また、斜材２３ａからの軸力がカバープレート２４の溶接部に流れ込んで応力集中３２が発生し、弦材２１の疲労強度を低下させる原因になる。
【０００８】
図１３は引張りの弦材軸力による応力の流れを矢印Ｂで示したものである。応力は剛性の大きい箇所に引き付けられる性質があるため、引張り力によって発生した応力は剛性の比較的大きいカバープレート２４を目指し、カバープレート２４の両端部の溶接部から急激に流れ込む。これにより溶接部に応力集中３３が発生し、弦材２１の疲労強度を低下させるおそれがある。これは、弦材軸力が圧縮力の場合も同様の性質を示す。
【０００９】
また、図８、図９に示すように、従来の格点構造では、格点部を構成するために、格点部内の応力が複雑に作用する構造的に重要な部分にも溶接を施さなければならず、この溶接による急熱、急冷によって残留応力や変形などが発生し易く、強度信頼性が著しく低下する。
さらに、斜材の両端部に複雑な三次元加工を必要とし、その上開先を設けて溶接を施す必要があるため、施工面でコスト高になることは避けられない。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するめたになされたもので、簡単な構造で応力集中を低減することにより、弦材の疲労破壊を防止すると共に、加工及び接合が容易で信頼性が高く、その上総工費を低減できる接合金具によって構成したトラスの格点構造を得ることを目的としたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るトラスの格点構造は、弦材の外形の一部に対応した形状の底部と、該底部から所定の角度で立設され先端部に斜材が接合される複数の中空の枝管とを有し、前記底部に前記枝管の中空部と連通する開口部を設けると共に、前記枝管の交差部に該枝管の周壁に連なる隔壁を設けてこれらを一体に形成した接合金具によって構成したものである。
【００１２】
上記の接合金具を鋳造によって一体に形成した。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は一部を断面で示した本発明に係るトラスの格点構造の一実施の形態の正面図、図２は図１のＩ−Ｉ断面図、図３は図１の側面図である。図において、１は格点部を構成する接合金具、１１は鋼管からなり接合金具１が接合される弦材、１３は鋼管からなり接合金具１に接合される斜材である。
【００１４】
接合金具１は、下弦材１１（又は後述の上弦材１２、以下、両者を併せて単に弦材１１ということがある）の外形の一部に対応した円弧状で、平面形状が小判状の底部２と、底部２から所定の角度で上方に突設された斜材１３の外径とほぼ等しい外径で、中空の複数（図には２本の場合が示してある）の枝管３ａ，３ｂとを一体に構成したもので、枝管３ａ，３ｂの中空部は底部２に設けた開口部４とそれぞれ連通している。
【００１５】
そして、枝管３ａ，３ｂの交差部（接合金具１の中心部）には所定厚みの隔壁５が形成されており、枝管３ａ，３ｂの内壁は、隔壁５が所定の厚みになるように、枝管３ａ，３ｂの軸心に対して偏心して、したがって、内側（中心部側）の板厚が外側の板厚より厚くなるように形成されている。ここに、隔壁５の板厚は、例えば、枝管３ａ，３ｂの内側の板厚の２倍程度とすることが望ましい。
この接合金具１は、溶接性にすぐれた材料によって鋳造、鍛造等により一体に構成されるが、隔壁５や枝管３ａ，３ｂの内壁の変化に対する対応が容易な鋳造によって製造することが望ましい。
【００１６】
上記のような接合金具１を用いてパイプトラスを製作するには、図４に示すように、工場などで、運搬車に積載可能な長さに切断された下弦材１１に、その長手方向に所定の間隔で接合金具１を取付けるための位置決めを行い、それぞれの位置に接合金具１を配設して底部２を隅肉溶接により下弦材１１に接合する。
同様にして、上弦材１２も同じピッチ（但し、通常は下弦材１１に接合した接合金具１の中間に位置するように）で位置決めを行い、それぞれ接合金具１の底部２を隅肉溶接により上弦材１２に接合する。
【００１７】
このようにして接合金具１が接合された下弦材１１、上弦材１２及び所定の長さに切断された斜材１３を運搬車により現場に輸送し、例えば、下弦材１１に接合した接合金具１の枝管３ａ，３ｂに、斜材１３の一端を突き合わせて、それぞれ全周溶接などにより接合する。また、上弦材１２に接合した接合金具１の枝管３ａ，３ｂに、斜材１３の他端をそれぞれ全周溶接などにより接合すれば、図５に示すようなパイプトラスが完成する。なお、枝管３ａ，３ｂへの斜材１３の接合にあたっては、両者の間に裏当金を挿入し、あるいは両者をインロー結合して全周溶接するなど、適宜の手段を用いればよい。なお、工場などで斜材１３の接合までの工程を行ってもよい。
【００１８】
上記のように構成した本発明によれば、接合金具１の構造が簡単で下弦材１１への取付も容易であり、斜材１３の端部に三次元加工などを施す必要がないので、信頼性の高い格点構造を得ることができ、その上工期を短縮し総工費を低減することができる。
【００１９】
また、接合金具１の枝管３ａ，３ｂの交差部に隔壁５を設けると共に、枝管３ａ，３ｂの内壁を枝管３ａ，３ｂの軸心に対して偏心させることにより、応力集中が発生しやすい中心部（交差部）の隔壁５の板厚を厚くしたので、せん断力による応力が小さくなり、応力集中を抑制することができる。
【００２０】
さらに、接合金具１の中心部に隔壁５を設けたことにより、例えば図６に示すように、一方の枝管（例えば、３ａ）に圧縮力が、他方の枝管３ｂに引張り力が作用した場合、矢印Ａで示すように、応力の流れの大部分が隔壁５を介して枝管３ａ，３ｂ間でやり取りするようになるため、弦材１１との溶接部に流れ込む応力の方向を変えることができ、これにより溶接部への応力集中を減少させることができる。
【００２１】
また、接合金具１の底部２には、図２に示すように、枝管３ａ，３ｂに連通する開口部４が設けられているため周壁と隔壁５以外は中空であり、弦材１１の軸方向の剛性がきわめて小さい。このため、弦材１１の軸力による作用応力は、図７に矢印Ｂで示すように流れ、底部２の溶接部に応力集中が発生しにくい。
【００２２】
さらに、接合金具１を鋳造によって一体に製造することにより、格点部内に溶接を施す必要がないため、溶接による残留応力や変形が生じることがなく、このため強度信頼性が向上する。
また、接合金具１を鋳造によって製造することにより、各部の形状、板厚等を作用応力に応じて容易に変化させることができ、その上、構造上急激な断面変化が必要な箇所でもフィレット等を付すことにより、断面変化を和らげることができる。さらに、材料の使用量が少ないため、材料コストを上げることなく応力集中を低減した接合金具１を得ることができる。
【００２３】
さらに、鋳造品である接合金具１を弦材１１に接合するための開先を加工する必要がないばかりでなく、底部２が小判状なので複雑な溶接を必要としない。また、斜材１３の端部は軸方向に対して直角に切断するだけでよく、枝管３ａ，３ｂとの接合も簡単なので、従来技術に比べて三次元加工による切断作業や溶接作業を大幅に減らすことができ、その上多量生産が可能なためコストを低減できるので、総工費を低減することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に係るトラスの格点構造は、弦材の外形の一部に対応した形状の底部と、この底部から所定の角度で立設され先端部に斜材が接合される複数の中空の枝管とを有し、前記底部に前記枝管の中空部と連通する開口部を設けると共に、前記枝管の交差部に該枝管の周壁に該枝管の周壁に連なる隔壁を設けてこれらを一体に形成した接合金具によって構成したので、構造が簡単で複雑な溶接を行う必要がなく、このため、工期が短縮し、総工費を低減することができる。また、底部の近傍に生じる弦材軸力による応力集中など、局部的な応力集中を低減できるので、信頼性の高い格点構造を得ることができる。
【００２７】
上記の接合金具を鋳造によって構成したので、格点部内に溶接を施す必要がなく、このため溶接による残留応力や変形を生じることがないので、強度信頼性の高い格点構造が得られる。
また、接合金具を鋳造製とすることで、各部の形状や板厚を作用応力に応じて容易に変化させることができ、さらに材料の使用量が少ないため、材料コストを上げることなく応力集中を低減することができる。また、多量生産が可能なので、安価な接合金具を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の一部を断面で示した正面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ断面図である。
【図３】図１の側面図である。
【図４】本発明に係る接合金具を使用したパイプトラスの製造手順を示す説明図である。
【図５】図４の完成図である。
【図６】本発明に係る接合金具の作用説明図である。
【図７】本発明に係る接合金具を接合した弦材の作用説明図である。
【図８】従来の格点構造の一例の説明図である。
【図９】従来の格点構造の他の例の説明図である。
【図１０】パイプトラスに作用する圧縮力及び引張り力の説明図である。
【図１１】図１０の格点部の説明図である。
【図１２】図９の格点構造の作用説明図である。
【図１３】図９の格点構造による弦材の作用説明図である。
【符号の説明】
１接合金具
２底部
３ａ，３ｂ枝管
４開口部
５隔壁
１１下弦材
１２上弦材
１３斜材

Claims

弦材の外形の一部に対応した形状の底部と、該底部から所定の角度で立設された先端部に斜材が接合される複数の中空の枝管とを有し、前記底部に前記枝管の中空部と連通する開口部を設けると共に、前記枝管の交差部に該枝管の周壁に連なる隔壁を設けてこれらを一体に形成した接合金具によって構成したことを特徴とするトラスの格点構造。
前記接合金具を鋳造によって一体に形成したことを特徴とする請求項１記載のトラスの格点構造。