JPH04149345A - トラス用二重鋼管型構造部材 - Google Patents
トラス用二重鋼管型構造部材Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
、トラス構造やすしかい構造を形成するため使用される
長尺な鋼管よりなる構造部材の弾塑性座屈を抑制すると
共に、軸方向への塑性変形量を大きくすることができる
ようにした二重細管型の構造部材に関するものである。
物を構築する場合には、トラス構造やすしかい構造を採
用することが多い。例えば、地震などの動的な外力に基
づく軸方向の圧縮力に耐えることができるトラス構造を
設計する場合、構造部材の性能としては、座屈する前に
耐力を保持して十分変形できるのが理想的である。すな
わち、鋼管が座屈すれば、その耐力が一般的には急激に
低下するからである。したがって、座屈耐力以下の力に
基づいて構造部材が設計されたり、鋼管内にステイフナ
−を取り付けて補強したりすることになるが、その場合
には、動的な外力に対して構造部材は弾性応答となる。
、大きい設計応力を想定しておかなければならない。
圧縮すしかいを弾性領域に保持しようとすると、地震が
あった場合などにはすしかいに大きな応力が発生するこ
とになり、隣接する柱や梁に非常に大きな力が作用して
、設計上不可能となることがしばしばある。なお、圧縮
すしかいの座屈後の耐力を評価して設計する方法もある
が、座屈後の象、激な耐力低下を適切に評価して、トラ
ス構造物に所要の耐震性能を付与することは、現在の技
術レベルでは容易でない。
9年12月28日出願)において、鋼管の座屈耐力より
小さい外力で塑性変形する脆弱部を左右端部に形成させ
た構造部材を提案した。これにおいては、所定以上の軸
方向圧縮力が作用すると、左右端部の脆弱部が塑性変形
することを、意図的に許容するようにしている。
の実線で示すごとく、座屈理論による座屈荷重を越える
と急、激に耐力を失い、その変形量は極めて小さい。一
方、上記した脆弱部を設けた構造部材では、破線で示す
方向に向けて、鋼管の軸方向変形量を大きくすることが
できる。しかし、長尺な鋼管の全長にわたって塑性変形
させるというものではないので、構造部材の変形量には
限界がある。また、その脆弱部を形成させるために鋼管
端部に複雑でコストの高い機構を採用しなければならな
い問題がある。
、複雑な形状の脆弱部を設けることなく安価に構造部材
を製作できること、長尺な構造部材の座屈による横撓み
を容易に抑制して、軸方向変形量を極めて大きくするこ
とができること、トラス構造物を構成する構造部材のう
ち所要の構造部材にのみ大変形を許容させるべく簡便に
対処させることができること、それによって、大規模地
震時に鋼構造物が急激に倒壊するのを抑制してラーメン
構造のような塑性変形による大きな耐震性を付与するこ
とができること、さらには、軸力を負担する構造部材の
座屈荷重を越えても、大きい耐力でもって軸方向の圧縮
力に耐えることができるようにすること、を実現するト
ラス用二重鋼管型構造部材を提供することである。
構造部材に適用される。その特徴とするところは、例え
ば第1図を参照して、鋼管構造部材2に作用する軸方向
の圧縮力Pが伝わらないようにその鋼管構造部材2に対
して自由状態にある曲げ抵抗鋼管3が、鋼管構造部材2
に嵌挿され、その曲げ抵抗鋼管3が、鋼管構造部材2と
対面する隙間αを可及的に小さくなるように、鋼管構造
部材2に近接して配置される。そして、鋼管構造部材2
に軸方向の圧縮力Pが作用してその鋼管構造部材2が変
形しはじめたとき、その鋼管構造部材2がその管軸線2
m(第3図参照)に対して直角方向へ撓むのを、曲げ抵
抗鋼管3によって抑制することができるようにしたこと
である。
いし、第5図のように、外挿しておいてもよい。
P3を、鋼管構造部材2が軸方向に塑性変形するとき許
容される予め決められた軸方向設定変形製βだけ、鋼管
構造部材2の全長!2より短くしておいてもよい。鋼管
構造部材2が軸方向設定変形製βだけ縮んだ後に、鋼管
構造部材2の耐力と曲げ抵抗鋼管3の耐力とで、軸方向
の圧縮力に対抗させることができるようになっていれば
よい。
屈をはじめて管軸線2mに対して直角方向へ撓みが生し
ても、その圧縮力が伝わらない曲げ抵抗鋼管3による拘
束力で、鋼管構造部材2の撓み変形が規制される。した
がって、鋼管構造部材2は塑性変形をはじめても軸方向
へのみ変形する。その変形量は大きくかつ安定しており
、二重鋼管型構造部材1の採用されたトラス構造物4
(第4図参照)では急激な倒壊が回避される。鋼管構造
部材2が塑性変形しても、曲げ抵抗鋼管3によって鋼管
構造部材2の座屈変形は軸対称的な提灯座屈12(例え
ば第10図参照)に誘導され、その変形も安定したもの
となって、鋼管構造部材2が腰折れするような曲がり変
形座屈の発生は防止される。なお、曲げ抵抗鋼管3が鋼
管構造部材2に内挿されていても外挿されていても、は
ぼ同様な変形をさせることができる。
に塑性変形するとき許容される予め決められた軸方向設
定変形製βだけ、鋼管構造部材2の全長!2より短くし
ておけば、鋼管構造部材2が軸方向設定変形製βだけ縮
んだ後は、その軸方向の圧縮力が曲げ抵抗鋼管3にも及
び、結局は、鋼管構造部材2の耐力と曲げ抵抗鋼管3の
耐力との総合した力で、実質的に二重鋼管型構造部材1
の耐力を上昇させ、トラス構造物の安全をより一層確保
することができる。
管構造部材の撓みが抑制されるので、鋼管構造部材の管
軸線に対して直角方向への変形の少ない状態で、大きな
軸方向変形を起こさせることができ、また、変形が進ん
だ時点で、局部的に大きく塑性化した部分には軸対称形
の提灯座屈を起こさせることもできる。したがって、鋼
管構造部材の安定した塑性変形が得られ、耐力低下の少
ない大きな変形を持続させ、トラス構造物が大きい外力
を受けても、それで直ちに倒壊するというようなことを
防止できる。
かに鋼管構造部材の提灯座屈変形量を見込んだ程度の長
さにしておけば、二重鋼管型構造部材の変形をさらに増
大させることができる。
いては、曲げ抵抗鋼管を嵌挿する程度でよく、安価で大
変形可能なトラス用の構造部材を得ることができる。
細に説明する。
鋼管型構造部材1の断面図である。その二重鋼管型構造
部材1を構成する鋼管構造部材2には、それに作用する
軸方向の圧縮力Pが伝わらないようにその鋼管構造部材
2に対して自由状態にある曲げ抵抗鋼管3が、第2図に
示すように、鋼管構造部材2に予め内挿されている。
続もされておらず、したがって、曲げ抵抗鋼管3は鋼管
構造部材2の中に嵌め込まれているだけである。この曲
げ抵抗鋼管3は、圧縮力を受けた鋼管構造部材2が座屈
しはじめて、第3図に示すように横方向へ、すなわち、
管軸線2mに対して直角方向へ撓むのを抑制する曲げ抵
抗機能を発揮するものである。それ故に、曲げ抵抗鋼管
3は、鋼管構造部材2の撓みに対抗することができる抵
抗を発揮するに相応しい断面形状と断面寸法が採用され
る。
げ抵抗鋼管3の外面3bとの隙間αは極めて小さ(され
ており、例えば外径60.5mmで厚み3.2mmの鋼
管構造部材2に対して、外径53.6nvといった曲げ
抵抗鋼管3が採用される。すなわち、各隙間αは例えば
0.25mmが確保されるようになっていて、それ故に
、鋼管構造部材2の内径と曲げ抵抗鋼管3の外径との差
は0.5mmとしている。
管3を鋼管構造部材2に嵌挿することか容易に行えるよ
うにするためである。それに加えて、後述するように、
圧縮力Pによって鋼管構造部材2が座屈荷重を受けると
、鋼管構造部材2が降伏して第3図のように横方向へ変
形していくとき、曲げ抵抗鋼管3が軸方向の力を受ける
ことなく完全な曲げ材として機能し、かつ、鋼管構造部
材2の横方向変位を直ちに拘束することができるように
するためである。
けば、その所要の寸法を得るための加工も容易である。
形でもよく、円形の曲げ抵抗銅管3との間に隙間αが確
保されていればよい。
に、鋼管構造部材2に外挿するよう乙こしてもよい。こ
の場合には、鋼管構造部材2の外面2bと曲げ抵抗鋼管
3の内面3aとの対面部に隙間αが確保されることは言
うまでもない。
でも、第6図に示すトラス構造物4においては、実線二
本で表した例えば片側三箇所の構造部材5.5に適用さ
れ、破線二本で表した構造部材6や他の一本線で表した
構造部材7,8には必ずしも通用する必要がない。すな
わち、地震などによる外力がトラス構造物4に作用した
場合には、構造部材5.5における応力が極めて大きく
なり、少なくとも所要の構造部材にのみ対処させれば充
分であるからである。
たって嵌挿する必要はなく、第7図に示すように、一つ
の水平な長い鋼管構造部材5のうち座屈の対象となる部
位にのみ曲げ抵抗鋼管3を介在させておけばよい。この
場合には、曲げ抵抗鋼管3を所望の位置に保持させるた
めに、曲げ抵抗鋼管3のいずれかの一点9を鋼管構造部
材2に予め溶接しておけばよい。−点での接続であれば
、鋼管構造部材2に作用した軸方向の圧縮力Pが曲げ抵
抗鋼管3の軸方向に及ぶことはない。
ジ機構10を有するエンド部材11を備え、図示しない
ネジを用いて鋼管構造部材2,2を相互に接続するよう
な場合には、曲げ抵抗鋼管3を鋼管構造部材2に内挿し
た後、エンド部材11.11を溶接によって鋼管構造部
材2の先端部に取り付けるようにすればよい。
トラス構造物4に地震などによる外力で、第6図に示し
た実線二本の二重鋼管型構造部材11に軸方向の圧縮力
Pが作用すると、第3図のように、各鋼管構造部材2は
座屈をはじめて、その管軸線2mに対して直角方向へ撓
む。曲げ抵抗鋼管3は鋼管構造部材2に対して自由状態
にあることから、横方向の抵抗を発揮し、鋼管構造部材
2の撓みが抑制される。
て座屈をはじめるあたりは、単管が降伏するかしないか
の微妙なところにある。したがって、そのときの横方向
の変形と軸方向の変形とを一本の単管に負担させると、
その変形に耐える能力が小さくなる。しかし、上記した
ように、軸方向変形を鋼管構造部材2に負担させ、撓み
変形を曲げ抵抗鋼管3に負担させて、それぞれの負担を
分離させておくと、横方向の変形すなわち撓みを抑制し
ながら軸方向の変形を大きくすることができる。
げ抵抗鋼管3を鋼管構造部材2に単に嵌挿させればよく
、二重鋼管型構造部材1の製作は極めて容易となる。ま
た、必要とする部位だけに曲げ抵抗鋼管3を介在させれ
ばよく、鍔管使用量の増大も抑制される。
が3.211II11、断面積A2が5.76C111
” 、座屈応力σ。
7cm+’、断面係数22が7.84cm’ 、長さ1
2が2030mmであるときに、鋼管構造部材2が降伏
しても座屈を起こさせないようにするための曲げ抵抗鋼
管3の断面積を計算する。なお、鋼管構造部材2は、そ
の細゛長比が100のかなり細長い構造部材であって、
弾性座屈するものとする。
造部材2の座屈耐力p crは、fcxA2×ν =0.954X5.76X1.9=10.4 tただし
、rcは座屈応力度、νは座屈安全率である。
伏させるとすると、第9図に示した力の釣り合いから、
横力PLは、2XP、Xtanθ= 2 x17.3x
o、5/101.5 =0.17tとなる。
ち、鋼管構造部材2が5mm変形したときに曲げ抵抗鋼
管3から0.17 トンの反力が働けば、この二重鋼管
型構造部材1は座屈しないで変形し続けるようになる。
の必要とする断面二次モーメントI3を求める。なお、
変形量δと断面二次モーメントlzとの関係は、 δ−P L×12 ”/48E X I 3であり、各
数値を代入すると、 0.5 =O,1,7X203’/48x2]00x
I 3すなわち、I3は28.2cm’となる。この計
算結果から、曲げ抵抗鋼管3の断面二次モーメントlz
は、鋼管構造部材2の23.7crn’の20%増程度
でよいことが分かる。
曲げ抵抗鋼管3が弾性域にあるために必要な断面係数Z
、は、σ、 −M/Z、の関係から、3.0 =0.
17X203 /(Z、X 4 )すなわち、Z、=2
.37cm3となる。この場合の曲げ抵抗鋼管3の断面
係数73は、鋼管構造部材3の断面係数22より小さく
てもよいことが分かる。
べて寸法的に大きなものである必要がなく、二重鋼管型
構造部材1の曲げ抵抗鋼管として充分に成り立つもので
ある。
材2は、その断面蹄状後に第10図もしくは第11図に
示すような提灯座屈12を起こして最大耐力に至るが、
降伏直後から提灯座屈12に至るまでには、大きな変形
量が得られる。この場合、提灯座屈直前で鋼管構造部材
2の全長の1%程度の縮み変形(上記した寸法の鋼管構
造部材では約20mm )が可能である。そして、上述
の曲げ抵抗鋼管3は鋼管構造部材2の提灯座屈の起こる
方向を常に軸対称形で外側方向もしくは内側方向へ誘導
することになり、その変形は極めて安定したものとなる
。それ故に、第12図に示したような曲げ変形13が起
こって腰折れ状態となることはなく、耐力が急激に低下
することがない。そのような安定した変形によってトラ
ス構成物も大きく変形するが、直ちに倒壊するようなこ
とはなく、その大きな変形に気付いて構造物外へ避難す
る時間を確保することができる。
長!3を、鋼管構造部材2が軸方向に塑性変形するとき
許容される予め決められた軸方向設定変形製β(=β/
2+β/2)だけ、鋼管構造部材2の全長12より短く
しておく。このようにすれば、鋼管構造部材2が軸方向
設定変形製βだけ変形した後は、二重鋼管型構造部材1
に作用する軸方向の圧縮力を、鋼管構造部材2の耐力と
曲げ抵抗鋼管3の耐力との総合力で対抗させることがで
きる。
を防止している状態で、鋼管構造部材2が断面降伏する
と、第10図や第11図に表したように、曲げ抵抗鋼管
3に拘束されて軸対称形した提灯座屈12を起こしなが
ら、鋼管構造部材2はその最大耐力に至る。その最大耐
力を越えて、鋼管構造部材2が軸方向設定変形製βだけ
変形すれ・ば、その後の圧縮力は曲げ抵抗鋼管3にも及
び、鋼管構造部材2の耐力および曲げ抵抗鋼管3の耐力
とで対抗される。その結果、二重鋼管型構造部材1の実
質的な耐力上昇効果が発揮され、トラス構造物の安全性
がより高く確保される。
二重鋼管型構造部材の水平配置状態における縦断面図、
第2図は第1図における横断面図、第3図は弾性座屈状
態にある二重鋼管型構造部材の断面図、第4図は異なる
形状の鋼管構造部材が採用された二重鋼管型構造部材の
横断面図、第5図は鋼管構造部材に曲げ抵抗細管を外挿
した場合の二重鋼管型構造部材の縦断面図、第6図は二
重鋼管型構造部材が部分的に、採用されたトラス構造物
の全体模式図、第7図は第6図の要部拡大図、第8図は
エンド部材を有する鋼管構造部材に曲げ抵抗鋼管を内挿
した二重鋼管型構造部材の断面図、第9図は座屈状態に
おける横方向の撓みに対抗する横力を計算するための鋼
管構造部材の模式図、第10図および第11図は提灯座
屈を模式的に示した二重鋼管型構造部材の部分断面図、
第12図は曲げ変形した構造部材の模式図、第13図は
単管の座屈荷重に対する軸方向変形量を表すグラフであ
る。 1−二重鋼管型構造部材、2−・−鋼管構造部材、2m
−一管軸線、3・−曲げ抵抗鋼管、P−・・軸方向の圧
縮力、α−隙間、β−軸方向設定変形長。 特許出願人 川鉄建材工業株式会社代理人 弁理士
吉村 勝俊(ほか1名)第 図 第 図 第10 図 第 図 第11 図
Claims (4)
- (1)鋼構造物を形成するトラスに用いられる鋼管構造
部材において、 上記鋼管構造部材に作用する軸方向の圧縮力が伝わらな
いようにその鋼管構造部材に対して自由状態にある曲げ
抵抗鋼管が、上記鋼管構造部材に嵌挿され、 前記曲げ抵抗鋼管は、上記鋼管構造部材と対面する隙間
が可及的に小さくなるように、鋼管構造部材に近接して
配置され、 上記鋼管構造部材に軸方向の圧縮力が作用してその鋼管
構造部材が変形しはじめたとき、その鋼管構造部材がそ
の管軸線に対して直角方向へ撓むのを、前記曲げ抵抗鋼
管によって抑制することができるようにしたことを特徴
とするトラス用二重鋼管型構造部材。 - (2)前記曲げ抵抗鋼管は上記鋼管構造部材に内挿され
ていることを特徴とする請求項1に記載のトラス用二重
鋼管型構造部材。 - (3)前記曲げ抵抗鋼管は上記鋼管構造部材に外挿され
ていることを特徴とする請求項1に記載のトラス用二重
鋼管型構造部材。 - (4)前記曲げ抵抗鋼管の全長は、前記鋼管構造部材が
軸方向に塑性変形するとき許容される予め決められた軸
方向設定変形長だけ、鋼管構造部材の全長より短くされ
、 上記鋼管構造部材が前記軸方向設定変形長だけ縮んだ後
に、鋼管構造部材の耐力と曲げ抵抗鋼管の耐力とで、軸
方向の圧縮力に対抗させることができるようにしたこと
を特徴とする請求項1、請求項2もしくは請求項3に記
載のトラス用二重鋼管型構造部材。
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|---|---|---|---|
| JP2274452A JPH0742759B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | トラス用二重鋼管型構造部材 |
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- 1991-10-11 GB GB9121600A patent/GB2248862A/en not_active Withdrawn
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