長期荷重の支持と横補剛材の役割を担う鉄骨小梁におけるピン接合部の力学挙動と設計法

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K15135
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 巽 信彦 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (60835544)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 鉄骨小梁 / ピン接合部 / 長期荷重 / 横補剛材 / 接合部設計 / 床スラブ / 連続梁

Outline of Annual Research Achievements

鋼構造建築物における小梁は，長期荷重を支持する部材であると同時に，地震時においては大梁の横補剛材としての役割も担っており，建築物の安定性を確保する上で重要な部材である．小梁の端部接合部は，長期荷重に対する設計時にはピン接合として扱われる一方で，横補剛材としては曲げ負担を積極的に考慮されており，両者の接合部の扱い方は大きく異なる．この背景として，ピン接合部の力学挙動が必ずしも明確ではないことが挙げられ，横補剛材としての接合部の設計を複雑にする原因にもなっている．したがって，小梁における接合部の設計法を確立するためには，まずはピン接合部の挙動を把握する必要があり，また，横補剛材の接合部として求められる剛性・耐力を明らかにすることが重要である．
本研究課題では，鉄骨小梁におけるピン接合部の力学挙動を明らかにし，長期荷重支持材・横補剛材としての小梁における接合部の設計法を構築する．
当初の計画では，前年度は，純鉄骨の大梁－小梁間におけるピン接合部の実験によって，接合部の力学挙動を明確にするとともに，接合部に必要とされる補剛力，剛性を把握する予定であったが，予算の都合により実験計画を変更し，床スラブを有する大梁－小梁接合部の実験を，前年度と今年度の予算を用いて行うこととした．
今年度は，大梁を含む小梁接合部の詳細をパラメータとした構造実験を行い，その力学挙動を明らかにした．実験パラメータは①小梁下フランジのメタルタッチの有無，②接合部ボルトの配置とした．コンタクトプレートを付けた試験体では，コンタクトプレートの無い試験体よりも剛性・耐力が大幅に上昇することが確認できた．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の計画では，前年度までに，純鉄骨の大梁－小梁間におけるピン接合部の実験によって，接合部の力学挙動を明確にするとともに，接合部に必要とされる補剛力，剛性を把握する予定であった．しかしながら，予算の都合により実験計画を変更し，当初の計画段階から今年度に実施する予定であった床スラブを有する大梁－小梁接合部の実験を，前年度と今年度の予算を合算して行うこととした．

Strategy for Future Research Activity

次年度は，実験で扱えなかったパラメータを補完する目的で，大梁－小梁接合部の挙動を再現可能な有限要素法解析を行い，接合部近傍における応力状態やひずみ分布の詳細な分析を行う．また，長期荷重支持材，横補剛材としての小梁接合部に求められる回転剛性や曲げ耐力について検討し，接合部の要求性能を明確化する．さらに，ピン接合部の回転剛性と曲げ耐力の評価法を提示することで，接合部の保有性能を明確化し，鉄骨小梁におけるピン接合部の設計法を構築する．