JP2005213964A

JP2005213964A - 柱脚部と上部部材の制振接合構造

Info

Publication number: JP2005213964A
Application number: JP2004025079A
Authority: JP
Inventors: Kazusada Suzuki; 一弁鈴木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-02-02
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】構造が簡単でコストが安価な安定した制振効果を有する柱脚部と上部部材との制振接合構造を提供することを目的とする。
【解決手段】柱脚部と上部部材の制振接合構造において、基礎上に固定される柱脚部とその柱脚部に接合される上部部材とを塑性化部分を有するスプライスプレートで接合し、前記塑性化部分の座屈を拘束する別個の座屈拘束部材を塑性化部分に取り付けることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、基礎に固定される柱脚部とその柱脚部に接合される柱等の上部部材との制振接合構造に関する。

鉄骨構造物の主要構造部材である柱・梁により構成される骨組に、地震や風による水平力が作用すると、柱脚部に多大な軸力及び曲げモーメントが作用し、基礎に固定されている柱脚部の引張力及び圧縮力による破断、曲げ破壊が発生することがある。
そのため、従来は、鉄骨構造物の骨組に斜材等を連結して骨組を補強することや、柱脚部下端部分に作用する水平力を逃がす構成を採用して柱脚部の座屈を防止したものや、柱部材を塑性化部分を有する連結部材で接合し振動エネルギーを塑性化部分で吸収するもの等種々の技術が提案されている。
特開平１０−２３６６１７号公報特開２００２−４４２２号公報特開２００２−６８４３０号公報

構造物に水平力が作用した場合、柱脚部には圧縮力、引張力の軸力と曲げ応力が作用する。通常は、基礎部と柱とはベースプレートによって接続し固定されているため、柱の応力は大きくなるが、作用した応力による変形は小さい。よって、柱脚部と柱を切り離すことによって、柱の変形を大きくし、その変形によって鋼材を塑性化させエネルギー吸収させることが既存特許で示されている。しかし、これらの特許ではエネルギー吸収する塑性化部に関して、その座屈防止方法が示されていない。よって圧縮時の応力が作用した場合は、座屈する可能性があり、座屈しない場合では、繰返し応力によって早く破断し、エネルギー吸収効率が悪い。

本発明は、前記課題を解決する、構造が簡単でコストが安価な安定した制振効果を有する柱脚部と上部部材との制振接合構造を提供することを目的とする。

本第１発明は、前記課題を解決するために、柱脚部と上部部材の制振接合構造において、基礎上に固定される柱脚部とその柱脚部に接合される上部部材とを塑性化部分を有するスプライスプレートで接合し、前記塑性化部分の座屈を拘束する別個の座屈拘束部材を塑性化部分に取り付けることを特徴とする。

本第２発明は、本第１発明の柱脚部と上部部材の制振接合構造において、前記柱脚部の下端に基礎に固定するためのベースプレートを設け、前記上部部材の上端に柱接合のための上部プレートを設けたことを特徴とする。

本第３発明は、本第１又は第２発明の柱脚部と上部部材の制振接合構造において、前記塑性化部分にボルト挿通孔兼用の長孔を形成し、座屈拘束部材及び上部部材に形成したボルト挿通孔にボルトを挿通固定して塑性化部分に座屈拘束部材を取り付けることを特徴とする。

本第４発明は、本第１〜第３発明のいずれか１つの発明の柱脚部と上部部材の制振接合構造において、前記塑性化部分と座屈拘束部材との間にスペーサーを設置し、両者の間にクリアランスを設けることを特徴とする。

本第５発明は、本第１〜第４発明のいずれか１つの発明の柱脚部と上部部材の制振接合構造において、前記スプライスプレートの両側を切り欠き塑性化部分を形成し、前記座屈拘束部材に前記塑性化部分の切り欠きに対応する突出部を形成することを特徴とする。

本第６発明は、本第１〜第５発明のいずれか１つの発明の柱脚部と上部部材の制振接合構造において、前記塑性化部分の長さを調節することにより塑性化部分の受ける最大ひずみを制御することを特徴とする。

本第７発明は、本第１〜第６発明のいずれか１つの発明の柱脚部と上部部材の制振接合構造において、前記座屈拘束部材には、スプライスプレートの巾方向の変形を拘束する部分を備えていることを特徴とする。

本第８発明は、本第１〜第７発明のいずれか１つの発明の柱脚部と上部部材の制振接合構造において、前記柱脚部と上部部材との間に所定間隔の間隙を設けて接合することを特徴とする。

本第９発明は、本第１〜第８発明のいずれか１つの発明の柱脚部と上部構造の制振接合構造において、前記柱脚部に上部部材の下端部を回動可能に支持することを特徴とする。

地震等による水平力に対して、基礎に固定される柱脚部と柱等の上部部材を接合する塑性化部分を有するスプライスプレートの塑性化部分が塑性変形してそのエネルギーを吸収し、座屈拘束部材によって、スプライスプレートの引張―圧縮による塑性変形に対してもスプライスプレートを座屈させず、塑性化後も安定した履歴特性が得られる。
塑性化部分にボルト挿通孔兼用の長孔を形成し、座屈拘束部材及び上部部材に形成したボルト挿通孔にボルトを挿通固定して塑性化部分に座屈拘束部材を取り付けることにより、塑性化部分の長さ方向の伸縮に座屈拘束部材が追随し、両者の長さ方向の伸縮度の相違による塑性化部分への無駄な応力の作用を防止できる。
座屈拘束部材とスプライスプレートとの間にスペーサーを設置しクリアランスを設けることにより、圧縮時の厚み方向の断面膨張による座屈拘束部材の塑性化部分の接触及びそれによる剛性、荷重の上昇を防止できる。
地震時に、塑性化部分の受ける最大ひずみを塑性化部分の長さによって調整できるので、疲労性能も調整できる。
座屈拘束部材に、スプライスプレートの巾方向の変形を拘束する部分を備えることにより、スプライスプレートの塑性化部分における厚さ方向の座屈拘束のみならず巾方向の過度な変形を防止できる。
柱脚部と上部部材との間に所定間隔の間隙を設けることにより、地震時にスプライスプレートの塑性化部分の長さ方向の伸縮による柱脚部の上端と上部部材の下端部の接触による破損を防止できる。
回転部を支持することによって、構造物の自重及び圧縮軸力を負担し、柱に自重以外の引張力が生じた場合、スプライスプレートの塑性化部分が変形し、塑性化後はエネルギーを吸収する。
スプライスプレートが損傷し取替えが必要になった時、ボルトを取り外すことによって容易に行うことができる。

本発明の実施の形態を図により説明する。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の一実施形態を示す図である。図１（ａ）（ｂ）において、Ｈ形鋼からなる柱脚部１を、基礎２にアンカーボルト３で固定されるベースプレート４を有する下部柱脚部１ａと、柱１１を連結する上部プレート５を有する上部柱脚部１ｂとにより構成する。Ｈ形鋼からなる上下部柱脚部１ｂ、１ａのフランジ部１ｄ、１ｃとの間を所定の間隙ｄをおいて塑性化部分７を有するスプライスプレート６で接合する。スプライスプレート６には、上下部柱脚部１ｂ、１ａのフランジ部１ｄ、１ｃにボルト接合するためのボルト挿通孔８が形成される。図１（ｃ）に示されるように、スプライスプレート６の塑性化部分７には、ボルト１２挿通孔兼用の２つの長孔９が形成される。スプライスプレート６の材質としては、低降伏点鋼やその他の鋼材を使用することができる。スプライスプレート６の塑性化部分７には、別体で形成される座屈拘束部材１０を、座屈拘束拘束部材１０に形成したボルト挿通孔、塑性化部分７の長孔９、上部柱脚部１ｂのフランジ部１ｄに形成したボルト挿通孔にボルト１２を挿入しナット１３で固定する。座屈拘束部材１０と塑性化部分７との間にスペーサー１９を設置し、両者の間にクリアランスを設けてもよい。また、両者間に付着防止膜や弾性層を設置し、両者を非付着状態としてもよい。座屈拘束部材１０は、下部柱脚部１ａに接合されていないので、座屈拘束部材１０は塑性化部分７の動きに追随する。座屈拘束部材１０の長さは、塑性化部分７が引っ張られて伸びた時にも座屈拘束部材がかぶさっているようにするため、塑性化部分７よりも長い。座屈拘束部材１０の巾は、圧縮時に広がるので塑性化部分７より広い。座屈拘束部材１０の両側には、塑性化部分７の巾方向の変形を拘束するリブ１０ａを形成する。座屈拘束部材１０と塑性化部分７は、所定のクリアランスを設ける。

図２（ａ）は、Ｈ形鋼からなる上下部柱脚部１ｂ、１ａのウェブ部１ｆ、１ｅを塑性化部分７を有するスプライスプレート６で接合し、塑性化部分７に座屈拘束部材１０を固定したものである。図２（ｂ）に示されるように、この実施形態に示される接合構造に用いられるスプライスプレート６の塑性化部分７には１つの長孔９が形成される。座屈拘束部材１０の塑性化部分への取り付けは、図１に示される実施形態と同様である。

図３（ａ）（ｂ）は、Ｈ形鋼からなる上下部柱脚部１ｂ、１ａのフランジ部１ｄ、１ｃとウェブ部１ｆ、１ｅに塑性化部分７を有するスプライスプレート６で接合し、塑性化部分７に座屈拘束部材１０を取り付けたものである。座屈拘束部材１０の塑性化部分への取り付けは、図１に示される実施形態と同様である。

図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、平板状の上下部柱脚部１ｂ、１ａを塑性化部分７を有するスプライスプレート６で接合し、塑性化部分７に座屈拘束部材１０を取り付けたものである。図４（ｃ）に示されるように、スプライスプレート６の塑性化部分７は、他の部分より巾狭に形成され長孔９が形成される。座屈拘束部材１０の塑性化部分への取り付けは、図１に示される実施形態と同様である。

図５は、ベースプレート４を下端に有する角形鋼管からなる柱脚部１と、角形鋼管からなる柱１１とを塑性化部分７を有するスプライスプレート６で接合し、塑性化部分７に座屈拘束部材１０を固定したものである。角形鋼管へのスプライスプレート６及び座屈拘束部材１０の接合はワンサイドボルトによるか、図６（ａ）（ｂ）に示されるように、角形鋼管の相対する側面にスプライスプレート６を接合する場合、両側面のスプライスプレート６、座屈拘束部材１０をＰＣ鋼棒１４で緊張固定してもよい。この場合、それぞれ対をなすスプライスプレート６の上下位置をずらすことにより、ＰＣ鋼棒１４の角形鋼管内での干渉を防止する。

図７は、基礎２に固定される下部柱脚部１ａの上端に半球状凸部１５を形成し、上部柱脚部１ｂの下端に半球状凹部１６を形成して、下部柱脚部１ａと上部柱脚部１ｂとを球状継手により回動自在とし、上下部柱脚部１ｂ、１ａを塑性化部分７を有するスプライスプレート６で接合し、塑性化部分７に座屈拘束部材１０を固定したものである。

図８（ａ）（ｂ）は、塑性化部分７を形成したスプライスプレート６の他の実施形態を示すものである。図８（ａ）に示すように、スプライスプレート６の長手方向中間部において、スプライスプレート６の巾方向両側にさらに、切り欠き１７を設けるようにしてもよく、図８（ａ）に２点鎖線ｄで示す切り込みを入れ、図８（ｂ）に示すように、スプライスプレート６の巾方向両側の切り欠き１７を深くして、ボルト挿通孔を兼ねた長孔９を設けないで、塑性化部分７を形成することもできる。また、塑性化部分の横に座屈拘束部材と柱脚部とを固定するボルト孔２０を設け、塑性化部分が圧縮を受けた場合の幅方向への座屈を連結ボルト１２によって抑えることができる。

図９は、塑性化部分７を形成したスプライスプレート６と座屈拘束部材１０の他の実施形態を示すものである。図９に示すように、スプライスプレート６の長手方向中央部に、幅方向中央側に向かう台形溝状の切り欠き１７を設けて塑性化部分７を形成し、その軸方向両側に座屈拘束部材１０を取付けるための長孔９を有する広幅部を設け、その広幅部の軸方向外側に、さらに下部柱脚部１ａ、上部柱脚部１ｂに取付けるためのボルト孔８を有する広幅の取り付け部を設ける形態のスプライスプレート６としてもよい。この場合には、幅方向内側に台形状に突出する突出部１８を備えた座屈拘束部材１０とすればよい。また、図９の変形形態として、図１０に示すように、塑性化部分７の軸方向両側に座屈拘束部材１０を取付けるための長孔９を有する広幅部を設けると共に、その広幅部の幅寸法でボルト孔８を有する取り付け部まで延長するようにしてもよく、この場合には、長孔９の直径寸法よりもボルト孔８の直径寸法を小さくし、取り付け部では破壊されないようにする。

（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施形態を示す図である。（ａ）（ｂ）本発明の一実施形態を示す図である。（ａ）（ｂ）本発明の一実施形態を示す図である。（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の一実施形態を示す図である。本発明の一実施形態を示す図である。（ａ）（ｂ）本発明の一実施形態を示す図である。（ａ）（ｂ）本発明の一実施形態を示す図である。（ａ）（ｂ）本発明の一実施形態を示す図である。本発明の一実施形態を示す図である。

符号の説明

１：柱脚部
１ａ：下部柱脚部
１ｂ：上部柱脚部
１ｃ：下部柱脚部のフランジ部
１ｄ：上部柱脚部のフランジ部
１ｅ：下部柱脚部のウェブ部
１ｆ：上部柱脚部のウェブ部
２：基礎
３：アンカーボルト
４：ベースプレート
５：上部プレート
６：スプライスプレート
７：塑性化部分
８：ボルト孔
９：長孔
１０：座屈拘束部材
１１：柱
１２：連結ボルト
１３：ナット
１４：ＰＣ鋼棒
１５：半球状凸部
１６：半球状凹部
１７：切り欠き
１８：突出部
１９：スペーサー
２０：座屈拘束部材に形成される柱脚部とのボルト孔

Claims

基礎上に固定される柱脚部とその柱脚部に接合される上部部材とを塑性化部分を有するスプライスプレートで接合し、前記塑性化部分の座屈を拘束する別個の座屈拘束部材を塑性化部分に取り付けることを特徴とする柱脚部と上部部材の制振接合構造。
前記柱脚部の下端に基礎に固定するためのベースプレートを設け、前記上部部材の上端に柱接合のための上部プレートを設けたことを特徴とする請求項１に記載の柱脚部と上部部材の制振接合構造。
前記塑性化部分にボルト挿通孔兼用の長孔を形成し、座屈拘束部材及び上部部材に形成したボルト挿通孔にボルトを挿通固定して塑性化部分に座屈拘束部材を取り付けることを特徴とする請求項１又は２に記載の柱脚部と上部部材の制振接合構造。
前記塑性化部分と座屈拘束部材との間にスペーサーを設置し、両者の間にクリアランスを設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の柱脚部と上部部材の制振接合構造。
前記スプライスプレートの両側を切り欠き塑性化部分を形成し、前記座屈拘束部材に前記塑性化部分の切り欠きに対応する突出部を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の柱脚部と上部部材との制振接合構造。
前記塑性化部分の長さを調節することにより塑性化部分の受ける最大ひずみを制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の柱脚部と上部部材の制振接合構造。
前記座屈拘束部材には、スプライスプレートの巾方向の変形を拘束する部分を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の柱脚部と上部部材の制振接合構造。
前記柱脚部と上部部材との間に所定間隔の間隙を設けて接合することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の柱脚部と上部部材の制振接合構造。
前記柱脚部に上部部材の下端部を回動可能に支持することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の柱脚部と上部部材の制振接合構造。