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JPH06346510A - トラス構造物用二重鋼管型構造部材 - Google Patents

トラス構造物用二重鋼管型構造部材

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JPH06346510A
JPH06346510A JP5160443A JP16044393A JPH06346510A JP H06346510 A JPH06346510 A JP H06346510A JP 5160443 A JP5160443 A JP 5160443A JP 16044393 A JP16044393 A JP 16044393A JP H06346510 A JPH06346510 A JP H06346510A
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pipe
steel pipe
thin
walled steel
thick
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Katsuhiko Imai
克彦 今井
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Kawatetsu Steel Products Co Ltd
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Kawatetsu Steel Products Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 二重管に軸圧縮荷重が作用するとき、外管に
安定した塑性変形を発生させ、ノードとの接合部位にお
ける不安定な変形を回避すること。 【構成】 外管４の薄肉鋼管部４Ｂの両端に、その肉厚
ｔB の１．５倍ないし１．７倍の肉厚ｔA を有する厚肉
鋼管部４Ａを形成する。その外管４の端部に空間１１，
１１を残して、軸圧縮力が直接伝わらない内管５を挿入
しておく。その内管５は厚肉鋼管部４Ａの部分におい
て、外管４の外径Ｄ4 の１倍ないし２倍の長さＬの重な
りがある。二重鋼管型構造部材２に軸圧縮荷重が作用し
ても、内管５の補強作用によって外管４の弾塑性座屈が
抑制され、外管４の軸方向の圧縮塑性変形が促進され
る。その変形は降伏耐力の小さい薄肉鋼管部４Ｂにおい
てのみ生じて、ノード３に接合する外管４の端部におい
ては、曲がりや捩じれなどの不安定な変形が発生しなく
なる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はトラス構造物用二重鋼管
型構造部材に係り、詳しくは、トラス構造やすじかい構
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、軸方向への圧縮塑性
変形を大きくすることができるようにした外管と内管と
からなる構造部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】長尺な鋼管などのパイプ構造材を多数使
用して、大スパン構造物や塔状構造物等を構築する場合
には、各パイプ構造材の端部をノードに接合し、トラス
構造を構成させることが多い。そして、多面体をなす一
つのノードに対して幾本かのパイプ構造材を放射状に接
合するために、パイプ構造材の軸方向に変位可能な接合
ボルトが使用される。このような接合ボルトを介してパ
イプ構造材をノードに強力に接合することができるよう
にしたものとして、ＵＳＰ４，８７２，７７９やＵＳＰ
５，１４１，３５１に記載された接合装置がある。これ
らは、いずれも接合ボルトとスリーブとを主たる構成要
素とし、接合ボルトに形成したねじ部の径より大きい断
面を有するボスの外面に係合して回転力を伝達するとと
もに、その接合ボルトの軸方向変位を可能にしたスリー
ブの回転によって、パイプ構造材の端部に取りつけた接
合ボルトをノードに形成したねじ孔に送りこむことがで
きるようになっている。
【０００３】ところで、パイプ構造材を使用して構築さ
れたトラス構造物が大量の積雪や大地震に遭遇すると、
パイプ構造材は両端のノードを介して軸圧縮荷重を受け
る。その荷重が大きいとパイプ構造材は弾塑性座屈し、
図１１の二点鎖線Ａで示すように急激に耐力を落として
トラス構造物を倒壊させてしまう。そこで、長尺な構造
部材の座屈を防止すると共に、軸圧縮力が外管の降伏耐
力を越えると、外管に軸方向の塑性変形を発生させて軸
長を意図的に短かくし、以後は外管の耐力と内管の耐力
とによってトラス構造物の耐震性を向上させるようにし
た多重鋼管型の構造部材が、例えばＵＳＰ４，２８１，
４８７に記載されている。
【０００４】これに類似する図１０に示すような構造
が、ＧＢ２，２４８，８６２Ａに提案されている。これ
は、外管４４とそれに挿入された内管５５とからなり、
スタブコーン６６に取りつけた接合装置５１を用いてノ
ード３，３に接合することができるようになっている。
その内管５５と外管４４との間には僅かな隙間が残さ
れ、内管５５の端面とスタブコーン６６の内面との間
に、外管４４の予め設定された圧縮許容長さβの１／２
の空間１１が確保されている。これによれば、外管４４
が軸圧縮荷重Ｐを受けたとき、曲げに対する剛性を補完
する内管５５によって、外管４４の軸線４４ｍ方向に対
して直角方向へ撓む弾塑性座屈の発生が抑制される。そ
して、外管４４には内管５５の外面に沿って縮む軸方向
の塑性変形のみを発生させることができる。一方、外管
４４が軸方向に大きく圧縮されると内管５５が仮想線で
示すようにスタブコーン６６の内面に当接し、以後は外
管４４の残余耐力と内管５５の耐力との和が軸圧縮力に
対抗して、二重管の急激な変形を阻止することができる
ようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した二重管におい
て当初は空間１１に内管５５が存在しないで、外管４４
の軸方向圧縮塑性変形は、内管５５に邪魔されないスタ
ブコーン６６の近傍で発生する。しかし、その変形は不
安定であって軸対称的とならず、ノード３の近傍で外管
４４が曲がると、軸力のみを導入することを目的とする
鋼管がトラス構造物用構造部材として機能しなくなる。
また、外管４４の変形が不安定であると、軸方向の変形
量が所望する圧縮許容長さβとならなくなる。したがっ
て、内管５５がスタブコーン６６に当接することはな
く、内管５５の耐力を利用できなくなる。この様子は図
１１中の破線Ｂで示され、塑性変形直後の耐力が急激に
低下する。
【０００６】本発明は上記の問題に鑑みなされたもの
で、その目的は、外管が軸圧縮荷重を受けたとき、その
外管が弾塑性座屈するのを抑制できること、降伏耐力を
越える軸圧縮荷重に対して局部的な曲がりを発生させる
ことなく、外管が軸方向に大きく圧縮塑性変形できるよ
うにすること、外管が圧縮変形した後は外管の残余耐力
とスタブコーンに当接する内管の軸方向耐力とによって
大きい軸荷重対抗力を発揮させ、トラス構造物の急激な
倒壊を防止できるようにすることを実現したトラス構造
物用二重鋼管型構造部材を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、接合ボルトを
用いてノードに接合されるパイプ構造材に曲げ抵抗パイ
プ材が挿入され、そのパイプ構造材に軸圧縮荷重が作用
したときの弾塑性座屈の発生を抑制することができるよ
うになっている二重鋼管型構造部材に適用される。その
特徴とするところは、図１を参照して、パイプ構造材４
は、長尺な薄肉鋼管部４Ｂとその両端に形成された厚肉
鋼管部４Ａとからなり、接合ボルト７を取りつけるため
のスタブコーン６が一体化される厚肉鋼管部４Ａの肉厚
ｔA が、薄肉鋼管部４Ｂの肉厚ｔB の１．５倍ないし
１．７倍とされる。パイプ構造材４と曲げ抵抗パイプ材
５との間に僅かな隙間αが残されていると共に、曲げ抵
抗パイプ材５の軸線５ｍ方向における中央部位５ｂがパ
イプ構造材４の軸線４ｍ方向における中央部位４ｂで固
定される。曲げ抵抗パイプ材５の端面５ａとスタブコー
ン６の内面６ａとの間に、パイプ構造材４の予め設定さ
れた圧縮許容長さβの１／２の空間１１，１１が確保さ
れる。そして、厚肉鋼管部４Ａと曲げ抵抗パイプ材５と
の重なり部分は、パイプ構造材４の外径Ｄ4 の１倍ない
し２倍の長さＬとなっていることである。
【０００８】厚肉鋼管部４Ａは、長尺な薄肉鋼管材９Ｂ
の両端部に突き合わせ溶接された厚肉鋼管材９Ａで形成
させておくとよい。また、図３および図４に示すよう
に、厚肉鋼管部４Ａを長尺な薄肉鋼管材９Ｂの両端部の
外周を覆う補強管１２もしくはパイプ状に曲げ加工され
た帯鋼材１３で形成することもできる。図１に戻って、
厚肉鋼管部４Ａの内径と薄肉鋼管部４Ｂの内径とは同一
寸法であって、厚肉鋼管部４Ａの内面４ｒと薄肉鋼管部
４Ｂの内面４ｓとを連続させておくとよい。
【０００９】
【作用】二重鋼管型構造部材２に軸圧縮荷重が作用して
も、パイプ構造材４より短い曲げ抵抗パイプ材５には軸
荷重が伝わらず真直状態が維持される。この曲げ抵抗パ
イプ材５は僅かな隙間αを残してパイプ構造材４に挿入
されており、パイプ構造材４の弾塑性座屈の発生を抑制
する。軸荷重が薄肉鋼管部４Ｂの降伏耐力より大きくな
ると、薄肉鋼管部４Ｂは塑性変形するが、曲げ抵抗パイ
プ材５によって内方への変形が規制されているので、薄
肉鋼管部４Ｂは曲げ抵抗パイプ材５の外面に沿って縮む
ように変形する。一方、厚肉鋼管部４Ａの肉厚ｔA は薄
肉鋼管部４Ｂの肉厚ｔB の１．５倍ないし１．７倍であ
って降伏耐力は薄肉鋼管部４Ｂのそれより大きい。しか
も、パイプ構造材４の外径Ｄ4 の１倍ないし２倍の長さ
Ｌが重なる曲げ抵抗パイプ材５によって内部が補強され
ているので、パイプ構造材４は弾性圧縮するに留まる。
したがって、パイプ構造材４はスタブコーン６の近傍で
曲がることなく、主として薄肉鋼管部４Ｂの部分で生じ
る圧縮塑性変形によって短くなる。曲げ抵抗パイプ材５
は、その軸線５ｍ方向における中央部位５ｂでパイプ構
造材４の軸線４ｍ方向における中央部位４ｂと固定され
ているので、中央部位５ｂを境にした一方の側でパイプ
構造材４が変形する圧縮量は、各空間１１に確保された
圧縮許容長さβの１／２となる。パイプ構造材４の圧縮
変形によって、曲げ抵抗パイプ材５の両端面５ａ，５ａ
がほぼ同時にスタブコーン６，６の内面６ａ，６ａに当
接する。軸圧縮荷重が曲げ抵抗パイプ材５にも伝達さ
れ、パイプ構造材４の残余耐力と曲げ抵抗パイプ材５の
耐力との和でその軸荷重に対抗する。以後は、二重鋼管
型構造部材２は緩やかに変形してトラス構造物の急激な
倒壊が回避される。
【００１０】長尺な薄肉鋼管材９Ｂの両端部に厚肉鋼管
材９Ａを突き合わせて溶接すると、薄肉鋼管部４Ｂとそ
の両端に形成した厚肉鋼管部４Ａとからなるパイプ構造
材４を製作することができる。また、長尺な薄肉鋼管材
９Ｂの両端部の外周を補強管１２もしくはパイプ状に曲
げ加工された帯鋼材１３で覆うと、パイプ構造材４の厚
肉鋼管部４Ａを形成させることができる。厚肉鋼管部４
Ａの内径と薄肉鋼管部４Ｂの内径とを同一にしておき、
両内面４ｒ，４ｓを連続させておくと、パイプ構造材４
と曲げ抵抗パイプ材５との隙間αを、曲げ抵抗パイプ材
５の全長にわたって同一に保つことができる。その結
果、薄肉鋼管部４Ｂと曲げ抵抗パイプ材５との隙間を小
さくしておくことができ、曲げ抵抗パイプ材５の外面に
沿った安定した軸方向の圧縮塑性変形が薄肉鋼管部４Ｂ
に発生する。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、曲げ抵抗パイプ材によ
ってパイプ構造材の弾塑性座屈の発生が回避される。軸
圧縮荷重が薄肉鋼管部の降伏耐力を越えると、厚肉鋼管
部は弾性変形するだけであるが、薄肉鋼管部では曲げ抵
抗パイプ材の外面に沿って縮む軸方向の大きい塑性変形
を生じさせることができる。したがって、スタブコーン
の近傍でパイプ構造材が曲がることはなく、二重鋼管型
構造部材に軸力のみを導入することができる。パイプ構
造材が所定の長さに圧縮されると、曲げ抵抗パイプ材の
耐力が加重された大きい耐力で軸荷重に対抗させること
ができる。薄肉鋼管部が圧縮された時点でトラス構造物
は変形するが直ちに倒壊することはなく、その変形に気
づいた時点から以後トラス構造物が緩やかに変形する間
に避難することができる。
【００１２】長尺な薄肉鋼管材の両端部に厚肉鋼管材を
突き合わせて溶接すれば、薄肉鋼管部と厚肉鋼管部とか
らなるパイプ構造材を簡単に製作することができる。も
ちろん、長尺な薄肉鋼管材の両端部の外周を補強管もし
くはパイプ状に曲げ加工された帯鋼材で覆う場合も同様
である。厚肉鋼管部の内径と薄肉鋼管部の内径を同一に
しておき、両内面を連続させておけば、パイプ構造材と
曲げ抵抗パイプ材との隙間を同じに保っておくことがで
き、パイプ構造材の弾塑性座屈の発生を抑制しやすくな
ると共に、薄肉鋼管部に曲げ抵抗パイプ材５の外面に沿
う安定した軸方向の圧縮塑性変形を与えることができ
る。
【００１３】
【実施例】以下に、本発明に係るトラス構造物用二重鋼
管型構造部材を、図面をもとにして詳細に説明する。図
１は、接合装置１を備えた本発明に係る二重鋼管型構造
部材２の左側部分の縦断面図であり、接合装置１を用い
てノード３に接合される。この二重鋼管型構造部材２
は、長尺なパイプ構造材４とそのパイプ構造材４に挿入
された曲げ抵抗パイプ材５とから構成されている。そし
て、パイプ構造材４に軸圧縮力が作用したとき、曲げ抵
抗パイプ材５が曲げに対する補強効果を発揮して、パイ
プ構造材４が軸線４ｍに対して直角方向へ撓む弾塑性座
屈の発生を抑制できるようになっている。そのパイプ構
造材４の先端にはスタブコーン６が溶接によって一体化
され、そのスタブコーン６に取りつけた接合ボルト７を
スリーブ８の回転によって進出させ、二重鋼管型構造部
材２をノード３のねじ孔３ａに強固に接合することがで
きる。
【００１４】詳しく述べると、パイプ構造材４は厚肉鋼
管部４Ａと薄肉鋼管部４Ｂとからなり、その厚肉鋼管部
４Ａは、厚肉鋼管材９Ａを薄肉鋼管材９Ｂの両端部に例
えば突き合わせ溶接して形成される。スタブコーン６が
一体化される厚肉鋼管部４Ａの内面４ｒと薄肉鋼管部４
Ｂの内面４ｓとは連続していることが好ましく、厚肉鋼
管材９Ａの肉厚ｔA は、薄肉鋼管材９Ｂの肉厚ｔB の
１．５倍ないし１．７倍に選定される。このような肉厚
を選定することによって、厚肉鋼管部４Ａの軸圧縮荷重
に対する降伏耐力を薄肉鋼管部４Ｂのそれよりも大きく
しておくことができる。なお、厚肉鋼管部４Ａの肉厚を
過剰に大きくすると重量増加を招くので、上記した１．
７倍程度に留められる。具体的には、薄肉鋼管材９Ｂの
外径が６０．５ｍｍで肉厚ｔB が３．２ｍｍである場合
に、外径が６３．７ｍｍ、肉厚ｔA が４．８ｍｍの厚肉
鋼管材９Ａが採用される。パイプ構造材４の両端に厚肉
鋼管部４Ａが形成されているのは、パイプ構造材４に大
きい軸圧縮力が作用したとき、その塑性変形を薄肉鋼管
部４Ｂにおいてのみ発生させるためである。すなわち、
厚肉鋼管部４Ａにおいては弾性変形に留めておき、スタ
ブコーン６の近傍で不安定な非軸対称変形や捩じれの発
生するのを防止するようにしている。
【００１５】上記の曲げ抵抗パイプ材５は、パイプ構造
材４が軸圧縮力Ｐを受けて弾塑性座屈しようとすると
き、誇張して示す図２のように内部から支えて、パイプ
構造材４が撓むのを防止するものである。そのために、
曲げ抵抗パイプ材５は真直な状態を維持しておく必要が
あり、パイプ構造材４に作用する軸圧縮力Ｐが直ちに伝
わらないようにパイプ構造材４より短くなっている。し
かし、上記の弾塑性座屈を抑制するためには、曲げ抵抗
パイプ材５を薄肉鋼管部４Ｂのみならず厚肉鋼管部４Ａ
内にも存在させておく必要があるので、曲げ抵抗パイプ
材５と厚肉鋼管部４Ａとは、図１に示すように、パイプ
構造材４の外径Ｄ4 の１倍ないし２倍の長さＬが重ねら
れている。その曲げ抵抗パイプ材５の外径は、パイプ構
造材４の内面との間に可及的に小さい隙間αを残す程度
の寸法とされる。具体的には、上記の例のパイプ構造材
４の内径は５４．１ｍｍであり、外径が５３．６ｍｍの
曲げ抵抗パイプ材５を採用すると、その隙間αは０．２
５ｍｍとなる。隙間αが設けられているのは、曲げ抵抗
パイプ材５をパイプ構造材４に挿入できるようにするた
めである。また、軸圧縮力を受けたパイプ構造材４が座
屈しようとするとき、曲げ抵抗パイプ材５が直ちにパイ
プ構造材４の内面に接触して曲げ剛性を補うように機能
させるためである。これに加えて、上記の小さな隙間α
は、薄肉鋼管部４Ｂの降伏耐力より大きい軸圧縮荷重を
受けたとき、薄肉鋼管部４Ｂが内方へ変形するのを規制
するように作用する。したがって、薄肉鋼管部４Ｂの軸
方向の塑性変形を、曲げ抵抗パイプ材５の外面に沿って
縮む安定した形状とすることができる。
【００１６】トラス構造物は、大地震の発生時などに短
時間のうちに倒壊しないようにしておく必要があり、本
発明に係る二重鋼管型構造部材２は大きい軸圧縮荷重に
対してパイプ構造材４が意図的に短くなる塑性変形を発
生させることができるようにしている。そして、パイプ
構造材４が予め設定された長さの塑性変形した後は、パ
イプ構造材４の残余耐力といまだ変形のない曲げ抵抗パ
イプ材５の耐力とによって大きい軸荷重に対抗させるこ
とができるようになっている。曲げ抵抗パイプ材５は上
記したようにパイプ構造材４より短かく、曲げ抵抗パイ
プ材５の端面５ａとスタブコーン６の内面６ａとの間
に、予め設計的に選定したパイプ構造材４の圧縮許容長
さβの１／２の空間１１が確保される。これは、軸圧縮
荷重を受けたパイプ構造材４が塑性変形したとき、スタ
ブコーン６の内面６ａが曲げ抵抗パイプ材５の端面５ａ
に向けて変位することができるようにするためである。
したがって、曲げ抵抗パイプ材５はパイプ構造材４の全
長から空間１１の２倍の長さを差し引いた長さのものが
使用される。実際には、図示したように、厚肉鋼管部４
Ａとスタブコーン６との溶接代を考慮して、パイプ構造
材４は曲げ抵抗パイプ材５の長さに座屈許容長さβを加
えたものより少し長くなっている。この二重鋼管型構造
部材２は水平な姿勢でトラス構造物の中に配置されると
は限らない。したがって、空間１１，１１を二重鋼管型
構造部材２の両端部で常に同等な長さに維持しておくた
めに、曲げ抵抗パイプ材５はその中央部位５ｂにおいて
パイプ構造材４の中央部位４ｂでプラグ溶接される。
【００１７】上記した厚肉鋼管部４Ａは、薄肉鋼管材９
Ｂの両端に厚肉鋼管材９Ａを接続して形成させるだけで
なく、図３に示すように、長尺な薄肉鋼管材９Ｂの両端
部の外周を覆う補強管１２で形成させるようにしてもよ
い。その補強管１２は仮想線で示すごとく圧入した後に
溶接によって固定される。また、図４に示すように、薄
肉鋼管材９Ｂの両端部の外周に曲げ加工された帯鋼材１
３を被せてもよい。この場合は、軸方向へ延びる端縁１
３ａにも溶接が施される。いずれの場合も、薄肉鋼管材
９Ｂはパイプ構造材４の全長の寸法を有し、補強管１２
や帯鋼材１３の肉厚ｔC は、薄肉鋼管材９Ｂの肉厚ｔB
の０．５倍ないし０．７倍のものが選定される。
【００１８】図１を参照して、上記の二重鋼管型構造部
材２に適用される接合装置１は接合ボルト７を備えてお
り、両端部に有するねじ部７ａ，７ｂの径より大きい六
角の断面外形をしたボス７Ａを備える。そして、その外
面に係合して回転力を伝達すると共に、その接合ボルト
７の軸方向変位を可能にしたスリーブ８の回転によっ
て、ノード３に形成したねじ孔３ａにねじ部７ａを噛み
あわせ、二重鋼管型構造部材２をノード３に強固に接合
することができるようになっている。上記した厚肉鋼管
部４Ａの端部にスタブコーン６が溶接され、このスタブ
コーン６に噛みあわせたスリーブナット１４を介して接
合ボルト７が取りつけられるようになっている。ねじ部
７ａは右ねじであり、スタブコーン６の背後でアンカー
ナット１５に噛みあうねじ部７ｂが左ねじとされ、二重
鋼管型構造部材２をノード３に接合するとき接合ボルト
７を回転させても、アンカーナット１５がねじ部７ｂか
ら緩まないように配慮されている。上記したスリーブナ
ット１４は、アンカーナット１５をパイプ構造材４の内
部に配置できるようにするためのものであり、スタブコ
ーン６に設けたねじ孔６ｂは、アンカーナット１５が通
過できる大きさとなっている。すなわち、スリーブナッ
ト１４に接合ボルト７の軸部７ｍを通してアンカーナッ
ト１５をねじ部７ｂに噛みあわせ、スリーブナット１５
がねじ孔６ｂにねじロック剤などで固定される。
【００１９】図に示された接合装置１は接合ボルト７を
スリーブ８の内部へ退避させることができる構造であ
り、そのためにスリーブナット１４とボス７Ａとの間に
コイルスプリング１６が介在されている。したがって、
ねじ部７ａの先端をノード３の接合面３ｐにあてがえば
コイルスプリング１６が縮んでねじ部７ａの全部をスリ
ーブ８内へ退避させることができる。一方、ねじ部７ａ
がノード３のねじ孔３ａに臨むと、コイルスプリング１
６の弾発力によって、ねじ部７ａをねじ孔３ａとの初期
の噛みあいに必要な長さだけ進出させることができる。
上記の接合装置１の構造やその使用方法の詳細はＵＳＰ
４，８７２，７７９に記載されているので、これ以上の
説明は省く。なお、本発明に係る二重鋼管型構造部材２
には、上記の接合装置１に限らず、公知の他の型式のも
のを使用することもできる。
【００２０】以上のような構成によれば、次のようにし
て、二重鋼管型構造部材２をノード３，３間に高力ボル
トである接合ボルト７を用いて強固に接合し、また、大
きい軸圧縮荷重に対しては大きい軸方向塑性変形を許容
する。まず、長尺な薄肉鋼管材９Ｂの両端に厚肉鋼管材
９Ａ，９Ａを溶接してパイプ構造材４を製作する。そし
て、曲げ抵抗パイプ材５を挿入して、その中央部位５ｂ
をパイプ構造材４の中央部位４ｂに溶接またはねじによ
って固定する。そして、パイプ構造材４の両端にスタブ
コーン６，６を溶接れば、曲げ抵抗パイプ材５の端面５
ａとスタブコーン６の内面６ａとの間に設計上予め決め
られた座屈許容長さβの１／２の空間１１が確保され
る。上記の接合ボルト７をスリーブナット１４を介して
スタブコーン６に取りつけて、ボス７Ａにスリーブ８を
被せる。両端に接合装置１，１を装着した二重鋼管型構
造部材２をトラス構築中のノード３へ運び、スリーブ８
を回転させて接合ボルト７のねじ部７ａをノード３のね
じ孔３ａに噛みあわせる。このようにして、二重鋼管型
構造部材２を他の一重管２１などと共に、図５のように
次々とノード３，３間に組み込めばトラス構造物が構築
される。
【００２１】積雪や地震によってトラス構造物に大きい
力が作用すると、ノード３に接合された構造部材は軸荷
重を受ける。二重鋼管型構造部材２に作用する軸圧縮力
が大きいと、パイプ構造材４が弾塑性座屈しようとする
（図２参照）。しかし、中央の一点で固定されている短
い曲げ抵抗パイプ材５には荷重が伝達されないので、曲
げ抵抗パイプ材５は厚肉鋼管部４Ａの内部の大部分と薄
肉鋼管部４Ｂの内部の全部の領域で真直状態を維持し、
パイプ構造材４の弾塑性座屈は阻止される。したがっ
て、パイプ構造材４は曲がることなく、そのパイプ構造
材４の耐力で荷重に対抗される。パイプ構造材４が薄肉
鋼管部４Ｂの降伏耐力を越える軸荷重を受けると、厚肉
鋼管部４Ａよりも降伏耐力の小さい薄肉鋼管部４Ｂが塑
性変形する。このとき、僅かな隙間αを隔てた曲げ抵抗
パイプ材５が薄肉鋼管部４Ｂの内方への変形を阻止し、
薄肉鋼管部４Ｂには図６に示すような多数の皺が生じ
る。パイプ構造材４と曲げ抵抗パイプ材５とは中央部位
で接続されているので、その中央部位を挟んで両側はほ
ぼ同じように塑性変形する。
【００２２】薄肉鋼管部４Ｂの局部的に最も弱い部分例
えばスタブコーン６の近傍で大きい膨らみ４Ｈが発生
し、パイプ構造材４は曲げ抵抗パイプ材５の外面に沿っ
て圧縮許容長さβまで縮む。曲げ抵抗パイプ材５は静止
しているので、スタブコーン６が空間１１を変位して、
その内面６ａが曲げ抵抗パイプ材５の端面５ａに当接す
る。この間の薄肉鋼管部４Ｂの塑性変形は必ずしも図の
ような軸対称形とならないが、曲げ抵抗パイプ材５の外
面に沿った波状の変形となる。この塑性変形は図１１の
実線Ｃで示すように増大し、一本のパイプ構造材４の圧
縮長さは例えば２０ｍｍにも及ぶ。曲げ抵抗パイプ材５
がスタブコーン６の内面６ａに当接した時点からは、パ
イプ構造材４の残余耐力と曲げ抵抗パイプ材５の耐力と
でもって軸荷重に対抗される。二重鋼管型構造部材２は
図１１の実線Ｃａに示すように緩やかな変形を以後も持
続する。上記のように各パイプ構造材４が２０ｍｍ縮む
とトラス構造物は大きく変形するが、直ちに倒壊するこ
とはなく、その変形に気づいた時点から実線Ｃａをたど
る変形の間に避難することができる。
【００２３】前述したごとく、スタブコーン６が一体化
される厚肉鋼管材９Ａの内面４ｒと薄肉鋼管材９Ｂの内
面４ｓとは連続していることが好ましい。しかし、厚肉
鋼管材９Ａの肉厚ｔA を薄肉鋼管材９Ｂの肉厚ｔB の
１．５倍ないし１．７倍に選定しながらも、厚肉鋼管材
９Ａの外面と薄肉鋼管材９Ｂの外面とを連続させてもよ
い。この場合、曲げ抵抗パイプ材５の外径を上記と同じ
５３．６ｍｍとして厚肉鋼管部４Ａの内面との間に０．
２５ｍｍの隙間を確保すると、ｔA ／ｔB ＝１．５の場
合、肉厚ｔB が３．２ｍｍの薄肉鋼管部４Ｂに対して厚
肉鋼管部４Ａの肉厚ｔA は４．８ｍｍとなる。したがっ
て、薄肉鋼管部４Ｂの内面と曲げ抵抗パイプ材５の外面
との間に、４．８−３．２＋０．２５＝１．８５ｍｍの
隙間が生じる。この場合、薄肉鋼管部４Ｂが塑性変形す
るとき内方への僅かな変形が許容されるが、パイプ構造
材４が曲げ抵抗パイプ材５の外面に沿って縮むうえにお
いては特に問題となることはない。図７は、支持点２
０，２０が対向する二辺のみに存在するトラス構造物に
二重鋼管型構造部材を適用した例であり、図８および図
９は、図７の正面矢視および側面矢視である。図中の二
本線で示した個所が大きい軸荷重の作用する部位に配置
された二重鋼管型構造部材２であり、一本線で示したと
ころが通常の構造部材である一重管の構造部材２１で差
し支えない部位である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るトラス構造物用二重鋼管型構造
部材の一方の端部における縦断面図。
【図２】 弾塑性座屈を曲げ抵抗パイプ材によって抑制
する状態を誇張して示した二重鋼管型構造部材の断面
図。
【図３】 厚肉鋼管部を形成するために補強管を使用し
た場合のパイプ構造材の斜視図。
【図４】 厚肉鋼管部を形成するために曲げ加工された
帯鋼材を使用した場合のパイプ構造材の斜視図。
【図５】 二重鋼管型構造部材や他の構造部材をノード
に接合したトラス構造物の部分図。
【図６】 薄肉鋼管部において塑性変形した状態を模式
的に表した二重鋼管型構造部材の縦断面図。
【図７】 支持点が対向する二辺のみに設けられている
場合のトラス構造物にあって、二重鋼管型構造部材の適
用部位を説明する平面図。
【図８】 図７のVIII−VIII線矢視図。
【図９】 図７のIX−IX線矢視図。
【図１０】 二重鋼管型構造部材の先行技術例の断面
図。
【図１１】 構造部材に作用する軸荷重に対して生じる
圧縮変形量を説明するグラフ。
【符号の説明】
２…二重鋼管型構造部材、３…ノード、４…パイプ構造
材、４Ａ…厚肉鋼管部、４Ｂ…薄肉鋼管部、４ｂ…中央
部位、４ｍ…軸線、４ｒ，４ｓ…内面、５…曲げ抵抗パ
イプ材、５ａ…端面、５ｂ…中央部位、５ｍ…軸線、６
…スタブコーン、６ａ…内面、７…接合ボルト、９Ａ…
厚肉鋼管材、９Ｂ…薄肉鋼管材、１１…空間、１２…補
強管、１３…帯鋼材、ｔA …厚肉鋼管部の肉厚、ｔB …
薄肉鋼管部の肉厚、Ｐ…軸圧縮力、α…隙間、β…圧縮
許容長さ、Ｌ…重なり部分の長さ、Ｄ4 …パイプ構造材
の外径。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 接合ボルトを用いてノードに接合される
    パイプ構造材に曲げ抵抗パイプ材が挿入され、該パイプ
    構造材に軸圧縮荷重が作用したときの弾塑性座屈の発生
    を抑制することができるようになっている二重鋼管型構
    造部材において、 上記パイプ構造材は、長尺な薄肉鋼管部とその両端に形
    成した厚肉鋼管部とからなり、 前記接合ボルトを取りつけるためのスタブコーンが一体
    化される上記厚肉鋼管部の肉厚は、前記薄肉鋼管部の肉
    厚の１．５倍ないし１．７倍を有し、 前記曲げ抵抗パイプ材と前記パイプ構造材との間に僅か
    な隙間が残されていると共に、該曲げ抵抗パイプ材の軸
    線方向における中央部位が上記パイプ構造材の軸線方向
    における中央部位で固定され、 上記曲げ抵抗パイプ材の端面と前記スタブコーンの内面
    との間に、前記パイプ構造材の予め設定された圧縮許容
    長さの１／２の空間が確保され、 前記厚肉鋼管部と曲げ抵抗パイプ材との重なり部分は、
    前記パイプ構造材の外径の１倍ないし２倍の長さであ
    り、 前記パイプ構造材が前記薄肉鋼管部の降伏耐力より大き
    い軸圧縮荷重を受けたとき、該薄肉鋼管部のみに前記曲
    げ抵抗パイプ材の外面に沿って縮む軸方向の塑性変形を
    発生させるようにしたことを特徴とするトラス構造物用
    二重鋼管型構造部材。
  2. 【請求項２】 前記厚肉鋼管部は、長尺な薄肉鋼管材の
    両端部に突き合わせ溶接された厚肉鋼管材で形成されて
    いることを特徴とする請求項１に記載されたトラス構造
    物用二重鋼管型構造部材。
  3. 【請求項３】 前記厚肉鋼管部は、長尺な薄肉鋼管材の
    両端部の外周を覆う補強管もしくはパイプ状に曲げ加工
    された帯鋼材で形成されていることを特徴とする請求項
    １に記載されたトラス構造物用二重鋼管型構造部材。
  4. 【請求項４】 前記厚肉鋼管部の内径と前記薄肉鋼管部
    の内径とは同一寸法であって、該厚肉鋼管部の内面と前
    記薄肉鋼管部の内面とが連続していることを特徴とする
    請求項１ないし請求項３のいずれかに記載されたトラス
    構造物用二重鋼管型構造部材。
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