JP5149745B2 - Steel and steel shell joint structure - Google Patents
Steel and steel shell joint structure Download PDFInfo
- Publication number
- JP5149745B2 JP5149745B2 JP2008232370A JP2008232370A JP5149745B2 JP 5149745 B2 JP5149745 B2 JP 5149745B2 JP 2008232370 A JP2008232370 A JP 2008232370A JP 2008232370 A JP2008232370 A JP 2008232370A JP 5149745 B2 JP5149745 B2 JP 5149745B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steel
- concrete
- shaped steel
- shell
- load
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Bridges Or Land Bridges (AREA)
Description
本発明は、鉄骨(H型鋼)と鋼殻の接合構造に関する。 The present invention relates to a joining structure of a steel frame (H-shaped steel) and a steel shell.
複合ラーメン橋梁などの建設工事において、橋梁下部工(橋脚)と橋梁上部工を接合する工事の鉄骨と鋼殻を接合する部分には、剛接合として設計することが基本とされている。そのため、鉄骨に引き抜き力が作用する場合、鉄骨と鋼殻の相対的な抜き出し量が小さく抑えられることが必要である。
このような鉄骨と鋼殻の接合構造を適用した橋脚と橋梁上部工との接合構造として、例えば、複数の鉄骨の上端部を突出させるようにしてコンクリートを充填して橋脚を形成する。そして、平行に配列した複数の主桁と、主桁同士を接続する横板とによって横桁を枠状に形成する。また、横桁の内部空間を主桁及び横板により複数のセル室に仕切り、セル室内に橋脚の鉄骨を挿入して、内部にコンクリートを充填することによって橋脚と横桁とを接合する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
As a joint structure between a bridge pier and a bridge superstructure to which such a steel frame-steel shell joint structure is applied, for example, concrete is filled so as to project the upper ends of a plurality of steel frames to form a bridge pier. And the cross beam is formed in a frame shape by a plurality of main beams arranged in parallel and a horizontal plate connecting the main beams. In addition, there is a technology that divides the internal space of the cross beam into a plurality of cell chambers by the main beam and the horizontal plate, inserts the steel frame of the pier into the cell chamber, and fills the inside with concrete to join the pier and the cross beam. It is known (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献1に記載の技術では、接合構造の構成材料とコンクリートを充填する方法について記載されており、構成材料の設計方法や配置方法については記述されておらず、鉄骨と鋼殻の接合性能の評価方法や十分な接合性能を確保するための設計方法や配置方法が明確でない。
そこで、本発明は、いくつかの構造実験やFEM解析に基づき、鉄骨から鋼殻への荷重伝達機構や損傷メカニズムを考慮して、主要な構成材料の寸法や配置方法を決定するものである。そして、鉄骨と鋼殻の接合性能を評価し、適切な設計を行うことによって、十分な接合性能を有する鉄骨と鋼殻の接合構造を提供することを目的としている。
However, the technique described in
Therefore, the present invention determines the dimensions and arrangement methods of main constituent materials in consideration of the load transmission mechanism and damage mechanism from the steel frame to the steel shell based on several structural experiments and FEM analysis. And it aims at providing the joining structure of the steel frame and steel shell which has sufficient joining performance by evaluating joining performance of a steel frame and steel shell, and performing appropriate design.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、例えば図1に示すように、鋼殻1内にH型鋼21からなる鉄骨2が配置され、鋼殻内にコンクリート3が打設されてなる鉄骨と鋼殻の接合構造において、
前記鋼殻から前記H型鋼を引き抜く際に、引き抜き力に抵抗した場合に生じる前記H型鋼のフランジ先端からコンクリートに割裂ひび割れ4が発生する割裂ひび割れ発生荷重Pcrは、次式(1)及び次式(2)を満たすことを特徴とする。
Pcr=L’×4Wr×ft ・・・式(1)
Pcr>Py ・・・式(2)
[ここで、
L’:H型鋼のコンクリートに対する定着長さ(mm)(遷移域長さを含む)、
Wr:割裂ひび割れ抵抗長さ(mm){Wr=0.40B+40、ただし、0.84B≦Wr}、
B:H型鋼のフランジ幅(mm){ただし、150≦B}、
ft:コンクリートの引張強度(N/mm2)、
Py:H型鋼の降伏荷重{Py=As×fy}、
As:H型鋼の断面積(mm2)、
fy:H型鋼の降伏強度(N/mm2)、とする。]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
When the H-shaped steel is withdrawn from the steel shell, the split crack generation load P cr in which the split
P cr = L ′ × 4W r × f t Formula (1)
P cr > P y Formula (2)
[here,
L ′: fixing length of H-shaped steel to concrete (mm) (including transition zone length),
W r : Split crack resistance length (mm) {W r = 0.40B + 40, where 0.84B ≦ W r },
B: H-shaped steel flange width (mm) {provided that 150 ≦ B}
f t : Concrete tensile strength (N / mm 2 ),
P y : Y- shaped steel yield load {P y = A s × f y },
A s: cross-sectional area of the H-section steel (mm 2),
f y : The yield strength (N / mm 2 ) of the H-shaped steel. ]
請求項1の発明によれば、鋼殻からH型鋼を引き抜く際に生じる割裂ひび割れ発生荷重Pcrが、上記式(1)を満たすので、割裂ひび割れ発生荷重Pcrがコンクリートの引張強度と抵抗面積で決定される。したがって、割裂ひび割れ発生荷重Pcrを算出して、この割裂ひび割れ発生荷重PcrをH型鋼の降伏荷重Pyよりも大きくするように、H型鋼の定着長さ、H形鋼のフランジ幅、コンクリートの引張強度を適宜選定する。これによって、設計が容易となり、かつ、鋼殻と鉄骨を確実に接合することができる。
According to the invention of
請求項2の発明は、例えば、図1に示すように、請求項1に記載の鉄骨と鋼殻の接合構造において、
前記鋼殻は、鋼板(例えば、主桁11及び横梁12)を枠状に組みつけてなり、
前記鋼殻から前記H型鋼を引き抜く際に、引き抜き力に抵抗した場合に生じる前記H型鋼とコンクリートの界面に生じる付着損傷が発生する付着損傷発生荷重Pbは、次式(3)〜式(5)を満たすことを特徴とする。
Pb=τ×L×2B×n×βv ・・・式(3)
τ=√f’c・(1.28+6.60Kc)・・・式(4)
Pb>Py ・・・式(5)
[ここで、
τ:付着強度(N/mm2)、
L:H型鋼のコンクリートに対する定着長さ(mm)(遷移域長さを含まない)、
f’c:コンクリート強度(N/mm2)(f’c≦60N/mm2)、
Kc:拘束係数(=t/B)、
t:鋼板厚さの1/2の値(mm)、
B:H型鋼のフランジ幅(mm)(1本当たりの幅)、
n:H形鋼の本数、
βv:鋼殻の面外剛性に関する係数(=0.3/(v+0.3)+0.7)、
v:鋼殻のたわみ量(mm)、とする。]
The invention of
The steel shell is formed by assembling a steel plate (for example,
When pulling out the H-shaped steel from the steel shell, an adhesion damage generation load Pb that causes adhesion damage generated at the interface between the H-shaped steel and the concrete when resisting the pulling force is expressed by the following formulas (3) to (5 ) Is satisfied.
P b = τ × L × 2B × n × βv (3)
τ = √f ′ c · (1.28 + 6.60 Kc) (4)
P b > P y Formula (5)
[here,
τ: adhesion strength (N / mm 2 ),
L: Length of fixing of H-shaped steel to concrete (mm) (excluding transition zone length),
f ′ c : Concrete strength (N / mm 2 ) (f ′ c ≦ 60 N / mm 2 ),
Kc: constraint coefficient (= t / B),
t: half the thickness of the steel sheet (mm)
B: Flange width (mm) of H-shaped steel (width per one),
n: number of H-section steels
βv: coefficient relating to the out-of-plane rigidity of the steel shell (= 0.3 / (v + 0.3) +0.7),
v: Deflection amount of steel shell (mm). ]
請求項2の発明によれば、鋼殻からH型鋼を引き抜く際に生じるH型鋼とコンクリートの界面に生じる付着損傷発生荷重Pbが上記式(2)を満たすので、付着損傷発生荷重Pbが付着強度、H型鋼の定着長さ、H型鋼のフランジ幅及び本数、鋼殻の面外剛性に関する係数で決定される。したがって、付着損傷発生荷重Pbを算出して、この付着損傷発生荷重Pbを鉄骨の降伏荷重Pyよりも大きくするように、付着強度、H型鋼の定着長さ、H型鋼のフランジ幅及び本数、鋼殻の面外剛性に関する係数を適宜選定することによって、設計が容易となり、かつ、鋼殻と鉄骨を確実に接合することができる。
According to the invention of
本発明によれば、適切な設計を行うことができ、鉄骨と鋼殻の接合構造において十分な接合性能を確保することができる。 According to the present invention, an appropriate design can be performed, and sufficient joining performance can be ensured in a joining structure of a steel frame and a steel shell.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図1(a)は本発明における鉄骨と鋼殻の接合構造を示した外観斜視図、図1(b)は図1(a)の正断面図、図1(c)は図1(a)の側断面図、図1(d)は図1(a)の上面図である。
鋼殻1は、互いに対向して設けられた主桁11と、主桁11,11間に配置された横梁12,12とを備えている。鋼殻1は、主桁11と横梁12とが矩形枠状に組みつけられることによって、内部に空間が形成されてなるものである。そして、鋼殻1の内部空間に鉄骨2,2,…が配置され、さらにコンクリート3が打設されている。
鉄骨2は、H型鋼21であり、そのフランジ211の外側面には、多数の縞状の横節212が形成されている。横節212によって、H型鋼21が鋼殻1内に打設されるコンクリート3と剛結される。本実施形態では3本のH型鋼21が鋼殻1内に等間隔で配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 (a) is an external perspective view showing a joining structure of a steel frame and a steel shell according to the present invention, FIG. 1 (b) is a front sectional view of FIG. 1 (a), and FIG. 1 (c) is FIG. FIG. 1 (d) is a top sectional view of FIG. 1 (a).
The
The
上記H型鋼21と鋼殻1の接合構造において、鋼殻1からH型鋼21を引き抜く際に、引き抜き力に抵抗した場合に生じるH型鋼21のフランジ211先端からコンクリート3に割裂ひび割れが発生する。このときの割裂ひび割れ発生荷重Pcrは、次式(1)及び次式(2)を満たす。
Pcr=L’×4Wr×ft ・・・式(1)
Pcr>Py ・・・式(2)
[ここで、
L’:H型鋼のコンクリートに対する定着長さ(mm)(遷移域長さを含む)、
Wr:割裂ひび割れ抵抗長さ(mm){Wr=0.40B+40、ただし、0.84B≦Wr}、
B:H型鋼のフランジ幅(mm){ただし、150≦B}、
ft:コンクリートの引張強度(N/mm2)、
Py:H型鋼の降伏荷重{Py=As×fy}、
As:H型鋼の断面積(mm2)
fy:H型鋼の降伏強度(N/mm2)、とする。]
なお、図1中、符号4は、割裂ひび割れ発生領域を示している。また、遷移域長さとは、図1(b)中、符号L2の長さを言い、H型鋼の非定着区間の長さである。したがって、L’=L(設計上の定着長さ:例えば図1におけるH型鋼21の横節212が形成された箇所の長さ)+L2(遷移域長さ)となる。
In the joint structure of the H-shaped
P cr = L ′ × 4W r × f t Formula (1)
P cr > P y Formula (2)
[here,
L ′: fixing length of H-shaped steel to concrete (mm) (including transition zone length),
W r : Split crack resistance length (mm) {W r = 0.40B + 40, where 0.84B ≦ W r },
B: H-shaped steel flange width (mm) {provided that 150 ≦ B}
f t : Concrete tensile strength (N / mm 2 ),
P y : Y- shaped steel yield load {P y = A s × f y },
A s: cross-sectional area of the H-section steel (mm 2)
f y : The yield strength (N / mm 2 ) of the H-shaped steel. ]
In addition, the code |
また、鋼殻1からH型鋼21を引き抜く際に、引き抜き力に抵抗した場合に生じるH型鋼21とコンクリート3の界面に生じる付着損傷が発生する付着損傷発生荷重Pbは、次式(3)〜式(5)を満たす。
Pb=τ×L×2B×n×βv ・・・式(3)
τ=√f’c・(1.28+6.60Kc)・・・式(4)
Pb>Py ・・・式(5)
[ここで、
τ:付着強度(N/mm2)
L:H型鋼のコンクリートに対する定着長さ(mm)(遷移域長さを含まない)
f’c:コンクリート強度(N/mm2)(f’c≦60N/mm2)
Kc:拘束係数(=t/B)
t:鋼板厚さの1/2の値(mm)
B:H型鋼のフランジ幅(mm)(1本当たりの幅)
n:H形鋼の本数
βv:鋼殻の面外剛性に関する係数(=0.3/(v+0.3)+0.7)、
v:鋼殻のたわみ量(mm)、とする。]
Further, when pulling out the H-shaped
P b = τ × L × 2B × n × βv (3)
τ = √f ′ c · (1.28 + 6.60 Kc) (4)
P b > P y Formula (5)
[here,
τ: Adhesion strength (N / mm 2 )
L: Length of fixing of H-shaped steel to concrete (mm) (not including transition zone length)
f ′ c : Concrete strength (N / mm 2 ) (f ′ c ≦ 60 N / mm 2 )
Kc: Restraint coefficient (= t / B)
t: half the thickness of the steel sheet (mm)
B: H-shaped steel flange width (mm) (width per one)
n: number of H-section steels βv: coefficient relating to out-of-plane rigidity of steel shell (= 0.3 / (v + 0.3) +0.7),
v: Deflection amount of steel shell (mm). ]
図2は、上記式(1)〜(5)を使用して本発明に係る鉄骨と鋼殻の接合構造を設計する際の設計フローを示している。
図2に示すように、まず、構造設計するに当たって、上記式(1)を用いてPcrを算出する。また、H型鋼の断面積As及びH型鋼の降伏強度fyからH型鋼の降伏荷重Pyを算出する。一方、上記式(3)を用いてPbを算出する(ステップS1)。そして、上記式(2)Pcr>Py及び上記式(5)Pb>Pyを満たしているか否かを判断する(ステップS2)。上記式(2)Pcr>Py及び上記式(5)Pb>Pyを満たしていれば設計を終了する。上記式(2)Pcr>Py及び上記式(5)Pb>Pyを満たしていなければ、上記式(2)及び式(5)を満たすようにPcr、Pb、Pyの各パラメータ値を適宜変更することによって調整し(ステップS3)、再度ステップS1及びステップS2を行い、ステップS2において上記式(2)Pcr>Py及び上記式(5)Pb>Pyを満たすまでステップS1〜ステップS3を繰り返す。
FIG. 2 shows a design flow when designing a joint structure of a steel frame and a steel shell according to the present invention using the above formulas (1) to (5).
As shown in FIG. 2, first, in designing the structure, P cr is calculated using the above equation (1). Moreover, to calculate the yield load P y of H-section steel from the yield strength of the cross-sectional area A s and H-type steel H-section steel fy. On the other hand, Pb is calculated using the above equation (3) (step S1). Then, it is determined whether or not the above formula (2) P cr > P y and the above formula (5) P b > P y are satisfied (step S2). If the above equation (2) P cr > P y and the above equation (5) P b > P y are satisfied, the design is finished. If the above formula (2) P cr > P y and the above formula (5) P b > P y are not satisfied, P cr, P b , P y are set so as to satisfy the above formula (2) and formula (5). Adjustment is performed by appropriately changing each parameter value (step S3), and steps S1 and S2 are performed again. In step S2, the above equation (2) P cr > P y and the above equation (5) P b > P y are set. Steps S1 to S3 are repeated until they are satisfied.
図3は、鉄骨と複数の鋼殻の接合構造を示した外観斜視図である。
図3に示す接合構造では、3つの主桁11,11,…が所定間隔に配されて、これら主桁11に垂直となるように2つの横梁12,12が互いに対向して配置されている。これによって3つの鋼殻ブロック1,1,…が形成されている。各鋼殻ブロック1内には、3つの鉄骨(H型鋼21,21,…)2,2,…がそれぞれ配されて、コンクリート3が打設されている。
FIG. 3 is an external perspective view showing a joining structure of a steel frame and a plurality of steel shells.
In the joining structure shown in FIG. 3, three
次に、上述した鉄骨と鋼殻の接合構造を適用した例として、コンクリート桁と鋼桁の接合構造について説明する。
図4(a)は、1つのコンクリート桁と鋼桁の接合構造を示した斜視図である。
図1に示す接合構造のように、H型鋼21の上端部を鋼殻1から突出させた状態でコンクリートを打設して硬化させることによってコンクリート桁4を形成する。
一方、コンクリート桁4と接合される鋼桁5の一端面には、コンクリート桁4のH型鋼21の一端部が挿入される挿入口51が形成されている。そして、この鋼桁5の挿入口51にH型鋼21の一端部が挿入されて、挿入口51内にコンクリートが打設されることによって、コンクリート桁4と鋼桁5とが剛結されている。
図4(b)は、2つのコンクリート柱と鋼桁の接合構造を示した斜視図である。
図4(b)では、鋼桁5の側面に、各コンクリート柱41のH型鋼21の一端部が挿入される挿入口(図示しない)が二カ所形成されている。そして、この鋼桁5の各挿入口に、それぞれのコンクリート柱41のH型鋼21の一端部が挿入されて、挿入口内にコンクリートが打設されることによって、コンクリート柱41,41と鋼桁5とが剛結されている。
Next, a concrete girder and steel girder joint structure will be described as an example in which the above-described steel frame and steel shell joint structure is applied.
FIG. 4 (a) is a perspective view showing a joint structure of one concrete girder and a steel girder.
The
On the other hand, an
FIG. 4B is a perspective view showing a joint structure of two concrete columns and a steel girder.
In FIG. 4 (b), two insertion openings (not shown) into which one end of the H-shaped
次に、H型鋼とコンクリート界面における損傷過程として、まず割裂ひび割れが発生し、その後、荷重増加を伴い付着損傷が進行する点の再現性について、実験例を挙げて説明する。
図5は、鋼殻からH型鋼を引き抜く実験のために使用した試験体の斜視図である。
図5に示すように、互いに対向して配された2つの主桁11,11と、これら主桁11,11間で主桁11に対して垂直となるように狭持された2つの横梁12,12とによって鋼殻1が形成されている。また、主桁11,11の外面には、横方向に長尺な水平補剛材13,13がそれぞれ固定されている。主桁11の縦方向の長さは横梁12の縦方向の長さよりも長くなっている。主桁11の上端部には、上端部開口を塞ぐようにして鋼殻ベースプレート14が取り付けられている。
一方、H型鋼ベースプレート22上にH型鋼21,21,…が3本立設されており、H型鋼21の上側の一部が鋼殻1内に配されて、鋼殻1内にコンクリート3が打設されて試験体100が形成されている。
なお、ここで使用したH型鋼の定着長さL’は190mm、コンクリート呼び強度は30N/mm2、水平補剛材の段数が1段、主桁ウェブ間隔200mm、主桁ウェブ板厚9mm、横梁ウェブ間隔600mm、横梁板厚9mmとする。
Next, as a damage process at the interface between the H-shaped steel and the concrete, the reproducibility of the point where split cracks are first generated and then adhesion damage proceeds with an increase in load will be described with reference to experimental examples.
FIG. 5 is a perspective view of a test body used for an experiment of extracting H-shaped steel from a steel shell.
As shown in FIG. 5, two
On the other hand, three H-shaped
The fixing length L ′ of the H-shaped steel used here is 190 mm, the concrete nominal strength is 30 N / mm 2 , the number of horizontal stiffeners is one, the main girder web interval is 200 mm, the main girder web thickness is 9 mm, and the horizontal beam The web interval is 600 mm and the cross beam thickness is 9 mm.
このような試験体100において、H型鋼ベースプレート22を下方に荷重をかけていった。このとき、1本当たりのH型鋼21の引き抜き荷重(kN)と、H型鋼21の抜き出し変位(mm)の関係を図6に示した。
図6の結果から明らかなように、まず割裂ひび割れが発生し、その後、荷重増加に伴い付着損傷が進行した。具体的には、試験対100のようにH型鋼21が3本の場合、引き抜き荷重が約200kN、抜き出し変位量が約0.1mmで充填コンクリートに割裂ひび割れが発生した。その後、さらに荷重をかけていき、引き抜き荷重が約250kN、抜き出し変位量が約0.4mmで充填コンクリートとH型鋼の界面に付着損傷が発生した。
なお、ここでは示していないが、H型鋼を1本とした場合には割裂ひび割れに伴う変位の増加が小さく、3本とした場合には変位の増加が大きくなった。また、H型鋼1本の場合には、フランジ先端から発生したひび割れが鋼殻に向かって進展したのに対して、H型鋼3本の場合には、隣接するH型鋼のフランジ先端を結ぶように割裂ひび割れが進展したことが確認できた。
In such a
As is apparent from the results of FIG. 6, first, split cracks occurred, and then adhesion damage progressed with increasing load. Specifically, when there are three H-shaped
Although not shown here, when the number of H-shaped steels is one, the increase in displacement associated with split cracking is small, and when the number is three, the increase in displacement is large. Further, in the case of one H-shaped steel, cracks generated from the flange tip progressed toward the steel shell, whereas in the case of three H-shaped steels, the flange tips of adjacent H-shaped steels are connected. It was confirmed that the split cracks had progressed.
次に、上述の実験結果から、割裂ひび割れ発生荷重の上記算定式(1)を導出し、算定式(1)により算出した荷重Pcrが、実験及び解析による初期の割裂ひび割れ発生荷重を下回ることを確認することで、算定式(1)が設定した適用範囲において十分な安全性を有していることを確認する。ここで、割裂ひび割れ発生荷重とは、H型鋼の抜け出し量が急激に増加し始める時点での荷重とする。
以下、割裂ひび割れ発生荷重に基づいて算定式(1)の導出方法について説明する。
割裂ひび割れは、コンクリートの引張応力が引張強度に達することで発生する。そのときの引張荷重は、割裂ひび割れが発生する領域の面積にコンクリートの引張強度を掛け合わせることで算定できると仮定した。
Pcr=Acr×ft
[Acr:割裂ひび割れ発生面積(mm2)、ft:引張強度(N/mm2)]
コンクリートの引張強度ftは、設計基準強度(圧縮強度)f’cより求める。また、割裂ひび割れ発生領域は、以下の想定に基づき設定した。
(1)割裂ひび割れを発生させるための支配面積があると想定した。
(2)ひび割れは、H型鋼のフランジ面に沿って一様に分布すると想定した。
(3)支配面積の一辺は、H型鋼の定着長L’と想定した(ただし、実験の場合、非定着区間の長さ(遷移域長さ)を含む)。
(4)もう一辺は、割裂ひび割れ抵抗長さWrと呼ぶ。
割裂ひび割れが発生する荷重Pは、引張強度ft、定着長L’、割裂ひび割れ抵抗長さWrを使って、以下のように表すことができる。式中の「4」は、H型鋼1本に対してH型鋼のフランジ先端が4カ所あることを表す。
P=Acr×ft=L’×4Wr×ft
Wr=P/(ft×L’×4)
Next, the calculation formula (1) of the split crack generation load is derived from the above experimental results, and the load P cr calculated by the calculation formula (1) is lower than the initial split crack generation load by experiment and analysis. By confirming the above, it is confirmed that the calculation formula (1) has sufficient safety in the set scope. Here, the split crack generation load is a load at the time when the amount of the H-shaped steel starts to increase rapidly.
Hereinafter, a method for deriving the calculation formula (1) based on the split crack generation load will be described.
Splitting cracks occur when the tensile stress of concrete reaches the tensile strength. It was assumed that the tensile load at that time can be calculated by multiplying the area of the region where split cracks are generated by the tensile strength of the concrete.
P cr = A cr × f t
[A cr : split crack generation area (mm 2 ), f t : tensile strength (N / mm 2 )]
Tensile strength f t of the concrete is obtained from design strength (compressive strength) f 'c. Moreover, the split crack generation region was set based on the following assumptions.
(1) It is assumed that there is a dominant area for generating split cracks.
(2) It was assumed that the cracks were uniformly distributed along the flange surface of the H-shaped steel.
(3) One side of the dominant area is assumed to be the fixing length L ′ of the H-shaped steel (however, in the case of the experiment, the length of the non-fixing section (transition zone length) is included).
(4) the other side is referred to as the splitting crack resistance length W r.
The load P at which the split crack is generated can be expressed as follows using the tensile strength f t , the fixing length L ′, and the split crack resistance length Wr. “4” in the equation represents that there are four H-shaped steel flange tips for one H-shaped steel.
P = A cr × f t = L ′ × 4 W r × f t
W r = P / ( ft × L ′ × 4)
図7は、H型鋼のフランジ先端距離の1/2値WFと割裂ひび割れ抵抗長さWrとの関係を示した図であり、割裂ひび割れ発生荷重の根拠(ひび割れ抵抗長さWr(mm)のプロット)を示している。図7の結果から、H型鋼のフランジ先端距離が大きくなった場合でも、Wrは一定値を示すことが確認できる。また、H型鋼のサイズが75H、200H、300Hと大きくなることに伴い、Wrが大きくなることが確認できる。ここで、図7中に記載の「75H」、「200H」、「300H」とは、H型鋼のフランジ幅Bが「75mm」、「200mm」、「300mm」であることを言う。また、「2.67B」とは、互いに隣接するH型鋼の中心間隔L1が「フランジ幅Bの2.67倍である」ことを言う。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the half value W F of the flange tip distance of the H-shaped steel and the split crack resistance length W r, and the basis of the crack crack generation load (crack resistance length W r (mm ) Plot). From the results of FIG. 7, it can be confirmed that Wr shows a constant value even when the flange tip distance of the H-shaped steel is increased. In addition, with the size of the H-shaped
なお、図7における横軸のWFとは、図8に示すように、互いに隣接するH型鋼21,21のフランジ211,211の先端距離の1/2の値である。
図9は、H型鋼のフランジ幅Bと割裂ひび割れ抵抗長さWrとの関係を示した図であり、フランジ幅Bとの関係から、割裂ひび割れ抵抗長さWr=0.40B+40を設定した。
Note that the W F of the horizontal axis in FIG. 7, as shown in FIG. 8, a 1/2 of the tip distance of the
Figure 9 is a diagram showing the relationship between the flange width B and Wari裂crack resistance length W r of the H-shaped steel, the relationship between the flange width B, and sets the splitting crack resistance length W r = 0.40B + 40 .
次に、算定式(1)により算出した割裂ひび割れ発生荷重と実験及び解析の荷重を比較することで、設定した適用範囲において算定式(1)が十分な安全性を有していることを説明する。
算定式(1)を用いて算定した割裂ひび割れ発生荷重(算定荷重)と、実験及び解析から得られた荷重(実験・解析荷重)を比較した。図10は、算定式(1)を適用した算定
荷重と実験・解析荷重との関係を示した図であり、割裂ひび割れ発生荷重のパラメータであるひび割れ抵抗長さWr(mm)のプロットである。図10の結果から、算定荷重と実験・解析荷重とはおおむね1対1の直線上に位置し、精度の良い評価が可能であることが認められる。
Next, by comparing the split crack generation load calculated by calculation formula (1) with the load of experiment and analysis, it is explained that calculation formula (1) has sufficient safety in the set application range. To do.
The split crack generation load (calculation load) calculated using the calculation formula (1) was compared with the load (experiment / analysis load) obtained from the experiment and analysis. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the calculated load applying the calculation formula (1) and the experimental / analytical load, and is a plot of the crack resistance length W r (mm) that is a parameter of the split crack generation load. . From the results of FIG. 10, it is recognized that the calculated load and the experimental / analyzed load are generally located on a one-to-one straight line, and can be evaluated with high accuracy.
図11は、鋼殻のたわみ量v(mm)と荷重比(実験・解析の最大荷重/算定式(3)による算定荷重)との関係を示した図であり、付着損傷荷重の根拠(鋼殻の面外剛性に関する係数βvのプロット)を示している。図11の結果から、補剛材がないケース、H型鋼の中心間隔が比較的大きい75H−5B、200H−5B,300H−5Bのケースのたわみ量vは、大きくなった。すなわち、面外剛性を示すたわみ量vが大きくなることに伴い、荷重比が小さくなることが確認できる。そして、この荷重比を1.0に補正するようにβvを決定した。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the deflection v (mm) of the steel shell and the load ratio (maximum load of experiment and analysis / calculated load based on calculation formula (3)). The plot of coefficient βv for the out-of-plane stiffness of the shell). From the result of FIG. 11, the deflection amount v of the case without the stiffener and the cases of 75H-5B, 200H-5B, and 300H-5B in which the center distance of the H-shaped steel is relatively large increased. That is, it can be confirmed that the load ratio decreases as the deflection amount v indicating the out-of-plane rigidity increases. Then, βv was determined so as to correct this load ratio to 1.0.
図12は、付着損傷荷重の算定式(3)を適用した算定荷重と実験・解析荷重の関係を示した図である。図12から明らかなように、算定荷重と実験・解析荷重とはおおむね1対1対応の直線上に位置し、精度の良い評価が可能であることが認められる。 FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the calculated load to which the calculation formula (3) of the adhesion damage load is applied and the experimental / analytical load. As is apparent from FIG. 12, the calculated load and the experiment / analysis load are generally located on a straight line corresponding to one-to-one, and it is recognized that a highly accurate evaluation is possible.
図13は、H型鋼と鋼殻の接合構造の構成部位、各構成部位の構成要素、及びこれら各構成要素によって影響が生じるパラメータPy、Pcr、Pbを示したものである。構成部位としては、鋼殻(主桁、横梁)、H型鋼及び充填コンクリートが挙げられる。なお、図13に示す各構成要素L’、L、L2、W1、t1、W2、t2、B、L1等については、図1及び図8に示している。 FIG. 13 shows constituent parts of the joint structure of the H-shaped steel and the steel shell, constituent elements of the constituent parts, and parameters P y , P cr , and P b that are affected by these constituent elements. Constituent parts include steel shells (main girders, cross beams), H-shaped steel and filled concrete. Each component L ′, L, L2, W1, t1, W2, t2, B, L1, etc. shown in FIG. 13 is shown in FIG. 1 and FIG.
以上のように、鋼殻からH型鋼を引き抜く際に生じる割裂ひび割れ発生荷重Pcrが、上記式(1)を満たすので、割裂ひび割れ発生荷重Pcrがコンクリートの引張強度と抵抗面積で決定される。したがって、割裂ひび割れ発生荷重Pcrを算出し、この割裂ひび割れ発生荷重PcrをH型鋼の降伏荷重Pyよりも大きくするように、H型鋼の定着長さ、H形鋼のフランジ幅、コンクリートの引張強度を適宜選定する。これによって、設計が容易でかつ鋼殻と鉄骨を確実に接合することができる。
また、鋼殻からH型鋼を引き抜く際に生じるH型鋼とコンクリートの界面に生じる付着損傷発生荷重Pbが上記式(2)を満たすので、付着損傷発生荷重Pbが付着強度、H型鋼の定着長さ、H型鋼のフランジ幅及び本数、鋼殻の面外剛性に関する係数で決定される。したがって、付着損傷発生荷重Pbを算出し、この付着損傷発生荷重Pbを鉄骨の降伏荷重Pyよりも大きくするように、付着強度、H型鋼の定着長さ、H型鋼のフランジ幅及び本数、鋼殻の面外剛性に関する係数を適宜選定することによって、設計が容易でかつ鋼殻と鉄骨を確実に接合することができる。
また、パラメータPy、Pcr、Pbは、図13に示す構成要素によって影響を受けるため、上記式(1)〜(5)を適用することで、上記構成要素を適切に選定することができる。
As described above, since the split crack generation load P cr generated when the H-shaped steel is pulled out from the steel shell satisfies the above formula (1), the split crack generation load P cr is determined by the tensile strength and resistance area of the concrete. . Therefore, the split crack generation load P cr is calculated, and the fixing length of the H section steel, the flange width of the H section steel, the concrete width of the H section steel so that the split crack generation load P cr is larger than the yield load P y of the H section steel. Select the tensile strength as appropriate. As a result, the design is easy and the steel shell and the steel frame can be reliably joined.
Further, since the adhesion damage generated load P b occurring H-type steel and concrete interface which occurs when removing the H-shaped steel from the steel shell satisfies the above formula (2), adhesion damage generated load P b is the adhesive strength, the fixing of the H-section steel It is determined by factors relating to the length, the flange width and number of H-shaped steels, and the out-of-plane rigidity of the steel shell. Therefore, to calculate the adhesion damage generated load P b, the adhesion damage generated load P b to be larger than the yield load P y of steel, adhesive strength, fixing the length of the H-shaped steel, the flange width and the number of H-section steel By appropriately selecting a coefficient related to the out-of-plane rigidity of the steel shell, the design is easy and the steel shell and the steel frame can be reliably joined.
Further, since the parameters P y , P cr , and P b are affected by the components shown in FIG. 13, the components can be appropriately selected by applying the above formulas (1) to (5). it can.
1 鋼殻
2 鉄骨
3 コンクリート
4 割裂ひび割れ
11 主桁
12 横梁
21 H型鋼
1
Claims (2)
前記鋼殻から前記H型鋼を引き抜く際に、引き抜き力に抵抗した場合に生じる前記H型鋼のフランジ先端からコンクリートに割裂ひび割れが発生する割裂ひび割れ発生荷重Pcrは、次式(1)及び次式(2)を満たすことを特徴とする鉄骨と鋼殻の接合構造。
Pcr=L’×4Wr×ft ・・・式(1)
Pcr>Py ・・・式(2)
[ここで、
L’:H型鋼のコンクリートに対する定着長さ(mm)(遷移域長さを含む)、
Wr:割裂ひび割れ抵抗長さ(mm){Wr=0.40B+40、ただし、0.84B≦Wr}、
B:H型鋼のフランジ幅(mm){ただし、150≦B}、
ft:コンクリートの引張強度(N/mm2)、
Py:H型鋼の降伏荷重{Py=As×fy}、
As:H型鋼の断面積(mm2)、
fy:H型鋼の降伏強度(N/mm2)、とする。] In a steel-shell joint structure in which a steel frame made of H-shaped steel is placed in the steel shell and concrete is cast in the steel shell,
When the H-shaped steel is pulled out from the steel shell, the split crack generation load P cr that generates a split crack in the concrete from the flange tip of the H-shaped steel generated when the pulling force is resisted is expressed by the following formula (1) and the following formula: (2) A structure for joining a steel frame and a steel shell characterized by satisfying the above.
P cr = L ′ × 4W r × f t Formula (1)
P cr > P y Formula (2)
[here,
L ′: fixing length of H-shaped steel to concrete (mm) (including transition zone length),
W r : Split crack resistance length (mm) {W r = 0.40B + 40, where 0.84B ≦ W r },
B: H-shaped steel flange width (mm) {provided that 150 ≦ B}
f t : Concrete tensile strength (N / mm 2 ),
P y : Y- shaped steel yield load {P y = A s × f y },
A s: cross-sectional area of the H-section steel (mm 2),
f y : The yield strength (N / mm 2 ) of the H-shaped steel. ]
前記鋼殻から前記H型鋼を引き抜く際に、引き抜き力に抵抗した場合に生じる前記H型鋼とコンクリートの界面に生じる付着損傷が発生する付着損傷発生荷重Pbは、次式(3)〜式(5)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の鉄骨と鋼殻の接合構造。
Pb=τ×L×2B×n×βv ・・・式(3)
τ=√f’c・(1.28+6.60Kc)・・・式(4)
Pb>Py ・・・式(5)
[ここで、
τ:付着強度(N/mm2)、
L:H型鋼のコンクリートに対する定着長さ(mm)(遷移域長さを含まない)、
f’c:コンクリート強度(N/mm2)(f’c≦60N/mm2)、
Kc:拘束係数(=t/B)、
t:鋼板厚さの1/2の値(mm)、
B:H型鋼のフランジ幅(mm)(1本当たりの幅)、
n:H形鋼の本数、
βv:鋼殻の面外剛性に関する係数(=0.3/(v+0.3)+0.7)、
v:鋼殻のたわみ量(mm)、とする。] The steel shell is formed by assembling a steel plate into a frame shape,
When withdrawing the H-shaped steel from the steel shell, the attachment damage generated load P b which adhere damage is generated at the interface of the H-shaped steel and concrete that occurs when the resistance to pull-out forces, the following equation (3) to ( The steel frame and steel shell joint structure according to claim 1, wherein 5) is satisfied.
P b = τ × L × 2B × n × βv (3)
τ = √f ′ c · (1.28 + 6.60 Kc) (4)
P b > P y Formula (5)
[here,
τ: adhesion strength (N / mm 2 ),
L: Length of fixing of H-shaped steel to concrete (mm) (excluding transition zone length),
f ′ c : Concrete strength (N / mm 2 ) (f ′ c ≦ 60 N / mm 2 ),
Kc: constraint coefficient (= t / B),
t: half the thickness of the steel sheet (mm)
B: Flange width (mm) of H-shaped steel (width per one),
n: number of H-section steels
βv: coefficient relating to the out-of-plane rigidity of the steel shell (= 0.3 / (v + 0.3) +0.7),
v: Deflection amount of steel shell (mm). ]
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008232370A JP5149745B2 (en) | 2008-09-10 | 2008-09-10 | Steel and steel shell joint structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008232370A JP5149745B2 (en) | 2008-09-10 | 2008-09-10 | Steel and steel shell joint structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010065442A JP2010065442A (en) | 2010-03-25 |
| JP5149745B2 true JP5149745B2 (en) | 2013-02-20 |
Family
ID=42191246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008232370A Active JP5149745B2 (en) | 2008-09-10 | 2008-09-10 | Steel and steel shell joint structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5149745B2 (en) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000345571A (en) * | 1999-03-31 | 2000-12-12 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | How to build a foundation for a tower |
| JP2001090193A (en) * | 1999-09-22 | 2001-04-03 | Kawasaki Steel Corp | Steel frame concrete structure and steel frame reinforced concrete structure |
| JP3690247B2 (en) * | 2000-06-16 | 2005-08-31 | 住友金属工業株式会社 | H-shaped steel with protrusion |
| JP2003171943A (en) * | 2001-12-03 | 2003-06-20 | Nkk Corp | Joint structure of pillar and steel pipe pile and joining method |
| JP3764729B2 (en) * | 2003-03-24 | 2006-04-12 | 東京電力株式会社 | Construction method of steel tower foundation using concrete restraint joint member |
| JP4537906B2 (en) * | 2005-07-29 | 2010-09-08 | 前田建設工業株式会社 | Junction structure between bridge pier and girder, bridge construction method and bridge |
-
2008
- 2008-09-10 JP JP2008232370A patent/JP5149745B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2010065442A (en) | 2010-03-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW201247975A (en) | Steel frame structure | |
| JP5749087B2 (en) | Concrete filled steel pipe column | |
| JP5634141B2 (en) | Reinforcement structure of building | |
| JP5188864B2 (en) | Reinforcement structure and reinforcement method for existing concrete frame | |
| CN103696353A (en) | Method for determining elastic rotating restraint coefficient of boundary of web of steel-concrete composite beam bridge | |
| CN105926774B (en) | A kind of end plate connection monoblock type Composite frame beam and combinations thereof method | |
| KR102485533B1 (en) | Rectangular Steel Pipe and Welding Method of Rectangular Steel Pipe | |
| JP5864491B2 (en) | Diaphragm stiffness prediction method and plate thickness design method for steel pipe column joints with different diameters of upper and lower columns | |
| JP5149745B2 (en) | Steel and steel shell joint structure | |
| KR20060036595A (en) | Steel sheet shear wall combined with reinforced concrete frame to enable integral movement and construction method | |
| JP5602455B2 (en) | Beam members and building structures | |
| JP7810877B2 (en) | Evaluation method for rotational rigidity, design method for composite beam end, and joint structure of composite beam end | |
| JP4101397B2 (en) | Method of joining concrete slab and corrugated steel in corrugated steel web bridge | |
| JP4117612B2 (en) | CFH pillar | |
| JP7430842B1 (en) | artificial ground structure | |
| KR101579269B1 (en) | Attachable Reinforcing Member and Reinforcing Structure Using the Same | |
| JP2021085189A (en) | Beam-column joining part structure | |
| KR20040097047A (en) | wave shaped panel composition structure of steel box girder | |
| JP2008050788A (en) | Seismic reinforcement structure for existing buildings | |
| JP2008169672A (en) | Concrete beam construction method, concrete beam, PC beam member joining method, PC beam member joining structure | |
| JP7047856B2 (en) | Assembling method of four-sided welded box-shaped cross-section columns, skin plate members, four-sided welded box-shaped cross-section columns, and concrete-filled steel pipe columns | |
| JP5667801B2 (en) | Board wall | |
| JP4649283B2 (en) | Columnar structure, pier or foundation pile using shape steel, and manufacturing method thereof | |
| JP7698021B2 (en) | Method for evaluating elastic stiffness of beam members | |
| JP7704908B1 (en) | How to design a composite wall |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110329 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120628 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20121113 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121130 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5149745 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151207 Year of fee payment: 3 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |