特開 2022-62813 箱形断面部材およびその設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022062813

(43)【公開日】2022-04-21

(54)【発明の名称】箱形断面部材およびその設計方法

(51)【国際特許分類】

   E04C 3/32 20060101AFI20220414BHJP

   E04B 1/24 20060101ALI20220414BHJP

【ＦＩ】

E04C3/32

E04B1/24 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020170951

(22)【出願日】2020-10-09

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100184859

【弁理士】

【氏名又は名称】磯村 哲朗

(74)【代理人】

【識別番号】100123386

【弁理士】

【氏名又は名称】熊坂 晃

(74)【代理人】

【識別番号】100196667

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100130834

【弁理士】

【氏名又は名称】森 和弘

(72)【発明者】

【氏名】荒木田 椋太

(72)【発明者】

【氏名】梅田 敏弘

(72)【発明者】

【氏名】難波 隆行

【テーマコード（参考）】

2E163

【Ｆターム（参考）】

2E163FA02

2E163FB07

2E163FB09

(57)【要約】

【課題】
箱形断面部材を構成する各鋼板が有する耐力を有効に活用して、合理的な構造とすることのできる、箱形断面部材およびその設計方法を提供する。
【解決手段】
複数の鋼板を、矩形状断面となるように組み合わせた状態で溶接して形成される箱形断面部材において、前記複数の鋼板のうち、向かい合う一対の面に配置される第一の鋼板の板厚ｔ_１、板幅Ｄ_１および降伏強度σ_ｙ１、ならびに、向かい合う他の一対の面に配置される第二の鋼板の板厚ｔ_２、板幅Ｄ_２および降伏強度σ_ｙ２が、ｔ_１＞ｔ_２およびσ_ｙ１＜σ_ｙ２の関係を満たすとともに、前記第一の鋼板がウェブとなる方向に曲げを受けるときの最大曲げ耐力Ｍ_ｙｈ１、前記第二の鋼板がウェブとなる方向に曲げを受けるときの最大曲げ耐力Ｍ_ｙｈ２が、所定の式の関係を満たすようにする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の鋼板を、矩形状断面となるように組み合わせた状態で溶接して形成される箱形断面部材であって、
前記複数の鋼板のうち、向かい合う一対の面に配置される第一の鋼板の降伏強度σ_ｙ１、および、向かい合う他の一対の面に配置される第二の鋼板の降伏強度σ_ｙ２が、σ_ｙ１＜σ_ｙ２の関係を満たすとともに、
前記第一の鋼板および前記第二の鋼板の各々は、前記箱形断面部材の使用時に該箱形断面部材の断面の各位置に発生することを設計上想定する垂直応力の最大値σ_ｍａｘが、σ_ｙ１＜σ_ｍａｘ＜σ_ｙ２の関係を満たすこと
を特徴とする箱形断面部材。

【請求項2】

前記箱形断面部材に軸方向力Ｎおよび前記第一の鋼板と平行な面内で曲げモーメントが作用するときの最大曲げモーメントＭ_ｙ１と、前記箱形断面部材に軸方向力Ｎおよび前記第二の鋼板と平行な面内で曲げモーメントが作用するときの最大曲げモーメントＭ_ｙ２とが、前記軸方向力Ｎに対して、下記式（１）および下記式（２）の関係を満たすこと
を特徴とする請求項１に記載の箱形断面部材。

【数1】

【数2】

ただし、ｔ_１は前記第一の鋼板の板厚、ｔ_２は前記第二の鋼板の板厚、ｄ_ｃ１は前記第二の鋼板の板厚中心間距離、ｄ_ｃ２は前記第一の鋼板の板厚中心間距離、Ｎ_ｙ＝２ｄ_ｃ１ｔ_１σ_ｙ１＋２ｄ_ｃ２ｔ_２σ_ｙ２である。

【請求項3】

前記第一の鋼板の板厚ｔ_１と、前記第二の鋼板の板厚ｔ_２とが、ｔ_１＞ｔ_２の関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の箱形断面部材。

【請求項4】

前記第二の鋼板の引張強度が７８０Ｎ／ｍｍ^２以上であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の箱形断面部材。

【請求項5】

複数の鋼板を、矩形状断面となるように組み合わせた状態で溶接して形成される箱形断面部材の設計方法であって、
前記複数の鋼板のうち、向かい合う一対の面に配置される第一の鋼板の降伏強度σ_ｙ１、および、向かい合う他の一対の面に配置される第二の鋼板の降伏強度σ_ｙ２が、σ_ｙ１＜σ_ｙ２の関係を満たすようにするとともに、
前記箱形断面部材の使用時に該箱形断面部材の断面の各位置に発生することを設計上想定する垂直応力の最大値σ_ｍａｘが、σ_ｙ１＜σ_ｍａｘ＜σ_ｙ２の関係を満たすように、前記第一の鋼板の板厚ｔ_１、板幅および降伏強度σ_ｙ１、ならびに、前記第二の鋼板の板厚ｔ_２、板幅および降伏強度σ_ｙ２の大きさを設定すること
を特徴とする箱形断面部材の設計方法。

【請求項6】

前記第一の鋼板の板厚ｔ_１と、前記第二の鋼板の板厚ｔ_２とが、ｔ_１＞ｔ_２の関係を満たすようにすることを特徴とする請求項５に記載の箱形断面部材の設計方法。

【請求項7】

前記第二の鋼板として、引張強度が７８０Ｎ／ｍｍ^２以上の鋼板を用いることを特徴とする請求項５または６に記載の箱形断面部材の設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の鋼板を矩形に組み合わせて溶接して製作される箱形断面部材およびその設計方法に関する。

【背景技術】

【0002】

建築物等の構造物の柱部材には、冷間ロール成形角形鋼管柱、冷間プレス成形角形鋼管柱、溶接組立箱形断面柱等の角形鋼管が用いられることが多い。これらのうち、冷間ロール成形角形鋼管や冷間プレス成形角形鋼管は比較的安価であり、中低層建築物や高層建築物の柱部材に多く用いられている。一方、超高層建築物では、柱部材に要求される剛性および耐力が非常に大きいため、大断面化・厚肉化・高強度化が可能な溶接組立箱形断面部材からなる柱が多く用いられている。

【0003】

溶接組立箱形断面部材を構成する４枚の鋼板（スキンプレート）には、設計の簡便さ等から、強度および板厚が同じものが用いられることが一般的である。これに対し、特許文献１および特許文献２に開示されるように、箱形断面部材を構成する４枚の鋼板のうち、向かい合う一対の鋼板の強度および板厚を、他の一対の鋼板の強度および板厚とは変えることによって、溶接組立箱形断面部材の設計の自由度を増やすとともに、鋼板同士を接合する角溶接の溶接量を減らす技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平４－３６６２５７号公報

【特許文献2】特開２０１７－１７９７２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、特許文献１および特許文献２に開示されるような箱形断面部材は、この箱形断面部材に軸方向力および曲げモーメントが作用するときに、低強度鋼板に発生する軸方向応力が降伏強度に到達して塑性化するタイミングで、箱形断面部材全体が降伏耐力に到達するものと評価して、箱形断面部材の設計を行う。これについて、具体的に説明する。

【0006】

図７（ａ）に示すように、４枚の鋼板を、矩形状断面となるように組み合わせた状態で溶接して形成される箱形断面部材８において、向かい合う一対の鋼板８１の板厚がｔ_１、降伏強度がσ_ｙ１であり、向かい合う他の一対の鋼板８２の板厚がｔ_２、降伏強度がσ_ｙ２（ただし、σ_ｙ１＜σ_ｙ２）であり、鋼板８２の板厚中心間距離がｄ_ｃ１、鋼板８１の板厚中心間距離がｄ_ｃ２である場合を考える。

【0007】

この箱形断面部材８に軸方向力および曲げモーメントが作用するときの、箱形断面部材８の耐力について考える。ここでは、箱形断面部材８の断面が平面保持されるものと仮定する。また、図７（ｂ）に示すように、箱形断面部材８の断面は、板幅に対して板厚が十分に小さく、鋼板８１および鋼板８２が板厚の中心に集中しているものと仮定する。

【0008】

軸方向力および曲げモーメントを受ける箱形断面部材８の断面に発生する軸方向応力の分布は、鋼板８１および鋼板８２の両方とも弾性範囲内にある場合には、図８（ａ）および図８（ｂ）のようになる。図８（ａ）には、箱形断面部材８が鋼板８１と平行な面内で曲げモーメントを受ける場合を、図８（ｂ）には、箱形断面部材８が鋼板８２と平行な面内で曲げモーメントを受ける場合を示している。

【0009】

箱形断面部材８の降伏曲げモーメントＭ_ｙは、箱形断面部材８の断面に発生する軸方向応力の最大値（図８（ａ）および図８（ｂ）におけるσ_ｍａｘ）が、降伏強度が低い方の鋼板８１の降伏強度σ_ｙ１に到達するときに、箱形断面部材８にかかる曲げモーメントである。したがって、箱形断面部材８の降伏曲げモーメントＭ_ｙは、下記（３）式および下記（４）式のとおり計算される。
（ａ） 鋼板８１と平行な面内で曲げモーメントが作用する場合

【0010】

【数1】

【0011】

（ｂ） 鋼板８２と平行な面内で曲げモーメントが作用する場合

【0012】

【数2】

【0013】

ただし、Ｎは箱形断面部材８に作用する軸方向力であり、Ｎ_ｙ＝２ｄ_ｃ１ｔ_１σ_ｙ１＋２ｄ_ｃ２ｔ_２σ_ｙ２である。

【0014】

ここで、箱形断面部材８を構成する鋼板８１および鋼板８２のうち、降伏強度が高い方の鋼板８２は、降伏強度が低い方の鋼板８１よりも、一様伸びや破断伸びが小さく、降伏比が大きい場合が多い。つまり、降伏強度が高い方の鋼板８２は、降伏強度が低い方の鋼板８１よりも、塑性化が進むと早期に破断が発生するリスクが大きい。よって、箱形断面部材８の塑性変形能力を高めるためには、降伏強度が高い方の鋼板８２の塑性化をなるべく小さくとどめるべきと考えられる。

【0015】

しかし、上記式（３）および上記式（４）のように、降伏強度が低い方の鋼板８１の軸方向応力が降伏強度σ_ｙ１に到達して塑性化するタイミングの箱形断面部材８の降伏曲げモーメントＭ_ｙを用いて、箱形断面部材８の降伏耐力を評価すると、このタイミングでは、降伏強度が高い方の鋼板８２がまだ降伏強度σ_ｙ２に到達しておらず余力が残っていることになる。したがって、降伏強度が高い方の鋼板８２の耐力が十分に活かされず、箱形断面部材８は必ずしも合理的な設計となっていない問題がある。

【0016】

本発明は、当該問題に鑑みて完成されたものであり、箱形断面部材を構成する各鋼板が有する耐力を有効に活用して、合理的な構造とすることのできる、箱形断面部材およびその設計方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0017】

上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
［１］ 複数の鋼板を、矩形状断面となるように組み合わせた状態で溶接して形成される箱形断面部材であって、前記複数の鋼板のうち、向かい合う一対の面に配置される第一の鋼板の降伏強度σ_ｙ１、および、向かい合う他の一対の面に配置される第二の鋼板の降伏強度σ_ｙ２が、σ_ｙ１＜σ_ｙ２の関係を満たすとともに、前記第一の鋼板および前記第二の鋼板の各々は、前記箱形断面部材の使用時に該箱形断面部材の断面の各位置に発生することを設計上想定する垂直応力の最大値σ_ｍａｘが、σ_ｙ１＜σ_ｍａｘ＜σ_ｙ２の関係を満たすことを特徴とする箱形断面部材。
［２］ 前記箱形断面部材に軸方向力Ｎおよび前記第一の鋼板と平行な面内で曲げモーメントが作用するときの最大曲げモーメントＭ_ｙ１と、前記箱形断面部材に軸方向力Ｎおよび前記第二の鋼板と平行な面内で曲げモーメントが作用するときの最大曲げモーメントＭ_ｙ２とが、前記軸方向力Ｎに対して、下記式（１）および下記式（２）の関係を満たすことを特徴とする［１］に記載の箱形断面部材。

【0018】

【数3】

【0019】

【数4】

【0020】

ただし、ｔ_１は前記第一の鋼板の板厚、ｔ_２は前記第二の鋼板の板厚、ｄ_ｃ１は前記第二の鋼板の板厚中心間距離、ｄ_ｃ２は前記第一の鋼板の板厚中心間距離、Ｎ_ｙ＝２ｄ_ｃ１ｔ_１σ_ｙ１＋２ｄ_ｃ２ｔ_２σ_ｙ２である。
［３］ 前記第一の鋼板の板厚ｔ_１と、前記第二の鋼板の板厚ｔ_２とが、ｔ_１＞ｔ_２の関係を満たすことを特徴とする［１］または［２］に記載の箱形断面部材。
［４］ 前記第二の鋼板の引張強度が７８０Ｎ／ｍｍ^２以上であることを特徴とする［１］～［３］のいずれかに記載の箱形断面部材。
［５］ 複数の鋼板を、矩形状断面となるように組み合わせた状態で溶接して形成される箱形断面部材の設計方法であって、前記複数の鋼板のうち、向かい合う一対の面に配置される第一の鋼板の降伏強度σ_ｙ１、および、向かい合う他の一対の面に配置される第二の鋼板の降伏強度σ_ｙ２が、σ_ｙ１＜σ_ｙ２の関係を満たすようにするとともに、前記箱形断面部材の使用時に該箱形断面部材の断面の各位置に発生することを設計上想定する垂直応力の最大値σ_ｍａｘが、σ_ｙ１＜σ_ｍａｘ＜σ_ｙ２の関係を満たすように、前記第一の鋼板の板厚ｔ_１、板幅および降伏強度σ_ｙ１、ならびに、前記第二の鋼板の板厚ｔ_２、板幅および降伏強度σ_ｙ２の大きさを設定することを特徴とする箱形断面部材の設計方法。
［６］ 前記第一の鋼板の板厚ｔ_１と、前記第二の鋼板の板厚ｔ_２とが、ｔ_１＞ｔ_２の関係を満たすようにすることを特徴とする［５］に記載の箱形断面部材の設計方法。
［７］ 前記第二の鋼板として、引張強度が７８０Ｎ／ｍｍ^２以上の鋼板を用いることを特徴とする［５］または［６］に記載の箱形断面部材の設計方法。

【発明の効果】

【0021】

本発明の箱形断面部材およびその設計方法によれば、箱形断面部材を構成する４枚の鋼板のうち、向かい合う一対の鋼板の強度と、他の一対の鋼板の強度とが異なる場合に、箱形断面部材を構成する各鋼板が有する耐力を有効に活用でき、箱形断面部材を合理的な構造とすることができる。

【0022】

特に、一対の鋼板の強度と、他の一対の鋼板の強度とが異なる箱形断面部材において、高強度側の鋼板が有する耐力が有効に活用され、高強度側の鋼板の塑性化を防ぎつつ、箱形断面部材の塑性変形能力を有効に発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本発明の箱形断面部材の一例を示す断面図である。

【図2】図２（ａ）および図２（ｂ）は、本発明の箱形断面部材に軸方向力および曲げモーメントが作用するときに発生する軸方向応力の分布を説明する模式図である。

【図3】図３（ａ）および図３（ｂ）は、本発明の箱形断面部材に軸方向力または曲げモーメントが作用するときに発生する軸方向応力の分布を説明する模式図である。

【図4】図４（ａ）および図４（ｂ）は、本発明の箱形断面部材に軸方向力または曲げモーメントが作用するときに発生する軸方向応力の分布を説明する模式図である。

【図5】図５は、本発明の箱形断面部材の高強度鋼板降伏耐力を説明するグラフである。

【図6】図６は、本発明の箱形断面部材の高強度鋼板降伏耐力の例を説明するグラフである

【図7】図７は、従来の箱形断面部材の一例を示す断面図である。

【図8】図８は、従来の箱形断面部材に軸方向力および曲げモーメントが作用するときに発生する軸方向応力の分布を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図面を参照して、本発明の箱形断面部材およびその設計方法の一実施形態について、具体的に説明する。

【0025】

本実施形態の箱形断面部材の設計方法は、図１に示すように、４枚の鋼板１１、１２を、矩形状断面となるように組み合わせた状態で溶接して形成される箱形断面部材１の設計方法である。

【0026】

これら４枚の鋼板１１、１２のうち、互いに対向する一対の面に配置される第一の鋼板１１の板厚ｔ_１は、互いに対向する他の一対の面に配置される第二の鋼板１２の板厚ｔ_２よりも、大きく設定されている。また、第一の鋼板１１の降伏強度σ_ｙ１は、第二の鋼板１２の降伏強度σ_ｙ２よりも、小さく設定されている。これにより、第一の鋼板１１の降伏強度σ_ｙ１と第二の鋼板１２の降伏強度降伏強度σ_ｙ２が異なっていても、第一の鋼板１１の断面全体の強度と第二の鋼板１２の断面全体の強度が、比較的近い大きさに設定される。

【0027】

そして、本実施形態の箱形断面部材の設計方法では、箱形断面部材１の使用時にこの箱形断面部材１に入力することを設計上想定する軸方向力および曲げモーメントにより、箱形断面部材１の断面の各位置に発生しうる垂直応力の最大値σ_ｍａｘが、σ_ｙ１＜σ_ｍａｘ＜σ_ｙ２の関係を満たすようにする。

【0028】

具体的には、第一の鋼板１１の板厚ｔ_１、板幅および降伏強度σ_ｙ１、ならびに、第二の鋼板１２の板厚ｔ_２、板幅および降伏強度σ_ｙ２の大きさを適宜設定することによって、上記のような設計を実現する。

【0029】

本実施形態の箱形断面部材１は、上記の設計方法により設計された箱形断面部材の一例である。箱形断面部材１は、この箱形断面部材１に軸方向力Ｎおよび第一の鋼板１１と平行な面内で曲げモーメントが作用するときの最大曲げモーメントＭ_ｙ１と、箱形断面部材１に軸方向力Ｎおよび第二の鋼板１２と平行な面内で曲げモーメントが作用するときの最大曲げモーメントＭ_ｙ２とが、軸方向力Ｎに対して、下記式（１）および下記式（２）の関係を満たすように、構成されている。

【0030】

【数5】

【0031】

【数6】

【0032】

ただし、ｄ_ｃ１は前記第二の鋼板の板厚中心間距離、ｄ_ｃ２は前記第一の鋼板の板厚中心間距離、Ｎ_ｙ＝２ｄ_ｃ１ｔ_１σ_ｙ１＋２ｄ_ｃ２ｔ_２σ_ｙ２である。

【0033】

本発明の箱形断面部材およびその設計方法では、上記式（３）および上記式（４）の降伏曲げモーメントＭ_ｙに代えて、第一の鋼板１１が降伏強度に到達して塑性化した後に第二の鋼板１２が降伏強度に到達するときの曲げモーメントを用いて、箱形断面部材１の耐力を評価している。以下では、第一の鋼板１１が降伏強度に到達して塑性化した後に第二の鋼板１２が降伏強度に到達するときの箱形断面部材１の耐力を「高強度鋼板降伏耐力」と呼ぶこととする。つまり、高強度鋼板降伏耐力とは、地震力等により箱形断面部材１に大きな軸方向力および曲げモーメントが作用するとき、伸びが大きい低強度側の鋼板からなる第一の鋼板１１の塑性化は許容するものの、伸びが小さい高強度側の鋼板からなる第二の鋼板１２の塑性化を防ぐことのできる耐力である。

【0034】

本実施形態の箱形断面部材１に軸方向力および曲げモーメントが作用して高強度鋼板降伏耐力に到達するときの曲げモーメントＭ_ｙｈ１、Ｍ_ｙｈ２について考える。ここでは、箱形断面部材１の断面が平面保持されるものと仮定する。また、箱形断面部材１の断面は、板幅に対して板厚が十分に小さく、第一の鋼板１１および第二の鋼板１２が板厚の中心に集中しているものと仮定する。第一の鋼板１１および第二の鋼板１２の応力－歪関係は、完全弾塑性型とする。

【0035】

本実施形態の箱形断面部材１に軸方向力および曲げモーメントが作用して高強度鋼板降伏耐力に到達するとき、箱形断面部材１の断面に発生する軸方向応力の分布は、図２（ａ）に示すようになる。そして、図２（ａ）に示す第一の鋼板１１および第二の鋼板１２に発生する軸方向応力は、図２（ｂ）に示すように、箱形断面部材１に作用する軸方向力に起因する成分と、箱形断面部材１に作用する曲げモーメントに起因する成分とに分けることができる。

【0036】

図２（ａ）および図２（ｂ）では、第一の鋼板１１に発生する軸方向応力の分布を灰色の矢印で示し、第二の鋼板１２に発生する軸方向応力の分布を黒色の矢印で示している。

【0037】

図２（ｂ）に示すように、第一の鋼板１１および第二の鋼板１２に発生する軸方向応力のうち、箱形断面部材１に作用する軸方向力に起因する成分は、箱形断面部材１の断面の中央から部材端に対象に分布する。一方、第一の鋼板１１および第二の鋼板１２に発生する軸方向応力のうち、箱形断面部材１に作用する曲げモーメントに起因する成分は、複雑に分布する。よって、箱形断面部材１に軸方向力および曲げモーメントが作用して高強度鋼板降伏耐力に到達するときの曲げモーメントＭ_ｙｈ１、Ｍ_ｙｈ２を正確に計算しようとすると、計算量が膨大となり現実的でない。

【0038】

そこで、本実施形態では、後述のようにして、箱形断面部材１が高強度鋼板降伏耐力に到達する時の曲げモーメントＭ_ｙｈ１、Ｍ_ｙｈ２を略算する。

【0039】

図３（ａ）および図４（ａ）には、箱形断面部材１に軸方向力のみが作用して高強度鋼板降伏耐力に到達するときの、軸方向応力の分布を示す。また、図３（ｂ）および図４（ｂ）には、箱形断面部材１に曲げモーメントのみが作用して高強度鋼板降伏耐力に到達するときの、軸方向応力の分布を示す。図３（ｂ）には、第一の鋼板１１と平行な面内で曲げモーメントが作用する場合を示し、図４（ｂ）には、第二の鋼板１２と平行な面内で曲げモーメントが作用する場合を示している。

【0040】

図３（ａ）および図４（ａ）のように、箱形断面部材１に軸方向力のみが作用して高強度鋼板降伏耐力に到達するときに、箱形断面部材１に作用する軸方向力Ｎ_ｙｈ０は、下記（５）式のように計算される。
（ａ）軸方向力のみが作用する場合

【0041】

【数7】

【0042】

また、図３（ｂ）および図４（ｂ）のように、箱形断面部材１に曲げモーメントのみが作用して高強度鋼板降伏耐力に到達するときに、箱形断面部材１に作用する曲げモーメントＭ_ｙｈ０１、Ｍ_ｙｈ０２は、下記（６）式および下記（７）式のように計算される。
（ｂ）曲げモーメントのみが作用する場合（図３（ｂ）に示すように、第一の鋼板１１と平行な面内で曲げモーメントが作用する場合）

【0043】

【数8】

【0044】

（ｃ）曲げモーメントのみが作用する場合（図４（ｂ）に示すように、第二の鋼板１２と平行な面内で曲げモーメントが作用する場合）

【0045】

【数9】

【0046】

そして、軸方向力と曲げモーメントが同時に作用する箱形断面部材１が高強度鋼板降伏耐力に到達するときの、軸方向力Ｎおよび曲げモーメントＭ_ｙｈ１またはＭ_ｙｈ２は、図５に示すように、上記式（５）～式（７）により算出されるＮ_ｙｈ０とＭ_ｙｈ０１の二点を結ぶ直線またはＮ_ｙｈ０とＭ_ｙｈ０２の二点を結ぶ直線上に分布するものとする。

【0047】

このとき、箱形断面部材１が高強度鋼板降伏耐力に到達するときの曲げモーメントＭ_ｙｈ１またはＭ_ｙｈ２は、箱形断面部材１の軸力比をｎとすると、下記式（８）、式（９）のように計算される。
（ａ）第一の鋼板１１と平行な面内で曲げモーメントが作用する場合

【0048】

【数10】

【0049】

（ｂ）第二の鋼板１２と平行な面内で曲げモーメントが作用する場合

【0050】

【数11】

【0051】

ここで、箱形断面部材１に作用する軸方向力をＮとすると、軸力比ｎは、下記式（１０）で表される。

【0052】

ｎ＝Ｎ／Ｎ_ｙｈ０ ……（１０）
したがって、上記式（８）および上記式（９）は、下記式（１１）および下記式（１２）のように書き換えられる。

【0053】

【数12】

【0054】

【数13】

【0055】

軸方向力と曲げモーメントが同時に作用する箱形断面部材１が高強度鋼板降伏耐力到達に到達する時の曲げモーメントの実際の値は、降伏曲線の非凹性を満たすため、図５に破線で示すように、Ｎ_ｙｈ０とＭ_ｙｈ０１の二点を結ぶ直線またはＮ_ｙｈ０とＭ_ｙｈ０２の二点を結ぶ直線よりも上側に凸に膨らむ曲線になると考えられる。よって、上記式（１１）および上記式（１２）で計算される箱形断面部材１の高強度降伏耐力の概算値を、箱形断面部材１の設計に用いることにより、実際の高強度降伏耐力の値を用いるよりも安全側の設計となる。

【0056】

そこで、箱形断面部材１では、この箱形断面部材１に軸方向力および第一の鋼板１１と平行な面内で曲げモーメントが作用するときの最大曲げモーメントＭ_ｙ１と、箱形断面部材１に軸方向力および第二の鋼板１２と平行な面内で曲げモーメントが作用するときの最大曲げモーメントＭ_ｙ２とが、それぞれ上記式（１１）および上記式（１２）により計算される曲げモーメントＭ_ｙｈ１、Ｍ_ｙｈ２以下となるようにするとともに、従来の方法に従って上記式（３）および上記（４）により計算される降伏曲げモーメントＭ_ｙよりも大きくなるようにする、すなわち、上記式（１）および上記式（２）を満たすようにしている。

【0057】

また、第一の鋼板１１の降伏強度σ_ｙ１と第二の鋼板１２の降伏強度σ_ｙ２の差が大きいほど、上記式（１１）および上記式（１２）により計算される箱形断面部材１の高強度降伏耐力到達時の曲げモーメントＭ_ｙｈ１と、上記式（３）および上記式（４）により計算される降伏曲げモーメントＭ_ｙとの差が大きくなる。したがって、箱形断面部材１の第二の鋼板１２として、引張強度が７８０Ｎ／ｍｍ^２以上の高強度鋼板を用いると、このような高強度鋼板は弾性範囲内で使用することが想定されているので、第二の鋼板１２が有する耐力を有効に活用でき、箱形断面部材１をさらに合理的な構造とすることができる。

【0058】

なお、上記の実施形態では、第一の鋼板１１の板厚ｔ_１が、第二の鋼板１２の板厚ｔ_２よりも大きく設定されている例について説明したが、本発明の箱形断面部材およびその設計方法は、第一の鋼板１１の板厚ｔ_１が、第二の鋼板１２の板厚ｔ_２以下である場合にも適用可能である。

【実施例0059】

図１に示すように、箱形断面部材１を構成する４枚の鋼板のうち、向かい合う一対の鋼板の強度と、他の一対の鋼板の強度とが異なるものについて、従来の方法に従って上記式（３）および上記（４）により計算される降伏曲げモーメントＭ_ｙを用いて耐力を評価した場合と、本発明に従って上記式（１１）および上記式（１２）により計算される高強度鋼板降伏耐力を用いて耐力を評価した場合との比較を行った。

【0060】

本比較では、第一の鋼板１１側の部材幅Ｄ_１は８００ｍｍ、第一の鋼板１１の降伏強度σ_ｙ１は３８５Ｎ／ｍｍ^２、板厚ｔ_１は８０ｍｍとし、第二の鋼板１２側の部材幅Ｄ_２は８００ｍｍ、第二の鋼板１２の降伏強度σ_ｙ２は６３０Ｎ／ｍｍ^２、板厚ｔ_２は５０ｍｍとした。また、第一の鋼板１１と平行な面内で曲げモーメントが作用する載荷方向を載荷方向Ａとし、第二の鋼板１２と平行な面内で曲げモーメントが作用する載荷方向を載荷方向Ｂとした。

【0061】

図６に、従来の方法に従って計算された降伏曲げモーメントと、本発明に従って計算された高強度鋼板降伏耐力とを、比較して示す。

【0062】

図６に示されるとおり、載荷方向が同じもの同士を比較すると、高強度鋼板降伏耐力による耐力の評価値は、降伏曲げモーメントによる耐力の評価値よりも高くなっている。

【0063】

曲げモーメントが作用せず軸方向力のみ作用する場合は、高強度鋼板降伏耐力による耐力の評価値は、降伏曲げモーメントによる耐力の評価値よりも約２０％高くなっている。また、軸方向力が作用せず曲げモーメントのみが作用する場合は、載荷方向Ａでは約５０％、載荷方向Ｂでは約１２％程度、耐力の評価値が高くなっている。このように、本発明の箱形断面部材およびその設計方法によれば、高強度鋼板降伏耐力を用いて耐力を評価することにより、箱形断面部材を構成する各鋼板が有する耐力、特に第二の鋼板の耐力を有効に活用でき、箱形断面部材を合理的な構造とすることができることが確認された。

【符号の説明】

【0064】

１ 箱形断面部材
１１ 第一の鋼板
１２ 第二の鋼板
１３ 角溶接
ｔ_１ 第一の鋼板の板厚
ｔ_２ 第二の鋼板の板厚
σ_ｙ１ 第一の鋼板の降伏強度
σ_ｙ２ 第二の鋼板の降伏強度
ｄ_ｃ１ 第一の鋼板の板厚中心間距離
ｄ_ｃ２ 第二の鋼板の板厚中心間距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】