支持材の耐荷力は、ほとんどすべての場合、圧縮側フランジの座屈によって制限される。これは、圧縮された下フランジ全体で応力が均等化された後、降伏点に達したときにのみ生じる。強い横方向支持がある場合にのみ、負担できる縁応力を、建設用鋼の加工硬化領域まで高めることができる。耐荷力を評価する際には、実際の応力分布を考慮しなければならない。応力が直線分布すると仮定すると、耐荷力は過小評価される。不安定現象は特に注意して調べなければならない。

曲げ荷重を受ける支持材における孔の控除

梁の引張側では、引張材の場合と同様に断面の弱化が作用します(弱化した断面での引張フランジの破断)。その意味での孔の回避については、引張材の場合と同じ規則が適用されます。

梁の圧縮側にあるリベット充填孔は、応力およびひずみの分布にほとんど影響を与えず、また耐荷力は主として圧縮縁の横座屈によって制限されるため、対称断面梁における断面弱化の大きさは、耐荷重に大きな影響を及ぼさない。したがって、F. Hartmann はすでに、対称梁においてそもそも孔による弱化を考慮する必要があるのかという問題を提起している。非対称断面(圧縮側が強い)では、引張側の孔による控除が耐荷力にとって支配的となることがある。繰り返し荷重下では、縁繊維からかなり離れた位置にあっても、孔は大きな影響を及ぼす。

現在、断面の曲げ耐力の算定では、総断面と正味断面が用いられる(その他の主要な破壊形態に加えて)。総断面破壊は、孔によって弱められていない断面部分で生じる。正味断面破壊は、孔によって弱められた断面で生じ、考慮される面積は、すべての開口部の面積を差し引いた総面積である。

首部および頭部のリベット

曲げでは、垂直応力のほかにせん断応力も生じ、平行フランジをもつ梁ではそれは横力 Q に比例する。複雑断面では、各圧延形鋼の接触面におけるせん断応力を、それらを結合するリベットが受け持つ。ウェブ内のせん断力 T の分布は放物線状で、フランジ内ではほぼ直線状である。重いフランジをもつ梁では、ウェブ内の T は平均値 Tm とほとんど差がなく、この値は第一次評価にはしばしば十分である。

リベット接合およびボルト接合 – 曲げを受ける支持材

図1

頭部のリベット(図 1b)は、合わせて主梁の力 TK < TH を受け持たなければならない。個々の帯板ラミナ間のせん断力はさらに小さく、図 1c の場合のように、より多くのリベットに分担される。

はりの継手

縦板の継ぎ足し部分 は、板の高さが使用可能な板材の幅より大きい場合に必要である。製作上および輸送上の理由から必要となることもある。ある支持材の縦方向継ぎ足し部にある添え板とリベットは、継ぎ足しのない板が縦継手において受けるのと同じ力 TL を受け持たなければならない。添え板の孔による弱化は縦板の場合と同程度であるため、添え板の厚さはリブの厚さより大きいか、少なくとも同等でなければならない。

縦板の長手方向接手

図 2 - 垂直板の縦方向継ぎ目

_曲げ荷重を受ける横継ぎ_は、さまざまな方法で添え板によって覆うことができる。図 3 は、縦板のみを継いだ 工場継ぎ の複数の可能性を示している。添え板が帯状アングル材の間にのみある場合(図 3a)、帯状アングル材の下にある縦板の帯が露出したまま残る。その場合、アングル材とリベットは縦板継ぎ部で著しく高い荷重を受けるため、この種の継ぎは、小さな力を受ける重要度の低い接合に限定すべきである。完全に被覆された継ぎを常に優先すべきである。アングル材の縦脚に設けた特別な添え板は、この帯の軸方向応力を負担するが、横せん断力の負担にはわずかしか寄与しない。この点である程度の改善をもたらすのが図 3cである。大きな力が作用する場合には、縦板の全高さにわたる添え板(図 3d)を目指すべきであり、そのためには帯状アングル材を途中で切断する必要がある。添え板の厚さはアングル材の脚厚に合わせる。アングル材が厚い場合は、添え板の不要な厚みを節約するために調整用スペーサーを用いる。

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Sl. 3 - 縦板の横継手(工場製作)

横せん断力を受ける縦板の継手: 継手位置においては、部材には Q のみが作用する(M = 0)。等間隔のリベットを有する継手(図 4)では、リベットに作用する力 NiQ は、継手部の対応する面積要素 e*t におおむね対応すると仮定しなければならない。すなわち、リベット内の力は部材高さに沿ったせん断応力と同様に分布するとみなし、NiQ = e*t*τi = e*Ti とする。しかし設計では、全 n 個のリベットに均等に分布するとして NiQ = Q/n と計算する。

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図 4 - 横せん断力分布を伴う垂直板の継続

図 5 は、縦板の工場接手を示している(補強アングル材とラメラは別の箇所で継いである)。

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図5

曲げと軸力: 曲げモーメントと軸力を同時に受ける梁は、同じ原理に従い、応力が直線分布すると仮定して設計します。両フランジでリベットを完全に差し引く場合、有効断面と中立軸の位置は荷重条件に依存しないため、M および N による応力は単純に加算できます。継手のリベットにかかる荷重は、部分荷重ケース M および N による力の重ね合わせで求めます。

支持と柱の接続

ここでは、数多くの解のうち最も一般的なものだけを扱う。評価に際しては、より多かれ少なかれ理想化された耐力計算からの逸脱によって生じる補助力を常に考慮しなければならない。

単純支持 は、他の構造要素の上弦材に1本の梁を載せる場合で、十分な構造高さが確保できるときに適用される。通常は、リベットまたはボルトによる剛結合である。図 6 には、建築における連続I形母屋の通常の支持が示されており、これも狭いI形フランジへの穴あけを避けるものである。場合によっては、梁は転倒および横力に対しても固定しなければならない(図 7 および 8)。橋梁では、梁を対にすることが多い(図 9);縦梁を横梁に固定支持する場合(図 10)。梁は、より大きな支持力が作用する場合、嵌合した山形鋼または溶接された形鋼で補剛しなければならない(図 8 から 10)。複合梁では、荷重を腹板に伝達しなければならない。

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図 6 - 母屋の固定

座屈および横方向力に対する支持材の補剛

図 7 および 8

対になった縦梁の横梁への支持

図 9 および 10

リブ接合:図 11 および 12 には、建築分野で通常の接合として用いられるI形鋼の接合が示されている。切欠き部には大きな丸みを付け、部材リブの割裂を防ぐ。リブ接合による弾性拘束は、ある程度の耐力向上をもたらす。記述した変形は、たとえば古い橋梁のように、主として静的な荷重を受ける場合には、確かに無害である。

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図 11。- 端部断面が垂直な I 形鋼の標準接合部

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図 12 - I形鋼の切断端部を用いた標準接合

曲げに対して剛な接合 は、角度を変えない接合が必要な場合(連続支持梁、ラーメンの剛接合隅角部)や、変動荷重、特に鉄道橋において疲労破壊の危険がある場合に採用される。連続用ラメラ、曲げに対して剛な接合、曲げに対して剛な隅角部、ラーメン隅角部を使用できる。

  • 連続用リベットプレート – 同一平面上にある支持材を接続する必要がある場合は、両方の上弦材を プレート または 連続用タイバー で接続する。こうして接合部のリベットは引張力から解放され、大きな変形を避けられる。sl95

図 13 - 連続性のためのラメラ接合部

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図 14 - 高速道路橋 a) および鉄道橋 b) の縦桁の接続

  • 曲げに対して剛な接続 – この種の接続は、道路橋の歩道用の実質的な片持ち部で見られる。小さなモーメントの場合、その縦板は主桁を補剛するアングル材の間に二面せん断でのみ接続される。導入されたモーメントは、補剛材を通じて主桁の全高に分配され、すなわち力の偶力としてそのフランジに導入される。

道路橋歩道の片持ち部の剛接合

図 15 および 16

  • 曲げに対して剛な隅角 — 建築における柱と梁の間の曲げ剛な隅角は、角度が不変で、いかなる局所的な応力超過も生じないように設計しなければならない。信頼性の高い隅角接合は、たとえば図 16 のように翼板を用いる場合、または図 100 のように柱のフランジ部における固定モーメントを力の偶力として受ける場合に得られる。
  • 枠の角部 – 多角形フレームでは、角度差が小さい場合、継手を折れ点で製作することができる。接続された部材は、引張材および圧縮材と同様にタイ材で覆われる。回転力は折れ点に集中し、補剛材で受けなければならない。図 101 では、曲げモーメントと横方向力の向きに応じて、継手の被覆と補剛の違いに注意されたい。力が大きく、角度差がかなりある場合には、継手がフレームの強く曲がった部分に入ることを避ける。フレームの角部の近くに継手を設けると、より良い構造形状が得られ、製作も容易になる。折れ点の両側にリベット接合の汎用継手を用いた例を図 102a および図 102b に示す。そこでは角部は溶接部から成る。図 103 には、フレーム柱の曲げに対して剛な接合と連続梁との関係が示されている。

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図 17a

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図 17b

斜めの接合: これまで検討した接合では、ウェブは互いに直角に配置されていた。しかし角度が直角でない場合、アングル材(図 18)は回転させて用い、非常に鋭角の場合にはくさび形のスペーサーを使用する。連続性のための添え材や支承片は、必要に応じて直角接合の場合と同様に用いる。曲げられた接合板(図 19)は大きな偏心とかなりの付加力を伴う。斜め接合の製作は、溶接された接合プレート(図 20)を用いると容易になる。

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図18

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図19

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図20