(57)【要約】【課題】高力ボルト摩擦接合構造において、金属溶射処理を用いて摩擦抵抗を高めつつ、工程の自由度を保つ。【解決手段】高力ボルト摩擦接合構造は、接合面の間に挿入されるフィラープレートを備え、フィラープレートは、両面に金属溶射層が形成された本体部と、本体部から立ち上がる逆Ｌ字形状の係合部とを含む。係合部は、接合面を構成する鋼材のうちの１つに係合する。フィラープレートの本体部の両面に金属溶射層が形成されていることによって、摩擦抵抗を高めることができる。また、係合部を用いてフィラープレートを鋼材に係合させることによって、金属溶射層が形成されるフィラープレートを接合面を構成する鋼材とは別の部材にし、工程の自由度を保つことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高力ボルト摩擦接合構造であって、
接合面の間に挿入されるフィラープレートを備え、
前記フィラープレートは、両面に金属溶射層が形成された本体部と、前記本体部から立ち上がる逆Ｌ字形状の係合部とを含み、
前記係合部は前記接合面を構成する鋼材のうちの１つに係合する、高力ボルト摩擦接合構造。
【請求項２】
前記係合部の逆Ｌ字形状の先端部分にはねじ孔が形成され、前記ねじ孔には前記鋼材の前記接合面とは反対側の面に当接するねじが挿通される、請求項１に記載の高力ボルト摩擦接合構造。
【請求項３】
前記係合部の逆Ｌ字形状の先端部分は前記本体部に向かって張り出し、前記係合部は弾性変形することによって前記本体部との間に前記鋼材を挟み込む、請求項１に記載の高力ボルト摩擦接合構造。
【請求項４】
前記本体部は矩形状であり、前記係合部は前記矩形状の対向する２つの辺にそれぞれ形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高力ボルト摩擦接合構造。
【請求項５】
前記接合面を構成する鋼材は、柱の側面に接合されたガセットプレートと、梁を構成する形鋼のウェブとを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の高力ボルト摩擦接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高力ボルト摩擦接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築や土木の分野において、鋼構造物（建物や橋梁など）の骨組みを構成する鋼材同士の接合構造として、高力ボルトなどの締付具で鋼材を締め付け、この締め付けの圧縮力によって生じる摩擦抵抗で鋼材同士を接合する摩擦接合が一般的に利用されている。摩擦接合では、母材（柱や梁、筋交いなど）やスプライスプレート、ガセットプレートなどの鋼材の接合面に高摩擦加工を施すことが広く行われている。高摩擦加工によって接合面の摩擦抵抗が大きくなれば、例えばより少ない数の高力ボルトで必要な接合強度を確保することができるため、接合部を小さくすることができ、鋼材や高力ボルトなどの使用材料を少なくできるほか、ボルト孔加工や締付施工も軽減することができ、合理的である。
【０００３】
上記のような摩擦接合に関して、例えば、特許文献１には、高力ボルト摩擦接合構造において、接合面を構成する鋼材のうち少なくとも一方にアルミニウム溶射処理を施し、金属溶射層の気孔率および厚さ寸法を特定の範囲に設定することによって、摩擦抵抗を確実に高めて合理的な設計を実現する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９２０５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１に記載されたような技術では、接合部を構成する鋼材、すなわち母材や添板、ガセットプレートなどに金属溶射処理が施されることになるため、これらの鋼材の製造工程に金属溶射処理の工程を組み込まなくてはならず、それが工程の自由度を低下させる場合があった。
【０００６】
そこで、本発明は、金属溶射処理を用いて摩擦抵抗を高めつつ、工程の自由度を保つことが可能な、新規かつ改良された高力ボルト摩擦接合構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、高力ボルト摩擦接合構造は、接合面の間に挿入されるフィラープレートを備え、フィラープレートは、両面に金属溶射層が形成された本体部と、本体部から立ち上がって接合面を構成する鋼材のうちの１つに係合する逆Ｌ字形状の係合部とを含む。
【０００８】
上記の高力ボルト摩擦接合構造では、フィラープレートの本体部の両面に金属溶射層が形成されていることによって、摩擦抵抗を高めることができる。また、係合部を用いてフィラープレートを鋼材に係合させることによって、金属溶射層が形成されるフィラープレートを接合面を構成する鋼材とは別の部材にし、工程の自由度を保つことができる。
【０００９】
上記の高力ボルト摩擦接合構造において、係合部の逆Ｌ字形状の先端部分にはねじ孔が形成され、ねじ孔には鋼材の接合面とは反対側の面に当接するねじが挿通されてもよい。これによって、様々な板厚の鋼材に係合部を容易に係合させることができる。
【００１０】
上記の高力ボルト摩擦接合構造において、係合部の逆Ｌ字形状の先端部分は本体部に向かって張り出し、係合部は弾性変形することによって本体部との間に鋼材を挟み込んでもよい。これによって、別途の部品を用いることなく係合部を鋼材に係合させることができる。
【００１１】
上記の高力ボルト摩擦接合構造において、本体部は矩形状であり、係合部は矩形状の対向する２つの辺にそれぞれ形成されてもよい。これによって、フィラープレートを安定的に鋼材に取り付けることができる。なお、本体部の形状は矩形状には限られない。また、係合部は１つだけ設けられてもよいし、３つ以上設けられてもよい。
【００１２】
上記の高力ボルト摩擦接合構造において、接合面を構成する鋼材は、柱の側面に接合されたガセットプレートと、梁を構成する形鋼のウェブとを含んでもよい。このような接合部では接合面が１面であるため、金属溶射層によって摩擦抵抗を高める効果が大きい。なお、接合面が２面以上である場合、例えば母材と１対のスプライスプレートとの間に接合面が形成される場合にも、上記の高力ボルト摩擦接合構造は有効である。
【発明の効果】
【００１３】
以上で説明したように、本発明によれば、高力ボルト摩擦接合構造において、金属溶射処理を用いて摩擦抵抗を高めつつ、工程の自由度を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造を示す図である。
【図２】図１に示す高力ボルト摩擦接合構造におけるフィラープレートの取り付け方法の例について説明するための図である。
【図３】図１に示す高力ボルト摩擦接合構造におけるフィラープレートの取り付け方法の別の例について説明するための図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造を示す図である。図１には、鋼製の溶接組立箱形断面の柱１とＨ形鋼の梁２との接合部が示されている。柱１の側面にはガセットプレート３が溶接接合される。ガセットプレート３と梁２のウェブ４との間に、本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造１０の接合面が形成される。高力ボルト摩擦接合構造１０では、ガセットプレート３とウェブ４とが高力ボルト１１を用いて締め付けられ、この締め付けの圧縮力によって生じる摩擦抵抗でガセットプレート３とウェブ４とが接合される。一方、梁２のフランジ５は、柱１の側面に溶接接合される。
【００１７】
上記のような接合部は、例えば、工場で柱１の側面にガセットプレート３を溶接接合しておき、現場でガセットプレート３とウェブ４との間を高力ボルト摩擦接合構造１０によって接合するとともに、梁２のフランジ５を柱１の側面に溶接接合することで施工される（ウェブ４の端面も柱１の側面に溶接接合されてもよい。また、補強のためにガセットプレート３とウェブ４とが溶接接合されてもよい）。このような工法は現場施工性に優れるが、高力ボルト摩擦接合構造１０では接合面がガセットプレート３とウェブ４との間の１面だけであるため、必要な接合強度を確保するために（例えば接合面が２面である場合よりも）必要とされる高力ボルト１１の本数が多くなる傾向があった。
【００１８】
ここで、上述した特許第４９２０５６０号公報に記載された技術を用いて、接合面を構成するガセットプレート３にアルミニウム溶射処理（溶融状態にしたアルミニウムを接合面に高速で吹き付けて薄い皮膜を形成する表面処理）を施せば、接合面のすべり係数が高くなることによって、より少ない本数の高力ボルト１１で十分な接合強度を得ることができる。しかしながら、上記のようにガセットプレート３を工場で柱１の側面に溶接接合する場合、例えばガセットプレート３を製造してから柱１に溶接接合するまでの間にアルミニウム溶射処理の工程を組み込まなくてはならず、それによって工程の自由度が低下する可能性がある。そこで、本発明者らは、工程の自由度を保ちながら、アルミニウム溶射処理によって摩擦抵抗を高める手法を検討した。
【００１９】
高力ボルト摩擦接合構造１０は、ガセットプレート３とウェブ４との接合面の間に挿入されるフィラープレート１２を含む。フィラープレート１２は、両面にアルミニウム溶射層が形成された本体部１３を含む。この本体部１３がガセットプレート３とウェブ４との間に挟着されることで、接合面にアルミニウム溶射処理を施した場合と同等の摩擦抵抗を得ることができ、従ってより少ない本数の高力ボルト１１で十分な接合強度を実現できる。また、アルミニウム溶射処理によって本体部１３に反りや波打ちなどの変形が生じたとしても、最終的にガセットプレート３とウェブ４との間に挟着されることでこの変形は矯正される。従って、フィラープレート１２はアルミニウム溶射処理が可能な範囲で薄くすることができ、またアルミニウム溶射処理において本体部１３を平坦に保つような調整を加える必要がない。
【００２０】
さらに、フィラープレート１２は、本体部１３の両端部にそれぞれ形成された係合部１４を含む。係合部１４は、本体部１３から立ち上がる逆Ｌ字形状の部分であり、ガセットプレート３の幅方向の両端部にそれぞれ係合する。なお、ガセットプレート３の幅方向は、梁２の上下方向、すなわちウェブ４の幅方向に一致する。フィラープレート１２は、例えばガセットプレート３が柱１に溶接接合された後に、係合部１４を用いてガセットプレート３に取り付けられる。ガセットプレート３の製造、およびガセットプレート３の柱１への溶接接合の工程と、フィラープレート１２のアルミニウム溶射処理工程とが分離されることによって、工程の自由度を保つことができる。
【００２１】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、図１に示す高力ボルト摩擦接合構造におけるフィラープレートの取り付け方法の例について説明するための図である。図２（Ａ）はガセットプレート３にフィラープレート１２ａを取り付けた状態を示す図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のII−II線矢視図である（柱１は図示されていない）。図示された例において、フィラープレート１２ａは、ガセットプレート３の幅に対応する長さを有する矩形状の本体部１３と、本体部１３の長手方向の両端で対向する２つの辺にそれぞれ形成された係合部１４ａとを含む。係合部１４ａは、本体部１３から立ち上がる逆Ｌ字形状の部分であり、逆Ｌ字形状の先端部分１４１、すなわち本体部１３に対向して延びる部分にはねじ孔が形成される。このねじ孔にはねじ１４２が挿通され、ねじ１４２はガセットプレート３の接合面とは反対側の面に当接する。ねじ１４２が本体部１３との間でガセットプレート３を挟み込むことによって、ガセットプレート３に対するフィラープレート１２ａの位置が保持される。ねじ１４２を用いることによって、様々な板厚のガセットプレート３に係合部１４ａを容易に係合させることができる。
【００２２】
例えば、ガセットプレート３および本体部１３にそれぞれ形成される貫通孔６，１３１にドリフトピンなどを挿入した上で、ねじ孔にねじ１４２を挿通してガセットプレート３に当接させることによって、高力ボルト１１を用いた施工に適した位置にフィラープレート１２ａを固定することができる。このような位置合わせを容易にするために、本体部１３の長さをガセットプレート３の幅よりもわずかに長くしてもよい。なお、高力ボルト摩擦接合構造１０の完成後は、本体部１３がガセットプレート３とウェブ４との間に挟着されるため、ねじ１４２は必ずしもフィラープレート１２ａをガセットプレート３に強固に結合する必要はなく、高力ボルト摩擦接合構造１０の施工時にフィラープレート１２ａの位置を保持できれば十分である。
【００２３】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、図１に示す高力ボルト摩擦接合構造におけるフィラープレートの取り付け方法の別の例について説明するための図である。図３（Ａ）はガセットプレート３にフィラープレート１２ｂを取り付けた状態を示す図であり、図３（Ｂ）は図２（Ａ）のIII−III線矢視図である（柱１は図示されていない）。図示された例において、係合部１４ｂは、本体部１３から立ち上がる逆Ｌ字形状の部分であり、逆Ｌ字形状の先端部分１４５、すなわち本体部１３に対向して延びる部分は本体部１３に向かって張り出している。この張り出しのために、先端部分１４５と本体部１３との距離は最も近い部分でガセットプレート３の厚みを下回る。係合部１４ｂがガセットプレート３の端部に係合すると、先端部分１４５を含む係合部１４ｂが弾性変形し、先端部分１４５と本体部１３との間にガセットプレート３を挟み込む。これによって、ガセットプレート３に対するフィラープレート１２ｂの位置が保持される。先端部分１４５を上記のように形成して係合部１４ｂの弾性変形を利用することによって、別途の部品を用いることなく係合部１４ｂをガセットプレート３に係合させることができる。
【００２４】
例えば、係合部１４ｂがガセットプレート３を挟み込むようにフィラープレート１２ｂを配置した上で、ガセットプレート３および本体部１３にそれぞれ形成される貫通孔６，１３１にドリフトピンなどが挿入できるようにフィラープレート１２ｂとガセットプレート３との位置関係を調整することによって、高力ボルト１１を用いた施工に適した位置にフィラープレート１２ｂを固定することができる。このような位置合わせを容易にするために、本体部１３の長さをガセットプレート３の幅よりもわずかに長くしてもよい。上記のフィラープレート１２ａの例と同様に、弾性変形する係合部１４ｂは必ずしもフィラープレート１２ｂをガセットプレート３に強固に結合する必要はなく、高力ボルト摩擦接合構造１０の施工時にフィラープレート１２ｂの位置を保持できれば十分である。
【００２５】
以上、本発明の第１の実施形態について説明した。本実施形態では、高力ボルト摩擦接合構造１０において、柱１の側面に溶接接合されたガセットプレート３と、梁２を構成するＨ型鋼のウェブ４との間に形成される接合面にフィラープレート１２が挿入された。フィラープレート１２の本体部１３の両面にアルミニウム溶射層が形成されていることによって、摩擦抵抗を高めた摩擦接合構造を実現することができる。また、係合部１４を用いてフィラープレート１２をガセットプレート３に係合させることによって、アルミニウム溶射層が形成されるフィラープレート１２をガセットプレート３や梁２とは別の部材にし、工程の自由度を保つことができる。
【００２６】
なお、本実施形態ではフィラープレート１２の係合部１４がガセットプレート３に係合したが、他の実施形態では係合部がウェブ４に係合してもよい。この場合、例えば、係合部は矩形状の本体部１３の長辺に１つだけ形成され、柱１の側面に対向するウェブ４の端面に係合する。係合部は、例えば上記の例における係合部１４ａ，１４ｂのいずれかと同様の方法でウェブ４に係合する。なお、上記の例における係合部１４ａ，１４ｂのようにフィラープレート１２の係合部がガセットプレート３に係合する場合も、係合部が矩形状の本体部１３の長辺に１つだけ形成されてもよい。あるいは、係合部は、例えば対向する２つの短辺と長辺に合計３つ形成されてもよい。
【００２７】
また、本実施形態ではフィラープレート１２の本体部１３の両面にアルミニウム溶射層を形成したが、他の実施形態では亜鉛アルミニウム合金や亜鉛など、他の低強度金属による金属溶射層が本体部１３の両面に形成されてもよい。
【００２８】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造を示す図である。図４には、Ｈ形鋼の梁２１，２２の接合部が示されている。梁２１，２２のそれぞれのフランジ２３，２４と、その両面に配置される１対のスプライスプレート２５，２６との間に、本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造３０の接合面が形成される。高力ボルト摩擦接合構造３０では、スプライスプレート２５，２６とフランジ２３とが高力ボルト３１ａを用いて締め付けられ、この締め付けの圧縮力によってスプライスプレート２５，２６とフランジ２３とが接合される。同様に、スプライスプレート２５，２６とフランジ２４とが高力ボルト３１ｂを用いて締め付けられることによって接合される。高力ボルト摩擦接合構造３０は、スプライスプレート２５とフランジ２３，２４との間に挿入されるフィラープレート３２ａと、スプライスプレート２６とフランジ２３，２４との間に挿入されるフィラープレート３２ｂとを含む。
【００２９】
上記のような高力ボルト摩擦接合構造３０は、梁２１，２２のフランジ２３，２４に１対のスプライスプレート２５，２６を接合することによって、梁２１と梁２２とを接続する。高力ボルト摩擦接合構造３０では接合面がスプライスプレート２５側およびスプライスプレート２６側で２面あるため、上記の第１の実施形態のように接合面が１面だけである場合に比べれば必要な接合強度は確保しやすい。しかしながら、このような場合であっても、接合面のすべり係数が高くなれば、より少ない本数の高力ボルト３１ａ，３１ｂで、またより短いスプライスプレート２５，２６で十分な接合強度を得ることができる。本実施形態では、両面にアルミニウム溶射層が形成されたフィラープレート３２ａ，３２ｂの本体部３３がスプライスプレート２５とフランジ２３，２４との間、およびスプライスプレート２６とフランジ２３，２４との間に挟着されることで、接合面にアルミニウム溶射処理を施した場合と同等の摩擦抵抗を得ることができ、従ってより少ない本数の高力ボルトで十分な接合強度を得ることができる。
【００３０】
例えば、上記のようなフィラープレート３２ａ，３２ｂを設けずに、スプライスプレート２５，２６にアルミニウム溶射処理を施すことも可能である。しかしながら、梁２１，２２の間に作用する荷重に対抗するためにある程度の厚みが必要なスプライスプレート２５，２６とは異なり、フィラープレート３２ａ，３２ｂはアルミニウム溶射処理が可能な範囲で薄くすることができるため、搬送などの取扱が容易である。また、第１の実施形態と同様に、フィラープレート３２ａ，３２ｂにおいて本体部３３を平坦に保つような調整を加える必要はない。従って、本実施形態でも、フィラープレート３２ａ，３２ｂを設けることによって、アルミニウム溶射処理によって摩擦抵抗を高めながら、工程の自由度を保つことができる。
【００３１】
本実施形態において、フィラープレート３２ａ，３２ｂの本体部３３の両端部にはそれぞれ係合部３４が形成される。係合部３４は、上記で図２に示した例と同様に本体部３３から立ち上がる逆Ｌ字形状の部分であり、逆Ｌ字形状の先端部分３４１にはねじ孔が形成される。このねじ孔にはねじ３４２が挿通され、ねじ３４２はスプライスプレート２５，２６の接合面とは反対側の面に当接する。ねじ３４２が本体部３３との間でスプライスプレート２５，２６を挟み込むことによって、スプライスプレート２５，２６に対するフィラープレート３２ａ，３２ｂの位置が保持される。
【００３２】
なお、係合部３４では、上記で図３に示した例と同様に逆Ｌ字形状の先端部分が本体部３３に向かって張り出し、係合部３４の弾性変形によってフィラープレート３２ａ，３２ｂの位置が保持されてもよい。また、係合部を矩形の本体部３３の対向する２つの短辺にそれぞれ形成する代わりに、長辺に１つだけ形成する、あるいは、対向する２つの短辺と長辺に合計３つ形成することも可能である。あるいは、フィラープレート３２ａ，３２ｂは、係合部を用いてフランジ２３，２４に取り付けられてもよい。
【００３３】
以上、本発明の第２の実施形態について説明した。本実施形態では、高力ボルト摩擦接合構造３０において、母材である梁２１，２２のフランジ２３，２４と、１対のスプライスプレート２５，２６との間に形成される接合面にフィラープレート３２ａ，３２ｂが挿入された。フィラープレート３２ａ，３２ｂの本体部３３の両面にアルミニウム溶射層が形成され、かつフィラープレート３２ａ，３２ｂが係合部３４を用いてスプライスプレート２５，２６に係合されることによって、上述の第１の実施形態と同様に摩擦抵抗を高めた摩擦接合構造を実現しつつ、工程の自由度を保つことができる。このように、本発明の実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造は、接合面の数および形状に限らず、様々な接合部に適用することが可能である。
【実施例】
【００３４】
本発明の実施例として、上記の第１の実施形態で説明したような柱１と梁２の接合部を設計比較した。柱１は引張強度６００ＭＰａ級の鋼材で形成される鋼製の溶接組立箱形断面であり、箱型断面の長辺は５００ｍｍ、短辺は７０ｍｍである。柱１の短辺側の側面にガセットプレート３が溶接接合される。ガセットプレート３はＳＮ４９０で形成され、板厚２５ｍｍ、幅７００ｍｍである。梁２はＳＮ４９０で形成されるＨ形鋼であり、ウェブ高さ９００ｍｍ、フランジ幅４００ｍｍ、ウェブ厚１９ｍｍ、フランジ厚４０ｍｍである。フィラープレート１２の板厚は３ｍｍであり、本体部１３は長辺７３５ｍｍ、短辺１３５ｍｍの矩形状である。
【００３５】
上記のような接合部において、ガセットプレート３およびウェブ４の接合面にはそれぞれブラスト処理を施し、フィラープレート１２の本体部１３の両面にはブラスト処理に加えてアルミニウム溶射処理を施した場合のすべり係数を用いた結果、１１本の高力ボルト１１で十分な接合強度を得ることができた。
【００３６】
一方、比較例では、同様の柱１と梁２の接合部にフィラープレート１２を設けず、ガセットプレート３およびウェブ４のそれぞれの接合面にブラスト処理を施した上で直接的に接合した場合のすべり係数を用いた。両面にアルミニウム溶射層が形成された本体部１３を含むフィラープレート１２が設けられない結果、接合面のすべり係数は実施例の場合よりも低くなり、十分な接合強度を得るためには１８本の高力ボルト１１が必要であった。
【００３７】
以上の実施例および比較例の設計比較では、本発明の実施形態に係る高力ボルト摩擦接合構造１０では、フィラープレート１２を設けることによって、フィラープレート１２を設けない場合に比べて６０％程度の高力ボルト１１の本数で十分な接合強度を得られることが示された。実施例では、ガセットプレート３およびウェブ４については比較例と同様に接合面にブラスト処理を施すだけでよく、フィラープレート１２はそれらの準備工程とは別に用意されるため、工程の自由度は保たれている。
【００３８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００３９】
１…柱、２…梁、３…ガセットプレート、４…ウェブ、５…フランジ、６…貫通孔、１０…高力ボルト摩擦接合構造、１１…高力ボルト、１２，１２ａ，１２ｂ…フィラープレート、１３…本体部、１３１…貫通孔、１４，１４ａ，１４ｂ…係合部、１４１，１４５…先端部分、１４２…ねじ、２１，２２…梁、２３，２４…フランジ、２５，２６…スプライスプレート、３０…高力ボルト摩擦接合構造、３１ａ，３１ｂ…高力ボルト、３２ａ，３２ｂ…フィラープレート、３３…本体部、３４…係合部、３４１…先端部分、３４２…ねじ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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