(57)【要約】【課題】被接合材の母材断面を低減でき、力学的性能に優れる高力ボルト摩擦接合継手およびそれを備えた構造体を提供する。【解決手段】高力ボルト孔を有する被接合材の母材２と添板３の間に介在板４を挟み込み、母材、添板及び介在板を高力ボルト５によって摩擦接合する。母材２と介在板４の互いに対向する対向面どうしの摩擦係数を、添板３と介在板４の互いに対向する対向面どうしの摩擦係数より大きくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高力ボルト孔を有する被接合材の母材と添板の間に介在板を挟み込み、前記母材、前記添板及び前記介在板を高力ボルトによって摩擦接合する高力ボルト摩擦接合継手であって、
前記母材と前記介在板の互いに対向する対向面どうしの摩擦係数を、前記添板と前記介在板の互いに対向する対向面どうしの摩擦係数より大きくしたことを特徴とする高力ボルト摩擦接合継手。
【請求項２】
高力ボルト孔を有する被接合材の母材と添板の間に介在板を挟み込み、前記母材、前記添板及び前記介在板を高力ボルトによって摩擦接合する高力ボルト摩擦接合継手であって、
前記母材と前記介在板の互いに対向する対向面どうしの当該高力ボルト摩擦接合継手に作用する外力の主方向における摩擦係数を、前記添板と前記介在板の互いに対向する対向面どうしの前記主方向における摩擦係数より大きくしたことを特徴とする高力ボルト摩擦接合継手。
【請求項３】
当該高力ボルト摩擦接合継手に所定値以上の外力が作用するとき、前記添板と前記介在板の互いに対向する対向面どうしの間ですべりが生じるが、前記母材と前記介在板の互いに対向する対向面どうしの間ですべりが生じることなく前記母材と前記介在板が一体で挙動することを特徴とする請求項１または２に記載の高力ボルト摩擦接合継手。
【請求項４】
前記介在板の高力ボルト孔による欠損断面積を控除した有効断面積と前記介在板の強度の積で求まる耐力で、前記被接合材の母材の高力ボルト孔による欠損断面積と前記母材の強度の積で求まる耐力を補填することにより、前記介在板で補填できる耐力分だけ前記母材の有効断面積として前記高力ボルト孔による欠損断面積を低減できることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の高力ボルト摩擦接合継手。
【請求項５】
前記介在板の両面に波型の突起を有しかつ両面の突起形状を変えることで、前記摩擦係数の値を調整することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の高力ボルト摩擦接合継手。
【請求項６】
前記高力ボルトの締め付け力が、前記介在板の波型の突起が被接合材に食い込む程度導入されることを特徴とする請求項５に記載の高力ボルト摩擦接合継手。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の高力ボルト摩擦接合継手を備える構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は締め付け力を導入した高力ボルト摩擦接合継手およびそれを備えた構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼構造物のボルト接合の―つとして、高力ボルト摩擦接合がある。鉄骨構造や鉄骨鉄筋コンクリート構造等で鉄骨を利用する建築、土木、プラント構造物等に広く用いられている。高力ボルト摩擦接合は、高力ボルトに軸力を導入することで鉄骨部材を締め付け、部材間に生じる摩擦力によって力を伝達する接合方法である。摩擦力の大小によって摩擦接合の性能が決まる。摩擦力の大小は、主に高力ボルトの本数、締め付け力と部材摩擦面(接触面)の表面粗度によって決まり、部材摩擦面の表面粗度を確保するためにショットブラストを施したり、赤錆を発生させたりすることで、一般的に０．４〜０．５程度の摩擦係数を得ている。
【０００３】
高力ボルト摩擦接合継手では、作用する外力に対して、摩擦面ですべりを生じないように高力ボルト径、本数、締め付け力および摩擦面処理方法を決めている。また、高力ボルト摩擦接合継手の被接合材の母材と添板では、高力ボルト孔による欠損断面積を控除した有効断面積と鋼材の降伏強度の積で求まる許容耐力で抵抗できるようにしている。更に、その継手の許容耐力以上の外力が作用するような終局状態では、摩擦面でのすべりを許容し、最終的には高力ボルトの支圧で抵抗する。この場合、母材と添板では、有効断面と鋼材の引張強さの積で求まる終局耐力で抵抗する。以上のように、高力ボルト摩擦接合継手の被接合材では有効断面積が耐力計算上重要となり、高力ボルト孔による欠損断面積があるために部材の板厚が大きくなる要因となっている。
下記の特許文献１〜４には、高力ボルト摩擦接合継手の母材と添板との間に両面に特別な加工を施した接合補助部材を挿入することで、母材と接合補助部材および添板と接合補助部材との摩擦係数をそれぞれ大とし、母材と添板との摩擦係数を大としたときと同じような効果が得られる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】特公平８−３０３６４号公報
【特許文献２】特許第２９３６４５５号公報
【特許文献３】特開平１０−１８４２３号公報
【特許文献４】特開平４−２３７７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
鋼構造物の接合方法の―つとして広く利用されている高力ボルト摩擦接合継手において、その継手の合理化が図れればコスト削減に大きく寄与する。高力ボルト摩擦接合継手の合理化には、高力ボルトの合理化と母材および添板の被接合材の合理化が挙げられる。その実現のために、より大きな締め付け力を導入できる高張力の高力ボルトが開発され、これに伴いボルト本数が低減でき、その結果として、添板重量の低減にも寄与している。また、前記特許文献１〜４には、接合補助部材を使用することで、あたかも母材と添板との摩擦係数を大としたときと同じような効果が得られることが開示されている。
ところで、鋼材の高張力化によっても被接合材の断面低減が可能である。しかしながら、高力ボルトを挿入する孔が存在するため効果的に断面低減するに至っていないのが現状である。構造物全体を考えた場合、被接合材の母材の断面を小さくする技術が継手部分で確立されれば、効率的に重量低減できると考えられる。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、被接合材の母材断面を低減でき、力学的性能に優れる高力ボルト摩擦接合継手およびそれを備えた構造体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の高力ボルト摩擦接合継手は、高力ボルト孔を有する被接合材の母材と添板の間に介在板を挟み込み、前記母材、前記添板及び前記介在板を高力ボルトによって摩擦接合する高力ボルト摩擦接合継手であって、前記母材と前記介在板の互いに対向する対向面どうしの摩擦係数を、前記添板と前記介在板の互いに対向する対向面どうしの摩擦係数より大きくしたことを特徴とする。
この場合、前記母材と前記介在板の互いに対向する対向面どうしの摩擦係数を、前記添板と前記介在板の互いに対向する対向面どうしの摩擦係数より大きくしたので、摩擦面のすべり機構を調整することができる。つまり、当該高力ボルト摩擦接合継手に外力が作用するとき、添板と介在板との間のすべりが母材と介在板の間のすべりに先行する。
【０００８】
また、本発明の高力ボルト摩擦接合継手は、高力ボルト孔を有する被接合材の母材と添板の間に介在板を挟み込み、前記母材、前記添板及び前記介在板を高力ボルトによって摩擦接合する高力ボルト摩擦接合継手であって、前記母材と前記介在板の互いに対向する対向面どうしの当該高力ボルト摩擦接合継手に作用する外力の主方向における摩擦係数を、前記添板と前記介在板の互いに対向する対向面どうしの前記主方向における摩擦係数より大きくしたことを特徴とする。
この場合、当該高力ボルト摩擦接合継手に外力が主方向へ作用するとき、添板と介在板との間のすべりが母材と介在板の間のすべりに先行する。
【０００９】
また、当該高力ボルト摩擦接合継手に所定値以上の外力が作用するとき、前記添板と前記介在板の互いに対向する対向面どうしの間ですべりが生じるが、前記母材と前記介在板の互いに対向する対向面どうしの間ですべりが生じることなく前記母材と前記介在板が一体で挙動することが好ましい。
また、前記介在板の高力ボルト孔による欠損断面積を控除した有効断面積と前記介在板の強度の積で求まる耐力で、前記被接合材の母材の高力ボルト孔による欠損断面積と前記母材の強度の積で求まる耐力を補填することにより、前記介在板で補填できる耐力分だけ前記母材の有効断面積として前記高力ボルト孔による欠損断面積を低減できることが好ましい。
この場合、母材の欠損断面積を低減、若しくは無くすことが可能となるため、高力ボルト孔の大きさや個数に左右されない母材の断面設定が可能であり、鋼重量低減に寄与する継手構造が可能となる。
【００１０】
また、前記介在板の両面に波型の突起を有しかつ両面の突起形状を変えることで、前記摩擦係数の値を調整することが好ましい。
この場合、単に介在板の両面にそれら両面で形状の異なる波型の突起を形成するだけで足りるため、摩擦係数の値の調整を簡単に行える。
【００１１】
また、前記高力ボルトの締め付け力が、前記介在板の波型の突起が被接合材に食い込む程度導入されることが好ましい。
この場合、介在板の波型の突起の剛性を考慮しつつ摩擦係数の値を調整するので、現実に即した調整が可能となる。
また、本発明の構造体は、高力ボルト摩擦接合継手を備えるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、添板と介在板との間のすべりが母材と介在板の間のすべりに先行するので、介在板の高力ボルト孔による欠損断面積を控除した有効断面積と介在板の強度の積で求まる耐力で、母材の高力ボルト孔による欠損断面積と母材の強度の積で求まる耐力を補填することが可能となる。この結果、継手構造における被接合材の母材断面を低減でき、力学的性能に優れるものとなる
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る高力ボルト摩擦接合継手を示す基本的な部品構成図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る高力ボルト摩擦接合継手の母材の有効断面積と欠損断面積および介在板の有効断面積を示す概念図である。
【図３】本発明の実施形態に係る高力ボルト摩擦接合継手に適用する介在板の一例を示す図であり、（Ａ）は被接合材の添板側と接する面の平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は被接合材の母材側と接する面の平面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る高力ボルト摩擦接合継手に適用する介在板の一例を示す図であり（Ａ）は被接合材の添板側と接する面の平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は被接合材の母材側と接する面の平面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る高力ボルト摩擦接合継手の一例を示すＨ型鋼継手図であり、（Ａ）は継手平面図、（Ｂ）は継手立面図、（Ｃ）は継手正面の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付する図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。図１は本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合継手を示す基本的な部品構成図であり、（Ａ）は継手の基本構造を上部から見た状態を示す平面図であって、継手の内部も含めて表現している。（Ｂ）は継手の基本構造を側面から見た状態を示す側面図である。
【００１５】
高力ボルト摩擦接合継手１の基本構造は、被接合材の母材２どうしが、同一平面上に沿って、互いの端縁を対向するように突き合わされ、それら母材２の上面側および下面側に、それら母材どうしの間にまたがるように添板３が配置され、さらに母材２と添板３とその間に介在板４が介装される。それら母材２、添板３、介在板４はそれらを貫通する高力ボルト５によって互いに近づくように締め付けられて固定される。なお、母材２、添板３、介在板４には、高力ボルト５が挿通される高力ボルト孔８が形成されている。
このような高力ボルト摩擦接合継手１の基本構造は、例えば、建築、土木、プラント等の鋼構造物に適用される継手構造である。
【００１６】
高力ボルト摩擦接合継手１には、両面の摩擦係数が明らかに異なる介在板４が被接合材の母材２と添板３の間に配置されていて、高力ボルト５で締め付けることによって、締め付け力に応じた摩擦力を摩擦面毎に設定可能である。そこで、高力ボルト摩擦接合継手１に作用する外力の主方向Ｆa、Ｆｂ（構造部内の当該継手が配置される箇所によって、当該継手に最も大きな外力が作用する方向が定まる。ここでは、この方向を主方向と呼ぶ）に対して、母材２と介在板４の互いに対向する対向面どうしの摩擦面Ｂａの摩擦係数を、添板３と介在板４の互いに対向する対向面どうしの摩擦面Ｂｂの摩擦係数より明らかに大きくすることで、最初に摩擦面Ｂｂですべりを生じせしめる。更に、母材２と介在板４の対向面どうしの摩擦面Ｂａでの摩擦力を継手に作用する最大外力より大となるように設定し、かつ、添板３と介在板４の対向面どうしの摩擦面Ｂｂでの摩擦力を前記最大外力よりも小となるように設定することにより、当該継手に最大外力が作用するときに、摩擦面Ｂａで明確なすべりを生じず、母材２と介在板４は一体で挙動する一方、摩擦面Ｂｂではすべりが生じている。
【００１７】
図２は、本発明の実施形態に係る高力ボルト摩擦接合継手の母材の有効断面積と欠損断面積および介在板の有効断面積を示す概念図である。なお、この図では、継手を構成する添板および高力ボルトは省略している。一般的には、母材２の有効断面積Ｓａを考える場合、母材２の断面積から母材の高力ボルト孔８による母材２の高力ボルト孔欠損断面積Ｓｂを控除する。そこで、介在板４の断面積から高力ボルト孔による欠損断面積を控除した介在板４の有効断面積Ｓａａで母材２の高力ボルト孔欠損断面積Ｓｂを補填することを考える。
【００１８】
介在板４と母材２が摩擦面Ｂａで一体に挙動できれば、介在板４の有効断面積Ｓａａに介在板４の強度を乗じた耐力分だけ母材２の高力ボルト孔欠損断面積Ｓｂに母材２の強度を乗じた耐力を補えることとなる。つまり、母材２の有効断面積Ｓａとして、介在板４の有効断面積Ｓａａを加えることが可能となる。更に、介在板４の有効断面積Ｓａａに介在板４の強度を乗じた耐力が、母材２の高力ボルト孔欠損断面積Ｓｂに母材２の強度を乗じた耐力を上回れば、母材２の有効断面積Ｓａとして高力ボルト孔による欠損断面積Ｓｂを控除することなしに母材２の全断面積を有効断面積Ｓａとして耐力の算出が可能となる。母材２では、高力ボルト孔欠損断面積Ｓｂがないものとできるため、母材２全長に渡って板厚を低減でき鋼重量低減につながる。
【００１９】
図３は本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合継手１の基本構造の構成要素の一つである介在板４の好適な形状例を示す概念図であり、（Ａ）は介在板４を摩擦面Ｂｂ側つまり添板３側から見た平面図、（Ｂ）は介在板４を側面からみた側面図、（Ｃ）は介在板４を摩擦面Ｂａ側つまり母材側から見た平面図である。
【００２０】
介在板４は、高カボルト摩擦接合継手１が鋼同士の接合方法であることから、鋼を代表とする金属板によって作られる。母材２と介在板４の対向面どうしの摩擦面Ｂａの摩擦係数を、添板３と介在板４の対向面どうしの摩擦面Ｂｂの摩擦係数より大きくするためには、例えば、図３に示すように介在板４の両面に一方向の突起４ａを有するような加工を施すことが考えられる。その際、図３（Ｂ）に示すように、介在板４の両面で突起形状が異なるようにすることにより、具体的には突起４ａの高さを異ならせるようにすることにより、摩擦係数の大きさを変えることができる。
なお、突起４ａのピッチや先端角度を異ならせることによっても、摩擦係数の大きさを変えることができる。
【００２１】
図４は本発明の本実施形態に係る高力ボルト摩擦接合継手１の基本構造の構成要素の一つである介在板４の好適な他の形状例を示す概念図であり、（Ａ）は介在板４を摩擦面Ｂｂつまり添板３側から見た平面図、（Ｂ）は介在板４を側面からみた側面図、（Ｃ）は介在板４を摩擦面Ｂａ側つまり母材側から見た平面図である。
【００２２】
図４に示すように摩擦面Ｂａ側のみに一方向の波型の突起４ａを有するような加工を施すことにより、摩擦面Ｂａ側と摩擦面Ｂｂ側との間で効果的に摩擦係数の大小をつけることが可能である。（Ａ）に示す摩擦面Ｂｂ側つまり添板３側には、摩擦面Ｂａより摩擦係数が小さくなるような表面仕上げ、例えば、ショットブラストや赤錆状態といった一般的な鋼材の表面処理を行うのが好ましい。
【００２３】
重ね合わせた母材２、添板３、介在板４に高力ボルト５を挿通させ、この状態で高カボルトを締めつける際には、介在板４に施された一方向の波型の突起４ａを、継手に作用する外力の主方向に対して直交する向きで、例えば、図３（Ａ）および図４（Ａ）に示される面を添板３に接するように、図３（Ｃ）および図４（Ｃ）に示される面を母材２に接するように挟み込む。そして所定の締め付け力を導入した高カボルトで締め付ける。
【００２４】
所定の締め付け力とは、介在板４に設けられた波型の突起４ａが被接合材に食い込む程度の軸力をいい、この程度の軸力によって期待する摩擦力が得られ、前述の効果が得られる。好適な本実施形態として、継手に作用する外力の主方向に対して、例えば摩擦面Ｂｂでは高力ボルト摩擦接合部のすべり摩擦係数０．４０〜０．６０程度、摩擦面Ｂａですべり摩擦係数０．７０〜１．０程度確保できれば、母材２と介在板４の対向面どうしの摩擦面Ｂａでの摩擦力を、添板３と介在板４の対向面どうしの摩擦面Ｂｂの摩擦力に比べて１．２〜２．５倍程度とすることが可能である。その結果、継手に作用する最大外力に対して、摩擦面Ｂｂではすべりが生じるが、摩擦面Ｂａではすべりが生じず、母材２と介在板４が一体で挙動できるようになる。
【００２５】
図５は、高力ボルト摩擦接合継手１を構造物の例えば梁を構成するＨ形鋼の継手に適用した例であり、（Ａ）はＨ形鋼継手の平面図、（Ｂ）はＨ形鋼継手の側面図、（Ｃ）はＨ形鋼継手正面の断面図である。
（Ｂ）のＨ形鋼のウェブ接合部に示すように、介在板４を高力ボルト５に対し１本毎に分割して配置することが可能であり、（Ａ）のＨ形鋼のフランジ接合部に示すように、介在板４をボルト群毎に配置することも可能である。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、高力ボルト５として頭部が六角柱状のものを例に挙げて説明したが、これに限られることなく、建築分野で利用頻度の高いトルシア型の高力ボルト等を用いる場合でも本発明は適用可能である。
また、介在板４の形状や高力ボルト孔８の数は、何ら実施形態に限られることなく、要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。
また、前記実施形態では、被接合材の母材２どうしが、同一平面上に沿って、互いの端縁を対向するように突き合わされ、それら母材２の上面側および下面側に、それら母材どうしの間にまたがるように添板３が配置され、さらに母材２と添板３とその間に介在板４が介装された例を挙げて本発明を説明したが、これに限られることなく、被接合材の母材どうしや添板等が例えば円弧面に沿って配置される場合、さらに、被接合材の母材どうしや添板等がある角度で交差するように配置される場合にも、本発明は適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
前述したように本発明によれば、建築、土木、プラント等の鋼構造物全般の継手構造に適用可能であり、被接合材の母材の鋼重量低減に寄与し、鋼構造物を対象とする産業全般に渡り利用可能性が高い構造である。
【符号の説明】
【００２８】
１  高力ボルト摩擦接合継手
２  母材
３  添板
４  介在板
４ａ  突起
５  高力ボルト
８  高力ボルト孔
Ｂｂ  摩擦面
Ｂａ  摩擦面
Ｓａ  母材の有効断面積
Ｓｂ  母材の高力ボルト孔欠損断面積
Ｓａａ  介在板の有効断面積
【図１】
2011202757.tif 000003
【図２】
2011202757.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2011202757.tif 000007