(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルト孔が開設された被接合部材と、前記ボルト孔及び前記被接合部材を挟むように配置された複数の添え板と、前記添え板に開設されたボルト孔及び前記被接合部材のボルト孔を貫通するボルトと、前記ボルトに締め付けられたナットと、を備えた接合構造であって、前記添え板のボルト孔の周囲に前記添え板の一方の面から他方の面に向かって剪断変形状に突出した状態で段差部が突設され、
前記添え板の一方の面に形成された前記段差部の凹状部の内周面が前記添え板の一方の面と直角をなし、前記添え板の他方の面に形成された前記段差部の凸状部の外周面が前記添え板の他方の面と直角をなし、
前記段差部の凸状部側を前記被接合部材の前記ボルト孔の内部に嵌入させた接合構造。
【請求項２】
前記段差部の外周形状が前記添え板のボルト孔と同心をなす円形状である請求項１記載の接合構造。
【請求項３】
前記段差部の段抜き高さが前記添え板の厚さの１／６〜１／２である請求項１または２記載の接合構造。
【請求項４】
前記ボルトの前記被接合部材のボルト孔内に位置する部分に座金を装着した請求項１〜３のいずれか１項に記載の接合構造。
【請求項５】
前記段差部の凸状部の外周が拡径方向に変位した請求項１〜４のいずれか１項に記載の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種鉄骨構造物を構成する鋼板や鉄骨などを互いに接合する部分の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板の接合構造については、従来、突合せ状態に接近配置された複数の鋼板を複数の添え板で挟み、積層状態となった添え板及び鋼板に高力ボルトを貫通させてナットで締め付ける、所謂、高力ボルト摩擦接合構造が一般的である。
【０００３】
しかしながら、従来の高力ボルト接合構造における接合部の降伏耐力は、高力ボルトのすべり耐力で決まる場合が殆どであり、降伏耐力（即ち、すべり耐力）の増大を図るためには、ボルト本数やボルト軸径の増大、高強度ボルトの採用や摩擦面処理の工夫などが必要となっている。
【０００４】
一方、従来の高力ボルト接合構造の問題点を改良するものとして、例えば、特許文献１に記載された「高力ボルト接合構造」がある。この「高力ボルト接合構造」は、特許文献１中の図２などに記載されているように、高力ボルトの軸部が挿通する被接合部材のボルト孔を、被接合部材の厚さ方向内側に向かうに従い漸次縮径して孔面をテーパー状に形成した支圧孔部を備えて形成されている。
【０００５】
また、添板に、ボルト孔の径方向外側に位置する同心円状の屈曲部で屈曲して支圧孔部に嵌合する支圧部を設ける。そして、高力ボルトで一対の被接合部材と添板とを締め付けるとともに、座金部材で添板の支圧部を押圧させ、この支圧部を被接合部材の支圧孔部の孔面に押圧させることによって「高力ボルト接合構造」が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−５３９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１記載の「高力ボルト接合構造」は、摩擦面処理を施すことなく、且つ高力ボルトを高強度化することなく、従来の高力ボルト接合構造よりも耐力を向上させることが可能である点において優れているが、被接合部材のボルト孔の周囲及び添え板のボルト孔の周囲が複雑な形状であるため、これらの形状を形成するまでに多大な労力と時間を要する。また、特殊な形状をした座金部材も必要であるため、汎用性に欠ける面がある。
【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、従来の高力ボルト接合構造よりも優れた耐力及び剛性を発揮し、ボルト本数の削減、ボルト強度の緩和、接合面の表面処理の省力化、並びに、ボルト締め付け施工及び導入軸力管理の省力化を図ることができる接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の接合構造は、ボルト孔が開設された被接合部材と、前記ボルト孔及び前記被接合部材を挟むように配置された複数の添え板と、前記添え板に開設されたボルト孔及び前記被接合部材のボルト孔を貫通するボルトと、前記ボルトに締め付けられたナットと、を備えた接合構造であって、前記添え板のボルト孔の周囲に前記添え板の一方の面から他方の面に向かって剪断変形状に突出した状態で段差部が突設され、
前記添え板の一方の面に形成された前記段差部の凹状部の内周面が前記添え板の一方の面と直角をなし、前記添え板の他方の面に形成された前記段差部の凸状部の外周面が前記添え板の他方の面と直角をなし、
前記段差部の凸状部側を前記被接合部材の前記ボルト孔の内部に嵌入させたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記段差部の外周形状を前記添え板のボルト孔と同心をなす円形状とすることが望ましい。
【００１１】
また、前記段差部の段抜き高さは前記添え板の厚さの１／６〜１／２とすることが望ましい。
【００１２】
一方、前記ボルトの前記被接合部材のボルト孔内に位置する部分に座金を装着することができる。
【００１３】
さらに、前記段差部の凸形状側の外周が拡径方向に変位した状態とすることもできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、従来の高力ボルト接合構造よりも優れた耐力を発揮し、ボルト本数の削減、ボルト強度の緩和、接合面の表面処理の省力化、並びに、ボルト締め付け施工及び導入軸力管理の省力化を図ることができる接合構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態である接合構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す接合構造を構成する添え板の表面部分を示す一部省略斜視図である。
【図３】図２に示す添え板の裏面部分を示す一部省略斜視図である。
【図４】図２中のＸ−Ｘ線における断面図である。
【図５】図１に示す接合構造に外力が加わって変形した状態を示す断面図である。
【図６】図５に示す接合構造に外力が加わってさらに変形した状態を示す断面図である。
【図７】その他の実施形態である接合構造を示す断面図である。
【図８】その他の実施形態である接合構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１〜図７に基づいて本発明の実施形態である接合構造１００，２００，３００について説明する。
【００１７】
図１に示す接合構造１００は、ボルト孔１１が開設された被接合部材１０と、ボルト孔１１を含む被接合部材１０の両面を挟むように配置された２枚の添え板２０，２０と、添え板２０，２０に開設されたボルト孔２１，２１及び被接合部材１０のボルト孔１１を貫通するボルト３０と、ボルト３０締め付けられたナット３１と、を備えている。２枚の添え板２０，２０のボルト孔２１，２１の周囲に突設された段差部２２の凸状部２２ｂ側が被接合部材１０のボルト孔１１の内部に嵌入されている。ナット３１と添え板２０との間のボルト３０には座金３２が挿着されている。
【００１８】
図１に示す接合構造１００を構成する２枚の添え板２０，２０は板状部材（鋼板）で形成されている。図２，図３及び図４に示すように、段差部２２は添え板２０のボルト孔２１の周囲に、当該添え板２０の一方の面（表面２０ａ）から他方の面（裏面２０ｂ）に向かって突出した状態で形成されている。即ち、図２に示すように、添え板２０の表面２０ａに段差部２２の凹状部２２ａが形成され、図３に示すように添え板２０の裏面２０ｂ側において段差部２２の凸状部２２ｂが形成されている。
【００１９】
図２〜図４に示すように、段差部２２の凹状部２２ａの外周２２ａｓの形状及び段差部２２の凸状部２２ｂの外周２２ｂｓの形状は添え板２０のボルト孔２１の中心線２１ｃと同心をなす円形状としている。添え板２０の製造方法は限定しないが、例えば、ボルト孔２１を開設した鋼板をダイ上に載置し、金型パンチにてボルト孔２１の周囲に強制的に剪断変形を加えて段差部２２を形成させる、段抜きプレスという加工方法を用いることができる。段抜きプレスで形成した添え板２０は「段抜き開口鋼板」と呼称されることがあり、図４中において矢線Ｙで示す距離を「段抜き高さ」と呼ぶことがある。段差部２２の段抜き高さＹは添え板２０の厚さの１／６〜１／２とすることが望ましい。
【００２０】
ここで、図５，図６に基づいて、図１に示す接合構造１００に外力が作用した場合の変形機構などについて説明する。図５に示すように、接合構造１００を構成する被接合部材１０及び添え板２０，２０に対し、互いに平行で向きが１８０度異なる外力Ｐ１，Ｐ２がそれぞれ作用し、外力Ｐ１，Ｐ２が被接合部材１０と添え板２０，２０との間の摩擦抵抗力を超えると、被接合部材１０のボルト孔１１と、段差部２２とが相対的に反対方向へ移動していき、矢線Ａで示す部分において、被接合部材１０のボルト孔１１の内周面１１ａと、添え板２０の段差部２２の凸状部２２ｂの外周面２２ｂｅ（図４参照）とが接触した時点で、一旦、移動が停止する。
【００２１】
前述したように、内周面１１ａと外周面２２ｂｅとが接触した後、外力Ｐ１，Ｐ２がさら増大していくと、図６に示すように、段差部２２の一方の側（図６中の左側）が添え板２０本体に対して剪断方向に変形していくとともに、添え板２０のボルト孔２１が偏平するように変形していく。前述した変形が生じると、図６中の矢線Ｂ，Ｃで示す部分において、ボルト３０の外周面３０ａと、添え板２０，２０のボルト孔２１の内周面２１ａとが接触する。この後、さらに外力Ｐ１，Ｐ２が増大すると、段差部２２が剪断破壊または支圧破壊するとともにボルト３０の軸部が剪断破壊し、その時点での外力の大きさが最大耐力となる。
【００２２】
図１に示す接合構造１００は、従来の高力ボルト接合構造に比べ、最大耐力が約１．２倍〜１．５倍となる、優れた耐力を発揮するので、ボルト本数の削減、ボルト強度の緩和、接合面の表面処理の省力化、並びに、ボルト締め付け施工及び導入軸力管理の省力化を図ることができる。
【００２３】
次に、図７，図８に基づいて、本発明のその他の実施形態である接合構造２００，３００について説明する。なお、図７，図８に示す接合構造２００，３００において、図１に示す接合構造１００を構成する部分と同じ構造、機能を示す部分については図１中に示す記号と同じ符号を付して説明を省略する。
【００２４】
図７に示す接合構造２００においては、ボルト３０において、被接合部材１０のボルト孔１１内に位置する部分３０ｂに複数の座金３３を装着している。図７に示すように、複数の座金３３は、２枚の添え板２０，２０の段差部２２，２２の凸状部２２ｂ，２２ｂの間に隙間なく挟持された状態となっている。なお、座金３３は単数の場合もある。
【００２５】
座金３３がない場合、ボルト３０の締め付け軸力を導入すると、段差部２２の段抜き高さＹ（図４参照）が増大するが、図７に示す接合構造２００のように、座金３３がある場合、段抜き高さＹの変形を抑制することができる。また、座金３３がなく、添え板２０（鋼板）の板厚に対する段抜き高さＹの比が大きい場合に、ボルト３０が締め付けられると、現行の高力ボルト摩擦接合の標準ボルト軸力が導入される前に、段差部２２のボルト３０の軸方向の変形が過大となり、剪断破壊することがある。
【００２６】
ところが、図７に示す接合構造２００のように、ボルト３０に複数の座金３３を装着すると、前記剪断破壊を防ぐことができ、かつ、標準ボルト軸力を導入することが可能となり、段差部２２と座金３３との間の摩擦力発生を期待することができる。また、複数の座金３３の合計厚さを、添え板２０，２０間の隙間（対向する凸状部２２，２２の間の隙間）より小さくしておけば、ボルト３０・ナット３１の締め付け力を変えることにより、段抜き高さＹ（図４参照）の変形量を容易にコントロールすることができる。
【００２７】
次に、図８に示す接合構造３００においては、２枚の添え板２０，２０の段差部２２，２２の凸状部２２ｂの外周２２ｂｓが拡径方向に変位した状態となっている。接合構造３００の場合、最初の段階で、被接合部材１０のボルト孔１１の内周面１１ａに、添え板２０の凸状部２２ｂの外周２２ｂｓが接触した状態となっているので、図５中に示す外力Ｐ１，Ｐ２が加わったときの剛性が高いという長所がある。
【００２８】
図８に示す接合構造３００において、２枚の添え板２０，２０の段差部２２，２２の凸状部２２ｂの外周２２ｂｓを拡径方向に変位させる方法としては、例えば、ボルト３０にナット３１を締め付けるとき、強い力で締め付け、二つの段差部２２，２２のボルト孔２１の部分が互いに接近するように変形させるという方法がある。この場合、座金３２，３４の代わりに、円錐台の側面の一部をなすような押圧面４１を一方の面に有する座金４０を使用すれば、前述した拡径方向の変形を容易化することができる。
【００２９】
また、図８に示す接合構造３００は、外力が加わったときに図５に示すような変形機構が生じるのを抑制することができる。即ち、接合構造３００においては、外力が加わったときの小さな変形状態の段階から、ボルト孔１１の内周面１１ａと段差部２２の凸状部２２ｂの外周２２ｂｓとの間の力の伝達が可能となるので、初期剛性の増大を期待することができる。
【００３０】
さらに、接合構造３００においては、図５に示す外力Ｐ１，Ｐ２が加わり始めた初期の段階から図６に示す変形機構が生じるのを期待することができるので、変形過程で一度も耐力が低下することなく、小さな変形で最大耐力を発揮することができる。以上のことより、接合構造３００は高剛性、高耐力を備えた接合構造であるといえる。
【００３１】
なお、図１〜図８に基づいて説明した接合構造１００，２００，３００は、本発明の接合構造を例示するものであり、本発明の接合構造は前述した接合構造１００，２００，３００に限定されない。また、図１，図５，図６，図７に示す実施形態ではトルシア形高力ボルトを使用し、図８に示す実施形態では六角高力ボルトを使用しているが、ボルトの種類はこれらに限定されないので、六角高力ボルト、トルシア形高力ボルトあるいは普通ボルトなど様々な種類のボルトを使用することができる。
【００３２】
さらに、ボルト孔１１の周囲に段差部２２を有する添え板２０は、各種鉄骨構造物（鋼材と鋼材との接合構造物）に限らず、鋼材とコンクリートとの接合構造物、鋼材と木材との接合構造物、コンクリート同士の接合構造物、木材同士の接合構造物あるいはその他の材料（例えば、ＦＲＰなど）の接合構造物において広く利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の接合構造は、各種鉄骨構造物における鋼板や鉄骨の接合構造として土木建設業や建築業などの分野において広く利用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０  被接合部材
１１，２１  ボルト孔
２０  添え板
２０ａ  表面
２０ｂ  裏面
２１ａ  内周面
２１ｃ  中心線
２２  段差部
２２ａ  凹状部
２２ａｓ，２２ｂｓ  外周
２２ｂ  凸状部
２２ｂｅ  外周面
３０  ボルト
３０ａ  外周面
３１  ナット
３２，３３，３４，４０  座金
４１  押圧面
１００，２００，３００  接合構造
Ｐ１，Ｐ２  外力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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