(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイテンションボルトを用いて締結するボルト締結構造において、前記ハイテンションボルトの導入張力以上、最大耐力以下で圧縮変形する一つの貫通穴が形成されて一つのハイテンションボルトに用いる降伏体を、ハイテンションボルトに外嵌させて荷重を受けるように締結して成ることを特徴とするボルト締結構造。
【請求項２】
ボルトを用いて締結するボルト締結構造において、前記ボルトの比例限度近傍以上、最大耐力以下で圧縮変形する一つの貫通穴が形成されて一つのボルトに用いる降伏体を、ボルトに外嵌させて荷重を受けるように締結して成ることを特徴とするボルト締結構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のボルト締結構造において、梁の端部に設けられたエンドプレートが柱の側面に接合された構造であることを特徴とするボルト締結構造。
【請求項４】
請求項２に記載のボルト締結構造において、ボルトとしてアンカーボルトを用い、柱脚のベースプレートが基礎に接合された構造であることを特徴とするボルト締結構造。
【請求項５】
請求項２に記載のボルト締結構造において、ブレースと締め金具とを接合する構造であって、前記ブレースの端部にはボルトを有し、前記ボルトを締め金具に形成された穴に通し、前記ボルトにナットを螺着してブレースと締め金具とを接合したことを特徴とするボルト締結構造。
【請求項６】
請求項２に記載のボルト締結構造において、ケーブルと支柱とを接合する構造であって、前記ケーブルの端部にはボルトを有し、前記ボルトを支柱に形成した穴に通し、前記ボルトにナットを螺着してケーブルと支柱とを接合したことを特徴とするボルト締結構造。
【請求項７】
ボルトを用いて締結するボルト締結構造において、前記ボルトの比例限度以下のその近傍で圧縮変形する一つの貫通穴が形成されて一つのボルトに用いる降伏体を、ボルトに外嵌させて荷重を受けるように締結して成ることを特徴とするボルト締結構造。
【請求項８】
請求項７に記載のボルト締結構造において、ブレースと締め金具とを接合する構造であって、前記ブレースの端部にはボルトを有し、前記ボルトを締め金具に形成された穴に通し、前記ボルトにナットを螺着してブレースと締め金具とを接合したことを特徴とするボルト締結構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、柱と梁の接合などに用いられるボルト締結構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０（ａ）に示すように、柱５１と梁のエンドプレート５２を引っ張りボルト形式で摩擦接合する構造においては、多数のボルト５３が使用される。このボルト５３としては、一般にハイテンションボルト（ＨＴＢ）が使われる。図１１（ａ）は一組のボルト６３・ナット６４によって被接合部材６１・６２を接合して成る構造を示し、同図（ｂ）にはボルト６３の伸び（ｍｍ）−軸力（Ｎ）グラフの概形を示している。前記ボルト６３に引っ張り力が加わると、比例限度(弾性限度)までは直線的軌跡を描き、その後は降伏点を経て最大荷重（極限強さ）に至り、更に荷重が加わると伸びが著しく増加し、破断に至る。このボルト６３が最大荷重及びこれに近い荷重を発揮する伸び区間（ΔＬｍ，ΔＬｏ）は小さい。すなわち、エネルギー吸収量はあまり大きくない。この傾向はハイテンションボルトにおいて顕著に現れる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記図１０（ａ）に示した柱・梁接合構造では、大地震による強大な力を接合部に受けたとき、同図（ｂ）に示すように、柱５１の接合面が面外変形を起こす等の理由により、何本かのボルト５３が遊びのある状態（他のボルトに比べて十分に耐力を発揮できない状態）となる。特に、図に示すごとく変形が起きた場合、中央側のボルト５３に遊びが生じた状態で端側のボルト５３が先に伸ばされることになり、端側のボルト５３の伸び能力が小さいと、中央側のボルト５３が効き始める前に端側のボルト５３が先行して破断する。このような状態になると、全てのボルト５３が均等に荷重を受け止める状態を確保できず、ボルト本数分の耐力を当該接合部において期待することができなくなる。
【０００４】
この発明は、上記の事情に鑑み、伸び能力を確保することで遊びを生じるボルト締結箇所の発生等を防止することができるボルト締結構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかるボルト締結構造は、上記の課題を解決するために、ハイテンションボルトを用いて締結するボルト締結構造において、前記ハイテンションボルトの導入張力以上、最大耐力以下で圧縮変形する降伏体を、前記ハイテンションボルトに外嵌させて荷重を受けるように締結して成ることを特徴とする。
【０００６】
上記の構成であれば、例えば二つの被接合部材同士が離間しようとするときの力（ハイテンションボルトに対する引っ張り）によって前記降伏体が圧縮変形する分、ボルト締結構造全体としてハイテンションボルト自体の伸びに加えて更なる伸びが得られたことになる。この伸びは、前記ハイテンションボルトの導入張力以上、最大耐力以下で得られるから、ボルト締結構造として求められる剛性が確保されるべき段階では伸びは生じず、終局的な耐力時に所定の軸力を保持したまま伸びを生じることになる。
【０００７】
また、この発明のボルト締結構造は、ボルトを用いて締結するボルト締結構造において、前記ボルトの比例限度近傍以上、最大耐力以下で圧縮変形する降伏体を、前記ボルトに外嵌させて荷重を受けるように締結して成ることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成であれば、例えば二つの被接合部材同士が離間しようとするときの力（ボルトに対する引っ張り）によって前記降伏体が圧縮変形する分、ボルト締結構造全体としてボルト自体の伸びに加えて更なる伸びが得られたことになる。この伸びは、前記ボルトの比例限度近傍以上、最大耐力以下で得られるから、ボルト締結構造として求められる剛性が確保されるべき段階では伸びは生じず、終局的な耐力時に所定の軸力を保持したまま伸びを生じることになる。
【０００９】
かかるボルト締結構造において、梁の端部に設けられたエンドプレートが柱の側面に接合された構造としてもよい。また、ボルトとしてアンカーボルトを用い、柱脚のベースプレートが基礎に接合された構造としてもよい。また、ブレースと締め金具とを接合する構造であって、前記ブレースの端部にはボルトを有し、前記ボルトを締め金具に形成された穴に通し、前記ボルトにナットを螺着してブレースと締め金具とを接合する構造としてもよい。また、ケーブルと支柱とを接合する構造であって、前記ケーブルの端部にはボルトを有し、前記ボルトを支柱に形成した穴に通し、前記ボルトにナットを螺着してケーブルと支柱とを接合する構造としてもよい。
【００１０】
また、この発明のボルト締結構造は、ボルトを用いて締結するボルト締結構造において、前記ボルトの比例限度以下のその近傍で圧縮変形する降伏体を、前記ボルトに外嵌させて荷重を受けるように締結して成ることを特徴とする。これによれば、大地震等においても、ボルトの損傷を防止し、降伏体の交換で元の性能を取り戻すことができる。特に、かかる構成において、ブレースと締め金具とを接合する構造であって、前記ブレースの端部にはボルトを有し、前記ボルトを締め金具に形成された穴に通し、前記ボルトにナットを螺着してブレースと締め金具とを接合する構造とするのが良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態のボルト締結構造を図１乃至図９に基づいて説明していく。
【００１２】
図１は、この実施形態のボルト締結構造を示した断面図である。このボルト締結構造は、ハイテンションボルト３とナット４と第１，第２，第３座金５，６，７と降伏体８とを用いて被接合部材１，２を摩擦接合した構造である。この例では、被接合部材２とナット４との間に第２，第３座金６，７を配置し、この第２，第３座金６，７間において降伏体８をハイテンションボルト３に外嵌させてある。降伏体８は、この実施形態ではＡＩＳＩ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）１０１８から成り、円筒形状を有している。なお、ＡＩＳＩ１０１８は、ワンサイドボルトにおける変形用筒体として利用されている。この降伏体８の内径はハイテンションボルト３の外径より大であり、外径はナット４の外形と同程度とされることにより、降伏体８の肉厚が概ね決まることになる。降伏体８は被接合部材１とボルト頭部との間に設けることも可能であり、これは後述する他の構成例（頭部を有するボルトを用いる場合）においても同様である。
【００１３】
降伏体８は、ハイテンションボルト３の導入張力（被接合部材１，２を挟んだ状態でのハイテンションボルト３の締めつけによる張力）以上、最大耐力以下で圧縮変形を開始するものであり、その理想とされる変位−荷重特性の概形は、図２（ａ）に示すようである。そして、この変位−荷重特性を有する降伏体８を設けて成るボルト締結構造において、その変位−荷重は、図（ｂ）に示すごとくなる。すなわち、ハイテンションボルト３の破断前に降伏体８が圧縮変形を開始することによってボルト締結構造全体としてはハイテンションボルト３の最大耐力付近の耐力を維持したまま伸びを確保し、この状態を経てハイテンションボルト３の最大耐力に達することになる。
【００１４】
具体的な試験結果を図３に示す。図３のグラフＡは、図１のボルト締結構造において、ハイテンションボルト３としてＭ２０（Ｆ１０Ｔ）を用い、降伏体８として厚み（高さ）１０ｍｍのものを用いた場合の変位−荷重グラフであり、グラフＢは図１のボルト締結構造において、ハイテンションボルト３としてＭ２０（Ｆ１０Ｔ）を用い、降伏体８として厚み（高さ）１５ｍｍのものを用いた場合の変位−荷重グラフであり、グラフＣは、図１１（ａ）のボルト締結構造（降伏体無しの従来構造）において、ハイテンションボルト３としてＭ２０（Ｆ１０Ｔ）を用いた場合の変位−荷重グラフである。これらのグラフから分かるように、従来構造（グラフＣ）においては最大荷重及びこれに近い荷重を発揮する伸び区間が小さいのに対し、この実施例の構造は最大荷重及びこれに近い荷重を発揮する伸び区間が大きくなる。そして、降伏体８として厚み１０ｍｍのものを用いた構造では、伸び区間は厚み１５ｍｍの降伏体８を用いた場合よりも短いものの、最大荷重により近い位置で伸びを発揮しており、また、降伏体８として厚み１５ｍｍのものを用いた構造では、伸び区間における荷重は幾分低いものの、厚み１０ｍｍの降伏体８を用いた場合よりも伸び区間は長くなる。いずれにしても、降伏体８を備えるこの発明のボルト締結構造であれば、変位−荷重グラフにおける面積は大きくなり、エネルギー吸収量が大きい。
【００１５】
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、図１のボルト締結構造の適用例を示した図である。この図４に示す構造は、Ｈ型鋼から成る梁１１の端部にエンドプレート１２を溶接固定し、このエンドプレート１２を角柱１３に接合した構造である。角柱１３にはプラグナット１４…が埋め込まれており、このプラグナット１４…にハイテンションボルト３が螺着される。図４（ｂ）の例では、一つの接合部に１０本のボルトが用いられており、図４（ｃ）の例では、一つの接合部に１６本のボルトが用いられている。これら図４（ｂ）（ｃ）において、ハッチングを付してある箇所は降伏体８を有するボルト締結箇所（すなわち、この発明に係わる構造部）であり、非ハッチング箇所は降伏体８を有しない締結箇所である。図４（ｂ）（ｃ）のいずれにおいても、降伏体８を有するボルト締結箇所は、接合箇所の左右端部側に設けている。これは、図４（ｄ）に示すごとく、角柱１３において変形が想定されることから、降伏体８を有するボルト締結箇所を左右端部側としている。
【００１６】
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）、及び図６（ａ）（ｂ）は、図１のボルト締結構造の適用例を示した図である。これらの図において、ハッチングを付してある箇所は降伏体８を有するボルト締結箇所であり、非ハッチング箇所は降伏体８を有しない締結箇所である。図５及び図６のいずれにおいても、降伏体８を有するボルト締結箇所は、想定変形に鑑み、エンドプレート１２における柱１３からの離間が大きく生じると考えられる上下端箇所としている。
【００１７】
図７（ａ）（ｂ）は、図１のボルト締結構造を柱脚２０の固定に適用した例を示した図である。基礎２２にはアンカーボルト２３が埋め込まれており、このアンカーボルト２３の先端ボルトが基礎２２上に突出している。座金２４・２５間に降伏体２６を設け、アンカーボルト２３の先端ボルトにナット４を締結している。降伏体２６としては、アンカーボルト２３の比例限度近傍以上、最大耐力以下で圧縮変形する性状を有するものを用いている。柱脚２０には、ピン柱脚や剛柱脚があるが、そのいずれにもこのボルト締結構造を用いることができる。ただし、ピン柱脚と剛柱脚とではその求められる特性が異なるので、降伏体２６もそれに合わせた性状のものを用いることとする。
【００１８】
図８（ａ）は、図１のボルト締結構造の適用例を示した図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のａ矢示部拡大図である。この適用例では、ブレース３１の先端ボルトは、締め金具（ターンバックル）３２に設けた穴（ねじ切りなし）３２ａに挿通され、この挿通先端部に降伏体３３を外嵌させてナット４を締結し、降伏体３３が荷重を受けるようにしている。なお、締め金具３２の反対側の穴はねじ切りされており、ブレース３１の先端ボルトが螺合される。降伏体３３としては、前記ブレース３１の比例限度近傍以上、最大耐力以下で圧縮変形する性状を有するものを用いた場合、ブレースのエネルギー吸収能力向上、塑性変形能力向上の効果があり、また降伏体３３として前記ブレース３１の比例限度以下のその近傍で圧縮変形する性状を有するものを用いた場合、大地震時の塑性変形を降伏体３３のみに集中させることができ、ブレースに損傷を与えず、大地震後に降伏体３３を取り替えることにより建物が元通りの耐震性能を取り戻すことができる。
【００１９】
図９は、図１のボルト締結構造の適用例を示したケーブル構造の図であり、図９（ａ）は側面図、図９（ｂ）は平面図、図９（ｃ）は図９（ａ）（ｂ）のｂ矢示部拡大図である。この適用例では、ケーブル４１の先端に固定されたボルト４２は、柱４３に設けた穴（ねじ切りなし）４３ａに挿通され、この挿通先端部に降伏体４４を外嵌させてナット４を締結し、降伏体４４が荷重を受けるようにしている。降伏体４４としては、前記ボルト４２の比例限度近傍以上、最大耐力以下で圧縮変形する性状を有するものを用いている。
【００２０】
なお、ボルトとして通常の六角頭付きボルトやアンカーボルト等を示したが、これら以外の例えばワンサイドボルト等を用いて降伏体付きのボルト締結構造を構成することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、降伏体が圧縮変形することによってボルト締結構造全体としてボルト自体の伸びに加えて更なる伸びが得られることになり、且つボルト締結構造として求められる剛性が確保されるべき段階では伸びは生じず、終局的な耐力時に所定の軸力を保持したまま伸びを生じることになる。これにより、エネルギー吸収量が増え、また、遊びがあるボルト締結箇所の発生が防止されることにより、接合部の耐震能力等の向上が図れる。また、接合部での塑性変形能力が向上し、脆性破壊防止の効果がある。特にピン柱脚のアンカーボルトは大きな塑性変形能力が期待されており、ここに利用した場合、柱脚の脆性破壊防止の効果がある。また、ボルトの比例限度以下のその近傍で圧縮変形する降伏体を、前記ボルトに外嵌させて荷重を受けるように締結して成る構成であれば、大地震時の塑性変形を降伏体のみに集中させることができ、ボルト（ブレース）に損傷を与えず、大地震後に降伏体を取り替えることにより建物が元通りの耐震性能を取り戻すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態のボルト締結構造を示した断面図である。
【図２】この発明の実施形態を示す図であって、同図（ａ）は降伏体の特性を示したグラフであり、同図（ｂ）はボルト締結構造の全体特性を示したグラフである。
【図３】この発明の実施形態のボルト締結構造の特性（Ａ，Ｂ）及び従来のボルト締結構造の特性（Ｃ）を示したグラフである。
【図４】同図（ａ）乃至（ｄ）はこの発明のボルト締結構造の具体的適用例を示した図である。
【図５】同図（ａ）乃至（ｃ）はこの発明のボルト締結構造の具体的適用例を示した図である。
【図６】同図（ａ）及び（ｂ）はこの発明のボルト締結構造の具体的適用例を示した図である。
【図７】同図（ａ）及び（ｂ）はこの発明のボルト締結構造の具体的適用例を示した図である。
【図８】同図（ａ）及び（ｂ）はこの発明のボルト締結構造の具体的適用例を示した図である。
【図９】同図（ａ）乃至（ｃ）はこの発明のボルト締結構造の具体的適用例を示した図である。
【図１０】従来のボルト締結構造を示した図であって、同図（ａ）は面外変形前の状態を示し、同図（ｂ）は面外変形後の状態を示した図である。
【図１１】従来のボルト締結構造を示した図であって、同図（ａ）は締結構造の拡大断面図であり、同図（ｂ）はボルトの特性を示したグラフである。
【符号の説明】
１    被接合部材
２    被接合部材
３    ハイテンションボルト
４    ナット
８，２６，３３，４４  降伏体
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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