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高強度スタッドボルトを用いた合成床版の合理化継手の開発

高強度スタッドボルトを用いた合成床版の合理化継手の開発〜片面施工が可能な摩擦接合継手〜Development of Rationalized Joint for Steel Plate-Concrete Composite Deck
Using High-strength Stud Bolts

吉田 賢二 *1
YOSHIDA Kenji

奥原 大貴 *2
OKUHARA Hiroto

山田 忠志 *3
YAMADA Tadashi

田島 久嗣 *4
TAJIMA Hisatsugu

岩田 幸三 *5
IWATA Kozo

塩田 恵市 *6
SHIOTA Keiichi

鋼・コンクリート合成床版の底鋼板継手には，高力ボルト摩擦接合が一般的に用いられており，底鋼板の上面のみから高力ボルトを施工する種々の工法が提案されている。しかし，底鋼板が塗装仕様の場合では，高力ボルトの頭周辺の塗装のために足場や高所作業車が必要となる。本研究は，従来の底鋼板の継手形式の課題に着目して，底鋼板の上面のみから十全に施工ができる継手形式の開発について報告するものである。具体的には，高強度スタッド
ボルトを用いた片面摩擦接合を提案し，継手性能を確認するためにこの継手形式の部分模型を用いた性能確認試験を実施した。さらに，高強度スタッドボルトの材料特性を把握し，スタッド溶接および導入された軸力の底鋼板への影響を検証することで，合成床版の継手に要求されるすべり係数などの性能を十分に満足することを確認した。
キーワード：鋼 ･ コンクリート合成床版，底鋼板継手，高強度スタッドボルト，摩擦接合

１．はじめにボルトの使用に関する検討は行われていない。一方，合成 床 版 の 底 鋼 板 の 板 厚 は 6mm も し く は 8mm で あ り，

鋼・コンクリート合成床版（以下，合成床版）は，床入熱量が大きいスタッド溶接により鋼板が変形し，不陸版厚低減による死荷重の軽減，高い耐荷力および耐疲労による接触面積の減少がすべり係数の低下をもたらす恐性を有するほか，施工面では底鋼板がコンクリート打設

れがあること，さらには，鋼板の塑性変形が大きくなり，

時の型枠の役割を果たすなど，安全性，施工性の高い床所定の軸力を導入できない恐れがあることなど，適用に版形式である。合成床版の底鋼板の継手には， 写真１ にあたっては確認および検討すべき事項は多い。スタッド

示す高力ボルト摩擦接合が一般的に使用されている。し溶接時の熱影響（鋼板の変形や抜け落ち）を抑えるため，かし，高力ボルト摩擦接合では，底鋼板の外面が塗装仕

頭付きスタッドに関して，溶接される板厚は軸径の 1/3様の場合，ボルト頭周辺の塗装のために底鋼板の下面に以上と規定されている 2）。

足場や高所作業車が必要となる。著者らは，このような本研究では，これらの知見を参考に，継手部の構造を

従来の底鋼板の継手の課題に着目して，底鋼板の上面の底鋼板の板厚を 8mm， スタッドボルトのボルト呼び径

みから作業ができるとともに，施工効率に優れた継手形
添接板式の開発について報告するものである。
具体的には，底鋼板の上面からのみで施工が可能となる継手として，高強度スタッドボルト（以下，スタッド

高力ボルトボルト）を用いた摩擦接合継手を検討している。近年，
ス タ ッ ド ボ ル ト が 高 強 度 化 さ れ， 板 厚 12mm の 鋼 板 に
スタッドボルトを溶接した摩擦接合継手に関する研究 1）

スタッド

底鋼板

横リブ

が行われているが，導入軸力は低く抑えられている。加え て， 板 厚 が 12mm よ り 小 さ い も の に 対 す る ス タ ッ ド＊１ 川田工業㈱鋼構造事業部技術部大阪技術課 主幹＊２ 川田工業㈱鋼構造事業部技術部東京技術課＊３ 川田工業㈱北陸事業部富山工場生産技術課 係長

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川田技報

Vol.39 2020

写真１

合成床版の底鋼板の継手構造＊４ 川田工業㈱北陸事業部富山工場生産技術課 課長＊５ 川田工業㈱鋼構造事業部技術部 次長＊６ 川田工業㈱鋼構造事業部工事部大阪工事課 総括工事長

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高強度スタッドボルトを用いた合成床版の合理化継手の開発

表１

M22， 軸 径 20.3mm と し た。 ス タ ッ ド ボ ル ト の 軸 径 は，ねじ部の転造径としている。これは，スタッド溶接部の名

称

底鋼板継手部の構造比較

高強度スタッドボルト摩擦接合

高力ボルト摩擦接合

カラーを小さくし，連結板の孔径を小さくするためである。 表１ に高力ボルトとスタッドボルトを用いた摩擦接合による合成床版の底鋼板継手部の構造比較を示す。

構造図

本研究では，スタッドボルトへの導入軸力の決定およ
びすべり挙動の確認を目的としている。そこで，まず，

特

徴

不

底鋼板の防錆仕様が塗装の場合ではボルト頭部周辺の現場
塗装が必要

要

スタッドボルトのひずみによる軸力管理方法を検討する
た め， 線 材 引 張 試 験 お よ び キ ャ リ ブ レ ー シ ョ ン 試 験 を行った。次に，スタッド溶接時の底鋼板の変形量の計測，スタッドボルトの締付け試験およびすべり試験体を模擬した解析モデルに対して FEM 解析を行い，軸力導入時の鋼板の応力性状を調べ，スタッドボルトへの導入軸力の検討を行った。最後に，継手部の接触状況およびすべ

図１

り挙動を確認するため，接合面の接触圧分布の計測およ

線材引張試験体

びすべり試験を実施し，摩擦接合継手としての性能について検討した。

２．線材引張試験ス タ ッ ド ボ ル ト に 使 用 す る 鋼 材 は， 材 料 強 度 と 溶 接性 を 考 慮 し た 研 究 実 績 1）が あ り， 溶 接 構 造 用 圧 延 鋼 材
SM570 相 当 の 機 械 的 性 質 を 有 す る HT570 3）材 を 用 い てい る。 こ の 鋼 材 は，SM570 材 相 当 の 強 度 を 有 し て い る
一 方 で， 炭 素 当 量 が 抑 え ら れ て お り，SM570 材 よ り 溶
接性が優れている。
（1） 試験体および試験方法

写真２

試験体は 図１ に示すように，線材の両端をスタッドボ

線材引張試験

ルトと同様に M22 のねじ切りを行ったものを使用した。
試験体数は３体とし，試験体名は W1 ～ W3 とした。試験 は 写 真 ２ に 示 す よ う に， 日 鉄 ボ ル テ ン ㈱ が 所 有 す る
2000kN 万能試験機を用い，導入軸力 130kN まで引張載荷を行った。軸平行部の中央に 90 度ごとに計４枚ひずみゲージ（㈱東京測器製，FLA-5-11-03LH） を貼付して軸方向ひずみを計測した。
（2） 試験結果
軸力管理を念頭に，試験から得られた線材の荷重−ひずみ関係を 図２ に示す。ここで，図中のひずみは，４枚

図２

線材の荷重−ひずみ関係

図３

キャリブレーション試験体の平均値としている。図より，各試験体の試験結果のば
らつきは小さく，80kN 付近から荷重−軸ひずみ関係の傾 き が 小 さ く な っ た。 こ れ は，HT570 材 が 高 力 ボ ル トで行われている焼入れや焼戻しを行っていない非調質鋼
であり，線形限界が低いためである。

３．キャリブレーション試験（1） 試験体および試験方法
後述するすべり試験体に用いるスタッドボルトの軸力管理方法を検討するため，キャリブレーション試験を行った。試験体数は６体とし，試験体名は C1 ～ C6 とした。

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高強度スタッドボルトを用いた合成床版の合理化継手の開発

試 験 体 は 図 ３ に 示 す よ う に， 直 径 60mm， 鋼 板 厚 8mmの円形鋼板（SS400 材）にスタッドボルトを溶接したものである。スタッドボルトの傾きは，頭付きスタッドの傾きの限界許容値５度 2）を参考に，軸力導入時のスタッドボルトへの付加曲げの影響が小さくするため，傾きが２度以内に収まるように管理した。軸平行部には 180 度
対称位置に２枚のひずみゲージを貼付し，ボルト軸部の軸方向ひずみを計測した。なお，180 度対称位置に２枚のひずみゲージを貼付したのは，線材引張試験の結果から４枚のひずみゲージの値のばらつきが小さかったためである。試験では， 写真３ に示すように万能試験機に試a）計測状況

験 体 を 設 置 し， 固 定 鋼 板 を 押 す こ と で 130kN ま で 引 張

図５載荷を行った。

b）計測結果

締付け後の鋼板変形量の計測および高さ調整用のライナー材を挟んでいる。試験はトルクレンチを用いて目標軸力まで手動で一度に締付けたケ―スを３体（T1 ～ T3）とした。加えて，スタッド溶接による初期変形を確認するため，軸力を導入しないケースを３体（T4 ～ T6）設け，3D 形状測定機（㈱キーエン
ス製，VR-3200）を用いて鋼板下面の変形量を計測した。
締付けボルト軸力 Ns は高力ボルト摩擦接合で使用する高力ボルトの設計ボルト軸力の算出式 4）である 式（1）および 式（2）より，130kN とした。

写真３

キャリブレーション試験状況

ここで，（2） 試験結果

N = α・σy・Abe（1）

NS =1.1・N（2）

N ：設計ボルト軸力（N）
NS ：締付けボルト軸力（N）

試験より得られたスタッドボルトの荷重−ひずみ関係

α ：低減係数（0.86）を 図４ に示す。図より，線材引張試験と同様に非線形な

σy ：ボルトの降伏点（460N/mm2）

挙動を示している。また，荷重が大きくなるにつれてひ

Abe ：ボルトの有効断面積（303mm2）

ずみがばらついているが，これはスタッド溶接時に生じるスタッドボルトの傾きや残留応力など施工のばらつきによるものと考えられる。

（2） トルク−軸力関係
スタッドボルト締付け時におけるトルク−軸力関係を
図６ に示す。図中の赤点線は３体の試験結果より得た近似直線である。これより，トルク−軸力関係では 図２ および 図４ に示す結果よりも非線形性が弱まっていることがわかる。各試験体のトルク−軸力関係から最小二乗法により算出した傾き T/N およびトルク係数値を 表２ に示す。なお，トルク係数値 k は 式（3）より算出した。

k
ここで，
図４

荷重−ひずみ関係

４．締付けおよびスタッド溶接による鋼板変形量（1） 試験体および試験方法
試験体は，前述の 図３ と同様である直径 60mm，鋼板

24

T
N・d

（3）

T ：トルク（N・m）
N ：軸力（kN）
d ：ボルト呼び径（mm）

表２ より，締付けボルト軸力が 130kN までの範囲で，

文献 5）に示されているトルク係数および変動係数の規定範囲（0.110 ～ 0.150 および 5% 以下）を個体数は少な
いがそれぞれ満足している。

厚 8mm の円形鋼板にスタッドボルトを溶接したものを

以上より，規定範囲のトルク係数を得ることで，高力使用した。ここで，鋼板の直径は，載荷治具との取り合ボルトと同様にトルク法によってスタッドボルトの軸力いから決定している。また，鋼板と座金の間には軸力計管理が可能と考えられる。

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高強度スタッドボルトを用いた合成床版の合理化継手の開発（3） 溶接による鋼板の初期変形
図７ にスタッド溶接時に生じた鋼板の鉛直方向の変形

量分布を示す。鉛直変形量（鉛直上向きの変形を正）は
円形鋼板の縁端を基準として計測している。図中の赤点
線はスタッドボルトの軸径，赤実線は試験機の孔径の位置を示している。
図より，鋼板の中心付近が最も変形量が大きく，最大で 0.40mm で あ っ た。 文 献 4）で は， 接 合 部 に お け る 肌
すき量が 1mm 以下の場合，軸力導入により接合部が密図６

着するためフィラー挿入が不要とされており，スタッド

トルク−軸力の関係

溶接による摩擦接合継手のすべり耐力への影響は小さい
表２と予想される。

５．導入軸力による鋼板の変形および応力（1） 解析モデル

図６の傾きとトルク係数値

試験体名

T/N

T1

3.139

スタッドボルトへの軸力導入時における鋼板の変形お

T2

3.110

よび応力状態を調べるために，汎用構造解析プログラム

T3

3.123

決定
係数

呼び径d

0.993

22

[mm]

トルク係数k

変動係数
[%]

0.143
0.141

0.39

0.142

6）

Abaqus を用いて弾塑性 FEM 解析を行った。解析モデ
ルとそれに与えた境界条件を 図８ に示す。
解析モデルは６章で使用するすべり試験体の添接板から補強リブを取り除いた 1/4 モデルである。なお，スタッ
ド溶接による鋼板の変形は，定量的に設定することが難しいため，ここでは無視している。母板とスタッドボル
ト は 溶 接 部 の カ ラ ー も 含 め 一 体 と し て モ デ ル 化 し， カ
ラーはスタッドボルトと同じ材料特性を仮定している。
使用する要素は８節点ソリッド要素を基本とした。要素
分割状況を 図 8b）に示す。 メッシュサイズは， 約 1mmの立方体を基本とした。母板−添接板間の摩擦係数は，

図７

鋼板の初期変形量

後述するすべり試験で得られたすべり係数μ2 の平均値である 0.689 とした。座金−添接板間の静止摩擦係数は，座金と添接板間の摩擦による影響を除くため，両者間の摩擦は無視することとし，文献 7）を参考に 0.01 とした。
材料特性は 表３ および 図９ に示すように，SS400 材は材料
試験結果を基にしたトリリニア型，HT570 材は２章の試験結果を基に 400N/mm2 までを２次曲線，それ以降の勾配を 0 とした。また，座金およびナットは十分強度があるとし，弾性体としている。スタッドボルトへの軸力は，２本同時に導入した。軸力は， 図 8b）に示すスタッドボル
ト溶接部の上面とナット間の中央に定義した予張力断面a）鳥観図にボルト軸力に相当する締結力を作用させている 8）。ここでは，スタッドボルトに軸力を導入した後， 図 8a）に示
すチャック部に z 軸負の方向の強制変位を与えることで引張載荷を行った。解析ケースは，導入軸力を 82.5kN，110kN，120kN，130kN と変化させた４ケースである。
（2） 鋼板の変形量と応力分布
軸力と鋼板下面（スタッドボルトの中心直下）の変形量との関係を 図 10 に示す。鉛直変位は，軸力が 0kN の時点を基準に上向きを正としている。

b）断面図
図８

解析モデル

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表３
部材
母板
添接板
スタッドボルト
ナット
座金

高強度スタッドボルトを用いた合成床版の合理化継手の開発

材料特性

鋼種

ヤング率
[N/mm2]SS400

1.97E+05

HT570

1.91E+05−

2.00E+05

ポアソン比

0.3

図 10

図９

軸力−鉛直変位関係（スタッドボルト中心）

SS400 および HT570 の応力−ひずみ関係

図 よ り， 軸 力 が 80kN 付 近 ま で 鋼 板 が 線 形 に 挙 動 し，
そ れ 以 降 は 直 線 の 傾 き が 小 さ く な っ た。 ま た， 軸 力 が80kN で の 鉛 直 変 位 は 0.04mm 程 度 で あ り， 図 ７ に 示 したスタッド溶接によって生じた初期変形ほど鋼板は変形a）82.5kN

しないことがわかる。
軸力導入時における母板および添接板の Mises 応力分
布 を 図 11 に 示 す。 図 11a）よ り， 内 側， 外 側 と も に，
80kN 程度で鋼板の一部に高い Mises 応力が発生していることがわかる。これは，図中の yz 平面におけるせん
断応力によるものと考えられる。さらに，軸力を増加さb）110kN

せ る と 図 11b）か ら d）に 示 す よ う に 板 厚 方 向 に 塑 性 域が進展し，鋼板の変形が増加する。
（3） 導入軸力によるすべり係数の変動
スタッドボルトへの導入軸力とすべり係数との関係を
図 12 に示す。ここで，すべり係数は，引張載荷時における最大荷重を導入軸力とボルト本数の積で除した値とc）120kNした。図より，導入軸力が増加するとすべり係数が小さ
く な っ て い る こ と が わ か る。 特 に，82.5kN か ら 110kN
にかけてすべり係数は小さくなる。これは，軸力導入時に鋼板が yz 平面のせん断により塑性化したこと，その後 z 方向の引張力によって母板の塑性化が進展したためと考えられる。
以上より，スタッドボルトへの導入軸力は，弾性範囲内とする場合は，鋼板が弾性である 82.5kN が望ましい。
しかし，この場合， 図７ に示したスタッド溶接による鋼

d）130kN
図 11 軸力導入時の Mises 応力分布図（単位：N/mm2，変形倍率５倍）

板の変形が残り，接合面に規定の接触力が存在しないことが考えられる。一方で，導入軸力が高い場合は一層の塑 性 域 の 進 展 に よ り す べ り 係 数 が 低 下 す る。 し た が って，６章の継手試験では，スタッドボルトへの導入軸力（締付けボルト軸力）を 110kN として検討を行う。

６．継手試験
（1） 試験体試験には 図 13 に示すすべり試験体を用いた。鋼材は

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図 12導入軸力とすべり係数の関係

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高強度スタッドボルトを用いた合成床版の合理化継手の開発

合成床版と同様に底鋼板 8mm（SS400）を使用した。添接 板 は， ス タ ッ ド 溶 接 部 の カ ラ ー と の 干 渉 を 避 け る ため， 孔径を 32mm の拡大孔とし， 拡大孔用に M30 用座
金 を使用した。また，合成床版の継手部ではコンクリー
トが底鋼板の面外曲げ変形を拘束することから，それをa）全体図模擬するため，添接板には板厚 8mm，高さ 100mm の補強リブを溶接している。
軸力はスタッドボルト軸部に貼付したひずみゲージを用いて計測した値をもとに管理した。なお，ひずみゲー
ジのリード線の導線を確保するためにライナー材も使用

b）側面図

している。試験体の母板および添接板の摩擦接合面処理
は，ともに無機ジンクリッチペイントを 75 μ m 塗布し

図 13ている。 図 13 の試験体のすべり / 降伏耐力比 β は，後表４

述する 表６ の値を用いると， 式（4）より 0.38 であり，すべり先行型の試験体である。
μ・m・n・Nβw-d ・t1・σy
ここで，

（4）

β ：すべり降伏耐力比

すべり試験体接触応力測試験ケース

試験体名

P1

プレスケール

高圧用

計測範囲[N/mm2]50〜130

導入軸力

[kN]

110

P2

P3
中圧用
10〜50

40

110

μ ：すべり係数（0.45）4）
m ：接合面数
n ：ボルト本数
N ：設計ボルト軸力（100kN）
w ：板幅（mm）
d ：孔径（mm）
t1 ：母板厚（mm）
σy ：鋼材の降伏点（N/mm2）（2） 接触応力計測結果

図 14a）試験方法鋼板にスタッドボルトを溶接すると， 図７ に示すよう

ここで，接触面の接触半径

Dn1 ：ナット接触径（33mm）：座金板厚（14mm）に変形が生じる。摩擦接合では，締付けボルト軸力によっtて導入される接合面の接触力が重要である。そこで，摩tS ：添接板厚（8mm）

擦接合継手の試験体で，接触応力分布を計測し，軸力ご式（5）によると本試験での接触半径は 31.5mm となる。

とに接合面の接触状況を確認した。

接触応力の測定結果を 表５ に示す。接触面積の提案値

試験ケースを 表４ に示す。試験体数は各ケース１体とAd は， 式（5）より得た接触半径を用いて算出した面積かした。P1 は導入軸力を 110kN とした場合の接触力を把ら，添接板の孔の断面積を差し引いた値としている。接握 す る た め， 高 圧 用 プ レ ス ケ ー ル を 使 用 し て い る。P2

触力 C と導入軸力 N の比 C/N に着目すると，P1 では接および P3 では，接触応力の広がりを把握するため，中触力と導入軸力がほぼ一致した。一方で，P2 では C/N が圧用プレスケールを使用している。P2 は， 軸力導入時60% 程度となり，接触力と導入軸力との間に差が生じた。

に鋼板が弾性変形する軸力として，導入軸力を 40kN とすなわち，導入軸力が小さい場合，接合面の接触力と導した。接触圧の計測には，中圧用プレスケ―ル，高圧用

入軸力が一致しないことが確認できた。また，接触面積

プレスケールおよびプレスケール圧力解析システム（とに着目すると， 接触面積の実験値と提案値の比 A/Ad はもに㈱ FUJIFILM 製）を使用した。

P3 で約 90％，P2 で約 70％となっており，導入軸力が小b）試験結果さい場合，接触面積も小さくなった。これは，４章で述

高力ボルトにおける接触圧は 図 14 のように広がり円

べたスタッド溶接による鋼板の変形により，スタッドボ

形に分布しているとされ，その半径は文献 9）では 式（5）ルトに導入した軸力が接触力だけではなく，鋼板の変形の提案式のように示される。

に使用されたこと，スタッド溶接時の変形が軸力導入時

r

Dn1

t

2

2

tS

（5）

に打ち消せていないことによるものと考えられる。
接 合 面 の 接 触 状 況 を 図 15 に 示 す。 図 よ り，P3 で は27

論文 ･ 報告

高強度スタッドボルトを用いた合成床版の合理化継手の開発

表５

接触圧がスタッドボルトの中心から同心円状に分布している。 一方，P2 では接触圧が同心円状にならず， 接触
していない箇所が見られる。ここからも，スタッド溶接による鋼板の局所的な変形を軸力導入によって打ち消されていないと考えられる。
（3） すべり試験

接触応力計測試験結果

試験体名

P1

ボルト位置

内側

P2
外側

P3
外側

内側

高圧用

プレスケール
導入軸力 N

[kN]

110.9

110.5

56.2

44.8

接触力 C

[kN]

110.1

115.4

35.0

27.6

[%]

99.3

104.4

62.3

61.6

C/N

内側

外側

中圧用
110.0

110.2

a）試験方法

接触面積 A[mm2] 1512.0 1492.0 1750.0 1597.0 2185.0 2033.0

すべり試験状況を写真４に示す。引張載荷は，大阪市立

接触面積 Ad
（提案値）

[mm2]

A/Ad

[%]

大学が所有する 1000kN 万能試験機を使用した。試験はス
タッドボルトへの軸力導入後，初期に発生する大きな軸

2313
69.0

75.7

87.9

94.5

力低下が生じた後に行った。各スタッドボルトの軸力低下率の経時変化を 図 16 に示す。材料試験は，JIS Z 2241
金属材料引張試験方法 10）に従って実施した。 材料試験
結果を 表６ に示す。試験結果は JIS G 3101 一般構造用圧

内側

外側

内側

外側

延鋼材 11）を満足していた。
b）すべり係数試験より得られたすべり荷重およびすべり係数を表７に示す。ここで，すべりの判定は文献 12）を参考に内側
ボルト位置における母板−添接板間の相対変位が 0.2mmを超えた点とし，すべり荷重はその時点における荷重とa）P3（110kN）b）P2（40kN）
図 15 各試験体の接触状況している。すべり係数は 式（6）から（8）により算出した。
μ0
μ1
μ2
ここで，

P
n・m・N0P
n・m・N1P
n・m・N2

（6）
（7）
（8）

P ：すべり荷重（kN）
n ：ボルト本数m ：摩擦面数
N0 ：設計ボルト軸力（kN）

写真４

N1 ：試験前ボルト軸力（kN）

すべり試験状況N2 ：すべり時ボルト軸力（kN）
表７ より，いずれの試験体においても，すべり係数は0.45 よ り十分高い値を得た。 したがって， 鋼板 厚 8mm（SS400）にスタッドボルト（HT570）を用いて，面外変形を拘束した一面摩擦接合継手において，十分なすべり耐力が得られた。
試験後の添接板における接合面状況の一例を 写真５ に示す。接合面付近に相対変位計を設置するための治具を取付ける際に使用した接着剤が付着しているが，すべり挙動への影響は小さい。写真中に示す矢印は，載荷方向

図 16および板幅方向におけるすべり痕が最も大きくなった箇所の長さを表す。内側，外側ともにすべり痕が現れ，

表６

その大きさは板幅方向で 60mm 程度となった。これは，
図 15a）に示す接触面とほぼ一致している。また，載荷方向の広がり方に着目すると，内側で無機ジンクリッチ
ペイントが大きく剥離していることがわかる。これは，

28

川田技報

Vol.39 2020

軸力低下率の経年変化

鋼種
SS400

材料試験結果板厚

降伏応力σy

引張応力σu

ヤング率E

[mm]

[N/mm ]

[N/mm ]

[N/mm2]

8

295.2

431.9

1.98E+0522

ポアソン比ν
0.29

論文 ･ 報告

引張載荷時に母板が接合面から離れる方向に挙動し，内側に高い接触圧が発生したためと考えられる。
表７

材料試験結果

試験体名
すべり荷重

[kN]

設計軸力

[kN]

試験前軸力
すべり時軸力

内側
外側
内側
外側

すべり係数

[kN]
[kN]

高強度スタッドボルトを用いた合成床版の合理化継手の開発（5）荷重−相対変位関係や，ボルト軸力の推移，接合面のすべり痕より，スタッド溶接による鋼板の局所的な変形が本試験のすべり挙動に与える影響は小さ

S1

S2

S3

135.6

137.2

137.5

100
104.2

102.4

101.6

101.3

101.4

108.8

101.5

100.0

97.9

95.0

96.4

102.4

く，スタッドボルトを用いた摩擦接合継手は適用可能と考えられる。
（6）軸力と接触力の関係およびすべり試験の結果から，
摩 擦 接 合 継 手 に お け る 導 入 軸 力 は 110kN が 望 ま し
いと考えられる。
今後の課題として，スタッド溶接による変形のモデル

μ0

0.678

0.686

0.687

μ1

0.660

0.673

0.653

化およびスタッドボルト溶着部の材料特性を考慮したモ

μ2

0.684

0.699

0.684

デル化が挙げられる。
最後に，本研究には大阪市立大学の山口教授に多大なご指導をいただきました。紙面を借りて厚くお礼申し上
げます。
参考文献

写真５

試験後の接合面状況

７．まとめ
本研究は，合成床版を対象として，従来の底鋼板の継手形式の課題に着目し，高力ボルトの代わりにスタッド
ボルトを用いた摩擦接合の合成床版の底鋼板継手部への

1） 田畑晶子，儀賀大己，小野秀一，山口隆司：ねじ付
きスタッドにより当て板した鋼板の繰り返し引張挙動に関する基礎的研究，土木学会論文集 A1, Vol.73,
No.1, pp.114-125, 2017.2.
2） スタッド協会 : 溶接技能者のためのスタッド溶接施工の手引き，鋼構造出版 , 2012.10.
3） 日本スタッドウェルディング㈱：「製品情報

高強適用可否の検討したものである。スタッドボルト溶接時

度 ス タ ッ ド 」, http://www.nsw-j.com.html（ 参 照 日の鋼板の変形量の計測，スタッドボルトの締付け試験を

2019.9.）行った。加えて，スタッドボルトを用いた摩擦接合継手の応力性状，すべり耐力およびすべり挙動を確認するた
め，スタッドボルトを用いた一面摩擦接合継手のすべり
試験体による FEM 解析およびすべり試験を行った。得
られた結果を以下に示す。
（1）スタッドボルトの荷重−ひずみ関係は非線形性を示したが，トルク−軸力関係は線形性を示したことにより，

4） 日本道路協会：道路橋示方書・同解説Ⅱ鋼橋編，丸善 ,2012.3.
5） 土木学会 : 高力ボルト摩擦接合継手の設計・施工・維持管理指針（案），丸善㈱ , 2006.
6） SIMULIA：Abaqus Analysis User’s Manual,Ver.6.16,
2016.
7） 山 口 隆 司， 森 猛， 橋 本 国 太 郎： 高 力 ボ ル ト 摩 擦 接

高力ボルトと同様にトルク法で軸力管理できる。

合継手のすべり強度 / 降伏強度とすべり係数に関（2）スタッドボルトを用いたすべり試験の弾塑性 FEM

す る 研 究， 構 造 工 学 論 文 集，Vol.51A， 土 木 学 会，

解析により，軸力導入時に鋼板が塑性化すると，すべり係数は低下することが確認された。

pp.1737-1748, 2005.3.
8） 玉越隆史，石尾真理，横井芳輝．山崎健次郎，水口（3）一方，接触応力計測試験より，スタッドボルトへの知樹：高力ボルト摩擦接合のボルト軸力導入に着目

導 入 軸 力 を 110kN と す る と， 接 合 面 の 接 触 力 は 導した解析モデルに関する研究， 鋼構造論文集第 21

入軸力とほぼ一致したが，導入軸力を 40kN とすると，スタッド溶接時の局所的な変形により，接合面
で の 接 触 力 は 導 入 軸 力 の 60% 程 度， 接 触 面 積 は 文
献 9）の接触半径から算出した接触面積の 70% 程度となった。
（4） 導 入 軸 力 を 110kN， 設 計 軸 力 を 100kN と し て す べ
り試験を行った結果，すべり荷重を設計軸力で除した す べ り 係 数 が 0.45 を 上 回 り， 十 分 な す べ り 係 数を確保することができた。

巻，第 84 号 , pp.95-110, 2014.12.
9） 日 本 鋼 構 造 協 会： 高 力 ボ ル ト 接 合 技 術 の 現 状 と 課
題，JSSC テクニカルレポート No.96, 2013.3.
10） JIS Z 22412011：金属材料引張試験方法， 日本規格協会 , 2015.10.
11） JIS G 31012010：一般構造用圧延鋼材，日本規格協会 ,2015.8.
12） 日 本 建 築 学 会： 鋼 構 造 接 合 部 設 計 指 針， 丸 善 ㈱ ,2007.10.

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