日本建築学会大会学術講演梗概集（東 海） 2003年 9 月

22407
アルミニウム合金を用いた建築構造に関する研究 - その 70
無機ジンクリッチ塗料を用いた高力ボルト摩擦接合部実験（ボルト導入軸力）
正会員○市川 祐一 *1
アルミニウム合金 摩擦継手 無機ジンクリッチ塗料〃
中込 忠男 *3
ボルト導入軸力〃
小林 史興 *5

正会員〃〃

藤本 効 *2
山田 丈富 *4
橋本 篤秀 *645250

105050

図145250

試験体形状

350

350

300

300

2

Stress(N/mm )2

Stress(N/mm )

A5083
A6061
A6063
導入軸力 (kN)
塗膜厚
導入軸力 (kN)
塗膜厚
導入軸力 (kN)
記号 塗膜厚（μ） 0° 90° 120° （μ） 0° 90° 120° （μ） 0° 90° 120°
BN-145.3 124 128
44.2 123 12541.9 121 124-245.8 117 122
41.9 120 121
46.1 121 124
345.2 123 126
42.9 122 124
40.4 119 122
BP-1 178 43.4 117 123 169 40.8 120 123 84.9 41.0 121 125-2 138 41.1 116 121 159 41.0 123 127 78.1 44.6 119 122-3 174 39.3 111 119 160 44.4 121 124 90.6 39.7 116 119
PN-1 134 40.3 117 120 129 44.0 126 128 84.8 41.9 121 123-2 142 42.8 113 122 134 40.9 125 130 105 40.9
120
-3 120 40.1 113 123 135 41.1 123 126 88.4 44.6 122 125
PP-1 324 39.2 107 118 313 44.3 121 123 174 43.0 115 119-2 306 40.8 112 119 242 40.7 121 126 182 41.9 114 120-3 283 41.4 110 121 255 42.9 116 127 183 40.0 114 116
PS-1 133 40.9 114 123 131 41.5 123 125 80.3 43.0 123 127-2 147 44.7 117 122 133 38.6 120 123 95.9 39.2 121 126-3 122 42.1 115 122 125 45.4 122 125 112 41.7 120 123

90

10 15 10

１．はじめに
３．実験の概要
通常、摩擦面処理は発錆による目荒であるが、耐食性の高力ボルトの締付けは、仮組みした試験体のボルト孔に良いアルミニウム合金に適用するのは困難であり、ブラス挿入し工具等を用いずにナットを締め、その状態を初期とトによる目荒しや、塗装処理が代替の方法となる。
してトルクレンチで１次締付けトルク 100N・m を導入す
無機ジンクリッチ塗料を用い摩擦面処理した高力ボルトる。この状態でマーキングし基準点（回転角０°）としナッ摩擦継手は鋼橋梁で多く使用されている。本研究は、力ト回転角が 120°に達するまで 15°ピッチでボルト歪み学的特性が多用なアルミニウム合金に対する無機ジンクを測定した。ボルト歪みは軸部に貼付けた 2 枚の歪みゲーリッチ塗料処理の適用性を検討するものであり、本報ではジで測定し、軸力への換算は別に行ったボルト引張試験の合金種、塗膜厚とボルト導入軸力の関係を報告し、すべり結果に拠った。
実験結果は次報で述べる。
４．実験結果２．試験体・パラメータ
表３に、各試験体の塗膜厚、１次締付けトルク導入時、試験体は、図１に示す形状の 2 面せん断型のものである。 ナット回転角 90°、120°時のボルト軸力の値、図３にア ル ミ ニ ウ ム 合 金 種 は、JIS A6063-T5（ 以 下 A6063）、 塗膜厚とボルト軸力の関係を示す。なお塗膜厚は、摩擦面JIS A6061-T6（ 以 下 A6061）、JIS A5083-H112（ 以 下１面当り（PP 試験体は添板、中板の合計）の値である。
A5083）の 3 種類である。素材試験により得られた応力ー合金種に関らずボルト軸力は塗膜厚が増すと低くなる
歪み関係を図２に、力学的特性値を表１に示す。
傾向が見られ、90°時に顕著である。また、その傾向は試験体のパラメータ（摩擦面処理の組合せ）一覧を表２
A6063 が最も高く、A6061 が最も少ない。に示す。使用した無機ジンクリッチ塗料（以下塗料）は図中の数値は無塗装である BN 試験体のボルト軸力の平JIS K5553 規格品である。塗料と母材界面は原則溶剤によ均値である。A5083 は無塗装と較べるとボルト軸力がやる脱脂処理のみであるが、界面状態の影響を確認するため
表１ 素材の力学的特性
表２ 摩擦面処理の組合せ
PP 試験体の一部は #100 サンダーがけにより目荒しした。
添板
材質
耐力 強度 降伏比
塗装 ブラスト *2
中板
中板 144 316 0.46
塗布方法は刷毛塗である。なお、ブラスト処理は表面粗さ
A5083
塗装○ (PP)○ (BP)
添板 158 315 0.50
標準試験片と比較し合格する状態のものとした。
サンダー
中板 312 330 0.95
○ (PS)--塗装は常温の室内で行い、塗装後 48 時間以上経過した A6061
がけ *1
添板 314 332 0.95
無処理
○ (PN)○ (BN)
時点で塗装面当り 9 点の膜厚を測定し、その平均値を塗中板 204 227 0.90A6063
膜厚さとした。養生は気温 20、湿度 60% の恒温室で 7() 内は試験体記号
添板 198 228 0.87
*1：目の荒さ #36 *2：研削材 F36日間以上行った。
H.T.B M16-65
ボルトは M16 溶融亜鉛めっき高力ボルト（F8T) である。
試験体数は各パラメータ 3 体である。
表３ 塗膜厚と導入軸力250200150100�6063
�6061
�5083

500064Strain(%)

2a.

810250200150100�6063
�6061
�5083

5000264Strain(%)

810中板b. 添板
図２ 素材の応力 - 歪み関係

Study on Aluminum Alloy Structure -Part70
Strength test of High strength bolted joint coated by Inorgani Zinc-rich Paint(Turn nut angle & Bolt-tension)
ICHIKAWA Yuichi , FUJIMOTO Isao , NKAGOMI Tadao , YAMADA Tomohisa , KOBAYASHI Fumioki , HASHIMOTO Atsuhide̶813̶

や低くなり、特に 90°時が顕著である。A6061、A6063 は、90°では塗膜厚さが厚くなると無塗装より軸力が低くなるが、120°回せば無塗装とほぼ同等の軸力が得られる。
図４にナット回転角とボルト軸力（平均値）の関係を示す。図中に示す Nw の値は、座金面積に添板の降伏耐力を乗じて求めた座金直下添板の降伏荷重である。
１次締付けトルク導入時の軸力は、合金種が同じであれば摩擦面の処理条件に関らずほぼ同じである。その後は、ナット回転角の進行に従いボルト軸力が増加し、標準ボルト軸力（88.5kN）を越えるのは A5083 が約 40 〜 60°、
A6061 が約 40 〜 45°、A6063 が約 40 〜 45°である。
A6061 は 90°、A6063 は 105°を越えた時点でナット回転角に対するボルト軸力の伸びがほぼ頭打ちになっている。これは、ボルトねじ部が降伏したためと推定される。
各合金とも、ナット回転角に対して BN 試験体が最も高い軸力の伸びを示し、塗膜の厚い PP 試験体は伸びが低くなる。これは、塗膜の有無（有る場合は塗膜厚）の影響と考えられ、降伏耐力の低い A5083 の場合が顕著である。
また、母材耐力が高くなると膜厚の影響は少なくなる。
施工要領 2) ではナット回転法による高力ボルトのナット回転角は、１次締付け後 90 〜 120°と規定されている。
今回の結果では、塗膜の有無に関らず下限値の 90°でも標準ボルト軸力以上の値が導入されている。また、
A6061、A6063 は、前述のように、規定値の上限である120°のナット回転角を与えればボルトの降伏耐力に達す�90°時

130125125125121120115110130123
122120115

110

150a.

200 250 300
塗膜厚（μ）

350b.

A5083-H112

120115�90°時

200 250 300
塗膜厚（μ）

350

A6061-T6

膜厚とボルト軸力の関係

な お、 本 研 究 は ア ル
ミ 建 築 構 造 協 議 会（ 会長 河村繁）の研究活動の一環として行われ123たものである。
120- 参考文献 1) アルミニウム建築構造
設計規準（アルミニウム建築構造協議会）
120°時
�90°時2) アルミニウム建築構造
200
160
12080
物製作施工要領書・同解塗膜厚（μ）
説（アルミニウム建築構c. A6063-T5造協議会）

140

140

120120120

100

Nw=91.1kN
88.5kN

8060

�BN
�BP
�PN
�PP
�PS

40
2000a.

100

88.5kN

8060

�BN
�BP
�PN
�PP
�PS

40
20030
60
90 120
ナット回転角(deg.)

0A5083-H112

図４b.

Nw=114kN

10088.5kN

8060

�BN
�BP
�PN
�PP
�PS

40
20030
60
90 120
ナット回転角(deg.)

A6061-T6

ボルト軸力 - ナット回転角関係*1 信州大学工学部社会開発工学科 助手・博士（工学）*2 （財）ベターリビング筑波建築試験センター 工修*3 信州大学工学部社会開発工学科 教授・工博*4 千葉工業大学工学部建築学科 助教授・博士（工学）*5 信州大学工学部社会開発工学科 博士前期課程*6 千葉工業大学工学部建築学科 教授・工博

ボルト軸力(kN)

140ボルト軸力(kN)

ボルト軸力(kN)

150100

図3125

110

120°時
100ボルト軸力(kN)

120°時

ボルト軸力(kN)

ボルト軸力(kN)

130るので、塗膜厚がボルト軸力与える影響は殆ど生じないと考えられる。
しかし、A5083 や A6063 の降伏耐力規格値は 110N/mm2であり、今回の試験体よりかなり低い。したがって、規格値に近い材料の場合は、Nw の値が標準ボルト軸力以下になり、また塗膜の介在により軸力の伸びが落ちるので、回転角 90°では充分な軸力が得られない可能性がある。
座金直下降伏は局部的な現象であり、また A5083 は降伏後の応力上昇が充分に見込める合金なので上限の 120°まで回せば充分なボルト軸力が得られると考えられるが、A6063 の様に耐力が低く、降伏比が高い合金では、ナットを上限の 120°回転させても充分なボルト軸力が得られない可能性が高くなる。
よって、座金直下の降伏耐力が標準ボルト軸力に近い場合は、必要な継手耐力が確保出来ているか力学的試験により確認することが重要であると言えよう。
５．まとめ
本検討で得られた知見を以下にまとめ示す。
・１次締付け時の軸力は塗膜の影響を受けない。
・ナット回転角とボルト軸力の関係は、塗膜厚さにより差が生じ、その影響は降伏耐力の低い材料ほど大きくなる。
・降伏比の高い素材では座金直下の母材降伏耐力が標準ボルト軸力に近い場合は、所定のナット回転角を与えても充分なボルト軸力が得られない可能性がある。

0c.

306090 120
ナット回転角(deg.)

A6063-T5

Research Assoc., Dept. of Architecture & Civil Engineerring , Faculty of Eng. ,Shinsu Univercity Dr. Eng.
Center for Better Living Tukuba Building Test Labo.
Prof. ,Dept. of Architecture & Civil Engineerring , Faculty of Eng. ,Shinsu Univercity Dr. Eng.
Assoc. Prof. ,Dept. of Architecture , Faculty of Eng. , Chiba Institute of Technology Dr. Eng.
Graduate Student, Dept. of Architecture & Civil Engineering, , Faculty of Engi. , Shinshu Univercity
Prof. ,Dept. of Architecture , Faculty of Eng. , Chiba Institute of Technology Dr. Eng.

̶814̶