22376

日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸） 2019 年 9 月

金属工事におけるボルト接合部に関する実験
その 3 外壁取付部の実験
非構造部材

金属工事

スロット孔

すべり係数

正会員

ボルト接合部○ 佐 藤 秋 雄 *1

正会員

黒 澤 未 來 *2

同

吉 敷 祥 一 *3

同

巽

同鈴木

*1

同

中 島 一 浩 *5

同川邉裕一 *5

同清家翔

信 彦 *4
剛 *6

金属パネル

1. はじめに

胴縁

前報では，ボルト孔形状や表面処理の異なる場合のすべり係数への影響を確認した．本報( その 3 ) では，金属工事における具体的な適用例として金属外壁取付部を考え，実用部材のすべり挙動について考察する．
2.

実験計画

2.1

試験体

構造躯体
ファスナー

図1

試験体は，図 1 に示すような金属外壁と構造躯体の接合部分である外壁取付部を模したボルト接合部である．
試験体の概要をセットアップを兼ねて図 2 に，試験体の金属外壁と構造躯体の接合部概要
110110ピン治具

詳細を図 3 に示す．ボルト接合部は，構造躯体に取り付

計測用 ねじ棒70

くファスナー，外壁を支える胴縁および両者を締め付け試験部分るボルトによって構成される．ファスナーは板厚 6mm の固定
治具

鋼板を曲げ加工して製作した長さ 75mm の等辺山形断面

391

70
150

部材：75x75x6 を用い，胴縁には長さ 100mm の等辺山形鋼：50x50x4 を用いる．これらの材質は，非構造部材の接合を220想定して一般構造用鋼板(SS400)またはオーステナイト系

220340ステンレス鋼( SUS304) を用いる．ボルト接合部の表面処

図2

理は，前報と同様に (i) 溶融亜鉛めっき，(ii) 溶融亜鉛めっセットアップ

13

きのリン酸塩処理，(ii i) 電気亜鉛めっきの有色クロメー

50

ト処理，(i v) 電気亜鉛めっきの有色クロメート処理と一75

液形変性エポキシ樹脂錆止めペイント，( v ) ステンレス

4406の梨地の 5 種類とする．また，ボルト孔形状は前報にお図3ト孔の組合せを用いる．ファスナー側を縦スロット孔，表1

胴縁側を横スロット孔とする．
2.2

実験パラメータ

実験パラメータは，上述した表面処理に加え，締結部材の種類および載荷方向である．締結部材には，高力ボルト（ただし，昨今の状況から相当材として強度区分10.9 の六角ボルトを用いる），および強度区分 4.8 の六角

No. 締結部材 載荷方向

5013

ファ ス ナ ーL-75x75x67575

ける形状 5 と形状 6 に相当する縦スロット孔と横スロッ

100

2040

胴縁L-50x50x4

試験体詳細
実験パラメータ
表面処理

HDZ

HDZPEPEPJP

SUS

1 高力ボルト2 相当(10.9)

引張〇〇〇〇〇

圧縮〇〇〇〇〇

3 普通ボルト(4.8)
4引張〇－－－〇

圧縮〇－－－〇ボルト（以下普通ボルト）の 2 種類を用いる．いずれもボルトの呼び径は M12 である．さらに，普通ボルトには2.3 セットアップ

一般的なゆるみ留めであるばね座金を介入する．載荷方

試験体は，まず図 2 に示したようにファスナー側を固向は，外壁に作用する風圧力の正負を想定し，引張およ定治具を介して試験機に固定し，胴縁側はピン治具を介び圧縮方向の 2 種類とする．

して上部の試験機に固定する．その後に実験対象である載荷を行った試験体一覧を表 1 に示す．表は縦に締結ボルト接合部の締付を行う．実験は引張もしくは圧縮側部材の種類と載荷方向の組合せを，横に表面処理の種類への単調載荷とし，引張載荷時には最大耐力後の耐力低を示しており，○を付した組合せについて試験体をそれ下，圧縮載荷時にはボルトどうしの接触などにより急激ぞれ 5 体用意して実験を行った．

な耐力上昇がそれぞれ確認できるまで行った．

Tests on Bolted Joints in Metal Construction

SATO Akio, KUROSAWA Miku, KISHIKI Shoichi, TATSUMI Nobuhiko,Part 3: Metal Wall Joint Component Tests

SUZUKI Sho, NAKAJIMA Kazuhiro, KAWABE Yuichi and SEIKE Tsuyoshi― 751 ―

P [kN]P [kN]

30

10はしぬ け破断

20-200-10

図5020-10

中断

P

30

1918

すべり荷重

1701

図5

すべり係数の評価範囲

2340.26 0.004 RZ

前報形状 5・形状 60.8155軸方向力とボルト張力の変動[-]

1P16[mm]0

荷重変形関係の一例
P▼2高力ボルト相当材
普通ボルト-20

図484[mm]1020

初期軸力の 9 0 %6設計クリアランス

10N [kN]

0.6+dK1K2(a) 胴縁・ファスナーの荷重変形関係

図60.45=0.4d(b) ボルト接合部の荷重変形関係

K3K1d0.20.2 mm(c) 全体の履歴曲線((a)+(b))

スロット孔による低減を考慮した回帰式

0050

図7

すべり係数の評価範囲

2.4 計測計画

ブラスト処理下限値

本実験結果
既往研究 標準孔既往研究 拡大孔100

R [ m]
Z150

表面粗さとすべり係数の関係

3. 実験結果

実験に先立ち，試験体の表面粗さの測定を行った．表

3.1 荷重変形関係

面粗さは，触針式粗さ測定器を用いて測定し，最大高さ荷重変形関係を，表面処理が電気亜鉛めっきの場合を粗さ R Z を代表値として得る．実験中は，試験機に組み込例に図 4 に示す．図の縦軸は軸方向力 P であり，横軸はまれたロードセルにより軸方向力 P を計測するとともすべり量に，ピン治具直下の計測点（図 2 中の計測用ねじ棒）の普通ボルトを使用した場合である．両者の結果を比較す

鉛直変位を，固定治具上面からの相対変位として表裏 2ると，締結部材によるすべり耐力および最大耐力の影響点について計測し，それらの平均値をファスナーと胴縁は小さいことが分かる．また，すべり荷重の評価点前後の相対変形とする．また，載荷開始時のボルトの初期の荷重変形関係と，試験部分のボルトの軸力 N を重ねて導入張力 N 0 はワッシャー型ロードセルにより計測し，図 5 に示す．ボルトの軸力 N はすべりが生じる時点で初全ての試験体において 2 0 k N に調整する．これは，強度期導入張力から 1 割程度減少していることが分かる．

区分 4.8 の普通ボルト M12 の弾性域での締付を想定し，降3.2 すべり係数と表面粗さの関係伏耐力の 7 割として定めている．
すべり係数

実験により得られたすべり係数と表面粗さの関係を，は，実験によって得られたすべり荷重 P S

前報と同様の表現により図 7 に示す．図の縦軸はすべり係数，横軸は最大高さ粗さ R Z である．前報の結果と比較を用いて次式により算出する．

PSm N0
ここで , ファスナーと胴縁の相対変形を示す．実線は高力ボルト相当材を，破線はすると，実部材を模した本実験結果のほうがばらつきが(1)小さい．前報の実験結果と比較すると，最大高さ粗さがにファスナー大きいためにすべり係数が増加していることが分かる．と胴縁の変形が含まれることを考慮する．すなわち，図特に溶融亜鉛めっきのリン酸塩刷毛塗り処理を施したも6 に示すように，全体の履歴曲線 (c) の初期剛性がファスのについては最大高さ粗さが 2 倍以上であり，既往の回ナーと胴縁 ( a ) の剛性によるものであると仮定し，初期帰式に沿ってすべり係数が大きいものでは 0.45 近くまで剛性の 0.2mm オフセット直線と履歴曲線が交差する点ま増加しており，偏心や一面せん断としたことによる影響でをすべり係数の評価範囲とする．以下では上記のことはほとんどみられなかった．

を考慮したうえでファスナーと胴縁の相対変形

4. まとめをすべり量と呼ぶ．また，試験体は 1 面摩擦であるため，m は本報( その 3 ) では，外壁取付部を模した部分接合部の1 である．

載荷実験について報告した．

*1 菊川工業* 2 東京工業大学大 学院 修士課程
* 3 東京工業大学大学院 准教授・博士（工学）* 4 東京工業大学大学院 助教・博士（工学）* 5 ロブテックスファスニングシステム* 6 東京大学大学院 教授・博士（工学）KIKUKAWA KOGYO Co., Ltd.
Graduate Student, Tokyo Institute of Technology
Associate Professor, Tokyo Institute of Technology, Dr. Eng.
Assistant Professor, Tokyo Institute of Technology, Dr. Eng.
Lobtex Fastening System. Co., Ltd.
Professor, The University of Tokyo, Dr. Eng.

― 752 ―