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日本建築学会大会学術講演梗概集（東北） 2018 年 9 月

太径スレッドローリングねじφ16 引張接合部の有限要素解析による検討
正会員
同2.構造―10.鉄骨構造―e.接合要素その他
スレッドローリングねじ
ねじ接合
有限要素解析
損傷荷重○太田紘恵*
桑原 進**

同川邉裕一***
中島一浩***

引張接合

板厚および図２のねじ形状等を表す 3 つの寸法（ねじ山角１．はじめに昨年度までの研究報告 1)〜4)によりスレッドローリングね

度a，ねじ山かかり高さ d1，ねじ山ピッチ p）である．適じ接合部の力学性状が明らかにされてきた．本報では，用寸法については，表中の白い部分が基本形状を，網掛有限要素解析を用いて，太径スレッドローリングねじf16け部分が変数を表し，変数については昨年度行った塑性を対象に引張接合部のより詳細な検討を行う．

解析 4）を参考に設定する．被締結材板厚については，塑

２．解析方法性解析結果 4）から，f16 のねじが軸部の強度を有効に活用

図１に解析モデルと境界条件を示す．解析モデルは，できるために必要な最小板厚 12mm を基準として，それ先行して行われた引張接合の接合部実験 3)の載荷装置を参よりも 2 サイズ大きいものと小さいものを選択する．

考にし，図１左下の破線部内，ねじ部と被締結材下板を３．解析結果モデル化する．また，スレッドローリングねじと被締結

図４に解析から得られた荷重―変位関係を示す．(a)は材は回転体であり，軸対称の応力が作用すると仮定して， 被締結材板厚を変数，(b)はねじ山形状を変数とした場合解析モデルは軸対称平面モデルとする．ねじ締結部周辺である．図中の括弧付き数字は解析モデル No.を示す．ねの 寸 法 は 図 ２ の 規 格 寸 法 に 従 い ， 最 小 分 割 サ イ ズはじ山角度aを変数とした(4)，(5)は基本形状と大きな相違0.05mm 程度である．また，中心軸から被締結材端部までが見られなかったため，結果を割愛している．ねじ山かの長さは 40mm とし，端部は紙面直行方向周りの回転をかり高さ d1 を変数とした場合は色で区別しており，d1 が自由とする．載荷は，ねじ部上端に強制変位を与える．

小さいほど，薄い色で表す．また，(8) p = 1.2(mm)は破線

図３に入力する材料特性として，真応力度―塑性ひずみで表す．図４(a)では，被締結材板厚が大きくなるほど，度関係を示す．黒線はねじ部を，灰色線は被締結材を表初期剛性と最大荷重が高くなる傾向がみられる．(1) tp =す．スレッドローリングねじのねじ部は，素材引張試験6(mm)については，塑性化後の剛性が著しく低く，最大を行えるほど十分に長くないため，ねじ部のみを取り出荷重に到達するまでに大きく変形している．図４(b)では，した試験片を用いて圧縮試験を行うことで，公称応力度―ねじ山かかり高さが大きくなるほど，ねじ山ピッチが細公称ひずみ度関係を得ている．また，被締結材についてかくなるほど荷重が高くなる傾向となる．なお，(8) p =も素材引張試験のデータが存在しなかったため，SN490B1.2(mm)については耐力劣化を確認できていない．

材の引張試験結果から，SS400 材に相当する降伏応力度耐力劣化を確認できないモデルがあるため，最大荷重(sy = 235(N/mm2))に変換したものを用いる．解析には，で比較することができない．そのため，損傷時の荷重で汎用非線形解析プログラム MSC. Marc 2016 を用いる．

比較する．損傷時の荷重は天井部材などの接合部を設計

表１に解析モデル一覧を示す．解析変数は，被締結材および評価する際に用いられる指標 5）であり，初期剛性

900s (N/mm2)
ねじ部

600

被締結材

300e00

図１ 解析モデルと境界条件

図２ ねじ締結部周辺の規格寸法

Finite Element Analysis of Tensile Joint with Thread Forming Screws(f16)― 971 ―

0.050.10.15

図３ 材料特性(真応力度―塑性ひずみ度関係)

OTA Hiroe, KUWAHARA Susumu,
KAWABE Yuichi and NAKAJIMA Kazuhiro

の直線 I と，履歴曲線の接線で，1/3 初期剛性となる直線とがわかる．図５で被締結材板厚が小さいモデルが実験

II の交点における荷重を用いる．

結果の最大荷重よりも低い値を示したのは，実現象より表１の右から 2 列目に損傷荷重を，右から 1 列目にそれも早期にねじ抜けが発生したためであると考えられる．

ぞれの損傷荷重を基本形状の損傷荷重で無次元化した値

１より，ねじ山かかり高さとねじ山ピッチを変数とした

参考文献
１） 鈴木博之：スレッドローリングねじで接合された継手の強度に関する実験的研究，土木学会 構造工学論文集，Vol.61A，2015.3２） 藤井勝義，中島一浩，川邉裕一，桑原進:独自のねじ形状を有するスレッドローリングねじの 締結特性，日本建築学会大会
学術講演梗概集（広島)，C-1，構造 III，pp.681-682，2017.9

場合には，ねじ山のかかり量が大きくなるほど損傷荷重

３） 中島一浩，鈴木博之，川邉裕一:直径 16mm のスレッドローリが高くなる傾向となるが，その差はわずかであり，ねじングねじ引張接合継手に関する実験的研究，日本建築学会大会を示す．また，(1)〜(3)については，図５に荷重―被締結材板厚関係として，有限要素解析結果，塑性解析結果 4），および引張接合の接合部実験結果 1）〜3）を重ねて示す．表学術講演梗概集（広島)，C-1，構造 III，pp.683-684，2017.9
４） 太田紘恵，桑原進，川邉裕一，中島一浩：スレッドローリング
ねじ接合部引張破壊性状の解析による検討，日本建築学会大会
学術講演梗概集（広島），C-1，構造 III，pp.685-686，2017.9

山かかり高さやねじ山ピッチは，有限要素解析においては，損傷荷重に大きな影響を与えないことがわかる．図５より，有限要素解析の最大荷重は塑性解析の破壊強度

５） 一般社団法人建築性能基準推進協会：建築物における天井脱落や接合部実験の最大荷重より低いが，(3) tp = 19(mm)に関対策に係る技術基準の解説しては，実験の最大荷重と有限要素解析の最大荷重がほぼ一致しており，塑性解析の軸部破壊強度にも近い値と表１ 解析モデル一覧と解析結果なっている．
No.


t p (mm)形状態は最大荷重に到達した際の状態であり，変形倍率

16は等倍である．被締結材板厚が小さい場合には，被締結212材が大きく変形する．そのため，ねじ締結部上部ではね319

図６に(1)〜(3)の変形状態と相当応力度分布を示す．変

じ抜けが発生し，下部のおねじに応力が集中していることがわかる．一方で，(3) tp = 19(mm)については，おねじ5907方向に対して，すべてのねじ山で応力を負担しているこ

880P (kN)120(3) tp = 1960100

12600 (kN)(2)

8.54

0.26

32.87

1.00

71.55

2.1832.31

0.98

33.00

1.000.12529.29

0.890.375

34.29

1.0438.05

1.16

1.60.25

P (kN) (8) p = 1.2mm(7) d1 = 0.375mm

p (mm)0.25456
d 1(mm)604

はめねじにかかった状態を保っており，被締結材の板厚140
a (°)

1.2750相当応力度(N/mm2)
1500(2) 基本形状

8040(2) tp = 12604020(3) tp = 6d (mm)200024(6) d1 = 0.125mm(1) tp = 6(mm)d (mm)

0601234(a) 変数：被締結材板厚(b) 変数：ねじ山形状
図４ 荷重―変位関係200塑性解析４）

P (kN)

おねじ破壊強度150(2) tp = 12(mm)

軸部破壊強度接合部実験１），２），３）

100

最大荷重
有限要素解析

50

最大荷重tp (mm)00369121518

損傷荷重(3) tp = 19(mm)
図６ 変形状態と相当応力度分布21

図５ 荷重―被締結材板厚関係*元・大阪大学大学院 地球総合工学専攻 大学院生

*Former Graduate Student, Graduate School of Eng., Osaka Univ.

**大阪大学大学院 地球総合工学専攻 准教授・博士(工学)**Associate Prof., Osaka Univ., Dr. Eng.

***ロブテックスファスニングシステム***Lobtex Fastening System Co., Ltd.

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