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日本建築学会大会学術講演梗概集（中国） 2008年 9 月

アルミニウム合金ボルトの終局せん断強度に関する実験的研究
正会員
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ボルト
終局せん断強度

正会員
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せん断実験

丈富*
忠男**

見波 進***
藤本 効****

F1 0T 2 M20

1．研究目的

A6061-T61515 15鋼製のボルトや高力ボルトの終局せん断強度と素材の

ク リ ップ ゲ ー ジ（ 4個 ）引張強度との比（以下、τu/σu と称す）は、素材の引張20250

そこで、本研究は、アルミニウム合金ボルトのτu/σu60D

5060 60250
370 mm50
D : ボ ル ト孔 径 ＝ ボル ト 呼 び径 ＋0. 5mm

図 1 2 面せん断試験体と、切削加工したものに対して、2 面せん断実験を行った。

表１ 2 面せん断実験の実験変数

その際、終局せん断強度に与えるボルト素材の機械的性異なる別材種のアルミニウム合金材との比較も行った。

50410を求めることを目的として、ねじ部を転造加工したもの質の影響を調べる為に、同材種の別ロット材や降伏比のφφしては報告されていない。

ボルト材種(ロット種別）２．試験概要

ボルト
呼び径

ねじ
加工法

せん断面の位置

転造軸－軸軸－ねじねじ－ねじ軸－軸軸－ねじねじ－ねじ軸－軸軸－ねじ
ねじ－ねじ

切削

ねじ－ねじ

12

アルミニウム合金ボルトのせん断実験における実験変数一覧を表１に示す。実験変数は、材種、ボルト径、ねじ部の加工方法、およびせん断面の位置とした。

A6061-T6（A)アルミニウム合金ボルトとしては、それを想定したね1620

じ加工を施したアルミニウム合金の押出し棒（以下、ア12ルミボルトと称す。）とした。材種は、ボルト材として主に用いられる A6061-T6 とし、ロットの異なる３種類のものを用いた。また、ボルト材には用いられないが、アルミニウム合金素材の機械的性質の影響を調べる為に、A6061-T6（B)

工方法は、転造と切削の２種類とした。せん断面の位置

切削
20

A6061-T6（C)12切削

A5083-H112

12切削

は、２面せん断実験を行うことから、２つのせん断面の位置が軸部－軸部、軸部－ねじ部、ねじ部－ねじ部となるようにした。同一試験体は原則３体実施した。
図１に、２面せん断実験の試験体を示す。実験対象のアルミボルト位置は図の継手の右側とした。ボルトの締め方は終局せん断耐力には低張力範囲では影響が無いことから手締め（張力０）とした。つかみ治具と被接合材の固定には M20 の高力ボルトを使用した。また、主にアルミボルトのせん断変形（支圧変形も含む）を計測するために、図のように４つのクリップゲージを使用した。
なお、ボルト孔径は「アルミニウム建築構造設計規準」3)
に従い、ボルト軸径＋0.5 ㎜とした。
表 2 に、アルミボルトに使用したアルミニウム押出し棒の素材の機械的性質を示す。
Ultimate Shear Strength of Aluminum Alloy Bolt

備考

転造と切削の比較

軸－軸軸－ねじねじ－ねじ軸－軸軸－ねじねじ－ねじ軸－軸
同材種でロッ軸－ねじ
トの違い
ねじ－ねじ
軸－軸
比較の為の軸－ねじ
別材種
ねじ－ねじ

12A5083-H112 材のアルミボルトも用いた。ボルトの呼び径
は M12、M16、M20 の３種類とした。ボルトのねじ部の加アルミボルト

20.5も取り入れられている 2)が、アルミニウム合金ボルトに関.5強さと相関があることが実験で示されており 1)、設計式に

表 2 ボルトの素材の機械的性質
材種（ロットの種別）

押出棒径

試験
片径

σ0.2σuElYR(％)
128288306
18.60.94
A6061-T6（A)1611354371
18.40.96
201432634816.60.941263253529.80.92
A6061-T6（B)2014370389
18.30.95
12825329124.60.87
A6061-T6（C)A5083-H112
12817232330.10.53＊ 試験片は、JIS Z 2201, 4 号試験片に準じた。
σ0.2：0.2%耐力、 σu：引張強さ、
El：破断伸び、
YR：降伏比22(mm) (mm) (N/mm ) (N/mm )YAMADA Tomohisa

―649―

50 50

アルミニウム構造
せん断面○山田
中込et al.

３．実験結果および考察
写真１にせん断実験後のアルミボルトの破断状況の例を示す。想定した通りの破断位置かの確認を行っている。
図２に全データによるτu/σu とせん断面位置の関係を示す。τu の算定には、実験による最大荷重を、軸部は軸部の直径の測定値から計算した断面積、ねじ部は JIS の有効断面積を用いて応力度換算した。同一試験体は３つあるが、ばらつきはあまり認められなかった。τu/σu は、最小 0.456、最大 0.803 と幅広く分布している。 同じ
A6061-T6 材でもロットが異なるとτu/σu の値に差が出ることが分かる。
この図中の印で示した点は、ねじ部を転造加工したものと同一のロット材（機械的性質が同一のもの）のねじ部を切削加工したもの結果を示したもので、τu/σuの値は、転造と切削でほぼ同じ値となった。
また、図の横軸は、せん断面位置で分けており、ねじ部の加工方法に拘らず、せん断面位置にねじ部が入るとτu/σu の値は小さくなる傾向が認められた。
図３に、τu/σu とボルト素材の引張強さ（σu）の関係を示す。プロットした点は同一試験体によるものの平均値をとった。これより、引張強さの値が約 350N/mm2 以下では、ボルト素材の引張強さが大きくなると、τu/σuの値が低くなることが分かる。この低下の傾向はほぼ線形とみなせ、A6061-T6 とは降伏比の異なる A5083-H112の場合にもあてはまっている。また、引張強さの値が約350N/mm2 を超えると、τu/σu の値は一定の値(約 0.5)になることが分かる。
４．まとめ
アルミボルトの２面せん断試験を行った結果、以下の事が明らかになった。
(1) 材質、ねじ部の加工方法に拘らず、せん断面にねじ部が入るとτu/σu の値は小さくなる傾向がある。
(2) 材種が同じ A6061-T6 でもロットが違う(機械的性質が異なる)と、τu/σu に差が出る。
(3) 引張強さが約 350N/mm2 以下では、ボルト素材の引張強さが大きくなると、τu/σu の値が低くなる。
約 350N/mm2 を超えるとほぼ一定値となる。
今後、ボルトに使用される他のアルミニウム合金を用いて、検討を進める必要がある。
本研究は、アルミニウム建築構造協議会の接合分科会の研究の一環として行われたものである。関係各位に謝意を表す。
参考文献
1）橋本、山田：高力ボルトの終局せん断強度、日本建築学
会構造系論文報告集第 440 号,1992.10, pp.77-842) 鋼構造限界状態設計指針・同解説、日本建築学会
3) 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

M20M16M12

写真１ せん断実験後の破断状況の例

1.0
τu/σu
0.80.60.4
M12 A6061-T6(A)転造
M16 A6061-T6(A)転造
M12 A6061-T6(B)切削
M12 A6061-T6(C)切削0.2
0.0軸－軸M12 A6061-T6(A)切削M20 A6061-T6(A)転造
M20 A6061-T6(B)切削
M12 A5083-H112 切削

軸－ねじねじ－ねじ図 2 τu／σu とせん断面の位置0.8τu/σu
0.7

A5083‐H112
他はA6061‐T60.60.50.40.30.2
250300350400σu (N/mm2)

図 3 τu／σu とボルト素材の引張強さの関係*千葉工業大学工学部 教授・博士(工学)*Prof., Faculty of Eng., Chiba Institute of Technology, Dr. Eng.

**信州大学工学部 教授・工博** Prof., Faculty of Eng., Shinshu Univ., Dr. Eng.

***首都大学東京 都市環境学部 助教･博士（工学）*** Assistant Prof., Faculty of Environmental Sciences, Tokyo Metropolitan Univ., Dr. Eng.

****（財）ベターリビング 博士（工学）****Center for Better Living, Dr. Eng.

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