日本建築学会大会学術講演梗概集（東 海） 2003年 9 月

22406
アルミニウム合金を用いた建築構造に関する研究 - その 69
無機ジンクリッチ塗料を用いた高力ボルト摩擦接合部の耐久性
アルミニウム合金
すべり係数

摩擦継手
耐久性

正会員
〃無機ジンクリッチ塗料
塩水噴霧試験

*1

○藤本 効
正会員
*3
山田 丈富〃

*2

中込 忠男
*4
橋本 篤秀

0.94

軸力保持率

0.92

時間 ブラスト Zn 塗料 SUS 塗料
500
0.951
0.940
0.932
1000 0.948
0.937
0.927
2500 0.944
0.933
0.922

2500

500

軸力保持率

1050
4550

試験体

45°

250

クリップゲージ

霧状塩水

1000

45250

H.T.B M16-65

１．はじめに
表１ 試験体仕様
摩擦面処理方法（添板側）
アルミニウム合金構造において、高力ボルト摩擦継手の適合規格 :JIS�K�5552 １種
摩擦面は、アルミナグリットによるブラスト処理によるのZn 塗料塗布
塗膜厚さ : 平均 300 μ mが一般的である。
適合規格 :SSBS�501-2001
SUS 塗料塗布
ブラスト以外の処理方法として鋼構造では無機ジンク
塗膜厚さ : 平均 150 μ m
ブラスト処理 アルミナグリット F36 によるブラスト処理
リッチ塗料を塗布する処理が用いられている。無機系塗料
母材の機械的性質（単位 N/mm2）
塗布による摩擦面処理はステンレス鋼構造でもその有効*耐力 : 中板 -301��添板 -279�, 強度 : 中板 -323��添板 -308
性が確認されているが、湿潤時の電食等の耐久性について* 耐力は 0.2% オフセット法によるは充分な検討がなされていない。
貼付けた２枚の歪みゲージにより導入軸力を測定した。な
本報告は、無機系塗料を用いたアルミニウム合金摩擦接お、試験体の組立ては気温２０℃の恒温室内で行った。
合部の促進耐久性実験結果を述べたものである。
また、すべり試験時のボルト軸力を推定するためにリラ２．実験の概要クゼーション試験を行った。リラクゼーション試験は気温促進耐久性試験装置は、JIS Z 2371「塩水噴霧試験方法」 ２０℃の恒温室中で行い、試験体は耐久性試験と同一形状に規定されたものを用いた。この装置は、35 ± 2℃の雰である。
囲気温度を保持した噴霧室中に濃度 5％の中性塩水を連続３．実験結果して噴霧するものである。
（１）リラクゼーション実験
試験体は図 1 に示すようにナット側を上にして 45°の図３にボルト軸力保持率と経過時間（対数軸）の関係を角度で噴霧室中にセットした。噴霧時間は 500，1000、 示す。ボルト軸力保持率は各試験体 2 本のボルトの平均2500 時間の３条件であり、すべり実験は噴霧終了後２４値である。各試験体とも、締付後１時間で軸力は約 2％低時間以内に行い、中板 - 添板間の相対変位（以下相対変位） 下し、その後は経過時間の対数値にほぼ比例して低下しと荷重の関係から、すべり係数、継手耐力を確認した。試ている。塗装処理したものはブラスト処理に比してリラク
験体 N 数はブラスト処理が１、塗装処理が 2 または 3 体ゼーションがやや大きくなる傾向を示す。SUS 塗料の方がである。
Zn 塗料より大きいのは、塗装後の養生期間（Zn30 日以上、試験体母材は、中板、添板ともアルミニウム合金「JISSUS48 時間）の影響と考えられる。
A 6061-T6」、ボルトは F8T-M16 溶融亜鉛めっき高力ボ
図中の直線は、各試験体の軸力保持率を近似したもので、ルト（以下ボルト）を用いた。試験体形状を図 2 に示す。
噴霧試験時間に対応した値は図中の表に示す数値となる。
摩擦面の処理方法は、無機ジンクリッチ塗料（以下 Zn （２）耐久性実験塗料）塗布、無機ステンレス粉末入
図４に初期状態（以下 0 時間）および噴霧時間 2500 時
塗料（以下 SUS 塗料）塗布およびブ間後のすべり実験における荷重と相対変位の関係を、表ラスト処理であり、いずれも添板側２に塩水噴霧後のすべり実験結果（平均値）を示す。表２のみ処理し、中板側は無処理とした。
中の設計余裕度αは、短期許容設計耐力 (72.4kN) ですべ
1.00
試験体の仕様を表 1 に示す。
�ブラスト
�Zn塗料
ボルト締付方法はナット回転法
�SUS塗料0.98（１次締付トルク 100Nm、ナット回転角 90°）であり、ボルト軸部に0.960.90噴霧口

図1

試験体支持架台

塩水噴霧実験概要

10108010.115

図2

継手試験体

図３

100
10経過時間(Hour)

1000

ボルトリラクゼーション実験結果

Study on Aluminum Alloy Structure -Part69
Durability of High strength bolted joint coated by Inorganic Zinc-rich Paint
FUJIMOTO Isao , NKAGOMI Tadao , YAMADA Tomohisa , HASHIMOTO Atsuhide

̶811̶

表２

塩水噴霧後のすべり実験結果

ブラスト噴霧時間(Hour) 導入軸力 すべり荷重 μ 0Zn 塗料

μα

0
129
116
0.451.60
126
115
0.461.59
122
113
0.46
500
***
***
***
***
***
126
114
0.45 0.48 1.57
125
101
0.41 0.44
1000
127
120
0.47 0.50 1.66
124
108
0.43 0.46 1.49
124
105
0.42 0.45
2500
126
100
0.39 0.42 1.38
121
113
0.47 0.50 1.56
11998
0.41 0.45
・μ 0：導入軸力から求めたすべり係数・μ 0：ボルト軸力のリラクゼーションを考慮し求めたすべり係数
・α：設計余裕度
・導入軸力、すべり荷重の単位は kN・ブラスト処理は 500 時間を実施せず

α 導入軸力 すべり荷重 μ 01.561.401.441.35140140120120100100Load(kN)

Load(kN)

り荷重を除した値であり、1.25 以上必要 2) とされている。
なお、すべり荷重が明確に得られない試験体は、相対変位0.2mm 時をすべり荷重とした。
締付直後のボルト軸力は、摩擦面処理の違いに関らず120kN 程度であり、設計ボルト軸力（80.4kN）に対して40 〜 50％増しの軸力が導入されている。
図 4a によると、摩擦面処理に関らず荷重の増加とともに継手剛性が徐々に低下し、すべり荷重付近ではラウンドハウス形の挙動を示す。その後、塗装処理した試験体は明瞭な荷重低下を示すが、ブラスト処理の場合は荷重低下を示さないまま相対変位が増大した。また、この傾向は塩水噴霧後も同様である。
導入軸力から求めたすべり係数μ 0 は、0.45 を満足しない処理条件が有るが、リラクゼーションによるボルト軸力低下を考慮し算出したすべり係数μは、Zn 塗料では全時間水準で、SUS 塗料は 500 時間を除いて 0.45 以上である。
図５は噴霧時間と設計余裕度αの関係を示したものである。プロットは各パラメータの平均値、実線は標準偏差の 2 倍の範囲を示す。Zn 塗料は噴霧時間が長くなると、αはやや低下する傾向が見られるが顕著なものではなく1.25 倍を確保している。SUS 塗料は 1000 時間では 1.25倍を確保しているが、2500 時間では 1.25 倍を下回った。
噴霧実験中の試験体を観察した結果、500 時間では試験体に腐食、錆の発生は見られなかった。約 800 時間経過時にボルトの一部に赤錆の発生が見られ、2500 時間経過
時では、赤錆の進行（写真１）と、座金周辺の添板表面に孔食が観察された。

806040200.20.40.6Disp.(mm)a. 0 時間
図４0.8μ01) 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）2) アルミニウム建築構造物製作施工要領書・同解説（アルミニウム建築構造協議会）
3)JIS H 8641-1999「溶融亜鉛めっき」

写真 160
ブラスト
Zn塗料
SUS塗料

ボルトの発錆状況（2500 時間）

0.00.2荷重 - 相対変位関係*1 （財）ベターリビング筑波建築試験センター 工修*2 信州大学工学部社会開発工学科 教授・工博*3 千葉工業大学工学部建築学科 助教授・博士（工学）*4 千葉工業大学工学部建築学科 教授・工博

0.40.6Disp.(mm)b.250 0 時間

1.6
1.41.25

ブラスト
Zn塗料
SUS塗料

1.200.0

導入軸力 すべり荷重

溶融亜鉛めっき高力ボルトのめっき付着量規格値は、550g/m2 である。文献 3) によると溶融亜鉛めっきの平均腐食速度は 9.3 〜 11.1g/m2/ 年程度でなので、今回使用したボルトのめっき寿命は 50 〜 60 年となる。2500 時間のボルト発錆状況から、めっき層はかなり失われていると推定されるので、塩水噴霧 2500 時間は 50 年程度の自然暴露には相当すると考えられる。
したがって、Zn 塗装処理した摩擦継手の耐久性は実用上充分であると判断出来る。
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たものである。
- 参考文献 -80

200α1.840

ブラスト
Zn塗料
SUS塗料

μ

設計余裕度

μSUS 塗料

0.80500

図5

噴霧時間別設計余裕度

1000
1500
噴霧時間(Hour)

2000

2500

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.
Prof. ,Dept. of Architecture , Faculty of Eng. , Chiba Institute of Technology Dr. Eng.

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