日本建築学会大会学術講演梗概集（東 海） 2003年 9 月

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アルミニウム合金部材の高力ボルト摩擦接合に関する実験的研究―熱サイクルによる影響―

正会員 ○アルミニウム合金 高力ボルト摩擦接合 熱サイクル
1． はじめに渡辺 和志*1

同桧山裕二郎*2

同藤本

効 *3

2.4 測定アルミニウム合金（以下、アルミ）を用いた構造物の高力中板に貼付した熱電対より試験体温度を、高力ボルトに貼ボルト摩擦接合部には、溶融亜鉛めっき高力ボルト F8T を付した歪ゲージより高力ボルトのひずみを測定した。

用いることを標準としている１）。これはアルミと高力ボル

3． 試験結果
試験結果

トの異種金属接触腐食を防止するための配慮である。また、アルミ部材と鋼製部材を高力ボルト摩擦接合する場合、添板に溶融亜鉛めっき鋼板を用いることにより同様に異種金属⊿t＝25℃の熱サイクルによる軸力推移を図 3 に、⊿t＝60℃のときを図 4 に示す。
横軸は熱サイクル数（⊿t＝25℃：3 時間 40 分／1Cycle、⊿t＝60℃：5 時間 35 分／1Cycle）を示した。また、リラク接触腐食の問題が解決できると考えられる。
アルミと鋼は線膨張係数が異なるため（アルミ：24×ゼーションの影響を測定するために一定温度下に維持した10-6/℃、鋼：12×10-6/℃）、アルミ部材を高力ボルト摩擦接試験体（AA00）の軸力は、維持時間を熱サイクル数に換算合した場合、線膨張係数の相違が接合部のリラクゼーションして記した。
縦軸は高力ボルト締付け時のボルト軸力を 100％としたに及ぼす影響が懸念される。
本報では、アルミ部材を用いた高力ボルト摩擦接合の熱サ軸力残存率（低下率）を示した。なお、軸力の推移は各熱サイクルによる影響の調査を行った。

イクルで試験体温度が 20℃となった時の値をプロットした。

2． 試験方法

3.1 熱サイクルの影響

2.1 試験体試験結果より⊿t＝25℃、⊿t＝60℃、共に熱サイクルの影

試験体形状を図 1 に、試験パラメータを表 1 に示す。中響による大きな軸力低下を示すことなく、リラクゼーション

板は材質がアルミ A5083P-H112、板厚 25mm の 1 種類との影響を測定した試験体（AA00）とほぼ同様な軸力推移をし、添板はアルミ A5083P-H112 と亜鉛めっき鋼板 SS400示した。の 2 種類を用い板厚を 14mm とした。添板のブラスト処理

図 3 より、軸力残存率は約 75Cycle で約 90％、350Cycle

は、アルミにはモランダム#36 によるグリッドブラスト、鋼で約 85％まで低下し、その後はほぼ収束している。また文材には珪砂 3 号によるサンドブラストを施した。高力ボルト

献２）によると、ブラスト処理を施した溶融亜鉛めっき高力は溶融亜鉛めっき高力ボルトF8T のボルト径M20 を用いた。

ボルト摩擦接合のリラクゼーションにおいて、軸力低下率は2.2 締付けボルト軸力20％見込めばよく、締付け後 24 時間で相当量の軸力低下し締付けボルト軸力は、F8T、M20 の設計ボルト軸力

3 ヶ月以上ではあまり軸力低下しないことが認められてい（133kN） の 10％増（146kN）とし、高力ボルトに貼付る。

した歪ゲージにより初期の締付けボルト軸力を管理した。な

3.2 添板材質の影響

２）

お、締付け作業は気温 20℃の恒温室で行った。

添板にアルミを用いた試験体（AA25、AA60）と、添板

2.3 熱サイクルに亜鉛めっき鋼板を用いた試験体（AS25、AS60）の軸力推

熱サイクルは、⊿t＝25℃、500Cycle と⊿t＝60℃、移はほぼ同様であり、アルミ部材と鋼製部材を高力ボルト摩200Cycle の 2 種類とし、温度振幅の中心は 20℃とした。また、リラクゼーションの影響を測定するために恒温室にて一（mm）定温度（20℃）を維持した試験体（AA00）の測定も行った。

高力ボルト M20

熱サイクルは、TABAI 製恒温恒湿器（プラチナス G シリ

中板 120×120×25tーズ P 計装）を用いた。試験体の温度管理は試験体中板に添板 120×120×14t取付けた熱電対を用いて行い、事前に試験体が目標温度に到達するような熱サイクルを定めて熱サイクルを行った。熱サ

図 1 試験体形状

イクルフローを図 2 に示す。
Experimental studies on the aluminium alloy friction joints using high-strength steel bolts.
― The effect of heat cycle loading ―WATANABE Masashi， HIYAMA Yujiro，FUJIMOTO Isao

̶809̶

表 1 試験パラメータ
試験体名AA25
AS25
AA60
AS60
AA00

中板（t＝25mm）

添板（t＝14mm）

ブラスト処理A5083P-H112
SS400（Zn）
A5083P-H112

グリッドブラスト
サンドブラスト
グリッドブラスト
サンドブラスト
グリッドブラスト

A5083P-H112
SS400（Zn）
A5083P-H112

熱サイクル⊿tCycle高力ボルト

F8T（Zn）、M2025℃

50060℃

200

一定（20℃）※（Zn）：溶融亜鉛めっき処理を示す。
50℃⊿t＝60℃
60℃

32.5℃⊿t＝25℃
25℃

20℃（トルク導入）→20℃（トルク導入）→
7.5℃

−10℃

3 時間 40 分／1Cycle

5 時間 35 分／1Cycle

図 2 熱サイクルフロー
擦接合しても熱サイクルの影響によって大きな軸力低下は発生しないと考え
100

られる。

AA25AS25AA00

本試験により、下記のことが確認できた。
・熱サイクル⊿t＝25℃、⊿t＝60℃、どちらの場合も高力ボルトの軸力推移に熱サイクルの影響はみられず、リラクゼ

軸力残存率( % )4．まとめーションの影響のみが確認できた。

95908580

・アルミ部材を用いた高力ボルト摩擦接

0100200300400

存率 80〜85％見込めばよく、ボルト軸

図 3 熱サイクルによる軸力推移（⊿t＝25℃）

力の低下は 2〜3 ヶ月でほぼ収束すると100

添板に溶融亜鉛めっき鋼板を用いることにより、異種金属接触腐食を回避でき、かつ熱サイクルの影響による軸力低下は発生しないと考えられる。
≪参考文献≫

軸力残存率( % )考えられる。
・アルミと鋼は線膨張係数が異なるが、500

熱サイクル数（Cycles）

合のリラクゼーションは、ボルト軸力残AA60AS60AA0095908580１）アルミニウム建築構造設計規準・同解説,

050150200250

熱サイクル数（Cycles）

平成 14 年 9 月,アルミニウム建築構造協議会
２）
高力ボルト接合設計施工指針,平成 5 年 3 月,

100

図 4 熱サイクルによる軸力推移（⊿t＝60℃）

日本建築学会*1 住軽日軽エンジニアリング 工修

Sumikei-Nikkei Engineering Co.,Ltd., M. Eng.

*2 住軽日軽エンジニアリング 工博

Sumikei-Nikkei Engineering Co.,Ltd., Dr. Eng.

*3 ベターリビング 筑波建築試験センター 工修

Center for Better Living Tsukuba Building Test Laboratory., M. Eng.

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