広島工業大学紀要研究編
第 ₄₇ 巻（₂₀₁₃）113 – 116

論

文

高強度鋼用の複半月テーパ充填ボルト接合法に関する基礎的実験
高松隆夫*・玉井宏章**・尾川勝彦***（平成₂₄年₁₀月₃₁日受付）

Fastener using half moon shaped bolts for high-strength steel member
Hiroyuki TAMAI, Takao TAKAMATSU and Katsuhiko OGAWA(Received Oct. 31, 2012)

Abstract
A new bolt is named the half-moon shaped bolt, and it is cut diagonally in a half-moon shape and fills
up a hole by fastening a nut. The bolt resists a sharing force as the bearing bolt. An experimental study
was carried out to clarify the maximum strength of the bolted joint. The end-off fracture of the middle
plate occurred in the case of short end distance of the plate. The bearing fracture of the plate occurred
together with the fracture at the smallest area of the bolt in the case of long end distance of the plate.
Key Words: bearing, bearing joint, high-tention bolt

1 ．はじめに建築構造で利用するための普及型高強度鋼が開発され，その利用技術に関する研究が著者等を含めて行われている₁︶。高強度鋼部材の接合では，超高力摩擦ボルト接合を行っても，かなり多くのボルト本数を必要とすることが既往の研究（図 ₁ ）で明らかとなっている。提唱する乾式組
立材₁︶ を普及させるためには，接合方法をより耐力が高く図1かつ簡便にすることが必要と考えられる。 著者らは，溶接を行わない場合の接合方法，特にボルト接合のせん断力伝高力ボルト接合部の例

2 ．充填ボルト接合の概要

達に関して，この問題を解決する新たな接合形式として，複半月テーパ充填ボルト接合法を提案した₂︶。この接合法

複半月ボルトを用いた充填ボルト接合法と，そのボルトを用いると高力摩擦接合よりも少ない本数で接合可能になを図 ₂ に示す。この接合方法は，半月形断面のボルト（鋼ることが予想されている。この接合法について，高強度材

種は ₁₄T）が，ボルト孔を載荷方向にギャップをなくすよを使った試作ボルトを作製して載荷試験を行なったので，うに充填するので，複半月テーパ充填ボルトと呼んでいその結果について報告する。なお，今回は中板，ボルトがる。鋼種に関しては ₁₄T を使用することで，ボルトの遅れ破壊するまで載荷を行い接合部の破壊性状についての報告

破壊の心配がなくなり，ボルト ₁ 本当たりの許容耐力と最を行う。

大耐力が摩擦ボルト接合に比べて高くできる。よって，ボ* 広島工業大学工学部建築工学科** 長崎大学工学部工学科*** 広島工業大学大学院工学系研究科建設工学専攻
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高松隆夫・玉井宏章・尾川勝彦

図2

複半月テーパ充填ボルトの概要

ルトの本数を減らしコンパクトな設計が期待できる。
₄ 枚のワッシャーはボルトの締付力によって軸方向に弾性
図3

変形で縮んでいる。繰り返し荷重に対して，ボルトねじとナッ試験装置

トには緩みは生じることはなく，ずれが生じてボルト孔が拡径されても，ワッシャーの弾性変形が復元され，充填ボルト₂ が入り込むため，せん断方向にボルトの緩みは生じない。
以上のことから，この自己充填機能を複半月充填ボルトは有している。複半月テーパ充填ボルト接合は，リベット接合と同等程度（₀.₂ mm 以内）にギャップは解消されるため，従来の高力ボルト支圧接合の問題点を解決でき，かつ，ボルト鋼種を ₁₄T としているので高強度性能をボルトせん断耐力として発揮できるので，板厚が厚く，高強度の写真 1

複半月テーパ充填ボルト

鋼材に対して効率のよい接合が期待できる。
今回の試験体ではテーパ部の付け根は応力集中が起きなと ₂ 枚の添板は，F₁₀T M₂₂ 高力摩擦ボルト ₃ 本で接合さいように R がとってあり，テーパ角度は ₁ 枚のワッシャーれている中板には，φ ₁₆.₅ mm の孔があけられており幅厚に対して ₁ mm の勾配としている。板厚が厚い鋼材に対W＝₁₀₀ mm，板厚 ₉ mm，はしあき距離 e＝₂₀, ₅₀, ₈₀ mm

して接合を行う際には，ボルトのテーパ部分を長く確保すで鋼種は SM₄₉₀ とした。この中板を添板に挿入し複半月ることで，長い傾斜を確保できるのでより厚い鋼材での接充填ボルト（写真 ₁ ）を差し込んで締付力を導入した。複合が期待できる。また，設置の際には充填ボルト ₁ ， ₂ の半月テーパ充填ボルトの締付力に関しては，最小断面部の接触面は，荷重作用方向と直交するようにセットする。

降伏軸力の約 ₄ 割程度の張力を与えた。載荷は ₁₀₀₀ kN 容量のアムスラー試験機で行う。計測方法は，荷重はアムス

3 ．載荷試験

ラー試験機から荷重 P を変位 δ は添板と中板との ₅₀ mm 区

複半月テーパ充填ボルト接合の可能性を検討するために，複半月テーパ充填ボルトを試作しはし抜け破壊あるい間のずれ変位 を図 ₃ に示す変位計測治具で，試験体左右位置で計測して平均して求めた。
載荷プログラムは，静的単調載荷とした。載荷はボルトは支圧破壊を生じるように設計されたボルト ₁ 本の載荷実か中板が破壊するまで続けた。荷重 P－変形 δ 関係から，験を行った。

初期剛性 K，剛性が初期剛性の₁/₃にまで低下した時の荷重試験方法（降伏荷重と定義する）Py と最大耐力 Pu，最大耐力時変位支圧ボルト接合部の載荷装置を図 ₃ に示す。複半月テー

δ u と破壊性状（はし抜けせん断破断 S，支圧破壊 R，ボルパ充填ボルトの性能を調べるため，中板のはし抜け破壊あト破壊 B）を調査する。

るいは支圧破壊が発生するように設計したボルト ₁ 本タイ

4 ．試験結果

プの継手の載荷実験を行った。
上部接合治具と添板は，十分な強度を持つよう SM₄₉₀ で試験結果を，図 ₄ ，表 ₁ に示す。図 ₄ は複半月テーパ充填ボルトと SM₄₉₀の中板について，支圧耐力₄︶，₅︶ で無次元作られている。
上部治具は板厚 ₉ mm の鋼板の両面に ₉ mm の鋼板を隅化した引張荷重，P/（₃d・t・σ u）（d：ボルト軸（₁₆ mm），肉溶接して，つかみ部を増厚している。この上部接合治具

t：板厚，（₉ mm），σ u：板の最大耐力）と，計測区間で無─ 114 ─

高強度鋼用の複半月テーパ充填ボルト接合法に関する基礎的実験

図4

実験結果（支圧耐力で無次元化）
表1種類

実験結果
実験

写真 3値

実験後の中板の様子

ボルト種類e₁K

PyPuδuF.P.

時の中板と複半月テーパ充填ボルトの様子を示す。図 ₄ のH/Omm

kN/mm

kNkNmm—

試験結果の内，e＝₂₀ mm 以外の試験体は初期の状態から

HHH₂₀₅₀₈₀₅₅₂₃₉₃₉₃₆₈.₉
₁₂₂.₂
₁₀₆.₈

₁₀₀.₈
₂₂₄.₉
₂₃₈.₃

₄.₉
₁₇.₈
₁₀.₂

SS
R, B

支圧状態になるように設置し実験を開始している。これらの結果から以上のことがわかる。
₁ ）はし抜け破壊が生じた場合，局部的な変形は生じてい

S：はし抜け破壊，B：ボルト破壊，R：支圧破壊
K：初期剛性，Py：降伏荷重，Pu：最大荷重
δ u：最大変形ひずみ，F.P：破壊モードなかった。
₂ ）楔状切欠部も R を取っているため，初期締付力によっても損傷は生じず，載荷中，その機能を維持した。

次元化した変形 δ /L（δ ：変位量，L：長さ）との関係を，
₃︶

実験値（実線），はし抜けモードの最大耐力の算定値 （破₃ ）図 ₄ から無次元化した値の₁.₀を超えたとたんに支圧破壊が発生し耐力が下がったことがわかる。

線）とともに示す。尚，実験の降伏荷重は接線勾配が初期₄ ）e＝₈₀ mm の試験片では，中板に支圧破壊が生じ，そ剛性の₁/₃以下に低下したときの荷重値として求めた。まれに伴い中板が増厚したことにより添え板が開き複半月た，写真 ₂ ， ₃ では e＝₈₀ mm の時に支圧破壊が発生した

写真 2

写真 4

実験後の複半月テーパ充填ボルト
─ 115 ─実験後の試験装置の様子

高松隆夫・玉井宏章・尾川勝彦

テーパ充填ボルトの最小断面部にせん断力が働きせん断6 ．今後の予定破壊が発生した（写真 ₄ ）。それにより，算定値（はし抜け破壊）と実験値の数値が大きく異なり耐力が急激に低今回は，一方向の単調載荷だったため十分な支圧状態と下しボルトの軸部の最小断面で破壊が発生した。

なり有効な結果となったが，負方向を考慮した繰り返し載以上のことから，本ボルト接合部は，支圧ボルトの高い荷の時の挙動についても検討する必要があるため，今後実耐力を有しつつ，かつ初期の剛性を十分に確保しうる可能際に梁継手に使用した際の繰り返し載荷実験を行う。

性があることがわかる。また，中板に支圧破壊が生じた際

文には，添え板が開くことにより引張りが加わり破壊する。

5 ．結献₁ ）佐藤篤司，吹田啓一郎，井上一朗，建築構造用高強度論

鋼材 H-SA₇₀₀A を用いた柱梁材を弾性に留める乾式接₁ ）複半月テーパ充填ボルトはせん断力に対しては十分な力を発揮するが，引張りに対しては弱いため設計する際合法の開発，日本建築学会構造系論文集，第₇₄巻，第₆₄₆号，pp. ₂₃₅₅ – ₂₃₆₃, ₂₀₀₉.₁₂.
₂ ）玉井宏章，高松隆夫，尾川勝彦，高強度鋼用の複半月は中板が支圧破壊するときを最大と定める。
₂ ）試作結果から，精度の良い締付が行われれば，充填ボテーパ充填ボルト接合法に関する基礎的研究，鋼構造

ルト接合部に初期スリップは生じず，初期剛性が確保で

年次論文報告集，第₁₉巻，pp. ₂₀₁ – ₂₀₈, ₂₀₁₁.₁₁.

きることがわかる。また，ボルトは高い耐力を有してい₃ ）日本建築学会，鋼構造接合部設計指針，技報堂，pp.

るため，はし抜け破壊の際には局部変形は見られない。
₃ ）今回の実験では複半月テーパ充填ボルトが最小断面部でのボルト破壊が生じたため，添え板が曲げ変形を起こさないような状態で，ボルト破壊が発生するように実験を行う必要がある。

₄₁ – ₆₁，₂₀₀₆年．
₄ ）American Institute of Steel Construction: Specificationfor Structural Steel Buildings, ₂₀₀₅.₃.
₅ ）佐藤篤司，吹田啓一郎，多田裕一，支圧を考慮した高力ボルト接合部の最大耐力評価，日本建築学会構造系
論文集，第₇₆巻，第₆₆₂号，pp. ₈₄₅ – ₈₅₃, ₂₀₁₁.₄.

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