JP2000199280A

JP2000199280A - 部材の締結構造および締結方法

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Publication number: JP2000199280A
Application number: JP11280676A
Authority: JP
Inventors: Takanori Sato; 孝典佐藤
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 1998-11-02
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2000-07-18
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP4120744B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来にない高い摩擦伝達力を発揮することの
できる部材の締結構造および締結方法を提供することを
課題とする。【解決手段】部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃの間に、例えばタ
ングステンカーバイト等からなる粒状体５を、当接面ｓ
１，ｓ２，ｓ３に食い込ませて挟み込み、これら部材１
Ａ，１Ｂ，１Ｃをボルト３およびナット４で締結する構
造とした。また、粒状体５に代えて、ピアノ線等を挟み
込むようにしても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の部材を例え
ばボルト等の締結手段で締結するときに用いて好適な部
材の締結構造および締結方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、複数の部材どうしを一体
に接合するための接合手段として、ボルト・ナットが多
用されている。

【０００３】特に、建築土木分野において、鉄骨、鋼板
等を高い強度で接合するため高力ボルトが用いられてい
る。この高力ボルトでは例えば鋼板等の部材を締結する
ことによって高い軸力を発揮し、これによって部材間の
摩擦力が通常のボルトよりも高くなり、その結果、部材
間で力がスムーズに伝達される構成となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の部材の締結構造および締結方法には、以
下のような問題が存在する。一般に、ボルトによって締
結される部材間の摩擦伝達力Ｑは、以下の式、Ｑ＝μ・Ｎで表される。ここでμは部材の摩擦係数、Ｎはボルト導
入軸力である。この式からも分かるように摩擦伝達力Ｑ
は、部材の摩擦係数μとボルト導入軸力Ｎとに依存す
る。

【０００５】しかし、ボルト導入軸力Ｎは使用するボル
トによって決まってしまうため、摩擦伝達力Ｑを向上さ
せるには、部材にブラストをかけたり、塗料被膜を施し
たり、化学処理を施すなどして、部材自体の摩擦係数μ
を向上させる工夫が成されている。しかしながら、いず
れの手法も部材間の摩擦という物理現象の域を出るもの
ではなく、摩擦伝達力Ｑの向上には限界があるのが実状
である。本発明は、以上のような点を考慮してなされた
もので、従来にない高い摩擦伝達力を発揮することので
きる部材の締結構造および締結方法を提供することを課
題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
建設構造物において複数の部材を互いに当接させて締結
する構造であって、締結すべき複数の部材の当接面の間
に、前記部材よりも高硬度の硬質材が挟み込まれ、かつ
前記硬質材が前記当接面に食い込んだ状態で、前記部材
どうしが締結手段によって締結されていることを特徴と
している。

【０００７】これにより、部材の当接面の間に高硬度の
硬質材が挟み込まれ、しかも、この硬質材が部材に食い
込んだ状態で複数の部材が締結されているので、締結手
段の軸線方向に対し直行する面、つまり部材の当接面に
沿った方向において、部材どうしが硬質材によって互い
に係合することになる。

【０００８】請求項２に係る発明は、請求項１記載の部
材の締結構造であって、前記部材が鋼材であり、かつ前
記硬質材が鋼材、セラミックス、タングステンカーバイ
トのいずれかであることを特徴としている。

【０００９】請求項３に係る発明は、複数の部材を互い
に当接させて締結する方法であって、互いに当接する二
つの部材の当接面間に、前記部材よりも高硬度の硬質材
を挟み込んだ後、前記部材どうしを加圧手段で加圧して
前記当接面どうしを当接させ、しかる後に前記部材どう
しを締結手段で締結することを特徴としている。

【００１０】このように硬質材を挟み込んだ部材どうし
を加圧手段で加圧することによって、硬質材が部材の当
接面に食い込み、この状態で部材どうしを締結手段で締
結することによって、請求項１にかかる部材の締結構造
が実現される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る部材の締結構
造および締結方法の実施の形態の一例を、図１および図
２を参照して説明する。各図において、符号１は接合す
べき部材であり、ここでは部材１として例えば鋼板が用
いられている。

【００１２】図１に示すように、部材１Ａは、二枚の部
材１Ｂ，１Ｃに挟み込まれた状態で、それぞれの部材に
形成されたボルト穴２に高力ボルト（以下、単に「ボル
ト」と略称する）（締結手段）３を挿通させ、このボル
ト３にナット（締結手段）４を装着することによって締
結される構造となっている。

【００１３】このとき部材１Ａの両面側の当接面ｓ１
と、部材１Ｂ，１Ｃの当接面ｓ２，ｓ３との間には、複
数の粒状体（硬質材）５が挟み込まれた形態となってい
る。この粒状体５は部材１よりも固い材料、例えば、タ
ングステンカーバイト等の金属を、例えば直径０．５〜
２ｍｍ程度の粒状としたものである。この粒状体５は、
互いに当接している部材１Ａの当接面ｓ１と部材１Ｂの
当接面ｓ２との間，部材１Ａの当接面ｓ１と部材１Ｃの
当接面ｓ３との間のそれぞれにおいて、当接面ｓ１，ｓ
２，ｓ３に食い込んだ状態で挟み込まれている。

【００１４】このような部材１の締結構造を実現するに
は以下のような方法を採用する。

【００１５】図２に示すように、まず、部材１Ａ，１
Ｂ，１Ｃをボルト穴２を一致させた状態で重ね合わせ
る。このとき部材１Ａと１Ｂ，１Ｃとの間には、所定数
の粒状体５を挟み込んで配置する。この状態では、まだ
粒状体５は部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃに食い込んではいな
い。

【００１６】次いで、これら部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃの一
面側に支圧板６を配置し、他面側にセンターホールジャ
ッキ（加圧手段）７等を配置する。そして、これら支圧
板６、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、およびセンターホールジ
ャッキ７を、例えば超硬合金製のボルト・ナット８によ
って一体に保持する。この状態でセンターホールジャッ
キ７を伸ばし、ボルト・ナット８で得られる反力によっ
て、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃを加圧する。すると、その圧
力により粒状体５が部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃの当接面ｓ
１，ｓ２，ｓ３に食い込み、部材１Ａの両面の当接面ｓ
１に部材１Ｂ，１Ｃの当接面ｓ２，ｓ３が完全に押しつ
けられる状態となる。この状態で、センターホールジャ
ッキ７による加圧を一旦解除し、ボルト・ナット８、支
圧板６、センターホールジャッキ７を取り外す。

【００１７】この後、図１に示したように、部材１Ａ，
１Ｂ，１Ｃにボルト３を挿通させ、ボルト３の先端部に
ナット４をねじ込むことによって、図１に示した部材１
の締結構造が実現されるのである。

【００１８】このような部材１の締結構造によれば、部
材１Ａ，１Ｂ，１Ｃに粒状体５が食い込んだ状態となっ
ているので、ボルト３の軸線と直行する方向、すなわち
部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃの当接面ｓ１，ｓ２，ｓ３に沿っ
た方向において、粒状体５により、これらの部材１Ａ，
１Ｂ，１Ｃ間には機械的引っかかりが存在するため、大
きな伝達力を発揮することが可能となる。例えば、上記
の例のように、粒状体５にタングステンカーバイトを用
い、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃとして鋼板を用いれば、摩擦
係数μ＝２〜３が得られる。

【００１９】これにより、従来の締結構造に比較し高い
接合強度が得られることばかりではなく、同等の接合強
度を得る場合には、ボルト３の本数を従来の４分の１か
ら５分の１程度に削減することができる。これにより大
幅なコストダウンを図ることができるだけでなく、ボル
ト３の締め付けの手間を省くことができるので作業の手
間を大幅に削減することが可能となる。しかも、部材１
Ａ，１Ｂ，１Ｃ自体にブラストや塗料被覆、化学処理な
どの処理を施すことがなく、粒状体５を挟み込めば良い
ので特に手間がかかることもない。

【００２０】そして、このような前述したような方法に
よれば、現場において粒状体５を部材に食い込ませるこ
とが可能であり、容易に前記部材１の締結構造を実現す
ることができる。

【００２１】なお、上記実施の形態においては、部材１
Ａ，１Ｂ，１Ｃとして鋼板を用いる例を挙げたが、もち
ろん、その用途は鉄骨等を始めその他各種部品や部材な
ど様々なものの締結に適用することが可能である。言う
までもなく、上記実施の形態であげたような部材１Ａを
部材１Ｂ，１Ｃに挟み込む形態に限らず、他のいかなる
形態にも適用が可能であり、また一体に締結する部材数
も何ら限定するものではない。

【００２２】もちろん、必要とされる締結力によって
は、高力ボルトではなく通常のボルトナット等を用いて
もよいし、その他の締結手段として、例えばリベット等
他の種のものを用いることも可能である。

【００２３】さらに、締結した状態で部材１Ａ，１Ｂ，
１Ｃに食い込むのであれば、硬質材としての粒状体５を
タングステンカーバイトで形成する構成としたが、これ
に限るものではなく、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃの材質に応
じて、例えばセラミックス等、適宜他のものを用いても
よい。また硬質材の形状も、加圧時に部材１Ａ，１Ｂ，
１Ｃに容易に食い込み、かつ高い摩擦係数を発揮するこ
とができるのであれば、いかなる形状のものを用いても
良い。例えば、図３に示すように、部材１Ａ，１Ｂ，１
Ｃ間に、硬質材として、ピアノ線（硬質材）１０等の鋼
材を挟み込んで食い込ませる構成としても良い。このと
きも、図２と同様の方法で、センターホールジャッキ７
で部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃを、例えば６０ｔの圧力で加圧
した後、これらをボルト３・ナット４で締結する。この
場合、ピアノ線１０は、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ間で高い
伝達力を発揮したい方向に対し、直交した方向に延在す
るよう配置する。この他にも、例えば、硬質材を球状、
円柱状、角柱状、破片状の粒状体としたり、また丸棒、
角棒状の線材で形成するようにしても良い。これ以外に
も、硬質材については、その材質や形状を何ら限定する
意図はない。

【００２４】［別の実施の形態］上記実施の形態では、
センターホールジャッキ７等で部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃを
加圧した後、これらをボルト３・ナット４で締結してい
たが、これでは２度手間となるため、以下のような構成
が考えられる。図４に示すように、部材１Ａ，１Ｂ，１
Ｃ間に、硬質材として、ピアノ線（硬質材）２０等の鋼
材を挟み込んで食い込ませる構成とする。このとき、ピ
アノ線２０には、例えば直径２ｍｍ、長さ１０ｍｍのも
のを、ボルト穴２の周囲に例えば４本配置する。この時
もピアノ線２０は、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ間で高い伝達
力を発揮したい方向に対し、直交した方向に延在するよ
う配置する。

【００２５】そして、このような締結構造で締結すると
きには、部材１Ａと１Ｂ，１Ｃとの間に、所定数のピア
ノ線２０を挟み込んだ状態で重ね合わせる。次いで、ボ
ルト孔２に本締め用のボルト３を挿通させ、ナット４を
ねじ込み、これを締め付ける。すると、ボルト３の締め
付け力によって例えば２０ｔの圧力が発揮され、ピアノ
線２０が部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃに食い込み、上記締結構
造が達成される。

【００２６】このようにボルト３のみでピアノ線２０を
圧入させることによって、上記図２で示した形態のよう
に、締結に２度手間がかかることもなく、作業の簡素化
を図ることができる。また、上記のような方法では、セ
ンターホールジャッキ７等に比較すれば発揮できる圧力
も小さいため、圧入できるピアノ線２０の数が少なくな
り、硬質金属の断面量が減少してしまう。しかし、２０
ｔの圧力であれば、直径２ｍｍ、長さ１０ｍｍのピアノ
線２０を５本程度までなら圧入可能である。そして、５
本のピアノ線２０を圧入すれば、摩擦係数に換算すると
μ＝１．０程度の接合力が確保され、従来の摩擦係数μ
＝０．４５の約２倍となり、ボルト本数を半減できる。
また、このような締結構造では、ブラスト等の発錆作業
が不要であり、使用するボルト３の本数も従来の半分程
度とすることが可能となり、低コスト化を図ることがで
きる。加えて、すべり性状が、従来の鋼材のように、弾
塑性（バイ・リニア）となり、破壊モードが良好とな
る、という利点もある。

【００２７】図５に示すものは、上記のさらに他の形態
を示すもので、部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ間に、硬質材とし
て、ピアノ線（硬質材）２１等の鋼材を挟み込んで食い
込ませる構成とする。このとき、ピアノ線２１には、例
えば図５（ｃ）に示すような断面六角形状（あるいはそ
れ以外の多角形状）や、図５（ｄ）に示すような断面視
円形等を有し、かつ直径２〜３ｍｍで長さ３０ｍｍ程度
のものを、例えば４本、ボルト穴２の両側に、高い伝達
力を発揮させたい方向に対して直交させて配置する。

【００２８】そして、部材１Ａと１Ｂ，１Ｃとの間に、
所定数のピアノ線２１を挟み込んだ状態で重ね合わせ
る。この時には、ピアノ線２１が転がらないよう、スプ
レー式の粘着剤等を塗布しておく。この後、ボルト孔２
に本締め用のボルト３を挿通させ、ナット４をねじ込
み、これを締め付け、その締め付け力によってピアノ線
２１を部材１Ａ，１Ｂ，１Ｃに食い込ませるのである。
これにより、上記図４の形態と同様、締結に２度手間が
かかることもなく、作業の簡素化を図ることができ、ま
た摩擦係数に換算するとμ＝１．０程度の接合力が確保
され、従来の摩擦係数μ＝０．４５の約２倍となり、ボ
ルト本数を半減できる。さらに、ブラスト等の発錆作業
が不要であり、使用するボルト３の本数も従来の半分程
度とすることが可能となり、低コスト化を図ることがで
きる。

【００２９】これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない
範囲内であれば、いかなる構成を採用しても良く、また
上記したような構成を適宜選択的に組み合わせたものと
しても良いのは言うまでもない。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る部
材の締結構造によれば、部材に硬質材が食い込んだ状態
となるので、部材どうしの当接面に沿った方向におい
て、これらの部材間には機械的引っかかりが存在し、大
きな伝達力を発揮することが可能となる。請求項２に係
る部材の締結構造のごとく、例えば、硬質材にタングス
テンカーバイトを用い、部材として鋼板を用いれば、部
材間の摩擦係数μ＝２〜３を得ることができる。この他
に、ピアノ線等の鋼材やセラミックス等も硬質材として
用いることができる。したがって、従来の締結構造に比
較し、高い接合強度が得られることばかりではなく、同
等の接合強度を得る場合には、ボルト等の本数を大幅に
削減することができ、これにより大幅なコストダウンを
図ることができるだけでなく、ボルト等の締結手段の締
め付けの手間を省くことができるので作業の手間を大幅
に削減することが可能となる。しかも、部材自体にブラ
ストや塗料被覆、化学処理などの処理を施すことがな
く、硬質材を挟み込めば良いので特に手間がかかること
もない。

【００３１】請求項３に係る部材の締結方法によれば、
硬質材を挟み込んだ部材どうしを加圧手段で加圧するこ
とによって、硬質材が部材の当接面に食い込み、この状
態で部材どうしを締結手段で締結することによって、請
求項１にかかる部材の締結構造を実現することができ、
従来の締結構造にない効率的に高い接合強度を得ること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る部材の締結構造の一例を示す断
面図である。

【図２】本発明に係る部材の締結方法を示す図であっ
て、部材どうしの間に硬質材を挟み込み、加圧手段で部
材を加圧する前の状態を示す断面図である。

【図３】本発明に係る部材の締結構造の他の一例を示
す断面図である。

【図４】本発明に係る部材の締結構造のさらに他の一
例を示す断面図である。

【図５】本発明に係る部材の締結構造のさらに他の一
例を示す断面図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ部材ｓ１，ｓ２，ｓ３当接面３ボルト（締結手段）４ナット（締結手段）５粒状体（硬質材）７センターホールジャッキ（加圧手段）１０，２０，２１ピアノ線（硬質材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】建設構造物において複数の部材を互いに
当接させて締結する構造であって、締結すべき複数の部
材の当接面の間に、前記部材よりも高硬度の硬質材が挟
み込まれ、かつ前記硬質材が前記当接面に食い込んだ状
態で、前記部材どうしが締結手段によって締結されてい
ることを特徴とする部材の締結構造。
【請求項２】請求項１記載の部材の締結構造であっ
て、前記部材が鋼材であり、かつ前記硬質材が鋼材、セ
ラミックス、タングステンカーバイトのいずれかである
ことを特徴とする部材の締結構造。
【請求項３】複数の部材を互いに当接させて締結する
方法であって、互いに当接する二つの部材の当接面間
に、前記部材よりも高硬度の硬質材を挟み込んだ後、前
記部材どうしを加圧手段で加圧して前記当接面どうしを
当接させ、しかる後に前記部材どうしを締結手段で締結
することを特徴とする部材の締結方法。