JP2005308212A - Bolt joint part structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、鉄道橋、道路橋などの鋼桁のような構造物をボルトにて接合するボルト接合部の構造に関するものである。 The present invention relates to a structure of a bolt joint for joining structures such as steel girders such as railway bridges and road bridges with bolts.
例えば、鉄道橋、道路橋などの鋼桁は、建設時においては、リベット接合、溶接構造又は高力ボルト接合などで接合されている。リベット接合の場合について説明すると、リベット接合された鋼桁も、長年の使用により、リベット接合部の腐食が見られるようになる。この場合には、リベットを外し、リベット接合部は、高力ボルトを使用したボルト接合構造に代える補修工事が必要となる。図14(a)、(b)に、補修工事後の鋼桁におけるボルト接合部構造1aを示す。
For example, steel girders such as railway bridges and road bridges are joined by rivet joining, a welded structure, or high-strength bolt joining at the time of construction. In the case of rivet bonding, steel rivets that have been rivet-bonded will also be corroded in the rivet joints due to long-term use. In this case, the rivet is removed, and the rivet joint portion needs to be repaired in place of the bolt joint structure using high-strength bolts. 14 (a) and 14 (b) show a bolt
図14(a)のボルト接合部構造1aでは、リベットを除去された鋼桁100(100A、100B)が、前のリベット穴101(101A、101B)を利用して、ボルト10のボルト軸12が貫通されて設置され、ボルトヘッド11とナット13により、座金14を介して締め付け、接合されている。
In the bolt
しかしながら、図示するように、鋼桁100(100A、100B)自体が、リベットと同様にその表面102(102A、102B)が腐食しており、例え、ボルトヘッド11と鋼桁表面102Bとの間、及び、ナット13と鋼桁表面102Aとの間に座金14を介設したとしても、ボルト締め付けを行った場合、ボルト10に対してボルト軸方向に沿った締め付け力が得られず、ボルト10に曲げ降伏が発生し、所定の適切な締め付け力を得ることが困難となることがある。
However, as shown, the steel girder 100 (100A, 100B) itself has a corroded surface 102 (102A, 102B) similar to a rivet, for example, between the
このことは、図14(b)に示すように、鋼桁100(100A、100B)に形成されたリベット穴101(101A、101B)の中心が互いにずれてしまっている状態にて、図14(a)と同様の方法にてボルト締め付けを行った場合にも言えることである。 As shown in FIG. 14B, this is because the centers of the rivet holes 101 (101A, 101B) formed in the steel beam 100 (100A, 100B) are shifted from each other. This is also true when bolts are tightened in the same manner as in a).
従って、このような場合には、車両を規制し、鋼桁100(100A、100B)そのものを架け替える必要がでてくる。 Therefore, in such a case, it is necessary to regulate the vehicle and replace the steel girders 100 (100A, 100B) themselves.
従って、本発明の目的は、ボルトに対してボルト軸方向に沿った締め付け力を得ることができ、ボルトに曲げ降伏を発生させることなく有効な締め付け力が達成されるボルト接合部構造を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a bolt joint structure capable of obtaining a tightening force along the bolt axial direction with respect to a bolt and achieving an effective tightening force without generating a bending yield in the bolt. That is.
また、本発明の目的は、ボルトの軸力低下を抑制し、長期間にわたってボルトの有効な締め付け力が維持されるボルト接合部構造を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a bolt joint structure that suppresses a decrease in the axial force of the bolt and maintains an effective tightening force of the bolt over a long period of time.
上記目的は本発明に係るボルト接合部構造にて達成される。要約すれば、本発明は、ボルト、ナットにて二つ以上の被接合構造体を互いに接合するボルト接合部構造において、リング状拘束部材により拘束された不陸修正剤をボルト座金と被接合構造体との間に設けたことを特徴とするボルト接合部構造である。 The above object is achieved by the bolt joint structure according to the present invention. In summary, the present invention relates to a bolt joint structure in which two or more joined structures are joined to each other with bolts and nuts. A bolt joint structure characterized by being provided between the body and the body.
本発明の一実施態様によれば、前記不陸修正剤は、硬化型のセメントモルタル又は樹脂である。 According to one embodiment of the present invention, the unevenness correcting agent is a curable cement mortar or resin.
本発明の他の実施態様によれば、前記不陸修正剤は、前記硬化型のセメントモルタル又は樹脂に、混入材が混入されている。 According to another embodiment of the present invention, the unevenness correcting agent is mixed with a mixing material in the curable cement mortar or resin.
本発明の他の実施態様によれば、前記混入材は、体積比で20%〜85%の範囲で混入される。 According to another embodiment of the present invention, the mixed material is mixed in a volume ratio of 20% to 85%.
本発明の他の実施態様によれば、前記混入材は、無機物の粒子又は短繊維から選択される材料であって、単体であるか、又は、2種類以上の材料を含む。 According to another embodiment of the present invention, the mixed material is a material selected from inorganic particles or short fibers, and is a simple substance or includes two or more kinds of materials.
本発明の他の実施態様によれば、前記無機物の粒子は、セラミックス、金属又は珪砂であり、前記短繊維は、ガラス繊維又は炭素繊維である。 According to another embodiment of the present invention, the inorganic particles are ceramics, metal, or silica sand, and the short fibers are glass fibers or carbon fibers.
本発明の他の実施態様によれば、前記混入材は、粒径の異なる前記無機物の粒子を2種類以上含む。ここで、前記粒径の異なる前記無機物の粒子は、アルミナと鋼球であることが好ましい。また、前記鋼球は、体積比で25%〜85%の範囲で混入され、前記アルミナは、体積比で40%〜0%混入することができ、好ましくは、前記鋼球の直径は、0.3mm〜2.8mmである。 According to another embodiment of the present invention, the mixed material includes two or more kinds of the inorganic particles having different particle diameters. Here, the inorganic particles having different particle diameters are preferably alumina and steel balls. The steel balls may be mixed in a volume ratio of 25% to 85%, and the alumina may be mixed in a volume ratio of 40% to 0%. Preferably, the diameter of the steel balls is 0 .3 mm to 2.8 mm.
本発明の他の実施態様によれば、リング状拘束部材は、鋼又は繊維強化複合材で作製される。 According to another embodiment of the invention, the ring-shaped restraining member is made of steel or fiber reinforced composite.
本発明の他の実施態様によれば、前記リング状拘束部材は、その内周面形状が、リングの軸線方向にて、前記被接合構造体側から外方へと向かって拡開している。 According to another embodiment of the present invention, the ring-shaped restraining member has an inner peripheral surface shape that expands outward from the bonded structure side in the axial direction of the ring.
本発明のボルト接合部構造によれば、リング状拘束部材により拘束された不陸修正剤をボルト座金と被接合構造体との間に設けたことにより、ボルトに対してボルト軸方向に沿った締め付け力を得ることができ、ボルトに曲げ降伏を発生させることなく有効な締め付け力が達成される。又、本発明のボルト接合部構造によれば、ボルトの軸力低下を抑制し、長期間にわたってボルトの有効な締め付け力が維持される。 According to the bolt joint structure of the present invention, the unevenness correcting agent restrained by the ring-shaped restraining member is provided between the bolt washer and the structure to be joined. A tightening force can be obtained, and an effective tightening force can be achieved without generating a bending yield in the bolt. In addition, according to the bolt joint structure of the present invention, a decrease in the axial force of the bolt is suppressed, and an effective tightening force of the bolt is maintained for a long period.
以下、本発明に係るボルト接合部構造を図面に則して更に詳しく説明する。 Hereinafter, the bolt joint structure according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
実施例1
図1(a)〜(d)を参照して、鉄道橋、道路橋などにて互いに接合された複数の、本実施例では二つの鋼桁100(100A、100B)が長年の使用により、鋼桁表面102(102A、102B)及びリベット接合部に腐食が見られる場合の鋼桁リベット接合部の補修工事について説明する。図1(d)に、本発明に係るボルト接合部構造1の一実施例を示す。
Example 1
Referring to FIGS. 1 (a) to (d), a plurality of steel girders 100 (100A, 100B) joined to each other by a railway bridge, a road bridge, etc. in this embodiment are used for many years. The repair work of the steel girder rivet joint when corrosion is observed on the girder surface 102 (102A, 102B) and the rivet joint will be described. FIG. 1 (d) shows an embodiment of a bolt
本実施例によると、被接合構造体とされる互いに接合された二つの鋼桁100(100A、100B)自体が、リベットと同様にその表面が腐食している。従って、先ず、図1(a)に示すように、鋼桁接合部におけるリベット300を外し、リベット穴101(101A、101B)が形成された鋼桁表面102(102A、102B)及びリベット穴101(101A、101B)を露出させる。リベット穴101(101A、101B)は、本発明にては、後で説明するように、ボルト軸12(図1(d))が貫通されるボルト穴として利用する。
According to the present embodiment, the surfaces of the two steel girders 100 (100A, 100B) joined to each other, which are the structures to be joined, are corroded in the same manner as the rivets. Therefore, first, as shown in FIG. 1 (a), the
次に、図1(b)に示すように、ブラシなどにより鋼桁100A、100Bのボルト穴101A、101B及びその周辺の鋼桁表面102A、102Bの腐食部を除去した後、鋼桁100A、100Bのボルト穴周辺表面102A、102Bの不陸修正のために、鋼桁100A、100Bのボルト穴周辺表面102A、102Bに不陸修正剤2を塗布する。
Next, as shown in FIG. 1B, after removing corroded portions of the
不陸修正剤2は、硬化型のセメントモルタル又は樹脂などのように、硬化前に流動性があり硬化後強度を発現する材料が好適に使用される。樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、MMA樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、又は、メラニン樹脂などを好適に使用し得る。本実施例では、常温硬化型のエポキシ樹脂を使用した。
As the
また、本実施例によれば、図1(c)に示すように、不陸修正剤2が硬化する前に、ボルト穴101A、101Bの中心とほぼ合致するようにして、リング状の拘束部材15を鋼桁表面102A、102Bに押圧設置する。このとき、不陸修正剤2がリング状拘束部材15と鋼桁表面102A、102Bの間に僅かに存在することとなっても構わない。
Further, according to the present embodiment, as shown in FIG. 1 (c), before the
図1(c)に示すリング状拘束部材15の鋼桁表面102A、102Bへの押圧設置作業により、図示するように、不陸修正剤2がリング状拘束部材15の内側にも充填されることとなる。必要により、不陸修正剤2をリング状拘束部材15内へと補充しても良い。
As shown in the figure, the non-land
本実施例にて、リング状拘束部材15は、内径d1、外径d2、厚さtを有した円形状リングとされる。リング状拘束部材15、即ち、リングは、鋼又は繊維強化複合材(FRP材)で作製することができる。FRP材としては、強化繊維として炭素繊維、ガラス繊維、有機繊維、金属繊維などを単独で、或いは、ハイブリッドにて使用することができる。マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂などを好適に使用し得る。
In this embodiment, the ring-
本実施例では、リング15は、内径d1が36mm、外径d2が54mm、厚さtが6mmの鋼製リングを使用した。
In this embodiment, the
次に、図1(d)に示すように、鋼桁の片面側から、本実施例では、鋼桁100Bの外側表面102B側からリング状拘束部材15及びボルト穴101Bを貫通してボルト10のボルト軸12を挿入し、鋼桁100Aの外側表面102Aから突出させる。突出したボルト軸12にナット13を螺合させる。
Next, as shown in FIG. 1 (d), from one side of the steel girder, in this embodiment, from the
本実施例では、ボルトヘッド11側及びナット13側にそれぞれボルト台座として座金14が配置される。座金14、ボルトヘッド11、ナット13は、いずれも、その外形状の大きさがリング状拘束部材15の内径d1より小さくされる。
In this embodiment,
本実施例では、鋼桁100(100A、100B)の腐食前の総厚さTが10mm、元のリベット穴101(101A、101B)の径Dが18mmであったので、ボルト10としては、呼び径M16(ネジ外径16(+0.7〜−0.2)mm)、ボルト軸12の長さ(首下)が50mmのボルトを使用した。座金14の外径D0は32mmであり、座金の厚さT0は4.5mmであった。
In this example, the total thickness T before corrosion of the steel girders 100 (100A, 100B) was 10 mm, and the diameter D of the original rivet holes 101 (101A, 101B) was 18 mm. A bolt having a diameter M16 (screw outer diameter 16 (+0.7 to −0.2) mm) and a
上記構成により、ボルトヘッド側座金14と、鋼桁表面102Bと、リング状拘束部材15との間、及び、ナット側座金14と、鋼桁表面102Aと、リング状拘束部材15との間に不陸修正剤2が充填された状態とされる。
With the above-described configuration, the bolt
ここで、重要なことは、リング状拘束部材15の上面15aと座金14とが接触しないようにすることである。しかし、リング状拘束部材15の上面15aと座金14の距離が大きくなることは、リング状拘束部材15による不陸修正剤2の拘束効果を弱める点で望ましくない。この距離は、不陸修正剤2の割裂破壊を防ぎ、軸圧縮強度を保つ程度に維持すべきである。
Here, what is important is to prevent the
本実施例では、図示するように、座金の下面14aは、ほぼリング状拘束部材15の上面15a位置と一致し、且つ、座金14は、リング状拘束部材15と間隙g=0〜2mm、通常、1mm程度だけ離間するようにした。この間隙gについては、図8を参照して軸力残存率(N/N0)との関係で、後で更に説明する。
In this embodiment, as shown in the drawing, the
この段階では、ボルト10とナット13をきつく締め付けることはせず、ボルト10とナット13は、鋼桁100(100A、100B)を互いに緩く接合する程度に螺合される。
At this stage, the
不陸修正剤2が半硬化した時点で、ボルト軸12と不陸修正面を垂直にする仮締めを行い、硬化した時点で、ナット13を締め付け方向に回転させ、ボルト10、ナット13を互いに締め付け、所定の軸力を導入する。これにより、二つの鋼桁100(100A、100B)は所定の締め付け力にてボルト接合される。
When the
本実施例によれば、上述のように、リング状拘束部材15により拘束された不陸修正剤2を座金14と、鋼桁100(100A、100B)、即ち、被接合構造体との間に設けた構成とすることにより、高力ボルト等高軸力が得られる。
According to the present embodiment, as described above, the
図2に、本実施例の比較例として、リング状拘束部材15を使用しない以外は、本実施例と同様の構造とされるボルト接合構造体1bを作製した。
In FIG. 2, as a comparative example of this example, a bolt
この場合に、高力ボルト等高軸力(例えば、圧縮応力200N/mm2)が作用する環境下において、不陸修正剤2としてセメントモルタル、樹脂等(一般的なもので圧縮強度は100N/mm2以下)を使用した場合、このような不陸修正剤2では圧縮強度が不足し、割裂破壊を起こした。
In this case, in an environment where a high axial force such as a high-strength bolt (for example, compressive stress 200 N / mm 2 ) is applied, cement mortar, resin, etc. (uncommon, compressive strength is 100 N / mm 2 or less), the
これに対して、本実施例では、リング状拘束部材15として、鋼或いは繊維強化複合材などにて円周方向での強度が高いリングを用いることにより、不陸修正剤2を拘束し、不陸修正剤2の圧縮強度を高めることができる。
On the other hand, in this embodiment, the ring-like restraining
なお、本実施例の構成に従って、リング状拘束部材15として鋼製のリングを使用したボルト接合部構造1とされる試験体を39個作製して、不陸修正剤2の過負荷圧縮試験をした。このとき、1つの試験体において、鋼製リング降伏後の変形により不陸修正剤2の割裂破壊が発生した。この試験体における割裂は円周直角方向に発生していることから、リング円周方向の強度が不陸修正剤2の破壊に支配的だと考えることができる。
In addition, according to the structure of a present Example, 39 test bodies used as the bolt-
従って、本発明に従って、リング状拘束部材15を使用し、例えば、鋼製リング、繊維強化複合材製リングであれば、肉厚tを変えることにより、或いは、リング外径d2を変えることにより(リング内径d1を一定として)、容易に円周方向における強度を満たすことができる。つまり、本発明によれば、リング15の円周方向強度を増大することにより、不陸修正剤2を拘束し、不陸修正剤2の圧縮強度を高め、不陸修正剤2の割裂破壊を効果的に防止することができる。
Therefore, according to the present invention, the ring-shaped restraining
上記構成とされる本発明に従ったボルト接合部構造1では、鋼桁100の供用期間、所定のボルト軸力を維持することが求められる。しかし、ボルト軸力は不陸修正剤2のクリープ変形若しくは自己収縮により低減されてしまう可能性がある。不陸修正剤2を樹脂のみで形成した実験では20%ほどのボルト軸力の低減が見られた。
In the bolted
そこで、不陸修正剤2としては、クリープ変形若しくは自己収縮し易いセメントモルタル、樹脂等の基材の量を減少するために混入材を入れ、不陸修正剤2における樹脂などの体積比を低減するのが好ましい。また、混入材としては、樹脂などの剛性を高める材料を使用することにより効果がより増大する。
Therefore, as the
従って、本発明者らは、図3に示すように、不陸修正剤2の基材としての樹脂に混入材を混入した場合の不陸修正剤2の強度増大効果を確認するために、混入材の材料と体積比をパラメータとした、鋼リングと樹脂を用いた不陸修正剤の圧縮試験を行い、軸圧縮強度、剛性の違いを検討した。混入材としては、無機物粒子、例えば、セラミックスとしてのアルミナ(平均粒径0.52μm)、金属としての鉄粉(平均粒径0.5mm)、更には、4号、5号、6号の珪砂などを使用し、又、短繊維として繊維長6mmの炭素繊維を使用した。不陸修正剤2の基材樹脂としてはエポキシ樹脂を用いた。本実施例にて、エポキシ樹脂としては、2種類のエポキシ樹脂、即ち、日鉄コンポジット(株)製エポキシ樹脂、商品名「FR−E5P」と、ナガセケムテックス(株)製エポキシ樹脂、商品名「AW136H」を使用した。
Therefore, as shown in FIG. 3, the present inventors mixed in order to confirm the strength increasing effect of the
その結果、混入材としては、無機物の粒子(平均粒径0.52μm〜0.5mm程度)又は短繊維(繊維長5mm〜10mm程度)が好適であり、特に、無機物の粒子は、セラミックス、金属又は珪砂が好ましく、また、短繊維は、ガラス繊維又は炭素繊維が好ましいことが分かった。更に、無機物の粒子としては、詳しくは後述するが、鋼球(直径0.3mm〜2.8mm)を使用することもできる。 As a result, inorganic particles (average particle diameter of about 0.52 μm to 0.5 mm) or short fibers (fiber length of about 5 mm to 10 mm) are suitable as the mixing material. In particular, the inorganic particles include ceramics, metal Or, silica sand is preferable, and it has been found that the short fiber is preferably glass fiber or carbon fiber. Further, as described in detail later, steel balls (diameter 0.3 mm to 2.8 mm) can be used as the inorganic particles.
また、これら混入材として使用される無機物の粒子又は短繊維から選択される材料は、単体で使用しても良く、2種類以上の材料を混合して使用することもできる。 Moreover, the material selected from the inorganic particle | grains or short fiber used as these mixing materials may be used individually, and 2 or more types of materials can also be mixed and used.
混入材として無機物の粒子又は短繊維を含有した不陸修正剤2を使用したボルト接合構造1は、軸圧縮強度が全て200N/mm2以上であった。
All of the bolted
また、混入材量20%〜85%(体積比)の範囲において、剛性は、混入材なしの供試体と比して、剛性の減少はあまり見られなかった。このことから混入材20%〜85%の範囲においては、軸圧縮強度、剛性が低減されることはないと考えられる。 Further, in the range of the mixed material amount of 20% to 85% (volume ratio), the rigidity did not decrease much compared to the specimen without mixed material. Therefore, it is considered that the axial compression strength and rigidity are not reduced in the range of 20% to 85% of the mixed material.
ここで、不陸修正剤の「体積比」とは、硬化型のセメントモルタル又は樹脂と混入材の体積の和に対する混入材の体積の比を表す。つまり、
体積比=混入材体積/(硬化型のセメントモルタル又は樹脂の体積+混入材体積)×100
である。
Here, the “volume ratio” of the unevenness correcting agent represents the ratio of the volume of the mixed material to the sum of the volume of the curable cement mortar or resin and the mixed material. That means
Volume ratio = mixing material volume / (curing cement mortar or resin volume + mixing material volume) × 100
It is.
更に、本発明者らは、リング状拘束部材15について、以下の検討を行った。
Furthermore, the present inventors conducted the following investigation on the ring-shaped restraining
つまり、内圧を受ける場合のリング応力を静水圧状態と仮定し、円周方向の応力を計算値として算出し、実験における外周の円周方向の応力と、リング15の弾性域において、比較した。実験は、基材樹脂に混入する混入材とその体積比及び基材樹脂の種類をパラメータとしている。
That is, assuming that the ring stress when receiving the internal pressure is a hydrostatic pressure state, the stress in the circumferential direction is calculated as a calculated value, and the stress in the circumferential direction in the experiment is compared with the elastic region of the
計算値は、下記式(1)に示す、静水圧状態での内圧のみを受けるリング外周上の応力計算式より算出した。 The calculated value was calculated from the stress calculation formula on the outer periphery of the ring that receives only the internal pressure in the hydrostatic pressure state shown in the following formula (1).
ここで、
σrcal;円周方向応力計算値
P;内圧(静水圧状態なので軸応力)
Ro;リング外半径
Ri;リング内半径
である。
here,
σ rcal ; Calculated value of stress in the circumferential direction P; Internal pressure (Axial stress due to hydrostatic pressure)
R o ; ring outer radius R i ; ring inner radius.
実験値は、下記式(2)を用いて、実験で計測したひずみ値より算出した。 The experimental value was calculated from the strain value measured in the experiment using the following formula (2).
ここで、
σrtest;円周方向応力実験値
E;リングの弾性係数
ε;リングひずみ
である。
here,
σ rtest ; circumferential stress experimental value E; elastic modulus of ring ε; ring strain.
図4に、上述により求めた実験値と計算値の比と、混入材体積比との関係を示す。図4のグラフより、混入材の種類によらず混入材体積比が増加すると実験値と計算値の比は減少していることが分かる。つまり、混入材の体積比を増加させることにより、リング円周方向にかかる応力は小さくなることを示している。 FIG. 4 shows the relationship between the ratio between the experimental value and the calculated value obtained as described above, and the mixed material volume ratio. It can be seen from the graph of FIG. 4 that the ratio between the experimental value and the calculated value decreases as the mixed material volume ratio increases regardless of the type of mixed material. That is, the stress applied in the ring circumferential direction is reduced by increasing the volume ratio of the mixed material.
次に、本実施例におけるリング状拘束部材15、即ち、本実施例にて使用した円形状リングの設計方法について説明する。
Next, a method for designing the ring-shaped restraining
リング15にかかる負荷が、混入材の体積比に依存していることから、図4に示すグラフの実験値と計算値の比を係数f(RV)とおく。
Since the load applied to the
ここで、
σr;円周方向応力
Rv;混入材の体積比(%)
である。
here,
σ r ; circumferential direction stress R v ; volume ratio of the mixed material (%)
It is.
上記式(1)、(2)より、下記式(4)が得られる。 From the above formulas (1) and (2), the following formula (4) is obtained.
上記式(4)よりリングの内径d1、外径d2、作用するボルト軸力、混入材の体積比によりリング円周方向の応力(フープ応力)の算出が可能である。 From the above formula (4), the ring circumferential stress (hoop stress) can be calculated from the inner diameter d1 and outer diameter d2 of the ring, the acting bolt axial force, and the volume ratio of the mixed material.
リング15は、円周方向の強度が鋼製リングの場合降伏強度以下、FRP製リングの場合破断強度以下であればリング15の拘束力を維持できると考えられるので、下記式(5)を満たすリング材料及び肉厚(内径と外径)で設計することが好ましい。
Since it is considered that the
ここで、
σy;降伏強度
σf;破断強度
である。
here,
σ y ; yield strength σ f ; breaking strength.
本発明者らにて得られた知見では、図4に示すように、体積比0%から85%の範囲で係数f(RV)は0.3以上である。上限値は、純粋な静水圧状態であると考えられるので1となる。設計時には安全係数1から1.5を掛けることを考慮して、係数f(Rv)範囲は0.3から1.5となる。
According to the knowledge obtained by the present inventors, as shown in FIG. 4, the coefficient f (R V ) is 0.3 or more in the volume ratio range of 0% to 85%. The upper limit is 1 because it is considered to be a pure hydrostatic pressure state. The factor f (R v ) range is 0.3 to 1.5 in consideration of the multiplication of the
本実施例にて、適応する範囲は体積比0%から85%の範囲で係数f(RV)が0.3以上、1.5以下となる範囲で設計できるリング肉厚(リング内半径、外半径)とする。 In this embodiment, the applicable range is a ring thickness (radius in the ring, which can be designed in a range where the volume ratio is 0% to 85% and the coefficient f (R V ) is 0.3 to 1.5. Outer radius).
計算例としてボルト呼び径M16とM30で算出した。表1及び表2に鋼材SS400と高強度炭素繊維UT500(東邦テナックス株式会社製炭素繊維の商品名)の物性を示す。また、結果を図5に示す。 As a calculation example, calculation was performed using bolt nominal diameters M16 and M30. Tables 1 and 2 show the physical properties of steel material SS400 and high-strength carbon fiber UT500 (trade name of carbon fiber manufactured by Toho Tenax Co., Ltd.). The results are shown in FIG.
図5に示すグラフより、混入材の種類によらず体積比が増加すると実験値と計算値の比は減少していることが分かる。つまり、混入材の体積比を増加させることにより、リング円周方向にかかる応力(フープ応力)は小さくなることを示している。そこで、実験値と計算値の比と体積比の関係が混入材の材料によらず一様であり、その関係は線形であると仮定して以下の式(6)を得た。 From the graph shown in FIG. 5, it can be seen that the ratio between the experimental value and the calculated value decreases as the volume ratio increases regardless of the type of the mixed material. That is, it is shown that the stress (hoop stress) applied in the ring circumferential direction is reduced by increasing the volume ratio of the mixed material. Therefore, assuming that the relationship between the ratio between the experimental value and the calculated value and the volume ratio is uniform regardless of the material of the mixed material, and the relationship is linear, the following formula (6) is obtained.
図6に、リングの降伏時の軸圧縮強度を示す。図6の結果から、リング降伏時の軸圧縮強度が高いほど等しい軸圧縮応力のときにリングの円周方向の応力が小さく、リングへの負担が小さいことを示している。 FIG. 6 shows the axial compressive strength when the ring yields. The results of FIG. 6 indicate that the higher the axial compressive strength at the time of ring yielding, the smaller the circumferential stress of the ring and the less the burden on the ring when the axial compressive stress is equal.
図6は、体積比とリングの降伏時の軸圧縮強度応力の関係は、体積比の増加とともに増加することを示しており、上述の体積比とフープ応力の関係とほぼ同様の傾向にあった。 FIG. 6 shows that the relationship between the volume ratio and the axial compressive strength stress at the time of yielding of the ring increases with an increase in the volume ratio, and has a tendency similar to the above-described relationship between the volume ratio and the hoop stress. .
実施例2
本発明に係るボルト接合部構造では、実施例1で説明したように、ボルト軸力を導入した場合の軸力低下を、不陸修正剤中に混入させる無機物の粒子又は短繊維などの混入材の混入割合を上げることで抑制することができる。
Example 2
In the bolt joint structure according to the present invention, as described in the first embodiment, a mixed material such as an inorganic particle or a short fiber that mixes a decrease in the axial force when the bolt axial force is introduced into the unevenness correcting agent. It can be suppressed by increasing the mixing ratio.
本発明者らは更なる研究実験を行った結果、次のことが分かった。 As a result of further research experiments, the present inventors have found the following.
つまり、本発明のボルト接合部構造1において、リング状拘束部材15として鋼製リングを用い、不陸修正剤2としてエポキシ樹脂を用いて不陸修正する構成では、1ヶ月以上の経過後において、所定の59%程度の軸力の低下が見られる場合がある。要因としては、樹脂のクリープ変形が大きく影響していると考えられる。
In other words, in the bolt
また、実施例1で説明したように、不陸修正剤中へアルミナなどの混入物を混入させることにより軸力低下が低減されることが明らかであるが、それでも、10年後の予測では、32%程度の軸力低下が起こる場合もあることが判明した。 In addition, as described in Example 1, it is clear that mixing of contaminants such as alumina into the unevenness correcting agent reduces the reduction in axial force, but in the prediction after 10 years, It has been found that a reduction in axial force of about 32% may occur.
そこで、本発明者らは、更なる実験研究を行った結果、不陸修正剤中にアルミナに加えて、更に、直径0.3〜2.8mm、例えば、直径2mm程度の鋼球を混入することにより軸力の低下割合を抑制し得ることが分かった。鋼球直径が拘束リング高さの約80%を越えると、不陸面に配置した鋼球により、不陸面に沿った凹凸が発生すると考えられる。 Therefore, as a result of further experimental studies, the present inventors further mixed a steel ball having a diameter of 0.3 to 2.8 mm, for example, about 2 mm in diameter, in addition to alumina in the unevenness correcting agent. As a result, it was found that the reduction rate of the axial force can be suppressed. When the diameter of the steel ball exceeds about 80% of the height of the restraint ring, it is considered that unevenness along the non-land surface is generated by the steel ball arranged on the non-land surface.
不陸修正剤にて、鋼球は、体積比で25%〜85%の範囲で混入され、アルミナは、体積比で40%〜0%の範囲で混入される。詳しくは後述するように、例えば、体積比で、基材としての樹脂(エポキシ樹脂15%)にアルミナ10%、直径2mmの鋼球75%を混入することにより、軸力の低下割合が、50年後においても約16%に抑え得ることが分かった。
In the unevenness correcting agent, the steel balls are mixed in a volume ratio of 25% to 85%, and the alumina is mixed in a volume ratio of 40% to 0%. As will be described in detail later, for example, by mixing 10% alumina and 75% steel balls having a diameter of 2 mm into a resin (
以下に、上記事実を立証するために行った実験例を示す。 An example of an experiment conducted to verify the above fact is shown below.
実験例
図7に、本実験例で使用したボルト接合部構造1Aを有した試験体を示す。本実験例に使用したボルト接合部構造1Aは、実施例1にて、図1(d)を参照して説明したボルト接合部構造1と同様であり、ただ、鋼桁100(100A、100B)の代わりに鋼板100が使用されている点で異なる。従って、同じ機能及び作用をなす部材には同じ参照番号を付して説明する。
Experimental Example FIG. 7 shows a test body having the bolt
本実験例で使用した試験体、即ち、後で説明する種々の不陸修正剤2を使用したボルト接合部構造1Aを有した試験体では、図7に示すように、鋼板100の一側面102B側からリング状拘束部材15及びボルト穴101を貫通してボルト10のボルト軸12を挿入し、鋼板100の他側面102Aから突出させ、突出したボルト軸12にナット13を螺合させる構造とした。
In the test body used in this experimental example, that is, the test body having the bolt
また、本実験例では、ボルトヘッド11側及びナット13側にそれぞれボルト台座として座金14が配置された。座金14、ボルトヘッド11、ナット13は、いずれも、その外形状の大きさがリング状拘束部材15の内径d1より小さくされた。各部材の具体的寸法を示せば次の通りである。
鋼板100
材質 鋼材(SS400)
厚さ 10mm
ボルト穴径 18mm
ボルト10
呼び径 M16
等級 F10T
座金14
等級 F10T
外径 32mm
内径 17mm
厚さ 4.5mm
リング状拘束部材15
材質 鋼材(S45C)
外径 54mm
内径 34mm
厚さ 6mm
In this experimental example,
Material Steel (SS400)
Thickness 10mm
Bolt hole diameter 18mm
Nominal diameter M16
Grade F10T
Grade F10T
Outside diameter 32mm
Inner diameter 17mm
Thickness 4.5mm
Ring-shaped restraining
Material Steel (S45C)
Outer diameter 54mm
34mm inside diameter
Thickness 6mm
上記構成のボルト接合部構造1Aにて、鋼製リング15とナット側座金14との間には、不陸修正剤2を充填し、硬化した時点で、ボルト構造にトルクレンチによりボルト軸力116kNを導入し、720時間、ボルト10の軸方向ひずみ及び鋼製リング15のフープ応力を測定した。鋼製リング15と上側座金14との間には1mmの隙間(g)が形成されていた。
In the bolt
隙間(g)を0.05mm、1mm、3mmとして軸力残存率を調べるための実験を行った。実験の結果、図8に示すように、隙間(g)が0.05mmと1mmでは相違がなく、3mmとした場合には、大きな軸力の低下が見られた。 Experiments were conducted to investigate the residual ratio of axial force with the gap (g) being 0.05 mm, 1 mm, and 3 mm. As a result of the experiment, as shown in FIG. 8, there was no difference between the gaps (g) of 0.05 mm and 1 mm, and when the gap (g) was 3 mm, a large reduction in axial force was observed.
従って、上述したように、座金14は、鋼製リング15と間隙g=0〜2mm、通常、1mm程度だけ離間するようにした。
Therefore, as described above, the
表3に、本実験例で使用した不陸修正剤2を示す。使用した不陸修正剤2は、基材としてのエポキシ樹脂(AW136H)に対して、混入材として、粒径の異なる無機物の粒子、本実施例では、平均粒径0.52μmのAL−160SG−3とされるアルミナと、直径2mmの鋼球とを、表3に示す割合で種々に混入したものを使用した。
Table 3 shows the
つまり、鋼球は、体積比で25%〜85%、好ましくは25%〜75%の範囲で混入され、これに対して、アルミナは、体積比で40%〜0%、好ましくは40%〜10%混入された。従って、混入材としては、体積比で40%〜85%とされた。 That is, the steel balls are mixed in a volume ratio of 25% to 85%, preferably 25% to 75%, whereas alumina is 40% to 0%, preferably 40% to 40% by volume. 10% was mixed. Therefore, the mixing material is 40% to 85% by volume.
表4に、鋼球混入比を変えた時の、軸力残存率(%)を示し、図9に、鋼球混入比を変えた時の、経過時間と軸力残存率との関係を示す。なお、図9は、軸力残存率と時間軸を常用対数としたグラフである。 Table 4 shows the residual axial force ratio (%) when the steel ball mixture ratio is changed, and FIG. 9 shows the relationship between the elapsed time and the axial force residual ratio when the steel ball mixture ratio is changed. . FIG. 9 is a graph with the residual ratio of axial force and the time axis as common logarithms.
表4及び図9から、初期に大きく軸力の低下が見られ、又、鋼球割合が大きいほど軸力の低下は抑制されることが分かる。 From Table 4 and FIG. 9, it can be seen that the axial force greatly decreases at the initial stage, and that the axial force decrease is suppressed as the steel ball ratio increases.
又、比較のために、図10に、エポキシ樹脂(AW136H)にアルミナを40%混入した場合と、アルミナを混入しないエポキシ樹脂だけの場合、についての軸力残存率と時間軸を常用対数としたグラフを示す。図9及び図10から、不陸修正剤に粒径の異なる粒子を複数混入させることにより、ボルト軸力の低下を抑えることができることが分かる。 For comparison, in FIG. 10, the residual axial force and the time axis for the case where 40% alumina is mixed in the epoxy resin (AW136H) and the case where only the epoxy resin is not mixed with alumina are used as the common logarithm. A graph is shown. From FIG. 9 and FIG. 10, it can be seen that a decrease in the bolt axial force can be suppressed by mixing a plurality of particles having different particle sizes into the unevenness correcting agent.
又、軸力残存率の長期予測を行うために、以下の軸力残存率予測式(N/N0)を用いて10年、50年後の予測を行った。 Further, in order to make a long-term prediction of the axial force residual rate, predictions were made 10 years and 50 years later using the following axial force residual rate prediction formula (N / N 0 ).
ここで、係数αは、表5に示す。また、図11に、不陸修正剤に、混入割合を変えて鋼球を混入した場合の軸力残存率を示す。 Here, the coefficient α is shown in Table 5. Moreover, FIG. 11 shows the axial force remaining rate when steel balls are mixed in the unevenness correcting agent while changing the mixing ratio.
表4及び図11から、鋼球混入割合50%以上の試験体では、50年後の予測に対して許容値の20%の範囲内であることが分かる。 From Table 4 and FIG. 11, it can be seen that the specimens with a steel ball mixing ratio of 50% or more are within the allowable range of 20% with respect to the prediction after 50 years.
以上より、鋼球割合に応じてボルトの軸力低下を低減し得ることが分かる。又、鋼球割合が75%の試験体では、50年後に約84%の軸力残存率であることが予測される。 From the above, it can be seen that the reduction in the axial force of the bolt can be reduced according to the steel ball ratio. In addition, in the specimen having a steel ball ratio of 75%, an axial force residual ratio of about 84% is predicted after 50 years.
本実施例にて、上記説明では、不陸修正剤中の基材は、エポキシ樹脂であるとして説明したが、実施例1で示した硬化型のその他の樹脂、即ち、ビニールエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、MMA樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、又は、メラニン樹脂などを好適に使用することができ、更には、硬化型のセメントモルタルをも使用することが可能で、鋼球などの混入物を混入させて実施例1で説明した作用効果、及び、上記説明した作用効果を同様に達成することができる。 In the present embodiment, in the above description, the base material in the unevenness correcting agent has been described as being an epoxy resin, but other resins of the curable type shown in Example 1, that is, vinyl ester resin, unsaturated Polyester resin, MMA resin, acrylic resin, urethane resin, melanin resin, etc. can be suitably used. Furthermore, curable cement mortar can also be used, and contaminants such as steel balls can be used. The effects described in the first embodiment and the functions and effects described above can be achieved in the same manner.
また、本実施例にて、不陸修正剤中の混入物としての鋼球は、アルミナと共に混入されるものとしたが、基材中に単独で混入しても良く、また、実施例1で説明したアルミナ以外のセラミックス、金属、又は珪砂などと共に混入しても同様の効果を達成し得る。 Further, in this example, the steel ball as a contaminant in the unevenness correcting agent is mixed with alumina, but may be mixed alone in the base material. The same effect can be achieved even if it is mixed with ceramics, metal, or silica sand other than the described alumina.
本実施例で用いた鋼球などの粒径の大きい粒子であれば約25%〜85%の範囲にて効果が得られるが、非常に小さい粒子であれば、手作業による撹拌限度と考えられる40%程度が好ましい。 If the particle size is large, such as a steel ball used in this example, an effect is obtained in the range of about 25% to 85%, but if it is a very small particle, it is considered that it is the limit of manual stirring. About 40% is preferable.
又、本発明者らの研究実験の結果により、混入粒子の体積比が大きいほど軸力の低下が抑えられることが分かったが、このことから、より最密充填に近いほどボルト軸力の低下が抑えられると考えられる。特に、本実施例により、不陸修正剤に粒径の異なる粒子を複数混入させることにより、より密に混入材を配置することができ、それによりボルト軸力の低下を抑えることができることが実証できた。 In addition, as a result of the research experiment of the present inventors, it has been found that the larger the volume ratio of the mixed particles, the lower the axial force can be suppressed. From this, the closer the closer to the closest packing, the lower the bolt axial force. Is considered to be suppressed. In particular, this example demonstrates that by mixing a plurality of particles having different particle sizes into the unevenness correcting agent, it is possible to arrange the mixed material more densely, thereby suppressing a decrease in bolt axial force. did it.
実施例3
本発明者らの知見によれば、リング状拘束部材15としてのリングには、軸圧縮応力に対して0.6倍以上の軸直角応力が作用する。しかし、鉄道橋、道路橋等繰り返し振動下での施工、供用を考えた場合リング15の抜け出しの可能性が考えられる。特に、施工途中樹脂硬化前に振動によりリング15が抜け出す可能性が高い。
Example 3
According to the knowledge of the present inventors, axial perpendicular stress acting 0.6 times or more with respect to axial compressive stress acts on the ring as the ring-shaped restraining
そこで、本実施例では、図12に示すように、リング15は、その内周面形状が、リング15の軸線方向にて、鋼桁100の表面102A(102B)側から外方へと向かってラッパ状に拡開したテーパー面15bとするのが好ましい。この構成により、リング抜け出しを防止することができる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 12, the inner peripheral surface shape of the
また、リング15は鋼桁表面102A(102B)側により高い応力が作用するため、上記構成とすることにより、リング肉厚tをより薄く設計することが可能となる。
Moreover, since a high stress acts on the
本実施例のように、リング15の内周面15bをテーパー形状としたときに、座金14とリング15が接触した場合には、不陸修正を行った本発明のボルト接合部構造1Aを実現し得ない恐れがある。
When the
このような事態の回避方法として、リング内径d1を大きくする方法があるが、リング状拘束部材15の上面15aと座金14の下面14aとの距離が大きくなることは、リング状拘束部材15による不陸修正剤の拘束効果を弱める点で望ましくない。
As a method for avoiding such a situation, there is a method of increasing the ring inner diameter d1. However, the increase in the distance between the
そこで、座金14に対しても、図12に想像線で示すように、リング側を削りテーパー14bをつけることができる。
Therefore, the ring side can also be shaved and a
実施例4
図13に、本発明のボルト接合部構造の他の実施例を示す。本実施例では、先に、図14(b)を参照して説明したように、鋼桁100(100A、100B)に形成されたリベット穴101(101A、101B)の中心がずれてしまっている場合に、本発明のボルト接合部構造1を適用して補修工事を実施した場合である。
Example 4
FIG. 13 shows another embodiment of the bolt joint structure of the present invention. In the present embodiment, as described above with reference to FIG. 14B, the center of the rivet hole 101 (101A, 101B) formed in the steel beam 100 (100A, 100B) has shifted. In this case, repair work is carried out by applying the bolt
本実施例においても、実施例1で説明したと同様の作業工程により、リング状拘束部材15により拘束された不陸修正剤2をボルト座金14と、鋼桁100A、100Bのような被接合構造体との間に設けた構成とすることにより、高力ボルト等高軸力が得られる。
Also in the present embodiment, the
また、本実施例においても、実施例2で説明したように、図12に示すように、リング15は、その内周面形状が、リング15の軸線方向にて、鋼桁100の表面102A(102B)側から外方へと向かってラッパ状となるように拡開した構造とすることもでき、また、座金14にテーパー面14bを設けた構造とすることもできる。
Also in the present embodiment, as described in the second embodiment, as shown in FIG. 12, the
本発明のボルト接合部構造は、リベット接合の補修に限らず、高力ボルトから高力ボルトに付け替える際にも利用することができる。また、本発明のボルト接合部構造は、鉄道橋、道路橋などの鋼桁のような構造物をボルトにて接合するボルト接合部のみならず、海洋構造物、建築物などの鋼板の接合部においても利用可能である。 The bolt joint structure of the present invention is not limited to repairing rivet joints, but can be used when changing from a high-strength bolt to a high-strength bolt. The bolt joint structure of the present invention is not only a bolt joint for joining structures such as steel girders such as railway bridges and road bridges with bolts, but also steel joints for marine structures, buildings, etc. Can also be used.
1 ボルト接合部構造
2 不陸修正剤
10 ボルト
11 ボルトヘッド
12 ボルト軸
13 ナット
14 座金
15 リング(リング状拘束部材)
100(100A、100B) 鋼桁(被接合構造体)
101(101A、101B) ボルト穴(リベット穴)
102(102A、102B) 鋼桁表面
DESCRIPTION OF
100 (100A, 100B) Steel girder (bonded structure)
101 (101A, 101B) Bolt hole (rivet hole)
102 (102A, 102B) Steel girder surface
Claims (12)
リング状拘束部材により拘束された不陸修正剤をボルト座金と被接合構造体との間に設けたことを特徴とするボルト接合部構造。 In the bolt joint structure that joins two or more joined structures together with bolts and nuts,
A bolt joint structure characterized in that an unevenness correcting agent restrained by a ring-shaped restraining member is provided between a bolt washer and a structure to be joined.
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