JP2006525480A - 鋼材接合装置 - Google Patents

Abstract

鋼材接合装置は、機械加工することなく、鋼材厚さの寸法誤差を吸収することができる。この接合装置は、施工中に発生し得る鋼材間の段差または高さ差を吸収しながら、鋼材間の堅固な結合を保持することができる。この接合装置は低コストの製造を容易にするもので、鋼材（１００）が挿入できるように外向きに開放した締結部（２１０）を有する締結ケース（２００）と、前記締結部（２１０）内に挿入され、前記締結部（２１０）の内面（２１２）に密着するソケット（３００）と、前記ソケット（３００）と前記鋼材（１００）との間にそれぞれ挿入される一体型または分割型クサビ（４００）とを備える。

Description

本発明は鋼材接合装置に係り、より詳しくは、鋼材を加工しなくても、鋼材厚さの寸法誤差を吸収することができ、接合される鋼材間に段差発生するか、あるいは互いに一直線状をなすことができない場合など、実際の施工上の誤差も吸収することができて施工性に優れており、その上、接合された鋼材は一層堅固な結合力を保持することができ、鋼材接合装置の製作が容易で低コストで大量生産を可能にするため、鋼材が挿入できるように外向きに開放し締結部を有する締結ケースと、前記締結部に挿入されて締結部の内面に密着する一対のソケットと、前記締結部に挿入された一対のソケットと鋼材の両面との間にそれぞれ挿入されるクサビとを含んでなる鋼材接合装置である。

一般に、土木工事や建築工事で使用される鋼材、例えば鉄骨組構造物の柱と柱の連結、柱と梁の接合、梁と梁の連結、およびブレース接合のための方法は公知のボルト締結方法を使用している。これは、締結しようとする鋼材の連結部に複数のボルト孔を穿孔し、この結合部の一側または両側には、前記ボルト孔に対応する位置にボルト孔を穿孔させた連結板またはブラケッを当ててボルトおよびナットを使用して相互に結合させる方式である。このようなボルト締結方法は、鋼材の締結部に複数のボルト孔を穿孔しなければならなかったので、ボルト孔による母材の断面欠損、応力集中およびエネルギー吸収能力の低下を避けることができなく、危ない環境下でボルト締結のための作業工数も増加することになる問題点があった。また、既存のボルト締結方式は、ボルトの直径がボルト孔の直径より小さいため、左右方向への力、すなわち圧縮力と引張力が加わると、鋼材間に押され現象が発生して隙間が生ずることになり、これを補完するため、ボルトに大きい軸力を導入して、接合面の摩擦力が荷重に抵抗するようにすることにより、押され現象と応力集中現象をどのくらい減少させた高張力ボルトを用いた方式も使用されているが、前述した問題点が依然として残っていた。

一方、本出願人は前記のような問題点を解消するための鋼材の締結装置をＰＣＴ／ＫＲ０１／００５７２にて提案した。これは、図１に示すように、鋼材１０が挿入される締結部を持つ締結ケース２０と、前記鋼材１０が挿入された締結部の残り空間に挿入されるクサビ３０とを含んでなる。前記クサビ３０は、締結ケース２０と接触する面の摩擦係数より鋼材と接触する面の摩擦係数が高いようにしたもので、鋼材１０に外力が作用すれば、クサビ３０の四面と締結ケース２０間の摩擦係数と、クサビの底面と鋼材１０間の摩擦係数の差によって、外力が増加するほど、クサビ３０が鋼材１０に加える垂直力が増加することになり、クサビ３０が鋼材１０と締結ケース２０との間でクサビ作用をするので、締結ケースが破壊しない限り、鋼材１０が締結ケース２０からすり抜けないようになったものであった。

ＰＣＴ／ＫＲ０１／００５７２号の締結装置は、接合を要する鋼材に結合のためのボルト孔を穿孔しなくても良いので、締結孔による母材の断面欠損、応力集中、エネルギー吸収能力低下を避けることができ、摩擦接合におけるボルト、ボルト孔形成、連結板またはブラケッなどの原価に比べ、相当な原価低減の効果があり、多くのボルト締結が必要ないので、施工が簡便で工期を短縮し労動力を節減することができ、高所での作業量が減少するので、安全事故の危険も減らすことができる有用性を持っているが、次のようないくつかの問題点が現れた。

即ち、鋼材とクサビが挿入される締結ケースの締結部を鋼材の厚さとクサビの寸法に合うように正確な寸法に加工するのに多くの費用と努力が必要となるということと、実際に
正確な寸法に形成された締結ケースに鋼材を挿入させクサビを差し込む作業が容易でなくて予想よりは施工性が低下するという問題点がある。

また、現在生産されている鋼材のＨ−ビームは、そのフランジ部の厚さにおいて寸法許容誤差を持っているので、鋼材接合装置がこの許容誤差を吸収することができる場合に限り、施工性と安全性を持つことになるが、締結ケースに形成される締結部とクサビのみでなった構造においては、この誤差を吸収することができないという構造的な問題点があった。

更には、鋼材の接合時、相互に接合される鋼材間に段差があるか、一直線状をなさない場合に適用性が低下するという欠点があった。

本発明はこのような従来の諸般の問題点を解消するためになされたもので、本発明の目的は、鋼材を加工しなくても、鋼材の寸法誤差を吸収することができ、接合される鋼材間に段差が発生するか、あるいは相互に一直線状をなすことができない場合など、実際の施工状の誤差も吸収することができて施工性に優れており、その上、接合された鋼材は一層堅固な結合力を保持することができ、鋼材接合装置の製作が容易で低コストで大量生産が可能な、改善した構造の鋼材接合装置を提供することにある。

上記した目的を達成するため、本発明は、鋼材が挿入できるように外向きに開放した締結部を持つ締結ケースと、前記締結部に挿入されて締結部の内面に密着する一対のソケットと、前記締結部に挿入された一対のソケットと鋼材の両面との間にそれぞれ挿入されるクサビとを含んでなる。

本発明の接合装置において、前記締結部は、内側中心幅が鋼材の挿入のための開放部の幅より大きい円形のチャンネルを有する。前記ソケットは、締結部の内面に密着する外側面と、クサビに密着する内側面とを有する。前記内側面は、その中心からそれぞれ内外側下向きに傾いた第１および第２傾斜面を有する。前記クサビは、前記ソケットの第１および第２傾斜面に対応する第１および第２傾斜面を有する外側面と、前記鋼材に密着する内側面とを有する。

本発明のほかの実施例において、前記クサビは、前記第１傾斜面および前記第２傾斜面間の境界部で、鋼材の挿入方向を基準として内外側に分割された一対のクサビからなり、前記分割されたクサビの間に、前記クサビを広げるためのスプリングをさらに備えている。

本発明のさらにほかの実施例において、前記クサビは、鋼材の挿入方向を基準として左右側に分割された一対のクサビからなり、分割された左右側クサビの外側面はその内側から外側に行くほど薄く形成され、前記ソケットの内側面は、前記クサビの外側面と対応するように、左右側より中心部が深い傾斜面を有する。前記分割されたクサビの間には、前記クサビの間隔を広げるため、ネジ式間隔調節具をさらに備える。この接合装置が取り付けられた後、間隔調節具を調節して前記分割クサビを広げることにより、一層よいクサビ作用を保障する。

本発明のさらにほかの実施例において、前記クサビと鋼材間の堅固な接触のため、前記クサビの内側面には溝が形成され、前記鋼材の表面には、前記溝に挿合されるスタッドが形成されることにより、接合装置の安全性を保障する。

以下、本発明の望ましい非限定実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図２は本発明による鋼材接合装置の概略的な構成を示すもので、鋼材が結合される前の状態を示すものであり、図３は本発明による鋼材接合装置を使用して鉄骨組建物の梁をなすＨ−ビームを突き合わせ接合させた状態を示す正面図である。

図２および図３に示すように、本発明の鋼材接合装置は、鋼材１００が挿入できるように外向きに開放した締結部２１０を持つ締結ケース２００と、前記締結部２１０に挿入されて締結部２１０の内面２１２に密着する一対のソケット３００と、前記締結部２１０に挿入された一対のソケット３００と鋼材１００の両面との間にそれぞれ挿入されるクサビ４００とを含んでなる。

本発明において、前記鋼材１００とは、鉄骨組建築物の柱または梁として使用される各種の鋼材ビーム、または橋梁構造物に使用される鋼材およびそのほかの非鉄金属、ＦＲＰ部材などを意味し、これら鋼材の素材および大きさや形態には制限がなくて、この鋼材は本発明の鋼材接合装置によって突き合わせ（直線型）接合または直角接合などが可能であるが、以下では、鋼材を相互に突き合わせ接合する場合を例として説明する。

本発明の鋼材接合装置をなすケース２００は、図４の断面図に示すように、少なくとも一つ以上の円形締結部２１０を具備しており、この締結部２１０の内側中心幅Ｄは鋼材の挿入のための開放部２１４の幅ｄより大きく形成されている。

前記締結ケース２００の幅は、接合しようとする鋼材の幅、例えばＨ−ビームのフランジ幅に対応する寸法に製作することができる。この際、前記締結部２１０は、その両側がソケットおよびクサビの挿入ができるように外向きに開放しており、一外側には、鋼材１００の挿入のための開放部２１４が形成された円形のチャンネル（谷）をなす。

前記締結ケース２００に形成される締結部２１０は、図４に示すように、鋼材を直線型に接合させようとする場合は、この締結部２１０を左右に対称するように形成し、直角接合の場合は、締結部２１０を互いに直角となる位置に形成することができ、この締結部２１０の数および位置は鋼材間の結合形態によって多様な変形が可能であり、締結ケース２００の外形は図示のような円形断面に限定されなく、四角以上の多角形に製作することもでき、必要によって楕円形にも製作することができる。

図５は本発明の鋼材接合装置の構成要素であるソケットの斜視図である。このソケット３００は、鋼材１００とクサビ４００を密着させるための機能を発揮することになり、その形態は、前記締結ケース２００の円形締結部２１０の内面と同一の極率半径を有するように形成された外側面３１０と、クサビ４００に密着される内側面３２０とを持っており、この内側面３２０は、その中心からそれぞれ内外側下向きに傾いた第１傾斜面３２２および第２傾斜面３２４からなり、クサビ４００が離脱できないように支持するようになっている。

前記ソケット３００は、鋼材１００の厚さまたは誤差によって、その寸法を多様に製作することで、鋼材の厚さに適したものを使用可能にし、クサビ４００に接する内側面３２０は摩擦係数を減らすために研削加工を実施する。

また、前記ソケット３００はクサビ４００の長さよりやや長く形成することで、製作時に寸法誤差が発生する場合、さらに押し入れるか不十分に押し入れることができるようにし、ソケット３００の内側面３２０の幅および厚さは、内側に行くほど、外側の寸法より
やや小さく形成して、容易な挿入ができるようにすることもできる。

図６は本発明による鋼材接合装置のクサビ４００を示す斜視図である。これは、ソケット３００の内側面３２０をなす第１および第２傾斜面３２２、３２４に対応する第１および第２傾斜面４１２、４１４を有する外側面４１０と、鋼材１００に密着する内側面４２０とからなっている。

前記クサビ４００の外側面４１０は、摩擦係数を減らすために、表面が滑らかに研削加工され、鋼材１００にする内側面４２０は、図面に示されてはいないが、摩擦係数を高めるように粗い表面形状または四角錐形状の摩擦突起を複数形成する。

図７は本発明のほかの実施例を示す鋼材接合装置の結合状態を示す断面図、図８は図７に示す鋼材接合装置によって結合された鋼材の遊動状態を示す断面図である。
本実施例においては、締結ケース２００の締結部２１０に挿入された鋼材１００の表面にはスタッド１１０が熔接されており、この鋼材１００に密着するクサビ４００の内側面には、前記スタッド１１０が挿合される溝４２２が形成されたもので、残り部分は前記一実施例と同様である。

本実施例においては、鋼材１００とクサビ４００間の密着が十分でなくて滑ることが発生する場合、スタッド１１０が溝４２２に挿合されているので、表面摩擦による結合方式に加え、スタッドと溝の凹凸結合が備えられているので、より高い安全性を確保することができる安全装置の機能を有するようにしたものである。

図８は本発明による鋼材接合装置によって結合された鋼材の遊動状態を示すもので、締結ケース２００の締結部２１０に挿入された鋼材１００は、締結部２１０の内部で締結部２１０の中心を基準として回転方向にどのくらいの遊動性を有するので、接合される部材１００が正確に一直線状とならない施工上の誤差がある場合にも、容易な接合が可能である。

図９は本発明のさらにほかの実施例による鋼材接合装置の分離状態を示す斜視図、図１０は図９に示す鋼材接合装置の結合状態を示す図である。
本実施例では、締結ケース２００とソケット３００は前記第１実施例および第２実施例と同一の構造をなしているが、ただ、鋼材１００の上下側のいずれか一側のクサビ４００が二分された形態をなしていることに違いがある。すなわち、本実施例によるクサビ４００は、第１傾斜面４１２と第２傾斜面４１４間の境界部で、鋼材１００の挿入方向を基準として内外側に（横方向に）垂直に分割された一対のクサビ４００ａ、４００ｂからなっており、分割されたクサビ４００ａ、４００ｂ間には、クサビ４００ａ、４００ｂを広げるためのスプリング４００ｃがさらに備えられることにより、締結ケース２００の締結部２１０で分離されたたクサビ４００ａ、４００ｂの間がスプリング４００ｃによって広げられてクサビ４００ａ、４００ｂと鋼材１００が密着するようにしたものである。

図１１は本発明のさらにほかの実施例による鋼材接合装置の分離状態を示す斜視図、図１２は図１１に示す鋼材接合装置の結合状態を示す図、図１３は図１１に示す鋼材接合装置のクサビを示す斜視図、図１４は図１１に示す鋼材接合装置のソケットを示す斜視図である。

本実施例において、締結ケース２００は前記第１実施例ないし第３実施例と同一の構造をなしているが、クサビ４００とソケット３００のみが異なる形態を取っている。すなわち、クサビ４００は、前記第３実施例と異なり、鋼材１００の挿入方向を基準として左右側に（クサビの挿入方向を基準とすれば、内外側に）二分された形態を取っている。分割
された左右側クサビ４００ｄ、４００ｅの外側面４１０は、図１３に示すように、その内側から外側に行くほど薄く形成され、前記ソケット３００の内側面３２０は、図１４に示すように、前記クサビ４００の外側面４１０に対応するように、左右側より中心部がもっと深い傾斜面をなし、分割されたクサビ４００ｄ、４００ｅの間にはネジ式の間隔調節具４００ｆがさらに備えられる。この間隔調節具４００ｆを回転させることで、分割されたクサビ４００ｄ、４００ｅの間隔を広くするかまたは狭くすることにより、クサビ４００が鋼材１００に密着または離隔することができる構造をなしている。

図１５は本発明による鋼材接合装置を使用して高さの異なる鋼材間の結合状態を示す断面図である。本発明の鋼材接合装置は、実際の施工時、接合される鋼材１００、１００ａ間に段差が発生した場合、または接合される鋼材の厚さ寸法が違う場合にも、ソケット３００の挿入程度または規格の異なるソケットの選択的挿入によってどのくらいの吸収力を持っており、また、鋼材が互いに一直線状をなしていなくても、相互間の接合が可能であるので、実際現場で優れた施工性を有することになる。

産業上利用可能性

以上説明したように、本発明は、締結部を持つ締結ケースの内部にクサビを挿入し、鋼材を挟んだ後、ソケットを挿入するかまたはクサビを広げて鋼材に密着させることにより、鋼材間の結合をなすようにしたもので、本発明によれば、ソケットによって鋼材の厚さ誤差または段差を吸収することができるので、実際現場での施工性が優秀であり、ソケットを押し込む力によってクサビが鋼材に密着するため、クサビの作用に対する安全性を確保することができ、スタッドと溝を用いた方式においては、クサビと鋼材が密着しない場合にも、スタッドによってクサビ作用を発揮して施工上の安全性を確保することができ、分割型クサビを適用した方式においては、厚さ誤差を持っている鋼材の接合において誤差吸収能力に優れて高い施工性を有することはもちろん、スプリングの弾性とボルトの締結力によってクサビが鋼材に密着するので、クサビ作用に対する安全性にも優れており、鋼材の接合に必要な時間と人件費を節減することができる。よって、従来のボルト締結方式または単純なクサビのみを使用する接合方式に比べ、高い施工性および安全性を確保することができる有用な効果を有する。

本出願人の先出願発明による鋼材接合装置の原理と概略的な構造を示す断面図。 本発明による鋼材接合装置において、鋼材が結合される前の状態を概略的に示す斜視図。 本発明による鋼材接合装置を使用してＨ−ビームを突き合わせ接合させた状態を示す正面図および要部拡大図。 本発明による鋼材接合装置の締結ケースの断面図。 本発明による鋼材接合装置のソケットの斜視図。 本発明による鋼材接合装置のクサビの斜視図。 本発明の他の実施例における鋼材接合装置の結合状態を示す断面図。 図７に示す鋼材接合装置によって結合された鋼材の遊動状態を示す断面図。 本発明のさらに他の実施例における鋼材接合装置の分離状態を示す斜視図。 図９における鋼材接合装置の結合状態を示す正面図。 本発明のさらに他の実施例による鋼材接合装置の分離状態を示す斜視図。 図１１における鋼材接合装置の結合状態を示す正面図。 図１１における鋼材接合装置のクサビを示す斜視図。 図１１に示す鋼材接合装置のソケットを示す斜視図。 高さの異なる鋼材間の結合状態を示す断面図。

Claims (9)

1. 鋼材（１００）が挿入できるように外向きに開放した締結部（２１０）を持つ締結ケース（２００）と、前記締結部（２１０）に挿入されて締結部（２１０）の内面（２１２）に密着する一対のソケット（３００）と、前記締結部（２１０）に挿入された一対のソケット（３００）と鋼材（１００）の両面との間にそれぞれ挿入されるクサビ（４００）とを含んでなることを特徴とする鋼材接合装置。
2. 前記締結部（２１０）は、内側中心幅（Ｄ）が前記鋼材（１００）の挿入のための開放部（２１４）の幅（ｄ）より大きい円形のチャンネルを有することを特徴とする請求項１に記載の鋼材接合装置。
3. 前記ソケット（３００）は、前記締結部（２１０）の内面（２１２）に密着する外側面（３１０）と、前記クサビ（４００）に密着する内側面（３２０）とを有し、前記内側面（３２０）は、その中心からそれぞれ内外側下向きに傾いた第１および第２傾斜面（３２２、３２４）を有することを特徴とする請求項２に記載の鋼材接合装置。
4. 前記クサビ（４００）は、前記ソケット（３００）の第１および第２傾斜面（３２２、３２４）に対応する第１および第２傾斜面（４１２、４１４）を有する外側面（４１０）と、前記鋼材（１００）に密着する内側面（４２０）とを有することを特徴とする請求項３に記載の鋼材接合装置。
5. 前記クサビ（４００）は、前記第１傾斜面（４１２）および前記第２傾斜面（４１４）間の境界部で、鋼材（１００）の挿入方向を基準として内外側に分割された一対のクサビ（４００ａ、４００ｂ）からなることを特徴とする請求項４に記載の鋼材接合装置。
6. 前記分割されたクサビ（４００ａ、４００ｂ）の間に、前記クサビを広げるためのスプリング（４００ｃ）をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の鋼材接合装置。
7. 前記クサビ（４００）は、前記鋼材（１００）の挿入方向を基準として左右側に分割された一対のクサビ（４００ｄ、４００ｅ）からなり、分割された左右側クサビの外側面（４１０）はその内側から外側に行くほど薄く形成され、前記ソケット（３００）の内側面（３２０）は、前記クサビ（４００）の外側面（４１０）と対応するように、左右側より中心部が深い傾斜面を有することを特徴とする請求項４に記載の鋼材接合装置。
8. 前記分割されたクサビ（４００ｄ、４００ｅ）の間には、ネジ式間隔調節具（４００ｆ）をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の鋼材接合装置。
9. 前記クサビ（４００）の内側面（４２０）には溝（４２２）が形成され、前記鋼材（１００）の表面には、前記溝（４２２）に挿合されるスタッド（１１０）が形成されることを特徴とする請求項４に記載の鋼材接合装置。

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