JP2007092884A - 高力ボルト摩擦接合部と建築鋼構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】遅れ破壊発生の懸念の小さい引張強さの高力ボルトを用いる場合において、接合部としての最大耐力を強化可能にして、ボルト本数を低減し、コンパクト化や加工手間、締付施工の省力化を安価に実現できる鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部を提供すること。
【解決手段】高力ボルトを用いた鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部であって、被接合部材のボルト孔に挿入した高力ボルトの軸部とボルト孔間に、被接合部材に対する締付長さよりも材長が短く、高力ボルトより高強度の鞘材を、常時は高張力が作用しない状態で高力ボルトのせん断耐力を補強可能に介在させて、接合部としての最大耐力を増加させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、高い耐震性が要求される建築鋼構造物を構築する場合に、柱継手、梁継手、その他、板要素の継手に用いられる鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部と建築鋼構造物に関するものである。
ここで、摩擦接合とは、例えば、図９に一般例として示すように、板部材１_１、１_２の先端部を重ね合わせて、高力ボルト２で締め付け、締付軸力によって板部材１_１、１_２間に生じる摩擦力によって応力を伝達する接合方法であり、接合部に伝える応力はボルト軸と直角方向となっており、所謂せん断形式接合の範疇に入る接合である。
なお、せん断形式接合には、摩擦接合の他に支圧接合があるが、これはボルトに締付軸力を導入せず、ボルト孔での板部材の支圧抵抗とボルト軸部のせん断抵抗で応力を伝達する接合であり、締付軸力を導入する点および応力の伝達方法の点で、摩擦接合は支圧接合とは異なるものである。

建築鋼構造物を構築する鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合の分野では、接合部のコンパクト化や加工手間、締付施工の省力化の観点からボルト本数の低減要請が高まってきており、この要請に応えるために、高力ボルトを高強度化して１本当たりの荷重伝達能力を高め、ボルト本数を低減する開発が進められてきた。
従来、高力ボルトとしては、引張強さが１０００ＭＰａ級（締付軸力：１０００ＭＰａ×ネジ部有効断面積×０．７４）の高力ボルトが主体になっていたが、現状では、引張強さが１４００ＭＰａ級（締付軸力：１４００ＭＰａ×ネジ部有効断面積×０．７４）の高力ボルトが使用されるようになってきている。
ここで、ネジ有効断面積とは、ＪＩＳ Ｂ １０８２−１９８７で規定されるネジの有効断面積であり、（１）式により計算されるものである。
Ａ_ｓ＝π／４・｛（ｄ_２＋ｄ_３）／２｝^２・・・・・（１）
ここで
Ａ_ｓ：ネジの有効断面積
ｄ_２：高力ボルトのネジの有効径の基準寸法で、ネジ溝の幅がネジ山の幅に等しくなるような仮想的な円筒の直径
ｄ_３：高力ボルトのネジ谷径の基準寸法
（図１０参照）。

このように、高力ボルトは、かなり高強度化が進んだものであるが、建築鋼構造物の分野で用いる高力ボルトとしては、必ずしも高強度化が十分に満足できるレベルまで達しているとは言い難い。高力ボルトを、現状技術レベルで十分に可能な１７００〜２６００ＭＰａ程度まで高強度化することにより、使用ボルト本数をさらに低減し、接合部のコンパクト化や、ボルト孔加工手間、および締付施工の省力化が可能である。ところが、高力ボルトに高張力を導入して使用する摩擦接合の場合には、高力ボルトの強度が１１００ＭＰａ以上になると高強度化するほど遅れ破壊が発生する可能性が高くなるため、何らかの対策が必要になる。
ここで、遅れ破壊とは、金属材料が引張荷重が負荷されてから、ある時間経過後に突然破壊を生ずる現象である。

技術文献１に、高力ボルトの材料に合金元素を添加することで耐遅れ破壊性能を高めた材料を用いるとともに、ネジ形状を改良することで遅れ破壊の要因の１つと考えられる応力集中を緩和する対策を講ずる技術が開示されている。しかし、これは強度レベルが１４００ＭＰａ級（導入張力：１４００ＭＰａ×ネジ部有効断面積×０．７４）でも、未だ十分満足出来るレベルではない。
一方で、摩擦接合は、建築鋼構造物で多用されているが、建築耐震設計においては、導入張力から決定される許容耐力（中小地震に対する設計（一次設計という）で用いられるもので、「すべり耐力」をいう。）と、高力ボルトの材料強度から決定される最大耐力（大地震に対する設計で用いられるもので、高力ボルトがせん断破壊する際の「最大せん断耐力」をいう。）の２つの面から接合部設計が行われる。
したがって、大地震に対する設計でボルト本数が決定される場合には、「最大せん断耐力」（以下「最大耐力」と称する。）を強化することで、ボルト本数の低減につなげることができる。

また、特許文献１に、本発明のようにボルト孔に鞘材（ここではスリーブ）を挿入する構造を有するワンサイドボルトが開示されている（図１、図２参照）。しかし、『前記スリーブ本体は、先端付近に他の部分よりも軟質の軟質スリーブを有し、この軟質スリーブは、前記スリーブに軸方向の圧縮荷重を加えることで、外周に膨らみ状態に座屈可能なものとする。』（段落［０００６］第９〜１２行目参照）とあり、スリーブ自体を軟質にして、ボルト締結時に座屈させてボルト孔より小径であるボルト頭部側にボルト締結のための鍔状変形部分（ボルト孔径より大径）を形成するものである。
したがって、締付長さよりも材長が短く、１７００〜２６００ＭＰａの高強度材からなる鞘材を用いて、せん断抵抗による接合部の最大耐力を向上させる本発明とは、目的、構成、効果を全く異にするものである。
また、特許文献２に、本発明のようにボルト孔に鞘材（ここでは筒状部材）を挿入する構造を有する締結具が開示されている（第１図、第２図、第３図参照）。しかし、『筒状部材２４は、Ｓ２０Ｃ等の鉄系材料によって作られており、（実施例の第３０〜３１行目参照）・・・。実施例においては、座屈筒５１とスリーブ４４とが一体的に設けられているのである。・・（実施例の第４８〜４９行目参照）』とあり、この座屈筒は、強度が５００ＭＰａ程度と低いＳ２０Ｃ材からなり、ボルト締結時に座屈させて貫通孔（ボルト孔）より小径であるボルト頭部側にボルト締結のための係合部（貫通孔径より大径）を形成するものである。
したがって、締付長さよりも材長が短く、１７００〜２６００ＭＰａの高強度材からなる鞘材を用い、せん断抵抗による接合部の最大耐力を向上させる本願とは、目的、構成、効果を全く異にするものである。
Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ Ｈｉｇｈ−Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｂｏｌｔｓ ｗｉｔｈ ａｎ Ｕｌｔｉｍａｔｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ １４００Ｎ／ｍｍ２Ｃｌａｓｓ，ＴｈｉｒｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ ＳｔｅｅｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００５．３。 特開平１１−１５９５０９号公報 特公平 ６− ２７５２５号公報

本発明は、遅れ破壊発生の懸念の小さい引張強さの高力ボルトを用いる場合において、接合部としての最大耐力を強化可能にして、ボルト本数を低減し、コンパクト化や加工手間、締付施工の省力化を安価に実現できる鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部と建築鋼構造物を提供する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、請求項１は、高力ボルトを用いた鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部であって、被接合部材のボルト孔に挿入した高力ボルトの軸部とボルト孔間に、被接合部材に対する締付長さよりも材長が短い鞘材を介在させたことを特徴とする鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部である。
請求項２は、請求項１において、前記高力ボルトの引張強さが７００ＭＰａ〜１６００ＭＰａであり、かつ、前記鞘材の引張強さが１７００〜２６００ＭＰａであることを特徴とする鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部である。
請求項３は、請求項１から請求項２のいずれかにおいて、高力ボルトに介挿した座金と被接合部材間に、座金以上の厚さを有する板座金を介在させ、締付軸力を被接合部材に伝達して摩擦接合することを特徴とする鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部である。
請求項４は、請求項１から請求項３のいずれかにおいて、鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部を１箇所以上有することを特徴とする建築鋼構造物である。
本発明でいう「鞘材」とは、短管や、筒状に曲げて端面を接合しない成形板、あるいは、これらを縦割りで分割した形状のものなどを意味し、これらを以下「鞘材」と総称する。また、本発明でいう鉄骨部材とは、「鉄骨部材単体」を意味し、建築鋼構造物とは、鉄骨部材を組み立ててなる「中間構造物」や、この中間構造物を複数組み立てて得られるものをいう。

本発明の鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部では、高力ボルトに締付長さより材長が短い鞘材を介挿することにより、高力ボルトを補強して接合部としての最大耐力を強化することができる。例えば、遅れ破壊発生の懸念の小さい７００〜１６００ＭＰａの高力ボルトを用いる場合には、遅れ破壊発生の懸念が大きい引張強さが１７００〜２６００ＭＰａの高強度材からなり締付長さより材長が短い鞘材を、常時は応力を作用させないように介挿することによって、遅れ破壊の発生を回避して、接合部としての最大耐力を発揮させる場合のみ高力ボルトの補強機能を発揮させることができる。
したがって、高力ボルトと鞘材での遅れ破壊の発生を回避することが容易であり、高力ボルト単独では７００〜１６００ＭＰａ級の最大耐力を確保しつつ、鞘材の機能発揮によって、最大耐力をボルト単体での最大耐力以上に増加させることができる。
これにより、大地震に対する設計でボルト本数が決定される場合には、ボルト本数を低減してコンパクト化や加工手間、締付施工の省力化を安価に実現でき、建築鋼構造物を構築する鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部とし適用して顕著な効果を奏するものである。
また、鞘材の補強機能を高める観点で、鞘材の厚みを大きくした場合には、被接合材のボルト孔径が高力ボルトの頭部径や座金の外径より大きくなる場合が発生し、高力ボルトを締付けても鞘材に圧縮力が作用するため、被接合材を締め付けることができなくなるが、このような場合には、座金以上の厚さと面積を有する板座金を介在させることで、締付軸力を被接合材に確実に伝達して摩擦力を確保し、同様の顕著な効果を奏することができる。

本発明の鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部は、例えば、常時高張力を付与しても遅れ破壊の懸念が小さい引張強さの高力ボルトを用い、高力ボルトに、締付長さより材長が短く、かつ、高力ボルトより高強度の鞘材を介挿することにより、高力ボルトを補強して摩擦接合部としての最大耐力を強化するものである。この摩擦接合部は、基本的には、高力ボルトによる締付軸力を、従来の高力ボルトと同様、ボルト材料の引張強さにネジ部有効断面積を乗じた値の０．７４倍程度の引張力とし摩擦接合して得るものである。
本発明では、例えば、引張強さが７００〜１６００ＭＰａ級の高力ボルトを用いる場合に、常時高張力を付与した場合に遅れ破壊の懸念が大きい引張強さが１７００〜２６００ＭＰａの高強度材からなり締付長さより短い鞘材を、常時は高張力を作用させないように介挿して遅れ破壊の発生を回避し、接合部に導入張力から決定される許容耐力を超える応力が作用してすべりが発生し、接合部が支圧・せん断状態になった場合に、鞘材の高強度特性を高力ボルトの補強（特に、せん断耐力補強）に機能させ、接合部としての最大耐力を従来の引張強さ７００〜１６００ＭＰａ級の高力ボルトを用いた場合以上に強化可能にして、上記課題を解決するものである。

本発明で用いる、例えば引張強さが７００〜１６００ＭＰａ級の高力ボルトは、現状で遅れ破壊の発生を抑制できる引張強さのボルトとして上位に評価できる強度レベルの高力ボルトである。７００ＭＰａ未満の高力ボルトでは、十分なすべり耐力を確保できる締付軸力を導入できず、高力ボルトの最大耐力を上げても摩擦接合部として十分な接合強度を確保できず、結果として、ボルト本数の大幅な増加を招き非効率となる。１６００ＭＰａ超級の高力ボルトを用いると遅れ破壊の発生が懸念されるので、７００〜１６００ＭＰａとした。
また、引張強さが１７００〜２６００ＭＰａの鞘材は、接合部としての最大耐力を従来の７００〜１６００ＭＰａ級の高力ボルトを用いた場合に比較して格段に強化するために必要な条件である。
なお、本発明の高力ボルト摩擦接合部は、鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部として適用するものであるが、接合部位に要求される接合部特性に応じて、一部の接合部位にのみ適用して、本発明以外の他の接合部を併用して建築鋼構造物を構築することもできる。
高力ボルト摩擦接合は、建築鋼構造物で多用されているものであり、建築耐震設計においては、導入張力から決定される許容耐力と、高力ボルトの材料強度から決定される最大耐力の２つの面から接合部設計が行われる。したがって、大地震に対する設計でボルト本数が決定される場合には、最大耐力を強化することで、ボルト本数の低減につなげることができる。

本発明者らは、特に、接合部としての「最大耐力」を強化することに着目し、「すべり耐力」は、従来の７００〜１６００ＭＰａ級の高力ボルトを用いることで従来同等レベルを確保し、この高力ボルトを他の手段で補強して接合部としての「最大耐力」を強化することを着想した。
すなわち、例えば引張強さが１７００ＭＰａ以上の高力ボルトを使用した場合では、常時、高張力を付与した状態で使用すると遅れ破壊発生の可能性が高まるため、締付軸力を下げて使用することになり、高強度化の効果を十分に享受できない。高力ボルト摩擦接合の場合には、接合部としての最大耐力は、最終的には高力ボルトのせん断耐力に支配されることなどの知見に基づいて、
（１）締付軸力を、ボルト材料の引張強さにネジ部有効断面積を乗じた値の０．７４倍程度の引張力として、遅れ破壊を発生する懸念の小さい、従来の引張強さ７００〜１６００ＭＰａ級の高力ボルトを用いる。
（２）高力ボルトのせん断耐力を、例えば使用する高力ボルトより高強度で常時高張力を付与した場合に遅れ破壊を生じやすい１７００ＭＰａ級以上の高強度材を遅れ破壊を発生しない条件で用いて補強することによって、接合部としての最大耐力を増加させる。
ことを着想し、実験（検討）を重ねた結果、本発明の要件を満足させれば、許容耐力を従来の７００〜１６００ＭＰａ級の高力ボルトを使用した場合と同等以上に確保して、接合部としての最大耐力を引張強さ７００〜１６００ＭＰａ級の高力ボルトを用いた場合以上に強化することが可能になり、上記課題を有利に解決できることを確認するに至ったものである。

図１（ａ）は、本発明の高力ボルト摩擦構造（例）を模式概念図で示したものである。ここでは、被接合材が厚鋼板１_１、１_２であり、双方の接合部を重ね合わせて引張強さが７００〜１６００ＭＰａ級の高力ボルト２を用い、その頭部側とナット３側に座金４を介挿して１面摩擦接合した場合を示しており、締付軸力の導入による摩擦力は、主に厚鋼板１_１、１_２の接合面間に作用（厚鋼板１_１、１_２の外面と座金４間などにも作用）し、接合部に対して摩擦力を超える大きな応力が作用した時には、すべりが生じて厚鋼板１_１、１_２の接合面領域の高力ボルト２軸部にせん断力が作用し、高力ボルト２が破断に至る。
そこで、本発明では、高力ボルト２の軸部に、引張強さが１７００〜２６００ＭＰａの高強度材で形成した、締付長さＬより短い材軸長さＬｓの鞘材５を挿入して、接合部に対して摩擦力を超える大きな応力が作用して高力ボルト２軸部にせん断力が作用したとき、鞘材５の強度範囲内で高力ボルト２のせん断耐力を補強することによって接合部としての最大耐力を強化するものである。
本発明では、引張強さが１７００〜２６００ＭＰａの鞘材５を用いるが、このような高強度材は、現状で実現可能な範囲で、最大耐力を現状レベルより格段に強化するという要請に応えるために、本発明では、不可欠（大前提）な条件である。引張強度が１７００ＭＰａ未満だと、高力ボルト強度と同程度となるため、鞘材の効果を奏しないので、１７００ＭＰａ超とした。また、２６００ＭＰａ超だと鋼板のコストから見合わないので、２６００ＭＰａ以下とした。

この鞘材５は、基本的には、高強度鋼材・超合金・特殊金属からなるもので、図２（ａ）に示すような短管からなる鞘材５や、図２（ｂ）に示すような、短管を半割したような形状で、高力ボルト２の両側から相対するように配置する成形体５ａ、５ｂからなる鞘材５_１ 、あるいは図２（ｃ）に示すような例えば板を筒状に成形して、端面を接合しない成形体からなる鞘材５_２（弾性を利用し高力ボルト２軸に密着挿入が容易）などが代表的なものである。
これらの鞘材（ここでは５で代表説明）は、少なくとも、高力ボルト２軸に対するせん断力に抗するようにボルト孔１ｏと高力ボルト２軸間に介在させるものである。この場合、高力ボルト２軸部の全周をカバーすることは不可欠ではないが、鞘材５がボルト孔１ｏと高力ボルト２軸間で移動しても安定的に機能させるために、全周をカバーするように介在させることがより好ましい。

この鞘材５の条件としては、高強度特性を効率的に機能させるために、例えば下記（１）〜（４）を満たしていることが好ましい。これらの条件は、接合対象の板状部（ここでは厚鋼板）条件、摩擦面の形成条件、高力ボルト（ナット、座金を含む）条件、締付軸力、許容耐力、要求最大耐力などに応じて選択するものである。
（１）長さＬｓ：高力ボルト２の締付長さＬより若干短くする。これは、鞘材５に常時は応力が作用しないようにして、鞘材５の遅れ破壊を回避するためである。ただし、少なくとも、高力ボルト２に対するせん断力作用域を十分にカバーできる長さが必要がある。（ここでは、鞘材５の長さは締付軸力を導入した状態での厚鋼板１_１の厚さ＋厚鋼板１_２の厚さの０．６〜０．９程度あれば、常時は締付軸力が作用することはなく、遅れ破壊の懸念を排除しながら十分に機能できる。）。
（２）内径ｄ：高力ボルト２軸径＋０超〜１ｍｍ程度。鞘材５の高強度特性の寄与率を高めるには、高力ボルト２軸と鞘材５の内面間の隙間は小さい程よいが、鞘材５を高力ボルト２軸に円滑に挿入するための隙間を形成するために必要である。
（３）厚みｔ：１〜５ｍｍ程度。１ｍｍ以上必要な理由は、十分な形状剛性を維持して、高強度特性を安定確保するために必要な厚さである。５ｍｍ超の厚さの場合、図３に示すように、ボルト孔１ｏの径が大きくなり過ぎ、高力ボルト２頭部径やナット３の外径に近くなり過ぎ、または超えることにあなるため、締付軸力を伝達するために標準的な座金４の他に板座金４ｗを使用するなど接合部形成するための加工、施工負荷の増大、締付軸力伝達の不安定などの問題を生じるので、好ましくは５ｍｍ程度までの範囲である。
（４）鞘材５とボルト孔１ｏとの隙間：０超〜１ｍｍ程度。鞘材の高強度特性の寄与率を高めるには、高力ボルト２軸と鞘材５とボルト孔１ｏ面間の隙間は小さい程よいが、鞘材５を高力ボルト２軸とボルト孔１ｏ間に円滑に配置（挿入）するために隙間が必要である。ただし、隙間が大きすぎるとガタ発生につながるため、１ｍｍ程度以下とした方がよい。なお、この鞘材５は、一般的な製管法や冷間成形などによって容易に量産可能である。

本発明で用いる高力ボルト２は、引張強さが７００〜１６００ＭＰａ級の高力ボルトで、ボルト形式としては、主として、ＪＩＳ Ｂ １１８６−１９９５で規定される摩擦接合用高力六角ボルト・六角ナット・平座金セットの他、図４（ａ）に示すに示すように、軸部２ａにナット３を螺合する雄ネジ２ｓを有し、締付トルク導入機構（ピンテール）６を先端部に備え、ナット３とピンテール６を協動させ、締付トルク管理しながら締め付けできる公知のトルシア形高力ボルト２_１、あるいは図４（ｂ）に示すように、軸部７ａにナット３を螺合する雄ネジ７ｓを有し、締付トルク導入機構（ピンテール）６を頭部に備え、このピンテール６と頭部座面に介挿した角形座金８を協動させ、締付トルク管理しながら締め付けできる公知の頭締めトルシア形高力ボルト７を用いるものである。ただし、他の形式の高力ボルトを除外するものではない。
なお、頭締めトルシア形高力ボルト４の角形座金５以外の座金は、必要に応じて使用するものである。
ナットの特性については、硬さが最小でＨ_ＲＢ９５、最大でＨ_ＲＣ３５、座金の特性については、硬さがＨ_ＲＣ３５〜４５のものであればよい。
また、添板や接合金物を用いる場合では、その特性は、接合対象の部材と同じ程度以上であることが好ましい。
なお、本発明で用いる高力ボルト２、７、ナット３、座金４、添板や接合金物は、すべて同じ特性のものを用いることは不可欠ではない、接合部位によって、また同じ接合部位内でも、荷重負担に応じて使い分けることもでき、また、従来レベルの特性のものを併用することも考慮する。

なお、本発明を適用する高力ボルト摩擦接合部としては、上記実施形態例以外に、例えば
（１）図５に示すように、厚鋼板１_１、１_２を接合対象として、接合部を微小間隙ａを生じるように突き合わせ、突き合わせた厚鋼板１_１、１_２に跨がって、上下面に当接した添板８を介して高力ボルト２で２面摩擦接合（添板を１枚にして１面摩擦も可）をする高力ボルト摩擦接合部。
（２）図６に示すように、角形鋼管９_１、９_２による柱材を接合対象として、材軸方向に突き合わせ、４面を、それぞれ、内部側と外部側に当接した添板１０を介して高力ボルト２で２面摩擦（添板を１枚にして１面摩擦も可）の摩擦接合をする高力ボルト摩擦接合部。
（３）図７に示すように、Ｈ形鋼梁１１_１、１１_２を接合対象として、軸方向に間隙ａを生じるように突き合わせた上下フランジ１１ａ、１１ｂに跨がって、それぞれ、上下面に当接した添板１２_１、１２_２を介して高力ボルト２で２面摩擦（１面摩擦も可）の摩擦接合をする高力ボルト摩擦接合部。
などが代表的なものである。

図１に示すように、被接合材である５９０ＭＰａ級（降伏点４４０ＭＰａ級）で、厚さ２５ｍｍ、幅１００ｍｍの厚鋼板１_１、１_２を重ね合わせて、１４００ＭＰａ級の高力ボルト２（Ｍ２０）を材軸方向に２本（幅方向１列）用いて１面摩擦接合する場合において、付与荷重を０ｋＮ〜ボルトが破断するまで漸増させて、鞘材の効果を確認する実験を行った。鞘材を介在させない従来の摩擦接合部の場合とともに実験結果を図８に示す。なお、この実験では、付与荷重と接合部の伸び変化において高力ボルトの破断までの接合部性能を評価した。
従来の摩擦接合部の場合では、鞘材以外の条件は実験例と同じである。
［実験条件］
高力ボルト（ＳＨＴＢ）
軸径：２０ｍｍ
引張強さ：１４００ＭＰａ
締付長さ：５０ｍｍ
ボルト孔
孔径：２４ｍｍ
ピッチ：６０ｍｍ
鞘材（２０００ＭＰａ級鋼材）
内径：２０．５ｍｍ
厚さ：１．０ｍｍ
引張強さ：２０００ＭＰａ
ナット：硬さ Ｈ_ＲＣ ３５
座金：硬さ Ｈ_ＲＣ ４０
締付軸力：（１４００ＭＰａ×ネジ部有効断面積×０．７４）＝２９０ｋＮ

［実験例］
（１）．図８に示すように、鞘材を介在させた本発明の摩擦接合部では、一次設計の耐力レベルに相当する２５０ｋＮで「すべり」が発生し、その後、被接合材とボルトおよび鞘材とが支圧・せん断状態となり、荷重が上昇し、６６０ｋＮで最大値を示し、その後若干の荷重低下を示した後、ボルトおよび鞘材がせん断破壊した。
（２）．（１）から、本発明の摩擦接合部の接合部としての最大耐力は、６６０ＭＰａ程度と評価できる。なお、破断した後の高力ボルトには、遅れ破壊の発生の痕跡は認められなかった。また、鞘材はせん断破壊したが、遅れ破壊の発生は認められなかった。

［従来例］
（３）これに対して、鞘材を介在させない摩擦接合部では、図８に示すように、一次設計の耐力レベルに相当する２５０ｋＮで「すべり」が発生し、その後、被接合材とボルトとが支圧・せん断状態となり、荷重が上昇し、５５０ｋＮで最大値を示し、その後若干の荷重低下を示した後、ボルトがせん断破壊した。
（４）．（３）から、この摩擦接合部の接合部としての最大耐力は、５５０ＭＰａ程度と評価できる。なお、破断した後の高力ボルトには、遅れ破壊の発生の痕跡は認められなかった。

以上の結果から、高強度の鞘材を介在させた本発明の摩擦接合部は、一次設計に対する許容耐力を、従来の鞘材を介在させない摩擦接合部と同等に確保し、かつ、接合部としての最大耐力を約１．２倍程度に強化できることが確認できた。これにより、最大耐力でボルト本数が決定されるような接合部では、ボルト本数を大幅に低減することが可能であることは明らかである。

本発明は上記の実施例の内容に限定されるものではなく、適用する接合部位に要求される接合部特性に応じて、用いる高力ボルトの形式、引張強さ、ボルト本数、締付軸力、鞘材の材質、引張強さ、形状などの条件を請求項を満足する範囲内で変更のあるものである。

本発明の高力ボルト摩擦接合部の実施形態例を示す側断面説明図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明で用いる鞘材の形状（構造）例を示す立体説明図。 本発明の高力ボルト摩擦接合部の他の実施形態例を示す側断面説明図。 （ａ）、（ｂ）は、本発明を適用する高力ボルト例を示す側面説明図。 本発明を適用する厚鋼板対象の摩擦接合部例を示す側断面説明図。 本発明を適用する角鋼管対象の高力ボルト摩擦接合部例を示す側断面説明図。 本発明を適用するＨ形鋼対象の高力ボルト摩擦接合部例を示す側断面説明図。 本発明の高力ボルト摩擦接合部の評価実験結果例を示す説明図。 本発明の高力ボルト摩擦接合部を適用する摩擦接合部の一般例を示す側断面説明図。 高力ボルトの引張強さに応じた締付軸力設定に用いられているネジ部有効断面積の説明図。

符号の説明

１_１、１_２ 厚鋼板 １ｏ ボルト孔
２ 高力ボルト ２_１ 高力ボルト（トルシア形）
２ａ 軸部 ２ｓ 雄ネジ
３ ナット ４ 座金
５、５_１、５_２ 鞘材 ６ ピンテール
７ 高力ボルト（頭部締めトルシア形）
７ａ 軸部 ７ｓ 雄ネジ
８ 角形座金 ９_１、９_２ 角形鋼管（柱材）
１０ 添板 １１_１、１１_２ Ｈ形鋼梁
１１ａ 上フランジ １１ｂ 下フランジ
１２_１、１２_２ 添板

Claims (4)

1. 高力ボルトを用いた鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部であって、被接合部材のボルト孔に挿入した高力ボルトの軸部とボルト孔間に、被接合部材に対する締付長さよりも材長が短い鞘材を介在させたことを特徴とする鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部。
2. 前記高力ボルトの引張強さが７００ＭＰａ〜１６００ＭＰａであり、かつ、前記鞘材の引張強さが１７００〜２６００ＭＰａであることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部。
3. 高力ボルトに介挿した座金と被接合部材間に、座金以上の厚さを有する板座金を介在させ、締付軸力を被接合部材に伝達して摩擦接合することを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の鉄骨部材の高力ボルト摩擦接合部を１箇所以上有することを特徴とする建築鋼構造物。

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