JP2007120096A

JP2007120096A - 摩擦接合構造

Info

Publication number: JP2007120096A
Application number: JP2005312189A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Tanaka; 秀宣田中
Original assignee: Hitachi Metals Techno Ltd
Current assignee: Senqcia Corp
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2007-05-17
Anticipated expiration: 2025-10-27
Also published as: JP4975298B2

Abstract

【課題】小型で低コストの摩擦接合構造を提供する。
【解決手段】摩擦接合構造１は梁３ａ、３ｂを有し、接合板５ｆと接合板５ｇは梁３ａ、３ｂを挟むようにして設けられており、接合板５ｆ、梁３ａ、３ｂ、接合板５ｇは図示しない高力ボルトによって締結され、高力ボルトの軸力によって発生する摩擦力によって梁３ａと梁３ｂを接合する。
ここで、接合板５ｆ、５ｇには凸部９ｇ、９ｉが設けられており、梁３ａ、３ｂの接合板５ｆ、５ｇと接する面には溝部１１ｉ、１１ｇ、１３ｈ、１３ｊが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、摩擦接合構造に関するものである。

従来、梁、柱、筋違等の建築構造物の接続方法としては、高力ボルトを利用した摩擦接合が用いられている。

摩擦接合とは高力ボルトに軸力を導入して接合部材を締め付け、部材間に発生する摩擦力によって部材同士を接続する方法であり、以下のようなものが知られている。（特許文献１）。
特開平１０-１８４２３号公報

一方、摩擦接合では、摩擦力が接合部の摩擦係数とボルトの軸力に依存する。しかしながら、建築構造物で使用される鋼材の摩擦接合面は、通常、赤錆面やショットブラスト面等とする処理がされるが、大きな摩擦係数を安定して得ることは困難で、摩擦係数は０．４５に設定されている。従って、大きな摩擦力を得ようとする場合、ボルトの軸力を大きくしなければならない。

そのため、ボルトの本数を増やしたり、ボルトの径を大きくしたりしなくてはならず、接合部が大型化し、コストが高くなるという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は小型で低コストの摩擦接合構造を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明は、複数の部材と、前記複数の部材を押圧する押圧手段と、を具備し、前記複数の部材のうちの第１の部材の一面には溝部が設けられ、前記第１の部材と対向する第２の部材の一面には、前記溝部と対応する凸部が設けられ、前記溝部は、前記溝部の長手方向と押圧方向で形成される平面に対して傾斜して設けられ、前記複数の部材間に生じる摩擦力によって前記複数の部材を接合することを特徴とする摩擦接合構造である。

前記押圧手段は高力ボルトである。
前記第１の部材の一面には凸部および／または溝部が設けられ、前記第２の部材の一面には前記凸部および／または前記溝部と摺接する溝部および／または凸部が設けられてもよい。
前記凸部または前記溝部の長手方向に直交する断面の断面形状は、三角形、台形状、その他の多角形状または略円形状であってもよい。

本発明では、接合部材の表面に溝部と凸部を備えており、溝部と凸部の間に発生する摩擦力によって部材を接合する。

本発明によれば小型で低コストの摩擦接合構造を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る摩擦接合構造１を示す斜視図であって、図２は図１の側面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図１の接合板５ｆ、５ｇおよび梁３ａ、３ｂの構造を示す詳細図である。

図１、図２および図３に示すように、摩擦接合構造１は梁３ａ、３ｂを有し、接合板５ａと接合板５ｂ、５ｃは梁３ａ、３ｂを挟むようにして設けられている。
高力ボルト７ａは接合板５ａ、５ｂ、梁３ａを貫通するように設けられており、高力ボルト７ｂは接合板５ａ、５ｂ、梁３ｂを貫通するように設けられている。

また、高力ボルト７ｃは接合板５ａ、５ｃ、梁３ａを貫通するように設けられており、高力ボルト７ｄは接合板５ａ、５ｃ、梁３ｂを貫通するように設けられている。
即ち、梁３ａ、３ｂは接合板５ａ、５ｂ、５ｃを介して高力ボルト７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄにより接合されている。

同様に、接合板５ｄと接合板５ｅは梁３ａ、３ｂを挟むようにして設けられている。
高力ボルト７ｅは接合板５ｄ、５ｅ、梁３ａを貫通するように設けられており、高力ボルト７ｆは接合板５ｄ、５ｅ、梁３ｂを貫通するように設けられている。
即ち、梁３ａ、３ｂは接合板５ｄ、５ｅを介して高力ボルト７ｅ、７ｆによっても接合されている。

さらに、接合板５ｆと接合板５ｇ、５ｈは梁３ａ、３ｂを挟むようにして設けられている。
高力ボルト７ｇ、７ｈは接合板５ｆ、５ｇ、梁３ａを貫通するように設けられており、高力ボルト７ｉ，７ｊは接合板５ｆ、５ｇ、梁３ｂを貫通するように設けられている。

また、高力ボルト７ｋは接合板５ｆ、５ｈ、梁３ａを貫通するように設けられており、図示しない高力ボルトは、接合板５ｆ、５ｈ、梁３ｂを貫通するように設けられている。
即ち、梁３ａ、３ｂは接合板５ｆ、５ｇ、５ｈを介して高力ボルト７ｇ、７ｈ、７ｉ、７ｊ、７ｋおよび図示しない高力ボルトによっても接合されている。

なお、図４に示すように、梁３ａ、３ｂ、接合板５ｆ、５ｇには、高力ボルト７ｇ、７ｈ、７ｉ、７ｊを通すための穴１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｊ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ、１２ｊ、１４ｇ、１４ｈ、１４ｉ、１４ｊが設けられている。
なお、接合板５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｈにも同様に高力ボルトを通すための図示しない穴が設けられている。

ここで、図３に示すように、接合板５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｆ、５ｇ、５ｈの梁３ａ、３ｂと接する面には、凸部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｇ、９ｈ、９ｉ、９ｊが設けられ、梁３ａの接合板５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｆ、５ｇ、５ｈと接する面には、溝部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｉ、１１ｊが設けられている。
なお、接合板５ｄ、５ｅの梁３ａ、３ｂと接する面には梁のフランジ方向に平行に図示しない凸部が設けられ、梁３ａ、３ｂの接合板５ｄ、５ｅと接する面には梁のフランジ方向に平行に図示しない溝部が設けられている。

さらに、図４に示すように、梁３ｂの接合板５ｆと接する面には溝部１３ｈが設けられ、接合板５ｇと接する面には溝部１３ｊが設けられている。
梁３ｂの接合板５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅと接する面にも図示しない溝部が設けられている。

即ち、接合板５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈと梁３ａ、３ｂは高力ボルトの軸力によって締結され、これによって溝部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｉ、１１ｊと凸部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ、９ｊの間に発生する摩擦力によって接合板と梁を接合している。
なお、梁３ａ、３ｂの、接合板に接合される側の端部は、溝部を一体に成形した部材を溶接等によって取り付けた構造になっている（図２の点線部参照）。

凸部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈおよび溝部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈは、凸部もしくは溝部の長手方向と高力ボルトの押圧方向で形成される平面に対して傾斜して設けられており、三角形状を有している。

ここで、溝部と凸部の間で発生する摩擦力について図５および図６を用いて説明する。図５は梁３ａの溝部１１ｉと、接合板５ｇの凸部９ｉ付近の詳細図であって、図６は角度（２θ）と見かけの摩擦係数（Ｆ／Ｃ）の関係を示す図である。
なお、図５では高力ボルトの表記を省略してある。

図５に示すように、高力ボルトが接合板５ｇと梁３ａを締め付けることによって、凸部９ｉと溝部１１ｉの間には垂直抗力３１ａ、３１ｂが生じる。

この垂直抗力３１ａ、３１ｂをＮとし、溝部１１ｉの角度３５をθとすると、接合板５ｇと梁３ａの間の押圧力Ｃとの関係は以下の式で表される。
Ｃ＝２Ｎ・ｓｉｎθ
即ち、押圧力Ｃは垂直高力３１ａ、３１ｂの鉛直成分３３ａ、３３ｂの和となる。

従って摩擦力をＦとすると、接合板５ｆと梁３ａの見かけの摩擦係数μは以下の式で表される。
μ＝Ｆ／Ｃ＝Ｆ／（２Ｎ・ｓｉｎθ）

μ（Ｆ／Ｃ）はθが小さいほど大きくなり、例えば図６に示すように、θ＝３０°の時は、平面の場合（２θ＝１８０°の場合）と比べ、２倍の値になる。

従って、溝部１１ｉの傾斜の角度θを小さく形成することにより、接合板５ｆと梁３ａの材質や、高力ボルトの締め付け力を変更することなく、見かけの摩擦係数を大きくすることができる。

見かけの摩擦係数が大きくなると、小さい軸力で大きな摩擦力を得ることができるため、高力ボルトの本数を減らしたり、径を小さくしたりすることができ、摩擦接合構造１を小型化することができる。

なお接合板５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｈと梁３ａ、３ｂの間に発生する見かけの摩擦力も接合板５ｆと梁３ａの場合と同様であるため、説明を省略する。

ところで、凸部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ、１１ｊ、溝部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｊ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊの形状は三角形状に限られない。

図７〜図９は凸部９ｉおよび溝部１１ｉの形状の変形例である。なお、凸部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、１１ｊおよび溝部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｊ、１３ｈ、１３ｊも溝部１１ｉおよび凸部９ｉと同様であるため、説明を省略する。

図８に示すように、接合板４０に台形（多角形）状の凸部４１を設け、梁４２に台形（多角形）状の溝部４３を設けてもよい。
また、図９に示すように、接合板４０ａに円弧状の凸部４１ａを設け、梁４２ａに円弧状の溝部４３ａを設けてもよい。

さらに、凸部と溝部の形状は必ずしも同じである必要はなく、例えば図９に示すように、接合板４０ｂに円弧状の凸部４１ｂを設け、梁４２ｂに三角形状の溝部４３ｂを設けてもよい。

このように、本実施の形態によれば、摩擦接合構造１は、梁３ａ、３ｂが接合板５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈに挟まれるように設けられており、接合板と梁の接する面には凸部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ、９ｊおよび凸部に対応する溝部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ、１１ｉ、１１ｊ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊが設けられている。
従って、みかけの摩擦係数を大きくできるため、摩擦接合構造１を小型化することができ、コストが低減される。

以上、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、本実施形態では摩擦接合構造１は梁３ａと梁３ｂを接合した構造だが、柱や筋違を接合した構造であってもよい。

摩擦接合構造１を示す斜視図図１の側面図図１のＡ−Ａ断面図図１の接合板５ｆ、５ｇおよび梁３ａ、３ｂの構造を示す詳細図梁３ａの溝部１１ｉと、接合板５ｆの凸部９ｉ付近の詳細図角度（２θ）と見かけの摩擦係数（Ｆ／Ｃ）の関係を示す図凸部９ｉおよび溝部１１ｉの形状の変形例凸部９ｉおよび溝部１１ｉの形状の変形例凸部９ｉおよび溝部１１ｉの形状の変形例

符号の説明

１…………摩擦接合構造
３ａ………梁
５ａ………接合板
７ａ………高力ボルト
９ａ………凸部
１０ａ……穴
１１ａ……溝部
１３ａ……凸部
３１ａ……垂直抗力
３３ａ……垂直抗力の鉛直成分
３５………角度
４１………凸部
４３………溝部

Claims

複数の部材と、
前記複数の部材を押圧する押圧手段と、
を具備し、
前記複数の部材のうちの第１の部材の一面には溝部が設けられ、
前記第１の部材と対向する第２の部材の一面には、前記溝部と対応する凸部が設けられ、
前記溝部は、前記溝部の長手方向と押圧方向で形成される平面に対して傾斜して設けられ、
前記複数の部材間に生じる摩擦力によって前記複数の部材を接合することを特徴とする摩擦接合構造。
前記押圧手段は高力ボルトであることを特徴とする請求項１記載の摩擦接合構造。
前記第１の部材の一面には凸部および／または溝部が設けられ、
前記第２の部材の一面には前記凸部および／または前記溝部と摺接する溝部および／または凸部が設けられることを特徴とする請求項１記載の摩擦接合構造。
前記凸部または前記溝部の長手方向に直交する断面の断面形状は、三角形、台形状、その他の多角形状または略円形状であることを特徴とする請求項１記載の摩擦接合構造。