JP2008156914A

JP2008156914A - 鉄骨接合部

Info

Publication number: JP2008156914A
Application number: JP2006347386A
Authority: JP
Inventors: Shoji Okubo; 昌治大久保; Yujiro Hiyama; 裕二郎檜山; Takanori Sato; 孝典佐藤; Ritsu Sho; 立邵; Tomokazu Yoshioka; 智和吉岡
Original assignee: IDEAL BRAIN KK; Kyushu University NUC; Sumikei Nikkei Engineering Co Ltd
Current assignee: IDEAL BRAIN KK; Kyushu University NUC; Nippon Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2008-07-10

Abstract

【課題】本発明は、鉄骨接合部に関し、母材と添板とにアルミニウム板を挟んでスベリ係数を効果的に大きくすることが課題である。
【解決手段】母材１と、該母材に両面から添える添板２と、前記母材と添板との間に挟まれるアルミニウム板３と、これらを重畳させてそれを貫通するボルト４と当該ボルトに螺合するナット５とで構成される鉄骨接合部において、前記母材の接触面にグリットブラスト処理を施すとともに、アルミニウム板の材質は、純アルミ系の1000番台、または8000番台を用いる鉄骨接合部とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、鉄骨造の高張力ボルトによる摩擦接合部において、摩擦力を高めて前記ボルトによる締結を少なくする鉄骨接合部に関するものである。

従来、鉄骨造の高張力ボルトによる摩擦接合部においては、Ｈ形鋼等の接合部のフランジやウェブを、鋼板の添板で挟み、引張強さが１０００から１２００ＭＰａの高張力ボルトを用い、その高い軸力を入れて締結し、添板と部材接触部の摩擦抵抗により、所定の部材力を伝達、剛接合としている。

前記剛接合においては、鋼材同士の摩擦係数が約０．４５と低く、ボルトの本数が多くなっている。よって、一般にボルト径も大きいので、前記添え板やボルトの材料コスト、ボルト締結の工事コストが、鉄骨工事全体の工事コストに対して少なからず影響している。また、建物が鉄骨構造を露出させる形態の場合、ボルト本数の多さがデザイン性を損ねている。そこで、鉄骨構造の高張力接合部において、添接部の母材と添接板との間に、アルミニウム板を挟んで高張力ボルトで締結することで、摩擦係数が０．８以上得られることが知られている（特許文献１参照）。
特開２００５−１８８２７７公報

しかし、従来の剛接合において、ボルト締結部の接触圧や鋼材摩擦面の処理によって、更に高い摩擦係数にして、安定した剛接合を得るようにすることが課題である。本発明に係る鉄骨接合部は、このような課題を解決するために提案されたものである。

本発明に係る鉄骨接合部の上記課題を解決して目的を達成するための要旨は、母材と、該母材に両面から添える添板と、前記母材と添板との間に挟まれるアルミニウム板と、これらを重畳させてそれを貫通するボルトと当該ボルトに螺合するナットとで構成される鉄骨接合部において、前記母材の接触面にグリットブラスト処理を施すとともに、アルミニウム板の材質は、純アルミ系の1000番台、または8000番台を用いることである。

前記母材の接触面の表面粗さRｙを、５０〜１５０μｍとすること、；
前記アルミニウム板の板厚は、０．１〜０．０５ｍｍであること、；
前記少なくとも一方の添板におけるボルト挿通用の取付孔を長孔に形成し弾性体を介して当該一方の添板の摺動を可能にすることで滑り摩擦エネルギーを吸収すること、；
一方の添板に対して他方の添板を回転可能にして、弾性体を介してその回転時の摩擦エネルギーを吸収すること、；
を含むものである。

本発明の鉄骨接合部によれば、グリッドスラスト処理を施すことで、スベリ係数（摩擦力を摩擦面積と初期ボルト張力とで除した値、以下同じ）を大きくすることができる。また、前記アルミニウム板の材質は、純アルミ系の1000番台、または8000番台を用いることで、同様にスベリ係数が大きくなり好ましい。これにより、ボルト本数を約半分にまで減らすことができる。添板のサイズを減らすこともできる。よって、添板やボルトの材料コストやボルト締結の工事コストを削減できるので、建設工事費のコスト低減となる。

また、母材の接触面の表面粗さRｙを、５０〜１５０μｍとすることにより、大きなスベリ係数が得られる。更に、アルミニウム板の板厚は、０．１〜０．０５ｍｍにすることで大きなスベリ係数を得ることができる。添板を他方の添板や母材に対して、弾性体としての例えば、皿バネ、ゴムワッシャーなどを介してボルトで貫通させて接合するとともに、滑らせたり回転させることでダンパー構造にすることができて、接合部の面圧も安定させることができる。

本発明に係る鉄骨接合部は、図１に示すように、例えば軟鋼板の母材１と、該母材１に両面から添える軟鋼板の添板２と、前記母材１と添板２との間に挟まれるアルミニウム板３と、これらを重畳させてそれを貫通するボルト４と当該ボルト４に螺合するナット５と、付加座金６とで構成される鉄骨接合部において、前記母材１の接触面にグリットブラスト処理を施すとともに、前記高張力ボルト４での締め付け時の接触圧Ｐを、２０≦Ｐ≦８０（Ｎ／ｍｍ^２）にしている。

前記母材１は、図２（Ａ）に示すように、厚さが２２ｍｍで長さが４００ｍｍで、ボルト用でφ２８ｍｍの貫通孔１ａと、機器取付用孔１ｂが３箇所に設けられている。前記添板２は、図２（Ｂ）に示すように、ボルト用でφ２４ｍｍの貫通孔２ａと機器取付用孔２ｂが３箇所に設けられている。前記貫通孔１ａは、添板２の貫通孔２ａの直径よりも大きな過大孔となっているのは、摺動時に前記ボルト４と孔縁との接触を防止するためである。

また、アルミニウム板３は、図２（Ｃ）に示すように、厚さが０．１ｍｍの矩形状の板で中央にボルト用でφ２４ｍｍの貫通孔３ａが設けられている。なお、厚さは、０．１〜０．０５ｍｍである。このアルミニウム板３は、接触面積を変化させるために外形寸法の異なるものが複数種類用意される。

前記高張力ボルト４は、Ｍ２２でＦ１０Ｔの高力六角ボルトである。よって、前記ボルト用の貫通孔２ａ，３ａの直径φ２４に対してボルト４はＭ２２なので、１ｍｍの間隙が設けられることになる。前記付加座金６は、厚さが３０ｍｍで摩擦面の見掛けの接触面積Ｓ（図２（Ａ）参照）の増加を図るものである。

前記アルミニウム板の表面処理は、電解研磨（比較的濃度の高い強酸あるいは強アルカリ電解中で電流を流しながら被研磨面の平滑化と光沢とを同時に行う方法）により、酸化被膜を除去してブラスト処理してある。また、前記母材１の接触面の表面粗さを、５０〜１５０μｍとする。このようにすることで、高力ボルト摩擦接合部において、母材１と添板２との間にアルミニウム板３を挟むと、スベリ係数が０．８以上となる。

上記鉄骨接合部において、ブラスト処理、接触圧、板厚等の最適条件を求めるための実験を行ったので、その結果を図を参照して示す。まず、鋼材の摩擦面のブラスト処理として、ショットブラスト処理、とグリットブラスト処理とする。アルミニウム板３は、例えば、材質がＡ１０５０Ｐなどのアルミニウムの純度の高いもので、強度は、０．２％耐力で１１４Ｎ／ｍｍ^２、引張強さ１１５Ｎ／ｍｍ^２、ヤング係数０．７（×１０^５Ｎｍｍ２）で、正方形の１辺の長さが１２０ｍｍ，８２ｍｍ，６０．５ｍｍの３種類を用意した。

前記母材１と添板２とにおける摩擦面の表面粗さＲｙは、ボルト用の貫通孔１ａ，２ａから５ｍｍ離れた４箇所の位置で、摺動方向に計測した最大高さの平均値としている。そして、加振は、前記添板２を固定し、母材１を強制変位として振動数１Ｈｚ、４ｍｍ振幅の正弦波を１０サイクル与える。そして、変位０．２ｍｍでのスベリ係数は、図３（Ａ），（Ｂ）に示すようになる。

前記図３中において、実線は、グリットブラスト処理（最大高さＲｙの平均値約８４μｍ）の場合を示し、一点鎖線は、ショットブラスト処理（最大高さＲｙの平均値約７１μｍ）の場合を示す。これにより、接触圧にかかわらず、グリットブラスト処理の方が、大きなスベリ係数及び摩擦係数が得られる。また、前記グリットブラスト処理では、見掛けの接触圧とすべり係数及び摩擦係数とに負の相関がある。この関係から、接触圧は、２０≦Ｐ≦８０（Ｎ／ｍｍ^２）とするのが好ましい。

表１に試験体の結果を示す。
表１

なお、摺動材のアルミニウム板は、未処理である。
また、図４に、すべり係数に与える、母材の接触面の表面粗さＲｙの影響（同図（Ａ））、と、介在させるアルミニウム板の種類の影響（同図（Ｂ））を示す特性曲面図を示す。更に、図５に、表１で示した試験体の挙動（Ａ）〜（Ｅ）を示す。図中において、摩擦係数（Ｆ．Ｃ．）が一点鎖線、すべり係数（Ｓ．Ｃ．）が実線に丸、ボルト張力保持率（Ｂ．Ｔ．Ｒ）が実線で夫々示してある。このように、前記アルミニウム板の材質は、高純度のアルミニウム箔として、高スベリ係数を得るものである。例えば、純アルミ系の1000番台（質別Ｈ１８）、または8000番台（質別Ｈ２２）で、厚さが０．１ｍｍを用いると、スベリ係数が約０．８〜０．９となって、好ましいものである。

図６に示すように、少なくとも一方の添板２におけるボルト挿通用の取付孔を長孔２ｃに形成して、当該一方の添板２の摺動を可能にすることで、滑り摩擦エネルギーを吸収する摺動型ダンパー構造にするものである。このように、接合部に長孔を設けることで、ダンパー構造にすることができる。

更に、図７に示すように、一方の部材に対して他方の部材を回転可能にして接合し、その回転時の摩擦エネルギーを吸収するようにした回転型ダンパー構造にするものである。図７（Ａ）に示すように、例えば、４枚の板７を互いに回転可能にして、且つ、ボルト４，ナット５及び付加座金６でボルト接合する。これにより、例えば、免震装置の一部に使用することで、図７（Ｂ）に示すように、±10cm〜±80cmぐらいの大変形の範囲の振動エネルギーを吸収させることができる。また、前記ボルト４の頭部と付加座金６との間に、若しくは、ボルト４の頭部と添板２との間に、例えば、皿バネ、ゴムワッシャーなどの弾性体を介して接合することにより、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、接合部の面圧が安定する。

本発明に係る鉄骨接合部の正面図である。同本発明の鉄骨接合部を構成する母材１の平面図（Ａ），添板２の平面図（Ｂ），アルミニウム板３の平面図（Ｃ）である。接触圧とすべり係数との関係を示す相関図（Ａ）と、接触圧と摩擦係数との関係を示す相関図（Ｂ）とである。すべり係数に与える、母材の接触面の表面粗さＲｙの影響を示す極性曲線図（Ａ）と、介在させるアルミニウム板の種類の影響を示す特性曲面図（Ｂ）を示す。表１で示した試験体の挙動を示す曲線図（Ａ）〜（Ｅ）と、線種の説明である。添板２の他の実施例に係る平面図である。回転型ダンパー構造の使用状態説明図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。弾性体（ゴムワッシャー）を介在させない場合（Ａ）と、介在させた場合（Ｂ）との、滑り量と滑り係数または摩擦係数との関係を示す特性曲線の図である。

符号の説明

１母材、１ａ貫通孔、
１ｂ機器取付用孔、
２添板、２ａ貫通孔、
２ｂ機器取付用孔、２ｃ長孔、
３アルミニウム板、３ａ貫通孔、
４高張力ボルト、
５ナット、
６付加座金、
７板。

Claims

母材と、該母材に両面から添える添板と、前記母材と添板との間に挟まれるアルミニウム板と、これらを重畳させてそれを貫通するボルトと当該ボルトに螺合するナットとで構成される鉄骨接合部において、
前記母材の接触面にグリットブラスト処理を施すとともに、アルミニウム板の材質は、純アルミ系の1000番台、または8000番台を用いること、
を特徴とする鉄骨接合部。
母材の接触面の表面粗さＲｙを、５０〜１５０μｍとすること、
を特徴とする請求項１に記載の鉄骨接合部。
アルミニウム板の板厚は、０．１〜０．０５ｍｍであること、
を特徴とする請求項１または２に記載の鉄骨接合部。
少なくとも一方の添板におけるボルト挿通用の取付孔を長孔に形成して、弾性体を介して当該一方の添板の摺動を可能にすることで滑り摩擦エネルギーを吸収すること、
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の鉄骨接合部。
一方の添板に対して他方の添板を回転可能にして、弾性体を介してその回転時の摩擦エネルギーを吸収すること、
を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の鉄骨接合部。