JP2010019072A - H形鋼のボルト継手接合部の補強構造および補強方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】H形鋼のボルト継手接合部の補強構造において、鋼板5,6をH形鋼のウェブ21,22の両側に間隔をおいてそれぞれ各H形鋼1,2に渡って配置し、前記各鋼板5,6および前記各H形鋼1,2のウェブ21,22に貫通孔に設け、端部に雄ねじ部25を設けた鋼棒7を前記貫通孔にそれぞれ挿通し、前記各鋼棒7の端部の雄ねじ部25にそれぞれナット7aをねじ込み、前記H形鋼1,2と前記各鋼板5,6の間の空間部26に硬化性充填材8,9を充填・固化し、前記ナット7aを締め付けることにより鋼棒7に緊張力を与え、前記固化した硬化性充填材8,9を前記各鋼板5,6と前記H形鋼1,2のウェブ21,22の間で押圧するように挟み込んでいる。
【選択図】図1
Description
このようなH形鋼のボルト継手接合部の従来の補強方法として、以下の形態のものが知られている。
この形態では、ボルト3によって接合されるH形鋼1,2に鋼板16を溶接し、H形鋼1,2に加わる荷重の一部を溶接部17を介して鋼板16に伝達することにより、ボルト継手で不足する耐力を鋼板16で補う方法である。
ト20に差し替えることで、ボルト継手接合部の耐力を高めるものがある。
さらに、火気養生をして溶接を用いた補強工事を行う場合、建築物内部の使用者や操業に使用制限などの影響を与えないためには、夜間や年数回実施される定期整備期間のみで工事を行なう必要があり、そのため作業が数回に分断され、更なる工程の長期化といった問題が生じる。
このような問題を解決するために、火気を用いないボルト継手接合部の補強技術が求められるが、溶接を用いないボルト差し替えの方法でも、既存ボルトを撤去する際にガス切断が必要となり、溶接と同様の問題が発生する。
そこで、本発明は、火気を用いないボルト継手の補強ができるようにすることを課題とし、そのような課題を解決したH形鋼のボルト継手接合部の補強構造および補強方法を提供することを目的とするものである。
本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
(1).H形鋼のボルト継手接合部の補強構造において、鋼板をH形鋼のウェブの両側に間隔をおいてそれぞれ各H形鋼に渡って配置し、前記各鋼板および前記各H形鋼のウェブに貫通孔に設け、端部に雄ねじ部を設けた鋼棒を前記貫通孔にそれぞれ挿通し、前記各鋼棒の端部の雄ねじ部にそれぞれナットをねじ込み、前記H形鋼と前記各鋼板の間の空間部に硬化性充填材を充填・固化し、前記ナットを締め付けることにより鋼棒に緊張力を与え、前記固化した充填材を前記各鋼板と前記H形鋼のウェブの間で押圧するように挟み込んでいることを特徴とするH形鋼のボルト継手接合部の補強構造。
(2).前記硬化性充填材がコンクリート、モルタルまたは合成樹脂であることを特徴とする上記(1)記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強構造。
(3).前記鋼板と前記硬化性充填材の間の滑りを防止するズレ止め部材を前記鋼板に取り付けたことを特徴とする上記(1)または(2)に記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強構造。
(4).前記H形鋼と前記硬化性充填材の間の滑りを防止するズレ止め部材を前記H形鋼に取り付けたことを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強構造。
(5).添板を跨ぎ、かつ前記各鋼板の間に補強部材を配置し、
補強部材とH型鋼をボルトで締付け固定し、
補強部材を埋め込むようにして前記硬化性充填材を充填・固化したことを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載のH型鋼のボルト継手接合部の補強構造。
(6).H形鋼のボルト継手接合部の補強方法において、鋼板をH形鋼のウェブの両側に間隔をおいてそれぞれ各H形鋼に渡って配置し、前記各鋼板および前記H形鋼のウェブに貫通孔に設け、端部に雄ねじ部を設けた鋼棒を前記貫通孔にそれぞれ挿通させ、前記各鋼
棒の端部の雄ねじ部にナットをそれぞれねじ込み、前記H形鋼と前記各鋼板の間の空間部に硬化性充填材を充填し、前記硬化性充填材が固化した後、前記ナットを締め付けることにより鋼棒に緊張力を与え、前記固化した充填材を前記各鋼板と前記H形鋼のウェブの間で挟みこむことを特徴とするH形鋼のボルト継手接合部の補強方法。
(7).前記硬化性充填材がコンクリート、モルタルまたは合成樹脂であることを特徴とする上記(6)記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強方法。
(8).前記鋼板と前記硬化性充填材の間の滑りを防止するズレ止め部材を前記鋼板に取り付けたことを特徴とする上記(6)または(7)に記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強方法。
(9).前記H形鋼と前記硬化性充填材の間の滑りを防止するズレ止め部材を前記H形鋼に取り付けたことを特徴とする上記(6)から(8)のいずれかに記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強方法。
(10).添板を跨ぎ、かつ前記各鋼板とウェブとの間に補強部材を配置し、
補強部材とH型鋼をボルトで締付け固定し、
補強部材を埋め込むようにして前記硬化性充填材を充填・固化したことを特徴とする上記(6)から(9)のいずれかに記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強方法。
また、本発明のボルト継手接合部の補強構造は、火気を用いないH形鋼のボルト継手接合部の補強構造として、構造が簡単で、確実に強度を向上させて補強することできる効果が得られる。
前記のような状態から、図1に示すように、間隔をおいて複数のずれ止め部材10を内向きに突出するように設けた矩形状等の鋼板5,6をH形鋼1,2のウェブ両側に間隔をおいて平行に配置し、両端部に雄ねじ部25を有する鋼棒7を鋼板5,6およびH形鋼1,2のウェブ21,22に設けた貫通孔5a,6aおよび1a,2aに挿通する。
ている。
その上、鋼板5,6と硬化性充填材8,9の結合を高めるために、鋼板5,6の内側には、図2に示すようにズレ止め部材10を取り付けることが好ましい。図2には、鋼板5,6にスタッドボルト等からなるズレ止め部材10を設置した形態を示す。
同様に、H形鋼1,2と硬化性充填材8,9の結合を高めるために、図3(a)(d)に示すように、H形鋼1,2にもズレ止め部材10を取り付けることが好ましい。図3(a)(d)には、鋼板5,6に設けたずれ止め部材10に加えて、H形鋼1,2のフランジ23,27の上下両面にナットにより保持されたボルトからなるズレ止め部材10を設置した形態を示す。このような形態では、フランジ23,27にズレ止め部材10の挿通孔を間隔をおいて設けるようにすればよい。
このような形態でH形鋼のボルト継手部を補強することにより、H形鋼のボルト継手接合部を補強する場合に、現場において溶接などの火気を用いることのない施工が可能となる。
部材軸方向荷重は、一方のH形鋼1から硬化性充填材8,9を介して鋼板5,6に伝達され、鋼板5,6から再び硬化性充填材8,9を介して、他方のH形鋼2へと伝達される。
H形鋼1から硬化性充填材8,9へは、鋼棒7に導入した緊張力により硬化性充填材8,9が両側から挟み込まれることで、H形鋼1のウェブ面との接触圧が高まり、接触圧に応じて発生する界面での摩擦および付着により伝達される。H形鋼1にズレ止め部材10を取り付けた場合はズレ止め部材10のせん断抵抗によっても伝達される。
硬化性充填材8,9に伝わった荷重は、せん断抵抗により硬化性充填材の内部を伝達される。
硬化性充填材8,9から鋼板5,6へは、鋼板5,6と硬化性充填材8,9の摩擦および付着によって伝達される。鋼板5にズレ止め部材10を取り付けた場合はズレ止め部材10のせん断抵抗によっても伝達される。
これらの作用により、既存のボルト継手を介さない荷重伝達経路が新たに形成され、補強が可能となる。
図11は、主要な構成を示すものであり、同図(a)は正面図、(b)は(a)のh−h線断面図、(c)は平面図、(d)は(a)のi−i線断面図で、図1に示す本発明の
H型鋼のボルト継手接合部をさらに補強している形態を示している。図1に示すH形鋼の継手接合部は、H形鋼1,2におけるウェブ21,22及びフランジ23,27端部に渡って添板4が配置されて、これらに設けられたボルト孔にボルト3が挿通配置されて、H形鋼1,2のウェブ21,22またはフランジ23,27と添板4とをボルト3により締め付け固定して接合する構造となっている。
本実施形態は、フランジ23、27にボルト3で固定された添板4を跨ぎ、かつ鋼板6とウェブ21,22との間に補強部材29を配置して、添板4と同様に、H形鋼1,2のフランジ23,27と補強部材29とをボルト3‘により締め付ける構造となっている。
前記の補強部材29は、補強鋼板30とその長手方向の両端部に、H形鋼1,2のフランジ23,27に着座させる座部31とを備え、補強部材29の両端部にボルト孔を備えている。図示を省略するが、補強鋼板30の両端部の片面に座部31を設けてもよい。補強部材29は、補強鋼板30と座部31とを、一体に設ける形態でも、別体に設ける形態でもよい。座部31の高さは、ボルト頭部の高さ以上が望ましい。
図示の形態では、補強部材29は、正面コ字状の鋼製部材である。
鋼板5,6をH形鋼1,2のウェブ両側に間隔をおいて平行に配置し、両端部に雄ねじ部25を有する鋼棒7を鋼板5,6およびH形鋼1,2のウェブ21,22に設けた貫通孔5a,6aおよび1a,2aに挿通する。ウェブ21,22に設ける貫通孔1a,2aは、ウェブ21,22に配置されている添板4よりも、H形鋼1,2の部材長手方向の端部から離れた中央側よりに設けられている。次いで、前記鋼棒7の両端部の雄ねじ部25にそれぞれナット7aを装着し、ナット7aにより鋼板5、6に前記鋼棒7を定着する。次いで、硬化性充填材8,9を、H形鋼1,2と鋼板5,6によって囲まれる空間部26に充填する。補強部材29とH形鋼1,2の間にも硬化性充填材8、9が充填される。前記の硬化性充填材8,9が固化した後、ナット7aを緊張して鋼棒7に緊張力を導入することで、鋼板5,6を介して硬化性充填材8,9を両側から挟み込む。
部材軸方向荷重は、一方のH形鋼1からボルト3‘を介して補強部材29に伝達され、ボルト3’を介して、他方のH形鋼2へと伝達される。補強部材29は、周りを硬化性充填材8,9で埋め込んで固定されているため、H形鋼の軸方向の圧縮の力が加わっても座屈することなく大きな力を効率的に伝達することができる。
これらの作用により、図1に示した実施の形態に比べて、より強固な補強が可能となり、硬化性充填材8、9を充填する長さを短くすることも可能となる。
補強部材29をフランジ23、27に渡って、添板4を跨ぐように配置する形態以外にも、図15に示すように、補強部材29をウェブ21、23に渡って、添板4を跨ぐように配置する形態としてもよい。
この形態について簡単に説明すると、本実施形態は、ウェブ21,23にボルト3で固定された添板4を跨ぎ、かつ鋼板6とウェブ21,22との間にウェブ21,23に平行に補強部材29を配置して、添板4と同様に、H形鋼1,2のウェブ21,23と各補強部材29とをボルト3‘により締め付け固定する構造となっている。
この様な形態では、前記実施形態と同様、H形鋼の軸方向の圧縮の力が加わっても座屈することなく大きな力を効率的に伝達することができ、鉛直方向のせん断の力が加わっても座屈することなく大きな力を効率的に伝達することができる。
なお、前記の形態と同様であるので、同様な要素には同様な符号を付している。
図2を用いて本発明による補強の効果を確認するために、従来のボルト継手部を省略して行った載荷試験について説明する。図2(a)〜(d)は、試験体24の構成を示す正面図と、断面図である。なお、前記の最良の実施形態と同様の構成として同一の符号を付
して説明を省略する。
図2に示す鉄骨部材1、2を断面がH―244×175×7×11(mm、以下同じ)のH形鋼とし、載荷装置により試験体両端部に引張軸力を作用させる試験を行った。なお、端部には連結部28を備えた試験体24とした。鋼棒7として使用したPC鋼棒(JIS63109)はφ15、C種1号、許容緊張荷重147kNであり、一本当たり100kNの緊張力を導入している。また、充填材8,9として使用したコンクリートは設計基準強度100N/mm2のものであり、鋼板5,6は断面が□−19×200である。なお、鋼板5、6にはズレ止め部材10として使用したスタッドボルト(JIS B 1198)φ13が取り付けてある。
図4は図2の構成の試験体24による荷重と変形の関係を示す図である。本試験では、従来のボルト継ぎ手が省略されており、本発明による補強のみで、母材降伏耐力1330kNに対して314kNの最大耐力に達し、本発明による補強の効果が大きいことが判明した。
(実施例2)
本発明による補強の効果を確認するために、図12に示す従来のボルト継手部、図13に示す本発明の実施形態、図11に示す本発明の実施形態の試験結果を示す。
なお、図13に示す実施形態では、ズレ止め部材10を設けていない形態である。
図11〜図13に示す試験体で、鉄骨部材としてのH形鋼1、2は、いずれも同じ断面形状で、断面がH―244×175×7×11のH形鋼とし、載荷装置により試験体両端部に引張軸力を作用させる試験を行った。鋼棒7として使用したPC鋼棒(JIS63109)はφ15、C種1号、許容緊張荷重147kNであり、一本当たり100kNの緊張力を導入している。また、充填材8,9として使用したコンクリートは設計基準強度60N/mm2のものであり、鋼板5,6は断面が□−19×200である。
図14は、図12に示す従来のボルト継手部(No1試験体)と、図13に示す実施形態(No2試験体)と、図11に示す実施形態(No3試験体)とについて試験した結果を示す荷重と変形の関係を示す図である。従来のボルト結合部の最大耐力は860kNであったが、図13に示す実施形態の最大耐力は1670kNと増加し、図11に示す実施形態は2000kNを超えて耐力にピークは生じなく、本発明による補強の効果が大きいことが判明した。
さらに、H形鋼母材鉄骨の断面性能を向上させる補強方法としても本発明は利用可能である。
1a,2a・・・・・・貫通孔
3・・・・・・・・・・・・ボルト
4・・・・・・・・・・・・添板
5,6・・・・・・・・・鋼板
5a,6a・・・・・・・貫通孔
7・・・・・・・・・鋼棒
8,9・・・・・・・・・硬化性充填材
10・・・・・・・・・・・ズレ止め部材
11・・・・・・・・・・・筋違
12・・・・・・・・・・・筋違母材鉄骨
13・・・・・・・・・・・筋違ボルト継手接合部
14・・・・・・・・・・・鉛直力
15・・・・・・・・・・・水平力
16・・・・・・・・・・鋼板(または形鋼)
17・・・・・・・・・・溶接部
18・・・・・・・・・・既存ボルト
19・・・・・・・・・・ガス切断
20・・・・・・・・・・新設ボルト
21,22・・・・ウェブ
23,27・・・・・・・・・・フランジ
24・・・・・・・・・・試験体
25・・・・・・・・・・雄ねじ部
26・・・・・・・・・・空間部
28・・・・・・・・・・連結部
29・・・・・・・・・・補強部材
30・・・・・・・・・・補強板
31・・・・・・・・・・座部
Claims (10)
- H形鋼のボルト継手接合部の補強構造において、鋼板をH形鋼のウェブの両側に間隔をおいてそれぞれ各H形鋼に渡って配置し、前記各鋼板および前記各H形鋼のウェブに貫通孔に設け、端部に雄ねじ部を設けた鋼棒を前記貫通孔にそれぞれ挿通し、前記各鋼棒の端部の雄ねじ部にそれぞれナットをねじ込み、前記H形鋼と前記各鋼板の間の空間部に硬化性充填材を充填・固化し、前記ナットを締め付けることにより鋼棒に緊張力を与え、前記固化した充填材を前記各鋼板と前記H形鋼のウェブの間で押圧するように挟み込んでいることを特徴とするH形鋼のボルト継手接合部の補強構造。
- 前記硬化性充填材がコンクリート、モルタルまたは合成樹脂であることを特徴とする請求項1記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強構造。
- 前記鋼板と前記硬化性充填材の間の滑りを防止するズレ止め部材を前記鋼板に取り付けたことを特徴とする請求項1または2に記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強構造。
- 前記H形鋼と前記硬化性充填材の間の滑りを防止するズレ止め部材を前記H形鋼に取り付けたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強構造。
- 添板を跨ぎ、かつ前記各鋼板とウェブとの間に補強部材を配置し、
補強部材とH型鋼をボルトで締付け固定し、
補強部材を埋め込むようにして前記硬化性充填材を充填・固化したことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のH型鋼のボルト継手接合部の補強構造。 - H形鋼のボルト継手接合部の補強方法において、鋼板をH形鋼のウェブの両側に間隔をおいてそれぞれ各H形鋼に渡って配置し、前記各鋼板および前記H形鋼のウェブに貫通孔に設け、端部に雄ねじ部を設けた鋼棒を前記貫通孔にそれぞれ挿通させ、前記各鋼棒の端部の雄ねじ部にナットをそれぞれねじ込み、前記H形鋼と前記各鋼板の間の空間部に硬化性充填材を充填し、前記硬化性充填材が固化した後、前記ナットを締め付けることにより鋼棒に緊張力を与え、前記固化した充填材を前記各鋼板と前記H形鋼のウェブの間で挟みこむことを特徴とするH形鋼のボルト継手接合部の補強方法。
- 前記硬化性充填材がコンクリート、モルタルまたは合成樹脂であることを特徴とする請求項6記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強方法。
- 前記鋼板と前記硬化性充填材の間の滑りを防止するズレ止め部材を前記鋼板に取り付けたことを特徴とする請求項6または7に記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強方法。
- 前記H形鋼と前記硬化性充填材の間の滑りを防止するズレ止め部材を前記H形鋼に取り付けたことを特徴とする請求項6から8のいずれか1項に記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強方法。
- 添板を跨ぎ、かつ前記各鋼板とウェブとの間に補強部材を配置し、
補強部材とH型鋼をボルトで締付け固定し、
補強部材を埋め込むようにして前記硬化性充填材を充填・固化したことを特徴とする請求項6から9のいずれか1項に記載のH型鋼のボルト継手接合部の補強方法。
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