JP2018155311A - 板材接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高力ボルト等のボルトの本数を減少させて、接合部寸法の縮小を可能とし、板材接合を経済的に実現できる板材接合構造を提供する。【解決手段】一方の板材１ａの接合面３ａに設けられた突起部１０と、他方の板材１ｂの接合面３ｂに設けられた溝部１１が嵌合して接触する傾斜接触面１２を有し、板材１ａが外力を与えられた場合に、傾斜接触面１２で生じる接触圧により、板材１ｂに応力伝達がなされ、傾斜接触面１２のすべり係数μ、傾斜接触面１２と接合面とのなす角度をθがμ＞ｃｏｔθであり、板材１ａ，１ｂボルト４，５によって締結することによって、接触圧と外力の偏心により生じる回転モーメントに抗しているので、板材１ａから板材１ｂに応力伝達できる。よって、従来に比して、ボルト本数を減少させることができ、接合部寸法の縮小を可能とし、板材どうしの接合を経済的に実現できる。【選択図】図１

Description

本発明は、接合される板材どうしで応力伝達を行える板材接合構造に関する。

建築等の鋼構造の部材の接合においては、大別すると、高力ボルトを使用した摩擦接合または溶接接合が適用されることが多い。
溶接接合は効率的に部材を接合できる技術である一方で、建設現場での接合での溶接条件の管理において、周囲の温度、天候等の周囲の環境条件の影響を受けやすいところに課題がある。
一方、高力ボルトを使用した摩擦接合は、板状の接合部材の材軸方向と直交する方向に高力ボルトを配置し、ボルト頭部とナットの間に引張力を与えて、その反力により、挟まれた摩擦接合面間に圧縮応力を発生させて、接合部材間での軸方向応力を伝達するものであり、溶接接合と比較して周囲の環境条件の影響は小さくなるという利点がある。

高力ボルトを使用した摩擦接合の例として特許文献１および特許文献２に記載のものが知られている。
特許文献１に記載の摩擦接合では、設計上許容される以上のはだすきを有する板状の母材接合部において、添板とフィラープレートとの摩擦面に、相互に噛み合わせて係止する凹凸を形成し、相互の凸部の剪断耐力により母材に作用する応力をフィラープレートを介して添板に伝達し、はだすきによる接合力の低下を抑止している。
また、特許文献２に記載の摩擦接合では、構造材と接合する当て板の板面のボルト孔周辺に、環状の凹溝を形成し、この凹溝に環状突起縁を嵌合い突設し、ボルト締付け時に環状突起縁を構造材へくい込ませ、この環状突起縁のくい込みによるせん断力と板面の密着とが相まって当て板と構造材との間の摩擦力を増大させている。

特開２００２−３０３００３号公報 特開平０５−１８０１６号公報

ところで、上述したような高力ボルトを使用した摩擦接合では、要求されるすべり耐力を発揮するには、特に断面積の大きい部材の接合への適用において、多くの高力ボルトの本数を必要とし、これに伴い、接合すべき接合板材のボルト穴の数が増え、接合部の接合板材に占める寸法の割合が大きくなり、工場での加工時間、現場での施工時間・ハンドリングの工数が増えコストアップの要因となる。
また、特許文献１および２に記載されている高力ボルトを使用した摩擦接合は、一般的な高力ボルト摩擦接合における、はだすきによる接合力の低下防止や摩擦力の増大の効果を期待するものであり、高力ボルトの大幅な本数削減、それに伴う部品加工の減少、接合部寸法の縮小を可能とするものではない。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、高力ボルト等のボルトの本数を減少させて、接合部寸法の縮小を可能とし、板材の接合を経済的に実現できる板材接合構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の板材接合構造は、金属製の板材の板面どうしを接合した板材接合構造であって、前記板面を接合面として、一方の前記板材の接合面に凸部が設けられ、他方の前記板材の接合面に前記凸部が嵌合可能な凹部が設けられ、
前記凸部および前記凹部は、これらが凹凸嵌合した際に互いに接触し、かつ前記接合面に対して傾斜する傾斜接触面を有し、
一方の前記板材が前記接合面と平行な方向に外力を与えられた場合に、前記傾斜接触面において生じる接触圧により、他方の前記板材に応力伝達がなされ、
前記傾斜接触面のすべり係数をμ、前記傾斜接触面と前記接合面とのなす角度をθとすると、μ＞ｃｏｔθであり、
前記板材どうしを、前記凸部および前記凹部が凹凸嵌合している嵌合部より前記板材の材軸方向の両外側の位置において、それぞれ少なくとも１本のボルトによって締結することによって、前記接触圧と前記外力の偏心により生じる回転モーメントに抗していることを特徴とする。
前記嵌合部とは、互いに嵌合する凸部と凹部とが一対ある場合は、この一対の凸部および凹部が凹凸嵌合している嵌合部のことを意味し、互いに嵌合する凸部と凹部とが板材の材軸方向において、二対以上ある場合は、材軸方向の最も両外側にあるそれぞれの凸部と凹部とが嵌合する嵌合部のことを意味する。

ここで、本発明に係る板材接合構造（以下、接合構造と言う場合もある。）のメカニズムについて説明する。
図１は、本発明に係る接合構造が引張外力Ｐを受けた場合を模式的に示したものである。すなわち、一対の母材（板材）１ａ，１ｂは、それぞれの板面を接合面３ａ，３ｂとし、それらの接合面３ａ，３ｂが相互に向かい合った状態で接合されている。また、一方の母材（板材）１ａには、その板面である接合面３ａ上に、板材１ａの幅方向（図１において紙面と直交する方向）に延びる、断面略台形状の高さｈの突起部（凸部）１０が設けられている。一方、他方の母材（板材）１ｂには、その板面である接合面３ｂ上に、板材１ｂの幅方向（図１において紙面と直交する方向）に延びて、突起部１０と嵌め合い可能（嵌合可能）な溝部（凹部）１１が設けられている。さらに、突起部１０と溝部１１とは、接合面３ａ，３ｂに対して角度θで傾斜する傾斜接触面１２をそれぞれ有し、突起部１０と溝部１１が傾斜接触面１２において接触している。
なお、以下の説明において、他方の母材（板材）１ｂを金属製の添接板（２ｂ）としてもよい。

図１には、突起部１０と溝部１１の組合せが２つしか記載されていないが、この組合せの数を仮にｎ個あると仮定し、接合面３ａおよび接合面３ｂ上に引張外力Ｐを受けた場合、傾斜接触面１２の分担力ｐと、接触圧力ｐ_ｄｖ、および滑動力ｐ_ｄｆの関係は、それぞれ（１）、（２）式で表わされる。
ｐ_ｄｖ＝ｐ×ｓｉｎθ＝Ｐ／ｎ×ｓｉｎθ （１）
ｐ_ｄｆ＝ｐ×ｃｏｓθ＝Ｐ／ｎ×ｃｏｓθ （２）

傾斜接触面１２においてすべりが生じないためには、滑動力ｐ_ｄｆを傾斜接触面１２のすべり耐力が上回る必要がある。傾斜接触面１２のすべり耐力は、接触圧力ｐ_ｄｖと傾斜接触面１２のすべり係数μの積（μ×ｐ_ｄｖ）で表わされるので、結局次の（３）式を満足すれば傾斜接触面１２ですべりを起こさないで外力を接合構造において伝達することができる。
ｐ_ｄｆ＜μ×ｐ_ｄｖ、つまりμ＞ ｃｏｓθ／ｓｉｎθ＝ｃｏｔθ （３）

次に、ボルト４（複数の場合はボルト群の重心位置）が、図１における１番目（図１中の最左端）の傾斜接触面１２の左側、すなわち母材（板材）１ｂの材軸方向始端側の位置に配置されるものとして、このボルト位置を中心として、前記接合面３ａと接合面３ｂが長さＬｃ１の接触面１３で接触しているものとし、ボルト５（複数の場合はボルト群の重心位置）が、図１におけるｎ番目（図１中の最右端）の傾斜接触面１２の右側、すなわち母材（板材）１ｂの材軸方向終端側の位置に配置されるものとして、このボルト位置を中心として、接合面３ａと接合面３ｂが長さＬｃ２の接触面１５で接触しているものとする。つまり、突起部１０および溝部１１が凹凸嵌合している複数の嵌合部のうち、材軸方向始端側の嵌合部と材軸方向終端側の嵌合部の材軸方向の両外側の位置において、ボルト４，５がそれぞれ配置され、これらのボルト位置を中心として、接合面３ａと接合面３ｂが、それぞれ長さＬｃ１の接触面１３および長さＬｃ２の接触面１５で接触しているものとする。

このような構成により、母材１ｂに、外力Ｐと傾斜接触面１２の分担力ｐの合力の偏心により生じる曲げモーメントに対し、ボルト４と接触面１３に発生する偶力ｒ_１およびボルト５と接触面１５に発生する偶力ｒ_２により抵抗することができるので、傾斜接触面１２において、一方の母材１ａ（板材）から他方の母材（板材）１ｂへ軸方向の外力Ｐのみを伝達することができる。

ここに、前記偶力ｒ_１、ｒ_２は、母材（板材）１ｂの板厚をｔｂとすると、各々（４）、（５）式で表される。
ｒ_１＝１／ｎ×ｔｂ／Ｌｃ１ （４）
ｒ_２＝（１−１／ｎ）×ｔｂ／Ｌｃ２ （５）

次に図２に示すように、前記ボルト４を高力ボルトとし、この高力ボルト４にボルト張力Ｎ_Ｂが初期張力として与えられるとすると、前記接触面１３においても摩擦接合として力の分担ができ、前記傾斜接触面１２の分担力ｐを減じることができる。また、接触面１３においてはボルト張力Ｎ_Ｂと釣り合う接触圧が生じるので、傾斜接触面１２において、母材（板材）１ｂに、外力Ｐと傾斜接触面１２の分担力ｐの合力の偏心により生じる曲げモーメントに抵抗することができる。
接触面１３に対して傾斜接触面１２と同じすべり係数μが与えられるとすると、接触面１３で負担可能なすべり耐力を差し引けば、傾斜接触面１２の分担力ｐは（６）式で表わされる。
ｐ＝１／ｎ×（Ｐ−μＮ_Ｂ） （６）

これに対して、本発明に係る板材接合構造が圧縮外力Ｐを受けた場合は、傾斜接触面１２は突起部１０に対して、図１および図２において左側から右側に移動するが、傾斜接触面１２ですべりを起こさない条件は、突起部１０および溝部１１が略左右対称形状であれば、同様に（３）式で表わされる。また、ｐ、ｒ_１、ｒ_２についても同様に（４）〜（６）式で表される。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る板材接合構造では、前記突起部（凸部）１０と前記溝部（凹部）１１の母材（板材）軸方向の位置、すなわち図１および図２に示すＸ方向の配置は任意である。
また、前記ボルト４、ボルト５のＸ方向の配置も、ｒ_１、ｒ_２に抵抗できる強度をボルト４、ボルト５および母材（板材）１ａが有する限りは任意である。
したがって、本発明に係る板材接合構造によれば、設計自由度の高い接合構造が実現できるとともに、上述した（３）式を満足することによって、傾斜接触面１２ですべりを起こさないで外力を接合構造において伝達する、つまり一方の板材１ａから他方の板材１ｂに応力伝達できる。
よって、要求されるすべり耐力を発揮するのに、従来の高力ボルトによる摩擦接合に比して、ボルト本数を減少させることができるので、接合部寸法の縮小を可能とし、金属製の板材どうしの接合を経済的に実現できる。

前記接合面３ａ上に突起部（凸部）１０を形成する方法については、例えば溶接金属を積層させて略台形状とすることが可能である。上述したように、傾斜接触面１２の角度θとすべり係数μが（３）式の条件を満たすものであれば、傾斜接触面１２においてすべりを起こさないので、傾斜接触面１２は平滑な面である必要はない。同様に接合面３ｂ上に溝部（凹部）１２を形成する場合についても、溝部（凹部）１２の表面を平滑なものとする必要はない。

本発明の前記構成において、前記凸部および前記凹部が凹凸嵌合している嵌合部より前記板材の材軸方向の両外側の位置のいずれか一方の位置の前記ボルトを高力ボルトとし、この高力ボルトを挿通するボルト孔の周辺の前記接合面である接触面に前記高力ボルトによって接触圧が導入されていてもよい。

このような構成によれば、高力ボルトを挿通するボルト孔の周辺の接触面においても摩擦接合として力の分担ができ、傾斜接触面の分担力減じることができる。このため、要求されるすべり耐力を発揮するのに、通常のボルトのみを用いた場合に比して、凸部および凹部の個数を少なくできる。

また、本発明の前記構成において、一方の前記板材の前記接触面と他方の前記板材の前記接触面との間に可塑性材料が挟まれていてもよい。可塑性材料としては例えばアルミ箔等の金属箔が好適に使用される。

このような構成によれば、接触面間に僅かな隙間が生じている場合に、この隙間に金属箔等の可塑性材料が挟まれているので、高力ボルトを挿通するボルト孔の周辺の接触面において摩擦接合として力を確実に分担できる。

また、本発明の前記構成において、前記傾斜接触面、前記接触面および前記接合面のすべり係数が等しくてもよい。

前記傾斜接触面および接触面における母材（板材）、突起部（凸部）、溝部（凹部）の各接合面の摩擦係数は個別に製造管理することも可能であるが、一般的には同じ製造条件で管理することが製造コスト上好ましい。例えば、鋼材の赤錆面どうしの組合せにおいてすべり係数μは赤錆面の摩擦係数よりも若干小さく、μ＝０．４０〜０．４５の値が与えられるのが一般的であるので、本発明に係る板材接合構造における各部品の形状を満足する部品を製作した上で、赤錆を各接合面に発生させれば、本発明における傾斜接触面および接触面のすべり係数としてμ＝０．４０〜０．４５の値を与えることができる。

また、本発明の前記構成において、前記凸部と前記凹部との間に隙間が生じている場合に、この隙間に可塑性材料が設けられていてもよい。

このような構成によれば、前記凸部と前記凹部との間に製作上不可避ながた（隙間）が生じる場合に、金属箔等の可塑性材料を隙間に設け、傾斜接触面における分担力の伝達を確実にすることができる。このとき傾斜接触面におけるすべり係数μ_ｄは、凸部と凹部との間に金属箔等が挟まれた状態で接触圧力ｐ_ｄｖを受ける傾斜接触面のすべり耐力から求められる。

また、本発明の前記構成において、他方の前記板材の方が一方の前記板材より高強度の材料で形成されていてもよい。

このような構成によれば、他方の板材が一方の板材より高強度の材料で形成されているので、他方の板材に設けられる凹部の許容応力度を上げることができる。したがって、他方の板材の板厚を減じることができる。

ここで本発明において適用されるすべり係数μについて補足説明する。すべり係数μは接合面どうしの組合せにより異なる値が与えられること、接合部材の厚み方向の変形により接合面の摩擦係数より若干小さい値が与えられること等、単一の接合面に与えられる摩擦係数とは厳密には異なる。本発明においては、傾斜接触面１２および接触面１３における接合面どうしの組合せに対して、また安全側の値としてすべり係数μを採用する。傾斜接触面１２のすべり係数μ_ｄは、接触面一つ当たりのすべり耐力Ｒ_ｄを用いて（７）式により、また接触面１３のすべり係数μ_Ｂは、高力ボルト摩擦接合におけるボルト一本×一せん断面当たりのすべり耐力Ｒ_Ｂにより（８）式で表わされる。
μ_ｄ＝Ｒ_ｄ／ｐ_ｄｖ （７）
μ_Ｂ＝Ｒ_Ｂ／Ｎ_Ｂ （８）

本発明によれば、要求されるすべり耐力を発揮するのに、従来の高力ボルトによる摩擦接合に比して、ボルト本数を減少させることができるので、接合部寸法の縮小を可能とし、金属製の板材どうしの接合を経済的に実現できる。

本発明に係る板材接合構造のメカニズムの一例について説明するためのもので、板材接合構造を模式的に示した断面図である。 本発明に係る板材接合構造のメカニズムの他の例について説明するためのもので、板材接合構造を模式的に示した断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る板材接合構造の断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る板材接合構造の断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る板材接合構造を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 従来の板材接合構造の一例を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る板材接合構造の実施の形態について説明する。なお、板材の接合は板材を材軸方向に接合するのではなく、板材の板面どうしを接合することを意味する。
（第１の実施の形態）
図３は第１の実施の形態に係る板材接合構造を示す断面図である。
本実施の形態では母材どうしが接合されている。すなわち、一方の母材を板材１ａとし、他方の母材を板材１ｂとすると、これら板材１ａ，１ｂどうしが、それぞれの板面を接合面３ａ，３ｂとして、それらの接合面３ａ，３ｂが相互に向かい合った状態、つまり、一方の板材１ａの一部と他方の板材１ｂの一部とが重なり合った状態で接合されている。なお、図３に示すものの場合、板材１ａの上面の一部が接合面３ａ、板材１ｂの下面の一部が接合面３ｂとなっている。
板材１ａの接合面３ａには、断面略台形状の３条の突起部（凸部）１０が板材１ａの材軸方向（図３において左右方向）に所定間隔で離間して、板材１ａと一体に設けられている。突起部１０は板材１ａの幅方向（図３において紙面と直交する方向）に連続的に延在している。なお、突起部１０は、板材１ａの幅方向に断続的に延在していてもよいし、所定間隔で複数設けられていてもよい。さらに、突起部１０は、板材１ａの接合面３ａ側を所定の形状に削り出したり、接合面３ａに溶接金属を接合して所定の形状としたりするなど、任意の方法で接合面３ａに形成することができる。

また、板材１ｂの接合面３ｂには、突起部１０が嵌合可能な溝部（凹部）１１が板材１ｂの材軸方向（図３において左右方向）に所定間隔で、つまり突起部１０と等しい間隔で、離間して設けられている。溝部１１は板材１ｂの幅方向（図３において紙面と直交する方向）に連続的に延在している。なお、溝部１１は、板材１ｂの幅方向に断続的に延在していてもよいし、所定間隔で複数設けられていてもよい。さらに、溝部１１は、板材１ｂの接合面３ｂ側を所定の形状、より具体的には後述のように突起部１０と適切に嵌合し得る形状に切削するなど、任意の方法で接合面３ｂに形成することができる。

突起部１０および溝部１１は、これらが嵌合した際に互いに接触し、かつ接合面３ａ，３ｂに対して傾斜する傾斜接触面１２を有している。そして、一方の板材１ａが接合面３ａ，３ｂと平行な方向に外力Ｐを与えられた場合に、傾斜接触面１２において生じる接触圧により、他方の板材１ｂに応力伝達がなされるようになっている。
また、前述の図１の場合と同様に、傾斜接触面１２のすべり係数をμ、傾斜接触面１２と接合面３ａ，３ｂとのなす角度をθとすると、μ＞ｃｏｔθとなっている。このようにθを設定することによって、傾斜接触面１２ですべりを起こさないで外力を接合構造において伝達することができる。

また、板材１ａ，１ｂどうしをボルト４，５によって締結することによって、傾斜接触面１２における接触圧ｐ（図１参照）と外力Ｐの偏心により生じる回転モーメントに抗している。
ボルト４は板材１ｂの材軸方向の一端側の位置に配置され、ボルト５は板材１ｂの材軸方向の他端側の位置に配置されている。言い換えると、ボルト４，５は、突起部１０と溝部１１とが凹凸嵌合している嵌合部より板材１ｂの材軸方向の両外側の位置に配置されている。ボルト４の位置を中心として、接合面３ａと接合面３ｂが長さＬｃ１の接触面１３で接触しており、ボルト５の位置を中心として、接合面３ａと接合面３ｂが長さＬｃ２の接触面１５で接触している。また、ボルト４，５はそれぞれナットに螺合しており、ボルト４，５を締め付けることによって、板材１ａ，１ｂどうしが締結されている。
なお、後述する第２および第３の実施の形態においても、ボルト４，５，２４，２５はそれぞれナットに螺合しており、ボルト４，５，２４，２５を締め付けることによって、板材１ａと添接板２ｂが締結されている。
そして、板材１ｂに、外力Ｐと傾斜接触面１２の分担力の合力の偏心により生じる曲げモーメントに対し、ボルト４と接触面１３に発生する偶力およびボルト５と接触面１５に発生する偶力により抵抗することができるので、傾斜接触面１２において、一方の板材１ａから他方の板材１ｂへ軸方向の外力Ｐのみを伝達することができる。

本実施の形態によれば、設計自由度の高い接合構造が実現できるとともに、μ＞ｃｏｔθを満足することによって、傾斜接触面１２ですべりを起こさないで外力を接合構造において伝達する、つまり一方の板材１ａから他方の板材１ｂに応力伝達できる。
よって、要求されるすべり耐力を発揮するのに、従来の高力ボルトによる摩擦接合に比して、ボルト本数を減少させることができるので、接合部寸法の縮小を可能とし、金属製の板材どうしの接合を経済的に実現できる。

また、本実施の形態において、ボルト４、またはボルト５のいずれか一方を高力ボルト４、または高力ボルト５としてもよい。そして、高力ボルト４、または高力ボルト５に初期張力を与えると、接触面１３、または接触面１５においても摩擦接合として力の分担ができ、傾斜接触面１２の分担力ｐを減じることができる。また、接触面１３、または接触面１５においてはボルト張力と釣り合う接触圧が生じるので、傾斜接触面１２において、板材１ｂに、外力Ｐと傾斜接触面１２の分担力の合力の偏心により生じる曲げモーメントに抵抗することができる。
このように、高力ボルト４、または高力ボルト５を挿通するボルト孔の周辺の接触面においても摩擦接合として力の分担ができ、傾斜接触面１２の分担力減じることができる。このため、要求されるすべり耐力を発揮するのに、通常のボルトを用いた場合に比して、突起部１０および溝部１１の個数を少なくできる。

（第２の実施の形態）
図４は第２の実施の形態に係る板材接合構造を示す断面図である。なお、第１の実施の形態と共通する構成については同一符号を付して、その説明を省略ないし簡略化する。
本実施の形態では、母材となる板材１ａ，１ａをその材軸方向（図４において左右方向）に接合する場合に、その接合部を跨いで、かつ、板材１ａ，１ａを材軸方向と直交する方向（図４において上下方向）から挟み付けるようにして添接板２ｂ，２ｂを配置し、板材１ａと添接板２ｂを接合している。したがって、本実施の形態では、板材１ａと板材である添接板２ｂとの接合について、本発明に係る板材接合構造を適用しており、板材１ａ，１ａの接合に本発明に係る板材接合構造を適用しているのではない。
板材１ａには、その接合面３ａとなる板面両面（図４における上下両面）にそれぞれ第１の実施の形態と同様に、３条の突起部（凸部）１０が設けられている。また、添接板２ｂの接合面３ｂ（上方側に位置する添接板２ｂの場合は下向きの板面、下方側に位置する添接板２ｂの場合は上向きの板面）には突起部１０が嵌合可能な溝部（凹部）１１が設けられている。つまり、本実施の形態は、第１の実施の形態が一面せん断による接合構造であるのに対し、二面せん断による接合構造である。
このような板材接合構造においても、傾斜接触面１２のすべり係数をμ、傾斜接触面１２と接合面３ａ，３ｂとのなす角度をθとすると、μ＞ｃｏｔθとなっている。このようにθを設定することによって、傾斜接触面１２ですべりを起こさないで外力を接合構造において伝達することができる。

また、本実施の形態では、板材１ａと添接板２ｂをボルト４，５によって締結することによって、傾斜接触面１２における接触圧と外力Ｐの偏心により生じる回転モーメントに抗している。
ボルト４，５はそれぞれ２本配置するとともに、ボルト４は高力ボルト４を使用し、ボルト５は通常のボルト５を使用している。つまり、本実施の形態では、高力ボルト４とボルト５とが混在している。高力ボルト４，４は添接板２ｂの左右両端部に配置され、ボルト５，５は高力ボルト４，４間に配置されている。また、ボルト４，５は板材１ａ，１ａの接合部を境にして対称的に配置されている。

また、高力ボルト４の位置を中心として、接合面３ａと接合面３ｂが長さＬｃ１の接触面１３で接触しており、ボルト５の位置を中心として、接合面３ａと接合面３ｂが長さＬｃ２の接触面１５で接触している。
そして、添接板２ｂに、外力Ｐと傾斜接触面１２の分担力の合力の偏心により生じる曲げモーメントに対し、高力ボルト５と接触面１３に発生する偶力および高力ボルト５と接触面１５に発生する偶力により抵抗することができるので、傾斜接触面１２において、板材１ａから添接板２ｂの軸方向の外力Ｐのみを伝達することができる。

本実施の形態によれば、設計自由度の高い接合構造が実現できるとともに、μ＞ｃｏｔθを満足することによって、傾斜接触面１２ですべりを起こさないで外力を接合構造において伝達する、つまり板材１ａから添接板２ｂに応力伝達できる。
よって、要求されるすべり耐力を発揮するのに、従来の高力ボルトによる摩擦接合に比して、ボルト本数を減少させることができるので、接合部寸法の縮小を可能とし、金属製の板材どうしの接合を経済的に実現できる。
また、高力ボルト４を挿通するボルト孔の周辺の接触面においても摩擦接合として力の分担ができ、傾斜接触面１２の分担力減じることができる。このため、要求されるすべり耐力を発揮するのに、通常のボルトを用いた場合に比して、突起部１０および溝部１１の個数を少なくできる。

（第３の実施の形態）
図５は第３の実施の形態に係る板材接合構造を示す断面図である。なお、第１および第２の実施の形態と共通する構成については同一符号を付して、その説明を省略ないし簡略化する。
本実施の形態では、材軸方向に突き合わせたＨ形鋼の各フランジどうしを接合している。すなわち、フランジを板材１ａとし、当該板材１ａ，１ａをその材軸方向（図５に左右方向）に接合するに際して、その接合部を跨いで、かつ、板材１ａ，１ａを材軸方向と直交する方向から挟み付けるようにして添接板２ｂ，２ｂを配置し、板材１ａと添接板２ｂとを接合している。
したがって、本実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、板材１ａと板材である添接板２ｂとの接合について、本発明に係る板材接合構造を適用しており、板材１ａ，１ａの接合に本発明に係る板材接合構造を適用しているのではない。

板材１ａには、その接合面３ａとなる上下の板面にそれぞれ３条の突起部（凸部）１０が設けられている。下面側の突起部１０はフランジである板材１ａの幅方向に延在しているが、連続はしておらず、平面視において、ウエブ１ｃが接続されている部分に相当する位置には設けられていない。つまり、下面側の突起部１０はウエブ１ｃが接続されている部分で切断されることで、断続的に設けられている。
また、下面側の添接板２ｃの接合面３ｂには突起部１０が嵌合可能な溝部（凹部）１１が設けられている。この溝部１１も突起部１０と同様に、平面視において、ウエブ１ｃが接続されている部分に相当する位置には設けられていない。つまり、溝部１１はウエブ１ｃが接続されている部分で切断されることで、断続的に設けられている。
一方で、板材１ａの接合面３ａとなる上面側についても、それぞれ３条の突起部（凸部）１０が設けられ、上面側の添接板２ｂの接合面３ｂにも、これに嵌合可能な溝部（凹部）１１が設けられているが、板材１ａの接合面３ａとなる上面側には、ウエブが接続されていないので、突起部１０および溝部１１は、板材１ａの幅方向に断続的に設けてもよく、連続的に設けてもよい。
このような板材接合構造においても、傾斜接触面１２のすべり係数をμ、傾斜接触面１２と接合面３ａ，３ｂとのなす角度をθとすると、μ＞ｃｏｔθとなっている。このようにθを設定することによって、傾斜接触面１２ですべりを起こさないで外力を接合構造において伝達することができる。

また、本実施の形態では、板材１ａと添接板２ｂをボルト２４，２５によって締結することによって、傾斜接触面１２における接触圧と外力Ｐの偏心により生じる回転モーメントに抗している。
ボルト２４，２５は突起部１０および溝部１１を挟んで対称的に、かつ、ウエブ１ｃが接続されている部分を挟んで対称的に配置されている。つまり、接合すべきフランジである一方の板材１ａに４個のボルト２４，２５が配置され、他方の板材１ａにも図示は省略するが４個のボルト２４，２５が配置されている。
また、ボルト２４は添接板２ｂの端部に配置され、ボルト２５は板材１ａの端部（図５において右端部）に配置されている。

ボルト２４の位置を中心として、接合面３ａと接合面３ｂが長さＬｃ１の接触面１３で接触しており、ボルト２５の位置を中心として、接合面３ａと接合面３ｂが長さＬｃ２の接触面１５で接触している。
そして、添接板２ｂに、外力Ｐと傾斜接触面１２の分担力の合力の偏心により生じる曲げモーメントに対し、ボルト２４と接触面１３に発生する偶力およびボルト２５と接触面１５に発生する偶力により抵抗することができるので、傾斜接触面１２において、板材１ａから添接板２ｂへ軸方向の外力Ｐのみを伝達することができる。

なお、本実施の形態において、ボルト２４，２５をいずれも高力ボルト２４，２５としてもよいし、ボルト２４を高力ボルト２４、ボルト２５を普通のボルト２５としてもよい。

本実施の形態によれば、設計自由度の高い接合構造が実現できるとともに、μ＞ｃｏｔθを満足することによって、傾斜接触面１２ですべりを起こさないで外力を接合構造において伝達する、つまり板材１ａから添接板２ｂに応力伝達できる。
よって、要求されるすべり耐力を発揮するのに、従来の高力ボルトによる摩擦接合に比して、ボルト本数を減少させることができるので、接合部寸法の縮小を可能とし、金属製の板材どうしの接合を経済的に実現できる。
例えば、図６に示すように、Ｈ形鋼のフランジ（板材１ａ）どうしを従来の高力ボルトによる摩擦接合によって接合する場合、図５に示す接合構造と等しいすべり耐力を発揮するのに、添接板２ｂの片側で合計１０本の高力ボルト２６が必要であるのに対し、本実施の形態では図５に示すように、添接板２ｂの片側で合計４本のボルト２４，２５で済む。このように、従来の高力ボルトによる摩擦接合に比して、ボルト本数を減少させることができるので、接合部寸法の縮小を可能とし、金属製の板材どうしの接合を経済的に実現できる。

また、ボルト２４および／またはボルト２５を高力ボルトとすれば、この高力ボルトを挿通するボルト孔の周辺の接触面においても摩擦接合として力の分担ができ、傾斜接触面１２の分担力減じることができる。このため、要求されるすべり耐力を発揮するのに、通常のボルトを用いた場合に比して、突起部１０および溝部１１の個数を少なくできる。

次に、本発明に係る接合構造により得られるすべり耐力と従来技術の高力ボルト摩擦接合によるすべり耐力の比較の一例について説明する。
比較の対象となる高力ボルト摩擦接合は、鉄骨構造標準接合部（ＳＣＳＳ−Ｈ９７）Ｈ形鋼編に示される４００Ｎ級および４９０Ｎ級Ｈ形鋼フランジに適用されるものとし、本発明の接合部については下記の条件を満たすものとした。

１）母材（１ａ）、添接板２ｂ、および突起部１０の母材強度は同一とし、接合部には比較の対象となる高力ボルト摩擦接合の許容すべり耐力を外力Ｐとして与え、伝達できるものとする。
２）傾斜接触面１２の接触圧力ｐ_ｄｖは鋼材の許容局部圧縮応力度を超えないものとする。
３）傾斜接触面１２、接触面１３、および比較対象とする高力ボルト摩擦接合の摩擦面におけるすべり係数μは赤錆面を想定して全てμ＝０．４５を与える。
４）突起部１０と溝部１１の断面は台形とし、その頂部の幅はｄとする。また、上述した（３）式にしたがって、突起部１０と溝部１１の傾斜接触面１２が前記接合面３ａおよび接合面３ｂとなす角度θはθ＝６６°を与える。
５）突起部１０の接合面３ａにおけるせん断応力は、鋼材の許容せん断応力度を超えないものとする。
６）溝部１１における添接板２ｂの断面においては、軸方向力と曲げが作用するものとして、この部分の応力が鋼材の許容引張応力度、許容圧縮応力度を超えないものとする。
７）高力ボルト４には設計ボルト張力が与えられ、ボルト５は張力管理を行わないものとする。
８）添接板２ｂの板幅は、本発明に係る接合構造と比較の対象となる高力ボルト摩擦接合で変えないものとする。

その結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明に係る接合構造は、要求されるすべり耐力を発揮するのに、従来技術の高力ボルト摩擦接合構造に比較してボルトの本数を大きく減じることができるのが分かる。
また、本発明に係る接合構造では、添接板の板厚は増加するものの、突起部の数と高さによって接合部の寸法を調整できること、ボルト本数の減少により、接合部の接合部材(板材)に占める寸法の割合を小さくし、工場での加工時間、現場での施工時間・ハンドリングの工数を減らし、経済的な接合構造が実現できる。

なお、上述した第１〜第３の実施の形態において、一方の板材１ａの接触面１３（１５）と他方の板材１ｂまたは添接板２ｂの接触面１３（１５）との間に、アルミ箔等の金属箔で形成された可塑性材料が挟まれていてもよい。
また、突起部１０と溝部１１との間に隙間が生じている場合には、この隙間にアルミ箔等の金属箔で形成された可塑性材料が設けられていてもよい。
さらに、他方の板材１ｂまたは添接板２ｂの方が一方の板材１ａより高強度の材料で形成されていてもよい。このようにすれば、板材１ｂまたは添接板２ｂに設けられる溝部１１の許容応力度を上げることができる。したがって、板材１ｂまたは添接板２ｂの板厚を減じることができる。

１ａ 一方の板材
１ｂ 他方の板材
２ｂ、２ｃ 添接板（他方の板材）
３ａ，３ｂ 接合面
４，５ ボルト
１０ 突起部（凸部）
１１ 溝部（凹部）
１２ 傾斜接触面
１３，１６ 接触面
２４ 高力ボルト
２５ ボルト

Claims (6)

1. 金属製の板材の板面どうしを接合した板材接合構造であって、
   前記板面を接合面として、
   一方の前記板材の接合面に凸部が設けられ、他方の前記板材の接合面となる板面に前記凸部が嵌合可能な凹部が設けられ、
   前記凸部および前記凹部は、これらが凹凸嵌合した際に互いに接触し、かつ前記接合面に対して傾斜する傾斜接触面を有し、
   一方の前記板材が前記接合面と平行な方向に外力を与えられた場合に、前記傾斜接触面において生じる接触圧により、他方の前記板材に応力伝達がなされ、
   前記傾斜接触面のすべり係数をμ、前記傾斜接触面と前記接合面とのなす角度をθとすると、μ＞ｃｏｔθであり、
   前記板材どうしを、前記凸部および前記凹部が凹凸嵌合している嵌合部より前記板材の材軸方向の両外側の位置において、それぞれ少なくとも１本のボルトによって締結することによって、前記接触圧と前記外力の偏心により生じる回転モーメントに抗していることを特徴とする板材接合構造。
2. 前記凸部および前記凹部が凹凸嵌合している嵌合部より前記板材の材軸方向の両外側の位置のいずれか一方の位置の前記ボルトを高力ボルトとし、この高力ボルトを挿通するボルト孔の周辺の前記接合面である接触面に前記高力ボルトによって接触圧が導入されていることを特徴とする請求項１に記載の板材接合構造。
3. 一方の前記板材の前記接触面と他方の前記板材の前記接触面との間に可塑性材料が挟まれていることを特徴とする請求項２に記載の板材接合構造。
4. 前記傾斜接触面、前記接触面および前記接合面のすべり係数が等しいことを特徴とする請求項２または３に記載の板材接合構造。
5. 前記凸部と前記凹部との間に隙間が生じている場合に、この隙間に可塑性材料が設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の板材接合構造。
6. 他方の前記板材の方が一方の前記板材より高強度の材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の板材接合構造。

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