JP2021055432A - 摩擦接合構造、継手構造及び摩擦接合部の設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一対の鋼材同士を高力ボルトと接続板を用いて接続する構造において、鋼材と接続板の変形を抑制することで、高力ボルトによる鋼材と接続板との接合耐力の低下を抑制する。【解決手段】摩擦接合構造は、互いの長尺な板状部の長手方向端部同士が対向配置される一対の鋼材と、一対の鋼材の各々の板状部に厚み方向で重なり、重なり部分が高力ボルトによって板状部に締結されて一対の鋼材同士を接続する接続板と、を備え、鋼材の接続板が重なる部分には、高力ボルトが貫通するボルト孔が複数形成されており、接続板には、少なくとも一方の鋼材のボルト孔に対応する位置に高力ボルトが貫通する貫通孔として孔径がボルト孔よりも大きい過大孔又は短径がボルト孔以上の長孔が複数形成されており、高力ボルトがボルト孔及び貫通孔を貫通する位置において、板状部の幅方向に沿った断面積に対して全ての接続板の前記幅方向に沿った断面積の合計が同等以上である。【選択図】図８

Description

本発明は、摩擦接合構造、継手構造及び摩擦接合部の設計方法に関する。

特許文献１には、ボルト呼び径の１／２以下の板厚の鋼板同士を突き合わせた状態で両鋼板に対して添板を重ね合わせ、高力ボルトで鋼板と添板を接合する摩擦接合構造に関する技術が開示されている。この摩擦接合構造では、一例として鋼板に開けられたボルト孔が標準孔（円形）とされ、添板に開けられたボルト孔が長孔とされており、添板の各重ね合せ部分における長孔同士が互いに長径方向を直交するようにして長孔に高力ボルトが円形ワッシャを介して挿通されて鋼板と添板が締結されている。

特許第６２０５９６４号公報

ところで、特許文献１に開示された技術のように、鋼板に標準孔を設け、添板に長孔を設けることで、施工誤差の吸収を可能にしつつ、鋼板の剛性低下や耐力低下、ボルト孔周囲の変形にともなう高力ボルトによる鋼板と添板との接合耐力の低下を抑制することができる。
しかしながら、添板に設ける長孔の大きさによっては、添板に変形（ボルト孔周囲の変形）が生じて高力ボルトによる鋼板と添板との接合耐力が低下する虞がある。

本発明は、一対の鋼材同士を高力ボルトと接続板を用いて接続する構造において、鋼材と接続板の変形を抑制することで、高力ボルトによる鋼材と接続板との接合耐力の低下を抑制することを課題とする。

本発明の第１態様の摩擦接合構造は、長尺な板状部を有し、互いの前記板状部の長手方向の端部同士が対向配置される一対の鋼材と、前記一対の鋼材の各々の前記板状部に厚み方向で重なり、重なり部分が高力ボルトによって前記板状部に締結されて前記一対の鋼材同士を接続する少なくとも一枚の接続板と、を備え、前記鋼材の前記接続板が重なる部分には、前記高力ボルトが貫通するボルト孔が複数形成されており、前記接続板には、少なくとも一方の前記鋼材の前記ボルト孔に対応する位置に前記高力ボルトが貫通する貫通孔として孔径が前記ボルト孔よりも大きい過大孔又は短径が前記ボルト孔以上の長孔が複数形成されており、前記高力ボルトが前記ボルト孔及び前記貫通孔を貫通する位置において、前記板状部の幅方向に沿った断面積よりも、全ての前記接続板の前記幅方向に沿った断面積の合計が大きい。
なお、ここでいう「断面積の合計」は、接続板が一枚の場合には、一枚の接続板の断面積を指す。

第１態様の摩擦接合構造では、一対の鋼材の各々の板状部に少なくとも一枚の接続板が厚み方向で重なり、接続板の重なり部分が高力ボルトによって板状部に締結されて、一対の鋼材同士が接続されている。
ここで、鋼材の接続板が重なる部分には、高力ボルトが貫通するボルト孔が複数形成されており、接続板には、少なくとも一方の鋼材のボルト孔に対応する位置に高力ボルトが貫通する貫通孔として孔径がボルト孔よりも大きい過大孔又は短径がボルト孔以上の長孔が複数形成されている。このため、上記摩擦接合構造では、高力ボルトを用いて一対の鋼材に接続板を接合する際にボルト孔の中心と貫通孔の中心がずれていても、過大孔又は長孔である貫通孔でずれを吸収できるので、施工誤差の吸収を可能としつつ鋼材に接続板を確実に接合することができる。
さらに、上記摩擦接合構造では、鋼材のボルト孔よりも接続板の貫通孔の面積を大きくしている、すなわち鋼材のボルト孔の面積を接続板の貫通孔よりも小さくしていることから、鋼材の剛性低下や耐力低下が抑制され、鋼材の変形（板状部のボルト孔周囲の変形）が抑制される。
一方、上記摩擦接合構造では、高力ボルトがボルト孔及び貫通孔を貫通する位置において、板状部の幅方向に沿った断面積に対して全ての接続板の幅方向（板状部の幅方向）に沿った断面積の合計を同等以上にしている。このため、例えば、板状部の幅方向に沿った断面積よりも全ての接続板の幅方向に沿った断面積の合計が小さい構造と比べて、接続板の変形（貫通孔周囲の変形）が抑制される。
以上のように、第１態様の摩擦接合構造では、鋼材（鋼材の板状部）の変形と接続板の変形が抑制されるため、高力ボルトによる鋼材と接続板との接合耐力の低下が抑制される。

本発明の第２態様の摩擦接合構造は、長尺な板状部を有し、互いの前記板状部の長手方向の端部同士が対向配置される一対の鋼材と、前記一対の鋼材の各々の前記板状部に厚み方向で重なり、重なり部分が高力ボルトによって前記板状部に締結されて前記一対の鋼材同士を接続する少なくとも一枚の接続板と、を備え、前記鋼材の前記接続板が重なる部分には、前記高力ボルトが貫通するボルト孔が複数形成されており、前記接続板には、少なくとも一方の前記鋼材の前記ボルト孔に対応する位置に前記高力ボルトが貫通する貫通孔として孔径が前記ボルト孔よりも大きい過大孔又は短径が前記ボルト孔以上の長孔が複数形成されており、以下の式（１）を満たす、摩擦接合構造。

但し、式（１）において、ｎ：ボルトの列数、Ｗ０：鋼材の板状部の幅、ｔ０：鋼材の板状部の厚み、ＲＷ０：ボルト孔の板状部の幅方向に沿った幅、ＲＬ０：ボルト孔の板状部の長手方向に沿った長さ、Ｎ：接続板の枚数、Ｗｋ：接続板の幅、ｔｋ：接続板の厚み、ＲＷｋ：貫通孔の板状部の幅方向に沿った幅、ＲＬｋ：貫通孔の板状部の長手方向に沿った長さである。

第２態様の摩擦接合構造では、一対の鋼材の各々の板状部に少なくとも一枚の接続板が厚み方向で重なり、接続板の重なり部分が高力ボルトによって板状部に締結されて、一対の鋼材同士が接続されている。

ここで、鋼材の接続板が重なる部分には、高力ボルトが貫通するボルト孔が複数形成されており、接続板には、少なくとも一方の鋼材のボルト孔に対応する位置に高力ボルトが貫通する貫通孔として孔径がボルト孔よりも大きい過大孔又は短径がボルト孔以上の長孔が複数形成されている。
このため、上記摩擦接合構造では、高力ボルトを用いて一対の鋼材に接続板を接合する際にボルト孔の中心と貫通孔の中心がずれていても、過大孔又は長孔である貫通孔でずれを吸収できるので、施工誤差の吸収を可能としつつ鋼材に接続板を確実に接合することができる。
さらに、上記摩擦接合構造では、鋼材のボルト孔よりも接続板の貫通孔の面積を大きくしている、すなわち鋼材のボルト孔の面積を接続板の貫通孔よりも小さくしていることから、鋼材の剛性低下や耐力低下が抑制され、鋼材の変形（板状部のボルト孔周囲の変形）が抑制される。
一方、上記摩擦接合構造では、鋼材の板状部の幅及び厚み、ボルト孔の幅及び長さ、接続板の幅及び厚み、貫通孔の幅及び長さ、接続板の枚数が式（１）を満たしている。このため、例えば、式（１）を満たさない構造と比べて、接続板の変形（貫通孔周囲の変形）が抑制される。
以上のように、第２態様の摩擦接合構造では、鋼材（鋼材の板状部）の変形と接続板の変形が抑制されるため、高力ボルトによる鋼材と接続板との接合耐力の低下が抑制される。

本発明の第３態様の摩擦接合構造は、第１態様又は第２態様の摩擦接合構造において、前記一対の鋼材の各々の前記板状部の厚み方向両側に前記接続板がそれぞれ重なっている。

第３態様の摩擦接合構造では、一対の鋼材の各々の板状部の厚み方向両側に接続板がそれぞれ重なっている、すなわち、一対の鋼材の各々の板状部を厚み方向両側から接続板で挟み込むため、例えば、各々の板状部の厚み方向片側にのみ接続板を重ねる構成と比べて、高力ボルトによる鋼材と接続板との接合耐力が向上する。

本発明の第４態様の摩擦接合構造は、第１態様〜第３態様のいずれか一態様の摩擦接合構造において、前記接続板には、前記貫通孔として前記長孔が複数形成されており、複数の前記長孔は、前記板状部の長手方向が長径方向である。

第４態様の摩擦接合構造では、接続板に形成された複数の長孔の長径方向が鋼材の板状部の長手方向とされている。このため、例えば、貫通孔として拡大孔を用いた構造と比べて、一対の鋼材間の対向距離のずれにともなう板状部のボルト孔の中心と接続板の貫通孔の中心のずれをより吸収することができる。

本発明の第５態様の摩擦接合構造は、第１態様〜第４態様のいずれか一態様の摩擦接合構造において、前記接続板の前記板状部側の板面には、摩擦面処理が施されている。
なお、ここでいう「摩擦面処理」とは、接続板の板面の摩擦係数を上昇させるための処理である。

第５態様の摩擦接合構造では、接続板の板状部側の板面に摩擦面処理が施されているので、高力ボルトの締め付けにより接続板の貫通孔周囲に生じる摩擦力が増加し、高力ボルトによる鋼材と接続板との接合耐力が向上する。

本発明の第６態様の継手構造は、第１態様〜第５態様のいずれか一態様の摩擦接合構造を適用した継手構造であって、前記鋼材は、鉄骨造の梁又は柱を構成する部材であり、
前記接続板に形成された複数の貫通孔のうち、前記梁又は柱の長手方向の端部側に位置する一方の前記鋼材のボルト孔に対応する貫通孔が該ボルト孔と同径又は該ボルト孔よりも大径な円孔とされ、前記梁又は柱の長手方向の端部側に対して反対側に位置する他方の前記鋼材のボルト孔に対応する貫通孔が前記円孔よりも大径な拡大孔又は短径が前記円孔の径以上の長孔とされている。

第６態様の継手構造では、第１態様〜第５態様のいずれか一態様の摩擦接合構造を適用していることから、鉄骨造の梁又は柱を構成する鋼材（鋼材の板状部）の変形と接続板の変形が抑制されるため、高力ボルトによる鋼材と接続板との接合耐力の低下が抑制される。
また、鉄骨造の梁又は柱では、長手方向の端部側に中央部側よりも曲げモーメントが大きく作用する。すなわち、梁又は柱を構成する鋼材においては、梁又は柱の長手方向の端部側に位置する鋼材よりも中央部側に位置する鋼材に曲げモーメントが大きく作用する。
ここで、第６態様の継手構造では、接続板に形成された複数の貫通孔のうち、梁又は柱の長手方向の端部側に位置する一方の鋼材のボルト孔に対応する貫通孔をボルト孔と同径又はボルト孔よりも大径な円孔とし、梁又は柱の長手方向の端部側に対して反対側に位置する他方の鋼材のボルト孔に対応する貫通孔を円孔よりも大径な拡大孔又は短径が円孔の径以上の長孔としている。このように接続板に形成される貫通孔の大きさを変えることで、梁又は柱を構成する鋼材に生じる曲げモーメントの大きさに応じて、高力ボルトによる鋼材と接続板との接合耐力を確保することができる。また、鉄骨造の梁又は柱を構成する鋼材よりもサイズの小さい接続板に長孔又は拡大孔を設けるため、例えば、鋼材に長孔又は拡大孔を設ける構造と比べて、鋼材の加工手間の増大が抑制される。

本発明の第７態様の継手構造は、第１態様〜第５態様のいずれか一態様の摩擦接合構造を適用した継手構造であって、前記鋼材は、ウェブ部と一対のフランジ部とを有するＨ形鋼であり、一対の前記鋼材において、対向配置される前記ウェブ部、対向配置される一方の前記フランジ部及び対向配置される他方の前記フランジ部がそれぞれ少なくとも一枚の前記接続板によって接続されている。

第７態様の継手構造では、一対のＨ形鋼において、対向配置されるウェブ部、対向配置される一方のフランジ部及び対向配置される他方のフランジ部がそれぞれ少なくとも一枚の接続板によって接続されている。ここで、継手構造では、第１態様〜第５態様のいずれか一態様の摩擦接合構造を適用しているため、Ｈ形鋼（Ｈ形鋼のウェブ部及び一対のフランジ部）の変形と接続板の変形が抑制されるため、高力ボルトによるＨ形鋼と接続板との接合耐力の低下が抑制される。

本発明の第８態様の摩擦接合部の設計方法は、長尺な板状部を有し、互いの前記板状部の長手方向の端部同士が対向配置される一対の鋼材と、前記一対の鋼材の各々の前記板状部に厚み方向で重なり、重なり部分が高力ボルトによって前記板状部に締結されて前記一対の鋼材同士を接続する少なくとも一枚の接続板と、を備える摩擦接合部の設計方法であって、以下の式（１）を満たすように、前記鋼材の前記接続板が重なる部分に、前記高力ボルトが貫通するボルト孔を複数形成し、前記接続板に、少なくとも一方の前記鋼材の前記ボルト孔に対応する位置に前記高力ボルトが貫通する貫通孔として孔径が前記ボルト孔よりも大きい過大孔又は短径が前記ボルト孔以上の長孔を複数形成する、摩擦接合部の設計方法。

但し、式（１）において、ｎ：ボルトの列数、Ｗ０：鋼材の板状部の幅、ｔ０：鋼材の板状部の厚み、ＲＷ０：ボルト孔の板状部の幅方向に沿った幅、ＲＬ０：ボルト孔の板状部の長手方向に沿った長さ、Ｎ：接続板の枚数、Ｗｋ：接続板の幅、ｔｋ：接続板の厚み、ＲＷｋ：貫通孔の板状部の幅方向に沿った幅、ＲＬｋ：貫通孔の板状部の長手方向に沿った長さである。

第８態様の摩擦接合部の設計方法では、式（１）を満たすように、鋼材の接続板が重なる部分に、高力ボルトが貫通するボルト孔を複数形成し、接続板に、少なくとも一方の鋼材のボルト孔に対応する位置に高力ボルトが貫通する貫通孔として孔径がボルト孔よりも大きい過大孔又は短径がボルト孔以上の長孔を複数形成する。式（１）を満たすように設計された摩擦接合部では、例えば、式（１）を満たさない摩擦接合部と比べて、接続板の変形（貫通孔周囲の変形）が抑制される。また、上記摩擦接合部の設計方法で設計された摩擦接合部では、高力ボルトを用いて一対の鋼材に接続板を接合する際にボルト孔の中心と貫通孔の中心がずれていても、過大孔又は長孔である貫通孔でずれを吸収できるので、施工誤差の吸収を可能としつつ鋼材に接続板を確実に接合することができる。さらに、鋼材のボルト孔よりも接続板の貫通孔の面積を大きくしている、すなわち鋼材のボルト孔の面積を接続板の貫通孔よりも小さくしていることから、鋼材の剛性低下や耐力低下が抑制され、鋼材の変形（板状部のボルト孔周囲の変形）が抑制される。
以上のように、第８態様の摩擦接合部の設計方法で設計された摩擦接合部では、鋼材（鋼材の板状部）の変形と接続板の変形が抑制されるため、高力ボルトによる鋼材と接続板との接合耐力の低下が抑制される。

本発明は、一対の鋼材同士を高力ボルトと接続板を用いて接続する構造において、鋼材と接続板の変形を抑制することで、高力ボルトによる鋼材と接続板との接合耐力の低下を抑制することができる。

（Ａ）本発明の第１実施形態の摩擦接合構造で用いられる鋼材の平面図である。（Ｂ）図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線断面図である。 （Ａ）本発明の第１実施形態の摩擦接合構造で用いられる第１接続板の平面図である。（Ｂ）図２（Ａ）の２Ｂ−２Ｂ線断面図である。 （Ａ）本発明の第１実施形態の摩擦接合構造で用いられる第２接続板の平面図である。（Ｂ）図３（Ａ）の３Ｂ−３Ｂ線断面図である。 本発明の第１実施形態の摩擦接合構造の平面図である。 本発明の第１実施形態の摩擦接合構造の側面図（図４の矢印５方向から見た図）である。 本発明の第１実施形態の摩擦接合構造の平面図（図５の矢印６方向から見た図）である。 図４の７−７線断面図である。 図４の８−８線断面の拡大図である。 一対の鋼材間の距離の誤差を接続板の長孔で吸収した状態を示す摩擦接合構造の平面図である。 図９の１０−１０線断面図である。 （Ａ）本発明の第１実施形態の摩擦接合構造で用いられる第１の接続板の変形例の平面図である。（Ｂ）図１１（Ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ線断面図である。 （Ａ）本発明の第１実施形態の摩擦接合構造で用いられる第２の接続板の変形例の平面図である。（Ｂ）図１２（Ａ）の１２Ｂ−１２Ｂ線断面図である。 本発明の第１実施形態の摩擦接合構造に変形例の高力ボルトを用いた場合の平面図である。 本発明の第１実施形態の摩擦接合構造に変形例の高力ボルトを用いた場合の側面図（図１３の矢印１４方向から見た図）である。 本発明の第２実施形態の継手構造を適用した一対のＨ形鋼の継手部分における側面図である。 本発明の第２実施形態の継手構造を適用した一対のＨ形鋼の継手部分における下面図（図１５の矢印１６方向から見た図）である。 図１５の１７−１７線断面図である。 本発明のその他の実施形態の継手構造を適用した一対のＨ形鋼の継手部分における側面図である。

（第１実施形態）
図面を用いて本発明の第１実施形態の摩擦接合構造及び摩擦接合部の設計方法について説明する。

図１〜図１０には、本実施形態の摩擦接合構造ＦＳ及び摩擦接合構造ＦＳで用いられる各種部材（鋼材、接続板及び締結部材等）について示されている。本実施形態の摩擦接合構造ＦＳは、一対の鋼材と接続板とを高力ボルトを用いて接合する構造である。本実施形態の摩擦接合構造ＦＳは、一対の鋼材２０と、接続板２６、３０と、高力ボルト３４と、を有している。

（鋼材２０）
鋼材２０は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示されるように、長尺な板状部２２を有する鋼板である。なお、図１（Ａ）では、鋼材２０の板状部２２の幅寸法を符号Ｗ０で示し、図１（Ｂ）では、鋼材２０の板状部２２の厚み寸法を符号ｔ０で示している。また、板状部２２の長手方向を矢印Ｌで示し、板状部２２の幅方向を矢印Ｗで示している。

鋼材２０の板状部２２には、高力ボルト３４（高力ボルト３４の軸部）が貫通するボルト孔２４が複数形成されている。具体的には、これらのボルト孔２４は、板状部２２の長手方向の端部２２Ａ側であって接続板２６及び接続板３０と厚み方向で重なる部分にそれぞれ形成されている。なお、本実施形態では、板状部２２の上記重なる部分にボルト孔２４が６つ形成されている。また、本実施形態のボルト孔２４は、円形の標準孔である。なお、図１（Ａ）では、ボルト孔２４の幅寸法を符号ＲＷ０で示し、ボルト孔２４の長さ寸法を符号ＲＬ０で示している。また、ボルト孔２４は、円形の標準孔のため、幅寸法ＲＷ０及び長さ寸法ＲＬ０が同じ値である。

また、一対の鋼材２０は、図４〜図６に示されるように、互いの板状部２２の端部２２Ａ同士が対向配置された状態で、接続板２６、３０と高力ボルト３４等によって接続されている。なお、本実施形態で用いられる高力ボルト３４は、高力六角ボルトである。

（接続板２６）
接続板２６は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、長尺な鋼板である。なお、図２（Ａ）では、接続板２６の幅寸法を符号Ｗ１で示し、図２（Ｂ）では、接続板２６の厚み寸法を符号ｔ１で示している。

接続板２６には、高力ボルト３４（高力ボルト３４の軸部）が貫通する貫通孔２８が複数形成されている。具体的には、これらの貫通孔２８は、接続板２６において板状部２２と厚み方向で重なる部分であってボルト孔２４に対応する位置にそれぞれ形成されている。なお、本実施形態では、接続板２６が対向配置される板状部２２とそれぞれ厚み方向で重なるため、接続板２６の上記重なる部分には、それぞれ貫通孔２８が６つずつ、合計１２個形成されている。

また、本実施形態の貫通孔２８は、長径方向が接続板２６の長手方向に沿う長孔であり、短径である幅寸法ＲＷ１がボルト孔２４の幅寸法ＲＷ０以上である。なお、図２（Ａ）では、貫通孔２８の幅寸法を符号ＲＷ１で示し、貫通孔２８の長さ寸法を符号ＲＬ１で示している。

接続板２６は、図４〜図６に示されるように、対向配置された板状部２２のそれぞれの一方の板面に重なり、高力ボルト３４等によって板状部２２に接合されている。

（接続板３０）
接続板３０は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるように、長尺な鋼板である。本実施形態では、同一の接続板３０を２枚用いている。なお、図３（Ａ）では、１枚の接続板３０の幅寸法を符号Ｗ２／２で示し、図３（Ｂ）では、接続板３０の厚み寸法を符号ｔ２で示している。ここで、接続板３０が複数枚ある場合、複数枚の接続板３０の幅の合計が幅寸法Ｗ２となる。

接続板３０には、高力ボルト３４（高力ボルト３４の軸部）が貫通する貫通孔３２が複数形成されている。具体的には、これらの貫通孔３２は、接続板３０において板状部２２と厚み方向で重なる部分であってボルト孔２４に対応する位置にそれぞれ形成されている。なお、本実施形態では、接続板３０が対向配置される板状部２２とそれぞれ厚み方向で重なるため、接続板３０の上記重なる部分には、それぞれ貫通孔３２が３つずつ、合計６個形成されている。

また、本実施形態の貫通孔３２は、長径方向が接続板３０の長手方向に沿う長孔であり、短径である幅寸法ＲＷ２がボルト孔２４の幅寸法ＲＷ０以上である。なお、図３（Ａ）では、貫通孔３２の幅寸法を符号ＲＷ２で示し、貫通孔３２の長さ寸法を符号ＲＬ２で示している。

接続板３０は、図４〜図６に示されるように、対向配置された板状部２２のそれぞれの他方の板面に重なり、高力ボルト３４等によって板状部２２に接合されている。具体的には、接続板２６と接続板３０とで対向配置された板状部２２を厚み方向両側からそれぞれ挟み込んだ状態で、それぞれ、貫通孔３２、ボルト孔２４、貫通孔２８を貫通し、軸部の先端３４Ａがナット３６にねじ込まれた高力ボルト３４によって鋼材２０の板状部２２と接続板２６及び接続板３０とが摩擦接合されている。なお、高力ボルト３４の頭部３４Ｂと接続板３０との間には、ワッシャ４０が配置され、ナット３６と接続板２６との間には、ワッシャ３８が配置されている。

また、図８に示されるように、本実施形態の摩擦接合構造ＦＳでは、高力ボルト３４がボルト孔２４及び貫通孔２８、３２を貫通する位置において、板状部２２の幅方向に沿った断面積に対して、全ての接続板２６、３０の幅方向に沿った断面積の合計が同等以上である。

また、本実施形態の摩擦接合構造ＦＳでは、以下の式（１）を満たしている。

但し、式（１）において、ｎ：ボルトの列数、Ｗ０：鋼材の板状部の幅、ｔ０：鋼材の板状部の厚み、ＲＷ０：ボルト孔の板状部の幅方向に沿った幅、ＲＬ０：ボルト孔の板状部の長手方向に沿った長さ、Ｎ：接続板の枚数、Ｗｋ：接続板の幅、ｔｋ：接続板の厚み、ＲＷｋ：貫通孔の板状部の幅方向に沿った幅、ＲＬｋ：貫通孔の板状部の長手方向に沿った長さである。なお、ここでいう「ボルトの列数」とは、ボルトの板状部の幅方向に沿った列を１列としたときの列数である。

ここで、本実施形態を式（１）に当てはめると、以下の式（２）となる。

なお、幅寸法Ｗ２は、２枚の接続板３０の幅寸法を足した値である。

次に、本実施形態の摩擦接合部の設計方法について説明する。
本実施形態の摩擦接合部の設計方法では、上記式（１）を満たすように、鋼材２０にボルト孔２４を複数形成し、接続板２６、３０に、ボルト孔２４に対応する位置に高力ボルト３４が貫通する貫通孔２８、３２を複数形成する。

次に本実施形態の作用並びに効果について説明する。

摩擦接合構造ＦＳでは、一対の鋼材２０の各々の板状部２２に接続板２６、３０が厚み方向で重なり、接続板２６、３０の重なり部分が高力ボルト３４によって板状部２２に締結されて、一対の鋼材２０同士が接続されている。
ここで、鋼材２０の接続板２６、３０が重なる部分には、高力ボルト３４が貫通するボルト孔２４が複数形成されており、接続板２６、３０には、ボルト孔２４に対応する位置に高力ボルト３４が貫通する貫通孔２８、３２として短径である幅寸法ＲＷ１、ＲＷ２がボルト孔２４以上の長孔が複数形成されている。このため、摩擦接合構造ＦＳでは、高力ボルト３４を用いて一対の鋼材２０に接続板２６、３０を接合する際にボルト孔２４の中心と貫通孔２８、３２の中心がずれていても、長孔である貫通孔２８、３２でずれを吸収できるので（図９及び図１０参照）、施工誤差の吸収を可能としつつ鋼材２０に接続板２６、３０を確実に接合することができる。
さらに、上記摩擦接合構造ＦＳでは、鋼材２０のボルト孔２４よりも接続板２６、３０の貫通孔２８、３２の面積を大きくしている、すなわち鋼材２０のボルト孔２４の面積を接続板２６、３０の貫通孔２８、３２よりも小さくしていることから、鋼材２０の剛性低下や耐力低下が抑制され、鋼材２０の変形（板状部２２のボルト孔２４周囲の変形）が抑制される。
一方、上記摩擦接合構造ＦＳでは、高力ボルト３４がボルト孔２４及び貫通孔２８、３２を貫通する位置において、板状部２２の幅方向に沿った断面積に対して全ての接続板２６、３０の幅方向（板状部２２の幅方向）に沿った断面積の合計を同等以上にしている。このため、例えば、板状部２２の幅方向に沿った断面積よりも全ての接続板２６、３０の幅方向に沿った断面積の合計が小さい構造と比べて、接続板２６、３０の変形（貫通孔２８、３２周囲の変形）が抑制される。
そして、摩擦接合構造ＦＳでは、鋼材２０の板状部２２の幅及び厚み、ボルト孔２４の幅及び長さ、接続板２６の幅及び厚み、貫通孔２８、３２の幅及び長さ、接続板２６、３０の枚数が式（１）を満たしている。このため、例えば、式（１）を満たさない構造と比べて、接続板２６、３０の変形（貫通孔２８、３２周囲の変形）が抑制される。
以上のように、摩擦接合構造ＦＳでは、鋼材２０（板状部２２）の変形と接続板２６、３０の変形が抑制されるため、高力ボルト３４による鋼材２０と接続板２６、３０との接合耐力の低下が抑制される。

また摩擦接合構造ＦＳでは、一対の鋼材２０の各々の板状部２２の厚み方向両側に接続板２６、３０がそれぞれ重なっている、すなわち、一対の鋼材２０の各々の板状部２２を厚み方向両側から接続板２６、３０で挟み込むため、例えば、各々の板状部２２の厚み方向片側にのみ接続板２６、３０を重ねる構成と比べて、高力ボルト３４による鋼材２０と接続板２６、３０との接合耐力が向上する。

さらに摩擦接合構造ＦＳでは、接続板２６、３０に形成された複数の貫通孔（長孔）２８、３２の長径方向が鋼材２０の板状部２２の長手方向とされている。このため、一対の鋼材２０間の対向距離のずれにともなう板状部２２のボルト孔２４の中心と接続板２６、３０の貫通孔２８、３２の中心のずれを吸収することができる。

（第１実施形態の変形例）
第１実施形態の摩擦接合構造ＦＳでは、接続板２６、３０にそれぞれ長孔である貫通孔２８、３２を形成しているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、図１１及び図１２に示されるように、接続板２６、３０にそれぞれ拡大孔である貫通孔４２、４４を形成してもよい。貫通孔４２、４４を拡大孔とすることで、一対の鋼材２０の各々の板状部２２のボルト孔２４のずれと板状部２２の幅方向のずれを吸収可能となる。また、長孔と比べて、拡大孔とすることで、接続板２６、３０に設ける貫通孔４２、４４の加工手間が小さくなる。

第１実施形態では、接続板２６の板面及び接続板３０の板面には、浮きさびを除去した赤さび面等の摩擦面処理を施している。摩擦面処理とは、対象となる板面の摩擦係数を上昇させる処理であり、本発明はこの構成に限定されない。例えば、接続板２６の板状部２２側の板面及び接続板３０の板状部２２側の板面の一方または両方に対して、例えば、アルミ溶射、ブラスト処理を施してもよい。鋼材が亜鉛めっき処理されている場合は、リン酸塩処理を施すこともできる。なお、摩擦面処理は、対象となる板面の一部に実施してもよいし、全面に実施してもよい。このように接続板２６、３０の板状部２２側の板面に摩擦面処理を施すことで、接続板２６、３０の貫通孔２８の周囲及び貫通孔３２の周囲における摩擦力が増加し、高力ボルト３４による鋼材２０と接続板２６、３０との接合耐力が向上する。

第１実施形態では、ワッシャ３８及びワッシャ４０の外径及び厚みについて特に限定していないが、ワッシャ３８及びワッシャ４０の外径ＷＲ１、ＷＲ２については、ボルト呼び径の２．５倍以上に設定し、且つ、ワッシャ３８及びワッシャ４０の厚みＷｔ１、Ｗｔ２については、ボルト呼び径の０．３倍以上に設定することが好ましい。具体的には、ワッシャ３８の外径ＷＲ１はボルト呼び径の２．５倍〜５．０倍の範囲内に設定することが好ましい。また、ワッシャ４０の外径ＷＲ２についてもワッシャ３８の外径ＷＲ１と同様の範囲内に設定することが好ましい。そして、ワッシャ３８の厚みＷｔ１はボルト呼び径の０．３倍〜１．０倍の範囲内に設定することが好ましい。また、ワッシャ４０の厚みＷｔ２についてもワッシャ３８の厚みＷｔ１と同様の範囲内に設定することが好ましい。
ここで、ワッシャ３８及びワッシャ４０の外径ＷＲ１、ＷＲ２がボルト呼び径の２．５倍以上、且つ、ワッシャ３８及びワッシャ４０の厚みＷｔ１、Ｗｔ２がボルト呼び径の０．３倍以上の場合、高力ボルト３４による鋼材２０と接続板２６、３０との接合耐力が向上する。具体的には、ワッシャ３８の外径ＷＲ１が大きくなることで接続板２６との接触面積が増え、ワッシャ３８の厚みＷｔ１が増えることでワッシャ３８の曲げ剛性が大きくなるため、ワッシャ３８の変形が抑制される。同様に、ワッシャ４０の外径ＷＲ２が大きくなることで接続板３０との接触面積が増え、ワッシャ４０の厚みＷｔ２が増えることでワッシャ４０の曲げ剛性が大きくなるため、ワッシャ４０の変形が抑制される。これらにより、高力ボルト３４の張力によりワッシャ４０と接続板２６、３０の間、また、接続板２６、３０と鋼材２０の間に生じる支圧応力の分布領域が拡がり、鋼材２０と接続板２６、３０との間の摩擦力（高力ボルト摩擦接合部のすべり耐力）が高まるため、鋼材２０と接続板２６、３０との接合耐力が向上する。
なお、第１実施形態におけるワッシャ３８及びワッシャ４０は円形状であるが、矩形状であってもよい。ワッシャ３８及びワッシャ４０が矩形状の場合は内接する円の直径をボルト呼び径の２．５倍以上とすればよい。

第１実施形態では、高力ボルト３４として高力六角ボルトを用いているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、図１３及び図１４に示されるように、高力ボルト４６としてトルシア形高力ボルトを用いてもよい。高力ボルト４６を用いる場合、ナット４８側のワッシャ５０と接続板２６との間に支圧応力拡大用の板座金５４を配置し、頭部４６Ｂと接続板３０との間にも支圧応力拡大用の板座金５２を配置する。また、板座金５２は、前述のワッシャ３８と同等の外径及び厚みとすることが好ましく、板座金５４は、前述のワッシャ４０と同等の外径及び厚みとすることが好ましい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の継手構造ＪＳについて説明する。この継手構造ＪＳは、第１実施形態の摩擦接合構造ＦＳを適用した継手構造であり、高力ボルト３４によって一対のＨ形鋼６０を接続板２６、３０で接続するものである。なお、本実施形態におけるＨ形鋼６０は、本発明における鋼材の一例である。

図１５〜図１７に示されるように、Ｈ形鋼６０は、ウェブ部６２と、一対のフランジ部６４、６６とを有している。このＨ形鋼６０は、例えば、鉄骨造の梁又は柱等に用いられる構造部材である。なお、本実施形態のウェブ部６２及び一対のフランジ部６４、６６は、それぞれ本発明における板状部の一例である。また、ウェブ部６２及び一対のフランジ部６４、６６には、第１実施形態の鋼材２０と同様にボルト孔２４が形成されている。

図１５及び図１６に示されるように、本実施形態の継手構造ＪＳでは、一対のＨ形鋼６０の長手方向の端部同士が隙間をあけて対向配置されている。また、一対のＨ形鋼６０において、ウェブ部６２、対向配置される一方のフランジ部６４（図１７では、上方に位置するフランジ部）及び対向配置される他方のフランジ部６６（図１７では、下方に位置するフランジ部）がそれぞれ接続板２６、３０によって接続されている。具体的には、対向配置されるウェブ部６２に対して厚み方向両側から一対の接続板２６が重なり、高力ボルト３４によってウェブ部６２と一対の接続板２６が接合されている。また、対向配置されるフランジ部６４に対してウェブ部６２側の内面にウェブ部６２を挟んで一組の接続板３０がそれぞれ重なり、ウェブ部６２側と反対側の外面に接続板２６が重なり、高力ボルト３４によってフランジ部６４と接続板２６、３０とが接合されている。さらに、対向配置されるフランジ部６６に対してウェブ部６２側の内面にウェブ部６２を挟んで一組の接続板３０がそれぞれ重なり、ウェブ部６２側と反対側の外面に接続板２６が重なり、高力ボルト３４によってフランジ部６４と接続板２６、３０とが接合されている。

次に本実施形態の作用並びに効果について説明する。なお、第１実施形態の摩擦接合構造ＦＳを用いることで得られる作用効果については、適宜その説明を省略する。
本実施形態の継手構造ＪＳでは、一対のＨ形鋼６０において、対向配置されるウェブ部６２、対向配置されるフランジ部６４、６６がそれぞれ接続板２６、３０によって接続されている。ここで、継手構造ＪＳでは、第１実施形態の摩擦接合構造ＦＳを用いているため、Ｈ形鋼６０（ウェブ部６２及び一対のフランジ部６４、６６）の変形と接続板２６、３０の変形が抑制されるため、高力ボルト３４によるＨ形鋼６０と接続板２６、３０との接合耐力の低下が抑制される。

（その他の実施形態）
第２実施形態では、鋼材としての一対のＨ形鋼６０の接続に高力ボルト３４及び接続板２６、３０を用いているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、図１８に示されるように、鋼材の一例としてのＨ形鋼６０と、鋼材の他の例としてのＨ形断面形状の取付部７０との接続に接続板８０、８４を用いてもよい。取付部７０は、Ｈ形鋼６０を梁材としたとき、例えば、柱等に設けられる梁材の端部材である。この取付部７０は、Ｈ形鋼６０と同様に、ウェブ部７２と、一対のフランジ部７４、７６とを有している。なお、ウェブ部７２と、一対のフランジ部７４、７６にそれぞれ設けられるボルト孔２４（図１８では省略）は、Ｈ形鋼６０に形成されるボルト孔２４と同じである。一方、接続板８０、８４には、Ｈ形鋼６０と取付部７０のそれぞれのボルト孔２４に対応した位置に貫通孔８２が設けられている。この貫通孔８２は、梁材の端部側に位置する取付部７０のボルト孔２４に対応する貫通孔８２Ａが取付部７０のボルト孔と同径又はボルト孔よりも若干大径な円孔とされ、梁材の端部側と反対側（例えば、梁材の中央部側）に位置するＨ形鋼６０のボルト孔２４に対応する貫通孔８２Ｂは短径が貫通孔８２Ａの径以上の長孔とされている。ここで、鉄骨造の梁又は柱では、長手方向の端部側に中央部側よりも曲げモーメントが大きく作用する。すなわち、梁又は柱を構成する鋼材においては、梁又は柱の長手方向の端部側に位置する鋼材よりも中央部側に位置する鋼材に曲げモーメントが大きく作用する。このため、接続板８０にそれぞれ形成された複数の貫通孔８２のうち、接続板８０の貫通孔８２Ａを取付部７０のボルト孔と同径又はボルト孔よりも大径な円孔として接合力を高め、貫通孔８２Ｂを短径が貫通孔８２Ａの径以上の長孔としている。このように接続板８０に形成される貫通孔８２の大きさを変えることで、梁や柱を構成する鋼材に生じる曲げモーメントの大きさに応じて、高力ボルト３４による鋼材と接続板８０との接合耐力を確保することができる。また、鉄骨造の梁や柱を構成する鋼材よりもサイズの小さい接続板８０に長孔を設けるため、例えば、鋼材に長孔又は拡大孔を設ける構造と比べて、鋼材の加工手間の増大が抑制される。なお、貫通孔８２は、長孔の代わりに拡大孔としてもよい。また、接続板８４にも接続板８０と同様の構成の貫通孔が形成されている。
なお、上記実施形態では、取付部７０を、柱等に設けられる梁材の端部材としているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、Ｈ形鋼６０を柱材とし、取付部７０梁等に設けられる柱材の端部材としてもよい。

前述の摩擦接合構造ＦＳでは、一対の鋼材２０の厚み方向の両側にそれぞれ接続板２６、３０を重ねているが、本発明はこの構成に限定されない。一対の鋼材２０の厚み方向の一方側に１枚の接続板（接続板２６又は一組の接続板３０）を重ねる構成としてもよいし、複数枚の接続板を重ねる構成としてもよい。さらに、一対の鋼材２０の厚み方向の両側にそれぞれ複数枚の接続板を重ねてもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

２０ 鋼材
２２ 板状部
２２Ａ 長手方向の端部
２４ ボルト孔
２６ 接続板
２８ 貫通孔（長孔）
３０ 接続板
３２ 貫通孔（長孔）
３４ 高力ボルト
４２ 貫通孔（拡大孔）
４６ 高力ボルト
６０ Ｈ形鋼（鋼材）
６２ ウェブ部
６４ フランジ部
６６ フランジ部
７０ 取付部（鋼材）
７２ ウェブ部
７４ フランジ部
８０ 接続板
８２ 貫通孔
８２Ａ 貫通孔
８２Ｂ 貫通孔
ＦＳ 摩擦接合構造
ＪＳ 継手構造

Claims (8)

1. 長尺な板状部を有し、互いの前記板状部の長手方向の端部同士が対向配置される一対の鋼材と、
   前記一対の鋼材の各々の前記板状部に厚み方向で重なり、重なり部分が高力ボルトによって前記板状部に締結されて前記一対の鋼材同士を接続する少なくとも一枚の接続板と、
   を備え、
   前記鋼材の前記接続板が重なる部分には、前記高力ボルトが貫通するボルト孔が複数形成されており、
   前記接続板には、少なくとも一方の前記鋼材の前記ボルト孔に対応する位置に前記高力ボルトが貫通する貫通孔として孔径が前記ボルト孔よりも大きい過大孔又は短径が前記ボルト孔以上の長孔が複数形成されており、
   前記高力ボルトが前記ボルト孔及び前記貫通孔を貫通する位置において、前記板状部の幅方向に沿った断面積に対して全ての前記接続板の前記幅方向に沿った断面積の合計が同等以上である、摩擦接合構造。
2. 長尺な板状部を有し、互いの前記板状部の長手方向の端部同士が対向配置される一対の鋼材と、
   前記一対の鋼材の各々の前記板状部に厚み方向で重なり、重なり部分が高力ボルトによって前記板状部に締結されて前記一対の鋼材同士を接続する少なくとも一枚の接続板と、
   を備え、
   前記鋼材の前記接続板が重なる部分には、前記高力ボルトが貫通するボルト孔が複数形成されており、
   前記接続板には、少なくとも一方の前記鋼材の前記ボルト孔に対応する位置に前記高力ボルトが貫通する貫通孔として孔径が前記ボルト孔よりも大きい過大孔又は短径が前記ボルト孔以上の長孔が複数形成されており、
   以下の式（１）を満たす、摩擦接合構造。
   

   

   但し、式（１）において、ｎ：ボルトの列数、Ｗ０：鋼材の板状部の幅、ｔ０：鋼材の板状部の厚み、ＲＷ０：ボルト孔の板状部の幅方向に沿った幅、ＲＬ０：ボルト孔の板状部の長手方向に沿った長さ、Ｎ：接続板の枚数、Ｗｋ：接続板の幅、ｔｋ：接続板の厚み、ＲＷｋ：貫通孔の板状部の幅方向に沿った幅、ＲＬｋ：貫通孔の板状部の長手方向に沿った長さである。
3. 前記一対の鋼材の各々の前記板状部の厚み方向両側に前記接続板がそれぞれ重なっている、請求項１又は請求項２に記載の摩擦接合構造。
4. 前記接続板には、前記貫通孔として前記長孔が複数形成されており、
   複数の前記長孔は、前記板状部の長手方向が長径方向である、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の摩擦接合構造。
5. 前記接続板の前記板状部側の板面には、摩擦面処理が施されている、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の摩擦接合構造。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の摩擦接合構造を適用した継手構造であって、
   前記鋼材は、鉄骨造の梁又は柱を構成する部材であり、
   前記接続板に形成された複数の貫通孔のうち、前記梁又は柱の長手方向の端部側に位置する一方の前記鋼材のボルト孔に対応する貫通孔が該ボルト孔と同径又は該ボルト孔よりも大径な円孔とされ、前記梁又は柱の長手方向の端部側に対して反対側に位置する他方の前記鋼材のボルト孔に対応する貫通孔が前記円孔よりも大径な拡大孔又は短径が前記円孔の径以上の長孔とされている、継手構造。
7. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の摩擦接合構造を適用した継手構造であって、
   前記鋼材は、ウェブ部と一対のフランジ部とを有するＨ形鋼であり、
   一対の前記鋼材において、対向配置される前記ウェブ部、対向配置される一方の前記フランジ部及び対向配置される他方の前記フランジ部がそれぞれ少なくとも一枚の前記接続板によって接続されている、継手構造。
8. 長尺な板状部を有し、互いの前記板状部の長手方向の端部同士が対向配置される一対の鋼材と、前記一対の鋼材の各々の前記板状部に厚み方向で重なり、重なり部分が高力ボルトによって前記板状部に締結されて前記一対の鋼材同士を接続する少なくとも一枚の接続板と、を備える摩擦接合部の設計方法であって、
   以下の式（１）を満たすように、
   前記鋼材の前記接続板が重なる部分に、前記高力ボルトが貫通するボルト孔を複数形成し、
   前記接続板に、少なくとも一方の前記鋼材の前記ボルト孔に対応する位置に前記高力ボルトが貫通する貫通孔として孔径が前記ボルト孔よりも大きい過大孔又は短径が前記ボルト孔以上の長孔を複数形成する、摩擦接合部の設計方法。
   

   

   但し、式（１）において、ｎ：ボルトの列数、Ｗ０：鋼材の板状部の幅、ｔ０：鋼材の板状部の厚み、ＲＷ０：ボルト孔の板状部の幅方向に沿った幅、ＲＬ０：ボルト孔の板状部の長手方向に沿った長さ、Ｎ：接続板の枚数、Ｗｋ：接続板の幅、ｔｋ：接続板の厚み、ＲＷｋ：貫通孔の板状部の幅方向に沿った幅、ＲＬｋ：貫通孔の板状部の長手方向に沿った長さである。

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