JP2022031213A - 接合構造およびボルト - Google Patents

Abstract

【課題】ボルトの剪断耐力を利用して、鋼材同士にズレが生じることを抑制することを可能とした接合構造と、この接合構造に使用するボルトとを提案する。【解決手段】重ねられた部材同士をボルト５により接合する接合構造１である。一方の部材にはボルト５の軸部５２を挿通し、ボルト５の頭部５１を係止可能な貫通孔２１が形成されている。他方の部材には、ボルト５の軸部５２を螺合可能な雌ネジ部４３が形成されている。頭部５１の外面には軸部５２に近付くにしたがって縮径するテーパーが形成されており、軸部５２は雌ネジ部４３に螺合する雄ネジ部５４と、頭部５１と雄ネジ部５４との間に形成された剪断変形部５５とが形成されている。貫通孔２１の内面には、ボルト５の頭部のテーパーと同等のテーパーが形成されている。雌ネジ部４３の剪断変形部５５に対応する部分の内径は、剪断変形部５５の外径よりも大きい。【選択図】図４

Description

本発明は、鋼材同士を接合するための接合構造およびこれに使用するボルトに関する。

従来、鋼材同士を接合する場合に、リベットを利用するのが一般的であった。リベットによる接合構造は、鋼材に形成された孔を熱したリベットで埋めることで、がたつきが生じないように部材同士を接合するものである。孔に隙間なく差し込まれたリベットは剪断力により部材同士を接合する。

ところが、高温に熱したリベットは、慎重に取り扱う必要があるため、高所での作業や不安定な場所での作業では、施工に手間がかかる。また、リベットを熱するための装置を現場に配設する必要があり、費用もかかる。そのため、リベットを利用した接合構造は、早期施工および工事費削減の妨げになっていた。

一方、現在では、鋼材同士の接合構造として、高力ボルトを利用した摩擦接合が一般的に採用されている（例えば特許文献１参照）。摩擦接合では、鋼材同士を重ねた状態で、両鋼材を高力ボルトで締め付けることで、鋼材同士の当接面での摩擦力により接合部におけるズレを抑制している。よって、ボルト孔径よりボルト径が小さくクリアランスがあっても性能上、問題ないので施工誤差を考慮した大きめのクリアランスで施工しているので施工上も問題はない。しかし摩擦接合は、必要な摩擦力を確保するために、摩擦面と締付力を適正に管理する必要があるため、施工に技能や手間がかかる。

特開２０１８－１６８６５３号公報

ボルトによる剪断接合において、鋼材同士の接合は、複数のボルトを利用して接合する必要があるが、製造時の誤差や施工誤差などにより、ボルト孔同士の位置にズレが生じる場合がある。ボルト孔にズレがあると、ボルトを挿入することができなくなる。そのため、ボルト孔を大きくするなど、誤差を吸収可能なクリアランスを確保するのが一般的である。しかしながら、ボルト孔にクリアランスを確保すると、接合部に荷重が作用した際にクリアランス分のズレが生じるおそれがある。接合部においてズレが生じると、構造物に変形が生じてしまう。

本発明は、ボルトによる剪断接合において、鋼材同士にズレが生じることを抑制することを可能とした接合構造と、この接合構造に使用するボルトとを提案することを課題とする。

このような課題を解決する本発明の接合構造は、ボルトの軸部を挿通し当該ボルトの頭部を係止可能な貫通孔が形成された一方の部材と、前記軸部を螺合可能な雌ネジ部が形成された他方の部材とを重ねた状態で接合するものである。ボルトの頭部の外面には軸部に近付くにしたがって縮径する傾斜面が形成されている。また、ボルトの軸部には、雌ネジ部に螺合する雄ネジ部と前記頭部と前記雄ネジ部との間に形成された剪断変形部とが形成されている。また、前記貫通孔の内面には、前記頭部の傾斜面と同等の傾斜面が形成されている。さらに、前記雌ネジ部の少なくとも前記剪断変形部に対応する部分の最小内径は、前記剪断変形部の最大外径よりも大きい。

かかる接合構造によれば、貫通孔の内面にボルトの頭部を係止可能なテーパー（傾斜面）が形成されていて、この貫通孔は雄ネジ部のネジ径に対して大きな内径を有しているため、貫通孔の中心軸と雌ネジ部の中心軸との位置にズレがあったとしても雄ネジ部を雌ネジ部に螺合しやすい。ボルトは、頭部にテーパー（傾斜面）を有しているため、雌ネジ部に螺合することで、貫通孔の内面に頭部が密着する。このとき、雌ネジ部と貫通孔との位置（中心軸）のズレは、剪断変形部が所要の剪断力により剪断変形することにより吸収する。そのため、接合部に所要の剪断力より小さい外力が作用したとしても、部材同士の間にズレが生じることがない。

このような接合構造に使用するボルトは、外面に軸部に近付くにしたがって縮径するテーパーが形成された頭部と、外面にネジが形成された雄ネジ部、および前記雄ネジ部と前記頭部との間において前記雄ネジ部のネジ山の谷径よりも小さい外径の剪断変形部とが形成されたものであるのが望ましい。前記剪断変形部の外径が、前記雄ネジ部のネジ山の谷径よりも小さければ、雄ネジ部を損傷することなく、剪断変形部において剪断変形することができる。

前記接合構造は、第一鋼管（一方の部材）と、端部に接合鋼板（他方の部材）が固定された第二鋼管とを接合するものであってもよい。このとき、前記接合鋼板は、一部が前記第二鋼管の先端から突出した状態で当該第二の鋼管の内面に固定されていて、前記第一鋼管と前記第二鋼管との端面同士を突き合せることで前記第一鋼管の内面に重ねられた前記接合鋼板を前記第一鋼管に接合する。こうすることで、鋼管同士をがたつきが生じないように接合することができる。

また、第二の発明に係るボルトは、頭部と、軸部とを備えており、前記軸部は、前記頭部側に設けられた基部と、外面にネジが形成された前記基部よりも細い外径の雄ネジ部と、前記雄ネジ部と前記頭部との間に形成されて前記雄ネジ部よりも小さい外径を有する剪断変形部と、前記基部と前記剪断変形部との間に形成されて前記剪断変形部に近付くにしたがって縮径する傾斜面を有するテーパー部とを備えている。前記剪断変形部の外径は、前記雄ネジ部のネジ山の谷径よりも小さくするのが望ましい。

第二の発明に係るボルトを利用した接合構造は、重ねられた部材同士を接合するものであって、一方の前記部材には前記ボルトの軸部を挿通可能な貫通孔が形成されており、他方の前記部材には前記雄ネジ部を螺合可能な雌ネジ部を有するネジ孔が形成されていて、前記ネジ孔の少なくとも前記剪断変形部に対応する部分の最小内径が前記剪断変形部の最大外径よりも大きい。この接合構造では、前記貫通孔または前記ネジ孔の内面に前記テーパー部の傾斜面と同等の傾斜面が形成されているのが望ましい。

本発明の接合構造およびボルトによれば、施工時の手間を低減し、かつ、ボルトの剪断耐力を利用して鋼材同士にズレが生じることを抑制することが可能となる。

（ａ）は第一実施形態に係る接合構造の一例を示す斜視図であって、（ｂ）は接合構造の分解斜視図である。 第一実施形態の接合構造を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。 （ａ）は図２（ａ）のＡ－Ａ断面図、（ｂ）は図２（ａ）のＢ－Ｂ断面図である。 （ａ）は接合構造のボルトを示す拡大断面図、（ｂ）はボルトの頭部を上方から望む平面図である。 接合構造の一部を示す断面図である。 第二実施形態の接合構造を示す断面図である。 図６の分解図である。 貫通孔とボルトの軸部とのクリアランスを示す平断面図である。 （ａ）はボルトの設置状況を示す断面図、（ｂ）はボルトの設置後を示す断面図である。 他の形態に係る接合構造の例を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＤ－Ｄ断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ－Ｅ断面図である。 （ａ）は他の形態に係る接合構造の一部を示す拡大断面図、（ｂ）は（ａ）の分解断面図である。 他の形態に係る接合構造の一部を示す拡大断面図である。 （ａ）は他の形態に係るボルトを示す側面図、（ｂ）はボルトの頭部を上方から望む平面図である。 （ａ）はその他の形態に係るボルトを示す側面図、（ｂ）はボルトの頭部を上方から望む平面図である。

＜第一実施形態＞
第一実施形態では、鋼管柱を構成する鋼管同士の接合構造１について説明する。図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の接合構造１は、上下に配設された同断面の角鋼管（第一鋼管２および第二鋼管３）同士を、互いの端面を突き合せた状態で接合する。第一鋼管２および第二鋼管３は、接合構造１により一体に接合されている。本実施形態の接合構造１は、第一鋼管２（一方の部材）と、第二鋼管３の端部に固定された接合鋼板４（他方の部材）とをボルト５により接合するものである。

図２（ａ）に示すように、第一鋼管２の下端部（第二鋼管３側の端部）には、各面に上下三段横二列（計六カ所）の貫通孔２１が形成されている。貫通孔２１は、図２（ｂ）、図３（ａ）および図４（ａ）に示すように、ボルト５の軸部５２を挿通し、ボルト５の頭部５１を収納した状態で係止可能な形状を有している。すなわち、貫通孔２１の最小内径は、ボルト５の軸部５２の最大外径である雄ネジ部５４の外径よりも２ｍｍ（高力ボルト接合で実績のある孔クリアランスであって、ボルト外径が２７ｍｍ以上では３ｍｍ）ほど大きくしておく。図４（ａ）に示すように、貫通孔２１の内面には、傾斜面（テーパー）が形成されている。本実施形態の貫通孔２１のテーパーは、勾配の縦横比が５：１（貫通孔２１の中心軸に対して１１．３°）であるが、貫通孔２１の勾配は、貫通孔２１の中心軸に対して４５°以下、好ましくは１０°以上３０°以下であれば限定されるものではない。

図２（ｂ）に示すように、第二鋼管３の上端部（第一鋼管２側の端部）の内面には、接合鋼板４が固定されている。接合鋼板４は、第二鋼管３の内面に基部４１が固定されていて、その他の部分（突出部４２）が第二鋼管３の先端から突出している。また、第二鋼管３の上端部の各面には、それぞれ２本ずつスリット３１，３１が形成されている。スリット３１は、図２および図３（ｂ）に示すように、接合鋼板４を第二鋼管３の内面に溶接するための溝である。本実施形態のスリット３１の長さ（第二鋼管３の軸方向に沿った長さ）は、接合鋼板４の基部４１の長さ以下とする。なお、スリット３１の幅および長さは限定されるものではなく、接合鋼板４を一体に固定することが可能な形状を確保する寸法とする。

接合鋼板４は、図２（ｂ）に示すように、第一鋼管２と第二鋼管３との内面に重ねられた状態で、両鋼管にまたがって配設されている。図３（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態では、第二鋼管３の各面にそれぞれ接合鋼板４が固定されている。接合鋼板４の基部４１は、スリット３１を利用して、第二鋼管３の内面に溶接されている。すなわち、接合鋼板４は、第二鋼管３の内面に当接させた状態で、スリット３１により外側に露出した部分を、図３（ｂ）に示すように、スリット３１との角部に対して第二鋼管３の外側から溶接する。また、四枚の接合鋼板４，４，…は、縁同士の当接部（側面同士により形成された角部）において溶接されていて、筒状を呈している。なお、鋼管の精度に対応するため、接合鋼板４の基部４１と第二鋼管３の内面は（１ｍｍ程度）隙間を空けて溶接してくとよい。また、接合鋼板４同士は、必ずしも溶接する必要はない。

図１（ｂ）および図２（ｂ）に示すように、接合鋼板４の突出部４２には、上下三段横二列（計六カ所）の雌ネジ部４３，４３，…が形成されている。雌ネジ部４３は、第一鋼管２の貫通孔２１の位置に対応しており、第一鋼管２と第二鋼管３との端面同士を突き合せると、接合鋼板４の雌ネジ部４３と第一鋼管２の貫通孔２１とが連通する。図４（ａ）に示すように、雌ネジ部４３の内面には、ボルト５の雄ネジ部５４を螺合可能な雌ネジが全長（接合鋼板の厚さ方向の長さ）にわたって形成されている。

ボルト５は、図４（ａ）に示すように、貫通孔２１に係止される頭部５１と、雌ネジ部４３に螺合される軸部５２とを備えている。
頭部５１の外面には、軸部５２に近付くにしたがって縮径する傾斜面（テーパー）が形成されている。頭部５１の外面に形成されたテーパーの勾配は、貫通孔２１のテーパー（内壁面）の勾配と同等（縦横比が５：１）とする。また、頭部５１のテーパーの長さは、貫通孔２１のテーパーの長さと同等する。すなわち、ボルト５の頭部５１は、貫通孔２１に挿入した状態で、略全体が、貫通孔２１に収まる形状を有している。頭部５１には、図４（ｂ）に示すように、上面に開口する平面視六角形状の凹部（六角穴）５３が形成されている。ボルト５は、凹部５３を利用して、六角棒レンチなどの工具による締め付けが可能である。

軸部５２には、図４（ａ）に示すように、外面にネジ（雄ネジ）が形成された雄ネジ部５４と、雄ネジ部５４と頭部５１との間に形成された剪断変形部５５とが形成されている。
剪断変形部５５の外面には雄ネジを有しておらず、剪断変形部５５の外径は、雄ネジ部５４の谷径よりも小さくする。そのため、剪断変形部５５の外径は、雌ネジ部４３の内径よりも小さい。すなわち、軸部５２の軸心と、雌ネジ部４３の軸心とが一致した状態でボルト５を雌ネジ部４３に螺合すると、剪断変形部５５の外面と雌ネジ部４３との間に、剪断変形部５５の外径を雄ネジ部５４の谷径よりも小さくした寸法の隙間が形成される。剪断変形部５５と雌ネジ部４３との隙間の大きさは、隣り合う雌ネジ部４３同士の孔間寸法Ｐ２と隣り合う貫通孔２１同士の孔間寸法Ｐ１との差の１／２程度とするのが望ましい（図５参照）。

接合構造１は、まず、第二鋼管３の端部に接合鋼板４の基部４１を溶接する。接合鋼板４は、施工個所において所定の位置に建て込まれた第二鋼管３の上端に溶接してもよいし、予め第二鋼管３の端部に溶接してから、第二鋼管３を所定の位置に建て込んでもよい。次に、第二鋼管３の上方から第一鋼管２を接合する。第二鋼管３の端面を第一鋼管２の端面に突き合せるとともに、第二鋼管３に固定された接合鋼板４の突出部４２を第一鋼管２の内空に挿入する。突出部４２が第一鋼管２の内部に挿入されることで、突出部４２が第二鋼管３の内面に添接された状態となる。続いて、貫通孔２１を貫通させたボルト５の軸部５２を雌ネジ部４３に締結することにより、第一鋼管２と第二鋼管３（接合鋼板４）とを固定する。

図５に示すように、隣り合う貫通孔２１同士の孔間寸法Ｐ１の大きさと、隣り合う雌ネジ部４３同士の孔間寸法Ｐ２の大きさとに差がある場合であっても、剪断変形部５５においてボルト５が変形することで、ボルト５の頭部５１が貫通孔２１の内面に密着した状態で、第一鋼管２と接合鋼板４（第二鋼管３）を接合できる。すなわち、雌ネジ部４３より小さく、雌ネジ部４３の内径との間に隙間を有した剪断変形部５５において変形することで、貫通孔２１と雌ネジ部４３との間の寸法差を吸収することができる。このとき、剪断変形部５５では、貫通孔２１同士の孔間寸法Ｐ１と雌ネジ部４３同士の孔間寸法Ｐ２との差の１／２である調整寸法ΔＴ（＝（Ｐ１－Ｐ２）／２）分の変位が生じることで、ズレを吸収する。

本実施形態の接合構造１によれば、ボルト５の頭部５１のテーパーと同形状のテーパーが貫通孔２１の内面に形成されているため、ボルト５の頭部５１が貫通孔２１に係止されて、ボルト５と第一鋼管２との間での力の伝達が確保されている。一方、雌ネジ部４３にボルト５の軸部５２を締結することで、ボルト５と接合鋼板４との間で力の伝達が可能となる。その結果、第一鋼管２と接合鋼板４は、ボルト５を介して力の伝達が可能に接合される。また、接合鋼板４は、第二鋼管３に溶接されているため、第一鋼管２と第二鋼管３とが接合鋼板４を介して接合される。第一鋼管２と接合鋼板４（第二鋼管３）は、部材同士の摩擦力により接合されるのではなく、ボルト５の剪断耐力により接合されるため、高力ボルト摩擦接合のように、締付力による部材同士の摩擦力で接合されるのではなく、ボルト５の剪断力により比較的簡易に接合することができる。

また、貫通孔２１は、ボルト５の軸部５２に対して、施工実績のある高力ボルトのクリアランス以上ほど大きな内径を有しているため、貫通孔２１の中心軸と雌ネジ部４３の中心軸との位置にズレがあったとしてもボルト５を雌ネジ部４３に螺合しやすい。また、雌ネジ部４３と貫通孔２１との位置（中心軸）のズレは、剪断変形部５５が剪断変形することにより吸収するため、施工時や部材製造時に誤差が生じた場合であっても、ボルトの締結が可能である。

高力ボルト摩擦接合では、大地震などにより摩擦力を超える過剰な力が加わったとき、孔クリアランスの滑りが生じて構造物に変形や衝撃が加わるので、耐力計算をして割り増しが必要になる。一方、本実施形態の接合構造１では、孔クリアランスが無いので、ボルト鋼材の許容剪断強度を超える力が加わっても鋼材の靱性（力を保持しながら伸びる性質）により耐力を維持するので滑り現象のある摩擦接合より安定している。

第一鋼管２と接合鋼板４は、ボルト５を介して応力の伝達が可能に接合されるため第一鋼管２と接合鋼板４とが必ずしも摩擦接合のように密着している必要はない。そのため、鋼管（第一鋼管２または第二鋼管３）の形状と接合鋼板４の形状との関係により第一鋼管２と接合鋼板４との間にわずかな隙間が形成された場合であっても、接合性を確保できる。

剪断変形部５５の外径が雄ネジ部５４の谷径よりも小さいため、剪断変形部５５において剪断変形しやすくなる。貫通孔２１と雌ネジ部４３との間にズレが生じている場合であっても、剪断変形部５５が先行して剪断変形（弾性変形～塑性変形）するとき、最大剪断強度に達することを想定して、ボルト５の他部位や、貫通孔２１または雌ネジ部４３が損傷しないように設計しておく。また、第一鋼管２と接合鋼板４との間でズレが生じる力に対して、剪断変形部５５の弾性範囲の剪断力で設計しておくとよい。

貫通孔２１は、ボルト５の頭部５１が、貫通孔２１のほぼ全体が収まるため、第一鋼管２の外面からボルト５がほぼ突出しない。
また、ボルト５の頭部５１の外面が貫通孔６の内面に密着しているため、緩み難い。
貫通孔２１のテーパーがボルト５挿入時のガイドとして機能する。

また、テーパーの勾配を縦横比が５：１（貫通孔２１の中心軸に対して４５°以下、好ましくは１０°以上３０°以下）にすることで、ボルト５を締め込みつつ、テーパーに追って剪断変形部５５を剪断変形させることができる。なお、テーパーの角度が大きすぎると、ボルト５の締め込み力に対して、水平力が小さくなるので剪断変形部５５の剪断変形が難くなる。

＜第二実施形態＞
第二実施形態では、図６に示すように、重ねられた部材同士（第一部材２０と第二部材４０）をボルト５０により接合する接合構造１０について説明する。
図７に示すように、第一部材２０には、ボルト５０の軸部５２を挿通可能な貫通孔２１が形成されている。貫通孔２１は、図８に示すように、軸部５２（基部５７）に対して所定のクリアランス（本実施形態では０．４ｍｍ：相互ズレ±０．２ｍｍ）を確保している。

また、第二部材４０には、図７に示すように、ボルト５０の雄ネジ部５４を螺合可能な雌ネジ部４３を有するネジ孔が形成されている。ネジ孔（雌ネジ部４３）の上端部（第一部材側端部）の内面には、傾斜面が形成されている。なお、本実施形態の第二部材４０は、第一部材２０よりも大きな部材厚を有しているが、第一部材２０および第二部材４０の部材厚の大小は限定されるものではなく、例えば、同一の厚さであってもよい。

ボルト５０は、図６および図７に示すように、第一部材２０に係止される頭部５１と、雌ネジ部４３に螺合される軸部５２とを備えている。
頭部５１は、貫通孔２１の外径よりも大きな幅を有している。本実施形態のボルト５０は、平面視六角形状の頭部５１を有したいわゆる六角ボルトであるが、頭部５１の形状は限定されるものではなく、例えば上面に開口する平面視六角形状の凹部（六角穴）５３が形成されいわゆる六角穴付きボルトであってもよい。

軸部５２は、図６および図７に示すように、頭部５１側に設けられた基部５７と、外面にネジが形成された基部５７よりも細い外径の雄ネジ部５４と、雄ネジ部５４と頭部５１との間に形成されて雄ネジ部５４よりも小さい外径を有する剪断変形部５５と、基部５７と剪断変形部５５との間に形成されて剪断変形部５５に近付くにしたがって縮径する傾斜面を有するテーパー部５８とを備えている。

本実施形態の剪断変形部５５は、雄ネジ部５４の基部５７側の端部に形成されている。剪断変形部５５は、ネジ孔（雌ネジ部４３）に挿入される位置に形成されている。
剪断変形部５５の外面には雄ネジを有しておらず、剪断変形部５５の外径は、雄ネジ部５４の谷径よりも小さくする。そのため、剪断変形部５５の外径は、雌ネジ部４３の内径よりも小さい。すなわち、軸部５２の軸心と、雌ネジ部４３の軸心とが一致した状態でボルト５を雌ネジ部４３に螺合すると、剪断変形部５５の外面と雌ネジ部４３との間に、剪断変形部５５の外径を雄ネジ部５４の谷径よりも小さくした寸法の隙間が形成される。

テーパー部５８は、ネジ穴（雌ネジ部４３）の内面に形成された傾斜面と同等の傾斜面からなる。
なお、本実施形態では、ボルト５０の頭部５１と第一部材２０との間に皿バネ座金８を介設する。皿バネ座金８は、ボルト５０の基部５７を挿通可能である。

接合構造１は、まず、第一部材２０と第二部材４０とを重ね合わせる。このとき、第一部材２０の貫通孔２１の中心と第二部材４０のネジ孔（雌ネジ部４３）の中心とがずれている場合がある。続いて、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、貫通孔２１を貫通させたボルト５０の雄ネジ部５４を雌ネジ部４３に締結することにより、第一部材２０と第二部材４０とを固定する。

貫通孔２１よりも小さい外径の雄ネジ部５４を雌ネジ部４３に螺合すると、図９（ａ）に示すように、テーパー部５８が貫通孔２１の縁に当接する。
ボルト５０の締め付け力による水平矯正力により貫通孔２１の中心軸と雌ネジ部４３の中心軸の位置調整をすることで、クリアランスが小さい（０．４ｍｍ）の貫通孔２１に基部５７が挿入される。

このように、第一部材２０の貫通孔２１の中心軸と第二部材４０のネジ穴の中心軸との間にズレがある場合であっても、テーパー部５８が貫通孔２１の縁に当接しつつ剪断変形部５５においてボルト５が変形することで、基部５７が貫通孔２１内に誘導されて、基部５７が貫通孔２１の内面に密着した状態で、第一部材２０と第二部材４０とを接合できる。すなわち、雌ネジ部４３より小さく、雌ネジ部４３の内径との間に隙間を有した剪断変形部５５において変形することで、ズレを吸収する。

本実施形態の接合構造１によれば、ボルト５０の基部５７が貫通孔２１の内面に密着するため、ボルト５０と第一部材２０との間での力の伝達が確保されている。一方、雌ネジ部４３にボルト５０の軸部５２（雄ネジ部５４）を締結することで、ボルト５０と第二部材４０との間で力の伝達が可能となる。その結果、第一部材２０と第二部材４０は、ボルト５０を介して力の伝達が可能に接合される。第一部材２０と第二部材４０は、部材同士の摩擦力により接合されるのではなく、ボルト５０の剪断耐力により接合されるため、高力ボルト摩擦接合のように、締付力による部材同士の摩擦力で接合されるのではなく、ボルト５０の剪断力により比較的簡易に接合することができる。

また、雌ネジ部４３と貫通孔２１との位置（中心軸）のズレは、剪断変形部５５が剪断変形することにより吸収するため、施工時や部材製造時に誤差が生じた場合であっても、ボルトの締結が可能である。また、剪断変形部５５が剪断塑性変形することで、貫通孔２１や雌ネジ部４３等の損傷を防止する。剪断変形部５５の剪断強度は、貫通孔２１の許容支圧強度および雌ネジ部４３の許容剪断強度よりも小さくし、一様伸びの範囲（最大強度以内）とすることで、剪断変形部５５が損傷することなく復元して、所要の許容剪断力を維持することができる。

高力ボルト摩擦接合では、大地震などにより摩擦力を超える過剰な力が加わったとき、孔クリアランスの滑りが生じて構造物に変形や衝撃が加わるので、耐力計算をして割り増しが必要になる。一方、本実施形態の接合構造１０では、孔クリアランスが無いので、ボルト鋼材の許容剪断強度を超える力が加わっても鋼材の靱性（力を保持しながら伸びる性質）により耐力を維持するので滑り現象のある摩擦接合より安定している。

第一部材２０と第二部材４０は、ボルト５０を介して応力の伝達が可能に接合されるため第一部材２０と第二部材４０とが必ずしも摩擦接合のように密着している必要はない。そのため、第一部材２０と第二部材４０との間にわずかな隙間が形成された場合であっても、接合性を確保できる。

剪断変形部５５の外径が雄ネジ部５４の谷径よりも小さいため、剪断変形部５５において剪断変形しやすくなる。貫通孔２１と雌ネジ部４３との間にズレが生じている場合であっても、剪断変形部５５が先行して剪断変形（弾性変形～塑性変形）するとき、最大剪断強度に達することを想定して、ボルト５０の他部位や、貫通孔２１または雌ネジ部４３が損傷しないように設計しておく。また、第一部材２０と第二部材４０との間でズレが生じる力に対して、剪断変形部５５の弾性範囲の剪断力で設計しておくとよい。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、角鋼管同士を連結する場合について説明したが、接合構造１に接合する部材は限定されるものではなく、例えば、図１０に示すように、円形断面の鋼管同士の連結に本発明の接合構造１を採用してもよい。このとき、接合鋼板４は、鋼管（第一鋼管２および第二鋼管３）の断面形状に応じて弧状を呈している。

また、接合構造１は、鋼管同士の接合（鋼管柱）に限定されるものではなく、例えば、他の鋼材（Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼、鋼板等）同士の接合に採用してもよい。
また、前記実施形態では、雌ネジ部４３に雌ネジが形成されている場合について説明したが、雌ネジが形成されたナットを埋め込んでもよい。例えば、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、雌ネジ部４３にナット４４が挿入可能に構成されていてもよい。このとき、ナット４４には、雌ネジ部４３の中心軸に対して４５°以下、好ましくは１０°以上３０°以下の角度（例えば、縦横比が５：１）の傾斜面（テーパー）が形成されていて、雌ネジ部４３の内面にも同等の勾配の傾斜面（テーパー）が形成されているのが望ましい。こうすることで、ボルト５を締着することで、ナット４４が雌ネジ部４３に密着し、ボルト５を介して応力が伝達可能な接合構造１を構成することができる。

また、前記実施形態では、ボルト５の剪断変形部５５にネジが形成されていない場合について説明したが、図１２に示すように、ボルト５の軸部５２の全長にわたってネジが形成されていてもよい。このとき、雌ネジ部４３には、剪断変形部５５の位置に対応して、剪断変形部５５の最大外径（ネジの山）よりも大きな内径の拡径部４５を形成しておく。こうすることで、剪断変形部５５と雌ネジ部４３との間に隙間を形成し、剪断変形部５５における変形を可能として、貫通孔２１と雌ネジ部４３とのズレを吸収可能とする。

前記実施形態では、ボルト５の頭部５１に工具を挿入可能な凹部（六角穴）５３が形成されているものとしたが、ボルト５の形状は限定されるものではない。例えば、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、頭部５１の上面にレンチやスパナ等の締付工具を係止可能な平面視多角形状（図１３では六角形）の係止部５６が突設されていてもよい。
また、ボルト５の頭部５１は、図１４（ａ）および（ｂ）に示すように、レンチやスパナ等の締付工具を係止可能な平面視多角形状（図１４では六角形）の係止部５６を構成していてもよい。このとき、頭部５１は、図１４（ａ）に示すように軸部５２との境界部に軸部５２に近付くにしたがって縮径する傾斜面（テーパー）が形成されている。

前記第二実施形態では、ネジ孔の内面にボルト５０のテーパー部５８に応じた傾斜面が形成されている場合について説明したが、ボルト５０の形状に応じて貫通孔の内面にテーパー部が形成されていてもよい。

１，１０ 接合構造
２ 第一鋼管（一方の部材）
２０ 第一部材（一方の部材）
２１ 貫通孔
３ 第二鋼管
３１ スリット
４ 接合鋼板（他方の部材）
４０ 第二部材（他方の部材）
４１ 基部
４２ 突出部
４３ 雌ネジ部（ボルト孔）
４４ ナット
５，５０ ボルト
５１ 頭部
５２ 軸部
５３ 凹部
５４ 雄ネジ部
５５ 剪断変形部
５７ 基部
５８ テーパー部

Claims (8)

1. 重ねられた部材同士をボルトにより接合する接合構造であって、
   一方の前記部材には、前記ボルトの軸部を挿通し当該ボルトの頭部を係止可能な貫通孔が形成されており、
   他方の前記部材には、前記軸部を螺合可能な雌ネジ部が形成されていて、
   前記頭部の外面には、前記軸部に近付くにしたがって縮径する傾斜面が形成されており、
   前記軸部には、前記雌ネジ部に螺合する雄ネジ部と、前記頭部と前記雄ネジ部との間に形成された剪断変形部とが形成されていて、
   前記貫通孔の内面には、前記頭部の傾斜面と同等の傾斜面が形成されており、
   前記雌ネジ部の少なくとも前記剪断変形部に対応する部分の最小内径が、前記剪断変形部の最大外径よりも大きいことを特徴とする、接合構造。
2. 前記剪断変形部の外径が前記雄ネジ部のネジ山の谷径よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の接合構造。
3. 一方の前記部材が第一鋼管であって、
   他方の前記部材が、第二鋼管の端部に固定された接合鋼板であり、
   前記接合鋼板は、一部が前記第二鋼管の先端から突出した状態で当該第二の鋼管の内面に固定されていて、
   前記第一鋼管と前記第二鋼管との端面同士を突き合せることで前記第一鋼管の内面に重ねられた前記接合鋼板を前記第一鋼管に前記ボルトで接合することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の接合構造。
4. 頭部と、軸部とを備えるボルトであって、
   前記頭部の外面には、前記軸部に近付くにしたがって縮径する傾斜面が形成されており、
   前記軸部には、外面にネジが形成された雄ネジ部と、前記雄ネジ部と前記頭部との間において前記雄ネジ部よりも小さい外径の剪断変形部と、が形成されていることを特徴とする、ボルト。
5. 頭部と、軸部とを備えるボルトであって、
   前記軸部は、前記頭部側に設けられた基部と、
   外面にネジが形成された前記基部よりも細い外径の雄ネジ部と、
   前記雄ネジ部と前記頭部との間に形成されて前記雄ネジ部よりも小さい外径を有する剪断変形部と、
   前記基部と前記剪断変形部との間に形成されて前記剪断変形部に近付くにしたがって縮径する傾斜面を有するテーパー部と、を備えていることを特徴とする、ボルト。
6. 前記剪断変形部の外径が前記雄ネジ部のネジ山の谷径よりも小さいことを特徴とする、請求項５に記載のボルト。
7. 重ねられた部材同士を請求項５または請求項６に記載のボルトにより接合する接合構造であって、
   一方の前記部材には、前記ボルトの軸部を挿通可能な貫通孔が形成されており、
   他方の前記部材には、前記雄ネジ部を螺合可能な雌ネジ部を有するネジ孔が形成されていて、
   前記ネジ孔の少なくとも前記剪断変形部に対応する部分の最小内径が、前記剪断変形部の最大外径よりも大きいことを特徴とする、接合構造。
8. 前記貫通孔または前記ネジ孔の内面には、前記テーパー部の傾斜面と同等の傾斜面が形成されていることを特徴とする、請求項７に記載の接合構造。

Images