JP3189727U

JP3189727U - 高力ボルトを用いた摩擦接合構造

Info

Publication number: JP3189727U
Application number: JP2014000158U
Authority: JP
Inventors: 雅人稲岡
Original assignee: Hirose and Co Ltd
Current assignee: Hirose and Co Ltd
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2024-01-15

Abstract

【課題】長孔を設けた被接合板の摩擦接合において、円形ボルト孔による摩擦接合と同等以上の摩擦面積を確保できる高力ボルトを用いた摩擦接合構造を提供する。【解決手段】ボルト孔５１Ａ，５１Ｂを設けた複数の被接合板５０Ａ，５０Ｂと、重ね合わせた複数の被接合板に連通した高力ボルト１０と、高力ボルトに螺着するナット２０と、を用いて複数の被接合板を接合する、高力ボルトを用いた摩擦接合構造であって、複数の被接合板に設けた少なくともひとつのボルト孔が長孔であり、各被接合板と高力ボルトのボルトヘッドまたはナットとの間には、それぞれ補強スペーサ４０Ａ，４０Ｂを介装させて締結する。【選択図】図１

Description

本考案は、構造物の接合構造に関し、特に長孔を設けた被接合板同士を高力ボルトを用いて接合する摩擦接合構造に関する。

従来、鋼構造物の接合構造として、ボルト孔に挿通した高力ボルトとナットで部材を締め付け、摩擦力によって部材を接合する高力ボルト摩擦接合が多用されている。高力ボルトによる接合構造に関して、「高力ボルト接合設計施工指針（日本建築学会）」等のガイドラインが定められている。
しかし、従来の高力ボルト接合構造は、円形のボルト孔を設けた部材同士の摩擦接合を前提としており、長孔を設けた部材同士を摩擦接合する構造についてはガイドラインや明確な基準が定められていない。

特開平６−１４６４２７号公報

構造物の施工において、支持杭などの施工精度によって、杭間のブレスや水平材などの被接合板のボルト孔同士の位置が合わないことがある。
この場合、現場で被接合板に穴あけ加工をしたり、被接合板同士を溶接によって接合している。そのため、施工効率が大幅に低下する。また、溶接による接合では所定の接合強度を得られないことがある。
そこで、ボルト孔を長孔にして、被接合板のボルト孔を位置合わせしてから摩擦接合することができれば、現場での施工効率を向上させることができる。
しかし、長孔を設けた被接合板同士を高力ボルトで摩擦接合する場合、次のような問題点がある。
＜１＞長孔を設けると、被接合板５０Ａ、５０Ｂの欠損面積が大きくなり、高力ボルト１０、ナット２０と被接合板５０Ａ、５０Ｂの接触部において、十分な摩擦面積Ｓを確保できない。このため円形のボルト孔による摩擦接合と同等の接合強度を保つことができない（図６、図５Ｂ）。
＜２＞高力ボルト１０による締め付けによって被接合板５０Ａ、５０Ｂの長孔周辺部分が応力集中により、陥没したり変形することがある。この場合、ナット２０がスムーズに廻らないため、所定のトルクで締め付けても安定した軸力を得ることができず、接合強度が低下する。

本考案の目的は、次の効果のうち少なくともひとつを備える高力ボルトを用いた摩擦接合構造を提供することにある。
＜１＞長孔を設けた被接合板の摩擦接合において、円形ボルト孔による摩擦接合と同等以上の摩擦面積を確保すること。
＜２＞高力ボルトの締め付けによる被接合板の陥没や圧縮変形を防止すること。

上記のような課題を解決するための、本考案の高力ボルトを用いた摩擦接合構造は、ボルト孔を設けた複数の被接合板と、重ね合わせた複数の被接合板に連通した高力ボルトと、高力ボルトに螺着するナットと、を用いて複数の被接合板を接合する、高力ボルトを用いた摩擦接合構造であって、複数の被接合板に設けた少なくともひとつのボルト孔が長孔であり、各被接合板と高力ボルトのボルトヘッドまたはナットとの間には、それぞれ補強スペーサを介装させて締結したことを特徴とする。

本考案の高力ボルトを用いた摩擦接合構造は、複数の被接合板に設けたボルト孔が、長孔と長孔の組合せであって、各長孔は交差する向きで重なり合うことを特徴とする。

複数の被接合板に設けたボルト孔が、長孔と丸孔の組合せであることを特徴とする。

本考案の高力ボルトを用いた摩擦接合構造は、補強スペーサが、ボルトヘッドまたはナットより大径であることを特徴とする。

本考案の高力ボルトを用いた摩擦接合構造は、補強スペーサと、ボルトヘッドまたはナットとの間に、それぞれワッシャを介装することを特徴とする。

本考案の高力ボルトを用いた摩擦接合構造は、補強スペーサが、ワッシャより厚肉であることを特徴とする。

本考案の高力ボルトを用いた摩擦接合構造は、以上説明した構造であるため、次の効果を少なくともひとつ備えている。
＜１＞被接合板と高力ボルトのボルトヘッドまたはナットとの間に補強スペーサを介装することによって、円形のボルト孔による摩擦接合の摩擦面積と同等以上の摩擦面積を確保することができる。
＜２＞高力ボルトの締め付けによる被接合板の陥没や変形を防止することができる。このため、締め付け時のトルクに応じた軸力を維持できる。
＜３＞上記＜１＞＜２＞より、長孔を設けた被接合板同士を十分な強度で摩擦接合することができる。このため、長孔によって被接合板の位置合わせの自由度を高めながら、同時に高力ボルト接合による高い接合強度を確保することができる。

本考案に係る高力ボルトを用いた摩擦接合構造の説明図本考案に係る高力ボルトを用いた摩擦接合構造の説明図本考案に係る高力ボルトを用いた摩擦接合構造の説明図本考案に係る高力ボルトを用いた摩擦接合構造の他の実施例の説明図本考案に係る高力ボルトを用いた摩擦接合構造における摩擦面積を示すモデル図従来の摩擦接合構造における摩擦面積を示すモデル図従来の高力ボルトを用いた摩擦接合構造の説明図

以下、図面を参照しながら本考案の高力ボルトを用いた摩擦接合構造について詳細に説明する。
説明にあたり、２枚のワッシャ、２枚の補強スペーサ、２枚の被接合板には、それぞれの符号の後に、高力ボルト１０のボルトヘッド側に「Ａ」を、ナット２０側に「Ｂ」を付す。

［本考案の構成］
＜１＞全体構成（図１）。
本考案の高力ボルトを用いた摩擦接合構造は、高力ボルト１０、ナット２０、２枚のワッシャ３０Ａ、３０Ｂ、２枚の補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂ、２枚の被接合板５０Ａ、５０Ｂを組合わせてなる。
具体的な配置は、重ね合わせた２枚の被接合板５０Ａ、５０Ｂの両面に、内側から順に、２枚の補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂ、２枚のワッシャ３０Ａ、３０Ｂを配置し、各部材の貫通孔を一致させて、高力ボルト１０を連通し、高力ボルト１０とナット２０とで、各部材を挟み込む。
高力ボルト１０、ナット２０、ワッシャ３０Ａ、３０Ｂは公知の部材を使用することができるため、詳細な説明を省略する。

＜２＞被接合板。
被接合板５０Ａ、５０Ｂには、それぞれ、長孔５１Ａ、５１Ｂを設ける。
本実施例において、被接合板５０Ａ、５０Ｂの長孔５１Ａ、５１Ｂを交差させる形態について説明する。

＜２．１＞第１作用面、第２作用面（図２）。
高力ボルト１０の締め付けによる軸力は、高力ボルト１０の両端、つまりボルトヘッド側およびナット２０側から、被接続板５０Ａ、５０Ｂの方向へ、ワッシャ３０Ａ、３０Ｂの座面の外縁から４５°の角度で延びる軸力伝達線Ｌに囲まれる範囲に伝達する。
第１作用面Ｐ１は、被接合板５０Ａの外面、つまり補強スペーサ４０Ａに接する側の面のうち、ワッシャ３０Ａから延びる軸力伝達線Ｌに囲まれた円状の範囲である。被接合板５０Ｂにも、同様の範囲に第１作用面Ｐ１を有する。
第２作用面Ｐ２は、被接合板５０Ａの内面、つまり被接合板５０Ｂに接する面のうち、ワッシャ３０Ａから延びる軸力伝達線Ｌに囲まれた円状の範囲である。被接合板５０Ｂにも、同様の範囲に第２作用面Ｐ２を有する。
摩擦面積Ｓは、被接合板５０Ａ、５０Ｂの第２作用面Ｐ２、Ｐ２同士の接触面の面積である（図５Ａ）。

＜３＞補強スペーサ。
補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂは、高力ボルト１０の締め付けによる軸力の作用範囲を拡大して被接合板５０Ａ、５０Ｂに伝達する部材である。
本実施例において、補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂは、中央に貫通孔を設けた円形の鋼板を採用する。ただし、第１作用面Ｐ１、Ｐ１を被覆できれば、形状は円形に限定されない。また、高力ボルト１０による締め付けに耐える程度に硬質であれば、材質は限定されない。
補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂは、高力ボルト１０の軸力を、被接合板５０Ａ、５０Ｂの表面に均一に伝達するため、両面を平面とする。
補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂの厚さは、第２作用面Ｐ２、Ｐ２間の摩擦面積Ｓを大きくするため、一定以上の厚みとする。少なくともワッシャ３０Ａ、３０Ｂの厚み以上とするのが望ましい。
補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂの貫通孔は円形であり、貫通孔の径は高力ボルト１０の軸径に対応する。

＜３．１＞補強スペーサの径（図３）。
補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂの径は、ワッシャ３０Ａ、３０Ｂから受けた軸力を効率的に被接合板５０Ａ、５０Ｂに伝達するため、ワッシャ３０Ａ、３０Ｂの径ｗ１より大きく、かつ第１作用面Ｐ１より大きい。
ここで、軸力伝達線Ｌはワッシャ３０Ａ、３０Ｂの座面の外縁から４５°の角度で延伸するため、ワッシャ３０Ａ、３０Ｂの座面の外縁から補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂの外縁までの長さｗ２は補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂの厚さｈ以上になる。
したがって、補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂの径は、ワッシャ３０の径ｗ１に補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂの厚さｈの２倍を加えた径以上となる。

＜４＞接合構造。
本考案の高力ボルトを用いた摩擦接合構造は、ワッシャ３０Ａ、３０Ｂと被接合板５０Ａ、５０Ｂとの間に、嵩上げ用の補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂを介装することによって、高力ボルト１０の両端部と第２作用面Ｐ２、Ｐ２との距離を広げる。
高力ボルト１０の締め付けによる軸力は、ワッシャ３０Ａ、３０Ｂの外縁から４５°の角度で伸びる軸力伝達線Ｌに沿って広がる。そのため、高力ボルト１０の両端部と第２作用面Ｐ２、Ｐ２との距離が開くにつれて、第２作用面Ｐ２、Ｐ２が拡大し、第２作用面Ｐ２、Ｐ２間の摩擦面積Ｓも大きくなる（図２、図５Ａ）。
本考案の高力ボルトを用いた摩擦接合構造は、摩擦面積Ｓが円形ボルト孔による摩擦面積以上になるように補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂの厚さを設計することにより、円形ボルト孔による摩擦接合と同等以上の接合強度を達成することができる。

［ワッシャを具備しない例］（図４）
本考案の高力ボルトを用いた摩擦接合構造は、ワッシャ３０Ａ、３０Ｂを設けなくても、実施例１と同様の効果を達成することができる。
この場合、軸力伝達線Ｌは高力ボルト１０のボルトヘッドおよびナット２０、それぞれの座面の外縁から延伸する。
補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂの径は、高力ボルト１０のボルトヘッドおよびナット２０の径より大きく、かつ第１作用面Ｐ１より大きくなる。

［長孔と円形ボルト孔を組み合わせる例］
以上は長孔５１Ａと長孔５１Ｂとを組み合わせた場合について説明したが、長孔５１と円形ボルト孔の組み合わせとしてもよい。つまり、被接合板５０Ａ、５０Ｂのボルト孔のいずれか一方を長孔５１とし、他方を円形ボルト孔とすることができる。
この場合、先の実施例の効果に加え、円形のボルト孔を設けた既存の被接合板５０を有効に活用することができる効果を奏する。

［補強スペーサを何れか一方に設ける例］
以上は高力ボルト１０のボルトヘッド側とナット２０側の両方に補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂを介装する場合について説明したが、補強スペーサ４０Ａ、４０Ｂは何れか一方のみでもよい。

高力ボルト１０
ナット２０
ワッシャ３０Ａ
ワッシャ３０Ｂ
補強スペーサ４０Ａ
補強スペーサ４０Ｂ
被接合板５０Ａ
被接合板５０Ｂ
長孔５１Ａ
長孔５１Ｂ
軸力伝達線Ｌ
第１作用面Ｐ１
第２作用面Ｐ２
摩擦面積Ｓ

Claims

ボルト孔を設けた複数の被接合板と、重ね合わせた前記複数の被接合板に連通した高力ボルトと、前記高力ボルトに螺着するナットと、を用いて前記複数の被接合板を接合する、高力ボルトを用いた摩擦接合構造であって、
前記複数の被接合板に設けた少なくともひとつのボルト孔が長孔であり、
前記各被接合板と前記高力ボルトのボルトヘッドまたは前記ナットとの間には、それぞれ補強スペーサを介装させて締結したことを特徴とする、
高力ボルトを用いた摩擦接合構造。
前記複数の被接合板に設けたボルト孔が、長孔と長孔の組合せであって、各長孔は交差する向きで重なり合うことを特徴とする、請求項１に記載の高力ボルトを用いた摩擦接合構造。
前記複数の被接合板に設けたボルト孔が、長孔と丸孔の組合せであることを特徴とする、請求項１に記載の高力ボルトを用いた摩擦接合構造。
前記補強スペーサは、前記ボルトヘッドまたは前記ナットより大径であることを特徴とする、請求項２又は３に記載の高力ボルトを用いた摩擦接合構造。
前記補強スペーサと、前記ボルトヘッドまたは前記ナットとの間には、それぞれワッシャを介装することを特徴とする、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の高力ボルトを用いた摩擦接合構造。
前記補強スペーサは、前記ワッシャより厚肉であることを特徴とする、請求項５に記載の高力ボルトを用いた摩擦接合構造。