JP3219513B2 - 合成樹脂構造材の継手構造 - Google Patents
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Description
ラスチックをはじめとする合成樹脂を構造材とする場合
の継手構造に関し、従来の木材に代えて合成樹脂材を使
う場合に有効であり、特に冷水塔の主架構をFRP材で
構成して耐蝕性の向上と運転管理の容易化を図る場合な
どに好適なものである。
するものも非常に多いが、大きな荷重が加わる部分など
の構造材としてはほとんど使用されていないのが現状で
ある。
接接触させて温水を冷却する装置である冷水塔にあって
も小型の空調用のものなどに合成樹脂を一部分に使用す
るものがある。
型の冷水塔は、その主架構を木材や鋼材で作っており、
高温多湿の腐蝕しやすい環境であることから、通常、米
松に加圧防蝕処理を施して使用したり、鋼材に溶融亜鉛
メッキ処理を施すなどして使用されている。
理を施しても塔内部が高温多湿であり、非常に腐蝕しや
すい環境となっているため、木材を使用する主架構で
は、10年を経過した頃から、鋼材を使用した主架構で
は、7〜8年を経過した頃から散水装置に近い上部付近
を中心に腐蝕が進み、補修が必要となってしまう。
どが冷却された水の中に混入し、冷水系統のストレーナ
がつまり易くなったり、ポンプの負荷が増大する等冷水
塔の性能低下の問題が生じる場合もある。
脂、特にFRP(繊維強化プラスチック)を用いて主架
構を作ることも考えられるが、主架構の全長を1本のF
RPで構成することは出来ない。また、主架構は柱、
梁、斜材の組み合わせ構造になっており、それらを継ぐ
ための構造を開発しなければならない。
造を開発しており、特開平2−245506号公報に
は、たとえばFRP製の中空角材同志を連結する場合の
構造として、図6に示すように、接続すべき中空角材
1,1aの外側を囲むFRP製の中空角材の連結具2を
用い、この連結具2内に中空角材1,1aを装着して突
き合わせるようにし、連結具2に予めあけてある孔に対
応して中空角材1,1aの側壁に現場で孔をあけながら
ブラインドリベット3を打ち込むことを繰り返すように
して接合することを開示している。
3を用いて接合することで、合成樹脂の中空角材1,1
aへの孔加工を1つづつ行ない、その都度ブラインドリ
ベット3を打ち込むことを繰り返して接合するようにし
ているので、多数のブラインドリベット3を用いる場合
にも中空角材1,1aへの孔加工の精度が同一となり、
均等に各ブラインドリベット3に荷重を掛けることがで
き、必要な接合強度を得ることができる。
連結具2とブラインドリベット3を用いてFRP製の中
空角材1,1aを接合すると、従来の木材を用いて主架
構を構成する場合などに比べて現場でのブラインドリベ
ット3のためのFRP製の中空角材1,1aへの孔加工
およびリベット打ちが大変となり、工数が10〜20%
も増大するという問題が生じる。
当りの強度が大きいボルトを用いることも考えられる
が、それぞれの連結具とFRP材に別々に孔加工を行う
と、孔径をボルト径+2〜3mmにしておく必要があり、
複数のボルトを用いても加工精度や据付精度上から複数
ボルトに均等に荷重を分散することが出来ず、その許容
荷重をボルト1本で考えておかねばならなくなってしま
う(図3中の破線参照)。
うに孔加工の加工精度の向上を図るため、現場で連結具
の孔に応じてFRP材に孔を形成することも考えられる
が、現場では、中空部を挾む両側のパイプ壁を貫通して
高精度に大きな孔を開けることは不可能に近いという問
題がある。
合には、たとえ孔加工が高精度に行われたとしても、図
1(b)に示すように、FRP材の場合、充分な支圧強
度を得るためにボルト孔のピッチをボルト孔径dの4倍
以上にするのが好ましく、接合部の長さが長くなって連
結具が大きくなり、現場での作業が大変になってしまう
という新たな問題が生じる。
れたもので、合成樹脂を構造材として用いる場合でも複
数のボルトを用いて強固に接合することができ、施工も
容易な合成樹脂構造材の継手構造を提供しようとするも
のである。
この発明の合成樹脂構造材の継手構造は、中空合成樹脂
構造材同志を中空連結部材内に装着して軸方向に突き合
わせ、この中空連結部材と中空合成樹脂構造材とに直交
する2方向の平行な側面間に、接続端からボルト孔径の
4倍以上の間隔をあけるとともにボルト孔同士のピッチ
をボルト孔径の4倍以上として一方の側面間のボルト孔
が他方の側面間のボルト孔の中間に交互に位置するよう
に配置し、これらのボルト孔にボルトを挿通するととも
に、これらボルトに中空部の変形防止およびボルトへの
荷重を均等に分散する支圧緩衝部材を装着して接合する
ことを特徴とするものである。
造は、複数の中空合成樹脂構造材をある角度で突き合わ
せまたは交叉させた周囲側面に連結部材を配置し、これ
らの連結部材と中空合成樹脂構造材とに直交する2方向
の平行な側面間に、接続端からボルト孔径の4倍以上の
間隔をあけるとともにボルト孔同士のピッチをボルト孔
径の4倍以上として一方の側面間のボルト孔が他方の側
面間のボルト孔の中間に交互に位置するように配置し、
これらのボルト孔にボルトを挿通するとともに、これら
ボルトに中空部の変形防止およびボルトへの荷重を均等
に分散する支圧緩衝部材を装着して接合することを特徴
とするものである。
構造は、第1または第2の発明の連結部材に替え、連結
部材を直交する2方向のボルトを一体として挿通し得る
2分割構造に形成したことを特徴とするものである。
合成樹脂構造材を複数のボルトで接合する場合に、中空
連結部材内で互いを突き合わせ、中空部の変形を防止す
るとともに、複数のボルト孔の加工精度の影響を緩和す
る支圧緩衝部材を装着し、しかもボルト孔を、直交する
2方向の平行な側面間に、接続端からボルト孔径の4倍
以上の間隔をあけるとともにボルト孔同士のピッチをボ
ルト孔径の4倍以上として一方の側面間のボルト孔が他
方の側面間のボルト孔の中間に交互に位置するように配
置し、これらのボルト孔にボルトを挿通して締付けるよ
うにしており、複数のボルトに装着した支圧緩衝部材の
変形による緩衝作用によって各ボルトに荷重が集中しな
いようにして荷重を均等に分散させ、しかもボルトの配
置をボルト孔径の4倍以上のピッチで交互に直交する方
向として十分な支圧強度を得るとともに、継手部分の長
さを短くし、孔加工精度も向上できるようにしている。
れば、複数の中空合成樹脂構造材をある角度で突き合わ
せたり、交叉させて複数のボルトで接合する場合に、互
いに突き合わせた中空合成樹脂構造材同志の周囲側面や
交叉下周囲側面に一体構造または分割構造の連結部材を
配置するようにし、中空部の変形を防止するとともに、
複数のボルト孔の加工精度の影響を緩和する支圧緩衝部
材を装着したボルトを用い、しかもボルト孔を、直交す
る2方向の平行な側面間に、接続端からボルト孔径の4
倍以上の間隔をあけるとともにボルト孔同士のピッチを
ボルト孔径の4倍以上として一方の側面間のボルト孔が
他方の側面間のボルト孔の中間に交互に位置するように
配置し、これらのボルト孔にボルトを挿通して締付ける
ようにしており、複数のボルトに装着した支圧緩衝部材
の変形による緩衝作用によって各ボルトに荷重が集中し
ないようにして荷重を均等に分散させ、しかもボルトの
配置をボルト孔径の4倍以上のピッチで交互に直交する
方向として十分な支圧強度を得るとともに、継手部分の
長さを短くし、孔加工精度も向上できるようにしてい
る。
よれば、中空合成樹脂構造材同志、複数を突き合わせた
中空合成樹脂構造材や交叉させた中空合成樹脂構造材の
周囲側面に直交する2方向のボルト孔が形成された2分
割構造の連結部材を配置するようにしており、施工を容
易にしてあらゆる接合部の継手に適用できるようにして
いる。
部材に予め工場で孔加工を行って現場での工数を大幅に
減少すると同時に、必要な継手強度を確保することがで
きるようになる。
に説明する。図1〜図3は第1の発明の合成樹脂構造材
の継手構造の一実施例にかかり、図1は従来構造と比較
した正面図、図2は部分拡大断面図、図3は従来構造と
比較した接合強度の説明図である。
2本の合成樹脂構造材11,11a同志を軸方向に接合
する場合、たとえば合成樹脂構造材11であるFRP製
の中空角パイプを4本ずつ8本のボルトで接合する。
れの合成樹脂構造材11,11aの平行な2つの側面に
接合端からボルト孔径dの4倍の距離のところに第1の
ボルト孔12-1,12a-1をそれぞれ形成し、同じ側面
にこれら第1のボルト孔12-1,12a-1からボルト孔
径dの4倍のところに第3のボルト孔12-3,12a-3
をそれぞれ形成するとともに、これと直交するもう一方
の平行な2つの側面には、第1のボルト孔12-1,12
a-1と第3のボルト孔12-3,12a-3との中間(接続
端からはボルト孔径dの4倍以上離れた位置)に第2の
ボルト孔12-2,12a-2をそれぞれ形成し、同じ側面
にこれら第2のボルト孔12-2,12a-2からボルト孔
径dの4倍のところに第4のボルト孔12-4,12a-4
をそれぞれ形成する。
を接合するため、合成樹脂構造材11,11aを挿入す
ることができる中空連結部材13が使用され、例えばF
RP製の角パイプで構成され、この中空連結部材13の
互いに直交する平行な各2つの側面に合成樹脂構造材1
1,11aの接続端に形成した第1〜第4の4個のボル
ト孔12-1,12a-1,〜12-4,12a-4に対応する
それぞれ4個のボルト孔14が形成してある。
(a)に示すように、中空連結部材13および合成樹脂
構造材11,11aのボルトによる変形を防止するとと
もに、ボルト孔12およびボルト孔14の加工精度の誤
差による荷重の集中を防止するため、ボルト孔12に入
れられ、その中心部にボルトが挿通される円筒状の支圧
緩衝部材15が用いられる。
には、図2(b)に示すように、ボルト孔12およびボ
ルト孔14全体に亘って入れられる支圧緩衝部材15を
用いるようにし、中空連結部材13の外側から入れるよ
うにして施工の容易化を図るようにすることもできる。
果たすためには、円筒状の軸方向の強度が大きくボルト
の締付けによって変形せず、しかも円筒の肉厚方向に
は、ある程度の弾性変形を許容して1本のボルトに荷重
を集中せず、各ボルトに荷重を分散できる必要があり、
たとえばFRP製の中空円筒が使用される。
ガラス繊維が積層されているので強度が大きく、その肉
厚方向には、ガラス繊維の強化の影響が少なく樹脂層に
よる弾性変形がある程度期待でき、これらの特性を利用
できる。
材11に予め支圧緩衝部材15を装着した後、合成樹脂
構造材11を中空連結部材13内に挿入して端部を突合
わせ、各中空合成樹脂構造材11,11aのボルト孔1
2,12aに装着した支圧緩衝部材15のボルト孔と中
空連結部材13にあけられているボルト孔14とを合わ
せてボルト16を挿通してナット17で締付ける。
示すように、軸部16aが中空連結部材13の幅に対応
した長さとされ、支圧緩衝部材15の内径部および中空
連結部材13のボルト孔14と軸部16aで接し、ねじ
部16bで接することがないように形成したものが使用
される。
軸部16aとねじ部16bとの径の違いによる片当りを
防止し、荷重の集中を防止することができる。
結部材13とボルト16およびナット17とで締付けて
簡単に接合することができる。
2およびボルト孔14の配置を交互に直交する2方向に
配置しているので、ボルト本数に対する接合部の長さを
短くすることができる。
ずつのボルトを単純に配置する図1(b)の第4のボル
ト孔12-4までの長さ場合に比べ、図1(a)の場合の
第4のボルト孔12-4までの長さを約64%程度にでき
る。
16を用いて締付ける場合には、予め形成した合成樹脂
構造材11,11aのボルト孔12,12aと中空連結
部材13のボルト孔14とのピッチにわずかな誤差が生
じてもFRP製の支圧緩衝部材15がボルト孔12に装
着してあるので、その肉厚方向の弾性変形により合成樹
脂構造材11,11aと中空連結部材13との間に加わ
る軸方向の荷重が各ボルト16にほぼ均一に分散され、
ボルト本数に比例した接合強度を得ることができる。
数に応じた接合強度が得られることについては、実物の
破壊実験を行って確認がなされており、図3にその結果
を実線で示すように、ボルト本数を増大しても1本当り
の接合強度を保持することができる。
構造を用いる従来型(図1(b)参照)の継手構造の場
合には、ボルト本数の増大にしたがって1本当りの接合
強度が低下し、4本の場合の1本当りの強度は、1本の
場合の強度の50%程度まで低下している。
に比べて現場での孔あけ作業の必要もなく、短時間に接
合することができ、たとえばM20のボルト4本と同等
の接合強度を得るためには、直径が4.8mmのブライン
ドリベット30本が必要であることからも施工が容易で
あることが分かる。
で突き合わせて接合する場合の第2の発明の合成樹脂構
造材の継手構造の一実施例について図4により説明す
る。
構造材を交差させて接合する場合の拡大斜視図である。
2本の合成樹脂構造材21,21aをある角度で突き合
わせて接合するが、合成樹脂構造材21aはその一端が
合成樹脂構造材21とある角度で接合されるとともに、
他端も合成樹脂構造材22とある角度で突き合わされて
接合されており、上下2か所にこの継手構造20が採用
されている。
は、図4に示すように、接合される一方の合成樹脂構造
材21,22を挿入することができる中空連結部23a
と、この中空連結部23aと接合すべき角度をなして合
成樹脂構造材21aを挿入することができる傾斜中空連
結部23bとを備えて構成されており、たとえばFRP
製とされる。そして、連結部材23のこれら中空連結部
23aおよび傾斜中空連結部23bが完全に一体構造に
形成されたり、図4中に分解した状態を示すように、中
空連結部23aおよび傾斜中空連結部23bをそれぞれ
分割し、分割された中空連結部23aおよび傾斜中空連
結部23bを一体として直交する2方向のボルトが各分
割部に挿通できる2分割構造に形成される。
するか、2分割構造とするかは、ある角度をもって接合
する合成樹脂構造材21aの接合作業の適否によって選
択され、上下2か所を継手構造20で接合する場合に
は、両方を一体構造の連結部材23とすると接合作業が
困難になる場合があるので、少なくとも1か所を分割構
造とし接合作業が容易にできるようにすることが好まし
い。
の継手構造20を採用し、他端をブラインドリベット構
造で接合することで接合不能とならないようにしても良
い。
aおよび傾斜中空連結部23bには、それぞれ交互に直
交する2方向にボルト孔24が形成してあり、合成樹脂
構造材21aが連結される傾斜中空連結部23bには、
合成樹脂構造材21aの端部からボルト孔径dの4倍以
上の距離をあけて第1のボルト孔24-1が形成され、同
一側面の各ボルト孔24のピッチも4・d以上にしてあ
る。また、合成樹脂構造材21,22が挿入される中空
連結部23aに形成されるボルト孔24も合成樹脂構造
材21aの端部からそれぞれボルト孔径dの4倍以上の
距離をあけてボルト孔が形成され、ボルト孔24のピッ
チも4・d以上にしてある。
位置に対応して合成樹脂構造材21,21a,22にも
それぞれボルト孔が形成してある(図4には現れていな
い)。
たが、連結部材23および合成樹脂構造材21,21
a,22のボルトの締付けによる変形を防止するととも
に、連結部材23のボルト孔24および合成樹脂構造材
21,21a,22のボルト孔の加工精度の誤差による
荷重の集中を防止するため、合成樹脂構造材21,21
a,22のボルト孔に入れられ、その中心部にボルトが
挿通される円筒状の支圧緩衝部材が用いられ、その構造
は図2に示す支圧緩衝部材15と同一であり、たとえば
FRP製の中空円筒が使用される。
圧強度が小さくて良い場合には、図2(b)に示すよう
に、ボルト孔12およびボルト孔14全体に亘って入れ
られる支圧緩衝部材15を用いるようにし、連結部材2
3の外側から入れるようにして施工の容易化を図るよう
にすることもできる。
部材がボルト孔に装着された合成樹脂構造材21が連結
部材23の中空連結部23a内に挿入され、合成樹脂構
造材21aの一端が連結部材23の傾斜中空連結部23
bに挿入されてある角度をもって突合わされ、各合成樹
脂構造材21,21aに装着した支圧緩衝部材のボルト
孔と連結部材23にあけられているボルト孔24を合わ
せたのち、図2に示すように、ボルト16とを挿通して
ナット17で締付ける。
したものと同様に、軸部16aが連結部材23の幅に対
応した長さとされたものが使用され、ボルト16の軸部
16aとねじ部16bとの径の違いによる片当りを防止
し、荷重の集中を防止する。
材23とボルトおよびナットとで締付けてある角度をな
した合成樹脂構造材21,21a同志を簡単に接合する
ことができる。
成樹脂構造材21,21a,22の各ボルト孔に装着し
てあるので、複数本のボルトを用いて締付ける場合に、
予め形成した合成樹脂構造材21,21a,22のボル
ト孔と連結部材23のボルト孔24とのピッチにわずか
な誤差が生じてもFRP製の支圧緩衝部材15の肉厚方
向の弾性変形により合成樹脂構造材21,21a,22
と連結部材23との間に加わる荷重が各ボルトにほぼ均
一に分散され、ボルト本数に比例した接合強度を得るこ
とができる。
4の配置を交互に直交する2方向に配置しているので、
ボルト本数に対する接合部の長さを短くすることができ
る。
うにしているので、接合作業が容易となり、たとえば冷
水塔のあらゆる構造部分の継手への適用が可能となる。
ては、その変形例を示す図5のように、T字状の接合部
(同図(a)参照)や十字状の接合部(同図(b)参
照)さらに6本の合成樹脂構造材が交差する接合部(同
図(c)参照)など複数の合成樹脂構造材がある角度で
付き合わされたり、交叉する場合に対応した連結部材を
形成して用いることでこの発明を適用することができ
る。
FRP材としたが、これらに限定するものでなく、熱硬
化性プラスチックをマトリックスとする狭義の複合材料
であるFRP材に限らず、FRTPなどを含む広義の強
化プラスチックをさすものである。
に入れられるボルトを1箇所について1本ずつとした
が、たとえば図5(d)に示すように、1箇所について
2本ずつとしたり、さらに複数本とするようにしても良
い。
場合に限らず、たとえば図5(e),(f)に示すよう
に、中空の円や中空の六角形などの各種形状の場合でも
連結部材を対応する断面形状にした一体構造または2分
割構造とすることで、この発明の継手構造を適用できる
のは言うまでもなく、6角形軽断面の場合には、ボルト
を直交する2方向とする場合だけでなく、120度間隔
の3方向とするようにしても良い。
で各構成要素を変更しても良いことは言うまでもない。
ようにこの発明の合成樹脂構造材の継手構造によれば、
中空合成樹脂構造材を複数のボルトで接合する場合に、
中空連結部材内で互いを突き合わせ、中空部の変形を防
止するとともに、複数のボルト孔の加工精度の影響を緩
和する支圧緩衝部材を装着し、しかもボルト孔を、直交
する2方向の平行な側面間に、接続端からボルト孔径の
4倍以上の間隔をあけるとともにボルト孔同士のピッチ
をボルト孔径の4倍以上として一方の側面間のボルト孔
が他方の側面間のボルト孔の中間に交互に位置するよう
に配置し、これらのボルト孔にボルトを挿通して締付け
るようにしたので、複数のボルトに装着した支圧緩衝部
材の変形による緩衝作用によって各ボルトに荷重が集中
しないようにして荷重を均等に分散させ、しかもボルト
の配置をボルト孔径の4倍以上のピッチで交互に直交す
る方向として十分な支圧強度を得るとともに、継手部分
の長さを短くし、孔加工精度も向上できる。
れば、中空合成樹脂構造材同志をある角度で突き合わせ
て複数のボルトで接合する場合に、互いに突き合わせた
中空合成樹脂構造材同志の周囲側面に一体構造または分
割構造の連結部材を配置するようにし、中空部の変形を
防止するとともに、複数のボルト孔の加工精度の影響を
緩和する支圧緩衝部材を装着したボルトを用い、しかも
ボルト孔を、直交する2方向の平行な側面間に、接続端
からボルト孔径の4倍以上の間隔をあけるとともにボル
ト孔同士のピッチをボルト孔径の4倍以上として一方の
側面間のボルト孔が他方の側面間のボルト孔の中間に交
互に位置するように配置し、これらのボルト孔にボルト
を挿通して締付けるようにしたので、複数のボルトに装
着した支圧緩衝部材の変形による緩衝作用によって各ボ
ルトに荷重が集中しないようにして荷重を均等に分散さ
せ、しかもボルトの配置をボルト孔径の4倍以上のピッ
チで交互に直交する方向として十分な支圧強度を得ると
ともに、継手部分の長さを短くし、孔加工精度も向上で
きる。
よれば、中空合成樹脂構造材同志、複数を突き合わせた
中空合成樹脂構造材や交叉させた中空合成樹脂構造材の
周囲側面に直交する2方向のボルト孔が形成された2分
割構造の連結部材を配置するようにしたので、施工を容
易にできるとともに、あらゆる接合部の継手に適用する
ことができる。
中空合成樹脂構造材や連結部材に予め工場で孔加工を行
って現場での工数を大幅に減少すると同時に、必要な継
手強度を確保することができる。
合に用いるようにすれば、高温多湿環境下でも腐蝕する
ことがなく、従来の木材や鋼製の場合に比べ、寿命を大
巾に長くすることができ、補修費の低減が図れるととも
に、腐蝕物が冷却された水の中に混入することがなく、
運転管理の容易な冷水塔となり、性能劣化のない安定し
た性能を維持することができる。
施例にかかる従来構造と比較した正面図である。
施例にかかる部分拡大断面図である。
施例にかかる従来構造と比較した接合強度の説明図であ
る。
施例にかかる一部分を拡大した斜視図である。
の説明図である。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 中空合成樹脂構造材同志を中空連結部材
内に装着して軸方向に突き合わせ、この中空連結部材と
中空合成樹脂構造材とに直交する2方向の平行な側面間
に、接続端からボルト孔径の4倍以上の間隔をあけると
ともにボルト孔同士のピッチをボルト孔径の4倍以上と
して一方の側面間のボルト孔が他方の側面間のボルト孔
の中間に交互に位置するように配置し、これらのボルト
孔にボルトを挿通するとともに、これらボルトに中空部
の変形防止およびボルトへの荷重を均等に分散する支圧
緩衝部材を装着して接合することを特徴とする合成樹脂
構造材の継手構造。 - 【請求項2】 複数の中空合成樹脂構造材をある角度で
突き合わせまたは交叉させた周囲側面に連結部材を配置
し、これらの連結部材と中空合成樹脂構造材とに直交す
る2方向の平行な側面間に、接続端からボルト孔径の4
倍以上の間隔をあけるとともにボルト孔同士のピッチを
ボルト孔径の4倍以上として一方の側面間のボルト孔が
他方の側面間のボルト孔の中間に交互に位置するように
配置し、これらのボルト孔にボルトを挿通するととも
に、これらボルトに中空部の変形防止およびボルトへの
荷重を均等に分散する支圧緩衝部材を装着して接合する
ことを特徴とする合成樹脂構造材の継手構造。 - 【請求項3】 前記連結部材を直交する2方向のボルト
を一体として挿通し得る2分割構造に形成したことを特
徴とする請求項1または2記載の合成樹脂構造材の継手
構造。
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