JP3995042B2 - 締結装置 - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は部材を締結する締結装置に関し、より詳しくは、該部材が挿入される締結部を有する締結ケースと、該部材が挿入された締結部の残り空間に挿入される楔とを含み、該楔は、該締結ケースと接触する面(斜面)の摩擦係数より、該部材と接触する面(底面)の摩擦係数が大きいことにより、接合部材に外力が作用する時、楔作用によって接合部材を強固に締結することを特徴とする。
【0002】
(背景技術)
一般に、建設・土木現場で最も用いられる締結方法はボルト締結法であり、図1に示されるように、締結しようとする二つの鉄骨部材10の上・下面に目板12を置いてボルト14とナット15を用いて締結する方法である。
【0003】
しかし、ボルト締結法は、部材の締結部に多数の締結孔を穿孔しなければならず、この時、締結孔の周囲に発生するノッチや応力集中現状の問題点があり、構造物が大型化されることに伴って締結孔の個数を継続して増加させなければならない問題点がある。
【0004】
また、ボルト締結法は、ボルトの直径が締結孔の直径より小さいため必然的に左右に力(P)が加えられると図2のような押され現象が発生して隙間18が生じるようになり、これを補完するためにボルトに大きな軸力を導入して接合面の摩擦力が荷重に抵抗するようにし、押され現象と応力集中現象をある程度減少させる‘高張力ボルトを用いた摩擦接合法’が用いられているが、実際の作業現場ではボルトに軸力を発生させる作業が難しいため費用増大の原因になり、導入された軸力を確認することが難しいという問題点を有している。
【0005】
これを補完するためのものが、大韓民国公開特許第1999−76051号(出願番号10−1998−10689号)の鉄材ビーム10と鉄材ビーム10とを連結する時にボルト14とナット15を利用し、鉄材ビーム10と締結部材12との間に摩擦リング16を圧入して締結する技術と(図3参照)、大韓民国公開特許第1998−72021号(出願番号10−1998−28349号)の鉄材ビーム10と鉄材ビーム10とを連結する時にボルト14とナット15を利用し、鉄材ビーム10と締結部材12を加工して係止凹凸部を形成して締結する技術(図4参照)である。
【0006】
しかし、前記背景技術は、ボルトとナットを用いて締結しなければならないため作業時間が長く、ボルト孔を合わせることが容易でなく、鉄材ビームと締結部材との間は点接触の確率が高く、部材に特殊な接合面を加工するための装置を別途に備えなければならないという問題点を有している。
【0007】
(発明の開示)
本発明の目的は、前記背景技術の問題点を解決するためのものであって、ボルトとナットの使用をなくす又は減らし、締結ケースとこれに対応する楔を利用することによって施工が簡便で構造的性能が優れた経済的な板状鋼材またはH形鋼材締結装置を提供することである。
【0008】
本発明による板状鋼材またはH形鋼材締結装置は、板状鋼材またはH形鋼材を締結する締結装置であって、前記板状鋼材またはH形鋼材が挿入される締結部を有する締結ケースと、前記板状鋼材またはH形鋼材が挿入された締結部の残り空間に挿入される楔とを含み、前記楔は、前記締結ケースと接触する面(斜面)の摩擦係数より、前記板状鋼材またはH形鋼材と接触する面(底面)の摩擦係数が大きいことを特徴とする。
【0009】
前記楔は前記板状鋼材またはH形鋼材が挿入された締結部の残り空間と対応し、前記楔の断面は三角形、梯形、五角形のうちのいずれか一つであることを特徴とし、前記楔の斜面と底面とがなす角度(θ)は、1゜乃至
(ここで、μは楔と締結ケースとの間の摩擦係数、μ’は楔と部材との間の摩擦係数)であることを特徴とし、前記楔の底面は、摩擦係数を大きくするための表面処理や多様な形状の突起物を形成する等の機械的加工を行うことを特徴とし、前記楔の斜面は、摩擦係数を小さくするための機械的な仕上げ作業や潤滑剤を塗布する等の表面処理をすることを特徴とし、前記締結ケースが分離型である場合には、第1締結ケースと第2締結ケースとがボルトによって結合され、あるいは、第1締結ケースまたは第2締結ケースのうちのいずれか一つに形成された敷居がある凹溝と、他の一つに形成された敷居がある凸部の嵌合によって結合されることを特徴とし(前記凹溝と凸部は締結が容易に行われるように長さ方向にテ−ピング処理することができる)、図6に示されるように楔と部材の密着のために弾性片、又はスプリング、ネジなどを使用することを特徴とする。
【0010】
(発明を実施するための最良の形態)
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。しかし、これら図面は例示的な目的に過ぎず本発明がこれに限られるわけではない。
【0011】
図5は本発明の作動原理を説明するための図面で、楔30の斜面302と締結ケース20、楔30の底面304と部材10の間に作用する力の相関関係を利用して説明する。
【0012】
図5で楔の底面304と斜面302が有する傾斜角をθ、楔の斜面302と締結ケース20との間の摩擦係数をμ、部材10に作用する外力をP’とし、楔の底面304と部材10との間の摩擦係数をμ’、締結ケースによって楔30に作用する垂直外力をP(P’が増加することに伴って増加する因数)とし、楔の斜面に沿って流れる力と摩擦力との関係は
で表現され、ここで
は力P’の斜面方向の分力であり、
は力P’によって生じる力Pの斜面方向の分力であり、
は斜面に沿って作用する摩擦力である。式(1)を整理すれば、
の関係が成立し、楔の底面304と部材10との間の摩擦面が滑らないための条件は
であるので、式(2)で
の関係を得ることができる。
式(3)をθに対して整理すれば、
式(4)の通りである。
【0013】
したがって、式(4)にμとμ’を代入して臨界角θを求めた後、構造物の安全率を考慮してθより小さな値で楔30の形状を決定することができる。
【0014】
つまり、部材10に引張力、圧縮力または剪断力のような外力が作用すると、楔30の斜面302と締結ケース20の間の摩擦係数(μ)と、楔30の底面304と部材10の間の摩擦係数(μ’)との差によって外力が増加し、同時に楔30が部材10に加える垂直力が増加するので、楔30が部材10と締結ケース20の間で楔作用が働く。その結果、楔30と部材10間の結合力は、締結ケース20が垂直方向に耐えることができる最大耐力によって左右される。
【0015】
前記楔30の大きさと形態は前記θによって左右され、最大限μとμ’の差を大きくするほど臨界角θを大きくすることができ、θが大きくなるほど締結ケースが耐えなければならない垂直方向の力が小さくなるので、有利には締結ケースの大きさを小さくすることである。したがって、前記楔30の斜面302は機械的な仕上げ作業や潤滑剤を塗布する等の方法でμの大きさを減少させることができ、楔30の底面304は表面処理や多様な形状の突起物を形成する等の機械的な加工方法でμ’の大きさを増加させることができる。楔30の底面304の機械的な加工例については図8で再び説明する。
【0016】
ここで、部材10は接合されなければならない部材を指す用語であって、鉄骨造、特にHビームを指す用語として用いられるが、木材やプラスチックまたは石材にも適用することができる。同様に、締結ケース20や楔30も鉄材が好ましいが、木材またはプラスチック、石材などにも適用することができる。また、締結部22は締結ケース20内の空間であって、部材10と楔30が嵌合されて結合される部分を指す。前記締結部22は、以降の図面には図面符号を表示せずに説明する。
【0017】
図6は本発明による締結装置を図のような方向に力Pが作用する場合の締結方法を説明するための図であって、上部は分解斜視図であり、下部は結合された状態の斜視図である。
【0018】
図6を参照すると、図のような方向に作用する力Pに抵抗するために2つの部材10を連結する場合、二つの部材10の間に締結ケース20が介され、前記締結ケース20の締結部(図面符号表示せず)に前記二つの部材10が各々嵌合され、前記部材10が嵌合された前記締結部の残り上下空間には部材の挿入方向と垂直に楔30が嵌合され、楔と部材の密着のために図6のように弾性片40が挿入されることもできる。前記弾性片40は図6にのみ図示したが、他の図面でも適用することができる。
【0019】
前記楔30は、式(4)の摩擦係数を考慮して斜面と底面の角度を計算して適切な角度を選定し、このように結合された状態で前記部材10は図のような方向の力Pを受けると、前記楔30の楔作用によって前記部材10は前記締結ケース20から離脱せず、力が加えられるほど前記楔30は前記部材10と前記締結ケース20の間に一層堅固に打込まれて外れないようになる。
【0020】
図7は本発明による締結装置を図のような方向に力Pが作用する場合の締結方法を説明するための図であって、上部は分解斜視図であり、下部は結合された状態の斜視図である。
【0021】
図7を参照すると、図のような方向に作用する力Pに抵抗するために2つの部材10を連結する場合、二つの部材10の間に締結ケース20が介され、前記締結ケース30の締結部(図面符号表示せず)に前記二つの部材10が各々嵌合され、前記部材10が嵌合された前記締結部の残り前後空間には部材の挿入方向と同じ方向に楔10が嵌合される。
【0022】
前記楔30は、式(4)の摩擦係数を考慮して斜面と底面の角度を計算して適切な角度を選定し、このように結合された状態で前記部材10は図のような方向の力Pを受けると、前記楔30の楔作用によって前記部材10は前記締結ケース20から離脱せず、力が加えられるほど前記楔30は前記部材10と前記締結ケース20の間に一層堅固に打込まれて外れないようになる。
【0023】
図8は、本発明による楔の底面の形態を説明するための図である。
【0024】
図8を参照すると、楔30の底面は摩擦係数を大きくするために多様な方法で加工されている。つまり、楔30の底面に突起306が形成され、あるいは楔30の長軸方向に畝形態の凹凸部308が形成されている。
【0025】
前記突起306は、図面に示されたもの以外にも多様な形態に形成することができ、凹凸部308の断面形態も三角形以外に多様な形態を有することができる。
【0026】
図9は、本発明による楔の多様な形態を説明するための図である。
【0027】
図9を参照すると、楔30の多様な形態を確認することができる。断面が三角形31、五角形32、梯形35、ダブル五角形36などの多様な形態を示し、それ以外にも多様な形態を具現することができる。
【0028】
また、楔のうちの図面符号38の楔は、圧縮または引張のうちのいずれか一つの力だけが作用するところに使用することもでき、特に図面符号39の楔は締結が容易に行われるように楔の長さ方向に傾斜を与えたものである。
【0029】
本発明ではほとんど五角形32の楔をモデルとして説明しているが、本発明がこれに限られるわけではない。
【0030】
本発明での締結部の形態は部材が締結部に挿入された状態で締結部の残り空間が図9の多様な楔30と対応するのが好ましいが、場合によっては楔30の形態と異なる形態に具現することもできる。
【0031】
図10は、本発明による締結ケースを分離型に具現した図であって、上部は分解斜視図であり、下部は結合された状態の斜視図である。
【0032】
図10を参照すると、締結ケース20は中間で水平に切断されている。切断された部分はボルト14とナット(図示せず)によって結合されるようになっている。このような形態の締結ケース20は一体型を使用することが難しいところに用いることができる。
【0033】
図11は、図10と類似した分離型である。差異点はボルト−ナット結合ではなく、上下の締結ケース20側に凹溝と凸部を形成した後に締結片310を用いてスライディング結合することであり、前記凹溝と凸部は締結が容易に行われるようにテーピング処理することもできる。
【0034】
図12は、本発明において、部材間に引張−圧縮だけでなく、横力に対しても安全な結合を行うことができる締結ケースを説明するための図面である。
【0035】
図12を参照すると、図6と異なって締結ケース20の一つの締結部には2つの楔が互いに異なる方向に挿入されるように構成されている。つまり、締結部の上部と下部に互いに異なる方向に楔が挿入されるようになっている。図面では前記締結部の上部には挿入される部材10の挿入方向と垂直に楔30を挿入し、前記締結部の下部には挿入される部材10の挿入方向と平行に楔30を挿入するようになっている。前記締結部の上部に挿入される楔は前記部材10の引張−圧縮に対応し、前記締結部の下部に挿入される楔は前記部材10の横力に対応して、前記締結ケース20から前記部材10が離脱しないようにする。
【0036】
【実施例】
以下、実施例を通じて本発明を詳細に説明する。しかし、これら実施例は例示的な目的に過ぎず本発明がこれに限られるわけではない。
【0037】
(実施例1)
図13は、本発明による実施例1である。本発明による締結装置は水平に位置する2つのH型の部材10からなる梁を連結している。上部の2つの締結ケース20は図6に示された締結方法を使用し、中間の一つの締結ケースは図7に示された締結方法を使用し、下部の締結ケースは図10に示された分離型の締結ケースによる締結方法を使用している。実際の構造物工事現場でH型の部材10からなる梁を締結する時には図示のように多様な方法を同時に使用することはないが、図13ではH型の部材10からなる梁を締結するための多様な方法があることを示すために多様な方法を使用して示した。
【0038】
一方、図13の場合に、図11及び図12で提供する形態の締結ケース20を使用することもできる。
【0039】
(実施例2)
図14は、本発明による実施例2である。本発明による締結装置は垂直に形成されたH型の部材10からなる柱の平らな面にH型の部材10からなる梁を連結している。
【0040】
図14では新たな形態の締結ケース20を提供する。柱が挿入されるところには2つの締結部を形成し、梁が挿入されるところには一つの締結部を形成している。前記柱は上下方向と側面方向に前記締結ケース20が外れないように固定され、前記梁は前記柱から引張方向と横力方向に受ける力に対抗するようになっている。
【0041】
(実施例3)
図15は、本発明による実施例3である。実施例3は実施例2と比較して、梁が前記梁の軸方向に90度回転した状態であり、また、柱とも90度回転した状態で結合されるようになっている。実施例3では図12で例示した締結ケース20を使用した。
【0042】
図12の締結ケース20を使用することによって、前記梁と柱はいずれの方向に力を受けるかに拘らず堅固な結合が可能である。
【0043】
(実施例4)
図16は、本発明による実施例4である。本発明による締結ケース20の一側部に締結部が一つだけ形成されており、他側部は平らに製作し、前記他側部を柱にボルトを用いて結合している。
【0044】
(実施例5)
図17は、本発明による実施例5である。本発明による締結装置を用いて柱に短く相対的に強度の強いビームを溶接し、前記強いビームと相対的に強度の弱いビーム(梁)を実施例1の方法で連結している。
【0045】
図面で強度の強いビームと弱いビームの幅と厚さが異なる。このように幅と厚さが異なるビームとビームを連結することは締結ケース20の楔軸方向長さを調節したり締結部の高さを調節することによって可能である。前記結合方法は地震が発生した時に延性の弱い溶接部位での応力集中を避けて弱いビーム側が先に降参するようにすることによって耐震性能を増加させることができる結合方法である。
【0046】
以上のように、本発明により、接合部材に締結孔を形成する必要がないので締結孔による断面欠損、応力集中を防止することができる。また、多数のボルトを使用しなければならない既存のボルト接合や摩擦接合に比べて工事期間を短縮し労働力を節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、背景技術1を示した概念図である。
【図2】 図2は、背景技術1の問題点を示した概念図である。
【図3】 図3は、背景技術2を示した概念図である。
【図4】 図4は、背景技術3を示した概念図である。
【図5】 図5は、本発明による作用原理を説明するための概略図である。
【図6】 図6は、本発明による締結装置が横に配置された部材を締結した状態の斜視図である。
【図7】 図7は、本発明による締結装置が縦に配置された部材を締結した状態の斜視図である。
【図8】 図8は、本発明による楔の底面の形態を示す斜視図である。
【図9】 図9は、本発明による楔の多様な形態を示す図である。
【図10】 図10は、本発明による分離型締結ケースを示す斜視図1である。
【図11】 図11は、本発明による分離型締結ケースを示す斜視図2である。
【図12】 図12は、本発明において、引張−圧縮だけでなく、横力に対しても安全な結合を行うことができる締結ケースを示す斜視図である。
【図13】 図13は、本発明による実施例1(梁と梁との連結)を示す図である。
【図14】 図14は、本発明による実施例2(柱と梁との連結)を示す図である。
【図15】 図15は、本発明による実施例3(柱と梁との連結)を示す図である。
【図16】 図16は、本発明による実施例4(ボルトによる柱と梁との連結)を示す図である。
【図17】 図17は、本発明による実施例5(溶接による柱と梁との連結)を示す図である。
【符号の説明】
10 部材
20 締結ケース
30 楔
306 突起
308 凹凸部
40 弾性片
Claims (8)
- 2個の建築・土木用板状鋼材またはH形鋼材を締結する締結装置であって、
上記板状鋼材またはH形鋼材が挿入される締結部を有する締結ケースと、
該部材に加えられる外力の方向と垂直な方向に、上記板状鋼材またはH形鋼材が挿入された締結部の残り空間に挿入される楔とを含み、
該楔が、該締結ケースと接触する2つ以上の斜面のうち一つ以上の斜面が残り斜面と反対方向に傾斜されて、該締結ケースと接触する該斜面の摩擦係数より、上記板状鋼材またはH形鋼材と接触する底面の摩擦係数が大きいことを特徴とする板状鋼材またはH形鋼材締結装置。 - 前記楔が、前記部材が挿入された締結部の残り空間と対応し、
前記楔の断面が三角形、梯形、五角形のうちのいずれか一つであることを特徴とする請求項1に記載の板状鋼材またはH形鋼材締結装置。 - 締結が容易に行われるように楔の長さ方向に傾斜を与えることを特徴とする請求項2に記載の板状鋼材またはH形鋼材締結装置。
- 前記楔の底面には、
摩擦係数を大きくするための突起が形成され、あるいは、
前記楔の長軸方向に平行、または平行に近い畝形態の凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちのいずれか1項に記載の板状鋼材またはH形鋼材締結装置。 - 前記締結ケースが分離型である場合には、
第1締結ケースと第2締結ケースとがボルトによって結合され、あるいは、
第1締結ケースまたは第2締結ケースのうちのいずれか一つに形成された敷居がある凹溝と、他の一つに形成された敷居がある凸部との嵌合によって結合されることを特徴とする請求項5に記載の板状鋼材またはH形鋼材締結装置。 - 前記締結ケースの一側部に締結部が一つだけ形成されており、
他側部は平らに製作して、
該他側部を平らな面にボルトを用いて結合し、
該締結部に部材を結合することを特徴とする請求項5に記載の板状鋼材またはH形鋼材締結装置。 - 前記楔と上記板状鋼材またはH形鋼材との密着のために楔に弾性片を付着することを特徴とする請求項5に記載の板状鋼材またはH形鋼材締結装置。
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