JP4038449B2

JP4038449B2 - 高力ボルトによる箱形断面材の継手構造

Info

Publication number: JP4038449B2
Application number: JP2003088375A
Authority: JP
Inventors: 清三郎東; 暢芳宇野
Original assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP2004293196A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高力ボルトによる箱形断面材の継手構造及び継手施工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鋼構造物に用いられる鋼管柱には、円柱鋼管や厚板４面溶接組立角形鋼管、厚板プレス成形角形鋼管、薄板ロール成形角形鋼管等の箱形断面材が用いられている。これらは閉鎖断面を有することから、高力ボルトを用いた上下鋼管同士の現場での継手施工は不可能であるため溶接接合により行われているが、溶接は溶接工の技量によって溶接部の力学品質が大きく左右されると共に、風や雨に対しても十分な対策が必要であり、必要な力学品質を確保するためには、多大な管理と労力を要していると共に、溶接作業には、多大な手間と時間を必要とすることから施工コストが高騰する大きな要因ともなっていたもので、接合作業のスピードアップが強く要望されていた。
【０００３】
このような鋼管の継手施工上のスピードアップを図るため、鋼管の外側のみで施工可能なワンサイドボルトが開発され、また、管壁にタップを設けたり、接合部に特殊な継手金物を溶接にて取り付けることにより、一般の高力ボルトによる施工を可能にしたものがあったが、前記ワンサイドボルトあるいは、特殊な継手金物と高力ボルトによる継手施工では、総じてコスト高になると共に、閉鎖断面が比較的小断面の鋼管にしか適用できない問題があった。さらに、閉鎖断面が大きい鋼管の継手構造において、接合端部から離れた部位にボルト施工用のハンドホールを開口して、鋼管内側からの高力ボルトの挿通作業を可能にした方法もあるが、ハンドホールの開口によって鋼管強度が低下するため、高力ボルトの挿通後、鋼板等の補強板を溶接してハンドホールを閉塞しなければならず、強度及びコストの両面での改善が必要であった。
【０００４】
前記の諸問題を解決し、継手施工作業の向上及び施工コスト低減を図る継手構造につき、本出願人が先に特許出願をしている（特開２００２−１２９６５８号）。
【０００５】
この従来技術を、図３、図４によって説明する。各図において、矩形に配置した４辺厚板１の角部が溶接２にて接合されて上部と下部の厚板４面溶接組立角形鋼管柱（箱形断面材）３、４が構成されている。上下両鋼管柱３、４を高力ボルト５にて接合するにあたり、両鋼管柱３、４の互いの接合端部３ａ、４ａ間に跨って内外一対の添板６、７が４辺のそれぞれに所定の間隔に離して複数配設されており、これら内外一対の添板６、７にて上下両鋼管柱３、４の互いの接合端部３ａ、４ａ間を挟持する。
【０００６】
また、上下鋼管柱（つまり箱形断面材）３、４の各辺における接合端部３ａ、４ａで、かつ間隔をあけて配置される一対の各添板６、７間、つまり、上下鋼管柱３、４の各４辺の中央部付近に、高力ボルト５が挿入可能なハンドホール８を設け、このハンドホール８を通して高力ボルト５を上側鋼管柱３と下側鋼管柱４内の内側添板６から上側ボルト孔１０および下側ボルト孔１１に向けて挿通可能に構成されている。図３は、大径のハンドホール８で、添板６、７の幅寸法は相対的に低減された例を示し、図４は、小径のハンドホール８で、添板６、７の幅寸法は相対的に増大された例を示す。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１２９６５８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図３、図４の継手構造において、ハンドホール８の孔径は最低限、作業者の手元および高力ボルトを挿入できる所定の大きさが必要である。同時に、内外の添板６、７および高力ボルト５は強度が必要である。添板６、７の強度を増すには断面増加のため板厚を厚くし、また幅や長さ寸法を増大することになる。また高力ボルト８の強度を増すにはボルト径を太くするとか、ボルト本数を増やすことが必要である。
【０００９】
しかるに、図３、図４の継手構造において、ハンドホール８を矩形の上下鋼管柱３、４の各辺の中央部に開設してあると、このハンドホール８の部位を回避するため内外添板６、７を角形の鋼管柱３、４の角部に寄せて配置することになる。この場合、添板６、７の強度を増大すべく断面増加のため板厚を厚くすると、直角２辺に配置した内側添板６、６の端部同士がこの角部で干渉する。このように内側添板６の断面強度を確保するために添板の厚みを厚くし、あるいは幅寸法を増そうとしても角部で互いにぶつかるという干渉の問題が生じる。
【００１０】
このようにハンドホール８の孔径の確保と添板６の強度向上は相反する関係にあり、上下鋼管柱３、４の接合端部における各４辺の中央部付近にハンドホールを設置していると、鋼管内部の角部での干渉の回避あるいは有効なハンドホール寸法確保のために、適用できるボルト径や添板厚に制限があり、添板の引張耐力を確保するために高価な高強度材料を使用しなければならないなど、経済性の追求を阻害している。
【００１１】
高力ボルト５については、ボルト径を太くすると使用する本数を少なくでき、反対に、ボルト径を小さくするときはボルト本数を多く使用することが必要となる。ボルト径とボルト本数の関係を図３と図４を比較して説明すると、図３のようにハンドホール８の径を大きく取ると、その両側の添板配置可能スペースが小さくなり、添板６、７の幅寸法がその分小さくなる。この場合は、幅が減少した添板６、７を必要な接合強度を保って上下鋼管柱３、４に接合するには、ボルトの断面強度が要求される。しかし、図３ではハンドホール８を大きくしたため、図４よりも添板６、７の幅寸法が小さく太径のボルトが使用しにくい。このため、図３のように小径の高力ボルト５を図４の場合よりも多数本使用する。
【００１２】
前述のようにボルト径の小径化はボルト本数増加につながり、ひいては施工性低下の問題がある。
【００１３】
前記のように、角型の鋼管柱３、４の４辺の中央部にハンドホール８を設ける継手構造にあっては、当該ハンドホール８の孔径の確保と添板６、７および高力ボルト５による強度確保の条件を同時に満たすことができなかった。本発明は、前記従来の問題点を解決した、高力ボルト５による箱形断面材の継手構造を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は次のように構成する。
【００１５】
第１の発明は、角型鋼管等の上下の箱形断面材を添板及び高力ボルトにて接合する箱形断面材の継手構造において、前記両箱形断面材の互いの接合端部間に跨って、箱形断面材の内側のみで、かつ各辺の中央部寄りの部位に添板を配設すると共に、前記箱形断面材の角部における接合端部の一方または両方に、高力ボルトが挿入可能なハンドホールを設け、前記添板の幅は、前記接合端部の近傍で幅狭となるよう構成されており、前記角部のハンドホールを通して前記高力ボルトを前記箱形断面材の内側のボルト孔に向けて挿通可能にしてなることを特徴とする
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、前記ハンドホールは、前記箱形断面材の内側の最遠位置におけるボルト孔の位置まで手差し可能な大きさを有することを特徴とする。
【００１７】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記添板の摩擦面に、少なくとも０．６以上のすべり係数が得られる高摩擦化処理を施してなることを特徴とする。
【００１８】
第４の発明は、第１〜第３の何れかの発明において、前記高力ボルトは、少なくとも１２００Ｎ／ｍｍ²以上の引張強さを有することを特徴とする。
【００１９】
【作用】
本発明によると、箱形断面材の接合端部に開口するハンドホールを設けると共に、相対する箱形断面材間に跨って添板を設け、高力ボルトで両部材間を接合する継手構造において、箱形断面材の角部で交差する２つの辺に跨って、かつ接合端部に開口するハンドホールを設けたので、添板を前記各辺の中央部に配設することができる。したがって、箱形断面材の内側に配設する添板同士の角部での干渉を回避できるため、添板の断面積の限界を大幅に増加でき、添板に安価な低強度材の使用を可能にし、材料費の低減メリットが実現される。さらに、ボルトの太径化が可能であり、ボルト径の太径化はボルト本数低減につながり、ひいては施工性向上のメリットがある。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。なお、従来と同一要素には同一符号を付して説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る高力ボルトによる箱形断面材の継手構造の第１実施形態を示す。
【００２２】
図１において、矩形に配置した４辺厚板１の角部が溶接２にて接合されて厚板４面溶接組立角形鋼管柱（箱形断面材）３、４が構成されていて、上下両鋼管柱３、４の４辺において、互いの接合端部３ａ、４ａの内外面を挟持するように、かつ互いの接合端部３ａ、４ａ間に跨って内外一対の添板６、７が配設され、高力ボルト５にて接合されている。
【００２３】
さらに説明すると、角形の上下両鋼管柱３、４の４つの角部において、交差する２辺に跨って、かつ互いの接合端部３ａ、４ａに開口するハンドホール１２が開設されている。ハンドホール１２は作業が手で把持し高力ボルト５が挿入可能な孔径を有し、このハンドホール１２を通して高力ボルト５を上側鋼管柱３と下側鋼管柱４内の内側添板６の上側ボルト孔１０と下側ボルト孔１１に向けて挿通可能に構成したものである。
【００２４】
ハンドホール１２は上下両鋼管柱３、４の角部１３に開設されるので、各４辺の中央部付近にはハンドホールが存在せず、したがって、各辺の中央部付近に内外一対の添板６、７を配設でき、しかも添板６、７の板厚を大きくしても、直角に隣り合辺の内側の添板６同士が干渉し合うことがなく、必要な強度を確保するに足りる板厚を有した添板６を配設できる。
【００２５】
図２は、本発明に係る高力ボルトによる箱形断面材の継手構造の第２実施形態を示す。図１と図２が相異するのは次の点である。すなわち、図１の第１実施形態では、内添板６と外添板７の両添板で鋼管柱３、４の内外両側を挟持する例を示したが、図２の第２実施形態では、内添板６のみ使用しこれと高力ボルト５で上下の鋼管柱３、４を接合した例を示す。第２実施形態の場合は、内添板６が外添板７を兼用するためその分強度確保のため板厚が厚くなるが、ハンドホール１２が鋼管柱３、４の角部にあり、内添板６を各辺の中央部に配設できるので、内添板６を十分厚くしても、直角に隣合う辺の内添板６同士が干渉し合うことがない。
【００２６】
ハンドホール１２の大きさと、このハンドホール１２を避けて配置される添板６、７の厚さの関係は、本出願人の先願に係る特開２００２−１２９６５８に開示するのでこれを援用する。なお、簡単に説明すると、高力ボルト５による鋼管柱３、４間の摩擦接合部に作用する応力は、鋼管柱３、４と添板６、７との間の部材間の摩擦力で伝達される。この摩擦力の大きさは、高力ボルト５の締付けによる鋼管柱３、４と添板６、７間表面摩擦力係数の積で求められる。
【００２７】
一方、高力ボルト５による摩擦係合部の材間圧縮力の大きさは、高力ボルト５のボルト張力に等しいことから、高力ボルト５の導入ボルト張力が大きく、また摩擦係数が高いほど大きくなり、これにより鋼管柱３、４間に伝達できる応力も大きくなる。このため、添板６、７の摩擦面には、少なくとも、０．６以上のすべり係数が得られるように高摩擦化処理を施すことが好ましい。また、高力ボルト５は、少なくとも１２００Ｎ／ｍｍ²以上の引張強さを有することが望ましい。
【００２８】
次に、本発明の第１実施形態に係る高力ボルトによる鋼管柱の継手施工手順を説明する。
【００２９】
まず、下側鋼管柱４の接合端部４ａ側に、予め、内外一対の添板６、７の下半部を配設して挟持し、これら両添板６、７の下半部の各ボルト孔群１４に高力ボルト（Ｈ．Ｔ．Ｂ）５を挿入して仮止めする。次いで、下側鋼管（箱形断面材）４の接合端部４ａに仮締めされた両添板６、７の上半部間に、上側鋼管（箱形断面材）３の接合端部３ａを差込み挟持させた後、両添板６、７の下半部間を仮締めする。
【００３０】
この状態で、上側鋼管柱３と下側鋼管柱４の接合端部３ａ、４ａに切欠したハンドホール１２から上側鋼管柱３の内側添板６の上半部の各ボルト孔群１５に向けて、手腕で高力ボルト５を挿入し、添板６、７の上半部間を仮締めした後、添板６、７の下半部を一次締めするとともに、両添板６、７の上半部間を一次締めする。さらに、添板６、７の下半部間を本締めすると共に、両添板６、７の上半部間を本締めする。
【００３１】
なお、本発明を実施する場合、前記高力ボルト５による鋼管柱の継手施工手順とは、上下逆にした施工手順によっておこなってもよい。また、図１、図２では、ハンドホール１２を上下鋼管柱３、４の両接合端部３ａ，４ａに形成したが、上下何れか一方の接合端部３ａ，４ａに形成してもよい。その他、各実施形態で示した構成を適宜設計変更して実施することは、本発明の範囲に含まれる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によると、箱形断面材の接合端部に開口するハンドホールを設けると共に、相対する箱形断面材間に跨って添板を設け、高力ボルトで両部材間を接合する継手構造において、箱形断面材の角部で交差する２つの辺に跨って、かつ接合端部に開口するハンドホールを設けたので、添板を前記各辺の中央部に配設することができる。したがって、箱形断面材の内側に配設する添板同士の角部での干渉を回避できるため、添板の断面積の限界を大幅に増加でき、添板の安価で低強度材の使用を可能にし、材料費の低減メリットが実現される。さらに、ボルトの太径化が可能であり、ボルト径の太径化はボルト本数低減につながり、ひいては施工性向上のメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明に係る高力ボルトによる箱形断面材の継手構造の第１実施形態を示す要部側面図、（ｂ）は、同（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は、同（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明に係る高力ボルトによる箱形断面材の継手構造の第２実施形態を示す要部側面図、（ｂ）は、同（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）は、同（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図３】（ａ）は、第１従来例に係る高力ボルトによる箱形断面材の継手構造の側面図、（ｂ）は、同（ａ）のＥ−Ｅ断面図、（ｃ）は、同（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。
【図４】（ａ）は、第２従来例に係る高力ボルトによる箱形断面材の継手構造の側面図、（ｂ）は、同（ａ）のＧ−Ｇ断面図、（ｃ）は、同（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。
【符号の説明】
１厚板
２溶接
３上鋼管柱
３ａ接合端部
４下鋼管柱
４ａ接合端部
５高力ボルト
６内側の添板
７外側の添板
８ハンドホール
１０上側ボルト孔
１１下側ボルト孔
１２ハンドホール
１３角部
１４下半部のボルト孔群
１５上半部のボルト孔群

Claims

角型鋼管等の上下の箱形断面材を添板及び高力ボルトにて接合する箱形断面材の継手構造において、前記両箱形断面材の互いの接合端部間に跨って、箱形断面材の内側のみで、かつ各辺の中央部寄りの部位に添板を配設すると共に、前記箱形断面材の角部における接合端部の一方または両方に、高力ボルトが挿入可能なハンドホールを設け、前記添板の幅は、前記接合端部の近傍で幅狭となるよう構成されており、前記角部のハンドホールを通して前記高力ボルトを前記箱形断面材の内側のボルト孔に向けて挿通可能にしてなることを特徴とする高力ボルトによる箱形断面材の継手構造。
前記ハンドホールは、前記箱形断面材の内側の最遠位置におけるボルト孔の位置まで手差し可能な大きさを有することを特徴とする請求項１記載の高力ボルトによる箱形断面材の継手構造。
前記添板の摩擦面に、少なくとも０．６以上のすべり係数が得られる高摩擦化処理を施してなることを特徴とする請求項１または２記載の高力ボルトによる箱形断面材の継手構造。
前記高力ボルトは、少なくとも１２００Ｎ／ｍｍ^２以上の引張強さを有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の高力ボルトによる箱形断面材の継手構造。