JP4697869B2 - 接合補助部材 - Google Patents

Description

この発明は、鉄骨構造の継手部や仕口において例えば母材と添板等の接合面の間に介装し高力ボルトで摩擦接合する際に用いる接合補助部材に関するものである。

鉄骨構造物における継手部（梁と梁、柱と柱）もしくは仕口（柱と梁の接合部）などにおいては複数本の高力ボルトと添板（スプライスプレート）を用いる摩擦接合が多く採用されている。この高力ボルト摩擦接合は、高力ボルトに軸力を導入することで接合部材同士を強力に締め付け、部材間に作用する摩擦抵抗によって応力を伝達するものである。そのため高力ボルト摩擦接合部の母材（Ｈ形鋼など）と添板の摩擦接合面のすべり係数を増大する必要がある。

高力ボルト摩擦接合の設計方法は日本建築学会の高力ボルト接合部設計施工指針等に記載されており、すべり係数とは「すべり荷重（すべった時の荷重）を高力ボルト等によるボルト初期導入張力で除したもの」として定義されている。すべり係数を高める（摩擦抵抗を高める）一般的な手段としては、接合耐力上重要となる梁材と添板の鋼板表面の黒皮を研磨機等により除去し、研磨面を所定期間空気中に放置して両接合面に十分な赤錆を発生させたり、あるいは同様に黒皮を除去した後、ショットブラスト処理を施して適当な凹凸状態を形成する方法があった。

指針において摩擦接合面は、黒皮除去された良好な赤錆面（すべり係数が０．４５を上回る処理）で使用するものとし、すべり係数はすべり耐力試験により確認する必要があると示されている。通常、良好な赤錆状態であればすべり係数は０．４５を上回ることが知られており、すべり耐力試験は省略される場合が多い。赤錆状態のすべり係数において中には０．６程度の値が得られることもあるが、環境因子や鋼材等により錆生成状態が異なるためバラツキが大きく、設計上は０．４５より大きなすべり係数は用いることができないことになっている。

従って、赤錆発生によりすべり係数を高める方式によると、梁材などの形状が大きくなるにつれて継手部の高力ボルト本数が膨大となるばかりか、添板の形状も大きくなり、作業性・納まり等も悪化する問題点があった。

又すべり係数を増大するために赤錆を発生する方法やショットブラスト処理を施す方法は、何れも鉄骨加工工場で行われるが、部材を回転させるためのクレーンや回転治具、グラインダ研磨機、ショットブラスト機械等が必要となり、大変な手間が必要であった。特に錆発生は、所定の錆の発生に日時を必要とし、かつ放置のための置場が必要となるなど、鉄骨加工のネックとなっていた。

このため赤錆発生やショットブラスト加工などの摩擦接合面処理を施さなくとも高いすべり係数を得ることができ、高力ボルト数の削減・添板の縮小化・ボルト締結の作業量の低減など様々な効果を期待できる、例えば以下に示すような工法が開発されてきた。
特開平1０-１８４２３号公報 特開平７‐８３２１１号公報 ここで特許文献１には、添板と母材（Ｈ形鋼など）との間に波形状等の複数突起を設けた、中間補助材を介在させることにより接合面の摩擦係数を増大する方法が提案されていた。この摩擦接合の詳細を図４及び図５に示す。中間補助材１０１は複数のボルト挿通孔を有した板状のもので、熱処理を施し硬さを高めていた。この中間補助材１０１の表面には三角形の波形状あるいは角錐状の突起が設けられていた。

中間補助材１０１に形成する突起１０１ａは、高力ボルト１０４による母材１０２と添板１０３の締め付けによって、母材１０２と添板１０３に食い込む構造であり、このような中間補助材１０１を採用することですべり係数が向上し（０．９〜１．０）、このため高力ボルト１０４の数量が低減できるばかりか、添板１０３も小さくできるし、摩擦面処理も入らなくなるなどメリットが多いものであった。

又特許文献２に記載される接合補助部材には、図６及び図７に記載されるように、凸又は凸条５０の両側あるいは外周に凹溝５２が形成されていた。この接合補助部材４８は、凹溝５２を設けているので、図示しないボルト・ナットが所定の締め付け力で締め付けられることにより、凸又は凸条５０に押圧されて母材あるいは添板５４が変形し、凸又は凸条５０の周囲に盛り上がり、これら母材あるいは添板５４の一部が凹溝５２の中に入り、その結果、両部材４８，５４は密着させられ、摩擦力とせん断力により接合力が高められる構成であった。

ところで高力ボルト摩擦接合において、突起を母材と添板等の接合面に食い込ませる接合補助部材を使用する場合には、その接合面と接合補助部材の表面との間に働くせん断力により、表面上に設けられた突起の根元に応力集中が起き、突起がせん断破壊したり、一部がもげる恐れがあった。

また、接合補助部材の突起が母材と添板等の接合面に食い込む特長を活かして、その接合面には錆止の塗料を予め塗布することも可能であるが、その場合には、突起が食込んだ時に剥がれた塗膜の逃げ場が無くなることから、接合補助部材の食込みが悪くなり、その食込みの度合いにバラツキが生じるため、耐力が低下し、その結果、設計時のすべり係数を低減する必要があった。

又特許文献２に記載される接合補助部材には、凸又は凸条５０の両側あるいは外周に凹溝５２が形成されていたが、この凹溝５２は母材あるいは添板５４の盛り上がり部を収容するためのものであって、剥がれた塗膜が収納できるだけのスペースはなかった。塗膜が凹溝５２に入り込む場合には、母材あるいは添板５４の変形部分が凹溝内に入り込む余地が無くなり、結合力が高まるという効果も期待できず、十分な接合強度が得られない恐れがあった。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、母材や添板に塗布する錆止め塗料の影響を受けることなく、突起の食込みにバラツキが生ぜず、十分な接合強度が得られる接合補助部材を提供することを目的としている。

前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。

請求項１に記載の発明は、鉄骨構造の接合部で母材と添板等の接合面を高力ボルトで摩擦接合する際に、母材と添板等の接合面の間に介装する板材であって、ボルト締付力でそれぞれの接合部材の表面に、あるいは接合部材の何れか一方の表面に、食込み得る複数条の刃状突起を形成し、かつ各刃状突起の基部両側の表面に凹の溝部を形成した接合補助部材において、前記溝部の板材平坦面からの深さｈ２は、前記刃状突起の板材平坦面からの高さｈ１に対しｈ２＜ｈ１、前記溝部の幅ｂに対しｂ／２＞ｈ２の関係式を満たし、前記刃状突起の板材平坦面から上部にある横断面積は、前記基部両側にある各溝部の横断面積の和より小さいことを特徴とするものである。

接合補助部材は母材や添板等と同等以上の強度及び硬度を有する素材を用いる。接合補助部材は１枚で複数本の高力ボルトに対応するものでもよいし、あるいは１本の高力ボルトに対して１枚の接合補助部材が対応するものでもよい。溝部の横断面積は、一の刃状突起に対応する溝部の合計横断面積である。溝部は隣接する刃状突起に対して夫々独立した凹部を形成し、その中間には平坦面を設けるものでもよいし、隣接する刃状突起が共用するものでもよい。共用する溝部の場合、隣接する刃状突起の基部間は全て凹部となり、平坦部はなくなるが、基部を仮想の平坦面位置と考える。さらに、その共有する溝部の横断面積については、隣接する刃状突起が１つの溝部を共有していることから、基部の両側にある溝部はそれぞれ半分の横断面積の和となる。

刃状突起は直線状に並列するものが望ましく、溝部は、その刃状突起の基部の両側に並列状態で配置する。板材は、表裏の平坦面若しくは平坦面に相当する面の間隔である基準板厚を確保して接合補助部材の強度低下を生じさせないようにする。基準板厚とは製造時に反り等の塑性変形が生じにくい必要板厚のことである。

請求項２記載の接合補助部材の板材は、両面に前記刃上突起を形成し、各刃状突起の基部両側に溝部を形成するものであって、一面の刃状突起に対応する他面の位置には前記溝部を形成することを特徴とするものである。一面の刃状突起の中心と他面の溝部の中心を一致させる。なお、一面の溝部に対応する他面の位置には、刃状突起若しくは、平坦面のどちらかが形成されることになる。

請求項３記載の接合補助部材の溝部は、隣り合う前記刃状突起が共有する緩やかな円弧状であり、該刃状突起の基部を仮想の板材平坦面とすることを特徴とするものである。

前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。

請求項１に記載の発明は、刃状突起に対して溝部の形状を所定の大きさに規定するので、刃状突起を食込ませた時に生ずる母材又は添板の盛り上がり部及びこれらに塗布する錆止め塗料や黒皮等を溝部に追いやることができ、錆止め塗料を塗布する場合でも均一な接合耐力を図ることが可能となる。

請求項２記載の接合補助部材の板材は、板材表面と裏面で刃状突起の位置をずらすので製造時における反り等の塑性変形を確実に防止することができ、接合補助部材の強度低下が生じない。又請求項３記載の接合補助部材の溝部は、隣り合う前記刃状突起が共有する緩やかな円弧状であり、該刃状突起の基部を仮想の板材平坦面とするので刃状突起の根元に生じる応力集中を緩和することができ、刃のせん断破壊が回避できる。

以下、この発明の接合補助部材の実施の形態について説明するが、この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明はこれに限定されない。

図１は接合補助部材の拡大断面図である。接合補助部材１は、鉄骨構造の接合部で母材と添板を所定間隔の高力ボルトで摩擦接合する際に、母材と添板の接合面間に介装するものであって、母材の長手と直交する方向に直線状の刃状突起２を並設している。この刃状突起２は、高力ボルトの締付力で母材の表面及び添板の表面に食込む構造である。

各刃状突起２の基部両側には溝部３を形成する。溝部３は緩やかな円弧状（半径Ｒ）とする。刃状突起２と溝部３は、夫々板材平坦面４から凸設あるいは凹設するもので、この板材平坦面４からの刃状突起２の高さをｈ1とし、同じく板材平坦面４からの溝部３の深さをｈ2とし、溝部３の幅をｂとする。

この時以下の関係式を満たす。

ｈ1＞ｈ2 ‐‐‐‐‐‐1)
ｂ／２＞ｈ2 ‐‐‐‐‐2)
又、刃状突起２の板材平坦面４から上部にある横断面積Ａは、溝部３の横断面積Ｂ，Ｃに対し以下の関係式を満たす。なお、Ｂ，Ｃはそれぞれ１本の刃状突起２の側部にある溝部３の片側分の横断面積に相当する。

Ａ＜Ｂ＋Ｃ ‐‐‐‐‐3)
接合補助部材１は、板厚を薄くすると、反り等の塑性変形を起こし母材や添板に対して均一な食込みを確保できない。従って製造時に反り等の塑性変形が生じにくい板厚が必要となる。この必要板厚を基準板厚とする。

溝部３の形状は、接合補助部材１が基準板厚（図１では板材平坦面４，４間）を確保できると判断されるものであって、しかも刃状突起２を母材や添板に食込ませた時に生ずる盛り上がり部及び錆止め塗料・黒皮等が逃込める大きさとなる。

次に接合補助部材の強度低下を生じさせないため、表面と裏面で刃状突起をずらす実施の形態を図２及び図３に示す。図２に示す接合補助部材１１は、図１に示す接合補助部材と同様に刃状突起１２の基部両側に溝部１３を形成するもので、表面の刃状突起１２に対応する裏面の位置には片側の溝部１３がくるようにする。

図３に示す接合補助部材２１は、隣接する刃状突起２２，２２間の溝部２３を連続的に形成するもので、表面の刃状突起２２に対応する裏面の位置には、この溝部２３の中心がくる。このような形状はプレス製造が最適である。

この発明の接合補助部材はＨ形鋼における継手部（梁と梁、柱と柱）もしくは仕口（柱と梁の接合部）に限らず、角形鋼管同士やブレースと柱との接合にも適用が可能であり、１枚の接合補助部材で複数本の高力ボルトに対応する場合、あるいは１本の高力ボルトに対して１個の接合補助部材が対応する場合の何れにも適用できる。

接合補助部材の拡大断面図である。 別の実施の形態の接合補助部材の拡大断面図である。 他の実施の形態の接合補助部材の拡大断面図である。 従来の接合補助部材を用いる接合部の正面図である。 図４のａ部拡大図である。 従来の接合補助部材の拡大断面図である。 従来の接合補助部材を用いる接合部の拡大断面図である。

符号の説明

１ 接合補助部材
２ 刃状突起
３ 溝部
４ 板材平坦面

Claims (3)

1. 鉄骨構造の接合部で母材と添板等の接合面を高力ボルトで摩擦接合する際に、母材と添板等の接合面の間に介装する板材であって、
   ボルト締付力でそれぞれの接合部材の表面に、あるいは接合部材の何れか一方の表面に、食込み得る複数条の刃状突起を形成し、
   かつ各刃状突起の基部両側の表面に凹の溝部を形成した接合補助部材において、
   前記溝部の板材平坦面からの深さｈ２は、前記刃状突起の板材平坦面からの高さｈ１に対しｈ２＜ｈ１、前記溝部の幅ｂに対しｂ／２＞ｈ２の関係式を満たし、
   前記刃状突起の板材平坦面から上部にある横断面積は、前記基部両側にある各溝部の横断面積の和より小さいことを特徴とする接合補助部材。
2. 前記板材は、両面に前記刃状突起を形成し、各刃状突起の基部両側に溝部を形成するものであって、一面の刃状突起に対応する他面の位置には前記溝部を形成することを特徴とする請求項１記載の接合補助部材。
3. 前記溝部は、隣り合う前記刃状突起が共有する緩やかな円弧状であり、該刃状突起の基部を仮想の板材平坦面とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の接合補助部材。