JP5327779B2 - 鉄筋の定着構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄筋コンクリート構造物に使用する鉄筋の定着構造に関するものである。

従来、鉄筋コンクリート構造物に鉄筋の端部を定着させるには、端部を９０度折り曲げてＬ字状としたり、端部を１８０度折り曲げてＵ字状としたりして定着部を形成していた。また、摩擦圧接を用いて鉄筋の端部にプレートを取り付けて定着部を形成するものや、ネジ構造を用いて定着部を形成するものが知られている（特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１に記載された技術は、鉄筋の一端部を１８０度曲げ加工してＵ字状のフック部を形成するとともに、鉄筋の他端部に雄ネジ部を形成し、この雄ネジ部に掛止板を取り付けてナットで固定することにより鉄筋の定着を行うようにしたものである。

特許文献２に記載された技術は、板状の定着部と、定着部の片側表面に設けた突出部と、突出部に沿って設けた鉄筋螺着用の雌ネジ部とを有している。そして、ネジ鉄筋の端部を定着部に設けた雌ネジ部にネジ込むとともにグラウト材を注入して、鉄筋の定着を行うようにしたものである。

特開平１０−１９６１２０号公報 特許第２６６２１５０号公報

しかし、鉄筋の端部を曲げ加工した定着構造では、柱と梁の接合部等のように鉄筋が密になる箇所や中間帯鉄筋の端部などにおいては配筋が極めて困難であるという問題があった。
また、摩擦圧接を用いて鉄筋の端部にプレートを取り付けた定着構造や、ネジを用いた定着構造では、大型の製作装置を用いた特殊な加工が必要であり、このような設備を備えた工場等でないと製作が困難であった。

また、鉄筋にネジ加工を施す場合にはネジ部が弱点となるため、鉄筋母材よりも強度の大きいネジを用意して、このネジを鉄筋端部に接合したり、ネジ部の断面積を増加させたりすることにより、定着構造に必要とされるネジ部の強度を確保していた。この場合にも、大型の製作装置を用いた特殊な加工が必要であった。
さらに、ネジを用いた定着構造では、ネジ部が弱点となることを回避して鉄筋の母材で確実に破断させるためには、ネジ部とナットとの接合部における引っ張り強さを適切に管理する必要がある。そのためには、ネジ部の締め付けトルクを適切に管理することが必要である。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、ネジ部とナットとの接合部における引っ張り強さを適切に管理して、ネジ部が弱点とならずに、鉄筋の母材で確実に破断させることが可能な鉄筋の定着構造を提供することを目的とする。

本発明に係る鉄筋の定着構造は、上述した目的を達成するため、鉄筋端部を塑性硬化させて見かけ上の降伏点を増加させ、鉄筋の母材と比較して鉄筋端部の強度を増加させた後、塑性硬化させた部分を残して、その先端部分を先細り状に切削加工して形成したテーパーネジ部と、当該テーパーネジ部に螺着することにより定着構造を形成するナットとを備えた定着構造であって、以下の特徴点を備えている。

第１に、鉄筋端部の塑性硬化処理は、テーパーネジ部の基端部分にのみ施し、定着構造を形成するナットは、締め付けトルクを調節可能なトルク管理機構を有し、テーパーネジ部と、定着構造を形成するナットとの接合部における引っ張り強さが、鉄筋の母材の引っ張り強さを上回るように設定することを特徴とする。

第２に、テーパーネジ部と定着構造を形成するナットとの接合部における引っ張り強さは、定着構造を形成するナットの締め付けトルク及びテーパーネジ部の螺合ネジ長さに応じて設定することを特徴とする。

第３に、定着構造を形成するナットの締め付けトルクの増大に応じて、テーパーネジ部の螺合ネジ長さを短縮することを特徴とする。

第４に、定着構造を形成するナットは、テーパーネジ部へ螺着する側を鉄筋母材方向に延長して、テーパーネジ部の根本に嵌め合う雌ネジ部分を確保するための延長部を形成したことを特徴とする。

第５に、定着構造を形成するナットの雌ネジ部の長さは、鉄筋母材の直径の０．９〜１．２５倍であることを特徴とする。

本発明に係る鉄筋の定着構造では、テーパーネジ部とナットとの接合部における引っ張り強さを適切に設定することにより、ネジ部が弱点とならずに、鉄筋の母材で確実に破断させることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る鉄筋の定着構造の実施形態を説明する。
本発明に係る鉄筋の定着構造は、鉄筋端部を塑性硬化させた後に先細り状に切削加工して形成したテーパーネジ部と、当該テーパーネジ部に螺着するナットとを備えている。

まず、鉄筋端部の塑性硬化処理について説明する。
図１〜図３は加工前の鉄筋を示すもので、図１は鉄筋を平面視した模式図、図２は鉄筋を正面視した模式図、図３は図２において鉄筋をＡ−Ａ断面視した模式図である。また、図４〜図６は塑性硬化処理を施した後の鉄筋を示すもので、図４は鉄筋を平面視した模式図、図５は鉄筋を正面視した模式図、図６は鉄筋を図５においてＡ−Ａ断面視した模式図である。また、図７及び図８は、切削加工後の鉄筋を示すもので、図７は鉄筋を平面視した模式図、図８は鉄筋を正面視した模式図である。また、図９及び図１０は、塑性硬化処理に用いる治具を示すもので、図９は治具を側面視した模式図、図１０は治具を縦断面視した模式図である。さらに、図１１は塑性硬化のイメージを示すもので、一般的な鉄筋の応力歪み関係の説明図である。

＜塑性硬化処理に用いる治具＞
本発明の実施形態で用いる鉄筋は、一般的なコンクリート構造物に用いられるものであり、例えば図１〜図８に示すように、異径鉄筋を用いることができる。鉄筋１０の端部に塑性硬化処理を施すための治具５０は、図９及び図１０に示すように、鉄筋１０を挟み込むように二分割されている。二分割された各治具５０は、内側へ向かって突出した凸部５１を有している。治具５０を組み合わせた状態で、対向する凸部５１間の距離が塑性硬化処理後の鉄筋１０の外径にほぼ等しくなっており、これ以外の箇所の距離が塑性硬化前の鉄筋１０の外径にほぼ等しくなっている。また、図示しないが、一対の角柱状の部材を治具５０としてもよい。なお、治具５０の材質は、公知の塑性加工に用いられるものでよい。

＜塑性硬化処理＞
鉄筋１０の端部に塑性硬化処理を施すには、加工すべき箇所に治具５０を取り付け、治具５０をプレス機で挟み付けて圧力をかければよい。塑性硬化処理に用いるプレス機は、一般的に普及している公知の小型のプレス機を用いることができる。このようにして塑性硬化処理を施すと、図１〜図３に示すような形状を呈していた鉄筋１０の端部が、図４〜図６に示すような形状に変化する。図４及び図５において、塑性加工処理を施した範囲を符号２０で示す。
このように、鉄筋１０の端部に塑性硬化処理を施すと、図１１に示すように、加工前と比較して見かけ上の降伏点が増大して、鉄筋１０の端部の強度を増加させることができる。なお、図１１において、縦軸は応力、横軸は歪みを示す。

＜ネジ加工＞
続いて、塑性硬化処理が施された鉄筋１０の端部にネジ加工を施す。このネジ加工は、旋盤等の公知の切削機を用いて行うことができる。本実施形態では、図７及び図８に示すように、塑性硬化処理が施された箇所から先端部に向かって先細り状に切削加工することにより、テーパーネジ部３０が形成される。
なお、上述した塑性硬化処理は、テーパーネジ部３０の基端部分のみに施すことが好ましい。このように、テーパーネジ部３０の基端部分のみに塑性硬化処理を施すことにより、塑性硬化処理を行うための治具５０やプレス機等をさらに小型化することができる。

＜ナット＞
図１２〜図１６は、本発明の実施形態に係る鉄筋の定着構造を示すもので、図１２はテーパーネジ部及びナットの一例を示す側面図、図１３はテーパーネジ部及びナットの他の例を示す側面図、図１４は第１の実施形態に係るトルク管理機構を有するナットの側面図（ａ）、斜視図（ｂ）、図１５は第２の実施形態に係るトルク管理機構を有するナットの平面図（ａ）、側面図（ｂ）、斜視図（ｃ）、図１６は第３の実施形態に係るトルク管理機構を有するナットの側面図である。
テーパーネジ部３０に螺着するナット４０は、図１２〜図１６に示すように、その雌ネジ部４１がテーパーネジ部３０の傾斜角度に応じて傾斜している。そして、鉄筋１０のテーパーネジ部３０にナット４０を螺着することにより、定着構造を形成することができる。なお、図１２〜図１４、及び図１６に示す例では、雌ネジ部４１がナット４０を貫通していないが、ナット４０を貫通して雌ネジ部４１を設けてもよい。

＜テーパーネジ部とナットとの接合部における引っ張り強さ＞
図１７は、ネジ長さと締め付けトルクとの関係を示す説明図である。
本発明では、テーパーネジ部３０とナット４０との接合部における引っ張り強さが、鉄筋母材の引っ張り強さを上回るように設定されている。この際、テーパーネジ部３０とナット４０との接合部における引っ張り強さは、ナット４０の締め付けトルク及びテーパーネジ部３０の螺合ネジ長さに応じて設定する。

図１７に示すように、テーパーネジ部３０とナット４０との接合部において、テーパーネジ部３０からナット４０がズリ抜けずに、鉄筋母材で破断させるためには、ナット４０の締め付けトルクの増大に応じて、テーパーネジ部３０の螺合ネジ長さを短縮すればよい。なお、図１７では、１９ｍｍ径の鉄筋１０を用いた場合における螺合ネジ長さと締め付けトルクとの関係を示しているが、他の鉄筋径であっても、螺合ネジ長さと締め付けトルクとの関係は同様であるため、ナット４０の締め付けトルクの増大に応じて、テーパーネジ部３０の螺合ネジ長さを短縮することにより、テーパーネジ部３０からナット４０がズリ抜けずに、鉄筋母材で破断させることができる。
図１７では、鉄筋端部に塑性硬化処理を施した定着構造を示しているが、鉄筋端部に塑性硬化処理を施さない場合には、螺合ネジ長さと締め付けトルクとの関係を示す直線が、上方にシフトすることになる。

＜ナットの延長部＞
本実施形態のナット４０は、図１２及び図１３に示すように、テーパーネジ部３０へ螺着する側に、鉄筋母材方向に延長した延長部４３を有している。
図１２に示す例では、ナット４０の基端部において、ナット本体部４２と同軸であって、ナット本体部４２の径よりも小さな径を有する延長部４３を設けている。また、図１３に示す例では、ナット本体部４２をそのまま延長して延長部４３を設けている。このように、延長部４３を設けることにより、テーパーネジ部３０の根元に嵌め合う雌ネジ部分を確保することができるので、引き抜き角度が付いたクサビ引っ張り試験においても、接合部の機械的性質が安定し、接合部の引っ張り強さが鉄筋母材の引っ張り強さを上回る定着構造となる。

＜ナットの雌ネジ部の長さ＞
本実施形態のナット４０の雌ネジ部４１の長さは、鉄筋母材の直径の０．９〜１．２５倍に設定されている。
このように、ナット４０の雌ネジ部４１の長さを、鉄筋母材の直径の０．９〜１．２５倍に設定することにより、接合部の機械的性質が安定し、接合部の引っ張り強さが鉄筋母材の引っ張り強さを上回る定着構造となる。

＜トルク管理機構＞
本発明のナット４０は、締め付けトルクを調節可能なトルク管理機構を有している。
本発明の実施形態に用いるナット４０は、図１４〜図１６に示すように、ナット４０の本体部分と、このナット４０の本体部分に連続して設けた締め付け作用部６０とから構成される。

＜トルク管理機構・第１の実施形態＞
第１の実施形態に係るナット４０の締め付け作用部６０は、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、ナット４０と同軸であって、ナット４０の径よりも小さな径となっており、その外周面には軸方向に凹凸部６１が形成されている。

＜トルク管理機構／第２の実施形態・第３の実施形態＞
第２の実施形態及び第３の実施形態に係るナット４０は、それぞれ図１５及び図１６に示すように、締め付け作用部６０がナット４０と同軸に形成されている。この締め付け作用部６０は、その横断面の外周形状がポリゴン曲線等の３葉曲線となっている。第２の実施形態に係るナット４０は、図１５に示すように、テーパーネジ部３０の挿入側とは反対側に締め付け作用部６０を設けている。また、第３の実施形態に係るナット４０は、図１６に示すように、テーパーネジ部３０の挿入側に締め付け作用部６０を設けている。

なお、トルク管理機構は、特公平１−２４９２５号公報（特開昭６１−３６５１０号公報）に詳細に記載されている。すなわち、トルク管理機構は、トルクリミット機能及びロック機能付きナットからなる。このトルク管理機構は、外周面にその横断面の外周形状が非円形（ナットの回転中心に対して非円形の形状）からなる接合部分を、内周面にボルトの雄ネジ部分に対応する雌ネジが形成されているナットであって、該ナットをそれに対応するボルトに締め付ける際に、一定（設定値）以上の回転トルクが作用すると、締め付け工具に係合するナットの係合部分のうち該締め付け工具の最小半径で回転する部分によって、それより外側に位置する部分が塑性変形されて、該締め付け工具がスリップするようになっている。また、ナット内周面の最小径となる雌ネジ部が、この部分と接触するボルトの雄ネジ部よりも小さく変形し、該ナットの内周面が螺合する雄ネジの外周面を押圧するようになっている。さらに、ナットの外周面の係合部分の横断面の外周形状を、多様曲線（例えばポリゴン曲線、ハイポリコイド曲線、エピトリコイド曲線で代表される３葉曲線）で構成している。

このようなトルク管理機構では、ナットをテーパーネジ部に締め付ける際に、軸横断面の内周形状がナットの係合部分の軸横断面の外周線と相似で僅かに大きい凹部あるは貫通孔からなる係合部分を有するボックスレンチ等の締め付け工具を用いてナットを締め付ける。これにより、締め付けの回転トルクが所望の回転トルク以上になると、締め付け工具の最小の回転半径で回転する部分によって、それより外側（ボックスレンチの係合部分のうち、回転させた場合に最小回転半径となる部分の回転軌跡の外側）に位置するナットの係合部分の係合が解け、ナットとレンチとの間でスリップを生じ、それ以上回転しない。したがって、作業者は、ナットとレンチが相対的にスリップするまでレンチを締め付けることにより、所定の回転トルク（締め付けトルク）を得ることができる。

また、ナットの係合部分を構成する軸横断面の外周形状の塑性変形に伴って、ナットの軸横断面の内周形状が塑性変形して、雌ネジ部分が形成されている内周面の軸横断面の内周形状が初期のナット外周形状に相似する形状に変形して、雄ネジ部分の外周面を押圧する。したがって、ナットとレンチとのスリップが生じた際に、ボルトに対するナットの回転は所定の力でロックされ、ナットの回り止めとして機能する。
また、ボルトと螺合するナットの軸横断面の内周面形状が当初の外周面形状に相似する多葉曲線となり、一部に極端な変形部分を形成しないため、必要に応じてロック機能を解除してナットを外すことができる。

＜作用＞
従来の一般的な切削ネジでは、ネジ部が弱点となり鉄筋１０の母材で破断させることができないおそれがあった。したがって、従来の工法では、鉄筋１０の母材で破断させるために、鉄筋１０に対して強度の高いネジを接合し、あるいは冷間でネジ山を形成することで鉄筋１０の断面積を減少させないようにしていた。また、冷間でネジ山を形成するためには、非常に大がかりな製作装置を必要としていた。

これに対して本発明では、鉄筋１０の端部のみに塑性硬化処理を施し、この端部をテーパーネジ部３０とし、さらに、テーパーネジ部３０とナット４０との接合部における引っ張り強さを適切に管理することにより、鉄筋１０とナット４０との間における応力の伝達が円滑なものとなり、ネジ部が弱点とならずに、鉄筋１０の母材で破断させることができる。また、鉄筋１０の端部のみを冷間加工し、ネジ山は切削によって形成しているため、製作装置を小型化することができる。

したがって、本発明によれば、建築現場等で小型の製作装置を用いて鉄筋１０の端部を加工することができる。また、ネジ部が弱点とならずに、鉄筋１０の母材で破断させることができるので、品質の高い定着構造とすることができる。さらに、ナット４０にトルク管理機構を設けることにより、締め付けトルクと螺合ネジ長さを適切に管理することができるため、現場において全数の品質管理を行うことが可能となる。

＜他の実施形態＞
本発明に係る鉄筋の定着構造は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えて実施することができる。
例えば、鉄筋１０の端部に対して塑性加工処理を施す範囲は、鉄筋１０の材質、外径、素材等に応じて適宜変更して実施することができる。

本発明の実施形態に用いる加工前の鉄筋を平面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる加工前の鉄筋を正面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる加工前の鉄筋を図２においてＡ−Ａ断面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる塑性硬化処理後の鉄筋を平面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる塑性硬化処理後の鉄筋を正面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる塑性硬化処理後の鉄筋を図５においてＡ−Ａ断面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる切削加工後の鉄筋を平面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる切削加工後の鉄筋を正面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる治具を側面視した模式図。 本発明の実施形態に用いる治具を縦断面視した模式図。 一般的な鉄筋の応力歪み関係の説明図。 本発明の実施形態に係るテーパーネジ部及びナットの一例を示す側面図。 本発明の実施形態に係るテーパーネジ部及びナットの他の例を示す側面図。 本発明の第１の実施形態に係るトルク管理機構を有するナットの側面図（ａ）、斜視図（ｂ）。 本発明の第２の実施形態に係るトルク管理機構を有するナットの平面図（ａ）、側面図（ｂ）、斜視図（ｃ）。 本発明の第３の実施形態に係るトルク管理機構を有するナットの側面図。 ネジ長さと締め付けトルクとの関係を示す説明図。

符号の説明

１０ 鉄筋
２０ 塑性加工処理を施した範囲
３０ テーパーネジ部
４０ ナット
４１ 雌ネジ部
４２ ナット本体部
４３ 延長部
５０ 治具
５１ 凸部
６０ 締め付け作用部
６１ 凹凸部

Claims (5)

1. 鉄筋コンクリート構造物に使用する鉄筋の定着構造であって、
   鉄筋端部を塑性硬化させて見かけ上の降伏点を増加させ、鉄筋の母材と比較して鉄筋端部の強度を増加させた後、塑性硬化させた部分を残して、その先端部分を先細り状に切削加工して形成したテーパーネジ部と、当該テーパーネジ部に螺着することにより定着構造を形成するナットと、を備え、
   前記鉄筋端部の塑性硬化処理は、前記テーパーネジ部の基端部分にのみ施し、
   前記定着構造を形成するナットは、締め付けトルクを調節可能なトルク管理機構を有し、
   前記テーパーネジ部と、前記定着構造を形成するナットとの接合部における引っ張り強さが、鉄筋の母材の引っ張り強さを上回るように設定することを特徴とする鉄筋の定着構造。
2. 前記テーパーネジ部と前記定着構造を形成するナットとの接合部における引っ張り強さは、前記定着構造を形成するナットの締め付けトルク及び前記テーパーネジ部の螺合ネジ長さに応じて設定することを特徴とする請求項１に記載の鉄筋の定着構造。
3. 前記定着構造を形成するナットの締め付けトルクの増大に応じて、前記テーパーネジ部の螺合ネジ長さを短縮することを特徴とする請求項２に記載の鉄筋の定着構造。
4. 前記定着構造を形成するナットは、前記テーパーネジ部へ螺着する側を鉄筋母材方向に延長して、前記テーパーネジ部の根本に嵌め合う雌ネジ部分を確保するための延長部を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄筋の定着構造。
5. 前記定着構造を形成するナットの雌ネジ部の長さは、鉄筋母材の直径の０．９〜１．２５倍であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鉄筋の定着構造。

Images