JP6038832B2 - Fastening structure and fastening method - Google Patents

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Description

この発明は、例えば、スタッドボルトを用いて構造物を構成する主部材に副部材を締結する締結構造体及び締結方法に関する。   The present invention relates to a fastening structure and a fastening method for fastening a sub member to a main member constituting a structure using a stud bolt, for example.

例えば、構造物を構成する平板状の主部材に対して、平板状の副部材を固定するとともに、前記主部材と前記副部材とを一体化する締結構造として、一般的に、主部材と副部材とをともに貫通させたボルトとナットとを螺合して、螺合したボルトとナットとで主部材と副部材を挟持して締結する方法によるものが多用されている。   For example, as a fastening structure in which a flat sub member is fixed to a flat main member constituting a structure and the main member and the sub member are integrated, generally, the main member and the sub member are integrated. A method is often used in which a bolt and a nut that are both penetrated through a member are screwed together, and a main member and a sub member are clamped and fastened with the screwed bolt and nut.

上述のような締結構造の場合、締結対象部材の両側で締結作業が必要となるため、例えば、特許文献1において開示されるように、副部材側の作業のみで締結できるワンサイドボルトを用いることがある。   In the case of the fastening structure as described above, since fastening work is required on both sides of the fastening target member, for example, as disclosed in Patent Document 1, a one-side bolt that can be fastened only by the work on the secondary member side is used. There is.

しかし、ワンサイドボルトによる主部材と副部材との締結であっても、主部材の裏面側でワンサイドボルトの端部に設けられた係止部を係止させる作業が必要であり、例えば、供用中の高架道路の下面に副部材を設置する際は、当該係止のために通行止め等の交通規制や舗装面の除去を行う必要があり、手間やコストの増、及び社会的損失が生じることとなる。   However, even when the main member and the sub member are fastened by the one-side bolt, it is necessary to work to lock the locking portion provided at the end of the one-side bolt on the back side of the main member. When installing a secondary member on the underside of an elevated road in service, it is necessary to carry out traffic restrictions such as road closure and removal of the pavement surface for the purpose of locking, resulting in increased labor and costs, and social loss It will be.

一方で、特許文献2に示すように、スタッドボルトを用いて主部材と副部材とをつなぎ合わせる方法が周知である。
なお、スタッドボルトとは、主部材に対してスタッド軸部をスタッド溶接することにより、スタッド軸部の端部と主部材表面とを溶融してスタッド溶接部を形成して植設される部材である。
On the other hand, as shown in Patent Document 2, a method of connecting a main member and a sub member using a stud bolt is well known.
The stud bolt is a member that is implanted by forming a stud welded portion by melting the end portion of the stud shaft portion and the main member surface by stud welding the stud shaft portion to the main member. is there.

しかしながら、特許文献2に示すように、スタッドボルトは、副部材の主部材に対する位置固定、つまり、いわゆるズレ止めとしてしか機能せず、主部材と副部材とを構造的に一体化するような締結構造体を得ることはできなかった。   However, as shown in Patent Document 2, the stud bolt is fixed so that the position of the sub member relative to the main member, i.e., functions only as a so-called displacement stopper, and the main member and the sub member are structurally integrated. A structure could not be obtained.

特開平07−216987号公報JP 07-216987 A 特開平05−214887号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-214887

そこで、この発明は、スタッドボルトを用いて、構造物を構成する平板状の主部材と副部材とを構造的に一体化することができる締結構造体を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fastening structure in which a flat main member and a sub member constituting a structure can be structurally integrated using a stud bolt.

この発明は、構造物を構成する平板状の主部材に対して、副部材を固定するとともに、前記主部材と前記副部材とを一体化する締結構造体であって、少なくとも前記副部材に設けたボルト孔の周辺が板状で構成されるとともに、ボルト軸部と、該ボルト軸部を前記主部材の所定箇所に植設するとともに、前記副部材における板状部分の厚みより高いスタッド溶接部とで構成されたスタッドボルトを、前記副部材に設けた前記ボルト孔に貫通させるとともに、貫通した前記スタッドボルトに、前記副部材側に配置され、前記スタッド溶接部の貫通を許容する挿通孔を有する第1ワッシャと、前記ナット側に配置され、前記スタッド溶接部の外径及び前記第1ワッシャの挿通孔より径小で、前記ボルト軸部の貫通を許容する挿通孔を有するとともに、前記ボルト孔より径大な外径を有する第2ワッシャとが重ねて挿通されるとともに、前記第1ワッシャ及び前記第2ワッシャを介してナットが螺合され、該ナットの螺合によって前記スタッドボルトに軸力を作用させて、前記主部材と前記副部材とを摩擦接合したことを特徴とする。 The present invention provides a fastening structure that fixes a sub member to a flat plate main member constituting a structure and integrates the main member and the sub member, and is provided at least on the sub member. The periphery of the bolt hole is formed in a plate shape, the bolt shaft portion, the bolt shaft portion is implanted in a predetermined location of the main member, and the stud weld portion having a thickness higher than the thickness of the plate portion in the sub member And through the stud hole formed in the sub member, and through the stud bolt, the stud bolt is disposed on the sub member side, and an insertion hole that allows the stud welded portion to pass therethrough is provided. a first washer having, disposed on the nut side, with smaller diameter than the outer diameter and the insertion hole of the first washer of the stud welding unit, both to have an insertion hole that allows the penetration of the bolt shaft portion , Together with a second washer is inserted on top with large diameter outer diameter than the bolt hole, a nut is screwed through the first washer and the second washer, said stud by screwing the nut An axial force is applied to the bolt to frictionally join the main member and the sub member.

上述の構造物を構成する平板状の主部材は、構造物における構造部材となる部材であり、所定の剛性を有する板部材とすることができる。また、該主部材に植設するスタッドボルトは、構造部材である主部材に副部材を締結して構造的に一体化するため、例えば、M16以上の太径のスタッドボルトとする。なお、上述の一体化は、スタッドボルトによって摩擦接合された主部材と副部材とが、一部材として評価できるように摩擦接合された状態であることを含む概念である。   The flat main member constituting the above-described structure is a member that is a structural member in the structure, and can be a plate member having a predetermined rigidity. In addition, the stud bolt to be implanted in the main member is a stud bolt having a large diameter of M16 or more, for example, because the sub member is fastened to the main member which is a structural member and structurally integrated. In addition, the above-mentioned integration is a concept including a state in which the main member and the sub member friction-joined by the stud bolt are in a state of being friction-joined so that they can be evaluated as one member.

上記ボルト軸部は、いわゆるスタッドやスタッドネジといわれるスタッドボルトを構成する主たる部材であり、スタッド溶接部は、スタッド溶接によってボルト軸部と主部材とが溶融して形成される部分であり、いわゆるフラッシュ、カラーあるいは余盛部といわれる部分である。   The bolt shaft portion is a main member constituting a stud bolt called a so-called stud or stud screw, and the stud weld portion is a portion formed by melting the bolt shaft portion and the main member by stud welding. This is the part called the flash, collar or extra portion.

この発明により、構造物を構成する平板状の主部材と副部材とを、摩擦接合により構造的に一体化することができる。
詳述すると、スタッド溶接によって構造物を構成する平板状の主部材に植設したスタッドボルトにナットを螺合して軸力を導入するため、締結された主部材と副部材とが摩擦接合し、構造的に一体化すると評価できる締結構造体を実現することができる。
According to the present invention, the plate-like main member and sub member constituting the structure can be structurally integrated by friction bonding.
Specifically, in order to introduce an axial force by screwing a nut into a stud bolt planted on a flat plate main member constituting the structure by stud welding, the fastened main member and the sub member are frictionally joined. A fastening structure that can be evaluated as structurally integrated can be realized.

また、少なくとも前記副部材における前記ボルト孔の周辺を板状で構成するとともに、前記スタッド溶接部の高さが、前記副部材における板状部分の厚みより高い場合、前記ワッシャを、前記副部材側に配置され、前記スタッド溶接部の貫通を許容する挿通孔を有する第1ワッシャと、前記ナット側に配置され、前記スタッド溶接部の外径及び前記第1ワッシャの挿通孔より径小で、前記ボルト軸部の貫通を許容する挿通孔を有するとともに、前記ボルト孔より径大な外径を有する第2ワッシャとを重ねて挿通するため、前記ボルト軸部の径及び強度に応じた大きさに設定したスタッド溶接部の高さが、前記副部材における板状部分の厚みより高い場合であっても、あるいはスタッド溶接部のナット側表面に不陸がある場合であっても、鉛直方向にスタッド溶接部とワッシャとが接しないため、複数枚のワッシャを介して、確実にスタッドボルトに軸力を導入して、所定の摩擦強度が生じ、確実な摩擦接合を実現することができる。 In addition, when at least the periphery of the bolt hole in the sub member is configured in a plate shape, and the height of the stud welded portion is higher than the thickness of the plate portion in the sub member, the washer is connected to the sub member side. A first washer having an insertion hole that allows the stud weld to pass therethrough, and is disposed on the nut side, and has a smaller diameter than the outer diameter of the stud weld and the insertion hole of the first washer, In addition to having an insertion hole that allows the bolt shaft to pass therethrough and a second washer having an outer diameter larger than that of the bolt hole , the size of the bolt shaft portion is sized according to the diameter and strength. Even if the height of the set stud welded portion is higher than the thickness of the plate-like portion of the auxiliary member, or even if the stud-side welded portion has unevenness on the nut side surface, Since the stud welded portion and the washer do not contact each other, the axial force is surely introduced to the stud bolt through a plurality of washers, a predetermined friction strength is generated, and reliable friction joining can be realized. .

この発明の態様として、前記スタッド溶接部を、前記スタッドボルトに引っ張り力を作用した場合、前記ボルト軸部が先に破断する大きさに設定することができる。
この発明により、前記ボルト軸部の径及び強度に応じた大きさに設定されたスタッド溶接部を備えることで、スタッドボルトに確実に軸力を導入して、主部材と副部材とを摩擦接合し、構造的に一体化すると評価できる締結構造体を実現することができる。
As an aspect of the present invention, when the tensile force is applied to the stud bolt, the stud welded portion can be set to a size at which the bolt shaft portion breaks first.
According to the present invention, by providing a stud weld portion set to a size corresponding to the diameter and strength of the bolt shaft portion, the axial force is surely introduced into the stud bolt, and the main member and the sub member are friction-joined. And the fastening structure which can be evaluated as structurally integrated can be realized.

またこの発明の態様として、一体化した主部材及び副部材に対して作用する設定荷重に対して、前記ボルト軸部の径及び強度に応じた大きさに設定された前記スタッド溶接部の強度、及び前記主部材と前記副部材とのすべり係数に応じて、前記スタッドボルトを配置することができる。   Further, as an aspect of the present invention, the strength of the stud welded portion set to a size corresponding to the diameter and strength of the bolt shaft portion with respect to a set load acting on the integrated main member and sub member, And the said stud bolt can be arrange | positioned according to the slip coefficient of the said main member and the said submember.

この発明により、複数のスタッドボルトを用いる締結構造において、ボルト軸部の径や強度、前記主部材に対する前記スタッド溶接部の取付強度、並びに前記主部材と副部材とのすべり係数に基づいて、スタッドボルトの設置間隔を設定することで、様々な条件下であっても、所定の強度を有するとともに、確実に一体化することができる締結構造体を構成できる。   According to the present invention, in a fastening structure using a plurality of stud bolts, the stud is based on the diameter and strength of the bolt shaft portion, the mounting strength of the stud welded portion with respect to the main member, and the slip coefficient between the main member and the sub member. By setting the installation interval of the bolts, a fastening structure that has a predetermined strength and can be reliably integrated even under various conditions can be configured.

またこの発明の態様として、前記スタッドボルトを、前記主部材の底面において、下向きに植設することができる。
この発明により、構造物を構成する平板状の主部材の底面から下向きに突出するように植設されたスタッドボルトに対してナットを螺合するだけで締結構造体を構成できるため、例えば、供用中の高架道路の下面において、補強板を取り付けて補強する場合であっても、底面側からの施工のみで補強構造を構成でき、通行止め等の交通規制や舗装面を除去する必要がなく、低コストかつ効率的に施工することができる。
As an aspect of the present invention, the stud bolt can be planted downward on the bottom surface of the main member.
According to the present invention, a fastening structure can be configured by simply screwing a nut onto a stud bolt that is planted so as to protrude downward from the bottom surface of a flat plate-shaped main member that constitutes a structure. Even when a reinforcing plate is attached and reinforced on the lower surface of an elevated road in the middle, the reinforcement structure can be configured only by construction from the bottom side, and there is no need to remove traffic restrictions such as road closures and pavement surfaces. Construction can be done cost-effectively.

この発明によれば、スタッドボルトを用いて、構造物を構成する平板状の主部材と副部材とを構造的に一体化することができる締結構造体を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a fastening structure capable of structurally integrating a flat plate-like main member and a sub member constituting a structure using a stud bolt.

スタッド締結構造体の拡大図。The enlarged view of a stud fastening structure. スタッド締結構造体の分解斜視図。The disassembled perspective view of a stud fastening structure. スタッド締結構造体の説明図。Explanatory drawing of a stud fastening structure. 複数本のスタッドボルトを用いたスタッド締結構造体の説明図。Explanatory drawing of the stud fastening structure using a plurality of stud bolts. 片面すべり係数試験についての説明図。Explanatory drawing about a single-sided slip coefficient test. 引張疲労試験についての説明図。Explanatory drawing about a tensile fatigue test.

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
なお、図1はスタッドボルト10を用いた締結構造体(以下において、スタッド締結構造体1という)の断面図を示し、図2はスタッド締結構造体1の分解斜視図を示し、図3はスタッド締結構造体1の施工順序についての説明図を示している。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 shows a cross-sectional view of a fastening structure using the stud bolt 10 (hereinafter referred to as a stud fastening structure 1), FIG. 2 shows an exploded perspective view of the stud fastening structure 1, and FIG. 3 shows a stud. Explanatory drawing about the construction order of the fastening structure 1 is shown.

スタッド締結構造体1は、スタッドボルト10によって、構造物を構成する平板状の主板材2と副板材3とを締結した締結構造体であり、M16以上の太径のスタッドボルト10、第1ワッシャ40、第2ワッシャ50及び固定ナット60とで構成している。
スタッド締結構造体1を構成するスタッドボルト10は、いわゆるスタッドやスタッドネジといわれるボルト軸部20と、主板材2にボルト軸部20を植設してなる、いわゆるフラッシュ、カラーあるいは余盛部といわれるスタッド溶接部30とで構成している。
The stud fastening structure 1 is a fastening structure in which a flat main plate material 2 and a sub plate material 3 constituting a structure are fastened by a stud bolt 10, and a stud bolt 10 having a large diameter of M16 or more and a first washer. 40, the second washer 50 and the fixing nut 60.
The stud bolt 10 constituting the stud fastening structure 1 is a so-called flash shaft, collar, or extra-strip portion formed by implanting the bolt shaft portion 20 on the main plate 2 and a so-called stud or stud screw. It is comprised with the stud welding part 30 called.

ボルト軸部20に形成されるネジ部21は、少なくとも後述する副板材3とワッシャ40,50とを重ねた高さでナット締結できるよう、ネジ山が設けられていればよい。
主板材2及び副板材3は、主に鋼板で構成されるほか、主板材2は鋼製箱桁、鋼床版等の鋼構造物であってもよく、副板材3はFRPやUFC等どのような素材を用いるものであってもよい。
The screw portion 21 formed on the bolt shaft portion 20 only needs to be provided with a thread so that the nut can be fastened at a height that overlaps at least a sub-plate material 3 and washers 40 and 50 described later.
The main plate material 2 and the sub plate material 3 are mainly composed of steel plates, and the main plate material 2 may be a steel structure such as a steel box girder or a steel floor slab. The sub plate material 3 may be any of FRP, UFC, etc. Such a material may be used.

スタッドボルト10を構成するスタッド溶接部30は、主板材2の表面2aとボルト軸部20の端部とが溶融して形成された部分であり、図示省略するフェルールで囲まれた状態で、スタッド溶接機で溶接することによって形成されるが、スタッドボルト10の径及び強度に応じた大きさに形成している。詳しくは、主板材2の表面2aに植設したスタッドボルト10に引っ張り力を作用させた場合、スタッド溶接部30より先にボルト軸部20が破断するような大きさに設定している。
そのため、主板材2に固定する副板材3に設けたボルト孔3aは、スタッド溶接部30の貫通する径で形成している。
The stud welding portion 30 constituting the stud bolt 10 is a portion formed by melting the surface 2a of the main plate 2 and the end portion of the bolt shaft portion 20, and is surrounded by a ferrule (not shown). It is formed by welding with a welding machine, but is formed in a size corresponding to the diameter and strength of the stud bolt 10. Specifically, the size is set such that the bolt shaft portion 20 is broken before the stud welding portion 30 when a tensile force is applied to the stud bolt 10 planted on the surface 2 a of the main plate 2.
Therefore, the bolt hole 3 a provided in the sub plate 3 fixed to the main plate 2 is formed with a diameter through which the stud welded portion 30 penetrates.

第1ワッシャ40、第2ワッシャ50は、高力ボルト用座金で構成する平型ワッシャであるが、径大な第1ワッシャ40の固定ナット60側に径小な第2ワッシャ50を配置している。   The first washer 40 and the second washer 50 are flat washers composed of a high-strength bolt washer. The second washer 50 having a small diameter is disposed on the side of the fixing nut 60 of the large washer 40. Yes.

詳述すると、第1ワッシャ40は、副板材3のボルト孔3aより径大な外径と、スタッドボルト10のスタッド溶接部30より径大な内径を有するリング状である。
第2ワッシャ50は、第1ワッシャ40の内径より径大な外径と、スタッドボルト10のボルト軸部20より径大で、第1ワッシャ40の外径より径小な内径を有するリング状である。なお、第1ワッシャ40の下面と第2ワッシャの上面は、後述する軸力の伝達を効果的なものとするため、可能な限り接触面積を大きくすることが望ましい。
More specifically, the first washer 40 has a ring shape having an outer diameter larger than the bolt hole 3 a of the sub-plate material 3 and an inner diameter larger than the stud welded portion 30 of the stud bolt 10.
The second washer 50 is a ring shape having an outer diameter larger than the inner diameter of the first washer 40 and a larger diameter than the bolt shaft portion 20 of the stud bolt 10 and smaller than the outer diameter of the first washer 40. is there. Note that it is desirable that the contact area of the lower surface of the first washer 40 and the upper surface of the second washer be as large as possible in order to effectively transmit the axial force described later.

このように構成することにより、スタッドボルト10のスタッド溶接部30の高さが、副板材3の厚みより高く、スタッド溶接部30の上部が副板材3より露出する場合であっても、露出するスタッド溶接部30の周りに第1ワッシャ40を配置し、さらにその固定ナット60側に第2ワッシャ50を配置することとなる。   By constituting in this way, even if the height of the stud welded portion 30 of the stud bolt 10 is higher than the thickness of the sub plate material 3 and the upper portion of the stud welded portion 30 is exposed from the sub plate material 3, it is exposed. The first washer 40 is disposed around the stud welded portion 30, and the second washer 50 is disposed on the fixing nut 60 side.

そのため、露出するスタッド溶接部30の上部に不陸がある場合であっても、鉛直方向にスタッド溶接部30と第1ワッシャ40及び第2ワッシャ50とが接することなく、固定ナット60による締結力を確実にスタッドボルト10に作用させ、スタッドボルト10に軸力を導入することができる。   Therefore, even when there is unevenness in the upper part of the exposed stud welded portion 30, the fastening force by the fixing nut 60 without the stud welded portion 30 being in contact with the first washer 40 and the second washer 50 in the vertical direction. Can be reliably applied to the stud bolt 10 to introduce an axial force to the stud bolt 10.

なお、スタッド溶接部30の高さが副板材3の厚みより低く、副板材3の表面側にスタッド溶接部30が露出しない場合は、第1ワッシャ40を用いず、第2ワッシャ50のみ用いればよい。また、スタッド溶接部30の高さが高く、副板材3の表面に露出する高さが高い場合、複数の第1ワッシャ40を重ねて配置してから第2ワッシャ50を配置してもよい。
固定ナット60は、ボルト軸部20のネジ部21と螺合するナットである。
If the height of the stud welded portion 30 is lower than the thickness of the sub plate material 3 and the stud welded portion 30 is not exposed on the surface side of the sub plate material 3, the first washer 40 is not used and only the second washer 50 is used. Good. Moreover, when the height of the stud welded part 30 is high and the height exposed on the surface of the sub-plate material 3 is high, the second washer 50 may be arranged after the plurality of first washers 40 are stacked.
The fixing nut 60 is a nut that is screwed with the screw portion 21 of the bolt shaft portion 20.

このようなスタッド締結構造体1においてスタッドボルト10を主板材2に固定するためには、図3(a)に示すように、まず、主板材2の表面2aにおける所定箇所に、上向きに突出するようにスタッドボルト10を配置し、図3(b)に示すように、スタッド溶接機(図示省略)でボルト軸部20を溶接して植設する。このスタッド溶接機による溶接によって、主板材2の表面2aとボルト軸部20の端部とが溶融してスタッド溶接部30が形成される。   In order to fix the stud bolt 10 to the main plate member 2 in such a stud fastening structure 1, first, as shown in FIG. 3A, first, it projects upward at a predetermined location on the surface 2 a of the main plate member 2. The stud bolt 10 is arranged in this manner, and as shown in FIG. 3B, the bolt shaft portion 20 is welded and planted by a stud welding machine (not shown). By welding with this stud welder, the surface 2a of the main plate 2 and the end of the bolt shaft portion 20 are melted to form the stud welded portion 30.

このようにして植設されたスタッドボルト10に対して、図3(c)に示すように、ボルト孔3aを貫通させて副板材3を取付け、第1ワッシャ40及び第2ワッシャ50を装着してから、固定ナット60を螺合して、スタッド締結構造体1を構成する(図1参照)。   As shown in FIG. 3C, the sub-plate material 3 is attached to the stud bolt 10 thus planted through the bolt hole 3a, and the first washer 40 and the second washer 50 are attached. Then, the fixing nut 60 is screwed together to constitute the stud fastening structure 1 (see FIG. 1).

なお、このように構成したスタッド締結構造体1の締結強度を評価するために行った片面すべり係数試験について、図5とともに説明する。
すべり試験は、スタッドボルトを用いた片面接合継手の摩擦面のすべり係数を確認することにより、スタッドボルトによる締結構造が摩擦接合され、締結された構造体が一体化されていることを確認する。
In addition, the single-sided slip coefficient test performed in order to evaluate the fastening strength of the stud fastening structure 1 comprised in this way is demonstrated with FIG.
In the slip test, by confirming the slip coefficient of the friction surface of the single-sided joint using the stud bolt, it is confirmed that the fastening structure by the stud bolt is friction-joined and the fastened structure is integrated.

具体的には、図5に示すように、板状の母材(主板材)に対して、スタッドボルトを植設し、スタッドボルト及びナットで添接板(副板材)を挟持することにより締結した供試体を引っ張り試験に取り付け、すべりが発生するまで荷重を徐々に増加させ、すべりが生じたときの荷重であるすべり荷重に基づいてすべり係数を算出した。   Specifically, as shown in FIG. 5, a stud bolt is implanted in a plate-shaped base material (main plate material) and fastened by sandwiching an attachment plate (sub plate material) with the stud bolt and nut. The specimen was attached to a tensile test, and the load was gradually increased until slip occurred, and the slip coefficient was calculated based on the slip load that was the load when the slip occurred.

なお、供試体は、母材としてSM400の12mm材を用い、添接板として、SS400の9mm材を用い、HT570のM22×60のスタッドボルトと、等級がF10でNUT33Cのナットと、等級がF35でS45Cの座金とを用いて構成している。   The specimen used was a SM400 12 mm material as a base material, an SS400 9 mm material as an attachment plate, an HT570 M22 × 60 stud bolt, a F10 grade NUT33C nut, and a grade F35. And using a washer of S45C.

また、供試体の摩擦面処理として、母材にはRzjis20となるようにスイープブラスト処理を施し、添接板には無機ジンクリッチペイントを75μm塗装したNO.4とNO.5の二つの供試体を試験対象とした。これらの供試体を用いた試験結果を以下の表に示す。   In addition, as a friction surface treatment of the specimen, the base material was subjected to sweep blasting so as to be Rzjis 20, and the attachment plate was coated with an inorganic zinc rich paint of 75 μm. 4 and NO. Two specimens of 5 were used as test objects. The test results using these specimens are shown in the following table.

上述の試験結果を示す表1から分かるように、スタッドボルトによって締結された母材と添接板とは、十分なすべり荷重を得ており、摩擦接合として機能していることが確認できた。 As can be seen from Table 1 showing the above test results, it was confirmed that the base material fastened by the stud bolt and the attachment plate had a sufficient sliding load and functioned as a friction joint.

次に、スタッドボルトが植設された母材(主板材)の疲労強度、およびスタッドボルトへの軸力導入の有無による母材(主板材)の疲労強度に及ぼす影響を確認するために行った引張疲労試験について図6とともに説明する。   Next, it was done to confirm the effect on the fatigue strength of the base material (main plate) due to the presence or absence of axial force applied to the stud bolt, and the fatigue strength of the base material (main plate) where the stud bolts were implanted. The tensile fatigue test will be described with reference to FIG.

供試体は、厚さ12mmの鋼板で構成する母材(主板材)にM22スタッドボルトを植設し、厚さ16mm、ボルト孔φ32の正方形板(副板材)をスタッドボルト及びナットで締め付けたものを用いている。母材はSM490YA、正方形板はSS400、スタッドボルトにはHT570を用いた。試験ケースは、スタッドボルトに軸力導入をしたものをCase1、導入をしないものをCase2とした。さらに、軸力導入による摩擦の影響を排除し、正方形板が荷重分担しないように、母材と正方形板の間に樹脂およびグリース・鋼球を塗布したものをCase3とした。   The specimen is a base material (main plate material) composed of a steel plate with a thickness of 12 mm, M22 stud bolts are implanted, and a square plate (sub plate material) with a thickness of 16 mm and a bolt hole of φ32 is tightened with stud bolts and nuts. Is used. The base material was SM490YA, the square plate was SS400, and the stud bolt was HT570. The test case was a case 1 in which an axial force was introduced into a stud bolt, and a case 2 in which no axial force was introduced. Further, Case 3 was obtained by eliminating the influence of friction due to the introduction of the axial force and applying a resin and grease / steel balls between the base material and the square plate so that the square plate did not share the load.

図6に示すように、供試体に所定の負荷(100N/mm、125N/mm、155N/mm)を繰り返し与えた結果、全ての試験ケースにおいて概ねE等級を上回る疲労強度を確認することができた。また、軸力が導入され、かつ、摩擦力を軽減しない方が疲労強度は高く、特に軸力を導入したスタッドにより正方形板を固定する場合(Case1)、疲労強度は低下しないことが確認できた。 As shown in FIG. 6, as a result of repeatedly applying a predetermined load (100 N / mm 2 , 125 N / mm 2 , 155 N / mm 2 ) to the specimen, fatigue strength generally exceeding the E grade is confirmed in all test cases. I was able to. Further, it was confirmed that the fatigue strength is higher when the axial force is introduced and the frictional force is not reduced, and particularly when the square plate is fixed by the stud introduced with the axial force (Case 1), the fatigue strength is not reduced. .

これらの試験から、主板材2に植設されたスタッドボルト10によって主板材2と副板材3とが締結されたスタッド締結構造体1では、摩擦接合機能を有するとともに、スタッドボルト10を植設したこと、あるいは植設したスタッドボルト10に軸力を導入したことによる主板材2の疲労強度低下が生じず、スタッドボルト10により主板材2と副板材3とを締結したスタッド締結構造体1は構造的に一体化していると評価することができることが確認できた。   From these tests, the stud fastening structure 1 in which the main plate material 2 and the sub-plate material 3 are fastened by the stud bolt 10 planted on the main plate material 2 has a friction joining function and the stud bolt 10 is planted. That is, or the fatigue strength of the main plate 2 is not reduced by introducing axial force to the stud bolt 10 that has been installed, and the stud fastening structure 1 in which the main plate 2 and the sub-plate 3 are fastened by the stud bolt 10 is structured. It was confirmed that it can be evaluated that it is integrated.

なお、このように構成するスタッド締結構造体1において、例えば、図4に示すように複数本のスタッドボルト10を用いて構成する場合、スタッド締結構造体1に作用するものとして設定する設計荷重に対して、ボルト軸部20の径及び強度、及び主板材2に対するスタッドボルト10の取付強度、すなわちスタッド溶接部30の強度、さらには、主板材2と副板材3とのすべり係数に基づいて設置間隔や配置を設定する。   In addition, in the stud fastening structure 1 configured as described above, for example, when configured using a plurality of stud bolts 10 as shown in FIG. 4, the design load set to act on the stud fastening structure 1 On the other hand, it is installed based on the diameter and strength of the bolt shaft portion 20, the mounting strength of the stud bolt 10 to the main plate material 2, that is, the strength of the stud welded portion 30, and the slip coefficient between the main plate material 2 and the sub plate material 3. Set the spacing and placement.

具体的には、ボルト軸部20の材質及び断面径、並びにスタッド溶接部30の大きさに基づいて定まる設計ボルト軸力と、主板材2と副板材3とのすべり係数と、安全率とに基づいて限界摩擦力を算定し、限界摩擦力と設計荷重によるせん断力とに基づいて、図4(a)に示すようにピッチpで配置したり、図4(b)に示すようにピッチp及び間隔wで配置したりするように、スタッドボルト10の設置間隔を設定する。   Specifically, the design bolt axial force determined based on the material and cross-sectional diameter of the bolt shaft portion 20 and the size of the stud welded portion 30, the slip coefficient between the main plate material 2 and the sub plate material 3, and the safety factor. Based on the limit friction force and the shear force due to the design load, the limit friction force is calculated based on the pitch p as shown in FIG. 4 (a) or the pitch p as shown in FIG. 4 (b). And the installation space | interval of the stud bolt 10 is set so that it may arrange | position with the space | interval w.

このように、構造物を構成する平板状の主板材2に対して、副板材3を固定するとともに、主板材2と副板材3とを一体化するスタッド締結構造体1は、主板材2の所定箇所に植設したスタッドボルト10を、副板材3に設けたボルト孔3aに貫通させるとともに、貫通したスタッドボルト10に、ワッシャ40,50を介して、固定ナット60を螺合し、固定ナット60の螺合によってスタッドボルト10に軸力を作用させて、主板材2と副板材3とを摩擦接合している。   Thus, the stud fastening structure 1 that fixes the sub-plate material 3 to the flat main plate material 2 constituting the structure and integrates the main plate material 2 and the sub-plate material 3 is The stud bolt 10 planted at a predetermined location is passed through the bolt hole 3a provided in the sub-plate material 3, and a fixing nut 60 is screwed into the penetrating stud bolt 10 via washers 40, 50, thereby fixing the fixing nut. The main plate member 2 and the sub plate member 3 are frictionally joined by applying an axial force to the stud bolt 10 by screwing 60.

また、スタッドボルト10を、ボルト軸部20と、ボルト軸部20を主板材2の所定箇所に植設してなるスタッド溶接部30とで構成し、スタッド溶接部30を、ボルト軸部20の径及び強度に応じた大きさに設定することで、スタッドボルト10に確実に軸力を導入して、主板材2と副板材3とを摩擦接合している。   Further, the stud bolt 10 is constituted by a bolt shaft portion 20 and a stud welded portion 30 formed by implanting the bolt shaft portion 20 at a predetermined position of the main plate member 2, and the stud welded portion 30 is formed of the bolt shaft portion 20. By setting the size according to the diameter and strength, the axial force is surely introduced to the stud bolt 10 and the main plate material 2 and the sub plate material 3 are friction-joined.

そのため、スタッド溶接によって主板材2に植設したスタッドボルト10に固定ナット60を螺合して軸力を導入し、締結された主板材2と副板材3とが摩擦接合し、構造的に一体化すると評価できる締結構造体を実現することができる。   Therefore, the fixing nut 60 is screwed into the stud bolt 10 planted on the main plate material 2 by stud welding to introduce axial force, and the fastened main plate material 2 and the sub plate material 3 are frictionally joined and structurally integrated. It is possible to realize a fastening structure that can be evaluated when it is converted.

なお、スタッドボルト10の径及び強度に応じた大きさに形成したスタッド溶接部30が十分な静的強度と疲労耐久性とを兼ね備えているため、固定ナット60を螺合することによって、スタッドボルト10に軸力を導入して確実な摩擦接合を実現することができる。   In addition, since the stud welding part 30 formed in the magnitude | size according to the diameter and intensity | strength of the stud bolt 10 has sufficient static strength and fatigue durability, by screwing the fixing nut 60, stud bolt An axial force can be introduced into 10 to achieve reliable friction welding.

また、スタッド溶接部30の高さが、副板材3における板状部分の厚みより高い場合、副板材3側に配置され、スタッド溶接部30の貫通を許容する挿通孔を有する第1ワッシャ40と、固定ナット60側に配置され、スタッド溶接部30の外径より小さく、ボルト軸部20の貫通を許容する挿通孔を有する第2ワッシャ50とを重ねて装着しているため、垂直方向にスタッド溶接部30とワッシャ40,50とが接することなく、仮に、スタッド溶接部30の表面に不陸があった場合であっても、確実にスタッドボルト10に軸力を導入して、所定の摩擦強度を発現できる摩擦接合を実現することができる。なお、スタッド溶接部30の高さに応じて、複数枚の第1ワッシャ40を装着してもよいし、もちろん、スタッド溶接部30の高さが低い場合は第2ワッシャ50のみを装着しても同様の効果を奏する。   In addition, when the height of the stud welded portion 30 is higher than the thickness of the plate-like portion in the sub-plate material 3, the first washer 40 is disposed on the sub-plate material 3 side and has an insertion hole that allows the stud welded portion 30 to pass through. Since the second washer 50, which is disposed on the fixing nut 60 side and is smaller than the outer diameter of the stud welded portion 30 and has an insertion hole allowing the bolt shaft portion 20 to pass therethrough, is mounted in an overlapping manner, Even if there is unevenness on the surface of the stud welded portion 30 without contact between the welded portion 30 and the washers 40, 50, the axial force is surely introduced into the stud bolt 10 to achieve a predetermined friction. Friction joining that can develop strength can be realized. Depending on the height of the stud welded portion 30, a plurality of first washers 40 may be mounted. Of course, when the stud welded portion 30 is low in height, only the second washer 50 is mounted. Produces the same effect.

また、図4に示すように、一体化したスタッド締結構造体1に対して作用する設計荷重に対して、ボルト軸部20の径及び強度に応じた大きさに設定されたスタッド溶接部30の強度、及び主板材2と副板材3とのすべり係数に応じた設置間隔や配置で、複数本のスタッドボルト10を配置することにより、様々な条件下であっても、所定の強度を有するとともに、確実に一体化することができる締結構造体を構成できる。   Further, as shown in FIG. 4, the stud welded portion 30 set to a size corresponding to the diameter and strength of the bolt shaft portion 20 with respect to the design load acting on the integrated stud fastening structure 1. By arranging a plurality of stud bolts 10 at an installation interval or arrangement according to the strength and slip coefficient between the main plate material 2 and the sub plate material 3, it has a predetermined strength even under various conditions. A fastening structure that can be reliably integrated can be configured.

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の締結構造体は、スタッド締結構造体1に対応し、
以下同様に、
ナットは、固定ナット60に対応し、
設定荷重は、設計荷重に対応するも
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
In correspondence between the configuration of the present invention and the above-described embodiment,
The fastening structure of the present invention corresponds to the stud fastening structure 1,
Similarly,
The nut corresponds to the fixing nut 60,
Although the set load corresponds to the design load, the present invention is not limited only to the configuration of the above-described embodiment, and many embodiments can be obtained.

たとえば、スタッドボルト10が下向きに突出するようにボルト軸部20を主板材2の底面にスタッド溶接して植設させてもよく、上向きのスタッド溶接では、フェルールを用いることにより、耐久性のある、確実な強度を有するスタッド溶接部30を形成することができる。   For example, the bolt shaft portion 20 may be stud welded to the bottom surface of the main plate member 2 so that the stud bolt 10 protrudes downward. In the upward stud welding, durability is obtained by using a ferrule. The stud weld 30 having a certain strength can be formed.

したがって、スタッドボルト10を用いたスタッド締結構造体1では、耐久性のある、確実な強度を有する締結構造を構成することができる。なお、このように下向きに突出するようなスタッドボルト10は、固定ナット60を螺合するだけでスタッド締結構造体1を構成できるため、例えば、供用中の高架道路の下面において、通行止め等の交通規制を行うことなく、また、舗装面を除去することなく、低コストかつ効率的に施工することができる。   Therefore, in the stud fastening structure 1 using the stud bolt 10, a durable and reliable fastening structure can be configured. Since the stud bolt 10 that protrudes downward in this way can constitute the stud fastening structure 1 only by screwing the fixing nut 60, for example, traffic such as a road stop on the lower surface of the elevated road in service. Construction can be carried out at low cost and without any restriction and without removing the pavement surface.

1…スタッド締結構造体
2…主板材
3…副板材
3a…ボルト孔
10…スタッドボルト
20…ボルト軸部
30…スタッド溶接部
40…第1ワッシャ
50…第2ワッシャ
60…固定ナット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stud fastening structure 2 ... Main board material 3 ... Sub-plate material 3a ... Bolt hole 10 ... Stud bolt 20 ... Bolt shaft part 30 ... Stud welding part 40 ... 1st washer 50 ... 2nd washer 60 ... Fixing nut

Claims (5)

構造物を構成する平板状の主部材に対して、副部材を固定するとともに、前記主部材と前記副部材とを一体化する締結構造体であって、
少なくとも前記副部材に設けたボルト孔の周辺が板状で構成されるとともに、
ボルト軸部と、該ボルト軸部を前記主部材の所定箇所に植設するとともに、前記副部材における板状部分の厚みより高いスタッド溶接部とで構成されたスタッドボルトを、前記副部材に設けた前記ボルト孔に貫通させるとともに、貫通した前記スタッドボルトに、前記副部材側に配置され、前記スタッド溶接部の貫通を許容する挿通孔を有する第1ワッシャと、前記ナット側に配置され、前記スタッド溶接部の外径及び前記第1ワッシャの挿通孔より径小で、前記ボルト軸部の貫通を許容する挿通孔を有するとともに、前記ボルト孔より径大な外径を有する第2ワッシャとが重ねて挿通されるとともに、前記第1ワッシャ及び前記第2ワッシャを介してナットが螺合され、該ナットの螺合によって前記スタッドボルトに軸力を作用させて、前記主部材と前記副部材とを摩擦接合した
締結構造体。
A fastening structure for fixing the sub member to the flat main member constituting the structure and integrating the main member and the sub member,
At least the periphery of the bolt hole provided in the sub member is configured in a plate shape,
A stud bolt constituted by a bolt shaft portion and a stud weld portion having a thickness higher than the plate-like portion of the sub member is provided on the sub member while the bolt shaft portion is implanted at a predetermined position of the main member. A first washer that is inserted in the bolt bolt hole and that is inserted in the penetrating stud bolt on the auxiliary member side and has an insertion hole that allows the stud welded portion to pass therethrough, and is disposed on the nut side, A second washer having an outer diameter that is smaller than an outer diameter of the stud welded portion and an insertion hole of the first washer and having an insertion hole that allows the bolt shaft portion to pass therethrough and an outer diameter that is larger than the bolt hole; The nut is screwed through the first washer and the second washer, and an axial force is applied to the stud bolt by the screwing of the nut. Fastening structure and said auxiliary member and the main member frictionally bonded.
前記スタッド溶接部を、
前記スタッドボルトに引っ張り力を作用した場合、前記ボルト軸部が先に破断する大きさに設定した
請求項1に記載の締結構造体。
The stud weld,
The fastening structure according to claim 1, wherein when a tensile force is applied to the stud bolt, the bolt shaft portion is set to a size that first breaks.
一体化した前記主部材及び前記副部材に対して作用する設定荷重に対して、
前記ボルト軸部の径及び強度に応じた大きさに設定された前記スタッド溶接部の強度、及び前記主部材と前記副部材とのすべり係数に応じて、前記スタッドボルトを配置した
請求項2に記載の締結構造体。
For the set load acting on the integrated main member and sub member,
The stud bolt is disposed according to the strength of the stud welded portion set to a size according to the diameter and strength of the bolt shaft portion, and the slip coefficient between the main member and the sub member. The fastening structure described.
前記スタッドボルトを、前記主部材の底面において、下向きに植設した
請求項1乃至3のうちいずれかに記載の締結構造体。
The fastening structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the stud bolt is planted downward on a bottom surface of the main member.
構造物を構成する平板状の主部材に対して、副部材を固定するとともに、前記主部材と前記副部材とを一体化する締結方法であって、
少なくとも前記副部材に設けたボルト孔の周辺を板状で構成するとともに、
ボルト軸部と、該ボルト軸部を前記主部材の所定箇所に植設するとともに、前記副部材における板状部分の厚みより高いスタッド溶接部とで構成したスタッドボルトを、前記副部材に設けたボルト孔に貫通させるとともに、貫通した前記スタッドボルトに、前記副部材側に配置され、前記スタッド溶接部の貫通を許容する挿通孔を有する第1ワッシャと、前記ナット側に配置され、前記スタッド溶接部の外径及び前記第1ワッシャの挿通孔より径小で、前記ボルト軸部の貫通を許容する挿通孔を有するとともに、前記ボルト孔より径大な外径を有する第2ワッシャとが重ねて挿通されるとともに、前記第1ワッシャ及び前記第2ワッシャを介してナットを螺合し、該ナットの螺合によって前記スタッドボルトに軸力を作用させて、前記主部材と前記副部材とを摩擦接合する
締結方法。
A fastening method for fixing the sub member to the flat plate main member constituting the structure and integrating the main member and the sub member,
At least the periphery of the bolt hole provided in the sub member is configured in a plate shape,
A stud bolt constituted by a bolt shaft portion and a stud weld portion higher than the thickness of the plate-like portion of the sub member is provided in the sub member while the bolt shaft portion is implanted at a predetermined position of the main member. A first washer that is inserted through the bolt hole and that is provided on the auxiliary member side of the penetrating stud bolt and has an insertion hole that allows the stud welded portion to pass therethrough; A second washer having an outer diameter that is smaller than the outer diameter of the portion and the insertion hole of the first washer and that allows the bolt shaft portion to pass therethrough and has an outer diameter larger than the bolt hole. The main member is inserted through the first washer and the second washer, and an axial force is applied to the stud bolt by screwing the nut. Fastening method for friction bonding the secondary member.
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