JP6548353B2

JP6548353B2 - 高力ボルト摩擦接合構造

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Publication number: JP6548353B2
Application number: JP2013264243A
Authority: JP
Inventors: 清三郎東; 隆熊井
Original assignee: YOSHIKAWAKOGYO CO.,LTD.; Nippon Steel Corp
Current assignee: YOSHIKAWAKOGYO CO.,LTD.; Nippon Steel Corp
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: JP2015121252A

Description

本発明は、摩擦係数が接触圧に依存する摩擦面処理を施した高力ボルト摩擦接合構造に関する。

従来、建築や土木の分野において、鋼構造物（建物や橋梁等）の骨組みを構成する鋼材どうしの接合構造として、高力ボルト等の締付け具で鋼材を締付け、この締め付けた圧縮力により生じる摩擦抵抗で鋼材どうしを接合する摩擦接合が一般的に利用されている。
一般的な摩擦接合では、母材（柱や梁、筋交いなど）や添板（スプライスプレート）、ガセットプレートなどの鋼材の接合面に以下のような加工を施して摩擦係数を確保している。すなわち、サンダーやグラインダーなどにより黒皮を除去した後に放置して赤錆を発生させるか、またはショットブラスト加工などにより接合面を粗くする方法が用いられている。
しかし、このような方法によって得られる接合面の摩擦係数は、比較的小さい上に安定した摩擦抵抗が確保し難いため、設計する上で安全側に捉えた低い値（例えば、浮き錆を除去した赤錆面の場合でμ＝０．４５、ブラスト処理面の場合でμ＝０．４５など）を採用せざるを得ず、合理的な設計が実現し難く、その解決が望まれている。

このような問題を解決するための一例として、特許文献１に記載の高力ボルト摩擦接合構造が知られている。この高力ボルト摩擦接合構造は、高力ボルトによって鋼材どうしを接合するに際し、接合部を構成する鋼材の接合面のうち少なくとも一方の接合面に複数の気孔を含むようにアルミ溶射処理等の金属溶射処理を施し、当該金属溶射層の気孔率を５％以上、３０％以下としたものである。
このような高力ボルト摩擦接合構造によれば、金属溶射層が形成された一方の接合面と、他方の接合面間の摩擦力が増大され、摩擦抵抗を確実に高めて合理的な設計を実現することができる。これにより、例えば、高力ボルト等の締付け具の数量を減らすことができ、また、接合面の面積を小さくすることができるので、摩擦接合構造のコンパクト化が図れる。

また、前記問題を解決するための他の例として、特許文献２に記載の高力ボルト摩擦接合用スプライスプレートが知られている。これは、摩擦接合面に金属溶射による溶射層を形成した高力ボルト摩擦接合用スプライスプレートにおいて、溶射層のうち表面側に位置する表面側溶射層の気孔率が、前記表面側溶射層よりもスプライスプレート母材との界面側に位置する界面側溶射層の気孔率が大きいものである。
このような高力ボルト摩擦接合用スプライスプレートによれば、高力ボルト摩擦接合において、高い摩擦抵抗、具体的にはすべり係数（摩擦係数）０．７以上を合理的に安定して得ることができ、高力ボルト摩擦接合の接合強度及び寿命を高いレベルで安定させることができる。

ところで、前記特許文献１等に記載されているように、アルミ溶射処理のような、摩擦係数が接触圧に依存する摩擦面処理を接合面に施した高力ボルト摩擦接合構造では、接触圧が低いほど摩擦係数が高くなるとともに、従来のブラスト処理によるものに比して摩擦係数が高いことが知られている。

図１０は、接触圧を３８〜３５０Ｎ／ｍｍ²の範囲で変化させた場合の、接触圧に対するアルミ溶射をした際の摩擦係数を溶射方法ごとに示すグラフである。
測定結果において、プロット記号としては、溶射方法ごとに、アーク溶射法を白抜き四角（□）、プラズマ溶射法を白抜き菱形（◇）、ガスフレーム溶射法を白抜き三角（△）、高速フレーム溶射法を黒塗り菱形（◆）で示している。比較としてのブラスト処理を黒塗り丸（●）で示している。

図１０に示すように、アルミ溶射処理を施したものは、明瞭な主すべりが観察されず、接触圧に摩擦係数が大きく依存し、接触圧が低いほど摩擦係数が高くなる。
また、接触圧が低い範囲（３８〜１５０Ｎ／ｍｍ²）では、ブラスト処理の摩擦係数が０．６程度となるのに対して、アルミ溶射処理の摩擦係数がμ＝０．７〜１．０程度となる。特に、接触圧が３８Ｎ／ｍｍ²の場合、アルミ溶射処理の摩擦係数がμ＝０．９１〜１．０８となる。このように、アルミ溶射処理の摩擦係数が、ブラスト処理の摩擦係数よりも高くなり、従来の建築仕様での設計値である摩擦係数μ＝０．４５（図１０中の破線）を大きく上回る高い値を示している。
一方、接触圧が３５０Ｎ／ｍｍ²と高い場合の摩擦係数は、アーク溶射法のみ０．５１となり、従来の設計値である摩擦係数μ＝０．４５を上回っている。

また、添板を母材に摩擦接合によって接合する場合、添板厚が厚いほど、母材表面への接触圧分布領域が大きくなることも知られている。
図１１は、高力ボルト摩擦接合構造の一例について、設計モデルを用いた弾塑性ＦＥＭ解析を実施した場合の結果を示す。ここで、高力ボルトの軸を中心に摩擦接合部が軸対象となるように設計モデルを設定している。
添板厚（ｔｓ）は、１２ｍｍ、１６ｍｍ、２２ｍｍの３種類を設定し、ボルト張力は（Ｎ）は、Ｆ１４Ｔ標準ボルト張力レベル、Ｆ１０Ｔ標準ボルト張力レベルの２種類を設定した。
なお、Ｆ１４Ｔ標準ボルト張力レベルとは、３２９ｋＮであり、Ｆ１０Ｔ標準ボルト張力レベルとは２２６ｋＮである。
また、ｒはボルト孔の中心から接合面の外周縁までの距離、ｄは高力ボルトの軸径である。

図１１に示すように、添板を母材に高力ボルトによって摩擦接合した場合、接触圧分布領域は、添板厚に依存し添板厚が厚いほど大きくなるのがわかる。また、ボルト張力が大きいほど、接触圧の最大値が大きくなるが、接触圧分布領域は、ボルト張力の大きさに影響を受けないことがわかる。

このように、アルミ溶射処理のような、摩擦係数が接触圧に依存する摩擦面処理を接合面に施した高力ボルト摩擦接合構造では、接触圧が低いほど摩擦係数が高くなり、また、添板厚が厚いほど、母材表面への接触圧分布領域が大きくなる。

特開２００９−１２１６０３号公報特開２０１２−１２２２２９号公報

したがって、摩擦係数が接触圧に依存する摩擦面処理を接合面に施した高力ボルト摩擦接合構造では、添板厚や母材厚等の接合材の板厚が薄くなった場合には、接合材表面への接触圧分布領域が小さくなり、その結果、（平均）接触圧が大きくなる。
接触圧が大きくなると、（高力ボルトの軸力が一定の場合）摩擦係数が低くなるので、十分な摩擦力を得ることができないという問題があった。
例えば、アルミ溶射処理では、すべり係数（摩擦係数）が０．７程度であり、従来技術（赤錆またはブラスト処理）の０．４５比べ、約１．６倍の耐力向上が期待できる。このような技術を、Ｈ形鋼の継手に適用した場合、フランジは十分厚い肉厚を有するが、ウェブは相対的に薄くなるため、摩擦係数が低減して、十分な摩擦力を得ることができず、十分な接合強度を確保できないおそれがあった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、接合すべき接合材の接合面に接触圧が低いほど摩擦係数が高くなるような摩擦面処理を施した場合において、接合材の厚さが薄くなっても十分な摩擦力を得ることができる高力ボルト摩擦接合構造を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の高力ボルト摩擦接合構造は、接触圧（平均接触圧）が低いほど摩擦係数が高くなるような摩擦面処理を施した高力ボルト摩擦接合構造において、
接合すべき両接合材の接合面のうちの少なくとも一方の接合面に前記摩擦面処理が施され、
前記両接合材にそれぞれ形成されたボルト孔に前記高力ボルトが挿通されるとともに当該高力ボルトにナットが螺合されて締め付けられ、
前記高力ボルトのボルト頭下面または前記ナットのナット下面から前記接合面までの距離が前記高力ボルトのボルト径の半分以上となるように構成されていることを特徴とする。

ここで、前記ボルト頭下面とは、高力ボルトの軸方向中央側を向くボルト頭部の下面のことを意味し、前記ナット下面とは、ナットを高力ボルトの螺合した状態において、当該高力ボルトの軸方向中央側を向くナットの下面のことを意味する。

本発明においては、前記ボルト頭下面またはナット下面から前記接合面までの距離が前記高力ボルトのボルト径の半分以上となるように構成されているので、接合面への接触圧分布領域が大きくなり、その結果、接触圧が小さくなる。
このように接触圧が小さくなるので、十分な摩擦力を得ることができる。したがって、接合材の厚さが薄くなっても十分な接合強度を確保できる。

本発明の前記構成において、前記両接合材のうちの一方の接合材の厚さがボルト径の半分未満の場合に、当該一方の接合材側に前記ナットを配置し、前記ナット下面から前記接合面までの距離がボルト径の半分以上となっていることが好ましい。

このような構成によれば、一方の接合材の厚さがボルト径の半分未満となっても、当該一方の接合材側にナットを配置することでナット下面から前記接合面までの距離がボルト径の半分以上を確保できるので、接合面への接触圧分布領域を十分に大きく確保できる。これによって、接触圧が小さくなるので、十分な摩擦力を得ることができる。

また、本発明の高力ボルト摩擦接合構造は、接触圧（平均接触圧）が低いほど摩擦係数が高くなるような摩擦面処理を施した高力ボルト摩擦接合構造において、
接合すべき両接合材の接合面のうちの少なくとも一方の接合面に前記摩擦面処理が施され、
前記両接合材のうちの少なくも一方の接合材の前記接合面と反対側の表面に、板状の接触圧低減部材が設けられ、
前記両接合材と前記接触圧低減部材にそれぞれ形成されたボルト孔に前記高力ボルトが挿通されるとともに当該高力ボルトにナットが螺合されて締め付けられ、
前記接触圧低減部材は、その表面から前記接合面までの距離が前記高力ボルトのボルト径の半分以上となるような厚さを有するとともに、前記ボルト孔の中心から前記接触圧低減部材の外周端までの最短距離がボルト径以上、好ましくはボルト径の２倍程度となるような（平面的な）大きさを有していることを特徴とする。

ここで、前記接触圧低減部材は、その表面から前記接合面までの距離が前記高力ボルトのボルト径の半分以上、ボルト径以下となるような厚さを有することが好ましい。
ボルト径の半分未満では、十分な接触圧低減効果が得られないためであり、ボルト径を超えると接合部の突起が大きくなり収まりが悪くなるからである。
また、前記接触圧低減部材は、前記ボルト孔の中心から前記接触圧低減部材の外周端までの最短距離がボルト径以上、好ましくはボルト径の１．２倍程度、さらにはボルト径の１．５倍程度以下となるような大きさを有していることが好ましい。最短距離がボルト径未満では、座金外径よりも小さくなってしまい効果が得られないためであり、ボルト径の１．５倍程度を超えるとボルトピッチが大きくなり、結果的に接合部が大きくなり不経済になってしまうからである。

本発明においては、接合すべき接合材のうちの少なくも一方の接合材の接合面と反対側の表面に、板状の接触圧低減部材が設けられているので、当該接触圧低減部材の厚さの分、接合面までの距離が長くなって、接合面への接触圧分布領域が大きくなり、その結果、接触圧が小さくなる。
この接触圧低減部材の厚さは、当該接触圧低減部材の表面から前記接合面までの距離が前記高力ボルトのボルト径の半分以上となるような厚さであるから、接合面に十分な大きさ（広さ）の接触圧分布領域を確保でき、その結果、接触圧（平均接触圧）が十分に小さくなる。
また、接触圧低減部材は、ボルト孔の中心から接触圧低減部材の外周端までの最短距離がボルト径以上の大きさを有しているので、これによっても接触圧分布領域が広くなって接触圧が小さくなる。
このように、両接合材のうちの少なくも一方の接合材の接合面と反対側の表面に、板状の接触圧低減部材を設け、この接触圧低減部材の厚さおよび平面的な大きさを最適に設定することによって、接触圧が十分に小さくなって、十分な摩擦力を得ることができる。
したがって、接合材の厚さが薄くなっても十分な接合強度を確保できる。

本発明の前記構成において、前記両接合材のうちの一方の接合材の厚さがボルト径の半分未満の場合に、当該一方の接合材と前記接触圧低減部材の板厚の合計がボルト径の半分以上となっていることが好ましい。

このような構成によれば、一方の接合材の厚さがボルト径の半分未満となっても、接触圧低減部材によって、当該接合材の高力ボルト回りの厚さを十分に確保できるので、接合面への接触圧分布領域を十分に大きく確保できる。これによって、接触圧が小さくなるので、十分な摩擦力を得ることができる。

本発明によれば、接触圧が低いほど摩擦係数が高くなるような摩擦面処理を施した高力ボルト摩擦接合構造において、接合材の厚さが薄くなっても十分な摩擦力を得ることができる。

本発明に係る高力ボルト摩擦接合構造の第１の実施の形態を示すもので、その正面図である。同、要部の断面図である。本発明に係る高力ボルト摩擦接合構造の第２の実施の形態を示す正面図である。本発明に係る高力ボルト摩擦接合構造の第３の実施の形態を示す正面図である。本発明に係る高力ボルト摩擦接合構造の第４の実施の形態を示す断面図である。本発明に係る高力ボルト摩擦接合構造の第５の実施の形態を示す断面図である。本発明に係る高力ボルト摩擦接合構造をＨ形鋼どうしを接続する場合に適用した例を示す斜視図である。本発明に係る高力ボルト摩擦接合構造を鋼管柱と鋼製梁とを接続する場合に適用した例を示す斜視図である。本発明に係る高力ボルト摩擦接合構造を鋼管柱と鋼製梁とを接続する場合に適用した例を示す斜視図である。摩擦基礎実験における接触圧と摩擦係数の関係を示すグラフである。高力ボルト摩擦接合を弾塑性ＦＥＭ解析した結果を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図１および図２は第１の実施の形態を示すもので、高力ボルト二面摩擦接合構造を示す例である。図１は高力ボルト摩擦接合構造を示す正面図、図２は要部の断面図である。
図１および図２において、符号１,２は接合すべき接合材を示す。本実施の形態では、接合材１はＨ形鋼のフランジ、接合材２は添板である。なお、接合材１はＨ形鋼のウエブであってもよい。
本実施の形態では、Ｈ形鋼どうしをその長手方向に接続する際に、両Ｈ形鋼を所定の隙間をもって同軸に配置したうえで、フランジ１,１どうしを添板２によって接続している。

この場合、フランジ（接合材）１を挟んで上下一対の添板２,２を配置し、当該添板２,２を、隣り合うフランジ１,１に掛け渡すようにして、それぞれのフランジ１の上下面に当接したうえで、当該フランジ１,１に接合している。
フランジ１の添板２との接合面１ａは、表面粗さ（最大高さＲｚ）が５０μｍ以上となるように、ブラスト処理されている。または、フランジ１の接合面１ａは、酸化鉄（赤錆、黒皮など）により覆われていてもよい。

添板２のフランジ１との接合面２ａには摩擦面処理が施されている。この摩擦面処理は、溶射金属が定着する程度に下地処理された上に、低強度金属であるアルミが溶融した状態で吹き付けられ、アルミ溶射層が形成されたものとなっている。下地処理は、例えば、表面粗さ（最大高さＲｚ）が５０μｍ以上となるようにブラスト処理されている。
アルミ溶射層は、高力ボルト５が挿通されるボルト孔２ｂを中心にとした接合面上の円周内に形成されている。この円周の直径は、高力ボルト５の軸径の３倍に設定されている。また、アルミ溶射層の厚さは、２００μｍ以上、５００μｍ以下の範囲内で設定され、例えば、３００μｍとなっている。

アルミ溶射層中には、図示しない複数の気孔が、全体に亘って均一に分散して形成されており、アルミ溶射層の体積に対する複数の気孔の全容積の割合を示す気孔率は、５％以上、３０％以下の範囲内で設定され、例えば、２１％となっている。なお、アルミ溶射層は、アルミ成分が９９．５％のワイヤ形状の溶射材料を用いてアーク溶射法により形成される。

このようにして添板２の接合面２ａに形成されたアルミ溶射層は、接触圧（平均接触圧）が低いほど摩擦係数が高くなるような摩擦面処理を施したものとなっている。
添板２は通常の高力ボルト摩擦接合構造に使用される添板に比して厚さが十分薄く、例えば通常の添板の１／２程度の厚さとなっている。
このような薄い添板２の表面、つまり接合面２ａと反対側の表面に、接触圧低減部材６が設けられている。この接触圧低減部材６は円板状に形成された鋼製の板材であり、その中央部には、高力ボルト５を挿通するためのボルト孔６ｂが形成されている。
また、前記フランジ１および添板２にも、ボルト孔１ｂ,２ｂが形成されている。これらボルト孔１ｂ,２ｂ,６ｂは、同径同軸となっており、当該ボルト孔１ｂ,２ｂ,２ｂ,６ｂ,６ｂに、高力ボルト５が挿通されたうえで、座金７が外挿されるとともにナット８が螺合されて締め付けられている。この締め付けた圧縮力により生じる摩擦抵抗でフランジ１と添板２とが摩擦接合されている。

前記接触圧低減部材６は、その表面から前記接合面２ａまでの距離Ｌが高力ボルト５のボルト径の半分以上となるような厚さを有している。つまり、接触圧低減部材６とフランジ１との間には添板２が介在しているので、この添板２の板厚と、前記接触圧低減部材６の板厚との合計板厚が高力ボルト５のボルト径の半分以上となっている。
本実施の形態では、添板２の厚さがボルト径の半分未満となっているので、当該添板２の板厚と接触圧低減部材６の板厚の合計板厚がボルト径の半分以上となっている。
なお、本実施の形態では、一方の接触圧低減部材６には座金７が当接されているので、当該接触圧低減部材６と座金７とを一体とみなし、当該接触圧低減部材６の表面を座金７の表面としている。
また、接触圧低減部材６は、そのボルト孔６ｂの中心から接触圧低減部材６の外周端までの最短距離がボルト径以上となるような大きさを有している。本実施の形態では、接触圧低減部材６は円板状のものであるので、そのボルト孔６ｂの中心から外周端までの最短距離、つまり接触圧低減部材６の半径ｒがボルト径以上となっているが、ボルト径の１．２倍程度としたほうが好ましい。

接触圧低減部材が正方形の板状の場合、その中央部に形成されたボルト孔の中心から接触圧低減部材の外周端までの最短距離は、正方形に内接する円の半径となるので、この半径がボルト径以上となるように、接触圧低減部材の平面的な大きさを決定すればよい。
また、接触圧低減部材が長方形の板状の場合、その中央部に形成されたボルト孔の中心から接触圧低減部材の外周端までの最短距離は、ボルト孔の中心から長方形の短辺までの距離であるので、この距離がボルト径以上となるように、接触圧低減部材の平面的な大きさを決定すればよい。
さらに、接触圧低減部材に複数のボルト孔が形成されている場合、当該複数のボルト孔のいずれかの中心から接触圧低減部材の外周端までの最短距離がボルト径以上となるように、接触圧低減部材の平面的な大きさを決定すればよい。

そして、本実施の形態では、左右双方のフランジ１の上下面にそれぞれ当接する添板２,２に対して、接触圧低減部材６がフランジ１の長手方向に２枚ずつ設けられているが、当該接触圧低減部材６の枚数は、添板２の平面的な大きさ等に応じて適宜設定される。また、フランジ１の幅方向に設ける接触圧低減部材６の枚数も適宜設定される。

本実施の形態の高力ボルト摩擦接合構造は、例えば図７に示すように、Ｈ形鋼からなる鋼製梁１６,１６どうしを添板２２,２３によって接続する場合において、当該添板２２と鋼製梁１６のフランジ１６ｂとを摩擦接合する場合および添板２３とウエブ１６ａとを摩擦接合する場合に適用できる。
この場合、例えば、隣り合うフランジ１６ｂ,１６ｂの上下面に添板２２を掛け渡して当接したうえで、添板２２の表面に接触圧低減部材６を設けたうえで、高力ボルト５によって締め付けることによって、添板２２とフランジ１６ｂを高力ボルト摩擦接合する。
また、隣り合うウエブ１６ａ,１６ａの両表面に添板２３を掛け渡して当接したうえで、添板２３の表面に接触圧低減部材６を設けたうえで、高力ボルト５によって締め付けることによって、添板２３とウエブ１６ａを高力ボルト摩擦接合する。

本実施の形態によれば、添板２の接合面２ａと反対側の表面に、板状の接触圧低減部材６が設けられているので、当該接触圧低減部材６の厚さの分、接合面２ａまでの距離Ｌが長くなって、接合面２ａへの接触圧分布領域が大きくなり、その結果、接触圧が小さくなる。
そして接触圧低減部材６の厚さは、当該接触圧低減部材６の表面から接合面２ａまでの距離が高力ボルト５のボルト径の半分以上となるような厚さであるから、接合面２ａに十分な大きさ（広さ）の接触圧分布領域を確保でき、その結果、接触圧が十分に小さくなる。
また、接触圧低減部材６は、ボルト孔６ｂの中心から接触圧低減部材６の外周端までの最短距離がボルト径以上の大きさを有しているので、これによっても接触圧分布領域が広くなって接触圧が小さくなる。
このように、添板２の接合面２ａと反対側の表面に、板状の接触圧低減部材６を設け、この接触圧低減部材６の厚さおよび平面的な大きさを最適に設定することによって、接触圧が十分に小さくなって、十分な摩擦力を得ることができる。
したがって、添板２の厚さが薄くなっても十分な接合強度を確保できる。

また、添板２の厚さがボルト径の半分未満となっても、接触圧低減部材６によって、当該添板２の高力ボルト回りの厚さを十分に確保できるので、接合面２ａへの接触圧分布領域を十分に大きく確保できる。これによって、接触圧が小さくなるので、十分な摩擦力を得ることができる。

（第２の実施の形態）
図３は第２の実施の形態を示すもので、高力ボルト一面摩擦接合構造を示す例である。
図３において、符号１１,１１は接合すべき接合材を示す。本実施の形態では、接合材１１,１１はともに鋼板である。
そして、本実施の形態では、鋼板１１,１１どうしをその端部において重ね合わせ、これらを本発明に係る高力ボルト摩擦接合によって接合している。

すなわちまず、一方の鋼板（接合材）１１と他方の鋼板（接合材）１１との接合面１１ａ,１ａの少なくとも一方の接合面１１ａに、第１の実施の形態と同様の摩擦面処理が施されている。
この摩擦面処理によって形成されたアルミ溶射層は、高力ボルト５が挿通されるボルト孔１１ｂを中心にとした接合面１１ａ上の円周内に形成されている。この円周の直径は、高力ボルト５の軸径の３倍に設定されている。また、アルミ溶射層の厚さは、２００μｍ以上、５００μｍ以下の範囲内で設定され、例えば、３００μｍとなっている。
なお、鋼板１１,１１のうちの一方の鋼板１１の接合面１１ａにのみアルミ溶射層を形成する場合、他方の鋼板１１の接合面１１ａは、表面粗さ（最大高さＲｚ）が５０μｍ以上となるように、ブラスト処理されている。または、当該接合面１１ａは、酸化鉄（赤錆、黒皮など）により覆われていてもよい。

このようにして鋼板１１の接合面１１ａに形成されたアルミ溶射層は、第１の実施の形態と同様に、接触圧が低いほど摩擦係数が高くなるような摩擦面処理を施したものとなっている。
このような鋼板１１の表面、つまり接合面１１ａと反対側の表面に、第１の実施の形態と同様の接触圧低減部材６が設けられている。この接触圧低減部材６の中央部には、高力ボルト５を挿通するためのボルト孔６ｂが形成されている。
また、鋼板１１,１１にも、ボルト孔１１ｂ,１１ｂが形成されている。これらボルト孔１１ｂ,１１ｂ,６ｂは、同径同軸となっており、当該ボルト孔１１ｂ,１１ｂ,６ｂに、高力ボルト５が挿通されたうえで、座金７が外挿されるとともにナット８が螺合されて締め付けられている。この締め付けた圧縮力による生じる摩擦抵抗で鋼板１１,１１がその端部で摩擦接合されている。

接触圧低減部材６は、その表面から前記接合面１１ａまでの距離が高力ボルト５のボルト径の半分以上となるような厚さを有している。つまり、接触圧低減部材６の板厚と鋼板１１の板厚との合計板厚が高力ボルト５のボルト径の半分以上となっている。
また、接触圧低減部材６は、そのボルト孔６ｂの中心から接触圧低減部材６の外周端までの最短距離がボルト径以上となるような大きさを有している。本実施の形態でも、接触圧低減部材６は円板状のものであるので、そのボルト孔６ｂの中心から外周端までの最短距離、つまり接触圧低減部材６の半径がボルト径以上となっているが、ボルト径の１．２倍程度とするのが好ましい。

そして、本実施の形態では、接合すべき鋼板１１,１１の重なった部分において、接触圧低減部材６が鋼板１１の長手方向（図３において左右方向）に２枚ずつ、厚さ方向に２枚ずつ合計４枚設けられているが、当該接触圧低減部材６の枚数は、鋼板１１の重なった部分における長手方向の長さ等に応じて適宜設定される。また、鋼板１１の長手方向に直交する幅方向に設ける接触圧低減部材６の枚数も適宜設定される。

本実施の形態によれば、接合すべき鋼板１１,１１のうちの少なくも一方の鋼板１１の接合面１１ａと反対側の表面に、板状の接触圧低減部材６が設けられているので、当該接触圧低減部材６の厚さの分、接触圧低減部材６の表面から接合面１１ａまでの距離が長くなって、接合面１１ａへの接触圧分布領域が大きくなり、その結果、接触圧が小さくなる。
この接触圧低減部材６の厚さは、当該接触圧低減部材６の表面から接合面１１ａまでの距離が高力ボルト５のボルト径の半分以上となるような厚さであるから、接合面１１ａに十分な大きさ（広さ）の接触圧分布領域を確保でき、その結果、接触圧が十分に小さくなる。
また、接触圧低減部材６は、ボルト孔１１ｂの中心から接触圧低減部材６の外周端までの最短距離がボルト径以上の大きさを有しているので、これによっても接触圧分布領域が広くなって接触圧が小さくなる。
このように、両鋼板１１,１１のうちの少なくも一方の鋼板１１の接合面１１ａと反対側の表面に、板状の接触圧低減部材６を設け、この接触圧低減部材６の厚さおよび平面的な大きさを最適に設定することによって、接触圧が十分に小さくなって、十分な摩擦力を得ることができる。
したがって、鋼板１１,１１の厚さが薄くなっても十分な接合強度を確保できる。

（第３の実施の形態）
図４は第３の実施の形態を示すもので、高力ボルト二面摩擦接合構造を示す例である。
図４において、符号１,２は、本発明に係る高力ボルト摩擦接合構造によって接合すべき接合材を示す。本実施の形態では、接合材１はＨ形鋼のフランジ、接合材２は添板である。
本実施の形態では、Ｈ形鋼どうしをその長手方向に接続する際に、両Ｈ形鋼を所定の隙間をもって同軸に配置したうえで、フランジ１,１どうしを添板２,２２によって接続している。
また、添板２２は前記添板２より板厚が厚くなっており、その表面からフランジ１の下面との接合面２２ａまでの距離が高力ボルト５のボルト径の半分以上となるような厚さを有している。

そして、フランジ（接合材）１を挟んで上下一対の添板２,２２を配置し、当該添板２,２２を、隣り合うフランジ１,１に掛け渡すようにして、それぞれのフランジ１の上下面に当接して接合している。

添板２のフランジ１との接合面２ａには、第１の実施の形態と同様の摩擦面処理が施されている。つまり、接合面２ａに、アルミ溶射層が、高力ボルト５が挿通されるボルト孔２ｂを中心にとした接合面上の円周内に形成されている。この円周の直径は、高力ボルトの軸径の３倍に設定されている。また、アルミ溶射層の厚さは、２００μｍ以上、５００μｍ以下の範囲内で設定され、例えば、３００μｍとなっている。
また、添板２のフランジ１との接合面２２ａにも、同様にして第１の実施の形態と同様の摩擦面処理が施されることで、アルミ溶射層が形成されている。
このようにして添板２,２２の接合面２ａ,２２ａに形成されたアルミ溶射層は、接触圧が低いほど摩擦係数が高くなるような摩擦面処理を施したものとなっている。

添板２は添板２２に比して厚さが十分薄く、例えば１／２程度の厚さとなっている。
このような薄い添板２の表面、つまり接合面２ａと反対側の表面に、第１の実施の形態と同様の接触圧低減部材６が設けられている。
そして、フランジ１、添板２,２２、接触圧低減部材６にそれぞれ同径同軸に形成されているボルト孔１ｂ,２ｂ,２２ｂ,６ｂに、高力ボルト５が挿通されたうえで、座金７が外挿されるとともにナット８が螺合されて締め付けられている。この締め付けた圧縮力による生じる摩擦抵抗でフランジ１と添板２,２２とが摩擦接合されている。なお、フランジ１と添板２との接合が本発明の高力ボルト摩擦接合構造に係るものであり、フランジ１と添板２２との接合は、従来の接触圧が低いほど摩擦係数が高くなるような摩擦面処理を施した高力ボルト摩擦接合構造に係るものである。

前記接触圧低減部材６は、その表面から前記接合面２ａまでの距離が高力ボルト５のボルト径の半分以上となるような厚さを有している。つまり、接触圧低減部材６とフランジ１との間には添板２が介在しているので、この添板２の板厚と、前記接触圧低減部材６の板厚との合計板厚が高力ボルト５のボルト径の半分以上となっている。
本実施の形態では、添板２の厚さがボルト径の半分未満となっているので、当該添板２に板厚と接触圧低減部材６の板厚の合計板厚がボルト径の半分以上となるように、接触圧低減部材６の板厚が設定されている。
また、接触圧低減部材６は、そのボルト孔６ｂの中心から接触圧低減部材６の外周端までの最短距離がボルト径以上となるような大きさを有している。本実施の形態では、接触圧低減部材６は円板状のものであるので、そのボルト孔６ｂの中心から外周端までの最短距離、つまり接触圧低減部材６の半径がボルト径以上となっているが、ボルト径の１．２倍程度とするのが好ましい。

そして、本実施の形態では、左右双方のフランジ１の上面に当接する添板２に対して、接触圧低減部材６がフランジ１の長手方向に２枚ずつ設けられているが、当該接触圧低減部材６の枚数は、添板２の平面的な大きさ等に応じて適宜設定される。また、フランジ１の幅方向に設ける接触圧低減部材６の枚数も適宜設定される。

本実施の形態によれば、添板２の接合面２ａと反対側の表面に、板状の接触圧低減部材６が設けられているので、当該接触圧低減部材６の厚さの分、接合面までの距離が長くなって、接合面２ａへの接触圧分布領域が大きくなり、その結果、接触圧が小さくなる。
そして接触圧低減部材６の厚さは、当該接触圧低減部材６の表面から接合面２ａまでの距離が高力ボルト５のボルト径の半分以上となるような厚さであるから、接合面２ａに十分な大きさ（広さ）の接触圧分布領域を確保でき、その結果、接触圧が十分に小さくなる。
また、接触圧低減部材６は、ボルト孔６ｂの中心から接触圧低減部材６の外周端までの最短距離がボルト径以上の大きさを有しているので、接触圧分布領域が広くなってこれによっても接触圧が小さくなる。
このように、添板２の接合面２ａと反対側の表面に、板状の接触圧低減部材６を設け、この接触圧低減部材６の厚さおよび平面的な大きさを最適に設定することによって、接触圧が十分に小さくなって、十分な摩擦力を得ることができる。
したがって、添板２の厚さが薄くなっても十分な接合強度を確保することができる。
なお、添板２２の厚さ、つまり添板２２の表面からフランジ１の下面との接合面２２ａまでの距離は高力ボルト５のボルト径の半分以上となっているので、添板２２の表面には接触圧低減部材６を設けなくても十分な摩擦力を得ることができる。

（第４の実施の形態）
図５は第４の実施の形態を示すもので、高力ボルト一面摩擦接合構造を示す例である。
図４において、符号３１,３２は、本発明に係る高力ボルト摩擦接合構造によって接合すべき接合材を示す。本実施の形態では、接合材３１はＨ形鋼のウエブ、接合材３２はガセットである。
本実施の形態では、ウエブ３１とガセット３２とをその端部において重ね合わせ、これらを本発明に係る高力ボルト摩擦接合によって接合している。
ガセット３２はウエブ３１より板厚が厚くなっており、その表面からウエブ３１との接合面３２ａまでの距離が高力ボルト５のボルト径の半分以上となるような厚さを有している。

ガセット３２のウエブ３１との接合面３２ａには、第１の実施の形態と同様の摩擦面処理が施されている。つまり、接合面３２ａに、アルミ溶射層が、高力ボルト５が挿通されるボルト孔３２ｂを中心にとした接合面上の円周内に形成されている。この円周の直径は、高力ボルトの軸径の３倍に設定されている。また、アルミ溶射層の厚さは、２００μｍ以上、５００μｍ以下の範囲内で設定され、例えば、３００μｍとなっている。
このようにしてガセット３２の接合面３２ａに形成されたアルミ溶射層は、接触圧が低いほど摩擦係数が高くなるような摩擦面処理を施したものとなっている。

ウエブ３１はガセット３２に比して厚さが十分薄く、例えば１／２程度の厚さとなっている。
このような薄いウエブ３１の表面、つまりガセット３２との接合面３１ａと反対側の表面に、第１〜第３の実施の形態と同様の接触圧低減部材６が設けられている。
そして、ガセット３２、ウエブ３１、接触圧低減部材６にそれぞれ同径同軸に形成されているボルト孔３２ｂ,３１ｂ,６ｂに、高力ボルト５が挿通されたうえで、座金７が外挿されるとともにナット８が螺合されて締め付けられている。この締め付けた圧縮力による生じる摩擦抵抗でガセット３２とウエブ３１とが摩擦接合されている。

前記接触圧低減部材６は、その表面から前記接合面３１ａまでの距離が高力ボルト５のボルト径の半分以上となるような厚さを有している。つまり、接触圧低減部材６とガセット３２との間にはウエブ３１が介在しているので、このウエブ３１の板厚と、接触圧低減部材６の板厚との合計板厚が高力ボルト５のボルト径の半分以上となっている。
本実施の形態では、ウエブ３１の厚さが例えば９ｍｍ程度であり、ボルト径の半分未満となっているので、当該ウエブ３１の板厚と接触圧低減部材６の板厚の合計板厚がボルト径の半分以上となるように、接触圧低減部材６の板厚が設定されている。
また、接触圧低減部材６は、そのボルト孔６ｂの中心から接触圧低減部材６の外周端までの最短距離がボルト径以上となるような大きさを有している。本実施の形態では、接触圧低減部材６は円板状のものであるので、そのボルト孔６ｂの中心から外周端までの最短距離、つまり接触圧低減部材６の半径がボルト径以上となっているが、ボルト径の１．２倍程度とするのが好ましい。

そして、本実施の形態では、接合すべきウエブ３１とガセット３２の重なった部分において、接触圧低減部材６がウエブ３１の長手方向（図５において左右方向）に２枚設けられているが、当該接触圧低減部材６の枚数は、ウエブ３１とガセット３２の重なり部分の長手方向の長さに応じて適宜設定される。また、同重なり部分の長手方向に直交する幅方向に設ける接触圧低減部材６の枚数も適宜設定される。

本実施の形態によれば、ウエブ３１の接合面３１ａと反対側の表面に、板状の接触圧低減部材６が設けられているので、当該接触圧低減部材６の厚さの分、接合面３１ａまでの距離が長くなって、接合面３１ａへの接触圧分布領域が大きくなり、その結果、接触圧が小さくなる。
そして接触圧低減部材６の厚さは、当該接触圧低減部材６の表面から接合面３１ａまでの距離が高力ボルト５のボルト径の半分以上となるような厚さであるから、接合面３１ａに十分な大きさ（広さ）の接触圧分布領域を確保でき、その結果、接触圧が十分に小さくなる。
また、接触圧低減部材６は、ボルト孔６ｂの中心から接触圧低減部材６の外周端までの最短距離がボルト径以上の大きさを有しているので、接触圧分布領域が広くなってこれによっても接触圧が小さくなる。

このように、ウエブ３１の接合面３１ａと反対側の表面に、板状の接触圧低減部材６を設け、この接触圧低減部材６の厚さおよび平面的な大きさを最適に設定することによって、接触圧が十分に小さくなって、十分な摩擦力を得ることができる。
したがって、ウエブ３１の厚さが薄くなっても十分な接合強度を確保できる。
なお、ガセット３２の厚さ、つまりガセット３２の表面からウエブ３１の下面との接合面３２ａまでの距離が高力ボルト５のボルト径の半分以上となっているので、ガセット３２の表面には接触圧低減部材６を設けなくても十分な摩擦力を得ることができる。

本実施の形態の高力ボルト摩擦接合構造は、例えば図８に示すように、鋼管柱１５にＨ形鋼からなる鋼製梁１６を接続する場合において、鋼管柱１５の側面に設けられたガセット１７に、鋼製梁１６のウエブ１６ａを接合する際に利用できる。特にウエブ１６ａの厚さが薄い場合に有効である。なお、鋼製梁１６のフランジ１６ｂ,１６ｂは鋼管柱１５に設けられた水平ダイヤフラム１５ａ,１５ａに溶接によって接合される。
ガセット１７とウエブ１６ａは一部が重ねられ、この重ねた部分において、ガセット１７の表面に接触圧低減部材６を設け、これらガセット１７とウエブ１６ａとを高力ボルト５で締め付けることによって高力ボルト摩擦接合する。

（第５の実施の形態）
図６は第５の実施の形態を示すもので、高力ボルト一面摩擦接合構造を示す例である。
図６において、符号３１,３２は、本発明に係る高力ボルト摩擦接合構造によって接合すべき接合材を示す。本実施の形態では、接合材３１はＨ形鋼のウエブ、接合材３２はガセットである。
本実施の形態では、ウエブ３１とガセット３２とをその端部において重ね合わせ、これらを本発明に係る高力ボルト摩擦接合によって接合している。
ガセット３２はウエブ３１より板厚が厚くなっており、ボルト頭下面５ａからウエブ３１との接合面３２ａまでの距離が高力ボルト５のボルト径の半分以上となるような厚さを有している（例えば、ボルト径２２ｍｍに対し、ガセットの厚さは１６ｍｍである。）。

ウエブ３１はガセット３２に比して厚さが十分薄く、例えば１／２程度（９ｍｍ）の厚さとなっている。
このような薄いウエブ３１側にナット８を配置している。
そして、ガセット３２、ウエブ３１にそれぞれ同径同軸に形成されているボルト孔３２ｂ,３１ｂに、高力ボルト５が挿通されたうえで、座金７が外挿されるとともにナット８が螺合されて締め付けられている。この締め付けた圧縮力による生じる摩擦抵抗でガセット３２とウエブ３１とが摩擦接合されている。

ウェブ３１側は、ナット８を配置することで座金７（板厚６ｍｍ）が挿入されるため、座金７は、ナット下面８ａから前記接合面３１ａまでの距離が高力ボルト５のボルト径の半分以上となるような厚さを有している。つまり、ウエブ３１の板厚と、座金７の板厚との合計板厚が高力ボルト５のボルト径の半分以上となっている。

本実施の形態によれば、ウエブ３１側にナット８が配置されているので、座金７の厚さの分、接合面３１ａまでの距離が長くなって、接合面３１ａへの接触圧分布領域が大きくなり、その結果、接触圧が小さくなる。

このように、ウエブ３１側にナット８を配置することで、接触圧が十分に小さくなって、十分な摩擦力を得ることができる。
したがって、ウエブ３１の厚さが薄くなっても十分な接合強度を確保できる。
なお、ガセット３２の厚さ、つまりガセット３２の表面からウエブ３１の下面との接合面３２ａまでの距離が高力ボルト５のボルト径の半分以上となっているので、ガセット３２も十分な摩擦力を得ることができる。

本実施の形態の高力ボルト摩擦接合構造は、例えば図９に示すように、鋼管柱１５にＨ形鋼からなる鋼製梁１６を接続する場合において、鋼管柱１５の側面に設けられたガセット１７に、鋼製梁１６のウエブ１６ａを接合する際に利用できる。特にウエブ１６ａの厚さが薄い場合に有効である。なお、鋼製梁１６のフランジ１６ｂ,１６ｂは鋼管柱１５に設けられた水平ダイヤフラム１５ａ,１５ａに溶接によって接合される。
ガセット１７とウエブ１６ａは一部が重ねられ、この重ねた部分において、ガセット１７側にナット８と座金７を配置し、これらガセット１７とウエブ１６ａとを高力ボルト５で締め付けることによって高力ボルト摩擦接合する。

１フランジ（接合材）
２添板（接合材）
２ａ接合面
５高力ボルト
５ａボルト頭下面
６接触圧低減部材
６ａボルト孔
８ナット
８ａナット下面
１１鋼板（接合材）
１１ａ接合面
１６ａウエブ（接合材）
１６ｂフランジ（接合材）
１７ガセット（接合材）
２２,２３添板（接合材）
３１ウエブ（接合材）
３２ガセット（接合材）

Claims

接触圧が低いほど摩擦係数が高くなるような摩擦面処理を施した高力ボルト摩擦接合構造において、
接合すべき両接合材の接合面のうちの少なくとも一方の接合面に前記摩擦面処理が施され、
前記両接合材のうちの少なくとも一方の接合材の前記接合面と反対側の表面に、板状の接触圧低減部材が設けられ、
前記両接合材と前記接触圧低減部材にそれぞれ形成されたボルト孔に前記高力ボルトがそのボルト頭の座面に座金を設けない状態でかつ前記接触圧低減部材の側から挿通されるとともに当該高力ボルトにナットが螺合されて締め付けられ、
前記高力ボルトの前記ボルト頭の座面と接触している前記接触圧低減部材は、当該接触圧低減部材の前記ボルト頭の座面と接触している表面から前記接合材の厚さを含んで前記接合面までの距離が前記高力ボルトのボルト径の半分以上となるような厚さを有するとともに、前記ボルト孔の中心から前記接触圧低減部材の外周端までの最短距離がボルト径以上となるような大きさを有していることを特徴とする高力ボルト摩擦接合構造。
前記両接合材のうちの一方の接合材の厚さがボルト径の半分未満の場合に、当該一方の接合材と前記接触圧低減部材の板厚の合計がボルト径の半分以上となっていることを特徴とする請求項１に記載の高力ボルト摩擦接合構造。