JPH0617487A - 繊維強化樹脂部材の接合方法 - Google Patents

繊維強化樹脂部材の接合方法

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JPH0617487A
JPH0617487A JP4137169A JP13716992A JPH0617487A JP H0617487 A JPH0617487 A JP H0617487A JP 4137169 A JP4137169 A JP 4137169A JP 13716992 A JP13716992 A JP 13716992A JP H0617487 A JPH0617487 A JP H0617487A
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JP
Japan
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bolt
fiber
bolt hole
joint
reinforced resin
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JP4137169A
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English (en)
Inventor
Nobuyuki Tsuji
信之 辻
Kenji Kubomura
健二 久保村
Yasumi Shimura
保美 志村
Shigeaki Tonai
繁明 藤内
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Nippon Steel Corp
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Nippon Steel Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、簡単な手段によって、接合具とF
RP部材とを、強力にかつ低コストで容易に結合し、十
分な耐力、及び変形性能を有した繊維強化樹脂部材の接
合方法である。 【構成】 本発明は、板状の繊維強化樹脂部材と金属製
接合具を高力ボルトを用いて摩擦接合し、前記繊維強化
樹脂部材の接合部分に、樹脂部材の幅(w)と、ボルト
穴径(D)と、ボルトピッチ(L)と、部材端から最も
近いボルト穴中心までの距離(e)と、部材側端から最
も近いボルト穴中心までの距離(b)と、ボルト列の数
(n)とが以下の条件を満たすようにボルト穴を設けた
ことを特徴とする繊維強化樹脂部材の接合方法である。 w/nD>2,e/D>2,b/D>1,L/D>2

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、建築構造物等の大型構
造物に使用する繊維強化樹脂部材の接合方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】矩形断面形状の繊維強化樹脂部材(以下
FRP部材と略す)と金属製接合部との接合方法として
は、FRP部材と金属製接合部との間に接着材を充填さ
せて硬化させる接着接合型の接合、およびFRP部材に
穿孔してボルト等にて金属製接合部に接合する機械的接
合が知られている。
【0003】前記の従来技術において、前者の接着力の
みによる接合の場合には、接合部の単位長さあたりの結
合力が弱く、そのため接合部の長さが著しく長くなり、
かつ信頼性も低い。また、後者のボルト等による機械的
接合の場合には、FRP部材に穿孔するためFRP部材
中の強化繊維を切断することになり、母材の強度を低下
させるとして大きな荷重を負担する強度部材への利用は
図られていなかった(参考文献:FRP(強化プラスチ
ック)設計便覧,植村益次責任編集,(社)強化プラス
チック協会発行,1979)。
【0004】また、これまでに繊維強化樹脂に対して考
えられていたボルト接合では、摩擦を考慮せず初期の負
荷状態からボルトの支圧による荷重の負担が前提となっ
ているため、複数のボルトを用いた場合、片当たりの影
響で満足な耐力の実現が期待できなかった。図1にFR
P積層板にピン負荷を加えた場合の典型的な荷重−変位
関係を示すが、これまでのFRPのボルト接合では荷重
−変位線図が線形の領域の最大荷重(Pmax)であるPi
(比例限)を設計荷重にとる設計となるため、片当たり
の影響を大きく受けることになり実用的な接合を実現す
ることは困難となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、簡単な手段
によって、接合具とFRP部材とを、強力にかつ低コス
トで容易に結合し、十分な耐力、及び変形性能を有した
繊維強化樹脂部材の接合方法を提供することを目的とす
るものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は板状の繊維強化
樹脂部材と金属製接合具を高力ボルトを用いて摩擦接合
し、前記繊維強化樹脂部材の接合部分に、樹脂部材の幅
(w)、ボルト穴径(D)、ボルトピッチ(L)、部材
端から最も近いボルト穴中心までの距離(e)、部材側
端から最も近いボルト穴中心までの距離(b)、ボルト
列の数(n)が以下の条件を満たすようにボルト穴を設
けたことを特徴とする繊維強化樹脂部材の接合方法であ
る。 w/nD>2,e/D>2,b/D>1,L/D>2 ここで高力ボルトとは引張強度80kg/mm2 以上の高張
力鋼からなるボルトであり、本発明の摩擦接合は、当該
高力ボルトに所定の軸力を導入することにより十分な摩
擦力を得るものである。
【0007】図2に本発明によるFRP部材の引張荷重
−変位の関係を示す。Aの領域では摩擦接合で荷重を伝
達し、a点(荷重Py)ですべりを生じた後Bの領域で
FRP部材がボルトの支圧で破壊しながら変形していき
b点でPuに至り終局破壊(破断)する。これは、金属
に於ける塑性変形挙動を疑似的に実現したものと考える
ことができる。
【0008】本発明の繊維強化樹脂製部材(FRP部
材)の接合方法及び接合具においては、図3に示すよう
にFRP部材1と接合具2の接合部分にボルト用の穴を
必要数あけておき、接合具2でFRP部材1を挟んで高
力ボルト3で締め付け力を加えることによりFRP部材
1と接合具2を摩擦力により接合する。
【0009】本発明におけるFRP部材においては、図
2の荷重−変位関係を実現するため、摩擦耐力をPf、
FRP部材の引張破壊耐力Pt、ボルト穴の支圧破壊耐
力Pbとすると、これらの値が式(1)の大小関係を満
たし、図2におけるPyにPfが、終局耐力Pmax にP
tが相当することが必要である。
【0010】 Pf<Pt かつ Pb<Pt …………………………………(1) 図4にFRP部材の接合部概略図を示す。FRP部材の
形状としては部材全長にわたって板厚が一定の平板であ
ってもよいし、必要に応じて接合部分の引張強度および
剪断強度を増すために接合部分の板厚を補強により増加
させてもよい。接合具と接触する部材表面にはガラス繊
維織物等の横圧縮力に対して高い強度を有した繊維を、
高力ボルトの締め付け力に応じて適当な厚さだけ配して
おくことが望ましい。図4においてFRP部材の形状と
しては、式(1)の特性を実現するため、すなわち引張
荷重下でのボルト穴近傍での引張破断、あるいはボルト
穴の剪断破壊といった小さな変形量での破断を防ぐため
には、図4における部材幅(w)、ボルト穴径(D)、
ボルトピッチ(L)、部材縁からボルト穴中心までの距
離(e)、部材側端からボルト中心穴までの距離
(b)、ボルトの列の数(n)が式(2)を満たすこと
が必要であり、より望ましくは式(3)を満たすことが
よい。更に好ましくは、式(4)を満たすことがよい。
【0011】 w/nD>2,e/D>2,b/D>1,L/D>2 …………(2) w/nD>2.5 ,e/D>2.5 ,b/D>1.25,L/D>2.5 …(3) w/nD>4,e/D>4,b/D>2,L/D>4 …………(4) FRP部材の積層構成に関しては、ボルト穴周りおよび
部材軸方向の引張り強さを高めるために軸力方向の繊維
(0°)を、支圧破壊を進行しながら変形を許容するた
めに軸力方向に対して±45°,90°方向の繊維を、
設計荷重に応じて配する必要があるが、0°,±45
°,90°の繊維の割合を決定する場合、板厚、幅、ボ
ルト穴径等の寸法を考慮して、式(1)を満足するよう
に配慮すればよい。
【0012】本発明のFRP部材に使用される強化繊維
としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が用
いられるが、その中でも強度、弾性率に優れた炭素繊維
を用いることが好ましい。炭素繊維としては、ポリアク
リロニトリル系、石油ピッチ系、石炭ピッチ系等種々の
炭素繊維が使用される。使用される繊維の強度、弾性率
については特に規定されるものではなく設計荷重、剛性
を満足するために適当な炭素繊維を使用するのがよい。
マトリックス樹脂としては熱硬化性樹脂ではポリエステ
ル樹脂、エポキシ樹脂、熱可塑性樹脂としてはナイロン
等が使用される。
【0013】本発明の特徴は、強化樹脂部材と金属製接
合具を高力ボルトの締め付けにより摩擦接合にて接合
し、すべり後は動摩擦とボルトの支圧を併用することに
より、すべり後も耐力上昇を達成し、かつ終局破壊まで
に大きな変位を許容することができることである。ま
た、すべり後に、FRP部材のボルト穴周辺がボルトに
よる支圧破壊を起こして面外変形することで、FRP部
材と接合具の間の摩擦力が大きくなる作用も期待でき
る。
【0014】
【実施例】
〔実施例1〕図5に示すようなFRP部材を用意した。
使用した強化繊維は引張弾性率500GPa 、引張強度3
800MPa の高弾性炭素繊維である。マトリックス樹脂
は120℃硬化タイプのエポキシ樹脂である。板厚24
mm、板幅w=80mm、長さ480mm、ボルト穴径D=2
6mm,e=72mm,b=40mmで、ボルト本数は片側1
本である。ボルトは高力ボルトF10T−M24を使用
した。この寸法では前記(2)式に関して、w/D=
3.07,e/D=2.77,b/D=1.54となり
(2)式を満足する。この炭素繊維強化部材の繊維体積
含有率は約60%、炭素繊維の長手方向の割合は約70
%、長手方向に直角な繊維の割合15%、長手方向に対
して±45°方向に15%であった。金属製接合具とし
ては炭素綱(S45C)製の接合具を用いた。接合具の
表面には図6に示すような高さ0.8mm、のローレット
による刃を設けた。FRP部材1を接合具2で挟着して
FRP部材と金属製接合具を接合した。図6において
(a)は側面図、(b)は平面図である。前記のFRP
部材を接合具に接合した図6の状態にて引張試験機にて
引張荷重を負荷したところ、図7に示すような荷重−変
位関係が得られた。この荷重−変位関係は設計摩擦力1
3tonfを実現し、かつ45tonfまでの耐力上昇を6mmの
変位とともに実現し、信頼性の高い接合が得られた。
【0015】〔実施例2〕一般板厚13mm、接合部板厚
24mmで、接合部の板幅、長さ、ボルト本数、ボルト穴
径、ボルト穴位置、積層構成等全て実施例1と同じであ
る試験体についても同様に引張試験を行なったところ、
得られた荷重−変位線図は図6とほぼ一致した。
【0016】
【発明の効果】本発明では、繊維強化樹脂部材と金属製
接合具を高力ボルトによる摩擦接合にて接合し、すべり
後は耐力上昇を達成し、終局破壊までに大きな変位を許
容することから、建築構造物等に使用する接合に要求さ
れる信頼性の高い接合を達成することができる。同時
に、繊維強化樹脂部材という材料定数、強度等を容易に
設計することのできる材料に摩擦接合を適用することか
ら、本発明により種々の設計荷重、耐力、変形性能の要
請に対して接合部を設計することができる。さらに構成
が簡単であるので繊維強化樹脂製部材の接合具を低コス
トで製作できると共に、繊維強化樹脂製部材の接合を容
易にかつ迅速に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ピン負荷を受けたFRPが支圧破壊する場合の
典型的な荷重−変位線図である。
【図2】本発明によるFRP部材の荷重−変位線図の概
念図である。
【図3】本発明のFRP部材と接合具を接合した様子を
示した側面図である。
【図4】本発明のFRP部材の接合部概略図である。
【図5】実施例のFRP部材の概略図である。
【図6】実施例のFRP部材と接合具の接合している様
子を示した概略図であって(a)側面、(b)は平面を
示す。
【図7】実施例の接合されたFRP部材と接合具に部材
軸方向の引張負荷を加えたときに得られた荷重−変位線
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 志村 保美 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 藤内 繁明 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 板状の繊維強化樹脂部材と金属製接合具
    を高力ボルトを用いて摩擦接合し、前記繊維強化樹脂部
    材の接合部分に、樹脂部材の幅(w)と、ボルト穴径
    (D)と、ボルトピッチ(L)と、部材端から最も近い
    ボルト穴中心までの距離(e)と、部材側端から最も近
    いボルト穴中心までの距離(b)と、ボルト列の数
    (n)とが以下の条件を満たすようにボルト穴を設けた
    ことを特徴とする繊維強化樹脂部材の接合方法。 w/nD>2,e/D>2,b/D>1,L/D>2
  2. 【請求項2】 繊維強化樹脂部材の少なくとも接合部分
    の厚さを中央部の板厚よりも大きくしたことを特徴とす
    る請求項1記載の繊維強化樹脂部材の接合方法。
  3. 【請求項3】 摩擦接合用の繊維強化樹脂部材であっ
    て、板状で、端部の接合部分に、樹脂部材の幅(w)
    と、ボルト穴径(D)と、ボルトピッチ(L)と、部材
    端から最も近いボルト穴中心までの距離(e)と、部材
    側端から最も近いボルト穴中心までの距離(b)と、ボ
    ルト列の数(n)とが以下の条件を満たすボルト穴を設
    けた繊維強化樹脂部材。 w/nD>2,e/D>2,b/D>1,L/D>2
JP4137169A 1992-05-28 1992-05-28 繊維強化樹脂部材の接合方法 Pending JPH0617487A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018003260A (ja) * 2016-06-27 2018-01-11 大和ハウス工業株式会社 壁パネルの取付構造

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5152336A (ja) * 1974-11-02 1976-05-08 Nippon Steel Corp Koryokuborutomasatsusetsugoyokozai
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