JPH08333807A - 複合材料構造部材の継手構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 繊維強化複合材料（ＦＲＰ）で形成された一
対の梁部材及び柱部材を結合するに当たり、これら両部
材の結合部位に曲げモーメント及び剪断力が発生するの
を防止し、もってＦＲＰからなる構造部材の異方性を最
大限に発揮させることが可能な継手構造を提供する。 【構成】 ＦＲＰで形成された一対の梁部材及び柱部材
を結合するための継手構造であって、梁部材の結合端に
当該梁部材を貫通するスリーブを埋め込み固定する一
方、柱部材には開口部を形成して上記梁部材の結合端を
当該開口部に挿入し、上記スリーブを貫通し且つ当該ス
リーブに対して相対的に回転するシャフトを上記柱部材
に係止することによって梁部材及び柱部材を結合したこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば土木建築分野及
び機械分野において、その構造物を繊維強化複合材料か
らなる構造部材で製作する場合の継手構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化複合材料は通常ＦＲＰ（Ｆｉｂ
ｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）と呼
ばれ、ニアネット成形等の手法によって様々な形状のも
のを製作できることが一つの特徴である。しかし、土木
建築分野あるいは機械分野等においては構造物の大きさ
やその形状等の理由から、梁部材や柱部材といった二つ
以上の構造部材を組合せて構造物を製作する場合があ
り、かかる場合にはこれら構造部材を結合するための継
手構造が必要となる。

【０００３】従来、ＦＲＰ構造部材の継手構造として
は、一対の構造部材を貫通するリベットやボルト等によ
って両構造部材を締め付けて結合した摩擦継手や、一方
の構造部材を他方の構造部材にねじ込んで結合したねじ
継手や、一対の構造部材を接着により結合した接着継手
があり、これらの継手構造は金属材料からなる構造部材
の継手構造が殆どそのまま適用されている。図１６は実
開昭６３−１４７３９７号公報に開示された接着継手の
一例を示すものであり、補強部材２０を介して一対の構
造部材２１，２２を結合したものである。

【０００４】このような従来の継手構造は一対の構造部
材を剛に結合するものであり、荷重が作用した場合にお
ける構造部材同士のなす角度が一定不変であって、これ
ら構造部材の間に相対的な回転が生じることがない。従
って、金属鋼材からなる梁部材等のように、自重により
撓みを生じ易い構造部材を他の構造部材に結合する際に
有効な手法であった。

【０００５】また、このように一対の構造部材を剛に結
合する継手構造では、結合部分を中心とした曲げモーメ
ントが一方の構造部材から他方の構造部材に作用する
他、かかる曲げモーメントの発生を原因とする剪断力も
構造部材の端部に作用する。このため、互いに結合され
る各構造部材はその形状や肉厚等がこれら曲げモーメン
ト及び剪断力の考慮に基づいて設計されなければならな
いが、金属材料からなる従来の構造部材はその殆どが等
方性であり、引張り強度や剪断強度等において特別に弱
い方向が存在しないことから、特段の設計配慮をしなく
とも前述の継手構造で十分に構造部材を組み上げること
ができた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＦＲＰに使用
するプリプレグ等の繊維強化複合材料素材には繊維方向
に基づく異方性が存在することから、かかる素材から製
作される構造部材も当然に異方性を備え、繊維方向に作
用する荷重に対しては高い強度を有するが、繊維方向と
直交する方向、すなわち剪断方向に作用する荷重に対し
ては強度が不足するという欠点があった。

【０００７】従って、前述した従来の継手構造をそのま
まＦＲＰ製の構造部材に適用したのでは、後者の剪断強
度に基づいて構造部材全体の受持ち得る荷重が決定して
しまうことから、かかる構造部材を低荷重でしか使用す
ることができず、繊維方向に高い強度を備えるＦＲＰの
異方性を十分に活かした構造物を設計することができな
いという問題点があった。

【０００８】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであって、その目的とするところは、ＦＲＰで形成
された一対の梁部材及び柱部材を結合するに当たり、こ
れら両部材の結合部位に曲げモーメント及び剪断力が発
生するのを防止し、もってＦＲＰからなる構造部材の異
方性を最大限に発揮させることが可能な継手構造を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の複合材料構造部材の継手構造は、繊維強化複合材料
（ＦＲＰ）で形成された一対の梁部材及び柱部材を結合
するための継手構造であって、梁部材の結合端に当該梁
部材を貫通するスリーブを埋め込み固定する一方、柱部
材には開口部を形成して上記梁部材の結合端を当該開口
部に挿入し、上記スリーブを貫通し且つ当該スリーブに
対して相対的に回転するシャフトを上記柱部材に係止す
ることによって梁部材及び柱部材を結合したことを特徴
とするものである。

【００１０】このような技術的手段において、上記梁部
材及び柱部材の断面形状としては、四角形、Ｈ形、Ｃチ
ャネル、Ｌアングル又は円形パイプ等、必要とされる強
度や用途に応じてその形状を適宜選択して差し支えな
い。

【００１１】また、上記梁部材及び柱部材の成形方法と
しては、ＦＲＰ成形品に通常適用される方法を適用する
ことができ、例えば、押し出し成形、引き抜き成形又は
フィラメントワインディング等の方法がある。

【００１２】更に、上記梁部材の結合端に固定されたス
リーブ及びこれを貫通するシャフトとしては、機械構造
用鋼（ＳＣ材）等が望ましいが、特に耐食性や軽量性等
が要求される場合には、これらスリーブ及びシャフトに
もＦＲＰを用いることができる。

【００１３】また、スリーブとシャフトとの関係は、シ
ャフトがスリーブに対して相対的に回転できるものであ
れば良く、例えばこれを具体的に寸法公差で示すとすれ
ば、スリーブの内径をＨ７とした場合にシャフトの外径
が中間ばめｊ６からすきまばめｆ６程度となるのが好ま
しく、シャフトがスリーブに対して相対的に回転を生じ
る限りしまりばめｓ６でも適用することができる。その
一方、結合後において梁部材と柱部材との間にガタつき
を生じさせないという観点からすれば、過大な隙間をシ
ャフトとスリーブとの間に形成するのは好ましくない。
但し、両部材の間にボロンナイトライド等の極圧順滑剤
を塗布すれば、０．５ｍｍ程度の大きな隙間でもガタな
くこれらを結合することができる。

【００１４】

【作用】このような技術的手段によれば、梁部材に埋め
込み固定されたスリーブと柱部材に係止されたシャフト
とが相対的に回転可能なので、梁部材と柱部材とを剛に
結合する従来の継手構造と異なり、梁部材と柱部材との
間に生じる相対的な回転が許容され、これら両部材間に
曲げモーメントや剪断力が発生することがない。従っ
て、両部材の結合部分に作用する荷重は梁部材及び柱部
材の軸力のみとなり、ＦＲＰからなる梁部材及び柱部材
の剪断方向の強度が継手構造の強度に対して支配的とな
るのを防止することができる。

【００１５】

【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の複合材料
構造部材の継手構造を詳細に説明する。 ◎実施例１ 図１及び図２は本発明による継手構造の第一実施例に係
り、梁部材１と柱部材２の結合の様子をその前後にわた
って示している。上記梁部材１及び柱部材２は共に中空
の角パイプであり、押し出し成形、引き抜き成形あるい
はフィラメントワイディング等の方法によって製造され
る。また、上記梁部材１の結合端にはスリーブ３が貫通
しており、かかるスリーブ３は梁部材１に開設された下
孔に対して埋め込まれ固定されている。一方、柱部材２
には上記梁部材１の結合端が挿入される開口部５、並び
に挿入された梁部材１のスリーブ３に対応する係止孔６
が開設されている。

【００１６】そして、このように構成された梁部材１及
び柱部材２は、梁部材１の結合端を柱部材２の開口部５
に挿入し、スリーブ３と係止孔６との中心を合致させた
状態で、柱部材２を貫通するシャフト４を係止孔に６に
挿入することで連結される。また、図２に示されるよう
に、シャフト４には頭部が形成されている一方、柱部材
２の裏面側に突出したシャフト４の先端には割りピン４
ａが挿入され、これによって柱部材２に対するシャフト
４の抜けが防止される。尚、シャフト４としては頭部が
形成されていない棒状物を用いることもできるが、かか
る場合にはシャフトに対して何らかの抜け止め、例えば
図１１に示す第四実施例のようにシャフトの両端にプリ
プレグを被せる等の対策が必要である。

【００１７】そして、以上のように構成された本実施例
の継手構造によれば、梁部材１の結合端はシャフト３を
中心として回転可能に柱部材２と結合されているので、
梁部材１及び柱部材２の結合部位にモーメント荷重や剪
断力が作用することがない。従って、梁部材１、柱部材
２及びこれらを用いた構造物の設計に当たっては、これ
ら構造部材１，２に作用する軸力のみが支配的要素とな
り、軸方向の引張り力に強いＦＲＰ製構造部材の特性を
活かした設計が可能となる。

【００１８】また、この継手構造においては、前述のよ
うに梁部材１の結合端がシャフト４を中心として回転す
るのを許容するため、梁部材１の上下と柱部材２の開口
部５の周縁との間に若干の隙間が必要である。ここで、
かかる隙間がどの程度必要であるかを考察するため、２
本の柱部材２を結合する梁部材１に荷重が作用し、梁部
材１に撓みが生じた場合を想定する。

【００１９】図３に示すように、撓みの発生による梁部
材１の結合端における回転角をθ、シャフト４の中心か
ら柱部材の開口部５までの距離をａとすると、必要な隙
間ｃは以下の式、 ｃ＝ａθ＋ｂ （ｂ：製作寸法誤差を考慮した余裕） で表される。また、梁部材１の長手方向の中央に荷重が
集中する場合が最も撓み量が大きくなり、通常はその撓
み量が梁部材１のスパンの１／１０００程度以下となる
ように梁部材１の強度を設計するので、かかる場合の梁
部材１の結合端の回転角は、 θ＝０．００６ｒａｄ となる。一方、寸法誤差に対する余裕ｂは梁部材１及び
柱部材２を成形する樹脂の種類や成形方法等によっても
異なるが、これら部材の断面サイズが１００〜５００ｍ
ｍ程度の場合、ｂ＝２ｍｍ程度であると考えられる。従
って、例えば距離ａ＝２００ｍｍであれば、隙間ｃ＝
３．２ｍｍとなる。尚、梁部材１の左右側面と柱部材２
の開口部５の周縁との間の隙間は寸法誤差に対する余裕
ｂだけあれば差し支えない。

【００２０】次に、このような継手構造での梁部材１上
におけるスリーブ３の最適位置、柱部材２上におけるシ
ャフトの最適位置について、図４及び図５を参照しなが
ら説明する。

【００２１】梁部材１に対してこれを引張る軸力Ｆが作
用すると、スリーブ３が図４（ａ）に示す梁部材１の斜
線領域に対して押圧力を及ぼすことになる。従って、過
大な軸力Ｆが作用した場合、梁部材の１の斜線領域はス
リーブ３からの圧縮力によって圧潰し、あるいは周辺領
域との境界に生じる剪断力によって破断を生じることに
なる。

【００２２】一般に、構造部材の結合部位において構造
部材が剪断力によって破壊される場合には、継手構造が
受け持ち得る荷重が急激に低下するため、構造物の破壊
形態としては非常に危険である。従って、剪断力によっ
て梁部材１が破壊するのを避けるためには、スリーブ３
からの圧縮力による梁部材１の破壊をかかる剪断破壊よ
りも先に生じさせることが必要である。すなわち、梁部
材１の斜線領域における許容圧縮力Ｐ_b1が許容剪断力Ｐ
_s1を下回れば、圧縮破壊が剪断破壊よりも先に生じるこ
とになる。

【００２３】ここで、梁部材１の板厚をｔ₁、許容圧縮
応力をσ_b1、許容剪断応力をτ_s1、スリーブ３の外径を
Ｗ₁、梁部材１の端面からスリーブまでの距離をＬ₁とす
れば、梁部材１の斜線領域における許容圧縮力Ｐ_b1、許
容剪断力Ｐ_s1は夫々、 Ｐ_b1＝σ_b1・Ｗ₁・ｔ₁ …（１） Ｐ_s1＝２τ_s1・Ｌ₁・ｔ₁ …（２） と表すことができる。そして、Ｐ_b1＜Ｐ_s1の場合に圧縮
破壊が剪断破壊よりも先に生じるのだから、上記（１）
式及び（２）式をこの関係に代入して整理すると、 Ｌ₁＞σ_b1・Ｗ₁／２τ_s1 なる関係を導き出すことができる。

【００２４】一方、梁部材１に対して引張り軸力Ｆが作
用すると、シャフト４が図４（ｂ）に示す柱部材２の斜
線領域に対して押圧力を及ぼすことになる。従って、梁
部材１と同様の理由から、柱部材２においてもシャフト
４による圧縮破壊を剪断破壊よりも先に生じさせること
が必要であり、柱部材２の斜線領域における許容圧縮力
Ｐ_b2が許容剪断力Ｐ_s2を下回るのが好ましい。

【００２５】ここで、柱部材２の板厚をｔ₂、許容圧縮
応力をσ_b2、許容剪断応力をτ_s2、柱部材２に係止され
ている部分におけるシャフト４の外径をＷ₂、梁部材１
側における柱部材２の側面からシャフト４までの距離を
Ｌ₂とすれば、柱部材２の斜線領域における許容圧縮力
Ｐ_b2、許容剪断力Ｐ_s2は夫々、 Ｐ_b2＝σ_b2・Ｗ₂・２₁ …（３） Ｐ_s2＝２τ_s2・Ｌ₂・ｔ₂ …（４） と表すことができる。やはり、Ｐ_b2＜Ｐ_s2の場合に圧縮
破壊が剪断破壊よりも先に生じるのだから、上記（３）
式及び（４）式をこの関係に代入して整理すると、 Ｌ₂＞σ_b2・Ｗ₂／２τ_s2 なる関係を導き出すことができる。

【００２６】従って、この関係を満たすように梁部材１
の端面からスリーブ３までの距離Ｌ ₁及び柱部材２の側
面からシャフト４までの距離Ｌ₂を決定すれば、過度の
引張り軸力Ｆが梁部材１に作用した場合であっても、梁
部材１及び柱部材２において圧縮破壊が剪断破壊よりも
先に生じ、継手構造が受け持ち得る荷重の急激な低下を
防止することができる。

【００２７】次に、梁部材１に対してこれを圧縮する軸
力Ｆ′が作用する場合を考える。この場合は、シャフト
４が図５に示す柱部材２の斜線領域に対して押圧力を及
ぼすことになり、引張り力Ｆが作用した場合と比較して
押圧力の向きが逆さまになる。従って、引張り軸力Ｆが
作用した場合と同様に考え、シャフト４による圧縮破壊
が剪断破壊よりも先に生じるためには、 Ｌ₂′＞σ_b2・Ｗ₂／２τ_s2 の関係が必要である。ここで、Ｌ２′は梁部材１と反対
側における柱部材２の側面からシャフト４までの距離で
ある。

【００２８】また、かかる場合には当然に梁部材１もス
リーブ３からの押圧力を受けるが、その押圧力の方向は
梁部材１の結合端とは逆方向、すなわち梁部材１の連続
方向となるので、スリーブ３からの押圧力によって梁部
材１に剪断破壊が生じる懸念は殆どない。

【００２９】◎実施例２ 図６及び図７はは本発明の継手構造の第二実施例に係
り、第一実施例の梁部材１に代えて上下一対のフランジ
７ａをウェブ７ｂで連結した断面Ｈ形の梁部材７を用い
た例を示すものである。

【００３０】この実施例ではスリーブ３が梁部材７のウ
ェブ７ｂを貫通しており、係るスリーブ３を貫通するシ
ャフト４が柱部材２に係止されている。従って、この実
施例でも第一実施例と同様、梁部材７の結合端はシャフ
ト３を中心として回転可能に柱部材２と結合されてお
り、梁部材１及び柱部材２の結合部位にモーメント荷重
や剪断力が作用することがない。

【００３１】但し、この実施例においては、梁部材７に
大きな軸力が作用すると、スリーブ３及びシャフト４が
梁部材７のウェブ７ｂに押圧されて大きく湾曲し、スリ
ーブ３とシャフト４との相対的な回転が阻害されてしま
う。従って、本実施例ではかかる弊害を防止するため、
梁部材７の結合端におけるウェブ７ｂの両側に一対の型
材８，８を設け、スリーブ３がこれら型材８，８及びウ
ェブ７ｂを貫通する構成を採用した。この型材８はスリ
ーブ３の曲げ変形を拘束できるものであれば、木材、プ
ラスチック等で構わないが、特に大きな軸力が梁部材７
に作用する場合にはアルミニウムや鋼等の金属を用いる
と効果的である。

【００３２】このような型材８を用いることにより、本
実施例の継手構造では断面Ｈ形の梁部材７を用いている
にも拘わらず、スリーブ３とシャフト４との円滑な回転
を担保することができ、モーメント荷重や剪断力の発生
を可及的に抑えることができた。

【００３３】◎実施例３ 次に、図８は本発明の継手構造の第三実施例を示すもの
である。

【００３４】例えば第一実施例に示される角パイプ状の
梁部材あるいは第二実施例に示される断面Ｈ形の梁部材
を考慮した場合、その構造上の理由から、梁部材に作用
する引張り荷重は主に水平面（前者においては上面及び
下面、後者においては上下フランジ）で受け持たせ、剪
断荷重は主に垂直面（前者においては左右側面、後者に
おいてはウェブ）で受け持たせるのが理想的であり、Ｆ
ＲＰ製の梁部材ではこのような観点からその製作過程に
おいて水平面と垂直面の許容圧縮応力や許容剪断応力を
自在に調整することが可能である。

【００３５】しかし、本発明の継手構造では、梁部材に
対する引張り荷重が柱部材からシャフト４及びスリーブ
３を介して梁部材の左右側面あるいはウェブに伝達され
るので、係る引張り荷重を梁部材の左右側面から上下面
に効率良く伝達してやる必要がある。

【００３６】そこで、本実施例においては、長手方向の
断面が同一の太さに形成されている第一実施例の梁部材
１に代え、結合端に太さの異なる補強部９ａが形成され
た梁部材９を採用した。すなわち、この実施例ではスリ
ーブ（図示せず）が梁部材９の補強部９ａを貫通してお
り、係るスリーブを貫通するシャフト４が柱部材２に係
止されている。かかる梁部材７は、第一実施例に示され
る梁部材１の端部をフィラメントワインディングあるい
はハンドレイアップ（手でプリプレグを貼り付ける手
法）等で補強して製作することができる。

【００３７】従って、この実施例の継手構造では前述の
第一実施例と同様の作用効果が得られるばかりではな
く、柱部材２から梁部材９に伝達される引張り荷重を当
該梁部材９が効率良く受持ち得るので、より堅牢な構造
物を構成することができるものである。

【００３８】◎実施例４ 次に、図９乃至図１１は本発明の第四実施例を示すもの
である。前述の第一実施例〜第三実施例においては柱部
材２に係止孔６を設け、この係止孔にシャフト４の端部
を係止していたが、かかる場合には従来の継手構造にお
けるボルト孔に比較して大きな直径の係止孔６を柱部材
２に開設する必要があり、その分だけ柱部材２の強度の
低下が懸念される。

【００３９】従って、この実施例では、スリーブ３と略
同じ長さのシャフト１０を当該スリーブ３に挿入する一
方、柱部材２にはこのシャフト１０の断面よりも小さな
断面を有するスロット１１を開設し、このスロットを貫
通する突片１２を上記シャフト１０の端面に埋め込むこ
とで梁部材１と柱部材２とを結合するようにした。すな
わち、図１０に示すように、シャフト１０の両端面には
嵌合孔１０ａが形成されており、柱部材２のスロット１
１を貫通した突片１２の端部がこの嵌合孔１０ａに差し
込まれ、これによってシャフト１０が柱部材２に係止さ
れるようになっている。また、一旦差し込んだ突片１２
がシャフト１０から抜けるのを防止するため、結合作業
の終了後において柱部材２の両側面には突片１２を覆う
プリプレグ１３が貼り付けられる（図１１参照）。

【００４０】これにより、本実施例の継手構造では前述
の第一実施例等に比較して柱部材２に開設するシャフト
１０の係止孔（スロット１１）を小さくすることができ
るので、その分だけ柱部材２の強度の向上を図ることが
できるものである。

【００４１】次に、前述の第一実施例の継手構造を用い
た構造物の施工例を示すと共に、ボルトを用いた従来の
継手構造で同一構造物を施工した比較例を示す。各施工
例及び比較例では梁部材１及び柱部材２に歪みゲージを
貼付し、各部材の圧縮歪み、引張り歪み及び剪断歪みを
測定すると共に、これら歪みから各部材に作用する軸力
及び曲げモーメントを算出した。尚、かかる算出におい
て必要とされる梁部材１及び柱部材２の弾性率は、実験
又はＦＲＰの積層理論によって予めこれを求めた。

【００４２】◎施工例１ 図１２は第一実施例の継手構造を用いて構成した２本柱
の構造物を示すものであり、その地上高さは２０００ｍ
ｍ、２本の柱部材２，２の中心距離は１５００ｍｍであ
る。柱部材２は炭素繊維（ＣＦ）及びガラス繊維（Ｇ
Ｆ）を含むハイブリッド複合材料から製作された肉厚５
ｍｍの角パイプであり、これを地面に掘ったピットに垂
直に立設した後に、コンクリート１７を打設してアンカ
ーリングした。一方、これら柱部材２，２を繋ぐ梁部材
１は柱部材２と同じ材料で作られた角パイプ（上下側面
の肉厚５ｍｍ、左右側面の肉厚７ｍｍ）であり、その両
結合端には外径５０ｍｍのスリーブ３が埋め込み固定さ
れている。そして、外径４０ｍｍのシャフト４を上記柱
部材２及びスリーブ３に同時に貫通させるようにして、
梁部材１と柱部材２とを結合した。尚、シャフト４には
焼き入れ処理及び焼き戻し処理がなされたＳＣＭ４３５
を用いる一方、スリーブにはＳ３０Ｃを用い、シャフト
３及びスリーブ４の寸法公差は夫々Ｈ７／ｆ６とした。

【００４３】そして、このような構造物の柱部材２，２
の頭部に対し、これら柱部材２，２の間隔を狭める向き
に沿って５ｔｆの荷重を反力壁から油圧ジャッキを用い
て加えた。油圧ジャッキと柱部材２との間には厚さ１０
ｍｍのゴムシートを敷き、局部的柱部材２の破壊を防止
した。

【００４４】このような条件下で梁部材１の結合端にお
ける軸力ならびに曲げモーメントを算出した結果、梁部
材１に発生する引張り軸力の最大値は２．７０ｔｆ、圧
縮軸力の最大値は０．２５ｔｆであつた。また、曲げモ
ーメントは０．１ｔｆ・ｍ以下であり、剪断力は０．１
ｔｆ以下であった。

【００４５】◇比較例１ 図１３は、前述の施工例１と同一の２本柱の構造物を従
来の継手構造を用いて施工した比較例を示すものであ
る。梁部材１及び柱部材２は施工例１と全く同じものを
使用し、柱部材２，２の立設方法も全く同一である。但
し、梁部材１と柱部材２との結合にはＭ８ボルト１８を
用い、ボルトの本数は一ヶ所の結合部当たり３６本とし
た。これにより、本比較例では梁部材１の柱部材２に対
する回転が拘束されている。そして、施工例１と全く同
じ荷重を柱部材の頭部に加え、梁部材１に発生する軸力
等を測定した。

【００４６】その結果、梁部材１に発生する引張り軸力
の最大値は２．３０ｔｆ、圧縮軸力の最大値は０．８ｔ
ｆであったが、曲げモーメントの最大値は４．２ｔｆ・
ｍ、剪断力の最大値は２．１１ｔｆとなり、施工例１と
比較して明らかに曲げモーメント及び剪断力が激増して
しまった。

【００４７】◎施工例２ 図１４は第一実施例の継手構造を用いて構成した４本柱
の構造物を示すものであり、各柱部材２の間が夫々梁部
材を用いて連結されている。その大きさは地上高さは２
０００ｍｍ、幅２０００ｍｍ、奥行き１０００ｍｍであ
り、これら幅及び奥行きは共に柱部材２，２の中心間距
離である。梁部材１及び柱部材２は施工例１と全く同じ
ものを使用し、柱部材２，２の立設方法も全く同一であ
る。梁部材１の両結合端には外径９０ｍｍのスリーブ３
が埋め込み固定されており、外径８０ｍｍのシャフト４
を上記柱部材２及びスリーブ３に同時に貫通させるよう
にして、梁部材１と柱部材２とを結合した。尚、施工例
１と同様、シャフト４には焼き入れ処理及び焼き戻し処
理がなされたＳＣＭ４３５を用いる一方、スリーブには
Ｓ３０Ｃを用い、シャフト３及びスリーブ４の寸法公差
は夫々Ｈ７／ｆ６とした。

【００４８】そして、幅方向（紙面方向）に沿って隣接
する柱部材２，２の頭部に対し、これら柱部材２，２の
間隔を狭める向きに沿って８ｔｆの荷重を反力壁から油
圧ジャッキを用いて加えた。油圧ジャッキと柱部材２と
の間には厚さ１０ｍｍのゴムシートを敷き、局部的柱部
材２の破壊を防止した。

【００４９】このような条件下で梁部材１の結合端にお
ける軸力ならびに曲げモーメントを算出した結果、梁部
材１に発生する引張り軸力の最大値は３．８９ｔｆ、圧
縮軸力の最大値は０．６２ｔｆであつた。また、曲げモ
ーメントは０．２ｔｆ・ｍ以下であり、剪断力は０．１
ｔｆ以下であった。

【００５０】◇比較例２ 図１５は、前述の施工例１と同一の４本柱の構造物を従
来の継手構造を用いて施工した比較例を示すものであ
る。梁部材１及び柱部材２は施工例２と全く同じものを
使用し、４本の柱部材２の立設方法も全く同一である。
但し、梁部材１と柱部材２との結合にはＭ８ボルト１８
を用い、ボルトの本数は一ヶ所の結合部当たり５０本と
した。これにより、本比較例では梁部材１の柱部材２に
対する回転が拘束されている。そして、施工例２と全く
同じ荷重を柱部材の頭部に加え、梁部材１に発生する軸
力等を測定した。

【００５１】その結果、梁部材１に発生する引張り軸力
の最大値は３．６２ｔｆ、圧縮軸力の最大値は０．５６
ｔｆであったが、曲げモーメントの最大値は５．８０ｔ
ｆ・ｍ、剪断力の最大値は２．５１ｔｆとなり、施工例
２と比較して明らかに曲げモーメント及び剪断力が激増
してしまった。

【００５２】すなわち、これら施工例及び比較例の対比
から明らかなように、本発明の継手構造は構造部材を剛
に結合する従来の継手構造に比較して、結合部分に作用
する曲げモーメントが約１／３０〜１／４０に、剪断力
が約１／２０〜１／２５に低減した。

【００５３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の複合
材料構造部材の継手構造によれば、梁部材及び柱部材の
結合部分に作用するモーメント荷重及び剪断力が著しく
低減されるので、剪断方向の強度が低く且つ引張り方向
の強度が高いといったいＦＲＰの異方性を最大限に発揮
させる構造物の設計が可能となり、構造物自体の許容荷
重を大きく設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一実施例を示す斜視図である。

【図２】 第一実施例の柱部材をシャフトに沿って切断
した断面図である。

【図３】 梁部材と柱部材の開口部との間に要求される
隙間の大きさ示す説明図である。

【図４】 第一実施例の梁部材に引張り軸力Ｆが作用す
る場合の問題点を示す説明図である。

【図５】 第一実施例の梁部材に圧縮軸力Ｆ′が作用す
る場合の問題点を示す説明図である。

【図６】 本発明の第二実施例を示す斜視図である。

【図７】 第二実施例の柱部材をシャフトに沿って切断
した断面図である。

【図８】 本発明の第三実施例を示す斜視図である。

【図９】 本発明の第四実施例を示す斜視図である。

【図１０】 第四実施例にかかるシャフトと突片との係
合状態を示す分解図である。

【図１１】 第四実施例の柱部材をシャフトに沿って切
断した断面図である。

【図１２】 第一実施例に係る継手構造を用いた構造物
の第一施工例を示す正面図である。

【図１３】 第一施工例と同一の構造物を従来の継手構
造を用いて施工した比較例を示す正面図である。

【図１４】 第一実施例に係る継手構造を用いた構造物
の第二施工例を示す斜視図である。

【図１５】 第二施工例と同一の構造物を従来の継手構
造を用いて施工した比較例を示す斜視図である。

【図１６】 従来の継手構造の一例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１…梁部材、２…柱部材、３…スリーブ、４…シャフ
ト、５…開口部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維強化複合材料で形成された一対の梁
   部材及び柱部材を結合するための継手構造であって、 梁部材の結合端に当該梁部材を貫通するスリーブを埋め
   込み固定する一方、柱部材には開口部を形成して上記梁
   部材の結合端を当該開口部に挿入し、上記スリーブを貫
   通し且つ当該スリーブに対して相対的に回転するシャフ
   トを上記柱部材に係止することによって梁部材及び柱部
   材を結合したことを特徴とする複合材料構造部材の継手
   構造。
2. 【請求項２】 梁部材の軸力として引張力が生じる場合
   において、 梁部材の許容圧縮応力をσ_b1、許容剪断応力をτ_s1、ス
   リーブ外径をＷ₁、梁部材の端面からスリーブまでの距
   離をＬ₁としたとき、 Ｌ₁＞σ_b1・Ｗ₁／２τ_s1 を満足させると共に、 柱部材の許容圧縮応力をσ_b2、許容剪断応力をτ_s2、柱
   部材に係止されている部分におけるシャフトの外径をＷ
   ₂、梁部材側における柱部材の側面からシャフトまでの
   距離をＬ₂としたとき、 Ｌ₂＞σ_b2・Ｗ₂／２τ_s2 を満足させることを特徴とする請求項１に記載の複合材
   料構造部材の継手構造。
3. 【請求項３】 梁部材の軸力として圧縮力が生じる場合
   において、 柱部材の許容圧縮応力をσ_b2、許容剪断応力をτ_s2、柱
   部材に係止されている部分におけるシャフトの外径をＷ
   ₂、梁部材と反対側における柱部材の側面からシャフト
   までの距離をＬ₂′としたとき、 Ｌ₂′＞σ_b2・Ｗ₂／２τ_s2 を満足させることを特徴とする請求項１に記載の複合材
   料構造部材の継手構造。