JPWO2015019479A1 - Joint structure - Google Patents
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Abstract
小型で簡便に締結でき,信頼性の高いFRPパイプと金属部材の締結構造,およびこのような締結構造を備えたFRP構造体を提供する。直管形状のFRPパイプと,前記FRPパイプの周囲に配置した前記FRPパイプの長手軸方向に向かってテーパを設けた分割片からなる金属部材を,前記金属部材とほぼ同一角度に傾斜するテーパ面を内側に有する管状で金属製の継手の内側に挿入し,金属性の別継手と前記継手とを嵌合する態様で係合することにより,締結構造は構成される。これにより,小型で簡便に締結でき,かつ締結構造の信頼性を向上することが可能となる。The present invention provides a fast and reliable FRP pipe and metal member fastening structure that is small and simple, and an FRP structure including such a fastening structure. A straight pipe-shaped FRP pipe, and a taper surface inclined at substantially the same angle as the metal member, the metal member consisting of a split piece taper toward the longitudinal axis direction of the FRP pipe disposed around the FRP pipe The fastening structure is configured by inserting the metallic joint and the joint in a manner of fitting in a tubular metallic joint having the inner side. As a result, it is possible to achieve a compact and simple fastening and improve the reliability of the fastening structure.
Description
本発明は,継手構造体に係り、特に、繊維強化プラスチック部材との締結に好適な継手構造体に関する。
The present invention relates to a joint structure, and more particularly to a joint structure suitable for fastening with a fiber-reinforced plastic member.
繊維強化プラスチック(以下,FRPと記す)は,比強度,比剛性に優れるだけでなく,耐食性にも優れることから,様々な分野での適用が広がっている。今後は,疲労や衝撃といった過酷な負荷の作用する環境で使用される,建設機械や建造物への適用拡大が期待されている。特にFRPパイプは,引抜成型,フィラメントワインディング成型,シートワインディング成型などによって安価に作製でき,長さや太さ,断面形状の自由度が高いため,様々な構造部材への適用が可能である。 Fiber reinforced plastic (hereinafter referred to as FRP) is not only excellent in specific strength and specific rigidity, but also excellent in corrosion resistance, and is therefore widely used in various fields. In the future, it is expected to expand the application to construction machines and buildings used in environments with severe loads such as fatigue and impact. In particular, FRP pipes can be manufactured at low cost by pultrusion molding, filament winding molding, sheet winding molding, and the like, and have a high degree of freedom in length, thickness, and cross-sectional shape, and thus can be applied to various structural members.
FRPパイプを構造部材として使用する場合には,継手部分の信頼性が主要な課題となる。FRPパイプを締結する場合,継手部にねじ加工を施して締結する方法や穴あけ加工を施してピン締結する方法では,加工によって強化繊維が切断され強度が著しく低下する場合がある。 When an FRP pipe is used as a structural member, the reliability of the joint portion is a major issue. When the FRP pipe is fastened, there are cases where the reinforcing fiber is cut by the processing and the strength is remarkably lowered by the method of screwing the joint portion to fasten or the method of pinning by drilling.
このような課題を解決する手段として,FRPパイプの端部において、FRPパイプ自体の径の大きさを長手方向に変えてテーパ部を設け、このテーパ部を利用してFRPパイプと継手部材を締結するのである(特許文献1)。 As means for solving such problems, a tapered portion is provided at the end of the FRP pipe by changing the diameter of the FRP pipe itself in the longitudinal direction, and the FRP pipe and the joint member are fastened using the tapered portion. (Patent Document 1).
一方,FRPパイプの内外両側から金属継手によってパイプを挟持する態様でFRPパイプと金属部材とを締結する構造が提案されている(特許文献2)。
On the other hand, a structure has been proposed in which an FRP pipe and a metal member are fastened in such a manner that the pipe is clamped by a metal joint from both the inside and outside of the FRP pipe (Patent Document 2).
上記特許文献1に係る技術では,FRPパイプに対して圧縮荷重が負荷された場合,FRPパイプ端部で圧縮荷重を支持するにあたって、FRPパイプ自体の径の大きさを長手方向に変えてテーパ部を設けているので、当該端部からFRP の圧縮破壊が発生する可能性がある。これは,FRPは繊維が露出した端部に圧縮力が負荷された場合に,繊維の局所的な座屈や層間での破壊が発生し,圧縮強度が著しく低下するためである。
In the technique according to
上記特許文献2に係る技術では,FRPパイプの外周面に対して半径方向の圧縮力を負荷するために外側の継手にスリットを設ける必要があり,締結構造の断面積が増加する場合がある。
In the technique according to
本発明の目的は,かかる従来技術の事情を鑑みてなされたものであり,小型で簡便に締結でき,信頼性の高い締結構造が可能な継手構造体を提供することである。
An object of the present invention is to provide a joint structure that is compact and can be easily fastened and has a highly reliable fastening structure.
上記目的を達成するために、本発明では、外径が一様な直管形状の繊維強化プラスチックパイプと,前記パイプの一方側端部と対向する第1の継手部材と、前記パイプの長手方向に渡って前記パイプと接するように前記パイプの周りに配置される中間部材を有し、前記中間部材は前記パイプの他方側から前記一方側に向かって徐々に径が大きくなるテーパ部分を有し、前記テーパ部と接する第2の継手部材を有し、前記第2の継手部材と前記パイプが前記テーパ部を介して互いに押圧されるように前記第2の継手部材と前記1の継手部材が締結されるように構成した。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a straight fiber reinforced plastic pipe having a uniform outer diameter, a first joint member facing one end of the pipe, and a longitudinal direction of the pipe An intermediate member disposed around the pipe so as to be in contact with the pipe, and the intermediate member has a tapered portion whose diameter gradually increases from the other side of the pipe toward the one side. The second joint member and the first joint member have a second joint member in contact with the taper portion, and the second joint member and the pipe are pressed against each other via the taper portion. It was configured to be fastened.
具体的には、直管形状のFRPパイプと,前記FPRパイプの周囲に配置された前記FRPパイプの長手軸方向に向かってテーパを設けた分割片からなる金属部材を,前記金属部材とほぼ同一角度に傾斜するテーパ面を内側に有する管状で金属製の継手の内側に挿入し,金属性の別継手と前記継手とを嵌合する態様で係合することにより構成されることを特徴とする締結構造,および当該締結構造を備えたFRP構造体によって達成される。
Specifically, a metal member composed of a straight pipe-shaped FRP pipe and divided pieces tapered toward the longitudinal axis direction of the FRP pipe disposed around the FPR pipe is substantially the same as the metal member. It is constructed by inserting a tubular metallic joint having a tapered surface inclined at an angle inside and engaging the metallic joint with the joint in a fitting manner. This is achieved by the fastening structure and the FRP structure including the fastening structure.
本発明によれば,継手を係合することによって,FRPパイプの周囲に配置された部材とFRPパイプの接触面に対して継手半径方向の圧縮力が作用するため,簡便にFRPパイプとを締結することが可能となる。同時に,FRPパイプや継手に複雑な加工を施す必要が無いため,締結構造の小型化や高信頼性化が可能となる。
According to the present invention, by engaging the joint, a compressive force in the joint radial direction acts on the contact surface between the member disposed around the FRP pipe and the FRP pipe. It becomes possible to do. At the same time, since it is not necessary to perform complicated processing on the FRP pipe and the joint, the fastening structure can be made smaller and more reliable.
以下,図面を参照して本発明による締結構造の一例を説明する。
Hereinafter, an example of a fastening structure according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1および図2に実施例1として締結構造1を示す。FRPパイプ2(繊維強化プラスチックパイプ2)は直管形状をなしており、長手方向において外径は一様のd1となっている。内径も同様に一様のd2となっている。金属部材3は、2つの同じ形状の部材から形成されており、各々、紙面下方向(便宜上Y方向とも記する)に向かって、断面積が徐々に大きくなる形状となっている。金属部材3は、紙面下方向(Y方向)に向かって徐々に断面積を大きくすることでテーパ部3−1を有している。金属部材3の内径はほぼ一定の曲率半径d1(FRPパイプ2の外径とほぼ同じ)であり、金属部材3の内径はFRPパイプ2の外径と面で接触するように形成されている。ここで、底部の仮想的な直径相当をrと規定する。
1 and 2 show a
外側継手4は金属製であり、内側において、紙面下方向(Y方向)に向かって徐々に断面積を小さくするように空間を形成している。外側継手4は、徐々に断面積を小さくすることで、紙面下方向(Y方向)に向かって徐々に内径を大きくするテーパ部4−2を有している。この金属部材3のテーパ部3−1と、外側継手4のテーパ部4−2は、同じ傾斜を有している。金属部材3が外側継手5に接するように設置され、外側継手4が内側継手5に締結された状態であるときに、テーパ部3−1とテーパ部4−2は互いに面接触するような形状に構成されている。テーパ部3−1の紙面下側(Y方向)端部の内径d3は、上記した仮想的な直径相当rよりも小さく形成される。外側継手4の紙面下側(Y方向)端部の内側には雌ねじ4−1が切られている。
The
内側継手5は金属製であり、円筒形状をしている。内側継手5の紙面上から上方向(X方向)の端部には雄ねじ5−1が切られている。雌ねじ4−1と雄ねじ5−1は互いに嵌合するように形成されている。そこで、雌ねじ5−1を回転させることで、内側継手5は外側継手4に対して紙面上方向(便宜上Y方向とも記する)に移動する。所定移動された位置で内側継手5と外側継手4は互いに締結される構造をとる。
The
このように、図1および図2に実施例1として示す締結構造1は,その外観および断面形状に示すように,直管形状のFRPパイプ2と,前記FRPパイプの周囲に配置された前記FRPパイプの長手軸方向に向かってテーパを設けた分割片からなる金属部材3を,前記金属部材とほぼ同一角度に傾斜するテーパ面を内側に有する管状で金属製の外側継手4の内側に挿入し,外面にねじ部分5−1を有する金属製の内側継手5と前記継手とを係合した実施形態である。
As described above, the
これにより,FRPパイプ2に対して長手軸方向の引張力が作用した場合には,外側継手4と金属部材3のテーパ面間に作用する摩擦力によって高い締結力が発生する。また,外側継手4と内側継手5とを係合する際に,内側継手5と金属部材3が強く接触した状態となる。その結果,FRPパイプ2に対して長手軸方向の圧縮力が作用した場合においても,外側継手4と金属部材3のテーパ面が外れることがないため緩みにくいという利点や,当該接触部で圧縮力を支持するためFRPパイプ2の端部での圧縮破壊を防止できるといった利点も有する。
As a result, when a tensile force in the longitudinal axis direction acts on the
以下に、実施例2〜11を説明する。この実施例2〜11については、実施例1と比較して異なる部分を中心に説明する。よって、説明が省略されている部分は基本的には実施例1と同様である。 Examples 2 to 11 will be described below. The second to eleventh embodiments will be described with a focus on differences from the first embodiment. Therefore, the part in which the description is omitted is basically the same as in the first embodiment.
図3および図4に実施例2として示す締結構造1は,その断面形状に示すように,実施例1の締結構造においてFRPパイプ2の内側に柱状もしくは管状の金属棒6を配置した実施形態である。これにより,締結時に金属部材3からFRPパイプ2に負荷される圧縮力に対して金属棒6によって反力を作用させられるため,締結力を向上することができる。
The
図5から図7に実施例3として示す締結構造1は,その断面形状に示すように,実施例1もしくは実施例2の締結構造において,金属部材3の周方向端部の厚みを低減した実施形態である。
The
図5に示す実施形態では周方向端部の一部分にテーパを設けており,図6に示す実施形態では当該端部に曲線部を設けることで連続的に厚みを低減している。また,図7に示す実施形態では,当該端部から一定の距離までの部分を一定の厚みで薄肉化している。これにより,締結時やFRPパイプ2に外力が作用した場合における当該端部近傍での応力集中を低減でき,応力集中部を起点としたFRPパイプ2の破損を防止することができる。
In the embodiment shown in FIG. 5, a taper is provided at a part of the circumferential end, and in the embodiment shown in FIG. 6, the thickness is continuously reduced by providing a curved portion at the end. In the embodiment shown in FIG. 7, the portion from the end to a certain distance is thinned with a certain thickness. Thereby, the stress concentration in the vicinity of the end when fastening or an external force is applied to the
図8から図10に実施例4として示す締結構造1は,その断面形状に示すように,実施例1もしくは実施例2の締結構造において,金属部材3の長手方向端部に締結部から継手長手方向に突出する部位を設けた実施形態である。
The
図8に示す実施形態では締結部のテーパ面よりも大きい角度で傾斜したテーパを有する突出部7aを設けており,図9に示す実施形態では曲線部によって連続的に厚みを低減した突出部7bを設けている。また,図10に示す実施形態では,一定の厚みの突出部7cを設けている。これにより,締結時やFRPパイプ2に対して曲げ荷重が負荷された場合において,締結部端部での応力集中を低減でき,応力集中部を起点としたFRPパイプ2の破損を防止できる。
In the embodiment shown in FIG. 8, a
図11および図12に実施例5として示す締結構造1は,その断面形状に示すように,実施例1もしくは実施例2の締結構造において,金属部材の長手方向端部もしくは周方向端部にスリット8aもしくは8bを設けた実施形態である。
The
当該スリットを設けることにより,締結時やFRPパイプ2に対して曲げ荷重が負荷された場合において,締結部端部や金属部材3端部における応力集中を低減でき,応力集中部を起点としたFRPパイプ2の破損を防止できる。また,スリット8aおよび8bは,その両方を金属部材3に設けてもよい。
By providing the slit, when the bending load is applied to the
図13および図14に実施例6として示す締結構造1は,その断面形状に示すように,金属部材3を,継手構造の長手方向に対して直列に配置される金属部材3aと金属部材3bに分割した実施形態である。金属部材3bの外面にはテーパが設けられており,金属部材3aの長手方向端部の内側には前記テーパとほぼ同一角度に傾斜し,かつ前記テーパよりも長さの短いテーパが設けられている。
In the
これにより,締結時やFRPパイプ2に対して曲げ荷重が負荷された場合において,締結部端部における応力集中を低減でき,応力集中部を起点としたFPRパイプ2の破損を防止できる。また図14に示すように,金属部材3bに設けるテーパの角度を金属部材3aに設けるテーパの角度よりも大きくすることにより,金属部材3bからFRPパイプ2に対して負荷される圧縮力を増加させ,締結力を向上することができる。
Thereby, when a bending load is applied to the
図15から図18に実施例7として示す締結構造1は,その外観および断面形状に示すように,金属部材3を継手構造の半径方向に金属部材3cと金属部材3dに分割し,当該2つの金属部材を継手構造の長手方向に対して並列に配置した実施形態である。
The
図15および図16に示す実施形態では金属部材3cの内側表面よりも金属部材3dの外側表面の面積を大きくしており,図17に示す実施形態では金属部材3cを継手周方向に対して複数に分割している。これにより,締結時やFRPパイプ2に外力が作用した場合における締結部端部や金属部材3d端部での応力集中を低減でき,応力集中部を起点したFPRパイプ2の破損を防止できる。
In the embodiment shown in FIGS. 15 and 16, the area of the outer surface of the
図18に示す実施形態では,金属部材3dの外側と内側にそれぞれ異なる曲率の曲線部を設けており,継手4の内面とFPRパイプ2の外面の曲率が異なる場合においても締結が可能となる。
In the embodiment shown in FIG. 18, curved portions having different curvatures are provided on the outer side and the inner side of the
上記の実施形態においては,金属部材3dの厚みを薄くすることでFRPパイプ2の断面形状に対する金属部材3dの追従性を向上させ,FRPパイプ2の外側表面と金属部材3dの内側表面とを確実に接触させることが可能となる。
In the above embodiment, by reducing the thickness of the
図19および図20に実施例8として示す締結構造1は,その断面図に示すように,金属部材3とFRPパイプ2もしくは金属棒6とFRPパイプ2の接触面に,前記金属部材もしくは前記金属棒よりも熱伝導性の高い金属膜9を配置した実施形態である。
The
FRPに疲労負荷が作用した場合,樹脂内部の発熱やFRP内部での損傷の発生に起因した発熱によってFRPやFRPを構成する樹脂が劣化し,FRPの疲労寿命や疲労強度が低下することが知られている。図19および図20に示す締結構造では,FRPパイプ2に疲労荷重が作用した場合においても,金属膜9によって締結構造から放熱することができるため,熱によるFRPパイプ2の劣化や,劣化に伴うFRPパイプ2の疲労寿命や疲労強度の低下を防止することが可能となる。
It is known that when a fatigue load acts on the FRP, the FRP and the resin constituting the FRP deteriorate due to the heat generated inside the resin and the heat generated due to the damage inside the FRP, and the fatigue life and fatigue strength of the FRP decrease. It has been. In the fastening structure shown in FIG. 19 and FIG. 20, even when a fatigue load is applied to the
金属膜9を,金属部材3とFRPパイプ2の接触面と金属棒6とFRPパイプ2の接触面の両方に配置する,もしくは締結部から締結構造の長手方向に突出するように配置することにより,放熱効果を向上することができる。また,本実施形態では,金属膜9とFRPパイプ2の接触面を圧縮力によって強固に接触させられるため,高い放熱効果を発揮することが可能である。
By arranging the
図21に実施例9として示す締結構造1は,その断面形状に示すように,上記実施例1から8に示した締結構造において,外側継手4の周囲に放射状に突出する態様で金属板10を配置した実施形態である。
The
これにより,FRPパイプ2に疲労荷重が負荷され締結部分に熱が発生した場合においても,外側継手4の外側表面から放熱することが可能となり,熱によるFRPパイプ2の劣化を防止することができるため,締結構造の疲労寿命や疲労強度を向上することができる。
As a result, even when a fatigue load is applied to the
図22に実施例10として示す締結構造1は,その断面形状に示すように,上記実施例1から9に示した締結構造において,FRPパイプ2の端部と内側継手5との間に一定の隙間を設けた実施形態である。これにより,FRPパイプ2に対して圧縮荷重が負荷された場合に,FRPパイプ2の端部に圧縮力が負荷されないため,当該端部を起点としたFRPパイプ2の圧縮破壊を防止することができる。
The
図23に示す実施例11は,その断面形状に示すように,上記実施例1から10に示した締結構造と構造体12とを連結することで構成されるFRP構造体である。
Example 11 shown in FIG. 23 is an FRP structure configured by connecting the fastening structure shown in Examples 1 to 10 and the
上記の各実施例では,FRPパイプの断面は円形もしくは楕円形となっているが,四角形などの多角形断面でもよい。この場合には,外側のテーパ面は円形,内側は多角形とした金属部材をFRPパイプの周囲に配置すればよい。
In each of the above embodiments, the cross section of the FRP pipe is circular or elliptical, but may be a polygonal cross section such as a quadrangle. In this case, a metal member having a circular outer tapered surface and a polygonal inner surface may be disposed around the FRP pipe.
本発明に係る締結構造は,作製が容易である,簡便に締結できる,信頼性が高いといった利点を持つ。
The fastening structure according to the present invention has advantages such as easy manufacture, simple fastening, and high reliability.
1…締結構造,2…FRPパイプ,3,3a,3b,3c,3d…金属部材,4…外側継手,5…内側継手,6…金属棒,7a,7b,7c…突出部,8a,8b…スリット,9…金属膜,10…金属板,11…隙間,12…構造体
DESCRIPTION OF
Claims (10)
A straight fiber reinforced plastic pipe having a uniform outer diameter, a first joint member facing one end of the pipe, and the pipe in contact with the pipe over the longitudinal direction of the pipe. An intermediate member disposed around, the intermediate member having a tapered portion whose diameter gradually increases from the other side of the pipe toward the one side, and a second joint member in contact with the tapered portion; A joint structure, wherein the second joint member and the first joint member are fastened so that the second joint member and the pipe are pressed against each other via the tapered portion.
The joint structure according to claim 1, wherein a columnar or tubular metal bar having the same cross-sectional shape as the inside of the pipe is fitted into the inside of the pipe.
3. The joint structure according to claim 1, wherein a thickness of an end portion in a circumferential direction of the intermediate member disposed around the pipe is reduced.
3. The method according to claim 1, wherein a portion projecting from the fastening portion in the longitudinal direction of the joint structure is provided at a longitudinal end portion of the intermediate member arranged around the pipe. Joint structure.
3. The fastening structure according to claim 1, wherein a slit-like recess is provided at a longitudinal end or a circumferential end of the intermediate member arranged around the pipe. A characteristic joint structure.
3. The outer surface of one member according to claim 1, wherein the intermediate member arranged around the pipe is divided into two members arranged in series with respect to the longitudinal direction of the joint structure. And the other member is in contact with the taper surface of the member through a taper surface that is shorter than the taper provided at the end in the longitudinal direction and is inclined at substantially the same angle as the taper. A joint structure characterized by that.
3. The intermediate member arranged around the pipe according to claim 1, wherein the intermediate member is divided into two members arranged in parallel with respect to the radial direction of the joint structure, and one member is arranged on the outer side thereof. A joint structure, wherein the joint member is in contact with the joint through a taper provided on the surface, and the other member is in contact with the inner surface of the member through an outer surface having a larger area than the inner surface of the member. .
8. The intermediate member according to claim 1, wherein the intermediate member is a metal member, and the metal member and the contact surface of the pipe or the contact surface of the metal rod and the pipe or the contact surface of both of the metal members. A joint structure in which a metal having higher thermal conductivity than a member or a metal rod is disposed.
9. The joint structure according to claim 1, wherein the intermediate member is a metal member, and a radially projecting metal plate is disposed on an outer surface of the metal joint. 10.
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2013
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WO2015019479A1 (en) | 2015-02-12 |
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