WO1996024730A1

WO1996024730A1 - Structure de soudage par friction de materiau en acier extremement resistant

Info

Publication number: WO1996024730A1
Application number: PCT/JP1996/000250
Authority: WO
Inventors: Nobuyoshi Uno; Yasumi Shimura
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1996-02-06
Publication date: 1996-08-15
Also published as: KR100216380B1; CN1119471C; JP2936455B2; JPH08209809A; CN1148422A; KR970702408A

Description

明細書高力ボルト摩擦接合構造及びその鋼材技術分野

本発明は、建築鉄骨構造物あるいはその他の鉄骨構造物における鋼材を接合する場合に適用可能な高力ボルト摩擦接合構造及びその鋼材に関するものである。背景技術

従来、建築鉄骨構造物の高力ボルトによる摩擦接合では、鋼材の摩擦接合面は屋外にてき然発锖させた赤锖面、あるいはショットブラスト面であることが標準となっている。

ところが、赤銪を発生させる方法は、赤銪面の発生した面での表面の凹凸の突起の高さは、例えば 0. 07mni程度であり、しかも突起の高さや形状による施工上の大きなバラツキを考慮すると、 0. 45よりも大きなすべり係数の値を接合部の設計に採用することはできない。ここで、すべり係数とは高力ボルトの締め付け力に対する抵抗力の比率（ t ) をいう。

また、ショットブラストによる方法は、表面の凹凸の突起の高さは、最大で 0. 07〜0. 10mm程度、また Rz (D I N) で 0. 05〜 0. 07mmで実施されており、バラツキを考盧すると、やはり 0. 45よりも大きなすべり係数の値を採用することは困難である。

かかる事情から、日本建築学会 JASS6 によれば、すべり係数の設計値は、〃 = 0. 45と低い値に設定されている。

さらに、赤锖面の場合には、赤銪状態にするために、鋼材表面のうち摩擦接合面の部分に銪発生を防止するために事前に塗装や油な CT/JP96/00250 どの塗布を施すことはできない上に表面の付着物を完全に除去することが必要であり、施工上の鋼材の品質管理が非常に煩雑となる。

このため、安定して大きいすべり係数を得るため、特開昭 5 1 - 523 36号公報により鋼材の摩擦面に特殊な塗装を施して高力ボルトにより接合する方式、特開平 1 一 266309号公報により鋼材の摩擦面にセラミックのプラズマ溶射処理を施して、高力ボルトにより接合する方式、さらに鋼材の摩擦面にアルミ溶射処理あるいはジンクリツチ塗装を施して、高力ボルトにより接合する方式などが提案されている。

しかしながら、特開昭 51 - 52336号公報に開示された方法の場合は、鋼材に特殊な塗装を施す必要があるので、煩雑であり、また特開平 1 — 266309号公報に開示された方法の場合には、鉄骨加工工程においてアルミ溶射やジンクリツチ塗装のための新たな専用設備を必要とする上に、加工や施工が煩雑であるという問題があり、いずれの方法も広く実施されていない現状にある。

そこで、本発明者は、高力ボルトにより締め付けられて摩擦接合される鋼材の一方の鋼材の摩擦面側の表面硬さと表面粗さを、他方の鋼材の摩擦面側の表面硬さと表面粗さよりも大きくすることにより 0. 6 以上のすべり係数が比較的容易に確保できる高力ボルト摩擦接合構造を開発し、特開平 6 — 1 46427号公報にその技術を開示した上記特開平 6 — 146427号公報に開示した技術により、高力ボルト摩擦接合構造においてすベり係数 0. 6 以上を安定して確保することが可能となったものの、その最大値は 0. 85をわずかに越える程度である。また、グリットブラスト加工により粗面化することを開示する力《、グリットブラストによる摩擦面の凹凸はせいぜい 0. 1 5ram程度であり、しかもその凹凸の形態は、十点平均粗さ R z ( D I N ) では凹凸形状とその分布が一定でないため、すべり係数の値に無視できないバラツキが発生する場合がある。その結果、 0. 85を越える大きなすベり係数値を得ることができないという問題があつた。

ところで、近年、鋼構造物の大型化ゃ大スパン化に伴って使用される鋼材の板厚が厚手化するとともに、鋼材の高強度化が図られ、また、接合部の加工の簡略化、省力化、また施工のスピードアップがー層強く要求されてきている。これらに適合する有効な手段として、接合部の高耐カ化を図り、また高力ボルト摩擦接合部にあっては締付け張力の増大を図る高力ボルトの高強度化とすべり係数の増大化を図る必要があり、そのためには、すべり係数について現状の基準値の 2倍である 0. 9 以上を確保することが必要である。発明の開示

本発明の目的は、高力ボルトによる鋼材の摩擦接合部において 0. 9 以上の高いすべり係数値を安定的に確保でき、摩擦接合面の品質の安定と摩擦接合面の施工管理を簡易にし、トータルとして高カボルト摩擦接合部のコストを低減できる、高力ボルト摩擦接合構造及びその鋼材を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は下記の内容を要旨とする高力ボルト摩擦接合構造とそれに使用される鋼材である。

( 1 ) 高力ボルト摩擦接合構造において、一つの摩擦接合面を構成する 2つの鋼材のうち、一方の鋼材における摩擦面の表層部の硬さと他方の鋼材における摩擦面の表層部の硬さとの比が 2. 5 以上であって、表層部の硬さが大なる層の深さを 0. 2mm 以上とし、さらに前記の両摩擦面の表層部のうち、表層部の硬さが大なる側の表面に沿つて三角形の波形状あるいは角錐状の複数の突起を設け、かつ該突起の高さは 0. 2 〜1. 0mm とし、また表層部の硬さが小なる側の表面の最大表面粗さを該突起の高さよりも充分に小さくしたことを特徴とする高力ボルト摩擦接合構造。

( 2 ) 複数鋼材の高力ボルトによる摩擦接合構造において、一つの摩擦接合面を構成する少なくとも一方の鋼材の摩擦接合面の表層部の硬度と他方の鋼材の摩擦接合面の表層部の硬度の硬度比を 2. 5 以上とし、かつ前記硬度比を 2. 5 以上有する鋼材表層部の硬度層を 0. 2mm 以上とすると共に表面の一部ないし全面に 0. 2 〜1 . 0min の高さを有する複数の突起を設けた高力ボルト摩擦接合構造。

( 3 ) 複数鋼材の高力ボルトによる摩擦接合構造において、一つの摩擦接合面を構成する少なくとも一方の鋼材の摩擦接合面の表層部の硬度と他方の鋼材の摩擦接合面の表層部の硬度の硬度比を 2. 5 以上とし、かつ前記硬度比を 2. 5 以上有する鋼材表層部の硬度層を 0. 2mm 以上とすると共に表面の一部ないし全面に 0. 2 〜1. 0mm の高さを有する複数の突起を設けると共に、硬度比が 2. 5 以下を有する他方の鋼材の摩擦接合面の表層部に高さが 0. l mm 以下の複数の突起を設けた高力ボルト摩擦接合構造。

( 4 ) 複数鋼材の高力ボルトによる摩擦接合構造において、少なくとも一方の鋼材の摩擦接合面の表層部の表面に複数の突起を設ける範囲が、ボルトの揷通用に穿孔されたボルト孔の孔芯を中心として半径が前記ボルト軸部半径の 3. 0 倍以上の円と 4倍以下の円の間に囲まれる領域、または前記 2つの円のそれぞれ外接する多角形の間に囲まれる領域とする高力ボルト摩擦接合構造。

( 5 ) 高力ボルト摩擦接合構造の鋼材であって、一つの摩擦接合面を構成する 2つの鋼材のうち、一方の鋼材における摩擦面の表層部の硬さと他方の鋼材における摩擦面の表層部の硬さとの比が 2. 5 以上であって、表層部の硬さが大なる層の深さを 0. 2mm 以上とし、さらに前記の両摩擦面の表層部のうち、表層部の硬さが大なる側の表面に沿って、三角形の波形状あるいは角錐状の複数の突起を形成して設け、かつ該突起の高さは 0. 2 〜 1. 0mm とし、また表層部の硬さが小なる側の表面の最大表面粗さを該突起の高さよりも充分に小さくしたことを特徴とする高力ボル卜摩擦接合構造の鋼材。

( 6 ) 複数鋼材の高力ボルトによる摩擦接合構造に供する鋼材であって、一つの摩擦接合面を構成する少なくとも一方の鋼材の摩擦接合面の表層部の硬度と他方の鋼材の摩擦接合面の表層部の硬度の硬度比を 2. 5 以上とし、かつ前記硬度比を 2. 5 以上有する鋼材表層部の硬度眉を 0. 2mm 以上とすると共に表面の一部ないし全面に 0. 2 〜 1. 0mm の高さを有する複数の突起を設けた高力ボルト摩擦接合用鋼材。

( 7 ) 複数鋼材の高力ボルトによる摩擦接合構造に供する鋼材であって、一つの摩擦接合面を構成する少なくとも一方の鋼材の摩擦接合面の表層部の硬度と他方の鋼材の摩擦接合面の表層部の硬度の硬度比を 2. 5 以上とし、かつ前記硬度比を 2. 5 以上有する鋼材表層部の硬度層を 0. 2mm 以上とすると共に表面の一部ないし全面に 0. 2 〜1. 0ram の高さを有する複数の突起を設けると共に硬度比が 2. 5 以下を有する他方の鋼材の摩擦接合面の表層部に設けた複数の突起の高さが 0. Imm 以下の複数の突起を設けた高力ボルト摩擦接合用鋼材

( 8 ) 複数の突起の角度（対向する両斜面間の夾角）が 60 ° 〜12 0 ° である前記（ 1 ) 〜（ 7 ) のいづれか 1項記載の高力ボルト摩擦接合構造および摩擦接合用鋼材。

( 9 ) 一つの摩擦接合面を構成する一方もしくは両方の鋼材の摩擦面の表面に防銪用の塗料または油の塗布層を有する（ 1 ) 〜（ 8 ) のいずれか 1項記載の高力ボルト摩擦接合構造。

本発明で高力ボルト摩擦接合構造とは、複数の鋼材を高力ボルトで締め付けることによって鋼材間に生じる摩擦力（あるいはすべり抵抗力）を利用して鋼材同士の応力伝達を行う結合構造をいう。ここで、結合構造は、具体的には構造物を構成する部材と、該部材を結合する役割を果たす添板、 τ型鋼、山型鋼等との間、或いは構造物を構成する部材同士との間、等において形成することができる。図面の簡単な説明

第 1 図は、本発明の突起の形状（三角形）の例を示す図である。第 2図は、本発明の突起の別の形状（角錐）の例を示す図である o

第 3図は、本発明の突起の形状（三角形）の断面を示す図である o

第 4図は、本発明の別の突起の形状（近似三角形）の断面を示す図である。

第 5図は、本発明の三角形の形状の突起の頂部の断面を示す図で第 6図は、本発明の三角形の形状の突起の平面図を示す。

第 7図は、本発明の四角錐形状の突起を力の伝達方向に対して突起の方向を変えて示す平面図である。

第 8図は、本発明のためのすべり試験体を示す図である。

第 9図は、本発明の説明のための、硬さ比と突起高さをパラメ一ターにしたすベり係数の試験の結果を示す。

第 10図は、本発明の説明のための、硬い層の深さをパラメータ一にしたすベり係数の試験の結果を示す。

第 1 1図は、本発明の説明のための、硬さが小なる鋼材の表面状態をパラメータ一にしたすべり係数の試験の結果を示す。

第 12図は、高力ボルトにより締め付けた場合の、ボルト孔の近傍の摩擦面間の面圧の分布状況の例を示す図である。

第 13図は、本発明の実施例を示す側面図（ a ) と平面図（ b ) を示す。

第 14図は、本発明の他の実施例を示す側面図（ a ) と平面図（ b ) を示す。

第 15図は、従来の技術を説明する図である。（ a ) は側面図、（ b ) は平面図を示す。

本発明の高力ボルト摩擦接合構造の摩擦面の表層部の硬度の高い側の表面に設ける突起の形態は、三角形の波形状あるいは角錐状であり、第 1 図及び第 2図において各例を示す。第 1 図は突起 1 が三角形の波形状の場合であり、第 2図は突起 2が角錐状（四角錐状）の場合である。突起 1 の断面形状は、三角形の場合に、第 3図のごとく真正な三角形だけでなく、第 4図に示すごとく三角形の斜面が内側に凹状の場合（ a ) 、外側に凸状の場合（ b ) がある。また、三角形の突起 1 の頂部については、第 5図に示す如く、先端が尖つている場合（ a ) だけでなく、平坦である場合（ b ) 、 r部を有する場合（ c ) がある。したがって、本発明で三角形の用語は、かかる三角形に近似する形状を含む意味をもって使用する。突起の形状の点については、角錐状についても同様である。

本発明では、かかる突起を表面に沿って複数設ける。複数の突起は、通常同一形状で同一高さの三角形の波形状あるいは角錐状のものが繰り返すように、あるいは高さがやや異なり、形状が相似的あるいは近似的であるものが連続的に繰り返すように設けることが好ましい。前述の突起は切削加工、レーザー加工、ローレット加工、プラズマ加工により、かかる成形加工が可能であり、表面に沿い各部位で一定した形態の突起群を形成する。一定した形態の突起は摩擦接合面の全面での接合条件を強化し、すべり係数を高く安定して確保することに大いに役立つ。

図 6 は、 4個のボルト孔 4を開孔した、一方の鋼材である添板 3 の長さ方向に沿って三角形の波形状の複数の突起 1 を切削加工により連続的に刻設した状態の例を示す。第 7図は突起 2が角錐状である場合に力の伝達方向に対して傾きを変えた各種別（A , B , C , D ) の配列を示し、 hは突起の高さ、 0は突起の角度（対向する斜面の夾角）である。

本発明において、高力ボルト摩擦接合構造におけるすべり係数について、一方の鋼材における摩擦面の表層部の硬度と他方の鋼材における摩擦面の表層部の硬度との差、および表層部の硬度が高い側の表面に設ける複数の突起の高さが大きく関与することから、一方の表層部の硬度と他方の表層部の硬度との比が 2. 5 以上とし、また、突起の高さを 0. 2 〜1. 0mm とする。

これに関して、硬度比と突起高さを変え、すべり係数の関係について試験した。第 9図においてその試験例を説明する。第 9図における試験条件は、第 8図に示す鋼材（表層部の硬度小） 5、添板（表層部の硬度大） 6、高力ボルト 7からなるすべり試験体（寸法を図示）を用い、添板 6の摩擦面に設けた突起の形状は三角形の波形であり、突起角度は 90度、突起先端 rは 0である。添板 6 は鋼材として SCM435を用い、切削により突起の成形を行った後、熱処理により各種の硬度を調製した。一方、鋼材 5 は SS400 を用い、ショットブラストし、ビッカース硬さ Hv l 40 、 R z (D I N) は 70である。すべり試験体に F 10TM22 の高力ボルト 7を挿通し、標準ボルト張力（22. 6 t on)を導入し、すべり係数値を測定した。

その結果、第 9図に示すように、（ 1 ) 硬度比の増加に伴ってすベり係数も増大するが、硬度比が 2. 5 を越えるとすべり係数は増加傾向が弱くなる。（ 2 ) 突起高さが 0. 1 mm から 0. 2mni の範囲、および 0. 2mm から 0. 5mm の範囲ではすべり係数は增加するが、突起高さが 0. 5mm から 1. Omm の範囲ではすべり係数は却って減少する。（ 3 ) 0. 9 以上のすべり係数を確保するためには、硬度比は 2. 5 以上かつ突起高さが 0. 2mm 以上必要である。

かかる試験例等から、表層部の硬度比を 2. 5 以上とし、また、突起の高さを 0. 2 〜1. 0mm とすることとした。表層部の硬度比を大きくしても、すべり係数はそれに応じてあまり増加しないことに鑑み、硬度比の上限は 5程度とする。

次に、本発明において、摩擦面の表層部の硬度の高い層（高硬度層）の深さを 0. 2mm 以上とする。ここでいう層の深さは、突起の頂部を起点として内部方向に測定した長さである。

高硬度層の深さについての、試験結果を第 1 0図により説明する。第 1 0図は突起高さ 0. 5mm の場合であるが、試験条件は第 9図におけると同様である。

その結果、（ 1 ) 表層部の高硬度層の深さが 0. 2mm 付近で、すべり係数に急激に増加するが、 0. 2mm 以上においては、すべり係数にはほとんど変化がない。（ 2 ) 高硬度層の深さが 0. 2IM1 以上の場合にすベり係数 0. 9 以上の確保が可能である。また、すべり係数の上限は 1. 5 程度である。（ 3 ) 鋼材全厚にわたって硬くなくても、摩擦面表面から 0. 2mm 程度以上の層で硬度比が確保できればよい。（ 4 ) 以上を踏まえて、本発明における表層部の高硬度眉の深さは少なくとも表面から 0. 2mm 以上とすればよい。設計上、高硬度層の深さについては、突起の高さ分あれば充分である。ただし、前記層の深さの上限ということでは、鋼材全厚にわたり高硬度の鋼材を使用してもよい。

なお、突起部の硬化処理は、切削加工を行う場合は、突起の成形加工後に熱処理により行うのがよい。真空熱処理、浸炭焼入れ、浸 T/JP96/00250 炭窒化焼入れ、火炎焼入れ、等の方法を適宜選定して行うことができる。レーザー加工またはプラズマ加工により突起の成形加工を行う場合は、加工に伴う突起部の急冷により硬化が行われる。高硬度を有する側の鋼材には、焼入れ可能な鋼、例えば SCM435や S 45 C等を使用する。また、高速度鋼ゃ耐磨耗鋼さらに表層のみ高硬度の鋼を備えた複層鋼板等も使用できる。

ここで、本発明を実施するにあたり、突起につき推奨できる事項について説明する。

( 1 ) 突起の角度（対向する両斜面間の夾角）は、 90度付近ですベり係数が最大であり、 60から 120 度がすべり係数 0. 9 以上確保のために好ましい。 60から 120 度とする他の理由として、 60度より角度が小さくなると突起形状の加工に精密かつ高度の技術を必要とし、また量産化に適さなくなり、また 120 度よりも大きい場合には加ェに大きなエネルギーを必要とし、低コス卜で迅速に突起を加工することが困難となるからである。

( 2 ) 突起の頂部は、第 5図（ a ) に示すように尖った形状が好ましいが、すべり係数 0. 9 以上確保の観点から、第 5図（ b ) については突起頂部平坦巾 Wを突起高さ h以下に、また第 5図（ c ) については突起斜面と r曲面との接点を結ぶ距離が突起高さ h (突起頂部平坦巾 Wの限界値に相当）以下にすることが好ましい。

( 3 ) 突起形状が角錐状（例えば四角錐）の場合、力の伝達方向への角錐の投影面積が大きいほど、すべり係数が大きい。第 7図においては、種別 Aよりも種別 Bの方が、また種別 Cよりも種別 Dの方が、すべり係数が大きい。

また、本発明において、表層部の表面において突起が施される範囲は、ボルトの揷通用に設けられたボルト孔の孔芯を中心として半径が高力ボル卜の軸部半径の 3. 0 倍以上である円と 4. 0 倍以下であ 0 る円の間に囲まれる領域、又は前記 2つの円にそれぞれ外接する 2 つの多角形の間に囲まれる領域とすることが好ましい。高力ボルトの締め付けによる摩擦面間の面圧は、ボルト孔の直近が最も大きく、ボルト孔の孔芯を中心とする外方向に向かって漸減するので、前記の範囲を越える突起を設けても、すべり係数の増大の効果が少ないからである。 3.0 倍以上とするのは、 3.0 倍より小の範囲内の高力ボルトの締付け力の約 90%以上が摩擦面間の面圧（kgfZmm²)として分布しているからである。また、 4.0 倍あればほとんど面圧の作用する領域を覆うことができる。本発明における高力ボルト摩擦接合構造の突起は、かかる範囲に施すことが有効である。ここで、第 12図に高力ボルトにより締付けた場合のボルト孔の近傍の摩擦面間の面圧の分布状況の例を示す。

第 12図において、（ a ) は添板厚みが 16誦の場合で、（ b ) は添板厚みが 8 ππηの場合の摩擦面間の面圧の分布状況である。試験条件は高カボトとして F10TM22 を揷通し、標準ボルト張力（22.6ton) で締付けた。 aは 3. Oxボルト軸部半径（11 ）の距離で、 bは 4.0 Xボルト軸部半径の距離である。

次に、突起を設けた鋼材に対して相手方となる表層部の硬度の低い鋼材の表面状態について説明する。

硬度の低い方の鋼材には、例えば SS400, SS600, S 490 等を使用し、機械仕上げ面ほど平滑でなくてもよく、ショットブラスト処理かサンダー掛け処理にて十点平均粗さ Rz(D IN) で 70 m以下程度に、最大突起高さで表示すると 0. lmm 以下程度に仕上げてあればよい。また、特に処理を施さずに、黒皮のままであっても表面の粗さとしてよい場合もある。

ここで、硬度の低い鋼材の表面状態について、第 11図により、さらに具体的に説明する。第 1 1図は表層部の柔らかい鋼材の表面状態をパラメータ一にしたすべり試験について示す。

第 1 1図は第 8図のすべり試験体について、次の試験条件により試験を行った。硬い鋼材の摩擦面の側に設けた突起の形状は三角形の波形であり、突起角度は 90度、突起先端 rは 0である。一方、表層部の柔らかい鋼材は SS400, Hv l 40であり、表面状態は Α (黒皮のまま）、 B (ショットブラスト）、 C (機械仕上げ）、 D (サンダー掛け +塗膜）、 E (ショットブラスト +塗膜）、 F (機械仕上げ + グリース）の 6水準である。かかる、すべり試験体に F 10TM22 の高力ボルトを揷通し、標準ボルト張力（22. 6 t on)を導入し、すべり係数値を測定した。

その結果、次の通りである。

( 1 ) 表層部の柔らかい鋼材において、摩擦面の状態は、黒皮、ショットブラスト、機械仕上げ、サンダー掛けによるいずれの粗度の場合も、また塗膜、グリースの被覆層のある場合も（すなわち被覆層の有無にかかわらず）、 0. 9 以上のすべり係数を確保できた。

( 2 ) 高硬度を有する鋼材の加工工場段階で摩擦面に銪止め塗装等の防銪処理を施しても、すべり係数の大きさにはほとんど影響がないので、防銪処理を施すことが可能となる。

( 3 ) 低硬度を有する鋼材の摩擦面について表面処理の有無、方法についてかなり柔軟性がある。この知見から、現在必須とされている鋼材塗装時の摩擦面のマスキング等の処置を不要とすることができるので、加工および施工の省力化ならびに加工、施工工程短縮を図ることができる。さらに、摩擦面の管理に特別な配慮が不要であることから、施工品質の確保が容易となる。

上述したように本発明においては、接合部が高力ボルトによって締め付けられる突起が硬度の低い鋼材表層部に食い込み、すべりに 50 対して強力なずれ止めとして作用するため、大きなすべり係数値が得られる。また突起の形状と大きさをほぼ一定にしているために、摩擦面に形成されるすべりに対する抵抗構造の部位によるバラツキが小さくなり、安定したすべり係数値の確保が可能となる。

さらに、一つの摩擦接合面を構成する 2つの鋼材のうち、片方あるいは両方の鋼材の少なくとも摩擦面側の表面に防銪用の塗料あるいは油が塗布されていても、突起が前記塗料あるいは油を貫通して、硬度の低い鋼材表面部に食い込むので、すべり係数値を低下させることなく、従来行われなかった摩擦面の防銪処理が可能である。発明を実施するための最良な形態

次に本発明を実施するための最良な形態を実施例に基づいて説明する。実施例

(実施例 1 )

第 13図に示すように、本発明の摩擦接合すべき鋼材 9 は H900 X 30 0 X 16 (ゥヱブ厚さ） X 28 (フランジ厚さ）、材質 SM490 硬度 Hv 1 70) であり、本発明でいう低硬度を有する鋼材である。摩擦接合する鋼材 9 の表層部はショットブラストにより処理し、 Rz(DIN) = 50 mとした。

一方、添板 10は SCM435を用い、機械切削により波高さ 0.5mm の三角形の波形を形成し、熱処理により表層部において硬度 Hv 595を有し、硬さ比 3.5 (高硬度層の深さ 0.4mm)を得た。

かかる鋼材を高力ボルト F10T M22により締め付け、鋼材に長手方向（図面で左右方向）の力を付与し、すべり係数 1.25を得た。必要ボルト本数 36本であつた。

(実施例 2 ) 50 第 14図に示すように、本発明の摩擦接合すべき鋼材 9 は H900 X 30 0 X 16 (ゥヱブ厚さ） X 28 (フランジ厚さ）、材質 SM490(硬度 Hv 1 70) であり、本発明でいう低硬度を有する鋼材 9である。摩擦接合する鋼材 9の表層部はシヨットブラストにより処理し、 Rz(DlN) = 50 mとした。

一方、添板 11は SCM435を用い、機械切削により波高さ 0. 51 1 の四角錐の形状を形成し、熱処理により表層部において硬度 Hv 425を有し、硬さ比 2.5 (硬い層の深さ 0.2mm)を得た。

かかる鋼材を高力ボルト F10T M22により締め付け、鋼材に長手方向（図面で左右方向）の力を付与し、すべり係数 0.90を得た。必要ボルト本数 46本であつた。

(比較例）

第 14図に示す場合であり、接合すべき鋼材 9 は H900 X 300 x 16 ( ゥヱブ厚さ） X 28 (フランジ厚さ）、材質 SM490 硬度 Hv 170) であり、添板 12の材質は SM490 硬度 Hv 170) であり、高力ボルト F10T M 22であり、鋼材 9 と添板 12の摩擦接合面は赤銪状態とした。

その結果、すべり係数は 0.45 (現行基準通り）であり、必要ボルト本数は 86本である。

本発明において、すべり係数は向上し、ボルト本数は大巾に減少することができる。産業上の利用可能性

本発明によって、次のような効果を奏する。

( 1 ) 0.9 以上のすべり係数値を安定して確保することが可能となる。その結果、鋼材の高強度化、板厚の極厚化にたいしても接合部をコンパク卜に設計し、高力ボルトの必要本数を大巾に減少することができる。また、既存の接合部もよりコンパクトになり、加工 P96/00250

• 施工の省力化と工程短縮が図れ、建設コストが削減できる。

( 2 ) 高力ボルト摩擦接合部のすべり耐力が非常に大きくなることから、新しい接合部設計も可能となり、構造設計の省力化が図れる。一例をあげれば、ボルト孔の断面欠損を考慮に入れないで、全断面が有効であるとした接合部設計が可能になる。また、本発明による接合構造を有する骨組みは地黡時により安定した履歴性状を有することから耐震性能の向上が図れる。

( 3 ) 摩擦面の表面状態管理が簡単にかつ特別の技能を要しないため、いままで必要であった煩雑な品質管理が不要になる。また、従来法に比べ格段に安定した性能が得られる。

Claims

請求の範囲

1. 高力ボルト摩擦接合構造において、一つの摩擦接合面を構成する 2つの鋼材のうち、一方の鋼材における摩擦面の表層部の硬さと他方の鋼材における摩擦面の表層部の硬さとの比が 2. 5 以上であつて、表層部の硬さが大なる層の深さを 0. 2mm 以上とし、さらに前記の両摩擦面の表層部のうち、表層部の硬さが大なる側の表面に沿つて三角形の波形状あるいは角錐状の複数の突起を設け、かつ該突起の高さは 0. 2 〜 1. 0mm とし、また表層部の硬さが小なる側の表面の最大表面粗さを該突起の高さよりも充分に小さくしたことを特徴とする高力ボルト摩擦接合構造。

2. 複数鋼材の高力ボルトによる摩擦接合構造において、一つの摩擦接合面を構成する少なくとも一方の鋼材の摩擦接合面の表層部の硬度と他方の鋼材の摩擦接合面の表層部の硬度の硬度比を 2. 5 以上とし、かつ前記硬度比を 2. 5 以上有する鋼材表層部の硬度層を 0. 2mm 以上とすると共に表面の一部ないし全面に 0. 2 〜1. 0mm の高さを有する複数の突起を設けたことを特徴とする高力ボルト摩擦接合構造。

3. 複数鋼材の高力ボルトによる摩擦接合構造において、一つの摩擦接合面を構成する少なくとも一方の鋼材の摩擦接合面の表層部の硬度と他方の鋼材の摩擦接合面の表層部の硬度の硬度比を 2. 5以上とし、かつ前記硬度比を 2. 5以上有する鋼材表層部の硬度層を 0 . 2mm以上とすると共に表面の一部ないし全面に 0. 2〜1. 0mm の高さを有する複数の突起を設けると共に、硬度比が 2. 5未満を有する他方の鋼材の摩擦接合面の表層部に高さが 0. 1 mm以下の複数の突起を設けたことを特徵とする高力ボルト摩擦接合構造。

4. 複数鋼材の高力ボルトによる摩擦接合構造において、少なくとも一方の鋼材の摩擦接合面の表層部の表面に複数の突起を設ける範囲が、ボルトの挿通用に穿孔されたボルト孔の孔芯を中心として半径が前記ボルト軸部半径の 3. 0倍以上の円と 4倍以下の円の間に囲まれる領域、または前記 2つの円のそれぞれ外接する多角形の間に囲まれる領域とすることを特徴とする高力ボルト摩擦接合構造。

5. 高力ボルト摩擦接合構造の鋼材であって、一つの摩擦接合面を構成する 2つの鋼材のうち、一方の鋼材における摩擦面の表層部の硬さと他方の鋼材における摩擦面の表層部の硬さとの比が 2. 5 以上であって、表層部の硬さが犬なる層の深さを 0. 2mm 以上とし、さらに前記の両摩擦面の表層部のうち、表層部の硬さが大なる側の表面に沿って、三角形の波形状あるいは角錐状の複数の突起を形成して設け、かつ該突起の高さは 0. 2 〜1. 0mm とし、また表層部の硬さが小なる側の表面の最大表面粗さを該突起の高さよりも充分に小さくしたことを特徴とする高力ボルト摩擦接合構造の鋼材。

6. 複数鋼材の高力ボルトによる摩擦接合構造に供する鋼材であつて、一つの摩擦接合面を構成する少なくとも一方の鋼材の摩擦接合面の表層部の硬度と他方の鋼材の摩擦接合面の表層部の硬度の硬度比を 2. 5 以上とし、かつ前記硬度比を 2. 5 以上有する鋼材表層部の硬度層を 0. 2mm 以上とすると共に表面の一部ないし全面に 0. 2 〜 1. 0mm の高さを有する複数の突起を設けたことを特徴とする高カボルト摩擦接合用鋼材。

7. 複数鋼材の高力ボルトによる摩擦接合構造に供する鋼材であつて、一つの摩擦接合面を構成する少なくとも一方の鋼材の摩擦接合面の表層部の硬度と他方の鋼材の摩擦接合面の表層部の硬度の硬度比を 2. 5以上とし、かつ前記硬度比を 2. 5以上有する鋼材表層部の硬度層を 0. 2mm以上とすると共に表面の一部ないし全面に 0. 2〜 1. 0mm の高さを有する複数の突起を設けると共に硬度比が 2. 5以下を有する他方の鋼材の摩擦接合面の表層部に高さが 0. 1 mm以下の複数の突起を設けたことを特徴とする高力ボルト摩擦接合用鋼材。

8. 複数の突起の角度（対向する両斜面間の夾角）が 60 ° 〜120

° であることを特徴とする請求項 1 〜 7のいずれか 1 項記載の高力ボルト摩擦接合構造および摩擦接合用鋼材。

9. 一つの摩擦接合面を構成する一方もしくは両方の鋼材の摩擦面の表面に防銪用の塗料または油の塗布層を有することを特徴とする請求項 1 〜 8のいずれか 1 項記載の高力ボルト摩擦接合構造。