鋼材の接合構造
【課題】鋼材の端部と添板との間の摩擦力を大きくする。
【解決手段】金属溶射層２００は、硬度が小さいアルミニウムで構成されているので、鉄骨梁２０の接合面の突起２０Ｐが深く貫入される。更に、金属溶射層２００には、アルミニウムよりも強度が大きいアルミナ粒子２１０が混入されている。よって、金属溶射層２００のせん断強度が向上する。したがって、鉄骨梁２０の端部２０Ｔと添板１００との間の摩擦力が大きくなり、その結果、接合強度が大きくなる。
【解決手段】金属溶射層２００は、硬度が小さいアルミニウムで構成されているので、鉄骨梁２０の接合面の突起２０Ｐが深く貫入される。更に、金属溶射層２００には、アルミニウムよりも強度が大きいアルミナ粒子２１０が混入されている。よって、金属溶射層２００のせん断強度が向上する。したがって、鉄骨梁２０の端部２０Ｔと添板１００との間の摩擦力が大きくなり、その結果、接合強度が大きくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の端部同士を接合する構造では、接合される二つの鋼材の端部の両側から添板を挟み、端部と添板とをボルトによって締結する接合構造が知られている。このようなボルト締結による鋼材の接合構造では、ボルトを締め付けることにより一方の鋼材に作用する力は、添板を介して摩擦力により他方の鋼材に伝達される。このため、鋼材の端部と添板との間の摩擦力が小さいと滑りを生じ、剛構造を維持できなくなる。
【０００３】
よって、鋼材の端部と添板との間に金属溶射層を設けることで摩擦力を大きくした鋼材の接合構造が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２７２３２３号公報
【特許文献２】特開２００１−３２３３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、鋼材の端部と添板との間に金属溶射層を設けて摩擦力を大きくすることには限界がある。よって、鋼材の端部と添板との間の摩擦力を更に大きくすることが望まれている。
【０００６】
よって、本発明は、上記を考慮し、鋼材の端部と添板との間の摩擦力を大きくすることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、複数の鋼材の端部の両側から添板で挟みボルトで締結することで、一方の鋼材と他方の鋼材とを接合する鋼材の接合構造であって、前記鋼材の前記端部と前記添板との間に設けられ、前記鋼材及び前記添板よりも硬度が小さい第一の材料で構成された中間層と、前記中間層に混入され、前記中間層を構成する前記第一の材料よりも強度が大きい第二の材料で構成された粒子及び繊維の少なくとも一方と、を備える。
【０００８】
請求項１の発明では、一方の鋼材に作用する力は添板を介して摩擦力により他方の鋼材に伝達される。そして、中間層を構成する第一の材料よりも強度が大きい第二の材料で構成された粒子及び繊維の少なくとも一方が、中間層に混入することで、中間層のせん断強度が大きくなる。
【０００９】
したがって、第二の材料で構成された粒子又は繊維が中間層に混入されていない構成と比較し、鋼材の端部と添板との間の摩擦力が大きくなり、その結果、接合強度が大きくなる。
【００１０】
請求項２の発明は、前記中間層は、前記鋼材及び前記添板の少なくとも一方に金属溶射によって形成された前記粒子及び前記繊維の少なくとも一方が混入した金属溶射層で構成されている。
【００１１】
請求項２の発明は、鋼材の端部と添板との間に、粒子及び繊維の少なくとも一方が混入した中間層（金属溶射層）を容易に設けられる。
【００１２】
なお、鋼材及び添板のいずれか一方に金属溶射層（中間層）を形成する構成の場合、金属溶射層（中間層）は鋼材及び添板よりも硬度が小さい第一の材料で構成されているので、金属溶射層（中間層）が形成されていない鋼材及び添板のいずれか他方の接合面の突起は、金属溶射層（中間層）に深く貫入する。よって、鋼材の突起及び添板の突起のせん断強度が大きくなる。
【００１３】
したがって、「鋼材及び添板の突起のせん断強度」と「金属層のせん断強度」との両方が向上する。よって、鋼材の端部と添板との間の摩擦力が大きくなり、その結果、接合強度が大きくなる。
【００１４】
請求項３の発明は、前記中間層は、前記鋼材と前記添板との間に挟まれた前記粒子及び前記繊維の少なくとも一方が混入した金属板で構成されている。
【００１５】
請求項３の発明では、粒子及び繊維の少なくとも一方が混入した金属板を、鋼材の端部と添板との間に挟むことで容易に中間層が設けられる。
【００１６】
なお、金属板（中間層）は鋼材及び添板よりも硬度が小さい第一の材料で構成されているので、鋼材の接合面及び添板の接合面の突起は、金属板（中間層）に深く貫入する。よって、鋼材の突起及び添板の突起のせん断強度が大きくなる。
【００１７】
したがって、「鋼材及び添板の突起のせん断強度」と「金属層のせん断強度」との両方が向上する。よって、鋼材の端部と添板との間の摩擦力が大きくなり、その結果、接合強度が大きくなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、第一の材料よりも強度が大きい第二の材料で構成された粒子又は繊維が中間層に混入していない構成と比較し、鋼材の端部と添板との間の摩擦力を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋼材の接合構造が適用されて接合された鉄骨梁の端部同士の接合部位を示す斜視図である
【図２】本発明の一実施形態に係る鋼材の接合構造が適用されて接合された鉄骨梁の端部のフランジ同士の接合部位を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る鋼材の接合構造が適用されて接合された鉄骨梁の端部のフランジ同士の接合部位を示す縦断面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る鋼材の接合構造が適用されて接合された鉄骨梁の端部のフランジ同士の接合部位を示す縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ部の拡大図である。
【図５】（Ａ）は図４（Ｂ）を模式的に示す模式図であり、（Ｂ）は繊維が混入した金属層を示す模式図である。
【図６】アルミナ粒子が混入したアルミニウム板を製造する方法を示す説明図である。
【図７】（Ａ）は本発明が適用されていない接合構造の第一の比較例を示す図５に対応する模式図であり、（Ｂ）は突起がせん断破壊された状態の模式図である。
【図８】（Ａ）は本発明が適用されていない接合構造の第二の比較例を示す図５に対応する模式図であり、（Ｂ）は金属溶射層がせん断破壊された状態の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１〜図６を用いて、本発明の一実施形態に係る鋼材の接合構造が適用された鉄骨梁の端部同士の接合について説明する。なお、各図において、鉄骨梁の長手方向をＸ方向として、鉛直方向をＺ方向とする。また、Ｘ方向とＺ方向と直交する方向をＹ方向とする。
【００２１】
＜鉄骨梁の端部同士の接合部位の全体構造＞
まず、本発明に係る鋼材の接合構造によって接合された鉄骨梁同士が接合された接合部位の全体構造について説明する。
【００２２】
図１に示すように、鋼材の一例としての鉄骨梁１０の端部１０Ｔと、鋼材の一例としての鉄骨梁２０の端部２０Ｔとが、添板１００Ａ，１００Ｂ及び添板１００Ｃを介して接合されている。なお、以降、添板１００Ａ，１００Ｂ、１００Ｃを区別する必要がない場合は、Ａ，Ｂ、Ｃを省略し、添板１００と記す場合がある。
【００２３】
本施形態では、鉄骨梁１０は、フランジ１２、１４とウエブ１６とで構成されたＨ形鋼とされている。同様に鉄骨梁２０は、フランジ２２、２４とウエブ２６とで構成されたＨ形鋼とされている。なお、本実施形態においては、鉄骨梁１０と鉄骨梁２０とは同じ構造である。
【００２４】
鉄骨梁１０のフランジ１２、１４及びウエブ１６の夫々の両側面に添板１００Ａ，１００Ｂ、１００Ｃが配設され、鉄骨梁２０のフランジ２２、２４及びウエブ２６の夫々の両側面に添板１００Ａ，１００Ｂ、１００Ｃが配設されている。つまり、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔを跨って添板１００Ａ，１００Ｂ及び二枚の添板１００Ｃが配設されている。
【００２５】
そして、添板１００Ａ，１００Ｂ間と二枚の添板１００Ｃ間とを、夫々ボルト８０及びナット８２で締め付けることで、鉄骨梁１０の端部１０Ｔと鉄骨梁２０の端部２０Ｔとが接合されている。なお、本実施形態では、ボルト８０及びナット８２と添板１００との間にはワッシャー８３が挟まれて締結されている（図２と図３も参照）。
【００２６】
また、本実施形態においては、高力ボルトあるいは溶融亜鉛めっきしたボルト８０とされると共に、高力ボルト接合（高力ボルト摩擦接合）とされている。
【００２７】
本実施形態においては、添板１００Ａ，１００Ｂ及び二枚の添板１００Ｃによって挟まれてボルト締結された部位は、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔにおけるフランジ１２、２２の接合部位、フランジ１４、２４の接合部位、及びウエブ１６、２６の接合部位の３つの接合部位がある。しかし、三つの接合部位は、いずれも略同様の構造であるので、以降の説明では、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔにおけるフランジ１２、２２の接合部位を代表して説明する。
【００２８】
＜鉄骨梁の端部同士の接合構造＞
つぎに、本発明の鋼材の接合構造によって接合された鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔ同士（フランジ１２、２２の接合部位）の接合構造について説明する
【００２９】
図２及び図３に示すように、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔのフランジ１２、１４には、ボルト８０が挿入されるボルト孔１３、２３が形成されている。また、添板１００Ａ，１００Ｂにも、ボルト８０が挿入されるボルト孔１０２Ａ，１０２Ｂが形成されている。
【００３０】
また、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔのフランジ１２、１４における添板１００Ａ，１００Ｂで接合される領域を接合面１２Ｓ，２２Ｓとする。なお、他の部位における接合面も符号の後に適宜Ｓをつけて説明する。
【００３１】
鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔの接合面１２Ｓ，２２Ｓと、添板１００と、の間には、中間層の一例としての金属溶射層２００が設けられている（図４も参照）。
【００３２】
鉄骨梁２０の端部２０Ｔのフランジ２２の接合面２２Ｓの突起２２Ｐと、添板１００Ｂの表面の突起１００Ｐと、が金属溶射層２００の中に埋設又は貫入されている。また、以降、他の部位の突起も符号の後に適宜Ｐをつける。本実施形態では、金属溶射層２００を構成する材料（主成分）はアルミニウムとされている。更に、図４（Ｂ）に示すように、金属溶射層２００の中にはアルミナ粒子２１０が混入されている（図５（Ａ）も参照）。
【００３３】
なお、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＢ部を拡大した図である。つまり、鉄骨梁２０の端部２０Ｔのフランジ２２の接合面２２Ｓと、下側の添板１００Ｂと、の接合部位の拡大図である。しかし、他の接合部位、例えば、鉄骨梁２０の端部２０Ｔのフランジ２２との添板１００Ａとの接合部位や、鉄骨梁１０の端部１０Ｔのフランジ１２との添板１００Ａとの接合部位（図３参照）も同様であるので、説明を省略する。
【００３４】
ここで、本実施形態においては、鉄骨梁１０、２０を構成する金属材料は炭素鋼とされ、添板１００を構成する金属材料も炭素鋼とされている。そして、前述したように金属溶射層２００は、アルミニウムを主成分とするアルミニウム溶射層とされ、この中にアルミナ粒子２１０が混入されている。
【００３５】
本実施形態における鉄骨梁１０、２０及び添板１００を構成する炭素鋼の硬度よりも、金属溶射層（アルミニウム溶射層）２００の主成分であるアルミニウムの硬度の方が小さい。また、金属溶射層（アルミニウム溶射層）２００に混入されているアルミナ粒子２１０は、アルミニウムよりも強度が大きい。なお、硬度及び強度についての詳細は後述する。
【００３６】
＜施工工程＞
つぎに、本実施形態の施工工程について説明する。
【００３７】
接合前の鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ、２０Ｔの接合面１０Ｓ，２０Ｓと、添板１００の表面と、に赤錆やブラスト処理を施す。これにより、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔの接合面１０Ｓ，２０Ｓと、添板１００と表面と、が粗化される。そして、粗化されることにより突起１０Ｐ，２０Ｐ、１００Ｐが形成される。なお、粗化されることによって形成された凹凸の凸が、突起１０Ｐ，２０Ｐ、１００Ｐである。
【００３８】
つぎに、赤錆やブラスト処理によって粗化されて突起１００Ｐが形成された添板１００に、アルミニウムによる金属溶射層（アルミニウム溶射層）２００を形成する。なお、このときアルミナ粒子２１０を混入させながら金属溶射を行なうことで、アルミナ粒子２１０が混入した金属溶射層（アルミニウム溶射層）２００が形成される（図２を参照）。また、添板１００の突起１００Ｐが金属溶射層２００に埋設された状態となる（図４（Ｂ）を参照）。
【００３９】
鉄骨梁１０のフランジ１２、１４及びウエブ１６の夫々の両側面と、鉄骨梁２０のフランジ２２、２４及びウエブ２６の夫々の両側面と、に跨るように添板１００Ａ，１００Ｂを配設する。鉄骨梁１０、２０のフランジ１２、１４のボルト孔１３、２３及び添板１００Ａ，１００Ｂのボルト孔１０２Ａ，１０２Ｂにボルト８０を挿入する。そして、二枚の添板１００Ａ，１００Ｂ間をボルト８０及びナット８２で締め付け、鉄骨梁１０の端部１０Ｔと鉄骨梁２０の端部２０Ｔとを接合する（図１、図２、図３を参照）。
【００４０】
このように二枚の添板１００Ａ，１００Ｂ間をボルト８０及びナット８２を締め込むことによって、添板１００に形成された金属溶射層２００に、鉄骨梁１０、２０の接合面１０Ｓ，２０Ｓに形成された突起１０Ｐ，２０Ｐが貫入する（図４（Ｂ）及び図５（Ａ）を参照）。
【００４１】
＜作用及び効果＞
つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。
【００４２】
本実施形態では、ボルト８０及びナット８２を締め付けることにより、一方の鉄骨梁１０に作用する力が、添板１００を介して摩擦力により他方の鉄骨梁２０に伝達される。なお、同様に他方の鉄骨梁２０に作用する力が、添板１００を介して摩擦力により一方の鉄骨梁１０に伝達される。
【００４３】
よって、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔの接合強度を大きくするためには、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔの接合面１０Ｓ，２０Ｓと添板１００との間の摩擦力を大きくすることが必要とされる。
【００４４】
ここで、本実施形態が適用されていない、つまり金属溶射層に、金属溶射層を構成する金属材料よりも強度が大きい粒子が混入されていない接合構造を比較例として考える。なお、以降の説明に用いる図７及び図８では、図５（Ａ）に対応して鉄骨梁２０のフランジ２２の突起２０Ｐが代表して図示されている。
【００４５】
図７（Ａ）に示すように、金属溶射層８００を構成する金属材料の強度を大きくすると金属溶射層８００のせん断強度が大きくなる、
【００４６】
しかし、金属溶射層８００を構成する金属材料の強度を大きくすると金属溶射層８００の硬度が大きくなり、鉄骨梁１０、２０の接合面１０Ｓ、２０Ｓに形成された突起１０Ｐ、２０Ｐが深く貫入されない。よって、図７（Ｂ）に示すように、突起１０Ｐ、２０Ｐがせん断破壊されやすい。つまり、突起１０Ｐ、２０Ｐのせん断強度が小さくなる。
【００４７】
一方、図８（Ａ）に示すように、金属溶射層８５０を構成する金属材料の硬度を小さくすると、鉄骨梁１０、２０の接合面１０Ｓ，２０Ｓに形成された突起１０Ｐ，２０Ｐが深く貫入されるので、突起１０Ｐ，２０Ｐがせん断破壊されにくくなる。つまり、図７の状態よりも、鉄骨梁１０、２０の突起１０Ｐ，２０Ｐのせん断強度が大きくなる。
【００４８】
しかし、金属溶射層８５０を構成する金属材料の硬度を小さくすると、金属溶射層８５０のせん断強度が小さくなる。つまり、図８（Ｂ）に示すように、金属溶射層８５０は図７に示す金属溶射層８００よりも面Ｋ１でせん断破壊されやすい。
【００４９】
このように、「鉄骨梁の突起のせん断強度を大きくすること」と「金属溶射層のせん断強度を大きくすること」とは、トレードオフの関係にあり、「鉄骨梁の突起のせん断強度」と「金属溶射層のせん断強度」の両方を同時に向上さることは困難とされている。よって、本発明が適用されていない接合構造（比較例）では、鉄骨梁の端部と添板との間に金属溶射層を設けて摩擦力を大きくし、接合強度を大きくすることには限界があると考えられる。
【００５０】
しかし、本実施形態の接合構造では、図４（Ｂ），図５（Ａ）に示すように、前述したように金属溶射層２００は、硬度が小さいアルミニウムで構成されているので、炭素鋼で構成された鉄骨梁１０、２０の接合面１０Ｓ，２０Ｓの突起１０Ｐ，２０Ｐが深く貫入される。
【００５１】
更に、金属溶射層２００には、アルミニウムよりも強度が大きいアルミナ粒子２１０が混入されている。よって、アルミナ粒子２１０が、面Ｋ１に跨るように配設されることで、面Ｋ１でせん断破壊されにくくなる。或いは、せん断破壊されたとしても、面Ｋ２のようにアルミナ粒子２１０を避けるように凹凸のある破断面となるので、せん断変形時の軸力低下が抑制される。つまり、アルミニウムよりも強度が大きいアルミナ粒子２１０を金属溶射層２００に混入することで、金属溶射層２００のせん断強度が向上する。
【００５２】
したがって、本発明が適用されていない比較例の金属溶射層８００、８５０の場合は、トレードオフの関係にあった「鉄骨梁及び添板の突起のせん断強度」と「金属溶射層のせん断強度」との両方が、本発明を適用することで同時に向上する。よって、本発明が適用されていない接合構造と比較し、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔと添板１００との間の摩擦力が大きくなり、その結果、接合強度が大きくなる。また、摩擦力（接合強度）が大きくなるので、ボルト８０の本数の削減や接合面１０Ｓ，２０Ｓの面積を小さくすることもできる。
【００５３】
ここで、材料の硬度（硬さ）を示す指標は種々あるが、本実施形態ではロックウエル硬度（硬さ）を用いている。しかし、ロックウエル硬度（硬さ）以外の指標を用いて比較してもよい。
【００５４】
なお、硬度（硬さ）を表す指標は、ロックウエル硬さ試験（ＪＩＳ Ｚ２２４５）、ブリネル硬さ試験（ＪＩＳ Ｚ２２４３）、ビッカース硬さ試験（ＪＩＳ Ｚ２２４４）、ショア硬さ試験（ＪＩＳ Ｚ２２４６）等により計測できる。これら各試験は、被試験材料に超硬な圧子を押し付けてできるくぼみの大きさの計測（ブリネル、ビッカース、ロックウェル）や、ハンマを落下させてその跳ね上がり高さの計測（ショア）であり、いずれも材料の塑性変形量を間接的に計測することになる。
【００５５】
そして、塑性変形量と硬度には負の相関関係がある。また、一定の応力下では、材料の強度（引張強度または降伏強度）が高いほど塑性変形量は小さくなるので、塑性変形量と強度とには負の相関関係がある。
【００５６】
したがって、硬度と強度は正の相関関係がある。つまり、硬度が小さければ強度は小さくなる傾向にあり、硬度が大きければ強度は大きくなる傾向にある。
【００５７】
なお、一例として、ＳＡＥ(米国自動車技術者協会)規格における硬度と強度の換算表（ＳＡＥ Ｊ４１７）があり、これにより、夫々の指標の硬度を強度に換算することができる。
【００５８】
このように、せん断強度を上げるため金属溶射層を構成する金属材料の強度を大きくすると金属溶射層の硬度が大きくなって突起が貫入しにくくなり、突起を貫入し易くるため金属溶射層を構成する金属材料の硬度を小さくすると金属溶射層のせん断強度が小さくなる。
【００５９】
しかし、上述したように、金属溶射層２００は硬度が小さいアルミニウムで構成されていても、アルミニウムよりも強度が大きいアルミナ粒子２１０が混入されているので、金属溶射層２００のせん断強度が大きくなる。
【００６０】
ここで、金属溶射層２００（アルミニウム溶射層）は、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔ及び添板１００よりも硬度が小さく剛性が低い低剛性層となる。このように、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔと添板１００との間に低剛性層である金属溶射層２００（アルミニウム溶射層）を形成することで、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔと添板１００との間の面圧が低下すると共に、面圧が生じる領域が広くなる。これにより、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔと添板１００との間との摩擦抵抗が増大し、すべり耐力が増大する。よって、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔと添板１００との接合強度が向上する。
【００６１】
なお、金属溶射層２００（アルミニウム溶射層）等の低剛性層を添板１００とボルト８０の頭部及びナット８２（又はワッシャ８３）との間に設けても、面圧が生じる領域が広くなり、すべり耐力が増大し、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔと添板１００との接合強度が向上する。
【００６２】
＜金属溶射層のバリエーション＞
つぎに、金属溶射層の他の例について説明する。
【００６３】
本実施形態では、添板１００側に金属溶射層２００を形成したが、鉄骨梁１０、２０側に金属溶射層２００を形成してもよい。
【００６４】
また、添板１００と鉄骨梁１０、２０との両方に金属溶射層２００を形成してもよい。なお、この場合、金属溶射層２００の表面同士を合わせる構成となる。そして、添板１００の突起１００Ｐと鉄骨梁１０、２０の突起１０Ｐ，２０Ｐの両方共が金属溶射層２００に予め埋設した状態となる。つまり、ボルト８０を締め付けによって突起１０Ｐ，２０Ｐ，１００Ｐが貫入される構成ではない。
【００６５】
よって、つぎに、このように添板１００と鉄骨梁１０、２０との両方に金属溶射層を形成し、金属溶射層の表面同士を合わせる構成の場合における金属溶射層の強度（硬度）について説明する。
【００６６】
前述したように、添板１００と鉄骨梁１０、２０との両方に金属溶射層を形成すると、金属溶射層の硬度（強度）に関係なく、添板１００の突起１００Ｐと鉄骨梁１０、２０の突起１０Ｐ，２０Ｐの両方ともが深く金属溶射層に埋設した状態となる。
【００６７】
しかし、金属溶射層のせん断強度を大きくするため、突起１０Ｐ、２０Ｐ，１００Ｐ（添板１００及び鉄骨梁１０、２０）よりも硬度（強度）の大きい硬い金属材料で金属溶射層を構成すると、金属溶射層の表面の凹凸の形状が摩擦力に大きく影響し、この摩擦力が支配的となる（厳密には表面粗さが関わる）。よって、金属溶射層を形成することによる摩擦力の向上に殆ど繋がらないと考えられる。
【００６８】
これに対して、突起１０Ｐ、２０Ｐ，１００Ｐ（添板１００及び鉄骨梁１０、２０）よりも硬度（強度）の小さい軟らかい金属材料で金属溶射層２００を構成すると、金属溶射層２００の表面の凹凸を無視することができる。よって、金属溶射層２００を形成することによる摩擦力の向上に繋がる。
【００６９】
つまり、添板１００と鉄骨梁１０、２０との両方に金属溶射層２００もおいても、突起１０Ｐ、２０Ｐ，１００Ｐ（添板１００及び鉄骨梁１０、２０）よりも硬度（強度）の小さい軟らかい金属材料で金属溶射層２００を構成し、且つ、金属溶射層２００の中に強度の大きいアルミナ粒子２１０を混入させることで、摩擦力を大きくすることができる。
【００７０】
＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００７１】
例えば、本実施形態では、添板１００及び鉄骨梁１０、２０のいずれか一方又は両方にアルミナ粒子２１０が混入した金属溶射層２００を形成することで、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔの接合面１２Ｓ，２２Ｓと、添板１００と、の間に、金属溶射層２００を設けたが、これに限定されない。
【００７２】
例えば、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔの接合面１２Ｓ，２２Ｓと、添板１００と、の間に、アルミナ粒子２１０が混入したアルミニウム板３００（図６（Ｂ）を参照）を挟みボルト締結する構成であってよい。
【００７３】
なお、アルミナ粒子２１０が混入したアルミニウム板３００の製造方法はどのような方法であってもよい。例えば、図６（Ａ）に示すように、二枚のアルミニウム板３０２、３０４の間にアルミナ粒子２１０を挟んだ状態で、図６（Ｂ）に示すようにローラ対３５０で圧延して、アルミニウム板３００を製造することができる。
【００７４】
また、金属溶射やアルミニウム板を挟む構成以外の方法で、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔの接合面１２Ｓ，２２Ｓと、添板１００と、の間に、アルミナ粒子２１０が混入した金属層（中間層）を設けてもよい。
【００７５】
また、上記実施施形態では、鉄骨梁１０、２０及び添板１００は炭素鋼で構成され、金属層（中間層）はアルミニウムを主成分とされ、金属層（中間層）に混入されている粒子はアルミナ粒子２１０とされていたが、これに限定されない。
【００７６】
例えば、鋼材（鉄骨梁１０、２０）は炭素鋼以外の金属材料で構成されていてもよい。同様に添板１００も炭素鋼以外の金属材料で構成されていてもよい。
【００７７】
また、金属層（中間層）はアルミニウム以外の金属材料で構成されていてもよい。更に、金属以外の材料で中間層が構成されていてもよい。例えば、セラミック溶射によるセラミック溶射層であってもよい。
【００７８】
また、中間層には、アルミナ粒子以外の金属粒子を混入してもよい。或いは、金属材料以外の粒子、例えば、セラミック粒子を混入してもよい。また、粒子でなく、図５（Ｂ）に示すように繊維２１２を混入させてもよい。繊維２１２は、金属繊維、カーボン繊維、ナノチューブ等を用いることができる。また、粒子と繊維の両方を金属層（中間層）に混入してもよい。
【００７９】
要は、鋼材及び添板よりも硬度が小さい第一の材料で構成された中間層を鋼材と添板との間に設けると共に、この中間層に第一の材料よりも強度が大きい第二の材料で構成された粒子及び繊維の少なくとも一方を混入した構成であればよい。
【００８０】
別の観点から説明すると、鋼材及び添板よりも硬度が小さい（軟らかい）第一の材料で構成された中間層を鋼材と添板との間に設けると共に、この中間層のせん断強度を大きくさせる第二の材料で構成された粒子及び繊維の少なくとも一方を中間層に混入した構成でとされている。或いは、中間層を構成する第一の材料よりも硬度が大きい（硬い）第二の材料で構成された粒子及び繊維の少なくとも一方を中間層に混入した構成とされている。
【００８１】
なお、中間層を構成する第一の材料の種類及び中間層に混入させる第二の材料の種類、また、第二の材料の大きさや混入させる量（混入比）等は、接合する鋼材や添板の材質、接合面の面積、突起の大きさや形状等、及び必要とされる接合強度等、に応じて適宜設定すればよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、鉄骨梁の端部同士の接合部位に本発明の接合構造を適用したが、これに限定されない。
【００８３】
例えば、Ｈ形鋼以外の形鋼（例えば、溝形鋼や鋼管等）や他の鋼材の接合部位に本発明の接合構造を適用してもよい。また、梁以外の接合部位にも本発明を適用することができる。例えば、鉄骨柱の外周に上下２枚のダイアフラムを溶接し、このダイアフラムに鉄骨梁端部を接合する外ダイアフラム構造にも本発明を適用することができる。
【００８４】
また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８５】
１０ 鉄骨梁（鋼材）
１０Ｔ 端部
２０ 鉄骨梁（鋼材）
２０Ｔ 端部
８０ ボルト
８２ ナット
１００Ａ 添板
１００Ｂ 添板
２００ 金属溶射層（中間層）
２１０ アルミナ粒子（粒子）
２１２ 繊維
３００ アルミニウム板（中間層、金属板）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材の端部同士を接合する構造では、接合される二つの鋼材の端部の両側から添板を挟み、端部と添板とをボルトによって締結する接合構造が知られている。このようなボルト締結による鋼材の接合構造では、ボルトを締め付けることにより一方の鋼材に作用する力は、添板を介して摩擦力により他方の鋼材に伝達される。このため、鋼材の端部と添板との間の摩擦力が小さいと滑りを生じ、剛構造を維持できなくなる。
【０００３】
よって、鋼材の端部と添板との間に金属溶射層を設けることで摩擦力を大きくした鋼材の接合構造が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２７２３２３号公報
【特許文献２】特開２００１−３２３３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、鋼材の端部と添板との間に金属溶射層を設けて摩擦力を大きくすることには限界がある。よって、鋼材の端部と添板との間の摩擦力を更に大きくすることが望まれている。
【０００６】
よって、本発明は、上記を考慮し、鋼材の端部と添板との間の摩擦力を大きくすることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、複数の鋼材の端部の両側から添板で挟みボルトで締結することで、一方の鋼材と他方の鋼材とを接合する鋼材の接合構造であって、前記鋼材の前記端部と前記添板との間に設けられ、前記鋼材及び前記添板よりも硬度が小さい第一の材料で構成された中間層と、前記中間層に混入され、前記中間層を構成する前記第一の材料よりも強度が大きい第二の材料で構成された粒子及び繊維の少なくとも一方と、を備える。
【０００８】
請求項１の発明では、一方の鋼材に作用する力は添板を介して摩擦力により他方の鋼材に伝達される。そして、中間層を構成する第一の材料よりも強度が大きい第二の材料で構成された粒子及び繊維の少なくとも一方が、中間層に混入することで、中間層のせん断強度が大きくなる。
【０００９】
したがって、第二の材料で構成された粒子又は繊維が中間層に混入されていない構成と比較し、鋼材の端部と添板との間の摩擦力が大きくなり、その結果、接合強度が大きくなる。
【００１０】
請求項２の発明は、前記中間層は、前記鋼材及び前記添板の少なくとも一方に金属溶射によって形成された前記粒子及び前記繊維の少なくとも一方が混入した金属溶射層で構成されている。
【００１１】
請求項２の発明は、鋼材の端部と添板との間に、粒子及び繊維の少なくとも一方が混入した中間層（金属溶射層）を容易に設けられる。
【００１２】
なお、鋼材及び添板のいずれか一方に金属溶射層（中間層）を形成する構成の場合、金属溶射層（中間層）は鋼材及び添板よりも硬度が小さい第一の材料で構成されているので、金属溶射層（中間層）が形成されていない鋼材及び添板のいずれか他方の接合面の突起は、金属溶射層（中間層）に深く貫入する。よって、鋼材の突起及び添板の突起のせん断強度が大きくなる。
【００１３】
したがって、「鋼材及び添板の突起のせん断強度」と「金属層のせん断強度」との両方が向上する。よって、鋼材の端部と添板との間の摩擦力が大きくなり、その結果、接合強度が大きくなる。
【００１４】
請求項３の発明は、前記中間層は、前記鋼材と前記添板との間に挟まれた前記粒子及び前記繊維の少なくとも一方が混入した金属板で構成されている。
【００１５】
請求項３の発明では、粒子及び繊維の少なくとも一方が混入した金属板を、鋼材の端部と添板との間に挟むことで容易に中間層が設けられる。
【００１６】
なお、金属板（中間層）は鋼材及び添板よりも硬度が小さい第一の材料で構成されているので、鋼材の接合面及び添板の接合面の突起は、金属板（中間層）に深く貫入する。よって、鋼材の突起及び添板の突起のせん断強度が大きくなる。
【００１７】
したがって、「鋼材及び添板の突起のせん断強度」と「金属層のせん断強度」との両方が向上する。よって、鋼材の端部と添板との間の摩擦力が大きくなり、その結果、接合強度が大きくなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、第一の材料よりも強度が大きい第二の材料で構成された粒子又は繊維が中間層に混入していない構成と比較し、鋼材の端部と添板との間の摩擦力を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋼材の接合構造が適用されて接合された鉄骨梁の端部同士の接合部位を示す斜視図である
【図２】本発明の一実施形態に係る鋼材の接合構造が適用されて接合された鉄骨梁の端部のフランジ同士の接合部位を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る鋼材の接合構造が適用されて接合された鉄骨梁の端部のフランジ同士の接合部位を示す縦断面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の一実施形態に係る鋼材の接合構造が適用されて接合された鉄骨梁の端部のフランジ同士の接合部位を示す縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ部の拡大図である。
【図５】（Ａ）は図４（Ｂ）を模式的に示す模式図であり、（Ｂ）は繊維が混入した金属層を示す模式図である。
【図６】アルミナ粒子が混入したアルミニウム板を製造する方法を示す説明図である。
【図７】（Ａ）は本発明が適用されていない接合構造の第一の比較例を示す図５に対応する模式図であり、（Ｂ）は突起がせん断破壊された状態の模式図である。
【図８】（Ａ）は本発明が適用されていない接合構造の第二の比較例を示す図５に対応する模式図であり、（Ｂ）は金属溶射層がせん断破壊された状態の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１〜図６を用いて、本発明の一実施形態に係る鋼材の接合構造が適用された鉄骨梁の端部同士の接合について説明する。なお、各図において、鉄骨梁の長手方向をＸ方向として、鉛直方向をＺ方向とする。また、Ｘ方向とＺ方向と直交する方向をＹ方向とする。
【００２１】
＜鉄骨梁の端部同士の接合部位の全体構造＞
まず、本発明に係る鋼材の接合構造によって接合された鉄骨梁同士が接合された接合部位の全体構造について説明する。
【００２２】
図１に示すように、鋼材の一例としての鉄骨梁１０の端部１０Ｔと、鋼材の一例としての鉄骨梁２０の端部２０Ｔとが、添板１００Ａ，１００Ｂ及び添板１００Ｃを介して接合されている。なお、以降、添板１００Ａ，１００Ｂ、１００Ｃを区別する必要がない場合は、Ａ，Ｂ、Ｃを省略し、添板１００と記す場合がある。
【００２３】
本施形態では、鉄骨梁１０は、フランジ１２、１４とウエブ１６とで構成されたＨ形鋼とされている。同様に鉄骨梁２０は、フランジ２２、２４とウエブ２６とで構成されたＨ形鋼とされている。なお、本実施形態においては、鉄骨梁１０と鉄骨梁２０とは同じ構造である。
【００２４】
鉄骨梁１０のフランジ１２、１４及びウエブ１６の夫々の両側面に添板１００Ａ，１００Ｂ、１００Ｃが配設され、鉄骨梁２０のフランジ２２、２４及びウエブ２６の夫々の両側面に添板１００Ａ，１００Ｂ、１００Ｃが配設されている。つまり、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔを跨って添板１００Ａ，１００Ｂ及び二枚の添板１００Ｃが配設されている。
【００２５】
そして、添板１００Ａ，１００Ｂ間と二枚の添板１００Ｃ間とを、夫々ボルト８０及びナット８２で締め付けることで、鉄骨梁１０の端部１０Ｔと鉄骨梁２０の端部２０Ｔとが接合されている。なお、本実施形態では、ボルト８０及びナット８２と添板１００との間にはワッシャー８３が挟まれて締結されている（図２と図３も参照）。
【００２６】
また、本実施形態においては、高力ボルトあるいは溶融亜鉛めっきしたボルト８０とされると共に、高力ボルト接合（高力ボルト摩擦接合）とされている。
【００２７】
本実施形態においては、添板１００Ａ，１００Ｂ及び二枚の添板１００Ｃによって挟まれてボルト締結された部位は、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔにおけるフランジ１２、２２の接合部位、フランジ１４、２４の接合部位、及びウエブ１６、２６の接合部位の３つの接合部位がある。しかし、三つの接合部位は、いずれも略同様の構造であるので、以降の説明では、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔにおけるフランジ１２、２２の接合部位を代表して説明する。
【００２８】
＜鉄骨梁の端部同士の接合構造＞
つぎに、本発明の鋼材の接合構造によって接合された鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔ同士（フランジ１２、２２の接合部位）の接合構造について説明する
【００２９】
図２及び図３に示すように、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔのフランジ１２、１４には、ボルト８０が挿入されるボルト孔１３、２３が形成されている。また、添板１００Ａ，１００Ｂにも、ボルト８０が挿入されるボルト孔１０２Ａ，１０２Ｂが形成されている。
【００３０】
また、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔのフランジ１２、１４における添板１００Ａ，１００Ｂで接合される領域を接合面１２Ｓ，２２Ｓとする。なお、他の部位における接合面も符号の後に適宜Ｓをつけて説明する。
【００３１】
鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔの接合面１２Ｓ，２２Ｓと、添板１００と、の間には、中間層の一例としての金属溶射層２００が設けられている（図４も参照）。
【００３２】
鉄骨梁２０の端部２０Ｔのフランジ２２の接合面２２Ｓの突起２２Ｐと、添板１００Ｂの表面の突起１００Ｐと、が金属溶射層２００の中に埋設又は貫入されている。また、以降、他の部位の突起も符号の後に適宜Ｐをつける。本実施形態では、金属溶射層２００を構成する材料（主成分）はアルミニウムとされている。更に、図４（Ｂ）に示すように、金属溶射層２００の中にはアルミナ粒子２１０が混入されている（図５（Ａ）も参照）。
【００３３】
なお、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＢ部を拡大した図である。つまり、鉄骨梁２０の端部２０Ｔのフランジ２２の接合面２２Ｓと、下側の添板１００Ｂと、の接合部位の拡大図である。しかし、他の接合部位、例えば、鉄骨梁２０の端部２０Ｔのフランジ２２との添板１００Ａとの接合部位や、鉄骨梁１０の端部１０Ｔのフランジ１２との添板１００Ａとの接合部位（図３参照）も同様であるので、説明を省略する。
【００３４】
ここで、本実施形態においては、鉄骨梁１０、２０を構成する金属材料は炭素鋼とされ、添板１００を構成する金属材料も炭素鋼とされている。そして、前述したように金属溶射層２００は、アルミニウムを主成分とするアルミニウム溶射層とされ、この中にアルミナ粒子２１０が混入されている。
【００３５】
本実施形態における鉄骨梁１０、２０及び添板１００を構成する炭素鋼の硬度よりも、金属溶射層（アルミニウム溶射層）２００の主成分であるアルミニウムの硬度の方が小さい。また、金属溶射層（アルミニウム溶射層）２００に混入されているアルミナ粒子２１０は、アルミニウムよりも強度が大きい。なお、硬度及び強度についての詳細は後述する。
【００３６】
＜施工工程＞
つぎに、本実施形態の施工工程について説明する。
【００３７】
接合前の鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ、２０Ｔの接合面１０Ｓ，２０Ｓと、添板１００の表面と、に赤錆やブラスト処理を施す。これにより、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔの接合面１０Ｓ，２０Ｓと、添板１００と表面と、が粗化される。そして、粗化されることにより突起１０Ｐ，２０Ｐ、１００Ｐが形成される。なお、粗化されることによって形成された凹凸の凸が、突起１０Ｐ，２０Ｐ、１００Ｐである。
【００３８】
つぎに、赤錆やブラスト処理によって粗化されて突起１００Ｐが形成された添板１００に、アルミニウムによる金属溶射層（アルミニウム溶射層）２００を形成する。なお、このときアルミナ粒子２１０を混入させながら金属溶射を行なうことで、アルミナ粒子２１０が混入した金属溶射層（アルミニウム溶射層）２００が形成される（図２を参照）。また、添板１００の突起１００Ｐが金属溶射層２００に埋設された状態となる（図４（Ｂ）を参照）。
【００３９】
鉄骨梁１０のフランジ１２、１４及びウエブ１６の夫々の両側面と、鉄骨梁２０のフランジ２２、２４及びウエブ２６の夫々の両側面と、に跨るように添板１００Ａ，１００Ｂを配設する。鉄骨梁１０、２０のフランジ１２、１４のボルト孔１３、２３及び添板１００Ａ，１００Ｂのボルト孔１０２Ａ，１０２Ｂにボルト８０を挿入する。そして、二枚の添板１００Ａ，１００Ｂ間をボルト８０及びナット８２で締め付け、鉄骨梁１０の端部１０Ｔと鉄骨梁２０の端部２０Ｔとを接合する（図１、図２、図３を参照）。
【００４０】
このように二枚の添板１００Ａ，１００Ｂ間をボルト８０及びナット８２を締め込むことによって、添板１００に形成された金属溶射層２００に、鉄骨梁１０、２０の接合面１０Ｓ，２０Ｓに形成された突起１０Ｐ，２０Ｐが貫入する（図４（Ｂ）及び図５（Ａ）を参照）。
【００４１】
＜作用及び効果＞
つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。
【００４２】
本実施形態では、ボルト８０及びナット８２を締め付けることにより、一方の鉄骨梁１０に作用する力が、添板１００を介して摩擦力により他方の鉄骨梁２０に伝達される。なお、同様に他方の鉄骨梁２０に作用する力が、添板１００を介して摩擦力により一方の鉄骨梁１０に伝達される。
【００４３】
よって、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔの接合強度を大きくするためには、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔの接合面１０Ｓ，２０Ｓと添板１００との間の摩擦力を大きくすることが必要とされる。
【００４４】
ここで、本実施形態が適用されていない、つまり金属溶射層に、金属溶射層を構成する金属材料よりも強度が大きい粒子が混入されていない接合構造を比較例として考える。なお、以降の説明に用いる図７及び図８では、図５（Ａ）に対応して鉄骨梁２０のフランジ２２の突起２０Ｐが代表して図示されている。
【００４５】
図７（Ａ）に示すように、金属溶射層８００を構成する金属材料の強度を大きくすると金属溶射層８００のせん断強度が大きくなる、
【００４６】
しかし、金属溶射層８００を構成する金属材料の強度を大きくすると金属溶射層８００の硬度が大きくなり、鉄骨梁１０、２０の接合面１０Ｓ、２０Ｓに形成された突起１０Ｐ、２０Ｐが深く貫入されない。よって、図７（Ｂ）に示すように、突起１０Ｐ、２０Ｐがせん断破壊されやすい。つまり、突起１０Ｐ、２０Ｐのせん断強度が小さくなる。
【００４７】
一方、図８（Ａ）に示すように、金属溶射層８５０を構成する金属材料の硬度を小さくすると、鉄骨梁１０、２０の接合面１０Ｓ，２０Ｓに形成された突起１０Ｐ，２０Ｐが深く貫入されるので、突起１０Ｐ，２０Ｐがせん断破壊されにくくなる。つまり、図７の状態よりも、鉄骨梁１０、２０の突起１０Ｐ，２０Ｐのせん断強度が大きくなる。
【００４８】
しかし、金属溶射層８５０を構成する金属材料の硬度を小さくすると、金属溶射層８５０のせん断強度が小さくなる。つまり、図８（Ｂ）に示すように、金属溶射層８５０は図７に示す金属溶射層８００よりも面Ｋ１でせん断破壊されやすい。
【００４９】
このように、「鉄骨梁の突起のせん断強度を大きくすること」と「金属溶射層のせん断強度を大きくすること」とは、トレードオフの関係にあり、「鉄骨梁の突起のせん断強度」と「金属溶射層のせん断強度」の両方を同時に向上さることは困難とされている。よって、本発明が適用されていない接合構造（比較例）では、鉄骨梁の端部と添板との間に金属溶射層を設けて摩擦力を大きくし、接合強度を大きくすることには限界があると考えられる。
【００５０】
しかし、本実施形態の接合構造では、図４（Ｂ），図５（Ａ）に示すように、前述したように金属溶射層２００は、硬度が小さいアルミニウムで構成されているので、炭素鋼で構成された鉄骨梁１０、２０の接合面１０Ｓ，２０Ｓの突起１０Ｐ，２０Ｐが深く貫入される。
【００５１】
更に、金属溶射層２００には、アルミニウムよりも強度が大きいアルミナ粒子２１０が混入されている。よって、アルミナ粒子２１０が、面Ｋ１に跨るように配設されることで、面Ｋ１でせん断破壊されにくくなる。或いは、せん断破壊されたとしても、面Ｋ２のようにアルミナ粒子２１０を避けるように凹凸のある破断面となるので、せん断変形時の軸力低下が抑制される。つまり、アルミニウムよりも強度が大きいアルミナ粒子２１０を金属溶射層２００に混入することで、金属溶射層２００のせん断強度が向上する。
【００５２】
したがって、本発明が適用されていない比較例の金属溶射層８００、８５０の場合は、トレードオフの関係にあった「鉄骨梁及び添板の突起のせん断強度」と「金属溶射層のせん断強度」との両方が、本発明を適用することで同時に向上する。よって、本発明が適用されていない接合構造と比較し、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔと添板１００との間の摩擦力が大きくなり、その結果、接合強度が大きくなる。また、摩擦力（接合強度）が大きくなるので、ボルト８０の本数の削減や接合面１０Ｓ，２０Ｓの面積を小さくすることもできる。
【００５３】
ここで、材料の硬度（硬さ）を示す指標は種々あるが、本実施形態ではロックウエル硬度（硬さ）を用いている。しかし、ロックウエル硬度（硬さ）以外の指標を用いて比較してもよい。
【００５４】
なお、硬度（硬さ）を表す指標は、ロックウエル硬さ試験（ＪＩＳ Ｚ２２４５）、ブリネル硬さ試験（ＪＩＳ Ｚ２２４３）、ビッカース硬さ試験（ＪＩＳ Ｚ２２４４）、ショア硬さ試験（ＪＩＳ Ｚ２２４６）等により計測できる。これら各試験は、被試験材料に超硬な圧子を押し付けてできるくぼみの大きさの計測（ブリネル、ビッカース、ロックウェル）や、ハンマを落下させてその跳ね上がり高さの計測（ショア）であり、いずれも材料の塑性変形量を間接的に計測することになる。
【００５５】
そして、塑性変形量と硬度には負の相関関係がある。また、一定の応力下では、材料の強度（引張強度または降伏強度）が高いほど塑性変形量は小さくなるので、塑性変形量と強度とには負の相関関係がある。
【００５６】
したがって、硬度と強度は正の相関関係がある。つまり、硬度が小さければ強度は小さくなる傾向にあり、硬度が大きければ強度は大きくなる傾向にある。
【００５７】
なお、一例として、ＳＡＥ(米国自動車技術者協会)規格における硬度と強度の換算表（ＳＡＥ Ｊ４１７）があり、これにより、夫々の指標の硬度を強度に換算することができる。
【００５８】
このように、せん断強度を上げるため金属溶射層を構成する金属材料の強度を大きくすると金属溶射層の硬度が大きくなって突起が貫入しにくくなり、突起を貫入し易くるため金属溶射層を構成する金属材料の硬度を小さくすると金属溶射層のせん断強度が小さくなる。
【００５９】
しかし、上述したように、金属溶射層２００は硬度が小さいアルミニウムで構成されていても、アルミニウムよりも強度が大きいアルミナ粒子２１０が混入されているので、金属溶射層２００のせん断強度が大きくなる。
【００６０】
ここで、金属溶射層２００（アルミニウム溶射層）は、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔ及び添板１００よりも硬度が小さく剛性が低い低剛性層となる。このように、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔと添板１００との間に低剛性層である金属溶射層２００（アルミニウム溶射層）を形成することで、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔと添板１００との間の面圧が低下すると共に、面圧が生じる領域が広くなる。これにより、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔと添板１００との間との摩擦抵抗が増大し、すべり耐力が増大する。よって、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔと添板１００との接合強度が向上する。
【００６１】
なお、金属溶射層２００（アルミニウム溶射層）等の低剛性層を添板１００とボルト８０の頭部及びナット８２（又はワッシャ８３）との間に設けても、面圧が生じる領域が広くなり、すべり耐力が増大し、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔと添板１００との接合強度が向上する。
【００６２】
＜金属溶射層のバリエーション＞
つぎに、金属溶射層の他の例について説明する。
【００６３】
本実施形態では、添板１００側に金属溶射層２００を形成したが、鉄骨梁１０、２０側に金属溶射層２００を形成してもよい。
【００６４】
また、添板１００と鉄骨梁１０、２０との両方に金属溶射層２００を形成してもよい。なお、この場合、金属溶射層２００の表面同士を合わせる構成となる。そして、添板１００の突起１００Ｐと鉄骨梁１０、２０の突起１０Ｐ，２０Ｐの両方共が金属溶射層２００に予め埋設した状態となる。つまり、ボルト８０を締め付けによって突起１０Ｐ，２０Ｐ，１００Ｐが貫入される構成ではない。
【００６５】
よって、つぎに、このように添板１００と鉄骨梁１０、２０との両方に金属溶射層を形成し、金属溶射層の表面同士を合わせる構成の場合における金属溶射層の強度（硬度）について説明する。
【００６６】
前述したように、添板１００と鉄骨梁１０、２０との両方に金属溶射層を形成すると、金属溶射層の硬度（強度）に関係なく、添板１００の突起１００Ｐと鉄骨梁１０、２０の突起１０Ｐ，２０Ｐの両方ともが深く金属溶射層に埋設した状態となる。
【００６７】
しかし、金属溶射層のせん断強度を大きくするため、突起１０Ｐ、２０Ｐ，１００Ｐ（添板１００及び鉄骨梁１０、２０）よりも硬度（強度）の大きい硬い金属材料で金属溶射層を構成すると、金属溶射層の表面の凹凸の形状が摩擦力に大きく影響し、この摩擦力が支配的となる（厳密には表面粗さが関わる）。よって、金属溶射層を形成することによる摩擦力の向上に殆ど繋がらないと考えられる。
【００６８】
これに対して、突起１０Ｐ、２０Ｐ，１００Ｐ（添板１００及び鉄骨梁１０、２０）よりも硬度（強度）の小さい軟らかい金属材料で金属溶射層２００を構成すると、金属溶射層２００の表面の凹凸を無視することができる。よって、金属溶射層２００を形成することによる摩擦力の向上に繋がる。
【００６９】
つまり、添板１００と鉄骨梁１０、２０との両方に金属溶射層２００もおいても、突起１０Ｐ、２０Ｐ，１００Ｐ（添板１００及び鉄骨梁１０、２０）よりも硬度（強度）の小さい軟らかい金属材料で金属溶射層２００を構成し、且つ、金属溶射層２００の中に強度の大きいアルミナ粒子２１０を混入させることで、摩擦力を大きくすることができる。
【００７０】
＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００７１】
例えば、本実施形態では、添板１００及び鉄骨梁１０、２０のいずれか一方又は両方にアルミナ粒子２１０が混入した金属溶射層２００を形成することで、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔの接合面１２Ｓ，２２Ｓと、添板１００と、の間に、金属溶射層２００を設けたが、これに限定されない。
【００７２】
例えば、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔの接合面１２Ｓ，２２Ｓと、添板１００と、の間に、アルミナ粒子２１０が混入したアルミニウム板３００（図６（Ｂ）を参照）を挟みボルト締結する構成であってよい。
【００７３】
なお、アルミナ粒子２１０が混入したアルミニウム板３００の製造方法はどのような方法であってもよい。例えば、図６（Ａ）に示すように、二枚のアルミニウム板３０２、３０４の間にアルミナ粒子２１０を挟んだ状態で、図６（Ｂ）に示すようにローラ対３５０で圧延して、アルミニウム板３００を製造することができる。
【００７４】
また、金属溶射やアルミニウム板を挟む構成以外の方法で、鉄骨梁１０、２０の端部１０Ｔ，２０Ｔの接合面１２Ｓ，２２Ｓと、添板１００と、の間に、アルミナ粒子２１０が混入した金属層（中間層）を設けてもよい。
【００７５】
また、上記実施施形態では、鉄骨梁１０、２０及び添板１００は炭素鋼で構成され、金属層（中間層）はアルミニウムを主成分とされ、金属層（中間層）に混入されている粒子はアルミナ粒子２１０とされていたが、これに限定されない。
【００７６】
例えば、鋼材（鉄骨梁１０、２０）は炭素鋼以外の金属材料で構成されていてもよい。同様に添板１００も炭素鋼以外の金属材料で構成されていてもよい。
【００７７】
また、金属層（中間層）はアルミニウム以外の金属材料で構成されていてもよい。更に、金属以外の材料で中間層が構成されていてもよい。例えば、セラミック溶射によるセラミック溶射層であってもよい。
【００７８】
また、中間層には、アルミナ粒子以外の金属粒子を混入してもよい。或いは、金属材料以外の粒子、例えば、セラミック粒子を混入してもよい。また、粒子でなく、図５（Ｂ）に示すように繊維２１２を混入させてもよい。繊維２１２は、金属繊維、カーボン繊維、ナノチューブ等を用いることができる。また、粒子と繊維の両方を金属層（中間層）に混入してもよい。
【００７９】
要は、鋼材及び添板よりも硬度が小さい第一の材料で構成された中間層を鋼材と添板との間に設けると共に、この中間層に第一の材料よりも強度が大きい第二の材料で構成された粒子及び繊維の少なくとも一方を混入した構成であればよい。
【００８０】
別の観点から説明すると、鋼材及び添板よりも硬度が小さい（軟らかい）第一の材料で構成された中間層を鋼材と添板との間に設けると共に、この中間層のせん断強度を大きくさせる第二の材料で構成された粒子及び繊維の少なくとも一方を中間層に混入した構成でとされている。或いは、中間層を構成する第一の材料よりも硬度が大きい（硬い）第二の材料で構成された粒子及び繊維の少なくとも一方を中間層に混入した構成とされている。
【００８１】
なお、中間層を構成する第一の材料の種類及び中間層に混入させる第二の材料の種類、また、第二の材料の大きさや混入させる量（混入比）等は、接合する鋼材や添板の材質、接合面の面積、突起の大きさや形状等、及び必要とされる接合強度等、に応じて適宜設定すればよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、鉄骨梁の端部同士の接合部位に本発明の接合構造を適用したが、これに限定されない。
【００８３】
例えば、Ｈ形鋼以外の形鋼（例えば、溝形鋼や鋼管等）や他の鋼材の接合部位に本発明の接合構造を適用してもよい。また、梁以外の接合部位にも本発明を適用することができる。例えば、鉄骨柱の外周に上下２枚のダイアフラムを溶接し、このダイアフラムに鉄骨梁端部を接合する外ダイアフラム構造にも本発明を適用することができる。
【００８４】
また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８５】
１０ 鉄骨梁（鋼材）
１０Ｔ 端部
２０ 鉄骨梁（鋼材）
２０Ｔ 端部
８０ ボルト
８２ ナット
１００Ａ 添板
１００Ｂ 添板
２００ 金属溶射層（中間層）
２１０ アルミナ粒子（粒子）
２１２ 繊維
３００ アルミニウム板（中間層、金属板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鋼材の端部の両側から添板で挟みボルトで締結することで、一方の鋼材と他方の鋼材とを接合する鋼材の接合構造であって、
前記鋼材の前記端部と前記添板との間に設けられ、前記鋼材及び前記添板よりも硬度が小さい第一の材料で構成された中間層と、
前記中間層に混入され、前記中間層を構成する前記第一の材料よりも強度が大きい第二の材料で構成された粒子及び繊維の少なくとも一方と、
を備える鋼材の接合構造。
【請求項２】
前記中間層は、前記鋼材及び前記添板の少なくとも一方に金属溶射によって形成された前記粒子及び前記繊維の少なくとも一方が混入した金属溶射層で構成されている請求項１に記載の鋼材の接合構造。
【請求項３】
前記中間層は、前記鋼材と前記添板との間に挟まれた前記粒子及び前記繊維の少なくとも一方が混入した金属板で構成されている請求項１又は請求項２に記載の鋼材の接合構造。
【請求項１】
複数の鋼材の端部の両側から添板で挟みボルトで締結することで、一方の鋼材と他方の鋼材とを接合する鋼材の接合構造であって、
前記鋼材の前記端部と前記添板との間に設けられ、前記鋼材及び前記添板よりも硬度が小さい第一の材料で構成された中間層と、
前記中間層に混入され、前記中間層を構成する前記第一の材料よりも強度が大きい第二の材料で構成された粒子及び繊維の少なくとも一方と、
を備える鋼材の接合構造。
【請求項２】
前記中間層は、前記鋼材及び前記添板の少なくとも一方に金属溶射によって形成された前記粒子及び前記繊維の少なくとも一方が混入した金属溶射層で構成されている請求項１に記載の鋼材の接合構造。
【請求項３】
前記中間層は、前記鋼材と前記添板との間に挟まれた前記粒子及び前記繊維の少なくとも一方が混入した金属板で構成されている請求項１又は請求項２に記載の鋼材の接合構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１２７１６４（Ｐ２０１２−１２７１６４Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８２１８０（Ｐ２０１０−２８２１８０）
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１７日（２０１０．１２．１７）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
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