高力ボルト接合構造

【課題】小型で低コストの高力ボルト接合構造を提供する。
【解決手段】高力ボルト接合構造１は梁３ａ、３ｂに架け渡され梁３ａ、３ｂを挟むようにして設けられる複数の接合板と、接合板と梁３ａ、３ｂとを貫通して締結する複数の高力ボルトとを有し、高力ボルトの締付力によって接合板と梁３ａ、３ｂとの間に発生する抵抗力により梁３ａ、３ｂを接合している。
ここで、接合板の梁３ａ、３ｂと接する面には複数の突起９ａが設けられており、突起９ａが梁３ａ、３ｂの表面にくい込むことにより、抵抗力を発生させている。
突起９ａは、錐体状でその底面が凹多角形状をしており、高さと幅が等しく、底面の形状が凸多角形の突起と比べてより大きな抵抗力を得ることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高力ボルト接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、梁、柱、筋違等の建築構造物の接続方法としては、高力ボルトを使用した摩擦接合が用いられている。
【０００３】
摩擦接合とはボルトに軸力を導入して接合部材を締め付け、部材間に発生する摩擦力によって部材同士を接続する方法である。
【０００４】
一方、摩擦接合では、摩擦力が接合部の摩擦係数とボルトの軸力に依存する。しかしながら、建築構造物で使用される鋼材の摩擦接合面は、通常、赤錆面やショットブラスト面等とする処理がされるが、大きな摩擦係数を安定して得ることは困難で、摩擦係数は０．４５に設定されている。従って、大きな摩擦力を得ようとする場合、ボルトの軸力を大きくしなければならない。そのため、ボルトの本数を増やしたり、ボルトの径を大きくしたりしなくてはならず、接合部が大型化し、コストが高くなる。
【０００５】
そこで、接合部に突起を設けて、対向する部材にくい込ませることにより、見掛けの摩擦係数を大きくしている場合があり、以下のようなものが知られている。
（特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０-１８４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような構造でも摩擦係数の上昇は小さく、対策としては不十分であった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は小型で低コストの高力ボルト接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した目的を達成するために、本発明は、接合部材と、被接合部材と、前記接合部材と前記被接合部材とを貫通して押圧する高力ボルトを具備し、前記接合部材は、前記被接合部材と対向する面に突起を有し、前記突起は、略錐体状でその底面の形状が、底面の外周に少なくとも１つの凹部を有し、前記突起が、前記被接合部材にくい込むことを特徴とする高力ボルト接合構造である。
【０００９】
前記突起は、その底面の形状は略凹多角形状であることが望ましい。
前記突起は、前記略凹多角形の底面の面積が、前記凹多角形の凸な頂点を結んでできる形状の面積の２／３以下であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば小型で低コストの高力ボルト接合構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る高力ボルト接合構造１を示す斜視図であって、図２は図１の側面図、図３は図１のＡ−Ａ断面図、図４は図１の接合板および梁の構造を示す詳細図である。
【００１２】
図１、図２および図３に示すように、高力ボルト接合構造１は梁３ａ、３ｂを有し、接合板５ａと接合板５ｂ、５ｃは梁３ａ、３ｂを挟むようにして設けられている。
高力ボルト７ａは接合板５ａ、５ｂ、梁３ａを貫通するように設けられており、高力ボルト７ｂは接合板５ａ、５ｂ、梁３ｂを貫通するように設けられている。
【００１３】
また、高力ボルト７ｃは接合板５ａ、５ｃ、梁３ａを貫通するように設けられており、高力ボルト７ｄは接合板５ａ、５ｃ、梁３ｂを貫通するように設けられている。
即ち、梁３ａ、３ｂは接合板５ａ、５ｂ、５ｃを介して高力ボルト７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄにより接合されている。
【００１４】
同様に接合板５ｄと接合板５ｅは梁３ａ、３ｂを挟むようにして設けられている。
高力ボルト７ｅは接合板５ｄ、５ｅ、梁３ａを貫通するように設けられており、高力ボルト７ｆは接合板５ｄ、５ｅ、梁３ｂを貫通するように設けられている。
即ち、梁３ａ、３ｂは接合板５ｄ、５ｅを介して高力ボルト７ｅ、７ｆによっても接合されている。
【００１５】
さらに、接合板５ｆと接合板５ｇ、５ｈは梁３ａ、３ｂを挟むようにして設けられている。
高力ボルト７ｇ、７ｈは接合板５ｆ、５ｇ、梁３ａを貫通するように設けられており、高力ボルト７ｉ，７ｊは接合板５ｆ、５ｇ、梁３ｂを貫通するように設けられている。
【００１６】
また、高力ボルト７ｋは接合板５ｆ、５ｈ、梁３ａを貫通するように設けられており、図示しない高力ボルトは接合板５ｆ、５ｈ、梁３ｂを貫通するように設けられている。
即ち、梁３ａ、３ｂは接合板５ｆ、５ｇ、５ｈを介して高力ボルト７ｇ、７ｈ、７ｉ、７ｊ、７ｋおよび図示しない高力ボルトによっても接合されている。
【００１７】
なお、図４に示すように、梁３ａ、３ｂ、接合板５ｆ、５ｇには高力ボルト７ｇ、７ｈ、７ｉ、７ｊを通すための穴１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｊ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ、１２ｊ、１４ｇ、１４ｈ、１４ｉ、１４ｊが設けられている。
【００１８】
なお、接合板５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｈにも同様に高力ボルトを通すための図示しない穴が設けられている。
【００１９】
ここで、図４に示すように、接合板５ｆおよび５ｇの梁３ａ、３ｂと接する面には複数の突起９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈが設けられている。
【００２０】
即ち、突起９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈが梁３ａ、３ｂの表面に食い込むことにより、梁３ａ、３ｂとの間に突起の掘り起こしによる抵抗力が作用するようになっている。
突起９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈの材質は梁３ａ、３ｂの材質である鋼材よりも硬いことが望ましく、例えば焼き入れ鋼やセラミック等が用いられる。
【００２１】
また、突起９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈは接合板５ｆおよび５ｇ上に機械加工によって一体に形成されるが、別部品として接合板５ｆおよび５ｇ上に取り付けるようにしてもよい。
なお、突起は他の接合板の梁３ａ、３ｂと接する面にも設けられている。
【００２２】
次に、突起の形状について説明する。図５は突起９ａを示す斜視図であって、図６は図５のＢ方向矢視図、図７は図５のＣ方向矢視図である。
また、図８および図９は突起９ａの底面１１を示す図である。
なお、突起９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈの形状は突起９ａと同様であるため、説明を省略する。
【００２３】
図５〜図７に示すように、突起９ａの形状は、底面１１から頂点１１ａにいくに従い、断面積が小さくなる錐体であり、底面１１は凹多角形状を有している。
【００２４】
なお、理由は後述するが、底面１１の面積Ｓ１は（図８参照）、図９に示すような、凹多角形の凸な頂点１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを結んで形成される凸多角形の面積Ｓ２の２／３以下であることが望ましい。
【００２５】
次に、突起の形状と見掛けの摩擦係数の関係について説明する。
図１０は四角錐の突起１５を示す図であって、図１１は板材１３に突起１５を押し込んだ状態を示す図、図１２は図１１の状態から突起１５に荷重を加えた場合を示す図である。また図１３は図１１のＤ−Ｄ断面図であり、図１４は図１１のＥ方向矢視図である。
【００２６】
さらに、図１５は掘り起こし抵抗により決まる見掛けの摩擦係数と突起の頂角の関係を示す図である。
また、図１６は突起の形状の別の実施例を示す図であって、図１７は図１６のＨ方向矢視図である。
【００２７】
例えば、図１０に示すような四角錐の突起１５を、図１１に示すように板材１３にＦ方向（鉛直方向）に押し込み、図１２に示すようにＧ方向（水平方向）に荷重を加えたとする。
なお、突起１５のビッカース硬度は板材１３のビッカース硬度よりも充分に大きく、突起１５の変形は無視できるものとする。
【００２８】
この場合、突起１５と板材１３の間に生じる掘り起こしによる抵抗力Ｆｐと、図１３に示すすべり方向の投影面積Ａｐは比例関係にあり、板材１３のビッカース硬度Ｈｖを用いて以下の式で表される。
Ｆｐ＝Ａｐ・Ｈｖ
【００２９】
また、接合面の総圧力Ｗと図１４に示す真実接触面積ＡＲも同様に以下の式が成立する。
Ｗ＝ＡＲ・Ｈｖ
【００３０】
上記２式から以下の式を導出できる。
Ｆｐ＝（Ａｐ／ＡＲ）・Ｗ
【００３１】
即ち、圧力が等しい場合、Ａｐに対するＡＲの比を小さくすれば、より大きな抵抗力を得ることができ、従って見掛けの摩擦係数を大きくすることができる。
【００３２】
具体的には図５に示す突起９ａのように、突起の頂角を変えずに（頂角１１ｂと頂角１５ａが等しい）底面１１を凹多角形にするとよい。
突起９ａは突起１５と比べてＡｐは変わらないが、ＡＲが小さくなるため、Ａｐに対するＡＲの比を突起１５よりも小さくすることができる。
【００３３】
即ち、図１５に示すように、凸多角形である四角錐と比べて、底面の断面積を小さくした凹多角形は、突起の頂角が等しい場合、断面積が小さくなるにつれて見掛けの摩擦係数が大きくなる。
【００３４】
例えば、底面の断面積が四角錐の３／４の凹多角形である突起は、波型（図示せず）よりも見掛けの摩擦係数が小さいが、断面積が２／３の凹多角形である突起は、波型よりも見掛けの摩擦係数が大きくなる。
【００３５】
そして、底面の断面積が１／２の凹多角形である突起は凸多角形と比べて見掛けの摩擦係数が約２倍になる。
【００３６】
従って、断面積が凸多角形の２／３以下になるような凹多角形の断面を有する突起を接合板５ｆに設けることにより、梁３ａの材質や、高力ボルトの締め付け力を変更することなく、梁３ａと接合板５ｆとの間の見掛けの摩擦係数を大きくすることができる。
【００３７】
見掛けの摩擦係数が大きくなると、小さい締付力（押圧力）で大きな応力を伝達できるため、高力ボルトの本数を減らしたり、径を小さくしたりすることができ、高力ボルト接合構造１を小型化することができる。
【００３８】
なお、突起の底面の形状は凹多角形に限定されるものではない。
例えば、図１６および図１７に示すように、円錐の底面を円形状に切り欠いた突起１５ａでも同様の効果が得られる。
【００３９】
この場合は突起１５ａの底面１６の断面積Ｓ３（図１７参照）が、Ｓ３に切り欠き部の断面積Ｓ４〜Ｓ７を加えた面積（円錐の断面積）の２／３以下であれば波型よりも見掛けの摩擦係数を大きくすることができる。
【００４０】
このように、本実施の形態によれば、高力ボルト接合構造１は、梁３ａ、３ｂが接合板５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈに挟まれるように設けられており、接合板と梁３ａ、３ｂの接する面には断面が凹多角形である突起９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈが設けられている。
従って、ボルトの軸力を変化させずに見掛けの摩擦係数を大きくできるため、高力ボルト接合構造１を小型化することができ、コストが低減される。
【００４１】
以上、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４２】
例えば、本実施形態では高力ボルト接合構造１は梁３ａと梁３ｂを接合した構造だが、柱や筋違を接合した構造であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】高力ボルト接合構造１を示す斜視図
【図２】図１の側面図
【図３】図１のＡ−Ａ断面図
【図４】図１の接合板５ｆ、５ｇおよび梁３ａ、３ｂの構造を示す詳細図
【図５】突起９ａを示す斜視図
【図６】図５のＢ方向矢視図
【図７】図５のＣ方向矢視図
【図８】突起９ａの底面１１を示す図
【図９】突起９ａの底面１１を示す図
【図１０】四角錐の突起１５を示す図
【図１１】板材１３に突起１５を押し込んだ状態を示す図
【図１２】図１１の状態から突起１５に荷重を加えた場合を示す図
【図１３】図１１のＤ−Ｄ断面図
【図１４】図１１のＥ方向矢視図
【図１５】掘り起こし抵抗により決まる見掛けの摩擦係数と突起の形状の関係を示す図
【図１６】突起の形状の別の実施例を示す図
【図１７】図１６のＨ方向矢視図
【符号の説明】
【００４４】
１…………高力ボルト接合構造
３ａ………梁
５ａ………接合板
７ａ………高力ボルト
９ａ………突起
１０ａ……穴
１１………底面
１１ａ……頂点
１３………板材
１５………突起

【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合部材と、被接合部材と、
前記接合部材と前記被接合部材とを貫通して押圧する高力ボルトを具備し、
前記接合部材は、前記被接合部材と対向する面に突起を有し、
前記突起は、略錐体状でその底面の形状が、底面の外周に少なくとも１つの凹部を有し、
前記突起が、前記被接合部材にくい込むことを特徴とする高力ボルト接合構造。
【請求項２】
前記突起は、その底面の形状が、略凹多角形状であることを特徴とする請求項１記載の高力ボルト接合構造。
【請求項３】
前記突起は、前記略凹多角形状の底面の面積が、前記凹多角形の凸な頂点を結んでできる形状の面積に対して２／３以下であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の高力ボルト接合構造。

【図１】