JP4854266B2 - High strength bolt joint structure - Google Patents
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Description
本発明は、高力ボルト接合構造に関するものである。 The present invention relates to a high-strength bolt joint structure.
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。 Conventionally, friction bonding using high-strength bolts has been used as a method for connecting building structures such as beams, columns, and struts.
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。 Friction welding is a method in which an axial force is introduced into a bolt to fasten a joining member and the members are connected by a frictional force generated between the members.
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。 On the other hand, in friction welding, the friction force depends on the friction coefficient of the joint and the axial force of the bolt. However, the friction joint surfaces of steel materials used in building structures are usually treated as red rust surfaces or shot blast surfaces, but it is difficult to stably obtain a large friction coefficient, and the friction coefficient is 0. .45 is set. Therefore, in order to obtain a large frictional force, the axial force of the bolt must be increased. Therefore, the number of bolts must be increased or the diameter of the bolts must be increased, resulting in an increase in the size of the joint and the cost.
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)。
(Patent Document 1).
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。 However, even in such a structure, the increase in the coefficient of friction is small, which is insufficient as a countermeasure.
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。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a high-strength bolt joint structure that is small in size and low in cost.
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、略凹多角形状であって、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。
In order to achieve the above-described object, the present invention includes a joining member, a joined member, and a high-strength bolt that penetrates and presses the joining member and the joined member. It has a protrusion on the surface facing the member to be joined, and the protrusion has a substantially conical shape and the shape of the bottom surface is a substantially concave polygonal shape, and the protrusion is not easily inserted into the member to be joined. It is a high strength bolt joint structure.
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、且つ1/2以上であることが望ましい。 The protrusion preferably has an area of the bottom surface of the substantially concave polygon that is 2/3 or less and 1/2 or more of an area formed by connecting the convex vertices of the concave polygon.
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。 According to the present invention, it is possible to provide a high-strength bolt joint structure that is small in size and low in cost.
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。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. 1 is a perspective view showing a high-strength bolt
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。
As shown in FIGS. 1, 2 and 3, the high-strength
The
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。
Further, the
That is, the
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。
Similarly, the joining
The high strength bolt 7e is provided so as to penetrate the joining
That is, the
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。
Further, the joining plate 5f and the joining plates 5g and 5h are provided so as to sandwich the
The high strength bolts 7g and 7h are provided so as to penetrate the joining plates 5f and 5g and the
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。
The high-strength bolt 7k is provided so as to pass through the joining plates 5f and 5h and the
That is, the
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。
As shown in FIG. 4,
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。
Similarly, holes (not shown) for passing high-strength bolts are provided in the joining
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。
Here, as shown in FIG. 4, a plurality of projections 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, and 9h are provided on the surfaces of the joining plates 5f and 5g in contact with the
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。
That is, when the protrusions 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, and 9h bite into the surfaces of the
The material of the protrusions 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, and 9h is preferably harder than the steel material that is the material of the
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。
The protrusions 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, and 9h are integrally formed on the joining plates 5f and 5g by machining. Also good.
The protrusions are also provided on the surfaces of the other joining plates that are in contact with the
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。
Next, the shape of the protrusion will be described. 5 is a perspective view showing the protrusion 9a, FIG. 6 is a view in the direction of arrow B in FIG. 5, and FIG. 7 is a view in the direction of arrow C in FIG.
8 and 9 are views showing the bottom surface 11 of the protrusion 9a.
Note that the shapes of the protrusions 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, and 9h are the same as those of the protrusion 9a, and thus the description thereof is omitted.
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。 As shown in FIGS. 5 to 7, the shape of the protrusion 9 a is a cone whose sectional area decreases from the bottom surface 11 to the vertex 11 a, and the bottom surface 11 has a concave polygonal shape.
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。
Although the reason will be described later, the area S1 of the bottom surface 11 (see FIG. 8) is a convex polygon formed by connecting
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。
Next, the relationship between the shape of the protrusion and the apparent friction coefficient will be described.
FIG. 10 is a diagram showing a quadrangular pyramid projection 15, FIG. 11 is a diagram showing a state in which the projection 15 is pushed into the plate material 13, and FIG. 12 is a diagram showing a case where a load is applied to the projection 15 from the state of FIG. It is. 13 is a sectional view taken along the line DD of FIG. 11, and FIG. 14 is a view taken in the direction of arrow E in FIG.
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。
Further, FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the apparent friction coefficient determined by the digging resistance and the apex angle of the protrusion.
FIG. 16 is a view showing another embodiment of the shape of the protrusion, and FIG. 17 is a view taken in the direction of the arrow H in FIG.
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。
For example, when a quadrangular pyramid protrusion 15 as shown in FIG. 10 is pushed into the plate 13 in the F direction (vertical direction) as shown in FIG. 11, and a load is applied in the G direction (horizontal direction) as shown in FIG. To do.
Note that the Vickers hardness of the protrusion 15 is sufficiently larger than the Vickers hardness of the plate member 13, and the deformation of the protrusion 15 can be ignored.
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
In this case, the resistance force Fp caused by the digging generated between the protrusion 15 and the plate material 13 and the projected area Ap in the slip direction shown in FIG. 13 are in a proportional relationship, and are expressed by the following formula using the Vickers hardness Hv of the plate material 13. The
Fp = Ap / Hv
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
Similarly, the following formula is established for the total pressure W of the joint surface and the true contact area AR shown in FIG.
W = AR ・ Hv
上記2式から以下の式を導出できる。
Fp=(Ap/AR)・W
The following equations can be derived from the above two equations.
Fp = (Ap / AR) · W
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。 That is, when the pressure is equal, if the ratio of AR to Ap is reduced, a larger resistance can be obtained, and thus the apparent friction coefficient can be increased.
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。
Specifically, like the projection 9a shown in FIG. 5, the bottom surface 11 may be a concave polygon without changing the apex angle of the projection (the apex angle 11b and the apex angle 15a are equal).
The protrusion 9a does not change Ap compared to the protrusion 15, but since the AR becomes smaller, the ratio of AR to Ap can be made smaller than that of the protrusion 15.
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。 That is, as shown in FIG. 15, a concave polygon having a smaller cross-sectional area of the bottom surface compared to a quadrangular pyramid that is a convex polygon has an apparent coefficient of friction as the cross-sectional area decreases when the apex angle of the protrusion is equal. Becomes larger.
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。 For example, a protrusion whose bottom cross-sectional area is a 3/4 concave polygon with a quadrangular pyramid has a smaller friction coefficient than a corrugated shape (not shown), but is a concave polygon with a cross-sectional area of 2/3. Some protrusions have an apparent friction coefficient larger than that of the corrugations.
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。 And the protrusion which is a concave polygon whose cross-sectional area of a bottom face is 1/2 has an apparent friction coefficient about twice that of a convex polygon.
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。
Therefore, the material of the
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。 When the apparent coefficient of friction increases, a large stress can be transmitted with a small tightening force (pressing force), so the number of high-strength bolts can be reduced and the diameter can be reduced. It can be downsized.
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。
The shape of the bottom surface of the protrusion is not limited to the concave polygon.
For example, as shown in FIGS. 16 and 17, the same effect can be obtained with a protrusion 15 a in which the bottom surface of a cone is cut out in a circular shape.
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。
In this case, if the cross-sectional area S3 (see FIG. 17) of the
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。
Thus, according to the present embodiment, the high-strength bolt
Therefore, since the apparent friction coefficient can be increased without changing the axial force of the bolt, the high-strength bolt
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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, the technical scope of this invention is not influenced by embodiment mentioned above. It is obvious for those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs.
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。
For example, in the present embodiment, the high-strength bolt
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
1 ………… High-strength bolt
Claims (2)
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、略凹多角形状であって、
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。 A joining member, a joined member,
Comprising a high-strength bolt that penetrates and presses through the joining member and the joined member;
The joining member has a protrusion on a surface facing the joined member,
The protrusion has a substantially conical shape, and the shape of its bottom surface is a substantially concave polygonal shape .
The high-strength bolt joint structure, wherein the protrusion is inserted into the member to be joined.
The protrusion has an area of the bottom surface of the substantially concave polygonal shape, which is 2/3 or less and 1/2 or more with respect to the area of the shape formed by connecting the convex vertices of the concave polygon. The high-strength bolt joint structure according to claim 1.
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