JPH08113987A

JPH08113987A - 合成構造における接合構法

Info

Publication number: JPH08113987A
Application number: JP27843794A
Authority: JP
Inventors: Fusao Isogawa; 房男礒川; Eiji Suzuki; 英次鈴木
Original assignee: OTANI SAKURAI TEKKO KK
Current assignee: OTANI SAKURAI TEKKO KK
Priority date: 1994-10-18
Filing date: 1994-10-18
Publication date: 1996-05-07

Abstract

(57)【要約】【目的】鉄骨梁等の金属母材にスタッドジベルを溶接
により立装接合し、これにコンクリートを施すことで合
成構造を得る際、スタッドジベルの接合構法を改良し
て、溶接強度を大とし作業性と経済性を大幅に改善し合
成効率の向上を図る。【構成】金属母材１０の被接合面１０ａに、直交状態
でスタッドジベル１１Ａの接合端面１１ａを溶接して立
装固着する。このスタッドジベル１１Ａに外力を加え、
金属母材１０とこれに施工のコンクリート１２間に生ず
る剪断力Ｆの方向へ向けて、被接合面１０ａに斜交状と
なるよう基根部１１ｄから曲折し、斜傾状態のスタッド
ジベル１１Ｂを形成する。【効果】スタッドジベルを最初から斜傾状態に溶接固
着する従来法の諸欠陥を解消して強固な溶着部による剪
断耐力を発揮可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば鉄骨梁にスタッ
ドジベルを溶接手段により固着し、この鉄骨梁上にスタ
ッドジベルが埋設されるようコンクリートを施工して得
られる合成梁等の合成構造に関し、特に、上記のスタッ
ドジベルを鉄骨梁等の金属母材に対し斜傾状態にて固着
する接合構法の改良に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従前にあっては、鉄骨や鋼板等の金属母
材にスタッドジベルを溶着するには、金属母材の被接合
面に対して直交状態となるように棒状のスタッドジベル
を、アーク溶接するようにし、これによって、鉄骨梁と
これに施工されたコンクリートとを一体化させ、当該金
属母材とコンクリートとの合成的効果を得ようとしてい
る。ところで、確かにスタッドジベルは、金属母材とコ
ンクリートとのずれ止めとしての効果を期待するもので
あるが、金属母材とコンクリートの間に剪断力が生ずる
と、このスタッドジベルに接するコンクリート面に圧壊
が生じて、金属母材とコンクリートとの一体性が失われ
てしまい、合成効果が減少してしまう事例が多発するよ
うになっている。

【０００３】そこで、近年上記の難点に着目し、スタッ
ドジベルを金属母材に対して９０°ではなしに、斜交状
となるよう溶接することにより、剪断耐力を向上しよう
とする研究がなされ、当該傾きの角度、すなわち、金属
母材の被接合面における法線とスタッドジベルとのなす
角度を１０°〜６０°とするのが望ましいこと（特開平
４−２３１１７８号）も、既に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のスタッ
ドジベルの接合構法によるときは、以下の如く、種々の
難点を有している。すなわち、図８の（Ａ）に示す通
り、金属母材１の被接合面１ａに対して、スタッドジベ
ル２は斜め切りで形成の接合端面２ａを当接し、溶接工
程にあってスタッドジベル２と、金属母材１との間が溶
融状態となった際、矢印Ｄが示すベクトル圧を加えるこ
とになるから、この際、その水平分力ｄが作用すること
となり、この結果、スタッドジベル２が、不本意に横動
し易くなり、正確な位置の確保が難事となるだけでな
く、当該横向きへのずれによって、溶接部に欠陥が生ず
る虞れがある。

【０００５】しかも、溶接工程にあって、スタッドジベ
ル２の先端部と金属母材１の被接合面１ａたる接触面に
電流が流れ、電気抵抗熱によって、当該先端部が溶ける
が、先端部の爪先側２ｂは、踵側２ｃに比し肉薄である
ため容易に溶け落ちてしまい、図８の（Ｂ）に例示する
如く余盛部３が均一厚とならずに、爪先側２ｂが厚く踵
側は薄い偏肉状態となりがちである。このような偏肉状
態の溶接になると、図８（Ａ）に示した踵側２ｃにおけ
る鋭角である傾斜角度αが大きくなるような曲げモーメ
ントＢＭに対して、図８の（Ｄ）の如く余盛部３の肉薄
な溶接部が容易に切り裂かれてしまい易いことになる。

【０００６】さらに、同上傾斜状態による溶接にあって
は、スタッドジベル２の接合端面２ａが斜め切りとなる
から、金属母材１に対する接触面積が、通常の溶接に比
し大きくなり、この結果、スタッドジベルの基端部にお
ける溶融に必要な電気接触抵抗による入熱量も大となっ
て、電源容量も大きくなり、かつ消費電力量も嵩むこと
になることから、コスト高になる欠陥をも有している。
従って、実際上現用のスタッド用溶接機を用いると、こ
れはスタッドジベルの最大径２２ｍｍに適応した設計と
なっているため、当該斜めの溶接を実施すると、接合端
面２ａが最大径を上回ることになるので、適正電流が保
証されず、不安定な電流が流れることによる不良な溶接
となる虞れも大きくなる。

【０００７】このため、図８（Ｃ）に例示するような補
助資材としての傾斜型フェルール４を別途用意するだけ
でなく、これに傾斜状態に嵌合したスタッドジベル２
も、その接合端面２ａを特殊形状とし、かつ、その下端
にアーク放電のための電極子２ｄを形成するなど、特異
な資材を制作し、これを使用しなければならない。尚、
図中２ｅはスタッドジベル２の頭を示している。

【０００８】それだけでなく、従前の通りスタッドジベ
ルを垂直状態となるよう溶接する作業にあっては、２人
１組で１日当り約１５００本程度のスタッドジベルを立
設することができるのであるが、前記のように斜め切り
したスタッドジベルの溶接作業によるときは、傾斜型フ
ェルール等の治具の取付け操作などの作業を考慮する
と、前者に比し約１／４〜１／５程度の作業量となる。

【０００９】本発明は上記従来技術の難点に鑑み、請求
項１にあっては、従来例の如くスタッドジベルを溶接工
程によって斜めに固着してしまうものでなく、最初は、
先ず前掲通常の溶接により、金属母材に垂直状態となる
よう固着するのであり、かくして得られた被接合面に対
する直交状態の溶接完了後に、これをスタッドジベルの
基根部から、スタッドジベルが受ける剪断力の方向へ向
けて、傾斜状態となるように、外力を加えて曲折するの
であり、このようにすることで、前記の従来例につき指
摘した傾斜状態の溶接による欠陥をすべて解消しようと
している。

【００１０】さらに、請求項２にあっては、スタッドジ
ベルに対する外力の付加によって、金属母材と、これに
施工のコンクリート間に生ずる剪断力の方向へ向けて、
その傾きの角度を、金属母材の被接合面における法線に
対し３０°〜４５°とすることで、剪断耐力を向上し、
これにより金属母材に対するコンクリートのずれに対す
る充分な抵抗を発揮させ、合成効果を最も効率よく増強
させようとするのが、その目的である。

【００１１】請求項３にあっては、上記請求項２におけ
る接合構法を金属母材としての鉄骨梁に対して適切に採
択し、その作業性と合成効果を向上しようとしている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、請求項１にあっては金属母材の被接合面と
直交状態となるようスタッドジベルの接合端面を、上記
被接合面に溶接した後、当該スタッドジベルに外力を加
えることにより、これを、前記金属母材と、これに施工
のコンクリート間に生ずる剪断力の方向へ向けて、金属
母材の被接合面と斜交状となるよう、当該スタッドジベ
ルの基根部より曲折斜傾するようにしたことを特徴とす
る合成構造における接合構法を提供しようとしている。

【００１３】さらに、請求項２の接合構法では、請求項
１の実施に際し、金属母材の被接合面における法線に対
し、角度３０°〜４５°の傾きとなるようスタッドジベ
ルの曲折斜傾を行うようにするのが、その内容である。

【００１４】請求項３では、鉄骨梁である金属母材の被
接合面に対し、これと直交状態となるよう所要複数本の
スタッドジベルにおける接合端面を、上記被接合面の全
長にわたってアーク溶接した後、これらのスタッドジベ
ルのうち、当該金属母材の長手方向中央部は、そのまま
放置し、左右の各端部におけるスタッドジベルについて
は、これに外力を加えることにより、これを夫々金属母
材の端部側である前記金属母材と、これに施工のコンク
リート間に生ずる剪断力の方向へ向けて、金属母材の被
接合面における法線に対し角度３０°〜４５°の傾きと
なるよう当該スタッドジベルの基根部より夫々左右へ曲
折斜傾するようにしたことを特徴とする合成構造におけ
る接合構法を提供しようとしている。

【００１５】

【作用】請求項１の接合構法によるときは、先ずスタッ
ドジベルを金属母材の被接合面に対して垂直状態となる
ように溶接するから、斜めに溶接する場合の前記した作
業性、品質管理、経済性等における諸欠陥を解消するこ
とができ、しかも、この垂直状態のスタッドジベルを溶
接後において曲折し、これを金属母材の被接合面に対し
傾斜状態とするが、斜傾の向きは剪断力の方向としたこ
とから、充分に強固な溶着部を有効に利用して、大きな
剪断耐力を発揮させることができ、望ましい合成効果を
得ることができる。

【００１６】また、頭付きのスタッドジベルを用いたと
きには、コンクリートの引張力に抵抗できる圧縮の支配
エリアが大となり、この結果、スタッドジベルの立装本
数を削減しても、充分に所期の合成効果を満足し得るこ
とになる。

【００１７】請求項２にあっては、スタッドジベルの曲
折により斜傾させる角度を、法線に対して３０°〜４５
°としたことで、極めて効率的な合成効果を得ることが
可能となる。

【００１８】請求項３にあっては、金属母材としての鉄
骨梁に対して、予め垂直状態でスタッドジベルを多数溶
着してしまい、そのうち、長手方向中央部のスタッドジ
ベルは、そのままとして、両端部におけるスタッドジベ
ルだけを、夫々左右の方向へ傾斜状態となるよう曲折し
たので、この種の鉄骨梁に対する曲げモーメントによ
り、鉄骨梁の中央部には圧縮力が加わり、端部には夫々
外へずれる力が作用することから、上記の垂直なスタッ
ドジベルと、左右へ斜傾のスタッドジベルとの適切な配
設により、効率的な合成効果を発揮し得ることになる。

【００１９】

【実施例】本発明に係る接合構法につき、図１ないし図
７を用いてこれを詳記すると、図１に示す如く先ず、従
前から実施されているように、鉄骨、鉄板等の金属母材
１０にあって、その被接合面１０ａに対し、直交状態と
なるように、アーク溶接等の溶接手段により、既知のス
タッドジベル１１Ａを立装固着する。このため、図１
（Ａ）に示す通りスタッドジベル１１Ａの軸線と直交す
る接合端面１１ａを、上記の被接合面１０ａに当接させ
て溶接するのであり、この状態を図１（Ｂ）では一点鎖
線で示している。ここで、図１にあって１１ｂが上記ス
タッドジベル１１Ａの溶接による溶接部における余盛
部、１１ｃがスタッドジベル１１Ａの頭、そしてＹが被
接合面１０ａに対する法線を夫々示している。

【００２０】次に、上記の直交状態であるスタッドジベ
ル１１Ａに、手動また梃子などを用いて外力を加えるこ
とにより、金属母材１０と、これに既知の如く施工され
るコンクリート１２の間にあって生ずる剪断力Ｆの方向
へ向けて、当該スタッドジベル１１Ａを曲げ、これによ
り、その基根部１１ｄから屈曲させて、当該金属母材１
０の被接合面１０ａと傾斜状態となるように傾け、図１
にあって実線で示されているようなスタッドジベル１１
Ｂを得るのである。

【００２１】上記のようにすることで、傾斜状態となっ
たスタッドジベル１１Ｂは、剪断力Ｆの方向へ曲げられ
ることとなるから、傾斜状態となるように、最初から溶
接する前記従来の手段がもつ欠陥は、すべて解消される
だけでなく、当該スタッドジベル１１Ｂの剪断抵抗のみ
ならず、引張力に対しても抵抗させることができ、この
結果余盛部１１ｂの周辺に印加される剪断力が減少し、
このことにより、同上スタッドジベル１１Ｂにおける周
辺コンクリートが、前記の如く局部的に圧壊するといっ
たことも抑制することが可能となる。

【００２２】また、頭１１ｃを有するスタッドジベル１
１Ｂである場合には、図２に示されている通り、頭１１
ｃによりコンクリート１２に圧縮力が加わり、これによ
り、スタッドジベル１１Ｂによる圧縮の支配部分Ｓが増
加することとなるから、この傾斜状態としたスタッドジ
ベル１１Ｂの場合には垂直状態に立設したときに比し、
その立装本数を削減することができる。

【００２３】一般に合成構造の設計上考慮しなければな
らない応力度の範囲は、弾性域内における初期剛性であ
り、図３にあって、直線状に示されているのが荷重Ｗに
対する変位量Ｖを表した初期剛性Ｌであり、曲線部分の
終点が破壊点Ｂを示している。ここで、請求項２にあっ
ては、剪断力Ｆの方向へ向け曲折したスタッドジベル１
１Ｂに関し、前記法線Ｙに対しての傾斜させるべき角度
θにつき提案しており、以下これにつき、上記した初期
剛性と角度θとの関係に着目して測知した図４によって
説示する。

【００２４】図４に示された実験結果から、θ＝０°の
垂直状態から、θ＝３０°〜４５°とすることで、その
初期剛性は約２倍近いものとなって合成効果が顕著にあ
らわれ、金属母材１０とコンクリート１２の一体性が、
他のθ領域よりも一層望ましい状態に保持されることを
確認できた。さらに、垂直状態のスタッドジベルと、θ
＝３０°〜４５°の本発明に係るスタッドジベルにつ
き、夫々の初期剛性Ｌ₁ 、Ｌ₂ を比較したのが図５であ
り、これにつき考察すると以下の通りである。

【００２５】すなわち、本発明に係る初期剛性Ｌ₂ にお
いて、一定の荷重Ｗ₂ が加えられると、これによる変位
量はＶ₂ なり、従って可成り大きな荷重Ｗ₂ に対し、そ
の変位量Ｖ₂ が少なくてすむのに対し、垂直状態に溶接
のスタッドジベルによる初期剛性Ｌ₁ にあっては、上記
のＷ₂ より半分以下の小さな荷重Ｗ₁ に対し、上記Ｖ₂
と同程度の変位量Ｖ₁ となるのである。従って、本発明
により得られたスタッドジベルによるときは、同じ変位
量に対し大きな荷重に抵抗し得ることが理解され、これ
により合成効果の向上を確認することができる。同上図
中、Ｂ₁ 、Ｂ₂ は夫々Ｌ₁ 、Ｌ₂ の破壊点を示してい
る。

【００２６】ここで、図６に示したのは本発明に係る接
合構法の一使用例を示しており、この場合、コンクリー
ト１２の打設に際して、埋込用金具である金属母材１０
の被接合面１０ａに、本発明の接合構法によりスタッド
ジベル１１Ｂを所要本数だけ溶接立装しておき、上記の
打設後に型枠を除去し、これにより露呈した埋込用金具
の表出面１０ｂに、鉄骨梁１０ｃを取着するようにした
場合を示している。そして、この後付けによる鉄骨梁１
０ｃに対する過重Ｗは下向きとなり、上記のスタッドジ
ベル１１Ｂは、上向きである剪断力Ｆの方向へ向けて、
傾斜するよう曲折されている。

【００２７】図７は、本願の請求項３に係り、前記スタ
ッドジベルの接合構法により得られた鉄骨梁１０ｄであ
る金属母材１０の被接合面１０ａに対して、多数のスタ
ッドジベルを溶接手段により立装固着した合成構造を示
している。ここでは、単純梁としての鉄骨梁１０ｄに荷
重Ｗがかかると、コンクリート１２の長手方向における
中央部には、圧縮力ＰＦ、ＰＦが矢印方向へ付与される
ことになるが、その長手方向の両端部には、外側方向へ
外れようとする剪断力Ｆ₁、Ｆ₂ が働くこととなり、当
該端部は鉄骨梁１０ｄの全長のうち、約１／４に当る端
部を意味しており、図中の仮想線は曲げモーメントＢＭ
を示している。

【００２８】そこで、請求項３にあっては、先ず鉄骨梁
１０ｄである金属母材１０の被接合面１０ａに対し、こ
れと直交状となるよう所要複数本のスタッドジベル１１
Ａを、その接合端面１１ａを当接して、上記被接合面１
０ａの全長にわたってアーク溶接等の溶接手段により、
立装固着する。次に、これらのスタッドジベル１１Ａの
うち、鉄骨梁１０ｄの中央部は、当該直交状態のまま放
置するが、長手方向両端部におけるスタッドジベル１１
Ａについては、前記の剪断力Ｆ₁ 、Ｆ₂ の方向へ向け
て、被接合面１０ａの法線Ｙに対し角度３０°〜４５°
の傾きとなるように、当該スタッドジベル１１Ａの基根
部１１ｄから、前記図１に示した如く曲折するのであ
る。このようにすることで、被接合面１０ａにコンクリ
ート１２を施した合成構造にあって、圧縮力ＰＦ₁ 、Ｐ
Ｆ₂ が夫々中央に向って作用し、両端部では夫々左右各
方向へ作用する剪断力Ｆ₁ 、Ｆ₂ に対応でき、望ましい
合成効果を得ることができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は上記のようにして実施できるも
のであるから、請求項１の接合構法によるときは、先ず
金属母材に垂直にスタッドジベルを溶接してしまい、こ
れを曲げるという作業であるため、傾斜状態で溶接する
溶接作業の難度、作業能率、経済性、さらには溶着強度
等に係る品質管理上などの諸問題をすべて解消でき、溶
接部の信頼性を向上でき、また傾斜型フェルールなどの
余分な資機材も不要となり、溶接作業についてもスタッ
ドジベルを斜めに溶接する場合には、溶接作業そのもの
に時間を要していたのに対し、本発明では溶接時間が短
縮され、かつ、溶接と曲げの作業を分担すれば作業員の
増加は不必要となるので、全体として４〜５倍の作業量
となる。

【００３０】しかも、このスタッドジベルは、剪断力の
方向へ向け、外力により傾斜させるようにしたので、剪
断耐力を向上できると共に、頭付きのスタッドジベルを
用いるようにしたときは、その溶着すべきスタッドジベ
ルの本数を削減することも可能となる。さらに、請求項
２にあっては、スタッドジベルの傾斜させるべき角度θ
を３０°〜４５°としたので、このことにより最も望ま
しい剪断耐力を発揮させることができ、合成構造に対す
る大きな荷重に対しても変形量の少ないものを提供でき
るので、コンクリートの部分的な破壊などについても、
これを大幅に改善することが可能となる。

【００３１】請求項３の接合構法によるときは、鉄骨梁
に対するスタッドジベルの溶着に際し、その曲げモーメ
ントに対応できるよう、垂直状態のスタッドジベルと、
これを曲折した傾斜状態のスタッドジベルを適所に配在
させるようにしたので、極めて効率的な作業を行うこと
により、合成構造における合成効果を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１に係る接合構法を示し、
（Ａ）はスタッドジベルを金属母材に垂直となるよう当
接した状態の正面図で、（Ｂ）は垂直状態で溶接立装し
たスタッドジベルを曲折したときの正面説明図である。

【図２】上記の接合構法により形成した合成構造にあっ
て、頭付きスタッドジベルが発揮できる引張力に対して
の抵抗、すなわちコンクリートに対する圧縮の支配部分
を示した縦断正面説明図である。

【図３】合成構造における荷重に対する変位量の一般的
な初期剛性を示す特性図である。

【図４】本発明に係る接合構法にあって、スタッドジベ
ルの曲折による傾斜の角度θと、当該合成構造の初期合
成との関係を示した特性図である。

【図５】本発明の接合構法により得られた合成構造と、
スタッドジベルを垂直に立設した合成構造との荷重に対
する変位量の変化を比較した特性図である。

【図６】本発明の接合構法によって形成された後付け鉄
骨梁に係る合成構造を示した一部切欠の正面図である。

【図７】本発明の請求項３に係る接合構法により得られ
た鉄骨梁に係る合成構造を示す一部切欠の正面説明図で
ある。

【図８】従来の合成樹脂におけるスタッドジベルの接合
構法を示し、（Ａ）は金属母材にスタッドジベルを当接
した状態の正面説明図、（Ｂ）は当該スタッドジベルを
傾斜状態に溶接した状態を示す正面図、（Ｃ）は傾斜状
態にスタッドジベルを溶接する際に、傾斜型フェルール
を用いるようにしたスタッドジベル基根側の一部切欠正
面図、（Ｄ）は上記（Ｂ）のスタッドジベルにおける溶
接部破断状態を示す正面説明図である。

【符号の説明】

１０金属母材１０ａ被接合面１０ｄ鉄骨梁１１Ａスタッドジベル１１ａ接合端面１１ｄ基根部１２コンクリートＡ法線Ｆ剪断力Ｆ₁ 左方剪断力Ｆ₂ 右方剪断力 θ 角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属母材の被接合面と直交状態となるよ
うスタッドジベルの接合端面を、上記被接合面に溶接し
た後、当該スタッドジベルに外力を加えることにより、
これを、前記金属母材と、これに施工のコンクリート間
に生ずる剪断力の方向へ向けて、金属母材の被接合面と
斜交状となるよう、当該スタッドジベルの基根部より曲
折斜傾するようにしたことを特徴とする合成構造におけ
る接合構法。
【請求項２】金属母材の被接合面と直交状態となるよ
うスタッドジベルの接合端面を、上記被接合面に溶接し
た後、当該スタッドジベルに外力を加えることにより、
これを、前記金属母材と、これに施工のコンクリート間
に生ずる剪断力の方向へ向けて、金属母材の被接合面に
おける法線に対して角度３０°〜４５°の傾きとなるよ
う当該スタッドジベルの基根部より曲折斜傾するように
したことを特徴とする合成構造における接合構法。
【請求項３】鉄骨梁である金属母材の被接合面に対
し、これと直交状態となるよう所要複数本のスタッドジ
ベルにおける接合端面を、上記被接合面の全長にわたっ
てアーク溶接した後、これらのスタッドジベルのうち、
当該金属母材の長手方向中央部は、そのまま放置し、左
右の各端部におけるスタッドジベルについては、これに
外力を加えることにより、これを夫々金属母材の端部側
である前記金属母材と、これに施工のコンクリート間に
生ずる剪断力の方向へ向けて、金属母材の被接合面にお
ける法線に対し角度３０°〜４５°の傾きとなるよう当
該スタッドジベルの基根部より夫々左右へ曲折斜傾する
ようにしたことを特徴とする合成構造における接合構
法。