JPH1018423A - 中間補助材を用いた高力ボルト摩擦接合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中間補助材を用いて、０．９以上のすべり係
数を確保でき、摩擦接合面の品質を向上し、接合性能を
高め、高力ボルトの必要本数を減少させ、摩擦接合部を
コンパクト化し、施工性を高め、施工費の低減を図る。 【解決手段】 高力ボルト４により接合すべき鋼材１、
２間に中間補助材３を介在させて鋼材１、２を接合する
高力ボルト摩擦接合構造において、該中間補助材３の摩
擦接合面の表層部の硬さと前記の鋼材１、２における摩
擦接合面の表層部の硬さとの比が２．５以上であって、
前記の中間補助材３の表層部の硬さの層の深さを０．２
ｍｍ以上とし、さらに中間補助材３の表層部の表面に沿
って三角形の波形状あるいは角錐状の複数の突起５を設
け、かつ該突起の高さは０．２〜１．０ｍｍとし、また
鋼材１、２の表面の最大表面粗さを該突起５の高さより
も充分に小さくしたことを特徴とする中間補助材を用い
た高力ボルト摩擦接合構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中間補助材を用い
た高力ボルト摩擦接合構造に関する。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
に適用することができる。

【０００２】

【従来の技術】従来、建築鉄骨構造物の高力ボルトによ
る摩擦接合では、鋼材の摩擦面は屋外にて自然発錆させ
た赤錆面、あるいはショットブラスト面によることが標
準となっている。ところが、赤錆を発生させる方法は、
赤錆面の発生した面での表面の凹凸の突起の高さは、例
えば０．０７ｍｍ程度であり、しかも突起の高さや形状
における施工上の大きなバラツキを考慮すると、０．４
５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
の初期締め付け力に対する抵抗力の比率μ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Ｒ
ｚ（ＤＩＮ）で０．０５〜０．０７ｍｍで実施されてお
り、バラツキを考慮すると、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、すべり係数の設計値は、低い値（μ＝０．４
５）に設定されている（日本建築学会ＪＡＳＳ６参
照）。

【０００３】さらに、赤錆面の場合には、赤錆状態にす
るために、鋼材表面のうち摩擦面の部分に事前に塗装を
施すことはできないばかりか、油などの錆の発生を妨げ
るものの付着を完全に除去することが必要であり、施工
品質の管理が非常に煩雑となる。

【０００４】このため、安定して大きいすべり係数を得
るため、（１）特開昭５１−５２３３６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、（２）特開平１−２６６３０９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ッチ塗装を施し
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、ここで前記（１）の方法の場合は、
鋼材に特殊な塗装を施す必要があるので、煩雑であり、
また前記（２）の方法の場合には、鉄骨加工工程中で新
たな専用設備を必要とするという問題があるということ
で、前記の（１）と（２）の方法は、いずれも広く実施
されていないのが現状である。また、前記のアルミ溶射
による方法やジンクリッチ塗装を施す方法も加工、施工
が煩雑であることから、広く採用されるに至っていな
い。

【０００５】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、特願平４−３２６２３２号に係
る発明として出願し、特開平６−１４６４２７号により
公開されている。上記の特開平６−１４６４２７号の発
明により、高力ボルト摩擦接合構造においてすべり係数
０．６以上を安定して確保することが可能となった。し
かしながら、特開平６−１４６４２７号の発明において
は、すべり係数０．６以上を達成できても、その最大値
は０．８５をわずかに越える程度である。また、特開平
６−１４６４２７号の発明では、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が、グリットブラスト
による摩擦面の凹凸はせいぜい０．１５ｍｍ程度であ
り、しかもその凹凸の形態は、グリットブラストにて加
工することから、十点平均粗さＲｚ（ＤＩＮ）ではほぼ
等しい粗さに管理していても、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
きなすべり係数値を設計に活かすことができないという
問題があった。

【０００６】ところで、近年、鋼構造物の大型化や大ス
パン化に伴って使用される鋼材の板厚が厚くなるととも
に、鋼材の高強度化か図られ、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一層強く要
求されてきている。これらに適合する有効な手段とし
て、接合部の高耐力化を図り、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る。ここでの
高力ボルト摩擦接合部におけるすべり係数の増大化のた
めには、すべり係数について現状の基準値の倍である
０．９以上を確保することが必要である。

【０００７】このため、すべり係数０．９以上を確保す
る高力ボルト摩擦接合構造を開発し、特願平７−３９４
１５号として出願している。その内容を図１４により例
示すと、摩擦接合面を構成する鋼材１９と、添板２０の
うち、添板２０における摩擦面の表層部の硬さと鋼材１
９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、添板２０の表層部の硬さが大なる層の深さを
０．２ｍｍ以上とし、さらに添板２０の側の表層部の硬
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設け、かつ該突起の高さは０．２〜
１．０ｍｍとし、また鋼材１９の側の表層部の硬さが小
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
に小さくした高力ボルト２１による摩擦接合構造であ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の特願平７−３９
４１５号は、二つの接合すべき鋼材の何れか一方の鋼材
に突起を形成させて、鋼材どうしを直接接合する場合の
高力ボルト摩擦接合構造である。ところで、高力ボルト
摩擦接合構造において、鋼材どうしを直接接合するので
はなく、二つの鋼材間に中間補助材を介在させて摩擦接
合した方が良い場合がある。

【０００９】従来の摩擦接合技術において、二つの接合
すべき鋼材間に摩擦板を介挿入する摩擦接合の技術とし
て、特開平７−８３２１１号が開示されている。特開平
７−８３２１１号につき、図１５により説明すると、接
合される２以上の構造部材２２、２３の摩擦接合間、又
は構造部材２２、２３の摩擦接合面と添接板２４、２５
の摩擦接合面との間に、板材２６の片面又は両面に複数
の凸又は凹の少なくともいずれか一方が設けられた摩擦
板を介挿させ、これらをボルト２７及びナット２８によ
り締結するよう構成した摩擦接合である。特開平７−８
３２１１号は、すべり係数１以上の継手の強度を得るこ
とが可能であると記載されているが、すべり係数１以上
の継手の強度とするという見地から特開平７−８３２１
１号における記載をみるに、「この摩擦板１４、１６は
鋼構造部材１０、１２や添接板１８、２０の強度とほぼ
同等の材質のもので構成されてもよく、特に限定されな
いが、摩擦板１４、１６の硬度は鋼構造部材１０、１２
や添接板１８、２０の硬度よりも高いのが好ましい。」
（特開平７−８３２１１号公報 第３頁の

【００１５】第７行〜第１１行、符号は特開平７−８３
２１１号の図面と同じ。）とあるように、具体的な開示
は何らなされていない。したがって、特開平７−８３２
１１号においては、複数の凸又は凹を設けた摩擦板を単
に介挿して設けるという程度に近い記載に過ぎず、すべ
り係数１以上の継手の強度を確保するために、どのよう
にするかという具体的な記載は何らなされていない。

【００１０】本発明の目的は、中間補助材を用いる場合
の高力ボルトによる鋼材の摩擦接合構造において、０．
９以上の高いすべり係数値を達成し、しかも安定的に確
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、摩擦接合に要するボルト本数を大幅に減
少させ、トータルとして高力ボルト摩擦接合部のコスト
を低減できる、中間補助材を用いた高力ボルト摩擦接合
構造を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の中間補助材を用
いた高力ボルト摩擦接合構造は、高力ボルトにより接合
すべき鋼材間に中間補助材を介在させて鋼材を接合する
高力ボルト摩擦接合構造において、該中間補助材の摩擦
接合面の表層部の硬さと前記の鋼材における摩擦接合面
の表層部の硬さとの比が２．５以上であって、前記の中
間補助材の表層部の硬さの層の深さを０．２ｍｍ以上と
し、さらに中間補助材の表層部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設け、かつ該突起
の高さは０．２〜１．０ｍｍとし、また鋼材の表面の最
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
により構成される。また、本発明において、中間補助材
の上下の表層部に設けた突起の頂部が平坦である場合に
は平坦幅Ｗを突起高さｈ以下とするか、相対する斜面の
なす角度がθである突起の斜面の頂部を凸曲面とする場
合には該凸曲面の半径ｒにつき、ｒ≦ｈ／ｃｏｓ（θ／
２）とし、且つ該突起の両側の斜面と該凸曲面との、両
側の二つの接点を結ぶ距離が突起高さｈの値を超えない
ようにすることが好ましい。（相対する斜面のなす角度
θについては、図２、図３における図示を参照。） また、本発明において、中間補助材の上下の表層部に設
けた突起の相対する斜面のなす角度θ（夾角）を６０〜
１２０度とすることが好ましい。また、本発明におい
て、摩擦接合面を構成する中間補助材と鋼材との表面の
うち、該中間補助材と該鋼材の片方もしくは両方の表面
に防錆用の塗料あるいは油を塗布してもよい。このこと
により、鋼材表面に防錆処理を施すということで、鋼材
の摩擦接合面となる表面を、それ以外の表面とは別に扱
う必要がなくなる。本発明における中間補助材を用いた
高力ボルト摩擦接合構造は、上下の表層部に突起を設け
た中間補助材を介在させ、すべり係数０．９を超える継
手強度を確保することができる。なお、このことは、本
発明の中間補助材を用いた高力ボルト摩擦接合構造を、
すべり係数０．９以下でもよいという指定の場合に供す
ることを制限するものではない。以下、本願に係る発明
について、詳細に説明する。

【００１２】本発明で中間補助材を用いた高力ボルト摩
擦接合構造とは、接合すべき鋼材間に突起を施した鋼製
の中間補助材を介在させ、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）を利用して鋼材どうし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、Ｔ型
鋼、山型鋼等との間に中間補助材を介在させ、或いは構
造物を構成する部材どうしとの間に中間補助材を介在さ
せる、等において形成することができる。本発明の、中
間補助材を用いた高力ボルト摩擦接合構造につき、図１
により示すと、二つの鋼材１、１の端部を近接させ、鋼
材１、１と添板２、２間に中間補助材３、３を介在さ
せ、高力ボルト４により締め付け、鋼材１、１と添板
２、２間において摩擦接合を形成し、高力ボルト摩擦接
合構造を構成する。ここで、中間補助材３、３のそれぞ
れの両面には、波形状、あるいは角錐状の突起を設けて
あるが、その形態の詳細は図２、図３において例示す
る。図２は突起５が三角形の波形状の場合であり、図３
は突起５が角錐状（四角錐状）の場合である。突起５の
断面形状は、三角形の場合に、図２のごとく真正な三角
形だけでなく、三角形の斜面が内側に凹状、或いは外側
に凸状、等の場合がある。また、三角形の突起５の頂部
については、図７により後述するように、突起の頂部が
尖っている場合（図７（イ））だけでなく、突起の頂部
が平坦である場合（図７（ロ））、突起の頂部がｒ部を
有する凸曲面である場合（図７（ハ））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、中間補助材の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設けることが
好ましい。また、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て
も良い。かかる突起の成形加工は、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可能であ
る。

【００１３】本発明において、中間補助材を用いた高力
ボルト摩擦接合構造におけるすべり係数に関連して、中
間補助材における摩擦面の表層部の硬さと、鋼材の摩擦
面の表層部の硬さとの差、および中間補助材の表面に設
ける複数の突起の高さが大きく関与することから、中間
補助材の硬さと、鋼材の表層部の硬さとの比が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、硬さ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。図４においてその試験例を
説明する。図４の試験には、図１に示す鋼材１、１、添
板（鋼製）２、２、中間補助材（鋼製）３、高力ボルト
４から構成される形式のすべり試験体を用いた。そのす
べり試験体の寸法につき、鋼材１は幅１００ｍｍ、長さ
３７０ｍｍ、厚さ２５ｍｍ、添板２は幅１００ｍｍ、長
さ３５０ｍｍ、厚さ１６ｍｍ、中間補助材は幅１００ｍ
ｍ、長さ３５０ｍｍ、厚さ２ｍｍ（上下の表面に設けた
突起の高さ頂部間の長さ）である。図４において、
（注）等によりその他の試験条件を示す。その結果、図
４に示すように、（１）中間補助材と鋼材（本発明での
鋼材は添板を含む。）との硬さ比の増加に伴ってすべり
係数も増大するが、硬さ比が２．５を越えるとすべり係
数はほとんど増加しない。（２）０．５ｍｍから１．０
ｍｍの範囲のある突起高さまでは、突起高さの増大に伴
ってすべり係数は増大するが、それ以上の突起高さにつ
いてはすべり係数は減少する。（３）０．９以上のすべ
り係数を確保するためには、硬さ比は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、表層部の硬さの比を２．５以上とし、また、突起の
高さを０．２〜１．０ｍｍとするこことした。表層部の
硬さの比は大きくしても、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、この比の上限は５程度あれ
ばよい。また、表層部の硬さがあまり硬いと割れのおそ
れがあり、力学的性能上安全性に問題が生じるというこ
とからも、この比の上限は５程度がよい。なお、中間補
助材の両側の表層部の硬さ、突起の高さは、同一にせず
に、異なる数値とする場合がある。突起の形状について
も、同様である。

【００１４】また、本発明において、中間補助材の厚さ
に関連して、上下の表面に設けた突起の谷部底間の長さ
ｔ（図１０における図示参照。）は、強度の点から約１
ｍｍ程度あればよいが、高力ボルトの長さが、あまり長
くならない範囲で１ｍｍ以上の厚さにすることは差し支
えない。中間補助材の全体の厚さは、かかる突起の谷部
底間の長さｔと上下の突起高さの和となる。また、中間
補助材の長手方向における、上の表面の突起の谷部底
と、下の表面の突起の谷部底との相対的な位置関係（位
相）は、上述したように、突起の谷部底の長さｔが約１
ｍｍ以上あれば、図１０（イ）、（ロ）、（ハ）のいず
れの場合であってもよい。すなわち、上の表面の突起の
谷部底と、下の表面の突起の谷部底とが上下方向で重な
っても、強度上破損等の心配はない。

【００１５】次に、本発明において、摩擦面の表層部の
硬さの大なる層の深さを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突起の高さ方
向に測定した長さである。硬さの大なる層の深さについ
ても、試験を行い、その結果を図５により説明する。図
５は突起高さ０．５ｍｍの場合であり、硬い層の深さを
変化させたが、その他の試験条件は図４におけると同様
である。その結果、（１）表層部の硬い層の深さが０．
２ｍｍ以上おいて、すべり係数にほとんど変化がない。
（２）硬い層の深さが０．２ｍｍ以上の場合にすべり係
数０．９以上の確保が可能である。（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以上の
層で硬さ比が確保できていればよい。（４）以上を踏ま
えて、本発明における表層部の硬さについて、その層の
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、層の深さの長さについては、突起の高さの
長さあれば充分である。ただし、層の深さの長さの上限
ということでは、鋼材全厚にわたり硬さが大なる鋼材を
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、浸炭窒化焼入れ、火炎
焼入れ、等の方法を適宜選定して行う。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。硬さの
大なる側の鋼材には、焼入れ可能な鋼、例えばＳＣＭ４
３５やＳ４５Ｃ等を使用する。また、高強度鋼や耐磨耗
鋼さらに表層のみに硬さが大きな鋼を備えた複層鋼板等
も使用できる。

【００１６】次に、表層部に突起を設け、硬さの大なる
中間補助材に対して、相手方となる表層部の硬さの小な
る鋼材の表面状態について説明する。硬さの小なる方の
鋼材には、例えばＳＮ４００Ｂ、ＳＮ４９０Ｂ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
（ＤＩＮ）で７０μｍ以下程度に、最大突起高さで表示
すると０．１ｍｍ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。本発明でいう、「表層部の
硬さが小なる側の表面の最大表面粗さを（表層部の硬さ
が大なる側にある）突起の高さよりも充分に小さく」と
は、かかる状態を指している。

【００１７】ここで、硬さの小なる鋼材の表面状態につ
いて、図６により、さらに具体的に説明する。図６は硬
さの小なる鋼材の表面状態をパラメーターにしたすべり
試験について示す。ここで、すべり試験体は図４におい
て示したのと同様の形状、寸法のものであり、図６にお
いて記載する試験条件により試験を行った。その結果、
次の通りである。 （１）硬さの小なる鋼材の摩擦面の状態に関わらず、
０．９以上のすべり係数の確保が可能である。このこと
は、鋼材に塗膜処理、グリース処理等を施したものにつ
いても、すべり係数０．９以上の確保が可能であること
を意味する。 （２）すなわち、加工工場段階で摩擦面に錆止め塗装等
の防錆処理を施すことが可能である。 （３）したがって、硬さの小なる鋼材の摩擦面の表面状
態にかなりの柔軟性があるとともに、現在行っている塗
装時の摩擦面のマスキング等の処理も不要になることか
ら、加工や施工の省力化、工程短縮が図られる。さら
に、摩擦面の管理に特別な技能・技術を要しないことか
ら施工品質の確保が容易となる。

【００１８】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、その他の事項について、以下（１）
〜（４）において説明する。 （１）図８により、突起の頂部を平坦とした場合、突起
の頂部の平坦幅とすべり係数との関係を説明する。ここ
で、中間補助材の表層部に施す突起の平坦部、平坦幅に
関して、図７により各種の形状を示す。図７（イ）は突
起５の斜面５ａ、５ｂの頂部が尖った形状の場合、図７
（ロ）は突起５の斜面５ａ、５ｂの頂部に平坦部５ｃを
有する場合、図７（ハ）は突起５の斜面５ａ、５ｂの頂
部が半径ｒの凸曲面５ｃを有する場合であり、Ａ、Ｂは
それぞれ斜面５ａ、５ｂと凸曲面５ｃとの接点である。
試験条件については、図８において示す。 突起の頂部の幅が大きくなるにつれ、すべり係数は低
下する。突起の頂部は、図７（イ）に示すように尖った
形状（突起の頂部の平坦幅は０である）が好ましい。 突起高さが０．５ｍｍの場合には頂部の平坦幅が０．
６ｍｍ以下の場合で０．９のすべり係数の確保が可能で
あり、突起高さが１．０ｍｍの場合には頂部の平坦幅が
１．０ｍｍ以下で、突起高さが０．２ｍｍの場合には頂
部の平坦幅が０．２ｍｍ以下で、０．９のすべり係数の
確保が可能である。 以上から少なくとも突起頂部の平坦幅が突起高さ以下
の場合には、０．９のすべり係数値の確保が可能にな
る。 突起頂部の形状は、尖り（図７（イ）の平坦幅が０の
場合）、または平坦（図７（ロ）の場合）の他に製造上
都合が良ければ、突起の斜面の頂部を凸曲面（図７
（ハ）の場合）とすることも可能である。ただし、凸曲
面を採用する場合には、両側の突起斜面５ａ、５ｂと凸
曲面５ｃの二つの接点Ａ、Ｂを結ぶ距離が頂部平坦幅の
限界値（即ち、突起の高さｈ）を超えないようにする。
また、凸曲面のｒについては既述した通りである。な
お、本発明において突起についての三角形の頂部の形状
については、図７に図示するものに制限するものではな
い。

【００１９】（２）図９により、突起において相対する
斜面のなす角度である突起角度と、すべり係数との関係
を示す。図９は、中間補助材の表層部に、長手方向に沿
って三角形の波形状の突起を設けた場合であり、試験条
件について、図９において示す。 すべり係数は突起角度が９０度付近で最大となり、そ
れよりも突起角度が大きくなるにつれ、また小さくなる
につれ、すべり係数は小さくなる。 突起角度は６０度から１２０度の範囲で０．９以上の
すべり係数の確保が可能である。 なお、突起角度の適正な範囲を６０〜１２０度とする
理由は、０．９のすべり係数値を確保するためであるこ
とは勿論であるが、さらに次のような理由があるすなわ
ち、６０度よりも角度が小さくなると、突起形状の加工
において非常に精密かつ高度な技術が必要とされ、本構
造のような量産化が要求されるような場合には適さな
い。また、１２０度よりも大きな場合には突起を成形す
るために、より大きなエネルギーを必要とし、低コスト
かつスピーディーに突起を加工することが困難となるか
らである。

【００２０】（３）図１１において、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。図１１におい
て、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。 （４）中間補助材の突起部に油、等の防錆処理を施すこ
とは、中間補助材の使用時に突起部の加工時の表面状態
を維持し、高力ボルト締付け時の突起の食い込み効果を
高めることに役立つ。

【００２１】本発明の高力ボルト摩擦接合構造の作用に
ついて説明するに、接合部が高力ボルトによって締め付
けられ、中間補助材の突起が鋼材の表層部に食い込み、
すべりに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
が一定しているために、摩擦面に形成されるすべりに対
する抵抗の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
成する鋼材と中間補助材との一方あるいは双方の摩擦面
の表面に防錆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、中間補助材の突
起が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錆処理が
可能である。それだけでなく、上下の表層部に突起を設
けた中間補助材の表面に防錆処理を施した場合には、上
述の如く、中間処理材の使用時に突起部の加工時の状態
を維持して高力ボルト締付け時の食込み効果を安定的に
高めることに役立つ。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１２によ
り説明する。図１２において、左右のＨ形鋼６、６の上
下のフランジ７ａ、７ｂのそれぞれの両側に、上のフラ
ンジ７ａにおいては中間補助材（鋼製）８ａ、８ａを介
在させて添板９ａ、９ａを設置し、下のフランジ７ｂに
おいては中間補助材（鋼製）８ｂ、８ｂを介在させて添
板９ｂ、９ｂを設置し、高力ボルト１０により締付け、
両面に突起を設けた中間補助材８を用いて、Ｈ形鋼６の
フランジ７と添板９とを、高力ボルトにより摩擦接合す
る。ウェブ１１についても、同様にウェブ１１とウェブ
１１の両側の添板１２、１２間に中間補助材を介在さ
せ、高力ボルト摩擦接合構造を形成する。図１２はフラ
ンジの外側と内側との両方の表面に中間補助材を設けた
例を示す。

【００２３】次に、図１３により、角形鋼管柱１３にＨ
形鋼１４を固定する場合に、中間補助材１７を用いた高
力ボルト摩擦接合構造を適用した例を示す。角形鋼管柱
１３にＴ形鋼１５のフランジ１５ａをボルト１６により
取付け、Ｔ形鋼１５のウェブ１５ｂとＨ形鋼１４のフラ
ンジ１４ａ間に中間補助材１７を介在させ、高力ボルト
１８により締付け、高力ボルト摩擦接合構造を形成す
る。左右のＨ形鋼１４、１４の上下のフランジ１４ａ、
１４ｂと角形鋼管柱１３に取り付けた四つのＴ形鋼１５
との間で、同様の高力ボルト摩擦接合構造を形成する。
図１３はフランジの外側の表面のみに中間補助材を設け
た例を示す。

【００２４】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。 （実施例１）図１２に示す場合について実施例を説明す
る。本実施例において、硬さの小なる方の一方の鋼材６
はＨ５８８×３００×１２（ウェブ厚さ）×２０（フラ
ンジ厚さ）、材質（ＳＮ４００Ｂ）である。摩擦接合す
るため、鋼材６のフランジ７、ウェブ１１の表層部はシ
ョットブラストにより処理し、Ｒｚ（ＤＩＮ）＝５０μ
ｍとした。一方、硬さの小なる方の他方の鋼材である添
板９についても、同様の材質のものを使用し、添板９の
表層部について同様のショットブラストにより処理を行
った。中間補助材８は硬さの大なる方の鋼材であり、機
械切削により三角形の波形状の突起を形成した。中間補
助材に施した突起高さは０．５ｍｍであり、中間補助材
の表層部に設けた上下の突起の谷部底間の長さｔ（ｔは
図１０参照。）は３ｍｍである（従って、上下の突起の
頂部間の長さは、４ｍｍである。）。中間補助材８の摩
擦接合面の表層部の硬さと、鋼材６における摩擦接合面
の表層部の硬さとの比が３．１とする。中間補助材の突
起の角度（両側斜面による夾角）は９０度とし、上下の
表層部に設けた突起の頂部の平坦幅Ｗは０とした。ま
た、中間補助材の表層部に設けた上下の突起につき、上
の谷部底と下の山部頂部との位置が、中間補助材の上下
方向の線上において一致するよう加工を施した。上下の
表層部に突起を設けた中間補助材の表面に油により防錆
処理を施した。また、鋼材６、添板９について、その摩
擦接合面につき、他の部分における表面と同様に油によ
り防錆処理を施した。かかる接合構造の構成のものを、
高力ボルト１０としてＦ１０Ｔ Ｍ２２を用いて、鋼材
６のフランジ７と添板９とを、及び鋼材６のウェブ１１
と添板１２とを締め付けた。その結果、すべり係数１．
０６の継手強度を確保し、必要ボルト本数はフランジ部
とウェブ部で総２４本であった。

【００２５】なお、比較のため、鋼材の寸法は全く同一
とし、同一の高力ボルトを使用し、中間補助材を使用せ
ず、摩擦面については防錆を行わず、赤錆処理した従来
方式につき実施したところ、すべり係数０．４９、必要
ボルト本数４６本という結果を得た。

【００２６】（実施例２）図１３に示す場合について実
施例を説明する。本実施例において、硬さの小なる方の
一方の鋼材１４はＨ４５０×２００×９（ウェブ厚さ）
×１４（フランジ厚さ）、材質（ＳＮ４００Ｂ）であ
る。摩擦接合するため、鋼材１４のフランジ１４ａ、１
４ｂの表層部はショットブラストにより処理し、Ｒｚ
（ＤＩＮ）＝５０μｍとした。一方、硬さの小なる方の
他方の鋼材であるＴ形鋼（スプリットテー）１５につい
ても、同様の材質のものを使用し、Ｔ形鋼１５のウェブ
１５ｂ、１５ｄの表層部について同様のショットブラス
トにより処理を行った。Ｔ形鋼１５は、そのフランジ１
５ａ、１５ｃをボルト１６により角形鋼管柱１３に固定
した。中間補助材１７は硬さの大なる方の鋼材であり、
機械切削により三角形の波形状の突起を形成した。中間
補助材１７に施した突起高さは０．５ｍｍであり、中間
補助材の表層部に設けた上下の突起の谷部底間の長さｔ
（ｔは図１０参照。）は３ｍｍである（従って、上下の
突起の頂部間の長さは、４ｍｍである。）。中間補助材
１７の摩擦接合面の表層部の硬さと、鋼材１４、Ｔ形鋼
１５における摩擦接合面の表層部の硬さとの比が２．９
とする。中間補助材１７の突起の角度（両側斜面による
夾角）は９０度とし、上下の表層部に設けた突起の頂部
の平坦幅Ｗは０とした。また、中間補助材１７の表層部
に設けたの上下の突起につき、上の谷部底と下の山部頂
部との位置が、中間補助材の上下方向の線上において一
致するよう加工を施した。上下の表層部に突起を設けた
中間補助材１７の表面に油により防錆処理を施した。ま
た、鋼材１４、Ｔ形鋼１５について、その摩擦接合面に
つき、他の部分における表面と同様に油により防錆処理
を施した。かかる接合構造の構成のものを、高力ボルト
１８としてＦ１０Ｔ Ｍ２２を用いて、鋼材１４のフラ
ンジ１４ａ、１４ｂとＴ形鋼１５のウェブ１５ｂ、１５
ｄとを締め付けた。その結果、すべり係数０．９７の継
手強度を確保し、フランジ部での摩擦接合のための必要
ボルト本数は総２４本であった。

【００２７】なお、比較のため、鋼材の寸法は全く同一
とし、同一の高力ボルトを使用し、中間補助材を使用せ
ず、摩擦面については防錆を行わず、赤錆処理した従来
方式につき実施したところ、すべり係数０．４６、必要
ボルト本数４０本という結果を得た。

【００２８】

【発明の効果】本発明によって、次のような効果を奏す
る。 （１）突起を設けた中間補助材を用いて、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、板厚の極厚化に対してても接
合部をコンパクトに設計し、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・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震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）本発明の中間補助材の表面に設けた突起は、硬度
の小なる鋼材の表面の塗料あるいは油を貫通して、硬さ
の小なる鋼材の表層部に十分食い込み、摩擦接合機構を
形成するので、防錆処理層の存在により、すべり係数を
低下させることなく、すべり係数０．９以上を十分確保
する。摩擦接合面に防錆用の塗料あるいは油を塗布する
ことが可能となるから、摩擦接合面において、鋼材、中
間補助材における、他の表面と同様な防錆処理を一律に
行うことが可能となる。摩擦面の表面状態管理が簡単で
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、また工期の短縮が図られる。 （４）鋼材自体には突起を施すための加工が不要とな
り、中間補助材の加工で対応ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図である。（イ）は側面
図、（ロ）は平面図である。

【図２】本発明の突起の形状（三角形）の例を示す図で
ある。

【図３】本発明の突起の別の形状（角錐）の例を示す図
である。

【図４】本発明の説明のための、硬さ比と突起高さをパ
ラメーターにしたすべり係数の試験の結果を示す。

【図５】本発明の説明のための、硬さの大なる鋼材にお
ける硬い層の深さをパラメーターにしたすべり係数の試
験の結果を示す。

【図６】本発明の説明のための、硬さの小なる鋼材の表
面状態をパラメーターにしたすべり係数の試験の結果を
示す。

【図７】本発明の三角形の形状の突起の頂部の各種
（イ）、（ロ）、（ハ）の断面を示す図である。

【図８】本発明の説明のための、突起頂部平坦部とすべ
り係数との関係を示す。

【図９】本発明の説明のための、突起角度（突起におい
て相対する斜面のなす角度）とすべり係数との関係を示
す。

【図１０】本発明の説明のための、上下の突起の谷部底
の位置の相対関係（位相）を示す。

【図１１】本発明の四角錐形状の突起において、力の伝
達方向に対して突起の方向を変えた場合を示す平面図て
ある。

【図１２】本発明の形態例を示す側面図（イ）と平面図
（ロ）を示す。

【図１３】本発明の他の形態例を示す側面図（イ）と平
面図（ロ）を示す。

【図１４】従来の技術を説明する図である。（イ）は側
面図、（ロ）は平面図を示す。

【図１５】別の従来の技術を説明する図である。

【符号の説明】

１ 鋼材 ２ 添板 ３ 中間補助材 ４ 高力ボルト ５ 突起 ６ Ｈ形鋼 ７ フランジ ８ 中間補助材 ９ 添板 １０ 高力ボルト １１ ウェブ １２ 添板 １３ 角形鋼管柱 １４ Ｈ形鋼 １５ Ｔ形鋼 １６ ボルト １７ 中間補助材 １８ 高力ボルト １９ 鋼材 ２０ 添板 ２１ 高力ボルト ２２ 構造部材 ２３ 構造部材 ２４ 添接板 ２５ 添接板 ２６ 板材 ２７ ボルト ２８ ナット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高力ボルトにより接合すべき鋼材間に中
   間補助材を介在させて鋼材を接合する高力ボルト摩擦接
   合構造において、該中間補助材の摩擦接合面の表層部の
   硬さと前記の鋼材における摩擦接合面の表層部の硬さと
   の比が２．５以上であって、前記の中間補助材の表層部
   の硬さの層の深さを０．２ｍｍ以上とし、さらに中間補
   助材の表層部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設け、かつ該突起の高さは０．２〜
   １．０ｍｍとし、また鋼材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中間
   補助材を用いた高力ボルト摩擦接合構造。
2. 【請求項２】 中間補助材の上下の表層部に設けた突起
   の頂部が平坦である場合には平坦幅Ｗを突起高さｈ以下
   とするか、相対する斜面のなす角度がθである突起の斜
   面の頂部を凸曲面とする場合には該凸曲面の半径ｒにつ
   き、ｒ≦ｈ／ｃｏｓ（θ／２）とし、且つ該突起の両側
   の斜面と該凸曲面との、両側の二つの接点を結ぶ距離が
   突起高さｈの値を超えないようにすることを特徴とする
   請求項１記載の中間補助材を用いた高力ボルト摩擦接合
   構造。
3. 【請求項３】 中間補助材の上下の表層部に設けた突起
   の相対する斜面のなす角度を６０〜１２０度とすること
   を特徴とする請求項１、又は請求項２記載の中間補助材
   を用いた高力ボルト摩擦接合構造。
4. 【請求項４】 摩擦接合面を構成する中間補助材と鋼材
   との表面のうち、該中間補助材と該鋼材の片方もしくは
   両方の表面に防錆用の塗料あるいは油を塗布してあるこ
   とを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載
   の中間補助材を用いた高力ボルト摩擦接合構造。