JP4497502B2

JP4497502B2 - 後付部材の取付ボルト及び取付ナット

Info

Publication number: JP4497502B2
Application number: JP2001238531A
Authority: JP
Inventors: 効川喜田; 祐輔神吉
Original assignee: ジャパンライフ株式会社
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2021-08-07
Also published as: JP2003049817A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、鋼構造物に於ける部材の添接等に用いられる高張力ボルト及びナット、フィンガープレートのＰＣ桁への締め付け固定に用いられる取付ボルト及びナット等、後付け部材を主部材に締め付け固定する取付ボルト及び取付ナットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、後付部材を主部材へ締め付け固定する技術として、例えば、モノレールのコンクリート桁（ＰＣ桁）へのフィンガープレート（ＦＰ）の固定方法がある。この場合、ＰＣ桁が主部材にＦＰが後付部材に該当する。ＦＰは、車輌を通過させるためのＰＣ桁どうしをそのＰＣ桁自身の膨張収縮を吸収しながら接続するものであり、ＰＣ桁に埋込固定されたＦＰ受け座に固定されるが、この締め付け固定には取付ボルトが使用されている。
【０００３】
この取付ボルトに掛かる力は、その頭部が後付部材であるＦＰに均等に当接する場合には締め付け力による張力のみとなるが、均等に当接しない場合には締め付け力による張力の他に曲げ応力が加わる。そして、ボルト軸部の基端において破断しやすい状況になってしまう。そのため、取付ボルトを締め付ける際には、頭部の後付部材への当たり面の面圧が均等になるようにして、曲げ応力の発生を抑えることを心掛ける必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、後付部材の座グリ面の仕上がり精度や、主部材側（上記従来例ではＰＣ桁に埋込固定されたＦＰ受け座）に形成された取付ボルト用のねじ部の精度に発生する公差が累差となる場合、締め付け作業を慎重に行っても、取付ボルト頭部の後付部材座グリ面への当接が均等にならない場合がある。
【０００５】
図６には取付ボルト頭部の特定箇所のみが後付部材であるＦＰの座グリ面に当接した状態の一例が示されている。この取付ボルト２１は、自身の軸線Ｘ’が傾斜した状態で取り付けられたこと及び座グリ面３１の不整により頭部２２の一部分Ｃ’のみがＦＰ３０の座グリ面３１に当接した状態となっている。取付ボルト２１の軸部２３には締め付けによる引張力Ｐが図面下方に向かって発生するとともに、頭部２２の部分Ｃ’と座グリ面３１との間には締め付けの反力Ｒが発生している。この引張力Ｐによる応力σ_p（＝Ｐ／Ａ：Ａは断面積）は図６（ｂ）に示すように軸部断面に均等に分布するが、反力Ｒによる曲げ応力σ_m（＝Ｐｅ／Ｚ：ｅは軸線Ｘ’からの距離、Ｚは断面係数）は図６（ｃ）に示すように頭部２２が座グリ面３１に当接した側にある軸部２３の外周部で最大となり、そこから離れるに従って徐々に小さくなる分布となる。そして、図６（ｄ）に示すように、軸部２３に発生する応力は、これらσ_pとσ_mとを合成したものになる。従って、取付ボルト２１は、軸部２３の特定箇所にのみ応力が集中し、この応力集中箇所からボルトの破壊が進行する。
【０００６】
引張応力σ_p及び曲げ応力σ_mは引張力Ｐで表すことができ、例えばＭ１６ボルト（Ａ＝２ｃｍ²、Ｚ＝０．４ｃｍ³、ｅ＝１．４５）の場合、σ_p＝０．５Ｐ、σ_m＝３．６２Ｐとなる。そして、応力集中箇所に発生する応力σ_p＋σ_mは、純粋な引張応力σ_pの８．２４倍の値になってしまう。
【０００７】
なお、後付部材を主部材に締め付け固定する場合、上述のようにボルトを使用する方法の他に、主部材にスタッドを突設し、そのスタッドを後付部材のボルト孔に挿通させた状態で後付部材をナットにより締め付け固定する方法も知られている。しかしながら、このナットで締め付け固定する方法によっても、上述と同様の問題、すなわち、応力集中によるスタッドが破壊される問題が発生していた。
【０００８】
ところで、通常、取付ボルト或いは取付ナットと座グリ面との接触状態は、時間が経過してなじむことによって良好になることが知られている。すなわち、取付ボルト或いは取付ナットの座グリ面との当接部分と座グリ面とが摩耗し、時間の経過とともに取付ボルトの頭部或いは取付ナットが座グリ面に均一に当接する状態となる。そのため、締め付け初期段階においては取付ボルト或いは取付ナットの特定箇所のみが座グリ面に当接して取付ボルト或いはスタッドの所定箇所に応力集中が発生してしまうような場合でも、なじみの進行に従ってボルトの頭部或いは取付ナットの裏面全体が座グリ面に当接する状態となり、取付ボルトの軸部或いはスタッドの断面全体に均等に応力が分布するようになる場合が多い。
【０００９】
そこで、本発明は、後付部材を主部材に締め付け固定する際、締め付け初期において特定箇所に集中する曲げ応力を低く抑え、応力集中による破損を防止できる後付部材の取付ボルト及び取付ナットを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（請求項１）本発明にかかる取付ボルトは、座グリ面が平坦になっている受け座を有する後付部材を主部材に締め付け固定する取付ボルトであって、該座グリ面の孔縁に当接する部分が円錐面となっており、該円錐面は、自身の軸線を含む縦断面において、該座グリ面に対して１／１５〜１／３０の範囲の勾配を有している。
【００１１】
この取付ボルトによれば、締め付け初期において円錐面は、座グリ面の孔縁に当接し、なじみが進行するに従って当接面が徐々に軸線から遠ざかる方向に広がり、広い範囲で当接するようになる。そのため、締め付け初期において、座グリ面やねじ部（主部材側に形成された取付ボルト用のねじ溝）の不整等により円錐面の特定箇所のみが孔縁に当接する場合でも、曲げ応力を発生させる曲げモーメントは取付ボルトの軸線に近い位置であれば小さくなることから、発生する応力を小さく抑えることができ、応力集中による破損を防止できる。
【００１２】
そして、該円錐面は、自身の軸線を含む縦断面において、該座グリ面に対して１／１５〜１／３０の範囲の勾配を有するので、取付ボルトが座グリ面やねじ部の不整等により傾斜した場合の実際の傾斜に対応した形状とすることができる。なお、勾配が１／３０よりも小さいと、取付ボルトの傾斜角度よりも小さくなって、締め付け初期における当接位置が軸線から離れてしまい曲げ応力を小さく抑えることができなくなるおそれがある。一方、勾配が１／１５よりも大きいと、なじみが進行しても当接面積があまり広がらずに、十分な締め付け力を得られなくなるおそれがある。
【００１３】
（請求項２）本発明に係る取付ナットは、座グリ面が平坦になっている受け座を有する後付部材をスタッドが突設された主部材に締め付け固定する取付ナットであって、該座グリ面の孔縁に当接する部分が円錐面となっており、該円錐面は、自身の軸線を含む縦断面において、該座グリ面に対して１／１５〜１／３０の範囲の勾配を有している。
【００１４】
この取付ナットによれば、締め付け初期において円錐面は座グリ面の孔縁に当接し、座グリ面や取付ナットねじ部の不整等により円錐面の特定箇所のみが孔縁に当接する場合でも、前記取付ボルトと同様に、発生する応力を小さく抑えることができ、応力集中による破損を防止できる。そして、該取付ナットの円錐面は、自身の軸線を含む縦断面において、該座グリ面に対して１／１５〜１／３０の範囲の勾配を有するので、前記取付ボルトの場合と同様に、座グリ面や取付ナットねじ部の不整等により取付ナットが傾斜した場合の実際の傾斜に対応した形状とすることができる。
【００１５】
【発明実施の形態】
図１〜４には、本発明にかかる後付部材の取付ボルトの具体例が示されている。図１は同取付ボルトの概観を示す正面図である。図２は同取付ボルトが安定した状態まで締め付けられる過程を示す断面図である。図３は同取付ボルトの頭部の特定箇所のみが座グリ面に当接した状態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は引張応力の分布図、（ｃ）は曲げ応力の分布図、（ｄ）は合成応力の分布図である。図４はフィンガープレートを締め付け固定した状態を示す平面図である。
【００１６】
この取付ボルト１は、後付部材であるフィンガープレート１０を主部材であるＰＣ桁１５に締め付け固定するために使用する。フィンガープレート１０には、ボルト孔１２が穿設され、ボルト孔１２のフィンガープレート表面側開口にはボルト受け座１１が形成されている。そして、ボルト受け座１１の座グリ面１１ａは平坦になっている。取付ボルト１は、頭部３と頭部３から延出する軸部４とからなり、頭部３と軸部４との間であって、前記座グリ面１１ａのボルト孔縁１１ｂに当接する部分が円錐面２となっている。また、ＰＣ桁１５のボルト孔１２に対応する位置にねじ溝（ねじ部）が形成されており、ボルト孔１２に挿通された取付ボルト１が螺合してフィンガープレート１０を締め付け固定するようになっている。
【００１７】
（請求項１）この取付ボルト１によれば、締め付け初期において円錐面２は、図２（ａ）に示すように座グリ面１１ａの孔縁１１ｂに当接し、なじみが進行するに従って当接面２ａが徐々に軸線Ｘから遠ざかる方向に広がり、最後に図２（ｂ）に示すような広い範囲で当接するようになる。そのため、例えば図３（ａ）に示すように、締め付け初期において、座グリ面１１ａやねじ部の不整等により円錐面２の特定箇所Ｃのみが孔縁１１ｂに当接する場合でも、曲げ応力を発生させる曲げモーメントは取付ボルト１の軸線Ｘに近い位置であれば小さくなることから、発生する応力を小さく抑えることができ、応力集中による破損を防止できる。
【００１８】
更に、円錐面２は、この取付ボルト１の軸線Ｘを含む縦断面において、座グリ面１１ａに対して１／１５〜１／３０の範囲の勾配を有するので、取付ボルト１が座グリ面１１ａやねじ部の不整等により傾斜した場合の実際の傾斜に対応した形状とすることができる。なお、勾配が１／３０よりも小さいと、取付ボルト１の傾斜角度よりも小さくなって、締め付け初期における当接位置が軸線から離れてしまい曲げ応力を小さく抑えることができなくなるおそれがある。一方、勾配が１／１５よりも大きいと、なじみが進行しても当接面積があまり広がらずに、十分な締め付け力を得られなくなるおそれがある。
【００１９】
（請求項２）図５は、本発明にかかる後付部材の取付ナットの具体例を示す断面図である。なお、以下の説明において前記具体例と実質的に同じ部分には同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００２０】
取付ナット５は、後付部材であるフィンガープレート１０を主部材であるＰＣ桁１５に締め付け固定するために使用する。ＰＣ桁１５にはスタッド１６が突設され、フィンガープレート１０はボルト孔１２にスタッド１６が挿通された状態で、取付ナット５によって締め付け固定されている。取付ナット５は、座グリ面１１ａの孔縁１１ｂに当接する部分が円錐面２となっている。
【００２１】
この取付ナット５によれば、締め付け初期において円錐面２は座グリ面１１ａの孔縁１１ｂに当接し、座グリ面１１ａや取付ナットねじ部の不整等により円錐面２の特定箇所Ｄのみが孔縁１１ｂに当接する場合でも、前記取付ボルト１と同様に、発生する応力を小さく抑えることができ、応力集中による破損を防止できる。
【００２２】
更に、円錐面２は、この取付ナット５の軸線Ｙを含む縦断面において、座グリ面１１ａに対して１／１５〜１／３０の範囲の勾配を有することが好ましく、こうすると、前記取付ボルト１の場合と同様に、座グリ面１１ａや取付ナットねじ部の不整等により取付ナット５が傾斜した場合の実際の傾斜に対応した形状とすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明にかかる取付ボルトによれば、締め付け初期において、座グリ面やねじ部（主部材側に形成された取付ボルト用のねじ溝）の不整等により円錐面の特定箇所のみが孔縁に当接する場合でも、曲げ応力を発生させる曲げモーメントは取付ボルトの軸線に近い位置であれば小さくなることから、発生する応力を小さく抑えることができ、応力集中による破損を防止でき、取付ボルトが座グリ面やねじ部の不整等により傾斜した場合の実際の傾斜に対応した形状とすることができる。
【００２４】
請求項２による本発明にかかる取付ナットによれば、座グリ面や取付ナットねじ部の不整等により円錐面の特定箇所のみが孔縁に当接する場合でも、前記取付ボルトと同様に、発生する応力を小さく抑えることができ、応力集中による破損を防止でき、前記取付ボルトの場合と同様に、座グリ面や取付ナットねじ部の不整等により取付ナットが傾斜した場合の実際の傾斜に対応した形状とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる取付ボルトの概観を示す正面図である。
【図２】同取付ボルトが安定した状態まで締め付けられる過程を示す断面図である。
【図３】同取付ボルトの頭部の特定箇所のみが座グリ面に当接した状態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は引張応力の分布図、（ｃ）は曲げ応力の分布図、（ｄ）は合成応力の分布図である。
【図４】フィンガープレートを締め付け固定した状態を示す平面図である。
【図５】本発明にかかる取付ナットの具体例を示す断面図である。
【図６】従来の取付ボルト頭部の特定箇所のみがＦＰの座グリ面に当接した状態の一例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は引張応力の分布図、（ｃ）は曲げ応力の分布図、（ｄ）は合成応力の分布図である。
【符号の説明】
１取付ボルト
２円錐面
５ナット
１０後付部材（フィンガープレート）
１１受け座
１１ａ座グリ面
１１ｂ孔縁
１５主部材（ＰＣ桁）
１６スタッド
Ｘ、Ｙ軸線

Claims

座グリ面(11a)が平坦になっている受け座(11)を有する後付部材(10)を主部材(15)に締め付け固定する取付ボルトであって、該座グリ面(11a)の孔縁(11b)に当接する部分が円錐面(2)となっており、
該円錐面(2)は、自身の軸線(X)を含む縦断面において、該座グリ面(11a)に対して１／１５〜１／３０の範囲の勾配を有している
ことを特徴とする取付ボルト(1)。
座グリ面(11a)が平坦になっている受け座(11)を有する後付部材(10)をスタッド(16)が突設された主部材(15)に締め付け固定する取付ナットであって、該座グリ面(11a)の孔縁(11b)に当接する部分が円錐面(2)となっており、
該円錐面(2)は、自身の軸線(Y)を含む縦断面において、該座グリ面(11a)に対して１／１５〜１／３０の範囲の勾配を有している
ことを特徴とする取付ナット(5)。