高力ボルトの終局せん断強度

1

論

　

文

】

　 　日本 建 築 学 会 構 造 系 論 文報 告 集 第

440

号

・

1992

年 10 月

Journal

　of 　

Struct

．

　

Censtr

．

　

Engng

，

　

AIJ

，

　

No

．

440

，

　

ec

し

．

，

Ip92

高 力

ボ

ル

ト

の

_{終 局}

せ

ん

断強 度

ULTIMATE

　

SHEAR

　

STRENGTH

　

OF

　

HIGH

　

STRENGTH

　

BOLTS

　　　　　

橋

本 篤 秀

＊

，

山 田 丈

富

＊ ＊

Atsuhide

　

HASHIMOTO

　

_and

　

7

『

b

η

30

ゐ露

α

YAMADA

　

In

　

this

　

_paper

，

　

the

　

double

　shear 　

tests

　are　carried 　out　

to

　

determine

　

the

　shear 　strength 　of　single

4T

，

　

F

　

8

　

T

，　and 　

F

　

lO

　

T

　

bolts

　and 　

to

　

investigate

　

the

　effect 　of　

initial

　

internal

　

tension

　

for

　

the

　

bolt

shear 　strength

_，

　and 　

the

　ultimate 　strength 　of　

bolts

　subjected 　

to

　combined 　

tension

　and 　shear 　

Loading

are　exarnined

．

　

The

　results 　may 　

be

　summarized 　as　

follows

：

（

1

）

　 The

　equation

（

8

｝

〜

（

16

＞

may 　

be

　used 　regardless 　of　

initia

且

interfial

　

tension

　

to

　

determine

　

the

shear 　strength 　of　

bolts

．

　

The

　ultimate 　shear 　

load

　may 　

be

　calculated 　on　

bolt

　section 　according 　

to

the

　

location

　of　

the

　shear 　

_planes

．

（

2

）

　 The

　ultimate 　strength 　of　

bolts

　subjected 　

to

　combined 　

tension

　and 　shear 　

loading

　can 　

be

　rep

−

res ε

nted

　

by

　

the

　ellipse 　

equation

_（

ユ

7

_）

，

　

Keywontts

：ゐ

_緲

strength 　

bOlt

，　

shear

　stren9 ご

h

，　

tensile

　

strength

，　

interaction

，　ultimate 　

strengrh

　 　　　 　　

高 力

ボル ト

，

せ ん

断 強 度

，

引 張

強 度

，

相 関 関

係

，

終

局

強度

1，

序

　

鋼 構 造 物

の

高 力 ボ

ル

ト

に

よ

る

接 合 形 式

には

，

主 と

して

摩 擦 接 合

と

引 張 接 合

が

あ

る

。

　 高 力

ボル

ト摩 擦 接 合

では

締

め

付

け られ た

接 合 部 材 間

の

摩 擦 力

で

応 力 を伝 達 さ

せる

も

の

と

して

，

滑

り

を生

じない

範 囲

で

設 計 す

る よ うに し て い る

。

そ の ため

高 力 ボ

ル トが

直 接

せ

ん 断 力 を

受

け るこ

と

に は な ら ない

。

しか し，

終 局

的

に は

滑

り

を生

じ た

後 高 力 ボ

ル

ト

が

孔 縁

に

接 触

し，

ボ

ル ト

軸 部

に せん

断

力

が

作

用 する

_状

態

にな り，

接 合

部

の

終

局

耐 力

は

母 材

の

破 壊

か

高 力 ボ

ル トのせ

ん 断破 壊

によっ て

決

定

さ れる

。

　 現 在

，

締

め

付

け

板 厚

に

対

す る

高

　 　 　 表

一

1

カ

ボル トの

_{首 下 長}

さの選

択

の

_{基 準}

と

JIS

　

Bll86

_{に よ る}

高 力

_ボル ト の ね じ部 寸 法

等

の関 係 を と り ま と め る と

表

一

1

と な り， ナ ッ ト

側

の

鋼 材 が

12mm

程 度 以 下

の

と

き は せ ん

断 面

に ね じ

部

が

存 在

する こと が

あ

り

得

る ことが

認

め られ る

。

　

ま た

，

高 力 ボ

ル ト

引 張 接 合 形 式

に よ る

筋

かい

端 接 合 部 等

の よ

_う

．



（ に

，

せ ん

断

抵

抗

を その

材 間 圧 縮 力

に よ る

摩 擦 抵 抗

に

期 待

す る

場 合

，

摩 擦 抵 抗

が

無

く なっ た

後

に

終 局

状

態

と な る と きに は_，

_外的

な

引張力 （

ボ

ル トの

_初張力

では ない

_）

と せ ん

断 力

が

ボ

ル トに 同

時

に

作 用

す ることにな る

。

　

し た がっ て

，

ボ

ル トの

円 筒 部 だ

けで な くね じ

部

の

単 純

せ ん

断 時

の

_終

_局

せ ん

断

応 力

度 （

以

降

，

終 局

せ ん

断 強

さ と

称

す

）

， お よ

び ボ

ル トの

終

局

強度

に

関

す る

外 的

な

引張

り と せ ん

断

の

相

関

関 係 を定 量

化

す るこ と が 必

要

であ る

。

ボ ル トの

_{終 局}

せ ん

断 強

さに

関

す る

系

統 立

てた

実 験

に よ る

研

究

は

Wallaert

ら1） ， ま た ボル トの

強 度

の

引 張

り と せ ん

断

の

相 関 関 係

に

関

す る

研 究

は

終 局 強 度

につ い て は

Ches一

高 力ボル ト首 下 長さ とナッ ト下ね じ部長 さ 関 係 単 位 ：mm

JIS

・

JSS

に よ る ナ ッ ト 下の ね じ 部 長 さ 呼 び 径 締 付 厚 に 加 える長 さ 齔 部 長さ許 容 差 座 金 厚 さ 標 準 長 さ 許 容 差 に 　 　 　 晶変動 長 恥 長 丸 め による誤 差 ナッ ト 下の ね じ 部 長 さ の変 動 幅 M1630 （

25

）

30

　 　 　＋

5

　 　 　

−

04

．

59

．

0

　14

〜

9

（

9

．

5

） 〔

14

．

5

〜

9

，

5

｝ ＋

3

．

0

−

2

．

017

〜

7 〔

17

．

5

噌

7

．

5

）

M2035

（

30

）

35

　 　 　＋

6

　 　 　

−

04

，

59

．

0

　

14

〜

9

ω

．

5｝ 〔

15

，

5

聖

9

．

5

） ＋

3

．

0

−

2

．

017

〜

7

（1B

．

5

γ7

．

5）

M2240

（

35

）

40

　 　 　＋

6

　 　 　

−

06

．

012

，

0

　

18

〜

12

（

11

．

0

；　 （

17

噌

1D

＋

3

．

0

−

2

．

O21

〜’

ユ

0

〔20

〜

9

〕

’

M2445

（ 40 〕

45

　 　 　 十

6

　 　 　

−

o6

．

012

．

0

　

18

〜

12

α 1

．

0｝

　 （

17

噌

11〕

十

3

．

0

−

2

．

021

〜

10

｛

20

〜

臼） ） 内は トル シ ア型 高 力 ボル トの場 合の数 値 本 報の

一

部は

，

文 献

5）

，

6 ）で発表して いる

。

＊ _{干葉 工業 大学 建 築 学科 　 教 授}

・

_{博 士 （工 学 ）} i＊ _{干 葉 工 業 大学 建 築 学科}

_講師

・

_修

_士

_（

_工

_{学 〉}

Prof

_．

_，

Dept

_．

　of　

Architecture

，

　

Chiba

　

Institute

　o ｛

Technology

．

，

　

Dr

．

　

Eng

．

Lecturer

_，



Dept

_．



Qf 　

Architecture

，

_Chiba

Institute



of　

Technology

，

M

．

E

皿

9

．

一 77 一

一

son ら2）

，

降伏強 度

につ い ては

田

口

ら

3｝

・

41 に

よ

っ て

行

わ れ てい る。

　

これ らの

_既

_往

の

_{研 究}

では

，

ボル

ト

の

終 局

せ ん

断強

さ に

対

してボル トの

初

張

力

・

ボル ト

径

・

グ リッ

プ長

さ

・

継 手

板

の鋼

材

の種

類

は ほ と ん ど

影 響

し ない こと

を 明

らか に し てい る

。

さ らに_， せん

断 面 位 置

に

_{対 応}

し た

ボ

ル

ト

の

有 効

断 面 積

に よっ て

評 価 を

す れ

ば

，

せ ん

断面 位 置

に

よ

ら

ず 終

局せ ん

断 強

さ と ボル ト

素 材

の

引

張 強 さの比は ほ ぼ

等

し く なるとし て い る

。

　

しか し

，

JIS

規 格

の

ボ

ル

トを 用

い た

著 者

の

実

va5L6

）_で は

，

せん

断 面

位

置

に

対 応

し たボル トの

有 効

断 面 積に よっ て

評 価

を して も

終 局

せ ん

断 強

さ と ボル ト

素 材

の

_引

_{張 強}

さ の 比 は

等

し く な ら ない

結 果

と なっ て い る

。

ま

た

，

ボ

ル ト の

_初

_{張 力}

の

影 響

につ い て はボル ト円

筒 部

が せ ん 断 面 と な る

場 合

のデ

ー

タ し か な く

，

初 張 力 導

入

時

に

_降伏

す る と

予

想

さ れ る ね じ

部

が せ ん

断 面 と な

る

場 合

の

検 討

は な さ れて いない。

　

本

報

は

，

F10

　

T

，

　

F8T

の

高 力

ボル ト， お よ び

SS400

材

に よ る

4T

レベ _ルの

_中

_{ボル トにつ い て}

_，

_{せ ん}

_断

_面

_が

_円

筒 部

お よ

び

ね じ

部

と な る

場 合

の

終 局

せ ん

断 強

さ を

実

験で

確

認 し

，

ボル トの せ ん断 強 さの評 価 式 並 びに そ れ に せ ん

断 位 置

に

対 応

し た

ボ

ル

ト

の

有 効 断

面

積

を

乗

じ た

終 局

せ

ん

断 強 度 評価 式 を統 計 的 手 法

に より

新

た に

提 唱

す る

。

そ し て

，

既 往

の

研 究

による デ

ー

タ を

整

理 し

，

ボル トにせ ん

断

力

と

外 的 引 張 力

が

同 時

に

作 用

す る

場

合

の

_{終 局 強 度}

の

評 価

式

を

示 す

。 さ らに

，

ボ

ル

ト

の せん

断 面

がね じ

部

と なり

，

初 張 力

に

よ

りねじ

部

が

局 部 的

に

降伏

してい る と きの

_{終 局}

せ ん

断 強 さ

につ いて

確 認

実

験 を

行

い _，

_初張力

の

有

無

に

よ

ら

ず さ ら

にね じ

部

につ い て は

降伏状

態

に あっ て も

提 唱

し た

終 局

せ ん

断 強 度 評 価 式

が

成 立

す ること を 示 す。 な お

，

高 力 ボ

ル トの

単純 引張時

の

性 状

につ い ては

，

文 献

7

）

，

8

）

に

発 表

して い る

。

2．

供 試 体

お よ

び 実 験 方 法

　

供 試

ボル トは

，

JISB

　

1186

_の

_{規 格 品}

_の

FlOT ，



F8T

お よ

び 溶 融

亜

鉛

めっ き さ れ た

同規 格

を

満

たす

F8T

の

高

力

ボル トと，

JIS

　

B

　

1180

の

4T

に

該 当

す る

溶 融 亜 鉛

めっ

き さ

れ た

SS400

材

の

中

ボル トを

用

い た。 た だ し

，

めっ き し た

ボ

ル

ト

につ い て は その

_状

態

で の

_{機械 的}

性

質

は

，F

8T

高 力

ボル ト

・

4T

レベ ル の

_中

ボル トと

も

そ れ ぞ れの

JIS

規 格 値 を充 足

し てい るので， めっ き に よ る

影 響

は

無

視 し

た

_。

　

ボル

ト

の せん

断 面位

置

は

図

一1

に

示 す よ う

に

，

二 せ

ん

断 面

が

共

に 円

筒 部

と な る

AA

形 式

，一

面

が

円 筒 部

で

一

面

がね じ

部 と

な る

AC

形 式

，

二

_面

_共

にね じ

部

とな る

CC

形 式

の

3

タ

イ

プ と し た

。

こ のせ ん

断 面 位 置

の

_{調 整}

は

適 正

中 板 厚 を用

いる

と

と も に

ボ

ル ト

頭 側

に

座 金

を 入 れて

調 整

し た。

供 試 体

の

一

覧

は

表

一

2

に

示

す

通

りであ り

，

各

ボル

一

₇₈

一

Q

←

_［

_⊃

u

コ

AA

コ

AC

：

］

cc

図

一1

　せん断 面 位 置 ：_{l　 li} ：　1

ll

　 ｝ 1 1　

’

’

l　 r　

，

・

　1 一 ボル ト

〆

ヴ ＼ 供 試

w50

　 　

50

　　

Ql

コ

ー

〉

o

　

O

Nq 　

d

図

一

2

　

実 験

装

置 例 表

一

一

2

　　｛共言式体

一

覧

團

　 　 ボル ト 呼 び径 　 x 首 下サ孤 ボ ル ト本 数 鋼 種 名nメ舛 AA 形

AC

形

CC

形

F10T

無 M16x 　 　

85

M20x 　 　

90

M22x

　 　

956666B

θ

6B6

F8T 無 M20 ×

90

M22x

　 　

95660066

有

M20x

　 　

90

M22x

工

0066

θ

666

SS400

〔4Tレベ ル） 有

M20x

　 　

80

M22x

　 　

85666666

表

一

3

　

供 試 ボル トの

機

械 的性 質 網 　 樋 Z邸ワキ ボル ト 降伏 点 σy 【tf！

。

囗

り 引張 強さ 　σUo 【tf’叩

ヨ

1

伸 び El 〔罰 絞 り φ

1

瓢〕 M16x 　 　85 ユo

．

2310

．

821B

，

365

．

0 F10T 無 M20x 　 　9010 　1510

．

7718

．

7 β6

．

8 M22x 　 　959

．

9B1D

、

6818

．

4 θe

、

5 無 M20x 　 　908

．

228

、

8e20

．

57 ユ

、

3 F8T M22x 　 　g

　

57

，

768

．

5工 22

，

071

．

3 有 M20x 　 　gO7

．

868

．

6224

．

971

．

2 M22x1007

．

938

．

5928

．

471

．

2 SS400 〔軋丁レへ

’

の 有 M20

×

　 　802

．

944

．

792e

．

968

．

2 M22x 　 852

．

744 　7727

．

0 θB

．

2 9「S12ZO14 号 試_{験 片}による 表

一

4

　 ボル トと鋼 材の組合 せ 綱 穏 Znメ，キ 4509 ノ囗 ポル ト 板 厚 　 　 【

囗

の 謂 材 状 況 外 板 中 板． 外 板 穴 径 （朋 ， M15x 　 8512221217 　0 FIOT 無 M20x 　 　gO12221221

．

5 M22 ×　 　巳512221223 　5SM490 無 M20x 　 　9012231221

．

5 F8T M22 累　 95 ユ222 ユ223

．

5 有 M20

×

　 9012251221

、

5 M22x1001225 ユ223 　5SS540z

且

メ

，

キ_処哩 　550r1ロ

冒

SS400 【4τレペ乃， 有 M20 ×　 8010151021

．

5 M22x 　 　8510151023

．

5 ＊せ ん 断 面 位 置 がCC 形 式の場 台は中板 に 板 厚tsma 〔SSstO ｝を_{使 用}

．

トの

機 械 的

性 質

（

JIS

　

Z

　

22014

_{号 試 験 片}

に よる

_）

は

_表

一

₃

_に

_示

_す

_と

_{お り で あ る} 。

使

用

し た ボル トの

呼

び

径

は，

Ml6

，　

M20 ，

　

M22

であ る

。

同

一

実

験

に

対

し て

各

6

本 ず

つ と し た

総 数

150

本

の

供 試 体

につ いて

実

験 を

実

施 し た。

　

載 荷

は

母 材 破 断

の

無

い

よ

う

に

設

計

し た

図

一

2

に

例 示 す

る よ う な二

面

せ ん

断

の

摩 擦 接 合 形

式の

試 験

体

を 用

いて

，

200

　

tf

_万

_能

_{試 験 機 を 用}

い て

単 調 引 張

りに よ り

破 断

に

至

ら し め た

。

ボ

ル トと

加 力 用 鋼 板 の 組

み

合

わ せ は

表

一4

に

示

す と お り と し

，

最 初

はボル

ト

の

初 張

力

は

導

入 せ

ず

，

外 板

と

中板

に す き

間

の ない

程 度

に

手 締 め

し た。

軸 力

を

導

入 し た

場

_倉

につ い て は

6

項

に

_記

述

し て いる。 ま た，

実

験

に

先

立っ てボル ト

各 部

の

寸 法 測 定

を

行

っ たが

，

い

ず

れ も

許 容

寸

法

内

に あ るので，

結 果

の

整 理

には

公 称

寸法

を

用

い る こ と と し た

。

3．

結 果 と考 察

　

各 供 試 体

にっ い

で

，

実 験

に よ る

最 大

せ ん

断 力

Q

．．

，

Q

。c

，

　

Qc

。

（

tf

）

，

これ ら

を

それ ぞれ の せ ん

断 面

に

対 応

し た

ボ

ル

ト

の

公 称 断 面 積

で

除

した

_実

験

に よ る

最 大

せん

断

応

力 度

，

す

な わ ち

終

局

せ ん

断 強

さτ． 。

．

τ。c

，

　rcc

（

tf

_／

cmZ

_）

_，

な ら びに これ らの

_{終 局}

せ ん

断 強 さを表

一3

に

示

し た ボル

ト素 材

の

_引

張 強

さσ u

。

で

除

し た

値 （

τu

／

σta

）

を

示

す と

表

一5

と な る

。

ま

た

，

AA

，

　

AC

，

　

CC

形

式

につ い ての

最 終

破 断 状 況 例

をそ れ ぞれ

写

真

一

1

〜

3

に

示

す

。

こ こで， 二

面

せ ん

断

の

場 合

で

あ

るの で

，

終

局

せ ん

断強

さ は

（

2

）

〜

（

4

）式

に よっ た。 写

真

一

1

最 終 破 断状 況 （

AA

形 式

，

　

F

　

8

　

T

　

Zn

　

M

　

22

_）

写真

一

2　

最 終破断状 況 （

AC

形 式

，

　

F8TZnM22

＞ 写 真

一

3

　

最終破 断 状 況 （

CC

形 式

，

　

F

　

8

　

T

　

Zn

．

M22

_） τu

＝

　　　

rAA

＝

Q

＾＾

／

（

2A

，

）

…

　　　

τAC

＝

QAC

／（

A

，十

Ae

）

………・

…・

………・

・

（

3

）

　　　

rcc

；

Qcc

／（

2Ae

）

・

……・

…・

……・

…・

…………

（4 ）

ただ し

，A

， ：ボル ト

円

筒 部

公

称 断面 積 （

cm2

）

　　　 　

Ae

：ボル トね じ

部

公

称 有 効 断 面 積

（

cm2

_）

　

これ らの

結 果

よ り， τu

／

σ。

。

の

値

がせ ん

断 面

位

置

お よ び ボル トの

材 種

に よ り

変 化

す るこ

と が 分

か る

。

　

既

往

の 研

究

で取 り

上 げ

られ て い るもの

以 外

で

，

ボ

ル ト の

_{終 局}

せ ん

断 強

さ に

影 響

を

与

え る

因

子と し て

_{考 ネ}

ら れ る もの は

，

ボ

ル

ト素 材

の

引張 強

さ

，

降 伏 比

・

伸

び

性 能

・

破

壊 靱 性

・

ボ

ル ト

形 状

・

不 完 全

ね じ

部

とせん

断 面 位 置

の

関

係等

である

。

し か し_，

実 用

に

供

さ れて いる

状 況

で はボル トは

JI

ミ

で

素 材

お

よ

び

形 状

が

規 定

さ れてお り

，

さ

らに

本 実 験

では せ ん

断 面 を確 実

に ね じ

部

や

円 筒

_部

Cl

な る よう に している ため，

結 果

の

整 理

に

際

し せ ん

断 面 位 置

お よ び

ボ

ル ト

素材

の

引 張 強 さ と

の

関 係

に

着 目 し

た。

　

図

一

3

一

図

一

5

に

，

終 局

せ ん

断 強

さ とボル ト

素 材

の

引

張

強

さの

比

（

τ

。

／

σu 。

）

と ボル ト

素 材

の

引 張 強

さ

（

σta

（

tf

／

cmZ

）〉

の

関 係

を せ ん

断 面

位

置

ご と に

示

す。

図 中

に は

同

r

実 験

6

体

の

平 均 値

お よ び その 分

布

域

を 示 して い る。 また

，

せ ん 断 面

位 置

ごとの全 デ

ー

タに基づ

く

回 帰 式 は

次

の

（

5 ）

一

（

7

）

式

と な る

。

相

関係 数

は そ れ ぞ れ，

0．

79

，

O

．

　

95

，

0

．

97

であ る

。

　　　

τAA ／σ恥 ＝

0

．

744

−

L17XlO

−

tX σ ta

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　

（

5　

）

　　　

τAc

／

aωa

＝o．

863〒

2

．

6e

×

10

−

2 ＞（σue

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　

（

　6　）

　　　

τcc

／

σu

。

＝

1

．

053

−

5

．

22

×

10

−

2 × au

_。

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

_（

7



）

な お

，

図

中

に は こ れ らの

回帰 直 線

と

95

％ 信 頼 域 を示

し TAA ：二 せん

断 面

が

_共

に円

筒

部

の

_場

_合

τkC ：せ ん

断 面

が 円

筒 部

とね じ

部

の場

合

rec ：二せ ん 断 面 が

共

に ね じ

部

の場

合

　　　 　

…・

……・

………・

…・

…・

…・

…

（1 ）

　　　 　　

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　

（

2

）

τu／σu

。

0

・

_，

₈

。

．

6

　　　

0

，

4

　　

4

　 　

6

　 　

8

　 　

10

　

12

　　 　　　 　　　 　　

σu

。

（tf ／emA ｝

　

図

一

3

　

τ u／σta

一

σu

，

関係

（

AA

形

）

一

₇₉

一

一

− 珠 檗 讎 醂 　 の ー cqゆ

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辱

　

　

　

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，

　

　

　

■

　

　

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一

〇

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o

τ

→

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つ

01

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N o

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N

o

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N

曁

．

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8

酪

の

倉

≦

黒

〕

た。　 　 　 　

』

　

これ

ら

か ら

，

せ ん

断 面 位 置

ご と に

終 周

せ ん

断 強

さ

・

と ボ ル ト

素 材

の

引

張

強

さの

比

（

ru

／

ade

）

と ボル ト

素

材

の

引 張

強

さ

（

σ

の

に

非 常

に

強

い

相 関 関 係

が

あ

るこ

と

が

認 め

ら れ る。

　

AA

形 式

で は

，

τu

／

σ

。

。の

平 均 値

はボル ト

素 材

の

引 張 強

さ

（

σ恥

〉

の

増 大 と と も

に

O

．

7

か

ら

0

．

6

に

減

少

し ている

。

さら に

，

ね じ

部

が せ ん

断面

と な る と

ボ

ル ト

素材

の

引

張 強

さ

（

ata

_＞

の

影 響

が

大

き く な り

，

　

CC

形 式

で は

，

4T

レベ ルのボル

ト

で τu

／

σ_{de の}

平 均 値

は

約

0

．

8

，　

F

　

10T

で

約

0，

5

と なっ て いる。

　

これ らの こ と か ら

_，

せ ん

_{断 面}

の

面 積

と し て せ ん 断 面に

対 応

し た

公 称 有 効 断 面 積 を用

い る

前 提

に

立

て

ば

，

ボル ト

素

材

の

_引張

強

さの

違

いだ けでな く

，

せ ん

断 面 位 置

が

円 筒

’

部

かね じ

部

に よっ て

終 局

せ ん

断 強

さ を

修

正 する

必

要

が あ る と

言

え る。

　

図

一

6

は

，

既 往

の

文 献

1）

・

2｝_に

_示

_{さ れて い る 実 験 結 果の} う ち

，

本 報

と

同

じ

載 荷 形 式 を 採

っ て い る

実 験

で

AA

形

一

₈₀

一

τu1σn

。

0

，

8

0

，

6

0

，

4

　 　

4

　 　

6

　 　

8

　 　

10

　

12

　 　 　 　

σu

。

⊂tf ／em ：_｝

　 　

図一

4



τu

／

ath

一

σ．

。

関 係

（

AC

形

）

τu／σu

。

0

，

8

0

，

5

O

．

4

　　

4

6

・

81012

　 　 　 　

σu

。

（tf ／cm

＝

｝

　

図

一

5

τ。／σ，、

。

一

σ。、関

係 （

CC

形 ） τu！σu

。

0

，

8

0

，

6

　 　　

0

，

4

　　　　　

4

　　

6

　　

8

　　

10

　

12

　 　　 　　　 　　　 　　　 　

σu

。

（tf ／crn ！_） 図

一

6

　

τu／σ_吻

一

σ_恥 関 係 （

AA

形

，

既 往 実 験デ

ー

タ を含む） τu〆σu

。

0

，

8

0

，

6

o

，

4

　 　

4

6

81012

・

　 　 　 　

σu

。

（tf ／

・

cmt ｝ 　 図

一

7

　 引 張 載 荷 と圧 縮 載 荷の比 較

式

の

場 合

につ い て

前 出

の

図

一

3

に

重

ねて

プ

ロ ッ ト し た も の で

あ

る。

な

お

，

ボル

ト

は

ASTM

材

で あ り，

プ

ロ ッ ト し た デ

ー

タは

同

一

実 験

の

平 均 値

であ る。 これ か ら も

，

本

報

で

算 定

し た

回 帰 式

が

十 分 妥 当

であ る と

判 断

で き る。

　

図

一

7

は

，

同 様

に

圧 縮 載 荷

の

場 合

の 既

往

の

実 験 結 果

L］

・

3） を

示

し た

も

の であ る。 図

中

には 比

較

のた め

引 張 載 荷

の

場

合

の

_{回 帰 直線}

（5 ）

_式

を

示

してい る

。

引 張 載 荷

の

場

合

に 比べ

_、

_τu

_／

σ、a の

値

が すべて の

ボ

ル

ト素 材

の

引 張 強

さにわ た り

大

き く なっ ている

。

これ は

，

引 張 載 荷

の

場 合

，

中 板

が

_引張

力

に よ り

薄

く な り_， ボル トに

曲

げ 応 力の効

果

が 入 り

耐 力

が

低 下 す

る の に

対

し

，

圧 縮 載 荷

で は

中板

が

厚

く な り

外 板 と

の

摩 擦 抵 抗

が

付 加

さ れ る た めで あ る と

推 察

さ れ る

。

こ の ことか ら，

圧 縮 載 荷 状

態のボル トにつ い ては

引

張 載 荷

の

場 合

の

終 局

せ ん

断 強

さの

_評

_価

式

を 用いる こ と で ボル

ト

の

終 局

せ ん

断 強

さ を

安 全 側

に

評

価

で き る

と言

え る

。

4．

ボル トの

終 局

せ ん

断 強

度

評 価 式

　

以 上

の

_実

験 結

果 お よ び

考 察

よ り

，

ばらつ き を

_{考 慮}

して ボル トの

_{終 局}

せ ん

断 強

さ の

評 価

を

回 帰 式 （

5

）

一

（

7

_）

の

95

％

信 頼 下 限 を採 用 す

ることにす る と

次

式 と な る

。

　 　　

rA。

＝

（

0

．

702

−

1

．

17

×

10−

2 ×σ吻

）

×σ蜘

…・

…・

…

（

8

）

　 　　

TAC

＝

（

0

．

819

− 2．

60

×

lO

−

2×σta）×σde

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　

（

9

）

　 　　

Tcc

＝

（

0．

992− 5．

22

×

10

−

2X σ．

）

×σts

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　

（

10

）

た だ し

，

本

実

験

で

使 用

し た

ボ

ル トの

引 張 強

さ

を考 慮

し

，

適 用 範 囲

は

次式

と す る

。

一

₈₁

一

表而



終 局せん断 強さと ボル ト素 材の引 張り強さの比 （τ

．

／σ

の

せ ん 断 面 位 置

AA

形

AC

形

CG

形

F10T0

，

　

590

．

　

560

，

44

F8T0

．

　

610

．

　

610

．

57

4T

0

．

　

650

．

　

710

．

78

　　　

4

．

0

≦ a_{。 。}≦

12

，

0 （

tf

／

c皿2

_｝

　

さ ら に

，

ボル

ト

の

終 局

せ ん

断 強 度

の

評 価 式

は

，

二

面

せ ん

断

の

場 合

せん

断 面

に

対 応

し た

有 効 断 面 積

を

用

い て

次 式

と な る

。

　 　 　

QA

，

＝

・

2A

，×ηAパ

…一 ……・

一 ・

………・

（

11

）

　 　 　

QAC

＝

（

A

，十

Ae

）

XrAC

・

………・

………

（

12

）

　 　 　

Qcc

＝

2A

ε×rcc　

’

……・

………・

（

13

＞

　

同

様

に，

一

面 せ ん

断

の 場

合

の

終 局

せ ん

断

強

度

評 価

式 は

次 式 と

な る

。

　　　

Q

ハ

＝Ab

＞（TAA

・

鹽

鹽

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　

（

14

）

　　　

Qc

＝

AeXtcc

・

・

…

　

’

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　

鹽

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　

（

15

）

こ こ で

，

Q

＾

，

　

Qc

は そ れ ぞ れ

，

せ ん

断 面

が

円 筒 部

，

ね じ

部

の

場 合

の

終 局

せ ん

断 強 度

を

示

す。

　

な お，

F10T ，

　

F

　

8

　

T

，

4T

レ ベ ル の

SS

　

400

の

ボ

ル

ト

の

_{終 局}

せ ん

断強

さ と ボル ト

素材

の

引 張 強

さ の

比 （

τ

。

／

σ_也

）

を そ れ ぞ れの

引張 強

さの

公 称 値

を

用

い て

表

す と

表

一

6

と な る。

す

な わ

ち

，

安 全 を

みて

95

％ 信 頼 限 界 を考 慮

す る と ボル トの

終 局

せん

断 強

さ の

公 称 値

は

，

ボ

ル ト

素 材

の公 称 引 張 強 さにこれ らの

_値

を

乗

じ たものを

採 用

する の が

_妥

当

で あ る

。

　

た だ し

，

F10T

ボル トの せ ん

断 面 位 置

が ね じ

部

の

場

合

に つ い て は

，

引 張 強

さの

JIS

_規

_{定 値}

で ある

10

−

12

tf

_／

cm2 の

_範

囲におい て τ。

／

aUe の

低 下 率

が

引 張 強

さの

増

大 率

よ り

上 回

る た め，

安 全 を 考 慮

し

（

10

）

式

に a。　

・

12

tf

／

cm2

を代

入 したと きの

値 を 用

いている

。

5．

ボ

ル トの

終 局 時

の

引 張

り

と

せ ん

断 応 力

度

の

相 関 関係

　

ボ

ル

ト

に

軸 方 向

の

引 張 力 と

せ ん

断 力

が 同

時

に

働

く

場 合

の

_終

_{局 強}

_度

に

_関

して は_，

_文

献

2）

に

ASTM

　

A

　

325

_と

A354

　

BD

の

高 力 ボ

ル トの 円

筒部

と ね じ

部

に

関

し

，

それ ぞ れ

別

々 の

式

で

実験

式 を与

えて いる。 これら の

実 験

デ

ー

タ か ら

，

応

力 度

に

換 算

す る

際

に

，

せ ん

断 面

に

対 応

し た

有

効 断 面

積

を用い た もの で

整

理 し

直

し， せ ん

断 面

が

円 筒 部

とね じ

部

そ れ ぞれ につ い て

，

縦 軸

に

終

局

引 張 応 力 度

と ボ ル

ト素 材

の

引 張 強

さ の

比 （

σmaxfata

）

，

横

軸

に

終 局

せ ん

断 応 力 度

と ボル

ト素 材

の

_{引 張 強 さ}

の

比 （

Tmax

／

σua

）

を

とっ た も の が

，

図

一8

と

図

一9

であ る。

　

これ ら より

，

σ 

＝

0

の

時

τrrux

＝

τu である こ と か ら， τ．

／

σu

。

と

1

．

o

を

それ ぞれ

短

径

の

1／2

，

長 径

の

1

／

2

と す

る

楕

円

で

ボ

ル トの

_終

_{局 強}

_度

に

関

す る

引

張

り と せ ん

断 応 力 度

の相 関 関 係 が 与 え ら れ る と 判 断で き る

。

これ を

式

で

表

す と

次式

と な る。

一

₈₂

一

σロaxtσu

。

　 1

，

0

【

｝

0

，

5

o

丶

幅

“

衆

蕊

貅

（

「

○

・A325

口

・A354BD

1

，

0

　 　 　 τmaxt σuo 図

一

8

　ボル トの 終 局 強 度 に 関 す る 引 張 り と せ ん 断 応 力 度の相 関 　 　 　 関 係 （せん断 面 ：円 筒部 ） σmaxノσu。

　

LO

O

，

5

＼

口

（

劉

・

（

一

○

・

A325

口

IA354BD

　　 　　 　　　 　　　 　　

0

　　　　

0

　　　　　　

0

，

5

　　　　

1

，

0

　 　 　 　

τmait σuo 図

一

9

　

ボル トの終 局 強 度に関す る引 張り と せ ん断 応力 度の相 関

　 　 　

関係

く

せ ん

断

面 ：ね じ

部

）

　　 　

（

amax

／

σ Uo

）

2 十

_（

τ旧fiX

／

τu

）

2 ＝

1 ・

・

・

・

・

・

・

・

・

・

…



曁

・

・

・

・

・

・

…



_（

16

_）

こ こ で

，

σmax と rmax は

組 合

せ

応 力 時

の

終 局 引 張 応 力 度

と

終 局

せん

断

応 力度

で ある

。

また

，

τu は

式

（8

ト （

10

）

に

よ

る

終 局

せ

ん 断 強 さ

で

あ

る。

6．

ボ

ル ト

初

張

力

の

影 響

　初

張 力 導

入

時

に

_降

伏

す る と 予 想 さ れ る ね じ

部

が せ ん

断

面 と

な る

場 合

につ い て

，

提 唱

し た

終 局

せ ん

断 強

度 評価

式

が

適 用

で きる か

否

か

を

，

ボル

ト

の

初 張 力

の

大

き さ

を 変 数

とし た せ ん

断 実 験

に よ り

検 証

し た

。

　

供 試

ボル

ト

は

，

JSS

皿

09

に

規 定 さ

れて い る

ト

ル シ ア

型 高 力

ボル ト

SlOTM22

×

130

を

用

い た

。

初 張 力

の

大

き さを

実 験 変 数

とし

，

初 張

力

無

し の

Otf

か ら ね じ

部

が ほ ぼ

全 断 面 降 伏 す

る

1

．

4B

。 まで

変 化

させ た

。

こ こで，　

B

。

表

一

7

　

試 験

体

お よ び実 験 結 果

一

覧 最 大荷重 時 ボ ルト ん断 ボルト初 張力 ボルト張力

・

最大 せ ん断 τu！σu。 〔tf ｝ 〔tf ｝ （tf ）

O

．

08B

。

O

．

26B

。

43

．

40

．

576

0

．

89B

。

O

，

44B

。

44

．

80

．

594

1

凹

22AC

形 0

．

98B

。

0

．

63B

。

40

．

70

．

540 x13 囗 1

．

26B

。

0

．

67Bo43

．

40

、

576 1

．

39Bo0

、

60Bo42

．

90

．

569

B

。

＝

20

．

5tf ｛設 計ホ ル ト張力｝ 表

一

8

　 供 試 ボル _トの機 械 的 性 質 ボル ト　 品

4

号 試 験 片 軸 加 動校正値 　 （×10

−°

1tf

） 降 伏 点 σy （tピ

1c

皿2） 　 引 張 強さ σu（

tflc

田2） 伸 び

E1

α ） 絞 り φ〔瓢） 127

．

510

，

6011

．

0318

．

766

．

2

写 真

一

4

　

ボル ト破 断 状況 （初 張 力の影 響 ） は

設 計

ボル ト

張

力であ る。

初 張

力の

導

入は， ボル ト円

筒

部

に

添 付

し たひ

ず

み ゲ

ー

ジに

よ

り

制 御

し た

。

加 力 用 鋼

板

に は

SM490

材

を

用

い

，

外 板

16mrn

，

中 板

22

　mm の 二

面

せ ん

断形 式

の

試 験 体

とし_， ボル

ト

の

円 筒

部

と ね じ

部

が

確 実

にせ ん

断 面

にな る よ

う

に

，

ボル

ト頭 側

に

座 金 を

入 れ て

調 整

し た

。

表

一

7

に

試 験 体

の

一

覧

を

示

す

。

ま た

，

実

験 に よ る

最 大

せ ん

断

力 時に

_摩

擦に よる

付 加 抵 抗

が

働

か ない よ う に，

摩

擦

面 はペ ンキ

仕

上 げの う え

潤 滑 油

を

塗 布

した。 な お

_，

供 試 高 力 ボ

ル

ト軸 カ

ー

ひ

ず

み

校 正

結

果

と

JIS

　

Z

22014

号 試 験 片

に よる

機 械 的 性 質

を

表

一8

に

示

す

。

　

表

一

7

に

実 験 結 果

を

，

写 真

一

4

にボル トの

_{破 断}

_後

の

_状

況

を

示

す。 この よ う に

試 験

体

数

は

少

ない

が初 張 力

の

大

き さに よら

ず

実験

に

_ょ

る

最 大

せ ん

断

力

は ほ ぼ

同

じ

と

なっ た。

　

図

一

10

は

，

ボル トの

終 局

せ ん

断 強

さ と

ボ

ル ト

素 材

の

引 張 強

さ の

比

と ボル ト

素材

の

_引張

_強

さの

関係 を示

し た

前

出

の

図

一

4

に

，

初 張 力

を

導

入 し た

実

験 結

果

を

プ

ロ ッ ト し

た も

の で

あ

る。 い

ず

れ

も

95

％

信頼

限

界内

で あ り， せ ん

断 面

がね じ

部

の

場 合

で も 過

度

に

塑

性

化

させ ない

限

り

初 張

力

の

有 無

にかかわ ら

ず 本 報

で

提 唱

し た

終

局 せ ん

断 強 度 評

価

式

が

適

用で き る と

判 断

で き る

。

　

図

一

ll

は せ ん

断 力

と

ボ

ル ト

張 力

の

関 係 を 全 試 験 体

に つ い て

_示

し た もの である

。

縦 軸

は

載 荷

時

の せん 断 力 を

（

6 ）

〔

12

）式

に よる

最 大

せん

断 力

の

計 算 値

で

除

し た

値

，

τu／σu

。

0

、

8

D

，

6

　

0

，

4

　　　　

4

　 　

6

　　

8

　　

10

　

12

　 　 　 σu

。

〔

tf

／cm2 ｝ 図

一

10

　Vu／av

、

一

σ

恥

関 係 （

AC

形

，

初 張 力の影 響 ）

Q

／

，

Q

。

1

，

0

0

，

5

　

〇



















ヱ

，



O













B

_／

Bo

　図

一

11

　せ ん断力 と ボル ト張力 の関 係

横

軸

はボル ト

張 力

を

設

計

ボル ト張

力

で

除

し た

値 を示

す

。

こ の よ う に

最

大 せ ん

断

力 に

達

し た と き

初

張

力

を

導

入 し た

も

の は

ボ

ル ト

張 力

が

0．

44

　

B

_。

− O．67

　

B

_。

_{程 度 ま}

_で

_減

_少

_し ，

一

_{方 初 張 力 を}

_{入れ な い}

_も

_{の で は}

₀

_．

₂₆

　

B

。に

ま

で

上 昇

する

現 象

を

示

し てい る

。

こ れ は

，

せん

断 面

が 円

筒 部

の

場 合

の

既 往

の

実 験

91に おい て，

初 張 力

の

大 き さ

に

よ らず 実 験

に

よ

る

最 大

せん

断 力 時

の

ボ

ル

ト張 力

は

0

．

5

　

B

_。

程 度

に なる ことが

示

さ れて お り

，

本

研

究

で も 同

様

な

傾 向

と なっ た

。

こ の現

象 が

，

ボ

ル トの

終 局

せ ん

断 強

さに

対

し

初 張 力

の

存

在 が あ ま

り

影 響

し ない

と

い

う結 果

の

一

因 と推 定

で

き

る

。

7．

結 　 論

　

JISBll86

に

規 定

さ れ る

1

種

・

2

種 高 力

ボル トの セッ トで ボル ト

径

が

M16 ，

　

M20 ，

　

M22

の ボル トの製 品 お よ び

JIS

　

B

　

1180

の

4T

レベ ル の

SS400

の

_中

ボル トの

_製

品

に

関

し せ ん

断

実

験

を

行

い_， 既

往

の

実 験

と

合

わ せて

以

下

一

₈₃

一

一

の

結 論 を得

た

。

1

＞

ボル

ト

の

終 局

せ ん

断 強

さの

評価 式

はボル

ト

の

初 張 力

の

有 無

にか か わ ら ず

，

せ ん

断 面 位 置

に

応

じて

次式

で

表

せ ら れ る

。

　　　

TA

、＝

（

O．

702

−

］

J7

×

10

−

z ×σ。、

）

×σ。

。

”………

（

8

）

　　　

TAc

＝

 

．

819−

2

．

60XlO

−

1×_{σ uo}

_）

×σ恥

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　（

9

）

　　　

rcc＝

（

O

．

992

−

5

．

22

× 】

0

−

t×σ Uo

）

×ObO

・

・

・

・

・

・

・

・

…

　

（

10

）

ただし_，

4

．

0

≦σUe ≦

12

．

0

（

tf

／

cmZ

＞

　 ま

た

，

ボ

ル

ト

の

終 局

せ ん

断 強 度 評 価 式

は

，

せ

ん 断 面 位

置

に

対 応

し た

有 効 断 面 積

を

用

い て

次 式

と な る

。

　　　

Q

凧

＝

2A

。× tAA

…・

・

……・

…・

………・

・

………

（

11

）

　　　

QAC

；

（

A

，十

Ae

）

XrAC

・

・

………・

・

…・

・

…・

…・

…

（

12

）

　　　

Qcc

＝

2AeXTcc

……・

……t・

・

…・

・

…・

・

………・

（

13

）

　　　

QA1Ao

× rAA

・

…・

…・

…・

…・

・

………・

……

_（

14 ）

　　　

Qc

＝

A

θ

X

砒

・

…・

…・

…・

・

…・

…・

…・

…・

………・

（

15

）

2

）

ボル トの

終 局 強 度

に

関

す る

軸 方 向 引張

り と せ ん

断応

力

度

の

_{相 関 関 係}

は 次 式 と な る

。

　　　

（

σ 

／

σ_勘

）

t＋

（

rm_。．

／

τ_。

）

』

1

・

……・

……・

…・

・

曁

・

・

（

16

）

こ こ で

，

終 局

せん

断 強

さ

（

τu

）

は せ ん

断 面

に

応

じ て

式

（

8

）

〜

_（

₁₀

_{） を用}

_{い る}

_。

参考

文 献

1

）

JJ．

　

Wallaert

　and 　

J．

W

．

　

Fisher

；

Shear

　

Strength

　of 　

High

−

　　Strength

　Botts

，

　Journal

　of



the

_Structural

　

Division

，

　 　

ASCE

，

　

Vol

．

91

．

　

ST3，

　

_pp

．

99

−

125

，

1965

．

6

2

）

E．Che

＄son

，

　

Jr．

，

N

．

　

L

．

　

Faustine

，

　and 　

W

．

H．

　

Munse

　

l

　 　

High

・

Strength

　

Bolts

　

Subjected

しo　

Tension

　and　

Shear

，

　 　

Journal

　of　the



StructuTaL

　

Divisio

回

，



ASCE

，

　

Vol

．

gl

，

　 　

ST5

，

　

pp

．

155

−

180

，

1965

．

10

3

＞

　

田口

武

一，

坂

井

正

美

，

山本 次郎

：

引

張 り力 を同 時に受け

　 　

るボル トの せ ん断

実

験

（

そ の

1

）

， 日

本

建

築学会大 会学

術 　 　講 演 梗 概 集

，

pp

．

1119

〜

1120

_，

昭 和

44

年

8

月

4

｝田囗武

一，

青 木博文

，

佐々木 昌克 ：高力 ボル ト支 圧接 合 　 　に お ける ボ ル トの剪 断 機 構に関する基 礎 的研究

，

日本建 　 　築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集

，

pp

．

1049

〜

1050

_，

昭 和

49

年 　 　

10

月

5

） 橋 本篤 秀

：高 力 ボル トの

_{剪 断}

強 度， 日

本

建

築 学会 大会学

　 　術 講 演 梗 概 集

，

pp

．

1833

−

1834

_，

昭 和

57

年

10

月

6

） 橋 本 篤 秀 ：溶融 亜 鉛メ ッ キ ボル ト （

F8T

・

4T

）の剪 断

　 　

強度

，

日 本 建 築 学 会 大 会 学 術 講演梗 概 集

，

_pp

．

1485

−

1486

，

　 　昭 和

58

年

9

月

7

）

橋 本

篤 秀 ：

FIOT

高

力ボル ト

単純 引

張り時の荷 重

・

変 形

　 　性 状

，

日

本

建 築 学 会

構

造

系

論 文 報 告

集

，

第

309

号

，

　 　

pp

．

　

ll

〜

20

，

_{昭 和}

56

_年

11

_月

8

） 橋 本 篤 秀 ：溶 融亜鉛めっ き高力 ボル ト （

F8T

｝ の 単 純引

　 　

張り時 性 状

，

日本 建 築 学 会 構

造系

論

文

報

告

集

，

第

338

号

，

　 　

pp

．

77

〜

87

，

昭和

59

年

4

月

9

＞　 田口武

一，

坂 井正美

，

山 本 次 郎 ：高力 ボル ト支 圧 接 合に

　 　

関す る 研究

，

日本 建 築学会 大 会 学 術 講 演 梗概集

，

pp

．

871

　 　

〜

872

，

昭 和

43

年

10

月

（

1992

年

1

月

10

日原

稿受

理

，

1992

年

7

月

6

日採 用 決 定 ）

一

₈₄

一