PDF 補修・補強用締結構造の開発および強度評価方法

総合研究所・都市減災研究センター（UDM）研究報告書（平成２4年度）

テーマ2 小課題番号2.2-4

補修・補強用締結構造の開発および強度評価方法

一之瀬和夫^＊小林光男*後藤芳樹*小久保邦雄^＊若林博之^＊＊

1. まえがき

既設構造物の緊急補強施工や補修工事の方法は多様で あることから，いろいろな手立てを用意する必要がある ． 補修時の構造締結作業で狭隘な部材の内部へ作業者が侵 入することが不可能な場合もある．また，変形した構造 物が補修工事の進捗を遅らせる場合，および，補強工事 の目途が立たないときは，応急の仮設や仮組対応が必要 になる．新設工事とは異なり，締結工具を裏面へ設置で きないことが多い．このような箇所や作業の迅速さを要 求されるときブラインドファスナが使われる．これによ って作業者一人による単独施工の極めて作業効率は高く なる．そこで，橋梁や鋼構造の補強などでは締結助材と してM12以上のハックボルトが，プレファブハウスなど で は M10 ま で の フ レ キ シ ブ ル ブ ラ イ ン ド フ ァ ス ナ

（frexible blind fastner FBFと略記）が使われる．このと き ， 締 結 助 材 に 使 わ れ る の が ブ ラ イ ン ド ナ ッ ト で あ る

（blind nut BNと略記）．ま た，ハイドロフォ－ム部材 の 構造締結にも BN として 広 く使われている（名称：ロブ バルブ，ロブロックなど）．これらの背景から，比較的 軽 作業で行う片側施工で使用するフレキシブルブラインド ナット(FBN と略記)につ い て，その 構造締結の強度評価 方法を定めておくと作業性が向上する．このようなこと か ら ，BN の 締結 管理 方法の 複 合負 荷， およ び バル ブの 強化実験を行った．

a) NSD-6Mによる変形と施 工上の検討課題を 明らかにす

る． b) NSD-6Mを母材AとBへ締結した強度について 複合負荷の軸力Pzとせん断力Psが同時に作用する場合 を設定して，複合負荷法（combined loading）を考案・開 発し，それによる強度評価 試験を実施する．c)NSD-640M のバルブ径拡大の実験をおこなう．

2. 複合負荷による強度評価 法

スポット溶接や構造締結の強度評価で行われている従 来の方法は，締結助材の軸および軸と直交する平面内で せん断力を負荷するものであった．この方法を Fig.1 で 示すようにすBNあるいはFBN締結 ¹⁾へ適用する ．同 図 の従来法は単純負荷によるものである．そこで，あらた

にFig.2 で提案する方法を複合負荷法と称する．Fig2の

強度特性図を準備することにより，施工のあと締結要素

が被っている外力から，付替え，あるいは補修（補強）

の要不要を判断することができる．

2.1素板SPCCt1.6mmの浅 絞り Fig.3に示した絞り カ

ップを設計し，NSD-6M(強 度区 4.6)の一対をホルダへ 対 向配置する．

2.2 複 合 負 荷 ホ ル ダ の 機 能と 構 造 こ れ ら の ホル ダは

Fig.4に示した機能と構造で 設計(一例)されており，カ ッ

プの一組を同図の(a)により 装着して一対の M16 ボル ト で引張試験機 AG-10TAへ 連結されている．そして，負荷

θ=15°用のホルダを(π/2)の向きにかえることでθ=75°

*:工 学 院 大 学 工 学 部機 械 工学 科・ 機 械 シ ステ ム 工学 科 教授, ** 株 式 会 社フ セ ラシ

(a) Tensile test (b) Sheartest Fig.1 Ordinaly simple fracture test

Fig.2 Combined loading

(a) Cup design (b) Drawing die set

(c)Clinched holders Fig.3 Cup design

and holders

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テーマ2 小課題番号2.2-4

に，同様にθ=30°のものを60°方向の負荷に対応できる ようにした．軸線(z)方向負 荷には θ=0°で，さらに負 荷 方向をπ/2にすることでθ=90°の負荷が可能である．

2.3 NSD-6Mによる締結体の 複合負荷 方法と実験

NSD-6MとA,Bとの締結で は作業標準により加締した．

θ=60°では作業標準で加締 たあと，さらに同一作業標 準 で2回目の打撃をおこなった．締結のあと，島津製試験

機AG10TAに より，Fig.4のホルダ上で複合負荷して，

変位 ziと引張力Pszの推移 をもとめた．

3. 複合負荷による実験結果 と考察 3.1カップ型ホルダによる複合負荷の結果および考察

Fig.5にPszの結果を示し た ．同図の(a)でθ=0°，すな

わ ち 単 純 せ ん 断 で 行 わ れ た Psz は 初 期 の 最 大 せ ん 断 力 (Psz )max を経た直後に，NSD-6M の連続性が絶たれて分 離する．この分離はフランジ部とバルブの間に位置する 円筒材料部上におこる．これに対して，θ=90°の負荷 に よる変形は，バルブ側に位置していた母材Bの内縁がバ ルブによって拡大されて，この拡大部をバルブが抜ける ことで締結がとかれる（解結）ので試験力の値は低い．

同図の(b)において ，試験力Pszの値は(0,0)位置から傾 き

θの直線上で丸印(○)までの 長さの値であらわされる ．

3.2 NSD-640Mの素管部長が バルブ 径増大に及ぼす影響

Fig.6にNSD-640Mのバ ルブ径の増加方法を示した．

素管部長を納入状態のままとした nr.①～④(⊿L=0mm) と，中ぐりによって2mm長くしたnr.⑤～⑩(⊿L=2mm) のBNをそれぞれSPCCの単一鋼板へ締結したことでバ ルブ径daveを大きくできる ので，Fig.5で示したPszの 向上に貢献する．

4. まとめ

複合負荷法を提案して，これを設計・製作した．さら に実験をおこなって，新しい強度評価法を提案した．

参 考 文 献 1) Peizeng L.,Kunio K.,Kazuo I.,Masaaki S.:Experimental and Numerical Analysis of the Fastning Bolt Using the Plastic Buckling Deformation of a Pipe,J.SMME,vol.4,no.12(2010),1765-1777.

(a) Load Psz

(b) Effects of θ on Psz

Fig.5 Effects of θ on Psz,NSD-6M,SPCCplate,A and B, t=1.6mm

(a) Holder and chuck θ=15°,75° (b)Side plates

(c)Loading onθ=15° (d)Loading on θ=75°

Fig.4 Holder and combined loading(θ=15°and 75°)

Fig.6 Effects of cylinder depth lengthing and double clinching on valve dia.dave(NSD-640M)