Method of retrofitting a corroded high-strength bolt friction-type joint without using a temporary member

Research Project

Project/Area Number	19K04582
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
Research Institution	Kyushu Institute of Technology
Principal Investigator	Yamaguchi Eiki 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (90200609)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	高井俊和九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (00759433)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000) Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords	高力ボルト摩擦接合継手部 / 腐食 / 重ね板補強 / コネクタ要素 / すべり荷重 / 摩擦接合継手 / 高力ボルト / 開口変位 / ソリッド要素 / コネクター要素 / 摩擦接合 / 継手 / ボルト作用力 / 有限要素解析 / レトロフィット
Outline of Research at the Start	本研究で開発を目指す工法は，部分的な高力ボルトの取り替え，添接板の補修・補強を繰り返すことで，仮支柱等を不要とするものである．この工法では，高力ボルト継手部の応力状態の把握が不可欠である．そこで，簡易な継手モデルを用いた有限要素解析をまず行い，その後，安全性を担保するのに重要な箇所を精緻にモデル化した解析を行う．解析結果は，載荷試験で検証する．添接板の補修・補強には，腐食面の素地調整，補修剤による不陸調整が必要となり，補修面と添接板の接触面のすべり係数も評価する必要がある．この評価も，載荷試験により行う．これらの検討結果をもとに，新しい高力ボルト継手部のレトロフィット工法の構築を目指す．
Outline of Final Research Achievements	The method of retrofitting a corroded bolted friction-type joint without a temporary member such as a bent is explored. FEA is the mainstay of the research. The validation of the connector element for modeling a bolt is first investigated. The comparison with the results by the solid element and experiment has confirmed that the connector element can simulate a bolt. A corroded joint model is constructed based on a joint of the existing bridge. Bolts in a part of the splice plate are replaced and the associated plate area is reinforced. This repair is repeated until the retrofit of the whole joint is completed. Various repair patterns are studied numerically, using the connector element. The present research then proposes the retrofit in which the repair starts from the plate near the center of the joint and the bolt line near the center of each plate. For efficiency, up to three bolt lines and the associated plate area can be retrofitted at one time without a temporary member.
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	ひどく腐食した高力ボルト摩擦接合継手部の事例は多く，高力ボルトと添接板の取り替え工事が行われている．仮支柱等を設置して取替工事を行うのは安全であるが，工事は大がかりになり，工事費も大きくなる．しばしば交通規制が必要となり，大きな社会的コストも発生する．本研究では，添接板の全ボルトを一気に交換して補強するのではなく，部分的に高力ボルトを取り替え，その部分を順次補強していくレトロフィット工法を提案した．この工法では，ボルト取り外し時の安全性確保のための支柱等の設置，交通規制は特に必要としない．従来工法を大きく改善しており，工学上の意義は大きく，交通規制を要しないため社会的意義も大きい．