2016 Fiscal Year Annual Research Report
超々高強度フェールセーフボルトを用いたメカニカルファスニング
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15H04150
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
木村 勇次 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主席研究員 (80253483)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 篤司 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00362319)
鈴木 康夫 京都大学, 工学研究科, 助教 (50431698)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 構造・機能材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、H27年度に量産試作した引張強度レベルが1.6～2.0 GPaの超々高強度フェールセーフ（FS）ボルト(M12)ならびにナット、座金のセットについて、内部金属組織や硬さ分布の解析を行い、ボルトの力学基本性能とナット、座金の性能との関係を明確にした。加えて、FSボルトは頭部から軸部にかけて硬さ分布を持つことからボルト製品から微小試験片を採取し、ボルトの軸部、ねじ部の各部位における引張変形特性を調査し、FSボルトの引張変形のメカニズムを考察した。
せん断抵抗型の要素実験では，超々高強度FSボルトの特性を活かした摩擦接合形式の実験を実施した。FSボルトによる高い初期導入ボルト張力下においても，接合部は設計耐力よりも大きな抵抗力（すべり耐力）を発揮できることを確認した。結果として摩擦面でのすべり係数は試験体のばらつきを考慮しても0.6以上の高い値を確保できることが確認でき、設計で用いられる0.45を満足することを確認した。また、FSボルトに用いる座金は、従来の高力ボルトで利用される鋼材特性であっても、座金サイズを大きくすることで十分に性能を発揮できることも確認した。
以上で得られた結果を日本鋼構造協会に設置されたメカニカルファスニング技術小委員会で発表し、土木、建築分野におけるFSボルトの適用性について議論を行った。
さらに接合要素実験をもとにFSボルトの強度レベルを1.8 GPaに絞り込み、ナット、座金のセットとともに次年度の実大架構実験に用いるFSボルトを量産試作した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度に予定していた接合要素実験を実施し、接合部の基本力学性能を概ね把握できた。得られたデータを基に次年度の実験計画を立案した。
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| Strategy for Future Research Activity |
構造物の部材と部材を結合するボルト接合部には軸方向力・せん断力・曲げモーメントの応力が作用する。接合部設計ではボルトに作用する応力の合成ベクトルが用いられるが、ボルト群としての設計にはいくつかの仮定が含まれており、実状の応力伝達機構を反映しているかは不明である。特に、超々高力ボルトの利用は接合部のボルト本数低減につながるため、現行の設計法に基づいた接合部が適当であるかを検証する必要がある。平成29年度は、超々高強度FSボルトを合理的に活用するために提案した接合方法が実構造物の接合部性能に十分に反映できるかを確認するために、実大架構実験を実施する。また、FSボルトの実用化に問題となる耐遅れ破壊特性について、日本鋼構造協会で提案された遅れ破壊ガイドラインに従って評価する予定である。
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