Proposal for design concept and investigation on mechanical behavior of bolted and bonded connections of FRP members by using FRP bolts

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H04397
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 北根 安雄 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (10444415)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松本 幸大 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00435447) ; 橋本 国太郎 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (40467452)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: FRP / FRPボルト / ボルト・接着併用接合 / 接合部耐力 / 設計思想

Outline of Annual Research Achievements

平成28年度は，(1)FRPボルトの静的強度試験と接合部実験に使用するボルトの選定，(2)FRP板の材料試験，(3)単ボルト二面せん断実験，(4)単ボルト接着併用二面せん断実験を実施した．
まず，FRPボルトに関する市場調査の結果から，2社からM16のボルトを入手し，引張試験，せん断試験，トルク試験を実施した．得られた強度は各社が公表する測定値に対して90%～120%の間で，保証値に対して最小でも170%の強度を有していた．また，2社のボルトを比較しても大きな差が見られず，そのうち1社のボルトを以降の接合部実験に採用した．また，接合部実験で使用するハンドレイアップGFRP板に対して，各種材料試験を実施し，ボルト接合部耐力を評価するのに必要な材料特性を得た．
次に，Φ17mmのボルト孔を持つハンドレイアップGFRP母板および同じ形状を持つ板厚9mmのGFRP添接板2枚と，M16のFRPボルトを用いて，寸法パラメータ，母板の板厚，ボルト軸力の有無が異なるダブルラップ接合部供試体を作製し，強度実験を行った．その結果，それぞれの破壊モードを生じる寸法パラメータは，M16の鋼製ボルトを使用した場合と大きな差はなかった．しかし，終局時にはFRPボルトの曲げ変形が顕著にみられ，支圧とせん断耐力が，鋼製ボルトの場合と比較し数％減少する傾向が確認された．
最後に，Φ18mmのボルト孔を持つ6.5mm厚の引抜成形GFRP板，M16のFRPボルトを用い，接着剤に高弾性と低弾性の2種類の接着剤を用いて，ダブルラップ接合部供試体を作製し，強度実験を行った．その結果，高弾性接着剤の供試体では，接着剤の剥離は生じず，FRPの層間剥離及びその後せん断破壊が生じた．低弾性接着剤の場合は，接着剤の剥離及びその後FRPのせん断破壊が生じた．接合部耐力は，高弾性接着剤の場合の方が高かったが，破壊が脆性的であった．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成28年度は，研究で使用するFRPボルトを選定し，その強度特性を把握した．また，FRPボルトを使用した単ボルト接合に関する強度実験を実施し，鋼製ボルトを使用した場合と比較して，FRPボルト接合の特徴を把握した．さらに，ボルト・接着併用接合について，接着剤の剛性が破壊モードや耐力に与える影響を確認した．
当初計画で平成28年度に実施する予定の研究はすべて終了し，ボルト・接着併用接合について接着剤の影響を確認した項目は，当初の予定よりも進捗が早い状況である．
平成29年度以降も，現在の研究体制で研究を実施していくことで，当初の研究計画を達成できると判断している．

Strategy for Future Research Activity

H29年度は，Task3：多列ボルト接合の2面せん断実験，Task4：接着接合の2面せん断実験，Task 5：接着接合を併用したボルト接合の2面せん断実験を実施する予定である．
Task3では，FRPボルトを用いた2列および3列のボルト接合の2面せん断実験を行う．添接板1枚の厚さは母板の厚さの半分とし，縁端距離，外縁距離やボルト間隔などのボルト接合の諸元は，引張破壊，せん断破壊，支圧破壊のそれぞれの破壊モードを生じる寸法を用いる．研究代表者は，すでに鋼製ボルトの場合の2面せん断実験は実施しており，鋼製ボルトとFRPボルトで，接合部の荷重変位曲線や，接合部強度，破壊モードがどのように異なるか比較を行う．
Task4では，接着接合のみの場合の2面せん断実験を行う．FRP板の寸法はTask 3と同様とし，接着接合のみの場合の接合部強度を実験により把握する．また，接着端にのみボルトを配置した場合についても実験を行い，ボルトの拘束効果が接着強度に与える影響を明らかにする．
Task5では，接着と併用したボルト接合に対して2面せん断実験を行い，得られる荷重変位曲線や接合部強度・破壊モードが，Task3やTask4で得られたものと比較してどのように異なるか定量的に評価する．その結果，ボルト・接着併用接合の力学的特性が，ボルト接合のみおよび接着接合のみの実験結果から評価可能であるか検証する．実験から以下の事項を明らかにする．(1)併用接合とボルト接合の荷重変位曲線の違い,(2)併用接合での接着破壊強度と，接着接合での接着破壊強度との違い, (3)併用接合での接合部強度（最大荷重）とボルト接合での接合部強度との違い．
研究を円滑に実施するため，研究代表者と研究分担者での研究打ち合わせを年に数回行い，各研究者の研究実施内容の明確化と研究者間での情報の共有化に努める．