2017 Fiscal Year Annual Research Report
新接合面処理と支圧接合強度を活用したコンパクトな高強度高変形能摩擦接合継手の開発
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16H04401
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
山口 隆司 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (50283643)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高井 俊和 九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (00759433)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 高力ボルト摩擦接合継手 / 支圧強度 / すべり係数 / テーパー継手 / 新接合面処理 / ウレア樹脂 / パンチングメタル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，高力ボルト摩擦接合に最も重要なすべり係数を支配している接合面において，新たな接合面処理を施すことで，すべてのボルトが適切に支圧状態に移行することによる強度上昇を活用し，コンパクトかつ高強度・高変形能な高力ボルト摩擦接合継手を開発することである．この継手の開発には，支圧強度を活用するために，①すべり後挙動の解明と②ボルト孔の変形量に基づく変形支圧限界を終局限界とする2段階設計法を提案する必要がある．そのためには，多列継手の各ボルト位置でのすべり挙動とすべり後のボルト孔の支圧変形量を一様化させる必要がある．
平成29年度は，新接合面処理の開発の第１段階として，母板と連結板の断面形状を長手方向に変化させた山型継手やテーパー継手など，力学的な観点から各ボルト位置のすべり挙動を一様化する手法を引張・圧縮試験およびFEM解析により検討した．載荷試験より，1行6列継手で継手中央に頂点を持つ山形継手のすべり係数は，通常の継手のそれに対して引張荷重下では3%程度，圧縮荷重下では8%程度増加した．また，FEM解析より，テーパー位置は継手端部に近いほど，テーパー深さが大きいほど，すべり耐力が向上することを確認した．しかし，これらの方法では各ボルトのすべり挙動および荷重分担率は完全に均等化せず，各ボルト位置でのすべり挙動の一様化のためには新接合面処理の開発が不可欠であることを確認し，それに注力した．考案した新接合面処理は，薄板パンチングメタルや薄膜金属メッシュを用い，せん断変形能の高いウレア樹脂と無機ジンクリッチペイントにより立体構造の塗膜層を構築し，接合面のせん断強度-せん断変形能を変化させることで各ボルトの荷重分担率を均等化しようとするものである．実際に鋼板にウレア樹脂を塗布した後，適切な効果タイミングでパンチングメタルを取れば，円柱を内部に持つ層構造を形成することができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成29年度は，新接合面処理の開発に注力し，塗料の選定ならびに塗装方法について検討した．また，母板および連結板の断面形状を長手方向に変化させた山型継手やテーパー継手を対象として，力学的観点から各ボルト位置でのすべり挙動・荷重分担を均等にできる可能性についても検討を進めた．そのため，次の段階である新接合面処理を塗布した継手の引張試験および繰り返し載荷試験の実施に遅れが出ている．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度はまず，開発した新接合面処理の効果を明らかにするために，塗料鋼板のせん断試験と継手の引張試験を行う．次に，その効果が地震下でも作用し得ることを確認するために，継手の繰り返し載荷試験を行う．2段階設計法に必要な支圧耐力評価式は，H28年度より実施してきたパラメトリック解析および引張試験の結果を取りまとめ，それをもとに考案する．本年度の具体的な検討項目を以下に示す．
◆新接合面処理の効果の解明，ならびにそれを施した継手のすべり・すべり後挙動の解明
◆1行×n列，m行×n列高力ボルト摩擦接合継手のすべり後の支圧耐力と構造諸元の関係の解明
◆高力ボルト摩擦接合継手の支圧耐力評価式の提案
新接合面処理のせん断強度-せん断変形性能を評価するために塗装鋼板を用いたせん断試験を行う．着目パラメータは接合面処理方法（ブラスト処理，無機ジンク，新接合面）および接触圧とし，新接合面処理の摩擦係数の接触圧との関係も評価する．次に，新接合面処理を施した1行6列継手および3行3列の引張試験を行い，各ボルト位置でのすべり挙動を一様化できているかを確認する．また，3行3列継手の繰り返し試験を行い，繰り返し作用下での新接合面処理の効果を確認する．支圧耐力評価式は，H28年度より実施してきたパラメトリック解析および引張試験の結果を基に支圧耐力と継手構造諸元の関係を明らかにし，その関係に対して重回帰分析を行うことで提案する．
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