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2019 Fiscal Year Research-status Report

過大荷重により損傷した高力ボルト継手の力学的挙動の解明とその補修法の開発

Research Project

Project/Area Number 18K13821
Research InstitutionKyushu Institute of Technology

Principal Investigator

高井 俊和  九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (00759433)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords高力ボルト摩擦接合継手 / すべり荷重 / 再すべり試験 / 塗膜損傷 / 補修塗装 / 無機ジンクリッチペイント / 有機ジンクリッチペイント
Outline of Annual Research Achievements

2019年度は,(3)部位別の塗膜損傷の補修後のすべり耐力への影響度の調査,(4)すべりにより接合面処理が損傷した高力ボルト継手のすべり耐力の高い補修法の検討を行った.(3)では,初めに平成30年度に実施した継手のすべり実験の試験体を解体し接触面の無機ジンクリッチペイントの塗膜損傷の状況を調査した.ボルト孔近傍の塗膜損傷の程度がひどく,ボルト孔から離れた位置の塗膜損傷の程度が少ないことを確認した.調査結果に基づき,塗膜損傷を模擬したFEM解析を実施した.塗膜の損傷範囲に着目して摩擦係数を変えて解析を行ったところ,ボルト軸力によって生じる摩擦面の接触力は,塗膜損傷のひどいボルト孔近傍がほとんどであり,それ以外はわずかであることを確認した.また,補修後のすべり荷重は,摩擦係数と接触力の積の合計となり,ボルト孔近傍の塗膜補修によるすべり耐力の回復効果が大きく期待されることが示唆された.これらの結果に基づき(4)で,平成30年度に実施した継手のすべり試験体を用いて,接触面の補修塗装を施し,再すべり試験を実施してすべり荷重を評価した.塗膜の補修パターンを変えて比較したところ,すべり後そのまま再組立したケースはすべり係数が設計すべり係数を下回り,連結板のみ無機ジンクリッチペイントを塗装した新規部品に交換した場合のすべり係数は設計すべり係数と同等程度であることを確認した.損傷した塗膜を簡易的に補修するため有機ジンクリッチペイントによる補修塗装を試みた.無機ジンクリッチペイントを塗装した場合よりもすべり係数は低下したが,ボルト孔近傍のみ補修した場合と,接触面全体を補修した場合のすべり係数がほぼ同じであり,(3)で行った解析と同様の傾向が実験で確認された.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

研究実績の概要に示した(3)部位別の塗膜損傷の補修後のすべり耐力への影響度の調査では,初めに平成30年度に実施した継手のすべり実験の試験体を解体し接触面の無機ジンクリッチペイントの塗膜損傷の状況を調査した.また,調査結果に基づき,塗膜損傷を模擬したFEM解析を実施した.これらの結果から,接触面の塗膜損傷の度合いとその範囲を整理し,それらの損傷のすべり荷重への影響度を明らかにした. (4)すべりにより接合面処理が損傷した高力ボルト継手のすべり耐力の高い補修法の検討では,平成30年度に実施した継手のすべり試験体を用いて,接触面の補修塗装を施し,再すべり試験を実施してすべり荷重を評価した.塗膜の補修パターンを変えて再すべり実験を行い,補修パターンとすべり荷重との関係から補修効果を確認,整理した.ボルト孔から離れた位置の接触面の塗膜の補修の有無では,すべり荷重への影響はあまり見られず,(3)で得られた結果と同様の傾向が得られた.このように,2019年度の検討では当初の予定した検討が進捗し結果が得られており,かつ実験と解析の結果で不整合も見られなかったことから,おおむね順調に進展していると判断した.

Strategy for Future Research Activity

令和2年度は,前年度までの得られた実験およびFEM解析の結果に加えてさらに検討を進め,すべりが生じた高力ボルト継手の補修,再接合方法の確立を目指して (5)再接合した高力ボルト継手の耐力評価式を検討する.平成30年度の検討で,FEM解析やすべり実験から継手にすべり荷重の1.3倍まで作用させた結果,ボルト孔まわり支圧変形と母板降伏のすべり荷重への影響は小さく限定的であることが明らかとなり,2019年度の検討では,すべりによって生じた塗膜損傷によるすべり荷重の低下のメカニズムを明らかにし,補修,再接合した際のすべり荷重への効果を確認した.このように再接合時にすべり荷重に影響すると考えられる各要因の影響の度合いを確認したが,検討したケース数が限られるため,影響度が比較的大きい塗膜損傷を中心に検討する予定である.これらの各種検討結果が,すべり後,再接合した際のすべり荷重の予測のための基礎的な資料となるよう取りまとめる予定である.

Causes of Carryover

2019年度の試験体製作が当初計画より低廉で済んだこと,研究成果の公表のために参加予定であった講演発表会が中止となり交通費が一部生じなかったこと,進捗の都合により論文投稿が次年度となったことなどにより,支出額が予定より少なく次年度使用額が生じた.2019年度までの検討で当初計画の通りに一定程度の結果が得られているが,検討したケースが限られているため,検討ケースを追加する予定である.次年度使用額はこの検討のために有効活用する予定である.

  • Research Products

    (5 results)

All 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Influence of Contact Conditions of Frictional Surfaces on Re-slip Behavior of Slipped High Strength Bolted Frictional Joint Applied an Excessive Force2019

    • Author(s)
      Toshikazu Takai, Soichiro Araki
    • Journal Title

      Proceedings of 12th Pacific Structural Steel Conference (PSSC’19)

      Volume: 12 Pages: 1-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 母板遊間部の開口変位に着目した高力ボルト摩擦接合継手のボルト取替えに関する数値解析的研究2019

    • Author(s)
      高井 俊和,森山 仁志
    • Journal Title

      土木構造・材料論文集

      Volume: 35 Pages: 79-89

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] すべりが生じた高力ボルト摩擦接合継手のすべり耐力低下要因に関する解析的研究2020

    • Author(s)
      中村 悠紀,高井 俊和
    • Organizer
      令和元年度土木学会西部支部研究発表会
  • [Presentation] 高力ボルト摩擦接合継手のすべり後の荷重伝達機構に関する基礎的研究2020

    • Author(s)
      中村 悠紀,高井 俊和
    • Organizer
      令和元年度土木学会西部支部研究発表会
  • [Presentation] 高力ボルト摩擦接合継手のすべり後の荷重低下を再現する簡易的な FEM解析手法の一提案2019

    • Author(s)
      高井 俊和,森山 仁志,山口 隆司,古財 千寿
    • Organizer
      土木学会第74回年次学術講演会

URL: 

Published: 2021-01-27  

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