Research on New Joining Method Using Rotational Friction Welding of Steel Structural Members

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04720
• Research Institution: Setsunan University
• Principal Investigator: 西村 勝尚 摂南大学, 理工学部, 教授 (90826207)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 向出 静司 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (20423204)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 接合部 / 応力伝達機構 / 接合部耐力

Outline of Annual Research Achievements

回転摩擦溶接接合による鉄骨部材接合部の耐力を把握するための単調載荷実験前に二面せん断接合部を対象としたプラグと添え板の一体化の有無，プラグ径および本数をパラメータとしたＦＥＭ解析を実施し以下の知見を得た．
・プラグと添え板が一体化しない場合，一体化した場合と比較すると，接合部耐力は同等であるが接合部剛性は低く，プラグから添え板への応力伝達機構が異なり添え板からプラグへの圧縮力による伝達機構となる．一方，プラグと添え板の一体化が図れる場合はプラグから添え板へは引張および圧縮による応力伝達機構が構成されプラグと添板が一体で変形するため，鉄骨部材を接合する手法として回転摩擦接合を採用することにより塑性域に接合部を設けることが可能となる．
・接合部耐力はプラグのせん断降伏耐力と一致する．また，プラグ径20φ～40φの解析を実施し，プラグ径に関わらず接合部耐力はプラグのせん断降伏耐力により評価可能である．
・加力方向に複数本プラグ（２あるいは３本）を設けた接合部において，部材から各プラグへの応力伝達はほぼ均等に伝達され，複数本設けることによるせん断ずれ（シアーラグ）は生じない．
単調載荷実験試験体の回転摩擦溶接接合を構成する部品の製作を実施した．試験体製作に際して，プラグと添え板の一体化を図る工夫としてテーパーを設ける等のプラグ形状および添え板孔形状をパラメータとした３種類の接合部ディテールを考案した．また，回転摩擦溶接によりプラグが溶解した溶鋼が添え板上部に噴出さない対策を割座金の設置あるいはナットによる押さえつけ手法の２種類を考案した．

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

当初使用予定していた回転摩擦溶接機が故障等により使用できなく，あらたに回転摩擦溶接機の設計および製作する必要があったため，予定していた接合部耐力把握を目的とした試験体製作および単調載荷実験が出来なかった．

Strategy for Future Research Activity

回転摩擦溶接機を2020年度初旬（６月中）に製作し，ほぼ一年遅れで当初計画を実行する．ただし，新型コロナウイルス感染症防止対策のため外出，入校制限（禁止）等により予定通りの活動が困難な場合が想定される．

Causes of Carryover

次年度使用額発生理由；当初使用予定していた回転摩擦溶接機が使用できなくなったため，回転摩擦溶接接合による接合部耐力把握のための単調載荷実験が実施できなかったことにより次年度使用額が発生した．
次年度使用計画；2020年度回転摩擦溶接機を製作し2019年度予定していた単調載荷実験および2020年度実施予定の以下の研究も並行して実施する．
・接合部単調載荷実験および梁部材を対象としたＨ形鋼試験体による繰返し載荷実験および応力伝達機構解明のための解析（直接経費次年度請求分2,400,000＋繰越金583,300）