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2020 Fiscal Year Annual Research Report

超高耐久性メカニカルファスナーによる鋼構造物メンテナンスの改善

Research Project

Project/Area Number 20H02235
Research InstitutionOsaka City University

Principal Investigator

山口 隆司  大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (50283643)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 森山 仁志  熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (50825495)
林 厳  大阪市立大学, 大学院工学研究科, 助教 (10869530)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords高力ボルト / 摩擦接合継手 / メカニカルファスナー / 皿型形状
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は,突出部が一切ない砂時計型形状のメカニカルファスナー(ダブルスピンドルファスナー)を開発し,それを部材接合部に実装することであり,①皿型形状を両端に有する超高耐久性メカニカルファスナーの開発,②試作ファスナーおよびそれによる摩擦接合継手の耐荷性・防食性・疲労耐久性の評価,③超高耐久性メカニカルファスナーの実構造への適用,のこれら3つの課題を解決することで達成される.
2020年度は,ダブルスピンドルファスナー開発の第1段階として,既存の高力皿型ボルトに対して,タップ加工した薄肉筒部を有する皿型ナットあるいは貫通ねじ部を有する皿型ナットを組み合わせることを考案し,材料選定および概略形状を決定した.考案したダブルスピンドルファスナーの実現には,ねじ部の応力集中の改善と皿型ナットの締付性能の確保が不可欠であるため,これらの問題をFEM解析によるパラメトリック解析により検討した.前者はねじの開き角度を変更することにより,応力集中の低減できることを示し,最適な開き角度が55度であることを明らかにした.後者は,皿頭と下穴ねじ部の応力集中や塑性域が締付用ソケットの差込口形状に依存することを明らかにし,締付性能を安定化させるためのボルトセットの最適形状のプロトタイプを決定した.これらの成果に基づき,2種類の試作ダブルスピンドルファスナーを製作した.また,2021年度に行う,試作ダブルスピンドルファスナーの性能試験を行うための治具の開発,および計測装置の開発を行った.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

2020年度は,超高耐久性メカニカルファスナーのねじ部の応力集中の改善と皿型ナットの締付性能の確保するため,FEM解析によるパラメトリック解析を行い,力学的観点から実現可能なねじ形状の検討を進め,試作メカニカルファスナーを製作するところまで漕ぎ着けた.結果として,実施の遅れはなく,順調に研究が進んでいると考えている.

Strategy for Future Research Activity

本研究では,皿型形状を両端に有する超高耐久性メカニカルファスナーを開発し,それを実橋の接合部に適用することを目的としており,そのためには,提案メカニカルファスナーを用いた摩擦接合継手の耐荷性・防食性・疲労耐久性の評価する必要がある.2020年度は,試作メカニカルファスナーの概形の決定し,ねじ部の応力集中の改善と皿型ナットの締付性能の確保の2点の課題を抽出した.
2021年度は,これらを受けてボルト自体の性能試験を行い,メカニカルファスナー形状および締付け方法を決定する.そのためには,皿型ナットおよび締付けソケットの形状最適化,締付け・増締め・緩め等の締付機構の開発後,試作ファスナー自体の引張載荷試験,せん断試験,締付け試験,疲労試験を実施する.さらに,引張試験とせん断試験では,引張強度・せん断強度・破断伸び・破壊モードを確認する.引張試験では軸部と皿型頭部のひずみとボルト軸力の関係を明らかにし,供用ボルトの残存軸力の確認方法が高力六角ボルトの場合と同様で良いかについても検討する.締付け試験では,導入トルク-導入軸力-回転角-ひずみ-接合面の接触圧の関係を明らかにし,降伏限界を踏まえて,設計軸力と軸力管理方法を定める.拡大孔,母板と連結板の孔位置ずれ,連結板のざぐり深さなど,製作・施工誤差が締付け特性に与える影響は数値解析により検討する.さらに,疲労試験では,締付け長さの異なる場合を対象に,応力範囲と応力比をパラメータにして実施する.締付け長さが短い場合,不完全ねじ部が皿型頭部に近く応力が集中しやすいと考えられ,き裂発生位置や疲労寿命に変化がないかを確認する.

  • Research Products

    (2 results)

All 2021

All Presentation (2 results)

  • [Presentation] 双皿型高耐久性高力ボルトセット(ダブルスピンドルファスナー)に使用するねじ形状の検討2021

    • Author(s)
      橋本達也,山口隆司,林厳,森山仁志
    • Organizer
      土木学会 関西支部年次学術講演会
  • [Presentation] 双皿型高耐久性ボルトセット(ダブルスピンドルファスナー)のナット形状に関する解析的検討2021

    • Author(s)
      橋本達也,山口隆司,林厳,森山仁志
    • Organizer
      土木学会 年次学術講演会

URL: 

Published: 2021-12-27  

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