2013 Fiscal Year Research-status Report
木部材ボルト接合でのボルト孔に充填された樹脂効果の設計への反映
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25420487
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
今井 富士夫 宮崎大学, 工学部, 教授 (00038077)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾上 幸造 宮崎大学, 工学部, 助教 (50435111)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ボルト接合 / 木部材 / 樹脂充填 / 耐荷力 |
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| Research Abstract |
大型断面木部材の接合法にボルト接合がある。この施工ではボルトを木部材のボルト孔に挿入する際のボルトねじ部やボルト孔の損傷を避けるために、ボルト孔をボルトよりも大きくして、その隙間に樹脂を充填する工法が採用されている。隙間に充填された樹脂はボルト接合部の機能を向上させることが、著者らのこれまでの実験的研究から明らかになっている。これらの実験はボルトに沿うボルト孔は一様な径を有するもので、木部材の接合部からの引抜き過程において、ボルト端部に変形が集中することも明らかにされている。
著者らはボルト孔両端にボルト孔よりも大きくした口径（テーパ）を設けることにより、ボルト変形の影響は緩和できると考えてきた。さらに、実験ではボルトがボルト孔の中心部に位置させているが、実際の施行ではボルトはボルト孔の中心からずれての「偏在」が十分に考えられる。
平成25年度の計画での実験については、まずボルト孔が一様なモデルについて追加実験を行い、加えてボルト偏在の影響について検討するものとなっていた。本年度は計画に沿って、まずボルト孔が一様な追加実験を実施して樹脂効果を確認した。次いで、平成26年度に予定していたテーパの効果に対する一連の実験も実施し、テーパの効果に加えて適切なテーパ口径などの検討も行った。さらに、ボルト偏在に対しても、平成26年度の実験の方向を見出すための予備実験も行った。
一方、著者らはボルト接合部の有限要素法による解析モデルの検討を行ってきたが、未だ十分な解析モデルの開発には至っていない。平成25年度の計画ではこれまでの解析結果から適切な拘束や要素条件を見出すこととしていた。鋼ボルトと木部材の剛度に大きな差があるため、ボルト近傍の木部材は過度な変形が生じる。そこで、本年度は過度な変形を抑制するための拘束条件にのみ着目して、適切な拘束条件を見出している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ボルト接合部の設計耐力はボルト径を基に算出される。しかしながら、本研究からボルトよりも大きなボルト孔にボルトを挿入して、その隙間に樹脂を充填した場合の耐力はボルト孔と同径のボルトの設計耐力まで向上することが明らかとなっており、具体的にはボルトをボルト孔の中心に挿入した場合には、ボルト径d=16mmに対してボルト孔径φはφ=d+4mm（樹脂厚2mm）=20mmが最適との結論を得ている。しかしながら、ボルトがボルトの曲げ変形側でボルト孔に接する場合（偏在）には樹脂厚が確保できずに、耐力はボルト径の耐力となり、樹脂の効果は活かせない。
平成25年度に実施された予備実験から、ボルトが偏在してもテーパを設ければ樹脂の効果はボルトがボルト孔中心部に位置した場合と同様な効果を発揮できることが見出されている。平成26年度はボルト偏在に対して効果的なテーパ口径を検討するための実験を実施する。この実験は当初、平成27年度に予定されていたものである。さらに、そこで得られた結果を基にして、ボルト径を変化させたものや樹脂の種類に関する検討も考えている。
解析については、ボルトの長手方向でボルト近傍の木部材は中央部と端部では剛性や強度が変化することが既往の研究で明らかにされている。また、著者らはこれまではボルトとボルト孔の接触面にはインターフェイス要素を使用してきたが、要素のバネ特性が明確でないことから、平成25年度の解析ではインターフェース要素を使用しない、簡易なモデルを使用して拘束条件の適否を検討してきた。平成26年度は前年度の結果を活かして、解析に必要な種々のパラメータの適切な取扱についての検討を行い、より精度の高い解析モデルを構築していく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
ボルト接合部の設計耐力はボルト径を基に算出される。しかしながら、本研究からボルトよりも大きなボルト孔にボルトを挿入して、その隙間に樹脂を充填した場合の耐力はボルト孔と同径のボルトの設計耐力まで向上することが明らかとなっており、具体的にはボルトをボルト孔の中心に挿入した場合には、ボルト径d=16mmに対してボルト孔径φはφ=d+4mm（樹脂厚2mm）=20mmが最適との結論を得ている。しかしながら、ボルトがボルトの曲げ変形側でボルト孔に接する場合（偏在）には樹脂厚が確保できずに、耐力はボルト径の耐力となり、樹脂の効果は活かせない。平成25年度に実施された予備実験から、ボルトが偏在してもテーパを設ければ樹脂の効果はボルトがボルト孔中心部に位置した場合と同様な効果を発揮できることが見出されている。
平成26年度はボルト偏在に対して効果的なテーパ口径を検討するための実験を実施する。この実験は当初、平成27年度に予定されていたものである。さらに、そこで得られた結果を基にして、ボルト径を変化させたものや樹脂の種類に関する検討も考えている。
解析については、ボルトの長手方向でボルト近傍の木部材は中央部と端部では剛性や強度が変化することが既往の研究で明らかにされている。また、著者らはこれまではボルトとボルト孔の接触面にはインターフェイス要素を使用してきたが、要素のバネ特性が明確でないことから、平成25年度の解析ではインターフェース要素を使用しない、簡易なモデルを使用して拘束条件の適否を検討してきた。平成26年度は前年度の結果を活かして、解析に必要な種々のパラメータの適切な取扱についての検討を行い、より精度の高い解析モデルを構築していく予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
供試体の作成について、当初の見込額との差額が生じたため。
供試体の作成費用として使用する。
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Research Products
(1 results)
