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
Project/Area Number |
20H02235
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
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Research Institution | Osaka Metropolitan University (2022-2023) Osaka City University (2020-2021) |
Principal Investigator |
山口 隆司 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (50283643)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 厳 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 助教 (10869530)
森山 仁志 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 講師 (50825495)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
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Keywords | 構造工学・地震工学 / 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 / 高耐久 / 高力ボルト,摩擦接合継手,メカニカルファスナー / 砂時計型 |
Outline of Research at the Start |
本研究は,高力六角ボルトと同等の耐荷性・疲労耐久性を有し,耐腐食性を格段に改善できる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を新たに開発し,それを部材接合部に実装して,鋼構造物のメンテンナンス負荷を大幅に削減するものである.二つのねじを組み合わせて,高強度,高耐久なファスナーとするための機構の検討,材料の選定,鋼構造物への適用性の検討をFEM解析と実験により,高力ボルト接合を専門とする研究者および金属材料の研究者,ボルトメーカーの技術者によって協働して行う.さらに,最終年度にはそれらの成果を踏まえた,実鋼構造物へ実装するための設計・施工ガイドラインも策定する.
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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(Double Spindle Fastener: DSF)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. DSFはファスナー内部にねじ部を有しており,呼び径よりも有効径が小さい構造となる.そのため,F8T-M22高力ボルトと同等の締結性能を確保するには引張強度が1400 MPaを超える高強度材料が必要であり,ねじ部の応力集中の改善が求められる.2021年度までの数値解析から,ねじ部の開き角度は55-60°,皿型ナットは貫通式であると決定し,DSFを高力皿型ボルトと高力皿型ナットで構成することとした.2022年度は,DSFの試作品を製作し,引張試験,締付け試験,及び摩擦接合継手のすべり試験を実施した.DSFの締付けでは,トルク係数よりも回転係数(軸力―回転角関係の傾き)が安定しており,回転角法での軸力管理を推奨することを示した.また,DSF摩擦接合継手のすべり試験では,接合面の接触圧が均等に分布し,母板と連結版の離間が生じないため,すべり係数が高力ボルトと同等であることが確認した.2023年は,DSFのせん断特性を検討するために,遊びねじ長さと締結長をパラメータとしたせん断試験を実施した.その結果,DSFは,締結長が長くなるほどせん断耐力が向上することがわかった.研究当初のDSFは,薄板構造を対象にしていたが,長尺する方がせん断の耐力が向上するため,厚板部材の連結にも適用できる可能性を示した.
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Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(4 results)
Research Products
(15 results)