CN1119471C

CN1119471C - 强力螺栓摩擦连接结构及其钢材

Info

Publication number: CN1119471C
Application number: CN96190151A
Authority: CN
Inventors: 宇野畅芳; 志村保美
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1996-02-06
Publication date: 2003-08-27
Anticipated expiration: 2016-02-06
Also published as: KR100216380B1; JP2936455B2; JPH08209809A; CN1148422A; WO1996024730A1; KR970702408A

Abstract

一种强力螺栓摩擦连接结构：在构成一个摩擦连接面的多件钢材中，至少一侧钢材的摩擦面的表层部的硬度与另一侧钢材的摩擦面的表层部的硬度的比值在2.5以上；使表层部的硬度较高的层的深度在0.2mm以上；而且在一个摩擦面的二个表层部中，沿其中表层部的硬度较高的一侧的表面上设置高度为0.2～1.0mm的三角形的波浪状或棱锥状的多个突起，从而能确保0.9以上的摩擦系数，提高摩擦连接面的质量和连接性能；同时使摩擦连接部紧凑化，可提高施工性能，降低施工费用。

Description

强力螺栓摩擦连接结构及其钢材

技术领域

本发明涉及一种在连接建筑钢结构件或其它钢结构件的钢材时可采用的强力螺栓摩擦连接结构及其所用的钢材。

背景技术

通常，在因强力螺栓对建筑钢结构件进行摩擦连接时，目前标准的钢材的摩擦连接面是户外自然生锈的铁锈面、或者喷丸除锈面。

但是，在使其生锈为标准的方法中，在生锈面的表面的凹凸的突起高度例如大约是0.07mm，而且考虑到因突起的高度和形状的不同而带来的施工时的较大的偏差，则在进行连接部设计时就不可能采用比0.45更大的摩擦系数值。这里，所说的摩擦系数，是指摩擦阻力与强力螺栓的紧固力的比值(μ)。

另外，在由喷丸除锈的面为标准的方法中，表面凹凸的突起高度最大为0.07～0.10mm，而且其Rz(DIN)为0.05～0.07mm，若再考虑到在实际施工时会有偏差，则仍然很难采用比0.45更大的摩擦系数值。

鉴于这样的情况，日本建筑学会JASS6将摩擦系数的设计值确定在μ＝0.45这一较低的水平上。

进一步，在由铁锈面组成摩擦连接面的场合，因为处在锈蚀状态，事先就不能对钢材表面中的摩擦连接面部分进行涂层或涂油等防止生锈的处理，而且还必须完全除去表面的附着物，这样就使得在施工时对钢材的品质管理变得很麻烦。

因此，为了获得稳定而且大的摩擦系数，日本专利公报特开昭51-52336号提出了一种在钢材的摩擦面上实施特殊的涂层后用强力螺栓进行连接的方法；日本专利公报特开平1-266309号提出了一种对钢材的摩擦面进行陶瓷等离子体喷镀处理后用强力螺栓进行连接的方法，进一步还提出了一种对钢材的摩擦面进行氧化铝喷镀处理或进行富锌涂层处理后用强力螺栓进行连接等方法。

但是，在采用日本专利公报特开昭51-52336号所公开的方法时，因必须对钢材实施特殊的涂层处理，所以很麻烦；另外在采用日本专利公报特开平1-266309号所公开的方法时，进行钢在结构件加工时，由于需要用于喷镀氧化铝或涂装高锌涂层的新的专用设备，而且还存在钢骨架的加工和连接施工变得麻烦这一问题。所以目前的状况是，上述的任何一种方法都没有得到广泛的实际应用。

因此，本发明人开发了一种通过使由强力螺栓的紧固而被摩擦连接着的一侧的钢材的摩擦面侧的表面硬度和表面粗糙度比另一侧的钢材的摩擦面侧的表面硬度和表面粗糙度大，而可以较容易地确保摩擦系数在0.6以上的强力螺栓摩擦连接结构。日本专利公报特开平6-146427号公开了该技术。

依据上述日专利公报特开平6-146427号所公开的强力螺栓摩擦连接结构，可以稳定的地确保0.60以上的摩擦系数值，但其最大值仅在比0.85稍大一些的程度上。另外，虽然公开了由喷砂处理而使表面粗糙化的方法，但经过喷砂处理的摩擦面的凹凸高度充其量是0.15mm左右，而且由于用十点部位的平均粗糙度指标Rz(DIN)来反映其凹凸状态时，其凹凸形状和分布是不确定的，所以其摩擦系数值有时会产生不可忽视的分散性。其结果是，存在不能获得比0.85更大的摩擦系数值这一问题。

然而，近年来随着钢结构件的大型化和大跨度化，所使用的钢材的板厚也在变厚，同时还存在钢材的高强度化趋势，而且还进一步更高地要求连接部加工的简单化、省力化以及施工时的高速化。作为适应这些要求的一种有效手段，就必须考虑连接部的高耐力化，以及为在强力螺栓摩擦连接部增大紧固力而要求强力螺栓的高强度化，和增大摩擦系数。因此，就摩擦系数来说，必须确保是现在的基准值的2倍(0.9)以上。

技术内容

本发明的目的在于提供一种强力螺栓摩擦连接结构及其钢材，使其能够在由强力螺栓所夹紧着的钢材的摩擦连接部稳定地确保0.9以上的较高的摩擦系数值、使摩擦连接面的质量稳定化和摩擦连接面的施工管理变得更加简单、并能在总体上降低强力螺栓摩擦连接部的成本。

为达到上述目的，本发明提供了以下述内容为要点的强力螺栓摩擦连接结构和该结构中所使用的钢材。

(1)一种强力螺栓摩擦连接结构，其特征是：在构成一个摩擦连接面的2件钢材中，其中一侧钢材的摩擦面的表层部的硬度与另一侧钢材的摩擦面的表层部的硬度的比值在2.5以上；使表层部的硬度较大的层的深度为0.2mm以上；并且沿其中表层部硬度较大的一侧的表面上设置三角形的波浪状或棱锥状的多个突起，且该突起的高度为0.2～1.0mm，同时使表层部硬度较小的另一侧的表面的最大表面粗糙度用最大突起高度表示时为0.1以下，所述螺栓摩擦连接结构具有0.9以上的滑动摩擦系数、并与多个高强度螺栓配合，所述钢材为每根螺栓形成螺栓孔，每一螺栓孔具有孔心，至少在一侧钢材的摩擦连接面的表层部的表面上设置多个突起的范围，是以用于***所述螺栓用的螺栓孔的孔心为中心的，由半径为上述螺栓轴部半径的3.0倍以上的圆和4倍以下的圆之间所围的区域，或者是由分别外接于上述2个圆的多边形之间所围的区域。

(2)一种由强力螺栓所构成的多件钢材的摩擦连接结构，使构成一个摩擦连接面的至少一侧钢材的摩擦连接面的表层部的硬度与另一侧钢材的摩擦连接面的表层部的硬度的比值在2.5以上；且使具有2.5以上的上述硬度比的钢材的表层部的硬度层在0.2mm以上，同时在其表面的一部分以至整个面上设置具有0.2～1.0mm高度的多个突起。

(3)一种由强力螺栓所构成的多件钢材的摩擦连接结构，使构成一个摩擦连接面的至少一侧钢材的摩擦连接面的表层部的硬度与另一侧钢材的摩擦连接面的表层部的硬度的比值在2.5以上；且使具有2.5以上的上述硬度比的钢材的表层部的硬度层在0.2mm以上，并在其表面的一部分以至整个面上设置具有0.2～1.0mm高度的多个突起，同时在具有2.5以下硬度比的另一个钢材的摩擦连接面的表层部上设置高度在0.1mm以下的多个突起。

(4)一种由强力螺栓所构成的多件钢材的摩擦连接结构，至少设置在一侧钢材的摩擦连接面的表层部的表面上的多个突起的范围，是以为***螺栓而设置的螺栓孔的孔心为中心的、由半径为上述螺栓轴部半径的3.0倍以上的圆和4倍以下的圆之间所围的区域，或者是由分别外接于上述2个圆的多边形之间所围的区域。

(5)一种强力螺栓摩擦连接结构所用的钢材，其特征是：在构成一个摩擦连接面的2件钢材中，其中一侧钢材的摩擦面的表层部的硬度与另一侧钢材的摩擦面的表层部的硬度的比值在2.5以上；使表层部的硬度较大的层的深度为0.2mm以上；并且沿其中表层部硬度较大的一侧的表面上设置三角形的波浪状或棱锥状的多个突起，且该突起的高度为0.2～1.0mm，同时使表层部硬度较小的另一侧的表面的最大表面粗糙度用最大突起高度表示时为0.1以下，所述螺栓摩擦连接结构具有0.9以上的滑动摩擦系数、并与多个高强度螺栓配合，所述钢材为每根螺栓形成螺栓孔，每一螺栓孔具有孔心，至少在一侧钢材的摩擦连接面的表层部的表面上设置多个突起的范围，是以用于***所述螺栓用的螺栓孔的孔心为中心的，由半径为上述螺栓轴部半径的3.0倍以上的圆和4倍以下的圆之间所围的区域，或者是由分别外接于上述2个圆的多边形之间所围的区域。

(6)一种用于由强力螺栓所构成的多件钢材的摩擦连接结构的钢材，使构成一个摩擦连接面的至少一侧钢材的摩擦连接面的表层部的硬度与另一侧钢材的摩擦连接面的表层部的硬度的比值在2.5以上，且使具有2.5以上的上述硬度比的钢材的表层部的硬度层在0.2mm以上，同时在其表面的一部分以至整个面上设置具有0.2～1.0mm高度的多个突起。

(7)一种用于由强力螺栓所构成的多件钢材的摩擦连接结构的钢材，使构成一个摩擦连接面的至少一侧钢材的摩擦连接面的表层部的硬度与另一侧钢材的摩擦连接面的表层部的硬度的比值在2.5以上，且使具有2.5以上的上述硬度比的钢材的表层部的硬度层在0.2mm以上，并在其表面的一部分以至整个面上设置具有0.2～1.0mm高度的多个突起，同时使设置于具有2.5以下的硬度比的其它钢材的摩擦连接面的表层部上的多个突起的高度在0.1mm以下。

(8)一种在上述(1)～(7)的任意1项中所述的强力螺栓摩擦连接结构以及摩擦连接用钢材，其多个突起的角度(对置的两斜面间的夹角)是60°～120°。

(9)一种在上述(1)～(8)的任意1项中所述的强力螺栓摩擦连接结构，在其构成一个摩擦连接面的一侧或两侧的钢材的摩擦面的表面上，涂布有防锈用的涂料或油层。

本发明中所说的强力螺栓摩擦连接结构，是指通过利用由强力螺栓紧固多件钢材而在钢材间产生的摩擦力(摩擦阻力)，而进行钢材间的应力传递的连接结构。在这里，连接结构具体来说可以在构成结构件的部件和起到连接该部件作用的拼接板、T型钢、角钢等之间形成，或者在构成结构件的部件相互之间形成等。

附图说明

图1表示本发明中的突起的形状(三角形)的例子。

图2表示本发明中的突起的另一形状(棱锥形)的例子。

图3为本发明中的突起的形状(三角形)的截面图。

图4为本发明中的其它的突起形状(近似三角形)的截面图。

图5为本发明中的三角形形状的突起的顶部截面图。

图6为本发明中的三角形形状的突起的平面图。

图7为相对力的传递方向而改变了突起的方向的本发明中的四棱锥形状的突起的平面图。

图8所示的是实施本发明的摩擦试验体。

图9表示对本发明进行说明的，以硬度比和突起高度为参数的摩擦系数的试验结果。

图10表示对本发明进行说明的，以较硬层的深度为参数的摩擦系数的试验结果。

图11表示本发明进行说明的，以硬度较小的钢材的表面状态为参数的摩擦参数的试验结果。

图12表示在由强力螺栓夹紧了的情况下，螺栓孔附近的摩擦面间的面压的分布状况的一个例子。

图13为显示了本发明的实施例的侧面图(a)和平面图(b)。

图14为显示了本发明的另一个实施例的侧面图(a)和平面图(b)。

图15为现有技术的说明图。其中(a)是侧面图，(b)是平面图。

具体实施方式

图1和图2中显示了设置于本发明中的强力螺栓摩擦连接结构的摩擦面的表层部的硬度较高一侧的表面上的突起的形状分别为三角形的波浪状或棱锥状的各自的例子。图1是突起1为三角形的波浪状的情况，图2是突起2为棱锥状(四棱锥状)的情况。在三角形的情况时，突起1的截面形状不仅有如图3所示的真正的三角形，而且还有如图4所示的三角形的斜面向内侧凹入的情况(a)和向外侧凸起的情况(b)。另外，三角形的突起1的顶部。如图5所示，不仅有前端是尖的情况(a)，还有是平坦的情况(b)以及存在r部的情况(c)。因此，本发明中所说的三角形这一术语，具有包含上述这样的近似于三角形的形状的含意。上述对突起的形状方面所做的说明对棱锥形的突起来说也是一样的。

本发明中沿表面设置有多个这样的突起。所设置的多个的突起，通常具有相同的形状，最好是由同一高度的三角形的波浪状或棱锥状的突起的重复生成而得到，或者由高度稍有不同，但形状相似或近似的突起经连续的重复生成而得到。上述的突起可以由切削加工、激光加工、滚花加工和等离子加工等工艺而使其有可能实现上述的成形加工过程，从而在沿表面的各部位上形成具有一定形状的突起群。具有一定形状的突起，在强化摩擦连接面的整个面上的连接条件、和稳定地确保较高的摩擦系数值等方面是很有效的。

图6中显示了一个开有4个螺栓孔4的、沿一侧的钢材-拼接板3的长度方向用切削加工连续地刻设有三角形的波浪状的多个突起1的例子。图7所示的是在突起2为棱锥形的情况下，相对力的传递方向而改变了倾斜状态的各个种类(A、B、C、D)的构型情况，图中h是突起的高度，Q是突起的角度(对置的斜面间的夹角)。

由于本发明中的强力螺栓摩擦连接结构的摩擦系数，与一侧钢材的摩擦面的表层部的硬度和另一侧钢材的摩擦面的表层部的硬度两者之间的差值、以及设置在表层部的硬度较高一侧的表面上的多个突起的高度等因素有很大的关系，所以将一侧表层部的硬度与另一侧表层部的硬度的比值设定在2.5以上，并将突起的高度设为0.2～1.0mm。

为此，通过改***度比和突起高度，对它们与摩擦系数之间的关系进行了试验。图9中显示了其试验结果。图9的试验条件是：采用由图8所示的钢材(其表层部的硬度较小)5、拼接板(其表层部的硬度较大)6和强力螺栓7所构成的摩擦试验体(尺寸见图示)；设置于拼接板6的摩擦面上的突起的形状为三角形的波浪状，突起角度为90度，突起前端的r为0。拼接板6所用的钢材是SCM435，在由切削加工进行了突起成形加工之后，再由热处理工艺调整出各种所需的硬度。另一方面，钢材5采用SS400，对其进行过喷丸除锈处理，其维氏硬度为Hv140，Rz(DIN)值为70。在摩擦试验体上***F10TM22的强力螺栓7，采用标准螺栓拉力(22.6ton)，以测定摩擦系数值。

其测试结果如图9所示：(1)随着硬度比的增加摩擦系数也增大，但当硬度比超过2.5时，摩擦系数增加的趋变弱。(2)当突起高度在0.1～0.2mm的范围内，以及在0.2～0.5mm的范围内时，摩擦系数是增加的，但当突起高度在0.5～1.0mm的范围内时摩擦系数反而减少；(3)为了确保0.9以上的摩擦系数，硬度比必需在2.5以上且突起高度应在0.2mm以上。

根据这样的试验例子等，确定表层部的硬度比在2.5以上，而且突起高度为0.2～1.0mm。鉴于即使增加表层部的硬度比，摩擦系数也不会随之有多少增加这一情况，把硬度比的上限值确定为5。

其次，本发明中将摩擦面的表层部的硬度较高的层(高硬度层)的深度定在0.2mm以上。这里所说的层的深度，是以突起的顶部为起点向内部方向测量的距离。

下面依据图10，对高硬度层的深度的试验结果进行说明。图10是突起高度为0.5mm时的情况，其试验条件与图9的相同。

其试验结果是：(1)当表层部的高硬度层的深度在0.2mm附近时，摩擦系数急剧增加，但当在0.2mm以上时，摩擦系数几乎不再变化；(2)当高硬度层的深度在0.2mm以上时，可以确保摩擦系数在0.9以上，另外，摩擦系数的上限1.5左右；(3)即使钢材沿其厚度方向不全部是硬化层，但只要在从摩擦表面向内0.2mm以上的这一层中能保证规定的硬度比即可；(4)依据以上所述，只要将本发明中的表层部的高硬度层的深度从表面算起保持在0.2mm以上即可。在具体设计时，只要高硬度层的深度具有与突起高度相当的数值就足够了。但至于上述高硬度层的深度的上限值，可以使用在钢材的整个厚度方向上都为高硬度的钢材。

另外，对突起部的硬化处理，在由切削加工形成突起的情况下，可在切削加工形成突起之后通过热处理而进行。可以使用的较合适的热处理方法有：真空热处理、渗炭淬火、氰化淬火、火焰粹火等。在由激光加工或等离子加工而进行突起的成形加工的情况时，可以由伴随加工而产生的突起部的骤冷而使之硬化。对具有高硬度的一侧的钢材，使用可淬火的钢，如SCM435或S45C等。另外，也可以使用高速钢、耐磨钢，以及只是其表层部分为高硬度钢的复合钢板等。

下面，对在实施本发明时，就其突起的几项优点进行说明。

(1)当突起的角度(对置的两斜面间的夹角)在90度附近时，摩擦系数最大，所以为确保摩擦系数在0.9以上，最好是将突起的角度设定在60度到120度之间。选取60至120度的突起角度的其他理由是，当角度变得比60度小时，突起形状的加工需要很精密的高技术，而且不适合大批量生产；而当角度大于120度时，加工时需要消耗大量的能量，使得想以低成本而快速地对突起进行加工变得很因难。

(2)突起的顶部最好是如图5(a)所示的尖的形状。但从确保摩擦系数在0.9以上这一点来说，则最好是如图5(b)所示的形状，此时其突起顶部的平坦宽度W设在突起高度h以下；而在如图5(c)所示的形状，此时将其连接突起斜面和r曲面的接点的距离设在突起高度h(相当于突起顶部的平坦宽度W的界限值)以下。

(3)在突起形状为棱锥状(例如为四棱锥)的情况时，棱锥向着力的传递方向所投影的面积越大，摩擦系数就越大。在图7中，与类型A相比，类型B的摩擦系数要大一些；另外，与类型C相比，类型D的摩擦系数为大。

另外，本发明中的在表层部的表面上设置突起的范围，最好是在以用于***螺栓用的螺栓孔的孔心为中心的、由半径为强力螺栓轴部半径的3.0倍以上的圆和4.0倍以下的圆之间所围的区域，或者是由分别外接于上述2个圆的2个多边形之间所围的区域。这是因为，由强力螺栓的紧固所产生的摩擦面间的面压，靠螺栓孔最近处其值最大，而向着以螺栓孔的孔心为中心的外方向呈递减趁势，所以即使在超出上述范围的地方设置突起，对摩擦系数增大的效果也很小了。取3.0倍以上的半径的原因，是因为在比3.0倍小的范围内，强力螺栓的夹紧力的约90％以上是以摩擦面间的面压(kgf/mm²)的形式而分布着的。另外，如果其半径为4.0倍时，则可以包括面压作用的几乎全部区域。在本发明中，将强力螺栓摩擦连接结构的突起设置于这样的范围内是有效的。图12中显示了在由强力螺栓所夹紧着的情况下，位于螺栓孔附近的摩擦面间的面压的分布状况的一个例子。

图12中，(a)图所示的是当拼接板的厚度为16mm时摩擦面间面压的分布情况；(b)图所示的是当拼接板的厚度为8mm时的摩擦面间面压的分布情况。试验条件是：强力螺栓采用F10TM22，用标准螺栓拉力(22.6ton)使之夹紧。图中符号a是3.0倍螺栓轴部半径(11mm)的距离，b是4.0倍螺栓轴部半径的距离。

以下，对与设置有突起的一侧钢材相对的，其表层部的硬度较低的另一侧钢材的表面状态进行说明。对硬度较低的一侧钢材，使用例如SS400、SS600、SM490等，其表面可以不要求有机械精加工面那样的平滑程度，在对其进行喷丸除锈处理或者喷砂处理时，将其表面加工至十点部位平均粗糙度Rz(DIN)值为70μm以下，或当用最大突起高度来表示时为0.1mm以下即可。另外，也有时并不进行特殊的处理，而保持坯料的原本黑皮状态的表面粗糙度。

以下，依据图11对硬度较低的一侧钢材的表面状态做更加具体的说明。

图11所示的是以表层部较软的钢材的表面状态为参数而进行的摩擦试验的结果。

图11中所用的摩擦试验体同图8，其具体试验条件如下：设置于较硬的一侧钢材的摩擦面上的突起的形状为三角形的波浪形，其突起角度为90度、突起前端r为0；另一方面，表层部较软的另一侧钢材是SS400，其硬度为Hv140，表面状态分6个水平：A(坯料状态)、B(喷丸除锈)、C(机械精加工)、D(喷砂+涂膜)、E(喷丸除锈+涂膜)、F(机械精加工+涂油脂)。这样，在试验体上***F10TM22强力螺栓，采用标准螺栓拉力(22.6ton)，以测定摩擦系数值。

其试验结果如下：

(1)对表层部较软的一侧钢材来说，其摩擦面的状态在坯料、喷丸除锈、机械精加工或喷砂的任意一种粗糙度的情况下，或者在具有涂膜、油脂等被覆层的情况下(即不管是否有被覆层)，都能确保摩擦系数在0.9以上。

(2)在对具有高硬度的一侧钢材进行加工的工厂阶段，即使对摩擦面进行了防锈涂饰等防锈处理，对摩擦系数的数值也几乎没有什么影响，所以可以对其进行防锈处理。

(3)对低硬度一侧的钢材的摩擦面是否进行表面处理，以及采用什么方法进行处理是有相当大的灵活性的。根据这一观点，现行的被规定为必须做的对钢材进行涂饰时的摩擦面处的遮蔽等处理就可以省略了，由此可以实现加工和施工时的省力化，并可以缩短加工和施工时的工序。进一步，由于对摩擦面的管理不需要特殊的费心，所以容易确保施工的质量。

依据如上所述的本发明，其由强力螺栓所夹紧着的连接部处的突起会吃入硬度较低的一侧钢材的表层部，由此产生很大的对滑动的摩擦阻止作用，所以能获得大的摩擦系数值。另外，由于突起的形状和大小大致上的是一定的，所以可以减少形成于摩擦面上的对滑动起阻止作用的构造状态随部位的不同而引起的分散性，从而能够确保稳定的摩擦系数值。

进一步，在构成一个摩擦连接面的2件钢材中，即使在单侧或双侧钢材的，至少是其摩擦面侧的表面上涂抹了防锈用的涂料或油层，由于突起可以贯通上述涂料或油层而吃入硬度较低的一侧钢材的表面部，所以并不会降低摩擦系数值，从而使以往不能进行的摩擦面的防锈处理变得可行了。

以下，依据实施例对实施本发明的最佳形式进行说明。

实施例

(实施例1)

如图13所示，本发明中的应进行摩擦连接的钢材9是H900×300×16(腹板厚)×28(凸缘厚)，其材质是SM490(硬度为Hv170)，该钢材9是本发明中称之为低硬度的钢材。进行摩擦连接的钢材9的表层部，是经过喷丸除锈处理的，其Rz(DIN)＝50μm。

另外，拼接板10采用SCM435，通过机械切削加工使其表面形成峰高0.5mm的三角形的波浪状的突起，通过热处理使其表层部获得Hv595的硬度值，得到硬度比为3.5(高硬度层的深度为0.4mm)。

由强力螺栓F10TM22夹紧这样的钢材，结钢材施加长度方向(图中的左右方向)的力，得到1.25的摩擦系数值。此时所需的螺栓根数为36根。

(实施例2)

如图14所示，本发明中的应进行摩擦连接的钢材9是H900×300×16(腹板厚)×28(凸缘厚)，其材质是SM490(硬度为Hv170)，该钢材9是本发明中称之为低硬度的钢材。应进行摩擦连接的钢材9的表层部，是经过喷丸除锈处理的，其Rz(DIN)＝50μm。

另一方面，拼接板11采用SCM435，由机械切削加工使其表面形成峰高0.5mm的四棱锥形状的突起，通过热处理使其表层部获得Hv425的硬度值，得到硬度比为2.5的高硬度层(该高硬度层的深度为0.2mm)。

由强力螺栓F10TM22夹紧这样的钢材，给钢材施加长度方向(图中的左右方向)的力，得到0.9的摩擦系数值此时所需的螺栓根数为46根。

在图14所示的情况时，应连接的钢材9是H900×300×16(腹板厚)×28(凸缘厚)，其材质是SM490(硬度为Hv170)，拼接板12的材质是SM490(硬度为Hv170)，所用的强力螺栓是F10TM22，并且钢材9和拼接板12的摩擦连接面为铁锈状态。

图15的试验结果是，其摩擦系数为0.45(等于现行的标准值)，所需的螺栓数是86根。

所以本发明可以提高摩擦系数，并且能大幅度地减少所需的螺栓根数。

依据本发明，可以获得以下效果：

(1)可以稳定地确保0.9以上的摩擦系数值。其结果是，即使是高强度的、有极厚的板厚尺寸的钢材，也能将连接部设计得很紧凑，从而可以大幅度地减少所需的强力螺栓的根数。另外，由于与现有的连接部相比变得紧凑了，所以可以使加工和施工变得省力一些，并缩短工序，从而可以减少建设费用。

(2)由于强力螺栓摩擦连接部的摩擦阻力的极限值变得很大，所以还有可能进行新的连接部的设计，以实现结构设计的简单化。例如，有可能进行不必考虑螺栓孔的截面缺损的、使整个截面都是有效的连接部的设计。另外，采用了本发明中的连接结构的骨架，由于在地震时具有更稳定的耐久性能(履历性状-原文)，所以能提高抗震性能。

(3)对摩擦面的表面状态的管理变得简单，且不需要特殊的技能，所以以前所必需的繁杂的质量管理就可以省略。另外，与以往的方法相比，能得到特别稳定的性能。

Claims

1.一种强力螺栓摩擦连接结构，其特征是：在构成一个摩擦连接面的2件钢材中，其中一侧钢材的摩擦面的表层部的硬度与另一侧钢材的摩擦面的表层部的硬度的比值在2.5以上；使表层部的硬度较大的层的深度为0.2mm以上；并且沿其中表层部硬度较大的一侧的表面上设置三角形的波浪状或棱锥状的多个突起，且该突起的高度为0.2～1.0mm，同时使表层部硬度较小的另一侧的表面的最大表面粗糙度用最大突起高度表示时为0.1以下，所述螺栓摩擦连接结构具有0.9以上的滑动摩擦系数、并与多个高强度螺栓配合，所述钢材为每根螺栓形成螺栓孔，每一螺栓孔具有孔心，至少在一侧钢材的摩擦连接面的表层部的表面上设置多个突起的范围，是以用于***所述螺栓用的螺栓孔的孔心为中心的，由半径为上述螺栓轴部半径的3.0倍以上的圆和4倍以下的圆之间所围的区域，或者是由分别外接于上述2个圆的多边形之间所围的区域。

2.如同权利要求1所述的强力螺栓摩擦连接结构，其特征是：在构成一个摩擦连接面的一侧或两侧的钢材的摩擦面的表面上，涂布有防锈用的涂料或油层。

3.一种强力螺栓摩擦连接结构所用的钢材，其特征是：在构成一个摩擦连接面的2件钢材中，其中一侧钢材的摩擦面的表层部的硬度与另一侧钢材的摩擦面的表层部的硬度的比值在2.5以上；使表层部的硬度较大的层的深度为0.2mm以上；并且沿其中表层部硬度较大的一侧的表面上设置三角形的波浪状或棱锥状的多个突起，且该突起的高度为0.2～1.0mm，同时使表层部硬度较小的另一侧的表面的最大表面粗糙度用最大突起高度表示时为0.1以下，所述螺栓摩擦连接结构具有0.9以上的滑动摩擦系数、并与多个高强度螺栓配合，所述钢材为每根螺栓形成螺栓孔，每一螺栓孔具有孔心，至少在一侧钢材的摩擦连接面的表层部的表面上设置多个突起的范围，是以用于***所述螺栓用的螺栓孔的孔心为中心的，由半径为上述螺栓轴部半径的3.0倍以上的圆和4倍以下的圆之间所围的区域，或者是由分别外接于上述2个圆的多边形之间所围的区域。

4.如同权利要求3所述的强力螺栓摩擦连接结构的钢材，其特征是：在构成一个摩擦连接面的一侧或两侧的钢材的摩擦面的表面上，涂布有防锈用的涂料或油层。