JP4177741B2 - 箱形断面材と接合金物とのボルト接合方法および箱形断面材へのボルト挿入治具 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、鋼構造建築物を構築する際に閉鎖断面を有する角形鋼管、円形鋼管などの箱形断面材を柱材とし、この柱材にスプリットティ、アングル材などの接合金物を介してＨ形鋼などのＨ形断面梁をボルト接合する場合に適用される箱形断面材と接合金物のボルト接合方法と、この接合方法に用いられるボルト挿入治具に関するものである。

近年、柱材として閉鎖断面を有する角形鋼管や円形鋼管などの箱形断面材を用い、梁材としてＨ形鋼を用いた箱形断面柱とＨ形断面梁との接合構造においては、従来の溶接接合構造に代えて、図８に示すように、箱形断面柱１とＨ形断面梁４を、上下一対のスプリットティ（接合金物）２ａ、２ｂと高力ボルト３、５を用いた高力ボルト接合構造が多用されている。
このボルト接合構造において、ナット側で締め付けを行う高力ボルト３を用いて箱形断面柱１に上下一対のスプリットティ２ａ、２ｂを高力ボルト３で接合する場合、高力ボルト３を箱形断面柱１の内部側から挿入する必要がある場合が多いことから、箱形断面柱１の内部側からの高力ボルト３の挿入治具や挿入方法が種々提案されている。

例えば、特許文献１にはトルシア型ボルト装着用工具及び接合方法が提案されている。ここに開示されている、ボルト装着用工具は、鋼管柱の側面に穿設されたボルト孔に、鋼管柱の内側からトルシア型ボルトを装着するためのものであって、先端部に着脱自在に係止可能な係合部、長尺状の挿入ガイド部、及び係合部と挿入ガイド部の後端とを連結する連結部を有しており、係合部はボルトのノッチ部に係合し、挿入ガイド部はその先端部から鋼管柱の側面に設けられた操作挿入孔に挿入され、鋼管柱の外側からの操作により、先端が所定のボルト孔に案内され得るようにしたものである。
このボルト装着用工具は、簡易な構造を有し、簡易な操作により、鋼管柱の側面に穿設されたボルト孔に、鋼管柱の内側からトルシア型ボルトを挿入するために有効なものと思われる。

しかし、挿入ガイドに連結された係合部に係合されたトルシア型ボルトは、常に自由に揺動可能な状態で挿入ガイドでガイドされるため、鋼管柱側面のボルト孔に挿入するとき、自重で吊り下がった状態になって先端がボルト孔に挿入する角度に対して直角方向を向くことになることから、挿入ガイドの操作によってボルト孔に円滑にガイド・挿入することが難しい。
また、このとき、無理してボルト孔に挿入しようとした場合、係合部がボルト孔の入口にぶつかって、係止が外れる懸念がある。さらに、挿入ガイドは、鋼管柱の側面に設けられた大きい径の操作挿入孔から挿入してその先端を小さな径のボルト孔に挿入するため、位置合わせが難しいこという問題もあり改善の余地がある。
特開平１０−１８４６３９号公報

本発明は、角形鋼管柱などの箱形断面柱に、スプリットティなどの接合金物をボルト接合する場合に、例えば特許文献１の発明の問題点を改善でき、外部側でナットを螺合して締め付けるトルシア型高力ボルトを、箱形断面柱の内部からボルト孔に簡易に挿入して、外側でナットを締め付け可能な箱形断面柱と接合金物とのボルト接合方法と、ボルト挿入治具を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決する、下記（１）〜（３）の発明から構成されるものである。
（１）箱形断面材に接合金物を当接してボルト接合する際に、箱形断面材の接合部近くにボルト頭部径より大きいボルト挿入孔を明けておき、この箱形断面材に当接した接合金物の外部側からボルト孔に、先端部にボルト把持具との連結部を有する可撓ケーブルを挿入し、この可撓ケーブルの先端部を箱形断面柱の内部経由で上記ボルト挿入孔から外部に突出させて、ボルトを把持したボルト把持具を着脱自在に連結して引き戻し、ボルト把持具を箱形断面柱の内部からボルト孔経由で接合金物の外部に引き出し、可撓ケーブルの先端部に連結するボルト把持具として、可撓ケーブルの先端部の連結部に連結する把持連結部と、この把持連結部に連結ピンを介して回動可能に連結したボルト把持キャップによりなるものであり、この連結部には回転範囲を規定するストッパーがあり、把持連結部と把持キャップが真直ぐの状態から一方向にのみ角度（α）９０度回動可能に連結していることを特徴とする箱形断面材と接合金物とのボルト接合方法。
（２）先端部にボルト把持具を連結可能な可撓ケーブルと、この可撓ケーブルの先端方向変更機構と、可撓ケーブルに着脱自在に連結可能なボルト把持具とを備え、可撓ケーブルに着脱自在に連結可能なボルト把持具が、連結把持部と、この連結把持部に連結したボルト把持キャップからなり、可撓ケーブルの先端部の連結部に連結する把持連結部と、この把持連結部に連結ピンを介して回動可能に連結したボルト把持キャップによりなるものであり、この連結部には回転範囲を規定するストッパーがあり、把持連結部と把持キャップが真直ぐの状態から一方向にのみ角度（α）９０度回動可能に連結していることを特徴とする箱形断面材へのボルト挿入治具。
（３）内視鏡を装着して、その挿入チューブを可撓ケーブルに内蔵させ、箱形断面材のボルト挿入孔の位置を確認可能にしたことを特徴とする（２）に記載の箱形断面材へのボルト挿入治具。

本発明では、箱形断面材に接合金物を、トルシア型高力ボルトで接合する際に、工場や施工現場において、箱形断面柱に接合金物を当接した状態で、外部操作で箱形断面柱の内部側から高力ボルトをボルト孔に容易にかつ円滑に挿入することができ、施工性を大幅に向上させ、施工工期を短縮し、トータルの施工コストを大幅に節減することが可能である。

本発明は、箱形断面材とＨ形断面梁を、接合金物を介してボルト接合する場合において、箱形断面材に接合金物を、例えばトルク導入用のピンテールを有しナットを締め付けて締結するトルシア型高力ボルト（以下「高力ボルトという。）を用いて接合する場合に適用するものであり、箱形断面材の内部側に高力ボルトを挿入する場合に、先端部にボルト把持具と着脱自在な連結部を有する可撓ケーブルと、この可撓ケーブルの先端方向変更機構と、ボルト把持具を備えたボルト挿入治具を用いるものである。
より具体的には、箱形断面材の接合部近くに、高力ボルトの頭部径より大きいボルト挿入孔を明け、箱形断面材に接合金物を当接し、この接合金物の外部側からボルト孔に、締結ナット（および座金）を挿通した可撓ケーブルを挿入し、この可撓ケーブルの先端部を上記箱形断面材の内部経由で、ボルト挿入孔から外部側に突出させて、高力ボルトを把持したボルト把持具を連結して引き戻すことによって、ボルト把持具を箱形断面材の内部およびボルト孔経由で、箱形断面材に当接した接合金物の外部側に高力ボルトの先端部が突出する位置まで引き出して、ボルト把持具で把持状態の高力ボルトに締結ナットを螺合して仮締めし、ボルト把持具を高力ボルトから外してから本締結する。可撓ケーブルとボルト把持具の連結解除は、例えば接合金物の外部側に高力ボルトの先端部を突出する位置まで引き出した後に適時行う。
なお、締結ナット（および座金）は、可撓ケーブルをボルト挿入孔に挿入する前に可撓ケーブルに挿通しないで、例えば接合金物の外部側に高力ボルトの先端部が突出する位置まで引き出して、ボルト把持具と可撓ケーブルの連結を解除してから高力ボルトを把持したボルト把持具の端部から挿入して高力ボルトに螺合し仮締めしてボルト把持具を高力ボルトから外してから本締結することもできる。

本発明では、可撓ケーブルを、箱形断面材の接合部近くに明けた径の小さいボルト孔から挿入して、箱形断面材の内部経由で径の大きいボルト挿入孔から外部側に突出させることによって、ボルト挿入孔に対する可撓ケーブル先端の位置合わせ・挿入を容易にする。この可撓ケーブルの先端部は、ボルト挿入孔に容易に挿入可能にするために、なるべく細くし単純形状にすることが好ましいことから、可撓ケーブルとボルト把持具の連結は、可撓ケーブルをボルト挿入孔に挿入して接合金物の外部に突出させてから行うことが好ましい。
また、可撓棒ケーブルに連結するボルト把持具としては、可撓ケーブルに着脱自在に連結可能な把持連結部と、この把持連結部に一方向に回動可能に連結したボルト把持キャップを有するものを用い、把持連結部を軸回りに回動することにより、箱形断面材の内部からボルト孔に挿入する場合に、ボルト把持キャップに把持した高力ボルトをボルト孔に平行に近い状態で挿入できる角度にして、ボルト孔への高力ボルトの挿入を円滑化できるようにすることが好ましい。
なお、可撓ケーブルの先端にボルト保持キャップを形成することもできるが、この場合、内部スペース条件、可撓ケーブルの操作性などの制限条件がある。

本発明では、箱形断面材の接合金物との接合部近くの側面にボルト挿入孔を明けるが、このボルト挿入孔は、径が大きい方がボルト挿入作業が容易になるが、箱形断面材の強度低下の要因になるため、径は、ボルト頭部（座金使用の場合には、座金外径）より若干大きくして、数は極力少なく明けることが好ましい。
例えば、ボルト挿入孔を、例えば、接合金物が上下一対のスプリットティである場合には、上下のスプリットティの中間部に明けて上下のスプリットティを接合するボルト挿入に共用できるようにすることもできるが、ボルト挿入孔がボルト孔の上部にある場合には、ボルトを箱形断面材内部に挿入する場合に落下衝撃が大きくなるので、可撓ケーブルの操作性が低下したり、ボルトの脱落の懸念があることから、ボルト挿入孔がボルト孔の下部にあることが好ましい。なお、ボルト挿入孔は、可撓ケーブルの先端の位置合わせを容易にするために、長孔にすることも考慮することができる。
ボルト挿入孔は、箱形断面材の同じ側面にあるボルト孔用にのみ用いることは必須ではなく、箱形断面材の複数の側面にあるボルト孔用としても用いることもできる。したがって、このボルト挿入孔は、箱形断面材の強度低下を極力抑制でき、複数のボルト孔に対して効率的に高力ボルトを挿入できる位置に明けるものである。

本発明で用いるボルト挿入治具は、基本的には、先端部にボルト把持具を着脱自在に連結可能な可撓ケーブルと、この可撓ケーブルの先端方向変更機構と、ボルト把持キャップを有する把持具を備えたものである。可撓ケーブルに連結するボルト把持具は、基本的には、可撓ケーブルの先端部を、ボルト孔に挿入して箱形断面材の内部経由ボルト挿入孔から外部側に突出させてから、この可撓ケーブルの先端部に連結するものである。
なお、ボルト挿入治具に、例えば工業用内視鏡（ファイバースコープ）を装着し、その挿入チューブを可撓ケーブルに内蔵させて、箱形断面材のボルト挿入孔の位置を容易に確認でき、可撓ケーブルの先端を容易に挿入できるようにすることも有効である。この場合、ボルト挿入孔の外部側に照明を当てボルト挿入孔の位置をより明確に確認できるようにすることも考慮する。

ボルト把持具は、基本的には、可撓ケーブルに係合して連結する把持連結部と、この把持連結部に一方向に回動可能（例えば肘関節のように把持連結部と平行〜一方向に９０度の範囲で回動可）に連結したボルト把持キャップとからなり、この把持キャップに高力ボルトのピンテール部を把持するようにしたものである。このボルト把持キャップは、高力ボルトのピンテール部を確実に把持できるように、スリットを設けて弾性的な把持構造とし、先端部に高力ボルトのピンテールのノッチに係止する爪を形成することも有効である。
なお、ボルト把持具（ボルト把持キャップを含む）は、締結ナットの孔を通り抜けできる必要があるため、外径を締結ナットの孔径よりも小さくする必要がある。また、可撓ケーブルを、締結ナットを挿通してボルト孔に挿入する場合には、可撓ケーブルの挿入部の外径を締結ナットの孔径よりも小さくする必要がある。

以下に本発明の実施例について、図１〜図８に基づいて説明する。
この実施例は、箱形断面柱１の側面に接合金物である上下一対のスプリットティを介してＨ形鋼梁を高力ボルト接合する場合において、箱形断面柱１の側面に上下一対のスプリットティを高力ボルト３で接合する場合に適用した例を示したものである。
通常の場合、上下一対のスプリットティは、箱形断面柱１の１〜４側面に高力ボルト接合されるものであるが、ここでは箱形断面柱１の１側面に上下一対のスプリットティを高力ボルト接合する場合で、上部スプリットティ２ａの下側を箱形断面柱１に接合する高力ボルト３を、箱形断面柱１の内部からボルト孔１ｏ、上部スプリットティ２ａのボルト孔２ｏに挿入して、スプリットティ２ａの外部側で締結ナット６を螺合・締結する場合で代表説明する。
図１（ａ）は、本発明によるボルト挿入治具７の可撓ケーブル８を、締結ナット６を挿通した状態で、箱形断面柱１に当接した上部スプリットティ２ａのボルト孔２ｏの外部側から、箱形断面柱１の側面に明けたボルト挿入孔１１に向けて挿入した状態を示している。
ボルト挿入治具７は、先端部に図２（ａ）、（ｂ）に示すようなボルト把持具１２との連結部を８ｃを有する可撓ケーブル８と、この可撓ケーブル８の先端の方向を変更するレバー１０を備えた先端方向変更機構９を有するものである。ここで用いた先端方向変更機構９は、レバー１０を回動することによって、可撓ケーブル８の湾曲度を調整する構造を有するものである。
ここで、ボルト挿入治具７に、例えば工業用内視鏡１９を装着した場合には、箱形断面材のボルト挿入孔１１に可撓ケーブル８を挿入するときに、この内視鏡１９でボルト挿入孔１１の位置を確認しながらレバー１０を操作し、可撓ケーブル８の先端をボルト挿入孔１１に、より容易に挿入することができる。

図１（ｂ）は、図１（ａ）の状態から、ボルト挿入治具７の先端方向変更機構９のレバー１０操作により、可撓ケーブル８の挿入部を湾曲させ、先端部の連結部８ｃを箱形断面柱１のボルト挿入孔１１に挿入して外部に突出させ、図２のボルト把持具１２を連結できる状態を示している。
ボルト把持具１２は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、可撓ケーブル８の先端部の連結部８ｃに連結する把持連結部１３と、この把持連結部１３に連結ピン１４を介して回動可能に連結したボルト把持キャップ１５によりなるものである。このボルト把持キャップ１５には、回動範囲を規定するストッパー１６があり、ここではボルト把持キャップ１５を一方向に角度（α）９０度回動可能に連結している。
ここでは、可撓ケーブル８の先端部の連結部８ｃと把持連結部１３を嵌合する場合は、回動可能な一方向が判別しやすいように、可撓ケーブル８の軸回り角度目盛りに対応して把持キャップ１５のストッパー１６の位置を確認できるように連結位置を固定できるようにしている。

なお、把持連結部１３は、ここでは手で掴み回動操作を行うこともあり、周面に滑り止めを施したものであり、可撓ケーブル８の連結部８ｃとの連結を、嵌合（差し込み）により行うようにしているため、スリット１７を設けて弾性的に嵌合できるようにしている。また、ボルト把持部キャップ１５には、トルシア型の高力ボルト３のピンテール３ｐを嵌合（差し込み）して把持するようにしているため、スリット１８を設けて弾性的に嵌合できるようにしている。
トルシア形高力ボルト３は、図３に示すように、頭部３ｔと雄ねじ３ｓを有し、雄ねじ３ｓの先端部側にはノッチ３ｎを介してトルク導入用のピンテール３ｐを形成したものである。

図５は、図１（ｂ）の状態で、ボルト挿入孔１１から外部に突出させた可撓ケーブル８の連結部８ｃに、図４に示すようにボルト把持キャップ１５に図３に示ような高力ボルト３のピンテール３ｐを嵌合（差し込み）したボルト把持具７の把持連結部１３を連結した状態を示している。ここでは、トルシア形高力ボルト３は、自重で概ね倒立状態（頭部３ｔが下の状態）になっている。
図６（ａ）は、図５の状態から可撓ケーブル８を引き戻して、可撓ケーブル８の先端に連結したボルト把持具１２をボルト挿入孔１１から箱形断面柱１の内部に引き込み、ボルト把持具１２の把持連結部１３の先端部を、箱形断面柱１のボルト孔１ｏから挿入してスプリットティ２ａのボルト孔２ｏの外部側に突出させた状態を示している。

この状態での高力ボルト３は、ボルト孔１ｏの入口で概ね倒立状態（頭部３ｔが下の状態）にあるため、ボルト孔１ｏに円滑に挿入できないことから、把持連結部１３を回動して、図６（ｂ）の状態（９０度回動）、図６（ｃ）の状態（頭部３ｔが上の状態）を経て、図６（ｄ）に示すように、高力ボルト３をボルト孔１ｏに平行な状態にして外部側に引き出して、把持連結部１３から可撓ケーブル８の先端８ｃを取り外し、高力ボルト３の先端部を外部側に突出させて、図６（ｅ）に示すように、締結ナット６を螺合する。螺合した後に高力ボルト３からボルト把持キャップ１５を外し、締結ナット６を仮締めする。

このようにして、各高力ボルト３による仮締め付けを順次行った後に、仮締めした各締結ナット６を締結具で本締め付けして、図７に示すように、箱形断面柱１と上部スプリットティ２ａの高力ボルト接合を終了する。下部スプリットティ２ｂについても、上部スプリットティ２ａと同様にして、箱形断面柱１に高力ボルト接合することができる。
なお、箱形断面柱１に対する上部スプリットティ２ａと下部スプリットティ２ｂの接合は、工場、現場のいずれか、または、工場と現場で分けて行ってもよく、上部スプリットティ２ａと下部スプリットティ２ｂの接合手順は任意に選択できるものである。

本発明は、上記の実施例に限定されるものではない。例えば、上記の実施例は、箱形断面柱（角形鋼管柱）とスプリットティ（接合金物）とのボルト接合に適用したものであるが、他の箱形断面柱（例えば円形鋼管柱）、他の接合金物（例えばアングル材など）を接合対象としても適用することもできる。
また、ボルト挿入孔の形成条件（位置、数、大きさなど）、ボルト挿入治具の構造（可撓ケーブル、先端方向変更機構、ボルト把持具、内視鏡の装着の有無など）の構造条件（各連結構造を含む）、ボルト挿入治具によるボルト挿入・ナット螺合・締結手順等については、接合対象の箱形断面柱、接合金物、梁等のサイズ、ボルトの形状とサイズ、ボルトの孔径、配置等に応じて上記請求項を満足する範囲内で変更のあるものである。

本発明の実施例での箱形断面柱とスプリットティとの接合構造例を示す部分説明図で、（ａ）図は、箱形断面柱に当接したスプリットティの外部側からボルト孔に、締結ナットを挿通した可撓ケーブルを挿入した状態を示す側断面説明図、（ｂ）図は、（ａ）図の状態から可撓ケーブルを湾曲させて先端部をボルト挿入孔から外部に突出させた状態を示す側面説明図。 本発明の実施例で用いるボルト把持具の構造例を示す説明図で、（ａ）図は、平面（裏面）説明図、（ｂ）図は、（ａ）図の正面説明図。 本発明の実施例で用いる高力ボルトの構造例を示す側面説明図。 図２のボルト把持具に高力ボルトを嵌合した状態を示す側面説明図。 本発明の実施例で、図１の（ｂ）図の状態で、可撓ケーブルの先端部に、高力ボルトを把持したボルト把持具を連結した状態を示す側面説明図。 図５の状態で、可撓ケーブルを引き戻して可撓ケーブルをボルト把持具から外した状態を示す側面説明図。 （ａ）図の状態から、ボルト把持具を軸回りに回動させて、高力ボルトをボルト孔と直角方向で水平にした状態を示す側面説明図。 （ｂ）図の状態から、さらにボルト把持具を軸回りに回動させて、高力ボルトをボルト孔と直角方向で概ね逆倒立させた状態を示す側面説明図。 （ｃ）図の状態から、高力ボルトをボルト孔と平行にして挿入可能にした状態を示す側面説明図。 （ｄ）図の状態から、ボルト把持具を引き出し、高力ボルトに締結ナットを螺合して仮締めした状態を示す側面説明図。 図６（ｅ）で締結ナットを仮締めした状態から高力ボルトからボルト把持具を外してから、仮締めした締結ナットを本締めして、箱形断面柱と上部スプリットティの高力ボルト接合を終了した状態を示す側面説明図。 （ａ）図は、従来のスプリットティと高力ボルトを用いた角形鋼管柱と梁の接合構造例を示す立体説明図、（ｂ）図は、（ａ）図のＡａ−Ａｂ矢視断面説明図。

符号の説明

１ 箱形断面柱（角形鋼管柱）
１ｏ ボルト孔
２ａ 上部スプリットティ
２ｂ 下部スプリットティ
２ｏ ボルト孔
３ 高力ボルト
３ｔ ボルト頭部
３ｓ 雄ねじ
３ｐ ピンテール
３ｎ ノッチ
４ Ｈ形断面梁（Ｈ形鋼梁）
５ 高力ボルト
６ 締結ナット
７ ボルト挿入治具
８ 可撓ケーブル
８ｃ 連結部
９ 先端方向変更機構
１０ レバー
１１ ボルト挿入孔
１２ ボルト把持具
１３ 把持連結部
１４ 連結ピン
１５ ボルト把持部キャップ
１６ ストッパー
１７、１８ スリット
１９ 工業用内視鏡

Claims (3)

1. 箱形断面材に接合金物を当接してボルト接合する際に、箱形断面材の接合部近くにボルト頭部径より大きいボルト挿入孔を明けておき、この箱形断面材に当接した接合金物の外部側からボルト孔に、先端部にボルト把持具との連結部を有する可撓ケーブルを挿入し、この可撓ケーブルの先端部を箱形断面柱の内部経由で上記ボルト挿入孔から外部に突出させて、ボルトを把持したボルト把持具を着脱自在に連結して引き戻し、ボルト把持具を箱形断面柱の内部からボルト孔経由で接合金物の外部に引き出し、可撓ケーブルの先端部に連結するボルト把持具として、可撓ケーブルの先端部の連結部に連結する把持連結部と、この把持連結部に連結ピンを介して回動可能に連結したボルト把持キャップによりなるものであり、この連結部には回転範囲を規定するストッパーがあり、把持連結部と把持キャップが真直ぐの状態から一方向にのみ角度（α）９０度回動可能に連結していることを特徴とする箱形断面材と接合金物とのボルト接合方法。
2. 先端部にボルト把持具を連結可能な可撓ケーブルと、この可撓ケーブルの先端方向変更機構と、可撓ケーブルに着脱自在に連結可能なボルト把持具とを備え、可撓ケーブルに着脱自在に連結可能なボルト把持具が、連結把持部と、この連結把持部に連結したボルト把持キャップからなり、可撓ケーブルの先端部の連結部に連結する把持連結部と、この把持連結部に連結ピンを介して回動可能に連結したボルト把持キャップによりなるものであり、この連結部には回転範囲を規定するストッパーがあり、把持連結部と把持キャップが真直ぐの状態から一方向にのみ角度（α）９０度回動可能に連結していることを特徴とする箱形断面材へのボルト挿入治具。
3. 内視鏡を装着して、その挿入チューブを可撓ケーブルに内蔵させ、箱形断面材のボルト挿入孔の位置を確認可能にしたことを特徴とする請求項２に記載の箱形断面材へのボルト挿入治具。

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