JP4497502B2 - Mounting bolts and mounting nuts for retrofit members - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、鋼構造物に於ける部材の添接等に用いられる高張力ボルト及びナット、フィンガープレートのPC桁への締め付け固定に用いられる取付ボルト及びナット等、後付け部材を主部材に締め付け固定する取付ボルト及び取付ナットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、後付部材を主部材へ締め付け固定する技術として、例えば、モノレールのコンクリート桁(PC桁)へのフィンガープレート(FP)の固定方法がある。この場合、PC桁が主部材にFPが後付部材に該当する。FPは、車輌を通過させるためのPC桁どうしをそのPC桁自身の膨張収縮を吸収しながら接続するものであり、PC桁に埋込固定されたFP受け座に固定されるが、この締め付け固定には取付ボルトが使用されている。
【0003】
この取付ボルトに掛かる力は、その頭部が後付部材であるFPに均等に当接する場合には締め付け力による張力のみとなるが、均等に当接しない場合には締め付け力による張力の他に曲げ応力が加わる。そして、ボルト軸部の基端において破断しやすい状況になってしまう。そのため、取付ボルトを締め付ける際には、頭部の後付部材への当たり面の面圧が均等になるようにして、曲げ応力の発生を抑えることを心掛ける必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、後付部材の座グリ面の仕上がり精度や、主部材側(上記従来例ではPC桁に埋込固定されたFP受け座)に形成された取付ボルト用のねじ部の精度に発生する公差が累差となる場合、締め付け作業を慎重に行っても、取付ボルト頭部の後付部材座グリ面への当接が均等にならない場合がある。
【0005】
図6には取付ボルト頭部の特定箇所のみが後付部材であるFPの座グリ面に当接した状態の一例が示されている。この取付ボルト21は、自身の軸線X’が傾斜した状態で取り付けられたこと及び座グリ面31の不整により頭部22の一部分C’のみがFP30の座グリ面31に当接した状態となっている。取付ボルト21の軸部23には締め付けによる引張力Pが図面下方に向かって発生するとともに、頭部22の部分C’と座グリ面31との間には締め付けの反力Rが発生している。この引張力Pによる応力σp(=P/A:Aは断面積)は図6(b)に示すように軸部断面に均等に分布するが、反力Rによる曲げ応力σm(=Pe/Z:eは軸線X’からの距離、Zは断面係数)は図6(c)に示すように頭部22が座グリ面31に当接した側にある軸部23の外周部で最大となり、そこから離れるに従って徐々に小さくなる分布となる。そして、図6(d)に示すように、軸部23に発生する応力は、これらσpとσmとを合成したものになる。従って、取付ボルト21は、軸部23の特定箇所にのみ応力が集中し、この応力集中箇所からボルトの破壊が進行する。
【0006】
引張応力σp及び曲げ応力σmは引張力Pで表すことができ、例えばM16ボルト(A=2cm2、Z=0.4cm3、e=1.45)の場合、σp=0.5P、σm=3.62Pとなる。そして、応力集中箇所に発生する応力σp+σmは、純粋な引張応力σpの8.24倍の値になってしまう。
【0007】
なお、後付部材を主部材に締め付け固定する場合、上述のようにボルトを使用する方法の他に、主部材にスタッドを突設し、そのスタッドを後付部材のボルト孔に挿通させた状態で後付部材をナットにより締め付け固定する方法も知られている。しかしながら、このナットで締め付け固定する方法によっても、上述と同様の問題、すなわち、応力集中によるスタッドが破壊される問題が発生していた。
【0008】
ところで、通常、取付ボルト或いは取付ナットと座グリ面との接触状態は、時間が経過してなじむことによって良好になることが知られている。すなわち、取付ボルト或いは取付ナットの座グリ面との当接部分と座グリ面とが摩耗し、時間の経過とともに取付ボルトの頭部或いは取付ナットが座グリ面に均一に当接する状態となる。そのため、締め付け初期段階においては取付ボルト或いは取付ナットの特定箇所のみが座グリ面に当接して取付ボルト或いはスタッドの所定箇所に応力集中が発生してしまうような場合でも、なじみの進行に従ってボルトの頭部或いは取付ナットの裏面全体が座グリ面に当接する状態となり、取付ボルトの軸部或いはスタッドの断面全体に均等に応力が分布するようになる場合が多い。
【0009】
そこで、本発明は、後付部材を主部材に締め付け固定する際、締め付け初期において特定箇所に集中する曲げ応力を低く抑え、応力集中による破損を防止できる後付部材の取付ボルト及び取付ナットを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
(請求項1)本発明にかかる取付ボルトは、座グリ面が平坦になっている受け座を有する後付部材を主部材に締め付け固定する取付ボルトであって、該座グリ面の孔縁に当接する部分が円錐面となっており、該円錐面は、自身の軸線を含む縦断面において、該座グリ面に対して1/15〜1/30の範囲の勾配を有している。
【0011】
この取付ボルトによれば、締め付け初期において円錐面は、座グリ面の孔縁に当接し、なじみが進行するに従って当接面が徐々に軸線から遠ざかる方向に広がり、広い範囲で当接するようになる。そのため、締め付け初期において、座グリ面やねじ部(主部材側に形成された取付ボルト用のねじ溝)の不整等により円錐面の特定箇所のみが孔縁に当接する場合でも、曲げ応力を発生させる曲げモーメントは取付ボルトの軸線に近い位置であれば小さくなることから、発生する応力を小さく抑えることができ、応力集中による破損を防止できる。
【0012】
そして、該円錐面は、自身の軸線を含む縦断面において、該座グリ面に対して1/15〜1/30の範囲の勾配を有するので、取付ボルトが座グリ面やねじ部の不整等により傾斜した場合の実際の傾斜に対応した形状とすることができる。なお、勾配が1/30よりも小さいと、取付ボルトの傾斜角度よりも小さくなって、締め付け初期における当接位置が軸線から離れてしまい曲げ応力を小さく抑えることができなくなるおそれがある。一方、勾配が1/15よりも大きいと、なじみが進行しても当接面積があまり広がらずに、十分な締め付け力を得られなくなるおそれがある。
【0013】
(請求項2)本発明に係る取付ナットは、座グリ面が平坦になっている受け座を有する後付部材をスタッドが突設された主部材に締め付け固定する取付ナットであって、該座グリ面の孔縁に当接する部分が円錐面となっており、該円錐面は、自身の軸線を含む縦断面において、該座グリ面に対して1/15〜1/30の範囲の勾配を有している。
【0014】
この取付ナットによれば、締め付け初期において円錐面は座グリ面の孔縁に当接し、座グリ面や取付ナットねじ部の不整等により円錐面の特定箇所のみが孔縁に当接する場合でも、前記取付ボルトと同様に、発生する応力を小さく抑えることができ、応力集中による破損を防止できる。そして、該取付ナットの円錐面は、自身の軸線を含む縦断面において、該座グリ面に対して1/15〜1/30の範囲の勾配を有するので、前記取付ボルトの場合と同様に、座グリ面や取付ナットねじ部の不整等により取付ナットが傾斜した場合の実際の傾斜に対応した形状とすることができる。
【0015】
【発明実施の形態】
図1〜4には、本発明にかかる後付部材の取付ボルトの具体例が示されている。図1は同取付ボルトの概観を示す正面図である。図2は同取付ボルトが安定した状態まで締め付けられる過程を示す断面図である。図3は同取付ボルトの頭部の特定箇所のみが座グリ面に当接した状態を示し、(a)は断面図、(b)は引張応力の分布図、(c)は曲げ応力の分布図、(d)は合成応力の分布図である。図4はフィンガープレートを締め付け固定した状態を示す平面図である。
【0016】
この取付ボルト1は、後付部材であるフィンガープレート10を主部材であるPC桁15に締め付け固定するために使用する。フィンガープレート10には、ボルト孔12が穿設され、ボルト孔12のフィンガープレート表面側開口にはボルト受け座11が形成されている。そして、ボルト受け座11の座グリ面11aは平坦になっている。取付ボルト1は、頭部3と頭部3から延出する軸部4とからなり、頭部3と軸部4との間であって、前記座グリ面11aのボルト孔縁11bに当接する部分が円錐面2となっている。また、PC桁15のボルト孔12に対応する位置にねじ溝(ねじ部)が形成されており、ボルト孔12に挿通された取付ボルト1が螺合してフィンガープレート10を締め付け固定するようになっている。
【0017】
(請求項1)この取付ボルト1によれば、締め付け初期において円錐面2は、図2(a)に示すように座グリ面11aの孔縁11bに当接し、なじみが進行するに従って当接面2aが徐々に軸線Xから遠ざかる方向に広がり、最後に図2(b)に示すような広い範囲で当接するようになる。そのため、例えば図3(a)に示すように、締め付け初期において、座グリ面11aやねじ部の不整等により円錐面2の特定箇所Cのみが孔縁11bに当接する場合でも、曲げ応力を発生させる曲げモーメントは取付ボルト1の軸線Xに近い位置であれば小さくなることから、発生する応力を小さく抑えることができ、応力集中による破損を防止できる。
【0018】
更に、円錐面2は、この取付ボルト1の軸線Xを含む縦断面において、座グリ面11aに対して1/15〜1/30の範囲の勾配を有するので、取付ボルト1が座グリ面11aやねじ部の不整等により傾斜した場合の実際の傾斜に対応した形状とすることができる。なお、勾配が1/30よりも小さいと、取付ボルト1の傾斜角度よりも小さくなって、締め付け初期における当接位置が軸線から離れてしまい曲げ応力を小さく抑えることができなくなるおそれがある。一方、勾配が1/15よりも大きいと、なじみが進行しても当接面積があまり広がらずに、十分な締め付け力を得られなくなるおそれがある。
【0019】
(請求項2)図5は、本発明にかかる後付部材の取付ナットの具体例を示す断面図である。なお、以下の説明において前記具体例と実質的に同じ部分には同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【0020】
取付ナット5は、後付部材であるフィンガープレート10を主部材であるPC桁15に締め付け固定するために使用する。PC桁15にはスタッド16が突設され、フィンガープレート10はボルト孔12にスタッド16が挿通された状態で、取付ナット5によって締め付け固定されている。取付ナット5は、座グリ面11aの孔縁11bに当接する部分が円錐面2となっている。
【0021】
この取付ナット5によれば、締め付け初期において円錐面2は座グリ面11aの孔縁11bに当接し、座グリ面11aや取付ナットねじ部の不整等により円錐面2の特定箇所Dのみが孔縁11bに当接する場合でも、前記取付ボルト1と同様に、発生する応力を小さく抑えることができ、応力集中による破損を防止できる。
【0022】
更に、円錐面2は、この取付ナット5の軸線Yを含む縦断面において、座グリ面11aに対して1/15〜1/30の範囲の勾配を有することが好ましく、こうすると、前記取付ボルト1の場合と同様に、座グリ面11aや取付ナットねじ部の不整等により取付ナット5が傾斜した場合の実際の傾斜に対応した形状とすることができる。
【0023】
【発明の効果】
本発明にかかる取付ボルトによれば、締め付け初期において、座グリ面やねじ部(主部材側に形成された取付ボルト用のねじ溝)の不整等により円錐面の特定箇所のみが孔縁に当接する場合でも、曲げ応力を発生させる曲げモーメントは取付ボルトの軸線に近い位置であれば小さくなることから、発生する応力を小さく抑えることができ、応力集中による破損を防止でき、取付ボルトが座グリ面やねじ部の不整等により傾斜した場合の実際の傾斜に対応した形状とすることができる。
【0024】
請求項2による本発明にかかる取付ナットによれば、座グリ面や取付ナットねじ部の不整等により円錐面の特定箇所のみが孔縁に当接する場合でも、前記取付ボルトと同様に、発生する応力を小さく抑えることができ、応力集中による破損を防止でき、前記取付ボルトの場合と同様に、座グリ面や取付ナットねじ部の不整等により取付ナットが傾斜した場合の実際の傾斜に対応した形状とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかる取付ボルトの概観を示す正面図である。
【図2】 同取付ボルトが安定した状態まで締め付けられる過程を示す断面図である。
【図3】 同取付ボルトの頭部の特定箇所のみが座グリ面に当接した状態を示し、(a)は断面図、(b)は引張応力の分布図、(c)は曲げ応力の分布図、(d)は合成応力の分布図である。
【図4】 フィンガープレートを締め付け固定した状態を示す平面図である。
【図5】 本発明にかかる取付ナットの具体例を示す断面図である。
【図6】 従来の取付ボルト頭部の特定箇所のみがFPの座グリ面に当接した状態の一例を示し、(a)は断面図、(b)は引張応力の分布図、(c)は曲げ応力の分布図、(d)は合成応力の分布図である。
【符号の説明】
1 取付ボルト
2 円錐面
5 ナット
10 後付部材(フィンガープレート)
11 受け座
11a 座グリ面
11b 孔縁
15 主部材(PC桁)
16 スタッド
X、Y 軸線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention uses, as a main member, a retrofitting member such as, for example, a high-tensile bolt and nut used for attaching a member in a steel structure, a mounting bolt and nut used for fastening a finger plate to a PC girder, and the like. The present invention relates to a mounting bolt and a mounting nut to be fastened and fixed.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a technique for fastening and fixing a retrofitting member to a main member, for example, there is a method of fixing a finger plate (FP) to a concrete rail (PC girder) of a monorail. In this case, the PC girder corresponds to the main member and FP corresponds to the retrofitting member. The FP connects PC girders for passing the vehicle while absorbing the expansion and contraction of the PC girders themselves, and is fixed to an FP receiving seat embedded and fixed to the PC girders. Mounting bolts are used for.
[0003]
The force applied to the mounting bolt is only the tension due to the tightening force when the head part abuts uniformly on the FP as a retrofitting member, but in addition to the tension due to the tightening force when the head does not abut evenly. Bending stress is applied. And it will be in the situation where it is easy to fracture in the base end of a bolt axis part. Therefore, when tightening the mounting bolts, it is necessary to try to suppress the generation of bending stress by making the surface pressure of the contact surface with the back member of the head uniform.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, tolerances occur in the finishing accuracy of the counterbore surface of the retrofitting member and the accuracy of the screw portion for the mounting bolt formed on the main member side (FP receiving seat embedded in the PC girder in the conventional example). In the case where is a difference, even if the tightening operation is carefully performed, the contact of the mounting bolt head with the post-facing member facing face may not be uniform.
[0005]
FIG. 6 shows an example of a state in which only a specific portion of the mounting bolt head is in contact with the counterbore surface of the FP which is a retrofitting member. This mounting bolt 21 is in a state in which only a part C ′ of the
[0006]
The tensile stress σ p and the bending stress σ m can be expressed by a tensile force P. For example, in the case of M16 bolt (A = 2 cm 2 , Z = 0.4 cm 3 , e = 1.45), σ p = 0.5P , Σ m = 3.62P. Then, the stress σ p + σ m generated at the stress concentration location is 8.24 times the value of the pure tensile stress σ p .
[0007]
When tightening and fixing the retrofitting member to the main member, in addition to the method of using the bolt as described above, a stud is protruded from the main member and the stud is inserted into the bolt hole of the retrofitting member. A method of fastening and fixing the retrofitting member with a nut is also known. However, the same problem as described above, that is, the problem that the stud is broken due to the stress concentration has occurred even by the method of tightening and fixing with the nut.
[0008]
By the way, it is known that the contact state between the mounting bolt or mounting nut and the counterbore surface usually becomes better as time passes. That is, the contact portion of the mounting bolt or the mounting nut with the counterbore surface and the counterbore surface are worn, and the head of the mounting bolt or the mounting nut comes into contact with the counterbore surface uniformly over time. Therefore, in the initial tightening stage, even if only a specific location of the mounting bolt or mounting nut abuts against the counterbore surface and stress concentration occurs at a predetermined location on the mounting bolt or stud, In many cases, the head or the entire back surface of the mounting nut comes into contact with the counterbore surface, and stress is evenly distributed over the entire shaft section of the mounting bolt or the entire cross section of the stud.
[0009]
Therefore, the present invention provides a mounting bolt and a mounting nut for a retrofitting member that can suppress bending stress concentrated at a specific location in the initial stage of tightening and prevent damage due to stress concentration when the retrofitting member is fastened to the main member. The purpose is to do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
(Claim 1) A mounting bolt according to the present invention is a mounting bolt that fastens and fixes a retrofitting member having a receiving seat having a flat spot facing surface to a main member, and is attached to a hole edge of the spot facing surface. The abutting portion is a conical surface, and the conical surface has a gradient in a range of 1/15 to 1/30 with respect to the spot facing surface in a longitudinal section including its own axis.
[0011]
According to this mounting bolt, the conical surface comes into contact with the hole edge of the spot facing surface in the initial stage of tightening, and the contact surface gradually spreads away from the axis as the familiarity progresses, and comes into contact with a wide range. . Therefore, at the initial stage of tightening, bending stress is generated even if only a specific part of the conical surface comes into contact with the hole edge due to irregularities of the counterbore surface or screw part (thread groove for the mounting bolt formed on the main member side). Since the bending moment to be generated is small at a position close to the axis of the mounting bolt, the generated stress can be suppressed to a small level, and damage due to stress concentration can be prevented.
[0012]
The conical surface has a gradient in a range of 1/15 to 1/30 with respect to the counterbore surface in a longitudinal section including its own axis, so that the mounting bolt has an irregular surface of the counterbore or threaded portion. The shape corresponding to the actual tilt when tilted can be obtained. If the gradient is smaller than 1/30, the inclination angle of the mounting bolt becomes smaller, and the contact position at the initial stage of tightening may move away from the axis, and the bending stress may not be reduced. On the other hand, if the gradient is larger than 1/15, the contact area does not increase so much even if the familiarity progresses, and there is a possibility that a sufficient tightening force cannot be obtained.
[0013]
(Claim 2) A mounting nut according to the present invention is a mounting nut for fastening and fixing a retrofitting member having a receiving seat with a flat face facing the face to a main member provided with a stud. The portion of the face facing the hole edge is a conical surface, and the conical surface has a gradient in the range of 1/15 to 1/30 with respect to the face facing surface in a longitudinal section including its own axis. Have.
[0014]
According to this mounting nut, the conical surface abuts against the hole edge of the counterbore surface in the initial stage of tightening, and even when only a specific portion of the conical surface abuts against the hole edge due to irregularity of the counterbore surface or the mounting nut screw portion, Similar to the mounting bolt, the generated stress can be kept small, and damage due to stress concentration can be prevented. And, since the conical surface of the mounting nut has a gradient in a range of 1/15 to 1/30 with respect to the counterbore surface in a longitudinal section including its own axis , as in the case of the mounting bolt, A shape corresponding to the actual inclination when the mounting nut is inclined due to irregularity of the counterbore face or the mounting nut screw portion or the like can be obtained.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1-4, the specific example of the attachment bolt of the retrofitting member concerning this invention is shown. FIG. 1 is a front view showing an overview of the mounting bolt. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a process in which the mounting bolt is tightened to a stable state. FIG. 3 shows a state in which only a specific portion of the head of the mounting bolt is in contact with the spot facing surface, (a) is a sectional view, (b) is a distribution diagram of tensile stress, and (c) is a distribution of bending stress. FIG. 4D is a distribution diagram of the composite stress. FIG. 4 is a plan view showing a state in which the finger plate is fastened and fixed.
[0016]
The mounting
[0017]
(Claim 1) According to this mounting
[0018]
Furthermore, the
[0019]
(Claim 2) FIG. 5 is a sectional view showing a specific example of a mounting nut of a retrofit member according to the present invention. In the following description, substantially the same parts as those in the specific example are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
[0020]
The mounting
[0021]
According to this mounting
[0022]
Further, the
[0023]
【The invention's effect】
According to the mounting bolt according to the present invention, at the initial stage of tightening, only a specific portion of the conical surface hits the hole edge due to an irregularity of the spot facing surface or the threaded portion (screw groove for the mounting bolt formed on the main member side). even if the contact, bending stress since the smaller if located closer to the axis of the bending moment mounting bolt to generate, it is possible to reduce the stress generated, can prevent breakage due to stress concentration, the mounting bolt is countersunk It can be made into the shape corresponding to the actual inclination at the time of inclining by irregularities of a surface or a screw part.
[002 4 ]
According to the mounting nut according to the second aspect of the present invention, even when only a specific portion of the conical surface comes into contact with the hole edge due to irregularity of the counterbore surface or the mounting nut screw portion, the same occurs as the mounting bolt. Stress can be kept small, damage due to stress concentration can be prevented , and in the same way as in the case of the mounting bolt, it corresponds to the actual inclination when the mounting nut is inclined due to irregularity of the counterbore surface or mounting nut screw part, etc. It can be a shape.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an overview of a mounting bolt according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a process in which the mounting bolt is tightened to a stable state.
FIG. 3 shows a state in which only a specific portion of the head of the mounting bolt is in contact with the spot facing surface, (a) is a sectional view, (b) is a distribution diagram of tensile stress, and (c) is a bending stress. Distribution diagram, (d) is a distribution diagram of synthetic stress.
FIG. 4 is a plan view showing a state in which the finger plate is fastened and fixed.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a specific example of a mounting nut according to the present invention.
FIGS. 6A and 6B show an example of a state in which only a specific portion of a conventional mounting bolt head is in contact with the counterbore surface of the FP, FIG. 6A is a sectional view, FIG. 6B is a distribution diagram of tensile stress, and FIG. Is a distribution diagram of bending stress, and (d) is a distribution diagram of synthetic stress.
[Explanation of symbols]
1 Mounting
11 receiving seat 11a spot facing surface
16 Stud X, Y axis
Claims (2)
該円錐面(2)は、自身の軸線(X)を含む縦断面において、該座グリ面(11a)に対して1/15〜1/30の範囲の勾配を有している
ことを特徴とする取付ボルト(1)。A mounting bolt for tightening and fixing a rear member (10) having a receiving seat (11) having a flat spot facing surface (11a) to a main member (15), the hole of the spot facing surface (11a) The portion that contacts the edge (11b) is a conical surface (2) ,
The conical surface (2) has a gradient in a range of 1/15 to 1/30 with respect to the spot facing surface (11a) in a longitudinal section including its own axis (X). Mounting bolt (1) characterized by that.
該円錐面(2)は、自身の軸線(Y)を含む縦断面において、該座グリ面(11a)に対して1/15〜1/30の範囲の勾配を有している
ことを特徴とする取付ナット(5)。A mounting nut that fastens and fixes a rear member (10) having a receiving seat (11) with a flat facing surface (11a) to a main member (15) provided with a stud (16), The portion that contacts the hole edge (11b) of the spot facing surface (11a) is a conical surface (2) ,
The conical surface (2) has a gradient in a range of 1/15 to 1/30 with respect to the spot facing surface (11a) in a longitudinal section including its own axis (Y). Mounting nut (5) characterized by that.
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