JP5022944B2

JP5022944B2 - ピン装置及びその取付方法

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Publication number: JP5022944B2
Application number: JP2008049564A
Authority: JP
Inventors: 和義小林; 望夫根本; 伸彦萩原; 栄治川幡
Original assignee: Toa Corp
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2028-02-29
Also published as: JP2009203763A

Description

本発明はピン装置、及びその取付方法に係り、ピン装置とピン装置に接続する接続材とを、容易に取り合わせることができるピン装置と、該ピン装置を正確に所望の位置に取付けることができる取付方法に関する。

既存構造物の耐震性能の向上を目的として、建物のフレームにブレースを新設する場合や、橋桁間を連結する場合などのように、両端をピン装置の回動可能にして接続した接続材が用いられる場合が多い。このように接続材の両端をピン接合とすることにより、接続材から構造物への曲げモーメントの伝達を避けることができ、力学的に明快な構造とすることが可能となる。特許文献１では、このピン装置に相当する部位に球面軸受あるいはピン等を使用することが提案されている。

特開２０００−５４６７７公報

特許文献１では、球面軸受１３またはピンの構成は、全く開示されていない。ピン装置は、発生頻度の低い大地震時に対して機能する部材であることが多く、長年の供用期間中にその機能が低下しないことが求められる。このようなことから、上述したような構造のピン装置では、軸ピンの外周面と接続部材側端部の内周面との間のクリアランスを小さくして、ピン装置の軸ピン部分の腐食を防止するとともに、軸ピンの端部近傍に密封装置を配して、クリアランス内に異物が進入しないように配慮されている。

ところが、メンテナンスを考慮してピン装置において前記クリアランスを小さく設定した場合、ピン装置の軸ピンに接続材の筒状端部を外嵌させるのが困難となる場合が多い。これは、ピン装置を構造物等に取付ける際に発生した取付け誤差や、ピン装置、あるいはピン装置を取付ける構造物自体の精度に起因することが知られている。

そこで、本発明の第１の目的として、ピン装置に位置ずれ調整機能を持たすことにより、ピン装置と接続材との取合いに多少のずれが生じても、両者を取り合わすことができるピン装置を提供することにある。
また、第２の目的として、ピン装置を所望の取付け位置に正確に取付けることができる、ピン装置の取付け方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は構造物に取付けられるベース板と、該ベース板の一面に固着され、軸線がベース板の法線方向に設定された軸ピンと、該軸ピンに外嵌され該軸ピン回りに回動する外筒と、該外筒に連結され前記外筒と同期して前記軸ピン回りに回動する外筒取合部と、前記外筒の軸線方向の動きを抑止するストッパとを備えたピン装置であって、前記軸ピンは、前記ベース板側から先端に向かって外径が多段に縮径する円柱体状をなし、前記外筒は、第１のボルト孔が配設された周状フランジが形成された、前記軸ピンの円柱体の中径部に外嵌可能な内径を有する円筒体からなり、前記軸ピンと前記外筒との間に軸線方向調整材を介装するとともに、前記第１のボルト孔位置に、前記外筒取合部に配設された第２のボルト孔を位置合わせしてボルト締着し、前記外筒と前記軸ピンとの間の、前記軸線方向および半径方向での位置調整を行えるようにしたことを特徴とする。

前記第２のボルト孔は拡大ボルト孔であり、前記ボルト締着時に、前記第１のボルト孔との間で位置調整可能なクリアランスを設けることが好ましい。

このとき、前記軸線方向調整材は、前記外筒の両端で、前記軸ピンに介装されたポリテトラフルオロエチレン摺動板とすることが好ましい。

また、前記外筒が外嵌される前記中径部は、外周面に形成された溝状部に複数のゴムリングが収容され、前記中径部の外周面と前記外筒の内周面と前記ゴムリングとで画成された密封空間に、潤滑剤が封入する構成とすることが好ましい。

さらに、前記外筒の前記円筒体の内径と、前記外筒が嵌合する前記円柱体の中径部の外径とのクリアランスは０．６mm以下とすることが好ましい。

前記外筒が嵌合する前記軸ピンの円柱体の先端部は、所定角度で面取りすることが好ましい。

前記ストッパは、ダブルナットで構成することが好ましい。

上述のピン装置を構造体に取り付ける方法発明として、前記構造体の一部に、前記ピン装置側に一端が突出するように定着棒材を固定し、前記構造体面に取り付けられた仮受け材上に、前記構造体との離れ調整用ボルトが螺着された前記ピン装置のベース板を、所定取付位置に高さ調整して載置するとともに、前記ベース板に形成された定着棒材挿通孔に前記定着棒材を挿通した状態で、前記ベース板に固着された軸ピンが所定位置に配置されるように、前記離れ調整用ボルトの突出長を調整して前記ベース板と前記構造体との間の離れ調整を行い、前記ピン装置と前記構造体との位置決め完了後に、前記ベース板と前記構造体との間に固化材を充填し、前記ピン装置を前記構造体に取り付けるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、ピン装置と接続材との取合いに多少のずれが生じても、ピン装置にずれ調整機能を持たせることにより、両者を容易に取り合わせることができるという効果を奏する。また、ピン装置を取り付ける際に、所定の取付け位置に正確に取付けることができるという効果を奏する。

以下、本発明のピン装置、及びその取付方法を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るピン装置１の分解斜視図を示している。符号１１は矩形の鋼板からなるピン装置１のベース板としての取付プレート１０を示している。この取付プレート１０の板面には４つのＰＣ鋼棒用孔１１が形成されている。これら４つのＰＣ鋼棒用孔１１に、構造物の一部としての梁３の所定位置から突出したＰＣ鋼棒５（図４参照）が挿通される。これにより、取付けプレート１０は、挿通されたＰＣ鋼棒５を介して構造物の一面に取付けられる。取付プレート１０の中央近傍には、調整ボルト１２と螺合可能な４つのネジ切り孔（図示せず）が形成されている。調整ボルト１２は、後述するように、取付プレート１０と構造物との間隔を所定量確保するために用いられる。また、取付プレート１０の板面の中央位置には、取付プレート１０の放線方向と、その軸線が一致するようにして軸ピン２０が溶接付けされている。軸ピン２０は、高圧用の配管用鋼管の外周面を切削したもので、根元部から先端部にかけて外径が段状に三段に縮径した円筒体形状から構成されている。取付プレート１０側から、大径部２４、中径部２５、小径部２６が形成されている。中径部２５の周面には、その段端部寄りの両側にそれぞれ角溝が形成され、角溝内に収容されるようにして、中径部２５にＯリング２１が装着されている。なお、取付プレート１０と軸ピン２０との接合には、図中取付プレート１０の裏面に深ザグリを形成し、さらに取付プレート１０と軸ピン２０とを貫通するタップ孔を形成して、ボルトで接合してもよい。

軸ピン２０の周面には、図２に示したように、取付プレート１０側から順に、ポリテトラフルオロエチレン製のパッド４３（以下、ＰＴＦＥパッド４３と記す）、ピン外筒３０、外筒取合部４０、ＰＴＦＥパッド４４、２つのナット４５が装着され、ピン装置１が構成される。ピン外筒３０は、円筒形の外筒円筒部３１と、外筒円筒部３１の外周に接合された外筒フランジ３２とを備えている。外筒フランジ３２には、周状にボルト孔３３が形成されている。外筒取合部４０は、ピン装置１との間に介装される接続材（図示せず）の端部とボルト連結され、接続材の両端に備えられる。外筒取合部４０の先端には、外筒フランジ３２に形成されたボルト孔３３と対応する位置に、ボルト孔４１が形成されている。そして、ピン外筒３０と外筒取合部４０とが取付ボルト４２を介して連結される。なお、両端に外筒取合部４０を有する接続材を用いてピン装置１との間を接続してもよい。

図２は、図１中の矢視II-IIで示したピン装置１の組み立て後の断面図を示している。外筒フランジ３２は、外筒円筒部３１にと複数枚の補強リブ３４で補強された状態で嵌着されている。この外筒円筒部３１が軸ピン２０の中径部２５の外周面に嵌合されている。外筒円筒部３１の内径と、中径部２５の外径との間のクリアランスは、ピン外筒３０と軸ピン２０との隙間への水やゴミ等の異物の侵入を防止するために、十分小さく設定されている。これにより、外筒円筒部３１と中径部２５との間にガタツキが生じないように嵌合させることができる。本実施例では、中径部２５の外径と外筒円筒部３１の内径との差を０．６mm以下程度とするのがよい。そして、外筒円筒部３１を中径部２５に容易に嵌合させるために、中径部２５と小径部２６との段落ち部は、所定の傾きをなして面取りされ、面取り部２２が形成されている。また、中径部２５に形成された２つの溝にはＯリング２１が装着されている。これにより、ピン外筒３０の内周面と軸ピン２０の外周面との間に形成されたクリアランス（隙間）内の密封が図られている。この２つのＯリング２１に挟まれた隙間には潤滑剤２３が図示しない注入孔から封入され、さらに、外筒円筒部３１の両端に硬質のＰＴＦＥパッド４３，４４が配されることにより、ピン外筒３０は軸ピン２０を軸として滑らかに回転することが可能となる。

小径部２６の外周面には所定のネジ２７が形成されており、ＰＴＦＥパッド４３，４４と、ピン外筒３０とが軸ピン２０の中径部に嵌合された後、ストッパとしての２枚のナット４５が小径部２６に締め付けられる。これにより、ピン外筒３０が、ピン装置１の軸線方向（図中左右方向）に移動するのが防止される。ナット４５が、ピン装置１の供用期間中に緩むことがないように、ダブルナットとしてナットの緩み防止を図っている。

ところで、上述したように、ピン装置１を、構造物の側面等の所望の取付位置に正確に取付けることは難しい。そのため、異なるピン装置１同士を接続材（図示せず）にてピン接続する場合、外筒フランジ３２と、外筒取合部４０とにずれが生じて、両者を取付ボルト４２にて取り合わせることができない場合がある。本発明の実施形態に係るピン装置１に、このようなずれに対する調整機能を持たせることにより、外筒フランジ３２と外筒取合部４０とをボルトにより取り合わせることができる。

図３各図は、ピン外筒３０と外筒取合部４０との位置関係を示した断面図である。（ａ）は設計時の状態におけるピン外筒３０と外筒取合部４０との位置関係、（ｂ）はピン外筒３０と外筒取合部４０との位置関係の一例を示している。

まず、外筒取合部４０が、外筒フランジ３２に対して軸線直角方向（図中上下方向）にずれた場合のピン装置１の調整機能について説明する。外筒フランジ３２に形成されたボルト孔３３は、挿通される取付ボルト４２の径に対して、通常の孔径（ボルト径に対して＋２ｍｍ程度）に設定されている。これに対し、外筒取合部４０のボルト拡大孔４１は、ボルト孔３３の孔径よりも大きな孔径（いわゆる拡大孔）に設定されている。図３（ａ）に示すように、設計時には取付ボルト４２は、ボルト孔３３とボルト拡大孔４１との中心を挿通するように設定され、また、取付ボルト４２とボルト孔３３との片側の隙間はａ、取付ボルト４２とボルト拡大孔４１との片側の隙間はｂ、外筒円筒部３１と外筒取合部４０との隙間はｈに設定されている。そして図３（ｂ）に示すように、ピン外筒３０に対して、取付ボルト４２および外筒取合部４０を、図中上側にずらした場合、外筒円筒部３１と外筒取合部４０との隙間をｈ＋ａ＋ｂとすることができる。つまり、設計時に想定した外筒フランジ３２と外筒取合部４０との位置関係から、外筒取合部４０は、外筒フランジ３２に対してａ＋ｂだけ外筒取合部４０の半径方向に位置調整を行うことができる。

次に、外筒取合部４０が、外筒フランジ３２に対して軸線方向（図中左右方向）にずれた場合のピン装置１の調整機能について説明する。この場合、所定の厚みを有した調整ワッシャ３５を、軸ピン２０とＰＴＦＥパッド４３との間に挟み込むことにより外筒フランジ３２位置の調整が行われる。例えば図３（ｂ）に示すように、外筒取合部４０が図中右側に位置した場合、調整ワッシャ３５を挟み込むことにより、調整ワッシャ３５の厚み分、外筒フランジ３２を図３（ａ）と比べて図中右方向にずらすことができる。これにより、外筒フランジ３２と外筒取合部４０とを取付ボルト４２にて連結することができる。なお、設計時の状態を、図３（ｂ）に示すように、調整ワッシャ３５を挟みこんで外筒フランジ３２を予め右側にずらした状態とすることにより、調整ワッシャ３５を取り外し、あるいは薄いものと交換することにより、図中左方向にも外筒フランジ３２の調整代を設定することができる。

次に、本発明の実施形態に係るピン装置１の取付け方法について説明する。図４は、軸ピン２０を備えた取付プレート１０が既存建物の柱梁接合部に取付けられた様子を示した斜視図である。軸ピン２０を備えた取付プレート１０は、柱部材２及び梁部材３との隙間に形成された無収縮モルタル４を介して、既存建物の柱梁接合部に取付けられている。柱部材２の両サイドには、梁部材３と無収縮モルタル４と取付プレート１０とを挿通したＰＣ鋼棒５が配されている。そして、ＰＣ鋼棒５のナットが締め付けられ所定の軸力が導入されることにより、柱梁接合部に取付プレート１０が固着される。また、取付プレート１０と無収縮モルタル４との下端と接するように、仮受け材６が柱部材２に取付けられている。さらに取付プレート１０には、取付プレートに形成された４つのネジ切り孔（図示せず）と螺合して、４つの調整ボルト１２が取付けられている。以下、ピン装置の取付方法を、図５を参照して詳細に説明する。

図５各図は、図４中の矢視V−Vで示した断面図で、取付プレート１０の取付手順に従って示したものである。
図５（ａ）に示すように、梁部材３には、梁部材３内部に配された鉄筋との干渉を避けた位置に、梁部材３を貫通するＰＣ鋼棒挿通孔１３を穿孔する。次に、一端にナットを取付けたＰＣ鋼棒５を挿入する。続いて、ＰＣ鋼棒５とＰＣ鋼棒挿通孔１３との隙間にグラウト材８を注入し、ＰＣ鋼棒５を梁部材３に固定する。ＰＣ鋼棒５にはアンボンドＰＣ鋼棒が用いられ、ＰＣ鋼棒５とグラウト材８との付着が断たれている。

次に、図５（ｂ）に示すように、仮受け材取付アンカ７を柱部材２に打ち込み、仮受け材６を水平に柱部材２に取付ける。続いて、仮受け材６の上面に必要に応じて高さ調整プレート９を載置する。調整プレート９は、仮受け材６の上面、あるいは調整プレート９の上面に取付プレート１０を載置した際に、調整プレート９が所定の高さ位置となるように、その厚さが決定されている。

次に、図５（ｃ）に示すように、取付プレート１０を高さ調整プレート９の上面に載置しつつ、取付プレート１０のＰＣ鋼棒用の貫通孔（図示せず）にＰＣ鋼棒５を挿通する。続いて、ＰＣ鋼棒５のナットを仮締めして、取付プレート１０を柱部材２に固定する。この際、取付プレート１０から突出した調整ボルト１２の長さを調整することにより、取付プレート１０と柱部材２の表面とに所望の離間距離Ｌを設定することができる。離間距離Ｌは、後述する無収縮モルタル４を確実に充填させるため、５０ｍｍ程度以上とするのが好ましい。また、離間距離Ｌが大きい場合には、無収縮モルタル４の剥落防止を目的に、無収縮モルタル４の充填空間に補強筋を配筋するのが好ましい。また、取付プレート１０に形成するＰＣ鋼棒用孔１１（図１）の位置は、現場で実際に施工されたＰＣ鋼棒５の配置を計測した後、その計測結果を反映させた位置とすることが望ましい。

次に、図５（ｄ）に示すように、取付プレート１０の側面に型枠（図示せず）を配し、形成された空間に無収縮モルタル４を充填する。そして、無収縮モルタル４の固化後にＰＣ鋼棒５のナットの本締めを行い、取付プレート１０と既存建物の柱梁接合部との一体化が図られる。このようにして柱梁接合部に取付プレート１０を取付けた後、前述したように、軸ピン２０に、各ピン装置部材を装着する。

以上のように、本発明の実施形態に係るピン装置１を用いると、外筒取合部４０にボルト拡大孔４１を形成し、また、調整ワッシャ３５を軸ピン３０に脱着可能としていることから、軸ピン３０の半径方向や軸方向に両者の位置関係を調整して、ピン外筒３０と外筒取合部４０とを容易に連結することができる。このことは、既存の構造物に後付けでピン装置１を取付ける場合など、現場での計測が難しい場合には特に有効である。

上述のように、軸ピン２０の外径とピン外筒３０の内径との差を、極力小さくなるように設定し、また軸ピン２０にＯリング２１を装着し、外筒円筒部３１の端面にＰＴＦＥパッド４３，４４を装着することにより、ピン装置１の接触面に水やゴミ等の浸入を防止することができる。そのため、接触面の腐食を防止してピン装置１の機能を低下させることなく、長年にわたりピン装置１を供用させることが可能となる。

また、ピン外筒２０の中径部２５と小径部２６との段落ちした角部に、所定の傾きの切り欠き２２を形成することにより、ピン外筒３０を軸ピン２０に容易に嵌合させることができる。

なお、上述した軸ピンは、中空筒状のものであると説明したが、ピン装置に作用する応力が高い等、軸ピンへの負荷荷重が大きい場合には、中実鋼材とすることもできる。

また、本発明の実施形態に係るピン装置の取付方法を用いると、ピン装置１の下方に仮受け材６を設置することにより、仮受け材６をピン装置１の仮受け場所として利用することができ、ピン装置１の取付けの際にピン装置１を保持しておく必要がない。これにより、施工性の優れたピン装置１の取付方法を実現することができる。

また、仮受け材６の上面に適切な厚みの高さ調整プレート９を載置することにより、ピン装置１の高さ方向の取付位置を微調整することができる。さらに、取付プレート１０に配された調整ボルト１２の取付プレート１０からの突出長を調整することにより、ピン装置１の軸方向の取付位置も微調整することができる。これにより、ピン装置１を精度よく所望の位置に取付けることが可能となる。

本発明の実施形態に係るピン装置の分解斜視図。図１中の矢視II-IIで示したピン装置組み立て後の断面図。ピン外筒と外筒取合部との位置関係を示した断面図で、（ａ）は設計時におけるピン外筒と外筒取合部との位置関係、（ｂ）はピン外筒と外筒取合部との位置関係の一例。軸ピンを備えた取付プレートが既存建物の柱梁接合部に取付けられた状態を示した斜視図。取付プレートの取付手順を、図５（ａ）〜図５（ｄ）で示した施工順序図。

符号の説明

１ピン装置
２柱部材
３梁部材
４無収縮モルタル
５ＰＣ鋼棒
６仮受け材
９高さ調整プレート
１０取付プレート
１２調整ボルト
２０軸ピン
２１Ｏリング
２２面取り部
３０ピン外筒
３５調整ワッシャ
４０外筒取合部
４１ボルト拡大孔

Claims

構造物に取付けられるベース板と、該ベース板の一面に固着され、軸線がベース板の法線方向に設定された軸ピンと、該軸ピンに外嵌され該軸ピン回りに回動する外筒と、該外筒に連結され前記外筒と同期して前記軸ピン回りに回動する外筒取合部と、前記外筒の軸線方向の動きを抑止するストッパとを備えたピン装置であって、
前記軸ピンは、前記ベース板側から先端に向かって外径が多段に縮径する円柱体状をなし、
前記外筒は、第１のボルト孔が配設された周状フランジが形成された、前記軸ピンの円柱体の中径部に外嵌可能な内径を有する円筒体からなり、
前記軸ピンと前記外筒との間に軸線方向調整材を介装するとともに、前記第１のボルト孔位置に、前記外筒取合部に配設された第２のボルト孔を位置合わせしてボルト締着し、前記外筒と前記軸ピンとの間の、前記軸線方向および半径方向での位置調整を行えるようにしたことを特徴とするピン装置。
前記第２のボルト孔は拡大ボルト孔であり、前記ボルト締着時に、前記第１のボルト孔との間で位置調整可能なクリアランスを有することを特徴とする請求項１に記載のピン装置。
前記軸線方向調整材は、前記外筒の両端で、前記軸ピンに介装されたポリテトラフルオロエチレン摺動板であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のピン装置。
前記外筒が外嵌される前記中径部は、外周面に形成された溝状部に複数のゴムリングが収容され、前記中径部の外周面と前記外筒の内周面と前記ゴムリングとで画成された密封空間に、潤滑剤が封入されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のピン装置。
前記外筒の前記円筒体の内径と、前記外筒が嵌合する前記円柱体の中径部の外径とのクリアランスは０．６mm以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のピン装置。
前記外筒が嵌合する前記軸ピンの円柱体の先端部は、所定角度で面取りされたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のピン装置。
前記ストッパは、ダブルナットで構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のピン装置。
請求項１に記載されたピン装置を構造体に取り付ける方法であって、
前記構造体の一部に、前記ピン装置側に一端が突出するように定着棒材を固定し、
前記構造体面に取り付けられた仮受け材上に、前記構造体との離れ調整用ボルトが螺着された前記ピン装置のベース板を、所定取付位置に高さ調整して載置するとともに、
前記ベース板に形成された定着棒材挿通孔に前記定着棒材を挿通した状態で、前記ベース板に固着された軸ピンが所定位置に配置されるように、前記離れ調整用ボルトの突出長を調整して前記ベース板と前記構造体との間の離れ調整を行い、
前記ピン装置と前記構造体との位置決め完了後に、前記ベース板と前記構造体との間に固化材を充填し、前記ピン装置を前記構造体に取り付けるようにしたことを特徴とするピン装置の取付方法。