JPH05163838A - 繊維強化樹脂部材およびその金属製定着具ならびにそれらの定着方法 - Google Patents

繊維強化樹脂部材およびその金属製定着具ならびにそれらの定着方法

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JPH05163838A
JPH05163838A JP33529291A JP33529291A JPH05163838A JP H05163838 A JPH05163838 A JP H05163838A JP 33529291 A JP33529291 A JP 33529291A JP 33529291 A JP33529291 A JP 33529291A JP H05163838 A JPH05163838 A JP H05163838A
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fiber
metal
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JP33529291A
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English (en)
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Nobuyuki Tsuji
信之 辻
Masaki Shimada
政紀 島田
Kenji Kubomura
健二 久保村
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Nippon Steel Corp
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
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Nippon Steel Corp
Nippon Steel Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 本発明は、簡単な手段によって、定着具とF
RP部材とを、強力にかつ低コストで容易に結合できる
繊維強化樹脂部材の定着方法および定着具を提供する。 【構成】 中間部分が矩形断面形状で端部が左右両方向
に張り出した楔型形状をなし、強化繊維が長手方向に配
向され一体成形されてなる繊維強化樹脂部材1と、繊維
強化樹脂部材1の端部形状に対応する楔型形状の開口部
を設けた金属製定着具2を用意し、両者を嵌合させると
共に、定着部において繊維強化樹脂部材端部1の楔型形
状部分と金属製定着具の間に緩衝層3を設け、さらに
は、繊維強化樹脂部材1と金属製定着具2とを嵌合させ
た後、前記繊維強化樹脂部材1の楔型部分の後方より押
圧力を負荷する繊維強化樹脂部材1の定着方法である。
本発明には、上述の金属製定着具2および一体成形され
た繊維強化樹脂部材1も含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、建築構造物等の大型構
造物に使用する繊維強化樹脂部材およびその金属製定着
具ならびにこれらの定着方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】繊維強化樹脂複合材料は、炭素繊維に代
表される軽量でかつ高強度、高弾性率の繊維を強化繊維
として用いることによって、比強度、比剛性が高く、そ
の特性を活かして種々の分野に応用が試みられている。
応用分野として、複合材料分野の技術が進んだ米国では
航空、宇宙分野への応用が主体となっており、我が国で
は主としてテニスラケット、釣り竿、自転車フレームと
いったスポーツ、レジャー分野への応用が主体となって
いるが、リワインディングマシーン用ロール、自動車用
プロペラシャフト等の一般産業分野への適用も徐々に試
みられ始めている。炭素繊維強化プラスチック(CFR
P)に代表される繊維強化樹脂複合材料(FRP)は現
在のところ、比較的荷重を受け持つ割合の低い部位に用
いられているが、その強度、弾性率を活かして、本発明
の利用分野である大型構造物の強度部材といった一次構
造部材への適用も盛んに検討されている。その際、異種
材料との接合となる繊維強化樹脂複合材料と金属製の定
着具との接合法が技術的な鍵となる。
【0003】矩形断面形状の繊維強化樹脂部材(以下F
RP部材と略す)と金属製接合部との定着方法として
は、FRP部材と金属製定着部との間に接着材を充填さ
せて硬化させる接着接合型の定着、およびFRP部材に
穿孔してボルト等にて金属製定着部に定着する機械的接
合が知られている。
【0004】前記従来技術において前者の接着力のみに
よる定着の場合には、定着部の単位長さ当たりの結合力
が弱く、そのため定着部の長さが著しく長くなり、かつ
信頼性も低い。また、後者のボルト等による機械的接合
の場合には、FRP部材に穿孔するためFRP部材中の
強化繊維を切断することになり母材の強度を低下させて
いた。また、FRP部材の面圧強さが金属に対して著し
く低いことも定着部の強度低下をもたらす要因となって
いた(参考文献:FRP(強化プラスチック)設計便
覧,植村益次責任編集,(社)強化プラスチック協会発
行,1979)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、簡単な手段
によって、定着具とFRP部材とを、強力にかつ低コス
トで容易に結合できる繊維強化樹脂部材の定着方法およ
び定着具を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、中間部分が矩
形断面形状で端部が左右両方向に張り出した楔型形状を
なし、強化繊維が長手方向に配向され一体成形されてな
る繊維強化樹脂部材と、繊維強化樹脂部材の端部形状に
対応する楔型形状の開口部を設けた金属製定着具を用意
し、両者を嵌合させると共に、定着部において繊維強化
樹脂部材端部の楔型形状部分と金属製定着具の間に緩衝
層を設けることを特徴とする繊維強化樹脂部材の定着方
法である。さらには、繊維強化樹脂部材と金属製定着具
とを嵌合させた後、前記繊維強化樹脂部材の楔型部分の
後方より押圧力を負荷する定着方法でもある。本発明に
は、上述の金属製定着具および一体成形された繊維強化
樹脂部材も含まれる。
【0007】本発明の繊維強化樹脂製部材(FRP部
材)の定着方法および定着具においては、図1および図
1のA−A線断面である図2に示すようにFRP部材中
間側からFRP部材端部に向かって拡大する楔型形状に
対応して開口部を設けた定着具2に、前記楔型開口部に
適合するテーパー外面を有する中間部分が矩形断面形状
の部材1を嵌合し、FRP部材1と定着具の間に応力集
中を緩和させるための緩衝層3を設けておき、FRP部
材1と定着具を圧着させることにより繊維強化樹脂部材
を定着具2に定着させる。部材押さえ金具4はFRP部
材1を定着具2に装入した後、定着具2にボトル等で固
定し、FRP部材1が定着具2から外れるのを防止す
る。また、FRP部材1の楔型形状をした端部と、定着
具2とを嵌合させた後、前記の楔型部分の底部に金属製
などの押さえ板5をあてて、その後方よりネジ6等で押
圧すると、FRP部材1を固定でき、取付け等が容易に
なるとともに、FRP部材1を介して圧縮力が作用して
も定着部分が変形することなくその圧縮力を伝達するこ
とができる。FRP部材の後方より押圧力を負荷する方
法は、前記のネジだけではなく金属製定着部の開口部と
FRP部材との後方に生ずる空隙部にバネ等を押し込ん
で常時押圧する簡便な形式を採用してもよい。
【0008】FRP部材は、連続繊維を強化繊維とし、
一方向に配向させて一体成形により、テーパ部と平行部
を長手方向に連続した繊維により強化する方法を採用し
て作製する。つまり、図3および図3のB方向からみた
図4に示すような、FRP部材のテーパ部において強化
繊維は厚さ方向に箒状に拡がる形態となる。図3はこの
発明の実施例において用いられる矩形断面形状を持ち端
部が楔型形状をしたFRP部材を示すものであって、端
部が端部の左右両側に張り出した楔型形状をなす形状に
作製される。端部の楔のテーパ角としては充分な定着力
を得られ、かつ応力集中を低く抑えることを考慮して、
3〜10°が適当である。より好ましくは4〜8°であ
る。
【0009】FRP部材の平行部分を矩形断面形状とし
たのは、板厚を変化させることにより、一定の断面積の
場合に、断面二次モーメントを自由に変えることがで
き、部材の座屈荷重の設計が容易になるためである。
【0010】定着具2は、図5および図5のC−C線断
面である図6に示すような形態をなし、FRP部材1の
楔効果により外側に広がろうとする力に対して変形しな
いだけの充分な剛性を持つ構造とする。金属製定着具に
使用される材料としては一般の機械構造用炭素鋼等が用
いられるが、高い設計荷重が要求される場合には更に引
張強度の高い鋼材を用いる必要があるが、材質としては
特に限定されるものではない。
【0011】金属製定着具は例えばこのまま主構造体に
組み込む場合は、片側の端部のみに楔型開口部を設けて
他端をボルトあるいはピン等を用いて主構造体に定着し
て用いる。また、FRP部材同士を接合する場合には、
金属製定着具の両側の端部に楔型開口部を設けることに
より使用することもできる。
【0012】本発明のFRP部材に使用する強化繊維と
しては、高い引張強度を有するガラス繊維、炭素繊維、
アラミド繊維等が使用される。マトリックス樹脂として
は熱硬化性樹脂ではポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、
熱可塑性樹脂としてはナイロン等が使用される。
【0013】緩衝層を構成する材料としては、応力集中
を緩和するためにFRP部材、金属製定着具よりも硬度
が低く、かつ金属製定着具に剪断力を確実に伝達しうる
表面摩擦力を有する材料が用いられ、その要件を満足す
る材料としてエポキシ樹脂等の接着剤あるいはテフロン
等のシート等が使用される。
【0014】
【作用】楔型形状の開口部に相当する孔を有する定着体
2の中に端部が楔型形状をしたFRP部材1を緩衝層3
とともに装入し、その楔作用により金属製定着具でFR
P部材を把持する。それによりFRP部材を介して引張
力を伝達することができる。また、FRP部材後方より
押圧力を負荷してFRP部材を定着具に押圧することに
よりFRP部材を介して圧縮力を伝達することができ
る。さらに、一方の定着部の施工の際、他方の定着部の
施工状態に影響されることがなく、施工が容易である。
【0015】
【実施例】板厚4mm、板幅13mm、平行部長さ350m
m、テーパ角5°、テーパ部長さ100mmの炭素繊維強
化樹脂部材を用意した。この炭素繊維強化部材の繊維体
積含有率は約60%、炭素繊維の長手方向の割合は約8
0%、長手方向に直角な繊維の割合10%、長手方向に
対して±45°方向に10%であった。金属製定着具と
しては炭素繊維樹脂強化部材の端部形状に対応する楔型
開口部を設けた炭素鋼(S45C)製の定着具を用い
た。緩衝層にはナイロン系エポキシ樹脂接着剤を用い
た。FRP部材を定着具に嵌合する際、FRP部材のテ
ーパ部の80%を定着具のテーパ部と嵌合させ、応力集
中の生じやすいFRP部材のテーパ部と平行部との境界
部分が定着具の外側になるようにしてFRP部材を定着
した(図1)。前記のFRP部材を定着具に嵌合した図
1の状態にて万能試験機にて引張荷重を負荷したとこ
ろ、最高60kNの荷重まで負担することができ、炭素繊
維強化樹脂部材の平行部の断面積を考慮すると炭素繊維
強化樹脂部材として1200MPaの応力を負担してお
り、これは部材をなす材料固有の引張強度に相当するこ
とから、炭素繊維強化樹脂部材の強度を低下させること
なく充分な定着力が得られた。また、図1の状態で万能
試験機にて圧縮力を加えたところ、圧縮荷重4kNにてF
RP部材が弾性座屈を起こし、定着部にて圧縮力の伝達
は満足に行なわれた。
【0016】
【発明の効果】本発明では、楔型開口部を有する金属製
定着具の中に緩衝材を介して端部が楔型をなすFRP部
材を嵌合するという簡単な操作を行なうことにより、楔
型形状をした端部の楔作用を利用して金属製定着具とF
RP部材を強力に圧接させることができる。また、FR
P部材を後方から押圧力を加えて金属製定着具に常時押
圧することにより引張力のみならず圧縮力も十分に伝達
することができる。さらに構成が簡単であるので繊維強
化樹脂製部材の定着具を低コストで製作できると共に、
繊維強化樹脂製部材の定着を容易にかつ迅速に行なうこ
とができる。
【0017】FRP部材端部の楔型形状のテーパ部を、
平行部から長手方向に連続した繊維を用いて成形するこ
とにより、平板とタブとの接着によってテーパ部を製作
して得られた部材の場合に考えられるタブの剥離による
強度低下を避けられ、かつ接触圧の応力集中によって破
壊を生じやすい定着具との接触部分にも高い強度を付与
することができる。
【0018】緩衝層を設けることにより、FRP部材と
金属製定着具との接触を完全なものとしてFRP部材か
ら金属製定着具へ引張力を均等な面圧として伝達し、か
つFRP部材に生ずる接触圧を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明により定着された繊維強化樹脂製部材の
定着具を示す縦断側面図。
【図2】図1のA−A線の断面図。
【図3】本発明の繊維強化樹脂部材の側面図。
【図4】図3のB方向から見た図。
【図5】本発明の金属製定着具の側面図。
【図6】図5のA−A線の断面図。
【符号の説明】
1 繊維強化樹脂製部材 2 金属製定着具 3 緩衝体 4 部材押さえ金具 5 部材押さえ板 6 部材押さえ用ネジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保村 健二 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社先端技術研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 端部が左右両方向に張り出した楔型形状
    をなし、中間部分が矩形断面形状をもつ、強化繊維が長
    手方向に配向され一体成形されてなる繊維強化樹脂部
    材。
  2. 【請求項2】 端部が左右両方向に張り出した楔型形状
    をなし中間部分が矩形断面形状をもつ繊維強化樹脂部材
    に対応して楔型形状の開口部を設けたことを特徴とする
    金属製定着具。
  3. 【請求項3】 中間部分が矩形断面形状の繊維強化樹脂
    部材と、前記繊維強化樹脂部材と共に引張荷重を受ける
    金属製定着具からなり、繊維強化樹脂部材の端部を左右
    両方向に張り出した楔型に成形し、定着具に繊維強化樹
    脂部材の端部形成に対応する楔型形状の開口部を設けて
    おき、両者を嵌合させると共に、定着部において繊維強
    化樹脂部材端部の楔型形状部材と金属製定着具の間に緩
    衝層を設けることを特徴とする繊維強化樹脂部材の定着
    方法。
  4. 【請求項4】 繊維強化樹脂部材の楔型形状をなす端部
    と、金属製定着具とを嵌合させた後、前記繊維強化樹脂
    部材の楔型部分の後方より押圧力を負荷する請求項3記
    載の繊維強化樹脂部材の定着方法。
JP33529291A 1991-12-18 1991-12-18 繊維強化樹脂部材およびその金属製定着具ならびにそれらの定着方法 Withdrawn JPH05163838A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002097746A (ja) * 2000-09-21 2002-04-05 Dps Bridge Works Co Ltd 定着具付きfrp補強材
JP2019190157A (ja) * 2018-04-26 2019-10-31 ファイベックス株式会社 緊張材及び緊張材の製造方法
CN110914506A (zh) * 2017-07-31 2020-03-24 东京制纲株式会社 连续纤维增强绞线的锚固件

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