総合研究所・都市減災研究センター（UDM）研究報告書（平成25年度）
テーマ2 小課題番号2.2-4
補修・補強用締結構造の開発および強度評価方法(2)
― 複合負荷法の設計とそれによる実験 ―一之瀬和夫＊小林光男*後藤芳樹*小久保邦雄＊若林博之＊＊
1. まえがき
補修時の構造締結作業では，狭隘な部材の内部へ作業 者が侵入することが不可能な場合が多い．さらに，歪ん だ構造物が補修工事の進捗を遅らせる．また補強工事の 目途が立たず，応急仮設や仮組対応が必要になることも 多い 1)．これらの緊急補 強 施工や補修方法は多様である ことから，各種の方法を準備しておく必要がある 2)． 新 設工事とは異なって，採用可能な手段は限られるほかに 締結工具を裏面へ設置できないことも多く，このような 箇所や作業の迅速さを要求されるときブラインドファス ナが使われる．これによって一人の作業者による単独施 工の作業効率と作業の安全性は格段に向上する．そこで，
橋 梁 や鋼 構造 の 補強 など では 締 結助 材と し て M12 以上 のハックボルトが，プレファブハウスなどではM10まで の フ レ キ シ ブ ル ブ ラ イ ン ド フ ァ ス ナ （frexible blind
fastner FBFと略記）が使わ れる．このとき，締結助材 に
使 わ れ る の が ブ ラ イ ン ド ナ ッ ト で あ る （ 略 記 BN,blind nut）． ま た ， ハ イ ド ロ フ ォ － ム 部 材 の 構 造 締 結 に も BN が使われている（名称：ロブバルブ，ロブロックなど）．
これらの背景から，比較的軽作業で行う片側施工で使用 す る フ レ キ シ ブ ル ブ ラ イ ン ド ナ ッ ト(FBN)に つ い て ， そ の構造締結の強度評価方法を定めておくと作業性は向上 す る ．そ こで ，BN の 締結管 理 方法 に関 する 複 合負 荷方 法を提案し，設計することによって複合負荷実験をおこ なってきた．ここでは，以下の二つの締結助材で実施し た結果を示す
a) フランジ部の剛性が大き いNSD-6Mと， b) フラン ジ 部の剛性が小さい SNK-6M を母材 Aと Bへ締結した 強 度について複合負荷の軸力Pzとせん断力Psが同時に 作 用する場合を設定して，複合負荷（combined loading）を 実施して，強度評価を実施した結果を示す．
2. 複合負荷による強度評価
これまで，構造締結の強度評価（破壊方法）において スポット溶接や構造締結で行われている方法は，締結助 材の軸および軸と直交する平面内でせん断力を負荷する ものであった．この方法を Fig.1 で 示すように BN あ る いはFBN締結へ適用する．同図に示した従来法では，軸
引張，あるいは軸に直交する方向の負荷状態における評 価であった．すなわち，単純負荷条件によるものであっ た．そこで， あらたに，複 合負荷法と称するFig.2に示 す方法を提案した．同図で示すような強度特性図を提供 することで，施工後の締結要素が被っている外力状態に 対応して，付替えや補修(補 強)の要不要を判断できる．
2.1 浅絞りカップの設計(素 板SPCCt1.6mm) Fig.3に 示した絞りカップを設計した．つぎに，これらのカップ をそれぞれNSD-6MおよびSNK-6M (強度区分4.6)で構 造 締結して，これらの一対をホルダへ対向配置する．
* 工 学 院 大 学 工 学部, ** (株)フ セ ラ シ
(a) Tensile test (b) Sheartest Fig.1 Ordinaly simple fracture test
Fig.2 Combined loading under axial and shear loading
(a) Cup design (b) Drawing die set
(c)Clinched holders Fig.3 Cup design
and holders
総合研究所・都市減災研究センター（UDM）研究報告書（平成25年度）
テーマ2 小課題番号2.2-4 2.2 複合負 荷ホルダ の構造 ホルダ の一例は Fig.4．
に示した構造で設計されている．一組のカップは同図の (a)に よ り 装 着 さ れ 一 対 の ボ ル ト(M16)で 引 張 試 験 機 (AG-10TA)へ 接 続 さ れ る ． 負 荷 θ=15°用 の ホ ル ダ を 向 き
(π/2)に変更 する ことで θ=75°に ，同 様に θ=30°の もの は
θ=60°の負荷に対応できる．軸線方向(z)負荷にはθ=0°で ，
ホルダ方向を π/2 に配置し て負荷方向を θ=90°とする こ とによって必要なホルダの対数を少なくできる．
2.3 締結体の複合負荷方法 と実験 NSD-6Mとカップ との締結を作業標準により加締た．θ=60°では作業標 準 で1回加締の締結体と,同一 作業標準で2回目の加締を加 えたものについて強度評価した．SNK -6M とカップ と の 締結はすべて一回加締で行った．これらはFig.4 のホ ル ダで保持され，AG-10TAで 負荷されて，変位ziと引張 力 Pszの推移を求め た．
3. 複合負荷による実験結果 と考察
Fig.5 の(a)にはフランジ 剛性 の大きい NSD-6M の Psz
を示す．θ=0°，すなわち単 純せん断 による Pszは初期 の 最大せん断力(Psz)maxを経 た直後に，NSD-6Mの連続 性 が絶たれて分離する．この分離はフランジ部とバルブの 間に位置する円筒材料部上におこる．θ=90°の負荷に よ る 破壊では，バルブ側に位置していた母材Bの内縁がバル ブによって拡大されて，この拡大部をバルブが抜けるこ とで締結がとかれる（解結）ので試験力の値は低い．同 図の(b) SNK-6Mでは ，試験 力Pszの値を(0,0)位置から 傾 きθの直線上で丸印(○)まで の長さの値で 示した．フラン ジ剛性は一様に 低い値であ る．θ=0°で は，軸線に 直交 方 向のせん断強さであるが，θ=90°に近く なると，軸引き の 条件になるので，カップ部がフランジ部を通過しやすい 状態になる．
4. まとめ
複合負荷法を考案，設計，製作してBN（NSD-6M, SNK-6M）の構造締結 によ る強度評価をおこなった．
参考文献
1) 朝日新聞（朝刊），配管保温材むきだし「福島第一原発の内部画像を公
開」，2012年4月25日，2) Peizeng L.,Kunio K.,Kazuo I.,Masaaki S.:Experimental and Numerical Analysis of the Fastning Bolt Using the Plastic Buckling Deformation of a Pipe,J.SMME,vol.4,no.12(2010),1765-1777.
(a) Holder and chuck θ=15°,75°
(b)Side plates (c)Loading on θ=15°
(d)Loading on θ=75°
Fig.4 Holder for combined loading （θ=15°and 75°）
(a) NSD-6M
Fig.5 Effects of θ on Psz, SPCCplate, A and B, t=1.6mm (b) SNK-6M
