設計編

　「鋼構造設計規準」や建築基準法施行令第92条の2で与えている高力ボルト摩擦接合面の許容せん断力は、原則としてすべり係数0.45を確保するものとしています。このすべり係数確保の方法として高力ボルト接合設計施工ガイドブックに接合面の処理として下記の３種類について記載されています。

１．自然発錆による場合
 
摩擦面は孔明け加工後、孔周辺のばりを取り除くとともにグラインダー（ディスクサンダー＃24程度）で添接全面の範囲の黒皮を原則として除去した後、屋外に自然放置して発生させた赤錆状態とする。また、摩擦面の確実な接触を期するために、面をへこませないように注意する必要がある。
２．ブラスト処理による場合
 
摩擦面をショットブラストまたはグリッドブラストにて処理することとし、表面粗さ 50µmRz以上確保することにより、必ずしも赤さびは発生させなくてもよい。
３．薬剤処理の場合
 
摩擦面処理用の薬剤として①黒皮を除去した後の発錆を促進させるもの、②黒皮のまま塗布して発錆させるものの２タイプある。しかし、②のタイプの薬剤の場合、問題点も多いことよりあまり使用されていない。①のタイプの薬剤の場合、薬剤の役割はあくまでも自然発錆の化学変化を時間的に短縮することであり、黒皮除去の方法や摩擦面の取扱いについての注意事項は、自然発錆の場合と変わらない。
　摩擦接合では、摩擦面の状態が接合部のすべり耐力に大きい影響を与えるため黒皮・浮きさび・じんあい・油・塗装・溶接スパッタ・ボルト孔周辺のまくれ・バリ等有害と思われるものは適切な時期に取り除くことが必要です。
　一方、添接板外面の塗装は、直接すべり係数に影響を及ぼすことはないが、塗料が摩擦面 に流れ込んで、すべり係数を低下させることがあることや、座金の共まわりやボルトまわりをおこすことがあるため、ボルトの締付け後に塗装を行なうことが望ましいとされています。
　近年、工事期間中の部材の発錆防止や完成後の防錆上の見地等から、接合部の摩擦面にも塗装などの表面処理を施すことが土木や建築の一部で行なわれています。
　例えば、亜鉛・アルミ合金の溶射や厚膜型無機ジンクリッチペイント塗装などが挙げられますが、いずれの場合も予めすべり試験によって所要のすべり係数を得られることが確認されていることが摩擦面の塗装の前提になっています。

　部材の接合に用いるボルト長さは、JIS B 1186による首下長さで表し、締付け長さ（締付けられる部材の総厚さ）に “規格編 表２”に示す長さを加えたものを標準とします。
　ボルトの長さは、JIS B 1186の付表１「基準寸法」により5㎜ピッチで規定されており、実務上は算出寸法に最も近いもの、すなわち2 捨3 入又は7捨8入した長さの高力ボルトを選定して下さい。
　高力六角ボルト、トルシア形高力ボルトともに上記の基準によりボルト首下長さを選定すれば、長さの過不足による締付け不良や、鉄骨面から突出量が過大となって施工上の安全性や耐火被覆の取り付けに重大な支障となることはありません。
　これ以上長いボルトの使用は、ナットにボルトの不完全ねじ部がかからない事を確認した場合には、規定値より5ｍｍ長い首下寸法のボルトを選定してもよいことになっています。また、短いボルトの使用は、ナットに対するボルトねじ部のかかりが不完全となり、張力（軸力）の導入によりナットねじ部に変形を生じて、ナット抜けを起こす原因となりますので使用できません。

図６

　リラクセーションに関係する接合部の要素としては、座金の有無、ボルト孔のクリアランス、導入張力（軸力）の大きさもあるが、接合部の表面処理によっても変動し、一般的には赤錆では5％程度、塗装10％程度、溶融亜鉛めっき処理で15％程度といわれています。

図７　高力ボルトのリラクセーション　（鋼構造接合資料より）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　赤錆（減衰率5％程度）

図８　高力ボルトのリラクセーション

　　　　　　　　　　　　　　　　　　塗装（減衰率10%程度）

　鉄骨工事技術指針・工事現場施工編によれば、
「溝形鋼やI形鋼のフランジのような互いに平行でない面を締付ける場合は、ボルトに曲げが生じるため、通常1 / 20（約3°）の傾斜を超える場合はこう配付き座金を使用するなどして補うこととしている。
　列ボルトのような場合は、下図に示すようにこう配付き板を使用した上に平座金を用いるとよい。ちなみに溝形鋼のフランジの傾斜は５°（1/11）、I形鋼のフランジの傾斜は８°（1/7）である。」とされています。
また、道路橋示方書・同解説でも1/20以上傾斜している場合は、上記と同様の処置をすること、となっています。

図９　　こう配付き板

表４　こう配付座金の寸法表

図１０

　高力ボルト接合設計施工ガイドブックに記載されているすべり試験用標準試験体の寸法は、部材有効断面積に基づく降伏耐力が、すべり係数を0.6、締付け力を標準ボルト張力（軸力）としたときのすべり荷重にほぼ等しくなるように設計されています。
　一般的にはこの形状を守れば問題ありませんが、試験機関によっては、引張試験機の能力のほか、チャック巾や板厚にも制限がある場合や、試験体長さが適合しない場合などもあるため、事前によく確認することも必要となります。図１１及び表５、６にすべり試験用標準試験体の寸法を示します。

図１１　すべり試験用標準試験体の形状・寸法例

表５　標準試験体の寸法等（SN400およびSS400の場合）

表６　標準試験体の寸法等（SN490およびSM490の場合）

　すべり試験は本来、摩擦面の状態を確認する試験であり、ボルト呼び径が変わっても、すべり係数が変わるものではありません。
　よって、呼び径毎に行う必要性はありませんが、監理者によっては、全呼び径の試験を指示されることがありますので、事前に要領書によって確認することが必要です。

　高力ボルト摩擦接合では、被災温度が３００℃を超えると導入張力（軸力）が急激に低下するため、３００℃を超えると継手として問題となります。なお、ボルト・ナット・座金の機械的性質は、その焼戻し温度を超えると変質します。

　水中の構造物でも使用可能ですが、防錆対策を十分に行う必要があります。

　トルシア形高力ボルトの使用にあたっては、電動レンチによる機械締めが必要であり、トルシア形高力ボルトおよび電動レンチの形状寸法から、機械締めが困難な箇所あるいは締付け順序が限定されることがあるので、設計時に、あらかじめ使用する電動レンチの形状寸法に合わせて、接合部の締付け順序を考慮してボルト配置を決定する必要があります。
　トルシア形高力ボルトの使用が困難な場合は、高力六角ボルトを使用します。この際、同一継手内でもトルシア形高力ボルトと高力六角ボルトとの混用は可能です。フランジとウェブが係る継手部のボルト配置の最小寸法の例を図１２に示します。また、締付レンチの形状・寸法をＰ２０～２１に図で示します。