JP6894095B2 - 鋼材構造物の締結構造及び締結方法 - Google Patents

Description

本発明は、橋梁等の長期間にわたって防錆が要求される鋼材構造物の締結構造及びその締結方法に関する。

橋梁等の構造物に用いられる鋼桁等においては長期間にわたって防錆が要求されている。
そこで、ＮＥＴＩＳ登録番号：ＱＳ−０４０００５の新技術報告では、塗装による防錆または、溶融亜鉛めっきによる犠牲防食よりも長期防錆機能を有する防錆方法として、鋼材に溶射材を用いて表面に溶射膜を被覆することを開示する。
しかしながら、せっかく鋼材本体を長期防錆してもボルトに溶射膜が被覆されていないために接合部が腐食し、赤錆が発生するという問題があった。
そこで本出願人らは、先に長期防錆に優れた接合構造体（特許文献１）、及びそれに適したフレーム溶射ガン用エクステンション（特許文献２）を提案している。
本発明は、それらを組み合せることで施工性に優れ、長期防錆を可能にすることを目的にされた。

特開２０１１−９９１４４号公報 特開２０１３−１７３９８３号公報

本発明は、現地での締結作業及び金属溶射性に優れ、長期防錆が可能な鋼材構造物の締結構造及びその締結方法の提供を目的とする。

本発明に係る鋼材構造物の締結構造は、鋼材をボルト及びナットにて締結した締結構造であって、締結部は締結される鋼材と、鋼製のボルト、ボルト側座金、及びナット、ナット側座金で構成され、前記ボルト及びボルト側座金は溶融亜鉛メッキ層とその上に形成した金属溶射皮膜層をボルトの頭部及びボルト側座金に有し、前記ナット及びナット側座金は溶融亜鉛メッキ層と、その上であってナットとナット側座金との接触面の一方に潤滑材層を有し、前記ナット側の露出部は前記溶融亜鉛メッキ層の上に形成した金属溶射皮膜層を有することを特徴とする。

ここでボルト及びナットは、六角高力ボルト等の鋼製ボルトである。
ボルト側座金とは、ボルトとナットで締め付ける際にボルトの頭部の根元側に位置する座金をいい、ナット側座金とは締め付ける際にナット側と接触する座金をいう。
また、ナット側の露出部とはボルトとナットで鋼材を締結した後に外部に露出するナットの表面，ボルトの先端側のねじ部，ナット側座金の露出部分をいう。

本発明に用いる潤滑材層とは、例えば金属石鹸等、塗布，ディッピング後に潤滑性を有するものをいい、ナット側座金とナットの接触面にこのような潤滑材層を有することで締結時にナットを回して締め込む際に接触面がこすれるときの摩擦係数を所定以内に抑えることができる。

本発明において、ナット側の露出部に形成される金属溶射皮膜は施工現場にて溶射することで、形成される。
その溶射ガンについては後述する。

本発明において、溶融亜鉛メッキ層は含有するＰｂ，Ｃｄ，Ｓｎ及びＢｉ成分の合計量が０．１６質量％以下で残部がＺｎからなるのが好ましい。
これにより、特許文献１に詳細に開示されているとおり、溶射熱による含有成分のガス化を抑え、金属溶射皮膜の密着性が優れる。

本発明において、溶射皮膜層はＡｌ−Ｍｇ系合金又はＺｎ−Ａｌ系合金からなるのが好ましい。
例えば、５％ＭｇのＡｌ−Ｍｇワイヤー，１５％ＡｌのＺｎ−Ａｌワイヤー等が例として挙げられる。

本発明に係る鋼材構造物の締結方法は、鋼材をボルト及びナットで締結する締結方法であって、ボルトは溶融亜鉛メッキ処理後に頭部側を金属溶射し、ねじ部側を防錆処理してあり、ボルトの頭部側に位置するボルト側座金は溶融亜鉛メッキ処理後に金属溶射してあり、ナットは溶融亜鉛メッキ処理後にナット側座金との接触面に潤滑処理し、その後に防錆処理をしてあり、ナット側座金は溶融亜鉛メッキ処理に防錆処理してあり、前記ボルトを前記ボルト側座金を介して締結される鋼材の締結孔に挿入し、ボルトの先から前記ナットを前記ナット側座金を介して締め付けることで鋼材を締結した後に前記ナット側の露出部を金属溶射することを特徴とする。
防錆処理とは、化成皮膜処理等にて溶融亜鉛メッキ表面の酸化を防止するためのものである。

ここで、ナット側の露出部を金属溶射する溶射ガンは狭隘部用のフレーム溶射ガンであって、溶射面に対する溶射角度３０°以下、溶射距離２〜５ｃｍの範囲でも溶射可能である。

本発明においては、ナットとナット側座金の接触面に金属石鹸等による潤滑材層を形成したことにより、ナットを締め付ける際に所定の締め付け力が得られる。
また、溶融亜鉛メッキ処理後にクロム系，ノンクロム系等の溶液を用いて化成処理し、酸化防錆処理を行うことで、溶融亜鉛メッキ処理後３０〜１８０日等の長期にわたった場合にあっても締結後に密着性に優れた金属溶射皮膜を形成することができる。
これにより、金属溶射直前のブラスト処理を行うことなく屋外の架設現場でも溶射が可能になる。
さらには、後述する狭隘部用のフレーム溶射ガンを用いると、不必要な箇所を除き必要としている部分だけに集中して溶射できるので、溶射材料の無駄な消費を抑え、歩留まりを向上させることができるとともに、ナット側露出部に溶射する際に、その周囲にいわゆる溶射ダストが発生するのを抑えることができる。

ボルト，座金，ナットの表面処理の構成例を示す。 （ａ）に鋼材構造物の締結例を示し、（ｂ）に締結部の分解図を示す。 ボルト，ナットにて締結後の状態を示す。 （ａ）はフレーム溶射ガンの例を示し、（ｂ）は部分拡大図を示す。 エクステンション部分の構造図を示す。

本発明に係る締結方法及びその構造例を以下図に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されない。

図２に鋼桁の締結例を示す。
桁のウエブやフランジ部５０を両側の添接板５１を介して、ボルト，ナットにて締結した例である。
その締結部の分解図を図２（ｂ）に示す。
ボルト１０にボルト側の座金２０を装着し、鋼材に有する締結孔に通し、ボルト１０の先端側からナット側座金３０を取り付け、さらにナット４０にて締め付けることになる。

ボルト，ナット類の仕様を図１に示す。
六角高力ボルト等のボルト１０は、全体を溶融亜鉛メッキによるメッキ処理（１）を行い、表面にメッキ皮膜１を形成する。
次にボルト１０の頭部１０ａ及び胴部等のねじ部１０ｂ以外の部分は、ブラスト処理後に金属溶射（２）を行い、溶射皮膜２を形成する。
溶射皮膜２は、通常実施されている封孔処理を行う。
ねじ部１０ｂは、軽くスイープブラストを行い、クロメート処理，ノンクロムタイプの化成処理等の防錆処理（３）を行い、防錆皮膜３を形成する。
これにより、現地で工期に合せて使用するまでの３０日〜１８０日の長期保存が可能である。

ボルト側座金２０は、溶融亜鉛メッキ処理（１）し、次に金属溶射を行う。

ナット側座金３０は、同様にメッキ皮膜１を形成した後にスイープブラストを行い、防錆処理（３）を行う。

ナット４０は、同様にメッキ皮膜１を形成後にナット側座金３０との接触面に潤滑処理（４）を行い、金属石鹸等の潤滑皮膜４を形成する。
この潤滑皮膜４を形成する方法としては、この接触面に部分的に塗布してもよく、またディッピング等により、ナット全体に潤滑皮膜４を形成後に上記接触面及び内側のねじ部以外をスイープブラスト等にて、この潤滑皮膜４を除去してもよい。
また、接触面に潤滑皮膜４を形成する前に潤滑材が付着しやすいように、スイープブラストを行ってもよい。
ナット４０は、その後に防錆処理（３）を行い、保存することができる。

これらのボルト，座金，ナットを用いて、鋼材を締結した状態を図３に示す。
ナット４０，ボルト１０のねじ部１０ｂ，ナット側座金３０は、この時点で金属溶射皮膜が形成されていない。
そこで、図３にて点線で示したナット側の露出部を狭隘部用の溶射ガンを用いて、周囲に溶射ダストの発生するのを抑えつつ、溶射皮膜２を形成する。
溶射皮膜２を形成後は、通常行われている封孔処理をする。
次に、溶射ガンの構造例を説明する。
図４（ａ）に、ガン１００の全体図、図４（ｂ）に先端部分の拡大図を示す。
図５にエクステンション１１０の構造例を示す。
エクステンション１１０の連結部１１９をガン本体の内側に差し込み、ジョイント部材１２０を用いてガン本体に、めねじ部１２０ａにて螺着する。
ジョイント部材１２０の先のおねじ部１２０ｂにはエクステンションパイプ１１１の後端側のめねじ部１１１ａにて螺着できるようになっている。
本実施例では、外径約２７ｍｍのエクステンションパイプの内側であって、溶射線材Ｍを送り込むためのワイヤー用パイプ１１２を中心に配置し、その両側に燃料ガスを通すための燃料導管１１４と酸素ガスを通すための酸素導管１１３を並行に配設した。
燃料導管１１４と酸素導管１１３の先端部は、混合部１１５に連結してある。
混合部１１５の先端にノズル１１７をノズルナット１１６で取り付け、このノズルナット１１６の先端段差部にエアーキャップ１１８の後端部を押し付けるようにしてエクステンションパイプ１１１の先端内側突部１１１ｂでエアーキャップ１１８の後端外側段差部を締め付けるように、エクステンションパイプ１１１の後端をジョイント部材１２０に螺着する例になっている。

これにより、このようなフレーム溶射ガンは、エクステンション１１０の先端部にて、酸素と、アセチレンガス等の燃料ガスがミキシングされ、エクステンションの先端部に設けたエアーキャップ１１８のエアーの流れにより、燃焼フレームFが形成される。
これにより、小さい燃焼炎にて線径２〜３ｍｍの金属溶射ワイヤーMを充分に溶融できる。
熱エネルギーが小さいため、溶射距離を２〜５ｃｍの短い距離に設定できる。
また、溶射面に対して、３０°以下，１０〜２０°の小さい溶射角度であっても、密着力の強い溶射皮膜が形成される。

１ メッキ皮膜
２ 溶射皮膜
３ 防錆皮膜
４ 潤滑皮膜
１０ ボルト
２０ ボルト側座金
３０ ナット側座金
４０ ナット

Claims (2)

1. 鋼材をボルト及びナットで締結する締結方法であって、
   ボルトは溶融亜鉛メッキ処理後に頭部側を金属溶射し、ねじ部側を防錆処理してあり、
   ボルトの頭部側に位置するボルト側座金は溶融亜鉛メッキ処理後に金属溶射してあり、
   ナットは溶融亜鉛メッキ処理後にナット側座金との接触面に潤滑処理し、その後に防錆処理をしてあり、
   ナット側座金は溶融亜鉛メッキ処理に防錆処理してあり、
   前記ボルトを前記ボルト側座金を介して締結される鋼材の締結孔に挿入し、ボルトの先から前記ナットを前記ナット側座金を介して締め付けることで鋼材を締結した後に前記ナット側の露出部を金属溶射することを特徴とする鋼材構造物の締結方法。
2. 前記ナット側の露出部を金属溶射する溶射ガンは狭隘部用のフレーム溶射ガンであって、
   溶射面に対する溶射角度３０°以下、溶射距離２〜５ｃｍの範囲で溶射可能であることを特徴とする請求項１記載の鋼材構造物の締結方法。

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