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設計ボルト張力とは？1分でわかる意味、計算、標準ボルト張力、高力ボルトの関係

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設計ボルト張力は、高力ボルト接合によるせん断耐力や、引張耐力を算定する基準となる値です。設計ボルト張力は計算式で算定可能です。また、設計ボルト張力が実際に導入されることを保証するため、張力を割増した値が標準ボルト張力です。今回は、設計ボルト張力の意味、計算、標準ボルト張力との関係、高力ボルトの種類と設計ボルト張力について説明します。標準ボルト張力の詳細は、下記が参考になります。

標準ボルト張力とは？1分でわかる意味、規格、f8tの値、設計ボルト張力との違い

※高力ボルトのせん断耐力は、摩擦面も大きく影響します。下記が参考になります。

一面摩擦とは？1分でわかる意味、二面摩擦との違い、計算、摩擦接合

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記事を書いた人

ハナダユキヒロ／建築学生が学ぶ「構造力学」

難解な構造力学、建築構造の用語を分かりやすく解説する専門家。高等専門学校在学中から建築学生が学ぶ「構造力学」を運営。その後、国立大学大学院⇒組織設計事務所⇒弊サイト運営に従事している。

著書：「わかる構造力学/工学社」、「わかる構造力学改訂版/工学社」

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設計ボルト張力とは？

設計ボルト張力とは、高力ボルト接合のせん断耐力、引張耐力を算定する基準となる値です。高力ボルトのせん断耐力、引張耐力は、高力ボルトに導入する張力の大きさに影響します。

つまり、高力ボルトを強く締め付けるほど、接合部の耐力は大きいです。高力ボルト接合部（摩擦接合部）のせん断耐力は、下式で計算します。

Ｑａ＝μ×Ｎ×ｍ

Ｑａはせん断耐力、μは摩擦係数、Ｎは導入張力、ｍは摩擦面の数です。

設計するときは、導入する張力を想定するしかないので、鋼構造設計規準で「設計ボルト張力」が規定されます。

※張力、せん断耐力の意味は下記が参考になります。

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設計ボルト張力の計算

設計ボルト張力の計算式は下記です。Ｆ8ＴとＦ10Ｔで、設計ボルト張力の値が変わります。

Ｆ8Ｔ　Ｎ8＝0.85×Ｆ8×Ａ8

Ｆ10Ｔ　Ｎ10＝0.75×Ｆ10×Ａ10

※F8T、F10Tについては、下記が参考になります。

溶融亜鉛メッキ高力ボルトとは？1分でわかる意味、規格、f10tとの違い

Ｎ8は設計ボルト張力です。Ｆ8は高力ボルトの降伏強さ、Ａ8は高力ボルトの「ねじ部」の断面積です。

Ｆ8ＴとＦ10Ｔで計算式は同じですが、降伏強さの値や、係数が異なる点に注意してください。

例としてＦ10Ｔ、Ｍ16の設計ボルト張力を計算します。

Ｆ＝900 N/m㎡

A＝157 m㎡

なので、設計ボルト張力は下記です。なお、高力ボルトの断面積は、「ねじ部の断面積」です。軸部の断面積とは違うので注意してください。

Ｎ＝0.75*900*157/1000＝106kN

上記の要領で設計ボルト張力を計算し、摩擦係数、摩擦面、軸断面積の関係から、許容せん断応力度が計算できます。高力ボルトの許容せん断応力度は下記です。

Ｆ8Ｔ　120 N/m㎡（長期）

Ｆ10Ｔ　150 N/m㎡（長期）

高力ボルトのせん断耐力は、許容せん断応力度とねじ部の断面積をかけて算定します。

※許容せん断応力度ついては、下記が参考になります。

許容せん断応力度とミーゼスの降伏条件式の関係

設計ボルト張力と標準ボルト張力の関係

設計ボルト張力を1.1倍割り増した値が、標準ボルト張力です。ボルトを締め付ける張力は、標準ボルト張力とします。設計ボルト張力と標準ボルト張力の関係を下記に示します。

標準ボルト張力＝1.1×設計ボルト張力

設計ボルト張力は、設計で想定する導入張力です。この値を元に、高力ボルトのせん断耐力や引張耐力を計算します。

しかし、施工の精度もあるので、実際にその張力が導入できるかは、わかりません。導入した張力が、設計ボルト張力を下回ると、せん断耐力が小さくなります。

設計ボルト張力を保証するため、導入張力は割増した値とします。それが、標準ボルト張力です。詳細は下記が参考になります。

標準ボルト張力とは？1分でわかる意味、規格、f8tの値、設計ボルト張力との違い

高力ボルトの種類に応じた設計ボルト張力

高力ボルトの種類に応じて、設計ボルト張力は違います。Ｆ8ＴとＦ10Ｔの違いで、計算式が変わります。下記に整理しました。

F8Tの場合

M12　45.8

M16　85.2

M20　133

M22　165

F10Tの場合

M12　56.9

M16　106

M20　165

M22　205

まとめ

今回は設計ボルト張力について説明しました。意味が理解頂けたと思います。設計ボルト張力は、高力ボルトのネジ部断面積と高力ボルトの降伏強度から計算できましたね。計算式を理解してください。また、設計ボルト張力と標準ボルト張力の関係、設計ボルト張力から、せん断耐力の関係を理解しましょうね。高力ボルトの詳細は、下記が参考になります。

標準ボルト張力とは？1分でわかる意味、規格、f8tの値、設計ボルト張力との違い

一面摩擦とは？1分でわかる意味、二面摩擦との違い、計算、摩擦接合

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