(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023180000
(43)【公開日】2023-12-20
(54)【発明の名称】インサートの評価方法及びインサートの評価システム
(51)【国際特許分類】
E04B 1/41 20060101AFI20231213BHJP
E04G 21/12 20060101ALI20231213BHJP
【ＦＩ】
E04B1/41 502C
E04G21/12 105Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022093026
(22)【出願日】2022-06-08
(71)【出願人】
【識別番号】000000549
【氏名又は名称】株式会社大林組
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(72)【発明者】
【氏名】栗田 康平
(72)【発明者】
【氏名】柏俣 明子
(72)【発明者】
【氏名】榎本 浩之
(72)【発明者】
【氏名】田中 嘉一
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 元嗣
【テーマコード（参考）】
2E125
【Ｆターム（参考）】
2E125AG12
2E125BA02
2E125BA24
2E125BA32
2E125BB08
2E125BB19
2E125BB22
2E125BB27
2E125BC09
2E125BD01
2E125BE07
2E125BE08
2E125BF04
2E125CA03
2E125CA19
2E125CA82
(57)【要約】
【課題】インサートの抜け出し耐力を適切に評価するためのインサートの評価方法及びインサートの評価システムを提供する。
【解決手段】評価装置は、コンクリート部材Ｃ１に埋め込まれるインサート１０のインサートの引張耐力を評価する。このインサート１０は、高ナット１５と、この高ナット１５に螺合する取付用ボルト１１とを備える。評価装置は、取付用ボルト１１の頭部１１ａと軸部１１ｂとの境界から、高ナット１５の取付用ボルト１１側の端部までの離間距離ｈｂ１と、取付用ボルト１１の頭部１１ａの円筒形状とに応じて算出される仮想円筒表面積を用いて、インサート１０の抜け出し耐力Ｐａ５を引張耐力として評価する。
【選択図】図１
【解決手段】評価装置は、コンクリート部材Ｃ１に埋め込まれるインサート１０のインサートの引張耐力を評価する。このインサート１０は、高ナット１５と、この高ナット１５に螺合する取付用ボルト１１とを備える。評価装置は、取付用ボルト１１の頭部１１ａと軸部１１ｂとの境界から、高ナット１５の取付用ボルト１１側の端部までの離間距離ｈｂ１と、取付用ボルト１１の頭部１１ａの円筒形状とに応じて算出される仮想円筒表面積を用いて、インサート１０の抜け出し耐力Ｐａ５を引張耐力として評価する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
高ナットと、この高ナットに螺合する突起付きねじ部材とを備え、コンクリート部材に埋め込まれるインサートの引張耐力を評価する評価方法であって、
前記突起付きねじ部材の突起部と軸部との境界から、前記高ナットの前記突起付きねじ部材側の端部までの離間距離と、前記突起付きねじ部材の突起部の外形形状とに応じて算出される仮想筒体表面積を用いて、前記インサートの抜け出し耐力を前記引張耐力として評価することを特徴とするインサートの評価方法。
前記突起付きねじ部材の突起部と軸部との境界から、前記高ナットの前記突起付きねじ部材側の端部までの離間距離と、前記突起付きねじ部材の突起部の外形形状とに応じて算出される仮想筒体表面積を用いて、前記インサートの抜け出し耐力を前記引張耐力として評価することを特徴とするインサートの評価方法。
【請求項2】
前記突起付きねじ部材は、六角ボルトであって、
前記突起付きねじ部材の突起部は、前記六角ボルトの頭部であって、
前記仮想筒体表面積は、前記頭部の二面幅を直径とする円の円周と前記離間距離とを乗算することにより算出される円筒形状の表面積であることを特徴とする請求項１に記載のインサートの評価方法。
前記突起付きねじ部材の突起部は、前記六角ボルトの頭部であって、
前記仮想筒体表面積は、前記頭部の二面幅を直径とする円の円周と前記離間距離とを乗算することにより算出される円筒形状の表面積であることを特徴とする請求項１に記載のインサートの評価方法。
【請求項3】
前記抜け出し耐力が、前記インサートにおいて要求される必要耐力を満たさなかった場合には、前記必要耐力以上の抜け出し耐力となる前記離間距離及び前記突起部の外形形状の大きさを特定することを特徴とする請求項１又は２に記載のインサートの評価方法。
【請求項4】
高ナットと、この高ナットに螺合する突起付きねじ部材とを備え、コンクリート部材に埋め込まれるインサートの引張耐力を評価する制御部を備えた評価システムであって、
前記制御部は、
前記突起付きねじ部材の突起部と軸部との境界から、前記高ナットの前記突起付きねじ部材側の端部までの離間距離と、前記突起付きねじ部材の突起部の外形形状とに応じて算出される仮想筒体表面積を用いて、前記インサートの抜け出し耐力を前記引張耐力として評価することを特徴とするインサートの評価システム。
前記制御部は、
前記突起付きねじ部材の突起部と軸部との境界から、前記高ナットの前記突起付きねじ部材側の端部までの離間距離と、前記突起付きねじ部材の突起部の外形形状とに応じて算出される仮想筒体表面積を用いて、前記インサートの抜け出し耐力を前記引張耐力として評価することを特徴とするインサートの評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高ナットと、この高ナットに螺合する突起付きねじ部材とを備え、コンクリート部材に埋め込まれるインサートの引張耐力を評価するインサートの評価方法及びインサートの評価システムに関する。
【背景技術】
【0002】
コンクリート構造物において、コンクリート部材に埋設したインサートを用いることがある（例えば、特許文献１。）。特許文献１の埋め込みインサートは、型枠の通し孔を通過するアンカーボルトと、これに螺合する高ナット（長ナット）よりなるインサート本体と、高ナットにアンカーボルトと対向して螺合するダミーボルトとを備えている。
【0003】
また、図１１に示すように、コンクリート部材Ｃ６に埋設されたインサート６０は、突起付きボルト６１（突起付き軸）と高ナット６５とを備える。更に、高ナット６５の開口側のねじ部には、ボルト６７が螺合されている。
【0004】
このようなインサート６０の設計においては、短期許容引張耐力を算定する（非特許文献１参照。）。非特許文献１に記載されているように、従来、短期許容引張耐力は、以下の４種類の耐力の最小値（ｍｉｎ（Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ３，Ｐａ４））で算出されている。
【0005】
・ボルト軸部の降伏により決まる場合の鋼材引張耐力Ｐａ１
・コンクリート躯体のコーン状破壊により決まる場合のコーン破壊耐力Ｐａ２
・袋ナット頭部または突起付きボルト頭部での支圧により決まる頭部コンクリート支圧耐力Ｐａ３
・袋ナット頭部または突起付きボルト頭部のコンクリート支圧により決まる頭部コンクリート支圧耐力Ｐａ４
・コンクリート躯体のコーン状破壊により決まる場合のコーン破壊耐力Ｐａ２
・袋ナット頭部または突起付きボルト頭部での支圧により決まる頭部コンクリート支圧耐力Ｐａ３
・袋ナット頭部または突起付きボルト頭部のコンクリート支圧により決まる頭部コンクリート支圧耐力Ｐａ４
【0006】
上記の短期許容引張耐力は、突起付き袋ナット、突起付きボルトの頭部径Ｄｎ６を軸部径ｄ６より十分な大きさを確保した場合（Ｄｎ６≧２．５×ｄ６）を想定している。また、非特許文献１には、頭部径Ｄｎ６が長ナット径ｄｎ６より小さい場合には、抜け出し破壊を防ぐため、高ナット６５と首下長さｈ６は、頭径部の出寸法ａ６の８倍以上とすることが記載されている。更に、頭部径Ｄｎ６が長ナット径ｄｎ６より大きい場合でも、ｈ６≧３．５×ｄ６を確保することが望ましいと記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】実開平０４－２０５６７号公報
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】一般社団法人日本免震構造協会著、「免震部材の接合部・取付け躯体の設計指針」、日本免震構造協会出版、２０２０年１月１日発行、ｐ．６－ｐ．１９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
鉄骨二次部材等を鉄筋コンクリート部材に接合する接合部等、鉄骨部材端部に生じる曲げモーメントが小さい部位の接合部には、インサートを用いることがある。この場合、上述のインサートの仕様規定を満足させる最小寸法の規定値を採用していた。その理由は、上述の仕様規定を満足しないインサートの引張耐力を評価する手法がなかったためである。従って、用途に応じた適切な引張耐力を有するインサートの実装を実現できていなかった。この実装の実現においては、インサートの引張耐力を適切に評価する必要がある。しかし、従来、曲げモーメントが小さい部位に用いられるインサートの引張耐力について適切な評価方法が不明であった。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決する評価方法は、高ナットと、この高ナットに螺合する突起付きねじ部材とを備え、コンクリート部材に埋め込まれるインサートの引張耐力を評価する評価方法であって、前記突起付きねじ部材の突起部と軸部との境界から、前記高ナットの前記突起付きねじ部材側の端部までの離間距離と、前記突起付きねじ部材の突起部の外形形状とに応じて算出される仮想筒体表面積を用いて、前記インサートの抜け出し耐力を前記引張耐力として評価する。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、インサートの抜け出し耐力を適切に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施形態におけるインサートの構造を説明する説明図であって、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図である。
【図2】実施形態における評価装置の説明図である。
【図3】実施形態における評価装置のハードウェア構成例の説明図である。
【図4】実施形態におけるインサートの仮想円筒せん断耐力を算出する算出式を説明する概念の説明図である。
【図5】実施形態において実験に用いた試験体の詳細寸法を表示した表である。
【図6】実施形態における抜け出し破壊を起こした試験体における離間距離と仮想円筒せん断耐力との関係を示すグラフである。
【図7】実施形態における破壊種別毎の実験結果の計算値と最大耐力実験値との比較結果を示すグラフである。
【図8】実施形態における耐力評価処理の処理手順を説明する流れ図である。
【図9】実施形態における再設計処理の処理手順を説明する流れ図である。
【図10】変更例におけるインサートの仮想筒体表面積を算出する説明図である。
【図11】従来技術におけるインサートの構造を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図１～図９を用いて、インサートの評価方法及びインサートの評価システムを具体化した一実施形態を説明する。本実施形態では、高ナットと突起付きボルトとを備えた簡易組立インサートの耐力を評価する。
この簡易組立インサートは、鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の建物において、コンクリート躯体に主にせん断力を伝達する鉄骨部材端部のガセットプレート用ベースプレートの躯体取合い部に設けられる。ここで、主にせん断力を伝達するとは、曲げモーメントの影響を無視できる大きさのせん断力を伝達することを意味する。具体的には、以下の部分に適用可能である。
・躯体にピン接合する鉄骨小梁や間柱等
・躯体側面にピン接合する鉄骨吊り柱等
この簡易組立インサートは、鉄筋コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造の建物において、コンクリート躯体に主にせん断力を伝達する鉄骨部材端部のガセットプレート用ベースプレートの躯体取合い部に設けられる。ここで、主にせん断力を伝達するとは、曲げモーメントの影響を無視できる大きさのせん断力を伝達することを意味する。具体的には、以下の部分に適用可能である。
・躯体にピン接合する鉄骨小梁や間柱等
・躯体側面にピン接合する鉄骨吊り柱等
【0014】
【0015】
図１（ｂ）に示すように、本実施形態のインサート１０は、コンクリート部材Ｃ１に埋設される。このインサート１０は、突起付きねじ部材としての取付用ボルト１１及び高ナット１５を備える。
【0016】
図１に示すように、取付用ボルト１１は、六角ボルトであり、二面幅Ｄｎ１の頭部１１ａと、軸径ｄ１の軸部１１ｂとを備える。ここでは、頭部１１ａが突起部として機能する。軸部１１ｂの先端側の外周には、おねじが形成されたねじ部１１ｃが形成されている。また、本実施形態における（先端）跳ね出し長さａ１は、頭部１１ａの二面幅Ｄｎ１の半分から軸径ｄ１の半分までの大きさである。更に、この取付用ボルト１１のねじ部１１ｃは、高ナット１５と螺合している。
【0017】
高ナット１５は、長尺の六角ナットである。本実施形態の高ナット１５は、取付用ボルト１１の頭部１１ａと同じ大きさを有している。この高ナット１５は、その端部が、コンクリート部材Ｃ１の側面と一致するように配置されている。更に、高ナット１５の取付用ボルト１１の先端が螺合していないねじ孔１５ａは開口している。なお、インサート１０を取り付ける際には、ねじ孔１５ａの開口にボルト（図示せず）を螺合してもよい。
【0018】
また、図１において、高ナット１５に取付用ボルト１１が螺合されている状態において、コンクリート部材Ｃ１の端部から取付用ボルト１１の頭部１１ａまでを、有効埋込長さｌｅ１としている。また、取付用ボルト１１の頭部１１ａと軸部１１ｂとの境界から高ナット１５の取付用ボルト１１側の端部までを、離間距離ｈｂ１としている。
【0019】
（評価装置の説明）
次に、図２を用いて、上述したインサート１０の引張耐力を評価するための評価装置２０について説明する。
次に、図２を用いて、上述したインサート１０の引張耐力を評価するための評価装置２０について説明する。
【0020】
（ハードウェア構成の説明）
ここで、図３を用いて、評価装置２０を構成する情報処理装置Ｈ１０のハードウェア構成を説明する。情報処理装置Ｈ１０は、通信装置Ｈ１１、入力装置Ｈ１２、表示装置Ｈ１３、記憶装置Ｈ１４、プロセッサＨ１５を備える。なお、このハードウェア構成は一例であり、他のハードウェアにより実現することも可能である。
ここで、図３を用いて、評価装置２０を構成する情報処理装置Ｈ１０のハードウェア構成を説明する。情報処理装置Ｈ１０は、通信装置Ｈ１１、入力装置Ｈ１２、表示装置Ｈ１３、記憶装置Ｈ１４、プロセッサＨ１５を備える。なお、このハードウェア構成は一例であり、他のハードウェアにより実現することも可能である。
【0021】
通信装置Ｈ１１は、他の装置との間で通信経路を確立して、データの送受信を実行するインタフェースである。
入力装置Ｈ１２は、各種情報の入力や評価者等からの入力を受け付ける装置であり、例えばマウスやキーボード等である。表示装置Ｈ１３は、入力された各種情報や評価結果等の出力情報を表示するディスプレイやタッチパネル等である。
入力装置Ｈ１２は、各種情報の入力や評価者等からの入力を受け付ける装置であり、例えばマウスやキーボード等である。表示装置Ｈ１３は、入力された各種情報や評価結果等の出力情報を表示するディスプレイやタッチパネル等である。
【0022】
記憶装置Ｈ１４は、評価装置２０の各種機能を実行するためのデータや各種プログラムを格納する記憶装置である。記憶装置Ｈ１４の一例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等がある。
プロセッサＨ１５は、記憶装置Ｈ１４に記憶されるプログラムやデータを用いて、評価装置２０における各処理（例えば、後述する制御部２１における処理）を制御する。
プロセッサＨ１５は、記憶装置Ｈ１４に記憶されるプログラムやデータを用いて、評価装置２０における各処理（例えば、後述する制御部２１における処理）を制御する。
【0023】
（評価装置２０の機能）
次に、図２を用いて、評価装置２０の各機能を説明する。
評価装置２０は、インサート１０の耐力を評価するコンピュータシステムである。
評価装置２０は、制御部２１、評価式記憶部２５、評価対象情報記憶部２６及び部品規格情報記憶部２７を備える。
次に、図２を用いて、評価装置２０の各機能を説明する。
評価装置２０は、インサート１０の耐力を評価するコンピュータシステムである。
評価装置２０は、制御部２１、評価式記憶部２５、評価対象情報記憶部２６及び部品規格情報記憶部２７を備える。
【0024】
制御部２１は、後述する処理（評価段階及び再設計段階等を含む処理）を行なう。このための処理プログラムを実行することにより、制御部２１は、評価部２１１及び再設計部２１２等として機能する。
【0025】
評価部２１１は、評価対象であるインサート１０の詳細情報や必要耐力等の情報を取得し、評価式記憶部２５に記憶した評価式を用いてインサート１０の耐力を評価する処理を実行する。
【0026】
再設計部２１２は、評価部２１１において算出したインサート１０の耐力が必要耐力よりも小さい場合には、必要耐力以上となるインサート１０の再設計情報を特定して、出力する処理を実行する。ここでは、インサート１０の再設計情報として、離間距離ｈｂ１及び取付用ボルト１１の呼び径等を用いる。
【0027】
評価式記憶部２５には、インサート１０の耐力を算出する評価式が記録される。本実施形態では、上述した４種類の耐力のうち影響の大きい３種類の耐力（Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ４）、仮想筒体表面積としての仮想円筒表面積Ａctを用いたインサート１０の抜け出し耐力Ｐａ５の各算出式が記録される。この抜け出し耐力Ｐａ５の算出式の詳細については、後述する。
【0028】
評価対象情報記憶部２６は、評価対象部材の詳細情報に関するデータが記録される。この評価対象データは、入力装置Ｈ１２から評価対象部材の情報を取得した場合に記録される。評価対象データは、インサート識別子、コンクリート圧縮強度、ボルト識別子、高ナット識別子、高ナットの長さ、離間距離、再設計値等に関するデータを含んで構成される。
【0029】
インサート識別子データ領域には、評価対象となる各インサート１０を特定するための識別子に関するデータが含まれる。
コンクリート圧縮強度データ領域には、このインサート１０を埋設するコンクリート部材Ｃ１の圧縮強度に関するデータが含まれる。
コンクリート圧縮強度データ領域には、このインサート１０を埋設するコンクリート部材Ｃ１の圧縮強度に関するデータが含まれる。
【0030】
ボルト識別子データ領域には、このインサート１０に用いられる取付用ボルト１１を特定するための識別子に関するデータが含まれる。本実施形態では、ボルト識別子として、ボルトの呼び径を用いる。
【0031】
高ナット識別子データ領域には、このインサート１０に用いられる高ナット１５を特定するための識別子に関するデータが含まれる。本実施形態では、高ナット識別子として、高ナット１５のねじの呼び径を用いる。
【0032】
高ナットの長さデータ領域には、この高ナット１５の長さに関するデータが含まれる。
離間距離データ領域には、離間距離ｈｂ１に関するデータが記録される。本実施形態では、離間距離ｈｂ１として、跳ね出し長さａ１の比を用いる。
離間距離データ領域には、離間距離ｈｂ１に関するデータが記録される。本実施形態では、離間距離ｈｂ１として、跳ね出し長さａ１の比を用いる。
【0033】
再設計値データ領域には、再設計した離間距離及び取付用ボルト１１の呼び径に関するデータが記録される。このデータは、算出した最小の耐力が抜け出し耐力Ｐａ５の場合であって、この抜け出し耐力Ｐａ５が必要耐力より小さい場合に、必要耐力以上となる離間距離及び取付用ボルト１１の呼び径を特定した場合に記録される。
【0034】
部品規格情報記憶部２７は、ボルト及び高ナットの規格の詳細情報に関するデータが記録される。この部品規格情報データは、評価対象部材の情報を取得する前に取得されて記録される。部品規格情報には、ボルト規格情報及び高ナット規格情報が含まれる。ボルト規格情報には、ボルトの呼び径、二面幅、軸径、跳ね出し長さに関するデータが含まれる。高ナット規格情報には、高ナットの呼び径及び二面幅に関するデータが含まれる。
【0035】
ボルトの呼び径データ領域には、各ボルトの呼び径に関するデータが記録される。この呼び径を介して、評価対象データの取付用ボルトの二面幅、軸径及び跳ね出し長さを特定することができる。
ボルトの二面幅データ領域、軸径データ領域及び跳ね出し長さデータ領域には、この呼び径のボルトの二面幅、軸径及び跳ね出し長さに関するデータが記録される。
高ナットの呼び径データ領域には、呼び径及び二面幅に関するデータが記録される。
ボルトの二面幅データ領域、軸径データ領域及び跳ね出し長さデータ領域には、この呼び径のボルトの二面幅、軸径及び跳ね出し長さに関するデータが記録される。
高ナットの呼び径データ領域には、呼び径及び二面幅に関するデータが記録される。
【0036】
（抜け出し耐力の算出）
次に、上述した抜け出し耐力Ｐａ５の算出式について説明する。
図４に示すように、抜け出し耐力Ｐａ５は、仮想筒体としての仮想円筒Ｖ１で定まるインサート１０の１本当たりの抜け出し耐力である。仮想円筒Ｖ１は、取付用ボルト１１の頭部１１ａの仮想円筒３１と、高ナット１５の仮想円筒３５との離間部に形成された円筒であり、離間距離ｈｂ１の長さを有した円筒形状の物体である。頭部１１ａ及び高ナット１５は、同じ二面幅Ｄｎ１を有するため、仮想円筒３１，３５，Ｖ１は、この二面幅Ｄｎ１を直径とする円筒である。
次に、上述した抜け出し耐力Ｐａ５の算出式について説明する。
図４に示すように、抜け出し耐力Ｐａ５は、仮想筒体としての仮想円筒Ｖ１で定まるインサート１０の１本当たりの抜け出し耐力である。仮想円筒Ｖ１は、取付用ボルト１１の頭部１１ａの仮想円筒３１と、高ナット１５の仮想円筒３５との離間部に形成された円筒であり、離間距離ｈｂ１の長さを有した円筒形状の物体である。頭部１１ａ及び高ナット１５は、同じ二面幅Ｄｎ１を有するため、仮想円筒３１，３５，Ｖ１は、この二面幅Ｄｎ１を直径とする円筒である。
【0037】
そして、抜け出し耐力Ｐａ５は、次式（１）で示される。
Ｐａ５＝Φ２・Ａct・β・σＢ …（１）
ここで、Φ２は低減係数、Ａctは仮想円筒表面積、βは係数、σＢはコンクリート圧縮強度である。仮想円筒表面積Ａctは、取付用ボルト１１の頭部１１ａの二面幅Ｄｎ１を直径とする円の円周に離間距離ｈｂ１を乗算して算出される。低減係数Φ２は２／３と設定し、係数βは、以下に説明するように、０．７５に設定している。
Ｐａ５＝Φ２・Ａct・β・σＢ …（１）
ここで、Φ２は低減係数、Ａctは仮想円筒表面積、βは係数、σＢはコンクリート圧縮強度である。仮想円筒表面積Ａctは、取付用ボルト１１の頭部１１ａの二面幅Ｄｎ１を直径とする円の円周に離間距離ｈｂ１を乗算して算出される。低減係数Φ２は２／３と設定し、係数βは、以下に説明するように、０．７５に設定している。
【0038】
抜け出し耐力Ｐａ５は、インサート１０のコンクリート部材Ｃ１に対する付着力に起因する耐力である。この場合、インサート１０においては、離間距離ｈｂ１が長い程、また取付用ボルト１１の頭部１１ａが大きい程、抜け出し破壊が起こり難いと考えられる。
【0039】
そこで、仮想円筒Ｖ１の仮想円筒表面積Ａctを用いたインサート１０の抜け出し耐力Ｐａ５で、抜け出し耐力を確保できると想定して、各種試験体について、以下の２つの実験を行なった。
・組合せ応力におけるインサート１０の破壊性状と耐力
・インサート１０の離間距離ｈｂ１の性状確認
ここで、実験においては、取付用ボルト１１は強度区分４．８、高ナット１５はＳＳ４００相当の鋼種を用いる。更に、取付用ボルト１１として、呼び径Ｍ１６～Ｍ２４、離間距離ｈｂ１として、６×ａ１（跳ね出し長さ）～１０×ａ１を用いる。
・組合せ応力におけるインサート１０の破壊性状と耐力
・インサート１０の離間距離ｈｂ１の性状確認
ここで、実験においては、取付用ボルト１１は強度区分４．８、高ナット１５はＳＳ４００相当の鋼種を用いる。更に、取付用ボルト１１として、呼び径Ｍ１６～Ｍ２４、離間距離ｈｂ１として、６×ａ１（跳ね出し長さ）～１０×ａ１を用いる。
【0040】
図５には、実験に用いた試験体の寸法及び試験体数を記載している。更に、図５の備考には、実験により破壊されたインサートの破壊モードが記載されている。
また、図５に示すように、本実施形態において試験体の名前は、コンクリート圧縮強度、ボルト軸径及び離間距離を意味する識別子を、この順番で結合して用いる。試験体の名前の先頭の「Ｌ」は、コンクリート圧縮強度が２４Ｎ／ｍｍ２、「Ｈ」は、コンクリート圧縮強度が３６Ｎ／ｍｍ２を示している。ボルト軸径として、１６ｍｍ又は２４ｍｍを用いる。離間距離ｈｂ１として、跳ね出し長さａ１の比（６ａ，８ａ，１０ａ，１６ａ）を用いる。従って、試験体「Ｌ－１６－８ａ」は、コンクリート圧縮強度が２４Ｎ／ｍｍ２、ボルト軸径１６ｍｍ、離間距離ｈｂ１が跳ね出し長さａ１の８倍であるの試験体を意味している。
また、図５に示すように、本実施形態において試験体の名前は、コンクリート圧縮強度、ボルト軸径及び離間距離を意味する識別子を、この順番で結合して用いる。試験体の名前の先頭の「Ｌ」は、コンクリート圧縮強度が２４Ｎ／ｍｍ２、「Ｈ」は、コンクリート圧縮強度が３６Ｎ／ｍｍ２を示している。ボルト軸径として、１６ｍｍ又は２４ｍｍを用いる。離間距離ｈｂ１として、跳ね出し長さａ１の比（６ａ，８ａ，１０ａ，１６ａ）を用いる。従って、試験体「Ｌ－１６－８ａ」は、コンクリート圧縮強度が２４Ｎ／ｍｍ２、ボルト軸径１６ｍｍ、離間距離ｈｂ１が跳ね出し長さａ１の８倍であるの試験体を意味している。
【0041】
図６は、複数のインサートの抜け出し破壊の実験結果から特定した、仮想円筒せん断耐力σcsとコンクリート圧縮強度σＢとの関係を示したグラフである。このグラフにおいて、コンクリート圧縮強度σＢに対する仮想円筒せん断耐力σcsが最も低い試験体の値から、係数βを０．７５に設定する。
【0042】
また、図７は、耐力の計算値Ｐａと、最大耐力Ｐｍａｘと、そのときの破壊モードを示している。ここで、図７中の三角形印は、鋼材引張耐力Ｐａ１に起因する破壊モードを示している。また、白印丸はコーン破壊耐力Ｐａ２に起因した破壊モードを示している。また、菱形印は抜け出し耐力Ｐａ５に起因した破壊モードを示している。また、黒丸印は頭部コンクリート支圧耐力Ｐａ４に起因した破壊モードを示している。抜け出し破壊は、計算値Ｐａが１５０ｋＮ以下で生じており、計算値よりも、最大耐力の実験値の方が、１．５倍程度大きいことが把握できる。
【0043】
（インサートの耐力評価）
図８に示すように、インサート１０を評価する場合には、耐力評価処理を実行する。
ここで、評価者は、評価対象のインサート１０の情報と、このインサート１０において要求される必要耐力とを、評価装置２０の入力装置Ｈ１２に入力し、耐力評価処理の実行を指示する。ここで、インサート１０の情報としては、取付用ボルト１１の呼び径、高ナット１５の呼び径及び長さ、離間距離、インサート１０を埋設するコンクリート圧縮強度等が含まれる。
図８に示すように、インサート１０を評価する場合には、耐力評価処理を実行する。
ここで、評価者は、評価対象のインサート１０の情報と、このインサート１０において要求される必要耐力とを、評価装置２０の入力装置Ｈ１２に入力し、耐力評価処理の実行を指示する。ここで、インサート１０の情報としては、取付用ボルト１１の呼び径、高ナット１５の呼び径及び長さ、離間距離、インサート１０を埋設するコンクリート圧縮強度等が含まれる。
【0044】
これにより、評価装置２０の制御部２１は、評価対象のインサートの情報の取得処理を実行する（ステップＳ１１）。具体的には、制御部２１の評価部２１１は、評価対象のインサート１０の情報及び必要耐力等を取得する。
【0045】
次に、評価装置２０の制御部２１は、引張耐力の算出処理を実行する（ステップＳ１２）。具体的には、制御部２１の評価部２１１は、評価式記憶部２５に記憶された各耐力（Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ４，Ｐａ５）の算出式に、取得したインサート１０の情報を入力し、各耐力を算出する。そして、評価部２１１は、算出した各耐力の計算値のうち最小の計算値を、このインサート１０の引張耐力として特定する。そして、評価部２１１は、特定した引張耐力と、その耐力に対応する破壊モードとを、表示装置Ｈ１３に表示する。
【0046】
次に、評価装置２０の制御部２１は、評価判定処理を実行する（ステップＳ１３）。具体的には、制御部２１の評価部２１１は、抜け出し耐力が最小で必要耐力より小さいか否かを判定する。ここで、最小の耐力値が抜け出し耐力Ｐａ５でない場合（ステップＳ１３において「ＮＯ」の場合）には、評価部２１１は、最小の耐力値の破壊モードを表示装置Ｈ１３に表示し、処理を終了する。
【0047】
また、最小の耐力値が抜け出し耐力Ｐａ５の場合には、算出した最小の耐力値（抜け出し耐力Ｐａ５）と必要耐力とを比較する。ここで、抜け出し耐力Ｐａ５が必要耐力以上の場合（ステップＳ１３において「ＮＯ」の場合）には、評価部２１１は、必要耐力以上の抜け出し耐力がある旨を表示装置Ｈ１３に表示し、処理を終了する。
【0048】
一方、抜け出し耐力Ｐａ５が必要耐力より小さい場合（ステップＳ１３において「ＹＥＳ」の場合）には、評価装置２０の制御部２１は、再設計処理を実行する（ステップＳ１４）。
【0049】
図９を用いて、再設計処理（ステップＳ１４）を説明する。
ここでは、まず、制御部２１の再設計部２１２は、離間距離の調整処理を実行する（ステップＳ２１）。具体的には、再設計部２１２は、評価対象のインサート１０の離間距離ｈｂ１を、許容範囲まで大きくした場合の抜け出し耐力Ｐａ５を算出する。そして、再設計部２１２は、離間距離ｈｂ１を大きくすることにより算出した抜け出し耐力Ｐａ５が必要耐力以上か否かを判定する。
ここでは、まず、制御部２１の再設計部２１２は、離間距離の調整処理を実行する（ステップＳ２１）。具体的には、再設計部２１２は、評価対象のインサート１０の離間距離ｈｂ１を、許容範囲まで大きくした場合の抜け出し耐力Ｐａ５を算出する。そして、再設計部２１２は、離間距離ｈｂ１を大きくすることにより算出した抜け出し耐力Ｐａ５が必要耐力以上か否かを判定する。
【0050】
ここで、抜け出し耐力Ｐａ５が必要耐力以上となった場合（ステップＳ２２において「ＹＥＳ」の場合）には、制御部２１の再設計部２１２は、再設計したインサートの出力処理を実行する（ステップＳ２５）。具体的には、再設計部２１２は、抜け出し耐力Ｐａ５と必要耐力とが同じとなる離間距離ｈｂ１を算出することにより特定した離間距離ｈｂ１と、特定した取付用ボルト１１の呼び径とを、評価対象情報記憶部２６の再設計値データ領域に記録する。更に、再設計部２１２は、特定した離間距離ｈｂ１と取付用ボルト１１の呼び径とを表示装置Ｈ１３に表示する。
【0051】
一方、最大の許容範囲まで離間距離ｈｂ１を大きくしたときの抜け出し耐力Ｐａ５が必要耐力より小さいと判定した場合（ステップＳ２２において「ＮＯ」の場合）、制御部２１の再設計部２１２は、取付用ボルトの変更処理を実行する（ステップＳ２３）。具体的には、再設計部２１２は、直前の離間距離の調整処理（ステップＳ２１）で用いた取付用ボルト１１の呼び径より１つ大きい呼び径のボルトのボルト規格情報を、部品規格情報記憶部２７から取得する。そして、再設計部２１２は、取得したボルト規格情報のボルトと、評価した離間距離ｈｂ１とを用いて、抜け出し耐力Ｐａ５を算出し、この抜け出し耐力Ｐａ５が必要耐力以上となるか否かを判定する。
【0052】
ここで、抜け出し耐力Ｐａ５が必要耐力より大きくなった場合（ステップＳ２４において「ＹＥＳ」の場合）には、制御部２１の再設計部２１２は、再設計したインサート１０の出力処理を実行する（ステップＳ２５）。ここでは、再設計部２１２は、変更したボルトの呼び径やボルト規格情報と離間距離ｈｂ１とを、評価対象情報記憶部２６に記録するとともに、表示装置Ｈ１３に表示する。
【0053】
一方、抜け出し耐力Ｐａ５が必要耐力より小さい場合（ステップＳ２４において「ＮＯ」の場合）、制御部２１の再設計部２１２は、この取付用ボルト１１を用いた離間距離の調整処理（ステップＳ２１）以降の処理を繰り返して実行する。これにより、離間距離ｈｂ１を大きくし、大きい取付用ボルト１１に変更しながら、必要耐力を確保できる適切なインサート１０の離間距離及び取付用ボルト１１の大きさを特定することができる。
【0054】
（作用）
インサート１０の取付用ボルト１１の頭部１１ａの大きさ（二面幅Ｄｎ１）によって構成される仮想円筒Ｖ１の仮想円筒表面積Ａctを用いて、抜け出し耐力Ｐａ５を算出する。抜け出し耐力Ｐａ５は、付着力に起因し、取付用ボルト１１の頭部１１ａの大きさに応じて大きくなるため、仮想円筒表面積Ａctを用いて、抜け出し耐力を評価することができる。
インサート１０の取付用ボルト１１の頭部１１ａの大きさ（二面幅Ｄｎ１）によって構成される仮想円筒Ｖ１の仮想円筒表面積Ａctを用いて、抜け出し耐力Ｐａ５を算出する。抜け出し耐力Ｐａ５は、付着力に起因し、取付用ボルト１１の頭部１１ａの大きさに応じて大きくなるため、仮想円筒表面積Ａctを用いて、抜け出し耐力を評価することができる。
【0055】
本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、インサート１０の抜け出し耐力Ｐａ５を、離間距離ｈｂ１と仮想円筒表面積Ａctを用いて算出する。これにより、インサート１０の抜け出し耐力Ｐａ５を適切に算出して評価することができる。
（１）本実施形態では、インサート１０の抜け出し耐力Ｐａ５を、離間距離ｈｂ１と仮想円筒表面積Ａctを用いて算出する。これにより、インサート１０の抜け出し耐力Ｐａ５を適切に算出して評価することができる。
【0056】
（２）本実施形態では、インサート１０の抜け出し耐力Ｐａ５の算出に用いる係数βは、実験値と計算値との関係を用いて算出する。これにより、実情に沿ったインサート１０の抜け出し耐力Ｐａ５を算出することができる。
【0057】
（３）本実施形態では、インサート１０は、六角ボルトの取付用ボルト１１と高ナット１５とを備える。このため、インサート１０の構成を簡素化することができる。更に、抜け出し耐力Ｐａ５の算出に用いる仮想円筒表面積Ａctとして、取付用ボルト１１の頭部１１ａの二面幅Ｄｎ１を直径とする仮想円筒Ｖ１の表面積を用いる。これにより、効率的に、抜け出し耐力Ｐａ５を算出することができる。
【0058】
（４）本実施形態では、評価装置２０の制御部２１は、抜け出し耐力Ｐａ５が最小で必要耐力より小さい場合（ステップＳ１３において「ＹＥＳ」の場合）、再設計処理を実行する（ステップＳ１４）。これにより、必要耐力を確保できるインサート１０を効率的に特定することができる。
【0059】
（５）本実施形態のインサート１０は、コンクリート躯体に主にせん断力を伝達する鉄骨部材端部のガセットプレート用ベースプレートの躯体取合い部に設けられる。これにより、従来の設計においては、過剰な耐力となっていた部分に配置されるインサート１０の耐力を調整して、インサート１０を小型化したり簡素化したりすることができる。
【0060】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、取付用ボルト１１の頭部１１ａの二面幅Ｄｎ１と高ナット１５の二面幅Ｄｎ１が同じインサート１０を評価した。インサート１０に用いられる高ナットに螺合する突起付きねじ部材は、六角ボルトに限られない。例えば、突起付きねじ部材として、円板型の頭を有する頭付きボルトであってもよいし、全ねじと、これに螺合する穴あきプレート及びこのプレートを挟み込んだ２個の六角ナットとを備えた構成であってもよい。後者の場合には、穴あきプレートの突起部の外形形状に応じて算出される仮想筒体表面積を用いてインサートの抜け出し耐力を算出する。
・上記実施形態では、取付用ボルト１１の頭部１１ａの二面幅Ｄｎ１と高ナット１５の二面幅Ｄｎ１が同じインサート１０を評価した。インサート１０に用いられる高ナットに螺合する突起付きねじ部材は、六角ボルトに限られない。例えば、突起付きねじ部材として、円板型の頭を有する頭付きボルトであってもよいし、全ねじと、これに螺合する穴あきプレート及びこのプレートを挟み込んだ２個の六角ナットとを備えた構成であってもよい。後者の場合には、穴あきプレートの突起部の外形形状に応じて算出される仮想筒体表面積を用いてインサートの抜け出し耐力を算出する。
【0061】
更に、インサートにおいて、取付用ボルト１１の突起部としての頭部１１ａと、高ナット１５の外形形状（形や大きさ）が異なっていてもよい。
例えば、図１０に示すインサート４０は、取付用ボルト４１と高ナット１５とから構成される。取付用ボルト４１は、頭部４１ａと軸部４１ｂとを有する。取付用ボルト４１の頭部４１ａが、高ナット１５より大きい場合においても、仮想円筒表面積を用いて、インサートの抜け出し耐力Ｐａ６を算出する。この場合、仮想円筒表面積は、頭部４１ａの直径Ｄｎ２で離間距離ｈｂ２の仮想円筒Ｖ２の表面積である。
例えば、図１０に示すインサート４０は、取付用ボルト４１と高ナット１５とから構成される。取付用ボルト４１は、頭部４１ａと軸部４１ｂとを有する。取付用ボルト４１の頭部４１ａが、高ナット１５より大きい場合においても、仮想円筒表面積を用いて、インサートの抜け出し耐力Ｐａ６を算出する。この場合、仮想円筒表面積は、頭部４１ａの直径Ｄｎ２で離間距離ｈｂ２の仮想円筒Ｖ２の表面積である。
【0062】
・上記実施形態においては、抜け出し耐力Ｐａ５を、取付用ボルト１１の頭部１１ａの二面幅Ｄｎ１を直径とする仮想円筒Ｖ１の仮想円筒表面積Ａctを用いて算出した。抜け出し耐力Ｐａ５の算出は、仮想円筒表面積Ａctに限定されず、取付用ボルト１１の頭部１１ａの外形（六角形）と離間距離とで形成される仮想六角柱の表面積を用いて、インサートの抜け出し耐力を算出してもよい。
【0063】
・上記実施形態においては、評価装置２０の制御部２１は、４種類の耐力（Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐａ４，Ｐａ５）を用いて、インサート１０の引張耐力を算出した。制御部２１は、引張耐力を算出するために用いる引張耐力は、抜け出し耐力Ｐａ５を含んで評価できればよい。例えば、袋ナット頭部または突起付きボルト頭部での支圧により決まる頭部コンクリート支圧耐力Ｐａ３を含めた５種類の耐力（Ｐａ１～Ｐａ５）を用いて評価してもよい。更に、これら５種類の耐力のうち重要な複数の耐力を用いてもよいし、抜け出し耐力Ｐａ５のみを用いて評価してもよい。
【0064】
・上記実施形態においては、評価装置２０の制御部２１は、評価対象のインサート１０の抜け出し耐力Ｐａ５が最小耐力で必要耐力より小さい場合（ステップＳ１３において「ＹＥＳ」）の場合、再設計処理を実行した（ステップＳ１４）。これに限らず、ステップＳ１３以降の処理を省略してもよいし、初めから抜け出し耐力Ｐａ５が必要耐力となる取付用ボルト１１及び高ナット１５を設計してもよい。後者の場合には、評価対象のインサートの情報のうち、取付用ボルト１１の呼び径、高ナット１５の呼び径及び長さの代わりに、配置領域の大きさ等の設計に必要な情報を取得してもよい。
【0065】
・上記実施形態のインサート１０は、コンクリート躯体に主にせん断力を伝達する鉄骨部材端部のガセットプレート用ベースプレートの躯体取合い部に設けた。インサートが適用される箇所は、これに限られず、引張耐力が小さく、抜け出し破壊が生じると考えられる箇所に配置されるインサートを評価することができる。
【0066】
・上記実施形態では、評価装置２０の制御部２１が、仮想円筒表面積Ａctを用いて抜け出し耐力Ｐａ５を算出した。仮想円筒表面積Ａctを用いて抜け出し耐力Ｐａ５を算出する主体は、コンピュータ端末に限られず、手計算等により実行してもよい。
【0067】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、以下に追記する。
（ａ）前記インサートにおいては、鋼材引張耐力、コーン破壊耐力、頭部コンクリート支圧耐力及び前記算出した抜け出し耐力の最小値を用いて、前記インサートの引張耐力を評価することを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の評価方法。
（ａ）前記インサートにおいては、鋼材引張耐力、コーン破壊耐力、頭部コンクリート支圧耐力及び前記算出した抜け出し耐力の最小値を用いて、前記インサートの引張耐力を評価することを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の評価方法。
【0068】
（ｂ）前記インサートは、コンクリート躯体に、曲げモーメントの影響を無視できる大きさのせん断力を伝達する鉄骨部材端部のガセットプレート用ベースプレートの躯体取合い部に配置されることを特徴とする前記（ａ）に記載の評価方法。
【0069】
（ｃ）高ナットと、この高ナットに螺合する突起付きねじ部材とを備え、コンクリート部材に埋め込まれるインサートの設計方法であって、前記インサートにおいて要求される必要引張耐力を取得し、前記突起付きねじ部材の突起部と軸部との境界から、前記高ナットの前記突起付きねじ部材側の端部までの離間距離と、前記突起付きねじ部材の突起部の外形形状とに応じて算出される仮想筒体表面積を用いて、前記インサートの抜け出し耐力を算出し、前記算出した抜け出し耐力が、前記必要引張耐力以上となるように、前記離間距離及び前記突起付きねじ部材の突起部の大きさを決定することを特徴とする設計方法。
【0070】
（ｄ）高ナットと、この高ナットに螺合する突起付きねじ部材とを備え、コンクリート部材に埋め込まれるインサートを設計する制御部を備えた設計システムであって、前記制御部は、前記インサートにおいて要求される必要引張耐力を取得し、前記突起付きねじ部材の突起部と軸部との境界から、前記高ナットの前記突起付きねじ部材側の端部までの離間距離と、前記突起付きねじ部材の突起部の外形形状とに応じて算出される仮想筒体表面積を用いて、前記インサートの抜け出し耐力を算出し、前記算出した抜け出し耐力が、前記必要引張耐力以上となるように、前記離間距離及び前記突起付きねじ部材の突起部の大きさを決定することを特徴とする設計システム。
【符号の説明】
【0071】
β…係数、Φ２…低減係数、σＢ…コンクリート圧縮強度、σcs…仮想円筒せん断耐力、Ａct…仮想円筒表面積、ａ１…跳ね出し長さ、Ｃ１…コンクリート部材、Ｄｎ１…二面幅、Ｄｎ２…直径、ｄ１…軸径、ｈｂ１，ｈｂ２…離間距離、ｌｅ１…有効埋込長さ、Ｐａ…計算値、Ｐａ１…鋼材引張耐力、Ｐａ２…コーン破壊耐力、Ｐａ３，Ｐａ４…頭部コンクリート支圧耐力、Ｐａ５，Ｐａ６…抜け出し耐力、Ｐｍａｘ…最大耐力、Ｖ１，Ｖ２…仮想円筒、１０，４０…インサート、１１，４１…突起付きねじ部材としての取付用ボルト、１１ａ，４１ａ…突起部としての頭部、１１ｂ，４１ｂ…軸部、１１ｃ…ねじ部、１５…高ナット、１５ａ…ねじ孔、２０…評価装置、２１…制御部、２５…評価式記憶部、２６…評価対象情報記憶部、２７…部品規格情報記憶部、３１，３５…仮想円筒、２１１…評価部、２１２…再設計部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】