鋼構造用高力ボルト メーカー

業界の知識

ボルトのグレード番号から実際に強度の計算式がわかる理由

すべての高強度ボルトの頭に印刷されている 2 桁の特性クラスは任意ではなく、1 つのマーキングで 2 つの機械的特性をエンコードしています。グレード 10.9 を例に挙げます。最初の数字 10 は最小引張強さ 1,000 MPa を示し、小数点以下の数字 9 は降伏対引張比 0.9 を表し、最小降伏強さは 900 MPa になります。グレード 8.8 も同じロジックに従います - 引張 800 MPa、降伏 640 MPa。このシステムは ISO 898-1 で標準化され、中国の GB/T 3098.1 に準拠しているため、エンジニアは別のデータシートを参照することなく、ヘッド マーキングから耐荷重パラメータを直接読み取ることができます。

鉄骨構造の接続の場合、GB/T 1228 および GB/T 3632 で指定されている 2 つのグレードは 8.8 および 10.9 です。グレード 10.9 は、25 ～ 40% の価格プレミアムで 8.8 よりも約 30% 高い引張耐力を実現します。このトレードオフは、高層フレーム、長スパンの屋根、およびボルト数を減らすことでドリル穴の数も減り、部材の断面が維持される重工業プラットフォームでは理にかなっています。一方、グレード 8.8 は依然として一般的な構造製作のデフォルトです。費用対効果が高く、M12 から M36 までのすべての標準サイズで広く入手可能であり、中程度の荷重下でのほとんどの梁と柱の接続に十分です。

重要な説明が 1 つあります。グレードが高いほど必ずしも優れているわけではありません。強度が増加すると、靭性が低下し、水素脆化に対する感受性が増加します。 8.8 が適切なグレード 10.9 を選択すると、コストが増加し、腐食環境での応力腐食のリスクが増加します。正しいアプローチは、構造設計で計算された接合荷重および安全係数にプロパティ クラスを一致させることであり、安心させるために過剰に指定しないことです。

大型六角形 vs. ねじりせん断: プロジェクトに適した接続タイプの選択

鋼構造用高力ボルト 中国の国家規格に基づく構造用途には主に 2 つの構成があり、それらの選択は、ほとんどのエンジニアが当初認識している以上に、設置速度、コスト、品質管理の結果に影響を与えます。

大型六角高力ボルト（GB/T 1228）

大きな六角ボルトはより伝統的なタイプで、適合するナットや硬化ワッシャーと併用されます。プリテンションは、トルクレンチを介して校正されたトルクを適用することによって実現されます。これにより設置者は正確な制御が可能となり、クレーンガーダ、橋床版、振動や周期応力を受ける構造物など、動的荷重に耐える接続に最適です。トルク制御方法では、仕様を厳密に遵守する必要があります。トルクが不足すると予張力が不十分になり、トルクが過剰になるとボルトの破損やネジ山が剥がれる危険があります。大規模なプロジェクトの場合、トルク レンチの校正を毎日検証する必要があります。

ねじりせん断高強度ボルト (GB/T 3632)

ねじりシャーボルトは、シャンクの端にピンテールが付いています。取り付け時には、専用の電動レンチでナットとピンテールの両方を同時につかみます。締め付けが進むと、ボルトが指定されたプリテンションに達したときにピンテールが事前に設計されたブレークネック溝で正確に切断されるため、トルク測定の必要がなくなります。刈り取られたピンテールは、取り付けが完了し、正しく行われたことを視覚的に確認します。この自己指示機構により、現場でのねじりせん断ボルトの検査が大幅に迅速化され、オペレータのスキルへの依存が軽減されます。設置効率が工期に直接影響する高層ビルや大スパン鉄骨造に好まれます。

実際のトレードオフは単純です。ねじりシャーボルトは 1 本あたりのコストが高く、専用の電動レンチが必要です。現場でレンチが故障すると作業が停止します。大きな六角ボルトは、標準工具とより汎用的に互換性があり、工具の入手が不確実な場合、または接続設計で段階的施工中に再トルクが必要な場合に適しています。

焼き入れと焼き戻しが鋼のボルトに実際に何をするのか、そしてそれが構造接合部でなぜ重要なのか

「焼き入れおよび焼き戻し」というフレーズは、GB/T 1228、GB/T 3632、およびそれらの国際的同等規格を含む、事実上すべての高強度ボルトの仕様に記載されています。この熱処理サイクルを一般的な品質要求として扱うのではなく、実際に何を達成するかを理解することは、調達エンジニアがサプライヤーの能力を評価し、重要な接続部の障害を回避するのに役立ちます。

焼き入れでは、クロム、モリブデン、チタンなどの合金元素が鋼の母材に完全に溶解するまで、ボルトを 880 ～ 960°C 以上 (合金組成に応じて) 加熱します。次に、ボルトは液体媒体中で急速に冷却され、微細構造を硬いが脆いマルテンサイト相に固定します。この段階では、ボルトの硬度は最大ですが、応力がかかると亀裂が発生しやすくなり危険です。焼き戻しは直ちに行われます。ボルトは 420 ～ 600°C に再加熱されて内部応力が緩和され、脆いマルテンサイトが微細な焼き戻しソルバイト構造に変換されます。これにより、焼入れ中に達成された高い強度を維持しながら、靭性が回復します。

焼き戻し温度は、強度と靭性の最終的なバランスを決定する重要な変数です。低温環境（北部気候の屋外鉄骨構造物など）で使用されるボルトの場合、焼き戻しにより金属組織検査でグレード 1 ～ 3.5 に評価される微細構造が生成され、氷点下の条件で十分な耐衝撃性が確保されなければなりません。 M20 を超えるねじ径のグレード 8.8 ボルトの場合、ボルトの断面全体にわたって適切な焼入れ性を保証するために、中国の規格に基づいて合金鋼材料と真空焼入れプロトコルが要求されます。

Shanghai Soverchannel Industrial Co., Ltd. とその製造工場である Nantong Jinzhai Hardware Co., Ltd. では、焼き入れと焼き戻しのプロセスが、自動車用ファスナー業界での長年の経験に基づいて構築された全プロセス検査システムに統合されています。この業界では、ボルトの性能要件がほとんどの構造用途よりもおそらく厳しい分野です。自動車グレードのファスナーに適用されるのと同じ冶金学的規律が、8.8 と 10.9 の両方の性能レベルにわたる M12 から M36 まで、当社が製造するすべての鉄骨構造用高強度ボルトに引き継がれています。

ボルト径の選択が鉄骨構造の接合における接合効率に与える影響

正しいボルト直径を指定することは、接続プレートの穴のサイズを単に一致させるだけではなく、ジョイントのせん断耐力、接続された部材の正味断面積、設計荷重を伝達するために必要なボルトの数に直接影響します。実際には、軽工業用鉄骨フレームから長スパン屋根トラスに至るプロジェクトでは、M12 ～ M36 の範囲内であっても、さまざまな直径の選択が必要になります。

• M16とM20 は軽量鉄骨構造の主力製品であり、低層の工業用建物の二次梁接続部、母屋、ブレース、柱ベース プレートなどです。 M20 は、容量と穴あけコストのバランスにより、一次接続の構造規定で指定される最小直径となることがよくあります。
• M22とM24 高層フレームの主梁と柱のモーメント接続、重量クレーンガーダーエンドプレート、およびトランスファー構造など、中規模の範囲をカバーします。 M20 から M22 に変更すると、ボルトあたりのせん断耐力が約 20% 増加し、混雑した接続ゾーンのボルト数を大幅に減らすことができます。
• M27とM30 重工業用プラットフォーム、橋梁アプローチ構造、大スパンのスペースフレームなど、高負荷のシナリオで使用されます。これらの直径では、プリテンションに必要なトルクが大幅に増加するため、現場では工具の選択が物流上のより重要な考慮事項になります。
• M36 標準範囲の上限を表し、通常、アンカー ボルトの用途、非常に重い柱のスプライス、またはアクセスの制約により接合部の形状内に物理的に適合するボルトの数が制限される接続用に予約されています。

見落とされがちな要素の 1 つは、ボルトの直径と部材の厚さの関係です。せん断能力を高めるためにボルトの直径を大きくすると、薄いガセット プレートまたはエンド プレートでパンチングせん断の問題が発生する可能性があり、プレートの厚さを増やすか、ボルト数を増やして小さな直径に戻す必要があります。構造詳細担当者や接続エンジニアは通常、デフォルトで利用可能な最大の直径を設定するのではなく、反復計算を通じてこのトレードオフを最適化します。

高強度構造用ボルトのプレテンション方法: トルク制御、ターンオブナット、およびダイレクト テンション インジケーター

適切なボルトのプリテンションを実現することが、高強度の摩擦タイプの接続と単純なベアリング接続の違いとなります。プリテンションは、接続されたスチール表面間にクランプ力を発生させ、摩擦を生成します。滑りが重要なジョイントで荷重を伝達するのは、ボルトせん断ではなく、この摩擦です。 GB/T 1228 では 3 つの設置方法が認められており、それぞれに異なる品質管理の意味があります。

トルク制御方式

大型六角ボルトに最も広く使用されている方法です。校正されたトルク レンチは、実際の取り付けツールを使用した代表的なボルト アセンブリの毎日のテストから得られた、事前に計算されたトルク値を適用します。トルクとプリテンションの関係は、ねじ山摩擦、ナット面摩擦、および表面潤滑の影響を受けます。そのため、トルク値は、一般的な表から取得するのではなく、その日の作業に予定されている正確なファスナー ロットと工具構成を使用して検証する必要があります。

ターン・オブ・ナット方式

ジョイント内のすべてのボルトは、最初にぴったりと締まる状態まで締められます。これは、標準的なレンチを使用するか、インパクト レンチで数回衝撃を与えると感じる程度の抵抗です。ぴったりと締まった位置から、ナットは指定された角度 (ボルトの長さとグリップの長さに応じて通常は 1/3 から 2/3 回転) 回転します。この方法は摩擦変動の影響を受けにくいため、一部の用途ではトルク制御よりも信頼性が高いと考えられています。ただし、角度測定を正確に行うには、最初のぴったりと密着した位置を明確にマークする必要があります。

ねじれせん断自己指示法 (GB/T 3632)

上記のボルト タイプの比較で述べたように、事前に設計されたせん断溝でのピンテールの破損により、トルク測定や角度回転の追跡を必要とせずに、プリテンションの機械的保証が提供されます。取り付け後の検査は簡単です。ピンテールが損傷していないボルトは正しく締められていません。設置後、非破壊評価またはボルト張力校正チェックを使用した検証テストを、特に地震地帯や動的荷重の影響を受ける構造物における重要な接続部に対して実施する必要があります。

OEM および非標準の高強度ボルトの製造: 標準サイズでは不十分な場合

すべての鉄骨構造の接続をカタログの標準 M20 または M24 ボルトで解決できるわけではありません。レトロフィット プロジェクト、カスタム製作の接続ハードウェア、独自の構造システム、および特殊な産業機器では、GB/T 1228 または GB/T 3632 の寸法範囲外のファスナーが頻繁に要求されます。この場合、OEM および非標準の製造能力が、マーケティング上の主張ではなく、真の差別化要因となります。

Shanghai Soverchannel Industrial Co., Ltd. は、生産拠点である Nantong Jinzhai Hardware Co., Ltd. を通じて鉄骨構造用高強度ボルトの OEM/ODM 製造および工場を運営しています。同社の自動車用ファスナーに関する背景は、ここでは特に関連性があります。自動車業界では、機械的特性の偏差に対する公差がゼロで、複雑な非標準のファスナー形状 (フランジ ヘッド、縮小シャンク セクション、カスタムねじ形状、厳しい寸法公差) が日常的に要求されています。そのエンジニアリングと製造の規律は、構造ファスナーのカスタマイズに直接適用されます。

鋼構造用高力ボルト Shanghai Soverchannel Industrial Co., Ltd. のカスタム機能には以下が含まれます。

• 厚い接続パッケージまたは延長リーチ用途向けの、標準範囲外の非標準シャンク長およびグリップ長
• 特定のジョイント形状要件に合わせたカスタムねじピッチまたは部分ねじ構成
• 特殊な形状の締結部品 - T ボルト、アンカー ロッド アセンブリ、溶接スタッド、複雑な成形部品 - お客様の図面に従って製造
• 硬度検証、引張試験、金属組織検査レポートを含む、非標準品目のフルプロセスの機械的特性認証

非標準の高力ボルトの主な技術要件は、形状の変更に関係なく、材料仕様と熱処理プロトコルを維持する必要があることです。標準以外のシャンク長さであっても、必要な性能レベルに合わせて選択された合金鋼を使用して適切な焼き入れと焼き戻しを行う必要性は変わりません。信頼できる OEM メーカーは、非標準ボルトをハードウェアのバリエーションではなく、エンジニアリング コンポーネントとして扱います。