ボルト重量表と強度等級：知っておくべきことすべて

ボルトの理論的な重量は、ナットの有無も含めて、分割されたアプローチで計算することができます。

ボルト理論重量表

ボルト強度等級の決定方法

普通ボルトはA級、B級（精ボルト）、C級（荒ボルト）に分けられる。

等級AとBのボルトには等級5.6と8.8の鋼が使われ、等級Cのボルトには等級4.6と4.8の鋼が使われる。高強度ボルトには、グレード8.8と10.9の鋼材が使用される。例えば、グレード10.9の場合、10はボルトの引張強さの限界値を示しています。 鋼材 はfu=1000N/mm²であり、0.9は鋼材の降伏強度がfy=0.9fuであることを示す。他のモデルもこの慣例に従っている。アンカーボルトは Q235 またはQ345鋼。

グレードAとBのボルト（精製ボルト）は、ビレットを圧延して作られる。ボルト棒の表面は平滑で、寸法は正確で、ボルト穴は金型を使って開けられるか、あるいはまず個々の部品に小さな穴を開けてから、組み立てられた部品に設計通りの直径に開け直される（クラスI穴と呼ばれる）。ボルトの直径と穴の間の隙間は非常に小さく、約0.3mmしか許さないため、せん断強度と引張強度を得るためには、取り付けの際に優しくハンマーで叩く必要がある。

しかし、グレードAとBのボルト（精製ボルト）の製造と取り付けには、労力とコストがかかる。鋼構造物では、重要な取り付け節点や、動的な力によるせん断荷重と引張荷重の両方に耐えるボルト接合部にのみ使用される。

グレードCのボルト（荒ボルト）は、丸鋼をプレスして作られる。表面は粗く、寸法精度は低い。ボルト穴は一度に開けるか、金型を使わずに開ける（Ⅱ種穴）ため、穴径はボルト径より1～2mm大きい。このため、せん断力を受けるとせん断変形が大きくなり、個々のボルトが穴壁に接触して過大な内力を受け、早期に破損することがある。

C級ボルト（荒ボルト）は、製造が簡単でコストが安いため、さまざまな鉄骨構造プロジェクトで一般的に使用されており、特にボルト軸方向に引張力を負担する接合部、着脱可能な接合部、仮固定部品に適している。

大きなせん断力がかかる接合部では、ボルトの引張強さの利点を生かすため、せん断力を支えるためにサポートやその他の構造的手段が使われる。

グレードCのボルトは、せん断継手として、静的または間接的な動的荷重を受ける二次継手にも使用できる。

ステンレス鋼高強度ボルト

ステンレス鋼の高強度ボルトは、空気、蒸気、水、その他の弱い腐食媒体と酸、アルカリ、塩による腐食に対して高い強度と耐食性を持っています。腐食、孔食、錆び、摩耗の心配がありません。

ステンレス鋼はまた、建設に使用される最も強靭な材料のひとつです。その優れた耐食性により、エンジニアリング設計における構造部品の永続的な完全性を保証します。

鉄骨構造 接続ボルト 成績等級は3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9の10等級以上に分かれている。

グレード8.8以上のボルトは低炭素材でできている。 合金鋼 または中炭素鋼に熱処理（焼入れ、焼戻し）を施したもので、一般に高力ボルトと呼ばれ、それ以外は普通ボルトと呼ばれる。

ボルトの性能等級表示は、公称引張強さと降伏強さの比率を示す2つの数字で構成されています。 ボルト材料.

高張力ボルトは、高張力鋼、または大きな予張力を必要とするボルトで作られています。橋梁、鉄道、高圧・超高圧機器の接合部などに広く使用されている。これらのボルトは、脆性破壊により破損することが多い。

超高圧装置に使用される高強度ボルトは、容器の密閉性を確保するために大きなプレストレスを加える必要があります。

高力ボルトに関するいくつかの概念：1.性能等級が8.8以上のボルトは高力ボルトと呼ばれる。現在の国家規格ではM39までしか記載されておらず、それ以上のサイズ、特に直径の10～15%倍以上の長さについては、国内生産はまだ限られている。

高張力ボルトと普通ボルトの違い

高力ボルトは通常のボルトと異なり、同じ仕様の標準ボルトよりも大きな荷重に耐えることができる。通常のボルトは、Q235（A3）鋼で作られています。高力ボルトは、35#鋼などの高品質な材料を使用し、熱処理を施して強度を高めたものです。主な違いは材料強度にあります。

原材料から見ると、高強度ボルトは高強度材料から作られている。高強度ボルトのねじ、ナット、座金はすべて高強度鋼で作られており、一般的には45#鋼、40ホウ素鋼、20マンガン鋼が使用されています。 チタン ボロン鋼、35CrMoAなど。通常のボルトは、通常Q235（旧A3相当）鋼から作られる。

強度等級に関しては、最近使用されるようになってきた高強度ボルトには、通常8.8sと10.9sの等級があり、10.9の方が一般的である。普通のボルトの強度等級は低く、一般的に4.4、4.8、5.6、8.8である。

耐力特性については、高力ボルトは予張力を加え、摩擦によって外力を伝達する。通常のボルト接合は、ボルトロッドのせん断抵抗と穴の壁圧に頼ってせん断力を伝達する。ナットを締めるときに発生する予張力はごくわずかであり、無視できると考えられる。

対照的に、高強度ボルトは、その高い材料強度とは別に、かなりの予張力が加えられ、連結された部品間に圧縮力が生じます。このため、ボルト軸に垂直な方向に大きな摩擦が生じます。予張力、すべり抵抗係数、そして 鋼種 材料は、高強度ボルトの耐荷重に直接影響する。

耐力特性に基づき、ベアリングタイプと摩擦タイプに分けられる。どちらのタイプも計算方法が異なる。高力ボルトの最小規格はM12で、一般に使用されるサイズはM16からM30まであり、超大型ボルトの性能は不安定で、設計には慎重な配慮が必要である。

高力ボルトにおける摩擦型とベアリング型の接合部の違い：

高強度ボルト接合は、ボルトシャフト内に大きな予張力を発生させ、摩擦を発生させることで、接続されたプレートを強固にクランプし、接合部の全体的な完全性と剛性を高めます。せん断力を受けると、摩擦タイプの高強度ボルト接合とベアリングタイプの高強度ボルト接合に分けられ、その限界状態は基本的に異なります。

同じボルトタイプであっても、その計算方法、要求事項、適用範囲は大きく異なります。耐せん断設計では、摩擦式高力ボルト接合部の限界状態は、プレートの接触面間にボルトの締め付け力によって与えられる可能な最大の摩擦力であり、使用期間を通じて外部せん断力がこの最大の摩擦力を超えないことを保証する。

板材は相対的なすべり変形を起こさず（ボルト軸と穴の元の隙間を維持）、連結された板材は全体として弾性力を受ける。ベアリングタイプの高強度ボルト接合では、せん断外力が最大摩擦力を超えることが許容され、ボルト軸が穴壁に接触するまで、連結されたプレート間に相対的なすべり変形が生じる。

その後、ボルトシャフトの剪断、穴壁への圧力、プレート表面間の摩擦を通して、接続部は力を伝達し、接続部の最終的な剪断破壊は、ボルトシャフトの剪断か穴壁への圧力のどちらかである。

まとめると、摩擦型高力ボルトと支承型高力ボルトは、基本的には同じボルトであり、設計において滑りを考慮するかどうかが異なるだけである。摩擦タイプの高力ボルトは、すべらないことが要求され、せん断力に耐えることができず、すべりは設計上の失敗とみなされ、技術的に成熟したアプローチである。ベアリングタイプの高力ボルトは、すべることができ、せん断力にも耐えるが、最終的な破壊は通常のボルトと同様である（ボルトのせん断またはボルトの圧縮のいずれか）。 鋼板).

使い方という点では： 建築物の主要構造部材のボルト接合には、一般に高力ボルトが使用される。通常のボルトは再利用が可能であるが、高力ボルトは再利用が不可能であり、一般的に永久接合に使用される。

高力ボルトはプレストレストボルトである。摩擦型ではトルクレンチで所定のプレテンションをかけ、ベアリング型ではスプラインをせん断する。普通のボルトは、せん断抵抗が劣るため、それほど重要でない構造部分に使用でき、締め付けるだけでよい。普通ボルトは、一般に等級4.4、4.8、5.6、8.8である。高力ボルトは、8.8級と10.9級が一般的で、10.9級がより普及している。

グレード8.8と8.8Sは同等です。普通ボルトと高力ボルトでは、耐力性能と計算方法が異なります。高力ボルトは、主として内部の予張力Pによって力を負担し、連結部品の接触面に摩擦抵抗を生じさせて外力荷重に耐えるが、普通ボルトは直接外力荷重を負担する。

もっと具体的に言えば 高強度ボルト接合は、構造が簡単で、耐力性能に優れ、交換が可能で、耐疲労性があり、動的荷重下で緩みにくいなどの利点があり、有望な接合方法となっている。

高強度ボルトは特殊なレンチで締め付けられ、大きく制御されたプレテンションが発生する。この予張力は、ナットとワッシャを介して伝達され、連結部品に同等の予圧縮力を発生させます。この予圧縮力の下で、連結部品の表面に沿って大きな摩擦が発生します。

軸力がこの摩擦力より小さい限り、部品は滑らず、接続は無傷のままです。これが、高強度ボルト接続の原理です。

高強度ボルト接続は、接続部品の接触面間の摩擦によって滑りを防止する。十分な摩擦を確保するためには、ボルトの強度を上げる必要があります。 締め付け 部品間の力を高め、接触面の摩擦係数を高める。

部品間のクランプ力は、ボルトにプレテンションをかけることで達成されるため、ボルトに高強度鋼を使用する必要があり、そのため "高強度ボルト接続 "と呼ばれている。

高強度ボルト接合では、摩擦係数が耐荷重に大きく影響する。実験によると、摩擦係数は主に接触面の性質と部品の材質に影響される。

接触面の摩擦係数を高めるために、多くの場合、サンドブラストやワイヤーブラシのような方法で接続部内の接触面を処理する。

高力ボルトには、摩擦タイプとベアリングタイプの2種類があります。摩擦タイプの高力ボルトの設計基準は、設計荷重によるせん断力が摩擦力を超えないことです。ベアリングタイプの高力ボルトは、ボルト軸がせん断されたり、プレートが押しつぶされたりしないことが基準です。

ステンレス鋼高力ボルトの耐食性

ステンレス鋼の高力ボルトは、その耐食性で知られています。

すべての金属は大気中の酸素と反応し、表面に酸化皮膜を形成する。残念なことに、通常の炭素鋼に形成された酸化鉄は酸化し続け、錆を膨張させ、最終的には穴を開けてしまう。炭素鋼の表面は、塗装や電気メッキによる耐酸化性金属（亜鉛、ニッケル、クロムなど）で保護することができる。しかし、一般的に知られているように、この保護層は薄い膜に過ぎない。保護層が損傷すると、その下の鋼鉄が錆び始める。

ステンレス鋼の耐食性はクロムに依存する。しかし、クロムは鋼の成分であるため、保護方法が異なる。クロム含有量が11.7%以上になると、鋼の耐大気腐食性は著しく向上する。

クロムの含有量が高いほど耐食性は向上するが、その効果はあまり顕著ではない。これは、鋼にクロムを合金化することで、純クロム金属に形成される酸化物と同様に、表面酸化物の種類が変化するためである。この強固に付着したクロムリッチな酸化物は、さらなる酸化から表面を保護する。この酸化層は非常に薄いため、鋼本来の光沢が輝き、ステンレス鋼の特徴的な外観を生み出しています。

さらに、表面層が損傷した場合、露出した鋼鉄の表面は大気と反応して自己修復し、この「受動的な」酸化皮膜を再形成し、保護の役割を継続する。したがって、すべてのステンレス スチールエレメント クロム含有量が10.5%以上という共通点がある。

ねじとボルトの性能等級の意味

鋼構造物接合用ねじ・ボルトの性能等級は、3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9の10段階以上に分かれている。

等級8.8以上のボルトは、低炭素合金鋼または中炭素鋼から作られ、熱処理(焼き入れと焼き戻し)、一般に高力ボルトと呼ばれている。それ以外は一般に普通ボルトと呼ばれる。

ボルトの性能等級は、ボルト材料の公称引張強さと降伏強度比を示す2つの数字で示されます。例えば

グレード4.6のボルトの場合：

1. ボルト材料の公称引張強度は400MPa；
2. ボルト材料の降伏強度比は0.6；
3. ボルト材料の公称降伏強度は400×0.6＝240MPaである。

グレード10.9の高強度ボルトの場合、熱処理後、それは達することができる：

1. 公称引張強度は1000MPa；
2. 降伏強度比0.9；
3. 公称降伏強度は1000×0.9=900MPa。

ボルトの性能等級の意味は、国際的に標準化された基準です。同じ性能等級のボルトであれば、材質や産地に関係なく同じ性能を持っており、設計においては性能等級だけで選択すれば十分です。

8.8や10.9といった強度等級は、ボルトのせん断応力に対する抵抗力を示しており、それぞれ8.8 GPaと10.9 GPaで測定される。

• グレード8.8の公称引張強さは800N/mm²、公称降伏強さは640N/mm²である。
• 一般にボルトは "X.Y "で表記される。100 はボルトの引張強さ（MPa）に等しく、X100*(Y/10)はボルトの降伏強さに等しい（降伏強さ/引張強さ＝Y/10だから）。

例えば、グレード4.8のボルト：

• 引張強度は400MPa；
• 降伏強度は400*8/10=320MPa。

さらに、ステンレス鋼ボルトは、A4-70、A2-70などと表記されることが多いが、その意味は異なる。

計測単位について：世界では、長さを測るのに主に2つのシステムが使われている。一つはメートル（m）、センチメートル（cm）、ミリメートル（mm）などを使うメートル法で、ヨーロッパ、中国、日本、その他東南アジア地域で広く使われている。もう1つは、中国の旧市場であるインチに相当するインチ（inch）を使用するメートル法で、アメリカやイギリスなどの欧米諸国で主に使用されている。

• メートル法：（10進法）1メートル＝100センチメートル＝1000ミリメートル
• インペリアル測定：（8進法）1インチ＝8分の1インチ、1インチ＝25.4mm、3/8インチ×25.4＝9.52mm
• 1/4インチ以下の製品については、サイズはゲージ番号で示される：#4、#5、#6、#7、#8、#10、#12。

スレッドの種類と特徴

スレッドの種類

スレッドは、固体の外面または内面に見られるらせん構造の一形態で、均一ならせん状の隆起を特徴とする。その構造的特徴や用途から、主に3つのタイプに分類される：

1. 普通の糸:三角形の歯形をしており、部品の接続や締結に使用される。並目ねじと細目ねじに分けられ、細目ねじの方が接続強度が高い。
2. トランスミッション:台形、長方形、のこぎり歯、三角形など、さまざまな歯形がある。
3. シーリングスレッド:パイプねじ、テーパーねじ、テーパー管ねじなどがある。

ねじ適合等級

ねじのはめあいとは、かみ合うねじ山同士が、どれだけゆるく、あるいはきつくかみ合うかを意味する。はめあい等級は、内ねじと外ねじに適用される偏差と公差の組み合わせによって決まります。

(1) 統一スレッド規格：

外ねじには1A、2A、3Aの3つの等級がある。内ねじには、1B、2B、3Bの3等級がある。これらはすべてクリアランス・フィットであり、等級番号が高いほど、よりタイトなフィットを示す。

ユニファイねじでは、偏差は1Aと2A等級にのみ規定されている。3A等級は偏差がゼロで、1Aと2Aの等級偏差は等しくなります。等級番号が大きいほど、許容差は小さくなります。

• 等級1Aと1Bは、非常に緩い公差レベルで、内ねじと外ねじの両方のすきまばめに適しています。
• グレード2Aおよび2Bは、以下の用途で最も一般的に使用されるねじの許容範囲です。 メカニカルファスナー ユニファイド・シリーズ
• グレード3Aおよび3Bは、最も厳しいはめあいを提供し、重要な安全設計で使用される公差の厳しいファスナーに適しています。
• 外ねじの場合、1Aと2A等級にははめあい公差があるが、3Aにはない。1Aの許容差は2Aより50%大きく、3Aより75%大きい。内ねじでは、2Bの公差は2Aより30%大きく、1Bは2Bより50%大きく、3Bより75%大きい。

(2) メートルねじ:

外ねじには3つの等級がある：4H、6H、6G。内ねじには5H、6H、7Hの3等級がある。(日本の標準ねじの精度等級は、I、II、IIIのレベルに分けられ、IIが最も一般的である）。メートルねじでは、Hとhの基本偏差はゼロです。Gの基本偏差はプラスで、e、f、gの基本偏差はマイナスです。

• Hは、内ねじに一般的に使用される公差位置で、通常、表面コーティングなし、または極薄のリン酸メッキ層で使用される。Gの基本偏差は、厚いメッキのような特別な場合に使われるもので、めったに使われることはない。
• gは6～9umの薄いコーティングによく使われる。例えば、製品図面に6hのボルトが指定されている場合、メッキ前のネジ山には6gの公差帯が使用されます。
• 最良のねじ適合は、通常H/g、H/h、G/hの組み合わせである。ボルトやナットのような精密ファスナーでは、6H/6gの適合が標準的に推奨されている。

(3) スレッドマーキング

• セルフタッピングねじとセルフドリルねじの主な幾何学的パラメータ：
• 長径／外径（d1）：ねじ山の山頂が一致する仮想の円筒の直径。実質的にねじ山の公称直径を表す。
• 小径／ルート径（d2）：ねじ山の根元が一致する仮想の円柱の直径。
• ピッチ（p）：ピッチ線に沿って隣接するねじ山の対応する点間の軸方向距離。インペリアル法では、1インチ（25.4mm）あたりのねじ山数で示される。

以下は、ピッチ（メートル法）とねじ山数（インペリアル法）の一般的な仕様である：

• メートルセルフタッピングスレッド：

仕様St 1.5、St 1.9、St 2.2、St 2.6、St 2.9、St 3.3、St 3.5、St 3.9、St 4.2、St 4.8、St 5.5、St 6.3、St 8.0、St 9.5

ピッチ0.5, 0.6, 0.8, 0.9, 1.1, 1.3, 1.3, 1.3, 1.4, 1.6, 1.8, 1.8, 2.1, 2.1

• インペリアルセルフタッピングスレッド：

仕様#4、#5、#6、#7、#8、#10、#12、#14

糸の本数AB糸 24、20、20、19、18、16、14、14；A糸 24、20、18、16、15、12、11、10