ボルトの強度について

質問

引張り荷重を受けるボルト強度について質問です。

適正締付トルクで締付けたボルトで引張荷重（外力）を持たせる場合、
どこまでの荷重を負荷できるでしょうか？
考え方を教えて下さい。

以下のように考えていますが、あっていますでしょうか？

　ボルトで負荷出来る引張荷重＝降伏荷重－初期締付力(適正締付トルクでの軸力）

　（例）
　M10のボルト(強度区分12.9　降伏荷重6496N）を締付軸力4547Nで締付けます。
　⇒　ボルトで負荷出来る引張荷重＝降伏荷重6496N－締付軸力4547N
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝1949N

　安全率を5とすると、許容荷重は1949N÷5＝389N

ご存知の方がいましたら、よろしくお願いします。

回答No.2

foomufoomu

許容荷重に締め付け軸力を考慮する必要はありません。

ボルトに少しずつ引っ張り荷重をかけた場合、
締め付け軸力より小さい荷重の場合は、ボルトの軸の伸びに変化がありません。締め付け軸力までは、ボルトにかかる荷重に変化がないことになります。

締め付け軸力より、わずかに大きな荷重になると、ボルトが伸び始めます。

さらに大きな荷重になると、さらにボルトが伸びて、ボルトと固定している材の間に隙間ができます。この状態では、初めの締め付け軸力に関係なく、外部の荷重だけによってボルトが伸びていると考えればよいです。

お礼

ご回答ありがとうございます。

回答No.1

garasunoringo

ボルトのネジ山の谷の部分での断面積と、ボルトの材質の単位面積あたりの引っ張り強度との積

あるいは、ボルトが刺さっているネジ山部分だけの断面積のせんだん応力

どちらか弱い方

安全率は、どのようなところに使われるかで色々

補足

ご回答ありがとうございます。

数値の間違いと説明が不足しておりました。
すいません。
ボルト緒元値を訂正します。
強度区分１２．９のボルトで
　降伏荷重　誤）６４９６N　⇒　正）６３６６１N
　締付軸力　誤）４５４７N　⇒　正）４４５６１N

おっしゃる通りボルトの強度は引張荷重を谷径の断面積で割り、
引張応力から評価しています。
ただし引張荷重の考え方で締付けによる軸力を考慮に入れるかが問題です。

例えば天井にボルト(M１０）を適正トルクで締付けます。
　・ボルト断面積 ５８ｍｍ＾2
　・強度区分１２．９のボルトの降伏応力
　　６３６６１N÷５８ｍｍ＾2＝１０９８N/ｍｍ＾2
　　　　　　　　　　　　　　　　　（引張強さ１２２０N/ｍｍ＾2の９０％）
　・安全率５とすると許容応力は
　　許容応力＝１０９８N/ｍｍ＾2÷５＝２１９．６N/ｍｍ＾2

(1)重り荷重のみで計算した場合
仮に、これに１００００Nの重りを吊るしたとします。
よく見る計算方法は

　吊り荷重１００００N÷断面積 ５８ｍｍ＾2
　　　　　＝１７２．４N/ｍｍ＾2　＜許容応力 ２１９．６N/ｍｍ＾2

になり、このボルトの強度は問題ないことになります。

(2)締付軸力も考慮した場合
しかし、締付でボルト自体に締付軸力４４５６１Nが発生しています。
同様に重りを吊るしたとすると引張荷重は

　締付軸力４４５６１N＋吊り荷重１００００N＝５４５６１N

　引張荷重５４５６１N÷断面積 ５８ｍｍ＾2
　　　　　＝９４０．７N/ｍｍ＾2　＞許容応力 ２１９．６N/ｍｍ＾2

となり、このボルトはもたないことになります。

ボルトの強度計算をする際、締付軸力も考慮に入れるものなのかが
不明です。
ボルトに掛かる荷重の性質から考えると考慮すべきと思いますが、
よく見る計算方法ではこれが考慮されていません。

ご存知の方は教えて下さい。