_継手_とは、延長または増加のために用いる接合をいう。継手は、たとえば利用可能な圧延材の長さや幅が十分でないために必要であり、また組立て時には、搬送される個々の要素の寸法や重量を制限するために必要である。_継ぎ板_とは、継手の断続部を覆う板をいう。その他のすべての接合、特にさまざまな方向のトラス部材や、異なる平面内の梁同士の接合は、_接続部_と呼ばれる。
一般的な継手では、継ぎ板と継手リベットは全力に応じて設計される。したがって、通常の継手では、継手面同士が接触していることは要求されない。
引張および圧縮された棒材(すなわち、主として軸力を受ける真直な部材)の主な適用分野は トラス である。本節の考察では、圧縮材の座屈の危険は考慮しない。まず静的強度について検討する。
引張材における孔の差し引き
耐荷力: 引張部材の応力状態は、穴/開口のために局所的に大きく変化する。比例限度の範囲では、応力分布は弱められた断面に対応する(図 1)。長方形部材における最大縦応力は、A. Henning によれば次のとおりである:
maxσ = σm*[3-(d/b) + 0,8(d/b)2]

図 1 - 穴あき棒における縦応力と横応力 a) A. Henning による;b) M. Rudeloff による
境界の場合 d/b = 0 の非常に幅広いラメラでは、maxσ = 3σm となり、図 1a に示す場合 d/b = 1/3 では maxσ = 2,42 σm となる。縦応力のほかに、横応力およびせん断応力も存在する。最大応力は孔の周囲に生じる。そこで最初の永久変形が現れ、すなわち応力のピークが解消され、断面全体で 応力の均等化 が生じる。孔周辺の顕著な永久変形は、弱化断面における平均応力 σm が降伏限界 σFO を超えたときに初めて現れる。棒全体の伸びは SF = Fm * σF のときでも、孔のない棒の場合よりわずかに大きいだけである。(Fm は最弱断面の面積)
リベット接合棒の引張試験では、破断は常に弱化した断面で生じる。通常の条件では、破断荷重は十分な精度で SB = Fn * σB である。開孔を有する引張棒の破断試験では、図 2 に示すような 破断形態 が示された。

図 2 - 引張棒の破断形態
リベット接合の試験では、1列のリベットをもつ継手よりも、複数列のリベットが連続して並ぶ継手のほうが抵抗が小さいことが示されました。これにより、有効断面における破断時の平均応力 σB は次のとおりでした。

引張部材の寸法決定手順: 通常の計算方法によれば、平均引張応力については σm = S/Fm ≤ 許容σ が成立しなければならず、これはすべての支配断面 Fm において同様である。穴による減算は、最も多くの穴を持つ正断面について求めるが、折れ曲がった断面で穴が多い場合のほうが Fm が小さくなることもある(図 2)。この意味で、圧延形材では Fm は展開長さを用いて算定する。複合断面でも同様に扱う。
Fm/F の比は通常 0,8 と 0,9 の間にあり、すなわち孔による減少 ΔF = F – Fm は棒の全断面 F の 10% から 20% を占める。大規模構造物では ΔF が重量に大きく影響するため、孔の減少が小さい断面を見つける価値がある。
変形: отверстия のある引張材の弾性伸びは、比較可能な無孔材の引張材よりもわずかに大きい程度である。継手全体の伸びは、継ぎ足されたラメラの伸びとほぼ同じである。したがって、鋼構造物の変形計算には、弱められていない材の E および F の値による弾性伸びを求めれば十分である。降伏に対する安全性は、断面欠損のある材の方が、たとえば圧縮材よりも大きい。
リベットにおける力の分布

図3
棒材における力 S が個々の継手リベットへどのように分配されるかは、その弾性特性に依存し、これは「静定不定」である。図 3 の場合、分布 N1, N2, … はリベットおよび接合板の変形に依存し、Fpodvezice/Fštapa の比に応じて変化する。Fpodvezice ≠ Fštapa のとき、リベット内の端部力はもはや等しくなくなる(図 50a)。Fpodvezice/Fštapa の比が低下すると Nn は小さくなり、N1 は S に近づく。厚さが大きく異なるラメラの接合(図 4b)は、最初のリベットの過負荷のため適切ではない。

図 4 - Fštap > Fpodvezice の場合のリベットの荷重
リブと押さえ材は剛体で、 リベットだけが弾性である(図 5a)。すると、すべてのリベットは同じだけ曲げられ、リベットに生じる力はすべて等しくなければならない。
リベットは剛、 ただしラメラとタイバーのみが弾性(図 5b)。最初と最後のリベットの間の棒およびタイバーの伸びが等しくなければならないので、N2 = N3 = … = Nn-1 = 0 が成り立ち、ただし N1 = S * x1 を除く。

図5
実際の力の分布は、これらの境界的場合の中間にある。荷重が増加すると、まず端部のリベットに永久変形が生じ、最も強く荷重を受けているリベットは荷重が解放され、力の分布は次第により均一になる。より大きな変形が生じた後は、力の分布は、ラメラとタイバーが剛である場合、すなわちリベット内の力がほぼすべて等しい場合に近づく。これは、リベットのせん断が支配的な場合である。
破断時荷重: リベットのかしめ方法は、τBV にほとんど影響しない。接合部のせん断強度 τBV は、リベット数、その配置、接合形状に実質的に依存せず、破断時荷重は良好な近似で全リベットの一様荷重に対応する。なお、同じことは通常のボルト接合にも当てはまり、したがって滑り抵抗は耐力に本質的な影響を及ぼさないと結論できる。
寸法決定: 鋼構造および中心荷重を受ける部材では、均等分担、すなわち各リベットごとに N = S/n として計算する。長い継手では最初のリベットがすでに早期に過大荷重となるため、6個を超えてリベットを連続して並べることは、可能な限り避ける。
すべりに対する抵抗:継手におけるすべりは、比較的小さな荷重ですでに生じる。すべりに対する抵抗は、主として締付力に依存し、これは多くの影響を受けて変化する。これはリベット接合および従来のボルト接合の設計では無視される。高力ボルト接合が注目される。
リベット内の力の幅方向分布: リベット間隔が力の方向に対して垂直に等しい場合(図 6a)、各リベットには等幅の断面帯 a が割り当てられるため、一次近似ではリベット内の力 N = a t σ は等しくなります。リベット間隔が不均一な場合の分布は静定ではありません。図 6b の場合、それはてこの原理に従って行われます。

図6
引張材
続き: 対称タイロッドによる継ぎ足し(図3および4)。継ぎ足し部における棒の力 S は、タイロッドのみが負担しなければなりません。継ぎ足し部のリベットも S に基づいて同様に寸法を定める必要があります。なぜなら、それらは継がれた棒の全荷重をタイロッドへ伝達しなければならないからです。
片側添え板付き継手では、接合された板、添え板およびリベットに大きな追加曲げ応力が生じる。片側被覆の継手は、変形が大きいため、棒が曲げに対して剛である場合、または側方で拘束されていて曲がり得ない場合にのみ適用される(図 7)。

図7
中間継手 – 連結された板の上にバンドが直接載せられない場合、リベットと板にはかなり大きな曲げ応力が生じる。したがって、中間層の数_m_に応じて、継手を直接重ねる場合のリベット数_n_よりも多いリベット数_n’_を選定する。

図 8
複合断面では、局所的な応力集中を避けるように押さえ材を配置する。そのため、各押さえ材の面積は、それが覆う断面部分の面積に応じて定め、できるだけ重心位置を維持する。これから外れる押さえ材面積の配分は、応力分布の変化と関係している。図 9 には単壁部材の継ぎ手、図 10 には 4 枚の縦板と、山形鋼の間に1枚の面板を持つ二分割部材が示されている。

図 9

図10
接合: 引張部材の接合については、基本的には継ぎ足しと同じ関係が成り立つ。試験により、力を対称に導入することの大きな利点が示されている。一側接合では、縦方向および横方向に大きな曲げが生じる(図 11)。かなりの追加曲げ応力があるにもかかわらず、一側接合されたL部材およびC部材はほぼ完全に活用できる。追加曲げモーメントを均等化する措置が講じられていない場合、1つの接合部の耐力は半減し得る。

図11
継手を被覆するためにガセット板を用いてはならず、そのためには特別な添え板を設けなければならない。棒断面の大部分がガセット板の平面内に入る場合、ガセット板への接続は容易になる。

図 12 - 接続金具ありおよびなしの接合部
圧縮材
圧縮材の継ぎおよび接合には、引張材の場合と同じ原則が適用され、ここでも全体の力はリベットおよび継ぎ板によって伝達される。すなわち、材の全断面積 F に対して F継ぎ板 および Fs、すなわち Fl を設計する。原則として、継ぎ部の面はぴったり合っていない。建築鉄骨構造では、複数階を貫通し、圧縮のみを受ける柱について、継ぎ部の重なりを小さくして通す方法が用いられる。圧縮材の耐荷能力は、先に不安定化が起こらない限り、遅くとも降伏限界に達した時点で尽きる。というのも、そのとき大きな変形が生じ、材は横座屈するからである。リベットで埋められた孔は、このとき材の挙動に確認できるほどの影響を与えない。
リベット接合の疲労強度
リベット接合の疲労強度においては、まず穴に生じる応力集中が支配的である。疲労強度は穴そのものによってすでに著しく低下する。開孔のある棒は、引張疲労試験で弱められた断面で破断し、この疲労破壊は穴縁のき裂から始まり、そのき裂は断面を通って絶えずさらに広がっていく。したがって、滑らかな穴がとりわけ重要である。図 13 には、異なる鋼種における平板棒の疲労強度が示されている(右側ほど鋼の等級が高い)。より大きな予備荷重 σu では、両材料とも降伏点を上回る疲労強度 σDz に耐える。応力振幅は両等級でほぼ同じである。

図 13 - 疲労強度 σDz
引張と圧縮が交互に作用するリベット接合の荷重に対しては、基本的に一方向荷重の場合と同様の関係が成り立つ。注目すべきは、交番荷重では応力振幅が約 1,5 倍大きく(図 14)、しかもこの荷重下ではリベットが一方向荷重の場合よりも明らかに大きく損傷を受けることである。

図 14 - リベット接合の引張疲労強度