本プロジェクトは、構造物の種類および区間の長さに基づいて複数のパッケージに分割されています。MAHSR路線は、一部の地点で既存の鉄道路線および国道を横断しています。これらの横断部は特別橋梁として設計されています。

アーメダバードからヴァドーダラー間には合計5橋の特別橋梁があり、P1Cという独立したパッケージとして発注されました。橋梁の詳細は以下のとおりです。

表1：パッケージP1Cにおける橋梁一覧

本ケーススタディでは、TTHSBの製造に使用された材料、機械的特性、施工手順、利点、およびMAHSRプロジェクトにおける適用について説明します。

TTHSB（トルシア型高力ボルト）は、ボルトのねじ部側（すなわちナット側またはスプライン側）のみで完結する締付け作業によって、軸力を導入（予張力付与）することが可能な高規格ボルトの一種です。したがって、TTHSBは通常、六角頭ではなく丸頭である点、およびスプライン（剪断部）を備えている点によって識別されます。TTHSBのS10Tグレードは、鋼構造物の接合部に使用される、高強度（強度区分10.9）かつ高延性（伸び率14%）の摩擦接合用ボルトです。他の種類の摩擦接合用ボルトと比較した際の最大の利点は、ボルトへの軸力導入（予張力付与）が容易であるという点にあります。

締結部材の組立体を図(1)に示す。予張力（プレロード）の付与は、電気式シャーレンチを用いて、ボルトのねじ部側、すなわちナット側またはスプライン側において行われる。他方の端部にあるTTHSB（トルシア形高力ボルト）の頭部は、一般的なボルトに見られる六角頭とは異なり円形をしており、この点がTTHSBの外観を極めて特徴的なものとしている。

ボルト接合の大部分は、荷重を「せん断」によって伝達します。すなわち、ボルト軸が伝達すべき荷重の方向に対して直交する配置となります。設計者が直面する重要な選択の一つは、その接合部において、接合部材間の滑りを許容するか、あるいは阻止するかという点です。

軸力を導入しない（非予張力）ボルト接合の構成においては、作用する荷重は、ボルト軸部内部のせん断作用、およびボルト軸部と被接合部材との間の支圧作用を通じて伝達されます。この伝達メカニズムが有効に機能するためには、図(2)に示されるように、被接合部材間に相対的な滑り（ずれ）が生じることが必要となります。非予張力ボルト接合の利点としては、ボルトの締付けを最小限にとどめることができる点や、塗装作業の際に接合面（部材間の接触面）をマスキング（養生）する必要がない点などが挙げられます。しかしながら、このような滑りの発生が許容できないとされるケースも存在します。

一般に「摩擦接合」と呼ばれる予張力ボルト接合は、独特な方法で力を伝達します。図(3)にTTHSB（高力六角ボルト）を用いた接合の例が示されているように、荷重は接合部材の接触面間に生じる摩擦抵抗を介して伝達されます。この接触面は、「インターフェース」または「接合面（faying surface）」と呼ばれます。摩擦抵抗は、予張力導入時にボルトへ大きな引張力を与えることで確立され、これにより部材同士が効果的に圧縮固定されることになります。

TTHSBボルトは国内で2回目の使用（1回目はMTHLプロジェクト）であり、そのため品質管理は大きな課題でした。テンションコントロールボルトの製造は国内では定期的に行われていません。製造業者、原材料および完成品の選定にあたっては、以下の基準が適用されました。

図4：TTHSBの検査試験計画

図5：S10TグレードのフルサイズTCBにおける最小破断荷重

軸方向引張力に関する予備試験は、1日に使用される各製造ロットから無作為に抽出された5組のボルトセットに対して実施されました。締付け時の平均軸方向引張力は、以下の表に適合しなければなりません。

本装置は、現場においてサンプルの軸方向張力を確認するために使用されます。本装置は現場の適切な梁であればどこにでも設置可能であり、その日に現場で使用されるロットの中から、様々なサイズのサンプルを採取して試験を行います。

プレロード作業を開始する前に、接合部が適切に嵌合・組み立てられていること、および接合部のすべてのボルトが十分に密着するまで締め付けられていることを確認してください。

1.    図(8)に示すように、インナーソケットをボルトのスプライン部に、アウターソケットをナットにそれぞれ被せます。レンチの電源を投入してください。レンチはアウターソケットを介してナットにトルクを加え、同時にインナーソケットを介してボルトのスプライン部で反力を受けます。これによりナットのみが回転し、ボルトは回転しません。トルクが十分に高いレベルに達すると、ボルトのスプライン部はブレークネック（または溝部）において破断します。

2.スプラインが破断したら、アウターソケットがナットから外れるまでレンチを引き戻してください。ボルトのスプラインはインナーソケットによって保持されていますが、レンチのハンドルにある小さなトリガーを操作することで排出・廃棄することができます。ボルトの点検（締め付け直後、あるいは将来的な確認時）は、スプラインが確実に破断しているかどうかを確認するだけで十分です。

ガーダーの組み立てにおいて、二次的に生じる応力を最小限に抑えるため、ボルトは特定の順序に従って締め付ける必要があります。一般的に採用される順序は「中央から外側へ」というものであり、まず中央の節点（ノード）に位置する接合部を締め付け、その後、その中央節点の両隣にある節点の接合部を順次締め付けていきます。この手順は、ガーダーの端部にある節点の締め付けが完了するまで繰り返されます。各スプライスプレート（継手板）の締め付けにおいても同様の順序が適用され、ここでもやはり中央のボルトが最初に締め付けられます。図(12)および図(13)に、この順次締め付けの手順を示します。

第1段階の締め付け（スナグタイト）完了後、ワッシャー、ナット、およびボルトを横切るように、白いマーカーを用いて直線状の印を付けます。この印は、第2段階の締め付け完了後に、ボルトが適切に締め付けられているかを確認するために使用されます。

上図に示されているように、マーキングされたボルトはパワーレンチを使用して締め付けられます。締付け後の理想的な状態は、ナットのみが回転することです。ボルトまたはワッシャーが元の位置から回転することは望ましくなく、これはTTHSBが不適切または不十分に締め付けられていることを示しています。TTHSBを正しく確実に締め付けるために、以下の事項を遵守する必要があります。

• 最終締付け作業を開始する前に、すべての接触面を十分に清掃すること。

• ワッシャーを正しく取り付け、ワッシャーと鋼板表面との間に適切な接触面積を確保すること。

• 各スプライスプレートにおいて、規定された締付け順序を厳守すること。

• 雨天時の締付け作業は避けること。やむを得ず実施する場合は、作業エリア全体を覆う適切な屋根（シェッド）を設置すること。

いかなる場合でも、TTHSBの滑り（スリップ）を防止しなければなりません。TTHSBが滑った場合、供用期間中に設計荷重を十分に負担することができなくなるためです。

要約すると、TTHSB（トルシア型高力ボルト）は、様々な用途において優れた締結ソリューションとして際立っています。強力な初期張力（プレロード）がかかるため、構造全体にわたって張力が均一に分散されます。また、締付け時にねじり剪断力が生じないため、ボルトの緩み（応力緩和）が発生しません。その設計は比類のない使いやすさを実現しており、施工プロセスを簡素化し、施工ミスの可能性を低減します。TTHSBは品質管理における目視検査を容易にします。スプライン（ピンテール）が破断した時点で適切な張力が達成されたことになり、これを素早く目視で確認できるからです。他の高力ボルトと比較して、接合部に一貫した信頼性の高い摩擦接合強度をもたらすため、供用期間を通じた耐久性と信頼性が向上します。さらに、TTHSBは施工に1名しか必要とせず、構造を保持するために必要な張力を自動的に判定する機能が組み込まれているため、施工コストを削減できるという点でも費用対効果の高い選択肢となります。加えて、これらのボルトは初期張力を利用するタイプであり、軽量な施工工具を使用するため、作業員の疲労を軽減し、HAVS（手腕振動障害）のリスクを排除します。

参考文献：

1.    JSS II 09-2015：構造用接合部に用いるトルシア型高力ボルト・六角ナット・平座金のセット

2.    DIN EN 14399-10：初期張力を利用する高力構造用ボルトアセンブリ

3.    国際規格 ISO 898-01：炭素鋼および合金鋼製締結部品の機械的特性

4.    EN 14399-06：初期張力を利用する高力構造用ボルトアセンブリ — 第6部：平座金（面取り付き）

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