トルシア形高力ボルトはピンテールが切れれば軸力が入っているのか：S10T M22 の現場試験、9 °C 以下で平均 220.5 kN、31 °C 以上で 235.1 kN

知恵袋の質問

質問は 2012 年 2 月 8 日、Yahoo!知恵袋の工学カテゴリに投稿され、保存時点で閲覧数は 19,474 でした。 内容は、トルシア型高力ボルトはピンテールを破断すると必要な張力が働くのか、仕組みがよくわからないので教えてほしい、というものです。

回答は 1 件で、それがベストアンサーになっています。高力ボルトの締付けはトルクで管理する、六角ボルト（F10T）はトルクレンチで測るが、 トルシア形（S10T）は丸頭でシャーレンチを使い、所定のトルクで締め付けると自動的にピンテールが折れるので「トルク管理が不要」になる、という説明です。 頭側に座金を入れないため、同じ板厚でもボルト長さの選定が少し違うことにも触れています。

2019 年の別の質問はさらに踏み込んでいます。本締めのときボルト本体は回らないよう固定されているのに、なぜピンテールが破断するのか。 このベストアンサーは「ナットもピンテールもどちらにもソケットが入っています」の一文でした。

どちらの回答も「トルクに達したら切れる」で止まっています。質問者が知りたかったのは張力で、トルクと張力の間に何があるのかには誰も答えていません。

破断が示すのはトルクで、軸力は摩擦を介して決まります

二つの回答で確かめられるのは、締付け時にナットにもピンテールにもソケットが入っていること、所定のトルクでピンテールが自動的に折れることだけです。 以下はこの種の工具の一般的な構造で、当サイトによる補足です（引用した資料には詳しく書かれていません）。シャーレンチには二重のソケットがあり、アウターソケットがナットにかかって回り、インナーソケットがボルト先端のピンテールをつかんで反力を受けます。 そのためボルト本体は回りません。ピンテールとねじ部の間には破断溝があり、トルクがこの溝の耐えられる程度を超えるとピンテールがねじ切れます。

つまり破断はトルクの合図で、破断した瞬間にトルクがこの溝の破断条件に達したということです。論文には破断時のトルク値がなく、1 本ずつ何 N·m で切れたかはこの資料では確かめられません。 次の段落も当サイトが補った一般的な背景で、論文には書かれていません。トルクが軸力になるには、ねじ面とナット座面の摩擦を介します。一般に T＝k·d·N（T：締付けトルク、d：呼び径、N：軸力、k：トルク係数値）と近似され、 k は主にこの二か所の摩擦で決まります。同じ T でも k が大きくなれば N は小さくなります。論文自体は「トルク係数値」のばらつきに触れているだけです。 摩擦がトルク値の意味をどう変えるかは別のページにまとめています。

つまりトルシア形ボルトも本質的にはトルク法で、「トルクを測る」工程をボルト自体に組み込んだものです。 論文の著者も温度の影響を説明する際に、ボルトに塗布された潤滑剤は「トルク法でボルト締付けを行う上で軸力の安定を図るために欠かせない」と位置づけています。

統計調査の内容

論文は南邦明氏ら 7 名による「トルシア形ボルトS10T (M22)の導入軸力および機械的性質の統計調査」（土木学会論文集 A1、2018 年）です。 著者は鉄道建設・運輸施設整備支援機構と橋梁メーカー 6 社の技術者で、鋼橋技術研究会 高力ボルト継手施工部会の活動の一環です。 第 1 章には、トルシア形は 230 kN を目途にピンテールが破断する構造だが、実際の導入軸力とばらつきについて「統計データはなく」と動機が書かれています。

基準となる数値を先に整理します。設計ボルト軸力は 205 kN、道路橋示方書と鉄道構造物等設計標準はトルク法の締付けを設計ボルト軸力の 10% 増し（標準軸力 226 kN）と規定し、 トルシア形の破断の目途は 12% 増し、約 230 kN です。トルシア形は JIS 規格化されておらず、道路橋は日本道路協会、鉄道橋は鉄道総合技術研究所、建築鉄骨は日本鋼構造協会（JSS II 09）の規格が使われます。

管理は 1 製造ロットから 5 本を抜き取り、平均値と標準偏差で判定します。常温時以外は平均値のみの管理で、適用温度は 0〜60 °C（鉄道橋は 0〜50 °C）です。 規格自体が温度で 2 段階に分かれており、下限値には 5 kN の差があります。

データは 3 種類、合計 2,077 データで、1 データにつき 5 本なので 10,385 本分です。

温度が一定の試験場では、ほぼ目標どおりの軸力が入っていました。検査証明書の平均は 231.5 kN で 88% が標準軸力 226 kN を上回り、立会い試験は平均 230.1 kN、検査証明書との差は平均 −1.1 kN です。 ただし試験温度が安定していても、5 本の最大と最小の差は最大 26 kN、平均 14.1 kN ありました。 ボルト長さは 50〜180 mm で、軸力との相関係数は 0.130 と低く、明確な相関は認められていません。

架設現場では、温度で平均値が 15 kN 開きました

現場試験 625 データは試験時の気温で 3 群に分けられています。常温時（10〜30 °C）402、低温時（9 °C 以下）169、高温時（31 °C 以上）54 です。 現場の確認試験は基本的に長さ 80 mm のボルトで行われています。

表から読み取れることは三つあります。一つ目に、平均軸力は高温＞常温＞低温で、低温と高温では 15 kN の差があります。 二つ目に、低温時の 5 本平均値の最小は 208 kN で、常温時以外の下限値 207 kN との差は 1 kN、常温時の最小 213 kN も下限値 212 kN との差は 1 kN です。 結論には「規定下限値となる場合は見られた」とあり、上限値付近のデータはありませんでした。 三つ目に、冬の現場では検査証明書より平均 8.1 kN 低く、夏は 1.1 kN の差にとどまりました。論文は検査証明書と立会い試験をどちらも室温一定の試験場のデータとして扱っています（JIS 規定は 23±5 °C、立会い試験の平均は 21.8 °C）。証明書 1 件ごとの試験温度は示されていません。

著者は 625 データを温度に対して回帰しています。5 本の平均値は Y＝0.4733X＋218.4（相関係数 0.615）、個々のボルト軸力は Y＝0.4730X＋218.7（相関係数 0.529）です。 当サイトで言い換えると、観測された温度範囲では気温が 10 °C 違うと平均軸力は約 4.7 kN 違い、低温群と高温群の平均の差は約 6.6% です。 立会い試験の平均室温 21.8 °C を代入すると推定値は 228.7 kN で、立会い試験の実測 230.1 kN との差は 1.4 kN でした。

著者はこの温度依存性を、ボルトに塗布された潤滑剤によるものと考えています。潤滑剤に温度依存性があるため、温度が高くなれば同じトルクでも軸力が高くなる、という説明です。 潤滑剤だけを取り出した試験は行われていません。著者は同じ理由から、現場試験の分布が立会い試験より広いのは主に試験時の温度の影響で、架設現場の設備環境や使用機具の影響は少ないと判断しています。

この向きを「暑いと軸力が高い」という一般則にはできません。同時公開の雨の日に高力ボルトを締めてよいかで扱った網谷ほか 2023 年の試験では、 六角 F10T M22 をトルク法で締め、各温度で乾燥ボルトにより締付けトルクを設定し直したうえで、40 °C の平均軸力が 20 °C より約 7% 低くなりました（各条件 3 本）。 二つの記事は温度の傾向が異なり、ボルトの種類、潤滑剤、トルクの与え方、本数も違うため、一つの温度の規則にまとめることはできません。

質問への答え：ピンテールが切れたら張力は入っているのか

この統計に沿って知恵袋の質問に答えると、ピンテールが切れたことはトルクが所定値に達したことを示します。張力がどれだけ入ったかは、この資料では試験時の気温とともに変わっていました。著者は潤滑剤が原因と推定していますが、潤滑状態の違いを直接比べてはいません。 試験場の室温では設計の目途である 230 kN 前後でしたが、冬の現場では平均が 10 kN ほど低く、5 本平均が下限値まで 1 kN しかないロットもありました。

ベストアンサーの「トルク管理が不要」は、作業としては正しい説明です。1 本ずつトルクレンチで測る必要はありません。 ただし管理がなくなるわけではありません。この論文の現場データはすべて、毎日の作業前に油圧式軸力測定器で 5 本を測り、規定を満足することを確認してから締付けを始める確認試験の結果です。 この論文が調べた工事では、トルシア形はトルクの確認をボルトに任せ、軸力の確認を毎日の作業開始前の 5 本が担っています。

参考までに、検査証明書による製品の引張荷重は平均 328.4 kN（規定値 303 kN 以上）でした。230 kN の破断目途は製品引張荷重の約 70% にあたります（当サイトの試算）。 論文が測ったのは導入軸力です。当サイトの説明として、低温時に軸力が低めになることは摩擦接合では締付け力が小さくなることを意味します。低温が継手の耐力に与える影響は、論文では試験されていません。

現場と調達での判断手順

1〜4 は論文のデータと調査手順に基づきますが、現場の手順として書いた部分は当サイトの解釈です。5・6 は当サイトの延長的な提案で、論文では検証されていません。

1. 毎日の軸力確認試験を本当の検査として扱います。ピンテールの破断はトルクが達したことを示すだけです。論文の現場データは、毎日作業前に 1 ロット 5 本を油圧式軸力測定器で測り、規定を満足することを確認してから締付けを始めた結果です。
2. 確認試験時の気温を記録し、該当する温度区分の規定値で判定します。道路橋・鉄道橋では常温時（10〜30 °C）に 5 本の平均値 212〜249 kN・標準偏差 11.5 kN 以下、常温時以外は平均値 207〜261 kN のみです。建築鉄骨は別の値です（表-2）。
3. 冬季の現場では平均値が低めに出ることを前提にします。9 °C 以下の 169 データでは、5 本平均値が標準軸力 226 kN を上回ったのは 20% だけで、最小は 208 kN でした。下限値に近い値が出たら、その日の気温と合わせて評価し、検査証明書の値だけで判断しないことです。
4. 検査証明書は室温一定の試験場の値です。立会い試験との差は平均 1.1 kN で、論文は信頼性が高いとしていますが、冬の現場では平均 8.1 kN 低くなりました。当サイトとしては、検査証明書を現場の値の代わりにしないことを勧めます。
5. 朝は寒く午後は暑い現場では、確認試験時の気温が一日の作業温度を代表するとは限りません。当サイトとしては作業時間帯の気温範囲も記録に残すことを勧めます。寒暖差の大きい日に試験を追加するかどうかは、各施工要領と監督員の判断によります。論文のデータは 1 日 1 回です。
6. ボルトの潤滑状態を出荷時のまま保ちます。論文は温度の影響を出荷時に塗布された潤滑剤に帰しています。当サイトの推論として、洗浄や追加の給油など潤滑剤を変える行為は、トルクと軸力の関係を出荷時の状態から外すと考えられます。この点は論文では測られていません。

六角高力ボルトについては、道路橋でのトルク管理とナット回転法の規定を、溶融亜鉛めっきボルトの例としてこちらにまとめています。 締付け方法ごとの予荷重のばらつきの比較はこちらです。

このページから言えないこと

データは S10T M22 のみで、日本の橋梁工事のものです。集計できた検査証明書は 3 社のボルトメーカーのものでした。径、強度区分、潤滑剤が違えば数値はそのまま使えません。 既存の検査証明書と現場確認試験の観察的な統計で、温度や潤滑剤を制御していないため、相関だけで因果は証明できません。製造工場の品質管理は X–R 管理図で行われており、論文は 1 ロット 5 本の標準偏差を参考値としています。 温度の向き（暑いほど軸力が高い）は、このトルシア形ボルトの現場データでの傾向であり、当サイトはこれをほかの締結部品、ほかの潤滑剤、ほかの締付け方法に共通する法則とは扱いません。回帰図の横軸は 0〜40 °C ですが、観測温度の最小・最大は示されておらず、観測範囲外には回帰式を使いません。 高温群は 54 データしかなく、分布に明確なピークはありません。潤滑剤の影響は著者の解釈で、単独では検証されていません。 「10 °C あたり約 4.7 kN」「低温と高温の差は約 6.6%」「破断目途は引張荷重の約 70%」は当サイトによる換算です。 論文には破断時のトルク値がなく、本ページにも書いていません。冬季施工で追加の対策が必要かどうかは、論文では議論されていません。

この記事は六つの手順のどれか一つには収まりません。手順をまたいで出てくるか、組み付けたあとに出てくる話です。ここに行き着く判断がどこで下されているかはねじの決め方にまとめてあります。

よくある質問

トルシア形ボルトはピンテールが切れれば軸力は十分ですか？

ピンテールの破断は、トルクが破断溝の破断条件に達したことを示します（論文に破断トルクの値はありません）。トルクが軸力になるにはねじ面と座面の摩擦を介します。南ほか（2018）の S10T M22 の統計では、現場の平均軸力は 9 °C 以下で 220.5 kN、31 °C 以上で 235.1 kN でした。論文が調べた工事では、毎日の作業開始前に油圧式軸力測定器で 5 本を測り、規定を満足してから締付けを始めています。

冬にトルシア形ボルトの軸力が低くなるのはなぜですか？

論文の著者は、ボルトに塗布された潤滑剤の温度依存性によると考えています。そのため温度が低いと導入される軸力も低くなる、という説明です。625 データの回帰は Y＝0.4733X＋218.4（5 本の平均値、相関係数 0.615）で、潤滑剤だけを取り出した試験は行われていません。

トルシア形ボルトの軸力の規定値はいくつですか？

日本道路協会と鉄道総合技術研究所の規格では、S10T M22 は 1 ロット 5 本で、常温時（10〜30 °C）は平均値 212〜249 kN・標準偏差 11.5 kN 以下、常温時以外は平均値 207〜261 kN のみです。建築鉄骨（日本鋼構造協会）は 212〜256 kN・16.0 kN 以下、常温時以外 205〜268 kN です。トルシア形は JIS 規格化されていません。

製品検査証明書の軸力を現場の値とみなしてよいですか？

当サイトとしては勧めません。論文は検査証明書と立会い試験をどちらも室温一定の試験場（JIS 規定 23±5 °C）のデータとして扱い、両者の差は平均 1.1 kN でした。一方、架設現場では低温時に平均 8.1 kN、常温時に 3.8 kN、高温時に 1.1 kN、検査証明書より低い値でした。

参考資料

• 南邦明・遠藤輝好・小峰翔一・吉岡夏樹・宮井大輔・澁谷敦・内田大介（2018）—— トルシア形ボルトS10T (M22)の導入軸力および機械的性質の統計調査、土木学会論文集A1（構造・地震工学）74(2):280–289
• Yahoo!知恵袋（2012-02-08）—— トルシア型高力ボルトってピンテールを破断すると必要な張力が働くんですか？
• Yahoo!知恵袋（2019-01-30）—— トルシア型高力ボルトのピンテールは、回転させていないのに、なぜ破断するのですか？
• 一つのトルク値は、ある摩擦条件の組を前提にしています
• 溶融亜鉛めっき高力ボルト：トルク係数値は全数が規定内、それでも道示はナット回転法
• あなたの締付け方法は、予荷重をどれだけ外すか
• 最も信頼できる予張力導入法の原点は、鉄骨工が全力を出すことである

論文は全文を当サイトで読み、規定値・データ数・平均値・回帰式は原文の表-1〜表-5、表-8、図-11〜図-13 に従っています。10 °C あたり約 4.7 kN、低温と高温の差約 6.6%、破断目途が引張荷重の約 70% という数値は当サイトの換算です。T＝k·d·N とシャーレンチの二重ソケットの構造は当サイトが補った一般的な背景で、論文には書かれていません。「現場と調達での判断手順」の 1〜4 の現場手順は論文に基づく当サイトの解釈、5・6 は当サイトの提案で、論文では検証されていません。