CN100422490C - 通过超塑性合金达成的木结构住宅用的抗震减振器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种主要安装在木结构住宅的柱与梁的交接部做耐震补强装置来使用，通过超塑性合金的性能来达成减震吸震作用。以大约45度方向配置于木结构住宅的柱(1)与梁(2)的交接部的超塑性合金制的抗震减振器(3)，由于柱·梁框架的内面方向上弯曲成大约平行宽度的圆弧形状的一细宽度的变形部(31)，以及为了使其两端不变形而充分地扩大至大尺寸的支持部(30)所构成；其构造为至少将上述变形部以超塑性合金制作的抗震减振器(3)与将上述抗震减振器(3)的两端的上述支持部(30)固定安装于住宅的柱、梁交接部的安装配件(4)做组合，为了使上述变形部(31)从端部至中央部做同样的变形，从其端部至中央部的截面积及截面系数渐次增大。

Description

通过超塑性合金达成的木结构住宅用的抗震减振器
技术领域
本发明有关于一种主要安装于木结构住宅的柱与梁的交接部而用于耐震补强，通过超塑性合金达成的抗震减振器.
背景技术
使用于木结构住宅的耐震补强的抗震减振器，希望具有减低地震时住宅的摇动并避免住宅的损伤，以及维护人命及资产的健全的功能.
木结构住宅用的公知的抗震减振器大致可区分为使用钢材、使用黏弹性体以及使用油质制振(oil damp)等.
例如在以下的专利文献1、2中，披露了使用于木结构住宅轴组的钢材系抗震减振器.
又，在专利文献3、4中，披露了使用于木结构住宅轴组的黏弹性体抗震减振器.
在专利文献5、6中，披露了利用油质制振的壁型制震装置、减震装置.
其他，在专利文献7、8中，披露了弹塑性制震器，甚至在专利文献9、10中更分别披露了利用锌·铝合金等所谓超塑性合金的减震装置.
专利文献1：日本专利特开2002-235456号公报
专利文献2：日本专利特开2002-235457号公报
专利文献3：日本专利特开2000-160683号公报
专利文献4：日本专利特开2001-295506号公报
专利文献5：日本专利特开2000-213202号公报
专利文献6：日本专利特开2001-3597号公报
专利文献7：日本专利特开平5-26274号公报
专利文献8：日本专利特开平5-26275号公报
专利文献9：日本专利特开2002-242988号公报
专利文献10：日本专利特开2002-250149号公报
上述专利文献1、2所披露的钢材系的抗震减振器，在地震等造成的塑性变形的过程中，由于反复变形而使降伏荷重(yielding strength)渐渐变动，减震性能会变化而有不稳定的情形.所以，通过钢材的加工硬化而使降伏荷重上升，第二次以后材料的弹性区域变长，能量吸收性能变得不稳定.这在将降伏点极低的钢用于钢材系的抗震减振器的情况中是显著的特性.
钢材系的减震制动器在塑性变形时，由于产生机械性质的恶化，对继续使用时性能的掌握有困难，检查、交换的必要性增大，会产生在维护上需负担相当费用的问题.
在上述专利文献3、4所披露的黏弹性体的抗震减振器，温度依存性非常大，对于吸收地震能量而发热，其散热性差，由于在反复变形时的强度显著降低，减震性能变得不稳定.用于外气温变动差异大的一般木结构住宅的情况下，由于冬天与夏天等的季节因素而造成使用温度差异大，减震性能受其左右而不适.
在上述专利文献5、6所披露的油质制振器，由于以一般直线运动机构实施，为确保油质制振器的圆滑动作，必须安装多个辅助构件及配件，无法得到紧密地容纳于木结构住宅的柱与梁交接部的构造，又不容易降低成本.所以，由于直线运动机构复杂的构造，其成为高价位的物品.但必须注意漏油所造成的性能恶化，必须定期地保养、检查，需要费用.
在上述专利文献7、8所披露的弹塑性制振器，以及专利文献9、10所披露的分别利用锌·铝合金等所谓超塑性合金的减震装置，由于适合于大厦等大规模的建筑物，并非适用于木结构住宅的柱与梁的交接部的构造、性能.
发明内容
本发明的目的为提供一种木结构住宅用抗震减振器，利用超塑性合金的减震制振，为了适用于木结构住宅的柱与梁的交接部而小型、轻巧化，相当地廉价，易于安装设置于木结构住宅，可使木结构住宅的耐震安全性提升，即使遭遇大地震，可在木结构住宅的耐用年数间免维护地使用.
做为解决上述课题的手段，第一方面所记载的通过超塑性合金达成的木结构住宅用的抗震减振器，为以45度方向配置安装于木结构住宅的柱与梁的交接部的超塑性合金制的抗震减振器，包括：变形部，该变形部于柱·梁框架的内面方向上弯曲成圆弧形状，并且以通过轴向力与弯曲扭矩的作用发生弯曲变形的方式而成为较小尺寸宽度；以及支持部，该支持部扩大至为了使其两端不变形的大小的尺寸宽度；构造为至少将上述变形部以超塑性合金制作的抗震减振器与将上述抗震减振器的两端的上述支持部固定安装于住宅的柱、梁交接部的安装配件做组合；其中，为了使上述变形部从端部至中央部做同样的弯曲变形，从其端部至中央部的截面积及截面系数渐次增大.
第二方面的发明为在第一方面的通过超塑性合金达成木结构住宅用的抗震减振器中，超塑性合金为锌·铝合金.
第三方面的发明为在第一、二方面的通过超塑性合金达成木结构住宅用的抗震减振器中，抗震减振器的两端的支持部与将其固定安装于住宅的柱、梁交接部的安装配件以插销共通地通过设于该两者上的插销孔与而构成插销连结.
记载于第一～三方面的通过超塑性合金达成木结构住宅用的抗震减振器是利用超塑性合金，为了适用于木结构住宅的柱与梁的交接部而小型、轻量化，相当地廉价，易于安装设置于木结构住宅，可使木结构住宅的耐震安全性提升，即使遭遇大地震，可在木结构住宅的耐用年数间免维护的使用.因此，无须随抗震减振器的检查、交换而做加工材料的分解与修复的时间与费用.木结构住宅不分新建或既存住宅均可适用，泛用性高.即使用于木结构的寺庙等传统建筑物的柱·梁交接部，也可充分发挥减震效果.
甚至本发明的抗震减振器根据上述的方法(形状设计法)，对应于建筑物的规模而制造大型化的物件，且非常容易复数个做组合，即使是木结构之外的建筑，以中规模的螺栓接合作为主体的钢构造物及钢梁构造，或作为钢筋屋顶等的抗震减振器，均可充分发挥其性能。
附图说明
第1图为本发明的木结构住宅用抗震减振器的使用状态的正视图。
第2图为上述抗震减振器的构造的分解立体图。
第3A、3B图为抗震减振器的平面图及正视图.
符号说明
1～柱；
2～梁；
3～抗震减振器；
4～安装配件；
5～插销；
30～支持部；
31～变形部；
32～插销孔(加力部)；
40～配件材；
41～连结板；
42～插销孔；
44～通孔.
具体实施方式
本发明的最佳实施型态包括于柱·梁框架的内侧方向上弯曲成大略平行宽度的圆弧形状的细宽度的变形部，以及为了使其两端不变形而充分地扩大至大尺寸的支持部，其构造为至少将上述变形部以超塑性合金制作的抗震减振器与将上述抗震减振器的两端的上述支持部固定安装于住宅的柱·梁交接部的安装配件做组合.
为了使上述变形部从端部至中央部做同样的变形，从其端部至中央部的截面积及截面系数渐次增大.
第1图表示在木结构住宅的柱1及梁2的交接部上，将记载于第一～三方面的超塑性合金的抗震减振器3，通过安装配件4，4以大约45度方向的配置安装的使用状态.
如第2图所示，本发明的抗震减振器的构造为将超塑性合金制作的抗震减振器3与安装配件4做组合，安装配件4是将上述抗震减振器3两端的支持部30、30用木螺钉安装固定于住宅的柱1及梁2的交接部.
上述抗震减振器3是由于住宅的柱·梁框架的内侧方向上弯曲成大略平行宽度的圆弧形状的细宽度的变形部31，以及为了使其两端不变形而充分地扩大至大尺寸宽度的支持部30所构成，至少上述变形部31是由超塑性合金制作.
柱·梁框架的内侧方向上弯曲成大略平行宽度的圆弧形状的细宽度的变形部31，具体而言如第3图所示，板厚为一定，考虑通过设于两端的支持部30的加力点(后述插销连结用孔32的位置)的地震等的输入力相当于轴向力与弯曲扭矩(bending moment)的合力，而弯曲成有曲率的圆弧形状。例如中立线的曲率半径大约为50mm～250mm.
若上述变形部31为直线形状，变形部31不顺地导入弯曲变形，集中变形于变形部31的端部与支持部30的边界部位，所谓产生集中变形.弯曲成圆弧状的变形部31，即使在最大变形时通过维持圆弧形状而维持弯曲变形，此为不会产生拉张变形(不会拉张过度)的方法.通过此方法，可为容许大变形的抗震减振器，无须座屈补强构件对制振器做补强，可实现非常简单的构造.
在弯曲成上述圆弧状的变形部31中，从连结上述左右插销连结孔32位置的直线P-Q起，距离最远的中央部位成为具有最大力矩的位置，假设变形部31全长为平行宽度，变形会集中于中央部位.因此，变形性能优良，强迫产生不必要的局部变形(集中变形)，达成变形部31的全体吸收大能量，无法充分活用超塑性合金的优点.也就是说，通过超塑性合金达成高性能的制振器，其避免应力集中的方法是重要的.本发明作为其手段的抗震减振器3，为达成上述的目的，即使轴向力与弯曲扭矩同时作用，为了使变形部31从其端部到中央部做相同的变形(或对应于外力，制振器的边缘应力度均一化)，形成同变形部31到中央部的截面积及截面系数渐次增大(第一方面所述的发明).如此，本发明的抗震减振器3，其变形部31的外观，呈现端部的宽度小而中央部位的宽度稍微大的粗形状.(参照第3B图).
而且，构成本发明的抗震减振器3的超塑性合金，例如日本专利特开平11-222643号公报所揭示，为加工硬化，不产生变形劣化的锌·铝合金(Zn-Al合金)(第二方面所述的发明).关于两端的支持部30，为了使变形集中于上述圆弧状的变形部31，最好确保必要的截面积与刚性，不一定与变形部31以相同的超塑性合金制造。支持部30为覆盖钢管等的构造亦可，藉此即使安装于安装配件4也不减损全体的机能.
接着，将上述构造的抗震减振器3的两端的支持部30固定安装于木结构住宅的柱1及梁2的交接部的安装配件4，若为了将地震力传递至上述加力点做支持则已足够.第2图所示的实施例，以组装于抗震减振器3的两端的支持部30的两面的半割形状的一对配件材40、40构成.配件材40最好将抗震减振器3两端的支持部30以大略45度方向安装固定于木结构住宅的柱1及梁2的交接部，为承受产生于抗震减振器3的负荷，具有相当的强度，但形状并无特别限制.在配件材40的连结板41上设有插销孔42，其以钢制的插销5共通地穿过设于抗震减振器3两端支持部30的上述加力点的位置上的插销孔32而连结.又，在底边的突缘部43上，设置复数个通孔44，供以木螺钉将该配件材40固定安装于木结构住宅的柱1及梁2的交接部上(第三方面所述的发明).
上述构造的抗震减振器3，总的沿着在其两端的支持部30的两面上构成安装配件4的一对配件材40、40的连结板41，插入插销5而连结，各配件材40的突缘部43以木螺钉等固定安装于木结构住宅的柱1及梁2的交接部.
然而，抗震减振器3的圆弧状的变形部31，其全体集中诱导地震时的弹塑性变形，从其端部到中央部做相同的变形，发挥大能量的吸收性能，而奏减震的效果。然后，尽管容许大变形，但无须座屈补强构件等，构造非常简单.然而，超塑性合金制的变形部31变形性能优良，通过变形的自回复性(由变形过程而产生的机械性质劣化极少的性质)，即使承受复数次塑性变形过程，也不会产生机械性质的劣化，即加工硬化及变形劣化，由于安定，容易有连续使用的性能把握，无检查、交换的必要，在使用年限其间可无需维护.无论外气温度程度的变动也无法左右其性能.
超塑合金性的抗震减振器3虽然可用机械加工的方法制作，由活用素材特征的温间锻造超塑性近净形成形工法(near net shape)(例如参照日本专利特开2003-129204号公报记载的发明)制作最有效率.利用超塑性合金巨大变形性能的冲压成形法可廉价地大量生产.在此状况下，也不易产生成形加工导致的机械性质的劣化.
而且，安装配件4不限于用上述插销做连结，将抗震减振器3以所谓刚性接合的构造安装于木结构住宅的柱1及梁2的交接部亦可.

Claims (3)

1. 一种通过超塑性合金达成的木结构住宅用的抗震减振器，为以45度方向配置安装于木结构住宅的柱与梁的交接部的超塑性合金制的抗震减振器，包括：
变形部，该变形部于柱·梁框架的内面方向上弯曲成圆弧形状，并且以通过轴向力与弯曲扭矩的作用发生弯曲变形的方式而成为较小尺寸宽度；以及
支持部，该支持部扩大至为了使其两端不变形的大小的尺寸宽度；
构造为至少将上述变形部以超塑性合金制作的抗震减振器与将上述抗震减振器的两端的上述支持部固定安装于住宅的柱、梁交接部的安装配件做组合；
其中，为了使上述变形部从端部至中央部做同样的弯曲变形，从其端部至中央部的截面积及截面系数渐次增大。
2. 如权利要求1所述的通过超塑性合金达成的木结构住宅用的抗震减振器，其中该超塑性合金为锌·铝合金。
3. 如权利要求1或2所述的通过超塑性合金达成木结构住宅用的抗震减振器，其中抗震减振器的两端的支持部与将其固定安装于住宅的柱、梁交接部的安装配件是以插销共通地通过设于两者上的插销孔的插销连结结构。
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