JP2000096867A

JP2000096867A - 制振部材

Info

Publication number: JP2000096867A
Application number: JP10280500A
Authority: JP
Inventors: Eiichiro Saeki; 英一郎佐伯; Atsushi Watanabe; 厚渡辺
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2000-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】鋼材のせん断降伏型の制振部材の繰り返し変
形に対する面外座屈を防止し、疲労特性を向上させる。【解決手段】せん断降伏用鋼材１の両面を座屈拘束鋼
板２で挟み、面外変形を拘束した。これにより大変形に
対しても、面外に歪みや変形が生ずることなく、せん断
降伏を生じ、疲労特性やエネルギー吸収性能を大幅に向
上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物の耐震・耐
風技術に関わる制振部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】構造物の耐震・耐風技術に関わる分野
で、構造物に組み込み、地震や風などの外力を受けたと
きに、特定の鋼材が塑性変形することで、振動のエネル
ギーを吸収し、振動を低減する、いわゆる制振部材は、
従来技術として、多くのものが提案されている。従来の
技術の例を図２０に示す。従来の技術は部材にせん断力
が生じたとき、鋼材パネル１１がせん断降伏を生じるこ
とで、振動のエネルギーを吸収するものである。鋼材パ
ネル１１のエネルギーの吸収効率を上げるために、上下
の接合用鋼材３とリブ４からなる部材の曲げ剛性・せん
断剛性をできるだけ高めることで該部材を弾性状態に保
ち、鋼材パネル１１にせん断変形を集中させるようにな
っている。さらに、鋼材パネル１１の面外方向の座屈を
防止するために、座屈止めプレート（リブ４）が溶接接
合されている。この座屈止めプレート（リブ４）の縦お
よび横方向の間隔は、鋼材パネル１１の幅厚さ比（リブ
４の間隔を鋼材パネル１１の板厚で割った値）が、たと
えば８０／Ｆ^1/2（ここで、Ｆは鋼材の基準強度：単位
はｋｇ／ｃｍ²）以下になるように設計されている。

【０００３】しかしながら、この従来技術は、以下の点
において、問題がある。鋼材パネル１１の幅厚さ比を８
０／Ｆ^1/2（Ｆは鋼材の降伏強度）程度としても、大き
な地震により層間変形角で約１／２００の傾きが生じた
場合、即ち上下の階で２ｃｍ程度のずれが生じた場合、
図２１に示すような面外座屈を生じる。面外座屈は、座
屈により湾曲した部分の頂点での局部歪みが集中し、数
回の繰り返しによりこの部分で亀裂が発生し、亀裂の進
展に伴い、耐力の低下を伴い、破裂に至る。従って、繰
り返し大変形を受ける場合、数回で疲労破壊を生じる。
面外座屈を生じない様にするためには、座屈止めプレー
ト（リブ４）の間隔を小さくし、幅厚さ比で、１０−２
０程度にすることで改善できるが、座屈止めプレート
（リブ４）の長さや溶接長さは、リブ４の間隔の２乗に
反比例するので、経済性の問題がある。したがって、従
来のリブ４による座屈防止方法では、大変形に対して優
れた疲労特性・エネルギー吸収性能を経済的に確保する
ことはできない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の鋼材
のせん断降伏型の制振部材の問題点である、繰り返し変
形に対する面外座屈を防止し、疲労特性を向上するもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために、以下の手段を用いた。せん断降伏用
鋼材の面外座屈を完全に防止するため、せん断降伏用鋼
材の両面を座屈拘束鋼板で挟み、せん断降伏用鋼材の両
面を拘束した。この事により、大変形に対しても、面外
に歪みや変形が生ずることなくせん断降伏を生じ、疲労
特性やエネルギー吸収性能を大幅に向上させることがで
きる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に実施例を参照しつつ、実施
の形態を説明する。（実施例１）実施例１を図１に示す。まず、せん断降伏
用鋼板１はその上下端に溶接されたフランジ１２を介し
て上あるいは下の梁に接合されている接合用鋼板３の下
端部あるいは上端部の水平プレート鋼材１３に接合され
ている。せん断降伏用鋼板１の上半部と下半部をそれぞ
れ別々の座屈拘束鋼板２でせん断降伏用鋼板１の両面か
ら挟み込み、ボルト５により、前記座屈拘束鋼板２をせ
ん断降伏用鋼板１の上下端部が溶接されたフランジ１２
及び水平プレート鋼材１３に固定している。座屈拘束鋼
板２は、せん断降伏用鋼板１とは、接触しているが溶接
・ボルトなどで固定されていない。このため、せん断降
伏用鋼板１がせん断変形を生じても、座屈拘束鋼板２は
変形を生じないため、自ら座屈を生じることなく、せん
断降伏用鋼板１が面外に座屈しようとする力を受け止
め、これを防止する役割をもつ。せん断降伏用鋼板１と
座屈拘束鋼板２が接触する部分は、地震や風のとき、相
対的なずれが生じるため、過大な摩擦抵抗が生じないよ
うに、摩擦緩和材８を設ける。摩擦緩和材８の具体例と
して、テフロン、機械油、グリス等が挙げられる。地
震や風により構造物に水平力が加わると、せん断降伏用
鋼材１にせん断変形が生じる。この時、座屈拘束鋼板２
の拘束により、せん断降伏用鋼材１は面外に変形するこ
とがないので、局部座屈が防止され、疲労に対する性能
（寿命）は高い。荷重−変形関係を表す復元力特性は、
繰り返し安定したリープを描き、エネルギー吸収性能は
高い。接合用鋼材３について、曲げモーメント、せん断
力を上下の梁６に充分に伝達し、、接合用鋼材３自身の
変形ができるだけ少ない剛な形状が望ましい。鋼種につ
いては、±１０％程度のせん断歪みを受け塑性化するせ
ん断降伏用鋼板１については、伸び率が高い軟鋼が望ま
しく、その他の鋼材については弾性範囲で使用されるた
め、鋼材の制約はない。座屈拘束鋼板２は、水平方向に
長細い形状となっているが、作業姓に応じて、図２に示
すように、複数以上に分割することもできる。

【０００７】（実施例２）図３に示す例は、座屈拘束鋼
板２の拘束効果を高めるために、座屈拘束鋼板２に鉛直
リブ４ａを溶接接合した実施例である。

【０００８】（実施例３）図４に示す例は、座屈拘束鋼
板２の拘束効果を高めるために、鉛直リブ４ａだけでな
く、座屈拘束鋼板２の先端にも水平リブ４ｂを溶接接合
した点である。

【０００９】（実施例４）実施例４を図５に示す。この
例の特徴は、座屈拘束鋼板２を上部・下部に分けずに一
体化した点である。せん断降伏用鋼板１の高さが低いと
きに有効である。

【００１０】（実施例５）実施例５を図６に示す。図５
と違う点は、座屈拘束鋼板２の高さ方向の中央部分に水
平リブ４ｂを設けた点である。

【００１１】（実施例６）実施例６を図７に示す。本実
施例の特徴は、下部の座屈拘束鋼板２をせん断降伏用鋼
板１の上部まで延長し、さらに下部の座屈拘束鋼板２の
外側に、上部の座屈拘束鋼板２を設け、座屈拘束効果を
高めた点である。

【００１２】（実施例７）実施例７を図８に示す。本実
施例の特徴は、座屈拘束鋼板２を平板とし、せん断降伏
用鋼板１に直接ボルト接合している点である。さらに、
せん断降伏用鋼板１のボルト孔部分での歪み集中を緩和
させ、せん断降伏用鋼板１の全体がせん断降伏するよう
に、せん断降伏用鋼板１の上下部分の両端部の見つけ幅
を広げている。せん断降伏用鋼板１と座屈拘束鋼板２と
の間には、実施例１で述べた摩擦緩和材料８が設けられ
ているので、過大な摩擦抵抗が生じない。したがって、
自身や風の時には、座屈拘束鋼板２には面内のせん断力
が生じることなく、座屈防止効果として機能し、せん断
降伏用鋼板１は、面外に座屈することなく、せん断降伏
を生じ、安定した復元力特性を発揮する。

【００１３】（実施例８）実施例８を図９に示す。図８
と違う点は、座屈拘束鋼板２の面外に垂直リブ４ａを溶
接接合し、座屈拘束効果を高めた点である。

【００１４】（実施例９）実施例９を図１０に示す。図
８と違う点は、座屈拘束鋼板２の上下に分割しないで、
かつ座屈拘束鋼板２の中央部で、せん断降伏用鋼板１と
ボルト接合した点である。また、せん断降伏用鋼板１の
ボルト孔部分での歪み集中を緩和させ、せん断降伏用鋼
板１の全体がせん断降伏するように、せん断降伏用鋼板
１の中央部分の両端部の見つけ幅を広げている。

【００１５】（実施例１０）実施例１０を図１１、図１
２に示す。本実施例の特徴は、座屈拘束鋼板２をせん断
降伏用鋼板１より長尺とし、フランジ１２と接合せず、
せん断降伏用鋼板１の両外側にてボルト５により座屈拘
束鋼板２同士を固定している点である。座屈拘束鋼板２
の拘束効果を高めるために、座屈拘束鋼板２に水平リブ
４ｂを溶接接合している。地震や風により構造物に水平
力が加わると、図１３のように、せん断降伏用鋼材１が
せん断変形を生じる。この時、座屈拘束鋼板２の拘束に
より、せん断降伏用鋼材１は面外に変形することがない
ので、局部座屈が防止され、疲労に対する性能（寿命）
は高い。座屈拘束鋼板２は、せん断降伏用鋼板１とは、
接触しているが、溶接・ボルトなどで、固定されていな
い。このため、せん断降伏用鋼板１がせん断変形を生じ
ても、座屈拘束鋼板２は変形を生じないため、せん断降
伏用鋼材との相対的なずれが生じている。この時、せん
断降伏用鋼材１が座屈拘束鋼板２を接合するボルト５に
衝突しないように、一定のクリアランスを設ける。

【００１６】（実施例１１）実施例１１を図１４に示
す。実施例１０と違う点は、座屈拘束鋼板２の形状で、
該鋼板２の高さ方向両端部に水平リブ４ｂ、さらに数箇
所に鉛直リブ４ａを溶接接合したものである。

【００１７】（実施例１２）実施例１２を図１５に示
す。実施例１０と違う点は、座屈拘束鋼板２の形状であ
る。

【００１８】（実施例１３）実施例１３を図１６、図１
７に示す。実施例１１と違う点は、せん断降伏用鋼板１
はその水平方向の両端にフランジ１２ａを溶接してＨ型
をしている点と、それに伴う座屈拘束鋼板２の形状であ
る。せん断降伏用鋼板１の見つけ幅に制約がある場合、
地震や風のときのせん断降伏用鋼板１の変形がせん断変
形だけでなく、曲げ変形を起こす。曲げ変形によるせん
断降伏用鋼板１の隅部の降伏が、せん断降伏よりも先行
するのは、せん断降伏用鋼板１の隅部の歪みが集中する
ため、好ましくない。このため、せん断降伏用鋼板１の
見つけ幅に制約がある場合には、せん断降伏用鋼板１の
形状をＨ型とし、曲げ剛性を高めることで、曲げによる
変形を防止する必要がある。せん断降伏用鋼板のウェブ
に相当する部分を座屈拘束鋼板２で挟み込み、ボルト５
により、せん断降伏用鋼板１の両外部で、座屈拘束鋼板
２同士を固定している。座屈拘束鋼板２とリブ４で組み
立てられた箱状の座屈拘束部材かせん断降伏用鋼板１を
拘束している。座屈拘束鋼板２は、せん断降伏用鋼板１
とは、接触しているが、溶接・ボルトなどで、結合され
ていない。地震や風のとき、座屈拘束鋼板２は、変形を
生じないため、せん断降伏用鋼材との相対的なずれが生
じるので、Ｈ型のせん断降伏用鋼材１とボルト５との間
には、一定のクリアランスを設ける。

【００１９】（実施例１４）実施例１４を図１８、図１
９に示す。図１６、図１７と違う点は、座屈拘束鋼板２
の形状である。せん断降伏用鋼板１を座屈拘束鋼板２で
挟み込み、ボルト９により、せん断降伏用鋼板１を貫通
するように、座屈拘束鋼板２同士を固定している。座屈
拘束鋼板２は、せん断降伏用鋼板１とは、接触している
が、固定されていない。従って、地震や風のとき、座屈
拘束鋼板２は、変形を生じない。地震や風のときせん断
降伏用鋼板１との相対的なずれが生じるので、座屈拘束
鋼板２のボルト孔にはリーズホール９を設ける。座屈拘
束鋼板２の拘束効果を高めるために、座屈拘束鋼板２に
リブ４を溶接接合している。地震や風により構造物に水
平力が加わると、せん断降伏用鋼材１がせん断変形を生
じる。座屈拘束鋼板２は、必要に応じて複数以上に分割
することも可能である。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、大変形に対しても、面
外に歪みや変形が生ずることなくせん断降伏を生じ、疲
労特性やエネルギー吸収性能を大幅に向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は請求項１の実施例１を説明する図であ
る。（ｂ）は（ａ）の右側面図である。

【図２】図２は実施例１の変形例を説明する図である。
（ｂ）は（ａ）の右側面図である。

【図３】図３は請求項１の実施例２を説明する図であ
る。（ｂ）は（ａ）の右側面図である。

【図４】図４は請求項１の実施例３を説明する図であ
る。（ｂ）は（ａ）の右側面図である。

【図５】図５は請求項１の実施例４を説明する図であ
る。（ｂ）は（ａ）の右側面図である。

【図６】図６は請求項１の実施例５を説明する図であ
る。（ｂ）は（ａ）の右側面図である。

【図７】図７は請求項１の実施例６を説明する図であ
る。（ｂ）は（ａ）の右側面図である。

【図８】図８は請求項１の実施例７を説明する図であ
る。（ｂ）は（ａ）の一部の右側面図である。

【図９】図９は請求項１の実施例８を説明する図であ
る。（ｂ）は（ａ）の一部の右側面図である。

【図１０】図１０は請求項１の実施例９を説明する図で
ある。（ｂ）は（ａ）の一部の右側面図である。

【図１１】図１１は請求項１の実施例１０を説明する図
である。

【図１２】図１２は図１１の断面図であり、（ａ）はＡ
−Ａ視断面、（ｂ）はＢ−Ｂ視断面である。

【図１３】図１３は実施例１０において、水平力が加わ
り、せん断変形を生じた状態を示す図である。

【図１４】図１４は請求項１の実施例１１を説明する図
である。

【図１５】図１５は請求項１の実施例１２を説明する図
である。（ｂ）は（ａ）の一部の右側面図である。

【図１６】図１６は請求項２の実施例１３を説明する図
である。

【図１７】図１７は図１６のＡ−Ａ視断面を示す図であ
る。

【図１８】図１８は請求項２の実施例１４を説明する図
である。

【図１９】図１９は図１８の断面図であり、（ａ）はＡ
−Ａ視断面、（ｂ）はＢ−Ｂ視断面である。

【図２０】図２０は従来の制振部材の例を説明する図で
ある。

【図２１】図２１は面外座屈について説明する図であ
る。（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ視断面を示す図である。

【符号の説明】

１せん断降伏用鋼板２座屈拘束鋼板３接合用鋼材４リブ４ａ垂直リブ４ｂ水平リブ５ボルト６梁７柱８摩擦緩和材料９リーズホールとボルト１０Ｃ型鋼材１１鋼材パネル１２フランジ１２ａフランジ１３水平プレート鋼材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】建造物の上下階の梁間に鉛直方向に上下
の接合用鋼板を介して設置する制振部材において、前記
上部接合用鋼材の下端部、下部接合用鋼材の上端部を構
成する水平プレート鋼材にせん断降伏用鋼板の上下端に
溶接されたフランジを接合し、該せん断降伏用鋼板を両
面から挟み込むように座屈拘束用鋼部材を設置してなる
ことを特徴とする制振部材。
【請求項２】せん断降伏用鋼板の水平方向の両端部に
フランジを溶接したことを特徴とする請求項１記載の制
振部材。