JP2004125076A - 塑性金属ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】鉛の塑性変形を有効に利用して、継続的に振動を抑制させ、また単純な構成により容易に製作、取り付けが可能で安価に提供すること。
【解決手段】塑性金属ダンパ１を、構造物Ｓと支持体Ｂとに夫々結合されるブラケット２のフランジ２ａ，２ａと、両端をフランジ２ａ，２ａに固着した鉛から成る塑性金属体３と、フランジ２ａ面から直角に立ち上がって軸線方向に延出し、塑性金属体３の両端部を覆う円筒状の拘束管４とで構成する。拘束管４と塑性金属体３の両端部側面との間には０．１ｍｍ〜１０ｍｍの隙間を形成する。拘束管４の軸方向の長さは塑性金属体３の全長の１／３以上の寸法で構成する。この塑性金属ダンパ１を、支持体Ｂと構造物Ｓとの間に介設すると、振動による構造物Ｓと支持体Ｂとの相対移動により塑性金属体３が軸線方向に伸縮し、その塑性変形により振動エネルギを吸収して振動を抑制する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震、風等の外力によって構造物に伝達される振動エネルギを鉛の塑性変形により吸収し、構造物の揺れを抑制する塑性金属ダンパに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属の塑性変形を利用するいわゆる塑性金属ダンパには、構造物と支持体とに夫々結合されるフランジ間に鉛を挟み、構造物と支持体との対峙面方向の振動に対して剪断変形により振動エネルギを吸収して振動を抑制するものがある（特許第２６４７６０９号）。
また、鉛を収容したシリンダと、このシリンダ内に大径部が位置するロッドとを具備し、ロッドのシリンダに対する相対的な移動で生じる鉛の塑性抵抗力により振動エネルギを吸収するものがある（特開平６−３３７０３０号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のダンパのうち、前者にあっては、剪断方向（横方向）の振動に対して有効であるが、伸縮方向（縦方向）の振動に対しては、変形が繰り返されると、塑性金属体が破断してしまい、継続して使用することができない。
後者にあっては、シリンダとロッドの構成であるから形状、構成が複雑になり、シール部分の精度や大径部の寸法設定など面で製作が容易でなく、安価に提供することが困難である。
そこで、本発明は、鉛の優れた振動エネルギの吸収能力を有効に利用でき、継続使用が可能であり、構成を単純で容易に製作、取り付け可能で安価な塑性金属ダンパを提供することを課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の発明においては、支持体Ｂと被支持体Ｓとの間に固定部材２を介して、ほぼ円柱状の鉛で形成された塑性金属体３を設け、塑性金属体３の両端部周りを軸方向長さが塑性金属体の１／３以上である筒状を成す拘束部材４で覆い、構造物Ｂと支持体Ｓとの間の振動に対して塑性金属体３を軸線方向に伸縮させてその塑性変形により振動エネルギを吸収して振動を抑制するように塑性金属ダンパ１を構成した。
第２の発明においては、拘束部材２と塑性金属体３との間に隙間を設けた。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１及び図２において、塑性金属ダンパ１は、基礎などの支持体Ｂと被支持体である構造物Ｓとの間に積層体Ｌと共に介設される。積層体Ｌは、ゴムなどの弾性板と鋼板などの剛性板とを、支持体Ｂと構造物Ｓとの間隔方向へ交互に積層して構成され、積層方向の剛性が大きく、支持体Ｂと構造物Ｓとの水平方向の相対移動を許容する。塑性金属ダンパ１は、構造物Ｓと支持体Ｂとに固定するための固定部材であるブラケット２，２を介して水平方向に機能するように設けられる。塑性金属ダンパ１は、ブラケット２のフランジ２ａ，２ａ間を塑性金属体３で結合して構成される。フランジ２ａは円板状の鋼板で形成されている。塑性金属体３は円柱状の鉛で形成され、その両端面がフランジ２ａに固着されている。フランジ２ａ面にはこれから直角に立ち上がって軸線方向に延出し、塑性金属体３の両端部を覆う円筒状の拘束管４が固着されている。拘束管４と塑性金属体３の両端部側面との間には０．１ｍｍ〜１０ｍｍの隙間が形成される。拘束管４はその軸方向の長さが塑性金属体３の全長の１／３以上の寸法で構成されている。
【０００６】
この塑性金属ダンパ１においては、水平方向の振動により、構造物Ｓの支持体Ｂに対する相対移動により塑性金属体３が軸線方向に伸縮し、その塑性変形により振動エネルギを吸収して振動を抑制する。このとき、塑性金属体３は、圧縮、引っ張りが繰り返され、鉛の塑性流動が生じ、その塑性抵抗力により振動を減衰させる。塑性金属体３は伸縮を繰り返しても、拘束管４により両端部の半径方向への大きな変形が妨げられるので、応力集中による伸縮部位の偏りが阻止されて、塑性金属体３の径が全長にわたりほぼ一定に維持され、原形が復元される。
【０００７】
比較試験として、図３に示すように、拘束管４を設けずにフランジ１２ａ，１２ａ間に塑性金属体１３を固着して塑性金属ダンパ１１を構成し、これに振動を加えてその挙動を見た。この結果、塑性金属体１３の内部での鉛の流動が生じ難いために、引っ張り時に中央部分に応力が集中して、伸縮が繰り返されると次第に中央部分にくびれｄが生じ、最終的に短時間で破断してしまった。因みにこの試験によると、直径１０ｃｍ長さ１００ｍｍの塑性金属体１３に±１０ｍｍの振動を加えた結果、約６５回の往復で破断した。また、図４に示すように、軸線方向長さが短い拘束管２２ａを設けた塑性金属ダンパ２１の場合にも、ほぼ同様にして、塑性金属体２３の伸縮が繰り返されると応力により中央部分にくびれｄが生じて最終的に破断してしまった。
【０００８】
なお、実験によって、拘束管４は軸線方向の長さが塑性金属体３の全長の１／３以上の寸法であれば実用に耐えうる上記作用を行うことが明らかになった。また、塑性金属体３と拘束管４との隙間は０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で実用に耐えうる上記作用を行うことが明らかになった。
【０００９】
他の実施形態を図５に示す。この実施形態における塑性金属ダンパ１は、建造物Ｓの左右の柱Ｓ１と上の梁Ｓ２との結合部から補強用ブレースＳ３を下の梁Ｓ２に向けて下方に夫々延ばし、このブレースＳ３，Ｓ３の先端部を結合するジョイントＳ４と下の梁Ｓ３との間に設けている。そして、上下の梁Ｓ２，Ｓ２間に振動による水平方向の相対移動が生じた場合に、先の実施形態と同様にして、塑性金属体３が軸線方向に伸縮し、その塑性変形により振動エネルギを吸収して振動を抑制し、建造物Ｓの歪みを軽減する。
なお、本発明に係る塑性金属ダンパ１においては、適用箇所が上記実施形態に限定されるものではなく、要するに振動により相対変位が生じる支持体と被支持体との間に、その変位に合わせて塑性金属体３を軸線方向に伸縮させるように設けることができればよい。
【００１０】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、構造物と支持体との間の振動に対して塑性金属体が軸線方向に塑性変形するからエネルギー吸収能力が大きく、振動に対する大きな減衰性能を発揮することができ、しかも構造が単純で設計、製作、取付が容易であり、安価に提供することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る塑性金属ダンパの設置状態の正面図である。
【図２】塑性金属ダンパの一部を切り欠いた正面図である。
【図３】比較試験における塑性金属ダンパの破断過程を示す正面図である。
【図４】他の比較試験における塑性金属ダンパの破断前の状態を示す説明図である。
【図５】他の実施形態に係る塑性金属ダンパの設置状態の正面図である。
【符号の説明】
１　　塑性金属ダンパ
２　　ブラケット
２ａ　フランジ
３　　塑性金属体
４　　拘束管
Ｂ　　支持体
Ｓ　　構造物

Claims (2)

1. 支持体と被支持体とに夫々結合される固定部材と、
   ほぼ円柱状の鉛で形成され、両端部が前記固定部材に固着された塑性金属体と、
   前記固定部材に固着され、前記塑性金属体の両端部周りを覆うように筒状を成し、その軸方向長さが塑性金属体の１／３以上である拘束部材とを具備し、
   前記被支持体の振動に対して塑性金属体が軸線方向に伸縮してその塑性変形により振動エネルギを吸収して振動を抑制することを特徴とする塑性金属ダンパ。
2. 前記拘束部材と塑性金属体との間に隙間が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の塑性金属ダンパ。

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