JP2006161445A - Bending shearing brace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、建築構造物等において使用されるブレースに係り、特に曲げ及びせん断で抵抗するようにした曲げせん断ブレースに関するものである。 The present invention relates to a brace used in a building structure or the like, and more particularly to a bending shear brace that resists bending and shearing.
たとえば中・高層建築物等では、地震や風等の水平力に対する抵抗要素として、ブレース構造を用いた建物架構が広く用いられている。ここで図10は、従来のブレース100の例を示しており、基本的には単純な軸材により構成され、実使用に際してたとえばラーメン架構等と併用される。
For example, in medium- and high-rise buildings, building frames using a brace structure are widely used as resistance elements against horizontal forces such as earthquakes and winds. Here, FIG. 10 shows an example of a
従来のブレース100において両端に入力荷重Pが作用し、圧縮あるいは引張り応力が発生する。すなわち、従来のブレース100は、入力荷重Pに対して軸力で抵抗するようになっている。
In the
しかしながら、前述のように従来のブレース100では、入力荷重Pに対して軸力で抵抗するようにしているため、座屈や引張り破断に対して必ずしも十分な耐力を確保するのが容易でなかった。荷重入力時の変形能力が小さく、復元力特性においてもスリップが生じる場合があり、良好な履歴特性を得るのが難しいのが実情であった。
However, as described above, in the
なお、特許文献1等には、ブレースの上端部の束材を、小変形で早期に塑性化する第1のダンパー手段と、大変形で塑性化する第2のダンパー手段とを並置した偏心ブレース構造が開示されている。 In Patent Document 1 or the like, an eccentric brace in which a bundle member at the upper end of a brace is juxtaposed with a first damper means that plasticizes early with small deformation and a second damper means that plasticizes with large deformation. A structure is disclosed.
本発明はかかる実情に鑑み、変形能力を大幅に大きくし、安定かつ良好な履歴特性(復元力特性)を実現する曲げせん断ブレースを提供することを目的とする。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a bending shear brace that greatly increases the deformability and realizes stable and good hysteresis characteristics (restoring force characteristics).
本発明の曲げせん断ブレースは、入力荷重に対して曲げ及びせん断変形で抵抗するようにした曲げせん断ブレースであって、ブレースの一部に強度及び剛性がブレース軸部よりも小さくした曲げ抵抗部を持つことを特徴とする。 The bending shear brace of the present invention is a bending shear brace that resists an input load by bending and shear deformation, and a bending resistance portion having strength and rigidity smaller than that of the brace shaft portion in a part of the brace. It is characterized by having.
また、本発明の曲げせん断ブレースにおいて、前記曲げ抵抗部は前記ブレース軸部の両端にて、入力荷重と略直交するように配置されることを特徴とする。 In the bending shear brace of the present invention, the bending resistance portion is arranged at both ends of the brace shaft portion so as to be substantially orthogonal to the input load.
また、本発明の曲げせん断ブレースにおいて、前記曲げ抵抗部の端部にブレース取付部を有し、前記ブレース軸部及び前記ブレース取付部は弾性状態を維持し、かつ前記曲げ抵抗部のみ曲げ降伏するようにしたことを特徴とする。 Further, in the bending shear brace of the present invention, a brace attachment portion is provided at an end of the bending resistance portion, the brace shaft portion and the brace attachment portion maintain an elastic state, and only the bending resistance portion bends and yields. It is characterized by doing so.
また、本発明の曲げせん断ブレースにおいて、前記ブレース軸部、前記ブレース取付部及び前記曲げ抵抗部は、下記式を満足する相互関係を有することを特徴とする。
Pu<Pcr1 ,Pu<Pcr3
Mpc2<Mpc1 ,Mpc2<Mpc3
ここに、Pu;ブレースの終局耐力、Pcr1,Pcr3;ブレース取付部及びブレース軸部のそれぞれ限界圧縮力、Mpc1〜Mpc3;軸力を考慮したブレース取付部、曲げ抵抗部及びブレース軸部のそれぞれ全塑性モーメント。
In the bending shear brace of the present invention, the brace shaft portion, the brace mounting portion, and the bending resistance portion have a mutual relationship that satisfies the following expression.
P u <P cr1 , P u <P cr3
M pc2 <M pc1, M pc2 <M pc3
Here, P u; ultimate strength of the brace, P cr1, P cr3; each critical compressive force of the brace mounting portion and a brace shaft, M pc1 ~M pc3; brace mounting portion in consideration of axial force, bending resistance portion and braces Total plastic moment of each shaft part.
本発明によれば、曲げ抵抗部の強度及び剛性をブレース軸部よりも小さくすることで、荷重入力時にブレース軸部を殆ど変形させずこれを剛体挙動とし、一方、曲げ抵抗部は変形させることができる。入力荷重に対して曲げ及びせん断変形で抵抗するようにしたことで、特にブレース軸部の座屈や引張り破断が生じない。変形能力が格段に優れ、荷重入力時の復元力特性においてスリップが生じない安定した履歴特性を得ることができる。 According to the present invention, the strength and rigidity of the bending resistance portion is made smaller than that of the brace shaft portion, so that the brace shaft portion is hardly deformed when a load is input, and the bending resistance portion is deformed. Can do. By resisting the input load by bending and shear deformation, the brace shaft portion is not particularly buckled or pulled. The deformability is remarkably excellent, and a stable hysteresis characteristic that does not cause slip in the restoring force characteristic at the time of load input can be obtained.
以下、添付図面に基づいて、本発明による曲げせん断ブレースの好適な実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の曲げせん断ブレース10の概略構成を示している。ここで先ず、ブレースの形成材料として、金属材料(鋼材あるいはアルミニウム合金(ジュラルミン等))、プラスチック材料又は木材等を用いることができる。曲げせん断ブレース10は後述するように、入力荷重に対して曲げ及びせん断変形で抵抗するようになっている。
Hereinafter, preferred embodiments of a bending shear brace according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
曲げせん断ブレース10の具体的構成において、図1に示すようにブレース取付部1、曲げ抵抗部2及びブレース軸部3を有する。本発明において特に、ブレースの一部に強度及び剛性がブレース軸部3よりも小さくした曲げ抵抗部2を持つ。この例ではブレースの両端にブレース取付部1を有し、ブレース軸部3の端部でそれぞれ曲げ抵抗部2を介して略L字状に結合する。曲げ抵抗部2はブレース軸部3の両端にて、入力荷重Pと略直交するように配置される。
The specific configuration of the
また、本発明の曲げせん断ブレース10において、ブレース軸部3及びブレース取付部1は弾性状態を維持し、かつ曲げ抵抗部2のみ曲げ降伏するようになっている。すなわち曲げ抵抗部2の強度及び剛性をブレース軸部3よりも小さくすることで、荷重入力時にブレース軸部3を殆ど変形させずこれを剛体挙動とし、一方、曲げ抵抗部2は図1の点線により示されるように変形させることができる。
In the
このように入力荷重に対して曲げ変形で抵抗するようにしたことで、特にブレース軸部3の座屈や引張り破断が生じない。したがって、従来のブレースに比べて変形能力が格段に優れ、荷重入力時の復元力特性においてスリップが生じない安定した履歴特性を得ることができる。図2は、従来のブレースとの比較において本発明の曲げせん断ブレース10の復元力特性の例を示している。なお図中、δはブレースの水平変位量である。また、本発明の曲げせん断ブレース10は、簡素な構造であるためコストが安く済む等の利点がある。
Thus, by resisting the input load by bending deformation, the
さらに、図3は、本発明の曲げせん断ブレース10を組込んだ骨組構造の1例を示している。この例では木質の骨組11(典型的にはラーメン構造)に対して図示のように曲げせん断ブレース10を組込み、水平荷重Hに対する水平変位Δの変化を実験する。この場合、ブレース軸部3として鋼棒(たとえば直径19mm)を使用する。曲げ抵抗部2はL字形の金具をボルトで固定することにより構成することもできるが、好適には溶接により接合したものとする。
Further, FIG. 3 shows an example of a framework structure incorporating the
図4は、かかる曲げせん断ブレース10における軸力及び軸変位の関係を示している。図から明かなように安定した紡錘形の履歴特性が得られる。
FIG. 4 shows the relationship between the axial force and the axial displacement in the
つぎに、曲げせん断ブレース10の具体的な設計例を説明する。
曲げせん断ブレース10の各部には、図5(a)の曲げモーメント図のように曲げモーメントM1〜M3が発生する。なお、各部の寸法につき、ブレース取付部1;l1、曲げ抵抗部2;l2、ブレース軸部3;l3とし、曲げせん断ブレース10に対して引張り荷重あるいは圧縮荷重が作用するものとする(図5(b),(c))。また、曲げ抵抗部2の端部には、塑性ヒンジ4A,4Bが発生する。
Next, a specific design example of the
In each part of the
前述したブレース軸部3及びブレース取付部1は弾性状態を維持し、かつ曲げ抵抗部2のみ曲げ降伏する条件は、つぎの(1)式で与えられる。
Pu<Pcr1 , Pu<Pcr3
Mpc2<Mpc1 , Mpc2<Mpc3 (1)
The above-described condition that the
P u <P cr1 , P u <P cr3
M pc2 <M pc1, M pc2 <M pc3 (1)
(1)式において、Pu;ブレースの終局耐力、Pcr1,Pcr3;ブレース取付部1、ブレース軸部3の限界圧縮力であり、つぎの(2)式、(3)式で与えられる。
Pcr1=π2EI1/(2l1)2 (2)
なお、EI1;ブレース取付部1の曲げ剛性である。
Pcr3/Ny3+(Pcr3・l2/2)/{My3(1−Pcr3/PE3)}=1 (3)
In equation (1), P u is the ultimate strength of the brace, P cr1 , P cr3 ; the critical compressive force of the brace mounting portion 1 and the
P cr1 = π 2 EI 1 / (2l 1 ) 2 (2)
Here, EI 1 is the bending rigidity of the brace mounting portion 1.
P cr3 / N y3 + (P cr3 ·
(2)式及び(3)式において図6をも参照して、Ny3;ブレース軸部3の降伏軸力、PE3;ブレース軸部3のオイラー荷重、My3;ブレース軸部3の降伏モーメントあり、また、Mpc1〜Mpc3;軸力を考慮したブレース取付部1、曲げ抵抗部2及びブレース軸部3の全塑性モーメントである。
なお、曲げ抵抗部2の材長が短くなると、せん断で抵抗するようになり、せん断降伏する。せん断降伏する場合においても、曲げ降伏する場合に準じた設計式を用いることができる。
Referring to FIG. 6 in Equations (2) and (3), N y3 ; Yield axial force of
In addition, when the material length of the
つぎに、ブレース耐力Puは図5から、一般につぎの(4)式で与えられる。
Pu=(2Mpc2/l2)・(1/cosθ) (4)
この場合、曲げ抵抗部2の断面形状に応じて、すなわち特に長方形断面(図7(a))あるいはH形断面(図7(b))のときブレース耐力Puは、以下のように与えられる。
Next, the brace strength Pu is generally given by the following equation (4) from FIG.
P u = (2M pc 2 / l 2 ) · (1 / cos θ) (4)
In this case, according to the cross-sectional shape of the bending
長方形断面
長方形断面に対してブレース耐力Puは、つぎの(5)式で与えられる。
Pu=(2/l2)・(1/cosθ)・Mp・{1−(N/Ny)2} (5)
ここに、Mp=(bd2/4)・σy 、N=Pu・sinθ 、σy;降伏応力度である。
For the rectangular cross section, the brace proof strength Pu is given by the following equation (5).
P u = (2 / l 2 ) · (1 / cos θ) · M p · {1- (N / N y ) 2 } (5)
Here, M p = (bd 2/ 4) · σ y, N = P u · sinθ, σ y; a yield stress of.
H形断面
H形断面に対してブレース耐力Puは、つぎの(6)式、(7)式で与えられる。
N/Ny ≦ Aw/2Aの場合、Pu=(2Mp/l2)・(1/cosθ) (6)
N/Ny > Aw/2Aの場合、
Pu=1.14{1−(N/Ny)}・Mp・(1/cosθ)(1/l2) (7)
ここに、Mp={Af(d−tf)+(1/4)・Aw(d−2tf)}σy 、
N=Pu・sinθである。
Brace strength P u relative to H-section H-shaped cross-section, the following equation (6) is given by equation (7).
In the case of N / N y ≦ A w / 2A, P u = (2M p / l 2 ) · (1 / cos θ) (6)
If N / N y > A w / 2A,
P u = 1.14 {1- (N / N y )} · M p · (1 / cos θ) (1 / l 2 ) (7)
Where M p = {A f (d−t f ) + (1/4) · A w (d−2t f )} σ y ,
N = P u · sin θ.
前述したように本発明の曲げせん断ブレース10は、従来のブレースに比べて変形能力が大きい。ブレース破壊に至るまでの変形能力は、図8(a)に示されるようにブレース全長Lとしてつぎのようになる。なお、典型的には前述した骨組11に曲げせん断ブレース10を組込んだ骨組構造とする。
δc=2d/cosθ=0.4L
なお、1/cosθ=2,d=0.1L とする。
As described above, the bending
δ c = 2d / cos θ = 0.4L
Note that 1 / cos θ = 2 and d = 0.1 L.
これに対して図8(b)に示されるように従来のブレースI(前述したブレース100(図10)であってよい)では、つぎのようになる。
δc=0.1L/cosθ
また、図8(c)に示されるように別の従来のブレースIIでは、つぎのようになる。
δc=d=0.1L
On the other hand, as shown in FIG. 8B, the conventional brace I (which may be the above-described brace 100 (FIG. 10)) is as follows.
δ c = 0.1 L / cos θ
Further, as shown in FIG. 8C, another conventional brace II is as follows.
δ c = d = 0.1 L
つぎに、本発明の変形例について説明する。
たとえば、図9(a)に示した曲げせん断ブレース10では、両端のブレース取付部1の延長線に沿った軸線(L′)に対して相互に反対側に延出する曲げ抵抗部2を有する。これらの曲げ抵抗部2に結合するブレース軸部3は、軸線L′と交差するように配置される。この例の曲げせん断ブレース10も、前述した場合と実質的に同様な作用効果を有するが、特にこの場合は骨組11に収まりよく配置構成することができる。
Next, a modified example of the present invention will be described.
For example, the bending
また、図9(b)に示した曲げせん断ブレース10では、2分割構成されたブレース軸部3は、軸線L′を挟んで相互に反対側に配置される。この場合にも骨組11に収まりよく配置構成することができる。
Further, in the bending
なお、変形例を含めて本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更等が可能である。
上記実施形態で示した寸法等の数値例は、それらに限定されることなくその他種々採用可能である。また、図9等に示した変形例のさらに発展型も可能であり、すなわち曲げ抵抗部2やブレース軸部3の数量等は本発明の範囲内で適宜増減可能である。
In addition, although suitable embodiment of this invention was described including the modification, this invention is not limited only to embodiment mentioned above, A change etc. are suitably possible as needed.
Numerical examples such as dimensions shown in the above embodiment are not limited thereto, and various other examples can be adopted. Further, a further development of the modification shown in FIG. 9 and the like is possible, that is, the number of the bending
1 ブレース取付部
2 曲げ抵抗部
3 ブレース軸部
10 曲げせん断ブレース
1
Claims (4)
ブレースの一部に強度及び剛性がブレース軸部よりも小さくした曲げ抵抗部を持つことを特徴とする曲げせん断ブレース。 A bending shear brace that resists input load by bending and shear deformation,
A bending shear brace characterized in that a part of the brace has a bending resistance portion whose strength and rigidity are smaller than those of the brace shaft portion.
Pu<Pcr1 ,Pu<Pcr3
Mpc2<Mpc1 ,Mpc2<Mpc3
ここに、Pu;ブレースの終局耐力、Pcr1,Pcr3;ブレース取付部及びブレース軸部のそれぞれ限界圧縮力、Mpc1〜Mpc3;軸力を考慮したブレース取付部、曲げ抵抗部及びブレース軸部のそれぞれ全塑性モーメント。 4. The bending shear brace according to claim 3, wherein the brace shaft portion, the brace attaching portion, and the bending resistance portion have a mutual relationship that satisfies the following formula.
P u <P cr1 , P u <P cr3
M pc2 <M pc1, M pc2 <M pc3
Here, P u; ultimate strength of the brace, P cr1, P cr3; each critical compressive force of the brace mounting portion and a brace shaft, M pc1 ~M pc3; brace mounting portion in consideration of axial force, bending resistance portion and braces Total plastic moment of each shaft part.
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Cited By (1)
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JP2008133662A (en) * | 2006-11-28 | 2008-06-12 | Toyota Motor Corp | Earthquake resistant structure for building |
-
2004
- 2004-12-08 JP JP2004355773A patent/JP2006161445A/en active Pending
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