JP2006266390A - 制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 降伏点が異なる二種類の材料を組み合わせて構成することにより、高い制振効果を発揮できる制振装置を提供すること。
【解決手段】 任意の材料からなる芯材と、上記芯材の外周に設置され上記芯材より降伏点が高い材料からなる周辺拘束材とを具備した構成であり、それによって、芯材の振動エネルギ吸収能力が高くなり、より優れた制振効果を得ることができるものであると共に、周辺拘束材が降伏しなければ原点付近に復帰して繰り返し機能することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）等の金属の塑性特性を利用した制振装置に係り、特に、降伏点が異なる二種類の材料を組み合わせて構成することにより、より高い制振効果を得ることができるように工夫したものに関する。

金属の塑性特性を利用した制振装置を開示するものとして、例えば、特許文献１、特許文献２等がある。

特開２００１−１４０９６５号公報 特開２００３−２７７６６号公報

上記特許文献１、特許文献２に開示されている制振装置は、例えば、上側構造体と下側構造体の間に、支持体を介して塑性を有する金属体を配置したものである。そして、上記塑性を有する金属体の塑性変形を利用して振動エネルギを吸収しようとするものである。

上記従来の構成によると次のような問題があった。
すなわち、従来の制振装置は、単にブロック状のものを設置しただけであり、高い制振効果を得る上では決して十分な構成であるとはいえなかった。
又、従来の制振装置は、ある種の塑性を有する金属体を使用しただけの構成であり、その場合、その塑性を有する金属体からなる金属ダンパの剛性、降伏点等については、その塑性を有する金属体が有する履歴特性によって一義的に決定されてしまい、そのため、制振装置としての効果には限界があると共に適用範囲が限定されてしまうという問題があった。
より具体的に説明すると、例えば、大きな降伏点を備えた単一の材料から制振装置を構成した場合には、地震により発生した振動エネルギによる荷重がその降伏点を越えない限りは制振装置が塑性変形することはない。したがって、それまでは地震によって発生した振動エネルギは吸収されることはなく建築物に作用してしまうことになる。
逆に、例えば、小さな降伏点を備えた単一の材料から制振装置を構成した場合には、地震により発生した振動エネルギによる荷重がその降伏点を越えることにより制振装置が早々に塑性変形する。それによって、地震によって発生した振動エネルギは吸収されることになる。しかしながら、それ以上の振動エネルギが作用することに対しては最早何等ダンパ機能を発揮することができなくなってしまうものである。

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、降伏点が異なる二種類の材料を組み合わせて構成することにより、より高い制振効果を発揮することができる制振装置を提供することにある。

上記目的を達成するべく本願発明の請求項１による制振装置は、任意の材料からなる芯材と、上記芯材の外周に設置され上記芯材より降伏点が高い材料からなる周辺拘束材と、を具備したことを特徴とするものである。
又、請求項２による制振装置は、請求項１記載の制振装置において、上記周辺拘束材を環状部材を積層させた構成としたことを特徴とするものである。
又、請求項３による制振装置は、請求項１又は請求項２記載の制振装置において、上記芯材はアルミ合金製であり、上記周辺拘束材はそれよりも降伏点が高い別のアルミ合金製であることを特徴とするものである。
又、請求項４による制振装置は、請求項１又は請求項２記載の制振装置において、上記芯材はアルミ合金製であり、上記周辺拘束材はそれよりも降伏点が高い異種金属製であることを特徴とするものである。

以上述べたように本願発明による制振装置は、任意の材料からなる芯材と、上記芯材の外周に設置され上記芯材より降伏点が高い材料からなる周辺拘束材と、を具備した構成になっているので、芯材の振動エネルギ吸収能力が高くなり、それによって、より優れた制振効果を得ることができるものである。
又、上記周辺拘束材を環状部材を積層させた構成とした場合には、大きな振動エネルギが作用しても、周辺拘束部材が塑性変型してしまうことを防止することができ、繰り返し使用することが可能になる。
又、上記芯材をアルミ合金製とし、上記周辺拘束材をそれよりも降伏点が高い別のアルミ合金製とした場合には、両方ともアルミ合金製であるので取扱が容易であるという利点がある。
又、上記芯材をアルミ合金製とし、上記周辺拘束材はそれよりも降伏点が高い異種金属製としても同様の効果を得ることができる。

以下、図１乃至図４を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態による制振装置１の構成を示す斜視図であり、まず、芯材３はある種のアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）から構成されている。上記芯材３の外周には周辺拘束材５が設置されている。この周辺拘束材５は上記芯材３よりも降伏点が高い別のアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）から構成されている。このように、芯材３の外周により降伏点が高い周辺拘束材５を設置することにより、芯材３の振動エネルギ吸収能力を高めようとするものである。

上記芯材３を構成するある種のアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）と上記周辺拘束材５を構成するより降伏点が高い別のアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）の特性を図２、図３に示す。図２は、横軸に変位量（δ）をとり縦軸に荷重をとって、上記ある種のアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）の降伏点特性を示した図である。図３は、横軸に変位量（δ）をとり縦軸に荷重をとって、上記別のアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）の降伏点特性を示した図である。これら図２、図３に示すように、別のアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）の降伏点は上記ある種のアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）の降伏点に対して大きく設定されている。

上記構成をなす制振装置1は、例えば、図４に示すような状態で使用される。図４は建築物の一部を模式的に示す図であり、複数本の梁１１、柱１３、ブレース１５とから構成されている。そして、梁１１とブレース１５、１５の間に制振装置１が設置されている。又、プレース１５、１５、１５の間に制振装置１、１が設置されている。又、柱１３の途中に制振装置1が設置されている。

以上の構成を基にその作用を説明する。例えば、地震が発生してそれによる振動エネルギが建築物に作用すると、各制振装置１の芯材３と周辺拘束材５が変形し始める。そして、芯材３の降伏点を越えるような振動エネルギが作用することにより芯材３は塑性変形し、それによって、振動エネルギは吸収される。一方、周辺拘束材５は作用した振動エネルギが降伏点を越えるようなものではないので塑性変形してしまうようなことはない。そして、振動エネルギが吸収された後、周辺拘束材５の弾性によって元の状態に復帰する。
但し、周辺拘束材５の降伏点をも越えるような振動エネルギが作用した場合には周辺拘束材５も塑性変型することになる。

このような一連の作用において、芯材３の外周により降伏点が高い周辺拘束材５が設置されているので、芯材３の身が露出・配置されている場合に比べて芯材３の振動エネルギ吸収能力が高められており、よって、地震によった発生した振動エネルギを効果的に吸収して、建築物への影響を軽減させることができる。

以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、高い制振効果を得ることができる。これは、芯材３の外周により降伏点が高い周辺拘束材５を設置することにより、芯材３の振動エネルギ吸収能力を高めることができるからである。
又、外側により降伏点が高い周辺拘束材５を設置しているので、振動エネルギが吸収された後は、周辺拘束材５の弾性復帰力によって元の状態に復帰することになり、その結果、外観上大きな変形がないという利点がある。

次に、図５を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。この第２の実施の形態の場合には、前記第１の実施の形態における周辺拘束材５を輪切りにして各周辺拘束材要素５ａとし、これら複数枚の周辺拘束材要素５ａを積層させた構成としたものである。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同じであり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。

よって、前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができると共に、周辺拘束材要素５ａがフリーな状態で設置されていて塑性変形することがないので、繰り返し使用することができるという利点がある。

次に、図６を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。この第３の実施の形態の場合には、いわゆる「ターンバックルブレース」に代えて本願発明の制振装置を使用するようにしたものである。まず、制振装置２１があり、この制振装置２１は、芯材２３、２５と、これら芯材２３、２５の外周に設置された周辺拘束材２７とから構成されている。上記芯材２３、２５はある種のアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）製である。又、上記周辺拘束材２７は上記ある種のアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）よりも降伏点が高い別のアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）から構成されている。

又、上記芯材２３と芯材２５との間には隙間２９が設けられている。そして、上記各芯材２３、２５にはブレース材３１、３３が螺合・結合されている。又、圧縮力にも適用する場合には、ブレース材３１、３３の外周に座屈拘束用鞘管３５が被冠・配置されることがある（図６ではブレース材３１の外周のみに座屈拘束用鞘管３５を被冠させている）。上記座屈拘束用鞘管３５としては、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）が考えられ、ブレース材３１、３３の圧縮による座屈を防止するものである。

このような構成でも前記第１、第２の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。

尚、本発明は前記第１、第２、第３の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、前記各実施の形態では、芯材、周辺拘束材の材質を共にアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）としたが、それに限定されるものではなく様々なものが想定される。例えば、周辺拘束材を降伏点の高い鉄製とすることも想定される。
又、非金属製とすることも考えられる。
又、断面形状も円形に限定されるものではなく様々な形状が考えられる。
又、適用場所についてもこれを特に限定するものではない。

本発明は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）等の金属の塑性特性を利用した制振装置に係り、特に、降伏点が異なる複数種類の材料を組み合わせて構成することにより、より高い制振効果を得ることができるように工夫したものに関し、例えば、構造物の任意の場所に組み込まれる制振装置として好適である。

本発明の第１の実施の形態を示す図で、制振装置の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、ある種のアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）の降伏点特性を示す特性図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、別の種類のアルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等）の降伏点特性を示す特性図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、制振装置の使用例を示す正面図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、制振装置の構成を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態を示す図で、制振装置の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 制振装置
３ 芯材
５ 周辺拘束材
５ａ 周辺拘束材要素
２１ 制振装置
２３ 芯材
２５ 芯材
２７ 周辺拘束材

Claims (4)

1. 任意の材料からなる芯材と、
   上記芯材の外周に設置され上記芯材より降伏点が高い材料からなる周辺拘束材と、
   を具備したことを特徴とする制振装置。
2. 請求項１記載の制振装置において、
   上記周辺拘束材は環状部材を積層させた構成となっていることを特徴とする制振装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の制振装置において、
   上記芯材はアルミ合金製であり、上記周辺拘束材はそれよりも降伏点が高い別のアルミ合金製であることを特徴とする制振装置。
4. 請求項１又は請求項２記載の制振装置において、
   上記芯材はアルミ合金製であり、上記周辺拘束材はそれよりも降伏点が高い異種金属製であることを特徴とする制振装置。

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