JP2007063916A - 既設rc構造物の制震改修工法 - Google Patents

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邦宏 森下
Koichi Inoue
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英明 小西
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Abstract

【課題】 制震改修工事に要する工事費を抑制することができるとともに、地震等によるRC構造物の変形量を低減させて、剪断破壊を防止することができる既設RC構造物の制震改修工法を提供すること。
【解決手段】 基礎2と、この基礎2の上に立ち上げられた躯体3とを備えた既設RC構造物1の制震改修工法であって、前記躯体3の表面3aに、制震部材7を取り付けるための接合用部材6を取り付け、その後、この接合用部材6に制震部材7を取り付けるようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、高速道路高架橋の橋脚等の既設RC(鉄筋コンクリート)構造物の制震改修工法に関するものである。
高速道路高架橋の橋脚等の既設RC構造物の耐震性を向上させる工法としては、この既設RC構造物の躯体部分の周り全体に増し厚コンクリートを打設することにより、耐力を増加させるとともに、変形性能を増大させようとしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平9−67942号公報
このような工法を採用した場合、前述のように、既設RC構造物の躯体部分の表面全体に増し厚コンクリートを打設しなければならない。そのため、例えば、当該構造物が河川内や湾内等に設けられている場合には、一旦、当該構造物の周りに存する水を排除して、躯体(および基礎)の全体を露出させなければならず、工事が大がかりなものとなり、工事費が嵩んでしまうといった問題点があった。
また、上記の工事によりRC構造物の躯体強度が増加するため、地震時に発生する基礎への反力も過大なものとなり、河川内かつ地盤中にある基礎の補強も必要となり、さらに工事費が嵩むという問題点もあった。
従来、RC構造物は、それ自体に粘りがあるため、剪断破壊のおそれはない場合には補強は軽微で済んでいた。しかし実際のところ、とりわけ既設RC構造物については、地震等による変形によって剪断破壊してしまうことがある。したがって、RC構造物が剪断破壊を起こさないようにするためには、RC構造物を補強して剪断破壊しないような構造系に変更するか、あるいはRC構造物の変形を少なく(最小化)して、剪断破壊が起こらないようすることが好適である。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、制震改修工事に要する工事費を抑制することができるとともに、地震等によるRC構造物の変形量を低減させて、剪断破壊を防止することができる既設RC構造物の制震改修工法を提供することを目的としている。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明による既設RC構造物の制震改修工法は、基礎と、この基礎の上に立ち上げられた躯体とを備えた既設RC構造物の制震改修工法であって、前記躯体の表面に、制震部材を取り付けるための接合用部材を取り付け、その後、この接合用部材に制震部材を取り付けるようにしている。
このような既設RC構造物の制震改修工法によれば、躯体の表面に、例えば、複数本のアンカーボルトを打ち込み、これらアンカーボルトに、接合用部材の少なくとも四隅部に形成された丸穴を引っ掛けて止め(掛止させて)、アンカーボルトの先端部に形成されたネジ部と螺合するナットを締め込んで接合用部材を躯体の表面に取り付ける。
つぎに、接合用部材に予め設けられた複数本のスタッドボルトに、制震部材の両端部に形成された丸穴を引っ掛けて止め(掛止させて)、スタッドボルトの先端部に形成されたネジ部と螺合するナットを締め込んで制震部材を接合用部材に取り付ける。
このように、接合用部材および制震部材は、既設RC構造物の躯体の表面に比較的容易に取り付けることができるので、既設RC構造物の制震改修工事を簡単に実施することができるとともに、当該工事にかかる工事費を低減させることができる。
また、既設RC構造物が河川内や湾内等に設けられている場合でも、水面よりも上方に位置する躯体の表面に接合用部材および制震部材を取り付けることにより、既設RC構造物の耐震性を向上させることができるので、RC構造物の周りに存する水を排除して、躯体(および基礎)の全体を露出させるといった大がかりな作業をなくすことができ、制震改修工事にかかる工事費を大幅に低減させることができる。
さらに、地震等により躯体が強軸方向(躯体の表面に沿う方向)に変形したとしても、制震部材によりそのエネルギーを吸収させることができるので、地震等によるRC構造物の変形量を低減させることができ、剪断破壊を防止することができるとともに、地震等の振動エネルギーを吸収して減衰を付加させることができ、躯体の強軸方向の耐震性を向上させることができる。
本発明による既設RC構造物は、基礎と、この基礎の上に立ち上げられた躯体とを備えたRC構造物であって、前記躯体の表面に、制震部材が設けられている。

このような既設RC構造物によれば、地震等により躯体が強軸方向(躯体の表面に沿う方向)に変形したとしても、制震部材によりそのエネルギーを吸収させることができるので、地震等によるRC構造物の変形量を低減させることができ、剪断破壊を防止することができるとともに、地震等の振動エネルギーを吸収して減衰させることができ、躯体の強軸方向の耐震性を向上させることができる。
また、上記RC構造物において、前記制震部材が、前記躯体の表面に、上下方向に対して斜めに配置されているとともに、圧縮力に対しても引張力と同等の塑性変形特性を有する斜材として構成されていればさらに好適である。
このようなRC構造物によれば、地震等により躯体が強軸方向にわずかに変形したとしても、制震部材が塑性変形することによりそのエネルギーが吸収されることとなる。これにより、地震等によるRC構造物の変形量を低減させることができ、剪断破壊を防止することができるとともに、地震等の振動エネルギーを吸収して減衰させることができ、躯体の強軸方向の耐震性を向上させることができる。
さらに、上記RC構造物において、前記制震部材が、前記躯体の表面を覆うように配置されているとともに、低降伏点鋼からなっていてもよい。
このようなRC構造物によれば、地震等により躯体の強軸方向に生じたわずかな変形は、制震部材を剪断変形させ、この剪断変形による塑性変形が制震部材に生じてそのエネルギーが吸収されることとなる。これにより、地震等によるRC構造物の変形量を低減させることができ、剪断破壊を防止することができるとともに、地震等の振動エネルギーを吸収して減衰を付加させることができ、躯体の強軸方向の耐震性を向上させることができる。
本発明による既設RC構造物の制震改修工法によれば、工事費を抑制することができるとともに、地震等によるRC構造物の変形量を低減させて、剪断破壊を防止することができるという効果を奏する。
以下、本発明によるRC構造物(以下、「RC橋脚」という)の第1実施形態を、図1を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係るRC橋脚を示す概略正面図である。このRC橋脚1は、鉄筋コンクリート(RC(reinforced concrete))からなり、基礎(以下、「フーチング」という)2と、この上に立ち上げられた躯体3とを有し、躯体3の上端で沓4を介して橋桁5を支持するものである。
躯体3は、橋梁の軸線方向の寸法よりもこの軸線方向と直角する方向の寸法が著しく大きい断面視長方形を呈する、壁状の構造体となっており、コンクリート内にフーチング2から連続して立ち上げられた主筋(図示せず)と水平方向の帯筋(図示せず)とが配置されている。
躯体3の、橋梁の軸線方向と直角する方向に平行となる面(表面)3aには、接合用部材(例えば、鋼板)6を介して制震ブレース(制震部材)7がそれぞれ一つずつ取り付けられている。
接合用部材6は、制震ブレース7の各端部にそれぞれ一枚ずつ配置されており、例えば、躯体3の面3aに設けられた複数本のアンカーボルト(図示せず)と、これらアンカーボルトの先端部に形成されたネジ部と螺合するナット(図示せず)とにより、躯体3に取り付けられている(剛結されている)。この接合用部材とRC構造物表面の間にはグラウトを注入するなどの処理を行い、結合力をさらに高めることも可能である。
図1に示すように、制震ブレース7は、躯体3の上下方向に対して斜めに配置されているとともに、躯体3の一の面3aに取り付けられた制震ブレース7と、他の面3aに取り付けられた制震ブレース7とが、互いに交差するように配置されている。
制震ブレース7としては、圧縮力に対しても引張力と同等の塑性変形性能を有するもの、例えば、本出願人が先に出願した特開2000−81085号公報に開示されている斜材を用いることができる。この斜材の両端部には、履歴型ダンパが配置されており、これら履歴型ダンパはそれぞれ、接合用部材6の表面中央部に設けられた複数本のスタッドボルト(図示せず)と、これらスタッドボルトの先端部に形成されたネジ部と螺合するナット(図示せず)とにより、接合用部材6に取り付けられている。あるいは接合用部材6の表面に制震ブレース7を取り付けるためのガセットを溶接接合しておき、それに対して制震ブレースを取り付けてもよい。
これら接合用部材6および制震ブレース7は、既設のRC橋脚にも「制震改修工事」として実施することができる。
施工方法としては、まず、既設のRC橋脚の躯体3の面3aに、例えば、複数本のアンカーボルトを打ち込み、これらアンカーボルトに、接合用部材6の少なくとも四隅部に形成された丸穴を引っ掛けて止め(掛止させて)、アンカーボルトの先端部に形成されたネジ部と螺合するナットを締め込んで接合用部材6を躯体3の面3aに取り付ける。この接合用部材とRC構造物表面の間にはグラウトを注入するなどの処理を行い、結合力をさらに高めることも可能である。
つぎに、接合用部材6の表面中央部に予め設けられた複数本のスタッドボルトに、制震ブレース7の両端部(例えば、履歴型ダンパの先端部)に形成された丸穴を引っ掛けて止め(掛止させて)、スタッドボルトの先端部に形成されたネジ部と螺合するナットを締め込んで制震ブレース7を接合用部材6に取り付ける。あるいは接合用部材6の表面に制震ブレース7を取り付けるためのガセットを溶接接合しておき、それに対して制震ブレースを取り付けてもよい。
本実施形態によるRC橋脚1によれば、地震等により躯体3が強軸方向(躯体3の面3aに沿う方向)に変形したとしても、制震ブレース7によりそのエネルギーを吸収させることができるので、地震等によるRC橋脚1の変形量を低減させることができ、剪断破壊を防止することができるとともに、地震等の振動エネルギーを吸収して減衰を付加させることができ、躯体3の強軸方向の耐震性を向上させることができる(図3「本発明構造」の実線a参照)。
また、制震ブレース7として、例えば、本出願人が先に出願した特開2000−81085号公報に開示されている斜材を用いた場合には、その特定部位(ダンパー部分)の断面積が縮小させられた(減少させられた)塑性化領域を有することとなるので、制震ブレース7自体の軸剛性を高めることができ、わずかな変形から塑性化させることが可能となるので、地震等により躯体3が強軸方向にわずかに変形したとしても、制震ブレース7によりそのエネルギーを確実に吸収させることができる。
さらに、接合用部材6および制震ブレース7は、既設のRC橋脚の躯体3の面3aにも比較的容易に取り付けることができるので、既設のRC橋脚の制震改修工事を簡単に実施することができるとともに、当該工事にかかる工事費を低減させることができる。
さらにまた、既設のRC橋脚が河川内や湾内等に設けられている場合でも、水面よりも上方に位置する躯体3の面3aに接合用部材6および制震ブレース7を取り付けることにより、既設のRC橋脚の耐震性を向上させることができるので、RC橋脚の周りに存する水を排除して、躯体3(およびフーチング2)の全体を露出させるといった大がかりな作業をなくすことができ、制震改修工事にかかる工事費を大幅に低減させることができる。
本発明によるRC橋脚の第2実施形態を、図2を用いて説明する。
本実施形態におけるRC橋脚11は、躯体3の一の面3aおよび他の面3aに、それぞれ二つの(一対の)制震ブレース7が設けられているという点で前述した第1実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第1実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
図2に示すように、制震ブレース7は、躯体3の上下方向に対してそれぞれ斜めに配置されているとともに、一方の制震ブレース7と、他方の制震ブレース7とが、互いに重なり合い、かつ、交差するように配置されている。
本実施形態によるRC橋脚11によれば、躯体3の一の面3aおよび他の面3aに、それぞれ一対の制震ブレース7が設けられているので、第1実施形態でも大きなねじれ変形は生じないが、第1実施形態にくらべて躯体3の構造的なねじれ変形等を低減することができ、より安定した応答性状を得ることができるとともに、前述した第1実施形態のものよりも高いエネルギー吸収効果を得ることができる(図3「本発明構造」の実線b参照)。
その他の作用効果は、前述した第1実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
本発明によるRC橋脚の第3実施形態を、図4を用いて説明する。
本実施形態におけるRC橋脚21は、躯体3の一の面3aおよび他の面3aに、それぞれ二本の制震ブレースが組み合わされた制震ブレース22が一つずつ設けられているという点で前述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
図4に示すように、制震ブレース22は、一体に構成された、平面視X字状の(剛な)中間材23と、この中間材23の各端部に設けられた四つの履歴型ダンパ24とを有するものである。各履歴型ダンパ24は、その一端部が中間材23に固定されているとともに、その他端部が接合用部材6に取り付けられている。接合用部材6への取付方法は、前述の制震ブレース7を接合用部材6へ取り付けるのと同じやり方なので、ここではその説明を省略する。
本実施形態によるRC橋脚21によれば、一方の制震ブレース7と、他方の制震ブレース7とが、互いに重なり合わされた第2実施形態のものよりも、厚み方向(図4において紙面に垂直な方向)の寸法が小さい制震ブレース22が用いられているので、躯体3の面3aから外側(図4において紙面の手前側)に突出する量(出っ張り長さ)を減少させることができて、河川内における橋脚などを対象とする場合には、河積阻害率を低減させることができる。地上に設置される橋脚でも突出する量が少ない方がより空間阻害率を低減できる。
また、中間材23の各端部に履歴型ダンパ24が配置されており、各履歴型ダンパ24の長さをある程度短くし、かつ中間材の剛性を高めることができるので、単材の制震ブレースの場合にくらべて軸剛性自体が増加させられるようになっているので、前述した第2実施形態のものよりもさらに高いエネルギー吸収効果を得ることができる。
その他の作用効果は、前述した実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
本発明によるRC橋脚の第4実施形態を、図5を用いて説明する。
本実施形態におけるRC橋脚31は、躯体3の一の面3aおよび他の面3aに、それぞれ制震鋼板(制震部材)32が設けられているという点で前述した第1実施形態ないし第3実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第1実施形態ないし第3実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
制震鋼板32は、降伏点が非常に小さい(普通鋼よりも小さい)低降伏点鋼(例えば、100MPaで降伏する(塑性化する)材料)からなり、躯体3の面3a全体を略覆うように配置されている。この制震部材32は、図5にドット(黒丸)で示す位置(すなわち、制震鋼板32の周縁部(最外周部)および対向する辺と辺との中間部)において、例えば、躯体3の面3aに設けられた複数本のアンカーボルト(図示せず)と、これらアンカーボルトの先端部に形成されたネジ部と螺合するナット(図示せず)とにより、躯体3に取り付けられている(剛結されている)。この接合用部材とRC構造物表面の間にはグラウトを注入するなどの処理を行い、結合力をさらに高めることも可能である。
この制震鋼板32は、既設のRC橋脚にも「制震改修工事」として実施することができる。
施工方法としては、まず、既設のRC橋脚の躯体3の面3aに、例えば、複数本のアンカーボルト(接合用部材)を打ち込み、これらアンカーボルトに、制震鋼板32の周縁部および中央部に十字状に配列された丸穴を引っ掛けて止め(掛止させて)、アンカーボルトの先端部に形成されたネジ部と螺合するナットを締め込んで制震鋼板32を躯体3の面3aに取り付ける。この接合用部材とRC構造物表面の間にはグラウトを注入するなどの処理を行い、結合力をさらに高めることも可能である。
本実施形態によるRC橋脚31によれば、地震等により躯体3が強軸方向(躯体3の面3aに沿う方向)に変形したとしても、アンカーボルトおよびナットを介して躯体3と一体化された位置(図5にドット(黒丸)で示す位置)では、制震鋼板32が躯体3と一緒に動き、それ以外の位置では、制震鋼板32に剪断変形が生じることになる。また、制震鋼板32は、低降伏点鋼により製作されており、躯体3の強軸方向に生じたわずかな変形は、制震鋼板32を剪断変形させ、この剪断変形による塑性変形が制震鋼板32に生じてそのエネルギーが吸収されることとなる。これにより、地震等によるRC橋脚1の変形量を低減させることができ、剪断破壊を防止することができるとともに、地震等の振動エネルギーを吸収して減衰を付加させることができ、躯体3の強軸方向の耐震性を向上させることができる。
また、躯体3の面3aから外側(図5において紙面の手前側)には、制震鋼板32の板厚およびアンカーボルトに締め付けられたナットの寸法分だけが突出する(出っ張る)こととなるので、前述した第2実施形態のものよりも河積阻害率を大幅に低減させることができ、特に、河積阻害率に対する制限が厳しい河川内設置のRC橋脚等では好適である。また、地上に設置される橋脚でも空間阻害率を大幅に低減できる。
さらに、躯体3の面3aの略全体が制震鋼板32によって覆われているとともに、これら躯体3と制震鋼板32とが、制震鋼板32の周縁部(最外周部)および対向する辺と辺との中間部の広い範囲にわたって結合されているので、地震等により躯体3が強軸方向に変形した場合の応力を制震鋼板32の全体に分散させることができて、躯体3(あるいは躯体3の面3a)における破壊を防止する(または低減させる)ことができる。
本発明によるRC橋脚の第5実施形態を、図6を用いて説明する。
本実施形態におけるRC橋脚41は、躯体3の一の面3aおよび他の面3aに、それぞれ前述の制震部材32を複数に分割(本実施形態では四分割)にした制震部材42が設けられているという点で前述した第4実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第4実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
制震鋼板42は、降伏点が非常に小さい(普通鋼よりも小さい)低降伏点鋼(例えば、100MPaで降伏する(塑性化する)材料)からなり、各制震鋼板42は、前述の制震部材32の四分の一の大きさ(面積)を有するように形作られている。そして、これら四枚の制震鋼板42は、躯体3の面3a全体を略覆うように配置されている。また、各制震部材42は、図6にドット(黒丸)で示す位置(すなわち、各制震鋼板42の周縁部(最外周部)において、例えば、躯体3の面3aに設けられた複数本のアンカーボルト(図示せず)と、これらアンカーボルトの先端部に形成されたネジ部と螺合するナット(図示せず)とにより、躯体3に取り付けられている(剛結されている)。この接合用部材とRC構造物表面の間にはグラウトを注入するなどの処理を行い、結合力をさらに高めることも可能である。
制震鋼板42は、既設のRC橋脚にも「制震改修工事」として実施することができる。
施工方法としては、まず、既設のRC橋脚の躯体3の面3aに、例えば、複数本のアンカーボルト(接合用部材)を打ち込み、これらアンカーボルトに、各制震鋼板42の周縁部に配列された丸穴を引っ掛けて止め(掛止させて)、アンカーボルトの先端部に形成されたネジ部と螺合するナットを締め込んで制震鋼板42を躯体3の面3aに取り付ける。この接合用部材とRC構造物表面の間にはグラウトを注入するなどの処理を行い、結合力をさらに高めることも可能である。
本実施形態によるRC橋脚41によれば、制震鋼板42が複数に分割され、その一つ一つが前述の制震部材32よりも小さくなっているので、施工現場への搬入を容易なものとすることができる。
また、躯体3と制震鋼板42とが、各制震鋼板42の周縁部(最外周部)において(すなわち、第4実施形態のものよりも広い範囲にわたって結合されているので、地震等により躯体3が強軸方向に変形した場合の応力を制震鋼板42の全体に分散させることができて、躯体3(あるいは躯体3の面3a)における破壊をより防止する(または低減させる)ことができる。
なお、本発明は上述した実施形態のものに限定されるものではなく、第1実施形態ないし第3実施形態のところで説明した制震ブレース7,22、あるいは第4実施形態又は第5実施形態のところで説明した制震鋼板32,42は、躯体3の強度、変形性状に関して性能を満足するのであれば、躯体3の片方の面(一の面あるいは他の面)3aに設けるようにすることもできる。
これにより、同様に地震等によるRC橋脚の変形量を低減させることができ、剪断破壊を防止することができるとともに、地震等の振動エネルギーを吸収して減衰を付加させることができ、躯体3の強軸方向の耐震性を向上させることができる。
また、躯体の断面視形状が正方形に近いような場合、すなわち、橋梁の軸線方向の寸法と、この軸線方向と直角する方向の寸法とが略等しいような場合には、躯体の側面(図1,図2,図4〜図6における左側面および/または右側面)にも制震部材を設けることができる。
これにより、地震等によるRC橋脚のあらゆる方向の変形量を低減させることができ、剪断破壊を防止することができるとともに、地震等の振動エネルギーを吸収して減衰を付加させることができ、躯体の強軸方向の耐震性をさらに向上させることができる。
上述した実施形態では、基礎としてフーチングを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ケーソン等を基礎とするものにも適用可能である。
本発明によるRC構造物の第1実施形態を示す概略正面図である。 本発明によるRC構造物の第2実施形態を示す概略正面図である。 既設のRC構造物と、既設のRC構造物に第1実施形態の制震部材を具備させた構造物と、既設のRC構造物に第2実施形態の制震部材を具備させた構造物との制震性能を比較するためのグラフである。 本発明によるRC構造物の第3実施形態を示す概略正面図である。 本発明によるRC構造物の第4実施形態を示す概略正面図である。 本発明によるRC構造物の第5実施形態を示す概略正面図である。
符号の説明
1 RC橋脚(RC構造物)
2 フーチング(基礎)
3 躯体
3a 面(表面)
6 接合用部材
7 制震ブレース(制震部材)
11 RC橋脚(RC構造物)
21 RC橋脚(RC構造物)
22 制震ブレース(制震部材)
31 RC橋脚(RC構造物)
32 制震鋼板(制震部材)
41 RC橋脚(RC構造物)
42 制震鋼板(制震部材)

Claims (4)

  1. 基礎と、この基礎の上に立ち上げられた躯体とを備えた既設RC構造物の制震改修工法であって、
    前記躯体の表面に、制震部材を取り付けるための接合用部材を取り付け、その後、この接合用部材に制震部材を取り付けるようにしたことを特徴とする既設RC構造物の制震改修工法。
  2. 基礎と、この基礎の上に立ち上げられた躯体とを備えたRC構造物であって、
    前記躯体の表面に、制震部材が設けられていることを特徴とするRC構造物。
  3. 前記制震部材が、前記躯体の表面に、上下方向に対して斜めに配置されているとともに、圧縮力に対しても引張力と同等の塑性変形特性を有する斜材として構成されていることを特徴とする請求項2に記載のRC構造物。
  4. 前記制震部材が、前記躯体の表面を覆うように配置されているとともに、低降伏点鋼からなることを特徴とする請求項2に記載のRC構造物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017033335A (ja) * 2015-08-03 2017-02-09 日本電信電話株式会社 牽引力発生装置
CN114808577A (zh) * 2022-05-09 2022-07-29 杭州金溢建设集团有限公司 用于临近建筑且道路宽度受限的骑楼拓展方法及其设备

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