JP2007132524A - 履歴型ダンパーを備えた構造部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 各種の支持構造物に適用される履歴型ダンパーにおいて、ダンパー部材の長さを短くし、接合部材を小型化し、斜材の剛性を自由に調整できるようにすること。を提供する。
【解決手段】 引張りと圧縮の交番軸力を受ける長尺部材を備え、その中間部に中間材を配し、その中間材の両端にそれぞれ他端が他部材に連結された履歴型ダンパー部材を接合した履歴型ダンパーを備えた構造部材。
【選択図】 図1

Description

本発明は、産業機器などの支持構造物に適用される履歴型ダンパーを備えた構造部材に関する。

例えば構造物の柱，梁間に対角線状に挿設する斜材（図９参照）は、一般に柱，梁間の変形に伴って生ずる引張り力又は圧縮力を支持するもので、図１１に示すように、その耐力は引張り力に対しては降伏耐力（Ny）、圧縮力に対しては降伏耐力よりも小さい座屈耐力(Ncr) で決まり、座屈後は耐荷力が低下する。ところが最近、座屈を拘束することにより、上記斜材に圧縮に対しても引張りと同等の耐力を保持させる構造が開発されており、地震荷重のように引張り・圧縮の繰返し軸力（繰返し変位）が作用する際の履歴型ダンパーとして用いられている。

図９は、従来の履歴型ダンパー機能を有する斜材の構成を示したもので、斜材１は、柱２１と梁２２の対角接合部にそれぞれ取付けられた接合部材３，３間に挿設され、一式の履歴型ダンパー部材２とその両端の端継手板４ａより成る。履歴型ダンパー部材２は塑性変形を生ぜしめる芯材２ａとこの芯材２ａと所定の隙間ｃをあけて緩く嵌合・外接する補剛鋼管２ｂ、この補剛鋼管２ｂ用のずれ止め５などよりなり成る。端継手板４ａは、その一端がダンパー芯材２ａに通常突合せ溶接接合され、他端は接合部材３に連結するためボルト継手４を用いて継手加工される。

図１０（ａ）は履歴型ダンパー部材２の断面構成を示したもので、芯材２ａにＨ型鋼を用い、対角接合部間に生ずる引張り力及び圧縮力をこの芯材２ａで支持する。その際、圧縮力作用時に対しても、芯材２ａの座屈変形を補剛鋼管２ｂで拘束し、座屈に伴う耐荷力の低下を防いで引張り側と同様の安定した耐力（Ｎｙ）を保持するようになっており、またダンパー部材２に作用する軸力が補剛鋼管２ｂに加わらないように隙間ｃがもたせてある。図１０（ｂ）は他の断面構成を示し、芯材２ａに板鋼を用い、補剛鋼管２ｂとの空間にコンクリート２ｄを注入し、芯材２ａとコンクリート２ｄの間にはアンボンド材を塗膜したもので、上記と同様に引張り、圧縮の両軸力に対し同じ降伏体力レベル（Ｎｙ）を支持することができる。

図１２は、上記斜材１の有する履歴特性を示したもので、復元力特性すなわち交番軸力±Ｎｙに対する軸変形δの描く曲線は図形ａ−ｂ−ｃ−ｄのような履歴曲線になり、この図形面積が塑性エネルギ吸収容量を示し、地震が作用した際に履歴型ダンパーとしての機能を安定して発揮する。

上記斜材１の接合部材３には、図１３に示すように、外力の負荷に伴う層間変形角に基づく斜材の相対傾斜角θによる軸力Ｎの分力Ｎａによる付加曲げモーメントＭｊが作用する。
この付加曲げモーメントＭｊを小さくするため接合部長さ（Ｌｊ＋ｅ）を小さくすると、その分、履歴型ダンパー長さＬｃが長くなる。履歴型ダンパー部材長さＬｃが長くなると芯材２ａが変形し易くなるので、これを拘束する補剛鋼管２ｂの板厚を上げる必要があり、履歴型ダンパー部材２が大型化して製作費が増える。逆に、履歴型ダンパー部材長さＬｃを小さくすると、その分、接合部長さ（Ｌｊ＋ｅ）が大きくなり、従って分力Ｎａによる付加曲げモーメントＭｊが大きくなるので接合部材３を大型化して強度を上げる必要があり、製作費が増えるという課題があった。

本発明は、上記課題を解決しようとするもので、その第１発明は、引張りと圧縮の交番軸力を受ける長尺部材であって、その中間部に中間材を配し、その中間材の両端にそれぞれ他端が他部材に連結された履歴型ダンパー部材を接合して成ることを特徴とする履歴型ダンパーを備えた構造部材にある。

また、第２発明は、前記履歴型ダンパー部材が、一端が中間部材と、他端が他部材に連結するための端継手板とにそれぞれ接合された芯材、及びこの芯材と緩く嵌合・外接するよう中間部材に固定された補剛鋼管とで構成されたことを特徴とする履歴型ダンパーを備えた構造部材にある。
さらに、第３発明は、前記芯材が、複数の棒材より成り、この棒材同士がスペーサを介して補剛鋼管とそれぞれ所定の隙間を保持して配列されていることを特徴とする履歴型ダンパーを備えた構造部材にある。

上記したように、本発明の斜材によると、中間部に中間材８を配し、その両端に、他端が柱２１，梁２２の対角接合部に取付けた接合部材１３に接合された履歴型ダンパー部材６を連結し、引張りと圧縮の交番軸力を支持するようにしたので、地震などの振動エネルギを吸収して減衰することができる。
その際、１）履歴型ダンパー部材を二つに分割して斜材の両端側に配したので、履歴型ダンパー部材長さＬｃを短くすることができ、部材製作が容易となって製作費が安くなる。
２）履歴型ダンパー部材を分割することによって接合部長さ（Ｌｊ＋ｅ）を短くすることができ、これによって接合部に作用する付加曲げモーメントＭｊを小さくすることができ、従って接合部材１３を小型化することができる。
３）中間材８の寸法を調整することで履歴型ダンパー部材の寸法に関係なく、斜材としての剛性を自由に調整することができる。
４）履歴型ダンパー部材の芯材６ａを複数に分割しその間に軸力を伝達しないスペーサ１７を挿入するため、緩く嵌合・外接するように設置する補剛鋼管６ｂとのすき間をスペーサ寸法の変化によって調整できる。
５） 芯材６ａと十字ガセットプレート１４、芯材６ａと端継手板１０はすみ肉溶接により接合するため、突合せ溶接などの手間を要する作業を行う必要がなく製作費が安くなる。などの効果がある。

本発明の履歴型ダンパーを備えた構造部材（ここでは斜材）の構成を、図面を用いて説明する。図１に示すように、本発明の斜板７は、柱２１と梁２２間の対角接合部にそれぞれ取付けられた接合部材１３，１３と、斜材７の中間部に配された中間材８と、それぞれ一端がこの中間材８（図示のものは円形鋼管）に連結され、他端が端継手板１０に固着された一対の履歴型ダンパー部材６とで構成されており、端継手板１０は接合部材１３，１３にボルト継手１１によって取付けられる。
履歴型ダンパー部材６は、図２〜図５に示すように、端板１６を有し中間材８の端部８ａに取付けられた十字型割り込みガセットプレート１４と、一端がこの十字型ガセットプレート１４にすみ肉溶接接合され、他端が端継手板１０にすみ肉溶接接合された複数の芯材６ａと、この複数（図では４本）の芯材６ａ同士を所定の間隔をおいて平行に配列する十字型スペーサ１７と、この複数の芯材６ａと所定のすき間ｃをあけて嵌合・外接する補剛鋼管６ｂ（図では角形鋼管）とで構成されている。また、図６は履歴型ダンパー部材６の異なった断面例であり、図３及び図４の補剛鋼管６ｂを４５度回転させた構造を示す。

以下、本発明に係る作用を説明する。
例えば地震荷重が作用すると斜材７は引張りと圧縮の交番軸力を受けるが、この軸力は斜材両端の接合部材１３から端継手板１０を介して履歴型ダンパー６の芯材６ａを経て中間材８に伝わる。そして引張り軸力が芯材６ａの降伏軸力＋Ｎｙに達すると塑性変形＋δが生じ、圧縮軸力が芯材６ａの降伏軸力−Ｎｙに達すると塑性変形−δが生ずる。この際、圧縮軸力を受けた芯材６ａは座屈変形しようとするが、外接する補剛鋼管６ｂによってその変形が拘束されて座屈が防止される。こうして斜材７全体が前記図１２に示すような履歴曲線を描いて応答し、その結果、地震エネルギが吸収されて振動は減衰する。
なお、中間材８には、両端の履歴型ダンパー部材６から伝わるダンパー芯材の降伏軸力−Ｎｙが作用するがこの際、斜材全体としては図８のような構造系となり、この系において中間材８が座屈しないように中間材８の断面寸法を設定することにより、図１２の履歴曲線を得ることができる。

本発明の履歴型ダンパーを備えた構造部材の全体構成を示す図。 本発明の履歴型ダンパーの詳細な構成を示す縦断面図。 図２のＡ−Ａ断面を示す図。 図２のＢ−Ｂ断面を示す図。 図３のＤ部の詳細を示す拡大図。 本発明の履歴型ダンパーの他の実施例を示す、図３に対応する断面図。 本発明の履歴型ダンパーの他の実施例を示す、図４に対応する断面図。 本発明の履歴型ダンパーを備えた図１の構造系を示す図。 従来の履歴型ダンパーを備えた構造部材の全体構成を示す図。 同図（ａ）は上記履歴型ダンパー部材の断面構成を示し、同図（ｂ）は他の断面構成を示す図。 図９における斜材の有する履歴特性を示す図表。 本発明による斜材の履歴特性を示す図表。 斜材の接合部材にかかる曲げモーメントを示す図。

符号の説明

６ 履歴型ダンパー
６ａ 芯材
６ｂ 補剛鋼管
７ 斜材
８ 中間材
１０ 端継手板
１１ ボルト継手
１３ 接合部材
２１ 柱
２２ 梁

Claims (3)

1. 引張りと圧縮の交番軸力を受ける長尺部材であって、その中間部に中間材を配し、その中間材の両端にそれぞれ他端が他部材に連結された履歴型ダンパー部材を接合して成ることを特徴とする履歴型ダンパーを備えた構造部材。
2. 上記履歴型ダンパー部材が、一端が中間部材と、他端が他部材に連結するための端継手板とにそれぞれ接合された芯材、及びこの芯材と緩く嵌合・外接するよう中間部材に固定された補剛鋼管とで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の履歴型ダンパーを備えた構造部材。
3. 上記芯材が、複数の棒材より成り、この棒材同士がスペーサを介して補剛鋼管とそれぞれ所定の隙間を保持して配列されていることを特徴とする請求項２に記載の履歴型ダンパーを備えた構造部材。

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