JP2008196163A - Seismic control stud - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制震間柱に関する。 The present invention relates to a seismic control column.
この種制震間柱として、梁への取付け用の上下一対のベースプレートの間に、面内曲げ及び剪断力には抵抗するが、鉛直軸力及び面外方向の曲げ力には抵抗しないという波形鋼板を、その波を水平方向にして設けたものが知られている(特許文献1)。 Corrugated steel sheet that resists in-plane bending and shearing force but does not resist vertical axial force and out-of-plane bending force between a pair of upper and lower base plates for attachment to the beam Is known in which the wave is provided in the horizontal direction (Patent Document 1).
尚、梁と梁との間に制震部材を設ける場合に、両梁からコンクリート製の垂壁及び腰壁を向き合う方向に突出して、これらの間に制震部材を固定することで振動減衰能力を高めることが知られている(特許文献2)。 In addition, when installing a damping member between the beams, the concrete hanging wall and waist wall protrude from both beams in the direction facing each other, and the damping member is fixed between them to improve the vibration damping capability. It is known to increase (Patent Document 2).
上述の特許文献1の図3にも上下の梁から突出したコンクリート製の垂壁及び腰壁の間に波形鋼板を設けた構造が開示されている。
しかし特許文献1の図3の間柱のようにこれら垂壁及び腰壁をコンクリートで形成すると、地震の規模によってはこれらの部材が破損してしまう可能性があり、またそれらの部材を製造して取り付けるのにもそれなりに手間がかかる。 However, if these hanging walls and waist walls are made of concrete like the studs in FIG. 3 of Patent Document 1, these members may be damaged depending on the scale of the earthquake, and these members are manufactured and attached. However, it takes time and effort.
本発明は、簡易な構造でありながら、十分な機能を発揮できる履歴形ダンパーを含み、かつ簡易に取り付けることができる制震間柱を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a seismic control column that includes a hysteretic damper that can exhibit a sufficient function while having a simple structure, and that can be easily attached.
第1の手段は、制震間柱であり、
上下一対のベースプレートと、
各ベースプレートから互いに向き合う方向へ突出する一対の柱頭部及び柱脚部と、
これら柱頭部及び柱脚部の先端部に、各対向端部を連結した震動吸収ダンパーと、
からなる制震間柱において、
上記両柱頭部6及び柱脚部8を、少なくとも、互いに平行な鋼製の垂直平板10で、
また、上記震動吸収ダンパー14を、少なくとも、各波の稜線を垂直平板10と平行な水平方向に配向した鋼製の波形板16でそれぞれ形成している。
The first means is a seismic control pillar,
A pair of upper and lower base plates;
A pair of column heads and column bases projecting in a direction facing each other from each base plate;
A vibration absorbing damper in which the opposite ends are connected to the tops of these column heads and column bases, and
In the seismic control pillar consisting of
The
The
本手段では、波形の震動吸収ダンパーとベースプレートとを繋ぐ手段として、柱頭部及び柱脚部を少なくとも鋼製の垂直平板で形成している。垂直平板であるから波形板に対して普通の鋼板同士のように重ね合わせ、或いは継板を用いて簡単に接続でき、地震の後の補修時の交換も容易である。仮に接続箇所が地震により切れてしまっても応急処置として再溶接することも可能である。また、コンクリート製の連結部(前述の腰壁など)は、限界以上の力が加わるとひび割れなどを生じて強度が著しく低下する。これに対して、鋼製の垂直平板は靭性を有するから、たとえ地震により曲がってしまっても、さほど強度は落ちない。従って大地震の後、補修をする前に余震があっても、地震力に十分対抗できる。本発明の利点については更に後述する。
「震動吸収ダンパー」とは、震動時のエネルギー消費によって構造物に減衰性能を付与し、地震時の地盤と上部構造との過大な相対変移を抑制するものである。ここで本発明の特徴に関係した前提的な事柄に関して説明しておく。本発明のダンパーは履歴型ダンパーであって、変形披瀝に伴うエネルギー消費を利用するものである。図9(a)は、その変形履歴を、横軸に変形角を、縦軸に水平過重をとったグラフに描いている。その履歴を表す曲線は降伏点を超えた段階で紡錘形の軌跡を描き、その紡錘の面積に応じたエネルギーを消費する。更に本発明のダンパーは、板状のダンパーであって、その板の面内方向の変形には抵抗するが、面外方向の変形には抵抗しないものである。この種のダンパーとして、平板(平鋼板)を使用するものと波板(波形鋼板)を使用するものとがある。
In this means, as a means for connecting the corrugated vibration absorbing damper and the base plate, the column head and the column base are formed of at least a vertical steel plate. Since it is a vertical flat plate, it can be superposed on corrugated plates like ordinary steel plates or simply connected using a joint plate, and can be easily replaced during repairs after an earthquake. Even if the connection location is broken by an earthquake, it is possible to re-weld as an emergency measure. In addition, when a force exceeding the limit is applied to a connecting portion made of concrete (such as the above-mentioned waist wall), the strength of the connecting portion is significantly reduced. On the other hand, since a steel vertical flat plate has toughness, even if it is bent by an earthquake, its strength does not drop so much. Therefore, even if there is an aftershock after repairing after a major earthquake, it can sufficiently counter the seismic force. The advantages of the present invention will be further described later.
The “seismic absorption damper” is to impart damping performance to the structure by energy consumption during the earthquake and suppress excessive relative displacement between the ground and the superstructure during the earthquake. Here, a premise matter related to the feature of the present invention will be described. The damper of the present invention is a hysteretic damper and uses energy consumption associated with a deformation performance. FIG. 9A illustrates the deformation history in a graph in which the horizontal axis represents the deformation angle and the vertical axis represents the horizontal overload. The curve representing the history draws a spindle-shaped locus at the stage beyond the yield point, and consumes energy according to the area of the spindle. Furthermore, the damper of the present invention is a plate-like damper, which resists deformation in the in-plane direction of the plate but does not resist deformation in the out-of-plane direction. As this type of damper, there are one using a flat plate (flat steel plate) and one using a corrugated plate (corrugated steel plate).
震動吸収ダンパーとして平鋼板を使用すると、剪断応力を受けたときに板の対角間に張力場を形成して剪断降伏後においても耐力が大幅に上昇し、震動吸収ダンパーに接合されている垂直平板や垂直平板に接合される梁部材の損傷が大きくなり、架構全体としての地震力に対する抵抗力が弱まるという不利がある。これに対して、本発明では震動吸収ダンパーとして波形板を用いるから、板の対角間に張力場を形成しないので、剪断降伏後の耐力上昇は少なく、そのような不都合は生じない。 When flat steel plate is used as a vibration absorbing damper, a vertical flat plate joined to the vibration absorbing damper is formed by forming a tension field between the diagonals of the plate when subjected to shear stress and significantly increasing the yield strength after shear yielding. In addition, there is a disadvantage that the damage to the beam member joined to the vertical plate is increased, and the resistance to the seismic force of the entire frame is weakened. On the other hand, in the present invention, since the corrugated plate is used as the vibration absorbing damper, a tension field is not formed between the diagonals of the plate, so that there is little increase in yield strength after shear yielding, and such inconvenience does not occur.
「波形板」は、前述の如く剪断降伏して地震時のエネルギーを吸収する機能を有する。波形板は、剪断力を伝達するが、アコーディオン効果によりダンパーに作用する軸方向の変形による耐力上昇は生じない。波形板には、低降伏点鋼、普通鋼、高張力鋼など、設計の必要に応じた強度の鋼材を使用すると良い。また、波形鋼板の一部に強度の異なる鋼材を用いるものもあるものとする。 As described above, the “corrugated plate” has a function of shear yielding and absorbing energy in the event of an earthquake. The corrugated plate transmits a shearing force, but the yield strength is not increased by the axial deformation acting on the damper due to the accordion effect. For the corrugated plate, it is preferable to use a steel material having a strength suitable for the design, such as low yield point steel, ordinary steel, or high strength steel. Further, some corrugated steel plates use steel materials having different strengths.
「柱頭部」及び「柱脚部」は、梁間距離に比べて上下巾を短くした震動吸収ダンパーの上下各端と、梁との間に介在させ、当該ダンパーを支えるスペーサ部材(あるいは支持台)としての機能を有する。これらの部材を用いることで、ある震動巾に対するダンパーの変形角を大きくすることができ、震動減衰性能を高めることができる。前述の通り従来技術ではこの柱頭部及び柱脚部をコンクリート製の垂壁及び腰壁で形成していた。 “Column head” and “column base” are spacer members (or support bases) that support the damper by interposing between the beam and the top and bottom ends of the vibration absorbing damper whose vertical width is shorter than the distance between beams. As a function. By using these members, the deformation angle of the damper with respect to a certain vibration width can be increased, and the vibration damping performance can be enhanced. As described above, in the conventional technique, the column head and the column base are formed of a concrete vertical wall and a waist wall.
これらの壁はコンクリート塊であるのであらゆる横向き力に抵抗させるときには有利である。しかしながら、前述の本発明の波形鋼板ダンパーは面外方向の変形には殆ど抵抗しないので、ダンパーの土台である柱頭部及び柱脚部だけがダンパーの面外方向に抵抗力を有していても意味がない。嵩張るとともに重量が増大するというデメリットが生ずるだけである。そこで波形鋼板ダンパーに対応したスリムな支持台として平鋼板の柱頭部及び柱脚部を提案している。 Since these walls are concrete blocks, it is advantageous when resisting any lateral force. However, since the corrugated steel damper of the present invention described above hardly resists deformation in the out-of-plane direction, even if only the column head and the column base, which are the foundations of the damper, have resistance in the out-of-plane direction of the damper. has no meaning. The only disadvantage is that it is bulky and increases in weight. Therefore, column heads and column bases of flat steel plates have been proposed as slim support bases corresponding to corrugated steel plate dampers.
「ベースプレート」は、例えば図4に示すような柱と大梁からなる架構内の大梁にRC部を介して、または直接に取り付けることができる。また、小梁と小梁、スラブとスラブとの間に設置するようにしてもよい。 The “base plate” can be attached to a large beam in a frame composed of columns and large beams as shown in FIG. Moreover, you may make it install between a small beam and a small beam, and a slab and a slab.
第2の手段は、上記垂直平板10は、地震動により板厚方向への揺動変形可能な程度の弾性を有している。
As a second means, the vertical
こうすることで、板厚方向の震動を受けても、その方向に垂直平板として変形余地があるので、波形板に過度の荷重が加わることを防止できる。 By doing so, even if subjected to vibration in the thickness direction, there is room for deformation as a vertical flat plate in that direction, so that it is possible to prevent an excessive load from being applied to the corrugated plate.
第3の手段は、第1の手段又は第2の手段を有し、かつ
上記柱頭部6及び柱脚部8の垂直平板10の水平方向の両端に第1フランジ12を、上記震動吸収ダンパー14の波形板16の水平方向の両側に第2フランジ18をそれぞれ付設し、これら第1、第2フランジ12、18を相互に接合している。
The third means includes the first means or the second means, and the
このようにすることで、震動吸収ダンパーと柱頭部及び柱脚部との接続作業が容易となる。なお、上記第1、第2フランジは、波形板に入力する剪断力に対応した曲げに抵抗する。 By doing in this way, the connection operation of a vibration absorption damper, a column head, and a column base becomes easy. The first and second flanges resist bending corresponding to the shearing force input to the corrugated plate.
第1の手段に係る発明によれば、次の効果を奏する。
○震動吸収ダンパーとして鋼製の波形板を使用したから、最大耐力経験後も大きな耐力降下を生じない。
○震動吸収ダンパー14である波形板16の上下に垂直平板10を連結したから、剪断降伏時変形を制御することが可能であり、複数の板部から成るという簡単な構造でありながら、履歴形ダンパーとして十分な性能を発揮する。
○制震手段として平鋼板を使用すると、剪断応力を受けたときに板の対角間に張力場を形成して耐力上昇率が上昇し、地震力に対する抵抗力が弱まるという不利があるが、本発明では、制震手段として波形板を用いるから、そのような不都合を生じない。
The invention according to the first means has the following effects.
○ Since a corrugated plate made of steel is used as a vibration absorbing damper, a large drop in yield strength will not occur even after experiencing the maximum yield strength.
○ Since the vertical
○ When flat steel plates are used as a means of seismic control, there is a disadvantage that when a shear stress is applied, a tensile field is formed between the diagonals of the plates, the rate of increase in yield strength increases, and the resistance to seismic forces weakens. In the invention, since the corrugated plate is used as the vibration control means, such inconvenience does not occur.
第2の手段に係る発明によれば、柱頭部6及び柱脚部8を、揺動可能な弾性を有する垂直平板10で形成したから、コンクリート製の連結構造の如く地震でひび割れを生ずることがなく、震災後の補修も容易である。
According to the invention relating to the second means, the
第3の手段に係る発明によれば、垂直平板10及び波形板16にそれぞれ第1、第2フランジ12、18を付設したから、連結作業が容易である。
According to the third aspect of the invention, since the first and
図1から図4は、本発明に係る制震間柱を示している。この制震間柱2は、上下一対のベースプレート4,4と、柱頭部6と、柱脚部8と、震動吸収ダンパー14とで構成されている。
1 to 4 show a vibration control pillar according to the present invention. The
ベースプレート4は、上梁の下面及び下梁の上面に固定するためのものである。固定の方法は、図示例ではボルト止めしているが、十分な強度が得られればどのような方法でも良い。
The
柱頭部6は上側のベースプレート4から垂下しており、また柱脚部8は下側のベースプレート4から起立している。これら柱頭部6及び柱脚部8は、同じ構造のものとすることができる。そこで柱頭部及び柱脚部に共通の構造を一緒に説明するものとする。これら柱頭部6ないし柱脚部8は、それぞれ鋼製の垂直平板10を有し、この垂直平板の両側端に一対の鋼製の第1フランジ12を、上下方向からみてH状に連結(好ましくは溶接)してなる。図示例では、柱頭部6ないし柱脚部8の垂直平板10を、各第1フランジ12の端部よりも梁中間部内方へ延出して、後述の波形板との重ね代部分10aとしている。上記垂直平板10は、ベースプレートとの連結部を支点として板厚方向への揺動可能な程度の弾性を有するものとする。垂直平板10は、高降伏点鋼(或いは高強度鋼)で形成することができる。
The
柱頭部6の上端は上側のベースプレート4に、柱脚部8の下端は下側のベースプレート4に、垂直平板の面内方向F1面外方向F2の水平力に十分対抗できるように強固に連結(好ましくは溶接)する。
The upper end of the
震動吸収ダンパー14は、それぞれ鋼製の波形板16と第2フランジ16とを有する。
The
波形板16は、図3に示す如く波形の構造をしており、その上下両端部を上記柱頭部6および柱脚部8の重ね代部分10aに重ねてボルト止めしている。その結果、図5(a)に示すような鉛直方向の変形(及び面外方向の変形)には抵抗せず、同図(b)(c)のような面内方向の変形に抵抗するように形成されている。波形板16は低降伏点鋼で形成することができる。
The
第2フランジ18は、波形板16の両側端に上下端面形状がH形となるように連結(好ましくは溶接)している。そしてこの第2フランジ16は上記第1フランジ12に対してボルト及び継板を用いて連結している。
The
上記構成において、図1の図面左右方向(板厚と直角な水平方向)に震動すると、波形板は正面から見て矩形の状態から平行四辺形状に変形しながら地震力に抵抗する。このとき変形角と水平荷重との関係を表す履歴曲線(図示せず)は、紡錘形に近い形を描く。これは、ベースプレートから柱頭部6及び柱脚部8を突出することで、波形板16が早く降伏するからである。これにより同じ震度でもより大きなエネルギーを吸収することができる。
1, the corrugated plate resists seismic force while deforming from a rectangular shape to a parallelogram shape when viewed from the front when it vibrates in the horizontal direction (horizontal direction perpendicular to the plate thickness) in FIG. At this time, a hysteresis curve (not shown) representing the relationship between the deformation angle and the horizontal load draws a shape close to a spindle shape. This is because the
図6は、図1の間柱を4つ上面から見て四角形状に組み合わせた場合の例である。 FIG. 6 shows an example in which four pillars in FIG. 1 are combined in a square shape when viewed from the top.
次に図7〜図9を用いて、本発明に係る間柱の試験体について実施した性能試験について説明する。架構実験に先立って、波形鋼板ダンパー要素のみを用いた部材実験を行い、履歴型ダンパーとして十分な性能があることを確認した。
(1)実験の概要
試験体として、本発明に係る間柱の試験体(D240)と、図7に示す比較例1の試験体(D80)と、図8に示す比較例3の試験体(D532)とを用いた。本発明の試験体D240は、図1に示す通り上下2枚の平鋼板と波形鋼板のダンパーを組み合わせたものである。試験体D80は、上下2の平鋼板(板厚12mm)と平鋼板製のダンパーとを組み合わせたものである。試験体D532は、本発明の3枚の鋼板に代えて1枚の波型鋼板をダンパーとして用いたものである。Dの後の数字はダンパー部分の上下巾(mm)である。各試験体の高さは550mmで、巾は、PC架構と組み合わせたときに復元性を妨げないために400mmとした。明細書の文章で述べた以外の構造に関しては、対比例の試験体は、本発明の試験体と基本的に同じであるものとして説明を省略するものとし、各部材の名称に関しても符号の説明で言及するに留める。
Next, with reference to FIGS. 7 to 9, a performance test performed on the test body of the stud according to the present invention will be described. Prior to the frame experiment, a member experiment using only corrugated steel damper elements was performed, and it was confirmed that there was sufficient performance as a hysteretic damper.
(1) Outline of Experiment As test bodies, the test body (D240) of the stud according to the present invention, the test body (D80) of Comparative Example 1 shown in FIG. 7, and the test body (D532) of Comparative Example 3 shown in FIG. ) Was used. The test body D240 of the present invention is a combination of upper and lower flat steel plates and corrugated steel dampers as shown in FIG. The test body D80 is a combination of upper and lower flat steel plates (
実験変数としてダンパーの高さ(上下巾)を変化させたのは、ダンパー降伏時の全体変形角(試験体全体の剪断変形角)が異なるようにするためである。試験は、各試験体の下端部を固定して上端部に水平荷重を加える載荷装置を用いて繰り返し漸増載荷を行った。
(2)実験結果
水平荷重−ダンパーの全体変形角(試験体上下の相対水平変位を試験体高さで除したもの)関係を図9に、降伏時及び最大耐力時の水平荷重と全体変形角を表2に示す。降伏時変形角はいずれの試験体も予測を上回り、実験結果は予測値のおよそ1.5〜2倍となった。原因として、ダンパー−鋼体間のボルト接合部にすべりが生じたためにダンパーの変形が想定より小さくなり、降伏の発生が遅れたことが考えられる。また試験体D80はダンパー部分の高さが小さかったため、早期に斜張力場が形成され、降伏後の剛性が他の2体のように低下しなかった。いずれの試験体もダンパー部分の全体座屈により耐力が一旦ピークを迎え、さらにプッシュオーバーを行ったものはダンパー部分が破断するまで耐力が上昇した。
The reason why the height (vertical width) of the damper was changed as an experimental variable is to make the overall deformation angle (shear deformation angle of the entire specimen) different when the damper yields. In the test, the lower end portion of each test specimen was fixed and repeated incremental loading was performed using a loading device that applies a horizontal load to the upper end portion.
(2) Experimental results Horizontal load-overall deformation angle of the damper (relative horizontal displacement above and below the specimen divided by the specimen height) relationship is shown in Fig. 9, and the horizontal load and overall deformation angle at yield and maximum proof stress are shown in Fig. 9. It shows in Table 2. The yield deformation angle exceeded the prediction for all specimens, and the experimental result was approximately 1.5 to 2 times the predicted value. The cause is considered to be that the deformation of the damper became smaller than expected due to slippage at the bolt joint between the damper and the steel body, and the occurrence of yield was delayed. In addition, since the height of the damper portion of the test body D80 was small, an oblique tension field was formed at an early stage, and the rigidity after yielding did not decrease like the other two bodies. In all the specimens, the yield strength once peaked due to the overall buckling of the damper portion, and in the case of further pushover, the yield strength increased until the damper portion broke.
以上の結果より、波形鋼板の上下に剛体部分を設けることでRy(ダンパーの剪断降伏時の間柱の部材角)を低減し、早期にエネルギー消費を開始させることが可能であることがわかった。ただし試験体D80のようにダンパー部分の高さが小さすぎると降伏後の剛性が高くなることから、ダンパーとして用いるには本発明の試験体D240のような形状(波形鋼板+平鋼板)が適しているといえる。 From the above results, it was found that by providing rigid body portions above and below the corrugated steel sheet, Ry (the member angle of the stud during the shear yielding of the damper) can be reduced and energy consumption can be started at an early stage. However, if the height of the damper portion is too small like the test body D80, the rigidity after yielding is increased, so that the shape (corrugated steel plate + flat steel plate) of the test body D240 of the present invention is suitable for use as a damper. It can be said that.
2…制震間柱 4…ベースプレート 6…柱頭部 8…柱脚部 10…垂直平板
10a…重ね代部分 12…第1フランジ 14…震動吸収ダンパー 16…波形板
18…第2フランジ
104A、104B…ベースプレート、112A、112B…第1フランジ
114A、114B…震動吸収ダンパー 118A…第2フランジ
2 ... Damping
Claims (3)
各ベースプレートから互いに向き合う方向へ突出する一対の柱頭部及び柱脚部と、
これら柱頭部及び柱脚部の先端部に、各対向端部を連結した震動吸収ダンパーと、
からなる制震間柱において、
上記両柱頭部6及び柱脚部8を、少なくとも、互いに平行な鋼製の垂直平板10で、
また、上記震動吸収ダンパー14を、少なくとも、各波の稜線を垂直平板10と平行な水平方向に配向した鋼製の波形板16で
それぞれ形成したことを特徴とする、制震間柱。 A pair of upper and lower base plates;
A pair of column heads and column bases projecting in a direction facing each other from each base plate;
A vibration absorbing damper in which the opposite ends are connected to the tops of these column heads and column bases, and
In the seismic control pillar consisting of
The column heads 6 and the column bases 8 are at least steel vertical flat plates 10 parallel to each other,
Further, the seismic absorption damper 14 is formed of a corrugated plate 16 made of steel in which each ridge line of each wave is oriented in a horizontal direction parallel to the vertical flat plate 10.
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