JP2008303686A - せん断パネル型ダンパーと構造物へのせん断パネル型ダンパー取付け構造 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のせん断パネル型ダンパーはガセットプレートと同一面、同幅であるためダンパーウェブの幅がガセットプレートの幅に制約され、せん断パネル型ダンパーの変形性能設定も制約を受けた。せん断パネル型ダンパーが１個の場合、損傷したせん断パネル型ダンパーの交換時に仮受け具が必要であった。
【解決手段】本件発明のせん断パネル型ダンパーは対向する２枚のベースプレート間にダンパーウェブを配置固定し、両ベースプレート間であってダンパーウェブの両端側にフランジプレートをダンパーウェブと交差する向きに配置固定してユニット化した。ベースプレートの横寸法をガセットプレートの横寸法よりも短くして一枚のガセットプレートに二以上のせん断パネル型ダンパーを横に並べて配置固定できるようにした。本件発明のせん断パネル型ダンパー取付け構造は、構造物のダンパー配置箇所に二以上のせん断パネル型ダンパーを横に離して又は接触させ配置固定した。
【選択図】図２

Description

本件発明は建築物の鉄骨（ビル鉄骨）や橋梁、鉄道高架橋といった構造物の耐震性向上のために、構造物に取付けるせん断パネル型ダンパーと、構造物にせん断パネル型ダンパーを配置固定した取付け構造に関するものである。

構造物の耐震性向上の目的で、図６（ａ）のように、構造物のフレーム横梁や橋梁の横支材等（以下「フレーム横梁」という）Ａと、ガセットプレートＢとの間（ダンパー配置箇所）にせん断パネル型ダンパーＣを取付ける場合がある。せん断パネル型ダンパーＣは図６（ｂ）のように、上下二枚のベースプレートＤ間にダンパーウェブＥが縦向きに配置固定され、ダンパーウェブＥの左右両側にフランジプレートＦが配置固定されている。ダンパーウェブＥには延性が極めて高い低降伏点鋼を用いて履歴型ダンパーとしてある。ダンパーウェブＥは常時の横力Ｐ_H（図７）に対しては弾性範囲内の高い剛性で抵抗するが、大規模地震時には、せん断塑性変形によりエネルギー吸収して地震力を減衰させることができる。

図６（ａ）、（ｃ）は構造物のフレーム横梁Ａへ図６（ｂ）のせん断パネル型ダンパーＣを取付けた構造の一例である。この取付け構造では、ダンパーウェブＥとガセットプレートＢが同一面に段積みされ、ガセットプレートＢにブレース材Ｇ（図６（ａ））の一端が取付けられている。この段積み構造では、フレーム横梁Ａが横力Ｐ_H（図８）を受けて変形しようとするのに対してブレース材Ｇが抵抗し、せん断パネル型ダンパーＣがせん断変形してエネルギー吸収が行われる。

図６（ａ）のように、せん断パネル型ダンパーＣを設置する取付け構造は、最近では、アーチ橋の横構システムなどでも採用され始めているが、橋梁特有の地震時の動的挙動や全体座屈に対する安全性などの問題も含むことから、その設計手法や取付け構造は開発途上にあるといえる。

図６（ａ）の取付け構造は次のような課題があった。
（１）従来のせん断パネル型ダンパーＣは、ガセットプレートＢを延長してその一部をダンパー部とする考えであり、ガセットプレートＢと同一面、同幅とすることが一般的であった。ダンパーウェブＥの幅は、せん断パネル型ダンパーＣの変形性能に大きな影響力を及ぼす因子であり、ダンパーウェブＥの幅がガセットプレートＢの幅に制約されるとせん断パネル型ダンパーＣの変形性能設定にも制約が生じる。
（２）せん断パネル型ダンパーＣが１個の場合、大規模地震時の横力が作用し損傷したせん断パネル型ダンパーＣを交換するとき、取外すせん断パネル型ダンパーＣの代わりに仮受け具を用意する必要があり、その設置が面倒である。
（３）ブレース材Ｇの軸心交点とフレーム横梁Ａとの間のガセット部に、せん断パネル型ダンパーＣを段積みして組み込んであるため、ブレース材Ｇの軸心交点は、フレーム横梁Ａからせん断パネル型ダンパーＣの高さ分だけ偏心しており、せん断パネル型ダンパーＣに作用する横力Ｐ_Hに伴い、偏心量e（図８）による曲げモーメントＭ（Ｍ＝Ｐ_H×ｅ）が生じ、フレーム横梁Ａの耐力に悪影響を与えることになる。

本件発明のせん断パネル型ダンパーは、対向する２枚のベースプレート間にダンパーウェブが縦向きに配置固定され、両ベースプレート間であってダンパーウェブの両端側にフランジプレートが縦向きでダンパーウェブと交差する向きに配置固定されてユニット化され、ベースプレートの横寸法をガセットプレートの横寸法よりも短くすることにより一枚のガセットプレートに対して二以上のせん断パネル型ダンパーを横に並べて配置固定できるようにしてある。

本件発明の構造物へのせん断パネル型ダンパー取付け構造は、構造物のダンパー配置箇所にせん断パネル型ダンパーのベースプレートがガセットプレートに取り付くように、請求項１記載のせん断パネル型ダンパーを二以上、横に離れて又は接触して配置固定された構造である。この場合、個々のダンパー配置箇所に配置固定される二以上のせん断パネル型ダンパーを耐力が異なるもの又は同じものとしてある。

本件発明のせん断パネル型ダンパーは次のような効果がある。
１．対向する二枚のベースプレートと、ダンパーウェブと、フランジプレートが予め配置固定されてユニット化されているため、保管、運搬、現場施工等が容易であり緊急時に対応し易い。橋梁や建築物の大規模地震に対する耐震補強は特に危急なことが多いが、本件発明のせん断パネル型ダンパーを使用すれば前記緊急性に対応可能である。
２．ベースプレートの横寸法がガセットプレートの横寸法よりも短いため構造物のガセット部に二以上のせん断パネル型ダンパーを横に離して又は接触させて配置固定することができる。

本件発明の構造物へのせん断パネル型ダンパー取付け構造は、構造物のダンパー配置箇所に二以上のせん断パネル型ダンパーが横に並べて配置固定されているので次のような効果がある。
１．せん断パネル型ダンパーを二以上配置することで、ダンパーウェブの寸法がガセットプレート寸法の影響を受けにくくなり、自由な設定が可能になる。そのため、ダンパーウェブ厚の異なるせん断パネル型ダンパーを混在させたり、変形性能を発揮し易いようにダンパーウェブを正方形にすることもでき、多くの利点がある。
２．大規模地震時の横力を受けて損傷したせん断パネル型ダンパーを交換する時、他方のせん断パネル型ダンパーが仮受け具の役割を果たすため仮受け具を用意する必要がなく、仮受け具の設置、取外しの面倒が無いため交換作業が容易になる。
３．損傷の少ないせん断パネル型ダンパーは図３（ｂ）のように構造物のフレーム横梁（横支材）７とガセットプレート４との間のガセット部にジャッキＪを挿入して強制的に形状を戻すなどしてそのまま使用できるため交換の手間もコストも低減する。この場合、ジャッキＪはジャッキ反力架台Ｔで支持するのがよい。
４．せん断パネル型ダンパーの配置間隔を広げることが可能であるためガセットプレート幅とブレース材間隔も広げることができ、そうすることでブレース材軸心交点を横梁位置に近づけて偏心量を減ずることができ、ダンパー部に作用する横力Ｐ_Hに伴う偏心量e（図８）による曲げモーメントＭ（Ｍ＝Ｐ_H×ｅ）が減じ、横梁の耐力に与える悪影響が少ない。

（せん断パネル型ダンパーの実施形態）
図１に本件発明のせん断パネル型ダンパーの第１の例を示す。このせん断パネル型ダンパーは二枚のベースプレート１が上下に対向し、この両ベースプレート１間に、一枚のダンパーウェブ２が縦向きに配置されて溶接とか他の手段で固定され、二枚のフランジプレート３が前記二枚のベースプレート１間であってダンパーウェブ２の両端面に接して縦向きに且つダンパーウェブ２と交差する向きに（図１では直交して）配置され、溶接とか他の手段で固定されてユニット化されている。前記ベースプレート１の横寸法はガセットプレート４（図２（ａ）、（ｂ））の横寸法幅よりも短くして、一枚のガセットプレート４に対して二以上のユニットを配置固定できるようにしてある。前記ダンパーウェブ２には低降伏点鋼を使用して履歴型ダンパーとすることにより常時の横力に対しては弾性範囲内の高い剛性で抵抗するが、大規模地震時にはせん断塑性変形によりエネルギー吸収して地震力を減衰させることができるようにしてある。二枚のベースプレート１の夫々の周辺部には止め孔５（図１）が多数開口されている。

図１のせん断パネル型ダンパーは、ベースプレート１の横寸法をガセットプレート４の横寸法の１／２、１／３といった任意長にして、一枚のガセットプレート４に対して二以上のせん断パネル型ダンパーを横に並べ配置できるようにしてある。この場合、二以上のせん断パネル型ダンパーは間隔をあけて離して配置することも隙間をあけずに接触させて配置することもできる。

（せん断パネル型ダンパー取付け構造１）
本件発明の構造物へのせん断パネル型ダンパー取付け構造の第１の例を図２（ａ）、（ｂ）に示す。図２（ａ）は構造物の一部を示したものであり、左右の主構部材６と上下の横支材（橋梁の場合は横支材であるが建築物の場合はフレーム横梁：以下いずれの場合も「横支材」という。）７と、Ｖ字状に配置された２本のブレース材８と、ブレース材８の軸心交点に固定されたガセットプレート４と、ガセットプレート４の下にそれと同じ寸法の連結プレート１０で構成されている。ブレース材８にはＴ型鋼、Ｉ型鋼、Ｌ型鋼、Ｈ型鋼といった任意形状の鋼材が使用される。

図２（ａ）では二つのせん断パネル型ダンパー９を、連結プレート１０と下の横支材７との間のガセット部（ダンパー配置箇所）に横に離して並べて配置し、上のベースプレート１を連結プレート１０に、下のベースプレート１を下の横支材７に固定してある。この固定は溶接、ボルトとナット、他の固定手段で行うことができる。図２（ｂ）ではブレース材８とガセットプレート４、連結プレート１０とせん断パネル型ダンパー９の一方のベースプレート１、せん断パネル型ダンパー９の他方のベースプレート１と構造物の横支材７の夫々をボルトとナットでの連結固定してある。ボルトとナットでの連結固定はせん断パネル型ダンパー９の交換が容易であるという利点がある。

（せん断パネル型ダンパー取付け構造２）
本件発明ではせん断パネル型ダンパーの配置数は二以上の所望数とすることができ、配置間隔、配置位置等は構造物の条件に合うようにその都度選択する。図２（ａ）、（ｂ）では横（左右）に離して一列に並べた二つのせん断パネル型ダンパー９を連結プレート１０の左右両端に揃えて配置してあるが、せん断パネル型ダンパー９は二つ以上を接触させて横一列に並べたり、ガセットプレート４又は連結プレート１０の両端よりも内側に配置固定したりすることも、逆に両端の外側に突出させて配置固定したりすることもできる。せん断パネル型ダンパー９を三以上配置する場合も等間隔で配置したり異なる間隔で配置したりすることもできる。二以上のせん断パネル型ダンパー９は横長サイズ、構造等の異なるものを並べて配置固定することもでき、配置例としては連結プレート１０やガセットプレート４の左右両側に横長サイズのものを配置固定し、中間に正方形のものを配置固定するとか、それとは逆に左右両側に正方形のものを配置固定し、中間に横長サイズのものを配置固定することもでき、場合によっては配置する三以上のせん断パネル型ダンパー９を全て同じ或いは異なるサイズ、形状、構造のものとすることもできる。せん断パネル型ダンパー９は二以上を離して又は接触させて斜めに配置したり、二以上を横に離して又は接触させて横一列に並べ且つ前後に二列以上配列したりすることもできる。前記いずれの配置の場合も上下に（縦に）二段以上重ねることもでき、これら以外の任意の配置、積み重ねとすることもできる。

（せん断パネル型ダンパー設置箇所の説明１）
本件発明のユニット型のせん断パネル型ダンパーは構造物の必要箇所に配置（設置）することができる。図４にビル鉄骨に配置した例を示す。図４は側面図である。このビル鉄骨の場合は柱（主支材）６と梁（横支材）７の間に横力に抵抗するために設けられたブレース材８の軸心交点とその下の横支材７との間のガセット部分に本件発明のせん断パネル型ダンパー９を設置してある。

（せん断パネル型ダンパー設置箇所の説明２）
本件発明のせん断パネル型ダンパーの橋梁への適用例としてはブレース材で構成された横構や対傾構など二次部材が考えられる。代表的な橋梁形式としてはトラス橋やアーチ橋が考えられる。図５（ａ）に上路式アーチ橋１５に設置する例を示す。図５（ａ）は上路式アーチ橋の側方斜視図を示す。この場合は設置可能な箇所が多数あるため、設置にあたっては耐震解析を行った上で効果のある箇所を選んで設置することになる。

図５（ｂ）は上路式アーチ橋１５の補剛桁の横構システムを示すものであり、補剛桁１６と横桁１７の交点と、横桁１７との間に架設されたブレース材８の交点のガセット部に本件発明のせん断パネル型ダンパー９を設置した例である。

図５（ｃ）は上路式アーチ橋１５の対傾構の横構システムを示すものであり、支柱１８と横支材１９の交点のガセット部と、横支材１９とその軸方向中間部に架設されたブレース材８との交点のガセット部の夫々に本件発明のせん断パネル型ダンパー９を設置した例である。

図５（ｄ）は上路式アーチ橋１５のアーチリブの横構システムを示すものであり、アーチリブ２０と横支材２１の交点と、横支材２１とその軸方向中間部に架設されたブレース材８の交点とのガセット部に本件発明のせん断パネル型ダンパー９を設置した例である。

図４、図５（ｂ）〜（ｄ）のいずれの構造も、本件発明のせん断パネル型ダンパー９を既設橋梁のガセット部の構造と置き換えることができ、新設橋梁の場合は本発明のユニット形のせん断パネル型ダンパー９を前記ガセット部に配置固定することができる。

本件発明のユニット型のせん断パネル型ダンパーの一例を示す斜視図。 （ａ）は本件発明のせん断パネル型ダンパーを横に二つ離して取付けた構造の一例を示す正面概略図、（ｂ）は（ａ）の配置固定部の詳細説明図。 （ａ）は本件発明のせん断パネル型ダンパー取付け構造において、せん断パネル型ダンパー交換時の説明図、（ｂ）はせん断パネル型ダンパーの矯正説明図。 ビル鉄骨への本件発明のせん断パネル型ダンパーの設置箇所を示す正面概略図。 （ａ）は上路式アーチ橋の概略斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ部分に本件発明のせん断パネル型ダンパーを設置した場合の説明図、（ｃ）は（ａ）のＢ部分に本件発明のせん断パネル型ダンパーを設置した場合の説明図、（ｄ）は（ａ）のＣ部分に本件発明のせん断パネル型ダンパーを設置した場合の説明図。 （ａ）は従来のせん断パネル型ダンパー取付け構造の正面図、（ｂ）は（ａ）の取付け構造に使用されるせん断パネル型ダンパーの斜視図、（ｃ）は（ａ）のせん断パネル型ダンパー部分の説明図。 従来のせん断パネル型ダンパーにおけるダンパーウェブのせん断塑性変形によるエネルギー吸収の説明図。 従来のせん断パネル型ダンパー取付け構造の説明図。

符号の説明

１ ベースプレート
２ ダンパーウェブ
３ フランジプレート
４ ガセットプレート
５ 止め孔
６ 主構部材
７ フレーム横梁（横支材）
８ ブレース材
９ せん断パネル型ダンパー
１０ 連結プレート
１５ 上路式アーチ橋
１６ 補剛桁
１７ 横桁
１８ 支柱
１９ 横支材
２０ アーチリブ
２１ 横支材
Ａ フレーム横梁
Ｂ ガセットプレート
Ｃ せん断パネル型ダンパー
Ｄ ベースプレート
Ｅ ダンパーウェブ
Ｆ フランジプレート
Ｇ ブレース材
Ｊ ジャッキ
Ｐ_H 横力
Ｔ ジャッキ反力架台

Claims (3)

1. 構造物に配置固定するせん断パネル型ダンパーにおいて、対向するベースプレート間にダンパーウェブが縦向きに配置固定され、両ベースプレート間であってダンパーウェブの両端側にフランジプレートが縦向きで且つダンパーウェブと交差する向きに配置固定され、前記ベースプレートの横寸法がガセットプレートの横寸法よりも短いことを特徴とするせん断パネル型ダンパー。
2. 構造物へのせん断パネル型ダンパー取付け構造において、構造物のダンパー配置箇所に二以上のせん断パネル型ダンパーが横に離れて又は接触して配置固定されたことを特徴とする構造物へのせん断パネル型ダンパー取付け構造。
3. 請求項２記載の構造物へのせん断パネル型ダンパー取付け構造において、構造物の個々のダンパー配置箇所の二以上のせん断パネル型ダンパーが、耐力の異なるもの又は同じものであることを特徴とする構造物へのせん断パネル型ダンパー取付け構造。

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