JP2010275800A - ピン部材、連結構造、及び連結構造を有する構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】切欠き部の疲労破壊を抑制することを目的とする。
【解決手段】筒体６０を円筒形状に形成し、この筒体６０の内周壁に切欠き部６４を設けている。即ち、筒体６０を円筒形状に形成したことにより、従来の胴体６８よりも筒体６０の断面係数を飛躍的に大きくし、筒体６０の所定断面に生じる曲げ応力度（最大曲げ応力度）を小さく抑えている。更に、筒体６０の内周面に切欠き部６４を形成することで、切欠き部６４に生じる曲げ応力度を小さく抑えている。これにより、単純な構成で切欠き部６４の疲労破壊を抑制することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、構造物において用いられるピン部材、連結構造、及びこの連結構造を有する構造物に関する。

建物において、相対変位する部材同士を連結する手段としては、せん断ピン、いわゆるシアピン等のピン部材が知られている。このピン部材は、部材同士の相対変位を規制する一方で、所定の外力を受けたときに破断して、部材同士の相対変位を可能にする。このピン部材は、構造体同士や、構造体とダンパー等の機械装置との連結に用いられており、例えば、特許文献１の免震構造物では、基礎と、この基礎の上に構築された上部構造物とをピン部材で連結している。

特許文献１の免震構造物では、ピン部材によって、基礎と上部構造物との相対変位を規制することにより、強風による上部構造物の横揺れを防止している。一方、ピン部材の外周面には溝状の切欠き（括れ部）が形成されており、上部構造物に所定の地震力が加わると、ピン部材が括れ部で破断する。これにより、基礎に対して上部構造物が相対変位し、基礎と上部構造物との間に設置された免震装置が作動するように構成されている。

しかしながら、ピン部材には、風による振動や交通振動等に起因する繰り返し荷重が作用し、ピン部材がせん断変形や曲げ変形を繰り返す。この際、ピン部材の切欠きに、せん断力、曲げモーメントが集中するため、当該切欠きが疲労破壊する恐れがある。

特開２００１−９０３８２号公報

本発明は、上記事実を考慮し、切欠き部の疲労破壊を抑制することを目的とする。

請求項１に記載のピン部材は、相対変位する第１部材と第２部材とを連結する中空体と、前記中空体の内壁に設けられた切欠き部と、を備えている。

上記の構成によれば、第１部材と第２部材とを中空体で連結することにより、第１部材と第２部材との所定方向の相対変位が規制される。一方、中空体の内壁には切欠き部が設けられており、中空体の破断耐力が部分的に小さくされている。この破断耐力を超える外力が中空体に作用すると、中空体が切欠き部で破断する。これにより、第１部材と第２部材との相対変位の規制が解除され、第１部材と第２部材とが所定方向へ相対変位可能となる。

ここで、中空体と中実体の断面積が同じ場合、中空体の断面係数は、中実体の断面係数よりも大きくなる。従って、中実体と比較して、ピン部材を中空体としたことにより、中空体に作用する曲げ応力度を小さくすることができる。

更に、中空体の内壁に切欠き部を設けたことにより、当該切欠き部における曲げ応力度を低減することができる。即ち、中空体の曲げ応力度は、中空体の中心（中立軸）から中空体の外壁へ向かって大きくなるところ、本発明では、中空体の内壁に切欠き部を設けている。従って、曲げ応力度が最大となる中空体の外壁に切欠き部を設ける場合と比較して、切欠き部における曲げ応力度を小さくすることができる。よって、第１部材と第２部材との微小な繰り返し相対変位による切欠き部の疲労破壊を抑制することができる。

また、中空体であれば、熱処理を施す際に、中空体の外壁のみならず、中空体の中空部（内部）からも熱が加えられ、均一な熱処理効果（強度向上）を図ることができる。

請求項２に記載の連結構造は、第１部材と、前記第１部材と相対変位する第２部材と、前記第１部材と前記第２部材とを連結すると共に、前記第１部材と前記第２部材との間に前記切欠き部が配置される請求項１に記載のピン部材と、を備えている。

上記の構成によれば、第１部材と第２部材とがピン部材によって連結される。ピン部材の内壁には切欠き部が設けられている。この切欠き部は、第１部材と第２部材との間に配置される。従って、第１部材と第２部材とが所定方向に相対変位しようとすると、切欠き部にせん断力、及び第１部材と第２部材との間の距離に応じた曲げモーメントが作用する。これらのせん断力及び曲げモーメントの組み合わせ応力が、切欠き部の破断耐力を超えると、ピン部材が切欠き部で破断する。これにより、第１部材と第２部材との相対変位の規制が解除され、第１部材と第２部材とが所定方向へ相対変位可能となる。

請求項３に記載の連結構造は、請求項２に記載の連結構造において、前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方に、前記ピン部材が挿入される取付穴が設けられ、前記取付穴と前記ピン部材との間に隙間が設けられている。

上記の構成によれば、第１部材及び第２部材の少なくとも一方に、ピン部材が挿入される取付穴が設けられている。この取付穴とピン部材との間には隙間が設けられており、即ち、取付穴に対してピン部材が相対変位可能となっている。そのため、ピン部材に作用する繰り返し荷重が低減される。従って、切欠き部の疲労破壊を抑制することができる。

請求項４に記載のピン部材は、請求項１に記載のピン部材において、前記中空体が、鉄系形状記憶合金からなる。

上記の構成によれば、中空体が鉄系形状記憶合金とされている。鉄系形状記憶合金は、疲労特性に優れているため、切欠き部の疲労破壊を更に抑制することができる。

また、鉄系形状記憶合金は、相変態挙動や双晶変形時の内部摩擦よるエネルギー吸収性能を有するため、振動を低減することができる。

請求項５に記載の構造物は、請求項２又は請求項３に記載の連結構造を有し、前記ピン部材によって連結された前記第１部材及び前記第２部材を有している。

上記の構成によれば、構造物は、相対変位する第１部材と第２部材とを備えている。これらの第１部材と第２部材とは、ピン部材によって連結されており、所定方向の相対変位が規制されている。

一方、中空体の内壁には切欠き部が設けられており、中空体の破断耐力が部分的に小さくされている。この破断耐力を超える外力が中空体に作用すると、中空体が切欠き部で破断する。これにより、第１部材と第２部材との相対変位の規制が解除され、第１部材と第２部材とが所定方向へ相対変位可能となる。

ここで、中空体の内壁に切欠き部を設けたことにより、切欠き部に作用する曲げ応力度を小さくすることができる。従って、例えば、風、交通振動等に起因する切欠き部の疲労破壊を抑制することができる。

本発明は、上記の構成としたので、切欠き部の疲労破壊を抑制することができる。

第１実施形態に係る連結構造が適用された構造物を示す、立面図である。 第１実施形態に係る連結構造を示す、図１の拡大立面図である。 図２の２−２線断面図である。 （Ａ）は図２の拡大立面図であり、（Ｂ）は図４（Ａ）の４−４線断面図である。 （Ａ）は第１実施形態に係るシアピンの変形状態を示す模式図であり、（Ｂ）は、図５（Ａ）の５−５線断面図であり、当該断面に生じる曲げ応力度分布を示している。 （Ａ）及び（Ｂ）は、従来のシアピンを示す縦断面図及び切欠き部の断面図であり、（Ｃ）は、第１実施形態に係るシアピンの縦断面図及び切欠き部の横断面図である。 （Ａ）は第１実施形態の変形例を示す図２の拡大立面図に相当する図であり、（Ｂ）は図７の７−７線断面図である。 第２実施形態に係る連結構造が適用された制振装置を示す立面図である。 図８の８−８線断面図である。 第２実施形態に係る連結構造の変形例が適用された制振装置を示す立面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

先ず、第１実施形態について説明する。図１には、連結構造が適用された構造物１２が示されている。

構造物１２は、基礎１６と、基礎１６の上に構築された建物本体１４とを備えている。基礎１６と建物本体１４との間に形成された免震層Ｇには、積層ゴム支承、滑り支承、又は転がり支承等からなる免震装置１８が複数配置されている。これらの免震装置１８によって、建物本体１４が基礎１６に対して相対変位可能に支持されている。一方、基礎１６及び建物本体１４には、連結部２０、２２がそれぞれ設けられている。これらの連結部２０、２２はシアピン２４（図２参照）によって連結されており、シアピン２４が破断するまで基礎１６に対する建物本体１４の相対変位が規制されている。

図２〜図４に示されるように、基礎１６に設けられた連結部２０は、基礎１６の上面に設けられた基台２６と、基台２６の上面に固定されたハウジング２８と、を備えている。このハウジング２８は、所定長さの角形鋼管からなる本体３０と、この本体３０の材軸方向両端部に接合された鋼製のフランジ３２Ａ、３２Ｂと、を備えている。

フランジ３２Ａ、３２Ｂは平面視形状が本体３０よりも大きくされており、各々の外周部が本体３０から突出している。これらの外周部の間には複数のリブ３４が立設されている。これらのリブ３４はフランジ３２Ａ、３２Ｂと本体３０とにまたがって溶接等で固定されており、これにより本体３０とフランジ３２Ａ、３２Ｂとが補強されている。このように構成されたハウジング２８は、フランジ３２Ｂの外周部を貫通するアンカーボルト３６（図３参照）によって、基台２６に固定されている。

フランジ３２Ａの中央部には、本体３０の内部に通じる貫通孔３８（図４参照）が形成されている。貫通孔３８には、固定部材４０が嵌め込まれており、図示せぬボルト、ビス等によってフランジ３２Ａに固定されている。この固定部材４０は、後述する筒体６０と同等若しく同等以上の強度を有する鋼材でリング状に形成されており、その内部に形成された取付穴４０Ａに筒体６０が貫通可能とされている。取付穴４０Ａの直径は、筒体６０の外径よりも僅かに大きくされており、固定部材４０の内周壁と筒体６０との間に隙間（遊び）ができないように構成されている。なお、筒体６０は、打ち込み等によって固定部材４０に圧入することも可能である。

また、固定部材４０はフランジ３２Ａに対して着脱自在とされており、筒体６０から受ける支圧力等によって固定部材４０が破損、損傷した場合に、交換できるようになっている。なお、本体３０の外周壁には、本体３０の内部に配置されたシアピン２４、及び固定部材４０を交換するための開口４２が形成されている。

一方、建物本体１４に設けられた連結部２２は、建物本体１４の底壁に設けられた基台４４と、この基台４４の下面に固定されたハウジング４６と、を備えている。このハウジング４６は、所定長さの角形鋼管からなる本体４８と、この本体４８の材軸方向両端部に溶接等によって固定された鋼製のフランジ５０Ａ、５０Ｂと、を備えており、複数のリブ５２によって適宜補強されている。なお、ハウジング４６の構成は、前述したハウジング２８とほぼ同一であるため、適宜省略して説明する。

フランジ５０Ａ（第２部材）は、ハウジング２８のフランジ３２Ａ（第１部材）と対向して配置されると共に、地震時等にフランジ３２Ａに対して水平方向（図４（Ａ）において、矢印Ａ方向）へ相対変位する。このフランジ５０Ａの中央部には、本体４８の内部に通じる貫通孔５４（図４参照）が形成されている。この貫通孔５４には、固定部材５６が着脱自在に固定されている。この固定部材５６は、固定部材４０と同様の構成とされており、筒体６０と同等若しく同等以上の強度を有する鋼材でリング状に形成され、その内部に形成された取付穴５６Ａに筒体６０が貫通可能とされている。なお、本体４８の外周壁には、本体４８の内部に配置されたシアピン２４、及び固定部材５６を交換するための開口５８が形成されている。

次に、シアピン２４の構成について説明する。

図４に示されるように、シアピン２４（ピン部材）は、固定部材４０、５６の取付穴４０Ａ、５６Ａに貫通される筒体６０（中空体）と、筒体６０の端部に設けられた端部プレート６２と、を備えている。筒体６０は円筒形状に形成されており、内部が空洞の中空体とされている。また、筒体６０の上端部には端部プレート６２が溶接等で接合されており、当該端部プレート６２が固定部材５６の表面（上面）に係止されることにより、筒体６０が取付穴４０Ａ、５６Ａから抜け落ちないようになっている。

筒体６０の内周壁６０Ａには、切欠き部６４が形成されている。切欠き部６４は、筒体６０の内周壁６０Ａに形成された切欠きであり、筒体６０の周方向に沿って環状に形成されている。この切欠き部６４によって筒体６０の断面積（筒体６０の材軸と直交する断面積）が部分的に小さくされており、即ち、筒体６０の破断耐力が部分的に小さくされている。この切欠き部６４の形状、大きさ（深さ）は、筒体６０に求められる破断耐力に応じて適宜設計される。

また、シアピン２４は、求められる破断耐力に応じて、鉄、鋼、非鉄金属、合金等の種々の材料で形成することができる。例えば、高張力鋼（例えば、ＳＮＣＭ４３９、ＳＣＭ４４０等）は、筒体６０の破断耐力を増大させることができる。また、疲労破壊の観点からすれば、疲労寿命特性に優れた鉄系形状記憶合金又は超微細結晶粒を有する鋼が好ましい。

鉄系形状記憶合金としては、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ基系、Ｍｎ−Ｓｉ−Ａｌ基系などが適している。これらの鉄系形状記憶合金は、加熱することにより元の形状に復元する形状記憶効果を有しており、大変形後の残留応力を容易に取り除くことができ、また、擬弾性を有するため、ひずみ振動、ひずみ変形に対してひずみ硬化することがない。これらの鉄系形状記憶合金は、一般的な低降伏点鋼の５〜１０倍程度の疲労寿命特性を有しており、特に低サイクル応力に対する疲労寿命特性に優れている。更に、鉄系形状記憶合金は、可逆的なマルテンサイト変態によってエネルギー吸収性能を有すると共に、前述した擬弾性変形時においても、相変態挙動や双晶変形による内部摩擦によってエネルギー吸収性能を有している。従って、切欠き部６４の疲労破壊を抑制することができると共に、微振動を低減することができる。

また、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ基鉄系形状記憶合金に所定量のＮｂＣを添加することにより、強度を増加することができると共に、加工硬化を更に抑制することができる。一例として、ＮｂＣが添加されたＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ基形状記憶合金の組成を示すと、Ｍｎ：１５〜４０質量％、Ｓｉ：３〜１５質量％、Ｃｒ：０〜２０質量％、Ｎｉ：０〜２０質量％、Ｎｂ：０．１〜１．５質量％、Ｃ：０．０１〜０．２質量％である。

上記のように構成されたシアピン２４の筒体６０は、固定部材４０、５６の取付穴４０Ａ、５６Ａのそれぞれに挿入される。これにより、基礎１６と建物本体１４とが連結され、これらの相対変位が規制される。また、シアピン２４は、筒体６０に形成された切欠き部６４が、固定部材４０と固定部材５６との間に位置するように保持されると共に、その材軸がフランジ３２Ａとフランジ５０Ａとの相対変位方向（矢印Ａ方向）と直交又は交差するように配置されている。これにより、筒体６０が切欠き部６４で破断するようになっている。

次に、第１実施形態の作用について説明する。

シアピン２４によって、連結部２０のフランジ３２Ａと、連結部２０のフランジ３２Ａと、が連結されている。これにより、基礎１６と建物本体１４との相対変位が規制され、免震装置１８が作動しないようになっている。また、シアピン２４の筒体６０には切欠き部６４が形成されており、筒体６０の破断耐力が部分的に小さくされている。この破断耐力を超える外力が筒体６０に作用すると、筒体６０が切欠き部６４で破断する。これにより、基礎１６に対して建物本体１４が相対変位可能となり、免震装置１８が作動する。

ここで、免震装置１８の作動タイミングは、筒体６０の破断耐力を増減することにより調整することができる。従って、例えば、風や交通振動等のように、頻繁に構造物１２に作用する外力に対して、免震装置１８が作動しないよう調整することで、構造物１２の居住性を向上することができる。また、免震装置１８の疲労破壊を抑制し、免震装置１８の長寿命化を図ることができる。

一方、風や交通振動等の外力が構造物１２に作用し、フランジ３２Ａとフランジ５０Ａとが水平方向へ相対変位しようとすると、シアピン２４の筒体６０に繰り返し荷重が作用する。この繰り返し荷重によって、筒体６０にせん断力Ｑが作用すると共に、固定部材４０と固定部材５６との間の距離Ｌ（図４参照）に比例した曲げモーメントＭが筒体６０に作用する。これらの応力は切欠き部６４に集中するため、切欠き部６４の疲労破壊が問題となる。

ここで、本実施形態に係るシアピン２４を図６（Ｃ）に示し、比較例として従来のシアピン６６、７２を図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図６（Ａ）、及び図６（Ｂ）に示す。シアピン６６の胴体６８は円柱形状に形成されており、その内部が空洞でない中実体となっている。また、胴体６８の外周面には切欠き部７０が形成されている。一方、図６（Ｂ）に示すシアピン７２の筒体７４は円筒形状に形成されており、その外周壁に切欠き部７６が形成されている。なお、比較を容易にするために、胴体６８及び筒体７４の断面積は、本実施形態に係る筒体６０の断面積と同じものとし、また、せん断力Ｑによる影響は省略して説明する。

前述した切欠き部６４の疲労破壊を抑制するために、本実施形態では、筒体６０を円筒形状に形成し、この筒体６０の内周壁に切欠き部６４を設けている。即ち、筒体６０を円筒形状に形成したことにより、従来の胴体６８よりも筒体６０の断面係数を飛躍的に大きくし（直径Ｄ_１＜直径Ｄ_３）、筒体６０の所定断面に生じる曲げ応力度（最大曲げ応力度）を小さく抑えている。

更に、筒体６０の内壁に切欠き部６４を形成することにより、切欠き部６４における曲げ応力度を小さく抑えている。従来のように、中実体とされた胴体６８の所定断面に生じる曲げ応力度分布（図５（Ｂ）参照）は、胴体６８の中心（中立軸）から外側へ向かって大きくなり、胴体６８の表面（外周面）で最大となる。これと同様に、筒体６０の所定断面に生じる曲げ応力度分布は、筒体６０の中心（中立軸）から筒体６０の表面（外周面）へ向かって大きくなり、筒体６０の表面（外周面）で最大となる。

従って、筒体６０の内周面に切欠き部６４を形成することで、従来のシアピン７２（図６（Ｂ）参照）のように筒体７４の外周面に切欠き部７６を形成する場合と比較して、切欠き部６４における曲げ応力度を小さくすることができる（Ｄ_４＜Ｄ_２であり切欠き部７６が筒体６０の中心に近い）。このように本実施形態では、筒体６０の形状、及び切欠き部６４を設ける位置により、曲げモーメントＭに対する切欠き部６４の強度を増大させ、作用する応力度を低減することにより、単純な構成で切欠き部６４の疲労破壊を抑制することができる。

また、筒体６０であれば、熱処理を施す際に、筒体６０の外周面のみならず、筒体６０の内周面からも熱が加えられ、均一な熱処理効果（強度向上）を図ることができる。

また、筒体６０の材料として、疲労寿命特性に優れた鉄系形状記憶合金、特に、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ基系、Ｍｎ−Ｓｉ−Ａｌ基系鉄系形状記憶合金を用いることにより、切欠き部６４の疲労破壊を更に抑制することができる。また、鉄系形状記憶合金は、マルテンサイト変態や、相変態挙動や双晶変形時の内部摩擦によるエネルギー吸収性能を有するため、振動を低減することができる。

なお、せん断力Ｑの影響を省略して説明したが、切欠き部６４にはせん断力Ｑと曲げモーメントＭの組み合わせ応力（ＶｏｎＭｉｓｅｓ応力）が作用する。従って、従来の胴体６８の直径（断面積）を大きくするなどして、切欠き部７０におけるせん断応力度を小さくし、切欠き部７０の疲労破壊を抑制することができる。しかしながら、胴体６８の断面積の増加に伴って胴体６８の破断耐力が増加するため、免震装置１８の作動タイミングの調整が煩雑となる。また、胴体６８の材料コストが増加するため、不経済となる。

次に、第１実施形態の変形例について説明する。

本変形例では、固定部材４０の取付穴４０Ａと筒体６０との間に隙間Ｈ（合計２Ｈ）を設けている。具体的には、取付穴４０Ａの直径は、シアピン２４の外径よりも大きくされており、取付穴４０Ａの内周壁とシアピン２４との間に隙間Ｈが形成されるように構成されている。この隙間Ｈによって、当該取付穴４０Ａ内で筒体６０が相対変位可能となっている。この隙間Ｈは、免震装置１８を作動させるタイミングを考慮して適宜設計される。

次に、第１実施形態の変形例の作用について説明する。

取付穴４０Ａと筒体６０との間に隙間Ｈを設けたことにより、取付穴４０Ａ内で筒体６０が相対変位可能となっている。そのため、筒体６０に作用する繰り返し荷重を低減することができる。即ち、風や交通振動等の微小振動のように、頻繁に構造物１２に作用する外力によって、フランジ３２Ａとフランジ５０Ａとが微小な相対変位を繰り返しても、筒体６０の下部が取付穴４０Ａに拘束されていないため、筒体６０にせん断力及び曲げモーメントが作用しない。従って、応力が集中する切欠き部６４の疲労破壊を抑制することができる。

一方、強風等によってフランジ３２Ａとフランジ５０Ａとの相対変位が大きくなると、筒体６０が取付穴４０Ａの内周壁に接触し、フランジ３２Ａとフランジ５０Ａとの相対変位が規制される。即ち、基礎１６に対する建物本体１４の相対変位が規制され、建物本体１４の振動が抑制される。従って、建物本体１４の居住性能が向上する。

更に、地震等の大きな振動により、フランジ３２Ａとフランジ５０Ａとの相対変位が大きくなると、筒体６０が破断してフランジ３２Ａとフランジ５０Ａとの拘束が解除される。これにより、免震装置１８が作動し、建物本体１４に発生する地震力が低減される。

なお、本変形例では、筒体６０の下部と取付穴４０Ａとの間に隙間Ｈを設けたが、筒体６０の上部と取付穴５６Ａとの間に隙間を設けても良い。即ち、筒体６０と取付穴４０Ａとの間、及び筒体６０と取付穴５６Ａと間の少なくとも一方に、隙間を設ければ良い。

また、免震装置１８とは別にダンパーを設け、隙間Ｈによるフランジ３２Ａとフランジ５０Ａとの微小な相対変位を利用して当該ダンパーを作動させ、振動エネルギーを吸収することも可能である。このダンパーを設けることにより、更に、建物本体１４の居住性能を向上させることができる。この際、ダンパーに、フランジ３２Ａとフランジ５０Ａとの相対変位量を増幅させる増幅機構を設け、エネルギー吸収効率を高めることが望ましい。

次に、第２の実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同じ構成のものは同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図８には、第２実施形態が適用されたＴＭＤ（Ｔｕｎｅｄ Ｍａｓｓ Ｄａｍｐｅｒ）８０が示されている。ＴＭＤ８０は建物本体１４の上層階（例えば、屋上等）に設置されており、門形状のフレーム８２から吊り下げられたマス８４と、マス８４と建物本体１４の床８６とを連結する減衰手段としてのオイルダンパー８８と、を備えている。

フレーム８２は、鋼材（Ｈ形鋼）からなる柱８２Ａ及び梁８２Ｂを溶接等で接合して構成されている。フレーム８２内には、ＰＣ鋼材９０によって梁８２Ｂから吊り上げられた揺動体９２が略水平方向に配置されている。ＰＣ鋼材９０は梁８２Ｂ及び揺動体９２に回転可能に連結されており、揺動体９２が振り子のように水平方向（矢印Ｃ方向）へ移動可能となっている。

揺動体９２の上にはマス８４が載置されている。ここで、前述したＰＣ鋼材９０の長さ（吊り長さ）を増減することにより、マス８４及び揺動体９２の固有振動数が、建物本体１４の固有振動数と同じ又は近似した値に設定されており、マス８４及び揺動体９２と建物本体１４とが地震時に同調するように構成されている。

揺動体９２と床８６との間には、オイルダンパー８８が設置されている。オイルダンパー８８は、揺動体９２に設けられた固定部９４（第１部材）と床８６に設けられた固定部９６（第２部材）との間に配置されている。各固定部９４、９６とオイルダンパー８８とは、揺動体９２の移動面と直交する方向を材軸方向としたシアピン９８及び連結ピン１００を回転軸として回転可能に連結され、揺動体９２の揺れに応じてオイルダンパー８８が伸縮自在に連結されている。なお、オイルダンパー８８に替えて、粘弾性体ダンパー、摩擦ダンパー、鋼材ダンパー等を用いることができる。

図９に示されるように、鋼材（Ｈ形鋼）からなる固定部９４の側面には、対向する一対のフランジ１０２、１０４が設けられている。これらのフランジ１０２、１０４の間には、オイルダンパー８８のロット１０６の先端部が配置されている。また、フランジ１０２、１０４、及びロット１０６の先端部には、取付穴１０２Ａ、１０４Ａ、１０６Ａがそれぞれ形成されている。これらの取付穴１０２Ａ、１０４Ａ、１０６Ａに貫通されるシアピン９８の筒体１０８によって、フランジ１０２、１０４とロット１０６とが連結されている。

シアピン９８（ピン部材）は、筒体１０８（中空体）と、筒体１０８の端部に設けられた端部プレート１１０と、を備えている。筒体１０８は円筒形状に形成されており、内部が空洞の中空体とされている。また、筒体１０８の内周壁１０８Ａには、２つの切欠き部１１２Ａ、１１２Ｂが形成されている。切欠き部１１２Ａ、１１２Ｂは、筒体１０８の周方向に沿って環状に形成されている。この切欠き部１１２Ａ、１１２Ｂによって、筒体１０８の破断耐力が部分的に小さくされている。

シアピン９８は、フランジ１０２とロット１０６との間、及びフランジ１０４とロット１０６との間に、切欠き部１１２Ａ、１１２Ｂが位置するように保持されると共に、その材軸がフランジ１０２、１０４とロット１０６との相対変位方向（矢印Ｃ方向）と直交又は交差するように配置される。これにより、筒体１０８が切欠き部１１２Ａ、１１２Ｂで破断するようになっている。

次に、第２実施形態の作用について説明する。

地震等によって構造物１２（図１参照）に外力が作用すると、マス８４及び揺動体９２が振り子のように揺れ動く。これにより、マス８４及び揺動体９２の動吸効果によって建物本体１４の揺れが低減される。また、マス８４及び揺動体９２の揺れに応じて、オイルダンパー８８が伸縮し、これらのマス８４及び揺動体９２の運動エネルギーが吸収される。従って、建物本体１４の揺れが低減される。特に、地震周期に建物本体１４が共振したときに、動吸効果及びオイルダンパー８８による運動エネルギー吸収効果が大きくなる。マス８４及び揺動体９２の固有振動が、建物本体１４の固有振動と同じ又は近似した値に設定されているため、マス８４及び揺動体９２の揺れが増大するためである。

一方、想定以上の大地震等によって、マス８４及び揺動体９２の揺れが増大すると、シアピン９８が切欠き部１１２Ａ、１１２Ｂで破断し、固定部９４とオイルダンパー８８との連結が解除される。これにより、オイルダンパー８８の破損、損傷が抑制される。

ここで、マス８４及び揺動体９２が揺れ動くことにより、即ち、フランジ１０２、１０４とロット１０６が相対変位しようとすることにより、シアピン９８にせん断力、及び各フランジ１０２、１０４とロット１０６との間の距離に応じた曲げモーメントが作用する。これらのせん断力及び曲げモーメントは、切欠き部１１２Ａ、１１２Ｂに集中するため、切欠き部１１２Ａ、１１２Ｂの疲労破壊が問題となる。

この対策として、本実施形態では、筒体１０８を円筒形状とし、筒体１０８の断面係数を飛躍的に増大して筒体１０８の所定断面における曲げ応力度を小さく抑えている。また、筒体１０８の内周壁に切欠き部１１２Ａ、１１２Ｂを設けることにより、切欠き部１１２Ａ、１１２Ｂにおける曲げ応力度を低減している。従って、切欠き部１１２Ａ、１１２Ｂの疲労破壊を抑制することができる。

なお、本実施形態では、オイルダンパー８８の連結部にシアピン６６を設け、想定以上の地震等によるオイルダンパー８８の破損、損傷を防止したが、図１０に示されるように、揺動体９２に設けられた連結部１１４（第１部材）と、床８６に設けられた連結部１１６（第２部材）とをシアピン２４（図４参照）で連結し、所定以上の外力が作用したときに、シアピン２４を破断させてＴＭＤ８０を作動させても良い。即ち、シアピン２４により、居住性が問題にならない程度の微小な風や交通振動等に起因するマス８４及び揺動体９２の揺れを規制する一方で、地震等の大きな外力に対してシアピン２４を破断させることで、マス８４及び揺動体９２を揺らして動吸効果を発揮させることができる。従って、シアピン２４の破断前にはＰＣ鋼材９０の連結部（回転部）の疲労破壊等を抑制することができ、シアピン２４の破断後には構造物１２の居住性を向上することができる。

なお、上記第１、第２実施形態では、シアピン２４、９８の筒体６０、１０８を円筒形状に形成したがこれに限らない。シアピン２４、９８の所定断面の断面係数を増大でき、且つ内壁に切欠き部を形成できれば良い。例えば、楕円柱や多角柱の内部に空洞を設け、この中空体の内壁に切欠き部を形成しても良い。

また、上記の第１、第２実施形態に係るシアピン２４、９８は、種々の部材の連結構造に用いることができる。即ち、第１実施形態における基礎１６と建物本体１４とのように、構造体（構造部材を含む）同士を連結しても良いし、第２実施形態におけるオイルダンパー８８等の機械装置の連結構造に用いて良い。また、図１０に示される揺動体９２と床８６のように、ＴＭＤ等の制振装置と構造部材とを連結しても良い。更に、上記の第１、第２実施形態は、建築構造物のみならず、土木構造物（例えば、橋梁、ダムなど）にも適用可能である。即ち、構造物とは、建築構造物、及び土木構造物を含む概念である。

また、上記第１、第２実施形態では、水平方向に相対変位する部材をシアピン２４、９８で連結したこれに限らず、上下方向（鉛直方向）や、斜め方向に相対変位する部材（例えば、ブレースと架構）をシアピン２４、９８で連結することができる。この際、シアピン２４、９８の材軸が、連結する部材の相対変位方向と交差するように、好ましくは直交するようにシアピン２４、９８を配置することにより、いわゆるシアピンとしての機能を発揮させることができる。

また、上記第１、第２実施形態では、切欠き部６４、１１２Ａ、１１２Ｂを筒体６０、１０８の周方向に沿って環状に形成したが、必ずしも環状である必要はない。例えば、第１実施形態において、複数の切欠き部を筒体６０の周方向に間隔を空けて複数形成しても良い。ここで、切欠き部６４を環状に形成した場合、筒体６０の肉厚が均一又は略均一になるため、破断耐力のばらつきが低減される。従って、建物本体１４が水平二方向へ変位する場合、建物本体１４の変位方向に関わらず、所定のタイミングで筒体６０を破断させることができる。一方、環状ではなく、間隔を空けて複数の切欠き部を形成する場合、建物本体１４が変位する方向によって筒体６０が破断するタイミングを変えることができる。

以上、本発明の第１、第２の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、第１、第２の実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１２ 構造物
２４ シアピン（ピン部材）
３２Ａ フランジ（第１部材）
４０Ａ 取付穴
５０Ａ フランジ（第２部材）
５６Ａ 取付穴
６０ 筒体（中空体）
６４ 切欠き部
９４ 固定部（第１部材）
９６ 固定部（第２部材）
９８ シアピン（ピン部材）
１０８ 筒体（中空体）
１１４ 連結部（第１部材）
１１６ 連結部（第２部材）

Claims (5)

1. 相対変位する第１部材と第２部材とを連結する中空体と、
   前記中空体の内壁に設けられた切欠き部と、
   を備えるピン部材。
2. 第１部材と、
   前記第１部材と相対変位する第２部材と、
   前記第１部材と前記第２部材とを連結すると共に、前記第１部材と前記第２部材との間に前記切欠き部が配置される請求項１に記載のピン部材と、
   を備える連結構造。
3. 前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方に、前記ピン部材が挿入される取付穴が設けられ、
   前記取付穴と前記ピン部材との間に隙間が設けられている請求項２に記載の連結構造。
4. 前記中空体が、鉄系形状記憶合金からなる請求項１に記載のピン部材。
5. 請求項２又は請求項３に記載の連結構造を有し、前記ピン部材によって連結された前記第１部材及び前記第２部材を有する構造物。

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