JP2011208436A

JP2011208436A - 構造物用ブレース

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Publication number: JP2011208436A
Application number: JP2010077528A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kajiwara; 浩一梶原; Takeshi Hikino; 剛引野; Taiichiro Okazaki; 太一郎岡崎; Kenichi Abe; 健一阿部; Masayoshi Nakajima; 正愛中島
Original assignee: National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention (NIED)
Current assignee: National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention (NIED)
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: JP5424174B2

Abstract

【課題】小型軽量であり、且つ低コストでありながら信頼性の高いセルフセンタリング機構を備えた構造物用ブレースの提供。
【解決手段】構造物に接合される第１接合部を含む板状の芯ブレード２１、第１ブレード及び第２ブレードを有するＨ形鋼材２と、構造物に接合される第２接合部３１、第２接合部３１に垂直に取り付けられたＵ字底部３２、Ｕ字底部３２の両端から芯ブレード２１を挟むように延びると共に外側に突出する第１突出部３４を含む第３ブレード３３及び外側に突出する第２突出部３６を含む第４ブレード３５を有するＵ型鋼材３と、第１接合部が貫通する第１鋼板４と、第２接合部３１と第２接合部３１に垂直に取り付けられたＵ字底部３２が貫通する第２鋼板５と、第１鋼板４と第２鋼板５とを連結する連結部材６と、芯ブレード２１と第３ブレード３３及び芯ブレード２１と第４ブレード３５の間に設けた粘弾性体７とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、地震後も継続的に建物を使用可能にするセルフセンタリング機構を備えた構造物用ブレースに関する。

近年、建築構造物の耐震性能は、飛躍的に向上し、地震による倒壊を免れ、人命の危険を低減できるようになってきた。しかしながら、倒壊を免れた建築物は補修をする必要があり、長時間の営業・操業停止を招き、甚大な経済損失を被る懸念がある。そのため、地震後も継続的に建物を使用可能にするセルフセンタリング機構が開示されている（特許文献１）。

特許文献１に記載されたブレースは、互いにスライドする内側のブレース材と外側のブレース材の両端部で、内側のブレース材端部と外側のブレース材端部にはめ込まれた突き合わせ要素を引張要素で結合させた構造である。また、内管の外側にエネルギー散逸システムを持ち、外管の壁板の突合せ部分で挟まれている。

中立状態の時、張力を導入した引張要素で突き合わせ要素を緊結し軸方向に力を与え内側のブレース材と外側のブレース材を固定している。両ブレース材に圧縮力が作用する時、外側のブレース材は、左側の突き合わせ要素を、内側のブレース材は、右側の突き合わせ要素を、それぞれ押し広げる。引張り力が作用する時、内側のブレース材が左側を、外側のブレース材が右側の突き合わせ要素を押し広げる。押し広げる力が張力を上回った時、引張要素の剛性で力に抵抗し、セルフセンタリング挙動を再現する。

また、ブレース材の外側部分にエネルギー散逸システムを持ち、内外ブレース材の相対的変位に対してエネルギー消散を行うことにより、セルフセンタリング挙動にエネルギー消散挙動を付加している。

特開２００７−５２６４１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、内側のブレース材と外側のブレース材として管状の部材を用いており、重量の重い管状部材を嵌め込み組み立てることは大変困難であった。また、管状の部材同士を組み合わせるので、一方の端部の外側に新たに接続部材を設けて構造物に接続する必要があり、部材が多くなりコストが高くなると共に、装置が大型化し、重量も重いものであった。さらに、ブレース材の外側部分にエネルギー散逸システムを持っているので、外側にある構造物や他の部材と干渉するおそれがあった。

本発明は、従来技術と比較して小型軽量であり、且つ低コストでありながら信頼性の高いセルフセンタリング機構を備えた構造物用ブレースを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の構造物用ブレースは、構造物に接合される第１接合部を含む板状の芯ブレード、並びに前記芯ブレードの短辺方向の両側に、前記芯ブレードの長辺方向に対してずらして設けられた第１ブレード及び第２ブレードを有するＨ形鋼材と、前記構造物に接合される第２接合部、前記第２接合部に垂直に取り付けられたＵ字底部、前記Ｕ字底部の両端から前記芯ブレードを挟むように延びると共に外側に突出する第１突出部を含む第３ブレード及び外側に突出する第２突出部を含む第４ブレードを有するＵ型鋼材と、前記第１接合部が貫通する第１鋼板と、前記第２接合部と第２接合部に垂直に取り付けられたＵ字底部が貫通する第２鋼板と、前記第１鋼板と前記第２鋼板とを連結する連結部材と、前記芯ブレードと前記第３ブレード及び前記芯ブレードと前記第４ブレードの間に設けた粘弾性体と、を備えたことを特徴とする。

また、軸方向の力が初期張力以下の状態では、前記Ｈ形鋼材と前記第１鋼板とは、前記第１ブレードの長手方向の一方端の第１当接面及び前記第２ブレードの長手方向の一方端の第２当接面で当接し、前記Ｈ形鋼材と前記第２鋼板とは、前記第１ブレードの長手方向の他方端の第３当接面及び前記第２ブレードの長手方向の他方端の第４当接面で当接し、前記Ｕ型鋼材と前記第１鋼板とは、前記第３ブレードの長手方向の一方端の第５当接面、前記第１突出部の長手方向の一方端の第６当接面、前記第４ブレードの長手方向の一方端の第７当接面及び前記第２突出部の長手方向の一方端の第８当接面で当接し、前記Ｕ型鋼材と前記第２鋼板とは、前記第１突出部の長手方向の他方端の第９当接面で当接し、前記第２突出部の長手方向の他方端の第１０当接面で当接することを特徴とする。

また、圧縮力が作用する場合、前記第１接合部に作用する圧縮力により、前記芯ブレードが前記第２鋼板側に押され、前記第１ブレード及び前記第２ブレードが押され、前記第３当接面及び前記第４当接面が前記第２鋼板を押し、前記第１ブレード及び前記第２ブレードに押された前記第２鋼板が前記連結部材を引っ張り、前記第２接合部に作用する圧縮力により、前記第２接合部が押され、前記Ｕ型鋼材が前記第１鋼板側に押され、前記第５当接面、前記第６当接面、前記第７当接面及び前記第８当接面が前記第１鋼板を押し、前記Ｕ型鋼材に押された前記第１鋼板が前記連結部材を引っ張り、引張力が作用する場合、前記第１接合部に作用する引張力により、前記芯ブレードが前記第１鋼板側に引っ張られ、前記第１ブレード及び前記第２ブレードが引っ張られ、前記第１当接面及び前記第２当接面が前記第１鋼板を押し、前記第１ブレード及び前記第２ブレードに押された前記第１鋼板が前記連結部材を引っ張り、前記第２接合部に作用する引張力により、前記第２接合部が引っ張られ、前記Ｕ型鋼材が前記第２鋼板側に引っ張られ、前記第９当接面及び前記第１０当接面が前記第２鋼板を押し、前記Ｕ型鋼材に押された前記第２鋼板が前記連結部材を引っ張ることを特徴とする。

また、前記圧縮力が作用する場合、前記Ｈ形鋼材の前記第１当接面及び前記第２当接面と前記第１鋼板は離間し、前記Ｕ型鋼材の前記第９当接面及び前記第１０当接面と前記第２鋼板は離間し、前記引張力が作用する場合、前記Ｈ形鋼材の前記第３当接面及び前記第４当接面と前記第２鋼板は離間し、前記Ｕ型鋼材の前記第５当接面、前記第６当接面、前記第７当接面及び前記第８当接面と前記第１鋼板は離間することを特徴とする。

また、前記粘弾性体は弾性係数及び／又は粘性係数の異なる複数の層からなることを特徴とする。

また、前記粘弾性体は弾性係数及び／又は粘性係数の異なる複数の材料からなることを特徴とする。

また、前記連結部材は伸び歪み２％程度あるいはそれ以上のケーブルからなることを特徴とする。

このように、本発明にかかる構造物用ブレースによれば、構造物に接合される第１接合部を含む板状の芯ブレード、並びに前記芯ブレードの短辺方向の両側に、前記芯ブレードの長辺方向に対してずらして設けられた第１ブレード及び第２ブレードを有するＨ形鋼材と、前記構造物に接合される第２接合部、前記第２接合部に垂直に取り付けられたＵ字底部、前記Ｕ字底部の両端から前記芯ブレードを挟むように延びると共に外側に突出する第１突出部を含む第３ブレード及び外側に突出する第２突出部を含む第４ブレードを有するＵ型鋼材と、前記第１接合部が貫通する第１鋼板と、前記第２接合部と第２接合部に垂直に取り付けられたＵ字底部が貫通する第２鋼板と、前記第１鋼板と前記第２鋼板とを連結する連結部材と、前記芯ブレードと前記第３ブレード及び前記芯ブレードと前記第４ブレードの間に設けた粘弾性体と、を備えたので、従来技術と比較して小型軽量であり、且つ部品点数が少なく、低コストでありながら信頼性の高いセルフセンタリング機構を備えた構造物用ブレースを提供することが可能となる。

また、軸方向の力が初期張力以下の状態では、前記Ｈ形鋼材と前記第１鋼板とは、前記第１ブレードの長手方向の一方端の第１当接面及び前記第２ブレードの長手方向の一方端の第２当接面で当接し、前記Ｈ形鋼材と前記第２鋼板とは、前記第１ブレードの長手方向の他方端の第３当接面及び前記第２ブレードの長手方向の他方端の第４当接面で当接し、前記Ｕ型鋼材と前記第１鋼板とは、前記第３ブレードの長手方向の一方端の第５当接面、前記第１突出部の長手方向の一方端の第６当接面、前記第４ブレードの長手方向の一方端の第７当接面及び前記第２突出部の長手方向の一方端の第８当接面で当接し、前記Ｕ型鋼材と前記第２鋼板とは、前記第１突出部の長手方向の他方端の第９当接面で当接し、前記第２突出部の長手方向の他方端の第１０当接面で当接するので、初期張力以下の剛性が高くなり、風圧等による揺れを抑制することが可能となる。

また、圧縮力が作用する場合、前記第１接合部に作用する圧縮力により、前記芯ブレードが前記第２鋼板側に押され、前記第１ブレード及び前記第２ブレードが押され、前記第３当接面及び前記第４当接面が前記第２鋼板を押し、前記第１ブレード及び前記第２ブレードに押された前記第２鋼板が前記連結部材を引っ張り、前記第２接合部に作用する圧縮力により、前記第２接合部が押され、前記Ｕ型鋼材が前記第１鋼板側に押され、前記第５当接面、前記第６当接面、前記第７当接面及び前記第８当接面が前記第１鋼板を押し、前記Ｕ型鋼材に押された前記第１鋼板が前記連結部材を引っ張り、引張力が作用する場合、前記第１接合部に作用する引張力により、前記芯ブレードが前記第１鋼板側に引っ張られ、前記第１ブレード及び前記第２ブレードが引っ張られ、前記第１当接面及び前記第２当接面が前記第１鋼板を押し、前記第１ブレード及び前記第２ブレードに押された前記第１鋼板が前記連結部材を引っ張り、前記第２接合部に作用する引張力により、前記第２接合部が引っ張られ、前記Ｕ型鋼材が前記第２鋼板側に引っ張られ、前記第９当接面及び前記第１０当接面が前記第２鋼板を押し、前記Ｕ型鋼材に押された前記第２鋼板が前記連結部材を引っ張るので、さらに信頼性が高くなる。

また、前記圧縮力が作用する場合、前記Ｈ形鋼材の前記第１当接面及び前記第２当接面と前記第１鋼板は離間し、前記Ｕ型鋼材の前記第９当接面及び前記第１０当接面と前記第２鋼板は離間し、前記引張力が作用する場合、前記Ｈ形鋼材の前記第３当接面及び前記第４当接面と前記第２鋼板は離間し、前記Ｕ型鋼材の前記第５当接面、前記第６当接面、前記第７当接面及び前記第８当接面と前記第１鋼板は離間するので、さらに信頼性が高くなる。

また、前記粘弾性体は弾性係数及び／又は粘性係数の異なる複数の層からなるので、様々な状況に対応することが可能となる。

前記粘弾性体は弾性係数及び／又は粘性係数の異なる複数の材料からなるので、様々な状況に対応することが可能となる。

また、前記連結部材は伸び歪み２％程度あるいはそれ以上のケーブルからなるので、部材の変形性能を向上することが可能となる。

本実施形態の構造物用ブレースを示す図である。本実施形態の構造物用ブレースのＨ形鋼材を示す図である。本実施形態の構造物用ブレースのＵ型鋼材を示す図である。本実施形態の構造物用ブレースのＸ−Ｚ平面での断面図である。本実施形態の構造物用ブレースのＸ−Ｙ平面での断面図である。図４のＡ−Ａ断面図である。図４のＢ−Ｂ断面図である。図４のＣ−Ｃ断面図である。図４のＤ−Ｄ断面図である。図４のＥ−Ｅ断面図である。圧縮力が作用した状態の本実施形態の構造物用ブレースのＸ−Ｚ平面での断面図である。圧縮力が作用した状態の本実施形態の構造物用ブレースのＸ−Ｙ平面での断面図である。引張力が作用した状態の本実施形態の構造物用ブレースのＸ−Ｚ平面での断面図である。引張力が作用した状態の本実施形態の構造物用ブレースのＸ−Ｙ平面での断面図である。構造物用ブレースの軸変位と軸力の関係を示すグラフである。

本発明の実施の形態を図を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態の構造物用ブレース１を示す図である。

本実施形態の構造物用ブレース１は、Ｈ形鋼材２とＵ型鋼材３とを組み合わせてなる。Ｈ形鋼材２の一方側は第１鋼板４を貫通し図示しない構造物に接続する。また、Ｕ型鋼材３の他方側は第２鋼板５を貫通し図示しない構造物に接続する。Ｈ形鋼材２の他方側とＵ型鋼材３の一方側が第２鋼板５と第１鋼板４にそれぞれ当接し、Ｈ形鋼材２の一方端とＵ型鋼材３の他方端が第１鋼板４と第２鋼板５をそれぞれ貫通した状態で、連結部材６により第１鋼板４と第２鋼板５とを連結する。なお、後述する図示しないエネルギー消散部材としての粘弾性体７がＨ形鋼材２とＵ型鋼材３との間に挟まれている。

図２は、本実施形態の構造物用ブレース１のＨ形鋼材２を示す図である。

Ｈ形鋼材２は、鋼板からなり図示しない構造物と接続される板状の芯ブレード２１と、芯ブレード２１の短辺方向（Ｙ方向）の両側に垂直に設けた板状の鋼からなる第１ブレード２２及び第２ブレード２３とを有する。第１ブレード２２と第２ブレード２３は、芯ブレード２１の長辺方向（Ｘ方向）の他方側にずれて設けられている。そのため、Ｈ形鋼材２は、芯ブレード２１の長辺方向の一端側に第１ブレード２２と第２ブレード２３から突出した第１接合部２１ａを有し、芯ブレード２１の長辺方向の他端側に第１ブレード２２と第２ブレード２３に挟まれ芯ブレード２１が存在しない空間Ｓを有する。この第１接合部２１ａが図１に示した第１鋼板４を貫通する。

また、第１ブレード２２の長辺方向の一端側には、軸方向に作用する力のない通常状態で図１に示した第１鋼板４と当接する第１当接面２２ａを有し、第２ブレード２３の長辺方向の一端側には、通常状態で図１に示した第１鋼板４と当接する第２当接面２３ａを有する。

さらに、第１ブレード２２の長辺方向の他端側には、通常状態で図１に示した第２鋼板５と当接する第３当接面２２ｂを有し、第２ブレード２３の長辺方向の他端側には、通常状態で図１に示した第２鋼板５と当接する第４当接面２３ｂを有する。

図３は、本実施形態の構造物用ブレース１のＵ型鋼材３を示す図である。

Ｕ型鋼材３は、第２鋼板５を貫通し図示しない構造物と接続される第２接合部３１と、第２接合部３１の一端側に設けられ両側に垂直に延びるＵ字底部３２と、Ｕ字底部３２の一方の端部から一端側に延びる第３ブレード３３と、第３ブレード３３から外側に突出した第１突出部３４と、Ｕ字底部３２の他方の端部から一端側に延びる第４ブレード３５と、第４ブレード３５から外側に突出した第２突出部３６と、を有する。

また、第３ブレード３３の長辺方向の一端側には、地震等の作用する力のない通常状態で図１に示した第１鋼板４と当接する第５当接面３３ａを有し、同様に、第１突出部３４の長辺方向の一端側には、通常状態で図１に示した第１鋼板４と当接する第６当接面３４ａを有する。

さらに、第４ブレード３５の長辺方向の一端側には、通常状態で図１に示した第１鋼板４と当接する第７当接面３５ａを有し、同様に、第２突出部３６の長辺方向の一端側には、通常状態で図１に示した第１鋼板４と当接する第８当接面３６ａを有する。

また、第１突出部３４の長辺方向の他端側には、通常状態で図１に示した第２鋼板５と当接する第９当接面３４ｂを有し、第２突出部３６の長辺方向の他端側には、通常状態で図１に示した第２鋼板５と当接する第１０当接面３６ｂを有する。

なお、構造物と第１接合部２１ａ及び第２接合部３１との接合は、他の部材を付加することなく、従来から使用されているガセットプレート継手板を介して高力ボルトで接合する方法を使用することができる。

図４は、本実施形態の構造物用ブレース１のＸ−Ｚ平面での断面図、図５は、本実施形態の構造物用ブレースのＸ−Ｙ平面での断面図である。また、図６は、図４のＡ−Ａ断面図、図７は、図４のＢ−Ｂ断面図、図８は、図４のＣ−Ｃ断面図、図９は、図４のＤ−Ｄ断面図及び図１０は、図４のＥ−Ｅ断面図である。図４及び図５の構造物用ブレース１は、通常状態を表している。

Ｈ形鋼材２とＵ型鋼材３は、Ｈ形鋼材２の芯ブレード２１の両側に、図７に示すように、芯ブレード２１を挟むように、Ｕ型鋼材３の第３ブレード３３と第４ブレード３５を配置する。ただし、図９に示すように、芯ブレード２１の他端側は、第１ブレード２２及び第２ブレード２３よりも短く形成されている。図４及び図８に示すように、Ｈ形鋼材２の芯ブレード２１とＵ型鋼材３の第３ブレード３３の間及びＨ形鋼材２の芯ブレード２１とＵ型鋼材３の第４ブレード３５の間には、それぞれ粘弾性体７が挟まれている。なお、粘弾性体７は、１層に限らず、弾性係数及び／又は粘性係数の異なる複数の層から形成してもよい。また、粘弾性体７は、弾性係数の及び／又は粘性係数異なる複数の材料から形成してもよい。

Ｈ形鋼材２の芯ブレード２１は、図６に示すように、第１鋼板４の貫通部４ａを移動可能に貫通する。また、Ｈ形鋼材２と第１鋼板４とは、第１ブレード２２の第１当接面２２ａ及び第２ブレード２３の第２当接面２３ａで当接する。さらに、Ｈ形鋼材２と第２鋼板５とは、第１ブレード２２の第３当接面２２ｂ及び第２ブレード２３の第４当接面２３ｂで当接する。

Ｕ型鋼材３と第１鋼板４とは、第３ブレード３３の第５当接面３３ａ、第１突出部３４の第６当接面３４ａ、第４ブレード３５の第７当接面３５ａ及び第２突出部３６の第８当接面３６ａで当接する。Ｕ型鋼材３と第２鋼板５とは、第１突出部３４の第９当接面３４ｂ及び第２突出部３６の第１０当接面３６ｂで当接する。また、Ｕ型鋼材３の第２接合部３１は、図１０に示すように、第２鋼板５の貫通部５ａを移動可能に貫通する。さらに、Ｕ型鋼材３のＵ字底部３２は、貫通部５ａ付近に移動可能に配置される。

第１鋼板４と第２鋼板５は、本実施形態では、正方形又は略正方形に形成されている。そして、第１鋼板４と第２鋼板５の対応する４つの角付近で連結部材６により連結されている。連結部材６は、図示しないナット等で張力を調整しつつ第１鋼板４及び第２鋼板５に取り付けるとよい。

なお、第１鋼板４と第２鋼板５は、正方形に限らず球形等他の形状でもよい。また、連結部材６は、４つの角付近で連結する構造に限らず、例えば、図８における第３ブレード３３と第１突出部３４との間の三角形のスペースや、第４ブレード３５と第２突出部３６との間の三角形のスペースにそれぞれ配置し、構造物用ブレース１をさらに小型化してもよい。

連結部材６の材料としては、引張強度の非常に高いアラミド繊維等からなるケーブルを適用することが好ましい。特に、伸び歪み２％程度あるいはそれ以上の弾性挙動を示す材料が好ましい。

次に、構造物用ブレース１に力が作用した状態について説明する。

まず、構造物用ブレース１に圧縮力が作用した状態について説明する。

図１１は、構造物用ブレース１に圧縮力が作用した状態のＸ−Ｚ平面での断面図、図１２は、構造物用ブレース１に圧縮力が作用した状態のＸ−Ｙ平面での断面図である。

構造物用ブレース１に圧縮力が作用する場合、まず、図示しない構造物と接続されたＨ形鋼材２の芯ブレード２１の第１接合部２１ａ及びＵ型鋼材３の第２接合部３１に作用する。

第１接合部２１ａに作用する圧縮力Ｆａ１により、芯ブレード２１は、第２鋼板５側に押される。すると、第１ブレード２２及び第２ブレード２３が押され、第３当接面２２ｂ及び第４当接面２３ｂが第２鋼板５を力Ｆａ２で押す。第１ブレード２２及び第２ブレード２３に押された第２鋼板５は、連結部材６を力Ｆａ３で引っ張ることになる。

また、第２接合部３１に作用する圧縮力Ｆｂ１により、第２接合部３１が押され、Ｕ型鋼材３が第１鋼板４側に押される。すると、第５当接面３３ａ、第６当接面３４ａ、第７当接面３５ａ及び第８当接面３６ａが第１鋼板４を力Ｆｂ２で押す。Ｕ型鋼材３に押された第１鋼板４は、連結部材６を力Ｆｂ３で引っ張ることになる。

この時、Ｈ形鋼材２の第１当接面２２ａ及び第２当接面２３ａと第１鋼板４は離間し、Ｕ型鋼材３の第９当接面３４ｂ及び第１０当接面３６ｂと第２鋼板５は離間する。

なお、粘弾性体７は、Ｈ形鋼材２により第２鋼板５側へ引っ張られ、Ｕ型鋼材３により第１鋼板４側へ引っ張られるので、粘弾性力を発生する。

次に、構造物用ブレース１に引張力が作用した状態について説明する。

図１３は、構造物用ブレース１に引張力が作用した状態のＸ−Ｚ平面での断面図、図１４は、構造物用ブレース１に引張力が作用した状態のＸ−Ｙ平面での断面図である。

構造物用ブレース１に引張力が作用する場合、まず、図示しない構造物と接続されたＨ形鋼材２の芯ブレード２１の第１接合部２１ａ及びＵ型鋼材３の第２接合部３１に作用する。

第１接合部２１ａに作用する引張力Ｆｃ１により、芯ブレード２１は、第１鋼板４側に引っ張られる。すると、第１ブレード２２及び第２ブレード２３が引っ張られ、第１当接面２２ａ及び第２当接面２３ａが第１鋼板４を力Ｆｃ２で押す。第１ブレード２２及び第２ブレード２３に押された第１鋼板４は、連結部材６を力Ｆｃ３で引っ張ることになる。

また、第２接合部３１に作用する引張力Ｆｄ１により、第２接合部３１が引っ張られ、Ｕ型鋼材３が第２鋼板５側に引っ張られる。すると、第９当接面３４ｂ及び第１０当接面３６ｂが第２鋼板５を力Ｆｄ２で押す。Ｕ型鋼材３に押された第２鋼板５は、連結部材６を力Ｆｄ３で引っ張ることになる。

この時、Ｈ形鋼材２の第３当接面２２ｂ及び第４当接面２３ｂと第２鋼板５は離間し、Ｕ型鋼材３の第５当接面３３ａ、第６当接面３４ａ、第７当接面３５ａ及び第８当接面３６ａと第１鋼板４は離間する。

なお、粘弾性体７は、Ｈ形鋼材２により第１鋼板４側へ引っ張られ、Ｕ型鋼材３により第２鋼板５側へ引っ張られるので、粘弾性力を発生する。

したがって、構造物用ブレース１は、圧縮力と引張力のどちらが作用したとしても、連結部材６には引張力が作用する。

図１５は、構造物用ブレース１の軸変位と軸力の関係を示すグラフである。図１５に示した第１グラフＧ１のように、軸力の絶対値が連結部材６の初期張力Ｐ１，Ｐ２以下の場合、非常に高い剛性を発揮する。また、軸力の絶対値が連結部材６の初期張力Ｐ１，Ｐ２を超えた場合、第２グラフＧ２のように、連結部材６の剛性により区分的な線形となるが、軸力が除荷に転じれば第1グラフＧ１の関係に戻るために、セルフセンタリング機能を保持することができる。

実際には、粘弾性体７のエネルギー消散によって減衰し、第３グラフＧ３のように区分線形に膨らみをつけて挙動する。

このように、本実施形態の構造物用ブレースによれば、構造物に接合される第１接合部２１ａを含む板状の芯ブレード２１、並びに芯ブレード２１の短辺方向の両側に、芯ブレード２１の長辺方向に対してずらして設けられた第１ブレード２２及び第２ブレード２３を有するＨ形鋼材２と、構造物に接合される第２接合部３１、第２接合部３１に垂直に取り付けられたＵ字底部３２、Ｕ字底部３２の両端から芯ブレード２１を挟むように延びると共に外側に突出する第１突出部３４を含む第３ブレード３３及び外側に突出する第２突出部３６を含む第４ブレード３５を有するＵ型鋼材３と、第１接合部２１ａが貫通する第１鋼板４と、第２接合部３１と第２接合部３１に垂直に取り付けられたＵ字底部３２が貫通する第２鋼板５と、第１鋼板４と第２鋼板５とを連結する連結部材６と、芯ブレード２１と第３ブレード３３及び芯ブレード２１と第４ブレード３５の間に設けた粘弾性体７と、を備えたので、従来技術と比較して小型軽量であり、且つ低コストでありながら信頼性の高いセルフセンタリング機構を備えた構造物用ブレースを提供することが可能となる。また、大地震後も建物の残留変形を小さくし、地震後の建物の使用を可能とする。

また、軸方向の力が初期張力以下の状態では、Ｈ形鋼材２と第１鋼板４とは、第１ブレード２２の長手方向の一方端の第１当接面２２ａ及び第２ブレード２３の長手方向の一方端の第２当接面２３ａで当接し、Ｈ形鋼材２と第２鋼板５とは、第１ブレード２２の長手方向の他方端の第３当接面２２ｂ及び第２ブレード２３の長手方向の他方端の第４当接面２３ｂで当接し、Ｕ型鋼材３と第１鋼板４とは、第３ブレード３３の長手方向の一方端の第５当接面３３ａ、第１突出部３４の長手方向の一方端の第６当接面３４ａ、第４ブレード３５の長手方向の一方端の第７当接面３５ａ及び第２突出部３６の長手方向の一方端の第８当接面３６ａで当接し、Ｕ型鋼材３と第２鋼板５とは、第１突出部３４の長手方向の他方端の第９当接面３４ｂで当接し、第２突出部３６の長手方向の他方端の第１０当接面３６ｂで当接するので、初期張力以下の剛性が高くなり、風圧等による揺れを抑制することが可能となる。

また、圧縮力が作用する場合、第１接合部２１ａに作用する圧縮力により、芯ブレード２１が第２鋼板５側に押され、第１ブレード２２及び第２ブレード２３が押され、第３当接面２２ｂ及び第４当接面２３ｂが第２鋼板５を押し、第１ブレード２２及び第２ブレード２３に押された第２鋼板５が連結部材６を引っ張り、第２接合部３１に作用する圧縮力により、第２接合部３１が押され、Ｕ型鋼材３が第１鋼板４側に押され、第５当接面３３ａ、第６当接面３４ａ、第７当接面３５ａ及び第８当接面３６ａが第１鋼板４を押し、Ｕ型鋼材３に押された第１鋼板４が連結部材６を引っ張り、引張力が作用する場合、第１接合部２１ａに作用する引張力により、芯ブレード２１が第１鋼板４側に引っ張られ、第１ブレード２２及び第２ブレード２３が引っ張られ、第１当接面２２ａ及び第２当接面２３ａが第１鋼板４を押し、第１ブレード２２及び第２ブレード２３に押された第１鋼板４が連結部材６を引っ張り、第２接合部３１に作用する引張力により、第２接合部３１が引っ張られ、Ｕ型鋼材３が第２鋼板５側に引っ張られ、第９当接面３４ｂ及び第１０当接面３６ｂが第２鋼板５を押し、Ｕ型鋼材３に押された第２鋼板５が連結部材６を引っ張るので、さらに信頼性が高くなる。

また、圧縮力が作用する場合、Ｈ形鋼材２の第１当接面２２ａ及び第２当接面２３ａと第１鋼板４は離間し、Ｕ型鋼材３の第９当接面３４ｂ及び第１０当接面３６ｂと第２鋼板５は離間し、引張力が作用する場合、Ｈ形鋼材２の第３当接面２２ｂ及び第４当接面２３ｂと第２鋼板５は離間し、Ｕ型鋼材３の第５当接面３３ａ、第６当接面３４ａ、第７当接面３５ａ及び第８当接面３６ａと第１鋼板４は離間するので、さらに信頼性が高くなる。

また、粘弾性体７は材料と層数を変更することで弾性係数及び／又は粘性係数を調整できるので、様々な状況に対応することが可能となる。

また、連結部材６は伸び歪み２％程度あるいはそれ以上のケーブルを選択するので、部材の変形性能を向上することが可能となる。

１…構造物用ブレース、２…Ｈ形鋼材、２１…芯ブレード、２１ａ…第１接合部、２２…第１ブレード、２２ａ…第１当接面、２２ｂ…第３当接面、２３…第２ブレード、２３ａ…第２当接面、２３ｂ…第４当接面、３…Ｕ型鋼材、３１…第２接合部、３２…Ｕ字底部、３３…第３ブレード、３４…第１突出部、３５…第４ブレード、３６…第２突出部、３３ａ…第５当接面、３４ａ…第６当接面、３５ａ…第７当接面、３６ａ…第８当接面、３４ｂ…第９当接面、３６ｂ…第１０当接面、４…第１鋼板、５…第２鋼板、６…連結部材、７…粘弾性体

Claims

構造物に接合される第１接合部を含む板状の芯ブレード、並びに前記芯ブレードの短辺方向の両側に、前記芯ブレードの長辺方向に対してずらして設けられた第１ブレード及び第２ブレードを有するＨ形鋼材と、
前記構造物に接合される第２接合部、前記第２接合部に垂直に取り付けられたＵ字底部、前記Ｕ字底部の両端から前記芯ブレードを挟むように延びると共に外側に突出する第１突出部を含む第３ブレード及び外側に突出する第２突出部を含む第４ブレードを有するＵ型鋼材と、
前記第１接合部が貫通する第１鋼板と、
前記第２接合部と第２接合部に垂直に取り付けられたＵ字底部が貫通する第２鋼板と、
前記第１鋼板と前記第２鋼板とを連結する連結部材と、
前記芯ブレードと前記第３ブレード及び前記芯ブレードと前記第４ブレードの間に設けた粘弾性体と、
を備えたことを特徴とする構造物用ブレース。
軸方向の力が初期張力以下の状態では、
前記Ｈ形鋼材と前記第１鋼板とは、前記第１ブレードの長手方向の一方端の第１当接面及び前記第２ブレードの長手方向の一方端の第２当接面で当接し、
前記Ｈ形鋼材と前記第２鋼板とは、前記第１ブレードの長手方向の他方端の第３当接面及び前記第２ブレードの長手方向の他方端の第４当接面で当接し、
前記Ｕ型鋼材と前記第１鋼板とは、前記第３ブレードの長手方向の一方端の第５当接面、前記第１突出部の長手方向の一方端の第６当接面、前記第４ブレードの長手方向の一方端の第７当接面及び前記第２突出部の長手方向の一方端の第８当接面で当接し、
前記Ｕ型鋼材と前記第２鋼板とは、前記第１突出部の長手方向の他方端の第９当接面で当接し、前記第２突出部の長手方向の他方端の第１０当接面で当接する
ことを特徴とする請求項１に記載の構造物用ブレース。
圧縮力が作用する場合、前記第１接合部に作用する圧縮力により、前記芯ブレードが前記第２鋼板側に押され、前記第１ブレード及び前記第２ブレードが押され、前記第３当接面及び前記第４当接面が前記第２鋼板を押し、前記第１ブレード及び前記第２ブレードに押された前記第２鋼板が前記連結部材を引っ張り、
前記第２接合部に作用する圧縮力により、前記第２接合部が押され、前記Ｕ型鋼材が前記第１鋼板側に押され、前記第５当接面、前記第６当接面、前記第７当接面及び前記第８当接面が前記第１鋼板を押し、前記Ｕ型鋼材に押された前記第１鋼板が前記連結部材を引っ張り、
引張力が作用する場合、前記第１接合部に作用する引張力により、前記芯ブレードが前記第１鋼板側に引っ張られ、前記第１ブレード及び前記第２ブレードが引っ張られ、前記第１当接面及び前記第２当接面が前記第１鋼板を押し、前記第１ブレード及び前記第２ブレードに押された前記第１鋼板が前記連結部材を引っ張り、
前記第２接合部に作用する引張力により、前記第２接合部が引っ張られ、前記Ｕ型鋼材が前記第２鋼板側に引っ張られ、前記第９当接面及び前記第１０当接面が前記第２鋼板を押し、前記Ｕ型鋼材に押された前記第２鋼板が前記連結部材を引っ張る
ことを特徴とする請求項２に記載の構造物用ブレース。
前記圧縮力が作用する場合、前記Ｈ形鋼材の前記第１当接面及び前記第２当接面と前記第１鋼板は離間し、前記Ｕ型鋼材の前記第９当接面及び前記第１０当接面と前記第２鋼板は離間し、
前記引張力が作用する場合、前記Ｈ形鋼材の前記第３当接面及び前記第４当接面と前記第２鋼板は離間し、前記Ｕ型鋼材の前記第５当接面、前記第６当接面、前記第７当接面及び前記第８当接面と前記第１鋼板は離間する
ことを特徴とする請求項３に記載の構造物用ブレース。
前記粘弾性体は弾性係数及び／又は粘性係数の異なる複数の層からなる
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の構造物用ブレース。
前記粘弾性体は弾性係数及び／又は粘性係数の異なる複数の材料からなる
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の構造物用ブレース。
前記連結部材は伸び歪み２％程度あるいはそれ以上のケーブルからなる
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の構造物用ブレース。