JP2011520047A - グラウチング二重管エネルギー吸収部材 - Google Patents

Abstract

本発明は、グラウチング二重管エネルギー吸収部材を公開し、内管と、外管と、内管が外管と同軸に着接され、外管と内管との着接部の間の隙間に膨脹セメントペーストが設けられ、膨脹セメントペーストが固体化された後に膨脹セメントリングに形成される。膨脹セメントペーストのプレストレスが、膨脹セメントリングと管体との接触面の摩擦力を増大させる。正常な使用状態において、本発明は、普通のブレースとして軸方向荷重を耐えることができ、地震荷重作用において、本発明は、内外管の相対滑動によって、地震エネルギーを散逸させ且つ吸収する。該部材の加工精度に対する要求が高くなく、鋼材を節約し、建造費が安い。本発明は、震災に破壊されて効力を失った後、グラウチング二重管エネルギー吸収部材のみを取り替えればよく、非常に便利である。

Description

本発明は、建築物を固定するブレース部材に係り、特に、建築物と構築物の構造に対する地震荷重効力の破壊を低減するための、ブレース部材のエネルギー吸収部材に関する。

多層、高層建築物の建設が日に日に増加することに従って、耐震は構造設計の主要な研究対象になる。伝統的な耐震設計方法は「耐」を主要な構想にしており、それは経済性と安全性の方面において問題が存在するため、次第に構造制御技術によって代わられる。構造制御技術は主動構造制御技術と受動構造制御技術とを含む。エネルギー吸収ブレース技術は受動制御技術の中の比較的によく見られる１つであり、新築建築物の耐震防備措置と、既存建築物の耐震補強および構造耐震性能の向上にとって、非常に実用的な手段である。

普通のエネルギー吸収ブレースは、建築構造の中の非耐力部材であり、エネルギー消散ブレースからなる体系を柱の間または耐震壁の間に取り付けることができ、その方法は、普通のブレースに、作用が異なる各種のエネルギー消散節点または減衰装置を取り付けることである。該装置は一般に、正常使用荷重および小さい震動作用において、機能しない。強烈な地震に遭う時、構造の主要な耐力部材がまだ降伏を発生しない時に、エネルギー吸収ブレース装置が、滑動移動または回転を始めて機能し、減衰を増大し、または構造に入力される地震エネルギーを摩擦仕事によって散逸し、それによって構造が動的特性を変えさせ、主体構造を保護する目的を達成し且つ減震の役割を果たす。現在、多種のエネルギー吸収減震ブレースがすでに開発され、それらは下記の、摩擦エネルギー吸収減震ブレースと、粘性と粘弾性減衰器エネルギー吸収減震ブレースと、局部座屈防止金属エネルギー吸収減震ブレースと、の３種類に分類できる。

摩擦エネルギー吸収減震ブレースが、ブレースの滑動によって地震エネルギーを散逸し且つ吸収しており、粘性と粘弾性減衰器エネルギー吸収減震ブレースの中の粘弾性減衰器が、粘弾性材料と、制約鋼板と、で交替的に畳み合わされており、主に速度に関する減震装置である。それが粘弾性材料の剪断ヒステリシス変形によって構造の減衰を増加し、入力される地震エネルギーを消耗し、それによって構造の振動反応を減少させており、金属局部座屈防止エネルギー吸収減震ブレースが、金属材料が塑性範囲に進入した後の比較的によいヒステリシス特性を利用して、エネルギーを吸収して減震する。従来のエネルギー吸収ブレースは、普通のエネルギー吸収ブレースに、作用が異なる各種のエネルギー吸収部材、減衰装置を取り付ける方法を採用するか、または高延性金属材料で製作される方法を採用しており、建造費が比較的に高く、地震後の補修と取替が不便であって、加工精度の要求が高くて、取り付けが複雑であるなどの欠点を有し、エネルギー吸収ブレースの汎用を制限している。

上記従来の技術の不足に対して、本発明が解決すべき技術問題は、補修と取替が便利であり、加工が簡便であり、性能が優れ、建造費が安いブレースエネルギー吸収部材を提供することであり、それは、新築建築のエネルギー消散減震と、既存建築の耐震補強と、の技術問題を経済的に解決できるとともに、非地震状態の時に、建築構造の耐力部材となる。

上述の技術問題を解決するために、本発明は、以下のような技術手段を採用し、グラウチング二重管エネルギー吸収部材において、内管と外管とを含み、前記内管が外管と同軸に着接され、前記外管と前記内管との着接部の間の隙間に膨脹セメントペーストが設けられ、前記膨脹セメントペーストが固体化された後に膨脹セメントリングに形成される。

好ましくは、前記膨脹セメントペーストの中にスターラップが設けられる。

好ましくは、前記スターラップは螺旋形のスターラップまたはリング形のメタルラスである。

好ましくは、前記内管の着接部の外壁に金属皮が巻かれ、前記金属皮の外表面に内管の軸方向に沿って延伸する複数の分布鉄筋が設けられ、前記分布鉄筋に前記内管の径方向に沿って外へ突出する複数の鉄筋ヘッドが設けられる。

好ましくは、前記金属皮の両端が相互に着接され、且つ相対滑動できる。

好ましくは、前記外管の着接部の内壁にシャーキー（shear key）が設けられる。

好ましくは、前記シャーキーは、前記外管の着接部の内壁表面に溶接される肉盛り溶接点、または溶接継ぎ目、または短切鉄筋、またはスタッドである。

好ましくは、前記外管と前記内管との着接部の外端に外リング板が設けられ、前記外管と前記内管との着接部の内端に内リング板が設けられ、前記外リング板と内リング板とが前記外管に固接され、前記内リング板と外リング板と内管と前記外管とで１つのグラウンド充填部が画成されており、前記グラウンド充填部の外壁にグランド注入穴が設けられ、前記膨脹セメントペーストが前記グラウンド充填部内に位置される。

好ましくは、前記グランド注入穴が、前記内リング板、または前記外リング板、または前記外管に設置される。

好ましくは、前記外管と前記内管との着接部の外端に外リング板が設けられ、前記外管と前記内管との着接部の内端に内リング板が設けられ、前記外リング板と内リング板とが前記外管に固接され、前記内リング板と外リング板と外管と前記内管に巻かれる金属皮との間に１つのグラウンド充填部が画成されてなり、前記グラウンド充填部の外壁にグランド注入穴が設けられ、前記膨脹セメントペーストが前記グラウンド充填部内に位置される。

好ましくは、前記グランド注入穴が前記内管のグラウンド充填部に設置され、前記金属皮に前記内管のグランド注入穴の位置に対応する孔が開設される。

好ましくは、前記膨脹セメントペーストに、繊維または砂を混ぜる。

好ましくは、前記繊維は、鋼繊維、または炭素繊維、またはガラス繊維である。

本発明の有益な効果は以下であり、本発明は膨脹セメントペーストの化学プレストレスを利用して、膨脹セメントリングと鋼管との接触面を圧し付けさせることで、摩擦力を増大する。正常な使用状態において、本発明は、とても大きい荷重を耐えることができ、且つ普通のブレース並みの剛度を有しており、地震荷重作用においては、本発明は、内外管の相対滑動によって地震エネルギーを散逸且つ吸収する。その作用メカニズムによって、部材の加工精度に対する要求が高くなく、鋼材を節約し、建造費が安く、工場化生産ができる。本発明は、震災に破壊されて効力を失った後、ブレースエネルギー吸収部材のみを取り替えればよい。該ブレースを採用すれば、構造設計者にとって余分な作業量がなく、現場の取り付けが便利であり、特殊な技術要求がない。

本発明のエネルギー吸収ブレースを採用すれば、構造における従来の摩擦エネルギー吸収減震ブレース、粘性と粘弾性減衰器エネルギー吸収減震ブレース、局部座屈防止金属エネルギー吸収減震ブレースに取って代わることができ、用途の幅が広がる。グラウチング二重管連接は建築工事の部材連接に応用されることがあるが、鋼管連接の段階に止まり、それが、多層、高層建築、空間構造、ネット構造のエネルギー消散減震と、既存建築の耐震補強、に対する応用はまだ認識されていない。本発明は、加工が簡便で、コストが安い方法を用いて、新築建築のエネルギー消散減震と既存建築の耐震補強の技術問題を解決した。

本発明の実施例の構造図である。 本発明の実施例のリング板の機構説明図である。 本発明の実施例の螺旋形のスターラップの説明図である。 本発明の実施例の保護部材の展開する機構説明図である。 本発明の実施例のシャーキーが肉盛り溶接点の形式を採用した場合の説明図である。 本発明の実施例のシャーキーが肉盛り溶接継ぎ目の形式を採用した場合の説明図である。 本発明の実施例のシャーキーが短切鉄筋の形式を採用した場合の説明図である。

以下、図面に基づいて、本発明の好ましい実施例について詳しく説明する。
図１に示すように、本発明の１つの実施例として、グラウチング二重管エネルギー吸収部材は内管１と外管２とを含み、内管１が管の軸線に沿って外管２内に挿入されて同軸に着接され、内管１の外壁および外管２の内壁の表面のいずれも、砂吹きまたはショットブラスト処理を行うことができ、外管２と内管１との着接部の外端に環形外リング板４が設けられ、外管２と内管１との着接部の内端に環形内リング板５が設けられ（図２に示すように）、外リング板４及び内リング板５が外管２のみと固接され、内リング板５と外リング板４と内管１と外管２とでグラウンド充填部３が画成されてなり、グラウンド充填部３の壁にグランド注入穴が設けられ、グランド注入穴によって膨脹セメントがグラウンド充填部３内に注入され、且つ膨脹セメントリングに形成され、グラウンド充填部３内に螺旋形のスターラップ１０が設けられ（図３に示すように）、該スターラップはメタルラスなどの常用のスターラップ形式も採用できる。外管２の着接部の内管壁にシャーキー６が設けられる。図４に示すように、内管１の外壁に金属皮７が巻かれ、金属皮７の外表面に内管の軸方向に沿って延伸する複数の分布鉄筋８が設けられ、分布鉄筋８に内管の径方向に沿って外へ突出する複数の鉄筋ヘッド９が設けられ、金属皮７と鉄筋８と鉄筋ヘッド９とで保護部材が形成される。

グラウンド充填部３内に、膨脹セメントペーストが注ぎ込まれ、固結した後に膨脹セメントペーストの体積が膨脹してセメントリングに形成され、内外二重管がセメントリングに対して膨脹を制約することによって、セメントリングと管体との間に、径方向の圧縮プレストレスが生じ、セメントリングと管体との間の摩擦力を増加する。内外管が地震力の作用によって往復相対変位を生ずる時、滑動面の摩擦力が仕事をして構造に入力される地震エネルギーを散逸し、エネルギー消散減震の役割を果たす。

セメントペーストの両端に固定外リング板４と内リング板５が加えられた後、セメントペーストが３方向制約を受け、連接部のプレストレスを高める。外リング板４と内リング板５が実際の情況によって同時に使用されることができ、内リング板５または外リング板４のみが使用されることもできる。リング板が連接部のセメントペーストと外管との間の相対変位を制限するため、破壊面が内管の外壁と膨脹セメントペーストとの接触面に現れ、外管の内表面にシャーキーがさらに溶接されて、膨脹セメントペーストとシャーキーの咬合力を利用して、外管とセメントペースト環体との連接強度を高め、破壊面を内管の外壁とセメントペースト環との接触面に制限し、往復荷重作用によって、このような破壊形式が本エネルギー吸収部材の受力性能にとって有利である。スターラップの存在が亀裂の進展を制限でき、膨脹セメントペーストの砕裂を阻止し、それによってこのような発明の支持力とヒステリシスエネルギー吸収性能を高める。金属皮と分布鉄筋と鉄筋ヘッドとからなる保護部材が膨脹セメントリングの内表面を保護でき、それが往復摩擦によって砕裂して支持力の退化を引き起こすことを防止する。

金属皮７が内管１に巻かれ、金属皮７の両端が相互に着接され、且つ相対滑動でき、それによってグラウンド充填部３内の膨脹セメントが固化膨脹する時、金属皮７で形成される筒状構造の直径が膨脹セメントの押出によって小さくなって、金属皮７がさらに緊密的に内管に巻かれることになり、金属皮７との内管１との間に比較的に大きい圧力が生じ、それによって保護部材はさらによい保護効果を果たす。

グラウチングを便利にするために、グランド注入穴をグラウンド充填部壁のいかなるところにも開設でき、数量が１つでも複数でも可能であり、図２に示すグランド注入穴１１は内リング板または外リング板に開設され、無論、グランド注入穴は外管に開設されることもできる。グランド注入穴がグラウンド充填部３に対応する内管１に開設される時に、金属皮７に該グランド注入穴に対応する孔を開設すべきである。シャーキーについては、肉盛り溶接点１２の形式を採用するか（図５に示すように）、肉盛り溶接継ぎ目１３の形式を採用するか（図６に示すように）、または短切鉄筋１４の形式を採用するか（図７に示すように）、またはスタッドの形式を採用することが可能であり、シャーキーの加工精度の要求が高くなく、シャーキーの設置に方向要求がなく、ランダムに配置できる。

膨脹セメントペーストの圧縮強度は高いが、引力を受けて砕裂が発生しやすいため、膨脹セメントの中に繊維を追加することができ、繊維の追加で膨脹セメントペーストの受力性能を大きく改善し、このような発明の支持力とヒステリシスエネルギー吸収性能を高める。膨脹セメントペーストに添加される繊維は、炭素繊維、鋼繊維、ガラス繊維などを含み、繊維の種類、混入量は工事の実際情況によって選択しなければならない。セメントペーストの液化後の収縮を減少するために、膨脹セメントペーストに砂を混入することもできる。

本発明のエネルギー吸収減震性能は、主に部材の寸法と膨脹セメントペーストの膨脹率で決定され、膨脹剤の選択とその膨脹セメントペーストの成分比率が、このような発明の性能に大きく影響する。

本発明は、正常な使用荷重状態において、鋼管と膨脹セメントペーストとの間の摩擦力と粘着力によって軸力作用を伝達する。大きい地震作用において、鋼管と膨脹セメントペーストとの間の滑動摩擦によって地震エネルギーを散逸する。

本発明の作製工程は以下であり、本発明の部材の支持力レベルによって、内外鋼管の具体的な寸法及び鋼管の包接部の長さを確定し、且つ鋼管の寸法によってリング板と保護部材の適合の寸法を確定する。外リング板を完全なリングまたは２つの半環に加工でき、端部リング板にグランド注入穴をさらに開設できる。内外リング板と保護部材を加工し（もし内リング板または外リング板を使用しないなら臨時枠板を採用することもできる）、内外リング板と外管との連接を完成し、シャーキーを外管の内表面に均一分布させるように溶接する。リングスターラップを加入する必要があれば、スターラップを外管内の２つのリング板の間に置き、発泡プラスチックを外管内に、内リング板までに係入してグラウチング部の長さを限定する。保護部材を緊密的に内管外に巻き、且つ針金によって固定する。内外管を正確的に位置付け、両管の軸線が重なり合うことを保証する。膨脹セメントペーストを所定の成分比率によってかき混ぜ、かき混ぜ終わった膨脹セメントペーストをグランド注入穴によってグラウンド充填部に迅速に注ぎ込み、グラウチング後に、叩きつけるなどの方法によってそれを振動させ、膨脹セメントペーストの中の空気を排出させ、膨脹セメントペーストの密実を保障する。それから、連接部にプラスチックシートで密封して養生すればよい。

以上、本発明の実施例で提供されるグラウチング二重管エネルギー吸収部材について詳しく説明したが、当業者にとって、本発明の実施例の構想に従って具体的な実施例および応用範囲において変更し得る（例えば、繊維膨脹セメントペーストの中の繊維の種類など）。要するに、本明細書の内容は本発明に対する制限ではなく、本発明の構想に従って行われるいかなる変化も、本発明の保護の範囲内に含まれる。

Claims (13)

1. グラウチング二重管エネルギー吸収部材において、
   内管（１）と、外管（２）と、を備え、
   前記内管（１）が外管（２）と同軸に着接され、前記外管（２）と前記内管（１）との着接部の間の隙間に膨脹セメントペーストが設けられ、前記膨脹セメントペーストが凝固化して膨脹セメントリングに形成されることを特徴とするグラウチング二重管エネルギー吸収部材。
2. 前記膨脹セメントペーストの中にスターラップ（１０）が設けられることを特徴とする請求項１に記載のグラウチング二重管エネルギー吸収部材。
3. 前記スターラップ（１０）は螺旋形のスターラップまたはリング形のメタルラスであることを特徴とする請求項２に記載のグラウチング二重管エネルギー吸収部材。
4. 前記内管（１）の着接部の外壁に金属皮（７）が巻かれ、前記金属皮（７）の外表面に内管の軸方向に沿って延伸する複数の分布鉄筋（８）が設けられ、前記分布鉄筋（８）に前記内管の径方向に沿って外へ突出する複数の鉄筋ヘッド（９）が設けられることを特徴とする請求項１に記載のグラウチング二重管エネルギー吸収部材。
5. 前記金属皮（７）の両端が相互に着接され、且つ相対滑動できることを特徴とする請求項４に記載のグラウチング二重管エネルギー吸収部材。
6. 前記外管（２）の着接部の内壁に、シャーキー（６）が設けられることを特徴とする請求項１に記載のグラウチング二重管エネルギー吸収部材。
7. 前記シャーキー（６）は、前記外管（２）の着接部の内壁表面に溶接される肉盛溶接点（１２）、または溶接継ぎ目（１３）、または短鉄筋（１４）、またはスタッドであることを特徴とする請求項６に記載のグラウチング二重管エネルギー吸収部材。
8. 前記外管（２）と前記内管（１）との着接部の外端に外リング板（４）が設けられ、前記外管（２）と前記内管（１）との着接部の内端に内リング板（５）が設けられ、前記外リング板（４）と内リング板（５）とが前記外管（２）に固接され、前記内リング板（５）と外リング板（４）と内管（１）と前記外管（２）とで１つのグラウンド充填部（３）が画成されてなり、前記グラウンド充填部（３）の外壁にグランド注入穴が設けられ、前記膨脹セメントペーストが前記グラウンド充填部（３）内に位置されることを特徴とする請求項１に記載のグラウチング二重管エネルギー吸収部材。
9. 前記グランド注入穴が、前記内リング板（５）、または前記外リング板（４）、または前記外管（２）に設置されることを特徴とする請求項８に記載のグラウチング二重管エネルギー吸収部材。
10. 前記外管（２）と前記内管（１）との着接部の外端に外リング板（４）が設けられ、前記外管（２）と前記内管（１）との着接部の内端に内リング板（５）が設けられ、前記外リング板（４）と内リング板（５）とが前記外管（２）に固接され、前記内リング板（５）と外リング板（４）と外管（２）と前記内管（１）に巻かれる金属皮（７）との間に１つのグラウンド充填部（３）となり、前記グラウンド充填部（３）の外壁にグランド注入穴が設けられ、前記膨脹セメントペーストが前記グラウンド充填部（３）内に位置されることを特徴とする請求項４に記載のグラウチング二重管エネルギー吸収部材。
11. 前記グランド注入穴が前記内管（１）に設置され、前記金属皮（７）に前記内管のグランド注入穴の位置に対応する孔が開設されることを特徴とする請求項１０に記載のグラウチング二重管エネルギー吸収部材。
12. 前記膨脹セメントペーストに、繊維または砂が混ぜられることを特徴とする請求項１に記載のグラウチング二重管エネルギー吸収部材。
13. 前記繊維は、鋼繊維、または炭素繊維、またはガラス繊維であることを特徴とする請求項１２に記載のグラウチング二重管エネルギー吸収部材。

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