JP2012097816A - 弾塑性ブレース防震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で簡略な構造にて構造物の熱膨張に起因する変位を許容しつつ地震力を確実に吸収し得、且つ地震発生時に大きな衝撃力が発生して連結部材に過大な負荷がかかることを防止し得る弾塑性ブレース防震構造を提供する。
【解決手段】構造物側保持部材であるボイラ鉄骨柱５を取り囲む連結部材６を介して線対称の位置に弾塑性ブレース１０を配置し、該弾塑性ブレース１０によりボイラ鉄骨柱５から連結部材６を介して固定部材である架構鉄骨柱３に伝えられる地震による荷重の伝達が、一方の弾塑性ブレース１０の圧縮と他方の弾塑性ブレース１０の引張とにより同時に行われるよう構成し、ボイラ鉄骨柱５と連結部材６との間に、該ボイラ鉄骨柱５と連結部材６との隙間を埋め且つ構造物としてのボイラ本体の熱膨張に伴う架構鉄骨柱３の軸線方向への相対移動を案内するガイド手段２４を介装する。
【選択図】図３

Description

本発明は、弾塑性ブレース防震構造に関するものである。

一般に、地震による構造物の被害を低減するために、従来、種々の方式の防震構造が提案されている。

例えば、火力発電所に用いられるボイラには、水管で構成されるボイラ本体（防震すべき構造物）の炉壁の熱膨張を逃がすために、支持架構（固定部材）から吊り下げて支持するようにした吊り下げ式ボイラが多用されているが、このように大重量のボイラ本体を吊り下げて支持する吊り下げ式ボイラにおいては、地震発生時にボイラ本体と支持架構が異なる動きをするため、相対振動に対する防震対策が必要となる。

このため、従来、ボイラの熱膨張に起因する変位は拘束せずに許容し、地震時の揺れに起因する変位は拘束し、且つ大地震に対しては揺れ止め装置部分を塑性変形させることで地震エネルギーを吸収し、支持架構及び基礎への影響を軽減する対策が講じられている。 この種の吊り下げ式ボイラの防震構造としては、支持鉄骨に、ボイラ本体の振動方向前後から挟むタイプレートを配置し、該タイプレートと前記ボイラ本体との間を複数の弾塑性エレメントで連結するようにしたもの（特許文献１参照）がある。

尚、吊り下げ式ボイラではないが、排熱回収ボイラにおける架構支持構造においては、バックステーに固定された外側支持金具と、内部トラスに固定された内側支持金具とからなり、それぞれ熱膨張による伸び方向に摺動外面と摺動内面とを有し、該摺動外面と摺動内面とが互いに接するように嵌合させたスライド支持金具により、熱膨張差によるバックステーの変形を低減するようにしたものもある。

特開平０５−３２２１０４号公報

しかしながら、特許文献１のように支持鉄骨にタイプレートを配置し、このタイプレートとボイラ本体との間を複数の弾塑性エレメントで連結した構成においては、ボイラ本体の揺れ方向に対して弾塑性部材の曲げ力（剪断力）によって防震するものであるため、大きな地震力に対して防震するためには多数の弾塑性部材を備える必要があり、更に、弾塑性部材は複雑な形状を有するために加工作業が大変であり、加工工数、取付けのための作業時間が増加し、コストが増加するという問題がある。

又、前述の如き排熱回収ボイラにおける架構支持構造においては、地震については考慮されていないため、地震発生時に、外側支持金具の摺動外面と内側支持金具の摺動内面とが互いに離反して再び接触した場合、大きな衝撃力が発生し、バックステーに対する外側支持金具の取付部や内部トラスに対する内側支持金具の取付部に過大な負荷がかかる可能性があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、小型で簡略な構造にて構造物の熱膨張に起因する変位を許容しつつ地震力を確実に吸収し得、且つ地震発生時に大きな衝撃力が発生して連結部材に過大な負荷がかかることを防止し得る弾塑性ブレース防震構造を提供しようとするものである。

本発明は、構造物の地震による荷重を支持する固定部材又は構造物側保持部材のいずれか一方を取り囲んで配置される連結部材と、
該連結部材を介して線対称の位置に配置され、各一端が連結部材に固定され、各他端が前記固定部材又は構造物側保持部材のいずれか他方に固定された弾塑性ブレースとを有し、
前記線対称に配置された弾塑性ブレースにより構造物側保持部材から連結部材を介して固定部材に伝えられる地震による荷重の伝達が、一方の弾塑性ブレースの圧縮と他方の弾塑性ブレースの引張とにより同時に行われるよう構成した弾塑性ブレース防震構造であって、
前記固定部材又は構造物側保持部材のいずれか一方と連結部材との間に、該固定部材又は構造物側保持部材のいずれか一方と連結部材との隙間を埋め且つ前記構造物の熱膨張に伴う前記固定部材の軸線方向への相対移動を案内するガイド手段を介装したことを特徴とする弾塑性ブレース防震構造にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

地震が発生していない通常時に、構造物が熱膨張して固定部材の軸線方向へ相対移動すると、構造物側保持部材と固定部材との相対移動はガイド手段によって案内されるので、構造物の熱膨張は許容される。

一方、地震が発生して固定部材と構造物側保持部材が水平方向へ相対移動した場合、構造物の荷重が連結部材及び弾塑性ブレースを介して固定部材に伝えられるが、この時の荷重の伝達は、線対称に配置された弾塑性ブレースによって、一方の弾塑性ブレースが引張荷重を受けるときには他方の弾塑性ブレースが圧縮荷重を受けるように同時に伝えられ、該弾塑性ブレースには圧縮荷重と引張荷重が繰り返し作用することになり、弾塑性ブレースが延び変形或いは座屈変形することによって防震が行われる。

ここで、仮に、ガイド手段が設けられていないと、前記構造物の熱膨張を許容するために、前記固定部材又は構造物側保持部材のいずれか一方と連結部材との間に隙間をあけておく必要があることから、該固定部材又は構造物側保持部材のいずれか一方と連結部材とが互いに接触し、大きな衝撃力が発生し、連結部材に過大な負荷がかかる虞があるが、前記固定部材又は構造物側保持部材のいずれか一方と連結部材との間にはガイド手段が介装され、前記隙間が埋められているため、地震発生時にも、大きな衝撃力が発生せず、連結部材に過大な負荷がかかる心配もない。

前記弾塑性ブレース防震構造においては、前記ガイド手段を、前記固定部材の軸線方向と直角な方向へ延びるローラ軸を中心に転動自在なガイドローラによって構成することができる。

本発明の弾塑性ブレース防震構造によれば、小型で簡略な構造にて構造物の熱膨張に起因する変位を許容しつつ地震力を確実に吸収し得、且つ地震発生時に大きな衝撃力が発生して連結部材に過大な負荷がかかることを防止し得るという優れた効果を奏し得る。

構造物として吊り下げ式ボイラのボイラ本体の防震に適用した本発明の弾塑性ブレース防震構造の実施例を示す全体概要構成図である。 本発明の弾塑性ブレース防震構造の実施例を示す平断面図であって、図１のＩＩ−ＩＩ矢視相当図である。 本発明の弾塑性ブレース防震構造の実施例を示す側断面図であって、（ａ）は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視相当図、（ｂ）は構造物が熱膨張した状態を示す図である。 本発明の弾塑性ブレース防震構造の実施例におけるガイド手段を示す斜視図である。 （ａ）は弾塑性ブレースを組み立てる状態を示す斜視図、（ｂ）は組み立てた弾塑性ブレースの斜視図、（ｃ）は図５（ｂ）のＶｃ−Ｖｃ断面図である。 弾塑性ブレースの詳細構成を示す側面図である。 本発明の弾塑性ブレース防震構造の参考例を示す平断面図であって、図１のＩＩ−ＩＩ矢視相当図である。 本発明の弾塑性ブレース防震構造の参考例を示す側断面図であって、（ａ）は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視相当図、（ｂ）は構造物が熱膨張した状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図６は構造物として吊り下げ式ボイラのボイラ本体の防震に適用した本発明の弾塑性ブレース防震構造の実施例であって、図１に示す防震すべき構造物であるボイラ本体１は、その地震による荷重を支持する固定部材としてのボイラ架構２によって吊り下げられ、該ボイラ架構２は、前記ボイラ本体１を取り囲むように立設される複数の架構鉄骨柱３と、該架構鉄骨柱３間を接続する水平方向へ延びる横鉄骨４とによって高強度に形成されている。

前記ボイラ本体１には、構造物側保持部材としてのボイラ鉄骨柱５を一体に設け、該ボイラ鉄骨柱５を取り囲んで連結部材６を配置すると共に、該連結部材６を介してボイラ鉄骨柱５の鉛直な軸線Ｏを中心に線対称の位置に弾塑性ブレース１０を配置し、該各弾塑性ブレース１０の一端を連結部材６に固定し、各弾塑性ブレース１０の他端を前記固定部材としてのボイラ架構２の架構鉄骨柱３に固定し、前記線対称に配置された弾塑性ブレース１０によりボイラ鉄骨柱５から連結部材６を介して架構鉄骨柱３に伝えられる地震による荷重の伝達が、一方の弾塑性ブレース１０の圧縮と他方の弾塑性ブレース１０の引張とにより同時に行われるよう構成してある。

前記弾塑性ブレース１０は、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）、及び図６に示す如く、断面十字フィン状の低降伏点鋼材からなる荷重受部１１と、一般鋼材によって前記荷重受部１１よりも各フィンの幅寸法及び厚みを大きく形成して前記荷重受部１１の一端に溶接固定した端部部材１２と、前記荷重受部１１の他端に溶接固定した端部部材１３とからなる芯材１４を有している。

更に、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、前記芯材１４の四隅部には、前記端部部材１２，１３の各フィンの幅と同等の幅を有する山形鋼（Ｌ字状断面）からなる座屈防止材１５を配置してあり、該座屈防止材１５は、前記端部部材１２と端部部材１３の一部に跨がる長さを有している。又、前記荷重受部１１の各フィンの外側には前記端部部材１２，１３のフィンの厚さと同等の厚さを有するスペーサ１６を配置してあり、前記座屈防止材１５によって端部部材１２，１３の一部とスペーサ１６を挟み込み、締結部材としての組立ボルト・ナット１７（高力ボルト・ナット）で締め付けることにより、前記荷重受部１１と端部部材１２，１３とスペーサ１６とを一体に組み立てるようにしてある。更に又、前記座屈防止材１５の一端が前記端部部材１２の一部に組立ボルト・ナット１７によって取り付けられる位置には、長孔１８が形成されている。

従って、前記座屈防止材１５により端部部材１２，１３の一部とスペーサ１６を挟んだ状態で前記組立ボルト・ナット１７による締め付けを行うと、図５（ｃ）に示すように、前記荷重受部１１と座屈防止材１５との間には隙間Ｓが形成されているため、前記端部部材１２，１３間に引張又は圧縮の荷重が作用した場合には、前記荷重受部１１が引張変形又は圧縮変形するようにしてある。この時、前記座屈防止材１５は長孔１８によって前記荷重受部１１の長さの変化は許容し、前記荷重受部１１が座屈しようとする荷重に対しては座屈防止材１５が抵抗するようにしてある。

又、前記一方の端部部材１２の延長方向端面には、図５（ｂ）及び図６に示す如く、前記端部部材１２と同一の断面形状の一般鋼で形成した短い連結駒１９を配置してあり、該連結駒１９は、各フィンを挟むように配置した連結プレート２０と組立ボルト・ナット１７によって前記端部部材１２に対し着脱可能に取り付けるようにしてある。

前記弾塑性ブレース１０の一方の端部に取り付けた連結駒１９の先端を、前記架構鉄骨柱３に対し溶接により固定すると共に、前記弾塑性ブレース１０の他方の端部部材１３の先端を、連結部材６の後述するスライド板２１に対し溶接により固定するようにしてある。

一方、前記連結部材６は、図２に示す如く、前記ボイラ鉄骨柱５の前後幅（図２では上下の幅）よりも大きい幅を有したスライド板２１を備え、該スライド板２１の前後端部の相互間を、図６に示す如く、上下の締結ボルト２２及びナット２３により着脱可能に締結してなる構成を有しており、前記スライド板２１とボイラ鉄骨柱５との間に隙間が形成されるようにナット２３の締め付けを行っている。

そして、前記ボイラ鉄骨柱５と連結部材６のスライド板２１との間に、該ボイラ鉄骨柱５と連結部材６のスライド板２１との隙間を埋め且つ前記構造物としてのボイラ本体１の熱膨張に伴う前記架構鉄骨柱３の軸線方向への相対移動を案内するガイド手段２４を介装してある。

本実施例の場合、前記ガイド手段２４は、図２、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図４に示す如く、上下方向へ延びるベースプレート２５と、該ベースプレート２５から側方へ張り出すように所要間隔をあけて配設されるブラケット２６と、該ブラケット２６間に掛け渡すように前記架構鉄骨柱３の軸線方向と直角な方向へ延びるローラ軸２７を中心に転動自在なガイドローラ２８とから構成し、前記ベースプレート２５をボイラ鉄骨柱５に溶接にて取り付けるようにしてある。

尚、前記ガイドローラ２８は、図３（ａ）、図３（ｂ）及び図４に示す例では、上下七段に配置してあるが、この段数は前記ボイラ本体１の熱膨張量に応じて適宜選定することができ、又、各段におけるガイドローラ２８は、その軸線方向へ複数に分割する形で配設するようにしても良い。

次に、上記実施例の作用を説明する。

地震が発生していない通常時に、構造物としてのボイラ本体１が熱膨張して、固定部材としてのボイラ架構２の架構鉄骨柱３の軸線方向へ相対移動すると、構造物側保持部材としてのボイラ鉄骨柱５と架構鉄骨柱３との相対移動は、図３（ａ）に示す状態から、連結部材６のスライド板２１に対しガイド手段２４のガイドローラ２８がローラ軸２７を中心に転動することによって、図３（ｂ）に示すように円滑に案内されるので、構造物としてのボイラ本体１の熱膨張は許容される。

一方、地震が発生して、前記固定部材としてのボイラ架構２の架構鉄骨柱３と、前記構造物側保持部材としてのボイラ鉄骨柱５が水平方向へ相対移動した場合、構造物としてのボイラ本体１の荷重が連結部材６及び弾塑性ブレース１０を介して架構鉄骨柱３に伝えられるが、この時の荷重の伝達は、線対称に配置された弾塑性ブレース１０によって、一方の弾塑性ブレース１０が引張荷重を受けるときには他方の弾塑性ブレース１０が圧縮荷重を受けるように同時に伝えられ、該弾塑性ブレース１０には圧縮荷重と引張荷重が繰り返し作用することになり、弾塑性ブレース１０が延び変形或いは座屈変形することによって防震が行われる。因みに、上記において、引張荷重と圧縮荷重を同時に受ける線対称の弾塑性ブレース１０は、低降伏点鋼材からなる荷重受部１１が圧縮荷重で座屈する耐力に比して、引張荷重による延びの耐力の方が大きくなっており、延びの耐力に座屈の耐力が加算された大きい耐荷重によってボイラ本体１の揺れを効果的に防震することができる。このように、線対称の弾塑性ブレース１０で引張荷重と圧縮荷重を同時に受けるようにしたことで耐力が高まるため、弾塑性ブレース１０は断面寸法を小さくした小型のものとすることができる。

ここで、仮に、ガイド手段２４が設けられていないと、前記構造物としてのボイラ本体１の熱膨張を許容するために、前記ボイラ鉄骨柱５と連結部材６との間に隙間をあけておく必要があることから、該ボイラ鉄骨柱５と連結部材６とが互いに接触し、大きな衝撃力が発生し、連結部材６に過大な負荷がかかる虞があるが、前記ボイラ鉄骨柱５と連結部材６との間にはガイド手段２４が介装され、該ガイド手段２４のガイドローラ２８により前記隙間が埋められているため、地震発生時にも、大きな衝撃力が発生せず、連結部材６に過大な負荷がかかる心配もない。

こうして、小型で簡略な構造にて構造物としてのボイラ本体１の熱膨張に起因する変位を許容しつつ地震力を確実に吸収し得、且つ地震発生時に大きな衝撃力が発生して連結部材６に過大な負荷がかかることを防止し得る。

図７、図８（ａ）及び図８（ｂ）は本発明の弾塑性ブレース防震構造の参考例であって、図中、図１〜図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１〜図６に示すものと同様であるが、本参考例の特徴とするところは、図７、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す如く、ボイラ鉄骨柱５の左右両側面に、断面Ｃ字状で且つ内面側に上下方向へ延びる案内路２９ａが形成されたガイドフレーム２９を連結部材として取り付けると共に、弾塑性ブレース１０の一端に、前記案内路２９ａに沿って上下方向へ摺動自在となるよう前記ガイドフレーム２９に嵌合するスライド片３０を取り付けることにより、ガイド手段２４を構成した点にある。

次に、上記参考例の作用を説明する。

地震が発生していない通常時に、構造物としてのボイラ本体１が熱膨張して、固定部材としてのボイラ架構２の架構鉄骨柱３の軸線方向へ相対移動すると、構造物側保持部材としてのボイラ鉄骨柱５と架構鉄骨柱３との相対移動は、図８（ａ）に示す状態から、弾塑性ブレース１０の一端に取り付けられたスライド片３０に対しガイド手段２４のガイドフレーム２９が摺動することによって、図８（ｂ）に示すように円滑に案内されるので、構造物としてのボイラ本体１の熱膨張は許容される。

一方、地震が発生して、前記固定部材としてのボイラ架構２の架構鉄骨柱３と、前記構造物側保持部材としてのボイラ鉄骨柱５が水平方向へ相対移動した場合、構造物としてのボイラ本体１の荷重が連結部材としてのガイドフレーム２９及び一端にスライド片３０が取り付けられた弾塑性ブレース１０を介して架構鉄骨柱３に伝えられるが、この時の荷重の伝達は、線対称に配置された弾塑性ブレース１０によって、一方の弾塑性ブレース１０が引張荷重を受けるときには他方の弾塑性ブレース１０が圧縮荷重を受けるように同時に伝えられ、該弾塑性ブレース１０には圧縮荷重と引張荷重が繰り返し作用することになり、弾塑性ブレース１０が延び変形或いは座屈変形することによって防震が行われる。因みに、上記において、引張荷重と圧縮荷重を同時に受ける線対称の弾塑性ブレース１０は、低降伏点鋼材からなる荷重受部１１が圧縮荷重で座屈する耐力に比して、引張荷重による延びの耐力の方が大きくなっており、延びの耐力に座屈の耐力が加算された大きい耐荷重によってボイラ本体１の揺れを効果的に防震することができる。このように、線対称の弾塑性ブレース１０で引張荷重と圧縮荷重を同時に受けるようにしたことで耐力が高まるため、弾塑性ブレース１０は断面寸法を小さくした小型のものとすることができる。

ここで、前記ボイラ鉄骨柱５と弾塑性ブレース１０との間にはガイド手段２４が介装され、該ガイド手段２４のガイドフレーム２９とスライド片３０との隙間は小さく設定することができるため、地震発生時にも、衝撃力を抑えることが可能となり、連結部材としてのガイドフレーム２９に過大な負荷がかかる心配もない。

こうして、図７、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す参考例においても、小型で簡略な構造にて構造物としてのボイラ本体１の熱膨張に起因する変位を許容しつつ地震力を確実に吸収し得、且つ地震発生時に大きな衝撃力が発生して連結部材としてのガイドフレーム２９に過大な負荷がかかることを防止し得る。

尚、本発明の弾塑性ブレース防震構造は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、固定部材としてのボイラ架構の架構鉄骨柱と、構造物側保持部材としてのボイラ鉄骨柱との位置関係を入れ替え、固定部材の側に連結部材を配置し、該連結部材に一端が固定される弾塑性ブレースの他端を構造物側保持部材に固定する形式のものにも適用可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ ボイラ本体（構造物）
２ ボイラ架構（固定部材）
３ 架構鉄骨柱（固定部材）
５ ボイラ鉄骨柱（構造物側保持部材）
６ 連結部材
１０ 弾塑性ブレース
１１ 荷重受部
１５ 座屈防止材
１７ 組立ボルト・ナット
１９ 連結駒
２０ 連結プレート
２１ スライド板
２２ 締結ボルト
２３ ナット
２４ ガイド手段
２５ ベースプレート
２６ ブラケット
２７ ローラ軸
２８ ガイドローラ
Ｏ 軸線

Claims (2)

1. 構造物の地震による荷重を支持する固定部材又は構造物側保持部材のいずれか一方を取り囲んで配置される連結部材と、
   該連結部材を介して線対称の位置に配置され、各一端が連結部材に固定され、各他端が前記固定部材又は構造物側保持部材のいずれか他方に固定された弾塑性ブレースとを有し、
   前記線対称に配置された弾塑性ブレースにより構造物側保持部材から連結部材を介して固定部材に伝えられる地震による荷重の伝達が、一方の弾塑性ブレースの圧縮と他方の弾塑性ブレースの引張とにより同時に行われるよう構成した弾塑性ブレース防震構造であって、
   前記固定部材又は構造物側保持部材のいずれか一方と連結部材との間に、該固定部材又は構造物側保持部材のいずれか一方と連結部材との隙間を埋め且つ前記構造物の熱膨張に伴う前記固定部材の軸線方向への相対移動を案内するガイド手段を介装したことを特徴とする弾塑性ブレース防震構造。
2. 前記ガイド手段を、前記固定部材の軸線方向と直角な方向へ延びるローラ軸を中心に転動自在なガイドローラによって構成した請求項１記載の弾塑性ブレース防震構造。

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