JP2014145417A - 構造物の防震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】地震による水平２方向の揺れを減衰させるようにした構造物の防震構造を提供する。
【解決手段】弾性変形し弾性域を超えた荷重が作用した際に塑性変形する弾塑性変形部材５と、弾塑性変形部材５の一端と他端に対して少なくとも水平方向へ回動可能に取り付けた連結部材６を有して支持鉄骨柱２及び張出部材３，３'に固定される取付台座７とを有する減衰連結機構４を備え、弾塑性変形部材５に、構造物１の揺れによる水平面でのＸ軸方向からの荷重とＹ軸方向からの荷重の少なくとも一方が弾性域を超えて作用した際には、弾塑性変形部材５は塑性変形してエネルギーを吸収し、揺れを減衰させる。
【選択図】図１

Description

本発明は構造物の防震構造に関する。

地震による構造物の被害を低減するために、従来から種々の方式の防震装置が提案されている。例えば、火力発電所に用いられるボイラは、水管で構成されるボイラ本体の炉壁の熱膨張を逃がすために、支持架構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。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は、地震発生時にボイラ本体と支持架構と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、従来技術では、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を収束し、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、支持架構の鉄骨柱への影響を軽減する対策が講じられている。

例えば、特許文献１には、吊り下げ式ボイラの防震構造の技術が開示されている。特許文献１に係る防震構造は、ボイラ本体の地震による荷重を鉄骨柱で支持する際に、鉄骨柱を取り囲む連結部材とボイラ本体から張り出したストッパ部材との間に線対称に弾塑性ブレースを配置し、線対称に配置した弾塑性ブレースによりボイラ本体からストッパ部材を介して鉄骨柱に伝えられる荷重の伝達が、一方の弾塑性ブレースの引っ張りと他方の弾塑性ブレースの圧縮とにより同時に行われるようにしている。

特開２０１２−１３１５７号公報

しかしながら、従来技術に係る防震構造は、弾塑性ブレースの長手方向に沿った方向（炉壁に沿った方向）の揺れによる荷重は効果的に吸収できるのに対し、弾塑性ブレースの長手方向に直交する水平方向（炉壁が鉄骨柱から離れたり近づいたりする方向）に対しては、荷重を効果的に吸収することができていなかった。すなわち、従来技術に係る防震構造は、地震による水平１方向の揺れにしか対応できなかった。

従って、仮に、地震によって、弾塑性ブレースの長手方向に直交する水平方向に対して大きな揺れがあった場合は、端部を固定又は滑り構造としていた為、摩擦力又は固定力によるせん断応力が弾塑性ブレースに発生し、弾塑性ブレースが所定の性能を発揮できない可能性があった。

そこで、本発明は、地震による水平２方向の揺れを減衰させるようにした構造物の防震構造を提供することを目的とする。

本発明は、地震により揺れを生じる構造物と、該構造物の周囲に配置される支持柱と、前記構造物の側壁から前記支持柱を挟むように水平に張り出した２つの張出部材と、各張出部材と前記支持柱との間に配置して前記構造物の揺れを前記支持柱に減衰して伝達する減衰連結機構と、を有する構造物の防震構造であって、
前記減衰連結機構は、
弾性変形し弾性域を超えた荷重が作用した際に塑性変形する弾塑性変形部材と、
該弾塑性変形部材の一端と他端に対して少なくとも水平方向へ回動可能に取り付けた連結部材を有して前記支持柱及び前記張出部材に固定される取付台座と、を備え、
前記弾塑性変形部材に、前記構造物の揺れによる水平面でのＸ軸方向からの荷重とＹ軸方向からの荷重の少なくとも一方が弾性域を超えて作用した際には、前記弾塑性変形部材は塑性変形してエネルギーを吸収し、揺れを減衰させることを特徴とする構造物の防震構造、に係るものである。

上記構造物の防震構造において、前記連結部材は、ピン構造又はユニバーサルジョイント構造を有することが好ましい。

又、上記構造物の防震構造において、前記弾塑性変形部材は、弾塑性ブレースであることが好ましい。

又、上記構造物の防震構造において、前記弾塑性変形部材は、前記弾塑性ブレースと、前記張出部材と前記支持柱の少なくとも一方に固定されて前記弾塑性ブレースの前記連結部材に連結される剪断降伏型ダンパを有していてもよい。

又、上記構造物の防震構造において、前記剪断降伏型ダンパは、降伏し変形する方向が交叉するように２つ組み合わせて備えていることが好ましい。

又、上記構造物の防震構造において、前記弾塑性変形部材に備えて前記支持柱及び前記張出部材の少なくとも一方に固定される取付台座に、前記支持柱と前記張出部材との間隔に合わせて前記弾塑性変形部材を設置するための間隔調節手段を備えることが好ましい。

又、上記構造物の防震構造において、前記構造物はボイラ本体であってもよい。

本発明の構造物の防震構造よれば、構造物が地震により揺れを生じた際に、弾塑性変形部材は構造物の水平２方向の揺れを効果的に減衰して支持柱に伝達できるという優れた効果を奏し得る。

（ａ）は本発明の防震構造をボイラからなる構造物に適用した場合の一実施例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示す弾塑性変形部材の一例である弾塑性ブレースの斜視図である。 （ａ）は図１の取付台座の一例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）をＩＩＢ−ＩＩＢ方向から見た側面図である。 本発明の防震構造の他の実施例を示す平面図である。 （ａ）は図３に備えた剪断降伏型ダンパの一例を示す構成説明図、（ｂ）は（ａ）をＩＶＢ−ＩＶＢ方向から見た側面図、（ｃ）は剪断降伏型ダンパの他の例を示す構成説明図、（ｄ）は（ｃ）をＩＶＤ−ＩＶＤ方向から見た側面図である。 （ａ）は本発明の防震構造の更に他の実施例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に更に変形を加えた構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図１（ａ）は本発明の防震構造をボイラ１ａからなる構造物１に適用した場合の一実施例を示すもので、ボイラ１ａを四周から取り囲むように水平面に対して垂直に設置した支持柱である支持鉄骨柱２（図１では１本のみを示す）と梁部材等からなる側部支持架構の上部に上部支持架構を構成し、前記ボイラ１ａは、前記上部支持架構から吊り下げて支持している。図１（ａ）では、前記ボイラ１ａの４周を取り囲む前記側部支持架構の一辺における中央（センター）の支持鉄骨柱２のみを示している。前記ボイラ１ａは温度の変化により水平面上で前後左右に伸縮変形するが、前記ボイラ１ａは、前記センターの支持鉄骨柱２を起点として伸縮変形するように支持されている。

前記ボイラ１ａの側壁１ａ'（炉壁）に設けたバックステーＢからは前記支持鉄骨柱２を挟むように水平に張り出した２つの張出部材３，３'が設けてあり、各張出部材３，３'と前記支持鉄骨柱２との間には、前記ボイラ１ａの揺れを前記支持鉄骨柱２に減衰して伝達する減衰連結機構４が、水平且つ前記ボイラ１ａの側壁と平行に設けられている。

前記減衰連結機構４は、弾性変形し且つ弾性域を超えた荷重が作用した際には塑性変形する弾塑性変形部材５を備えており、更に、該弾塑性変形部材５の一端と他端に対して少なくとも水平方向へ回動可能に取り付けた連結部材６を有して前記支持鉄骨柱２及び前記張出部材３，３'に固定される取付台座７を備えている。

図１の弾塑性変形部材５は、弾塑性ブレース８により構成した場合を示している。前記弾塑性ブレース８の両端部には、孔９ａを有するブラケット９が固定してあり、ブラケット９の孔９ａと前記取付台座７の孔７ａにピン６ａによる連結部材６を挿通することで、前記弾塑性ブレース８を取付台座７に連結したピン構造の連結の場合を示している。

図１（ｂ）は前記弾塑性ブレース８の構成を示すもので、弾塑性ブレース８は、断面十字状を有する低降伏点鋼材からなる芯材１０と、該芯材１０の両端を除く外周を包囲する一般鋼材からなるパイプ１１及び該パイプ１１の内部に充填したモルタル等のシーリング材１２からなる座屈防止構造１３とにより構成されている。

図２（ａ）、（ｂ）は、前記取付台座７の一例を示すもので、この取付台座７は、前記支持鉄骨柱２と前記張出部材３，３'との間隔に合わせて前記弾塑性ブレース８を設置できるようにするための間隔調節手段１４を備えている。この間隔調節手段１４は、前記弾塑性ブレース８の端部に固定した孔９ａ開きのブラケット９を有している。一方、前記ブラケット９を挟み込んで嵌合するように形成したコの字形の台座本体１５を有しており、該台座本体１５には、前記ブラケット９の孔９ａの径に一致し且つ前記台座本体１５の高さ方向（図２の上下方向）に長く形成したガイド孔１６が形成されている。更に、前記ブラケット９を挟む台座本体１５の外側（図２（ｂ）の左右外側）には、前記ブラケット９の孔９ａの径と一致する支持孔１７を備えた支持板１８が、溶接からなる固定部１８ａによって固定されている。そして、図２（ｂ）のように前記ブラケット９に台座本体１５を嵌合させ、支持板１８の支持孔１７、台座本体１５のガイド孔１６及びブラケット９の孔９ａに、一端に頭部６ａ'を有するピン６ａを挿通することによりブラケット９と台座本体１５を連結している。更に、ピン６ａの他端には割ピン６ａ"を通すことでピン６ａが抜け落ちるのを防止している。従って、前記間隔調節手段１４によれば、前記台座本体１５に備えた上下方向に長い前記ガイド孔１６の長さの範囲において、前記支持鉄骨柱２と前記張出部材３，３'の間隔に合致させて、前記弾塑性ブレース８を設置することができる。又、図２とは逆に、前記台座本体１５に前記支持板１８の支持孔１７の径と一致する孔を設け、ブラケット９に上下方向に長いガイド孔を形成するようにしてもよい。

前記間隔調節手段１４は、前記弾塑性ブレース８を前記支持鉄骨柱２及び前記張出部材３，３'に取り付ける取付台座７の少なくとも一方に備える。

次に、上記実施例の作用を説明する。

図１（ａ）に示す減衰連結機構４は、前記支持鉄骨柱２と前記張出部材３，３'との間に、取付台座７を介して弾塑性ブレース８を取り付けることにより構成される。この時、図２に示す如く、前記取付台座７に間隔調節手段１４を備えておくことより、前記支持鉄骨柱２と前記張出部材３，３'との間隔が設計寸法と異なっていた場合にも、弾塑性ブレース８を容易に設置することができる。

地震により前記ボイラ１ａが支持鉄骨柱２に対して揺れを生じ、水平面でボイラ１ａが側壁１ａ'に沿う方向（支持鉄骨柱２と張出部材３，３'との間に弾塑性ブレース８が配置された方向）であるＸ軸方向からの荷重が前記弾塑性ブレース８に伝えられたときは、前記弾塑性ブレース８の弾性域の荷重の範囲では、支持鉄骨柱２を挟んで配置された一方と他方の弾塑性ブレース８は延びと縮みによる互いに反対の変形を生じ、又、前記ボイラ１ａの揺れにより水平面でのＹ軸方向からの荷重が前記弾塑性ブレース８に伝えられたときは、前記弾塑性ブレース８の弾性域の荷重の範囲では、前記支持鉄骨柱２を挟んで配置された一方と他方の弾塑性ブレース８は同時に延びの変形を生じる。

又、前記弾塑性ブレース８に、前記水平面でＸ軸方向及びＹ軸方向の少なくとも一方から弾性域を超える荷重が作用した際には、前記弾塑性ブレース８は塑性変形してエネルギーを吸収し、揺れを減衰させることができる。

上記したように、ボイラ１ａが地震により揺れを生じた際に、前記弾塑性ブレース８はＸ軸方向とＹ軸方向からなるボイラ１ａの水平２方向の揺れを効果的に減衰して支持鉄骨柱２に伝達することができる。

図３は、本発明の防震構造の他の実施例を示すもので、この実施例に示す前記減衰連結機構４は、前記弾塑性ブレース８と、前記支持鉄骨柱２及び張出部材３，３'の少なくとも一方に固定して前記弾塑性ブレース８の前記連結部材６に連結される剪断降伏型ダンパ１９とを有している。

図４は剪断降伏型ダンパ１９の構成例を示すもので、図４（ａ）、（ｂ）は、低降伏点鋼材からなる矩形形状の降伏板２０と、該降伏板２０の下辺に固定した下部固定板２１と、前記降伏板２０の上辺を両側から挟んで固定した上部固定板２２と、前記降伏板２０の左右の側辺に固定した薄板からなるフランジ部材２３とを有する剪断パネルダンパ２４を示している。

又、図４（ｃ）、（ｄ）は、ハニカム状の複数の孔２５を横方向へ一列に備えて、各孔２５の相互間に、上下端の幅が大きく上下中間部の幅が最も小さくなった連続部２６を有するハニカム板２７と、該ハニカム板２７の上部と下部を両側から挟んでボルト２８により締付け固定する締付板２９と、下側の締付板２９の下辺に固定した下部固定板３０と、上側の締付板２９の上辺に固定した上部固定板３１とを備えたハニカムダンパ３２を示している。

前記剪断降伏型ダンパ１９は、図４（ａ）、（ｃ）に示すように、前記降伏板２０及びハニカム板２７の面に平行で、前記下部固定板２１，３０に対して前記上部固定板２２，３１が平行移動する方向（降伏の方向Ａという）に降伏するようになっており、降伏する荷重は任意に設定できるので、設定された荷重以上の荷重が作用した際には、前記降伏板２０及びハニカム板２７は降伏するようになっている。

図３の剪断降伏型ダンパ１９は、前記降伏板２０又はハニカム板２７が水平で、且つ、降伏の方向Ａが前記Ｙ軸方向を向くように設置される。

図３の実施例では、前記実施例における前記弾塑性ブレース８による作用に加え、ボイラ１ａの揺れによる水平面でのＹ軸方向（ボイラ１ａの側壁１ａ'と直交する方向）の大きな荷重が作用した際には、図４に示す剪断降伏型ダンパ１９の前記降伏板２０又はハニカム板２７が設定された荷重で降伏し、弾塑性変形することにより支持鉄骨柱２に伝達する揺れは低減される。ここで、前記弾塑性ブレース８が弾性域を超える荷重に対して剪断降伏型ダンパ１９の前記降伏板２０又はハニカム板２７が降伏する荷重を小さく設定しておくと、減衰連結機構４はＸ軸方向の荷重よりも小さいＹ軸方向の荷重により塑性変形して揺れを減衰させるようになる。

図５（ａ）は本発明の防震構造の更に他の実施例を示すもので、この実施例では、前記弾塑性ブレース８の両端と取付台座７との間をユニバーサルジョイント６ｂによる連結部材６で連結した場合を示している。

図５（ａ）に示すように、前記支持鉄骨柱２と前記張出部材３，３'に固定される取付台座７と、前記弾塑性ブレース８の両端との間を、ユニバーサルジョイントにより連結すると、前記弾塑性ブレース８は前記水平面でのＸ軸方向と、Ｙ軸方向、更に、水平面に対して垂直なＺ軸方向（図５（ａ）の紙面に対して鉛直な方向）の３方向へ曲ることができ、よって、前記弾塑性ブレース８はボイラ１ａのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の揺れを減衰することができる。

図５（ｂ）は図５（ａ）の変形例を示すもので、図５（ｂ）に示す減衰連結機構４は、前記弾塑性ブレース８と、前記支持鉄骨柱２及び張出部材３，３'の少なくとも一方に固定して前記弾塑性ブレース８の前記連結部材６に連結された剪断降伏型ダンパ１９を有している。尚、ここで備える剪断降伏型ダンパ１９は、前記降伏板２０又はハニカム板２７の降伏の方向Ａが互いに交叉する（図５（ｂ）では直交する）方向に２つの剪断降伏型ダンパ１９ａ，１９ｂを組み合わせて備えている。

図５（ｂ）によれば、前記ユニバーサルジョイントによる回動により弾塑性ブレース８によるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３方向に対する減衰作用が発揮されると共に、前記弾塑性ブレース８が弾性域を超える荷重と剪断降伏型ダンパ１９ａ，１９ｂが降伏する荷重を設定しておくことにより、３方向への設定された荷重での減衰作用を発揮することかできる。

尚、本発明の構造物の防震構造は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、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 構造物
１ａ ボイラ
１ａ' 側壁
２ 支持鉄骨柱（支持柱）
３，３' 張出部材
４ 減衰連結機構
５ 弾塑性変形部材
６ 連結部材
６ａ ピン（連結部材）
６ｂ ユニバーサルジョイント（連結部材）
７ 取付台座
８ 弾塑性ブレース（弾塑性変形部材）
１４ 間隔調節手段
１９ 剪断降伏型ダンパ（弾塑性変形部材）
１９ａ，１９ｂ 剪断降伏型ダンパ（弾塑性変形部材）
Ａ 降伏の方向

Claims (7)

1. 地震により揺れを生じる構造物と、該構造物の周囲に配置される支持柱と、前記構造物の側壁から前記支持柱を挟むように水平に張り出した２つの張出部材と、各張出部材と前記支持柱との間に配置して前記構造物の揺れを前記支持柱に減衰して伝達する減衰連結機構と、を有する構造物の防震構造であって、
   前記減衰連結機構は、
   弾性変形し弾性域を超えた荷重が作用した際に塑性変形する弾塑性変形部材と、
   該弾塑性変形部材の一端と他端に対して少なくとも水平方向へ回動可能に取り付けた連結部材を有して前記支持柱及び前記張出部材に固定される取付台座と、を備え、
   前記弾塑性変形部材に、前記構造物の揺れによる水平面でのＸ軸方向からの荷重とＹ軸方向からの荷重の少なくとも一方が弾性域を超えて作用した際には、前記弾塑性変形部材は塑性変形してエネルギーを吸収し、揺れを減衰させることを特徴とする構造物の防震構造。
2. 前記連結部材は、ピン構造又はユニバーサルジョイント構造を有することを特徴とする請求項１に記載の構造物の防震構造。
3. 前記弾塑性変形部材は、弾塑性ブレースであることを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物の防震構造。
4. 前記弾塑性変形部材は、前記弾塑性ブレースと、前記張出部材と前記支持柱の少なくとも一方に固定されて前記弾塑性ブレースの前記連結部材に連結される剪断降伏型ダンパを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の構造物の防震構造。
5. 前記剪断降伏型ダンパは、降伏し変形する方向が交叉するように２つ組み合わせて備えていることを特徴とする請求項４に記載の構造物の防震構造。
6. 前記弾塑性変形部材に備えて前記支持柱及び前記張出部材の少なくとも一方に固定される取付台座に、前記支持柱と前記張出部材との間隔に合わせて前記弾塑性変形部材を設置するための間隔調節手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の構造物の防震構造。
7. 前記構造物はボイラ本体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の構造物の防震構造。

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