JP2015113703A - エネルギー散逸接合組立体およびそれを用いた耐震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 エネルギー散逸接合組立体およびそれを用いた耐震構造を提供する。
【解決手段】 エネルギー散逸接合組立体は、接合板および複数のボルトを含む。接合板は、２つの接合部およびエネルギー散逸部を含む。２つの接合部は、構造体を連結するために使用される。エネルギー散逸部は、２つの接合部の間に配置され、複数のスロットを有し、各スロットは長さを有する。ボルトは、エネルギー散逸部の各スロットの各々に配置され、エネルギー散逸部を構造体に連結する。各ボルトは頭部を有し、各頭部の外径は各スロットの長さより小さい。本開示は、構造体に作用する外力（地震または台風の作用する力など）を、均一の引張力および圧力に変換することができ、構造体に損傷を与える応力の集中の発生を避ける。
【選択図】図５

Description

本開示は、エネルギー散逸耐震構造に関するものであり、より詳細には、エネルギー散逸接合組立体およびそれを用いた耐震構造に関するものである。

構造上の鉄骨構造または鋼橋脚（桁）は、地震または台風に襲われることにより、多くの場合、崩壊または損傷し、結果として修復が難しくなることが知られている。

図１は、水平の地震力を受ける既知の鋼橋脚（桁）構造の概略図を示す。図２は、水平の地震力を受ける既知の鋼橋脚（桁）構造の曲げモーメント図を示す。図１および図２を参照して、既知の鋼橋脚（桁）構造６０が水平の地震力を受けるとき、大きく作用する曲げモーメントが、鋼橋脚６１の底部で発生することがあり、結果として鋼橋脚６１の撓み変形および局部座屈が発生し、そのため、鋼橋脚６１は破損して、鋼橋脚６１の定着部は地下に深く埋まり、その結果、地震の後に、鋼橋脚６１の被害状況を検出することも難しくなる。さらにまた、鋼橋脚６１は、理想的な状態で機械の従来の塑性ヒンジを発生させることができるだけであり、その結果、その耐振性能も制限される。

さらに、地震の作用する力が柱梁接合領域に集中するという点に、多くの場合、既知の構造上の鉄骨構造の被害の理由があり、結果として構造が破損または崩壊する。

前述の構造の被害は、苛酷な災害および相当な財産の損害を引き起こすことがある。したがって、前述の問題を解決するために、エネルギー散逸接合組立体および耐震構造を提供することが必要である。

本開示の１つの態様にしたがって、エネルギー散逸接合組立体は、接合板および複数のボルトを含む。接合板は、２つの接合部およびエネルギー散逸部を含む。２つの接合部は、構造体を連結するために使用される。エネルギー散逸部は、２つの接合部の間に配置され、複数のスロットを有する。各スロットは、長さを有する。ボルトは、エネルギー散逸部の各スロットの各々に配置され、エネルギー散逸部を構造体に連結する。各ボルトは頭部を有し、各頭部の外径は各スロットの長さより小さい。

本開示の別の態様にしたがって、耐震構造は構造体およびエネルギー散逸接合組立体を含む。構造体は、選択されたエネルギー散逸領域を有する。エネルギー散逸接合組立体は、接合板および複数のボルトを含む。接合板は、２つの接合部およびエネルギー散逸部を含む。２つの接合部は、構造体の選択されたエネルギー散逸領域に連結される。エネルギー散逸部は、２つの接合部の間に配置され、複数のスロットを有する。各スロットは、長さを有する。ボルトは、エネルギー散逸部の各スロットの各々に配置され、エネルギー散逸部を選択されたエネルギー散逸領域に連結する。各ボルトは頭部を有し、各頭部の外径は各スロットの長さより小さい。

本開示のエネルギー散逸接合組立体は、構造体に作用する外力（地震または台風の作用する力など）を、均一の引張力および圧力に変換することができ、構造体に損傷を与える応力の集中の発生を避ける。さらに、接合板のエネルギー散逸部上のボルトが担う拘束により、構造体の面外変形が抑制できる。

本開示の態様は、以下の詳細な説明を添付図面とともに読むことで理解される。産業界の標準的な慣習にしたがい、さまざまな特徴が縮尺通りに描かれていないことを強調しておく。実際、さまざまな特徴は、議論の明瞭さのために、任意に大きく、または小さくしてもよい。

水平の地震力を受ける既知の鋼橋脚（桁）構造の概略図を示す。 水平の地震力を受ける既知の鋼橋脚（桁）構造の曲げモーメント図を示す。 本開示の第１の実施形態による、エネルギー散逸接合組立体の斜視図を示す。 本開示の第１の実施形態による、接合板の上面図を示す。 本開示の第１の実施形態による、構造体に連結するエネルギー散逸接合組立体の概略図を示す。 本開示の第２の実施形態による、エネルギー散逸接合組立体の斜視図を示す。 本開示の第３の実施形態による、エネルギー散逸接合組立体の斜視図を示す。 本開示の第４の実施形態による、エネルギー散逸接合組立体の斜視図を示す。 本開示の第１の実施形態による、耐震構造の概略図を示す。 本開示の第１の実施形態による、耐震構造の曲げモーメント強度分布を示す。 本開示の第２の実施形態による、耐震構造の概略図を示す。 本開示の第３の実施形態による、耐震構造の概略図を示す。

さまざまな実施形態の異なる機能を実現するために、以下の開示が多くの異なる実施形態または例を提供することは理解されるべきである。構成要素および配置の特定の例が、本開示を分かりやすくするために、以下に記載される。しかし、本開示は多くの異なる形態で表現されてもよく、本明細書に記述される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この説明が詳細および完全で、本開示を当業者に完全に伝えられるように提供される。しかし、１つまたは複数の実施形態が、これらの具体的な詳細なしで実施されてもよいことは、明らかである。

さらに、本開示はさまざまな例において、参照番号および／または文字を繰り返してもよい。この繰り返しは単純さおよび明瞭さのためであり、論述されるさまざまな実施形態および／または構成の間の関係を、それ自体では規定しない。

単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」で記載されたものであっても、前後関係から明らかでない限り、複数形も含むように意図されることが理解される。

別途定義がない限り、本明細書に使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されているものと同じ意味を有する。たとえば、一般的に用いられる辞書において定義される用語は、関連する技術分野および本開示の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈されなければならず、はっきりと本明細書にそう定義されない限り、理想的または非常に形式的な意味では解釈されないことが、さらに理解される。

図３は、本開示の第１の実施形態による、エネルギー散逸接合組立体の斜視図を示す。図４は、本開示の第１の実施形態による、接合板の上面図を示す。図５は、本開示の第１の実施形態による、構造体に連結するエネルギー散逸接合組立体の概略図を示す。

図３、図４、および図５を参照すると、本開示の第１の実施形態によるエネルギー散逸接合組立体１０は、接合板１２、複数の接合ボルト１４、および複数のボルト１６を含む。

接合板１２は、２つの接合部１２２およびエネルギー散逸部１２４を含む。２つの接合部１２２は構造体５０を連結するために使用され、構造体５０は次のうちから１つ選択される。鋼梁、鋼柱、建築物、橋、橋脚、および前述のうちの少なくとも２つの組合せ。本実施形態において、接合板１２は鋼板であり、各接合部１２２は複数の円形の接合孔１２２Ｈを有する。

エネルギー散逸部１２４は、２つの接合部１２２の間に配置される。エネルギー散逸部１２４の領域は各接合部１２２の領域より大きく、エネルギー散逸部１２４は複数のスロット１２４Ｈを有する。いくつかの実施形態において、エネルギー散逸部１２４の領域は、各接合部１２２の領域より小さくてもよい。

本実施形態において、スロット１２４Ｈは規則的に配置され、各スロット１２４Ｈの大きさは同じである。さらにまた、各スロット１２４Ｈの大きさは、各円形の接合孔１２２Ｈの大きさより大きく、好ましくは、スロット１２４Ｈ間の間隔Ｇ２は、円形の接合孔１２２Ｈ間の間隔Ｇ１より大きい。

本実施形態において、各スロット１２４Ｈは長いスロットであり、したがって、各スロット１２４Ｈは長さＬおよび幅Ｗを有する。好ましくは、各スロット１２４Ｈの長さＬは、各円形の接合孔１２２Ｈの直径Ｄより大きく、各スロット１２４Ｈの幅Ｗは、各円形の接合孔１２２Ｈの直径Ｄより大きいか又は同じである。

接合ボルト１４は、各接合部１２２の各円形の接合孔１２２Ｈの各々に配置され、各接合部１２２を構造体５０に連結する。本実施形態において、各接合部１２２上の接合ボルト１４の数は同じである。

ボルト１６は、エネルギー散逸部１２４の各スロット１２４Ｈの各々に配置され、エネルギー散逸部１２４を構造体５０に連結する。本実施形態において、各ボルト１６は頭部１６２を有し、各頭部１６２の外径ｄは、各スロット１２４Ｈの長さＬより小さいが、各スロット１２４Ｈの幅Ｗより大きい。接合板１２のエネルギー散逸部１２４上のボルト１６が担う拘束により、構造体５０の面外変形が抑制できる。さらに、各ボルト１６の頭部１６２は、ナットでありえる。

本開示のエネルギー散逸接合組立体１０は、構造体５０に作用する外力（地震または台風の作用する力など）を、均一の引張力および圧力に変換することができ、構造体５０に損傷を与える応力の集中の発生を避ける。

図６は、本開示の第２の実施形態による、エネルギー散逸接合組立体の斜視図を示す。

図３および図６を参照すると、本開示の第２の実施形態によるエネルギー散逸接合組立体の構造的特徴は、第１の実施形態と基本的に同じであり、その間の違いは、各スロット１２４Ｈの長さＬが、各ボルト１６の各頭部１６２の外径の二倍２ｄより大きいか又は同じであるという点のみであり、そのため、各スロット１２４Ｈは、複数のボルト１６を配置することができる。

図７は、本開示の第３の実施形態による、エネルギー散逸接合組立体の斜視図を示す。

図３、図４、および図７を参照すると、本開示の第３の実施形態によるエネルギー散逸接合組立体の構造的特徴は、第１の実施形態と基本的に同じであり、その間の違いは、２つの接合部１２２における円形の接合孔１２２Ｈの形成および接合ボルト１４の使用を省いたこと、ならびに、２つの接合部１２２が溶接手法で構造体５０に連結されることのみである。

図８は、本開示の第４の実施形態による、エネルギー散逸接合組立体の斜視図を示す。

図７および図８を参照すると、本開示の第４の実施形態によるエネルギー散逸接合組立体の構造的特徴は、第３の実施形態と基本的に同じであり、その間の違いは、各スロット１２４Ｈの長さＬが、各ボルト１６の各頭部１６２の外径の二倍２ｄより大きいか又は同じであるという点のみであり、そのため、各スロット１２４Ｈは、複数のボルト１６を配置することができる。

図９は、本開示の第１の実施形態による、耐震構造の概略図を示す。

図９に示すように、本開示の第１の実施形態による耐震構造２０は、構造体２２およびエネルギー散逸接合組立体２４を含む。

本実施形態において、構造体２２は橋脚であり、構造体２２は選択されたエネルギー散逸領域２２Ａを有する。選択されたエネルギー散逸領域２２Ａの寸法は、耐振性の要求により決定され、選択されたエネルギー散逸領域２２Ａの強度は、地震により発生し作用する力より少し低く設計される。

エネルギー散逸接合組立体２４は、接合板２５、複数の接合ボルト２６、および複数のボルト２７を含む。

接合板２５は、２つの接合部２５２およびエネルギー散逸部２５４を含む。２つの接合部２５２は、構造体２２の選択されたエネルギー散逸領域２２Ａに連結される。本実施形態において、各接合部２５２の領域は同じであり、各接合部２５２は複数の円形の接合孔２５２Ｈを有する。好ましくは、各接合部２５２の円形の接合孔２５２Ｈの数は同じであり、円形の接合孔２５２Ｈ間の間隔Ｇ１も同じである。エネルギー散逸部２５４は、２つの接合部２５２の間に配置される。エネルギー散逸部２５４の領域は、各接合部２５２の領域より大きく、エネルギー散逸部２５４は複数のスロット２５４Ｈを有する。

本実施形態において、スロット２５４Ｈは規則的に配置され、各スロット２５４Ｈのサイズは同じである。さらに、各スロット２５４Ｈのサイズは、各円形の接合孔２５２Ｈのサイズより大きく、好ましくは、スロット２５４Ｈ間の間隔Ｇ２は、円形の接合孔２５２Ｈ間の間隔Ｇ１より大きい。さらにまた、本実施形態において、各スロット２５４Ｈは長いスロットであり、したがって、各スロット１２４Ｈは長さＬおよび幅Ｗを有する。好ましくは、各スロット２５４Ｈの長さＬは、各円形の接合孔２５２Ｈの直径Ｄより大きく、各スロット２５４Ｈの幅Ｗは、各円形の接合孔２５２Ｈの直径Ｄより大きいか又は同じである。

接合ボルト２６は、各接合部２５２の各円形の接合孔２５２Ｈの各々に配置され、各接合部２５２を選択されたエネルギー散逸領域２２Ａに連結する。いくつかの実施形態において、各接合部２５２は、溶接手法で選択されたエネルギー散逸領域２２Ａに連結されてもよい。

ボルト２７は、エネルギー散逸部２５４の各スロット２５４Ｈの各々に配置され、エネルギー散逸部２５４を選択されたエネルギー散逸領域２２Ａに連結する。本実施形態において、各ボルト２７は頭部２７２を有し、各頭部２７２の外径ｄは、各スロット２５４Ｈの長さＬより小さい。接合板２５のエネルギー散逸部２５４上のボルト２７が担う拘束により、選択されたエネルギー散逸領域２２Ａの面外変形が抑制できる。

図１０は、本開示の第１の実施形態による、耐震構造の曲げモーメント強度分布を示す。

耐震構造２０上で水平の地震力によって引き起こされる曲げモーメントが、接合板２５によって効率的および均等に伝達されうることが、図１０の結果によって証明され、地震のエネルギーの大部分は、接合板２５のエネルギー散逸部２５４によって散逸される。

図１１は、本開示の第２の実施形態による、耐震構造の概略図を示す。

図１１に示すように、本開示の第２の実施形態による耐震構造の構造的特徴は、第１の実施形態と基本的に同じであり、その間の違いは、構造体２２が、鋼梁２２Ｓと箱形鋼柱２２Ｂとの組合せであるという点のみである。選択されたエネルギー散逸領域２２Ａは柱梁接合領域であり、エネルギー散逸接合組立体２４は柱梁接合領域に配置される。

図１２は、本開示の第３の実施形態による、耐震構造の概略図を示す。

図１２に示すように、本開示の第３の実施形態による耐震構造の構造的特徴は、第２の実施形態と基本的に同じであり、その間の違いは、構造体２２が、鋼梁２２ＳとＨ形鋼柱２２Ｈとの組合せであるという点のみである。

さらに、本出願の範囲は、明細書に記載されたプロセス、機械、製品、組成物、手段、方法、および工程の特定の実施形態に限定されることは意図されない。当業者は、本開示、プロセス、機械、製品、組成物、手段、方法、または工程から容易に理解できるため、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、実質的に同じ結果を実現する、現存するまたは後に開発されるものを、本開示により利用することができる。

したがって、添付の特許請求の範囲は、それらの範囲内に、そのようなプロセス、機械、製品、組成物、手段、方法、または工程を含むことが意図される。さらに、各請求項は別個の実施形態を構成し、さまざまな請求項および実施形態の組合せは、本発明の範囲内である。

１０ エネルギー散逸接合組立体
１２ 接合板
１４ 接合ボルト
１６ ボルト
２０ 耐震構造
２２ 構造体
２２Ａ 選択されたエネルギー散逸領域
２２Ｂ 箱形鋼柱
２２Ｈ Ｈ形鋼柱
２２Ｓ 鋼梁
２４ エネルギー散逸接合組立体
２５ 接合板
２６ 接合ボルト
２７ ボルト
５０ 構造体
１２２ 接合部
１２２Ｈ 円形の接合孔
１２４ エネルギー散逸部
１２４Ｈ スロット
１６２ 頭部
２５２ 接合部
２５２Ｈ 円形の接合孔
２５４ エネルギー散逸部
２５４Ｈ スロット

Claims (23)

1. ２つの接合部と、エネルギー散逸部とを含む接合板であって、前記２つの接合部が構造体を連結するために使用され、前記エネルギー散逸部が前記２つの接合部の間に配置され且つ複数のスロットを有し、各前記スロットが長さを有する、接合板と、
   前記エネルギー散逸部を前記構造体に連結するために、前記エネルギー散逸部の各前記スロットの各々に配置される複数のボルトと、を含み、
   各前記ボルトが頭部を有し、各前記頭部の外径が各前記スロットの長さより小さい、エネルギー散逸接合組立体。
2. 前記構造体は、鋼梁、鋼柱、建築物、橋、橋脚、および前述のうちの少なくとも２つの組合せから１つ選択される、請求項１に記載のエネルギー散逸接合組立体。
3. 前記接合板の前記２つの接合部は、溶接手法で前記構造体に連結される、請求項１に記載のエネルギー散逸接合組立体。
4. 複数の接合ボルトをさらに含み、
   各前記接合部は複数の円形の接合孔を有し、前記接合ボルトは各前記接合部を前記構造体に連結するために各前記円形の接合孔の各々に配置される、請求項１に記載のエネルギー散逸接合組立体。
5. 各前記接合部上の前記接合ボルトの数は同じである、請求項４に記載のエネルギー散逸接合組立体。
6. 各前記スロットの前記長さは、各前記円形の接合孔の直径より大きい、請求項４に記載のエネルギー散逸接合組立体。
7. 各前記スロットは幅を有し、各前記スロットの前記幅は各前記円形の接合孔の直径より大きいか又は同じである、請求項４に記載のエネルギー散逸接合組立体。
8. 前記スロット間の間隔は、前記円形の接合孔間の間隔より大きい、請求項４に記載のエネルギー散逸接合組立体。
9. 各前記スロットの大きさは、各前記円形の接合孔の大きさより大きい、請求項４に記載のエネルギー散逸接合組立体。
10. 各前記スロットの前記大きさは同じである、請求項１に記載のエネルギー散逸接合組立体。
11. 前記スロットは規則的に配置される、請求項１に記載のエネルギー散逸接合組立体。
12. 各前記スロットの前記長さは、各前記頭部の外径の二倍より大きいか又は同じである、請求項１に記載のエネルギー散逸接合組立体。
13. 各前記スロットは、複数の前記ボルトが配置される、請求項１２に記載のエネルギー散逸接合組立体。
14. 前記エネルギー散逸部の領域は、各前記接合部の領域より大きい、請求項１に記載のエネルギー散逸接合組立体。
15. 選択されたエネルギー散逸領域を有する構造体と、エネルギー散逸接合組立体とを含む耐震構造であって、
    前記エネルギー散逸接合組立体が、
    ２つの接合部と、エネルギー散逸部とを含む接合板であって、前記２つの接合部が前記構造体の前記選択されたエネルギー散逸領域に連結され、前記エネルギー散逸部が前記２つの接合部の間に配置され且つ複数のスロットを有し、各前記スロットが長さを有する、接合板と、
    前記エネルギー散逸部を前記選択されたエネルギー散逸領域に連結するために、前記エネルギー散逸部の各前記スロットの各々に配置される複数のボルトと、を含み、
    各前記ボルトが頭部を有し、各前記頭部の外径が各前記スロットの前記長さより小さい、耐震構造。
16. 前記構造体は、鋼梁、鋼柱、建築物、橋、橋脚、および前述のうちの少なくとも２つの組合せから１つ選択される、請求項１５に記載の耐震構造。
17. 前記選択されたエネルギー散逸領域は柱梁接合領域である、請求項１６に記載の耐震構造。
18. 複数の接合ボルトをさらに含み、
    各前記接合部は複数の円形の接合孔を有し、前記接合ボルトは各前記接合部を前記選択されたエネルギー散逸領域に連結するために各前記円形の接合孔の各々に配置される、請求項１５に記載の耐震構造。
19. 各前記スロットの前記長さは、各前記円形の接合孔の直径より大きい、請求項１８に記載の耐震構造。
20. 前記スロット間の間隔は、前記円形の接合孔間の間隔より大きい、請求項１８に記載の耐震構造。
21. 各前記スロットの前記長さは、各前記頭部の外径の二倍より大きいか又は同じである、請求項１５に記載の耐震構造。
22. 各前記スロットは、複数の前記ボルトが配置される、請求項２１に記載の耐震構造。
23. 前記エネルギー散逸部の領域は、各前記接合部の領域より大きい、請求項１５に記載の耐震構造。

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