JP2015124578A - 変形フレームの矯正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】柱・梁のフレームに地震時等の減衰力発生の目的で設置される油圧ダンパに、構造物のフレームに生じた残留変形を解消させる能力を付与する。
【解決手段】フレーム６の上階側に接合される上部剛性要素２と、上部剛性要素２との間に水平方向に距離を置いてフレーム６の下階側に接合される下部剛性要素３と、上部剛性要素２と下部剛性要素３との間に架設され、上部剛性要素２と下部剛性要素３に両者が対向する方向の付加力を付与するアクチュエータ４と、アクチュエータ４に接続され、アクチュエータ４にエネルギを供給するエネルギ源５から矯正装置１を構成し、アクチュエータ４がエネルギ源５からのエネルギを用いて残留変形の発生の向きと逆向きの付加力をフレーム６に付与する。
【選択図】図１

Description

本発明は地震を受け、残留変形が生じた柱・梁のフレームの変形を解消させるために使用され、その後に地震時等に構造物に入力する振動エネルギを吸収するダンパとして使用可能な変形フレームの矯正装置に関するものである。

構造物が地震を受け、柱・梁のフレームが最大変形に到達し、フレームに残留変形が生じた場合、フレームはエネルギ吸収能力の一部を失うことで、その後に受ける地震時に崩壊に至る可能性が高まる問題がある（非特許文献１参照）。

図２は鉄筋コンクリート造フレームの荷重−変形曲線を示すが、フレームの変形は荷重の増加に伴って増大し、ひび割れを経、鉄筋が降伏した時点で荷重の増加がなくなり、フレームは変形し得る終局変形に達した後、耐力が次第に低下し、破断に至る。鉄骨造の場合もひび割れの発生以外、図２と同様の傾向を示す。フレームが終局変形に至ることなく最大変形を生じた時点で、地震が終了した場合には鉄筋の降伏後であることで、荷重が０になったときにフレームには残留変形（塑性変形）が生ずる。

フレームに残留変形が生じた状態では図２中、縦線を入れた領域分（入力エネルギ）のエネルギ吸収能力が失われていることで、フレームに残存しているエネルギ吸収能力は横線を入れた領域分のみになるため、その後に経験する地震により崩壊の危険性を孕むことになる。

残留変形が生じた構造物のフレームの変形を強制的に矯正する方法としては、鉄骨造の場合にフレームを加熱し、冷却することによる部材の収縮を利用する方法があるが（特許文献１参照）、部材の変形を直接的に矯正する方法ではないため、正確に残留変形のない状態に復帰させることは難しいと考えられる。

免震装置を介して地盤（下部構造）に支持された構造物（上部構造）に地震の終了後に生じた地盤との間の水平変位を変位前の原位置に復帰させる方法もあるが（特許文献２、３参照）、これらは下部構造から分離した上部構造に生じた下部構造との間の相対変位（残留変位）を解消させる方法であり、構造物のフレーム自体に生じた残留変形（塑性変形）を解消させる方法ではない。

田中康介他「震災鉄筋コンクリート造建築物の残存耐震性能評価」コンクリート工学年次論文集、Ｖｏｌ２５、Ｎｏ．２、２００３

特開平９−３２３０９号公報（請求項１、段落００１３、００１９〜００２７、図１、図２） 特開２０１０−２６６０４１号公報（請求項１、段落００８３〜００８７、図２、図３） 特開２００３−１５５８４０号公報（請求項１、段落００１７、００２３〜００４５、図１〜図３）

特許文献２では下部構造と上部構造との間に水平に架設された油圧シリンダ（油圧ダンパ）のピストンロッドのシリンダに対する位置が中立位置から外れた状態で停止したときに、ピストンロッドの位置を中立位置に復帰させることにより上部構造の残留変位を解消している（段落００８３）。特許文献３では上部構造に生じている、下部構造に対する相対変位量の大きさに応じ、変位量が減少するよう、ピストンロッドを移動させる操作を繰り返すことにより上部構造の残留変位を解消している（段落００１７、００３０〜００３７）。

特許文献２、３は水平方向の剛性が低い免震装置に支持された上部構造を原位置に復帰させる方法であるため、ピストンロッドの位置を中立位置に復帰させることをすればよく、その操作は特許文献３のように油圧シリンダに圧油の供給源としての油圧タンクを接続し、ピストンを挟んだ両側の油圧室の内、いずれかの油圧室への圧油の供給により行うことが可能である。

この場合、中立位置から外れて停止しているピストンを中立位置に復帰させるだけの圧力をピストンが停止している油圧室側に与えればよく、ピストンを中立位置に戻すのに必要な力としては変形を生じている免震装置を原形に復帰させるだけの大きさがあれば足りる。従って油圧シリンダのいずれかの油圧室に供給される圧油は格別、高圧にされる必要はなく、下部構造と上部構造との間に架設されている油圧シリンダの能力の範囲内で発生する荷重を油圧シリンダに発生させればよいため、ピストンが停止している側の油圧室に圧油を供給し、他方の油圧室から圧油を抜けばよい（特許文献３）。

これに対し、構造物のフレームに生じた残留変形は塑性変形であるため、この残留変形を解消させるには、残留変形量の程度に応じ、フレームに残留変形を与えた荷重に相当する力のフレームへの付与を必要とする場合があるため、フレームに地震時等の減衰力発生の目的で設置される油圧ダンパの本来の能力を発揮させるだけでは足りないことがある。

本発明は上記背景より、フレームに地震時等の減衰力発生の目的で設置される油圧ダンパに、構造物のフレームに生じた残留変形を解消させる能力を付与することを可能にする変形フレームの矯正装置を提案するものである。

請求項１に記載の発明の変形フレームの矯正装置は、構造物において残留変形が生じている柱・梁からなるフレームの上階側に接合される上部剛性要素と、この上部剛性要素との間に水平方向に距離を置いて前記フレームの下階側に接合される下部剛性要素と、前記上部剛性要素と前記下部剛性要素との間に架設され、前記上部剛性要素と前記下部剛性要素に両者が対向する方向の付加力を付与するアクチュエータと、このアクチュエータに接続され、前記アクチュエータにエネルギを供給するエネルギ源とを備え、
前記アクチュエータが前記エネルギ源からのエネルギを用いて前記残留変形の発生の向きと逆向きの前記付加力を前記フレームに付与することを構成要件とする。

フレームの残留変形は層間変形として生じるため、アクチュエータはフレームの上階側に接合される上部剛性要素と、上部剛性要素との間に水平方向に距離を置いてフレームの下階側に接合される下部剛性要素との間に架設される。「上階側」とは、上階の梁、または柱の上階の梁に近い部分を指し、「下階側」とは、下階の梁、または柱の下階の梁に近い部分を指す。剛性要素はフレームに一体化し、剛体として機能する部材であることを言い、剛体として機能すれば、剛性要素の形態は問われず、例えばブレース付きのフレームや壁、ブラケット等がある。請求項１における「構造物において」とは、矯正装置が構造物の内部に配置される場合と外部に配置される場合があることを意味する。

アクチュエータは残留変形の矯正時にフレームの層間変形を解消する方向に力を発生し、平常時の使用状態ではフレームに作用する水平力に対して減衰力を発生することから、フレームには水平に架設されることが合理的であるため、上下の剛性要素はフレーム内で、またはフレームに沿って水平に対向する状態になるように上階側と下階側に突設される。矯正装置はフレーム内に配置される場合と、フレームの構面外にフレームに沿って配置される場合がある。

アクチュエータは残留変形が生じている柱・梁のフレームの変形を矯正し、変形前の状態に復帰させるための付加力をフレームに付与するが、フレームの変形を矯正（解消）した後には地震時等にフレームに層間変形が生じたときに構造物に入力する振動エネルギを吸収するダンパとして機能する。この関係で、アクチュエータは残留変形矯正後に想定される地震時にフレームに作用する水平力を負担しながら減衰力を発生し、フレームが負担すべき水平力を低減させる能力を持てばよい。但し、フレームの残留変形は塑性変形であるから、残留変形を矯正するには変形量の程度に応じ、フレームに残留変形を与えた荷重（外力）以上の力（付加力）を発生する必要があり、この力はダンパとしての使用中のフレームの変形時に発生する減衰力以上になることがある。残留変形量が小さければ、フレームの残留変形を矯正するために要する付加力はダンパとしての機能時に発生する減衰力を下回ることがある。

このようにフレームの残留変形を矯正するために発生すべき付加力はダンパとしての機能時に発生する減衰力を超えるため、残留変形の矯正時にはアクチュエータにはダンパとしての機能時より大きい圧力を発生するためのエネルギが供給される必要がある。この付加力発生のためのエネルギを供給する必要から、フレームの残留変形の矯正の目的でアクチュエータにはエネルギ源が接続される。またアクチュエータにはダンパとしての機能時に発生する減衰力を超える付加力を発生できるだけの能力（寸法等）が与えられる。

アクチュエータがエネルギ源からのエネルギの供給を受ける結果、フレームに残留変形を与えた荷重以上の付加力を発生する能力を持ち得る状態になり、残留変形が生じているフレームの変形を強制的に矯正し、フレームの残留変形を解消させることが可能になる。

エネルギ源はフレームの残留変形の矯正時にのみ、アクチュエータに接続されていればよく、役目を終えた後には回収（撤去）されることもあるが、アクチュエータが残留変形矯正後のダンパとしての機能時にフレームが残留変形を生じる程度の地震を受けることもあるため、アクチュエータには接続状態と非接続状態（遮断状態）とを切り替え自在に接続されたままであることもある。

アクチュエータには主に油圧シリンダ（油圧ダンパ）（請求項２）と電動シリンダ（電磁ダンパ）（請求項５）が使用され、エネルギ源には前者の場合に油圧ポンプが使用され、後者の場合には電源装置が使用される。アクチュエータが油圧シリンダの場合、アクチュエータは、両側の油圧室２３、２４に区画され、圧油が充填されたシリンダと、油圧室２３、２４を区画し、シリンダ内を往復道するピストンを有する。

アクチュエータがフレームの残留変形を矯正する（油圧ダンパとして機能する）ときには、アクチュエータを構成するシリンダのいずれかの油圧室が油圧ポンプから圧油の供給を受けることで、ピストンロッドがシリンダに対して伸長（突出）、もしくは収縮（没入）し、フレームに付加力を付与する。フレーム６が図１−（ａ）に示すようにアクチュエータ４の伸長の向きに残留変形している場合には、アクチュエータ４が収縮することによりフレーム６の残留変形を矯正し、（ｂ）に示すようにアクチュエータ４の収縮の向きに残留変形している場合には、アクチュエータ４が伸長することによりフレーム６の残留変形を矯正する。

フレーム６の残留変形の矯正時、アクチュエータ４はエネルギ源５からのエネルギを用いて上部剛性要素２と下部剛性要素３に付加力（軸方向力）を加え、残留変形状態から上部剛性要素２と下部剛性要素３間距離を縮小させることにより、または拡大させることにより残留変形を解消させる。図１−（ａ）に示すようにフレーム６に層間変形が生じていない中立位置から上部剛性要素２と下部剛性要素３の対向する面間距離が拡大した状態でフレーム６に残留変形が生じている場合には、アクチュエータ４は上部剛性要素２と下部剛性要素３間距離を縮小させる向きの軸方向力を両剛性要素２、３に加え、両剛性要素２、３を互いに引き寄せる。この場合、ピストンロッド４２は下部剛性要素３に接近する向きに移動させられることにより上部剛性要素２を下部剛性要素３に接近させ、フレーム６の層間変形を解消する。

図１−（ｂ）に示すように中立位置から両剛性要素２、３間距離が縮小した状態でフレーム６に残留変形が生じている場合には、アクチュエータ４は両剛性要素２、３間距離を拡大する向きの軸方向力を両剛性要素２、３に加え、両剛性要素２、３を互いに遠ざける。この場合、ピストンロッド４２は上部剛性要素２に接近する向きに移動させられることにより上部剛性要素２を下部剛性要素３から遠ざけ、フレーム６の層間変形を解消する。

アクチュエータ４がフレーム６の残留変形を矯正する際には、アクチュエータ４が油圧シリンダ４０であるか電動シリンダ４００であるかを問わず、アクチュエータ４のロッド（ピストンロッド４２、またはボールねじ４０４）は外力を受けてシリンダ４１（外シリンダ４０１）内を往復動するのではなく、シリンダ４１内に圧油、または電力が供給されることでシリンダ４１内を移動し、フレーム６に付加力を作用させるため、残留変形矯正後のダンパとしての使用時とは異なる挙動を示す。前記のようにアクチュエータ４がフレーム６の残留変形を矯正するときにはダンパとしての使用時に受ける外力より高い圧力（付加力）の発生を必要とすることがあるため、その圧力発生に要するエネルギが供給される必要がある関係で、残留変形の矯正時にアクチュエータ４にエネルギ源５が接続され、エネルギ源５からエネルギ（圧油、または電力）が供給される。

アクチュエータ４が油圧シリンダ４０の場合、油圧シリンダ４０に油圧ポンプ５０から圧油が供給されるときには、シリンダ４１の各油圧室４１ａ、４１ｂ内には油圧ダンパ４０としての使用時に発生する圧力を超える圧力が作用することがあるため、油圧シリンダ４０は油圧ポンプ５０からの圧油の供給を受けて圧力を発生する能力を持つ油圧シリンダ４０として設計される。アクチュエータ４がフレーム６の層間変形を解消した後には油圧ポンプ５０はアクチュエータ４（油圧シリンダ４０）から切り離されるか、非接続状態に切り替わり、アクチュエータ４はその後にフレーム６に作用する水平力によるフレーム６の応答速度等に応じて減衰力を発生するダンパとして機能する。アクチュエータ４から切り離された油圧ポンプ５０は撤去されるか、そのまま接続されながら圧油（エネルギ）の供給が遮断された状態に置かれる。

アクチュエータ４が油圧ダンパとして機能するときには、ピストンロッド４２が上部剛性要素２、もしくは下部剛性要素３から軸方向力を受けてシリンダ４１に対して移動することで、ピストン４３が移動した側の油圧室４１ａ（４１ｂ）内の圧油が他方側の油圧室４１ｂ（４１ａ）内に移動する。

アクチュエータ（油圧ダンパ）４はこの両油圧室４１ａ、４１ｂ間の圧油の移動時に圧油が例えば図示しないオリフィス（開口）を通過するときに生じる抵抗力を減衰力として発生する。このときの圧油の抵抗力はピストン４３が移動した側の油圧室４１ａ（４１ｂ）内に存在する圧油の抵抗力であり、その圧油が存在する油圧室４１ａ（４１ｂ）内の圧力であるが、アクチュエータ４に油圧ダンパとしての設計通りの減衰力を発生させる上で、両油圧室４１ａ、４１ｂ間の流路４４には図４に示すようにピストン４３とシリンダ４１間の相対速度に対応した大きさの圧力（減衰力）をピストン４３が移動した側の油圧室４１ａ（４１ｂ）内に発生させる調圧弁４６が接続される（請求項４）。「ピストン４３とシリンダ４１の相対速度に対応した大きさの圧力」とは、例えばピストン４３とシリンダ４１間の相対速度に比例する関係の、あるいは比例に近い関係になる圧力（減衰力）を言う。

調圧弁４６の両油圧室４１ａ、４１ｂ側には、アクチュエータ４に油圧ポンプ５０が接続した状態（油圧ジャッキ（加力装置）としての使用状態）と、接続が解除された状態（油圧ダンパとしての使用状態）とを切り替える切替弁４８が接続される（請求項４）。切替弁４８は例えば油圧室４１ａ、４１ｂと調圧弁４６との間の流路４４を開放した状態と閉鎖した状態とを切り替えることによりエネルギ源５の接続状態と分離状態（エネルギの供給が遮断された状態）を切り替える。

アクチュエータ４が電動シリンダ４００の場合には、アクチュエータ４は例えば図６に示すように外管となる外シリンダ４０１と、外シリンダ４０１に対して軸方向に相対移動自在に挿通する内シリンダ４０２と、内シリンダ４０２の外シリンダ４０１側の端部に固定されたボールナット４０３と、外シリンダ４０１内に回転自在に配置され、ボールナット４０３に螺合した、雄ねじの切られたボールねじ４０４と、ボールねじ４０４に接続され、ボールねじ４０４と共に回転する直流モータ４０５とを備えた構造を持つ（請求項６）。

アクチュエータ４（電動シリンダ４００）がダンパとして機能するときには、内シリンダ４０２が外力を受けて外シリンダ４０１に対して軸方向に相対移動することで、内シリンダ４０１の直線運動がボールナット４０３を介してボールねじ４０４の回転運動に変換され、ボールねじ４０４の回転によって直流モータ４０５が回転し、電気抵抗を抵抗力（減衰力）として発生する。この直流モータ４０５が発生する抵抗力がフレーム６の残留変形を矯正した後、ダンパとしての使用時における減衰力になり、ボールねじ４０４の回転に制動を掛け、内シリンダ４０１の直線運動を減衰させる。アクチュエータ４をダンパとして使用しているときには、直流モータ４０５がボールねじ４０４の回転に伴って回転し、自ら発電機として機能するため、直流モータ４０５には電力を供給するための電源を接続する必要はない。

アクチュエータ４（電動シリンダ４００）がフレーム６の残留変形を矯正する（加力装置（ジャッキ）として機能する）ときには、直流モータ４０５が回転することで、内シリンダ４０２を直線運動させる必要があるため、直流モータ４０５には電力を供給するための電源装置が接続される。直流モータ４０５は印加される電圧に応じた回転数で回転することで、ボールねじ４０４を回転させる。ボールねじ４０４の回転に伴い、ボールナット４０３がボールねじ４０４の軸方向に直線運動し、内シリンダ４０２が外シリンダ４０１に対して軸方向に相対移動する結果としてフレーム６に軸方向力（付加力）を付与し、フレーム６の残留変形を矯正する。

フレーム６の残留変形の矯正時にアクチュエータ４に電力を供給する電源装置５は残留変形の矯正後には切り離されるか、エネルギの供給が遮断された状態に切り替えられる。この電源装置の切り替えは例えばリレーによって行われる。

アクチュエータ４を含む矯正装置１はフレーム６内に、もしくはフレーム６に添って架設されることから、矯正装置１の剛性はフレーム６の剛性に並列に付加される関係にある。アクチュエータ４が付加力を発生し、残留変形しているフレーム６を矯正するときに、アクチュエータ６を除く矯正装置１（上下の剛性要素２、３）の剛性が小さいければ、アクチュエータ４の付加力がフレーム６に伝達されにくくなるため、アクチュエータ４を除く矯正装置１（上下の剛性要素２、３）の剛性が大きい程、アクチュエータ４の付加力が有効にフレーム６に伝達されることになる。

またアクチュエータ４自体の剛性はストロークが大きい程、小さくなるから、ストロークが小さい程、アクチュエータ４の剛性が高められ、残留変形を生じているフレーム６の矯正時の付加力のフレーム６への伝達効果が高い。ここで、例えばアクチュエータ４のストロークを２ｃｍにしたい場合に、フレーム６に１ｃｍの残留変形が生じている場合、この１ｃｍの残留変形を解消させるためにアクチュエータ４のストロークを３ｃｍに設定し直すとすれば、アクチュエータ４の剛性はストロークが２ｃｍの場合の２／３に低下することになり、アクチュエータ４からフレーム６に付与する付加力の伝達効果が失われることになる。

このような場合に、図５に示すようにアクチュエータ４が付加力を発生する前の初期状態で、ピストン４３の中心がシリンダ４１の中立位置からフレーム６の残留変形量分（例えば１ｃｍ）、シリンダ４１の端部側へ寄った（オフセットした）位置に配置されていれば（請求項３）、アクチュエータ４の剛性を低下させることなく、フレーム６の残留変形を解消させることが可能になる。この場合、フレーム６の残留変形を解消する目的でアクチュエータ４のストロークを増すことを要しないため、ストローク増によるアクチュエータ４の剛性低下を招くことはない。ピストン４３は油圧ポンプ５０からの圧油を受けて移動することによりフレーム６の残留変形を矯正するから、「シリンダ４１の端部側へ寄った位置」とは、図１−（ａ）、（ｂ）に示すように「フレーム６の残留変形が生じている側の、シリンダ４１の中立位置からシリンダ４１の端部側へ寄った位置」である。

例えばピストン４３のストロークが２ｃｍの場合に、フレーム６に１ｃｍの残留変形量が生じている場合、アクチュエータ４の初期状態でピストン４３の中心がシリンダ４１の中立位置から１ｃｍ、シリンダ４１の端部側へ寄った位置にあることで、フレーム６の残留変形の矯正時にはピストン４３は２ｃｍまでストロークすることが可能な状態にある。

アクチュエータ４の剛性が十分に高ければ、１ｃｍのフレーム６の残留変形を解消するために必要なピストン４３のストロークは１ｃｍで足りるが、後述のようにフレーム６にひび割れが生じている場合のように、フレーム６の残留変形を解消するためのストロークを超えてピストン４３をストロークさせることが適切な場合にも、初期状態で２ｃｍのストロークが可能な状態にあることで、ひび割れを閉じながらフレーム６の残留変形を解消することが可能である。このように残留変形分のストロークで足りる場合も、足りない場合も、初期状態でピストン４３の中心が中立位置から端部側へ寄った位置にあることで、アクチュエータ４の剛性を低下させることなく、フレーム６の残留変形を解消することが可能である。

アクチュエータ４が層間変形を生じているフレーム６の残留変形を矯正するときには、図２中、直線ａに沿ってフレーム６を変形前の状態に復帰させ、フレーム６の変形量を０にするだけでは例えばフレーム６が鉄骨コンクリート造である場合のいずれかの部分に生じているひび割れを閉じることができないことがある。フレーム６が鉄筋コンクリート造の場合のように、フレーム６の残留変形にコンクリートのひび割れが伴っている場合には、ピストン４３がフレーム６の残留変形を０に復帰させるためのストロークをするだけでは足りないことがある。その場合には図３に示すようにフレーム６の変形量を０にした後、そのままフレーム６を残留変形の発生の向きと逆向きに変形させた後に、変形量を０にする操作をすることが有効であり、そのためにフレーム６の残留変形が０の状態を超えてピストン４３をストロークさせ、残留変形の発生と逆向きにフレーム６を変形させることが行われる。

残留変形の発生と逆向きにフレーム６を変形させることで、コンクリートに生じているひび割れを強制的に閉じることが可能になり、その後、図３に示すように正負の変形を交互に繰り返すことで変形と荷重を完全に除去することが可能になる。この結果、図２に直線ｂで示す挙動をフレーム６に与えることになり、フレーム６の変形（歪み）と共に、内部応力も除去されることになる。

フレームの上階側に接合された上部剛性要素と、フレームの下階側に接合された下部剛性要素との間にアクチュエータを架設し、エネルギ源からのエネルギを用いてアクチュエータからフレームに残留変形の発生の向きと逆向きの、フレームに残留変形を与えた荷重以上の付加力を付与することを可能にするため、残留変形が生じているフレームの変形を強制的に矯正し、残留変形を解消させることができる。

（ａ）は上部剛性要素と下部剛性要素が互いに遠ざかる向きにフレームに残留変形が生じた場合のアクチュエータによる残留変形の矯正時の様子を示した立面図、（ｂ）は上部剛性要素と下部剛性要素が互いに接近する向きにフレームに残留変形が生じた場合のアクチュエータによる残留変形の矯正時の様子を示した立面図である。 鉄筋コンクリート造のフレームが外力を受けて残留変形が生じるまでの荷重−変形曲線を示したグラフである。 鉄筋コンクリート造のフレームに生じているひび割れを閉じながら、残留変形を矯正するときの荷重−変形曲線を示したグラフである。 アクチュエータが油圧シリンダである場合の油圧シリンダの構成例を示した概要図である。 ピストンの中心をシリンダの中心（中立位置）からフレームの残留変形量分、シリンダの端部側（フレームの残留変形の発生側）へ寄った位置に配置した状態からピストンを移動させ、フレームの残留変形を矯正する場合のシリンダ内のピストンの初期状態を示した油圧シリンダの概要図である。 アクチュエータが電動シリンダである場合の電動シリンダの構成例を示した概要図である。

図１−（ａ）、（ｂ）は構造物において残留変形が生じている柱７と梁８からなるフレーム６の上階側に接合される上部剛性要素２と、上部剛性要素２との間に水平方向に距離を置いてフレーム６の下階側に接合される下部剛性要素３と、上部剛性要素２と下部剛性要素３との間に架設され、上部剛性要素２と下部剛性要素３に両者が対向する方向の付加力を付与するアクチュエータ４と、アクチュエータ４に接続され、アクチュエータ４にエネルギを供給するエネルギ源５とを備えた矯正装置１の設置例を示す。アクチュエータ４はエネルギ源５からのエネルギを用いて残留変形の発生の向きと逆向きの付加力をフレーム６に付与する。

図１−（ａ）、（ｂ）はまた、アクチュエータ４が油圧シリンダ４０であり、エネルギ源５が油圧ポンプ５０である場合の例を示している。この場合、アクチュエータ４の本体を構成するシリンダ４１の内部が、シリンダ４１内を往復動するピストンロッド４２のピストン４３によって油圧室４１ａ、４１ｂに区画され、各油圧室４１ａ、４１ｂ内に圧油が充填されている。ピストンロッド４２はいずれか一方の油圧室４１ａ（４１ｂ）内へ油圧ポンプ５０から圧油が供給されることにより他方の油圧室４１ｂ（４１ａ）側へ移動し、シリンダ４１に対して伸長（突出）することにより両剛性要素２、３を互いに遠ざけ、または収縮（没入）することにより両剛性要素２、３を互いに引き寄せ、各図に二点鎖線で示すようにフレーム６に生じている残留変形を矯正（解消）する。

上部剛性要素２はフレーム６の上階側の梁８、もしくは上階寄りの柱７に接合され、下部剛性要素３はフレーム６の下階側の梁８、もしくは下階寄りの柱７に接合される。上部剛性要素２は上階側の梁８と上階寄りの柱７に跨る場合もあり、下部剛性要素３は下階側の梁８と下階寄りの柱７に跨る場合もある。

上部剛性要素２と下部剛性要素３はアクチュエータ４の端部からアクチュエータ４が発生する付加力を受け、フレーム６に伝達できる能力を持てば、形態と形状は問われない。また上部剛性要素２と下部剛性要素３は対になった状態で、水平に架設されるアクチュエータ４を支持でき、アクチュエータ４からの軸方向力をフレーム６に伝達できる大きさを持てばよく、必ずしも上部剛性要素２と下部剛性要素３が共に同一形状で、同一寸法である必要はない。

図１−（ａ）は上部剛性要素２と下部剛性要素３間の距離が拡大する向きにフレーム６が層間変形した状態で残留変形を起こしたときの様子を、（ｂ）は上部剛性要素２と下部剛性要素３間の距離が縮小する向きにフレーム６が層間変形した状態で残留変形を起こしたときの様子を示している。図１−（ａ）の例では対向する上部剛性要素２と下部剛性要素３間距離が縮小する向きに両剛性要素２、３を互いに引き寄せる必要があるため、アクチュエータ４のピストンロッド４２は収縮し、（ｂ）の例では上部剛性要素２と下部剛性要素３を互いに遠ざける必要があるため、ピストンロッド４２は伸長する。

図１−（ａ）における上部剛性要素２と下部剛性要素３をアクチュエータ４に関して水平方向に入れ替えた状態は図１−（ｂ）であり、フレーム６には両剛性要素２、３間距離が縮小する向きに残留変形を生じた状態になる。また図１−（ａ）における上部剛性要素２と下部剛性要素３の上下を入れ替えた状態も図１−（ｂ）になる。

アクチュエータ４が油圧シリンダ４０である場合、油圧ジャッキとしての使用時には各油圧室４１ａ、４１ｂに油圧ポンプ５０が接続され、アクチュエータ４によるフレーム６の残留変形の矯正時に油圧ポンプ５０からいずれかの油圧室４１ａ（４１ｂ）に圧油が供給される。ピストン４３は圧油が供給された油圧室４１ａ（４１ｂ）の反対側へ移動し、その側に接続された上部剛性要素２、もしくは下部剛性要素３を押し、または移動の反対側の上部剛性要素２、もしくは下部剛性要素３を引き寄せる。各油圧室４１ａ、４１ｂには図４に示すように油圧ポンプ５０から送られる高圧の圧油を各油圧室４１ａ、４１ｂに流入させるための高圧カプラー４５が接続される。

図１−（ａ）に示すようにフレーム６に、水平方向に対向する上部剛性要素２と下部剛性要素３間の距離が拡大する向きに残留変形が生じている場合には、両油圧室４１ａ、４１ｂの内、上部剛性要素２側の油圧室４１ｂ（４１ａ）に油圧ポンプ５０から圧油が供給され、供給分の圧油が下部剛性要素３側の油圧室４１ａ（４１ｂ）から排出されることによりピストンロッド４２が上部剛性要素２を下部剛性要素３側へ引き寄せ、二点鎖線で示すようにフレーム６の残留変形が矯正される。（ｂ）に示すようにフレーム６に、上部剛性要素２と下部剛性要素３間の距離が縮小する向きに残留変形が生じている場合には、下部剛性要素３側の油圧室４１ａ（４１ｂ）に油圧ポンプ５０から圧油が供給され、供給分の圧油が上部剛性要素２側の油圧室４１ｂ（４１ａ）から排出されることによりピストンロッド４２が上部剛性要素２を下部剛性要素３の反対側へ押し出し、二点鎖線で示すようにフレーム６の残留変形が矯正される。

アクチュエータ４が油圧ジャッキとして使用された後、油圧ダンパとして使用されることに備え、両油圧室４１ａ、４１ｂには各油圧室４１ａ、４１ｂ間に圧油の移動を生じさせる流路４４が接続される。流路４４の中間部には、地震時等に上部剛性要素２、もしくは下部剛性要素３からピストンロッド４２に作用する軸方向力によりピストン４３が油圧室４４、４５間を移動するときの、移動した側の油圧室４１ｂ（４１ａ）内の圧力を調整する調圧弁４６が接続される。調圧弁４６は例えばピストン４３が移動した側の油圧室４１ｂ（４１ａ）内の圧力がピストン４３とシリンダ４１間の相対速度に比例するか、比例に近い関係等、ピストン４３とシリンダ４１間の相対速度に対応した大きさの圧力を発生させるように調整し、油圧シリンダ４０に油圧ダンパとして最適な減衰力を発生させる働きをする。

調圧弁４６には各油圧室４１ａ、４１ｂからの圧油が調圧弁４６を経由するよう、各油圧室４１ａ、４１ｂにつながれた流路４４が接続されるが、各流路４４の調圧弁４６の手前（上流）には他方の油圧室４１ｂ、４１ａへの圧油の流入を阻止する逆止弁４７が接続される。調圧弁４６の手前（上流）にはまた、油圧室４１ａ、４１ｂに油圧ポンプ５０が接続されている状態で、油圧ポンプ５０からの高圧の圧油が油圧室４１ａ、４１ｂへ供給されるときに、その圧油が調圧弁４６に流れることを阻止する絞り弁（ニードル弁）等の切替弁４８が接続される。

アクチュエータ４が油圧ダンパとして使用されている状態で、ピストンロッド４２に上部剛性要素２、または下部剛性要素３から外力が作用し、ピストン４３がいずれかの向きに移動したとき、ピストン４３が移動した側の油圧室４１ａ（４１ｂ）からの圧油は流路４４を通じ、調圧弁４６を経由して圧力が調整された状態で他方側の油圧室４１ｂ（４１ａ）に流れ込む。流路４４には圧油の膨張があったときの膨張分を吸収し、収縮があったときの収縮分を放出し、油圧室４１ａ、４１ｂ内の圧力の変動を防止するアキュムレータ４９が接続される。

切替弁４８は閉鎖状態で油圧ポンプ５０からの圧油の、調圧弁４６への流入を阻止し、開放状態で油圧室４１ａ、４１ｂからの圧油の調圧弁４６への流入を自由にする。但し、切替弁４８が調圧弁４６の手前に接続される場合に、油圧ポンプ５０が接続されたままの状態にある場合には、油圧ポンプ５０からの圧油が流路４４への流入する危険性があるため、調圧弁４６への流入を自由にするときには、安全のために油圧ポンプ５０は高圧カプラー４５から取り外されることが望ましい。

図５はピストンロッド４２が外力を受けてシリンダ４１内をピストン４３が移動する前の初期状態で、ピストン４３の中心をシリンダ４１の中心（中立位置）からフレーム６の残留変形分、シリンダ４１の端部側へ寄った（オフセット）位置に配置した場合のピストン４３とシリンダ４１の関係を示す。ピストン４３は図５のオフセットした状態から、シリンダ４１の中立位置側へ移動することにより残留変形を生じているフレーム６の変形を矯正するため、ピストン４３は図１−（ａ）、（ｂ）に示すようにフレーム６の残留変形の発生側にオフセットした状態が初期状態になる。

ピストン４３は図５のオフセット状態からシリンダ４１の中立位置を越えて反対側の端部側へ移動することによりフレーム６の残留変形を解消するが、シリンダ４１内に確保されたピストン４３のストロークを最大限に活用することで、残留変形の矯正のためにシリンダ４１のストロークを拡大する必要がないため、ストロークを拡大することによる油圧シリンダ４０としての剛性が低下することはない。

図６はアクチュエータ４が電動シリンダ４００である場合の電動シリンダ４００の構成例を示す。ここに示すように電動シリンダ４００は外シリンダ４０１と、外シリンダ４０１に対して軸方向に相対移動自在に、外シリンダ４０１内に挿通する内シリンダ４０２と、内シリンダ４０２の外シリンダ４０１側の端部に固定されたボールナット４０３と、外シリンダ４０１内に軸回りに回転自在に配置され、ボールナット４０３に螺合したボールねじ４０４と、ボールねじ４０４の、外シリンダ４０１の端部側に接続され、ボールねじ４０４と共に回転する直流モータ４０５を備える。

電動シリンダ４００がジャッキとして使用されるときには、直流モータ４０５に図示しない電源装置から電力が供給され（電圧が印加され）、回転することで、同時にボールねじ４０４が回転する。ボールねじ４０４の回転に伴い、ボールねじ４０４の外周に螺合しているボールナット４０３がボールねじ４０４の軸方向に直線運動し、ボールナット４０３に一体化している内シリンダ４０２が外シリンダ４０１に対して軸方向に相対移動（直線運動）する。内シリンダ４０２の外シリンダ４０１に対する相対移動により内シリンダ４０２の端部からフレーム６（上部剛性要素２、または下部剛性要素３）に付加力が作用する。

電動シリンダ４００がダンパとして使用されるときには、内シリンダ４０２が上部剛性要素２、または下部剛性要素３から電動シリンダ４００の軸方向に軸方向力を受けることで、外シリンダ４０１に対して軸方向に相対移動（直線運動）し、内シリンダ４０２の外シリンダ４０１側に固定されているボールナット４０３がそれに螺合しているボールねじ４０４を回転させる。ボールねじ４０４の回転によりボールねじ４０４に接続されている直流モータ４０５が回転し、回転と同時に抵抗力を発生する。この抵抗力はボールねじ４０４の回転を抑制する制動力になるため、ボールねじ４０４の回転が抑制され、同時に内シリンダ４０２の直線運動が抑制され、上部剛性要素２と下部剛性要素３間の相対移動が減衰させられる。

１……矯正装置、
２……上部剛性要素、３……下部剛性要素、
４……アクチュエータ、
４０……油圧シリンダ、４１……シリンダ、４１ａ、４１ｂ……油圧室、４２……ピストンロッド、４３……ピストン、４４……流路、４５……高圧カプラー、４６……調圧弁、４７……逆止弁、４８……切替弁、４９……アキュムレータ、
４００……電動シリンダ、４０１……外シリンダ、４０２……内シリンダ、４０３……ボールナット、４０４……ボールねじ、４０５……直流モータ、
５……エネルギ源、５０……油圧ポンプ、
６……フレーム、７……柱、８……梁。

Claims (6)

1. 構造物において残留変形が生じている柱・梁からなるフレームの上階側に接合される上部剛性要素と、この上部剛性要素との間に水平方向に距離を置いて前記フレームの下階側に接合される下部剛性要素と、前記上部剛性要素と前記下部剛性要素との間に架設され、前記上部剛性要素と前記下部剛性要素に両者が対向する方向の付加力を付与するアクチュエータと、このアクチュエータに接続され、前記アクチュエータにエネルギを供給するエネルギ源とを備え、
   前記アクチュエータが前記エネルギ源からのエネルギを用いて前記残留変形の発生の向きと逆向きの前記付加力を前記フレームに付与することを特徴とする変形フレームの矯正装置。
2. 前記アクチュエータは、両側の油圧室に区画され、圧油が充填されたシリンダと、前記油圧室を区画し、前記シリンダ内を往復道するピストンを有する油圧シリンダであり、前記エネルギ源は油圧ポンプであることを特徴とする請求項１に記載の変形フレームの矯正装置。
3. 前記付加力の発生前の状態で、前記ピストンの中心は前記シリンダの中立位置から前記フレームの残留変形量分、前記シリンダの端部側へ寄った位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の変形フレームの矯正装置。
4. 前記両油圧室間に、前記ピストンのいずれか一方の油圧室への移動時に、その移動した側の油圧室内に、前記ピストンと前記シリンダ間の相対速度に対応した大きさの圧力を発生させる調圧弁が接続され、この調圧弁の前記両油圧室側に、前記アクチュエータに前記エネルギ源が接続した状態と解除された状態とを切り替える切替弁が接続されていることを特徴とする請求項２、もしくは請求項３に記載の変形フレームの矯正装置。
5. 前記アクチュエータは電動シリンダであり、前記エネルギ源は電源装置であることを特徴とする請求項１に記載の変形フレームの矯正装置。
6. 前記電動シリンダは外シリンダと、この外シリンダに対して軸方向に相対移動自在に挿通する内シリンダと、この内シリンダの前記外シリンダ側の端部に固定されたボールナットと、前記外シリンダ内に回転自在に配置され、前記ボールナットに螺合したボールねじと、このボールねじに接続され、前記ボールねじと共に回転する直流モータとを備えていることを特徴とする請求項５に記載の変形フレームの矯正装置。
   

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