JP2015218548A - Fitting structure of elasto-plastic damper to existing structural member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は既存の構造部材に、面内方向のせん断力を受けてせん断変形する弾塑性ダンパーを付加し、弾塑性ダンパーに振動エネルギを吸収させる既存構造部材への弾塑性ダンパーの取付構造に関するものである。 The present invention relates to a structure for attaching an elastic-plastic damper to an existing structural member by adding an elastic-plastic damper that undergoes shear deformation by receiving an in-plane shearing force to an existing structural member, and absorbing vibration energy by the elastic-plastic damper. It is.
既存の構造部材に振動エネルギの吸収能力を持たせるために、せん断変形型の弾塑性ダンパーを構造部材に付加する場合、構造部材が降伏する以前に弾塑性ダンパーを優先的に降伏させるために、構造部材は軸方向の一部において分断され、その分断された構造部材間に跨って弾塑性ダンパーが設置されることになる(特許文献1、2参照)。
In order to give an existing structural member the ability to absorb vibration energy, when a shear deformation type elastic-plastic damper is added to the structural member, in order to preferentially yield the elastic-plastic damper before the structural member yields, The structural member is divided at a part in the axial direction, and an elastoplastic damper is installed between the divided structural members (see
この場合、既存構造部材としての例えば梁は軸方向に2本の構成部材に分離し、各構成部材はそれが接続する主構造部材としての柱から片持ち梁式に張り出しながら、弾塑性ダンパーを介して連結された状態になるため、見かけ上、並列する柱(主構造部材)と構成部材は柱・梁のフレームを構成する。 In this case, for example, the beam as an existing structural member is separated into two structural members in the axial direction, and each structural member projects in a cantilever manner from a column as a main structural member to which it is connected, and an elastic-plastic damper is attached. As a result, the columns (main structural members) and the constituent members arranged in parallel form a pillar / beam frame.
このフレームの構面内に水平力が作用し、並列する柱間に相対変形が生じたときには、各構成部材はそれぞれの柱に垂直に接続した状態を保とうとする一方、両構成部材を互いに連結している弾塑性ダンパーが両構成部材を互いに引き寄せようとするため、各構成部材には成方向に曲げモーメントが作用する。この結果、構成部材の柱との接合部寄りの曲げモーメントが最大になるため、弾塑性ダンパーの降伏耐力の程度によっては構成部材の柱との接合部寄りの部分が弾塑性ダンパーに先行して降伏する可能性があり、その場合、弾塑性ダンパーは降伏によるエネルギ吸収能力を十分に発揮することができない。 When a horizontal force acts on the frame surface and relative deformation occurs between the parallel columns, each component tries to keep a vertical connection to each column while the components are connected to each other. Since the elasto-plastic damper is trying to draw both components together, a bending moment acts on each component in the forming direction. As a result, since the bending moment of the structural member near the joint with the column is maximized, depending on the yield strength of the elastic-plastic damper, the portion of the structural member near the joint precedes the elastic-plastic damper. In such a case, the elasto-plastic damper cannot sufficiently exhibit the energy absorption capability due to the yield.
また各構成部材の断面形状(成(高さ))が全長に亘って一様である場合には、並列する柱間の相対変形時に曲げモーメントが最大になる構成部材と柱との接合部付近に変形と損傷が集中し、この接合部付近が降伏する可能性があるため、仮に弾塑性ダンパーが降伏することができたとしても、弾塑性ダンパーのエネルギ吸収能力が十分に発揮されなくなることが想定される。 If the cross-sectional shape (composition (height)) of each component is uniform over the entire length, the vicinity of the joint between the component and the column where the bending moment is maximized during relative deformation between the columns in parallel Since deformation and damage concentrate on the joint, and the vicinity of this joint may yield, even if the elastic-plastic damper can yield, the energy absorption capacity of the elastic-plastic damper may not be fully demonstrated. is assumed.
前記のように構成部材の断面が全長に亘って一様で、構成部材と柱との接合部付近における降伏が弾塑性ダンパーの降伏に先行して発生した場合、構成部材の柱との接合部付近以外の区間は曲げモーメントに対して余力を持っており、曲げモーメントを負担する結果として降伏に至ることはないため、構成部材が弾塑性ダンパーと共に振動エネルギ吸収の機能を果たすことはない。このことは、構造部材が構成部材に分断されなければ本来、発揮し得る塑性変形能力を喪失した使用状態にあるとも言える。 When the cross-section of the component member is uniform over the entire length as described above and the yield in the vicinity of the junction between the component member and the column occurs prior to the yield of the elastic-plastic damper, the junction with the column of the component member Since the section other than the vicinity has a surplus force with respect to the bending moment and does not yield as a result of bearing the bending moment, the constituent member does not perform the function of absorbing vibration energy together with the elastic-plastic damper. This can be said to be in a use state in which the plastic deformation ability that can be originally exhibited is lost unless the structural member is divided into constituent members.
本発明は上記背景より、構造部材が既存の場合に、塑性変形能力を発揮し得る状態で弾塑性ダンパーを構造部材に付加する既存構造部材への弾塑性ダンパーの取付構造を提案するものである。 In view of the above background, the present invention proposes a structure for attaching an elastic-plastic damper to an existing structural member in which an elastic-plastic damper is added to the structural member in a state where the plastic deformation ability can be exhibited when the structural member is already present. .
請求項1に記載の発明の既存構造部材への弾塑性ダンパーの取付構造は、並列する主構造部材間に架設され、前記主構造部材を含む構面の面内方向にせん断変形し得る既存構造部材に弾塑性ダンパーを付加する弾塑性ダンパーの取付構造であり、
前記既存構造部材をせん断変形させるせん断力の作用面に直交する方向に、前記既存構造部材に沿って複数本の補強部材が軸方向に互いに距離を置いて配置され、軸方向の両側に位置する前記補強部材が前記各主構造部材に接合され、
この互いに分離した補強部材間に面内方向のせん断力を負担してせん断降伏し得る塑性変形部を有する弾塑性ダンパーが跨って設置され、
前記既存構造部材の軸方向の端部を除く一部区間が成方向の一部を残して除去されていることを構成要件とする。
The structure for attaching an elastic-plastic damper to an existing structural member according to
A plurality of reinforcing members are arranged along the existing structural member at a distance from each other in the axial direction in a direction perpendicular to the acting surface of the shearing force that shears and deforms the existing structural member, and are located on both sides in the axial direction. The reinforcing member is joined to each main structural member,
An elastic-plastic damper having a plastically deformable portion that can bear a shearing force in the in-plane direction between the reinforcing members separated from each other and can yield a shear,
It is a constituent requirement that a part of the existing structural member except for the end in the axial direction is removed leaving a part in the forming direction.
主構造部材は主に柱、梁等を指し、主構造部材を含む構面は例えば柱・梁からなるフレームの構面を言う。主構造部材は距離を置いて並列していればよいため、隣接する構造物の端部に位置する柱の他、杭の場合もある。図1、図5−(a)に示すように主構造部材1、1が柱の場合、既存構造部材3は梁であり、図5−(b)に示すように主構造部材1、1が梁の場合には既存構造部材3は間柱、耐震壁、ブレース等である。主構造部材1が隣接する構造物の柱の場合、既存構造部材3は各構造物の隣接する構造物側に位置する柱から張り出す梁になる。主構造部材1が杭の場合、既存構造部材3は杭をつなぐ基礎梁になる。但し、主構造部材1と既存構造部材3はこれらには限定されない。
The main structural member mainly refers to a column, a beam, and the like, and the structural surface including the main structural member refers to, for example, a structural surface of a frame including columns and beams. Since the main structural members only need to be arranged in parallel at a distance, the main structural members may be piles in addition to the columns located at the ends of the adjacent structures. When the main
図5−(c)に示すように主構造部材1を構成する柱、または梁を含むフレーム2内にブレースが架設され、ブレースがフレーム2を構成する柱、もしくは梁、または柱・梁の接合部のいずれかの部分に接合される場合、ブレースとフレーム2との間には両者が互いに接合されるためのブラケット等が設置されるが、このブレースとフレーム2とに跨って双方に接合されるブラケットが既存構造部材3になることもある。この場合、ブラケットはブレースとフレーム2に跨って連続するため、ブレースが、並列する主構造部材1、1の内の一方の主構造部材1になり、フレーム2(梁、または柱)が他方の主構造部材1になる。
As shown in FIG. 5- (c), braces are erected in a
弾塑性ダンパー5は面内方向にせん断力を受けてせん断変形する、あるいは曲げ変形を伴いながらせん断変形するせん断変形型のダンパーであり、ダンパー全体の内、中央部に位置する板状、あるいは棒状(線状)等の領域である塑性変形部51がせん断変形する。図面では塑性変形部51を、せん断力を受けたときのせん断力による曲げモーメント分布に対応した形状に形成しているが、塑性変形部51の形状は任意である。
The
弾塑性ダンパー5はその面内のせん断力作用方向に垂直な方向の両側部分(接合部52、52)において互いに分離している補強部材4、4に剛に接合されることで、両側部分に挟まれた中間部の塑性変形部51が補強部材4、4間の相対変位に伴って面内方向のせん断力を受けたときにせん断変形し、あるいは曲げ変形を伴いながらせん断変形し、せん断降伏、もしくは曲げ降伏することにより振動エネルギを吸収する。
The
複数本の補強部材4、4は材軸を既存構造部材3の材軸に平行にした状態で、図1〜図3に示すように既存構造部材3に沿い、軸方向に互いに距離を置きながら配置され、軸方向の両側に位置する補強部材4、4が主構造部材1、1側の端部において主構造部材1に剛に接合される。軸方向に距離を置いて隣接する補強部材4、4は両者間に弾塑性ダンパー5が跨って設置され、接合されることにより連結され、主構造部材1、1間で連続する。弾塑性ダンパー5は補強部材4、4の幅方向の片面、もしくは図3に示すように両面に配置される。
The plurality of reinforcing
図1〜図3は隣接する主構造部材1、1間に配置される補強部材4、4が2本の場合の例を示しているが、2本の場合、各補強部材4は主構造部材1側の端部において主構造部材1に接合され、反対(補強部材4)側の端部において隣接する補強部材4に弾塑性ダンパー5を介して連結される。軸方向に隣接する補強部材4、4間には弾塑性ダンパー5の設置分の距離が確保される。弾塑性ダンパー5はその接合部52において補強部材4に接合されるため、隣接する補強部材4、4間に確保される距離は弾塑性ダンパー5の塑性変形部51の、補強部材4の軸方向に見たときの長さ程度の大きさになる。既存構造部材3に沿って配置される複数本の補強部材4の本数は図6に示すように3本以上であることもある。
1 to 3 show an example in which there are two reinforcing
主構造部材1、1間に3本以上の補強部材4が架設される場合には、軸方向の中間部側に位置する補強部材4の端部とそれに隣接する補強部材4の端部との間に弾塑性ダンパー5が跨設される。請求項1における「既存構造部材をせん断変形させるせん断力の作用面に直交する方向」とは、せん断力の作用方向を含む面内に直交する方向を指し、並列する主構造部材1、1を含むフレーム2の構面外方向であり、例えば梁の幅方向になる。
When three or more reinforcing
また請求項1における「既存構造部材に沿って配置される」とは、補強部材4がせん断力及び曲げモーメントの作用方向である既存構造部材3の成方向(高さ方向)に直交する幅方向に距離を置き、既存構造部材3と並列して配置されることを言い、既存構造部材3の幅方向は「既存構造部材をせん断変形させるせん断力の作用面に直交する方向」でもある。以下では補強部材4が既存構造部材3に沿って配置されることを併設と言う。
Further, in the first aspect, “arranged along the existing structural member” means that the reinforcing
補強部材4は既存構造部材3の幅方向の少なくとも片側に配置される。弾塑性ダンパー5を既存構造部材3のウェブに関して均等に配置する場合等には、補強部材4は既存構造部材3の幅方向両側に配置される。「既存構造部材の成方向」は既存構造部材3へのせん断力の作用方向であり、並列する主構造部材1、1を含む構面(フレーム2)の面内方向でもあるから、既存構造部材3の幅方向は構面外方向になる。
The reinforcing
軸方向に距離を置きながら配置される複数本の補強部材4、4の互いに対向する側の端部間に弾塑性ダンパー5が跨って設置され、各補強部材4の端部に直接、もしくは間接的に接合される。「間接的に接合」とは、弾塑性ダンパー5の接合部52を補強部材4に接合するための専用の部材を両者間に介在させることを言う。各補強部材4への弾塑性ダンパー5の接合によって両補強部材4、4は互いに連結され、連続する。弾塑性ダンパー5は塑性変形部51のせん断力作用方向に垂直な方向の両側に位置する接合部52において各補強部材4に接合される。それぞれの接合は主にボルト、もしくは溶接による。
An elastic-
複数本の補強部材4、4の内、主構造部材1寄りに位置する補強部材4は主構造部材1側の端部において主構造部材1に剛に接合されることで、主構造部材1を含むフレーム2の構面内で両主構造部材1、1間に相対変形が生じたときに主構造部材1に追従しようとする。並列する主構造部材1、1に接合された補強部材4、4が各主構造部材1の変形に追従することで、隣接する補強部材4、4間の弾塑性ダンパー5にせん断力を負担させ、弾塑性ダンパー5の塑性変形部51をせん断変形させる。
Of the plurality of reinforcing
既存構造部材3は軸方向の端部を除く一部区間31において成方向の一部を残して除去されることで、その一部区間31の降伏耐力が低下させられるため、その一部区間31においては両主構造部材1、1間の相対変形時に既存構造部材3の除去部分32を除いた残存部分が塑性変形部33としてせん断力を受けて降伏し得、塑性変形能力を発揮可能になる。以下では「一部区間31」は軸方向の端部を除く区間を言う。
Since the existing
既存構造部材3に塑性変形能力を発揮させる関係で、既存構造部材3には主に鋼材(鉄骨)が使用されるが、必ずしも鋼材には限定されない。成方向の一部が除去される一部区間31は他の区間に優先して降伏するよう、原則として後述のように既存構造部材3の全長の内、曲げ応力度が大きい区間に合わせられるが(請求項3)、必ずしも曲げ応力度が大きい区間に合致している必要はない。
A steel material (steel frame) is mainly used for the existing
既存構造部材3の幅方向に補強部材4が併設され、軸方向に距離を置く補強部材4、4間に弾塑性ダンパー5が跨設されることで、既存構造部材3を分断させることなく、軸方向に連続させた1本の構造部材として利用することが可能になる。すなわち、上記のように既存構造部材3の軸方向の一部区間31を降伏させ、既存構造部材3に塑性変形能力を発揮させることが可能になる。
The reinforcing
降伏は既存構造部材3の全長の内、軸方向には曲げ応力度σの大きい箇所に生じることから、長期荷重時の曲げモーメントと短期荷重時の曲げモーメントの合計Mを、既存構造部材3の各区間の断面係数Zで割った大きさ(M/Z=σ)が大きくなる区間になる。曲げ応力度σが大きくなる箇所は一部区間31内に位置し、原則として一部区間31は軸方向に隣接する補強部材4、4間に跨設される弾塑性ダンパー5の設置箇所に対応した区間になるから(請求項3)、主構造部材1、1間に架設される補強部材4の本数、すなわち弾塑性ダンパー5の設置数に応じ、既存構造部材3の全長の内、複数箇所であることもある。曲げ応力度σが大きくなる箇所は既存構造部材3の全長内で曲げ応力度σが最大になる箇所とは限らない。
Yield occurs in a portion where the bending stress degree σ is large in the axial direction in the entire length of the existing
このことから、既存構造部材3のいずれかの区間の断面係数Z(断面二次モーメント)を調整することで、降伏の発生箇所を自由に設定することが可能になり、短期荷重時に曲げモーメントが最大になる既存構造部材3の主構造部材1寄りの端部に応力と変形を集中させることが回避される。「断面係数を調整する」とは、図4に示すように既存構造部材3を幅方向に見たときに、軸方向の区間における除去部分32の領域(面積)の大きさ(幅と高さ)を調整することによりせん断力作用方向の断面積の大きさを調整することを言う。図4では除去部分32をハッチングで示している。
Therefore, by adjusting the section modulus Z (secondary moment of section) of any section of the existing
既存構造部材3の軸方向の一部区間31が成方向の一部を残して除去されることは、除去部分32を有する一部区間31の断面二次モーメント(断面係数)が主構造部材1寄りの端部の断面二次モーメントより小さくなることで、既存構造部材3が長期荷重時の曲げモーメントと短期荷重時の曲げモーメントを負担したときの一部区間31の曲げ応力度が端部の曲げ応力度より大きくなる意味がある。結果として既存構造部材3の軸方向の端部に応力と変形が集中することがなくなり、端部での破断の可能性が低下する一方、中間部寄りの区間(一部区間31)が曲げモーメントで降伏し易くなり、弾塑性ダンパー5の降伏とは独立して、または同期するように既存構造部材3に塑性変形能力を発揮させ、エネルギ吸収能力を発揮させることが可能になる。
The fact that the
請求項1における「既存構造部材の軸方向の端部を除く一部区間が成方向の一部を残して除去される」とは、既存構造部材3の全長の内、断面二次モーメントの減少区間が軸方向の端部の区間を除く中間部寄りの一部区間であることと、その一部区間において成方向の一部が除去されることを言う。成方向の一部が除去されることで、その除去された部分(除去部分32)を含む一部区間31の断面二次モーメント(断面係数Z)が他の区間の断面二次モーメントより低下し、曲げ応力度σが大きくなるため、他の区間に先行して降伏できる状況になる。
“A part of the existing structural member excluding the end portion in the axial direction is removed leaving a part in the forming direction” means that the secondary moment of the cross section of the existing
一部区間31における除去部分32は既存構造部材3の上端側と下端側のいずれかから、または成方向の中間部に形成されればよいが、図1等に示すように既存構造部材3が梁である場合に、既存構造部材3にスラブ7の支持能力を持たせる上では、除去部分32は下端側から形成され、既存構造部材3の上端(フランジ)は平坦に保たれる。既存構造部材3の上端が一部区間31においても平坦に保たれることで、既存構造部材3が全長に亘って連続していることと併せ、既存構造部材3はスラブ7を支持する能力を持つ。
The removed
この場合、既存構造部材3は特許文献1、2の構造部材と異なり、軸方向に連続していることで、除去部分32を含む一部区間31がせん断力を受けて降伏し、塑性変形することがあっても、分断している場合程の変形量に至ることはないため、既存構造部材3に支持されたスラブ7を損傷させるに至ることは回避される。
In this case, unlike the structural members of
既存構造部材3の軸方向の一部区間31に除去部分32が形成され、軸方向の端部以外の中間部の断面二次モーメントが低下させられることで、並列する主構造部材1、1間に相対変形が生じたときには、既存構造部材3の主構造部材3寄りの端部ではなく、除去部分32のある一部区間31(中間部)の曲げ応力度σが大きくなり、降伏し易い状況になる。ここで、既存構造部材3に併設された補強部材4、4間に跨設された弾塑性ダンパー5の降伏耐力が既存構造部材3の一部区間31の降伏耐力より低く設定されている場合には、既存構造部材3の一部区間31の降伏に先行して弾塑性ダンパー5が降伏することになる。
The
但し、弾塑性ダンパー5の降伏耐力が既存構造部材3の一部区間31の降伏耐力より低く設定されている必要はないため、必ずしも既存構造部材3の一部区間31の降伏に先行して弾塑性ダンパー5が降伏するとは限らない。従って既存構造部材3の一部区間31が降伏する場合には、弾塑性ダンパー5の降伏に先行して降伏する場合と、弾塑性ダンパー5の降伏後に降伏する場合の他、同時期に降伏する場合がある。なお、補強部材4と既存構造部材3は成方向のせん断力と曲げモーメントを分担し、それぞれの分担に応じて弾塑性ダンパー5と既存構造部材3の一部区間31を降伏させる上では、基本的には互いに独立し、分離するが、必ずしもその必要はなく、一部において接続されていることもある。
However, since the yield strength of the elastic-
既存構造部材3と補強部材4には主にH形鋼等、曲げモーメントに対する抵抗要素としてのフランジとせん断力に対する抵抗要素としてのウェブを有する開放形断面形状の鋼材が使用されるが、フランジとウェブを有する断面形状であれば曲げモーメントとせん断力を負担できるため、閉鎖形断面形状の鋼材も使用可能である。その場合、各区間における降伏耐力の調整のために少なくとも一部が開放形断面になることもある。
The existing
既存構造部材3に併設される複数本の補強部材4、4は軸方向に互いに距離を置いて並列する主構造部材1、1間に架設されることで、主構造部材1、1間の相対変形時には主構造部材1寄りの補強部材4の主構造部材1への接合部が主構造部材1とのなす角度を保ったまま、前記のように主構造部材1の変形に追従しようとする。但し、隣接する補強部材4、4間に弾塑性ダンパー5が跨設されていることで、補強部材4の弾塑性ダンパー5側の端部は弾塑性ダンパー5に引き寄せられようとするため、主構造部材1寄りの補強部材4は片持ち梁として弾塑性ダンパー5から集中荷重を成方向に受け、全長が曲げモーメントとせん断力を負担する。主構造部材1寄りの補強部材4以外の補強部材4は両端固定梁として軸方向両側の端部において弾塑性ダンパー5からせん断力と曲げモーメントを受ける。
The plurality of reinforcing
この関係で、補強部材4の軸方向には主構造部材1との接合部付近に生じる曲げモーメントが最大になる傾向があり、補強部材4が軸方向に一様な断面形状をしている場合には、断面係数が軸方向に一定であるため、補強部材4の主構造部材1寄りの端部における曲げ応力度が最大になり、この端部に降伏が生じる可能性がないとは言えない。補強部材4の主構造部材1寄りの端部の降伏が弾塑性ダンパー5の降伏に先行することになれば、弾塑性ダンパー5の機能が十分に生かされない可能性がある。そこで、補強部材4の端部に降伏が生じないようにする上では、軸方向に互いに距離を置いて配置される複数本の補強部材4、4の内、主構造部材1側に位置する補強部材4の主構造部材1寄りの端部の断面二次モーメントが軸方向中間部寄りの端部の断面二次モーメントより大きく設定されることが適切である(請求項2)。
In this relationship, the bending moment generated near the joint portion with the main
「主構造部材1側に位置する補強部材」は、隣接する主構造部材1、1間に架設される補強部材4の本数が2本の場合には主構造部材1から片持ち梁状態で張り出す各補強部材4を指し、3本以上の場合も主構造部材1側に位置し、片持ち梁になる2本の補強部材4、4を指す。請求項2における「主構造部材1寄りの端部」と「軸方向中間部寄りの端部」は主構造部材1側に位置する同一の補強部材4の両側の端部を指している。
The “reinforcing member positioned on the main
「主構造部材側に位置する補強部材の主構造部材寄りの端部の断面二次モーメントが軸方向中間部寄りの端部の断面二次モーメントより大きい」とは、主構造部材1側に位置する補強部材4が平等強さの梁のように曲げモーメント分布に対応した立面形状等に形成されることを言う。但し、補強部材4の主構造部材1寄りの端部の断面二次モーメントが軸方向中間部寄りの端部の断面二次モーメントより大きければよく、図1に示すように主構造部材1寄りの端部を除く中間部寄りの端部以外の断面二次モーメントは中間部寄りの端部の断面二次モーメントと同等程度でもよいから、補強部材4全体が平等強さの梁である必要はない。
“The cross-sectional secondary moment of the end portion of the reinforcing member located on the main structural member side near the main structural member is larger than the cross-sectional secondary moment of the end portion close to the intermediate portion in the axial direction” It means that the reinforcing
補強部材4の本数が3本以上の場合、中間部側に位置する補強部材4は軸方向の両端間に弾塑性ダンパー5、5から曲げモーメントを受けることで、前記のように両端固定梁の状態になる。このため、片持ち梁になる主構造部材1側の補強部材4とは曲げモーメントの分布が異なるが、主構造部材1側に位置する補強部材4と同様に平等強さの梁のように曲げモーメント分布に対応した立面形状等に形成されることで、軸方向のいずれかの部分における降伏の発生の可能性はなくなる。「曲げモーメント分布に対応した立面形状」は補強部材4の成(高さ)を軸方向に変化させた場合であり、補強部材4の幅、または成と幅を軸方向に変化させて断面二次モーメントを軸方向に変化させることもある。
When the number of the reinforcing
結局、主構造部材1、1間に架設される本数に拘わらず、全補強部材4が各補強部材4の軸方向に生じる曲げモーメント分布に対応した立面形状、あるいは軸方向に変化する断面形状に形成されることで、全補強部材4の軸方向のいずれかに降伏が生じる事態が回避されることになる。「断面形状が軸方向に変化する」とは、前記のように補強部材4の幅、または成と幅が軸方向に変化することを意味し、補強部材4が曲げモーメント分布に対応した立体形状をすることになる。
Eventually, regardless of the number of main
請求項2では主構造部材1側に位置する補強部材4の主構造部材1寄りの端部の断面二次モーメント(断面係数)が軸方向中間部寄りの端部の断面二次モーメント(断面係数)より大きいことで、補強部材4の主構造部材1寄りの端部の曲げ応力度が低下するため、この端部は弾塑性ダンパー5から受ける曲げモーメントによっては降伏しにくくなる。主構造部材1側に位置する補強部材4の主構造部材1寄りの端部における曲げ応力度が低下することで、軸方向中間部寄りの端部における曲げ応力度は主構造部材1寄りの端部における曲げ応力度より相対的に大きくなるため、補強部材4、4間に跨設された弾塑性ダンパー5の両接合部52、52間にせん断力を集中させ易くなり、弾塑性ダンパー5を補強部材4に先行して確実に降伏させることが可能になる。
According to the second aspect of the present invention, the sectional secondary moment (section modulus) at the end of the reinforcing
請求項2で言う「断面二次モーメント」は補強部材4の断面形状が成方向に一様でない場合を含めた表現であるが、補強部材4が成方向に一様な断面形状である場合には、請求項2は例えば「主構造部材1側に位置する補強部材4の主構造部材1寄りの端部の成が軸方向の中間部寄りの端部の成より大きい」と言い換えられる。「成」はせん断変形の方向の高さである。「成方向に一様な断面形状でない」とは、例えば補強部材がH形鋼である場合に、ウェブにリブが突設されているようなことを言う。
The “second moment of cross section” referred to in
補強部材4は既存構造部材3の幅方向に併設されることで、既存構造部材3と補強部材4が互いに独立した状態で主構造部材1に接合されているか否かに拘わらず、主構造部材1を含むフレーム2の構面外方向(既存構造部材3の幅方向)の水平力の作用時にも既存構造部材3と補強部材4が対になって水平力に抵抗することが可能である。この場合、既存構造部材3と補強部材4のフランジが構面外方向の水平力によるせん断力を負担し、既存構造部材3と補強部材4のウェブが曲げモーメントを負担することになる。
The reinforcing
上記のように隣接する補強部材4、4間に弾塑性ダンパー5が跨設される区間は、隣接する主構造部材1、1間に複数本の補強部材4が連続的に架設され、補強部材4が連続したときの全長内で曲げ応力度が大きくなる区間になるように補強部材4の断面二次モーメントが調整される。一方、既存構造部材3における除去部分32が形成される一部区間31は既存構造部材3の全長内で他の区間に先行して降伏を生じさせようとする区間であるから、主構造部材1(フレーム2)の立面上、あるいは既存構造部材3と補強部材4を幅方向に重ねて見たときに、補強部材4を連結する弾塑性ダンパー5の位置と既存構造部材3の一部区間31の位置が軸方向に相違していれば、既存構造部材3の内、降伏を生じない一部区間31以外の区間が弾塑性ダンパー5が降伏しようとするときに抵抗力を発揮し、弾塑性ダンパー5の降伏を阻害する可能性がある。
In the section where the elastic-
そこで、隣接する補強部材4、4を連結する弾塑性ダンパー5の降伏を補強部材4に併設される既存構造部材3が阻害せず、弾塑性ダンパー5の降伏を生じさせ易くする上では、並列する主構造部材1、1の立面上、既存構造部材3の一部区間31が軸方向に隣接する補強部材4、4間に跨設される弾塑性ダンパー5の設置位置に対応していることが合理的である(請求項3)。「対応している」とは、隣接する主構造部材1、1間の区間における弾塑性ダンパー5の設置数と既存構造部材3の一部区間31の形成数が同一であり、補強部材4の軸方向の弾塑性ダンパー5の配置位置と既存構造部材3の一部区間31の形成位置が立面上、合致していることを言う。但し、補強部材4の軸方向の弾塑性ダンパー5の長さと既存構造部材3の一部区間31の長さが一致している必要はない。
In view of this, the existing
既存構造部材3の一部区間31が軸方向に隣接する補強部材4、4間に跨設される弾塑性ダンパー5の設置位置に対応していることで、弾塑性ダンパー5を降伏させようとする曲げモーメントが補強部材4、4の端部に作用したときに既存構造部材3が抵抗力を発揮する可能性が低下するため、弾塑性ダンパー5の降伏が阻害されることがなく、弾塑性ダンパー5の降伏を誘発させ、弾塑性ダンパー5にエネルギ吸収能力を効率的に発揮させることが可能になる。
The
既存構造部材に作用するせん断力の作用面に直交する方向に、既存構造部材に沿い、複数本の補強部材を互いに距離を置いて配置して各主構造部材に接合し、距離を置いた補強部材間にせん断降伏し得る弾塑性ダンパーを跨って設置するため、既存構造部材の一部に弾塑性ダンパーを組み込む場合のように既存構造部材を分断させる必要がなくなる。従って既存構造部材を軸方向に連続させた1本の構造部材として利用することができるため、、既存構造部材の軸方向の一部に降伏耐力の低下した部分を形成することで、この一部の区間を降伏させ、既存構造部材に塑性変形能力を発揮させることができる。 Along the existing structural member in the direction perpendicular to the surface of the shear force acting on the existing structural member, several reinforcing members are placed at a distance from each other and joined to each main structural member, and the reinforcement is placed at a distance. Since the elastic-plastic damper that can yield shear between the members is installed, it is not necessary to divide the existing structural member as in the case where the elastic-plastic damper is incorporated into a part of the existing structural member. Therefore, since the existing structural member can be used as one structural member that is continuous in the axial direction, a part of the existing structural member having a reduced yield strength is formed in a part of the axial direction of the existing structural member. It is possible to cause the existing structural member to exhibit plastic deformation ability by yielding the section.
この結果、既存構造部材のいずれかの区間の曲げ応力度の大きさに応じて断面係数を調整することで、降伏の発生箇所を自由に設定することが可能になり、短期荷重時に曲げモーメントが最大になる既存構造部材の主構造部材寄りの端部に応力と変形が集中することを回避することができる。 As a result, by adjusting the section modulus according to the magnitude of the bending stress in any section of the existing structural member, it is possible to freely set the location where yield occurs, and the bending moment during short-term loading It is possible to avoid stress and deformation from concentrating on the end portion of the existing structural member that is maximized near the main structural member.
図1〜図3は並列する柱等の主構造部材1、1間に架設された、主構造部材1、1を含む構面(フレーム2)の面内方向にせん断変形し得る既存構造部材3の幅方向に弾塑性ダンパー5を設置するための複数本の補強部材4、4を軸方向に互いに距離を置いて配置し、この軸方向に距離を置いた補強部材4、4間に弾塑性ダンパー5を跨設した様子を示す。「既存構造部材3の幅方向」は主構造部材1、1を含む構面の面外方向であり、主構造部材1、1が構面内方向に相対変形を生じたときに既存構造部材3に作用するせん断力の作用方向に直交する方向を言う。図1〜図3は主構造部材1が柱で、既存構造部材3が梁である場合の例を示している。
1 to 3 show an existing
図面では主構造部材1に角形鋼管を使用し、既存構造部材3と補強部材4にH形鋼を使用しているが、主構造部材1と既存構造部材3、及び補強部材4の構造種別は問われず、断面形状も問われない。複数本の補強部材4の内、軸方向の両側に位置する補強部材4、4はそれぞれの側に位置する主構造部材1、1に接合される。図中、7は既存構造部材3に支持されるスラブを示す。
In the drawing, a square steel pipe is used for the main
既存構造部材3は元々、軸方向の両端部において主構造部材1、1に剛に接合されていることで、主構造部材1、1間の、構面内の相対変形時に両端部を除く中間部においてせん断変形しようとする。既存構造部材3のせん断変形の方向は既存構造部材3の成方向、すなわちせん断力と曲げモーメントの作用方向である。
The existing
補強部材4は既存構造部材3のせん断変形の方向に直交する方向である幅方向の少なくとも片側に、既存構造部材3に平行に配置される。補強部材4は少なくとも2本で組になって隣接する主構造部材1、1間に架設され、主構造部材1側の端部において主構造部材1に剛に接合される。軸方向に隣接する補強部材4、4間には弾塑性ダンパー5の設置のための距離が確保され、この距離を置いて対向する補強部材4、4間に弾塑性ダンパー5が跨設され、各補強部材4にボルト6や溶接等により剛に接合される。
The reinforcing
弾塑性ダンパー5はフレーム2の構面内方向に主構造部材1、1間に相対変形が生じたときにせん断力、またはせん断力と曲げモーメントを負担し、せん断力、またはせん断力と曲げモーメントによって塑性変形する塑性変形部51を少なくとも持ち、補強部材4にボルト6により接合される場合には塑性変形部51のせん断力作用方向に直交する方向の両側に補強部材4に接合されるための接合部52、52が形成される。
The elasto-
弾塑性ダンパー5は補強部材4に直接、もしくは間接的に溶接される場合には、塑性変形部51の、せん断力作用方向に直交する方向の両側において補強部材4に溶接されるが、その場合にも塑性変形部51の両側には溶接代が確保されるため、その溶接代は接合部52に相当する。接合部52が補強部材4にボルト6により接合される場合には、接合部52に複数個のボルト6用の挿通孔が形成される。
When the elastic-
図1、図5では弾塑性ダンパー5の塑性変形部51が、両端固定梁の両側にせん断力作用方向に集中荷重が交互に作用したときに生じる曲げモーメント分布に対応した立面形状をした場合の例を示しているが、塑性変形部51の形状は任意であり、多角形状、方形状その他の、一部に曲線を含む形状である場合もある。
1 and 5, when the
図4は図1に示す補強部材4、4の背面側に存在している既存構造部材3の軸方向の端部を除く中間部である一部区間31を主構造部材1、1の相対変形時に降伏させるために、既存構造部材3の一部区間31に塑性変形部33を形成する要領を示す。一部区間31においては成方向の一部を残し、他の部分を除去することにより残された部分が塑性変形部33になる。図4中、ハッチングを入れた領域が除去部分32を示している。図4は補強部材4がH形鋼の場合の例を示しているが、この場合、下部フランジと下部フランジに連続するウェブの一部が除去される。
FIG. 4 shows a relative deformation of the main
既存構造部材3の全長の内、塑性変形部33が形成される一部区間31の軸方向の位置は図1、図2に示すように既存構造部材3の一部区間31以外の区間が複数本の補強部材4、4間に跨設される弾塑性ダンパー5に生じようとする降伏を阻害しないよう、補強部材4、4間の弾塑性ダンパー5の設置位置に合致させられる。すなわち、既存構造部材3と補強部材4を幅方向に見たとき、既存構造部材3の一部区間31(塑性変形部33)が、既存構造部材3に併設される補強部材4、4間に跨設される弾塑性ダンパー5の位置に対応した位置に配置されるように、一部区間31の長さと補強部材4の長さ等が設定される。図1〜図4では既存構造部材3の一部区間31の軸方向の長さと弾塑性ダンパー5の長さが一致しているが、必ずしもその必要はない。
Of the entire length of the existing
既存構造部材3の一部区間31において成方向の一部が除去されることで、残された部分(塑性変形部33)の成方向(面内方向)の剛性が一部区間31以外の区間の剛性より低下するため、一部区間31の残存部分が成方向のせん断力と曲げモーメントを受けたときにせん断変形し易い状態にあり、せん断変形により塑性変形可能な塑性変形部33になる。一部区間31は図4に示すように既存構造部材3の軸方向には除去部分32の両端を結ぶ区間になる。除去部分32の形成時には除去部分32の隅角部はその周辺の残存部分に応力の集中が生じないよう、曲線状に除去される。
Sections other than the
隣接する主構造部材1、1間に互いに距離を置いて架設される複数本の補強部材4、4は主構造部材1側の端部において主構造部材1に剛に接合される。隣接する補強部材4、4同士も両者間に跨設され、剛に接合される弾塑性ダンパー5を介して互いに接合されることで、複数本の補強部材4、4は1本の連続した部材として主構造部材1、1間に架設された状態になる。
A plurality of reinforcing
主構造部材1、1間に架設される補強部材4が図1、図5に示すように2本の場合、各補強部材4は主構造部材1から張り出した片持ち梁になり、図6に示すように3本以上の場合も、主構造部材1側に位置する補強部材4は片持ち梁になる。主構造部材1、1間の架設本数が3本以上の場合の、軸方向中間部側に位置する(主構造部材1側以外の)補強部材4は軸方向の両側(両端部)に剛に接合される弾塑性ダンパー5、5から材軸に直交する方向の曲げモーメントを受けるため、両端固定梁として挙動する。
When there are two reinforcing
この関係で、フレーム2への水平力の作用(短期荷重)による主構造部材1、1間の相対変形時には、主構造部材1側に位置する補強部材4の主構造部材1側の端部の曲げモーメントが最大になる。このときの補強部材4の主構造部材1側の端部が曲げモーメントによって降伏することになれば、弾塑性ダンパー5の降伏を先行させることができないため、弾塑性ダンパー5の降伏前に補強部材4のいずれかの部分に降伏が生じないようにする必要がある。
In this relationship, at the time of relative deformation between the main
そこで、軸方向に互いに距離を置いて配置される複数本の補強部材4、4の内、主構造部材1側に位置する補強部材4の主構造部材1寄りの端部の断面二次モーメントが、同じ補強部材4の軸方向中間部寄りの端部の断面二次モーメントより大きくなるように、補強部材4の立面形状や断面形状が設定される。このことは、補強部材4が軸方向に生じる曲げモーメント分布に対応した立面形状等に形成されることでもある。
Therefore, among the plurality of reinforcing
主構造部材1、1間に架設される補強部材4が3本以上の場合、主構造部材1側以外の補強部材4は上記のように両端固定梁として挙動するため、図6に示すように主構造部材1側に位置する補強部材4と同様に軸方向に生じる曲げモーメント分布に対応し、軸方向の両端部の断面二次モーメントが中央部の断面二次モーメントより大きくなる立面形状等に形成される。このように隣接する主構造部材1、1間に架設される補強部材4の本数に拘わらず、全補強部材4が軸方向に生じる曲げモーメント分布に対応した立面形状等に形成されることで、軸方向のいずれの部分にも降伏の発生の可能性がなくなる。
When there are three or more reinforcing
図1、図5−(a)〜(c)は主構造部材1、1間に2本の補強部材4、4が架設され、両補強部材4、4間に弾塑性ダンパー5が跨設された場合の例を示す。これらの場合、各補強部材4は主構造部材1側の端部において主構造部材1に剛に接合されることで、弾塑性ダンパー5から受けるせん断力と曲げモーメントに対して片持ち梁として挙動するため、各補強部材4の主構造部材1側の端部の断面二次モーメントが弾塑性ダンパー5側の端部の断面二次モーメントより大きくなるように補強部材4の立面形状、または断面形状が調整される。図1では補強部材4の全長を軸方向に3区間に区分し、弾塑性ダンパー5側の区間の成(高さ)を一定にし、主構造部材1寄りの区間と中間の区間のそれぞれの成が弾塑性ダンパー5側から主構造部材1側へ次第に拡大し、主構造部材1寄りの区間の成が弾塑性ダンパー5寄りの区間の成以上になるような立面形状に補強部材4を形成している。
1 and FIGS. 5 (a) to 5 (c), two reinforcing
図5−(a)は図1と同じく、主構造部材1、1が柱で、既存構造部材3が梁である場合に、補強部材4の成が弾塑性ダンパー5側から主構造部材1側へ次第に拡大する立面形状に補強部材4を形成した場合である。(b)は主構造部材1、1が梁で、既存構造部材3が梁間に架設された間柱である場合に、補強部材4の成が弾塑性ダンパー5側から主構造部材1側へ次第に拡大する立面形状に補強部材4を形成した場合、(c)は一方の主構造部材1がブレースで、他方の主構造部材1が梁であり、既存構造部材3がブレースと梁間に跨設されるブラケットである場合に、補強部材4の成が弾塑性ダンパー5側から主構造部材1側へ次第に拡大する立面形状に補強部材4を形成した場合である。
5A is the same as FIG. 1, when the main
図5−(a)では図1〜図4に示す例と同様、既存構造部材3の軸方向中間部の、弾塑性ダンパー5の設置位置に対応した位置に一部区間31(除去部分32、または塑性変形部33)を配置している。図5−(b)、(c)では既存構造部材3が(a)の既存構造部材3と相違するが、これらにおいても既存構造部材3の軸方向中間部の、弾塑性ダンパー5の設置位置に対応した位置に一部区間31を配置している。但し、既存構造部材3は(a)の場合と異なり、スラブ7を支持する必要がないため、一部区間31においては既存構造部材3の成方向両側に除去部分32、32を形成し、成方向中間部に塑性変形部33を形成している。図5−(b)、(c)において既存構造部材3がH形断面の場合、フランジとウェブの一部を含む成方向の両側から除去部分32が形成されるため、残存部分である塑性変形部33はウェブに形成される。
In FIG. 5- (a), as in the example shown in FIGS. 1 to 4, a partial section 31 (
図6−(a)〜(c)は隣接する主構造部材1、1間に架設される補強部材4が3本以上である場合の、補強部材4の形状例と既存構造部材3への塑性変形部33の形成例を示す。(a)は主構造部材1、1が柱で、既存構造部材3が梁である場合に、主構造部材1、1間に3本の補強部材4を架設した場合である。(b)、(c)は主構造部材1、1が梁で、既存構造部材3が間柱である場合に、主構造部材1、1間に3本、もしくは4本の補強部材4を架設した場合である。図6では弾塑性ダンパー5を方形状に簡略化して示している。図6−(b)、(c)では既存構造部材3が間柱である点で、図5−(b)と共通するため、既存構造部材3には成方向の両側から除去部分32が形成され、一部区間31において残されたウェブが塑性変形部33になる。
6A to 6C show examples of the shape of the reinforcing
主構造部材1、1間に3本以上の補強部材4が架設される場合、補強部材4の軸方向の両側に位置する補強部材4は主構造部材1に剛に接合されて片持ち梁になる。このため、図5に示す例の補強部材4と同様に、その補強部材4の主構造部材1側の端部の断面二次モーメントが弾塑性ダンパー5側の端部の断面二次モーメントより大きくなるように補強部材4の立面形状、または断面形状を含む立体形状が調整される。
When three or more reinforcing
軸方向の中間部に位置する補強部材4は軸方向の両端部において弾塑性ダンパー5、5に剛に接合されることで、両端固定梁として挙動しようとするため、補強部材4の形状は前記のように軸方向に生じる曲げモーメント分布に対応し、例えば図示するように軸方向両端部の断面二次モーメント(成)が中央部の断面二次モーメント(成)より大きくなるように調整される。図6−(a)〜(c)では軸方向の中間部に位置する補強部材4の両端部の成が軸方向の両側に位置する補強部材4の両端部の成と等しくなっているが、両側の補強部材4の両端部の成より大きい場合も小さい場合もある。
The reinforcing
1……主構造部材、2……フレーム、
3……既存構造部材、31……一部区間、32……除去部分、33……塑性変形部、
4……補強部材、
5……弾塑性ダンパー、51……塑性変形部、52……接合部、6……ボルト、
7……スラブ。
1 ... Main structural member, 2 ... Frame,
3 ... Existing structural member, 31 ... Partial section, 32 ... Removal part, 33 ... Plastic deformation part,
4 …… Reinforcing member,
5 ... Elastic-plastic damper, 51 ... Plastic deformation part, 52 ... Joint part, 6 ... Bolt,
7 …… Slab.
Claims (3)
前記既存構造部材をせん断変形させるせん断力の作用面に直交する方向に、前記既存構造部材に沿って複数本の補強部材が軸方向に互いに距離を置いて配置され、軸方向の両側に位置する前記補強部材が前記各主構造部材に接合され、
前記軸方向に距離を置いた補強部材間に面内方向のせん断力を負担してせん断降伏し得る塑性変形部を有する弾塑性ダンパーが跨って設置され、
前記既存構造部材の軸方向の端部を除く一部区間が成方向の一部を残して除去されていることを特徴とする既存構造部材への弾塑性ダンパーの取付構造。 An elastic-plastic damper mounting structure that is laid between parallel main structural members and adds an elastic-plastic damper to an existing structural member that can be shear-deformed in the in-plane direction of the structural surface including the main structural member,
A plurality of reinforcing members are arranged along the existing structural member at a distance from each other in the axial direction in a direction perpendicular to the acting surface of the shearing force that shears and deforms the existing structural member, and are located on both sides in the axial direction. The reinforcing member is joined to each main structural member,
An elastic-plastic damper having a plastically deformable portion that can bear a shearing force in the in-plane direction between the reinforcing members spaced apart in the axial direction and can yield a shear yield,
A structure for attaching an elastic-plastic damper to an existing structural member, wherein a part of the existing structural member excluding an end portion in the axial direction is removed leaving a part in a forming direction.
On the elevational surface of the main structural members arranged in parallel, the partial section of the existing structural member corresponds to an installation position of the elastic-plastic damper straddled between the reinforcing members adjacent in the axial direction. A structure for attaching an elastic-plastic damper to the existing structural member according to claim 1 or 2.
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