JP2016117995A - 座屈拘束ブレースおよび座屈拘束ブレースの評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】芯材の補剛力を受けた拘束材に局部破壊を生じさせない座屈拘束ブレースを提供する．【解決手段】板状部１１ａの両端に他部材との接合のための接合部１１ｂを有した芯材１１と、上記板状部１１ａの弱軸方向の各面に対向して配置された拘束材１２とを備える座屈拘束ブレースであり、上記板状部１１ａと上記拘束材１２との間に、当該拘束材１２に接触して内挿板１３が設けられている。上記拘束材１２は角形鋼管からなり、当該角形鋼管はその各面部の交差箇所に曲面領域を有する角部を有している。【選択図】図１

Description

この発明は、構造物に組み込まれ、地震などの際に振動エネルギーを吸収して振動を減衰させる座屈拘束ブレースおよび座屈拘束ブレースの評価方法に関する。

特許文献１には、板状の芯材と、この芯材の両面に沿って対向配置した一対の拘束材とを有し、上記芯材の両端に接合部が設けられた座屈拘束ブレースにおいて、上記芯材の上記接合部を、この芯材の他の部分よりも幅方向に張り出した部分を有する形状として上記拘束材よりも幅広とし、この幅広とした上記接合部における幅方向の両端に補強リブを設けた座屈拘束ブレースが開示されている。

また、特許文献２には、内空部にコンクリートを充填された鋼管柱と、鉄骨梁との接合部の崩壊機構を、降伏線とそれに囲まれた平板部分とで規定し、降伏線での断面降伏条件から接合部の降伏耐力を導く降伏線理論を用いて、接合部の降伏耐力を求める鋼管柱梁接合部の耐力推定方法において、鋼管柱を、管厚寸法を厚肉に形成した接合部と、それの上下に連なる一般部とに分けて考え、接合部の管厚寸法と、一般部の管厚寸法を別々に設定し、接合部の降伏耐力を求めるにあたり、接合部の上端部と鉄骨梁の上端部との距離、および、鋼管柱に作用する軸力を降伏線理論に反映させて降伏耐力を求めることが開示されている。

特開２０１４-７７３３６号公報 特開２００１-４１８６６号公報

しかしながら、上記従来の座屈拘束ブレースにおいて、上記角形鋼管として規格品を用いると、当該規格品では幅や板厚が決まっているため、上記芯材の設計用軸力を所望の値にしたい場合に、これに合致した規格品が用意できない場合がある。このような場合に、１ランク上の角形鋼管を使うとすると、他の部材設計に影響が出てコストが高くなる。一方、特注で角形鋼管を作製する場合にもコストが高くつくことになる。なお、上記芯材の設計用軸力に対応できない拘束材が用いられ、設計用軸力を越えて芯材の弱軸方向の補剛力を受けてしまうと、上記拘束材に局部破壊が生じてしまうことになる。

この発明は、上記の事情に鑑み、芯材の補剛力を受けた拘束材に局部破壊を生じさせない座屈拘束ブレース、並びに、芯材の補剛力を受けた拘束材に局部破壊を生じさせないための座屈拘束ブレースの評価方法を提供することを課題とする。

この発明の座屈拘束ブレースは、上記の課題を解決するために、板状部の両端に他部材との接合のための接合部を有した芯材と、上記板状部の弱軸方向に直交する各面に対向して配置された拘束材とを備える座屈拘束ブレースにおいて、上記板状部と上記拘束材との間に、当該拘束材に接触して内挿板が設けられていることを特徴とする。

上記の構成であれば、上記拘束材と上記内挿板とにより全体的な局部耐力を向上させることができ、上記芯材の弱軸方向の補剛力を受けた上記拘束材および上記内挿板に局部破壊を生じさせないようにすることができる。そして、上記拘束材で不足する局部耐力を上記内挿板で補うことができるので、上記拘束材として規格品を用いることができ、コストを抑制することができる。

上記拘束材は角形鋼管からなり、当該角形鋼管はその各面部の交差箇所に曲面領域を有する角部を有していてもよい。

上記内挿板と上記拘束材とが接触する面以外の箇所で上記内挿板が上記拘束材に固定されていてもよい。上記内挿板と上記拘束材とが固定されていると、上記内挿板と上記拘束材とが分離している状態に比べ、当該座屈拘束ブレースを組み立てる作業が容易になる。

各内挿板は複数に分割されていてもよい。

また、この発明の座屈拘束ブレースの評価方法は、板状部の両端に他部材との接合のための接合部を有した芯材と、上記板状部の弱軸方向の各面に対向して配置された拘束材とを備えており、上記板状部と上記拘束材との間に、内挿板が上記拘束材に接触して設けられている座屈拘束ブレースの評価方法であって、
上記拘束材は角形鋼管からなり、当該角形鋼管はその各面部の交差箇所に曲面領域を有する角部を有しているとし、
上記曲面領域を有する角部を平面領域として単純化することで上記角形鋼管の断面を八角形で表し、降伏線理論を用いて、上記芯材の弱軸方向への補剛力で上記角形鋼管および上記内挿板に舟底形の座屈が生じるとし、上記舟底形の座屈の幅を未知数ｘとし、上記舟底形の中央部と両端部における上記角形鋼管および上記内挿板の各々の降伏線の回転角を上記未知数ｘの関数とし、また、上記平面領域に単純化した箇所での上記角形鋼管の降伏線の回転角を上記未知数ｘの関数とし、
上記関数を用いて求めた上記角形鋼管の局部耐力と上記関数を用いて求めた上記内挿板の局部耐力とを足し合せた合計局部耐力が、安全率を加味して、または安全率を加味せずに、上記芯材の弱軸方向への補剛力を上回るか否かにより、上記座屈拘束ブレースを評価することを特徴とする。

上記の評価方法であれば、上記曲面領域を有する角部を平面領域として単純化することで上記角形鋼管の断面を八角形で表すので、比較的簡単な数式で座屈拘束ブレースを評価することが可能になる。

また、この発明の座屈拘束ブレースの評価方法は、板状部の両端に他部材との接合のための接合部を有した芯材と、上記板状部の弱軸方向の各面に対向して配置された拘束材とを備えており、上記板状部と上記拘束材との間に、内挿板が上記拘束材に接触して設けられている座屈拘束ブレースの評価方法であって、
上記芯材の弱軸方向への補剛力で上記拘束材である角形鋼管および上記内挿板に舟底形の座屈が生じるとし、上記舟底形の座屈の幅を未知数ｘ、角形鋼管の降伏応力度を_ＲＦ_ｙ、内挿板の降伏応力度を_ＰＦ_ｙ、角形鋼管の幅をＢ_Ｒ、内挿板の幅をＢ_Ｐ、角形鋼管の板厚をｔ_Ｒ、内挿板の板厚をｔ_ｐ、円周率 をπとし、


上記の数１３の数式で表される未知数ｘを、上記の数１１で表される局部塑性耐力Ｐ_Ｒを求める数式に代入して得られる計算式に基づいて上記座屈拘束ブレースを評価することを特徴とする。

上記の評価方法であれば、上記の比較的簡単な数式で座屈拘束ブレースを評価することが可能になり、例えば、一般的な表計算ソフトウェアを用いて簡単に評価結果を出すことができる。

また、上述したいずれかの座屈拘束ブレースにおいて、上記芯材の弱軸方向への補剛力で上記拘束材である角形鋼管および上記内挿板に舟底形の座屈が生じるとし、上記舟底形の座屈の幅を未知数ｘ、角形鋼管の降伏応力度を_ＲＦ_ｙ、内挿板の降伏応力度を_ＰＦ_ｙ、角形鋼管の幅をＢ_Ｒ、内挿板の幅をＢ_Ｐ、角形鋼管の板厚をｔ_Ｒ、内挿板の板厚をｔ_ｐ、円周率 をπとし、



上記の数１３の数式で表される未知数ｘを、上記の数１１で表される局部塑性耐力Ｐ_Ｒを求める数式に代入して得られる計算式に基づき、上記補剛力で座屈を生じないとされた内挿板が設けられていてもよい。

本発明であれば、既製の角形鋼管などの部材を拘束材として用いることが容易になり、高コスト化を招来することなく、芯材の補剛力を受けた拘束材に局部破壊を生じさせないようにできる。また、本発明の座屈拘束ブレースの評価方法であれば、比較的簡単な数式で座屈拘束ブレースを評価することが可能になるという効果を奏する。

この発明の実施形態の座屈拘束ブレースを示した概略の縦断面図であって、同図（Ａ）は完成状態を示し、同図（Ｂ）は分解状態を示している。 同図（Ａ）は、図１の座屈拘束ブレースを示した斜視図であり、同図（Ｂ）は芯材を示した斜視図である。 同図（Ａ）は、図１の座屈拘束ブレースの接合部を示した平面図であり、同図（Ｂ）は同側面図である。 図１の座屈拘束ブレースの拘束材と内挿板との溶接箇所を示した概略の斜視図である。 同図（Ａ）は図１の座屈拘束ブレースにおいて芯材の補剛力を拘束材および内挿板が受けとめることを示した説明図であり、同図（Ｂ）は芯材の弱軸方向の変形と補剛力との関係を示した説明図である。 図１の座屈拘束ブレースの拘束材および内挿板の局部破壊機構を示した説明図である。 図１の座屈拘束ブレースの評価方法を示したフローチャートである。 図１の座屈拘束ブレースの接合部と他部材との添板による接合を例示した概略図であり、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は側面図、同図（Ｃ）は断面図である。 図１の座屈拘束ブレースの接合部と他部材との添板による接合を例示した概略図であり、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は側面図、同図（Ｃ）は断面図である。 図１の座屈拘束ブレースの接合部と他部材との添板による接合を例示した概略図であり、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は側面図、同図（Ｃ）は断面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、この実施形態の座屈拘束ブレース１は、芯材１１と、拘束材１２と、内挿板１３と、アンボンド材１４と、幅方向補剛材１５と、補強板１６とを備える。

上記芯材１１は、例えば、鋼板からなり、板状部１１ａの両端に接合部１１ｂを有している。上記板状部１１ａは一定幅であり、これよりも両端の接合部１１ｂの方が広がった形状とされている。上記接合部１１ｂは、上記板状部１１ａの長手方向に直交する面の断面が略Ｈ形状に作製されており、この接合部１１ｂに添板を配置して他部材に接合することができる。上記接合部１１ｂにおけるフランジ部となる箇所およびウェブ部となる箇所には、上記接合のためのボルトが挿通される孔が形成されている。また、上記板状部１１ａから上記接合部１１ｂに至る境界領域では、上記板状部１１ａの幅が徐々に曲線状に広がって上記接合部１１ｂのウェブ部をなすように形状が変化している。

上記拘束材１２は、断面が長方形の角形鋼管からなる。この角形鋼管は、上記長方形の長辺側となる第１面部と、短辺側となる第２面部とを有する。上記拘束材１２は、上記第１面部が上記芯材１１の上記板状部１１ａの弱軸方向（芯材１１の板厚方向）に直交する各面に対向して配置されている。上記拘束材１２の長手方向の両端部は、上記曲線状の広がり部分を越えて上記接合部１１ｂにおける上記ウェブ部分に至っている。また、上記角形鋼管は、その各面部の交差箇所に曲面領域（Ｒ部）を有する角部を有している。

上記内挿板１３は、鋼板からなり、上記板状部１１ａと各拘束材１２との間に設けられている。そして、上記内挿板１３は、上記拘束材１２である上記角形鋼管の第１面部に接触している。また、上記内挿板１３は、上記角形鋼管の第２面部の表面間の長さに一致する幅を有している。もちろん、このような幅に限らず、上記内挿板１３は、上記角形鋼管の第２面部の表面間の長さ以下で上記曲面領域以外の上記第１面部の幅以上の幅を有していてもよい。ここで、Ｂ_Ｒを角形鋼管の幅、Ｂ_Ｐを内挿板１３の幅、ｔ_Ｒを角形鋼管の板厚をとすると、上記内挿板１３の幅Ｂ_Ｐは、Ｂ_Ｒ−５ｔ_Ｒ≦Ｂ_Ｐ≦Ｂ_Ｒと表すことができる（図６参照）。なお、角形鋼管の幅Ｂ_Ｒは、上記芯材１１の弱軸方向に交差する面における短辺方向の長さであり、上記拘束材１２となる角形鋼管においては上記第２面部の表面間の長さとなる。

また、上記芯材１１の長手方向の中央側であって幅方向の中央側には、芯材１１の両面に突出するピン状のずれ止め突起１１ｃが設けられている。このずれ止め突起１１ｃは、上記拘束材１２の内側となる上記第１面部に設けられた孔および上記内挿板１３に形成された孔に、当該座屈拘束ブレース１の組み立て時に挿入される。上記ずれ止め突起１１ｃは、鋼棒などの鋼材からなり、例えば、上記芯材１１に設けられた孔内に挿入して接合される。

また、上記芯材１１には、上記ずれ止め突起１１ｃを挟む上記芯材１１の長さ方向の両側のそれぞれに、耐力調整用の中間スリット１１ｄが設けられている。各中間スリット１１ｄ内には、スペーサとなる鋼材などからなる内部変形防止材が中間スリット１１ｄに対して長手方向に相対移動可能に挿入されている。上記内部変形防止材は、上記内挿板１３、１３の間に介在し、中間スリット１１ｄの深さ方向に対しては上記内挿板１３、１３により位置規制される。

上記アンボンド材１４は、上記板状部１１ａと上記内挿板１３との間に設けられており、このアンボンド材１４の厚みをクリアランスとして上記板状部１１ａが圧縮力を受けたときに波状の変形が生じるようになっている。上記アンボンド材１４は、例えばブチルゴムなどからなる。

上記幅方向補剛材１５は、鋼板からなり、芯材１１の幅方向（構面内）の変形を拘束する。この幅方向補剛材１５は、上記拘束材１２、１２の上記第２面部間に掛け渡されており、溶接部１５ａによって上記拘束材１２、１２に固定されている。また、上記幅方向補剛材１５の端部には、図３（Ａ）および図３（Ｂ）にも示すように、当該端部側に開口を有するＵ字状のカット部１５ｂが形成されており、このカット部１５ｂ内に上記板状部１１ａの上記曲面領域が位置している。上記カット部１５ｂが形成されていることにより、上記芯材１１における上記接合部１１ｂの近傍部分が上記幅方向に拘束されず、無補剛区間（ハッチング部分）となる。このように拘束材１２に上記幅方向補剛材１５を固定し、芯材１１における上記接合部１１ｂの近傍に強軸方向の無補剛区間を設けることで、大変形時に当該座屈拘束ブレース１に曲げヒンジが形成され（図の白抜き矢印参照）、上記拘束材１２や内挿板１３に曲げや軸力が入って拘束材１２や内挿板１３が損傷することが防止される。

上記補強板１６は、鋼板からなり、上記芯材１１における接合部１１ｂのフランジ部間に渡され、当該フランジ部に溶接固定されている。上記補強板１６は上記無補剛区間（上記カット部１５ｂ）に重なるように設けられている。上記拘束材１２の端部が上記芯材１１の弱軸方向に開くと、当該座屈拘束ブレース１の端部が損傷することになるが、上記補強板１６を設けることで、上記損傷が防止される。また、上記補強板１６を上記無補剛区間に重なるように設けることで、上記カット部１５ｂを見えにくくできる。

図４に示すように、上記内挿板１３と上記拘束材１２とが接触する面以外の箇所、例えば、４隅であって上記拘束材１２の角部と上記内挿板１３との間の凹となる箇所に、溶接部１７を設けることにより、上記内挿板１３を上記拘束材１２に固定してもよい。

上記の構成であれば、上記拘束材１２と上記内挿板１３とによる全体的な局部耐力を向上させることができ、上記芯材１１の弱軸方向の補剛力を受けた上記拘束材１２および上記内挿板１３に局部破壊を生じさせないようにすることができる。そして、上記拘束材１２で不足する局部耐力を上記内挿板１３で補うことができるので、上記拘束材１２として規格品を用いることができ、製造コストを抑制することができる。

上記内挿板１３と上記拘束材１２とが接触する面以外の箇所で上記内挿板１３が上記拘束材１２に固定されていると、上記内挿板１３と上記拘束材１２とが分離している状態に比べ、当該座屈拘束ブレース１を組み立てる作業が容易になる。上記溶接部１５ａの箇所を接着材による接着部に代えることも可能である。

また、各内挿板１３は複数に分割されていてもよい。例えば、上記内挿板１３がその厚み方向に分割され、複数の薄い板厚の内挿板を積層させる構造としてもよい。また、上記内挿板１３が幅方向に分割され、同板厚の複数の内挿板を横に並べた構造としてもよい。

次に、座屈拘束ブレースの評価方法について説明していく。拘束材の鋼管および内挿板は，次式を満足して芯材弱軸方向への局部破壊が生じないように設計する。下記の数１の式において、Ｐ_Ｒｙ を拘束材（角形鋼管および内挿板１３）の局部耐力とし、Ｒ_Ｌ を局部耐力の低減係数（安全率）とする。また、Ｃ_１ は芯材弱軸方向への補剛力とする。すなわち、数１の式で示すように、芯材１１の変形による補剛力よりも拘束材（ここでは、角形鋼管と内挿板の全体を意味する）の耐力を大きくすることで局部破壊を防止する。

上記補剛力には一般的な算定式があるが、拘束材の局部変形に対する一般式がないため独自に設計式を立てている。また，実際の設計では，鋼管の局部耐力を０．８倍程度低減し、局部破壊に対する安全率を設けることとする。以下に芯材の変形による補剛力の算定式で一般的なものを示す。

芯材１１は圧縮力に対しては，クリアランス内で高次モードでの座屈を呈する。このとき，芯材１１の弱軸方向へ拘束材を面外に押す力Ｃ_１（補剛力）が生じる。補剛力Ｃ_１によって拘束材の板要素が曲げ降伏して局部的な面外変形を生じる破壊形式を芯材弱軸方向の局部破壊と呼ぶ。拘束材の局部破壊を防止するには，拘束材の局部降伏耐力Ｐ_Ｒｙ が補剛力Ｃ_１よりも大きい必要がある。補剛力Ｃ_１は，図５（Ａ）に示す系の力の釣合条件より、次式で表わされる。

ここで、２ｓは芯材１１と拘束材のクリアランス（アンボンド材１４の厚さ）、ｌ_ｎ１は芯材１１の弱軸方向への高次の座屈モードの波長である。芯材１１の軸力が降伏軸力に達すると図５（Ｂ）に示すような座屈モードが生じ，この形は歪硬化による耐力上昇や繰返しに対しても変わらないものと仮定する。このときｌ_ｎ１は対応する接線係数荷重をＮ_ｙに等置して次式から得られる。

ここで、Ｅ_ｔは接線係数である。また、Ｉ_ｓは芯材１１の弱軸回りの断面二次モーメントであり、次式で表わされる。

ここで，Ｂ_ｈは芯材１１の幅、Ｂ_ｓはスリット１１ｄの幅、ｔ_ｓは芯材１１の板厚である。接線係数Ｅ_ｔは歪硬化係数ｅ_ｔを用いて次式で表わされる。歪硬化係数は既往の文献を参照して０．０５とした。

「角形鋼管である拘束材１２の局部耐力」と「内挿板１３の局部耐力」を足し合わせたものを「拘束材局部耐力」（合計局部耐力）とする。

「角形鋼管である拘束材１２の局部耐力」は、角形鋼管の板厚をｔ_Ｒとすると、図６のＡＥ線上に補剛力が作用したときにＡＥ線が一様に２ｔ_Ｒ下がることで、角形鋼管が舟底形に変形するよう角形鋼管の変形を仮定する。角形鋼管の曲面角部を平坦化して八角形とすることで本来複雑な変形となる鋼管角部の曲面の変形状態を簡易に算定することが可能となる。舟底形の幅は未知数ｘとしており、各種パラメータをもとにエネルギーの釣合式を立てた後に算出される。

なお、図６において、「角形鋼管崩壊機構（断面図）」における実線は、角形鋼管の板厚の中心を示すとともに、角形鋼管の曲面角部を平坦化した部分も示している。「角形鋼管崩壊機構（伏図）」におけるＤ点、Ｅ点、Ｆ点は、角形鋼管の第１面部の幅方向の中央部を示しており、角形鋼管の長手方向に並ぶ。また、Ａ点は平坦化した部分のなかで最も第２面部側に近い点であり、Ｂ点およびＤ点は、平坦化した部分のなかで最も第１面部側に近い点である。ＡＥ線、ＡＢ線、ＡＣ線は、角形鋼管の曲面角部を通るのではなく、平坦化した部分を通る直線とする。また、「内挿板崩壊機構（伏図）」におけるＪ点、Ｋ点、Ｌ点は、内挿板１３の幅方向の中央部を示しており、内挿板１３の長手方向に並ぶＧ点、Ｈ点、Ｉ点は、内挿板１３の幅方向縁部を示している。

「内挿板１３の局部耐力」は、図６のＨＫ線上に補剛力が作用したときに、ＧＪ、ＨＫ、ＩＬの3本の降伏線（折れ曲がり）が「鋼管の局部耐力」の舟底と同じ幅で生じると仮定し、簡易な式で耐力を算定する。崩壊機構を仮定した後の式の導出については、一般的な降伏線理論の考え方を用いることができる。

上記拘束材局部耐力（角形鋼管および内挿板の各局部耐力の和）であるＰ_ＲＹ は、降伏線理論を用いて算定する。図６に示すように、補剛力Ｃ_１が作用して面外変形δが生じるとする。ここでδは角形鋼管の角部の曲率半径２ｔ_Ｒに等しいと置く。

また、対称性を考慮して，図６の崩壊機構の半分を対象にして考える。各降伏線（ＡＢ，ＡＥ等）の回転角（θ）を以下に示す。

ここで、ｌ_ＡＢは降伏線ＡＢの長さである。また、ｔ_ｐは内挿板１３の板厚である。ｘの値は未知であり、内部仕事が最小の条件で決定する。降伏線における単位長さ当たりの角形鋼管の全塑性モーメント_ＲＭ_ｐ、降伏における単位長さ当たりの内挿板１３の全塑性モーメント_ＰＭ_ｙを次式で与える。

ここで、_ＲＦ_ｙは角形鋼管の降伏応力度、_ＰＦ_ｙは内挿板１３の降伏応力度、各降伏線における内部仕事を次式で与える。なお、ｌは各降伏線（ＡＢ，ＡＥ等）の長さである。

ここで、Ｂ_Ｒは角形鋼管の幅、Ｂ_Ｐは内挿板１３の幅である。
降伏線における内部仕事の総和Ｅは次式で表わされる。

局部塑性耐力をＰ_Ｒとし、外力仕事Ｗを次式で与える。

外力仕事と内部仕事を等しいと置くと、局部塑性耐力Ｐ_Ｒは次式で与えられる。

局部降伏耐力Ｐ_Ｒｙ を次式で与える。なお、２／３倍することに限定するものではない。

局部降伏耐力Ｐ_Ｒｙをｘで微分し、ｘ＝０と置いて解くと、未知数ｘは次式で表わされる。

_ＲＦ_ｙ：角形鋼管の降伏応力度
_ＰＦ_ｙ：内挿板の降伏応力度
Ｂ_Ｒ：角形鋼管の幅
Ｂ_Ｐ：内挿板の幅
ｔ_Ｒ：角形鋼管の板厚
ｔ_ｐ：内挿板の板厚
π：円周率

数１３の式で求めたｘを数１２の式に代入することで、局部降伏耐力Ｐ_Ｒｙ が求まる。このようにして得られた局部降伏耐力Ｐ_Ｒｙを数１の式に照らして、座屈拘束ブレース１を評価する。

すなわち、上記座屈拘束ブレースの評価方法は、上記板状部１１ａの両端に他部材との接合のための接合部１１ｂを有した芯材１１と、上記芯材１１の上記板状部１１ａの弱軸方向の各面に対向して配置された拘束材１２とを備えており、上記板状部１１ａと上記拘束材１２との間に、内挿板１３が上記拘束材１２に接触して設けられている座屈拘束ブレース１を評価する方法である。

そして、上記拘束材１２は角形鋼管からなり、当該角形鋼管は各面部の交差箇所に曲面領域を有する角部を有するとする。

そして、図７のフローチャートに示すように、上記曲面領域を有する角部を平面領域として単純化することで上記角形鋼管の断面を八角形でモデル化する（ステップＳ１）。

そして、降伏線理論を用いて、上記芯材の弱軸方向への補剛力で上記角形鋼管および上記内挿板に舟底形の座屈が生じるとし、上記舟底形の座屈の幅を未知数ｘとし、上記舟底形の中央部における上記角形鋼管および上記内挿板の各々の降伏線の回転角を上記未知数ｘの関数とし、また、上記平面領域に単純化した箇所での上記角形鋼管の降伏線の回転角を上記未知数ｘの関数とする（ステップＳ３）。

上記関数を用いて求めた上記角形鋼管の局部耐力と、上記関数を用いて求めた上記内挿板の局部耐力とを足し合せて、上記局部降伏耐力Ｐ_Ｒｙ（合計局部耐力）を得る（ステップＳ４）。そして、上記局部降伏耐力Ｐ_Ｒｙが、安全率を加味して、或いは安全率を加味せずに、上記芯材１１の弱軸方向への補剛力（Ｃ_１）を上回るか否かを判断する（ステップＳ５）。上記局部降伏耐力Ｐ_Ｒｙが補剛力（Ｃ_１）を上回れば、適正であり、そうでなければ不適性とされる。

上記数１２の局部降伏耐力Ｐ_Ｒｙを求める式のｘに数１３のｘを表す式を代入するプログラム、或いは代入して得た数式をパーソナルコンピューター等に記憶させておけば、上記内挿板１３の板厚等を入力するだけで、評価結果が得られることになる。なお、上記プログラム或いは数式は簡単であるので、一般的な表計算ソフトウェアを用いて記述することもできる。

上記評価方法であれば、上記曲面領域を有する角部を平面領域として単純化することで上記角形鋼管の断面を八角形で表したことにより、比較的簡単な数式により座屈拘束ブレースを評価することが可能になり、例えば、一般的な表計算ソフトウェアを用いて、上記内挿板１３の適切な厚みを簡単に求めることができる。なお、上記内挿板１３がその厚み方向に分割され、複数の薄い板厚の内挿板を積層させる構造であれば、内挿板の耐力項が枚数分増加するだけであり、大きな変更はない。

そして、この実施形態の座屈拘束ブレース１は、上記ステップＳ５の判断で適正となる条件を満たす内挿板１３を備えている。すなわち、この実施形態の座屈拘束ブレース１は、上記の数１３の数式で表される未知数ｘを、上記の数１１で表される局部塑性耐力Ｐ_Ｒを求める数式に代入して得られる計算式に基づき、上記補剛力で座屈を生じないとされた内挿板１３が設けられている。

上記接合部１１ｂと他部材との接合には、添板を用いる。例えば、図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図８（Ｃ）に示す例では、添板として、フランジプレート２およびウェブプレート３を用いている。上記接合部１１ｂのフランジ部となる部位では、当該フランジ部を図において上下から挟むように上記フランジプレート２が設けられており、ボルト・ナットにより固定される。同様に上記接合部１１ｂのウェブ部となる部位では、当該ウェブ部を図において左右ら挟むように上記ウェブプレート３が設けられており、ボルト・ナットにより固定される。この接合は、設計用軸力が大きい場合に用いられる。なお、この図８に示す接合では、例えば、上記拘束材１２として幅６０ｍｍ程度の角形鋼管が用いられると、ボルトが納まらないなどの問題が生じる。

そこで、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）に示すように、上記接合部１１ｂのウェブ部となる部位において、当該ウェブ部を図において左右から挟むように断面略Ｔ字形の部材４を配置し、この部材４をボルト・ナットにより固定する。上記接合部１１ｂのフランジ部となる部位では接合プレートを用いないことで、上記拘束材１２として幅６０ｍｍ程度の角形鋼管が用いられる場合でも、ボルトが納まることになる。この接合は、設計用軸力が小さい場合に用いられる。

また、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）に示す例では、上記接合部１１ｂのウェブ部となる部位において、当該ウェブ部を図において左右から挟むように断面略コ字形の部材５を配置し、この部材５をボルト・ナットにより固定する。この接合も、上記接合部１１ｂのフランジ部となる部位では接合プレートを用いないことで、上記拘束材１２として幅６０ｍｍ程度の角形鋼管が用いられる場合でも、ボルトが納まることになる。この接合も、設計用軸力が小さい場合に用いられる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１ 座屈拘束ブレース
１１ 芯材
１１ａ 板状部
１１ｂ 接合部
１２ 拘束材
１３ 内挿板
１４ アンボンド材
１５ 幅方向補剛材
１６ 補強板

Claims (7)

1. 板状部の両端に他部材との接合のための接合部を有した芯材と、上記板状部の弱軸方向に直交する各面に対向して配置された拘束材とを備える座屈拘束ブレースにおいて、上記板状部と上記拘束材との間に、当該拘束材に接触して内挿板が設けられていることを特徴とする座屈拘束ブレース。
2. 請求項１に記載の座屈拘束ブレースにおいて、上記拘束材は角形鋼管からなり、当該角形鋼管はその各面部の交差箇所に曲面領域を有する角部を有していることを特徴とする座屈拘束ブレース。
3. 請求項１または請求項２に記載の座屈拘束ブレースにおいて、上記内挿板と上記拘束材とが接触する面以外の箇所で上記内挿板が上記拘束材に固定されていることを特徴とする座屈拘束ブレース。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレースにおいて、各内挿板が複数に分割されていることを特徴とする座屈拘束ブレース。
5. 板状部の両端に他部材との接合のための接合部を有した芯材と、上記板状部の弱軸方向の各面に対向して配置された拘束材とを備えており、上記板状部と上記拘束材との間に、内挿板が上記拘束材に接触して設けられている座屈拘束ブレースの評価方法であって、
   上記拘束材は角形鋼管からなり、当該角形鋼管はその各面部の交差箇所に曲面領域を有する角部を有しているとし、
   上記曲面領域を有する角部を平面領域として単純化することで上記角形鋼管の断面を八角形で表し、降伏線理論を用いて、上記芯材の弱軸方向への補剛力で上記角形鋼管および上記内挿板に舟底形の座屈が生じるとし、上記舟底形の座屈の幅を未知数ｘとし、上記舟底形の中央部と両端部における上記角形鋼管および上記内挿板の各々の降伏線の回転角を上記未知数ｘの関数とし、また、上記平面領域に単純化した箇所での上記角形鋼管の降伏線の回転角を上記未知数ｘの関数とし、
   上記関数を用いて求めた上記角形鋼管の局部耐力と上記関数を用いて求めた上記内挿板の局部耐力とを足し合せた合計局部耐力が、安全率を加味して、または安全率を加味せずに、上記芯材の弱軸方向への補剛力を上回るか否かにより、上記座屈拘束ブレースを評価することを特徴とする座屈拘束ブレースの評価方法。
6. 板状部の両端に他部材との接合のための接合部を有した芯材と、上記板状部の弱軸方向の各面に対向して配置された拘束材とを備えており、上記板状部と上記拘束材との間に、内挿板が上記拘束材に接触して設けられている座屈拘束ブレースの評価方法であって、
   上記芯材の弱軸方向への補剛力で上記拘束材である角形鋼管および上記内挿板に舟底形の座屈が生じるとし、上記舟底形の座屈の幅を未知数ｘ、角形鋼管の降伏応力度を_ＲＦ_ｙ、内挿板の降伏応力度を_ＰＦ_ｙ、角形鋼管の幅をＢ_Ｒ、内挿板の幅をＢ_Ｐ、角形鋼管の板厚をｔ_Ｒ、内挿板の板厚をｔ_ｐ、円周率 をπとし、
   
   
   
   上記の数１３の数式で表される未知数ｘを、上記の数１１で表される局部塑性耐力Ｐ_Ｒを求める数式に代入して得られる計算式に基づいて上記座屈拘束ブレースを評価することを特徴とする座屈拘束ブレースの評価方法。
7. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレースにおいて、上記芯材の弱軸方向への補剛力で上記拘束材である角形鋼管および上記内挿板に舟底形の座屈が生じるとし、上記舟底形の座屈の幅を未知数ｘ、角形鋼管の降伏応力度を_ＲＦ_ｙ、内挿板の降伏応力度を_ＰＦ_ｙ、角形鋼管の幅をＢ_Ｒ、内挿板の幅をＢ_Ｐ、角形鋼管の板厚をｔ_Ｒ、内挿板の板厚をｔ_ｐ、円周率 をπとし、
   
   
   
   上記の数１３の数式で表される未知数ｘを、上記の数１１で表される局部塑性耐力Ｐ_Ｒを求める数式に代入して得られる計算式に基づき、上記補剛力で座屈を生じないとされた内挿板が設けられたことを特徴とする座屈拘束ブレース。