JP2017101482A - 座屈拘束ブレースダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】ブレースダンパーの断面を大型化することなく十分な補剛効果が得られ、製作が容易で低コストにすることができる。
【解決手段】座屈拘束材３は、芯材２及び絶縁材４を挟み込むように積層配置され、芯材２の塑性化部２１の面外変形を拘束する拘束プレート５と、塑性化部２１の面内変形を拘束するカバープレート６と、拘束プレート５に接続し、拘束プレート５と芯材２と絶縁材４を挟み込み全体曲げ剛性を高める補剛材７と、を備え、座屈拘束材３は、軸線方向の一端が固定端部とされ他端が可動端部とされ、芯材２の固定側接合部には、座屈拘束材３の固定端部に隣接し、座屈拘束材３の固定側接合部側への移動を規制するシアキー８が固定され、補剛材７の内側には縦リブ７４および横リブ７５が設けられ、横リブ７５が少なくとも補剛材７の可動端部側に設けられ、各リブ端が拘束プレート５の側面に対して非固着で当接した座屈拘束ブレースダンパーを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼材が塑性変形することでエネルギーを吸収し、構造物の揺れを減衰させるための座屈拘束ブレースダンパーに関する。

従来、地震や強風等の外乱によって建物に作用した振動エネルギーを吸収して減衰させ、建物に制振性能を付与するために、建物の架構内にブレースダンパーを架設することが行われている。そして、この種のブレースダンパーの一つとして、エネルギー吸収能力に優れた鋼材を芯材として用い、芯材を囲繞するように補剛材を設けて構成した座屈拘束ブレースダンパーが知られている。このような座屈拘束ブレースダンパー（以下、単にブレースダンパーという）では、ブレースの軸線方向に作用した外力（地震エネルギー等の振動エネルギー）を芯材の塑性変形によって吸収するとともに、補剛材によって芯材の座屈を防止し芯材を効率よく塑性変形させることができる。これにより、優れた制振性能を発揮し、建物の耐振性能を効果的に向上させることができる。

そして、上述したブレースダンパーにおいて、図１１（ａ）に示すように、高い圧縮軸力Ｎを受ける場合には、芯材１００は座屈拘束材１０１と芯材１００との隙間（クリアランスＳ）で高次の座屈現象を起こしている。ここで、芯材１００の座屈によって、芯材１００が座屈拘束材１０１を材軸直交方向に押し広げようとする力を補剛力Ｂという。そして、補剛力Ｂは座屈波形によって、軸力Ｎのｓｉｎθ成分として、Ｂ＝２Ｎ×ｓｉｎθ＝２Ｎ×Ｓ／Ｌｍ （Ｌｍ：座屈半波長）の式で表されることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。そのため、座屈拘束材１０１は、全体座屈に対する曲げ剛性の確保とともに、上記補剛力Ｂに対して崩壊しないように設定されている。

ところで、芯材の断面形状が矩形の場合には、ブレースダンパーに繰り返し軸力が載荷されると、図１１（ｂ）に示すように、ブレースの可動端において座屈半波長が小さくなり、座屈振幅が大きくなることが知られている。すなわち、前述の式により補剛力Ｂは、座屈波長に反比例して、また、座屈振幅に比例して大きくなり、その部分の座屈拘束材１０１の崩壊を促すことになる。例えばブレースの可動端において座屈半波長Ｌｍが１／２になった場合、補剛力Ｂは２倍になり、また芯材１００と座屈拘束材１０１の節点数が一般部分の２倍になることから、ブレースの可動端では一般部分の４倍の補剛力Ｂが作用する。また、座屈拘束材１０１も剛体ではあり得ず、面外方向に広がって図１１（ａ）に示すクリアランスＳも増加することから、補剛力Ｂはさらに大きくなり、座屈拘束材１０１を崩壊に至らしめる。その結果、芯材１００の可動端にひずみ集中が生じ、疲労性能を劣化させ、十分なエネルギー吸収性能が得られないことになる。

また、高軸力で発生する芯材の高次の座屈現象は、一般部分においても、座屈拘束材と芯材の接点数が増加し、座屈半波長が小さくなるため、各接点の補剛力も増加する。その結果、座屈拘束材と芯材の摩擦力ｆ（図１１（ｂ）参照））が大きくなり、軸力の一部が座屈拘束材に流れ、芯材において十分なエネルギー吸収性能が得られないうえ、座屈拘束材がずれるという問題があった。

このような芯材端部の補剛力が増大する問題に対応するブレースダンパーとして、平板芯材の端部に補強リブを断面十字状になるように取り付ける構造や、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように芯材１１０の端部１１０ａの両側面に鋼板１１１を接合する構造とすることで、芯材端部における高次座屈を発生させないものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、特許文献２には、芯材の軸線方向の中央部に設けた凸部と、座屈拘束材の材軸方向中央部の凹部とを係止することで、座屈拘束材に対する芯材の軸線方向の移動（ずれ）を防止する構成について記載されている。

「方杖ダンパーの座屈拘束設計と性能確認実験」、井上他、鋼構造論文集、第１２巻第４５号、２００５．３

特開平１０−３０６４９８号公報 特開２００２−１３８５８３号公報

しかしながら、従来のブレースダンパーでは、以下のような問題があった。
すなわち、芯材の端部に断面十字状の補強リブを設ける構造の場合には、補強リブが座屈拘束材と干渉しないよう座屈拘束材の端部に軸線方向に延びるスリットを設ける必要があり、その結果、大きな補剛力の必要な座屈拘束材の端部の強度を低下させてしまい、十分な拘束効果が得られないという問題があった。
また、特許文献１では、前述の補強リブと同等の面外曲げ剛性を確保するためには相応の板厚が必要となってブレース断面が大型化し、コストが増大することから、その点で改良の余地があった。
さらに、特許文献２には、座屈拘束材の中央に孔開け加工や、芯材中央に凸形の加工が必要となるうえ、座屈拘束材の両端が可動する構造となることから、コストが増大するという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ブレースの断面を大型化することなく十分な補剛効果が得られ、製作が容易で低コストにすることが可能な座屈拘束ブレースダンパーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る座屈拘束ブレースダンパーは、芯材と、前記芯材の座屈を防止するための座屈拘束材と、前記芯材と前記座屈拘束材の間に配設される絶縁材とを備え、前記芯材は、軸線方向に沿って延設され、振動エネルギーが作用した際に塑性変形してこの振動エネルギーを吸収する塑性化部と、軸線方向の両端部側にそれぞれ設けられ、建物の架構に接続するための一対の接合部と、を備え、前記座屈拘束材は、前記芯材及び前記絶縁材を挟み込むように積層配置され、前記芯材の塑性化部の面外変形を拘束する一対の拘束プレートと、前記一対の拘束プレートに連結して架設され、且つ前記一対の拘束プレートとともに前記芯材を囲繞するように配設され、前記芯材の塑性化部の面内変形を拘束する一対のカバープレートと、前記一対の拘束プレートに接続し、前記一対の拘束プレートと前記芯材と前記絶縁材を挟み込むように配設され、全体曲げ剛性を高める溝形鋼からなる一対の補剛材と、を備え、前記補剛材の溝開口側の内側には、縦リブおよび横リブが設けられ、前記横リブが少なくとも前記補剛材の可動端部側に設けられるとともに、前記縦リブ及び横リブのそれぞれのリブ端が前記拘束プレートの側面に対して非固着状態で当接していることを特徴としている。

本発明では、振動エネルギーが建物の架構から作用した際に、このブレースの軸線方向に作用した外力（地震エネルギーなどの振動エネルギー）を芯材の塑性化部が塑性変形することによって吸収する。このとき、座屈拘束材の一対の拘束プレートと一対のカバープレートによって芯材が囲繞され、さらに縦リブ及び横リブによって補強された一対の補剛材が一対の拘束プレートと芯材と絶縁材を挟み込むように配設されているので、ブレースの軸線方向の変形によって座屈拘束材が確実に両端部で面外方向に開くことを防止することができる。つまり、補剛材はブレース全体の曲げ剛性を高め、ブレース全体の座屈を抑えると共に、とくに補剛材の可動端部側には縦リブに加えて横リブが設けられているので、拘束プレートと一体となって芯材の可動側端部の座屈拘束効果をさらに高めることができる。
このように本発明では、芯材の面外変形、面内変形が拘束され、芯材の座屈を防止し芯材を効率よく塑性変形させることができ、面外方向の開きが抑止されている。
そして、補剛材によって全体座屈ならびに座屈拘束材局部の崩壊を防ぐことができるため、芯材の疲労寿命を延ばすことが可能となり、エネルギー吸収性能を改善させることができる。

また、絶縁材が芯材の塑性化部と拘束プレートの間に介装されているので、芯材と拘束プレートとの間に働く摩擦力を低減することができる。したがって、本発明の座屈拘束ブレースダンパーにおいては、優れた制振性能が発揮され、建物の耐振性能を効果的に向上させることができる。

さらに、補剛材の内側に縦リブ及び横リブが設けられていることから、製作時において、溝形鋼の開口端側を上に向け、その内側にリブを溶接できるため、溶接作業が容易であり、作業にかかるコストの低減を図ることができる。しかも、縦リブ及び横リブが拘束プレートの側面に対して非固着状態で当接しているので、拘束プレートとリブとの溶接が不要であり、溶接作業にかかるコストを抑えることができる。
また、従来のように芯材の端部をリブで補強する構造ではないため、芯材の塑性化部の軸線方向の長さを大きくとることが可能となり、芯材の疲労寿命が延び、エネルギー吸収性能を改善することができる。

また、本発明に係る座屈拘束ブレースダンパーは、前記座屈拘束材は、前記軸線方向の一端が固定端部とされ、前記芯材の一対の接合部のうち一方の固定側接合部に固定されるとともに、前記軸線方向の他端が可動端部とされ、他方の可動側接合部に前記軸線方向に沿って移動可能に設けられ、前記芯材の固定側接合部には、前記座屈拘束材の固定端部に隣接し、前記座屈拘束材の前記固定側接合部側への移動を規制するシアキーが固定されていることが好ましい。

この場合には、拘束プレートの固定端部が当接することにより、芯材に圧縮荷重が作用する際、芯材の圧縮荷重に対して、座屈拘束材の軸線方向へのずれを防止することができるシアキーを芯材の固定側接合部に設置することが望ましい。これにより、芯材の座屈拘束効果を一定に保つことができる。しかも、シアキーは、ブレースダンパーの外側から簡単な作業により取り付けることが可能であるため、設置によるコストの増加を抑えることができる。

また、本発明に係る座屈拘束ブレースダンパーは、前記拘束プレートの両端には、前記芯材、該拘束プレート、及び前記絶縁材を貫通して締結する接合ボルトが設けられていることが好ましい。

この場合には、拘束プレートの両端において、芯材、拘束プレート及び絶縁材が接合ボルトによって接合されているので、拘束プレートの面外方向の開きを防止することができる。

また、本発明に係る座屈拘束ブレースダンパーは、前記カバープレートの可動側の端部には可動側に開口する凹部が形成されていることが好ましい。

このような構成とすることで、カバープレートの凹部を例えばＵ字形に加工し、可動側の端部におけるカバープレートと拘束プレートの溶接長さを長くとることができる。そのため、端部補剛力を増大させることができ、補剛材を破壊させずに拘束効果を保つことができる。

また、本発明に係る座屈拘束ブレースダンパーは、前記芯材の可動側接合部は、前記塑性化部よりも幅寸法を大きくした拡幅部を有していてもよい。

この場合には、カバープレートの可動側の端部に凹部が形成されることで、芯材の塑性化部が変形し、ブレース全体に伸縮が生じた際に芯材の拡幅部とカバープレートの干渉を避けることができる。
また、拘束プレートの面外方向の開きを防止するため、芯材と、拘束プレート及び絶縁材とを貫通して締結する。

本発明の座屈拘束ブレースダンパーによれば、ブレースダンパーの断面を大型化することなく十分な補剛効果が得られ、製作が容易で低コストにすることができる。

本発明の実施の形態によるブレースダンパーの構成を示す上面図である。 図１に示すブレースダンパーの正面図である。 図２に示すブレースダンパーの断面図であって、（ａ）はＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線断面図、（ｄ）はＤ−Ｄ線矢視図である。 ブレースダンパーの各部品を示す側面図であって、（ａ）は中央芯材の図、（ｂ）は外側芯材の図、（ｃ）はカバープレートの図、（ｄ）は拘束プレートの図、（ｅ）は補剛材の図である。 図１に示すブレースダンパーの可動側を示す要部拡大図である。 図２に示すブレースダンパーの可動側を示す要部拡大図である。 図６に示すＥ−Ｅ線矢視図であって、ブレースダンパーを可動側から見た側面図である。 図４（ｅ）に示すＦ−Ｆ線断面図であって、補剛材の可動側端部を示す断面図である。 実施例による荷重変形関係を示す図である。 実施例による荷重変形関係を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、座屈拘束ブレースの芯材の座屈変形の状態、及び芯材の軸力と補剛力の関係を示す図である。 従来の芯材の補剛状態を示す図であって、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその上面図である。

以下、本発明の実施の形態による座屈拘束ブレースダンパーについて、図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示すように、本実施の形態による座屈拘束ブレースダンパー（以下、単にブレースダンパー１という）は、例えば地震時に建物に作用した振動エネルギーを吸収して減衰させ、建物の揺れを抑えるためのものである。

ブレースダンパー１は、建物に作用した地震エネルギーなどの振動エネルギーを吸収して減衰させる芯材２と、芯材２の座屈を防止するための座屈拘束材３と、芯材２と座屈拘束材３の間に配設される絶縁材４と、を備えている。
ここで、ブレースダンパー１において、芯材２の軸線Ｏ１方向に沿う一端側（ここでは図１及び図２に示す紙面左側）であって、芯材２に対して座屈拘束材３の軸線Ｏ１方向への移動を固定する側を固定側といい、その反対側の他端側（図１及び図２に示す紙面右側）であって、芯材２に対して座屈拘束材３の軸線Ｏ１方向への移動を許容する側を可動側という。また、芯材２において、図２に示す正面視で軸線Ｏ１方向に直交する方向を幅方向Ｗという。

芯材２は、３枚の鋼板を一体に積層して形成されている。すなわち、芯材２は、中央芯材２Ａと、中央芯材２Ａの一面側と他面側のそれぞれから挟持する外側芯材２Ｂ、２Ｂと、からなる。
中央芯材２Ａおよび外側芯材２Ｂ、２Ｂは、図３（ａ）〜（ｄ）、及び図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ブレースダンパー１の軸線Ｏ１方向に沿って延設されるとともに一定の幅寸法の平板状で帯状に形成され、振動エネルギーが作用した際に塑性変形してこの振動エネルギーを吸収する塑性化部２１と、塑性化部２１の両端部側に一体に設けられ、塑性化を期待しない拡幅部２２（２２Ａ、２２Ｂ）と、を備えている。
芯材２は、拡幅部においてのみ溶接されている。塑性化部への溶接を伴わないため、芯材の疲労寿命への悪影響を避けることができる。

拡幅部２２Ａ、２２Ｂは、塑性化部２１から連続的に軸線Ｏ１方向の外側に延設されるとともに塑性化部２１に対して大きな幅寸法に拡幅した形状をなしている。
拡幅部２２は、建物の架構に取り付けたガセットプレートなどにボルト接合して架構内にブレースダンパー１を架設するための断面形状がＨ形の接合部２３（２３Ａ、２３Ｂ）の一部（ウェブに相当）を構成し、一面から他面に貫通する第１ボルト孔２２ａが設けられている。

接合部２３は、図１及び図２に示すように、芯材２の一対の接合部２３のうち一方が座屈拘束材３を軸線Ｏ１方向に固定する固定側接合部２３Ａとされ、他方が座屈拘束材３を軸線Ｏ１方向に沿って移動可能に設ける可動側接合部２３Ｂとされる。
接合部２３は、芯材２の拡幅部２２に直交させつつ、拡幅部２２の幅方向Ｗの両端部にそれぞれ一面を部分又は完全溶け込み溶接Ｓ１（図３（ｄ）、図７参照）で一体に接合した一対のフランジ部２４、２４を備えて断面Ｈ形に形成されている。
各フランジ部２４には、ガセットプレートなどに接合するための複数の第２ボルト孔２４ａが一面から他面に貫通して形成されている。さらに、この芯材２は、塑性化部２１と拡幅部２２とを繋ぐ部分が凹円弧状に形成されている。
なお、接合部２３を建物の架構に対してボルト接合させずに溶接でブレースダンパー１を架設する場合には、前記ボルト孔２２ａ、２４ａは不要である。

また、中央芯材２Ａ及び外側芯材２Ｂは、図１、図３（ｂ）、図４（ａ）、（ｂ）、及び図５に示すように、各拡幅部２２の塑性化部２１側に座屈拘束材３を接合するための接合孔２５、２６が一面から他面に貫通して形成されている。一方の固定側の拡幅部２２Ａ（図４（ａ）における紙面左側）には２つの第１接合孔２５が設けられ、他方の可動側の拡幅部２２Ｂ（図４（ａ）における紙面右側）には４つの第２接合孔２６が設けられている。

また、外側芯材２Ｂの拡幅部２２は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、中央芯材２Ａの拡幅部２２に対して軸線Ｏ１方向に略半分の長さで形成されている。そして、図３（ｂ）及び図５に示すように、各外側芯材２Ｂ、２Ｂの端部を中央芯材２Ａに完全溶け込み溶接Ｓ４（図３（ｃ）参照）と隅肉溶接Ｓ２（図５参照）とを行って一体形成されている。

また、図１及び図２に示すように、外側芯材２Ｂにおける一対の固定側の拡幅部２２Ａの外面には、軸線Ｏ１方向の所定位置において幅方向Ｗに沿って延びるとともに、外面の外側に向けて突出するシアキー８が溶接接合によって設けられている。シアキー８は、拘束プレート５の軸線Ｏ１方向で固定側接合部２３Ａ側の固定端部５ａが隣接するように設けられている。

絶縁材４は、図１及び図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ゴムなどを用い、矩形平板状の帯状に形成されている。絶縁材４は、幅寸法を芯材２の塑性化部２１の幅寸法と略同等にして形成され、軸線Ｏ１方向の長さを芯材２の塑性化部２１の長さよりも大きく、芯材２全体の長さよりも小さな寸法にして形成されている。さらに、絶縁材４は、軸線Ｏ１方向の両端部側にそれぞれ、一面から他面に貫通して第３接合孔４１が形成されている。そして、一対の絶縁材４はそれぞれ、芯材２と互いの接合孔２５、２６、４１を連通させつつ面接触させ、芯材２に一体に積層して配設されている。

座屈拘束材３は、図１及び図２に示すように、芯材２の一面側と他面側にそれぞれ積層して軸線Ｏ１方向に延設され、芯材２の面外変形を拘束する一対の拘束プレート５と、一対の拘束プレート５の幅方向Ｗの両側端部側にそれぞれ連結して架設されるとともに軸線Ｏ１方向に延設され、芯材２の面内変形を拘束する一対のカバープレート６と、各拘束プレート５に一体に設けられるとともに拘束プレート５に沿って軸線Ｏ１方向に延設され、主にブレースダンパー１の全体曲げ剛性を高める一対の補剛材７と、を備えている。

図４（ｄ）に示す一対の拘束プレート５はそれぞれ、矩形平板状で帯状の同形同大の鋼板であり、幅を芯材２の塑性化部２１の幅と略同等の寸法にして形成されている。また、各拘束プレート５は、軸線Ｏ１方向の長さを芯材２の塑性化部２１の長さよりも大きく、芯材２全体の長さよりも小さな寸法にして形成されている。

さらに、各拘束プレート５には、軸線Ｏ１方向の両端部側にそれぞれ、一面から他面に貫通し図１に示す芯材２の第１接合孔２５及び第２接合孔２６にそれぞれ対応して連通する接合円孔５１及び接合長孔５２が設けられている。また、各拘束プレート５の一方の端部（図４（ｄ）の紙面左側）に設けられる接合円孔５１は丸孔として形成され、他方の端部（図４（ｄ）の紙面右側）に設けられる接合長孔５２は軸線Ｏ１方向に沿って延びる長孔として形成されている。

そして、これら一対の拘束プレート５、５は、芯材２と一対の絶縁材４を挟み込むように芯材２の一面側と他面側にそれぞれ積層して配設され、軸線Ｏ１方向の一端部側の接合円孔５１を芯材２及び絶縁材４の接合孔２５、４１に連通させ、他端部側の接合長孔５２を芯材２及び絶縁材４の接合孔２６、４１に連通させて配設されている。また、各拘束プレート５は、接合孔２５、２６、４１、５１、５２に綴りボルトなどの接合ボルト５０を挿通し、ナットを締結することによって、芯材２に接合されている。このとき、各拘束プレート５は、建物の架構にブレースダンパー１を設置する段階で、他端部側の接合長孔５２の軸線Ｏ１方向の略中央に接合ボルト５０を挿通して芯材２に接続されている。

図４（ｃ）に示す一対のカバープレート６は、それぞれ矩形平板状で帯状の同形同大の鋼板であり、軸線Ｏ１方向の長さを芯材２の塑性化部２１の長さと同等、あるいは短くして形成されている。また、一対の拘束プレート５の幅方向Ｗの一側端部側に一方のカバープレート６、他側端部側に他方のカバープレート６が配設されている。そして、各カバープレート６が、一対の拘束プレート５の側端部同士を連接するように、且つ芯材２の面外及び拘束プレート５の面外に発生する補剛力に対して十分な強度を有するように、隅肉溶接Ｓ３（図３（ａ）、（ｂ）参照）で接続して架設されている。

これにより、本実施形態のブレースダンパー１においては、一対の拘束プレート５、５と一対のカバープレート６、６によって座屈拘束材３が断面視で箱形状に形成され、これら一対の拘束プレート５、５と一対のカバープレート６、６で囲まれた内部に芯材２及び絶縁材４を収容して拘束プレート５とカバープレート６で囲繞するように形成されている。

また、カバープレート６の可動側の端部には、図５に示すように、可動側に開口するＵ字状の凹部６ａが形成されている。これにより拘束プレート５とカバープレート６の溶接長を大きく設定することが可能となり、可動端の強度を高めることができる。そして、凹部６ａがＵ字形をなしているので、応力集中を緩和させることができる。

図４（ｅ）及び図６に示す一対の補剛材７は、それぞれウェブ７１と一対のフランジ７２を備えた溝形鋼であり、溝開口側を芯材２側に向けて配置されている。各補剛材７は、幅寸法を拘束プレート５の幅寸法よりも僅かに小さな寸法にして形成されるとともに、軸線Ｏ１方向の長さを拘束プレート５の長さと略同等にして形成されている。

これら一対の補剛材７は、芯材２、一対の絶縁材４、一対の拘束プレート５を挟み込むように、一方の拘束プレート５側と他方の拘束プレート５側にそれぞれ配設されるとともに軸線Ｏ１方向に延設されている。また、各補剛材７は、図３（ｂ）に示すように、座屈拘束材３の全体座屈曲げで発生するせん断力に対して十分な強度を有するように、一対のフランジ７２の端部を隅肉溶接Ｓ３（図３（ａ）、（ｂ）参照）で拘束プレート５に接合して一体に配設されている。さらに、各補剛材７の両端部側のウェブ７１には、図６に示すように、ハンドホール７３が貫通形成されており、このハンドホール７３を通じてソケットレンチなどの回転工具を挿入し、接合ボルト５０、ナットを操作できるようになっている。

また、補剛材７の溝開口側の内側には、幅方向Ｗに沿って延在する縦リブ７４と、可動側接合部２３Ｂ側において縦リブ７４の幅方向Ｗの中間部に接合される横リブ７５と、が設けられている。図３（ｂ）に示すように、縦リブ７４および横リブ７５は、幅方向Ｗに直交する方向のリブ端７４ａ、７５ａが補剛材７の開口端７ａと同一面に位置する高さ寸法（前記直交する方向で補剛材７のウェブ７１からリブ端７４ａ、７５ａまでの寸法）となるように設定されている。
縦リブ７４および横リブ７５は、ウェブ７１およびフランジ７２に溶接により固定されている。補剛材７と拘束プレート５を接合する際には、縦リブ７４および横リブ７５の幅方向Ｗで内側を向く内端面７ａは、拘束プレート５の外面に対して当接している。これにより、縦リブ７４と横リブ７５は拘束プレート５と一体となって、芯材２の座屈拘束効果を高めることができる。

なお、接合ボルト５０の本数は、補剛力に応じて決められ、本実施の形態では、補剛材７の横リブ７５を挟んで、固定側で２本、補剛力の大きな可動側で４本としている。とくに補剛力の大きな可動側の接合ボルト５０は、座屈拘束効果を高める上で特に重要な部品といえる。
また、本実施の形態のように拘束プレート５の可動端に長孔を設ける場合には、大きな座金（図示省略）を使用し、座屈拘束材３と座金との間にポリ４フッ化エチレン樹脂製のシート等の摩擦低減材を挿入することが好ましい。

ここで、上述したブレースダンパー１の製造方法について説明する。
図１及び図２に示すように、先ず、中央芯材２Ａや外側芯材２Ｂの形状やボルト孔及び接合孔２５、２６を加工する。続いて、中央芯材２Ａの拡幅部２２Ａ、２２Ｂにフランジを溶接してフランジ部２４を形成する。そして、拘束プレート５の内面に、絶縁材４を例えば両面粘着テープ等で貼着する。その後、拘束プレート５と芯材２を、それぞれのボルト孔や及び接合孔に接合ボルト５０を挿通させて固定する。
その後、拘束プレート５の幅方向Ｗの両端のそれぞれにカバープレート６を溶接により接続する。さらに、補剛材７の溝開口側の内側に、図８に示すように、縦リブ７４および横リブ７５を隅肉溶接Ｓ４（図８参照）により所定位置に溶接したうえで、補剛材７を拘束プレート５に軸線Ｏ１方向に延設し、隅肉溶接Ｓ３（図３（ａ）、（ｂ）参照）により一体化する。

上述のように本実施の形態によるブレースダンパー１では、図１及び図２に示すように、振動エネルギーが建物の架構から作用した際に、このブレースダンパー１の軸線Ｏ１方向に作用した外力（地震エネルギーなどの振動エネルギー）を芯材２の塑性化部２１が塑性変形することによって吸収する。
このとき、座屈拘束材３の一対の拘束プレート５と一対のカバープレート６によって芯材２が囲繞され、さらに縦リブ７４及び横リブ７５によって補強された一対の補剛材７が一対の拘束プレート５と芯材２と絶縁材４を挟み込むように配設されているので、ブレースダンパー１の軸線Ｏ１方向の変形によって座屈拘束材３が確実に両端部で面外方向に開くことを防止することができる。つまり、補剛材７はブレース全体の曲げ剛性を高め、ブレース全体の座屈を抑えると共に、とくに補剛材７の可動端部側には縦リブ７４に加えて横リブ７５が設けられているので、拘束プレート５と一体になって芯材２の可動側端部の座屈拘束効果をさらに高めることができる。

このように本実施の形態では、芯材２の面外変形、面内変形が拘束され、芯材２の座屈を防止し芯材２を効率よく塑性変形させることができ、面外方向の開きが抑止されている。
そして、補剛材７によって全体座屈ならびに座屈拘束材３の局部の崩壊を防ぐことができるため、芯材２の疲労寿命を延ばすことが可能となり、エネルギー吸収性能を改善させることができる。

また、本実施の形態では、絶縁材４が芯材２の塑性化部２１と拘束プレート５の間に介装されているので、芯材２と拘束プレート５との間に働く摩擦力を低減することができる。したがって、本実施の形態のブレースダンパー１においては、優れた制振性能が発揮され、建物の耐振性能を効果的に向上させることができる。

さらに、本実施の形態では、補剛材７の内側に縦リブ７４及び横リブ７５が設けられていることから、製作時において、溝形鋼の開口端側を上に向け、その内側にリブ７４、７５を溶接できるため、溶接作業が容易であり、作業にかかるコストの低減を図ることができる。しかも、縦リブ７４及び横リブ７５が拘束プレート５の側面に対して非固着状態で当接しているので、拘束プレート５とリブ７４、７５との溶接が不要であり、溶接作業にかかるコストを抑えることができる。
また、従来のように芯材の端部をリブで補強する構造ではないため、芯材２の塑性化部２１の軸線Ｏ１方向の長さを大きくとることが可能となり、芯材２の疲労寿命が延び、エネルギー吸収性能を改善することができる。

また、本実施の形態では、芯材２の固定側接合部２３Ａに設置されるシアキー８に拘束プレート５の固定端部５ａが当接することにより、芯材２に圧縮荷重が作用する際、芯材２の圧縮荷重に対して、座屈拘束材３の軸線Ｏ１方向へのずれを防止することができるシアキー８を芯材２の固定側接合部２３Ａに設置することが可能となる。これにより、芯材２の座屈拘束効果を一定に保つことができる。しかも、シアキー８は、ブレースダンパー１の外側から簡単な作業により取り付けることが可能であるため、設置によるコストの増加を抑えることができる。
なお、強度的に可能になる場合には、シアキー８に代えて固定側の接合ボルトを用いても良い。

さらに、本実施の形態では、拘束プレート５の両端において、芯材２、拘束プレート５及び絶縁材４が接合ボルト５０によって接合されているので、拘束プレート５の面外方向の開きを防止することができる。

また、本実施の形態では、図５に示すように、カバープレート６の可動側の端部には可動側に開口する凹部６ａが形成され、カバープレート６の凹部６ａをＵ字形に加工し、可動側の端部におけるカバープレート６と拘束プレート５の溶接長さを長くとることができる。そのため、端部補剛力を増大させることができ、補剛材７を破壊させずに拘束効果を保つことができる。

また、本実施の形態では、芯材２の可動側接合部２３Ｂにおいて塑性化部２１よりも幅寸法を大きくした拡幅部２２を有しており、カバープレート６の可動側の端部に凹部６ａが形成されることで、芯材２の塑性化部２１が変形してブレース全体に伸縮が生じた際に、芯材２の拡幅部２２とカバープレート６の干渉を避けることができる。

さらに、芯材２が塑性化部２１だけでなく両端部側に接合部２３（拡幅部２２）を一体に備えて構成され、座屈拘束材３が鋼板からなる拘束プレート５及びカバープレート６と、溝形鋼からなる補剛材７と、ゴム板などの絶縁材４で構成され、現場溶接やボルト接合で一体に形成される。これにより、高耐力ダンパーでありながら、全体として細く、軽量で、製作が容易な低コストの座屈拘束ダンパーを実現することができる。

また、本実施の形態のように座屈拘束材３の各部材の寸法、強度を適切に設計することで、確実に、芯材２の座屈で発生する面外補剛力、面内補剛力、及びブレースダンパー１の全体座屈に対応することができ、高耐力ダンパーを実現することができる。

このように本実施の形態の座屈拘束ブレースダンパーによれば、ブレースダンパー１の断面を大型化することなく十分な補剛効果が得られ、製作が容易で低コストにすることができる。

（実施例）
次に、上述した実施の形態による座屈拘束ブレースダンパーの効果を裏付けるために行った実施例について以下説明する。
図９及び図１０は、上述した実施の形態のブレースダンパーにおいて、溝形鋼（補剛材）の縦リブ及び横リブ、カバープレートのＵ字状の凹部、及びシアキーを設けた実施例（試験体−Ｂ）と、前記縦リブ及び横リブ、凹部、及びシアキーを設けていない比較例（試験体−Ａ）と、の効果を示した試験結果である。図９及び図１０は、横軸に変位（ｍｍ）、縦軸に荷重Ｐ（ｋＮ）とした荷重変位の関係を示している。
試験体−Ａ、Ｂの芯材は、それぞれ断面形状が矩形であり、ＳＭ４００Ｂの３枚の鋼板を重ね合わせたものを使用している。

比較例による試験体−Ａでは、加力サイクルが１７で、エネルギー吸収性能を示す累積塑性変形倍率ηが２９５となった。一方、実施例による試験体−Ｂでは、加力サイクルが４６で、累積塑性変形倍率ηが１２３５となった。したがって、縦リブ及び横リブ、凹部、及びシアキーを設ける実施例によるブレースダンパーは、これらの構成を備えていない比較例に比べて座屈拘束効果が高く、エネルギー吸収性能が改善されることを確認することができた。

以上、本発明による座屈拘束ブレースダンパーの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施の形態では、カバープレート６の可動側の端部には可動側に開口する略Ｕ字状の凹部６ａを形成した構成としているが、この凹部６ａを設けない構成であってもかまわない。また、凹部６ａの形状についても、本実施の形態にように略Ｕ字状であることに制限されることはない。

また、本実施の形態では、ブレースダンパー１の可動側において、芯材２の第２接合孔２６を円孔とし、拘束プレート５における可動側を長孔の接合長孔５２としているが、これに限定されることはない。つまり、芯材２の第２接合孔２６を長孔とし、拘束プレート５の可動側の接合孔を円孔としても、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、芯材２は必ずしも３枚の鋼板（中央芯材２Ａ、外側芯材２Ｂ、２Ｂ）を一体に積層して形成することに限定しなくてもよく、１枚の鋼板で形成しても、複数の鋼板を一体に積層して形成しても構わない。また、塑性化部２１よりも拡幅部２２の鋼板枚数を多くして、高接合耐力を確保するようにしてもよい。さらに、芯材２の接合部２３を、高力ボルトを用いてガセットプレートなどに接合するものとしているが、溶接で建物の架構に接合部２３を接合しても勿論構わない。

また、補剛材７の内側に溶接される縦リブ７４及び横リブ７５の位置や数量は、適宜設定することが可能である。
さらに、本実施の形態では、横リブ７５が補剛材７の可動端部側にのみ設けられた構成となっているが、この位置に制限されることはない。横リブ７５が補剛材７の軸線Ｏ１方向の全体にわたって設けられていてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ ブレースダンパー（座屈拘束ブレースダンパー）
２ 芯材
２Ａ 中央芯材
２Ｂ 外側芯材
３ 座屈拘束材
４ 絶縁材
５ 拘束プレート
６ カバープレート
７ 補剛材
７ａ 開口端
８ シアキー
２１ 塑性化部
２２、２２Ａ、２２Ｂ 拡幅部
２３ 接合部
２４ フランジ部
２５ 接合孔
２６ 接合孔
５０ 接合ボルト
５１ 接合円孔
５２ 接合長孔
７１ ウェブ
７２ フランジ
７３ ハンドホール
７４ 縦リブ
７５ 横リブ
Ｏ１ 軸線
Ｓ１ 部分又は完全溶け込み溶接
Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 隅肉溶接

Claims (5)

1. 芯材と、前記芯材の座屈を防止するための座屈拘束材と、前記芯材と前記座屈拘束材の間に配設される絶縁材とを備え、
   前記芯材は、軸線方向に沿って延設され、振動エネルギーが作用した際に塑性変形してこの振動エネルギーを吸収する塑性化部と、軸線方向の両端部側にそれぞれ設けられ、建物の架構に接続するための一対の接合部と、を備え、
   前記座屈拘束材は、
   前記芯材及び前記絶縁材を挟み込むように積層配置され、前記芯材の塑性化部の面外変形を拘束する一対の拘束プレートと、
   前記一対の拘束プレートに連結して架設され、且つ前記一対の拘束プレートとともに前記芯材を囲繞するように配設され、前記芯材の塑性化部の面内変形を拘束する一対のカバープレートと、
   前記一対の拘束プレートに接続し、前記一対の拘束プレートと前記芯材と前記絶縁材を挟み込むように配設され、全体曲げ剛性を高める溝形鋼からなる一対の補剛材と、
   を備え、
   前記補剛材の溝開口側の内側には、縦リブおよび横リブが設けられ、
   前記横リブが少なくとも前記補剛材の可動端部側に設けられるとともに、前記縦リブ及び横リブのそれぞれのリブ端が前記拘束プレートの側面に対して非固着状態で当接していることを特徴とする座屈拘束ブレースダンパー。
2. 前記座屈拘束材は、前記軸線方向の一端が固定端部とされ、前記芯材の一対の接合部のうち一方の固定側接合部に固定されるとともに、前記軸線方向の他端が可動端部とされ、他方の可動側接合部に前記軸線方向に沿って移動可能に設けられ、
   前記芯材の固定側接合部には、前記座屈拘束材の固定端部に隣接し、前記座屈拘束材の前記固定側接合部側への移動を規制するシアキーが固定されていることを特徴とする請求項１に記載の座屈拘束ブレースダンパー。
3. 前記拘束プレートの両端には、前記芯材、該拘束プレート、及び前記絶縁材を貫通して締結する接合ボルトが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の座屈拘束ブレースダンパー。
4. 前記カバープレートの可動側の端部には可動側に開口する凹部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレースダンパー。
5. 前記芯材の可動側接合部は、前記塑性化部よりも幅寸法を大きくした拡幅部を有していることを特徴とする請求項４に記載の座屈拘束ブレースダンパー。

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