JP2017522502A - ロータリーダンパー及びその取り付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロータリーダンパー及びその取り付け方法を提供することを課題とする。【解決手段】 本発明は、ロータリーダンパー及びその取り付け方法を開示し、構造制振技術分野に属し、正八角形のモーメント伝動部材と伝動用ドーナッツ型鋼板と固定用ドーナッツ型鋼板と減衰材と金属ケーシングと軸受と取付けブラケットと、を包括する。ダンパーを取り付けた一側の凸歯上に正八角形の軸受を配置し、他側の凸歯上に正八角形の穴を配置し、正八角形のピン軸で凸歯を連結し、ダンパーを突出したピン軸に嵌め込み、両側凸歯に相対的な回転が発生した時、凸歯は正八角形のモーメント伝動部材を駆動して伝動用ドーナッツ型鋼板と固定用ドーナッツ型鋼板の間に介在している減衰材にせん断変形が発生させることができる。本発明は建築のピン節点に取り付けて建築構造に対する制振に用いられることができ、建築空間に対するニーズが比較的小さく、取り付けた後建築構造、正常使用の機能と美観に対する影響も比較的小さく、エネルギー消費効率が高く、取付け、配置の柔軟性があり、修理や交換の利便等といった利点を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、土木工事分野、構造制振分野に関し、特に、減衰材のロータリーダンパーに関する。

現在、構造制振分野において、パッシブエネルギー吸収の振動低減技術はすでに相対的に成熟の域に達し、性能に優れた様々なダンパーが幅広く実際の工事中に取り入れられ、その制振効果が複数回の地震試練を経て顕著で効果的なものと認められている。

この数年、ヒンジ連結方式は大量に新築建物内に運用され、ヒンジで連結する節点が節点のモーメントを解放でき、若干の構造において独自のメリットを有する。ただし、ヒンジ連結方式はまだ専用のエネルギー吸収して減震する装置及び方法がなく、これはヒンジ連結方式を運用した揺動・自動復帰部材も含まれる。

現在大量にヒンジ連結を運用する建物は、大半が幾つかの従来よく見られるダンパーを援用し、例えば摩擦ダンパー、粘性ダンパー、座屈拘束ブレース、金属ダンパー等であり、これらダンパーの多くは直線引張圧縮型で、常に筋かいの形式で建築構造階層の間或いは隣接する梁、柱の対角節点箇所に取り付けられ、直線引張圧縮型のダンパーの両端が効果的な相対変位を有することで、ダンパーが最高の制振効果を発揮できる。全体的な剛性が比較的大きい建物又は建物内のある階層にとって、強震作用下でも隣接する梁、柱の対角節点間の相対的な変位も比較的小さいため、非常に多くの状況において従来の直線引張圧縮型のダンパーは完全にその優れたエネルギー消費性能を発揮できていない。このほかに、従来のブレースタイプダンパーの建築空間に対する要求は、比較的高く、非常に多くの建築構造の状況において、限られる建築空間がダンパーを正常に動作又は使用できず、取り付けが可能でも建物の正常な使用或いは美観に影響を及ぼしてきた。

建築構造のヒンジ構造の特徴を考慮し、ピン節点が励起作用において往々にしてヒンジ軸両側の連接棒間に有限の相対的回転が発生し、回転角度が比較的小さく、回転速度が速い等の特徴を有し、これによりピン節点に速度依存型ロータリー変位ダンパーを取り付けて、ヒンジ連接棒間の相対的な回転を制御できる。システムが励起を受けた時、ダンパーはリアルタイムで比較的小さい回転変位において比較的大きな減衰力を発することで、構造全体の地震反応を減らすこともできる。また、ダンパー体積は比較的小さく、建築空間に対する要求も比較的小さく、空間利用率が比較的低い節点箇所に取り付けられると、建築構造に対する影響も比較的小さく、建築構造の正常使用機能と美観に対する影響が比較的小さくなる。

減衰材は、同時に粘性と弾性を有する速度依存型高性能減衰材を用いることができる。減衰材が動力作用において迅速なせん断変形が発生した時、減衰材で生じる減衰力と速度は正比例関係となり、材料までに伝達された運動エネルギーは粘弾性材料の内部エネルギーに変換して散逸させることができる。本発明は振動の低減やエネルギー消費効率が高く、配置にも柔軟性があり、取付けが便利等といった様々な利点を有する。

本発明は、ヒンジ連結節点専用のロータリーダンパー構造及びその取り付け方法を設計し、建築構造内のヒンジ連結方式の減衰や振動の低減方案を提供することを目的とする。

本発明は、次の内容を包括する。
ロータリーダンパーであって、ピン節点一側の凸歯の穴内に配置する内壁横断面が正八角形の軸受を含み、前記軸受が前記凸歯の穴内に嵌め込まれることができ、軸受の外壁が凸歯の穴内に固定され；
他側の凸歯上に前記軸受内壁の横断面と一致する穴を配置し、両側の凸歯を突合せし、また横断面が正八角形の規則的な金属柱体をピン軸として両側凸歯を連結し、前記ピン軸が同時に前記一側凸歯の軸受と他側凸歯の穴に挿通し、且つ対称して凸歯両側から突出し；
凸歯両側は互いに対称する両部分で、いずれか部分が正八角形のモーメント伝動部材と伝動用ドーナッツ型鋼板と固定用ドーナッツ型鋼板と減衰材と金属ケーシングと軸受と取付けブラケットとを包括し；
金属ケーシング内部に伝動用ドーナッツ型鋼板、固定用ドーナッツ型鋼板は間隔をあけて配置され、且つ減衰材が伝動用ドーナッツ型鋼板と固定用ドーナッツ型鋼板の間に設けられ、正八角形のモーメント伝動部材が伝動用ドーナッツ型鋼板と固定用ドーナッツ型鋼板の中心を通じて縦方向に金属ケーシングを貫通し；
正八角形のモーメント伝動部材の全体は正八角形中空柱で、横断面が正八角形状の環状で、中心に縦方向に部材全体を貫通する正八角形穴があり、内環と外環が同心で且つ類似の正八角形であり；
伝動用ドーナッツ型鋼板の内環横断面は正八角形で、外環横断面が円形で、その内環はちょうど正八角形のモーメント伝動部材の外環を貫通させることができ；
固定用ドーナッツ型鋼板は円環状の金属板で、外壁が金属ケーシング上に溶接され；
金属ケーシングの両端に一定の厚さを有する円形鋼板が設けており、一端の鋼板は軸受を取り付けることができる円形穴を備え、他端の鋼板が軸受を鋼板に嵌め込む空洞を備え、中間セクションの横断面が円環で、中心に伝動用ドーナッツ型鋼板、固定用ドーナッツ型鋼板をその中に入れる円形穴を有し；
前記軸受内壁の横断面は正八角形であり；
前記取付けブラケットは縦方向に沿って金属ケーシングの側面上に配置され、同時にダンパーと地面或いは壁体と連結することで、ダンパー上に作用するトルクに抵抗する。

前記ロータリーダンパーの取り付け方法は、
ピン節点一側の凸歯の穴内に内壁横断面が正八角形の軸受を配置し、前記軸受が前記凸歯の穴内に嵌め込まれることができ、軸受の外壁が凸歯の穴内に固定されることと、
他側の凸歯上に前記軸受の内壁横断面に一致する穴を配置し、両側凸歯を突合せして横断面が正八角形の規則的な金属柱体をピン軸として両側凸歯を連結し、前記ピン軸が同時に前記一側凸歯の軸受と他側凸歯の穴に挿通し、且つ対称して凸歯両側から突出することと、
減衰材のロータリーダンパーの開口端を各々突出するピン軸に嵌め込み、両側凸歯が相対的な回転を発生した時、凸歯がピン軸を回転させることで、ダンパーを動作させることと、
を含むことを特徴とする。

更に、ピン軸の取付けを通じて前記正八角形のモーメント伝動部材は伝動用ドーナッツ型鋼板を回転させることを実現し、伝動用ドーナッツ型鋼板の回転を通じて伝動用ドーナッツ型鋼板と固定用ドーナッツ型鋼板間にある減衰材にせん断変形を発生させることを実現する。

本発明が提供するロータリーダンパー及びその取り付け方法は、建物のピン節点のために設計されることで、両側連接棒の相対的な回転を制御する。ダンパーに用いる減衰材は、建築構造が振動、載荷や励起を受けた時、ピン節点が有限な回転を発生した瞬間に効果的な減衰力と弾性力を提供できる。
本発明に係るロータリーダンパーは、建物空間利用率が比較的低いピン節点の箇所に取り付けることができ、建築構造に対する変更又は影響が比較的小さく、建物の正常使用と美観に対する影響も比較的小さい。ダンパーの取り付けは、建築空間に対する要求は比較的低く、直線引張圧縮型のダンパーの取り付けが困難な狭い或いは複雑な構造のピン節点箇所に取り付けることができる。本発明に係るロータリーダンパーは、直接建築構造の一部に含まれず、施工時主体構造が完工してから取り付けることができ、かつ損傷後直接交換又は修理できる。よって、本発明に係るロータリーダンパーはエネルギー消費効率が高く、取付け、配置の柔軟性があり、修理や交換の利便等といった利点を有する。

本発明に係わる減衰材のロータリーダンパーの構造を示す模式図である。 本発明に係るロータリーダンパーのＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係るロータリーダンパーのＢ−Ｂ線断面図である。 本発明に係るロータリーダンパーのＣ−Ｃ線断面図である。 本発明に係るロータリーダンパーのＤ−Ｄ線断面図である。 本発明に係るロータリーダンパーのＥ−Ｅ線断面図である。 本発明の某ピン節点を示す模式図である。 正八角形の規則的な金属ピン軸の正面図と左面図である。 本発明に係るロータリーダンパーが図７のＭ方向に取り付けられた様子を示す模式図である。 本発明に係るロータリーダンパーの図９におけるＮ方向から見た図である。

建築物に比較的高い制振需要がある時、特にピン節点の構造は本発明に係るロータリーダンパーを取り付け、つまりピン節点の一側又は両側にダンパーを配置することで、ピン節点両側の凸歯が発生する有限な相対的な回転を制御し、回転の瞬間に比較的大きな減衰力を提供することで、建築構造の耐震レベルをアップする。
本発明に係るロータリーダンパーは、図１乃至図６に示すように、新築建物又は既存建物の制振或いは耐震の補強に用いることができる。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３が図１のＢ−Ｂ線断面図、図４が図１のＣ−Ｃ線断面図、図５が図１のＤ−Ｄ線断面図、図６が図１のＥ−Ｅ線断面図である。該ダンパー全体は、円柱形で、正八角形のモーメント伝動部材１と隙間１１と伝動用ドーナッツ型鋼板２と溶接継目２１と固定用ドーナッツ型鋼板３と溶接継目３１、減衰材４と金属ケーシング５と取付けブラケット６と軸受７と、を含む。

正八角形のモーメント伝動部材１の全体は正八角形中空柱で、横断面が正八角形状の環状で、中心に縦方向に部材全体を貫通する正八角形穴があり、内環と外環が同心で且つ類似の正八角形であり、内環と外環の間に一定の厚度がある。正八角形のモーメント伝動部材１は、縦方向に沿ってダンパー全体を貫通し、ダンパーの両端の軸受７上に完全に挿入できる。

伝動用ドーナッツ型鋼板２の中心は、正八角形のモーメント伝動部材１の横断面と一致する正八角形穴で、正八角形のモーメント伝動部材１を中心穴に貫通させることができる。伝動用ドーナッツ型鋼板２は、溶接（溶接継目２１）等の方式により正八角形のモーメント伝動部材１上に固定され、鋼板と金属ケーシング５の間に一定の隙間を残しておき、正八角形のモーメント伝動部材１の回転に伴って回転できる。

固定用ドーナッツ型鋼板３の横断面は、円環状で、中心が円形穴で、円形穴の半径が正八角形のモーメント伝動部材１の横断面の外接円半径より略大きく、つまり正八角形のモーメント伝動部材１との間に一定の隙間１１があり、正八角形のモーメント伝動部材１が固定用ドーナッツ型鋼板３に対して自由に回転させることができる。固定用ドーナッツ型鋼板３は、溶接（溶接継目３１）等の方式により金属ケーシング５上に固定され、伝動用ドーナッツ型鋼板２と千鳥配列でき、二者の間に一定の隙間を残しておく。

好ましくは、高強度鋼材又はその他の材料を用いて正八角形のモーメント伝動部材１に比較的良好なせん断とねじりの抵抗等の力学特性を持たせることができる。

減衰材４は、粘性と弾性を同時に有する速度依存型高性能減衰材を用いることができる。

金属ケーシング５の全体は、金属素材の円柱体で、中心に空洞があり、正八角形のモーメント伝動部材１、伝動用ドーナッツ型鋼板２、固定用ドーナッツ型鋼板３及び減衰材４をその中に入れることができる。金属ケーシング５両端は円形鋼板で、Ｐの指す方向の一端の鋼板中心に正八角形穴があり、軸受７を入れることができ、他端の鋼板がダンパー内側に一部の空洞を有し、外側が閉鎖する。金属ケーシング５の縦方向の長さは減衰材４の配置数量によって適切に増加又は減少できる。

取付けブラケット６は、金属ケーシング５の側方柱面上に配置され、縦方向に沿って複数配置できる。取付けブラケット６は、ボルト等の方式により地面又は壁面等の固定端と連結でき、溶接方式により金属ケーシング５と連結することもできる。取付けブラケット６の構造形式は、実際の状況に応じて変更でき、ダンパーを固定する目的を達成できるだけでよい。

軸受７は、金属ケーシング５両側鋼板の穴又は空洞内に入られることができる。その内壁横断面が正八角形で、正八角形のモーメント伝動部材１が貫通或いは入れられることができる。例えば深溝玉軸受等の比較的軸方向と横方向の載荷に耐えられる軸受を用いることができる。

本発明に係るロータリーダンパーは、よく見られるヒンジ連結アセンブリを例としてその取り付け及び使用方法を説明する。図７及び図８に示すのは、某ヒンジ連結アセンブリを示す模式図であり、３本の滑らかな凸歯８と凸歯軸受８１と凸歯正八角形穴８２と２本の滑らかな凸歯９と凸歯正八角形穴９１と矩形連結板９２と補剛材９３と正八角形のピン軸１０と、を含む。

図１に示すロータリーダンパーを取り付ける方法の流れは、図９及び図１０に示す通りとし、図９が図７のＭ方向から見た図で、図１０が図９のＮ方向から見た図であり、次のステップを包括する。

ステップＳ１：ヒンジ連結の一側凸歯の穴内に内壁横断面が正八角形の軸受を配置し、他側凸歯に横断面が正八角形穴を配置する。

３本の滑らかな凸歯８上に凸歯軸受８１を配置し、２本の滑らかな凸歯９上に凸歯正八角形穴９１を配置する。

ステップＳ２：正八角形のピン軸を同時にヒンジアセンブリの両側凸歯に挿通し、凸歯両側に長さが等しい突出部を残しておく。

凸歯軸受８１及び正八角形穴９１の存在は、正八角形のピン軸１０が２本の滑らかな凸歯９の回転と伴って３本の滑らかな凸歯８と相対的に回転させるようにできるためである。正八角形のピン軸１０の突出部は、ダンパーの縦方向の長さより長い長さを残しておき、正八角形のピン軸１０をダンパー内部の両端軸受７上に完全に挿入させると共に接合できる。

ステップＳ３：２個のロータリーダンパーを各々入ピン軸の両側突出部に入れる。

正八角形のモーメント伝動部材１を突出する正八角形のピン軸１０に嵌め込み、ピン軸を完全にダンパー両端の軸受７上に接合させる。図２及び図７に示すように、ピン軸１０をスムーズにダンパーに入れるため、正八角形のモーメント伝動部材１と凸歯正八角形穴９１はｘ及びｙ方向上で一致しなければならない。

ステップＳ４：ダンパーを固定し、軸受を取り付けた凸歯と等しい自由度を持たせる。

取付けブラケット６をボルト方式により壁／地面上に連結し、金属ケーシング５を３本の滑らかな凸歯８と溶接することもできる。

図９と図１０は、減衰材のロータリーダンパーを某ピン節点に取り付けた場合の構造を示す模式図で、振動載荷がピン節点までに伝達した時、２本の滑らかな凸歯９と３本の滑らかな凸歯８に相対的な回転が発生し、２本の滑らかな凸歯９がピン軸１０を駆動させ、ピン軸１０がまた正八角形のモーメント伝動部材１を回転させることで、伝動用ドーナッツ型鋼板２と固定用ドーナッツ型鋼板３にも相対的な回転を起こさせ、つまり減衰材４にせん断変形が発生させることで、エネルギーを消費し、２本の滑らかな凸歯９と３本の滑らかな凸歯８を制御して相対的な回転を発生させるという目的を達成する。

本発明に係る減衰材のロータリーダンパーは、同一建物の複数ピン節点に取り付けることができる。ダンパーの体積は比較的小さく、また建物の節点のみに取り付けるため、ダンパーが建築空間を受ける制限は比較的小さく、建築構造の正常な使用機能と建築美観に対する影響も比較的小さい。更に特殊な建築構造又は狭い空間において、従来のブレースタイプダンパーが取り付けることができたとき、或いは取り付けた後も効果が悪いため、本発明に係るダンパーは従来のブレースタイプダンパーの代替品として選択できる。

実際の工事中、本発明前に係る減衰材のロータリーダンパーは、ピン節点の両側凸歯の大きさ及び建築構造の減衰需要に基づいて、合理的に正八角形のモーメント伝動部材１、伝動用ドーナッツ型鋼板２、固定用ドーナッツ型鋼板３、減衰材４、金属ケーシング５、取付けブラケット６及び軸受７のサイズ或いは数量を設計できる。

同様に、某部材のサイズ或いは数量が変更された後、ダンパーの力を受ける特性も変更する可能性があり、某部件の材料特性について改めて設計し直し、合理的に某部件の材料タイプと用量を変更する。

本発明に係るダンパー取り付け方法は、ダンパーが建築構造の主体が取り付けられてから統一して取り付けることができ、且つ複数組のダンパーを同時に取り付けることができ、施工効率が比較的高い。同様にダンパーに損傷が発生した場合、ダンパーを修理或いは交換することも便利であり、これも現在主流の耐震設計の思想と合致している。

本発明に係る減衰材のロータリーダンパー及びその取り付け方法も、更に建築構造の耐震性能を向上するため、同時にその他の制振方法と組み合わせて使用できることが勿論である。

建築のヒンジ構造も様々な構造形式があるため、本発明に係る減衰材のロータリーダンパーもタイプが異なるヒンジ構造について一部構造上の変更を行うことができる。これら変更又は変形はやはり本発明の特許請求の範囲内にある場合、本発明も自動的にそれら変更又は変形を含む。

１ 正八角形のモーメント伝動部材
１１ 隙間
２ 伝動用ドーナッツ型鋼板
２１ 溶接継目
３ 固定用ドーナッツ型鋼板
３１ 溶接継目
４ 減衰材
５ 金属ケーシング
６ 取付けブラケット
７ 軸受
８ ３本の滑らかな凸歯
８１ 凸歯軸受
８２ 凸歯正八角形穴
９ ２本の滑らかな凸歯
９１ 凸歯正八角形穴
９２ 矩形連結板
９３ 補剛材
１０ 正八角形のピン軸

Claims (3)

1. ロータリーダンパーであって、ピン節点一側の凸歯の穴内に配置する内壁横断面が正八角形の軸受を含み、前記軸受が前記凸歯の穴内に嵌め込まれることができ、前記軸受の外壁が前記凸歯の穴内に固定され、
   他側の凸歯上に前記軸受内壁の横断面と一致する穴を配置し、両側の凸歯を突合せし、また横断面が正八角形の規則的な金属柱体をピン軸として両側凸歯を連結し、前記ピン軸が同時に前記一側凸歯の前記軸受と他側凸歯の穴に挿通し、且つ対称して凸歯両側から突出し、
   凸歯両側は互いに対称する両部分で、いずれか部分が正八角形のモーメント伝動部材と伝動用ドーナッツ型鋼板と固定用ドーナッツ型鋼板と減衰材と金属ケーシングと軸受と取付けブラケットとを包括し、
   前記金属ケーシング内部に前記伝動用ドーナッツ型鋼板、前記固定用ドーナッツ型鋼板は間隔をあけて配置され、且つ前記減衰材が前記伝動用ドーナッツ型鋼板と前記固定用ドーナッツ型鋼板の間に設けられ、前記正八角形のモーメント伝動部材が前記伝動用ドーナッツ型鋼板と前記固定用ドーナッツ型鋼板の中心を通じて縦方向に前記金属ケーシングを貫通し、
   前記正八角形のモーメント伝動部材の全体は正八角形中空柱で、横断面が正八角形状の環状で、中心に縦方向に部材全体を貫通する正八角形穴があり、内環と外環が同心で且つ類似の正八角形であり、
   前記伝動用ドーナッツ型鋼板の内環横断面は正八角形で、外環横断面が円形で、その内環はちょうど前記正八角形のモーメント伝動部材の外環を通させることができ、
   前記固定用ドーナッツ型鋼板は円環状の金属板で、外壁が前記金属ケーシング上に溶接され、
   前記金属ケーシングの両端に一定の厚さを有する円形鋼板が設けており、一端の鋼板は前記軸受を取り付けることができる円形穴を備え、他端の鋼板が前記軸受を鋼板に嵌め込む空洞を備え、中間セクションの横断面が円環で、中心に前記伝動用ドーナッツ型鋼板、前記固定用ドーナッツ型鋼板をその中に入れる円形穴を有し、
   前記軸受内壁の横断面は正八角形であり、
   前記取付けブラケットは縦方向に沿って前記金属ケーシングの側面上に配置され、同時にダンパーと地面或いは壁体と連結することで、前記ダンパー上に作用するトルクに抵抗することを特徴とするロータリーダンパー。
2. 請求項１に記載のロータリーダンパーを取り付ける方法であって、
   ピン節点一側の凸歯の穴内に内壁横断面が正八角形の軸受を配置し、前記軸受が前記凸歯の穴内に嵌め込まれることができ、前記軸受の外壁が前記凸歯の穴内に固定されることと、
   他側の凸歯上に前記軸受の内壁横断面に一致する穴を配置し、両側凸歯を突合せして横断面が正八角形の規則的な金属柱体をピン軸として両側凸歯を連結し、前記ピン軸が同時に前記一側凸歯の前記軸受と他側凸歯の穴に挿通し、且つ対称して凸歯両側から突出することと、
   減衰材のロータリーダンパーの開口端を各々突出するピン軸に嵌め込み、両側凸歯が相対的な回転を発生した時、凸歯がピン軸を回転させることで、前記ダンパーを動作させることと、
   を含むことを特徴とするロータリーダンパーの取り付け方法。
3. 前記ピン軸の取付けを通じて前記正八角形のモーメント伝動部材は前記伝動用ドーナッツ型鋼板を回転させることを実現し、前記伝動用ドーナッツ型鋼板の回転を通じて前記伝動用ドーナッツ型鋼板と前記固定用ドーナッツ型鋼板間にある前記減衰材にせん断変形を発生させることを実現することを特徴とする請求項２に記載の方法。

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