JP2018003535A - 座屈拘束ブレースの分割ユニットおよび座屈拘束ブレース - Google Patents

Abstract

【課題】輸送の際は分割してコンパクトに輸送することができ、架設する際は必要な長さに容易に地組みできるようにした分割ユニットおよび座屈拘束ブレースを提供する。【解決手段】複数の分割ユニット1,1どうしを互いに連結して構成する。分割ユニット1は、軸力を負担する芯材本体2Aと芯材本体2Aの材軸直角方向側の周囲に配置され、芯材本体2Aの座屈を拘束する複数の座屈拘束材３とを有する。芯材本体2Aの材軸方向側の一端部に隣接する分割ユニット1の芯材本体2Aの材軸方向側の一端部に設けられた継手部2Bと接合される継手部2Bを設ける。芯材本体2Aの材軸方向側の他端部に構造物の軸組に接合される取付け部2Cを設ける。芯材本体2A、継手部2B及び取付け部2Cは断面十字形状に形成する。接合部材8は山形鋼より形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、構造物の主要軸組に組み込まれる座屈拘束ブレースの分割ユニットおよび座屈拘束ブレースに関し、特に輸送の際、分割してコンパクトに輸送することができ、また設置する際は長さ調節機能により現地で必要とされる設計長に容易に組み立てできるようにしたものである。

構造物の主要骨組にブレース材として組み込まれる座屈拘束ブレースは、耐力ブレースと制振ブレースに大別されるが、いずれも圧縮荷重による全体座屈を防止するため、芯材は接合部となる両端部を除いては、鋼材やコンクリート等からなる座屈拘束材によって力が伝わらないように縁切りされた状態で拘束されている。これは耐力ブレースの場合、設計引張り軸力が作用しても芯材を軸降伏させることなく、また、設計圧縮軸力が作用しても、全体座屈を起こすことなく軸力部材として機能させるためである。

他方、制振ブレースの場合は、地震時の過大な揺れで引張荷重を受けた際は、芯材が伸び降伏変形することで構造物に入力する地震エネルギーを吸収して構造物の揺れを減衰させ、圧縮荷重を受けた際は、芯材が縮み降伏変形することで構造物に入力する地震エネルギーを吸収して構造物の揺れを減衰させるためである。その際、芯材は鋼材やコンクリート等からなる座屈拘束材によって拘束されており、局部座屈は許容しても全体座屈を起こさないように設計がなされている。

この種の座屈拘束ブレースは、従来から種々の形式のものが開発されており、例えば、芯材の周囲に鋼管を配し、鋼管内にコンクリートを充填したもの、或いは小径化や軽量化を図るべく座屈拘束材として各種形鋼を用い、鋼製の芯材を鋼材のみで座屈拘束したもの等が知られている。

後者の形式のものは、鋼製の芯材を断面十字形とし、山形形状の鋼材（以下、単に山形鋼という）を芯材の四方から組み付け、山形鋼同士をボルトで接合する構造の座屈拘束ブレースが製品化されている。

本発明に関連する先行技術文献としては、例えば特許文献１、２がある。特許文献１の発明は、制震ブレース等に用いられる座屈補剛部材であり、角形鋼管の補剛管内に軸力材である極軟鋼の平鋼を角形鋼管の対角線に沿って挿入し、この平鋼の両端に継手板と２枚のスチフナを断面十字形となるように接続したものである。

また、特許文献２の発明は、座屈拘束ブレースであり、平鋼板からなる芯材の軸方向両端に補強鋼板を重ね合せて増厚部を形成し、平鋼板を用いて隅肉溶接で組み立てた断面長方形状の座屈拘束材で芯材を覆い、この座屈拘束材と芯材との間にシート状の緩衝材を配置したものである。

特開２０００−１４４９３０号公報 特開２０００−２７２９３号公報

しかし、これらの座屈拘束ブレースは、いずれも長尺な単一材として製作され、12ｍを越えるブレース材も製作されている。これらの座屈拘束材をトラックなどの車輛で陸上輸送する場合、トラックの馬積みで長さ方向12ｍまでは、特に許可申請無しで輸送可能とされているが、12ｍを越えるものの輸送には許可申請が必要になるため、実施までに時間がかかる等の課題があった。

また、トラックポールやトラクタポール等の特殊車輛によって輸送する必要があるため、その手配が煩わしいだけでなくコストが嵩む等の課題があった。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、特に輸送の際は分割してコンパクトな長さで輸送することができ、設置する際は現地で必要とされる長さに容易に組み立てできるようにした座屈拘束ブレースの分割ユニットおよび座屈拘束ブレースを提供することを目的とするものである。

本発明は、構造物の軸組にブレース材として組み込まれる座屈拘束ブレースおよび当該座屈拘束ブレースを構成するための座屈拘束ブレースの分割ユニット(以下、「分割ユニット」)の発明であり、特に耐震補強部材として設置されることが多い。輸送の際は分割してコンパクトな長さで輸送することができ、かつ設置する際は現地で必要な長さに容易に組み立て構造物の軸組に組み込むことができる。

本発明の分割ユニットは、軸力を負担する芯材本体と当該芯材本体の材軸直角方向側の周囲に配置され、前記芯材本体の座屈を拘束する複数の座屈拘束材とを備え、かつ前記芯材本体の材軸方向側の少なくとも一端部に、隣接する分割ユニットの芯材本体の材軸方向側の一端部に設けられた継手部と接合される継手部が設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明の座屈拘束ブレースは、上記した複数の分割ユニットからなり、当該分割ユニットの継手部どうしを複数の接合部材と接合ボルトによって接合することにより構成されていることを特徴とするものである。

分割ユニットの芯材本体の材軸方向側の他端部に構造物の軸組に接合される取付け部を設けることにより、構造物の軸組に容易に組み込むことができる。

また、芯材本体の材軸方向側の両端部に継手部を有する複数の分割ユニットを互いに連結することにより必要な長さの座屈拘束ブレースを容易に製作することができる。

さらに、隣接する分割ユニットを双方の継手部間に所定の間隔を設けて配置すると共に、継手部どうしを複数の接合部材と接合ボルトによって連結することにより座屈拘束ブレースの長さを容易に延長することができる(図7(a),(b))。

この場合、継手部間に設けられた間隔Ｌの分、各接合部材の長さL₁は長くなり(各接合部材の両端部は座屈拘束材の端部に突き合わされている。)、また接合部材の両端部に設けられたボルト孔の間隔L₂も大きくなる。

また、隣接する分割ユニットの継手部が互いに突き合わされていなくても、各接合部材の両端部を座屈拘束材の端部に突き合わせ、かつ接合部材の板厚を厚くすることにより圧縮荷重を伝達することができる。

また、継手部と接合部材に設けられたボルト孔の一方または両方を分割ユニットの材軸方向に長軸を有する長孔とすることにより、分割ユニットや接合部材を製作する際の寸法誤差および座屈拘束ブレースを構造物に組み込む際の施工誤差の微調整を容易に行うことができる(図6(a),(b)参照)。

また、ブレース芯材の取付け部を有する側の端部を座屈拘束材の端部にブレース芯材の材軸方向にスライド可能に接合することにより、ブレース芯材は座屈拘束材によって拘束されることなく、材軸方向にスムーズに伸び縮み(塑性変形)することができる。その方法としては、例えば、ブレース芯材の端部を座屈拘束材の端部にボルト止めすると共に、ブレース芯材側のボルト孔をねじ孔とし、座屈拘束材側のボルト孔をルーズ孔とすればよい(図２参照)。

その他、既設構造物の補強をする際、部材搬入路が限定されたり、パイプ配管等の既設部材との干渉を回避できない設置環境において、本発明の分割ユニットにより部材搬入が容易となり設置工事が容易となることが期待される。

本発明の座屈拘束ブレースは、複数の分割ユニットから構成され、分割ユニットは軸力を負担する芯材本体と当該芯材本体の材軸直角方向側の周囲に配置され、前記芯材本体の座屈を拘束する複数の座屈拘束材とを備え、かつ前記芯材本体の材軸方向側の少なくとも一端部に、材軸方向に隣接する分割ユニットの芯材本体の材軸方向側の一端部に設けられた継手部と接合される継手部が設けられているため、輸送する際は分割ユニットをトラック等の車輛できわめてコンパクトに輸送することができる。

また、構造物に設置する際は、上記した複数の分割ユニットを材軸方向に接合することにより必要な長さに容易に組み立て構造物に組み込むことができる。

本発明の座屈拘束ブレースの一実施形態を示し、図1(a)は２本の分割ユニットからなる座屈拘束ブレースの斜視図、図1(b)は３本の分割ユニットからなる座屈拘束ブレースの斜視図である。 本発明の分割ユニットの一実施形態を示し、図2(a)は外観を示す平面図、図2(b)は内部を示す平面図である。 図２に図示する分割ユニットを示し、図3(a)は図2(a)におけるイ−イ線断面図、図3(b)は図2(a)におけるロ−ロ線断面図、図3(c)は図2(a)におけるハ−ハ線断面図である。 図２に図示する分割ユニットの端部を示し、図4(a)は取付け部を有する側の端部斜視図、図4(b)は連結部を有する側の端部斜視図である。 図１に図示する座屈拘束ブレースの連結部を示し、図5(a)は連結後の斜視図、図5(b)は連結前の斜視図である。 図１に図示する座屈拘束ブレースの連結部を示し、図6(a)は連結後の斜視図、図6(b)は連結前の斜視図である。 図７(a),(b)は、図１に図示する座屈拘束ブレースの延長後の連結部の斜視図である。

図１〜図７は、本発明の分割ユニットおよび当該分割ユニットからなる座屈拘束ブレースの一実施形態を図示したものである。図において、本発明の分割ユニット１は、軸力を負担しかつ軸力によって降伏変形する鋼製で断面十字形のブレース芯材２と、当該ブレース芯材２をその周囲から拘束して圧縮時の座屈を防止する複数の鋼製で断面山形の座屈拘束材３、さらに各座屈拘束材3,3間に介在された複数のスペーサー４とブレース芯材２と各座屈拘束材３との間に介在された緩衝材５を備えている。

ブレース芯材２は所定長さの鋼板より形成され、一枚の鋼板の両面中央に鋼板をそれぞれ垂直に溶接などによって固着することにより断面十字形に形成されている。また、その材軸方向の両端部より内側部分が材軸方向の所定長にわたって小径に形成されていることで、軸力によって降伏変形(伸び・縮み)可能な芯材本体2Aになっている。

芯材本体2Aの材軸方向側の一端部に継手部2Bが形成され、他端部に取付け部2Cが形成されている。継手部2Bと取付け部2Cは芯材本体2Aと同じ断面十字形状に形成され、外径のみが芯材本体2Aより大径に形成されている。さらに、継手部2Bの各連結部６の先端部に補強フランジ6aが形成されている。なお、芯材本体2Aは板状に形成され(図3(b)参照)、両端の継手部2Bと取付け部2Cのみが断面十字形状形成されていてもよい。

継手部2Bは、分割ユニット１どうしを連結するための接合部であり、取付け部2Cは、座屈拘束ブレース１を構造物の軸組に組み込む際に、座屈拘束ブレース１の両端部を軸組に接合するための接合部になっている。

座屈拘束材３には山形鋼（アングル材）などが用いられている。当該座屈拘束材３は、ブレース芯材２の芯材本体2Aの全長と継手部2Bおよび取付け部2Cの一部を覆う長さに形成され、かつブレース芯材２の４つの各隅部にブレース芯材２の各連結部６をそれぞれ挟み込むように断面十字形に組み付けられている。

また、座屈拘束材3,3間の各連結部６の材軸直角方向側の外側にフラットバー等からなるスペーサー４が介在され、さらに各連結部６と座屈拘束材３との間に緩衝材５が介在されている。

緩衝材５は、容易に変形することを利用してブレース芯材２から座屈拘束材３への荷重の伝達を軽減するものであり、ゴム製のシート等から形成され、かつ芯材本体2Aと座屈拘束材３が直接接触しないように芯材本体2Aと各座屈拘束材３との間に介在されている。

また、緩衝材５はゴム製のシートに限らず、摩擦係数の小さい材質のスライディング板などを用いて摩擦を低減することによりスライドが容易となるようにしてもよいし、また高分子系などの粘弾性体を用い、この粘弾性体の変形により振動エネルギーを吸収するようにしてもよい。

また、隣り合う各座屈拘束材3,3の材軸直角方向側の縁端部どうしが、芯材本体2Aと各連結部６の外側においてスペーサー４共に複数の接合ボルト７によって接合されている。接合ボルト７は座屈拘束材3,3の材軸方向に所定のピッチで配置されている。また、各座屈拘束材3,3の材軸方向側の両端部は継手部2Bと取付け部2Cに接合ボルト７によってそれぞれ接合されている。

このような構成において、座屈拘束材3,3はブレース芯材２の各隅部にあって、特に圧縮荷重時に降伏変形する芯材本体2Aを座屈しないように拘束する。

また、座屈拘束材３、スペーサー４およびブレース芯材２の継手部2Bと取付け部2Cに接合ボルト７と９を締結するためのボルト孔11が形成され、特に座屈拘束材３の取付け部2C側の端部に設けられたボルト孔11は、ブレース芯材２の材軸方向に長い長孔に形成されている(図1(a),(b)、図2(a)、図4(a)参照)。これによりブレース芯材２の芯材本体2Aが塑性変形(伸縮変形)した際に、取付け部2Cが材軸方向にスムーズにスライド可能なことで、ブレース芯材２に余計な応力が発生することはない。

また、座屈拘束ブレース10を輸送する際は、分割ユニット１ごとにトラック等の車両に馬積みすることによりきわめてコンパクトに輸送することができる。

このように構成された分割ユニット1,1は、継手部2B,2Bどうしを互いに突き合せて同一材軸線上に配置されている。そして、４本の接合部材8と複数の接合ボルト９によって継手部2B,2Bどうしを接合することにより座屈拘束ブレース10が構成されている。

そして、両端の取付け部2C,2Cを構造物の軸組に接合することにより構造物の軸組に組み込むことができる。

なお、図1(a)は、２本の分割ユニット1,1を同一材軸線上で連結することにより構成された座屈拘束ブレースを図示したものであり、また、図1(b)は、３本の分割ユニット1,1を同一材軸線上で連結することにより構成された座屈拘束ブレースを図示したものである。特に、図1(b)に図示する座屈拘束ブレースの場合、真中に連結された分割ユニット１は両端部に継手部2Bが設けられている。

また、隣接する分割ユニット1,1を双方の継手部2B,2B間に所定の間隔Ｌを設けて配置すると共に、継手部2B,2Bどうしを複数の接合部材８と接合ボルト９によって連結することにより座屈拘束ブレース10の長さを容易に延長することができる(図7(a),(b))。接合部材８は山形鋼などで形成することができ、また接合ボルト９には高力ボルトを用いることができる。

この場合、継手部間に設けられた間隔Ｌの分、各接合部材８の長さL₁は長くなり(各接合部材８の両端部は座屈拘束材３の端部に突き合わされている。)、また接合部材８の両端部に設けられたボルト孔11,11の間隔L₂も大きくなる。

また、隣接する分割ユニット1,1の継手部2B,2Bが互いに突き合わされていなくても、各接合部材８の両端部と座屈拘束材３の端部が互いに突き合わされ、かつ接合部材８の板厚が厚めに形成されていることにより圧縮荷重を伝達することができるため、圧縮荷重による座屈の問題もない。

継手部2Bに設けられているボルト孔11を座屈拘束ブレース10の材軸方向に長軸を有する長孔にして、分割ユニット1,1を材軸方向にスライド可能とすることにより(図6(a),(b)参照)、分割ユニット１を製作する際の寸法誤差および座屈拘束ブレースを構造物に組み込む際の調整を容易に行えるようになっている。

また、分割ユニット1,1間に、芯材本体2Aの両端部に継手部2B,2Bを有する分割ユニット１を接続することにより座屈拘束ブレース10を必要な長さに延長することができる(図1(b)参照)。接合ボルト９には高力ボルトが用いられている。

本発明の座屈拘束ブレースは、輸送の際は複数の分割ユニットに分割してトラック等の車輛で馬積みしてコンパクトに輸送することができ、また、構造物の設計位置に組み込む際は複数の分割ユニットを連結することにより所定の長さに容易に組み立てることができる。

１ 分割ユニット(座屈拘束ブレースの分割ユニット)
２ ブレース芯材
2A 芯材本体
2B 継手部
2C 取付け部
３ 座屈拘束材
４ スペーサー
５ 緩衝材
６ 連結部
6a 補強フランジ
７ 接合ボルト
８ 接合部材
９ 接合ボルト
10 座屈拘束ブレース
11 ボルト孔

Claims (5)

1. 軸力を負担する芯材本体と当該芯材本体の材軸直角方向側の周囲に配置され、前記芯材本体の座屈を拘束する複数の座屈拘束材とを備えてなる座屈拘束ブレースの分割ユニットにおいて、前記芯材本体の材軸方向側の少なくとも一端部に、隣接する分割ユニットの芯材本体の材軸方向側の一端部に設けられた継手部と接合される継手部が設けられていることを特徴とする座屈拘束ブレースの分割ユニット。
2. 請求項１記載の座屈拘束ブレースの分割ユニットにおいて、芯材本体の材軸方向側の他端部に構造物の軸組に接合される取付け部が設けられていることを特徴とする座屈拘束ブレースの分割ユニット。
3. 請求項２記載の座屈拘束ブレースの分割ユニットにおいて、芯材本体、継手部および取付け部は断面十字形に形成されていることを特徴とする座屈拘束ブレースの分割ユニット。
4. 構造物の軸組にブレース材として組み込まれる座屈拘束ブレースであって、請求項１〜３のいずれかひとつに記載の座屈拘束ブレースの分割ユニットを材軸方向に互いに連結することにより構成されていることを特徴とする座屈拘束ブレース。
5. 請求項４記載の座屈拘束ブレースにおいて、各座屈拘束ブレースの分割ユニットの端部に設けられた継手部どうしを前記座屈拘束ブレースの材軸方向に複数のボルト孔を有する複数の接合部材と接合ボルトによってボルト締結することにより長さ調整可能に構成されていることを特徴とする座屈拘束ブレース。
   

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