JP3252156B2 - 内部減衰機構を有する構造物及び棒状ダンパー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】Ａ. 発明の目的 (1) 産業上の利用分野 この発明は、橋梁、建築物等の構造物において、該構造
物に生じる振動の減衰性を高める機構を有する構造物に
関し、更に詳しくは、鉛体の変形エネルギーを利用して
行われる内部減衰機構を有する構造物に関する。更に、
本発明はその内部減衰機構としての棒状ダンパーに関す
る。

【０００２】(2) 従来の技術 構造物内に減衰機構を有し、該構造物に加わる外力によ
り生じる振動の減衰を図ることは、特公昭６１−６０９
５０号公報（以下、先行技術という）により公知であ
る。すなわち、該先行技術は柱状部材に係り、「柱状部
材の軸方向に沿って所要の間隙を有し、相対向して平行
に対置された平滑面を含む分割面をもって複数個の分割
素柱に分割され、前記柱状部材の上下端のいずれかの一
端が固定されるとともに、前記分割面の相互は柱状部材
の軸方向にのみ摺動自在とされ、前記分割面の間隙には
粘性流体が液密に封入され、前記相対向して平行に対置
された平滑面と、該平滑面間の間隙に封入された前記粘
性流体とにより粘性せん断抵抗発生部位を構成してな
る」構成を採る。しかして、この先行技術によれば、柱
状部材は分割された部材すなわち分割素柱が各々に中立
軸を持ち、地震等の強制振動を受けると各々の分割素柱
に引張り・圧縮変形を生じる。そして、分割面に対して
各々の分割素柱は相対変位すなわち運動を起こすことに
なるが、該分割面の間隙には粘性流体が封入されている
ので、該運動速度に応じてこの相対変位すなわち振動の
エネルギーは粘性流体の粘性せん断抵抗力に変換され、
熱エネルギーとなって発散することになる。この結果、
柱状部材はこの抵抗力を受けて直ちに減衰されることに
なる。

【０００３】しかしながら、当該先行技術においては、
分割素柱間に粘性流体を封入するに当たり、その密封性
に難点がある。更にまた、粘性流体の粘性せん断抵抗は
分割面の間隙に反比例し、粘性流体の接触している部分
の面積及び２面の相対速度に正比例するから、粘性流体
の接触している部分の面積や相対速度が大きいほど、そ
して間隙が小さいほど大きな減衰力を得ることができる
ものである。従って、所望の減衰力を得るためには接触
部分の面積を大きくする必要があり、このため減衰性能
の割には大規模化することになる。

【０００４】(3) 発明が解決しようとする問題点 本発明は上記実情に鑑み、この種の内部減衰機構を有す
る構造物において、梁材、柱材等の一般構造材への適用
を図りうるとともに、減衰性能の割には規模の小規模化
をなしうる構造のものを提供することを目的とする。本
発明はこのため、大きな減衰性を発揮でき、かつ液封性
の厳格さを要しない鉛ダンパーの適用に着目してなされ
たものである。

【０００５】Ｂ．発明の構成 (1) 問題点を解決するための手段 本発明の内部減衰機構を有する構造物は具体的には次の
構成を採る。すなわち、構造物の相対的変形をおこす部
位に、一端部に前記構造物に固定される定着部が形成さ
れ、該一端部の定着部以外は構造物との付着が絶縁され
ており、かつ、他端部に抵抗部が形成されてなる棒状体
と、該抵抗部を包み込むとともに構造物に把持される鉛
塊とからなる棒状ダンパーが埋設されてなることを特徴
とする。

【０００６】本発明は更に上記構造物に所期の特性を発
揮すべく使用される棒状ダンパーに係り、一端部に定着
部が形成され、該一端部の定着部以外は付着が絶縁され
た絶縁層が形成され、かつ、他端部に抵抗部が形成され
てなる棒状体と、該抵抗部を包み込んで棒状体に固定さ
れた鉛塊とからなることを特徴とする。

【０００７】(2) 作用 構造物に地震、風圧、あるいは移動荷重等の強制外力が
作用すると、構造物はその固有振動数に応じた揺れが生
じ、同時に構造物に撓み等の変形が生じる。この変形部
位において、棒状体は一端部が定着部を介して構造物に
定着され、それ以外は構造物とは絶縁されているので、
棒状体の他端部では構造物の変形部との間にずれ変位が
あらわれる。しかして、鉛塊は棒状体の他端部に形成さ
れた抵抗部を包み込むように構造物に埋設把持されてい
るので、このずれ変位は鉛体を強制的に塑性流動させる
ことになる。鉛体の塑性流動に伴うエネルギー吸収作用
により構造物の変形エネルギーを吸収し、構造物の揺れ
を減衰させる。

【０００８】(3) 実施例 本発明の内部減衰機構を有する構造物の実施例を図面に
基づいて説明する。 （第１実施例）図１〜図６はその一実施例を（第１実施
例）示す。この実施例では、鉄筋コンクリート（ＲＣ）
造の梁構造における減衰機構を示す。図１及び図２は減
衰機構すなわちダンパーの組み込まれた構造系の全体を
示し、図３〜図６はその部分構造を示す。

【０００９】図１及び図２において、Ｇは支承Ｓによっ
て支持される単純桁（ガーター）形式の鉄筋コンクリー
ト造の上部構造であり、この上を動荷重Ｐが移動するこ
とにより揺れを伴うたわみが生じる。このとき、周知の
とおり中立面Ｎを境に下方部は伸び変形が生じ、上方部
は圧縮変形が生じる。該上部構造Ｇは弾性特性を示し、
動荷重Ｐが除去されればたわみはなくなる。しかして、
この上部構造Ｇの下方部の軸線方向に沿って内部減衰機
構としての棒状ダンパーＤが１か所又は複数か所（本実
施例で５か所）にわたって埋設設置される。

【００１０】図３は当該棒状ダンパーＤを含む上部構造
Ｇの一部を取り出して示したものである。図示されるよ
うに、この棒状ダンパーＤは、鋼棒１と、該鋼棒１の一
端部の定着部２と、該鋼棒１の他端部の鉛塑性変形部３
と、を含む。

【００１１】以下、この棒状ダンパーＤの細部構造につ
いて説明する。鋼棒１は剛性の高い鋼棒が使用される。
該鋼棒１の外周には定着部２を除き、かつ若干のすき間
４を介して、構造物Ｇとの付着を切るシース５が被嵌さ
れる（図４参照）。シース５は本実施例では塩化ビニー
ル製のものが使用されるが、金属製のものの使用を妨げ
るものではない。更には、シースを使用せず、剥離剤の
塗布によることもできる。

【００１２】定着部２は、鋼棒１の一端部に円環状の鋼
製の鍔体７が溶接により固設されてなる。鍔体７は高い
剛性を有し、構造物Ｇに埋設されて、鋼棒１の構造物Ｇ
への定着をなす。なお、定着部２はこの態様に限られ
ず、他の適宜の態様、例えば、鋼棒１の表面を粗面とな
し直接的に構造物Ｇに定着させる態様を採ることができ
る。

【００１３】鉛塑性変形部３は鋼棒１の他端部に形成さ
れる。図５及び図６は当該部を取り出して示したもので
ある。該鉛塑性変形部３は、鋼棒１の外面に施された溶
接ビード９による抵抗部を包み込むようにして鉛体１０
が固設される。鉛体１０の長さは溶接ビート９よりも長
く、該溶接ビート９を包み込む長さとされる。また、鉛
体１０は鋼棒１に対して鋳込みにより一体的に固着され
る。

【００１４】その他、鋼棒１の端面には弾性材１２が充
填される。該弾性材１２は構造物と鋼棒とのずれ変位を
許容する。本実施例では、その好適なものとしてクロロ
プレンスポンジゴムが使用される。なお、該弾性材１２
は本発明において非本質的事項であり、適宜省略されう
る。

【００１５】叙上の棒状ダンパーＤは工場において製作
され、これを、鉄筋コンクリート造の桁構造物Ｇの造成
時に所定の箇所に組み込まれて設置される。

【００１６】（実施例の作用・効果）本実施例の桁構造
物Ｇにおける棒状ダンパーＤは振動を伴う強制外力を受
けて次のように作用する。構造物Ｇに振動を伴う移動荷
重Ｐが作用すると、構造物Ｇは下方に撓み、中立面Ｎを
境に上方部分は圧縮変形を受け、下方部分は引張り変形
を受けるとともに、該構造物Ｇの固有振動数に従い、揺
れが生じる。そして、下方部の変形部位において、棒状
ダンパーＤの鋼棒１はその一端部が定着部２を介して構
造物Ｇに定着され、それ以外は構造物Ｇとは絶縁されて
おり、その長さを一定に保持するので、該鋼棒１の他端
部ではこの変形により構造物との間にずれ変位があらわ
れる。しかして、他端部における鉛塑性変形部３はその
鉛体１０をもって構造物Ｇに埋設把持されているので、
このずれ変位は鋼棒１の抵抗部により鉛体１０を強制的
に塑性流動させることになる。

【００１７】図７はこの動きを模式的に示す。今、構造
物Ｇが図中左方向（イ方向）に変形移動したとすると、
鋼棒１は図中右方向（ロ方向）に相対的に変位したもの
となり、鉛体１０はこの構造物Ｇと一体的に移動し、こ
の結果、鋼棒１の溶接ビート９との境面で塑性流動す
る。この鉛体１０の塑性流動のためにエネルギーを消費
し、構造物Ｇの変形エネルギーを吸収し、構造物Ｇの揺
れを減衰させる。

【００１８】本実施例によれば、鉛体の塑性変形に伴う
エネルギー吸収を利用するので、小容量の鉛体にかかわ
らず大きなエネルギー吸収を発揮でき、構造物用として
好適である。更に、本棒状ダンパーＤは構造物Ｇ内に埋
め込まれたものとなり、外部に露出せず、防護され、意
匠的にも好ましい。断面的にみて、小さな断面で済むの
で、断面欠損がなく、所要の構造断面の内に収めること
ができる。

【００１９】（第２実施例）図８〜図１０は本発明の内
部減衰機構を有する構造物他の実施例（第２実施例）を
示す。図において、先の第１実施例と同等の部材につい
ては同一の符号が付されている。この実施例では、吊床
版橋への適用例が示される。すなわち、吊床版橋は、橋
台、橋脚等の支持点間にＰＣ鋼材や鉄筋で補強された薄
いコンクリートの版いわゆる床版を吊索を介して張り渡
した橋梁形式であって、吊橋構造に類するものである
が、吊索、補鋼桁、床版が一体となっており、コンクリ
ート床版の上を人や車輛が直接通行できるものである。

【００２０】図８及び図９を参照して、本実施例の吊床
版橋Ｔを説明する。すなわち、該吊床版橋Ｔは相隔てら
れ、地盤Ｅにアンカー２０をもって定着された橋台Ｋ間
に、所定の張力をもって張設された鋼材２１を介して多
数のプレキャストのコンクリート床版２２を相並べて架
設されてなる。コンクリート床版２２の上面には地覆部
２４を介して高欄２５が立設される。しかして、地覆部
２４に棒状ダンパーＤが埋設設置される。

【００２１】図１０はこの棒状ダンパーＤを含む吊床版
橋Ｔの橋軸直角の断面構造を示す。図示されるように、
コンクリート床版２２には、橋軸方向にＰＣ鋼材２１が
埋め込まれ、このＰＣ鋼材２１に張力を導入することに
より、コンクリート床版２２相互に圧縮力が導入され、
コンクリート床版２２は一体化するとともに、１スパン
全体に高い伸び剛性を実現する。なお、２１ａは架設作
業の当初から橋台Ａ間に張設されるＰＣ鋼材、２１ｂは
相並べられたコンクリート床版２２相互に後から張設さ
れるＰＣ鋼材である。地覆部２４は現場において打設形
成され例えば、継ぎ鉄筋２６を介して、コンクリート床
版２２と一体化される。これにより、コンクリート床版
２２の縁部の変形はそのまま地覆部２４に伝わる。棒状
ダンパーＤは、この地覆部２４内に橋軸方向に複数設置
される。その取付け態様は、図３〜図７に示す先の実施
例に準じる。

【００２２】このような吊床版橋Ｔは、人・車輛等の移
動荷重、地震力、風荷重等の強制外力を受けて振動す
る。この振動により、床版２２は鉛直のたわみ変形並び
にねじり変形が作用し、かつ、これに伴いたわみ振動及
びねじり振動がそれぞれ発生する。床版２２の縁部にこ
れらのたわみ変形とねじり変形との合成変形が作用する
場合、最も大きな変形となる。本実施例の棒状ダンパー
Ｄはこの部分に配されたものであるので、この振動変位
を吸収し、床版２２全体の揺れを速やかに減衰させる。

【００２３】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、本発明の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更
が可能である。すなわち、以下の態様は本発明の技術的
範囲内に包含されるものである。 叙上の２つの実施例では、何れも梁並びに桁材の水
平部材への適用を示したが、柱状部材についても同様に
適用できるものである。 叙上の実施例では一部材内での変形例を採り上げた
が、部材間相互の変形においても本発明を実施できる。
図１１はその一例を示し、剛な部材Ａに可撓性の部材Ｂ
（破線はその変形状態を示す）が添設され、これらの部
材Ａ，Ｂ間に棒状ダンパーＤが設置される。すなわち、
定着部２はＡ側に、鉛塑性変形部３はＢ側に配される。

【００２４】ハ. 発明の効果 本発明の内部減衰機構を有する構造物によれば、鉛体の
塑性変形に伴うエネルギー吸収を利用するので、小容量
の鉛体にかかわらず大きなエネルギー吸収を発揮でき、
構造物用として好適である。更に、本棒状ダンパーＤは
小さな断面で済むので、構造物に組み込まれた際にも断
面欠損がなく、所要の構造断面の内に収めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内部減衰機構を有する構造物の一実施
例（第１実施例）を示す桁構造物の縦断面図（図２のＩ
−Ｉ線断面図）。

【図２】図１のII−II線断面図。

【図３】図１の要部の拡大図。

【図４】図３のIV部拡大図。

【図５】図３のＶ部拡大図。

【図６】図５のVI−VI線断面図。

【図７】作用を示す模式図。

【図８】本発明の内部減衰機構を有する構造物の他の実
施例の全体を示す概略図。

【図９】図８のIX部拡大図。

【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図。

【図１１】本発明の更に他の実施例をする概略図。

【符号の説明】

Ｇ…上部構造物、Ｄ…棒状ダンパー部、１…鋼棒、２…
定着部、３…鉛塑性変形部、１０…鉛塊

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E04H 9/02 301 E01D 11/00 E01D 19/00 F16F 15/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構造物の相対的変形をおこす部位に、一端
   部に前記構造物に固定される定着部が形成され、該一端
   部の定着部以外は構造物との付着が絶縁されており、か
   つ、他端部に抵抗部が形成されてなる棒状体と、前記抵
   抗部を包み込むとともに構造物に把持される鉛塊とから
   なる棒状ダンパーが埋設されてなることを特徴とする内
   部減衰機構を有する構造物。
2. 【請求項２】一端部に定着部が形成され、該一端部の定
   着部以外は付着が絶縁された絶縁層が形成され、かつ、
   他端部に抵抗部が形成されてなる棒状体と、該抵抗部を
   包み込んで前記棒状体に固定された鉛塊とからなること
   を特徴とする棒状ダンパー。