JP3634674B2 - 制振装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物や橋梁、機械装置等の構造物の地震時等における振動を低減するために用いられる制振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地震等により建物等の構造物が大きく振動すると、構造物自体が破損したり、構造物内の人や物に対して大きな被害が発生する。従って、従来から構造物の振動を低減するための各種の制振装置が開発されており、このような制振装置の一種として、エネルギー吸収パネルの剪断変形により振動を吸収する方式のものがある。
【０００３】
具体的には、図１４（ａ）・（ｂ）に示すように、極低降伏点鋼（ＬＹＰ）により矩形状のエネルギー吸収パネル５１を形成し、このパネル５１の四辺に補剛部材５２を溶接により剛接合した構成のものがある。通常、この種の制振装置は、図１５に示すように、例えば中層高層建築物の隣接する２本の柱５６で挟まれた梁５７の中間点に配置された後、上面に連結部材５５が設けられると共に、連結部材５５から柱５６と梁５７との接合部にかけて傾斜部材５４が左右対称に設けられることによって、地震の振動が傾斜部材５４を介して伝達されるように組み付けられる。そして、振動が傾斜部材５４を介して制振装置５３に伝達されたときに、補剛部材５２によりエネルギー吸収パネル５１を一様に剪断変形させることによって、振動エネルギーを効率良く吸収して柱５６や梁５７の振動を低減させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、エネルギー吸収パネル５１の極低降伏点鋼（ＬＹＰ）が変形に対して加工硬化するという性質を有しているため、エネルギー吸収パネル５１が剪断変形しながら振動を低減させる際に、図１６に示すように、振動の１周期毎にエネルギー吸収パネル５１の変位−荷重ヒステリシス特性が変化することになる。従って、所定規模の地震が起きたときの建築物の振動を所定範囲内に抑制しようとした場合に、制振装置５３による振動エネルギーの吸収量が不安定であると共に正確に求められないため、建築物へ適用する際の設計が困難であるという問題がある。さらに、極低降伏点鋼（ＬＹＰ）は、変形を繰り返すと破断するという性質を有しているため、従来の制振装置５３は、一度でも地震が起こると、エネルギー吸収パネル５１を交換しなければ制振性能に対する信頼性を確保することができないという問題もある。
【０００５】
そこで、変形時に加工硬化しないと共に変形の繰り返しによる破断を生じない超塑性材料をエネルギー吸収パネル５１に適用することが考えられるが、この場合には、以下の問題が発生する。即ち、超塑性材料は、塑性変形が局所的に集中して変形し易いと共に、鋼等の高強度な材料との溶接が困難であるという性質を有している。特に、Ｚｎ−Ａｌ合金等のＡｌ系合金の超塑性材料においては、溶接による接合が極めて困難である。従って、超塑性材料からなるエネルギー吸収パネル５１を用いて制振装置５３を作成する場合には、エネルギー吸収パネル５１と補剛部材５２とをボルト締めにより接合する必要があるが、単にボルト締めして接合しただけの構造では、エネルギー吸収パネル５１のボルト穴周辺に局所変形が生じ易いため、有効な変形荷重を得ることが困難であると共に、最悪の場合には局所的に変形した部分で破断するという問題が発生する。
【０００６】
そこで、本発明は、建築物等の構造物に適用する際の設計が容易であると共に、地震の発生ごとに交換しなくても高い信頼性でもって振動を低減することができる制振装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を剪断変形させることにより構造物の振動を低減する制振装置であって、内周側の剪断変形部とボルト穴を備えた外周側の取付け部とを有するように前記超塑性材料により形成されたエネルギー吸収パネルと、前記超塑性材料よりも高強度の材料により形成され、前記取付け部のボルト穴にボルトを挿通して締結することにより該取付け部に剛接合された複数の補剛部材と、前記補剛部材を前記剪断変形部の剪断変形に追従して変形させるように、隣接する補剛部材同士を連結した連結機構とを有し、前記エネルギー吸収パネルの取付け部には、前記連結機構により連結された補剛部材間に対応する部位に切欠部が形成されていることを特徴としている。
上記の構成によれば、補剛部材がボルトによりエネルギー吸収パネルの取付け部に剛接合されていると共に、隣接する補剛部材同士が連結機構により回動自在に連結されているため、エネルギー吸収パネルにおける剪断変形部が振動により剪断変形する場合には、この剪断変形部の周囲に位置する取付け部の補剛部材の連結姿勢も剪断変形に追従して変化する。従って、超塑性材料が座屈し易いという性質を有していても、この超塑性材料で形成された剪断変形部は、補剛部材により剪断変形が維持および促進されることによって、振動エネルギーを効率良く吸収する。これにより、制振装置は、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を確実に剪断変形させることができるため、構造物に適用する際の設計が容易であると共に、地震の発生ごとに交換しなくても高い信頼性でもって振動を低減することができる。また、剪断変形部の周囲に位置する取付け部が切欠部により分離された状態にされている。そして、この切欠部は、補剛部材間に対応して形成されている。従って、剪断変形部が大きく剪断変形し、補剛部材と共に取付け部が剪断変形に伴って大きく変位（移動）することになっても、切欠部が変位による取付け部の局所的な応力の発生を防止する。これにより、制振装置は、大きな振動に対しても確実に剪断変形により低減することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の制振装置であって、前記エネルギー吸収パネルのパネル面に対して垂直方向の応力による前記剪断変形部の面外方向の曲げ変形を防止する面外変形防止機構を有することを特徴としている。上記の構成によれば、剪断変形部の剪断変形時にパネル面に対して垂直方向の応力が繰り返して発生した場合でも、面外変形防止機構により剪断変形部の面外方向の曲げ変形が防止されるため、この曲げ変形が剪断変形に対して支配的となるまで増大することはない。これにより、剪断変形による振動エネルギーの吸収を長期期に亘って大きな状態に維持することができる。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の制振装置であって、前記補剛部材は、前記ボルトによる締結力で前記取付け部に食い込む凹凸部を有することを特徴としている。上記の構成によれば、凹凸部が取付け部に食い込むことによって、補剛部材と取付け部とが大きな接触面積で３次元的に接合することになる。従って、補剛部材と取付け部との剛接合がより強固なものとなるため、長期間に亘って制振装置を使用することができる。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れか１項に記載の制振装置であって、前記連結機構は、前記連結板同士を回動自在に連結するピン部材を有することを特徴としている。上記の構成によれば、ピン部材による簡単な構造により連結機構を構成することができる。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１ないし４の何れか１項に記載の制振装置であって、σy S を剪断変形部の降伏応力、ｔS を剪断変形部の板厚、Ｌを剪断変形部の有効剪断長、σy B を取付け部の降伏応力、ｔB を取付け部の板厚、φをボルト穴径、ｎをボルト穴の個数としたとき、σy S X ＬX ｔS X(１／３1/2)X(１／ｎ) ＜σy B X ｔB X φの関係を満足するように形成されていることを特徴としている。上記の構成によれば、確実に剪断変形して振動を低減させることができる制振装置を設計することができる。
【００１２】
請求項６の発明は、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を剪断変形させることにより構造物の振動を低減する制振装置であって、板状の超塑性材料部材と、前記板状の超塑性材料部材を構造物に接合させるための接合部材とからなり、前記板状の超塑性材料部材と前記接合部材とがボルトにより締結され、前記板状の超塑性材料部材の前記ボルトとの締結部分の降伏力を、塑性変形を生じさせる部分のボルトとの接触面に発生する力よりも大きくしてなり、前記接合部材が複数あり、前記接合部材を前記超塑性材料部材の剪断変形に追従して変形させるように、隣接する接合部材同士を連結した連結機構を有し、前記超塑性材料には、前記連結機構により連結されている接合部材間に対応する部位に切欠部が形成されており、前記板状の超塑性材料部材の面に対して垂直方向の応力による剪断変形部の面外方向の曲げ変形を防止する面外変形防止機構を有することを特徴としている。
上記の構成によれば、超塑性材料のボルトとの締結部分の降伏力を、塑性変形を生じさせる部分のボルトとの接触面に発生する力よりも大きくすることによって、締結部分におけるボルト穴周辺の局所変形を抑制することができる。これにより、有効な変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料部材を確実に剪断変形させることができるため、構造物に適用する際の設計が容易であると共に、地震の発生ごとに交換しなくても高い信頼性でもって振動を低減することができる。また、前記超塑性材料には、前記連結機構により連結されている結合部材間に対応する部位に切欠部が形成されている。従って、超塑性材料が大きく剪断変形し、接合部材が剪断変形に伴って大きく変位（移動）することになっても、切欠部が変位による超塑性材料の局所的な応力の発生を防止する。これにより、制振装置は、大きな振動に対しても確実に剪断変形により低減することができる。さらに、剪断変形部の剪断変形時にパネル面に対して垂直方向の応力が繰り返して発生した場合でも、面外変形防止機構により剪断変形部の面外方向の曲げ変形が防止されるため、この曲げ変形が剪断変形に対して支配的となるまで増大することはない。これにより、剪断変形による振動エネルギーの吸収を長期期に亘って大きな状態に維持することができる。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項６記載の制振装置であって、前記板状の超塑性材料部材の前記ボルトとの締結部分の板厚を、塑性変形を生じさせる部分の板厚よりも大きくしてなることを特徴としている。
上記構成によれば、締結部分の板厚を塑性変形を生じさせる部分の板厚よりも大きくすることによって、より確実に締結部分におけるボルト穴周辺の局所変形を抑制することができる。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項６記載の制振装置であって、前記板状の超塑性材料部材の前記ボルトとの締結部分の降伏応力を、塑性変形を生じさせる部分の降伏応力よりも大きくしてなることを特徴としている。
上記の構成によれば、締結部分の降伏応力を塑性変形を生じる部分の降伏応力よりも大きくすることによって、より確実に締結部分におけるボルト穴周辺の局所変形を抑制することができる。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項２又は６記載の制振装置であって、前記面外変形防止機構は、前記補剛部材の前記剪断変形部側の端部が、該剪断変形部の面外方向の内周側位置に張り出されて形成された張出部であることを特徴としている。
上記の構成によれば、補剛部材と張出部とを一体的に形成することができるため、面外変形防止機構に要する部品コストや組立コストを極めて小さなものにすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
〔実施形態１〕
本発明の第１の実施形態を図１ないし図１１に基づいて以下に説明する。第１の実施形態に係る制振装置は、図１に示すように、地震時の振動エネルギーを剪断変形により吸収するエネルギー吸収パネル１と、エネルギー吸収パネル１の外周側の取付け部１ａ〜１ｄに剛接合され、このパネル１を一様に剪断変形させる補剛機構２とを有している。エネルギー吸収パネル１は、図２に示すように、超塑性材料により形成されている。超塑性材料は、変形に対して加工硬化しないという性質を有しており、例えば図４の振動の１周期（サイクル）目および図５の振動の３５０周期（サイクル）目の関係からも明らかなように、振動の初期から終期に至るまで安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する。尚、超塑性材料としては、Ｚｎ−Ａｌ合金等のＡｌ系合金を用いることができる。
【００１７】
上記のエネルギー吸収パネル１は、正方形の平板状に形成されており、上述の補剛機構２が取り付けられる外周側の取付け部１ａ〜１ｄと、これらの取付け部１ａ〜１ｄに囲まれた内周側の剪断変形部１ｅとからなっている。取付け部１ａ〜１ｄには、複数のボルト穴１ｆが形成されており、ボルト穴１ｆの穴径や個数、エネルギー吸収パネル１の板厚（剪断変形部１ｅおよび取付け部１ａ〜１ｄ）は、下記の関係式（１）を満足するように設定されている。
【００１８】
σy S X ＬX ｔS X(１／３1/2)X(１／ｎ) ＜σy B X ｔB X φ ・・・ （１）
【００１９】
ここで、σy S は剪断変形部１ｅの降伏応力、ｔS は剪断変形部１ｅの板厚、Ｌは剪断変形部１ｅの有効剪断長、σy B は取付け部１ａ〜１ｄの降伏応力、ｔB は取付け部１ａ〜１ｄの板厚、φはボルト穴１ｃの穴径、ｎはボルト穴１ｃの個数（ボルト本数）である。（１）式の左辺は、エネルギー吸収パネル１の剪断変形部に発生する荷重のボルト１本当たりが受け持つ荷重を表し、右辺は、ボルトの端面がエネルギー吸収パネル１の取付け部１ａ〜１ｄ（接触面）を押す時の取付け部１ａ〜１ｄの降伏荷重を表している。言い換えれば、ボルトとの接触面に発生する力よりも接触部の降伏力を高めるように構成されていることになる。これにより、ボルト締結部においてボルト穴周辺の局所変形が抑制され、有効な変位−ヒステリシス特性を得ることが可能になる。例えばσy B ＝σy S ＝１０ｋｇｆ／ｍｍ2 、Ｌ＝２５０ｍｍ、ｔS ＝８ｍｍとし、φ１２ｍｍボルトの６本で固定する設計条件においては、上述の関係式（１）より、ｔB ＝１６ｍｍが下限値であると判断できるため、安全性を考慮してｔB ＝２０ｍｍと決定される。従って、上記の設計条件下におけるエネルギー吸収パネル１は、図３の二点鎖線で示すように、取付け部１ａ〜１ｄの板厚ｔB が剪断変形部１ｅの板厚ｔS よりも大きな厚みとなる。
【００２０】
また、エネルギー吸収パネル１は、隣接する取付け部１ａ〜１ｄの間に切欠部１ｇをそれぞれ有している。各切欠部１ｇは、エネルギー吸収パネル１の端面から取付け部１ａ・１ｃに沿って形成された後、頂部が剪断変形部１ｅのコーナー部に到達するように形成されている。そして、これらの切欠部１ｇは、図７（ａ）・（ｂ）に示すように、エネルギー吸収パネル１が剪断変形したときに、隣接する取付け部１ａ〜１ｄ同士の当接を防止することによって、剪断変形部１ｅの一様な剪断変形を容易化させている。
【００２１】
上記のエネルギー吸収パネル１には、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、超塑性材料よりも高強度の鋼等の材料で形成された補剛機構２が剛接合されている。補剛機構２は、一方側補剛体３と他方側補剛体４とからなっており、各補剛体３・４は、エネルギー吸収パネル１の一方面側および他方面側にそれぞれ配置されている。そして、これらの補剛体３・４は、エネルギー吸収パネル１の取付け部１ａ〜１ｄにそれぞれ当接された補剛部材５〜８を備えており、これらの補剛部材５〜８は、各取付け部１ａ〜１ｄの全面に面状に当接し、且つ切欠部１ｇを露出させる隙間１２を出現させるように形成されている。また、各補剛部材５〜８には、複数のボルト穴５ａ〜８ａが形成されている。これらのボルト穴５ａ〜８ａは、各取付け部１ａ〜１ｄのボルト穴１ｆに一致するように配置されている。
【００２２】
上記の補剛部材５〜８は、剪断変形部１ｅの剪断変形に追従して変形する平行クランクリンク列を形成するように、端部同士が連結機構１３により回動自在に連結されている。連結機構１３は、第１連結板９と第２連結板１０とピン部材１１とを有している。第１連結板９は、図中左右方向の補剛部材６・８の上面両端部にそれぞれ設けられている。各第１連結板９には、複数のボルト穴９ａが形成されており、これらのボルト穴９ａは、補剛部材６・８のボルト穴６ａ・８ａに一致するように配置されている。そして、第１連結板９、補剛部材６・８、およびエネルギー吸収パネル１のボルト穴９ａ・６ａ・８ａ・１ｆには、図示しないボルトが挿通されており、ボルトは、補剛部材６・８およびエネルギー吸収パネル１を介して一方側補剛体３と他方側補剛体４との第１連結板９（補剛部材６・８）同士を締結している。
【００２３】
また、一方側補剛体３および他方側補剛体４の補剛部材６・８同士は、両端部の第１連結板９間に露出した補剛部材６・８のボルト穴６ａ・８ａとエネルギー吸収パネル１のボルト穴１ｆとを介して図示しないボルトにより締結されている。これにより、補剛部材６・８は、エネルギー吸収パネル１の図示左右方向の取付け部１ｂ・１ｄに対して均等に圧接されることにより剛接合されている。
【００２４】
また、各第１連結板９には、連結穴９ｂが形成されている。連結穴９ｂは、エネルギー吸収パネル１の剪断変形と補剛部材５〜８の姿勢の変形挙動とを一致させるように、エネルギー吸収パネル１の剪断変形部１ｅのコーナー部に対応した位置に配置されている。この第１連結板９の上面には、連結穴９ｂの周囲を覆うように第２連結板１０が設けられている。第２連結板１０には、ボルト穴１０ａと連結穴１０ｂとが形成されており、ボルト穴１０ａは、図中上下方向の補剛部材５・７のボルト穴５ａ・７ａに対応して配置されている。また、連結穴１０ｂは、上述の第１連結板９の連結穴９ｂに対応して配置されている。
【００２５】
そして、このように構成された一方側補剛体３と他方側補剛体４との第２連結板１０（補剛部材５・７）同士は、第２連結板１０のボルト穴１０ａと補剛部材５・７のボルト穴５ａ・７ａとエネルギー吸収パネル１のボルト穴１ｆとを介して図示しないボルトにより締結されている。さらに、一方側補剛体３および他方側補剛体４の補剛部材５・７同士は、両端部の第２連結板１０・１０間に露出した補剛部材５・７のボルト穴５ａ・７ａとエネルギー吸収パネル１のボルト穴１ｆとを介して図示しないボルトにより締結されている。これにより、補剛部材５・７は、エネルギー吸収パネル１の図中上下方向の取付け部１ａ・１ｃに対して均等に圧接されることにより剛接合されている。
【００２６】
また、第２連結板１０および第１連結板９の連結穴１０ｂ・９ｂには、ピン部材１１が回動自在に嵌合されている。これにより、図６（ａ）・（ｂ）に示すように、第２連結板１０に固定された補剛部材５・７と、第１連結板９に固定された補剛部材６・８とは、ピン部材１１を支点として回動自在に連結されることによって、エネルギー吸収パネル１の剪断変形部１ｅの剪断変形に追従しながら変形する平行クランクリンク列を構成している。
【００２７】
上記の構成において、制振装置の動作について説明する。尚、以下の説明においては、中層高層建築物に適用した場合の動作について説明するが、これに限定されるものではなく、橋梁や機械装置等の構造物に適用することもできる。
【００２８】
先ず、隣接する２本の柱で挟まれた梁の中間点に制振装置を配置した後、制振装置の上面側の補剛部材５から柱と梁との接合部にかけて傾斜部材を左右対称に設けることによって、地震の振動が傾斜部材を介して制振装置に伝達されるように組み付ける（図１５参照）。
【００２９】
次に、地震による振動が傾斜部材を介して制振装置に伝達されると、振動の１周期ごとに制振装置が変形し、この変形により振動エネルギーを吸収することによって、振動を低減させる。
【００３０】
即ち、図１に示すように、補剛部材５〜８は、ボルト穴５ａ〜８ａを介して図示しないボルトによりエネルギー吸収パネル１に締結されることによって、エネルギー吸収パネル１の取付け部１ａ〜１ｄに圧接して剛接合されている。従って、振動が傾斜部材を介して制振装置に付与されると、この振動が補剛部材５〜８からエネルギー吸収パネル１の取付け部１ａ〜１ｄに伝達されることによって、図７（ａ）・（ｂ）に示すように、これら取付け部１ａ〜１ｄに囲まれた剪断変形部１ｅが剪断変形を開始する。
【００３１】
この際、上記の補剛部材５〜８は、連結機構１３のピン部材１１を支点として回動自在に連結された平行クランクリンク列を構成しているため、図６（ａ）・（ｂ）に示すように、図中上側の補剛部材５が図中下側の補剛部材７に対して平行度を維持しながら水平移動すると共に、図中左右方向の補剛部材６・８が平行度を維持しながら傾斜する。また、ピン部材１１は、剪断変形部１ｅのコーナー部に対応した位置に配置されており、補剛部材５〜８の姿勢の変形挙動と剪断変形部１ｅの剪断変形とを一致させている。従って、補剛部材５〜８は、剪断変形部１ｅの剪断変形に追従しながら姿勢を変化させることによって、剪断変形部１ｅの剪断変形を維持および促進させる。これにより、制振装置は、振動の各周期ごとに振動エネルギーを効率良く吸収して梁や柱の振動を低減させることになる。
【００３２】
また、補剛部材５〜８は、隙間１２を介して隣接されており、エネルギー吸収パネル１の取付け部１ａ〜１ｄは、切欠部１ｇを介して隣接されている。従って、剪断変形部１ｅが大きく剪断変形した場合であっても、補剛部材５〜８同士および取付け部１ａ〜１ｄ同士が当接しないため、大きな振動に対しても剪断変形部１ｅが確実に剪断変形して振動が低減される。さらに、図４および図５に示すように、エネルギー吸収パネル１の超塑性材料が１周期目と３５０周期目とで略同一の変位−荷重ヒステリシス特性を発揮することから、振動の初期から終期に至るまで安定して振動が低減される。
【００３３】
以上のように、本実施形態の制振装置は、図１に示すように、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を剪断変形させることにより構造物の振動を低減するものであって、内周側の剪断変形部１ｅとボルト穴１ｆを備えた外周側の取付け部１ａ〜１ｄとを有するように超塑性材料により形成されたエネルギー吸収パネル１と、超塑性材料よりも高強度の材料により形成され、取付け部１ａ〜１ｄのボルト穴１ｆに図示しないボルトを挿通して締結することにより取付け部１ａ〜１ｄに剛接合された複数の補剛部材５〜８と、これら補剛部材５〜８を剪断変形部１ｅの剪断変形に追従して変形させるように、隣接する補剛部材５〜８同士を連結した連結機構１３とを有した構成にされている。
【００３４】
上記の構成によれば、補剛部材５〜８がボルトによりエネルギー吸収パネル１の取付け部１ａ〜１ｄに剛接合されていると共に、隣接する補剛部材５〜８同士が連結機構１３により回動自在に連結されているため、エネルギー吸収パネル１における剪断変形部１ｅが振動により剪断変形する場合には、この剪断変形部１ｅの周囲に位置する取付け部の補剛部材５〜８の連結姿勢も剪断変形に追従して変化する。従って、超塑性材料が座屈し易いという性質を有していても、この超塑性材料で形成された剪断変形部１ｅは、補剛部材５〜８により剪断変形が維持および促進されることによって、振動エネルギーを効率良く吸収する。これにより、制振装置は、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を確実に剪断変形させることができるため、構造物に適用する際の設計が容易であると共に、地震の発生ごとに交換しなくても高い信頼性でもって振動を低減することができる。
【００３５】
また、本実施形態において、エネルギー吸収パネル１の取付け部には、連結機構１３により連結された補剛部材５〜８間に対応する部位に切欠部１ｇが形成されている。そして、この構成によれば、剪断変形部１ｅが大きく剪断変形し、補剛部材５〜８と共に取付け部１ａ〜１ｄが剪断変形に伴って大きく変位（移動）することになっても、切欠部１ｇが変位による取付け部１ａ〜１ｄの局所的な応力の発生を防止するため、大きな振動も確実に剪断変形部１ｅの剪断変形により低減することができる。
【００３６】
また、本実施形態において、図８に示すように、補剛部材５〜８は、ボルトによる締結力で取付け部１ａ〜１ｄに食い込む凹凸部５ｂ〜８ｂを有していることが望ましい。そして、この場合には、凹凸部５ｂ〜８ｂが取付け部１ａ〜１ｄに食い込むことによって、補剛部材５〜８と取付け部１ａ〜１ｄとが大きな接触面積で３次元的に接合し、補剛部材５〜８と取付け部１ａ〜１ｄとの剛接合がより強固なものとなるため、長期間に亘って制振装置を使用することができる。
【００３７】
また、本実施形態において、連結機構１３は、連結板同士を回動自在に連結するピン部材１１を有した構成にされている。即ち、連結機構１３は、補剛部材６・８の両端部にそれぞれ固定された第１連結板９と、補剛部材５・７の両端部にそれぞれ固定された第２連結板１０と、これら第１連結板９および第２連結板１０を回動自在に連結したピン部材１１とを有した構成にされている。これにより、連結機構１３は、ピン部材１１による簡単な構造で構成することが可能になっている。
【００３８】
尚、連結機構１３は、上記の構成に限定されるものではなく、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、補剛部材６・８上に剪断変形部１ｅに沿って配置され、補剛部材６・８の一方端側（図中上側）に位置する補剛部材５から他方端側（図中下側）に位置する補剛部材７にかけて溶接されたリブ部材１４を有した構成にされていても良い。そして、この構成によれば、リブ部材１４を補剛部材５〜８に溶接するという簡単な作業により連結機構１３を構成することができる。
【００３９】
さらに、制振装置は、第１連結板９および第２連結板１０の何れか一方と補剛部材５〜８とを直接的にピン部材１１で回動自在に連結した構成の連結機構１３'を備えていても良い。即ち、制振装置は、図１０（ａ）〜（ｃ）および図１１に示すように、超塑性材料で形成されたエネルギー吸収パネル２１を有している。エネルギー吸収パネル２１は、剪断変形部２１ｅと、剪断変形部２１ｅよりも大きな厚みを有した取付け部２１ａ〜２１ｄとを有している。各取付け部２１ａ〜２１ｄには、図示しないボルトが挿通されるボルト穴２１ｆが形成されており、隣接する取付け部２１ａ〜２１ｄ間には、切欠部２１ｇが形成されている。
【００４０】
上記の取付け部１ａ〜１ｄには、補剛部材２５〜２８がそれぞれ図示しないボルトにより固設されている。図中左右方向の補剛部材２６・２８には、連結穴２６ｂ・２８ｂが両端部に形成されていると共に、複数のボルト穴２６ａ・２８ａが等間隔で形成されている。一方、図中上下方向の補剛部材２５・２７には、複数のボルト穴２６ａ・２８ａが等間隔で形成されていると共に、複数の挿通穴２５ｂが側面に形成されている。さらに、補剛部材２５・２７の上面両端部には、嵌合部２７ｂが形成されており、嵌合部２７ｂには、第３連結板２９が固設されている。
【００４１】
上記の第３連結板２９には、ボルト穴２９ａと連結穴２９ｂとが形成されており、連結穴２９ｂは、図中左右方向の補剛部材２６・２８に形成された連結穴２６ｂ・２８ｂに一致されている。そして、これらの連結穴２９ｂ・２６ｂ・２８ｂには、ピン部材１１が回動自在に嵌合されている。これにより、上記の連結機構１３'で回動自在に連結された補剛部材２５〜２８は、剪断変形部１ｅの剪断変形に追従して変形する平行クランクリンク列を構成している。
【００４２】
〔実施形態２〕
次に、本発明の第２の実施形態を図１２および図１３に基づいて説明する。尚、上述の第１の実施形態と同一の部材には同一の符号を付記してその説明を省略する。第２の実施形態に係る制振装置は、図１２（ａ）・（ｂ）に示すように、エネルギー吸収パネル１と補剛機構２とを有している。補剛機構２は、エネルギー吸収パネル１の取付け部１ａ〜１ｄに剛接合され、端部同士が回動自在にピン結合された補剛部材４３〜４６を有している。各補剛部材４３〜４６における剪断変形部１ｅ側の端部には、面外変形防止機構としての張出部４３ａ〜４６ｄが形成されている。各張出部４３ａ〜４６ｄは、補剛部材４３〜４６の端部から剪断変形部１ｅの面外方向の内周側位置に張り出された台形形状に形成されている。そして、これらの張出部４３ａ〜４６ｄは、エネルギー吸収パネル１のパネル面に対して垂直方向の応力が発生したときに、この応力により剪断変形部１ｅが面外方向（パネル面に対して垂直方向）に曲げ変形を生じるのを防止する。その他の構成は、第１の実施形態の構成と同一である。
【００４３】
上記の構成において、制振装置の動作について説明する。地震等による振動が制振装置に付与されると、この振動が補剛部材４３〜４６からエネルギー吸収パネル１に伝達されることによって、これらの補剛部材４３〜４６に囲まれた剪断変形部１ｅがエネルギー吸収パネル１のパネル面に対して平行に剪断変形する。そして、第１の実施形態と同一の動作によって、剪断変形により振動の各周期ごとに振動エネルギーを吸収して梁や柱の振動を低減させる。
【００４４】
また、剪断変形部１ｅが剪断変形すると、パネル面に対して垂直方向の応力が発生し、この応力が剪断変形部１ｅを面外方向に曲げ変形させるように作用する。この際、剪断変形部１ｅの面外方向の内周側位置には、補剛部材４３〜４６の端部から張り出された張出部４３ａ〜４６ｄが存在している。従って、剪断変形部１ｅが上述の応力により面外方向に曲げ変形を開始しても、即座に張出部４３ａ〜４６ｄに当接することによって、それ以上の曲げ変形が防止される。これにより、通常、振動により剪断変形と面外方向の曲げ変形とが繰り返された場合には、曲げ変形の変形量が次第に増加することによって、剪断変形よりも曲げ変形が支配的となり、結果として剪断変形による振動エネルギーの吸収が早期に低下することになるが、本実施形態においては、張出部４３ａ〜４６ｄが曲げ変形を僅かな変形量に抑制していると共に変形量の増大を防止しているため、長期間に亘って剪断変形による振動エネルギーの吸収を大きな状態に維持することができる。さらに、本実施形態の構成であれば、補剛部材４３〜４６と張出部４３ａ〜４６ｄとを一体的に形成することができるため、面外変形防止機構に要する部品コストや組立コストを極めて小さなものにすることができる。
【００４５】
尚、本実施形態においては、全ての補剛部材４３〜４６に張出部４３ａ〜４６ｄが形成されているが、少なくとも一つの補剛部材４３〜４６に張出部４３ａ〜４６ｄが形成されていれば良い。また、本実施形態においては、張出部４３ａ〜４６ｄにより面外変形防止機構を構成することによって面外方向の曲げ変形を防止しているが、これに限定されるものではなく、面外変形防止機構は、下記のように構成されていても良い。
【００４６】
即ち、面外変形防止機構は、図１３（ａ）・（ｂ）に示すように、上下位置に配置された補剛部材４３・４５に、面外方向に固定されながら回動自在にピン結合された固定部材４７と、この固定部材４７に設けられ、一端面が剪断変形部１ｅの中心部近傍に位置された当接部材４８とを備えた構成にされていても良い。この構成であれば、剪断変形部１ｅが面外方向に曲げ変形を開始しても、即座に剪断変形部１ｅを当接部材４８の一端面に当接させることができ、さらに、この当接部材４８が固定部材４７により面外方向に固定された状態になっているため、それ以上の曲げ変形を防止することができる。尚、この構成においては、剪断変形部１ｅの剪断変形時に固定部材４７と補剛部材４３・４５とのピン結合部に余分な荷重を発生させないように、少なくとも一方のピン結合部に長穴４３ｂを形成することによって、固定部材４７の長手方向に移動自在にされていることが望ましい。
【００４７】
また、本実施形態の張出部４３ａ〜４６ｄ等の面外変形防止機構は、第１の実施形態で説明した各種の制振装置に適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１の発明は、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を剪断変形させることにより構造物の振動を低減する制振装置であって、内周側の剪断変形部とボルト穴を備えた外周側の取付け部とを有するように前記超塑性材料により形成されたエネルギー吸収パネルと、前記超塑性材料よりも高強度の材料により形成され、前記取付け部のボルト穴にボルトを挿通して締結することにより該取付け部に剛接合された複数の補剛部材と、前記補剛部材を前記剪断変形部の剪断変形に追従して変形させるように、隣接する補剛部材同士を連結した連結機構とを有し、前記エネルギー吸収パネルの取付け部には、前記連結機構により連結された補剛部材間に対応する部位に切欠部が形成された構成である。上記の構成によれば、補剛部材がボルトによりエネルギー吸収パネルの取付け部に剛接合されていると共に、隣接する補剛部材同士が連結機構により回動自在に連結されているため、エネルギー吸収パネルにおける剪断変形部が振動により剪断変形する場合には、この剪断変形部の周囲に位置する取付け部の補剛部材の連結姿勢も剪断変形に追従して変化する。従って、超塑性材料が座屈し易いという性質を有していても、この超塑性材料で形成された剪断変形部は、補剛部材により剪断変形が維持および促進されることによって、振動エネルギーを効率良く吸収する。これにより、制振装置は、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を確実に剪断変形させることができるため、構造物に適用する際の設計が容易であると共に、地震の発生ごとに交換しなくても高い信頼性でもって振動を低減することができるという効果を奏する。また、剪断変形部の周囲に位置する取付け部が切欠部により分離された状態にされている。そして、この切欠部は、補剛部材間に対応して形成されている。従って、剪断変形部が大きく剪断変形し、補剛部材と共に取付け部が剪断変形に伴って大きく変位（移動）することになっても、切欠部が変位による取付け部の局所的な応力の発生を防止する。これにより、制振装置は、大きな振動に対しても確実に剪断変形により低減することができるという効果を奏する。
【００４９】
請求項２の発明は、請求項１記載の制振装置であって、前記エネルギー吸収パネルのパネル面に対して垂直方向の応力による前記剪断変形部の面外方向の曲げ変形を防止する面外変形防止機構を有する構成である。上記の構成によれば、剪断変形部の剪断変形時にパネル面に対して垂直方向の応力が繰り返して発生した場合でも、面外変形防止機構により剪断変形部の面外方向の曲げ変形が防止されるため、この曲げ変形が剪断変形に対して支配的となるまで増大することはない。これにより、剪断変形による振動エネルギーの吸収を長期期に亘って大きな状態に維持することができるという効果を奏する。
【００５０】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の制振装置であって、前記補剛部材は、前記ボルトによる締結力で前記取付け部に食い込む凹凸部を有する構成である。上記の構成によれば、凹凸部が取付け部に食い込むことによって、補剛部材と取付け部とが大きな接触面積で３次元的に接合することになる。従って、補剛部材と取付け部との剛接合がより強固なものとなるため、長期間に亘って制振装置を使用することができるという効果を奏する。
【００５１】
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れか１項に記載の制振装置であって、前記連結機構は、前記連結板同士を回動自在に連結するピン部材を有する構成である。上記の構成によれば、ピン部材による簡単な構造により連結機構を構成することができるという効果を奏する。
【００５２】
請求項５の発明は、請求項１ないし４の何れか１項に記載の制振装置であって、σy S を剪断変形部の降伏応力、ｔS を剪断変形部の板厚、Ｌを剪断変形部の有効剪断長、σy B を取付け部の降伏応力、ｔB を取付け部の板厚、φをボルト穴径、ｎをボルト穴の個数としたとき、σy S X ＬX ｔS X(１／３1/2)X(１／ｎ) ＜σy B X ｔB X φの関係を満足するように形成されている構成である。上記の構成によれば、確実に剪断変形して振動を低減させることができる制振装置を設計することができるという効果を奏する。
【００５３】
請求項６の発明は、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を剪断変形させることにより構造物の振動を低減する制振装置であって、板状の超塑性材料部材と、前記板状の超塑性材料部材を構造物に接合させるための接合部材とからなり、前記板状の超塑性材料部材と前記接合部材とがボルトにより締結され、前記板状の超塑性材料部材の前記ボルトとの締結部分の降伏力を、塑性変形を生じさせる部分のボルトとの接触面に発生する力よりも大きくしてなり、前記接合部材が複数あり、前記接合部材を前記超塑性材料部材の剪断変形に追従して変形させるように、隣接する接合部材同士を連結した連結機構を有し、前記超塑性材料には、前記連結機構により連結されている接合部材間に対応する部位に切欠部が形成されており、前記板状の超塑性材料部材の面に対して垂直方向の応力による剪断変形部の面外方向の曲げ変形を防止する面外変形防止機構を有する構成である。
上記の構成によれば、超塑性材料のボルトとの締結部分の降伏力を、塑性変形を生じさせる部分のボルトとの接触面に発生する力よりも大きくすることによって、締結部分におけるボルト穴周辺の局所変形を抑制することができる。これにより、有効な変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料部材を確実に剪断変形させることができるため、構造物に適用する際の設計が容易であると共に、地震の発生ごとに交換しなくても高い信頼性でもって振動を低減することができるという効果を奏する。また、剪断変形部の周囲に位置する取付け部が切欠部により分離された状態にされている。そして、この切欠部は、補剛部材間に対応して形成されている。従って、剪断変形部が大きく剪断変形し、補剛部材と共に取付け部が剪断変形に伴って大きく変位（移動）することになっても、切欠部が変位による取付け部の局所的な応力の発生を防止する。これにより、制振装置は、大きな振動に対しても確実に剪断変形により低減することができるという効果を奏する。さらに、剪断変形部の剪断変形時にパネル面に対して垂直方向の応力が繰り返して発生した場合でも、面外変形防止機構により剪断変形部の面外方向の曲げ変形が防止されるため、この曲げ変形が剪断変形に対して支配的となるまで増大することはない。これにより、剪断変形による振動エネルギーの吸収を長期期に亘って大きな状態に維持することができるという効果を奏する。
【００５４】
請求項７の発明は、請求項６記載の制振装置であって、前記板状の超塑性材料部材の前記ボルトとの締結部分の板厚を、塑性変形を生じさせる部分の板厚よりも大きくしてなる構成である。
上記の構成によれば、締結部分の板厚を塑性変形を生じさせる部分の板厚よりも大きくすることによって、より確実に締結部分におけるボルト穴周辺の局所変形を抑制することができるという効果を奏する。
【００５５】
請求項８の発明は、請求項６記載の制振装置であって、前記板状の超塑性材料部材の前記ボルトとの締結部分の降伏応力を、塑性変形を生じさせる部分の降伏応力よりも大きくしてなる構成である。
上記の構成によれば、締結部分の降伏応力を塑性変形を生じる部分の降伏応力よりも大きくすることによって、より確実に締結部分におけるボルト穴周辺の局所変形を抑制することができるという効果を奏する。
【００５６】
請求項９の発明は、請求項２又は６記載の制振装置であって、前記面外変形防止機構は、前記補剛部材の前記剪断変形部側の端部が、該剪断変形部の面外方向の内周側位置に張り出されて形成された張出部である構成である。上記の構成によれば、補剛部材と張出部とを一体的に形成することができるため、面外変形防止機構に要する部品コストや組立コストを極めて小さなものにすることができるという効果を奏する。
【００５７】
【図面の簡単な説明】
【図１】制振装置の構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の平面図におけるＡ−Ａ'線矢視一部断面図、（ｃ）は正面図である。
【図２】エネルギー吸収パネルの平面図である。
【図３】エネルギー吸収パネルの要部側面図である。
【図４】超塑性材料の１周期（サイクル）目の荷重と変位量との関係を示すグラフである。
【図５】超塑性材料の３５０周期（サイクル）目の荷重と変位量との関係を示すグラフである。
【図６】補剛機構が姿勢を変形する状態を示す説明図であり、（ａ）は変形前、（ｂ）は変形後である。
【図７】エネルギー吸収パネルが剪断変形する状態を示す説明図であり、（ａ）は変形前、（ｂ）は変形後である。
【図８】凹凸部の状態を示す説明図である。
【図９】制振装置の構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。
【図１０】制振装置の構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の平面図におけるＢ−Ｂ'線矢視一部断面図、（ｃ）は正面図である。
【図１１】エネルギー吸収パネルの構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の平面図におけるＣ−Ｃ ' 線矢視断面図である。
【図１２】制振装置の構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＥ−Ｅ'線矢視断面図である。
【図１３】制振装置の構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＦ−Ｆ'線矢視断面図である。
【図１４】従来の制振装置の構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＤ−Ｄ'線矢視断面図である。
【図１５】中層高層建築物に制振装置が取り付けられた状態を示す説明図である。
【図１６】極低降伏点鋼（ＬＹＰ）の荷重と変位量との関係を示すグラフである。
【００５８】
【符号の説明】
１ エネルギー吸収パネル
１ａ〜１ｄ 取付け部
１ｅ 剪断変形部
１ｆ ボルト穴
１ｇ 切欠部
２ 補剛機構
３ 一方側補剛体
４ 他方側補剛体
５〜８ 補剛部材
５ｂ〜８ｂ 凹凸部
９ 第１連結板
１０ 第２連結板
１１ ピン部材
１２ 隙間
１３ 連結機構
１３' 連結機構
１４ リブ部材
２１ エネルギー吸収パネル
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物や橋梁、機械装置等の構造物の地震時等における振動を低減するために用いられる制振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地震等により建物等の構造物が大きく振動すると、構造物自体が破損したり、構造物内の人や物に対して大きな被害が発生する。従って、従来から構造物の振動を低減するための各種の制振装置が開発されており、このような制振装置の一種として、エネルギー吸収パネルの剪断変形により振動を吸収する方式のものがある。
【０００３】
具体的には、図１４（ａ）・（ｂ）に示すように、極低降伏点鋼（ＬＹＰ）により矩形状のエネルギー吸収パネル５１を形成し、このパネル５１の四辺に補剛部材５２を溶接により剛接合した構成のものがある。通常、この種の制振装置は、図１５に示すように、例えば中層高層建築物の隣接する２本の柱５６で挟まれた梁５７の中間点に配置された後、上面に連結部材５５が設けられると共に、連結部材５５から柱５６と梁５７との接合部にかけて傾斜部材５４が左右対称に設けられることによって、地震の振動が傾斜部材５４を介して伝達されるように組み付けられる。そして、振動が傾斜部材５４を介して制振装置５３に伝達されたときに、補剛部材５２によりエネルギー吸収パネル５１を一様に剪断変形させることによって、振動エネルギーを効率良く吸収して柱５６や梁５７の振動を低減させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、エネルギー吸収パネル５１の極低降伏点鋼（ＬＹＰ）が変形に対して加工硬化するという性質を有しているため、エネルギー吸収パネル５１が剪断変形しながら振動を低減させる際に、図１６に示すように、振動の１周期毎にエネルギー吸収パネル５１の変位−荷重ヒステリシス特性が変化することになる。従って、所定規模の地震が起きたときの建築物の振動を所定範囲内に抑制しようとした場合に、制振装置５３による振動エネルギーの吸収量が不安定であると共に正確に求められないため、建築物へ適用する際の設計が困難であるという問題がある。さらに、極低降伏点鋼（ＬＹＰ）は、変形を繰り返すと破断するという性質を有しているため、従来の制振装置５３は、一度でも地震が起こると、エネルギー吸収パネル５１を交換しなければ制振性能に対する信頼性を確保することができないという問題もある。
【０００５】
そこで、変形時に加工硬化しないと共に変形の繰り返しによる破断を生じない超塑性材料をエネルギー吸収パネル５１に適用することが考えられるが、この場合には、以下の問題が発生する。即ち、超塑性材料は、塑性変形が局所的に集中して変形し易いと共に、鋼等の高強度な材料との溶接が困難であるという性質を有している。特に、Ｚｎ−Ａｌ合金等のＡｌ系合金の超塑性材料においては、溶接による接合が極めて困難である。従って、超塑性材料からなるエネルギー吸収パネル５１を用いて制振装置５３を作成する場合には、エネルギー吸収パネル５１と補剛部材５２とをボルト締めにより接合する必要があるが、単にボルト締めして接合しただけの構造では、エネルギー吸収パネル５１のボルト穴周辺に局所変形が生じ易いため、有効な変形荷重を得ることが困難であると共に、最悪の場合には局所的に変形した部分で破断するという問題が発生する。
【０００６】
そこで、本発明は、建築物等の構造物に適用する際の設計が容易であると共に、地震の発生ごとに交換しなくても高い信頼性でもって振動を低減することができる制振装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を剪断変形させることにより構造物の振動を低減する制振装置であって、内周側の剪断変形部とボルト穴を備えた外周側の取付け部とを有するように前記超塑性材料により形成されたエネルギー吸収パネルと、前記超塑性材料よりも高強度の材料により形成され、前記取付け部のボルト穴にボルトを挿通して締結することにより該取付け部に剛接合された複数の補剛部材と、前記補剛部材を前記剪断変形部の剪断変形に追従して変形させるように、隣接する補剛部材同士を連結した連結機構とを有し、前記エネルギー吸収パネルの取付け部には、前記連結機構により連結された補剛部材間に対応する部位に切欠部が形成されていることを特徴としている。
上記の構成によれば、補剛部材がボルトによりエネルギー吸収パネルの取付け部に剛接合されていると共に、隣接する補剛部材同士が連結機構により回動自在に連結されているため、エネルギー吸収パネルにおける剪断変形部が振動により剪断変形する場合には、この剪断変形部の周囲に位置する取付け部の補剛部材の連結姿勢も剪断変形に追従して変化する。従って、超塑性材料が座屈し易いという性質を有していても、この超塑性材料で形成された剪断変形部は、補剛部材により剪断変形が維持および促進されることによって、振動エネルギーを効率良く吸収する。これにより、制振装置は、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を確実に剪断変形させることができるため、構造物に適用する際の設計が容易であると共に、地震の発生ごとに交換しなくても高い信頼性でもって振動を低減することができる。また、剪断変形部の周囲に位置する取付け部が切欠部により分離された状態にされている。そして、この切欠部は、補剛部材間に対応して形成されている。従って、剪断変形部が大きく剪断変形し、補剛部材と共に取付け部が剪断変形に伴って大きく変位（移動）することになっても、切欠部が変位による取付け部の局所的な応力の発生を防止する。これにより、制振装置は、大きな振動に対しても確実に剪断変形により低減することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の制振装置であって、前記エネルギー吸収パネルのパネル面に対して垂直方向の応力による前記剪断変形部の面外方向の曲げ変形を防止する面外変形防止機構を有することを特徴としている。上記の構成によれば、剪断変形部の剪断変形時にパネル面に対して垂直方向の応力が繰り返して発生した場合でも、面外変形防止機構により剪断変形部の面外方向の曲げ変形が防止されるため、この曲げ変形が剪断変形に対して支配的となるまで増大することはない。これにより、剪断変形による振動エネルギーの吸収を長期期に亘って大きな状態に維持することができる。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の制振装置であって、前記補剛部材は、前記ボルトによる締結力で前記取付け部に食い込む凹凸部を有することを特徴としている。上記の構成によれば、凹凸部が取付け部に食い込むことによって、補剛部材と取付け部とが大きな接触面積で３次元的に接合することになる。従って、補剛部材と取付け部との剛接合がより強固なものとなるため、長期間に亘って制振装置を使用することができる。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れか１項に記載の制振装置であって、前記連結機構は、前記連結板同士を回動自在に連結するピン部材を有することを特徴としている。上記の構成によれば、ピン部材による簡単な構造により連結機構を構成することができる。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１ないし４の何れか１項に記載の制振装置であって、σy S を剪断変形部の降伏応力、ｔS を剪断変形部の板厚、Ｌを剪断変形部の有効剪断長、σy B を取付け部の降伏応力、ｔB を取付け部の板厚、φをボルト穴径、ｎをボルト穴の個数としたとき、σy S X ＬX ｔS X(１／３1/2)X(１／ｎ) ＜σy B X ｔB X φの関係を満足するように形成されていることを特徴としている。上記の構成によれば、確実に剪断変形して振動を低減させることができる制振装置を設計することができる。
【００１２】
請求項６の発明は、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を剪断変形させることにより構造物の振動を低減する制振装置であって、板状の超塑性材料部材と、前記板状の超塑性材料部材を構造物に接合させるための接合部材とからなり、前記板状の超塑性材料部材と前記接合部材とがボルトにより締結され、前記板状の超塑性材料部材の前記ボルトとの締結部分の降伏力を、塑性変形を生じさせる部分のボルトとの接触面に発生する力よりも大きくしてなり、前記接合部材が複数あり、前記接合部材を前記超塑性材料部材の剪断変形に追従して変形させるように、隣接する接合部材同士を連結した連結機構を有し、前記超塑性材料には、前記連結機構により連結されている接合部材間に対応する部位に切欠部が形成されており、前記板状の超塑性材料部材の面に対して垂直方向の応力による剪断変形部の面外方向の曲げ変形を防止する面外変形防止機構を有することを特徴としている。
上記の構成によれば、超塑性材料のボルトとの締結部分の降伏力を、塑性変形を生じさせる部分のボルトとの接触面に発生する力よりも大きくすることによって、締結部分におけるボルト穴周辺の局所変形を抑制することができる。これにより、有効な変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料部材を確実に剪断変形させることができるため、構造物に適用する際の設計が容易であると共に、地震の発生ごとに交換しなくても高い信頼性でもって振動を低減することができる。また、前記超塑性材料には、前記連結機構により連結されている結合部材間に対応する部位に切欠部が形成されている。従って、超塑性材料が大きく剪断変形し、接合部材が剪断変形に伴って大きく変位（移動）することになっても、切欠部が変位による超塑性材料の局所的な応力の発生を防止する。これにより、制振装置は、大きな振動に対しても確実に剪断変形により低減することができる。さらに、剪断変形部の剪断変形時にパネル面に対して垂直方向の応力が繰り返して発生した場合でも、面外変形防止機構により剪断変形部の面外方向の曲げ変形が防止されるため、この曲げ変形が剪断変形に対して支配的となるまで増大することはない。これにより、剪断変形による振動エネルギーの吸収を長期期に亘って大きな状態に維持することができる。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項６記載の制振装置であって、前記板状の超塑性材料部材の前記ボルトとの締結部分の板厚を、塑性変形を生じさせる部分の板厚よりも大きくしてなることを特徴としている。
上記構成によれば、締結部分の板厚を塑性変形を生じさせる部分の板厚よりも大きくすることによって、より確実に締結部分におけるボルト穴周辺の局所変形を抑制することができる。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項６記載の制振装置であって、前記板状の超塑性材料部材の前記ボルトとの締結部分の降伏応力を、塑性変形を生じさせる部分の降伏応力よりも大きくしてなることを特徴としている。
上記の構成によれば、締結部分の降伏応力を塑性変形を生じる部分の降伏応力よりも大きくすることによって、より確実に締結部分におけるボルト穴周辺の局所変形を抑制することができる。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項２又は６記載の制振装置であって、前記面外変形防止機構は、前記補剛部材の前記剪断変形部側の端部が、該剪断変形部の面外方向の内周側位置に張り出されて形成された張出部であることを特徴としている。
上記の構成によれば、補剛部材と張出部とを一体的に形成することができるため、面外変形防止機構に要する部品コストや組立コストを極めて小さなものにすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
〔実施形態１〕
本発明の第１の実施形態を図１ないし図１１に基づいて以下に説明する。第１の実施形態に係る制振装置は、図１に示すように、地震時の振動エネルギーを剪断変形により吸収するエネルギー吸収パネル１と、エネルギー吸収パネル１の外周側の取付け部１ａ〜１ｄに剛接合され、このパネル１を一様に剪断変形させる補剛機構２とを有している。エネルギー吸収パネル１は、図２に示すように、超塑性材料により形成されている。超塑性材料は、変形に対して加工硬化しないという性質を有しており、例えば図４の振動の１周期（サイクル）目および図５の振動の３５０周期（サイクル）目の関係からも明らかなように、振動の初期から終期に至るまで安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する。尚、超塑性材料としては、Ｚｎ−Ａｌ合金等のＡｌ系合金を用いることができる。
【００１７】
上記のエネルギー吸収パネル１は、正方形の平板状に形成されており、上述の補剛機構２が取り付けられる外周側の取付け部１ａ〜１ｄと、これらの取付け部１ａ〜１ｄに囲まれた内周側の剪断変形部１ｅとからなっている。取付け部１ａ〜１ｄには、複数のボルト穴１ｆが形成されており、ボルト穴１ｆの穴径や個数、エネルギー吸収パネル１の板厚（剪断変形部１ｅおよび取付け部１ａ〜１ｄ）は、下記の関係式（１）を満足するように設定されている。
【００１８】
σy S X ＬX ｔS X(１／３1/2)X(１／ｎ) ＜σy B X ｔB X φ ・・・ （１）
【００１９】
ここで、σy S は剪断変形部１ｅの降伏応力、ｔS は剪断変形部１ｅの板厚、Ｌは剪断変形部１ｅの有効剪断長、σy B は取付け部１ａ〜１ｄの降伏応力、ｔB は取付け部１ａ〜１ｄの板厚、φはボルト穴１ｃの穴径、ｎはボルト穴１ｃの個数（ボルト本数）である。（１）式の左辺は、エネルギー吸収パネル１の剪断変形部に発生する荷重のボルト１本当たりが受け持つ荷重を表し、右辺は、ボルトの端面がエネルギー吸収パネル１の取付け部１ａ〜１ｄ（接触面）を押す時の取付け部１ａ〜１ｄの降伏荷重を表している。言い換えれば、ボルトとの接触面に発生する力よりも接触部の降伏力を高めるように構成されていることになる。これにより、ボルト締結部においてボルト穴周辺の局所変形が抑制され、有効な変位−ヒステリシス特性を得ることが可能になる。例えばσy B ＝σy S ＝１０ｋｇｆ／ｍｍ2 、Ｌ＝２５０ｍｍ、ｔS ＝８ｍｍとし、φ１２ｍｍボルトの６本で固定する設計条件においては、上述の関係式（１）より、ｔB ＝１６ｍｍが下限値であると判断できるため、安全性を考慮してｔB ＝２０ｍｍと決定される。従って、上記の設計条件下におけるエネルギー吸収パネル１は、図３の二点鎖線で示すように、取付け部１ａ〜１ｄの板厚ｔB が剪断変形部１ｅの板厚ｔS よりも大きな厚みとなる。
【００２０】
また、エネルギー吸収パネル１は、隣接する取付け部１ａ〜１ｄの間に切欠部１ｇをそれぞれ有している。各切欠部１ｇは、エネルギー吸収パネル１の端面から取付け部１ａ・１ｃに沿って形成された後、頂部が剪断変形部１ｅのコーナー部に到達するように形成されている。そして、これらの切欠部１ｇは、図７（ａ）・（ｂ）に示すように、エネルギー吸収パネル１が剪断変形したときに、隣接する取付け部１ａ〜１ｄ同士の当接を防止することによって、剪断変形部１ｅの一様な剪断変形を容易化させている。
【００２１】
上記のエネルギー吸収パネル１には、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、超塑性材料よりも高強度の鋼等の材料で形成された補剛機構２が剛接合されている。補剛機構２は、一方側補剛体３と他方側補剛体４とからなっており、各補剛体３・４は、エネルギー吸収パネル１の一方面側および他方面側にそれぞれ配置されている。そして、これらの補剛体３・４は、エネルギー吸収パネル１の取付け部１ａ〜１ｄにそれぞれ当接された補剛部材５〜８を備えており、これらの補剛部材５〜８は、各取付け部１ａ〜１ｄの全面に面状に当接し、且つ切欠部１ｇを露出させる隙間１２を出現させるように形成されている。また、各補剛部材５〜８には、複数のボルト穴５ａ〜８ａが形成されている。これらのボルト穴５ａ〜８ａは、各取付け部１ａ〜１ｄのボルト穴１ｆに一致するように配置されている。
【００２２】
上記の補剛部材５〜８は、剪断変形部１ｅの剪断変形に追従して変形する平行クランクリンク列を形成するように、端部同士が連結機構１３により回動自在に連結されている。連結機構１３は、第１連結板９と第２連結板１０とピン部材１１とを有している。第１連結板９は、図中左右方向の補剛部材６・８の上面両端部にそれぞれ設けられている。各第１連結板９には、複数のボルト穴９ａが形成されており、これらのボルト穴９ａは、補剛部材６・８のボルト穴６ａ・８ａに一致するように配置されている。そして、第１連結板９、補剛部材６・８、およびエネルギー吸収パネル１のボルト穴９ａ・６ａ・８ａ・１ｆには、図示しないボルトが挿通されており、ボルトは、補剛部材６・８およびエネルギー吸収パネル１を介して一方側補剛体３と他方側補剛体４との第１連結板９（補剛部材６・８）同士を締結している。
【００２３】
また、一方側補剛体３および他方側補剛体４の補剛部材６・８同士は、両端部の第１連結板９間に露出した補剛部材６・８のボルト穴６ａ・８ａとエネルギー吸収パネル１のボルト穴１ｆとを介して図示しないボルトにより締結されている。これにより、補剛部材６・８は、エネルギー吸収パネル１の図示左右方向の取付け部１ｂ・１ｄに対して均等に圧接されることにより剛接合されている。
【００２４】
また、各第１連結板９には、連結穴９ｂが形成されている。連結穴９ｂは、エネルギー吸収パネル１の剪断変形と補剛部材５〜８の姿勢の変形挙動とを一致させるように、エネルギー吸収パネル１の剪断変形部１ｅのコーナー部に対応した位置に配置されている。この第１連結板９の上面には、連結穴９ｂの周囲を覆うように第２連結板１０が設けられている。第２連結板１０には、ボルト穴１０ａと連結穴１０ｂとが形成されており、ボルト穴１０ａは、図中上下方向の補剛部材５・７のボルト穴５ａ・７ａに対応して配置されている。また、連結穴１０ｂは、上述の第１連結板９の連結穴９ｂに対応して配置されている。
【００２５】
そして、このように構成された一方側補剛体３と他方側補剛体４との第２連結板１０（補剛部材５・７）同士は、第２連結板１０のボルト穴１０ａと補剛部材５・７のボルト穴５ａ・７ａとエネルギー吸収パネル１のボルト穴１ｆとを介して図示しないボルトにより締結されている。さらに、一方側補剛体３および他方側補剛体４の補剛部材５・７同士は、両端部の第２連結板１０・１０間に露出した補剛部材５・７のボルト穴５ａ・７ａとエネルギー吸収パネル１のボルト穴１ｆとを介して図示しないボルトにより締結されている。これにより、補剛部材５・７は、エネルギー吸収パネル１の図中上下方向の取付け部１ａ・１ｃに対して均等に圧接されることにより剛接合されている。
【００２６】
また、第２連結板１０および第１連結板９の連結穴１０ｂ・９ｂには、ピン部材１１が回動自在に嵌合されている。これにより、図６（ａ）・（ｂ）に示すように、第２連結板１０に固定された補剛部材５・７と、第１連結板９に固定された補剛部材６・８とは、ピン部材１１を支点として回動自在に連結されることによって、エネルギー吸収パネル１の剪断変形部１ｅの剪断変形に追従しながら変形する平行クランクリンク列を構成している。
【００２７】
上記の構成において、制振装置の動作について説明する。尚、以下の説明においては、中層高層建築物に適用した場合の動作について説明するが、これに限定されるものではなく、橋梁や機械装置等の構造物に適用することもできる。
【００２８】
先ず、隣接する２本の柱で挟まれた梁の中間点に制振装置を配置した後、制振装置の上面側の補剛部材５から柱と梁との接合部にかけて傾斜部材を左右対称に設けることによって、地震の振動が傾斜部材を介して制振装置に伝達されるように組み付ける（図１５参照）。
【００２９】
次に、地震による振動が傾斜部材を介して制振装置に伝達されると、振動の１周期ごとに制振装置が変形し、この変形により振動エネルギーを吸収することによって、振動を低減させる。
【００３０】
即ち、図１に示すように、補剛部材５〜８は、ボルト穴５ａ〜８ａを介して図示しないボルトによりエネルギー吸収パネル１に締結されることによって、エネルギー吸収パネル１の取付け部１ａ〜１ｄに圧接して剛接合されている。従って、振動が傾斜部材を介して制振装置に付与されると、この振動が補剛部材５〜８からエネルギー吸収パネル１の取付け部１ａ〜１ｄに伝達されることによって、図７（ａ）・（ｂ）に示すように、これら取付け部１ａ〜１ｄに囲まれた剪断変形部１ｅが剪断変形を開始する。
【００３１】
この際、上記の補剛部材５〜８は、連結機構１３のピン部材１１を支点として回動自在に連結された平行クランクリンク列を構成しているため、図６（ａ）・（ｂ）に示すように、図中上側の補剛部材５が図中下側の補剛部材７に対して平行度を維持しながら水平移動すると共に、図中左右方向の補剛部材６・８が平行度を維持しながら傾斜する。また、ピン部材１１は、剪断変形部１ｅのコーナー部に対応した位置に配置されており、補剛部材５〜８の姿勢の変形挙動と剪断変形部１ｅの剪断変形とを一致させている。従って、補剛部材５〜８は、剪断変形部１ｅの剪断変形に追従しながら姿勢を変化させることによって、剪断変形部１ｅの剪断変形を維持および促進させる。これにより、制振装置は、振動の各周期ごとに振動エネルギーを効率良く吸収して梁や柱の振動を低減させることになる。
【００３２】
また、補剛部材５〜８は、隙間１２を介して隣接されており、エネルギー吸収パネル１の取付け部１ａ〜１ｄは、切欠部１ｇを介して隣接されている。従って、剪断変形部１ｅが大きく剪断変形した場合であっても、補剛部材５〜８同士および取付け部１ａ〜１ｄ同士が当接しないため、大きな振動に対しても剪断変形部１ｅが確実に剪断変形して振動が低減される。さらに、図４および図５に示すように、エネルギー吸収パネル１の超塑性材料が１周期目と３５０周期目とで略同一の変位−荷重ヒステリシス特性を発揮することから、振動の初期から終期に至るまで安定して振動が低減される。
【００３３】
以上のように、本実施形態の制振装置は、図１に示すように、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を剪断変形させることにより構造物の振動を低減するものであって、内周側の剪断変形部１ｅとボルト穴１ｆを備えた外周側の取付け部１ａ〜１ｄとを有するように超塑性材料により形成されたエネルギー吸収パネル１と、超塑性材料よりも高強度の材料により形成され、取付け部１ａ〜１ｄのボルト穴１ｆに図示しないボルトを挿通して締結することにより取付け部１ａ〜１ｄに剛接合された複数の補剛部材５〜８と、これら補剛部材５〜８を剪断変形部１ｅの剪断変形に追従して変形させるように、隣接する補剛部材５〜８同士を連結した連結機構１３とを有した構成にされている。
【００３４】
上記の構成によれば、補剛部材５〜８がボルトによりエネルギー吸収パネル１の取付け部１ａ〜１ｄに剛接合されていると共に、隣接する補剛部材５〜８同士が連結機構１３により回動自在に連結されているため、エネルギー吸収パネル１における剪断変形部１ｅが振動により剪断変形する場合には、この剪断変形部１ｅの周囲に位置する取付け部の補剛部材５〜８の連結姿勢も剪断変形に追従して変化する。従って、超塑性材料が座屈し易いという性質を有していても、この超塑性材料で形成された剪断変形部１ｅは、補剛部材５〜８により剪断変形が維持および促進されることによって、振動エネルギーを効率良く吸収する。これにより、制振装置は、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を確実に剪断変形させることができるため、構造物に適用する際の設計が容易であると共に、地震の発生ごとに交換しなくても高い信頼性でもって振動を低減することができる。
【００３５】
また、本実施形態において、エネルギー吸収パネル１の取付け部には、連結機構１３により連結された補剛部材５〜８間に対応する部位に切欠部１ｇが形成されている。そして、この構成によれば、剪断変形部１ｅが大きく剪断変形し、補剛部材５〜８と共に取付け部１ａ〜１ｄが剪断変形に伴って大きく変位（移動）することになっても、切欠部１ｇが変位による取付け部１ａ〜１ｄの局所的な応力の発生を防止するため、大きな振動も確実に剪断変形部１ｅの剪断変形により低減することができる。
【００３６】
また、本実施形態において、図８に示すように、補剛部材５〜８は、ボルトによる締結力で取付け部１ａ〜１ｄに食い込む凹凸部５ｂ〜８ｂを有していることが望ましい。そして、この場合には、凹凸部５ｂ〜８ｂが取付け部１ａ〜１ｄに食い込むことによって、補剛部材５〜８と取付け部１ａ〜１ｄとが大きな接触面積で３次元的に接合し、補剛部材５〜８と取付け部１ａ〜１ｄとの剛接合がより強固なものとなるため、長期間に亘って制振装置を使用することができる。
【００３７】
また、本実施形態において、連結機構１３は、連結板同士を回動自在に連結するピン部材１１を有した構成にされている。即ち、連結機構１３は、補剛部材６・８の両端部にそれぞれ固定された第１連結板９と、補剛部材５・７の両端部にそれぞれ固定された第２連結板１０と、これら第１連結板９および第２連結板１０を回動自在に連結したピン部材１１とを有した構成にされている。これにより、連結機構１３は、ピン部材１１による簡単な構造で構成することが可能になっている。
【００３８】
尚、連結機構１３は、上記の構成に限定されるものではなく、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、補剛部材６・８上に剪断変形部１ｅに沿って配置され、補剛部材６・８の一方端側（図中上側）に位置する補剛部材５から他方端側（図中下側）に位置する補剛部材７にかけて溶接されたリブ部材１４を有した構成にされていても良い。そして、この構成によれば、リブ部材１４を補剛部材５〜８に溶接するという簡単な作業により連結機構１３を構成することができる。
【００３９】
さらに、制振装置は、第１連結板９および第２連結板１０の何れか一方と補剛部材５〜８とを直接的にピン部材１１で回動自在に連結した構成の連結機構１３'を備えていても良い。即ち、制振装置は、図１０（ａ）〜（ｃ）および図１１に示すように、超塑性材料で形成されたエネルギー吸収パネル２１を有している。エネルギー吸収パネル２１は、剪断変形部２１ｅと、剪断変形部２１ｅよりも大きな厚みを有した取付け部２１ａ〜２１ｄとを有している。各取付け部２１ａ〜２１ｄには、図示しないボルトが挿通されるボルト穴２１ｆが形成されており、隣接する取付け部２１ａ〜２１ｄ間には、切欠部２１ｇが形成されている。
【００４０】
上記の取付け部１ａ〜１ｄには、補剛部材２５〜２８がそれぞれ図示しないボルトにより固設されている。図中左右方向の補剛部材２６・２８には、連結穴２６ｂ・２８ｂが両端部に形成されていると共に、複数のボルト穴２６ａ・２８ａが等間隔で形成されている。一方、図中上下方向の補剛部材２５・２７には、複数のボルト穴２６ａ・２８ａが等間隔で形成されていると共に、複数の挿通穴２５ｂが側面に形成されている。さらに、補剛部材２５・２７の上面両端部には、嵌合部２７ｂが形成されており、嵌合部２７ｂには、第３連結板２９が固設されている。
【００４１】
上記の第３連結板２９には、ボルト穴２９ａと連結穴２９ｂとが形成されており、連結穴２９ｂは、図中左右方向の補剛部材２６・２８に形成された連結穴２６ｂ・２８ｂに一致されている。そして、これらの連結穴２９ｂ・２６ｂ・２８ｂには、ピン部材１１が回動自在に嵌合されている。これにより、上記の連結機構１３'で回動自在に連結された補剛部材２５〜２８は、剪断変形部１ｅの剪断変形に追従して変形する平行クランクリンク列を構成している。
【００４２】
〔実施形態２〕
次に、本発明の第２の実施形態を図１２および図１３に基づいて説明する。尚、上述の第１の実施形態と同一の部材には同一の符号を付記してその説明を省略する。第２の実施形態に係る制振装置は、図１２（ａ）・（ｂ）に示すように、エネルギー吸収パネル１と補剛機構２とを有している。補剛機構２は、エネルギー吸収パネル１の取付け部１ａ〜１ｄに剛接合され、端部同士が回動自在にピン結合された補剛部材４３〜４６を有している。各補剛部材４３〜４６における剪断変形部１ｅ側の端部には、面外変形防止機構としての張出部４３ａ〜４６ｄが形成されている。各張出部４３ａ〜４６ｄは、補剛部材４３〜４６の端部から剪断変形部１ｅの面外方向の内周側位置に張り出された台形形状に形成されている。そして、これらの張出部４３ａ〜４６ｄは、エネルギー吸収パネル１のパネル面に対して垂直方向の応力が発生したときに、この応力により剪断変形部１ｅが面外方向（パネル面に対して垂直方向）に曲げ変形を生じるのを防止する。その他の構成は、第１の実施形態の構成と同一である。
【００４３】
上記の構成において、制振装置の動作について説明する。地震等による振動が制振装置に付与されると、この振動が補剛部材４３〜４６からエネルギー吸収パネル１に伝達されることによって、これらの補剛部材４３〜４６に囲まれた剪断変形部１ｅがエネルギー吸収パネル１のパネル面に対して平行に剪断変形する。そして、第１の実施形態と同一の動作によって、剪断変形により振動の各周期ごとに振動エネルギーを吸収して梁や柱の振動を低減させる。
【００４４】
また、剪断変形部１ｅが剪断変形すると、パネル面に対して垂直方向の応力が発生し、この応力が剪断変形部１ｅを面外方向に曲げ変形させるように作用する。この際、剪断変形部１ｅの面外方向の内周側位置には、補剛部材４３〜４６の端部から張り出された張出部４３ａ〜４６ｄが存在している。従って、剪断変形部１ｅが上述の応力により面外方向に曲げ変形を開始しても、即座に張出部４３ａ〜４６ｄに当接することによって、それ以上の曲げ変形が防止される。これにより、通常、振動により剪断変形と面外方向の曲げ変形とが繰り返された場合には、曲げ変形の変形量が次第に増加することによって、剪断変形よりも曲げ変形が支配的となり、結果として剪断変形による振動エネルギーの吸収が早期に低下することになるが、本実施形態においては、張出部４３ａ〜４６ｄが曲げ変形を僅かな変形量に抑制していると共に変形量の増大を防止しているため、長期間に亘って剪断変形による振動エネルギーの吸収を大きな状態に維持することができる。さらに、本実施形態の構成であれば、補剛部材４３〜４６と張出部４３ａ〜４６ｄとを一体的に形成することができるため、面外変形防止機構に要する部品コストや組立コストを極めて小さなものにすることができる。
【００４５】
尚、本実施形態においては、全ての補剛部材４３〜４６に張出部４３ａ〜４６ｄが形成されているが、少なくとも一つの補剛部材４３〜４６に張出部４３ａ〜４６ｄが形成されていれば良い。また、本実施形態においては、張出部４３ａ〜４６ｄにより面外変形防止機構を構成することによって面外方向の曲げ変形を防止しているが、これに限定されるものではなく、面外変形防止機構は、下記のように構成されていても良い。
【００４６】
即ち、面外変形防止機構は、図１３（ａ）・（ｂ）に示すように、上下位置に配置された補剛部材４３・４５に、面外方向に固定されながら回動自在にピン結合された固定部材４７と、この固定部材４７に設けられ、一端面が剪断変形部１ｅの中心部近傍に位置された当接部材４８とを備えた構成にされていても良い。この構成であれば、剪断変形部１ｅが面外方向に曲げ変形を開始しても、即座に剪断変形部１ｅを当接部材４８の一端面に当接させることができ、さらに、この当接部材４８が固定部材４７により面外方向に固定された状態になっているため、それ以上の曲げ変形を防止することができる。尚、この構成においては、剪断変形部１ｅの剪断変形時に固定部材４７と補剛部材４３・４５とのピン結合部に余分な荷重を発生させないように、少なくとも一方のピン結合部に長穴４３ｂを形成することによって、固定部材４７の長手方向に移動自在にされていることが望ましい。
【００４７】
また、本実施形態の張出部４３ａ〜４６ｄ等の面外変形防止機構は、第１の実施形態で説明した各種の制振装置に適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１の発明は、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を剪断変形させることにより構造物の振動を低減する制振装置であって、内周側の剪断変形部とボルト穴を備えた外周側の取付け部とを有するように前記超塑性材料により形成されたエネルギー吸収パネルと、前記超塑性材料よりも高強度の材料により形成され、前記取付け部のボルト穴にボルトを挿通して締結することにより該取付け部に剛接合された複数の補剛部材と、前記補剛部材を前記剪断変形部の剪断変形に追従して変形させるように、隣接する補剛部材同士を連結した連結機構とを有し、前記エネルギー吸収パネルの取付け部には、前記連結機構により連結された補剛部材間に対応する部位に切欠部が形成された構成である。上記の構成によれば、補剛部材がボルトによりエネルギー吸収パネルの取付け部に剛接合されていると共に、隣接する補剛部材同士が連結機構により回動自在に連結されているため、エネルギー吸収パネルにおける剪断変形部が振動により剪断変形する場合には、この剪断変形部の周囲に位置する取付け部の補剛部材の連結姿勢も剪断変形に追従して変化する。従って、超塑性材料が座屈し易いという性質を有していても、この超塑性材料で形成された剪断変形部は、補剛部材により剪断変形が維持および促進されることによって、振動エネルギーを効率良く吸収する。これにより、制振装置は、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を確実に剪断変形させることができるため、構造物に適用する際の設計が容易であると共に、地震の発生ごとに交換しなくても高い信頼性でもって振動を低減することができるという効果を奏する。また、剪断変形部の周囲に位置する取付け部が切欠部により分離された状態にされている。そして、この切欠部は、補剛部材間に対応して形成されている。従って、剪断変形部が大きく剪断変形し、補剛部材と共に取付け部が剪断変形に伴って大きく変位（移動）することになっても、切欠部が変位による取付け部の局所的な応力の発生を防止する。これにより、制振装置は、大きな振動に対しても確実に剪断変形により低減することができるという効果を奏する。
【００４９】
請求項２の発明は、請求項１記載の制振装置であって、前記エネルギー吸収パネルのパネル面に対して垂直方向の応力による前記剪断変形部の面外方向の曲げ変形を防止する面外変形防止機構を有する構成である。上記の構成によれば、剪断変形部の剪断変形時にパネル面に対して垂直方向の応力が繰り返して発生した場合でも、面外変形防止機構により剪断変形部の面外方向の曲げ変形が防止されるため、この曲げ変形が剪断変形に対して支配的となるまで増大することはない。これにより、剪断変形による振動エネルギーの吸収を長期期に亘って大きな状態に維持することができるという効果を奏する。
【００５０】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の制振装置であって、前記補剛部材は、前記ボルトによる締結力で前記取付け部に食い込む凹凸部を有する構成である。上記の構成によれば、凹凸部が取付け部に食い込むことによって、補剛部材と取付け部とが大きな接触面積で３次元的に接合することになる。従って、補剛部材と取付け部との剛接合がより強固なものとなるため、長期間に亘って制振装置を使用することができるという効果を奏する。
【００５１】
請求項４の発明は、請求項１ないし３の何れか１項に記載の制振装置であって、前記連結機構は、前記連結板同士を回動自在に連結するピン部材を有する構成である。上記の構成によれば、ピン部材による簡単な構造により連結機構を構成することができるという効果を奏する。
【００５２】
請求項５の発明は、請求項１ないし４の何れか１項に記載の制振装置であって、σy S を剪断変形部の降伏応力、ｔS を剪断変形部の板厚、Ｌを剪断変形部の有効剪断長、σy B を取付け部の降伏応力、ｔB を取付け部の板厚、φをボルト穴径、ｎをボルト穴の個数としたとき、σy S X ＬX ｔS X(１／３1/2)X(１／ｎ) ＜σy B X ｔB X φの関係を満足するように形成されている構成である。上記の構成によれば、確実に剪断変形して振動を低減させることができる制振装置を設計することができるという効果を奏する。
【００５３】
請求項６の発明は、安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を剪断変形させることにより構造物の振動を低減する制振装置であって、板状の超塑性材料部材と、前記板状の超塑性材料部材を構造物に接合させるための接合部材とからなり、前記板状の超塑性材料部材と前記接合部材とがボルトにより締結され、前記板状の超塑性材料部材の前記ボルトとの締結部分の降伏力を、塑性変形を生じさせる部分のボルトとの接触面に発生する力よりも大きくしてなり、前記接合部材が複数あり、前記接合部材を前記超塑性材料部材の剪断変形に追従して変形させるように、隣接する接合部材同士を連結した連結機構を有し、前記超塑性材料には、前記連結機構により連結されている接合部材間に対応する部位に切欠部が形成されており、前記板状の超塑性材料部材の面に対して垂直方向の応力による剪断変形部の面外方向の曲げ変形を防止する面外変形防止機構を有する構成である。
上記の構成によれば、超塑性材料のボルトとの締結部分の降伏力を、塑性変形を生じさせる部分のボルトとの接触面に発生する力よりも大きくすることによって、締結部分におけるボルト穴周辺の局所変形を抑制することができる。これにより、有効な変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料部材を確実に剪断変形させることができるため、構造物に適用する際の設計が容易であると共に、地震の発生ごとに交換しなくても高い信頼性でもって振動を低減することができるという効果を奏する。また、剪断変形部の周囲に位置する取付け部が切欠部により分離された状態にされている。そして、この切欠部は、補剛部材間に対応して形成されている。従って、剪断変形部が大きく剪断変形し、補剛部材と共に取付け部が剪断変形に伴って大きく変位（移動）することになっても、切欠部が変位による取付け部の局所的な応力の発生を防止する。これにより、制振装置は、大きな振動に対しても確実に剪断変形により低減することができるという効果を奏する。さらに、剪断変形部の剪断変形時にパネル面に対して垂直方向の応力が繰り返して発生した場合でも、面外変形防止機構により剪断変形部の面外方向の曲げ変形が防止されるため、この曲げ変形が剪断変形に対して支配的となるまで増大することはない。これにより、剪断変形による振動エネルギーの吸収を長期期に亘って大きな状態に維持することができるという効果を奏する。
【００５４】
請求項７の発明は、請求項６記載の制振装置であって、前記板状の超塑性材料部材の前記ボルトとの締結部分の板厚を、塑性変形を生じさせる部分の板厚よりも大きくしてなる構成である。
上記の構成によれば、締結部分の板厚を塑性変形を生じさせる部分の板厚よりも大きくすることによって、より確実に締結部分におけるボルト穴周辺の局所変形を抑制することができるという効果を奏する。
【００５５】
請求項８の発明は、請求項６記載の制振装置であって、前記板状の超塑性材料部材の前記ボルトとの締結部分の降伏応力を、塑性変形を生じさせる部分の降伏応力よりも大きくしてなる構成である。
上記の構成によれば、締結部分の降伏応力を塑性変形を生じる部分の降伏応力よりも大きくすることによって、より確実に締結部分におけるボルト穴周辺の局所変形を抑制することができるという効果を奏する。
【００５６】
請求項９の発明は、請求項２又は６記載の制振装置であって、前記面外変形防止機構は、前記補剛部材の前記剪断変形部側の端部が、該剪断変形部の面外方向の内周側位置に張り出されて形成された張出部である構成である。上記の構成によれば、補剛部材と張出部とを一体的に形成することができるため、面外変形防止機構に要する部品コストや組立コストを極めて小さなものにすることができるという効果を奏する。
【００５７】
【図面の簡単な説明】
【図１】制振装置の構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の平面図におけるＡ−Ａ'線矢視一部断面図、（ｃ）は正面図である。
【図２】エネルギー吸収パネルの平面図である。
【図３】エネルギー吸収パネルの要部側面図である。
【図４】超塑性材料の１周期（サイクル）目の荷重と変位量との関係を示すグラフである。
【図５】超塑性材料の３５０周期（サイクル）目の荷重と変位量との関係を示すグラフである。
【図６】補剛機構が姿勢を変形する状態を示す説明図であり、（ａ）は変形前、（ｂ）は変形後である。
【図７】エネルギー吸収パネルが剪断変形する状態を示す説明図であり、（ａ）は変形前、（ｂ）は変形後である。
【図８】凹凸部の状態を示す説明図である。
【図９】制振装置の構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。
【図１０】制振装置の構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の平面図におけるＢ−Ｂ'線矢視一部断面図、（ｃ）は正面図である。
【図１１】エネルギー吸収パネルの構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の平面図におけるＣ−Ｃ ' 線矢視断面図である。
【図１２】制振装置の構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＥ−Ｅ'線矢視断面図である。
【図１３】制振装置の構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＦ−Ｆ'線矢視断面図である。
【図１４】従来の制振装置の構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＤ−Ｄ'線矢視断面図である。
【図１５】中層高層建築物に制振装置が取り付けられた状態を示す説明図である。
【図１６】極低降伏点鋼（ＬＹＰ）の荷重と変位量との関係を示すグラフである。
【００５８】
【符号の説明】
１ エネルギー吸収パネル
１ａ〜１ｄ 取付け部
１ｅ 剪断変形部
１ｆ ボルト穴
１ｇ 切欠部
２ 補剛機構
３ 一方側補剛体
４ 他方側補剛体
５〜８ 補剛部材
５ｂ〜８ｂ 凹凸部
９ 第１連結板
１０ 第２連結板
１１ ピン部材
１２ 隙間
１３ 連結機構
１３' 連結機構
１４ リブ部材
２１ エネルギー吸収パネル
Claims (9)
- 安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を剪断変形させることにより構造物の振動を低減する制振装置であって、内周側の剪断変形部とボルト穴を備えた外周側の取付け部とを有するように前記超塑性材料により形成されたエネルギー吸収パネルと、前記超塑性材料よりも高強度の材料により形成され、前記取付け部のボルト穴にボルトを挿通して締結することにより該取付け部に剛接合された複数の補剛部材と、前記補剛部材を前記剪断変形部の剪断変形に追従して変形させるように、隣接する補剛部材同士を連結した連結機構とを有し、前記エネルギー吸収パネルの取付け部には、前記連結機構により連結された補剛部材間に対応する部位に切欠部が形成されていることを特徴とする制振装置。
- 前記エネルギー吸収パネルのパネル面に対して垂直方向の応力による前記剪断変形部の面外方向の曲げ変形を防止する面外変形防止機構を有することを特徴とする請求項１記載の制振装置。
- 前記補剛部材は、前記ボルトによる締結力で前記取付け部に食い込む凹凸部を有することを特徴とする請求項１又は２記載の制振装置。
- 前記連結機構は、前記連結板同士を回動自在に連結するピン部材を有することを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の制振装置。
- σy S を剪断変形部の降伏応力、ｔS を剪断変形部の板厚、Ｌを剪断変形部の有効剪断長、σy B を取付け部の降伏応力、ｔB を取付け部の板厚、φをボルト穴径、ｎをボルト穴の個数としたとき、σy S X ＬX ｔS X(１／３1/2)X(１／ｎ) ＜σy B X ｔB X φの関係を満足するように形成されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の制振装置。
- 安定した変位−荷重ヒステリシス特性を発揮する超塑性材料を剪断変形させることにより構造物の振動を低減する制振装置であって、板状の超塑性材料部材と、前記板状の超塑性材料部材を構造物に接合させるための接合部材とからなり、前記板状の超塑性材料部材と前記接合部材とがボルトにより締結され、前記板状の超塑性材料部材の前記ボルトとの締結部分の降伏力を、塑性変形を生じさせる部分のボルトとの接触面に発生する力よりも大きくしてなり、前記接合部材が複数あり、前記接合部材を前記超塑性材料部材の剪断変形に追従して変形させるように、隣接する接合部材同士を連結した連結機構を有し、前記超塑性材料には、前記連結機構により連結されている接合部材間に対応する部位に切欠部が形成されており、前記板状の超塑性材料部材の面に対して垂直方向の応力による剪断変形部の面外方向の曲げ変形を防止する面外変形防止機構を有することを特徴とする制振装置。
- 前記板状の超塑性材料部材の前記ボルトとの締結部分の板厚を、塑性変形を生じさせる部分の板厚よりも大きくしてなることを特徴とする請求項６記載の制振装置。
- 前記板状の超塑性材料部材の前記ボルトとの締結部分の降伏応力を、塑性変形を生じさせる部分の降伏応力よりも大きくしてなることを特徴とする請求項６記載の制振装置。
- 前記面外変形防止機構は、前記補剛部材の前記剪断変形部側の端部が、該剪断変形部の面外方向の内周側位置に張り出されて形成された張出部であることを特徴とする請求項２又は６記載の制振装置。
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