JP3702818B2

JP3702818B2 - 二重鋼管型耐震性構造材

Info

Publication number: JP3702818B2
Application number: JP2001226145A
Authority: JP
Inventors: 克彦今井; 陵二木下; 時雄森田
Original assignee: JFE Civil Engineering and Construction Corp
Current assignee: JFE Civil Engineering and Construction Corp
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: JP2003034983A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二重鋼管型耐震性構造材に係り、詳しくは、鋼構造物を形成するための鉄骨構造の枠組に介在されるブレース用等の構造材であって、軸方向に引張と圧縮とが繰り返して作用しても弾塑性座屈を起こすことのないようにした耐震性の高い構造材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼構造物を耐震補強する場合、図７の（ｂ）に示す鋼構造物６１にブレース６２を用いることが多い。ところが、一般に使用されるブレースでは、図７の（ｃ）に示すように圧縮側ブレース６２Ａが座屈すると、取付部位６３が下方に引っ張られる。もし、梁６４が崩壊することになれば、構造物に所要の水平耐力を与えておくことはできなくなる。
【０００３】
このような梁の崩壊を防止するためには、梁自体を剛強なものとしておくか、細長比が非常に小さく断面径を大きくした太くて短いブレース材を用いて座屈を避けるといったことを行わざるを得なくなる。しかし、いずれの手段による場合も、梁あるいはブレースの断面を非常に大きくしておく必要があり、デザイン上の観点からも好ましくない。
【０００４】
勿論、ブレースの断面積を大きくするとブレース自体の剛性が高くなりすぎ、結果としてこのブレースに応力が集中することになる。従って、最終的にはブレースが取りつけられる基礎部分に、過大な強度を与えておかなければならなくなる。
【０００５】
このような問題を回避するための構造として、特開平４−１４９３４５号公報にトラス用二重鋼管型構造部材が提案されている。これは外管と内管とで構成され、外部から作用した軸力によって外管が座屈して曲がろうとするのを、自由状態にあって軸力の伝達されない真直な状態を維持した内管の曲げ抵抗力により抑えるようにしたものである。
【０００６】
このような二重鋼管型構造部材の外管は軸力管であり、内管は外管の軸方向変形を許容できるように外管よりは予め決められた長さだけ短くされている。その内管は、外管に挿入された後外管内で位置ずれしないように軸方向の例えば中央位置でプラグ溶接される。そして、内管の外径は外管との間で僅かな隙間が残る程度に選定され、外管に発生する曲げが内管によって可及的早期に阻止されるように配慮されている。
【０００７】
二重鋼管型構造部材は、極めて大きい軸圧縮力が作用しても、外管を座屈させることなく内管に沿った軸対称塑性変形をさせることを期待している。しかし、地震によって短時間のうちに外管に圧縮と引張とが繰り返し作用すれば、内管を保持するプラグ溶接部の劣化が早まり、二重管としての機能を損なわせる。加えて、プラグ溶接痕は外管の美感を著しく低下させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プラグ溶接の欠点を解消しようとすれば、内管もエンド部材の一方に固定するようにすればよい。これは既に知られている構造であるというのではないが、その一例として図８の（ａ）のようなものを挙げることができる。図から分かるように、一方のエンド部材３２Ａには外管４が外周溶接されているだけであるが、他方のエンド部材３２Ｂには段違い部が二重に設けられ、外側の段違い部３２ａに外管４が、内側の段違い部３２ｂに内管５Ａが溶接されている。
【０００９】
このブレース材６２にも外管４を座屈させることなく内管５Ａに沿った軸対称塑性変形を期待するが、軸方向に同一の肉厚を有する外管は簡単には内管の長さまで塑性変形しなく、結局は外管４が内管５Ａの存在しない箇所において、図中のＡ部のように座屈することは避けられない。
【００１０】
これとは逆に、図９の（ａ）のように、軸力管としての内管７１と、この内管の全てを覆い一端部が溶接７３ａでエンド部材７２Ａに固定されるが、自由状態に置かれた他端ではエンド部材７２Ｂの外周と相対的変位可能に摺接する補剛管としての外管７３とを備えるブレース材７４がある。
【００１１】
さらには、特開平１１−１９３５７０号公報にも、図９の（ｂ）に示したようなブレース材７５が提案されている。これは、軸力管としての内管７６に厚肉部７６Ａと薄肉部７６Ｂとを形成して塑性変形を容易にしようとしているが、外管７７をやはり一方側で溶接７７ａにより固定した補剛管としている。
【００１２】
いずれにしても、外管に補剛管の機能を持たせており、内管を補剛管とする場合よりも座屈補剛の効率がよい。そして、プラグ溶接もなく、見栄えも改善される。しかし、外管の溶接側を上にすれば雨水の浸入は少なく防錆処理を軽減できるとしても、非溶接側に通気性がある限りは腐食の進行を防止し難い。これは、とりわけ屋外で使用されるブレースに適用したとき致命的となる。なお、シールを施したとしても完全は期し難く、またその点検や保守作業に多くの負担が強いられることになる。
【００１３】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたもので、その目的は、パイプ材によるシンプルな幾何学的線形をとりながら機能美も漂わせて鉄骨構造の美化を助長するブレース材を得ることができること、ブレース材として弾塑性座屈を起こすことなく軸方向の引張と圧縮とを短時間のうちに繰り返し受けても大きな塑性変形を呈して耐震性に優れた鉄骨構造枠組の構築を可能にすること、軸力管を外管にして雨水の浸入を一切排除し防錆処理の大幅な軽減により製作の容易化を図ることを実現しようとする二重鋼管型耐震性構造材を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鋼構造物を形成する鉄骨構造の枠組に介在され、軸方向に引張と圧縮とが繰り返して作用するブレース等のための耐震性構造材に適用される。その特徴とするところは、図１を参照して、構造材１が管体部２とその両端に設けられて鋼構造物に接合できるようにするための接合部３Ａ，３Ｂとを備える。管体部２は、軸力管として機能する外管４と、この外管４によって全長が覆われ軸力が導入されることのない状態で内部から外管４の弾塑性座屈を阻止すべく補剛管として機能する内管５とを有する。外管４の両開口端はその周囲を溶接することによって各接合部３Ａ，３Ｂに固定され、内管５は一方の開口端のみが溶接によって接合部３Ｂに固定される。そして、内管５が固定されない接合部３Ａには、内管５の開口部５ｂに嵌入して補剛管５の軸方向変位をのみを許容する摺動式支持材６が固定されていることである。
【００１５】
摺動式支持材６の内管５に対する嵌入量Ｌ_iは、内管５の内径Ｄ_i分以上としておく。なお、摺動式支持材６の接合部３Ａ，３Ｂに対する固定は、支持材６の端部に形成したねじ６ｂを接合部３Ａに設けたねじ孔３１ｂに螺合させるようにしておけばよい。
【００１６】
外管４には降伏点の低い鉄製パイプを採用し、内管５は普通鋼製パイプとしておく。その際、降伏点の低い鉄製パイプは極低降伏点鋼製もしくは純鉄製としておくことが好ましい。
【００１７】
接合部３Ａ，３Ｂは、鋼構造物側に取りつけられたガセットプレート３３（図２の（ａ）を参照）に接合されるクレビスアイとしての接合装置３１と、外管４が固定されてそのクレビスアイ３１が螺着されるエンド部材３２とを備えるものとしておけばよい。
【００１８】
摺動式支持材６は、クレビスアイ３１Ａの管体部側に固定してもよいが、図２の（ｂ）のように、エンド部材３２Ａの管体部側に固定させるようにしておいてもよい。
【００１９】
図１のように、一方のエンド部材３２Ａに螺着されるクレビスアイ３１Ａの基部外面に設けられたねじ部３１ａ_Aを、他方のエンド部材３２Ｂに螺着されるクレビスアイ３１Ｂの基部外面に設けたねじ部３１ａ_Bとは逆方向螺旋としておくとよい。
【００２０】
図５に示すように、接合部は鋼構造物に取りつけられる接合装置４１とエンド部材４２とを有したものとしておくこともできる。その接合装置４１は、ノード部材４５のねじ孔４５ａに螺着され軸部中間部位で半径方向に突出する係合用ボス部４３ｍを備える接合ボルト４３と、係合用ボス部４３ｍに嵌着してその接合ボルト４３を回転させつつ接合ボルトに相対的に摺接変位することができるスリーブ４４とを備え、スリーブを回転させることによって接合ボルト４３をノード部材４５のねじ孔４５ａに進出させることができるようになっている。エンド部材４２は、接合ボルト４３を管体部２に取りつけかつ軸方向に摺接変位可能に支持して、軸力を外管４に導入することができる。この場合、摺動式支持材６は、エンド部材４２の管体部側に固定される。
【００２１】
このような接合部に限らず、図６に示すように、鋼構造物側に設けたガセットプレート５３に取りつけられる剛的固定構造継手５１を採用することもできる。なお、摺動式支持材６Ｃは、剛的固定構造継手５１の管体部側に固定される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、外管によって全長が覆われ軸力が導入されることのない状態で内部から外管の座屈を阻止すべく補剛管として機能する内管が、接合部に固定されない側においては摺動式支持材によって軸方向変位をのみを許容するように支持されているので、圧縮と引張の繰り返し荷重を受けて軸力管が降伏しても左右端の接合部は補剛管の軸線上に維持され、従って軸力管の弾塑性座屈を可及的に回避して大きな塑性変形が実現される。その結果、地震によるエネルギは効率よく吸収されて耐震補強材として優れた効果を発揮する。
【００２３】
管体部の表面にプラグ溶接痕が残ることもなく、パイプ材による幾何学的線形の機能美溢れた鉄骨構造を造りあげることができる。また、補剛管を軸力管で覆うようにしているので、管体部の左右端外周面を溶接して内部の気密性を保つことができ、従って雨水の浸入を許さず手間の要する防錆処理もおおいに軽減されるようになる。
【００２４】
なお、摺動式支持材の内管に対する嵌入量を内管の内径分以上にしておけば、支持材による補剛管の真直な姿勢の維持が確実になされ、ひいては軸力管である外管の変形を安定なものにすることができる。
【００２５】
摺動式支持材の接合部に対する固定は、支持材端に形成したねじを接合部に設けたねじ孔に螺合させて行うことにしておけば、管体部の各端で摺動式支持材の有無の違いがあっても、左右の接合部における構成品の共通化もしくは半完成品段階での共通化等を依然として図っておくことができる。
【００２６】
外管として降伏点の低い鉄製パイプを採用し、内管として普通鋼製パイプを使用すれば、大きな歪を発生させることができる二重鋼管型耐震性構造材の製作が容易となる。そのうち、降伏点の低い鉄製パイプを極低降伏点鋼製もしくは純鉄製としておけば、圧縮と引張の繰り返しにより耐力の自然増強が得られ、制震性能の優れたブレース材とすることができる。
【００２７】
鋼構造物側に取りつけられたガセットプレートに接合するクレビスアイと、外管に固定されてクレビスアイを螺着させるエンド部材とで接合部を構成しておけば、ピン接合式の構造材となり、補剛管による軸力管の弾塑性座屈の回避もしくは抑止の効果が高められる。
【００２８】
摺動式支持材をクレビスアイの管体部側に固定させたりエンド部材の管体部側に固定するようにしておけば、摺動式支持材が存在するにもかかわらず、クレビスアイをエンド部材に一体化させたり、クレビスアイとエンド部材との螺着量を変えてアイ間距離を変更できるようにしている場合などにおいても、その操作上支障が生じるということはない。
【００２９】
エンド部材に螺着されるクレビスアイのねじ部が左右で逆の螺旋となっていれば、管体部を回転させることによってアイ間距離を随意に変更することが容易となる。また、回転量を過不足させることによって軸力管に予張力を与えておいたり予圧縮しておくこともできるようになる。
【００３０】
接合部に、ノード部材のねじ孔に螺着して進退する接合ボルトを持ったものや高力ボルト摩擦接合板を用いる剛的固定構造継手などの接合装置を採用しても、軸力管を補剛する内管を摺動式支持材によって支持しておくことができ、接合メカニズムが異なっても耐震性の高い構造材を得ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る二重鋼管型耐震性構造材を、その実施の形態を表した図面をもとにして詳細に説明する。図１は、軸方向の引張力Ｐ_Tと圧縮力Ｐ_Cとが繰り返して作用する耐震性構造材１の両端部の縦断面を表したものである。これは、管体部２とその両端の接合部３Ａ，３Ｂとを備え、図７の（ｂ）に示した鋼構造物６１の鉄骨枠組のブレース材として適用すべく接合できるようになっている。
【００３２】
管体部２は外管４とこの外管によって全長が覆われる内管５とを有しており、前者は接合部３Ａ，３Ｂに固定されて軸力管として機能し、後者は軸力が導入されることのない状態で内部から外管４の弾塑性座屈を防止すべく補剛管として機能するようにしたものである。
【００３３】
外管４の各開口端はその周囲を溶接することによって各接合部３Ａ，３Ｂに固定され、外管内へは雨水等の浸入のないようにして構造材１に高い水密性を与えている。内管５は一方の開口端が溶接によって例えば接合部３Ｂに固定され、他方の開口端は接合部３Ａに届くことなく、従ってこの状態では内管に軸力が伝達されることがないように取りつけられる。
【００３４】
図１の例では、接合部３Ａ，３Ｂは、クレビスアイとしての接合装置３１とクレビスアイが螺着されるエンド部材３２とを備えている。クレビスアイ３１は鋼構造物側に取りつけられた図２の（ａ）に示すガセットプレート３３にピン３４でもって接合されるものであり、図１に示した溶接ビード４ａ，４ａを介して外管４を止めているエンド部材３２Ａ，３２Ｂは、クレビスアイ３１Ａ，３１Ｂから導入された軸力を外管４に伝えるように機能する。このような接合支持方式を採用すれば、鋼構造物から構造材１に作用するのは理想的に軸力のみとなり、無用の曲げが生じるのを回避しておくことができる。
【００３５】
接合部３Ｂのエンド部材３２Ｂには、外管４を固定するための外側の段違い部３２ａが設けられるほかに、内管内へ少し突入した小径部に内管５の先端を溶接ビード５ａでもって固定するための段違い部３２ｂも形成されている。
【００３６】
一方、接合部３Ａのエンド部材３２Ａとしてエンド部材３２Ｂと同じものを使用してもよいが、このエンド部材３２Ａにおいては少なくとも外管４を固定する段違い部３２ａが形成されていれば十分である。各クレビスアイはエンド部材に予め一体成形しておいてもよい（図示せず）が、図１のようにエンド部材３２の反管体部側にねじ孔３２ｃを刻設しておき、クレビスアイ３１の基部に形成したねじ部３１ａを螺着させるようにしている。
【００３７】
なお、一方のエンド部材３２Ａに螺着されるクレビスアイ３１Ａの基部外面に設けられたねじ部３１ａ_Aを、他方のクレビスアイ３１Ｂのねじ部３１ａ_Bとは逆方向螺旋（例えば前者を右ねじ、後者を左ねじ）にしておくとよい。左右のクレビスアイのアイ間距離Ｌ_Bの調節が管体部２を回転させるだけで無段階に操作でき、組立作業の円滑化が図られるからである。また、そのねじ込み量によっては、構造材１に予張力を与えておいたり予圧縮しておくこともでき、極めて都合がよい。
【００３８】
構造材１の左端部を表した図１の上部分の断面図を参照して、内管５が固定されない接合部３Ａには、内管の開口部５ｂから嵌入して補剛管５を支持する摺動式支持材６が固定される。この支持材は、中実・中空・十字・星形・多角形等いずれの断面形状でもよく、要は内管５を外管４に対して同心状となるように支えると共に、補剛管５が接合部３Ａに向けて変位する際にその真直姿勢を保ち、軸力管４の塑性変形の安定に寄与するようになっていればよい。この摺動式支持材６の存在により、本発明の目的である図８の（ａ）に示したＡ部のような変形を回避しようとするのである。
【００３９】
この例においては、支持材６が円筒面６ａを有して補剛管５の内面と摺接できるようになっており、補剛管の変位を軸方向のみに許容する。その動きを案内する作用の確実性を上げるため、支持材６の補剛管５に対する嵌入量Ｌ_iは、通常内管の内径Ｄ_i分もしくはそれ以上に確保される。
【００４０】
その嵌入量は内管５が外管４に対して同心状に支えられるに十分な長さを意味しており、従って嵌着隙間も支持材６を簡単に差し込むことができ、かつガタつきもできるだけ少なくなる程度にとどめられる。これによって左右のクレビスアイ３１Ａ，３１Ｂは常に軸力管４の軸線上に配置されることになり、それゆえ外管４に図８の（ａ）のような曲がりの発生を防止しておくことができる。
【００４１】
ところで、摺動式支持材６の接合部３Ａに対する固定は、支持材６に形成したねじを接合部３Ａに設けられたねじ孔に螺合させることによって行っている。図１の例では支持材６に二段首を設け、その先端側首の外周にねじ６ｂを形成しておき、これをクレビスアイ３１Ａの基部背面に刻設したねじ孔３１ｂに螺合させている。しかし、図２の（ｂ）に示すように、支持材６の首を一段のみとし、その周囲に形成したねじ６ｃを、エンド部材３２Ａの管体部側に設けられたねじ孔３２ｄに取りつけるようにしてもよい。
【００４２】
摺動式支持材６を図１のようにクレビスアイ３１Ａの管体部側に固定させようとも、図２の（ｂ）のようにエンド部材３２Ａの管体部側に固定するようにしようとも、摺動式支持材の存在がクレビスアイとエンド部材との一体化やクレビスアイとエンド部材との螺着量の変更を阻害することのないように配慮される。
【００４３】
勿論、ねじを用いた一体化に限らず、図３の（ａ）に示すように、摺動式支持材６Ａをエンド部材３２Ａに溶接づけ（溶接ビード６ｄを参照）してもよいし、同図（ｂ）のように、製作の段階からエンド部材３２Ａと支持材６Ｂとを一体にした長いエンド部材３５としておくこともできる。また、支持材として中空パイプ３６を使用する場合には、例えば図６に示すように、螺合用ねじ３７ａを伴ったキャップ３７を溶接するなどして一つの支持材６Ｃを形成しておくこともできる。いずれにしても、支持材はクレビスアイと直接または間接的に一体化され、剛なる関係に保たれる。
【００４４】
上記した外管４は降伏点の低い鉄製パイプであり、内管５は普通鋼製パイプ（降伏強さσ_y≒２４０〜３５０Ｎ／ｍｍ²）が使用される。降伏点の低い鉄製パイプとしては、とりわけ極低降伏点鋼（σ_y≒６０〜１２０Ｎ／ｍｍ²）製もしくは純鉄（σ_y≒１５０〜２００Ｎ／ｍｍ²）製のパイプが好適である。その理由は後述するが、摺動式支持材６が採用されている図８の（ｂ）の構造材１と同図（ａ）に示した支持材のない構造材６２との間には、以下の顕著な差異ある現象が生じる。
【００４５】
両構造材に軸圧縮力を作用させると、支持材がない場合には図８の（ａ）に示した座屈が早い時期に発生し、図４の（ａ）中に破線Ｂで示すように降伏すると急激に耐力を落とす。しかし、図８の（ｂ）のように、支持材６が存在すればこれによって常時真直を維持する内管５の補剛作用により、軸力管（外管）４の座屈は大きく遅らされるか抑止され、図４の（ａ）に実線Ｒで示したように大きい縮み変形に対しても耐力を急激に低下させることがない。
【００４６】
本発明は、補剛管によって外管の塑性変形をできるだけ維持させようとするものであり、それによって構造材に大きな縮みの発生を可能にして鋼構造物に飛躍的に大きい耐震性を与えんとするものである。それのみならず、上記したごとく軸力管４に例えば極低降伏点鋼を採用すれば、地震時のように部材が引張と圧縮の繰り返しを短時間のうちに受けたとき、図４の（ｂ）に表したごとく耐力を増大させることができる。
【００４７】
図４の（ｂ）は、極低降伏点鋼パイプに定変位繰り返し軸荷重を及ぼした場合の実験データである。例えば±３５ｍｍの歪が生じるところまで引張・圧縮を繰り返すように荷重を掛けると、降伏点がその都度上昇していくことが分かる。このような歪み効果により応力が順次上昇すると、例えば大地震の際の比較的初期の段階は勿論のこと、その後の大きなエネルギに至るまで吸収するという制震デバイスとして極めて高い制震性能が発揮されることになる。
【００４８】
図４の（ｂ）には５０ｍｍの伸びおよび縮みが生じる場合のデータも重ねて表示されているが、その右上部分は何回目からかはその耐力を落とし始めることも教えている。しかし、その以前にあっては、大地震時にこのような大きい歪（相対変位）を生じさせることも可能であり、何回目かまでは歪み効果による耐力増加を±３５ｍｍの場合と同様に発揮させることができる。一つのサイクルで吸収されて熱に変わる歪エネルギはサイクル中にたどる線で囲まれた面積によって与えられるから、応力上昇が認められれば吸収される歪エネルギも増大することは言うまでもない。なお、純鉄製のパイプも同様の挙動が顕著に見られる。
【００４９】
これを、図１の二重鋼管型耐震性構造材１に適用して述べる。図中にδを付した軸力管４の縮み代として３５ｍｍを与えておくと、図４の（ｂ）に従う軸力管を備えた構造材の場合、約１３０トンの荷重まで耐えるブレース材として扱うことができる。もしδ＝５０ｍｍとしておくならば、１６０トンまで耐えると期待することができる。
【００５０】
図４の（ｂ）のデータにはパイプ径や肉厚さらには鋼種が示されていないが、各種寸法のパイプ材についてこの種のデータを得ておけば、そのデータと、設計対象の鋼構造物における各部のブレース材に与えるべきδと、各部分における軸荷重の想定値とから、構築仕様を満した軸力管を持つ構造材を設計することができる。
【００５１】
ここで、本発明に係る二重鋼管型耐震性構造材の一つの例をとり挙げ、その組み立てから説明する。図１を参照して、内管５と外管４とがそれぞれエンド部材３２Ｂの段違い部３２ｂ，３２ａの順で全周溶接される。そして、エンド部材３２Ｂにクレビスアイ３１Ｂが螺着される。一方、クレビスアイ３１Ａがエンド部材３２Ａに螺着されると、そのクレビスアイの反対側から基部に摺動式支持材６が螺合される。
【００５２】
次に、支持材６を内管５の開口部５ｂに嵌入させるようにしてエンド部材３２Ａを外管４に近づけ、段違い部３２ａで全周が溶接される。このような取付操作によって、補剛管５は支持材６によって軸力管４に対して図８の（ｂ）のように同心状に支持された恰好となる。
【００５３】
支持材６はクレビスアイ３１Ａ，３１Ｂの姿勢を補剛管５の軸線と一致するように保持するので、圧縮および引張による軸力管４の変形の際に、ピン３４（図２の（ａ）を参照）は補剛管５の軸線の延長線上を移動するにとどまる。その結果、軸力管４は曲げを伴うことなく安定して軸方向に変形する。この場合、図４の（ｂ）の例で言えば、±３５ｍｍ程度の大きな変形に対しても安定した伸縮がなされ、１２０トン近くの耐力を発揮する。
【００５４】
支持材で支えられた補剛管によって軸力管が弾塑性座屈を起こすことなく例えば±３５ｍｍもの変形が達成されると、耐震設計の実務上要求される大きな塑性変形を得ることができる。このような塑性変形があると鋼構造物は緩やかであるが比較的大きく変形し、地震などによる外部エネルギが吸収される。柱や梁における変形や倒壊は可及的に遅らされたり抑止され、その間に建物外に避難する時間も確保できることになる。
【００５５】
ところで、接合部は上記したクレビスアイによる接合方式に代えて、図５で述べる接合装置４１と、その接合装置と管体部２との一体化を図るエンド部材４２とからなる構造としておいてもよい。なお、エンド部材は、接合装置を構成する接合ボルトを管体部に取りつけかつ軸方向に摺接変位可能に支持するものとなっている。
【００５６】
詳しく述べると、接合装置４１は接合ボルト４３とスリーブ４４とを備えていて、特開昭６２−５５３４７号公報、特開昭６３−５１５３９号公報や実開平２−１８００３号公報等に記載された幾つかの公知の接合装置のいずれかである。その接合ボルト４３は、鋼構造物側に取りつけられたノード部材４５のねじ孔４５ａに螺着されるもので、軸部中間部位には半径方向へ突出する係合用ボス部４３ｍを備えており、その反対側はスリーブナット４６を介してエンド部材４２に取りつけられる。
【００５７】
スリーブ４４は係合用ボス部４３ｍに被さるように嵌着され、外面がスパナ等で回転することができるように多角形断面となっている。そして、接合ボルト４３を回転させかつそれと相対的に摺接変位することができるような係合用の六角状貫通孔４４ａを有している。このスリーブ４４を回転させれば、接合ボルト４３はノード部材４５のねじ孔４５ａに向けて進出され、スリーブ４４がエンド部材４２とノード部材４５とに密着した時点で接合操作が完了する。このねじ式接合装置４１の場合でも、摺動式支持材６は図２の（ｂ）の場合と同様の要領によって、ねじ６ｃをエンド部材４２の背後凹み部４２ｄに螺合させるなどしておくことができる。
【００５８】
図６は、十字形継手を接合装置として構造材の端部に備えた例の縦断面図である。構造材は前述したようにパイプであり、十字形継手５１の一部を構成して軸力管４に突き合わせ溶接などで接続材５２が一体化されている。なお、この接続材５２は、円筒部５２Ａとその端面で十字形をなす接合片５２Ｂとを有する例えば鍛造品である。
【００５９】
十字形継手はよく知られたものであるが、ガセットプレート５３と十字板５４のうちガセットプレートに同一面をなす継手板５４ａとが、表裏各一枚の添板としての高力ボルト摩擦接合板５５，５５によって挟みつけられ、幾つかの高力ボルト５６によって締結される。加えて、ガセットプレート５３に垂直となるように溶接された接合板５７とこれに同一面をなす継手板５４ｂとも、高力ボルト摩擦接合板５５，５５によって接合される。
【００６０】
このような８枚の高力ボルト摩擦接合板５５による非ピンジョイント的な剛的固定構造継手の形態においても、摺動式支持材６Ｃのねじ３７ａを接続材５２の背後部に螺合させるなどして補剛管５を支え、軸力管４の塑性変形の安定を図りかつ大きな変形を得ることができる。
【００６１】
因みに、十字形継手式接合装置とする場合、摺動式支持材としては、図７の（ａ）中の VII−VII 線矢視を図中に二点鎖線で書き入れたような十字断面支持材６Ｄとしたものでも十分である。支持材の製作も簡便化され、十字形継手とも容易に一体化しておくことができる利点がある。
【００６２】
このような十字形継手式接合装置とした場合は、クレビスアイを採用した場合とは異なり、鋼構造物との接合は剛なる固定支持形態となる。従って、支持部すなわち十字形継手部には曲げモーメントが作用することになるが、構造材の弾性線は継手部において理屈上接線勾配が零となるゆえ、摺動式支持材を敢えて導入しなくてもよい場合もある。
【００６３】
しかし、上記した十字断面であれ図６に表したような管体であれ、摺動式支持材を介在させておけば、軸力管のより確実かつ安定した塑性変形の実現を促すことができる。因みに、以上述べた構造材はブレースとして特に好適であるが、梁材等にも使用できるものであることは言うまでもない。
【００６４】
以上述べたクレビスアイ，エンド部材，接合ボルト式接合装置，剛的固定構造継手といったいずれの形式を採用するにしても、摺動式支持材をその端部に形成したねじを介して接合部に螺合させるようにするなら、管体部の左右で同じ接合部品を使用することができるか半完成品段階までの共通化が引続き確保され、製作費の高騰を抑制しやすくなる。
【００６５】
本発明に係る構造材においては、管体部の表面にプラグ溶接痕が残ることはなく、シンプルな幾何学的線形からなる機能美溢れた鉄骨構造を造りあげることができる。因みに、外管を軸力管にして補剛管を覆うようにしているので、エンド部材に溶接された軸力管によってブレース内の気密が高く保たれ、内部構成品お防錆処理も最小限にとどめておくことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る二重鋼管型耐震性構造材の両端部位のみを表した縦断面図。
【図２】（ａ）は図１におけるII−II部矢視図、（ｂ）は摺動式支持材をエンド部材に螺合させた取付構造の部分断面図。
【図３】摺動式支持材の取付構造の他例であって、（ａ）はエンド部材に溶接した場合の断面図、（ｂ）はエンド部材と支持材とを一体品とした場合の断面図。
【図４】（ａ）は摺動式支持材がない場合とある場合についての軸力に対する縮み変形量の変化を表したグラフ、（ｂ）は極低降伏点鋼管に軸方向定変位繰り返し荷重を作用させた場合の軸方向相対変位に対する軸荷重の関係を示した計測データ。
【図５】接合ボルトとスリーブとを備える接合装置を採用した二重鋼管型耐震性構造材の端部断面図。
【図６】剛的固定構造継手を接合装置として採用した場合の二重鋼管型耐震性構造材の構造図。
【図７】（ａ）は摺動式支持材が十字断面とした場合の剛的固定構造継手の縦断面図、（ｂ）は鋼構造物にブレースを装着させた状態の正面図、（ｃ）は一対のブレースに対する鋼構造物の一つのグリッドにおける変形の説明図。
【図８】軸方向繰り返し荷重を受けたときの二重管型構造材であって、（ａ）は摺動式支持材が存在しなく補剛管が固定されていない側で折れ曲がる不安定な変形を呈した場合の断面図、（ｂ）は摺動式支持材が採用され真直な姿勢が維持されている場合の断面図。
【図９】先行技術の二重管型構造材であって、（ａ），（ｂ）いずれも外管が補剛管となっている場合の縦断面図。
【符号の説明】
１…耐震性構造材（構造材）、２…管体部、３Ａ，３Ｂ…接合部、４…外管（軸力管）、５…内管（補剛管）、５ｂ…開口部、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ…摺動式支持材（支持材）、６ｂ，６ｃ…ねじ、３１，３１Ａ，３１Ｂ…接合装置（クレビスアイ）、３１ａ，３１ａ_A，３１ａ_B…ねじ部、３１ｂ…ねじ孔、３２，３２Ａ，３２Ｂ…エンド部材、３２ｄ…ねじ孔、３３…ガセットプレート、４１…接合装置、４２…エンド部材、４３…接合ボルト、４３ｍ…係合用ボス部、４４…スリーブ、４５…ノード部材、４５ａ…ねじ孔、５１…十字形継手（剛的固定構造継手）、５３…ガセットプレート、Ｐ_T…引張力、Ｐ_C…圧縮力、Ｌ_i…嵌入量、Ｄ_i…内管の内径。

Claims

鋼構造物を形成する鉄骨構造の枠組に介在され、軸方向に引張と圧縮とが繰り返して作用するブレース等のための耐震性構造材において、
前記構造材は、管体部とその両端に設けられて鋼構造物に接合できるようにするための接合部とを備え、
前記管体部は、軸力管として機能する外管と、該外管によって全長が覆われ軸力が導入されることのない状態で内部から前記外管の弾塑性座屈を阻止すべく補剛管として機能する内管とを有し、
前記外管の両開口端はその周囲を溶接することによって前記各接合部に固定され、前記内管は一方の開口端のみが溶接によって前記接合部に固定され、
前記内管が固定されない接合部には、該内管の開口部に嵌入して補剛管の軸方向変位をのみを許容する摺動式支持材が固定されていることを特徴とする二重鋼管型耐震性構造材。
前記摺動式支持材の内管に対する嵌入量は、内管の内径分以上であることを特徴とする請求項１に記載された二重鋼管型耐震性構造材。
前記摺動式支持材の接合部に対する固定は、摺動式支持材の端部に形成したねじを接合部に設けたねじ孔に螺合させるようにしていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された二重鋼管型耐震性構造材。
上記の外管は降伏点の低い鉄製パイプであり、前記内管は普通鋼製パイプであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載された二重鋼管型耐震性構造材。
前記降伏点の低い鉄製パイプは、極低降伏点鋼製もしくは純鉄製であることを特徴とする請求項４に記載された二重鋼管型耐震性構造材。
前記接合部は、鋼構造物側に取りつけられたガセットプレートに接合されるクレビスアイとしての接合装置と、前記外管が固定されてそのクレビスアイが螺着されるエンド部材とを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載された二重鋼管型耐震性構造材。
前記摺動式支持材は、前記クレビスアイの管体部側に固定されていることを特徴とする請求項６に記載された二重鋼管型耐震性構造材。
前記摺動式支持材は、前記エンド部材の管体部側に固定されていることを特徴とする請求項６に記載された二重鋼管型耐震性構造材。
一方のエンド部材に螺着されるクレビスアイの基部外面に設けられたねじ部が、他方のエンド部材に螺着されるクレビスアイの基部外面に設けたねじ部とは逆方向螺旋となっていることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか一項に記載された連結式耐震構造材。
前記接合部は、鋼構造物に取りつけられたノード部材のねじ孔に螺着され軸部中間部位で半径方向に突出する係合用ボス部を備える接合ボルトと、前記係合用ボス部に嵌着して該接合ボルトを回転させつつ接合ボルトに相対的に摺接変位することができるスリーブとを備え、該スリーブを回転させることによって前記接合ボルトをノード部材のねじ孔に進出させることができるようになっている接合装置と、前記接合ボルトを管体部に取りつけかつ軸方向に摺接変位可能に支持するエンド部材とを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載された二重鋼管型耐震性構造材。
前記摺動式支持材は、前記エンド部材の管体部側に固定されていることを特徴とする請求項１０に記載された二重鋼管型耐震性構造材。
前記接合部は、鋼構造物側に設けたガセットプレートに取りつけられる剛的固定構造継手であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載された連結式耐震構造材。
前記摺動式支持材は、前記剛的固定構造継手の管体部側に固定されていることを特徴とする請求項１２に記載された二重鋼管型耐震性構造材。