JP3835677B2 - Seismic frame structure and its design method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐震性が要求される耐震架構構造及びその設計方法、特に道路、鉄道等に供される高架橋の下部構造に適用される耐震架構構造及びその設計方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
道路、鉄道等の橋梁には、河川、海峡等を横断する狭義の橋梁のほかに市街地において連続的に建設される、いわゆる高架橋がある。かかる高架橋は、効率的な土地利用の観点から、道路上、鉄道上あるいは河川上の空間に連続して建設されるものであり、道路と道路あるいは道路と鉄道とが平面で交差する場合にそれらのいずれかを高架橋とすることにより、交通渋滞を解消することも可能となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
かかる高架橋を構築するにあたり、従来は、RC架構からなる橋脚で下部構造を構築するのが一般的であったが、最近では、該RC架構にダンパーブレースを組み合わせた下部構造が研究開発されている。
【0004】
この下部構造は、RC架構の構面内にダンパーブレースを配置してなるものであり、耐震性を向上させることができるという点で今後多いに期待されているものである。
【0005】
しかしながら、ダンパーブレースを構成するダンパーを例えば鋼製ダンパーで構成する場合、材料特性上、その許容変形量をあまり大きくとることができず、大地震時においては、かかる鋼製ダンパーが先に破断し、RCラーメン架構の靭性能を十分に活かすことができないという問題を生じていた。
【0006】
また、ダンパーが比較的小さな変形で破断してしまう場合には、ダンパーやRC架構の耐力を増加せざるを得ないが、その場合には、当然ながら基礎や杭にも耐力増加が要求されることとなり、結局、全体として大断面の構造となり、コスト面で問題を生じていた。
【0007】
また、比較的高さの高い高架橋では、強度あるいは剛性確保の関係上、中間高さ位置に梁を架け渡す必要があるが、かかる中間梁は、橋軸及びその直交方向に配置されるため、配筋が複雑となってコストを押し上げる原因となるという問題を生じていた。
【0008】
また、そもそもブレースを採用する場合には、鋼材を使用するのが一般的であるが、それによってやはりコストが高くなるという問題も生じていた。
【0009】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、ダンパーやRC架構を大断面とせずとも、またコストのかかる中間梁を配置したり鉄骨ブレースを使用したりせずとも耐震性を向上させることが可能な耐震架構構造及びその設計方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る耐震架構構造は請求項1に記載したように、互いに対向する位置にて立設された一対の柱と該柱の頂部に架け渡された梁とからなるRCラーメン架構と、該RCラーメン架構の構面内に配置されたダンパー機構とからなるとともに、該ダンパー機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の三角形状壁体とから構成し、該各三角形状壁体の底辺に相当する側方縁部を前記一対の柱にそれぞれ接合したものである。
【0011】
また、本発明に係る耐震架構構造は請求項2に記載したように、互いに対向する位置にて立設された一対のRC柱を含む構面内にダンパー機構を配置するとともに、該ダンパー機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の三角形状壁体とから構成し、前記各三角形状壁体の底辺に相当する側方縁部を前記一対のRC柱にそれぞれ接合したものである。
【0012】
また、本発明に係る耐震架構構造は、前記鉛直変位ダンパーを、水平方向の強制変形を吸収可能なダンパーとしたものである。
【0013】
また、本発明に係る耐震架構構造の設計方法は請求項4に記載したように、互いに対向する位置にて立設された一対の柱と該柱の頂部に架け渡された梁とからなるRCラーメン架構と、該RCラーメン架構の構面内に配置されたダンパー機構とからなるとともに、該ダンパー機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の三角形状壁体とから構成し、該各三角形状壁体の底辺に相当する側方縁部を前記一対の柱にそれぞれ接合してなる耐震架構構造の設計方法であって、該耐震架構構造を、前記RCラーメン架構の剛接点を回転バネに置換したRC解析モデルと、前記柱及び前記梁をそれぞれ仮想剛体柱、仮想剛体梁に置換して互いにピン接合するとともに前記仮想剛体柱の下端をピンとし前記各三角形状壁体の側方縁部を前記各仮想剛体柱にそれぞれ接合してなるダンパー解析モデルとに分解した状態で個別にモデル化し、
前記耐震架構構造に作用させる設計外力Pのうち、前記ダンパー解析モデルの負担分Pdbを、Hを前記仮想剛体柱の高さ、Bを前記仮想剛体梁の長さ、Qをダンパーの荷重変位特性として
Pdb=(B/H)Q
とするとともに、前記RC解析モデルの負担分Prcを、
Prc=P―Pdb
とし、前記ダンパー解析モデルにPdbを、前記RC解析モデルにPrcをそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に行い、前記耐震架構構造の断面設計を行うものである。
【0014】
また、本発明に係る耐震架構構造の設計方法は請求項5に記載したように、互いに対向する位置にて立設された一対のRC柱を含む構面内にダンパー機構を配置するとともに、該ダンパー機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の三角形状壁体とから構成し、前記各三角形状壁体の底辺に相当する側方縁部を前記一対のRC柱にそれぞれ接合してなる耐震架構構造の設計方法であって、該耐震架構構造を、前記一対のRC柱の下端を回転バネに置換したRC解析モデルと、前記一対のRC柱を仮想剛体柱にそれぞれ置換して該各仮想剛体柱の下端をピンとするとともに前記各三角形状壁体の側方縁部を前記各仮想剛体柱にそれぞれ接合してなるダンパー解析モデルとに分解した状態で個別にモデル化し、
前記耐震架構構造に作用させる設計外力Pのうち、前記ダンパー解析モデルの負担分Pdbを、Hを前記仮想剛体柱の高さ、Bを前記仮想剛体柱の配置間隔、Qをダンパーの荷重変位特性として
Pdb=(B/H)Q
とするとともに、前記RC解析モデルの負担分Prcを、
Prc=P―Pdb
とし、前記ダンパー解析モデルにPdbを、前記RC解析モデルにPrcをそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に行い、前記耐震架構構造の断面設計を行うものである。
【0015】
本発明に係る耐震架構構造においては、大地震時において柱の上下端又は柱の下端に塑性ヒンジを生じるようにしておけば、各柱は、その上下端又は下端でのみ曲率が生じ、端部を除く中間位置ではほぼ直線状に傾斜する変形状態となる。
【0016】
そして、鉛直変位ダンパーは、かかる直線傾斜状態の柱から強制変形を受けることになるため、該ダンパーに生じる相対鉛直変形量は、梁の長さ又はRC柱の配置間隔をB、柱の高さをHとしたときの縦横比B/Hの大きさに応じてRCラーメン架構又はRC柱に生じる水平変形量ΔHよりも低減され、(B/H)ΔHとなる。例えば、縦横比B/Hが2分の1という細長い場合であれば、鉛直変位ダンパーに生じる相対鉛直変形量は、RCラーメン架構やRC柱に生じる水平変形量ΔHのほぼ2分の1となる。
【0017】
したがって、この場合について言えば、RCラーメン架構やRC柱が従来よりも二倍の変形量まで変形することが可能となり、RCラーメン架構やRC柱の靭性は十分に活用される。
【0018】
上述した本発明に係る耐震架構構造を設計するには、まず、耐震架構構造をRC解析モデルとダンパー解析モデルの2つに分解した状態でモデル化する。これは、RCラーメン架構あるいは一対のRC柱とダンパー機構とが混在した全体系で考えた場合にそのモデル化が煩雑かつ困難になったり、解析時間が長くなったりして実用化に適さないことに鑑みたものである。
【0019】
ここで、RC解析モデルは、RCラーメン架構をその柱の上下端で塑性化させ、又はRC柱の下端を塑性化させることを前提とし、RCラーメン架構の剛接点(柱頭及び柱脚)又はRC柱の下端を回転バネに置換したものと考えてモデル化する。
【0020】
一方、ダンパー解析モデルは、上述の柱及び梁をそれぞれ仮想剛体柱、仮想剛体梁に置換して互いにピン接合し又はRC柱を仮想剛体柱に置換してそれら仮想剛体柱の下端をピンとするとともに、上述の各三角形状壁体の側方縁部を各仮想剛体柱にそれぞれ接合してなるものと考えてモデル化する。
【0021】
これは、RCラーメン架構をその柱の上下端で塑性化させ、又はRC柱をその下端で塑性化させることを前提とした場合、柱は、その上下端又は下端でのみ曲率を持ち、中間位置では、直線状に傾いた状態となるとともに、鉛直変位ダンパーにはかかる変形状態のRCラーメン架構又はRC柱から強制変形が作用することとなるため、結局、RCラーメン架構又はRC柱の全体変形のうち、上述した縦横比B/Hに応じた比率分が鉛直変位ダンパーに強制変形として入り、その結果として、鉛直変位ダンパーが相対変形を生ずる。
【0022】
したがって、柱及び梁をそれぞれ仮想剛体柱、仮想剛体梁に置換して互いにピン接合し、該仮想剛体柱にダンパー機構の各三角形状壁体を上述したように接合されてなるものと考えてモデル化を行うこと、及びRC柱を仮想剛体柱に置換してダンパー機構の各三角形状壁体を上述したように接合されてなるものと考えてモデル化を行うことは、工学的に十分な妥当性を持つ。
【0023】
このようにRC解析モデルとダンパー解析モデルのモデル化が終了したならば、耐震架構構造に作用させるべき設計外力Pを、RC解析モデルとダンパー解析モデルのそれぞれに分配する、すなわち、ダンパー解析モデルにはPdbを、RC解析モデルにはPrcをそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に行い、しかる後にそれぞれの解析結果にしたがって耐震架構構造の断面設計を行う。
【0024】
ここで、ダンパー解析モデルの負担分Pdbは、Hを仮想剛体柱の高さ、Bを仮想剛体梁の長さ又は一対のRC柱の配置間隔、Qをダンパーの荷重変位特性としたならば、
Pdb=(B/H)Q
と表すことができるとともに、RC解析モデルの負担分Prcについては、
Prc=P―Pdb
と表すことができる。
【0025】
この式からわかるように、ダンパー解析モデルの負担分Pdbは、(B/H)が決まれば、後はダンパーの荷重変位特性Qによって一義的に決定されることとなり、本来であれば、RCラーメン架構あるいは一対のRC柱とダンパー機構とが混在した複雑な構造モデルとして解析しなければならないものが、RCラーメン架構あるいは一対のRC柱とダンパー機構とを独立させて個別に解析できるようになり、設計実務上、きわまえて有効な簡略設計方法となる。
【0026】
本発明で言うところの耐震架構構造がどの部位に適用されるかは任意であり、例えば建築物の耐震壁に適用してもよいし、高架橋の下部構造である橋脚に適用してもよい。なお、高架橋は、鉄道用高架橋、道路用高架橋などを含む概念であり、その用途が任意であることは言うまでもない。
【0027】
また、RCラーメン架構の構面や一対のRC柱を含む構面は、必ずしも橋軸方向に直交する面に限るものではなく、橋軸方向に平行な構面でもよいし、橋軸方向に対して斜めの角度を持つ構面でもよい。
【0028】
本発明でいう三角形状壁体は、頂点相当箇所にて鉛直変位ダンパーの側方に接合され、該頂点相当箇所から見たときの底辺相当部分がRCラーメン架構の柱やRC柱に接合される側方縁部となり得るものである限り、その材質や形状は任意であり、材質面では、例えばプレキャストコンクリート板や鋼板で構成することが考えられる。また、形状については、三角形のみならず、上底が頂点となって鉛直変位ダンパーに接合され下底が側方縁部となって柱に接合される台形でもかまわない。さらには、鉛直変位ダンパーの接合位置から柱の接合位置までの三角形状壁体の上縁及び下縁が直線である必要はなく、曲線を描くものでもかまわない。
【0029】
一方、本発明の三角形状壁体は字句通り壁体であって、ブレースを含まないことは言うまでもない。
【0030】
鉛直変位ダンパーは、典型的には、極軟鋼やスリット入り薄鋼板等で構成した履歴減衰型せん断ダンパーが考えられるが、相対鉛直変形によって減衰力を発揮できるものであればいかなる原理、構造のダンパーでもよく、履歴減衰型曲げダンパーなども採用可能である。
【0031】
ここで、鉛直変位ダンパーについては上述の作用を奏するものである限り、水平方向に沿って生じる強制変形を考慮するかどうかは任意であるが、水平方向の強制変形を吸収可能なダンパーを採用すれば、該ダンパーに軸力が発生しないため、上述した作用効果に加えて、大変形時における軸力の影響を取り除くことができるという作用効果も奏する。
【0032】
一方、RC柱の頂部には、例えば車両の通過状況によって異なる上載荷重が作用するが、かかる状況で地震波が入力した場合、各RC柱の頂部に作用する上載荷重の違いによって振動性状は大きく異なり、各RC柱は、異なる位相で振動することが考えられる。このような状況では、むしろ水平方向に沿って生じる強制変形を吸収せず、一対の横V字状ブレースを鉛直変位ダンパーを介して剛結するように構成するのが望ましい。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る耐震架構構造及びその設計方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【0034】
(第1実施形態)
【0035】
図1は、本実施形態に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図である。同図でわかるように、本実施形態に係る高架橋の下部構造1は、互いに対向する位置にて立設された橋脚状の一対の柱2,2と該柱の頂部に架け渡された梁3とからなるRCラーメン架構4と、該RCラーメン架構の構面内に配置されたダンパー機構5とから概ね構成してあり、柱2は、杭7を打ち込んだ上でその上に設けられたフーチング8に立設してある。
【0036】
ダンパー機構5は、鉛直変位ダンパーとしての履歴減衰型せん断ダンパー6と、該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の三角形状壁体9,9とから構成してあり、該各三角形状壁体の底辺に相当する側方縁部を一対の柱2,2にそれぞれ接合してある。
【0037】
履歴減衰型せん断ダンパー6は、地震時の振動エネルギーを履歴減衰によって吸収し、橋軸に直交する方向の高架橋の揺れを速やかに収斂させるようになっている。
【0038】
かかる履歴減衰型せん断ダンパー6は、通常の薄鋼板にスリットを多数入れて構成したり、極軟鋼で形成されたもので構成することが可能であり、必要に応じて補剛リブを設け、局部座屈を防止するのが望ましい。かかる履歴減衰型せん断ダンパー6は、メンテナンス時に交換できるよう、三角形状壁体9,9の間に着脱自在に取り付けておくのがよい。
【0039】
三角形状壁体9は、例えばプレキャストコンクリート板で構成することができる。なお、三角形状壁体9の形状は、幾何学的な観点で厳密に言えば台形であり、該台形の上底が頂点となって履歴減衰型せん断ダンパー6の側方に接合される一方、下底が側方縁部となって柱2に接合されるものであるが、全体として見れば、三角形状であることには違いはない。
【0040】
本実施形態に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造1においては、まず、大地震時において柱2,2の上下端に塑性ヒンジを生じるようにしておくことを前提とする。このようにすれば、各柱2は、その上下端でのみ曲率が生じ、端部を除く中間位置ではほぼ直線状に傾斜する変形状態となる。
【0041】
そして、履歴減衰型せん断ダンパー6は、かかる直線傾斜状態の柱2から強制変形を受けることになるため、該履歴減衰型せん断ダンパーに生じる相対鉛直変形量δdは、図2に示すように、梁の長さをB、柱の高さをHとしたときのRCラーメン架構4の縦横比B/Hの大きさに応じてRCラーメン架構4に生じる水平変形量ΔHよりも低減され、(B/H)ΔHとなる。
【0042】
すなわち、RCラーメン架構4のせん断変形角をθとすると、
δd=2・tanθ・B/2、tanθ=ΔH/H
であるので、δdは(B/H)ΔHとなる。
【0043】
例えば、縦横比B/Hが2分の1の細長いRCラーメン架構であれば、鉛直変位ダンパーに生じる相対鉛直変形量δdは、RCラーメン架構4に生じる水平変形量ΔHのほぼ2分の1となる。
【0044】
したがって、この場合について言えば、履歴減衰型せん断ダンパー6が先行破断することなく、RCラーメン架構4が従来よりも二倍の変形量まで変形することが可能となり、RCラーメン架構4の靭性は十分に活用される。
【0045】
次に、本発明に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造1を設計するには、まず、耐震架構構造である高架橋の下部構造1を、図3に示すようにRC解析モデル11と、ダンパー解析モデル12の2つに分解した状態でモデル化する。これは、RCラーメン架構4とダンパー機構5とが混在した全体系で考えた場合にそのモデル化が煩雑かつ困難になったり、解析時間が長くなったりして実用化に適さないことに鑑みたものである。
【0046】
ここで、RC解析モデル11は、RCラーメン架構4をその柱2の上下端で塑性化させることを前提とし、RCラーメン架構の剛接点(柱頭及び柱脚)を同図に示すように回転バネ21に置換したものと考えてモデル化する。
【0047】
なお、回転バネ21は、変位(回転量)に関して非線形のバネであって、回転量が小さい領域、つまり弾性領域では、剛接に相当する大きな剛性を持つが、変形が進むにつれて塑性化し、大変形領域では、剛性が小さな塑性ヒンジとなるような特性として付与されるものである。
【0048】
一方、ダンパー解析モデル12は、上述の柱2及び梁3をそれぞれ仮想剛体柱22、仮想剛体梁23に置換して互いにピン接合するとともに各仮想剛体柱22の下端をピンとし、三角形状壁体9,9の側方縁部を仮想剛体柱2,2にそれぞれ接合してなるものと考えてモデル化する。
【0049】
これは、RCラーメン架構4をその柱2の上下端で塑性化させることを前提とした場合、柱2は、その上下端でのみ曲率を持ち、中間位置では、直線状に傾いた状態となるとともに、履歴減衰型せん断ダンパー6にはかかる変形状態のRCラーメン架構4から強制変形が作用することとなるため、結局、RCラーメン架構4の全体変形ΔHのうち、上述した縦横比B/Hに応じた比率分が履歴減衰型せん断ダンパー6に強制変形として入り、その結果として、履歴減衰型せん断ダンパー6に生ずる相対変形δdは、(B/H)ΔHとなる。
【0050】
したがって、柱2及び梁3をそれぞれ仮想剛体柱22、仮想剛体梁23に置換して互いにピン接合し、該仮想剛体柱にダンパー機構5の各三角形状壁体9,9を上述したように接合されてなるものと考えてモデル化を行うことは、工学的に十分な妥当性を持つ。
【0051】
このようにRC解析モデル11とダンパー解析モデル12のモデル化が終了したならば、耐震架構構造である高架橋の下部構造1に作用させるべき設計外力Pを、RC解析モデル11とダンパー解析モデル12のそれぞれに分配する、すなわち、ダンパー解析モデル12にはPdbを、RC解析モデル11にはPrc(Prc=P―Pdb)をそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に行い、しかる後にそれぞれの解析結果にしたがって耐震架構構造の断面設計を行うとともに、高架橋の下部構造1の全体性能については、それぞれの解析結果を重ね合わせたものとして評価する。
【0052】
ここで、履歴減衰型せん断ダンパー6の荷重変位特性(相対変形量ΔHに対する荷重)をQと定義したならば、該ダンパーに強制的な相対変形(B/H)ΔHが入るのであるから、ダンパー解析モデル12の負担分Pdbは、その強制変形から自ずと定まり、(B/H)Qと表すことができる。
【0053】
この式からわかるように、ダンパー解析モデル12の負担分Pdbは、(B/H)が決まれば、後はダンパーの荷重変位特性Qによって一義的に決定されることとなる。
【0054】
以上説明したように、本実施形態に係る高架橋の下部構造1によれば、履歴減衰型せん断ダンパー6は、直線傾斜状態の柱2から強制変形を受けることになるため、該履歴減衰型せん断ダンパーに生じる相対鉛直変形量δdは、RCラーメン架構4の縦横比B/Hの大きさに応じてRCラーメン架構4に生じる水平変形量ΔHよりも低減され、(B/H)ΔHとなる。
【0055】
したがって、例えばB/H=1/2となるような場合には、RCラーメン架構4を従来よりも二倍の変形量まで変形させてその靭性を十分に活用することが可能となり、履歴減衰型せん断ダンパー6の履歴減衰による振動エネルギー吸収作用と相まって、大断面設計とせずとも、より合理的な断面設計で大地震に十分な耐震性を確保することが可能となる。ここで、従来のような中間梁を省略することができることは言うまでもない。
【0056】
また、本実施形態に係る高架橋の下部構造1によれば、各三角形状壁体9,9を例えばプレキャストコンクリート板で構成することができるので、鉄骨ブレースを使用する場合に比べて、製造及び施工コストを低減することが可能となる。
【0057】
なお、本実施形態に係る高架橋の下部構造1によれば、RCラーメン架構4の構面内に三角形状壁体9,9を配置してあるため、基礎梁を設置せずとも、橋軸に直交する水平方向の剛性を十分に確保することが可能となる。
【0058】
また、本実施形態に係る耐震架構構造の設計方法によれば、本来であれば、RCラーメン架構4とダンパー機構5とが混在した複雑な構造モデルとして解析しなければならないものが、RCラーメン架構4とダンパー機構5とを独立させて個別に解析できるようになり、設計実務上、きわまえて有効な簡略設計方法となる。
【0059】
本実施形態では、三角形状壁体として三角形、厳密には台形の形態をなす三角形状壁体9,9を採用したが、本発明の三角形状壁体はかかる幾何学形状に限定されるものではなく、例えば図4に示すように、上縁及び下縁が曲線をなす三角形状壁体9a,9aを採用し、これらの頂点を履歴減衰型せん断ダンパー6の両側方に接合するとともに、底辺相当部分である側方縁部を柱2,2に接合してダンパー機構5aを構成するようにしてもかまわない。
【0060】
また、本実施形態では、鉛直変位ダンパーとして履歴減衰型せん断ダンパー6を採用したが、鉛直相対変位に対して減衰力を発揮するものであればどのようなダンパーでもよく、例えば履歴減衰型曲げダンパーを使用することも可能である。
【0061】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、水平方向の強制変形を吸収可能なダンパーを採用すれば、該ダンパーに軸力が発生しないため、上述した作用効果に加えて、大変形時における軸力の影響を取り除くことができるという作用効果も奏する。
【0062】
図5乃至図10は、このような水平変位吸収型ダンパーを示したものである。なお、これらはすべて履歴減衰型曲げダンパーで構成してあるが、せん断ダンパーでも同様に構成可能であることは言うまでもない。
【0063】
まず、図5に示した水平変位吸収型ダンパー24は、三角形状壁体9,9の頂部にそれぞれダンパ部材25a、25bを対向配置し、それらの先端を、三角形状壁体9,9の鉛直相対変位に対しては曲げ変形が生じるようにかつ水平相対変位(同図矢印方向)に対してはこれを許容できるように相互に連結してある。
【0064】
すなわち、ダンパ部材25a、ダンパ部材25bの先端にはそれぞれ凹部26、凸部27を形成してあり、凹部26内に凸部27を進退自在に嵌め込むことによって、三角形状壁体9,9の水平相対変位を吸収しつつ、鉛直力を相互に伝達可能な構造となっている。
【0065】
次に、図6に示した水平変位吸収型ダンパー30は、三角形状壁体9,9の頂部に円筒状凹部31が形成されたダンパ部材32と、円筒状凸部33が形成されたダンパ部材34をそれぞれ設け、ダンパ部材32の円筒状凹部31にダンパ部材34の円筒状凸部33を進退自在に挿入してなる。
【0066】
本変形例の作用効果については、上述した変形例とほぼ同様であるので、ここではその説明を省略する。
【0067】
次に、図7に示した水平変位吸収型ダンパー40は、一方の三角形状壁体9の頂部に水平に突設された一対のダンパ部材42、42で他方の三角形状壁体9の頂部に水平に突設されたダンパ部材41を挟み込んでなる。かかる構造は、基本的には、図5に示したものと同じであり、その作用効果については繰り返し説明することは省略するが、図5の変形例とは異なり、鉛直方向の繰り返し強制変形によってダンパ部材42、42の間隔が拡がり、ダンパ部材41との接触が維持できなくなる懸念がある。
【0068】
そのため、ダンパ部材42、42に設けられた丸孔45及びダンパ部材41に形成された長孔43にボルト44を通し、これらダンパ部材の曲げ変形が拘束されない程度になおかつ三角形状壁体9,9同士の水平相対変位の吸収が妨げられることがない程度にナット46で緩く締め付けてある。したがって、鉛直方向の繰り返し強制変形によってダンパ部材42、42の間隔が拡がる懸念がないのであれば、ボルト44及びナット46による締結を省略してもよい。
【0069】
次に、図8に示した水平変位吸収型ダンパー47は、図7で用いたダンパ部材42、ダンパ部材41を交互に配置して櫛状構造としてある。かかる構成における作用効果は、図7の変形例とほぼ同様であるのでその内容については省略するが、ダンパ部材41やダンパ部材42の配置組数を変更することによって、エネルギー減衰量や曲げ剛性を適宜設定することが可能となるという作用効果も奏する。
【0070】
次に、図9に示した水平変位吸収型ダンパー50は、図7や図8のようにダンパ部材41とダンパ部材42とを直接接触させて鉛直力を伝達させるのではなく、ダンパ部材41とダンパ部材42との間にボルト51及びナット52を介在させ、該ボルトのせん断力を介してダンパ部材41とダンパ部材42で鉛直力を伝達させるようになっている。ちなみに、本変形例は、図7に示す構造を水平軸線廻りに直角に回転させたものに相当する。
【0071】
次に、図10(a)に示した水平変位吸収型ダンパー60は、一方の三角形状壁体9の頂部に取り付けられた基部61と該基部から突設されたダンパ本体62aとからなるダンパ部材63aと、他方の三角形状壁体9の頂部に取り付けられた基部61と該基部から突設されたダンパ本体62bとからなるダンパ部材63bとからなるとともに、ダンパ部材63a及びダンパ部材63bをそれらの先端にて互いに嵌合して構成してあり、基部61は、ダンパ本体62a、62bよりも拡幅形成してある。
【0072】
かかる構成によれば、基部61において曲げモーメントが最大となるものの、該基部での引張応力が低減されるため、接合箇所での破断を未然に防止することが可能となる。
【0073】
また、同図(b)に示す水平変位吸収型ダンパー70のように、基部断面を徐々に拡幅してテーパ状としたダンパ部材71a、ダンパ部材71bを使用すれば、引張応力が同じ領域、ひいては曲げ降伏域が拡がり、エネルギー吸収性能を向上させることも可能となる。
【0074】
(第2実施形態)
【0075】
次に、第2実施形態について説明する。なお、上述した実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【0076】
図11は、本実施形態に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図である。同図でわかるように、本実施形態に係る高架橋の下部構造81は、互いに対向する位置にて立設された橋脚状の一対のRC柱82,82と、該RC柱82,82の構面内に配置されたダンパー機構5とから概ね構成してあり、RC柱82は、杭7を打ち込んだ上でその上に設けられたフーチング8に立設してある。
【0077】
ダンパー機構5は第1実施形態と同様、鉛直変位ダンパーとしての履歴減衰型せん断ダンパー6と、該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の三角形状壁体9,9とから構成してあり、該各三角形状壁体の底辺に相当する側方縁部を一対のRC柱82,82にそれぞれ接合してあるが、三角形状壁体9や履歴減衰型せん断ダンパー6に関する説明は、ここでは省略する。
【0078】
本実施形態に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造81においては、まず、大地震時においてRC柱82の下端に塑性ヒンジを生じるようにしておくことを前提とする。このようにすれば、各RC柱82は、その下端でのみ曲率が生じ、端部を除く中間位置ではほぼ直線状に傾斜する変形状態となる。
【0079】
そして、履歴減衰型せん断ダンパー6は、かかる直線傾斜状態のRC柱82から強制変形を受けることになるため、該履歴減衰型せん断ダンパーに生じる相対鉛直変形量δdは図2を参照して説明した第1実施形態と同様、RC柱82,82の配置間隔をB、RC柱82の高さをHとしたときの縦横比B/Hの大きさに応じてRC柱82,82に生じる水平変形量ΔHよりも低減され、(B/H)ΔHとなる。
【0080】
次に、本実施形態に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造81を設計するには、まず、耐震架構構造である高架橋の下部構造81を、図12に示すようにRC解析モデル83と、ダンパー解析モデル84の2つに分解した状態でモデル化する。これは、RC柱82,82とダンパー機構5とが混在した全体系で考えた場合にそのモデル化が煩雑かつ困難になったり、解析時間が長くなったりして実用化に適さないことに鑑みたものである。
【0081】
ここで、RC解析モデル83は、RC柱82,82をそれらの下端で塑性化させることを前提とし、それらの柱脚を同図に示すように回転バネ21に置換したものと考えてモデル化する。
【0082】
一方、ダンパー解析モデル84は、上述のRC柱82,82をそれぞれ仮想剛体柱22,22に置換するとともに、三角形状壁体9,9の側方縁部を仮想剛体柱82,82にそれぞれ接合してなるものと考えてモデル化する。
【0083】
これは、RC柱82,82をそれらの下端で塑性化させることを前提とした場合、RC柱82,82は、それらの下端でのみ曲率を持ち、中間位置では、直線状に傾いた状態となるとともに、履歴減衰型せん断ダンパー6にはかかる変形状態のRC柱82,82から強制変形が作用することとなるため、結局、RC柱82,82の全体変形ΔHのうち、上述した縦横比B/Hに応じた比率分が履歴減衰型せん断ダンパー6に強制変形として入り、その結果として、履歴減衰型せん断ダンパー6に生ずる相対変形δdは、(B/H)ΔHとなる。
【0084】
したがって、RC柱82,82を仮想剛体柱22,22に置換し、該仮想剛体柱にダンパー機構5の各三角形状壁体9,9を上述したように接合されてなるものと考えてモデル化を行うことは、工学的に十分な妥当性を持つ。
【0085】
このようにRC解析モデル83とダンパー解析モデル84のモデル化が終了したならば、耐震架構構造である高架橋の下部構造81に作用させるべき設計外力Pを、RC解析モデル83とダンパー解析モデル84のそれぞれに分配する、すなわち、ダンパー解析モデル84にはPdbを、RC解析モデル83にはPrc(Prc=P―Pdb)をそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に行い、しかる後にそれぞれの解析結果にしたがって耐震架構構造の断面設計を行うとともに、高架橋の下部構造81の全体性能については、それぞれの解析結果を重ね合わせたものとして評価する。
【0086】
ここで、履歴減衰型せん断ダンパー6の荷重変位特性(相対変形量ΔHに対する荷重)をQと定義したならば、該ダンパーに強制的な相対変形(B/H)ΔHが入るのであるから、ダンパー解析モデル84の負担分Pdbは、その強制変形から自ずと定まり、(B/H)Qと表すことができる。
【0087】
この式からわかるように、ダンパー解析モデル84の負担分Pdbは、(B/H)が決まれば、後はダンパーの荷重変位特性Qによって一義的に決定されることとなる。
【0088】
以上説明したように、本実施形態に係る高架橋の下部構造81によれば、履歴減衰型せん断ダンパー6は、直線傾斜状態のRC柱82,82から強制変形を受けることになるため、該履歴減衰型せん断ダンパーに生じる相対鉛直変形量δdは、RC柱82,82の縦横比B/Hの大きさに応じて該RC柱に生じる水平変形量ΔHよりも低減され、(B/H)ΔHとなる。
【0089】
したがって、例えばB/H=1/2となるような場合には、RC柱82,82を従来よりも二倍の変形量まで変形させてその靭性を十分に活用することが可能となり、履歴減衰型せん断ダンパー6の履歴減衰による振動エネルギー吸収作用と相まって、大断面設計とせずとも、より合理的な断面設計で大地震に十分な耐震性を確保することが可能となる。ここで、従来のような中間梁を省略することができることは言うまでもない。
【0090】
ちなみに、本実施形態に係る高架橋の下部構造81は、図11のように梁を設ける必要がないプレキャスト桁形式の橋梁に適する。
【0091】
また、本実施形態に係る高架橋の下部構造81によれば、各三角形状壁体9,9を例えばプレキャストコンクリート板で構成することができるので、鉄骨ブレースを使用する場合に比べて、製造及び施工コストを低減することが可能となる。
【0092】
なお、本実施形態に係る高架橋の下部構造81によれば、RC柱82,82の構面内に三角形状壁体9,9を配置してあるため、基礎梁を設置せずとも、橋軸に直交する水平方向の剛性を十分に確保することが可能となる。
【0093】
また、本実施形態に係る耐震架構構造の設計方法によれば、本来であれば、RC柱82,82とダンパー機構5とが混在した複雑な構造モデルとして解析しなければならないものが、RC柱82,82とダンパー機構5とを独立させて個別に解析できるようになり、設計実務上、きわまえて有効な簡略設計方法となる。
【0094】
本実施形態では、鉛直変位ダンパーとして履歴減衰型せん断ダンパー6を採用したが、鉛直相対変位に対して減衰力を発揮するものであればどのようなダンパーでもよく、例えば履歴減衰型曲げダンパーを使用することも可能である。
【0095】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、水平方向の強制変形を吸収可能なダンパーを採用すれば、該ダンパーに軸力が発生しないため、上述した作用効果に加えて、大変形時における軸力の影響を取り除くことができるという作用効果も奏する。
【0096】
ここで、図5乃至図10で説明した水平変位吸収型ダンパーを第2実施形態でも使用することができるが、詳細な説明はここでは省略する。
【0097】
また、本実施形態では、三角形状壁体として三角形、厳密には台形の形態をなす三角形状壁体9,9を採用したが、本発明の三角形状壁体はかかる幾何学形状に限定されるものではなく、例えば図13に示すように、上縁及び下縁が曲線をなす三角形状壁体9a,9aを採用し、これらの頂点を履歴減衰型せん断ダンパー6の両側方に接合するとともに、底辺相当部分である側方縁部をRC柱2,2に接合してダンパー機構5aを構成するようにしてもかまわない。
【0098】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る耐震架構構造によれば、RCラーメン架構又はRC柱を従来よりも変形させてその靭性を十分に活用することが可能となり、ダンパーの減衰による振動エネルギー吸収作用と相まって、大断面設計とせずとも、より合理的な断面設計で大地震に十分な耐震性を確保することが可能となる。
【0099】
また、本発明に係る耐震架構構造の設計方法によれば、本来であれば、RCラーメン架構あるいはRC柱とダンパー機構とが混在した複雑な構造モデルとして解析しなければならないものが、RCラーメン架構あるいはRC柱とダンパー機構とを独立させて個別に解析できるようになり、設計実務上、きわまえて有効な簡略設計方法となる。
【0100】
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図。
【図2】第1実施形態に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造の作用を示した概念図。
【図3】第1実施形態に係る耐震架構構造の設計方法の基本的な考え方を示した概念図。
【図4】変形例に係る三角形状壁体9aを用いて構成した高架橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図。
【図5】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図であり、(a)は正面図、(b)は(a)のA−A線に沿う鉛直断面図。
【図6】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図。
【図7】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図であり、(a)は正面図、(b)は平面図。
【図8】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図。
【図9】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図であり、(a)は正面図、(b)は(a)のB−B線に沿う鉛直断面図。
【図10】変形例に係る鉛直変位ダンパーの詳細図。
【図11】第2実施形態に係る耐震架構構造としての高架橋の下部構造81を橋軸方向から見た正面図。
【図12】第2実施形態に係る耐震架構構造の設計方法の基本的な考え方を示した概念図。
【図13】変形例に係る三角形状壁体9aを用いて構成した高架橋の下部構造を橋軸方向から見た正面図。
【符号の説明】
1、81 高架橋の下部構造(耐震架構構造)
2 柱
3 梁
4 RCラーメン架構
5 ダンパー機構
6 履歴減衰型せん断ダンパー(鉛直変位ダンパー)
9、9a 三角形状壁体
11、83 RC解析モデル
12、84 ダンパー解析モデル
21 回転バネ
22 仮想剛体柱
23 仮想剛体梁
24、30、40、47、50、60、70
水平変位吸収型ダンパー
82 RC柱
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a seismic frame structure that requires earthquake resistance and a design method thereof, and more particularly to a seismic frame structure applied to a viaduct substructure used for roads, railways, and the like, and a design method thereof.
[0002]
[Prior art]
Bridges such as roads and railroads include so-called viaducts that are continuously built in urban areas, in addition to narrowly-defined bridges that cross rivers and straits. Such viaducts are constructed continuously in space on roads, railroads or rivers from the viewpoint of efficient land use, and when roads and roads or roads and railroads intersect on a plane, By making either of these viaducts, it is possible to eliminate traffic congestion.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In constructing such a viaduct, it was conventional to construct a substructure with a pier made of an RC frame, but recently, a substructure combining a damper brace with the RC frame has been researched and developed. .
[0004]
This lower structure is formed by arranging a damper brace in the surface of the RC frame, and is expected in the future in that it can improve earthquake resistance.
[0005]
However, when the damper that constitutes the damper brace is made of, for example, a steel damper, the allowable deformation cannot be made very large due to the material characteristics, and in the event of a large earthquake, the steel damper breaks first. There was a problem that the toughness of the RC rigid frame could not be fully utilized.
[0006]
In addition, when the damper breaks with a relatively small deformation, the proof stress of the damper and the RC frame must be increased, but in that case, naturally, the proof strength is also required for the foundation and the pile. As a result, the structure as a whole has a large cross section, resulting in a problem in terms of cost.
[0007]
In addition, in a relatively high elevated viaduct, it is necessary to bridge the beam at an intermediate height position for securing strength or rigidity, but since the intermediate beam is arranged in the bridge axis and its orthogonal direction, There was a problem that the bar arrangement was complicated and increased costs.
[0008]
In the first place, in the case of adopting braces, it is common to use steel, but this also raises the problem of high costs.
[0009]
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and improves the earthquake resistance without using a large section of the damper or the RC frame, and without arranging an expensive intermediate beam or using a steel brace. An object of the present invention is to provide a seismic frame structure and a method for designing the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an earthquake-resistant frame structure according to the present invention comprises, as described in claim 1, a pair of columns erected at positions facing each other and a beam spanned on the top of the columns. RC frame structure and a damper mechanism disposed in the surface of the RC frame structure, and the damper mechanism is joined at both apexes on both sides of the vertical displacement damper and the vertical displacement damper. A pair of triangular walls, and side edges corresponding to the bottom sides of the triangular walls are joined to the pair of columns, respectively.
[0011]
The seismic frame structure according to the present invention includes a damper mechanism disposed in a structural surface including a pair of RC pillars erected at positions facing each other, and the damper mechanism is It comprises a vertical displacement damper and a pair of triangular walls joined at the apexes on both sides so as to sandwich the vertical displacement damper, and the side edges corresponding to the bottom sides of the triangular walls are These are joined to a pair of RC columns.
[0012]
In the seismic frame structure according to the present invention, the vertical displacement damper is a damper capable of absorbing a forced deformation in the horizontal direction.
[0013]
In addition, the design method of the seismic frame structure according to the present invention is an RC comprising a pair of columns erected at positions facing each other and a beam spanned on the top of the column. A pair of a ramen frame and a damper mechanism arranged in the surface of the RC frame structure, and the damper mechanism being joined at the apexes on both sides of the vertical displacement damper and the vertical displacement damper, respectively. And a method for designing a seismic frame structure comprising a side edge portion corresponding to the bottom of each triangular wall body joined to the pair of columns. RC analysis model in which the rigid contact of the RC rigid frame is replaced with a rotary spring, and the column and the beam are replaced with a virtual rigid column and a virtual rigid beam, respectively, and are connected to each other with pins, and the virtual rigid column Individually modeled in a state in which the lateral edge of the the end pin each triangular wall was decomposed above to each virtual rigid body pillar damper analysis model formed by joining respectively,
Of the design external force P acting on the seismic frame structure, the load Pdb of the damper analysis model is represented as follows: H is the height of the virtual rigid column, B is the length of the virtual rigid beam, and Q is the load displacement characteristic of the damper As
Pdb = (B / H) Q
And the share Prc of the RC analysis model is
Prc = P-Pdb
In this case, Pdb is applied to the damper analysis model and Prc is applied to the RC analysis model, respectively, to perform elasto-plastic analysis individually and to design the cross section of the seismic frame structure.
[0014]
Further, the design method of the seismic frame structure according to the present invention includes a damper mechanism disposed in a structural surface including a pair of RC pillars erected at positions facing each other, as described in claim 5, The damper mechanism is composed of a vertical displacement damper and a pair of triangular walls joined at the apexes on both sides of the vertical displacement damper, and side edges corresponding to the bottom sides of the triangular walls A method of designing a seismic frame structure in which a portion is joined to each of the pair of RC columns, wherein the seismic frame structure is replaced with a RC analysis model in which lower ends of the pair of RC columns are replaced by a rotary spring, and the pair of The RC column is replaced with a virtual rigid column, and the lower end of each virtual rigid column is used as a pin, and the side edge of each triangular wall is joined to each virtual rigid column. Min Individually modeled in the state,
Of the design external force P acting on the seismic frame structure, the load Pdb of the damper analysis model is represented by H, the height of the virtual rigid column, B is the arrangement interval of the virtual rigid column, and Q is the load displacement characteristic of the damper. As
Pdb = (B / H) Q
And the share Prc of the RC analysis model is
Prc = P-Pdb
In this case, Pdb is applied to the damper analysis model and Prc is applied to the RC analysis model, respectively, to perform elasto-plastic analysis individually and to design the cross section of the seismic frame structure.
[0015]
In the seismic frame structure according to the present invention, if plastic hinges are generated at the upper and lower ends of the columns or the lower ends of the columns at the time of a large earthquake, each column has a curvature only at the upper and lower ends or the lower ends, and ends. At an intermediate position excluding, the deformation state is inclined substantially linearly.
[0016]
Since the vertical displacement damper is subjected to forced deformation from the linearly inclined column, the relative vertical deformation amount generated in the damper is the length of the beam or the arrangement interval of the RC columns B, the height of the column. The horizontal deformation amount ΔH generated in the RC frame frame or the RC column is reduced according to the size of the aspect ratio B / H where is H, and becomes (B / H) ΔH. For example, if the aspect ratio B / H is a long and narrow half, the amount of relative vertical deformation that occurs in the vertical displacement damper is almost one-half of the amount of horizontal deformation ΔH that occurs in the RC frame and RC column. .
[0017]
Therefore, in this case, the RC rigid frame and the RC column can be deformed up to twice as much as the conventional deformation amount, and the toughness of the RC rigid frame and the RC column is fully utilized.
[0018]
In order to design the above-described seismic frame structure according to the present invention, first, the seismic frame structure is modeled in a state where it is decomposed into two, an RC analysis model and a damper analysis model. This is because it is not suitable for practical use because it becomes complicated and difficult to model when considering an RC rigid frame structure or a whole system in which a pair of RC pillars and a damper mechanism are mixed. In view of the above.
[0019]
Here, the RC analysis model is based on the premise that the RC frame is plasticized at the upper and lower ends of the column, or the lower end of the RC column is plasticized, and the rigid contact (column head and column base) or RC of the RC frame. Modeling it as if the lower end of the column was replaced with a rotating spring.
[0020]
On the other hand, the damper analysis model replaces the above-mentioned column and beam with a virtual rigid column and a virtual rigid beam, respectively, and connects them to each other or replaces an RC column with a virtual rigid column and uses the lower end of these virtual rigid columns as a pin. The modeling is performed on the assumption that the side edges of each triangular wall are joined to each virtual rigid column.
[0021]
This is because, assuming that the RC frame is plasticized at the upper and lower ends of the column, or the RC column is plasticized at the lower end, the column has a curvature only at the upper and lower ends or the lower end, and the intermediate position Then, while being in a state of being inclined in a straight line, forced deformation is applied to the vertical displacement damper from the RC ramen frame or RC column in such a deformed state. Among them, a ratio corresponding to the aspect ratio B / H described above enters the vertical displacement damper as forced deformation, and as a result, the vertical displacement damper undergoes relative deformation.
[0022]
Therefore, it is assumed that the columns and beams are replaced with virtual rigid columns and virtual rigid beams, respectively, and are pin-connected to each other, and each triangular wall of the damper mechanism is connected to the virtual rigid columns as described above. And modeling with the assumption that each triangular wall of the damper mechanism is joined as described above by replacing the RC column with a virtual rigid column. Have sex.
[0023]
When the modeling of the RC analysis model and the damper analysis model is completed in this way, the design external force P to be applied to the seismic frame structure is distributed to the RC analysis model and the damper analysis model, that is, to the damper analysis model. Performs elasto-plastic analysis individually by applying Pdb and Prc to the RC analysis model, and thereafter, the cross-sectional design of the seismic frame structure is performed according to each analysis result.
[0024]
Here, the share Pdb of the damper analysis model is as follows: H is the height of the virtual rigid column, B is the length of the virtual rigid beam or the arrangement interval of the pair of RC columns, and Q is the load displacement characteristic of the damper.
Pdb = (B / H) Q
As for the burden Prc of the RC analysis model,
Prc = P-Pdb
It can be expressed as.
[0025]
As can be seen from this equation, if (B / H) is determined, the share Pdb of the damper analysis model is uniquely determined by the load displacement characteristic Q of the damper. What needs to be analyzed as a complex structural model with a frame or a pair of RC columns and a damper mechanism can now be analyzed separately with the RC frame frame or a pair of RC columns and a damper mechanism independent. This is a simple design method that is extremely effective in design practice.
[0026]
The part to which the seismic frame structure according to the present invention is applied is arbitrary. For example, it may be applied to a seismic wall of a building, or may be applied to a bridge pier which is a substructure of a viaduct. The viaduct is a concept including a railway viaduct, a road viaduct, and the like, and it goes without saying that its use is arbitrary.
[0027]
Further, the RC ramen frame and the plane including a pair of RC columns are not necessarily limited to the plane orthogonal to the bridge axis direction, and may be a plane parallel to the bridge axis direction. A construction with an oblique angle may be used.
[0028]
The triangular wall referred to in the present invention is joined to the side of the vertical displacement damper at a portion corresponding to the apex, and the portion corresponding to the bottom when viewed from the portion corresponding to the apex is joined to a column or RC column of the RC frame. As long as it can be a side edge, the material and shape thereof are arbitrary, and it is conceivable that the material is composed of, for example, a precast concrete plate or a steel plate. Further, the shape may be not only a triangle but also a trapezoid that is joined to the vertical displacement damper with the upper base as a vertex and joined to the column with the lower base as a side edge. Furthermore, the upper edge and the lower edge of the triangular wall body from the joining position of the vertical displacement damper to the joining position of the column need not be straight lines, and may be curved.
[0029]
On the other hand, it goes without saying that the triangular wall of the present invention is literally a wall and does not include braces.
[0030]
As the vertical displacement damper, a hysteresis damping shear damper composed of extremely mild steel or slit steel sheet is typically considered, but any principle and structure damper can be used as long as the damping force can be exerted by relative vertical deformation. However, it is also possible to employ a hysteresis damping type bending damper.
[0031]
Here, as long as the vertical displacement damper exhibits the above-described action, whether or not to consider the forced deformation that occurs along the horizontal direction is arbitrary, but a damper that can absorb the forced deformation in the horizontal direction should be adopted. For example, since no axial force is generated in the damper, in addition to the above-described effects, there is an effect that the influence of the axial force during large deformation can be removed.
[0032]
On the other hand, for example, a different loading load acts on the top of the RC column depending on the passing situation of the vehicle. However, when seismic waves are input in such a situation, the vibration characteristics vary greatly depending on the difference in the loading applied on the top of each RC column. Each RC column may vibrate with a different phase. In such a situation, it is desirable that the pair of horizontal V-shaped braces be rigidly connected via the vertical displacement damper without absorbing the forced deformation that occurs along the horizontal direction.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a seismic frame structure and a design method thereof according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that components that are substantially the same as those of the prior art are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
[0034]
(First embodiment)
[0035]
FIG. 1 is a front view of a viaduct substructure as a seismic frame structure according to the present embodiment as viewed from the bridge axis direction. As can be seen in the figure, the viaduct substructure 1 according to the present embodiment includes a pair of pier-like columns 2 and 2 erected at positions facing each other and a beam 3 spanning the top of the columns. The RC frame is composed of an RC frame 4 and a damper mechanism 5 arranged in the surface of the RC frame. The pillar 2 is a footing provided on the pile 7 after driving a pile 7 into it. 8 is erected.
[0036]
The damper mechanism 5 includes a hysteresis damping type shear damper 6 as a vertical displacement damper and a pair of triangular wall bodies 9 and 9 joined at the apexes on both sides so as to sandwich the vertical displacement damper. The side edge corresponding to the bottom of each triangular wall is joined to the pair of columns 2 and 2, respectively.
[0037]
The hysteresis damping type shear damper 6 absorbs vibration energy at the time of earthquake by hysteresis damping, and quickly converges the vibration of the viaduct in the direction perpendicular to the bridge axis.
[0038]
Such a hysteresis damping type shear damper 6 can be configured by forming a number of slits in a normal thin steel plate, or can be configured by using extremely soft steel, and if necessary, a stiffening rib is provided, It is desirable to prevent buckling. The hysteresis damping shear damper 6 is preferably detachably attached between the triangular wall bodies 9 and 9 so that it can be replaced during maintenance.
[0039]
The triangular wall body 9 can be composed of, for example, a precast concrete plate. Strictly speaking, the shape of the triangular wall body 9 is a trapezoidal shape, and is joined to the side of the hysteresis damping type shear damper 6 with the upper base of the trapezoid as a vertex. Although the lower bottom is a side edge and is joined to the column 2, there is no difference in a triangular shape as a whole.
[0040]
In the viaduct substructure 1 as the seismic frame structure according to the present embodiment, it is presupposed that plastic hinges are generated at the upper and lower ends of the columns 2 and 2 in the event of a large earthquake. If it does in this way, curvature will arise only in the upper and lower ends of each pillar 2, and will be in the deformation state which inclines in the shape of a straight line in the middle position except an end.
[0041]
Since the hysteresis damping shear damper 6 is subjected to forced deformation from the linearly inclined column 2, the amount of relative vertical deformation δd generated in the hysteresis damping shear damper is as shown in FIG. The horizontal deformation amount ΔH generated in the RC rigid frame 4 is reduced according to the size of the aspect ratio B / H of the RC rigid frame 4 when the length of the column is B and the height of the column is H, and (B / H) ΔH.
[0042]
That is, if the shear deformation angle of the RC rigid frame 4 is θ,
δd = 2 · tanθ · B / 2, tanθ = ΔH / H
Therefore, δd becomes (B / H) ΔH.
[0043]
For example, in the case of an elongated RC rigid frame having an aspect ratio B / H of 1/2, the relative vertical deformation amount δd generated in the vertical displacement damper is approximately half of the horizontal deformation amount ΔH generated in the RC rigid frame 4. Become.
[0044]
Therefore, in this case, it is possible for the RC rigid frame 4 to be deformed up to twice as much as the conventional structure without the hysteretic damping shear damper 6 being pre-ruptured, and the RC rigid frame 4 has sufficient toughness. To be used.
[0045]
Next, in order to design the viaduct substructure 1 as the seismic frame structure according to the present invention, first, the viaduct substructure 1 as the seismic frame structure is composed of an RC analysis model 11 and a damper as shown in FIG. The analysis model 12 is modeled in a state of being decomposed into two. This is based on the fact that when considering the entire system in which the RC rigid frame 4 and the damper mechanism 5 are mixed, the modeling becomes complicated and difficult, and the analysis time becomes long, which is not suitable for practical use. Is.
[0046]
Here, the RC analysis model 11 is based on the premise that the RC rigid frame 4 is plasticized at the upper and lower ends of the column 2, and the rigid contacts (column heads and column bases) of the RC rigid frame are rotated as shown in FIG. The model is assumed to be replaced with 21.
[0047]
The rotary spring 21 is a non-linear spring with respect to displacement (rotation amount), and has a large rigidity corresponding to rigid contact in a region where the rotation amount is small, that is, an elastic region. In the deformation region, it is given as a characteristic that becomes a plastic hinge with small rigidity.
[0048]
On the other hand, the damper analysis model 12 replaces the above-mentioned column 2 and beam 3 with a virtual rigid column 22 and a virtual rigid beam 23, respectively, and is pin-joined with each other, and the lower end of each virtual rigid column 22 is used as a pin to form a triangular wall 9 and 9 are modeled on the assumption that the side edges of 9 and 9 are joined to the virtual rigid columns 2 and 2, respectively.
[0049]
This is based on the premise that the RC rigid frame 4 is plasticized at the upper and lower ends of the column 2. The column 2 has a curvature only at the upper and lower ends, and is in a state of being inclined linearly at an intermediate position. At the same time, forced deformation is applied to the hysteretic damping type shear damper 6 from the RC frame 4 in the deformed state, so that the overall aspect ratio ΔH of the RC frame 4 has the aspect ratio B / H described above. The corresponding ratio enters the hysteresis damping shear damper 6 as forced deformation, and as a result, the relative deformation δd generated in the hysteresis damping shear damper 6 is (B / H) ΔH.
[0050]
Therefore, the column 2 and the beam 3 are replaced with the virtual rigid column 22 and the virtual rigid beam 23, respectively, and are connected to each other by pin connection, and the triangular walls 9 and 9 of the damper mechanism 5 are connected to the virtual rigid column as described above. Modeling on the assumption that it is made has sufficient engineering validity.
[0051]
When the modeling of the RC analysis model 11 and the damper analysis model 12 is completed in this way, the design external force P to be applied to the viaduct substructure 1 that is a seismic frame structure is changed to the RC analysis model 11 and the damper analysis model 12. Each of them is distributed, that is, Pdb is applied to the damper analysis model 12 and Prc (Prc = P−Pdb) is applied to the RC analysis model 11 to perform elasto-plastic analysis individually. Accordingly, the cross-sectional design of the earthquake-resistant frame structure is performed, and the overall performance of the viaduct substructure 1 is evaluated as a result of superimposing the respective analysis results.
[0052]
Here, if the load displacement characteristic (the load with respect to the relative deformation amount ΔH) of the hysteresis damping type shear damper 6 is defined as Q, the forced relative deformation (B / H) ΔH enters the damper. The share Pdb of the analysis model 12 is naturally determined from the forced deformation and can be expressed as (B / H) Q.
[0053]
As can be seen from this equation, the share Pdb of the damper analysis model 12 is uniquely determined by the load displacement characteristic Q of the damper after (B / H) is determined.
[0054]
As described above, according to the viaduct substructure 1 according to the present embodiment, the hysteresis damping shear damper 6 is subjected to forced deformation from the linearly inclined column 2, so that the hysteresis damping shear damper is provided. The relative vertical deformation amount δd generated in is reduced from the horizontal deformation amount ΔH generated in the RC rigid frame 4 according to the size of the aspect ratio B / H of the RC rigid frame 4 and becomes (B / H) ΔH.
[0055]
Therefore, for example, in the case of B / H = 1/2, the RC rigid frame 4 can be deformed to a deformation amount twice that of the prior art and its toughness can be fully utilized. Coupled with the vibration energy absorption effect due to the hysteresis damping of the shear damper 6, it is possible to ensure sufficient earthquake resistance for a large earthquake with a more rational cross-sectional design without using a large cross-sectional design. Needless to say, the conventional intermediate beam can be omitted.
[0056]
In addition, according to the viaduct substructure 1 according to the present embodiment, each triangular wall body 9, 9 can be made of, for example, a precast concrete plate, and therefore, compared with the case of using a steel brace, manufacturing and construction Costs can be reduced.
[0057]
In addition, according to the viaduct substructure 1 according to the present embodiment, the triangular wall bodies 9 and 9 are arranged in the surface of the RC rigid frame 4 so that the bridge shaft can be installed without installing the foundation beam. It is possible to sufficiently ensure the rigidity in the orthogonal horizontal direction.
[0058]
Moreover, according to the design method of the seismic frame structure according to the present embodiment, what is originally required to be analyzed as a complicated structure model in which the RC frame structure 4 and the damper mechanism 5 are mixed is an RC frame structure. 4 and the damper mechanism 5 can be made independent and can be analyzed individually, which is a simple design method that is extremely effective in design practice.
[0059]
In the present embodiment, triangular walls 9, 9 having a triangular shape, strictly speaking, a trapezoidal shape are employed as the triangular wall body, but the triangular wall body of the present invention is not limited to such a geometric shape. For example, as shown in FIG. 4, triangular wall bodies 9a, 9a whose upper and lower edges are curved are adopted, and the apexes thereof are joined to both sides of the hysteresis damping shear damper 6 and correspond to the bottom. The damper mechanism 5a may be configured by joining side edge portions, which are portions, to the columns 2 and 2.
[0060]
In this embodiment, the hysteresis damping shear damper 6 is used as the vertical displacement damper. However, any damper may be used as long as it exhibits a damping force with respect to the vertical relative displacement, for example, a hysteresis damping bending damper. Can also be used.
[0061]
Although not particularly mentioned in the present embodiment, if a damper capable of absorbing the forced deformation in the horizontal direction is adopted, axial force is not generated in the damper. There is also an effect that the influence of the axial force can be removed.
[0062]
5 to 10 show such a horizontal displacement absorbing damper. Although these are all configured with a hysteresis damping type bending damper, it is needless to say that a shear damper can be similarly configured.
[0063]
First, the horizontal displacement absorbing damper 24 shown in FIG. 5 has damper members 25a and 25b opposed to the tops of the triangular wall bodies 9 and 9, respectively, and their tips are arranged vertically to the triangular wall bodies 9 and 9, respectively. They are connected to each other so that bending deformation occurs with respect to the relative displacement, and horizontal relative displacement (in the direction of the arrow in the figure) can be allowed.
[0064]
That is, a concave portion 26 and a convex portion 27 are formed at the tip ends of the damper member 25a and the damper member 25b, respectively. By fitting the convex portion 27 into the concave portion 26 so as to be able to advance and retract, the triangular walls 9 and 9 It has a structure that can transmit vertical force to each other while absorbing horizontal relative displacement.
[0065]
Next, the horizontal displacement absorbing damper 30 shown in FIG. 6 includes a damper member 32 in which a cylindrical concave portion 31 is formed at the top of the triangular walls 9 and 9 and a damper member in which a cylindrical convex portion 33 is formed. 34 is provided, and the cylindrical convex portion 33 of the damper member 34 is inserted into the cylindrical concave portion 31 of the damper member 32 so as to freely advance and retract.
[0066]
The operational effects of the present modification are substantially the same as those of the above-described modification, and thus the description thereof is omitted here.
[0067]
Next, the horizontal displacement absorbing damper 40 shown in FIG. 7 has a pair of damper members 42 and 42 projecting horizontally on the top of one triangular wall body 9 and the top of the other triangular wall body 9. The damper member 41 is provided so as to protrude horizontally. Such a structure is basically the same as that shown in FIG. 5, and repeated explanation of the function and effect thereof is omitted. However, unlike the modification of FIG. There is a concern that the distance between the damper members 42 and 42 is increased, and the contact with the damper member 41 cannot be maintained.
[0068]
Therefore, the bolts 44 are passed through the round holes 45 provided in the damper members 42 and 42 and the long holes 43 formed in the damper member 41 so that the bending deformation of the damper members is not restricted, and the triangular wall bodies 9 and 9. The nut 46 is loosely tightened to such an extent that absorption of the horizontal relative displacement between them is not hindered. Therefore, if there is no concern that the interval between the damper members 42 and 42 is expanded by repeated forced deformation in the vertical direction, the fastening with the bolt 44 and the nut 46 may be omitted.
[0069]
Next, the horizontal displacement absorbing damper 47 shown in FIG. 8 has a comb-like structure in which the damper members 42 and the damper members 41 used in FIG. 7 are alternately arranged. The operational effects in this configuration are substantially the same as in the modification of FIG. 7 and will not be described in detail. However, by changing the number of damper members 41 and damper members 42, the amount of energy attenuation and bending rigidity can be reduced. There is also an effect that it can be set as appropriate.
[0070]
Next, the horizontal displacement absorbing damper 50 shown in FIG. 9 does not transmit the vertical force by directly contacting the damper member 41 and the damper member 42 as shown in FIGS. Bolts 51 and nuts 52 are interposed between the damper member 42 and the vertical force is transmitted by the damper member 41 and the damper member 42 through the shearing force of the bolt. Incidentally, this modification corresponds to a structure obtained by rotating the structure shown in FIG. 7 at a right angle around the horizontal axis.
[0071]
Next, a horizontal displacement absorbing damper 60 shown in FIG. 10A is a damper member comprising a base 61 attached to the top of one triangular wall body 9 and a damper main body 62a projecting from the base. 63a, and a damper member 63b including a base 61 attached to the top of the other triangular wall body 9 and a damper main body 62b protruding from the base, and the damper member 63a and the damper member 63b. The base 61 is formed to be wider than the damper main bodies 62a and 62b.
[0072]
According to such a configuration, although the bending moment is maximized at the base portion 61, the tensile stress at the base portion is reduced, so that it is possible to prevent breakage at the joint portion.
[0073]
Moreover, if the damper member 71a and the damper member 71b having a gradually widened base section and tapered like the horizontal displacement absorbing damper 70 shown in FIG. The bending yield area is expanded and the energy absorption performance can be improved.
[0074]
(Second Embodiment)
[0075]
Next, a second embodiment will be described. Note that components that are substantially the same as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0076]
FIG. 11 is a front view of the viaduct substructure as the seismic frame structure according to the present embodiment as seen from the bridge axis direction. As can be seen in the figure, the viaduct substructure 81 according to this embodiment includes a pair of pier-shaped RC columns 82 and 82 erected at positions facing each other, and the surface of the RC columns 82 and 82. The RC pillar 82 is erected on the footing 8 provided on the pile 7 after driving the pile 7.
[0077]
Similarly to the first embodiment, the damper mechanism 5 includes a hysteresis damping shear damper 6 as a vertical displacement damper, and a pair of triangular walls 9 joined at the apexes on both sides of the vertical displacement damper, respectively. 9, and side edges corresponding to the bottom sides of the respective triangular wall bodies are joined to the pair of RC pillars 82, 82, respectively. The description about 6 is omitted here.
[0078]
In the viaduct substructure 81 as the seismic frame structure according to the present embodiment, first, it is assumed that a plastic hinge is generated at the lower end of the RC column 82 in the event of a large earthquake. If it does in this way, curvature will arise only in the lower end of each RC pillar 82, and it will be in the deformation state which inclines in the shape of a straight line in the intermediate position except an end.
[0079]
Since the hysteresis damping shear damper 6 is subjected to forced deformation from the RC column 82 in the linearly inclined state, the relative vertical deformation amount δd generated in the hysteresis damping shear damper has been described with reference to FIG. As in the first embodiment, horizontal deformation that occurs in the RC pillars 82 and 82 according to the size of the aspect ratio B / H where the arrangement interval of the RC pillars 82 and 82 is B and the height of the RC pillars 82 is H. It is reduced from the amount ΔH and becomes (B / H) ΔH.
[0080]
Next, in order to design the viaduct substructure 81 as the seismic frame structure according to the present embodiment, first, the viaduct substructure 81 as the seismic frame structure, as shown in FIG. Modeling is performed in a state where the damper analysis model 84 is decomposed into two. In view of the fact that the entire system in which the RC pillars 82 and 82 and the damper mechanism 5 are mixed is considered, the modeling becomes complicated and difficult, and the analysis time becomes long, which is not suitable for practical use. It is a thing.
[0081]
Here, the RC analysis model 83 is modeled on the assumption that the RC columns 82 and 82 are plasticized at their lower ends, and that the column bases are replaced with the rotary springs 21 as shown in FIG. To do.
[0082]
On the other hand, the damper analysis model 84 replaces the RC columns 82 and 82 with the virtual rigid columns 22 and 22, respectively, and joins the side edges of the triangular walls 9 and 9 to the virtual rigid columns 82 and 82, respectively. Model it by thinking that
[0083]
This is based on the premise that the RC columns 82 and 82 are plasticized at their lower ends, and the RC columns 82 and 82 have a curvature only at their lower ends, and in a state of being inclined linearly at an intermediate position. At the same time, the hysteresis damping shear damper 6 is subjected to forced deformation from the RC columns 82 and 82 in the deformed state, and therefore, the overall aspect ratio ΔH of the RC columns 82 and 82 is the aspect ratio B described above. A ratio corresponding to / H enters the hysteresis damping shear damper 6 as forced deformation, and as a result, the relative deformation δd generated in the hysteresis damping shear damper 6 is (B / H) ΔH.
[0084]
Therefore, the RC columns 82 and 82 are replaced with virtual rigid columns 22 and 22, and the triangular walls 9 and 9 of the damper mechanism 5 are connected to the virtual rigid columns and modeled as described above. Doing has sufficient engineering relevance.
[0085]
When the modeling of the RC analysis model 83 and the damper analysis model 84 is completed in this way, the design external force P to be applied to the viaduct substructure 81 that is a seismic frame structure is expressed as the RC analysis model 83 and the damper analysis model 84. In other words, the elastic analysis is performed individually by applying Pdb to the damper analysis model 84 and Prc (Prc = P-Pdb) to the RC analysis model 83, and then to each analysis result. Accordingly, the cross-sectional design of the earthquake-resistant frame structure is performed, and the overall performance of the viaduct substructure 81 is evaluated as a result of superimposing the respective analysis results.
[0086]
Here, if the load displacement characteristic (the load with respect to the relative deformation amount ΔH) of the hysteresis damping type shear damper 6 is defined as Q, the forced relative deformation (B / H) ΔH enters the damper. The burden Pdb of the analysis model 84 is naturally determined from the forced deformation and can be expressed as (B / H) Q.
[0087]
As can be seen from this equation, the share Pdb of the damper analysis model 84 is uniquely determined by the load displacement characteristic Q of the damper after (B / H) is determined.
[0088]
As described above, according to the viaduct substructure 81 according to the present embodiment, the hysteresis damping shear damper 6 is subjected to forced deformation from the RC columns 82 and 82 in a linearly inclined state. The relative vertical deformation amount δd generated in the die shear damper is reduced from the horizontal deformation amount ΔH generated in the RC column in accordance with the aspect ratio B / H of the RC columns 82 and 82, and (B / H) ΔH Become.
[0089]
Therefore, for example, when B / H = 1/2, the RC pillars 82 and 82 can be deformed to a deformation amount twice that of the conventional one and the toughness can be fully utilized, and the hysteresis is attenuated. Coupled with the vibration energy absorption action by the hysteresis damping of the die shear damper 6, it is possible to ensure sufficient earthquake resistance for a large earthquake with a more rational cross-sectional design without using a large cross-sectional design. Needless to say, the conventional intermediate beam can be omitted.
[0090]
Incidentally, the viaduct substructure 81 according to the present embodiment is suitable for a precast girder type bridge that does not require a beam as shown in FIG.
[0091]
In addition, according to the viaduct substructure 81 according to the present embodiment, each triangular wall body 9, 9 can be constituted by, for example, a precast concrete plate, and therefore, compared to the case of using a steel brace, manufacturing and construction are possible. Costs can be reduced.
[0092]
In addition, according to the viaduct substructure 81 according to the present embodiment, the triangular wall bodies 9 and 9 are arranged in the surface of the RC pillars 82 and 82, so that the bridge shaft can be installed without installing the foundation beam. It is possible to sufficiently ensure the rigidity in the horizontal direction perpendicular to the horizontal axis.
[0093]
Moreover, according to the design method of the seismic frame structure according to the present embodiment, what is originally required to be analyzed as a complicated structural model in which the RC columns 82 and 82 and the damper mechanism 5 are mixed is the RC column. 82 and 82 and the damper mechanism 5 can be made independent and can be analyzed individually, and this is a simple design method that is extremely effective in design practice.
[0094]
In the present embodiment, the hysteresis damping type shear damper 6 is adopted as the vertical displacement damper. However, any damper can be used as long as it exhibits a damping force with respect to the vertical relative displacement. For example, a hysteresis damping type bending damper is used. It is also possible to do.
[0095]
Although not particularly mentioned in the present embodiment, if a damper capable of absorbing the forced deformation in the horizontal direction is adopted, axial force is not generated in the damper. There is also an effect that the influence of the axial force can be removed.
[0096]
Here, the horizontal displacement absorbing damper described in FIGS. 5 to 10 can also be used in the second embodiment, but detailed description thereof is omitted here.
[0097]
In the present embodiment, the triangular wall bodies 9 and 9 having a triangular shape, strictly, a trapezoidal shape are employed as the triangular wall body, but the triangular wall body of the present invention is limited to such a geometric shape. For example, as shown in FIG. 13, as shown in FIG. 13, triangular wall bodies 9 a and 9 a having curved upper edges and lower edges are adopted, and these apexes are joined to both sides of the hysteresis damping shear damper 6, The damper mechanism 5a may be configured by joining the side edge portion corresponding to the bottom side to the RC pillars 2 and 2.
[0098]
【The invention's effect】
As described above, according to the seismic frame structure according to the present invention, the RC frame structure or RC column can be deformed more than before and its toughness can be fully utilized. Coupled with this, it is possible to ensure sufficient earthquake resistance for large earthquakes with a more rational cross-sectional design without using a large cross-sectional design.
[0099]
In addition, according to the design method of the seismic frame structure according to the present invention, an RC frame structure or an RC frame structure that must be analyzed as a complex structure model in which an RC column and a damper mechanism are mixed is originally used. Alternatively, the RC column and the damper mechanism can be made independent and analyzed separately, and this is a simple design method that is extremely effective in design practice.
[0100]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a viaduct substructure as a seismic frame structure according to a first embodiment viewed from a bridge axis direction.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing the operation of the viaduct substructure as the seismic frame structure according to the first embodiment.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a basic concept of a design method for a seismic frame structure according to the first embodiment.
FIG. 4 is a front view of a viaduct substructure constructed using a triangular wall body 9a according to a modification as viewed from the direction of the bridge axis.
5A and 5B are detailed views of a vertical displacement damper according to a modification, in which FIG. 5A is a front view, and FIG. 5B is a vertical cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 6 is a detailed view of a vertical displacement damper according to a modification.
7A and 7B are detailed views of a vertical displacement damper according to a modification, where FIG. 7A is a front view and FIG. 7B is a plan view.
FIG. 8 is a detailed view of a vertical displacement damper according to a modification.
9A and 9B are detailed views of a vertical displacement damper according to a modification, in which FIG. 9A is a front view, and FIG. 9B is a vertical cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 10 is a detailed view of a vertical displacement damper according to a modification.
FIG. 11 is a front view of a viaduct substructure 81 as a seismic frame structure according to a second embodiment as viewed from the bridge axis direction.
FIG. 12 is a conceptual diagram showing a basic concept of a design method for a seismic frame structure according to a second embodiment.
FIG. 13 is a front view of a viaduct substructure constructed using a triangular wall body 9a according to a modification, as viewed from the bridge axis direction.
[Explanation of symbols]
1, 81 Underpass structure of the viaduct (seismic frame structure)
2 pillars
3 beams
4 RC ramen frame
5 Damper mechanism
6 Hysteresis damping shear damper (vertical displacement damper)
9, 9a Triangular wall
11, 83 RC analysis model
12, 84 Damper analysis model
21 Rotating spring
22 Virtual rigid column
23 Virtual rigid beam
24, 30, 40, 47, 50, 60, 70
Horizontal displacement absorbing damper
82 RC pillar

Claims (5)

互いに対向する位置にて立設された一対の柱と該柱の頂部に架け渡された梁とからなるRCラーメン架構と、該RCラーメン架構の構面内に配置されたダンパー機構とからなるとともに、該ダンパー機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の三角形状壁体とから構成し、該各三角形状壁体の底辺に相当する側方縁部を前記一対の柱にそれぞれ接合したことを特徴とする耐震架構構造。An RC rigid frame structure composed of a pair of pillars erected at positions facing each other and a beam spanned on the top of the pillars, and a damper mechanism arranged in the surface of the RC rigid frame structure The damper mechanism is composed of a vertical displacement damper and a pair of triangular walls joined at the apexes on both sides of the vertical displacement damper, and the side corresponding to the bottom of each triangular wall A seismic frame structure characterized in that the edge portions are joined to the pair of columns, respectively. 互いに対向する位置にて立設された一対のRC柱を含む構面内にダンパー機構を配置するとともに、該ダンパー機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の三角形状壁体とから構成し、前記各三角形状壁体の底辺に相当する側方縁部を前記一対のRC柱にそれぞれ接合したことを特徴とする耐震架構構造。A damper mechanism is arranged in a construction surface including a pair of RC pillars erected at positions facing each other, and the damper mechanism is placed at the apexes on both sides of the vertical displacement damper so as to sandwich the vertical displacement damper. An earthquake-resistant frame structure comprising a pair of triangular wall bodies joined together, and a side edge portion corresponding to the bottom side of each triangular wall body joined to the pair of RC columns. 前記鉛直変位ダンパーを、水平方向の強制変形を吸収可能なダンパーとした請求項1又は請求項2記載の耐震架構構造。The seismic frame structure according to claim 1 or 2, wherein the vertical displacement damper is a damper capable of absorbing a forced deformation in a horizontal direction. 互いに対向する位置にて立設された一対の柱と該柱の頂部に架け渡された梁とからなるRCラーメン架構と、該RCラーメン架構の構面内に配置されたダンパー機構とからなるとともに、該ダンパー機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の三角形状壁体とから構成し、該各三角形状壁体の底辺に相当する側方縁部を前記一対の柱にそれぞれ接合してなる耐震架構構造の設計方法であって、該耐震架構構造を、前記RCラーメン架構の剛接点を回転バネに置換したRC解析モデルと、前記柱及び前記梁をそれぞれ仮想剛体柱、仮想剛体梁に置換して互いにピン接合するとともに前記仮想剛体柱の下端をピンとし前記各三角形状壁体の側方縁部を前記各仮想剛体柱にそれぞれ接合してなるダンパー解析モデルとに分解した状態で個別にモデル化し、
前記耐震架構構造に作用させる設計外力Pのうち、前記ダンパー解析モデルの負担分Pdbを、Hを前記仮想剛体柱の高さ、Bを前記仮想剛体梁の長さ、Qをダンパーの荷重変位特性として
Pdb=(B/H)Q
とするとともに、前記RC解析モデルの負担分Prcを、
Prc=P―Pdb
とし、前記ダンパー解析モデルにPdbを、前記RC解析モデルにPrcをそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に行い、前記耐震架構構造の断面設計を行うことを特徴とする耐震架構構造の設計方法。
An RC rigid frame structure composed of a pair of columns erected at positions facing each other and a beam spanned on the top of the column, and a damper mechanism disposed in the surface of the RC rigid frame structure The damper mechanism is composed of a vertical displacement damper and a pair of triangular walls joined at the apexes on both sides of the vertical displacement damper so as to sandwich the vertical displacement damper, and the side corresponding to the bottom of each triangular wall A method for designing an earthquake-resistant frame structure in which the edge portions are respectively joined to the pair of columns, wherein the earthquake-resistant frame structure is replaced with an RC analysis model in which a rigid contact of the RC rigid frame frame is replaced with a rotary spring; The beams are replaced with virtual rigid columns and virtual rigid beams, respectively, and are joined to each other by pins, and the lower ends of the virtual rigid columns are used as pins, and the side edges of the triangular walls are respectively connected to the virtual rigid columns. Individually modeled in a disassembled state into a damper analysis model formed by joining,
Of the design external force P acting on the seismic frame structure, the load Pdb of the damper analysis model is represented as follows: H is the height of the virtual rigid column, B is the length of the virtual rigid beam, and Q is the load displacement characteristic of the damper As Pdb = (B / H) Q
And the share Prc of the RC analysis model is
Prc = P-Pdb
A method for designing a seismic frame structure, wherein an elastic-plastic analysis is performed individually by applying Pdb to the damper analysis model and Prc to the RC analysis model, respectively, and performing cross-sectional design of the seismic frame structure.
互いに対向する位置にて立設された一対のRC柱を含む構面内にダンパー機構を配置するとともに、該ダンパー機構を鉛直変位ダンパーと該鉛直変位ダンパーを挟むようにしてその両側方に頂点にてそれぞれ接合された一対の三角形状壁体とから構成し、前記各三角形状壁体の底辺に相当する側方縁部を前記一対のRC柱にそれぞれ接合してなる耐震架構構造の設計方法であって、該耐震架構構造を、前記一対のRC柱の下端を回転バネに置換したRC解析モデルと、前記一対のRC柱を仮想剛体柱にそれぞれ置換して該各仮想剛体柱の下端をピンとするとともに前記各三角形状壁体の側方縁部を前記各仮想剛体柱にそれぞれ接合してなるダンパー解析モデルとに分解した状態で個別にモデル化し、
前記耐震架構構造に作用させる設計外力Pのうち、前記ダンパー解析モデルの負担分Pdbを、Hを前記仮想剛体柱の高さ、Bを前記仮想剛体柱の配置間隔、Qをダンパーの荷重変位特性として
Pdb=(B/H)Q
とするとともに、前記RC解析モデルの負担分Prcを、
Prc=P―Pdb
とし、前記ダンパー解析モデルにPdbを、前記RC解析モデルにPrcをそれぞれ作用させて弾塑性解析を個別に行い、前記耐震架構構造の断面設計を行うことを特徴とする耐震架構構造の設計方法。
A damper mechanism is arranged in a construction surface including a pair of RC pillars erected at positions facing each other, and the damper mechanism is placed at the apexes on both sides of the vertical displacement damper so as to sandwich the vertical displacement damper. A design method for a seismic frame structure comprising a pair of triangular walls joined together, and side edges corresponding to the bases of the respective triangular walls are joined to the pair of RC columns, respectively. In addition, the seismic frame structure includes an RC analysis model in which the lower ends of the pair of RC columns are replaced with rotating springs, and the pair of RC columns are replaced with virtual rigid columns, respectively, and the lower ends of the virtual rigid columns are used as pins. Each of the triangular wall bodies is individually modeled in a state of being decomposed into a damper analysis model formed by joining each of the virtual rigid body columns,
Of the design external force P acting on the seismic frame structure, the load Pdb of the damper analysis model is represented by H, the height of the virtual rigid column, B is the arrangement interval of the virtual rigid column, and Q is the load displacement characteristic of the damper. As Pdb = (B / H) Q
And the share Prc of the RC analysis model is
Prc = P-Pdb
A method for designing a seismic frame structure, wherein an elastic-plastic analysis is performed individually by applying Pdb to the damper analysis model and Prc to the RC analysis model, respectively, and performing cross-sectional design of the seismic frame structure.
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