JP3965210B1 - Unbonded brace - Google Patents
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Abstract
【課題】座屈の完全拘束によらず、芯ブレース2が容易に高次モードに移行しやすく、よって端部座屈が生じにくい、安価にまた効率よくその性能を発揮するアンボンドブレースを提供する。
【解決手段】軸力を負担する芯ブレース2と、この芯ブレース2が挿通され座屈を制御する筒状の補剛材1と、この芯ブレース2の座屈モードが高次へ容易に移行するように、3次以上の高次モード座屈の波形の山と谷の部分で、前記芯ブレース2の外表面に設けた突起3と、この突起3と前記補剛材1との間の隙間と、を有することを特徴とするアンボンドブレースである。また、突起3は、補剛材1の内表面に設けてもよい。また、突起3を設ける代わりに、芯ブレース2自体を略波形に屈曲させてもよい。
【選択図】図1Provided is an unbonded brace that can easily shift to a higher-order mode without depending on the complete restraint of buckling, so that end buckling is unlikely to occur, and that exhibits its performance at low cost and efficiency. .
SOLUTION: A core brace 2 that bears an axial force, a cylindrical stiffener 1 through which the core brace 2 is inserted to control buckling, and a buckling mode of the core brace 2 are easily shifted to higher order. As shown in the figure, the projection 3 provided on the outer surface of the core brace 2 at the peaks and valleys of the waveform of the higher-order mode buckling of the third or higher order, and between the projection 3 and the stiffener 1 An unbonded brace characterized by having a gap. Further, the protrusion 3 may be provided on the inner surface of the stiffener 1. Further, instead of providing the protrusion 3, the core brace 2 itself may be bent into a substantially waveform.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、建築物その他の構造物において、地震力又は風力等の水平力に抵抗させる構造要素として使用する制振用座屈拘束部材であるアンボンドブレースの構造に関する。 The present invention relates to a structure of an unbonded brace which is a buckling restraining member for vibration suppression used as a structural element that resists horizontal force such as seismic force or wind force in buildings and other structures.
図11に示すように、従来、建築物その他の構造物に使用するアンボンドブレースとしては、鉄筋コンクリートや、鋼管により補強された座屈拘束用コンクリート部材を筒状の補剛材1として、その内部に鋼製軸力部材が芯ブレース2として挿通され、その軸力部材の表面とコンクリート部材との間を非付着状態とした構造のものが知られている。非付着状態とすることで、補剛材が軸力を負担しないので、引張軸力に弱いコンクリートの弱点をなくせる。しかも、通常は座屈に弱い鋼製軸力部材が座屈を拘束され、圧縮軸力に対し高い剛性と耐力を得る。
このため、圧縮軸力に対する剛性と耐力が、引張り軸力に対する場合と、ほぼ等しくなる。よって、力−変位グラフ(図示せず)における履歴特性が紡錘形となり、耐震性に優れた部材となる。
As shown in FIG. 11, conventionally, as an unbonded brace used for a building or other structure, a reinforced concrete or a concrete member for restraining buckling reinforced by a steel pipe is used as a cylindrical stiffener 1 inside. There is known a structure in which a steel axial force member is inserted as a core brace 2 and a surface between the axial force member and a concrete member is not attached. Since the stiffener does not bear the axial force, the weak point of the concrete that is weak against the tensile axial force can be eliminated. In addition, a steel axial force member that is normally weak against buckling is restrained from buckling, and high rigidity and proof stress are obtained against the compression axial force.
For this reason, the rigidity and the proof stress with respect to the compression axial force are almost equal to those with respect to the tensile axial force. Therefore, the hysteresis characteristics in the force-displacement graph (not shown) are spindle-shaped, and the member is excellent in earthquake resistance.
また、内部での座屈を生じさせない技術としては、ボルトの先端で、芯ブレースを支持し、長手方向の各部分に分割されたごとき、座屈長さを短くし、座屈を拘束する技術がある(下記特許文献1、2)。これは、補剛材に充填材を充填しなくてもよく製作が容易で補剛材が軽量になることを狙ったものである。なお、発明者は、下記の非特許文献1、2に論文を発表している。
理論上は、アンボンドブレースが圧縮軸力を負担し(図12(A−1))、この軸力を増加させ、1次モード座屈を起こす軸力となると、初期変位のために始めに中の芯ブレースがたわみ(図12(A−1))、中央部分が補剛材に接する(図12(A−2))。軸力の増加につれ芯ブレース中央の接触部分が広がり始める(図12(A−3))。ある程度接触すると、理論上はエネルギー量の低い形状への移行、すなわち高次モード座屈へ移行が始まることになる(図12(A−4))。この場合は3次モードである。 Theoretically, the unbonded brace bears the compressive axial force (FIG. 12A-1), and when this axial force is increased and the axial force that causes the primary mode buckling is reached, the initial displacement becomes the first. The core brace is bent (FIG. 12A-1), and the central portion is in contact with the stiffener (FIG. 12A-2). As the axial force increases, the contact portion at the center of the core brace begins to expand (FIG. 12 (A-3)). When contact is made to some extent, theoretically, the transition to a shape having a low energy amount, that is, the transition to higher-order mode buckling starts (FIG. 12 (A-4)). In this case, it is a tertiary mode.
しかし、実際には芯ブレース及び補剛材の初期不整が少なく表面が滑らかであることが多いので、途中までは同じ挙動であるが(図12(B−1)〜(B−3))、高次モーへの移行のきっかけが得られないまま、接触面が広がるだけとなり、やがて補剛材の両端部付近において芯ブレースが座屈することとなる(図12(B−4))。この端部座屈が生じると、圧縮軸力に対する剛性と耐力は、低下する。 However, since the surface is often smooth with few initial irregularities of the core brace and the stiffener, it is the same behavior until the middle (FIGS. 12 (B-1) to (B-3)), Without obtaining an opportunity to shift to higher order mode, the contact surface only widens, and eventually the core brace buckles near both ends of the stiffener (FIG. 12 (B-4)). When this end buckling occurs, the rigidity and proof strength against the compression axial force decrease.
圧縮軸力に対する剛性と耐力は、1次モード座屈、端部座屈、高次のモード座屈、座屈の完全拘束、の順に高くなっていく。高次のモード座屈における剛性と耐力は、高く、座屈の完全拘束におけるものとほぼ同じである。 The rigidity and proof strength against the compression axial force increase in the order of first-order mode buckling, end buckling, higher-order mode buckling, and complete buckling restraint. The stiffness and yield strength in higher order mode buckling is high and is almost the same as in full restraint of buckling.
また、特許文献1、2の技術では、補剛材の内表面に設けた多数のボルトにより、芯ブレースを支持している。
これにより、補剛材に充填材を充填しなくてもよく製作が容易で補剛材が軽量になることを狙ったものである。そのボルト数の多さ、及びボルトと芯ブレースの間に隙間を設けていないことから、芯ブレースの撓みを完全に抑制し内部での座屈防止(座屈の完全拘束)を図るものであることは明らかである。
In the techniques of Patent Documents 1 and 2, the core brace is supported by a large number of bolts provided on the inner surface of the stiffener.
Thus, it is not necessary to fill the stiffener with a filler, which is easy to manufacture and is aimed at reducing the weight of the stiffener. Because of the large number of bolts and the absence of a gap between the bolt and the core brace, the deflection of the core brace is completely suppressed to prevent internal buckling (full restraint of buckling). It is clear.
ところが、高次のモード座屈へ移行ができないと、前述したように、端部座屈が生じやすくなるのと同じように 特許文献1、2の技術のように座屈の完全拘束を図る構造にすると、やはり端部座屈が生じやすくなる。また、これを防止するために、補剛材から露出した芯ブレースの長さを非常に短くすることは、この露出部分に建物への取り付け部分があるなどのことから、困難である。このため圧縮軸力に対し、芯ブレースはほとんど変形せず(図12(C−1)(C−2))、やがて補剛材の両端部付近において芯ブレースが座屈することとなる(図12(C−3))。 However, if the transition to higher-order mode buckling is not possible, as described above, as in the case where end buckling is likely to occur, a structure for completely restraining buckling as in the techniques of Patent Documents 1 and 2. In this case, end buckling is likely to occur. Moreover, in order to prevent this, it is difficult to make the length of the core brace exposed from the stiffener very short because there is a part attached to the building in the exposed part. For this reason, the core brace hardly deforms with respect to the compression axial force (FIGS. 12C-1 and C-2), and eventually the core brace buckles near both ends of the stiffener (FIG. 12). (C-3)).
端部座屈をするとアンボンドブレースの所要の性能(圧縮時と引っ張り時の剛性が等しい)が得られなくなるため、端部での座屈は避けなければならない。そのためにはこれまでは、端部でのプレートによる補強やブレース端部における断面の増大などの措置が行われてきた。これらの補強は端部での座屈を防止するために、補剛材内部まで行う必要があるため、ブレースの製作や補剛材の加工が必要となってしまい、アンボンドブレースの製造コストを高めてしまう。 If the end buckling is performed, the required performance of the unbonded brace (equal rigidity during compression and pulling) cannot be obtained, so buckling at the end must be avoided. To that end, measures have been taken so far, such as reinforcement with plates at the ends and an increase in cross section at the ends of the braces. In order to prevent buckling at the edges, these reinforcements need to be carried out to the inside of the stiffener, which necessitates the production of braces and the processing of stiffeners, increasing the manufacturing cost of unbonded braces. End up.
そこで、この発明は、座屈の完全拘束によらず、芯ブレースが容易に高次モードに移行しやすく、よって端部座屈が生じにくい、安価にまた効率よくその性能を発揮するアンボンドブレースを提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides an unbonded brace that can easily shift to a higher-order mode without depending on the complete restraint of buckling, and therefore, end buckling is unlikely to occur, and that exhibits its performance inexpensively and efficiently. The issue is to provide.
以上の課題を解決するために、第一発明は、軸力を負担する芯ブレースと、この芯ブレースが挿通され座屈を制御する筒状の補剛材と、この芯ブレースの座屈モードが高次へ容易に移行するように、3次以上の高次モード座屈の波形の山と谷の部分で、前記芯ブレースの外表面に設けた突起と、この突起と前記補剛材との間の隙間と、を有することを特徴とするアンボンドブレースである。
第二発明は、軸力を負担する芯ブレースと、この芯ブレースが挿通され座屈を制御する筒状の補剛材と、この芯ブレースの座屈モードが高次へ容易に移行するように、3次以上の高次モード座屈の波形の山と谷の部分で、前記補剛材の内表面に設けた突起と、この突起と前記芯ブレースとの間の隙間と、を有することを特徴とするアンボンドブレースである。
第三発明は、さらに、軸力を負担する芯ブレースと、この芯ブレースが挿通され座屈を制御する筒状の補剛材と、この芯ブレースの座屈モードが高次へ容易に移行するように、3次以上の高次モード座屈の波形の山と谷の部分で、前記芯ブレース自体を略波形に屈曲させた初期不整と、この初期不整の波形の山と谷の部分と前記補剛材との間の隙間と、を設けたことを特徴とするアンボンドブレース である。
第四発明は、さらに、前記複数の突起あるいは前記初期不整の波形の山と谷の部分と補剛材との間の隙間は、中央のものが一番大きく、端へ行くに従い順に小さくなることを特徴とするアンボンドブレースである。
In order to solve the above-described problems, the first invention includes a core brace that bears an axial force, a cylindrical stiffener that is inserted through the core brace and controls buckling, and a buckling mode of the core brace. A projection provided on the outer surface of the core brace at the peak and valley portions of the waveform of the higher-order mode buckling of the third order or higher, and the projection and the stiffener An unbonded brace characterized by having a gap between them.
In the second invention, a core brace that bears an axial force, a cylindrical stiffener that is inserted through the core brace to control buckling, and a buckling mode of the core brace is easily shifted to a higher order. Having a protrusion provided on the inner surface of the stiffener at the crest and trough portions of the third or higher order mode buckling waveform, and a gap between the protrusion and the core brace. It is an unbonded brace.
The third invention further includes a core brace that bears an axial force, a cylindrical stiffener that is inserted through the core brace to control buckling, and a buckling mode of the core brace easily shifts to a higher order. As described above, an initial irregularity obtained by bending the core brace itself into a substantially corrugated portion at the peak and trough portions of the higher-order mode buckling waveform of the third order or higher, and a peak and trough portion of the initial irregular waveform, An unbonded brace characterized by providing a gap with a stiffener.
According to the fourth aspect of the present invention, the gap between the plurality of protrusions or the ridges and valleys of the initial irregular waveform and the stiffener is the largest at the center, and gradually decreases toward the end. An unbonded brace characterized by
第一発明によれば、圧縮軸力を負担し(図1(D−1))、この軸力を増加させると、芯ブレース中央部分の突起が接触し(図1(D−2))、この接触により芯ブレースが軸方向(以下Y方向という)に直角な方向(以下X方向という)へ押され、これをきっかけとして、その後突起の両側の変形が進む(図1(D−3))ことにより、3次モードが形成されることになる。
3次以上の高次モード座屈の波形の山と谷の部分で突起を設けることで、同様の接触と変形の事象が、芯ブレースの突起により次々と生じ、容易に高次モードに移行する。さらに、高次の程度を進ませ、突起の数を多くすることで、芯ブレースの座屈長さは、やがて塑性座屈長さまで短くすることが可能となり、容易にアンボンドブレースの性能を発揮させることができる。
According to the first invention, the compression axial force is borne (FIG. 1 (D-1)), and when this axial force is increased, the protrusion at the center portion of the core brace contacts (FIG. 1 (D-2)), By this contact, the core brace is pushed in a direction (hereinafter referred to as X direction) perpendicular to the axial direction (hereinafter referred to as Y direction), and this causes the deformation of both sides of the protrusion thereafter (FIG. 1 (D-3)). As a result, a tertiary mode is formed.
By providing protrusions at the peaks and troughs of the higher and higher order mode buckling waveforms, similar contact and deformation events occur one after another by the core brace protrusions, and easily shift to the higher order mode. . Furthermore, by increasing the degree of higher order and increasing the number of protrusions, the buckling length of the core brace can be shortened to the plastic buckling length, and the performance of the unbonded brace is easily demonstrated. be able to.
同様に第二発明によれば、圧縮軸力を負担し、この軸力を増加させると、補剛材の中央部分の突起が芯ブレースに接触し、この接触により芯ブレースが軸方向(以下Y方向という)に直角な方向(以下X方向という)へ押され、これをきっかけとして、その後突起の両側の変形が進むことにより、3次モードが形成されることになる。
3次以上の高次モード座屈の波形の山と谷の部分で突起を設けることで、同様の接触と変形の事象が、補剛材の突起により次々と生じ、容易に高次モードに移行する。さらに、高次の程度を進ませ、突起の数を多くすることで、芯ブレースの座屈長さは、やがて塑性座屈長さまで短くすることが可能となり、容易にアンボンドブレースの性能を発揮させることができる。
Similarly, according to the second invention, when the compression axial force is borne and the axial force is increased, the projection of the central portion of the stiffener contacts the core brace, and this contact causes the core brace to move in the axial direction (hereinafter referred to as Y). 3rd order mode is formed by pushing in a direction (hereinafter referred to as X direction) perpendicular to the direction (hereinafter referred to as “direction”) and then causing deformation on both sides of the protrusion.
By providing protrusions at the peaks and valleys of the higher and higher order mode buckling corrugations, similar contact and deformation events occur one after another due to the stiffener protrusions, making it easier to enter higher order modes. To do. Furthermore, by increasing the degree of higher order and increasing the number of protrusions, the buckling length of the core brace can be shortened to the plastic buckling length, and the performance of the unbonded brace is easily demonstrated. be able to.
同様に第三発明によれば、圧縮軸力を負担し、この軸力を増加させると、補剛材へ、芯ブレースの初期不整の波形の山と谷の部分が接触し、この接触により芯ブレースが軸方向(以下Y方向という)に直角な方向(以下X方向という)へ押され、これをきっかけとして、その後、接触した両側の変形が進むことにより、3次モードが形成されることになる。
3次以上の高次モード座屈の波形の山と谷の部分で屈曲を設けることで、同様の接触と変形の事象が、補剛材の屈曲により次々と生じ、容易に高次モードに移行する。さらに、高次の程度を進ませ、屈曲の数を多くすることで、芯ブレースの座屈長さは、やがて塑性座屈長さまで短くすることが可能となり、容易にアンボンドブレースの性能を発揮させることができる。
Similarly, according to the third aspect of the present invention, when the compression axial force is borne and the axial force is increased, the ridge and valley portions of the initial irregular waveform of the core brace come into contact with the stiffener, and this contact causes the core. The brace is pushed in a direction perpendicular to the axial direction (hereinafter referred to as the Y direction) (hereinafter referred to as the X direction), and this is used as a trigger, and then deformation on both sides in contact proceeds to form a tertiary mode. Become.
By providing bends at the peaks and valleys of the higher and higher order mode buckling waveforms, similar contact and deformation events occur one after another due to the bending of the stiffener and easily transition to higher order modes. To do. Furthermore, by increasing the degree of higher order and increasing the number of bends, the buckling length of the core brace can be shortened to the plastic buckling length, and the performance of the unbonded brace is easily demonstrated. be able to.
第四発明によれば、複数の突起(第一又は第二発明)あるいは初期不整の波形の山と谷の部分(第三発明)と補剛材との間の隙間は、中央のものが一番大きく、端へ行くに従い順に小さくなることから、圧縮軸力の負担に伴い、接触は、中央の突起(第一又は第二発明)あるいは波形の山と谷の部分(第三発明)がはじめに接触し、次に端のものが順に接触する。このため順に高次モードの座屈に移行する挙動が、スムーズに行われうる。 According to the fourth invention, the gap between the plurality of protrusions (the first or second invention) or the peak and valley portions of the irregular waveform (the third invention) and the stiffener is the same at the center. Since it becomes the largest and decreases in order as it goes to the end, with the load of the compression axial force, the contact begins with the central protrusion (first or second invention) or the peak and valley portions of the corrugation (third invention). Touch, then the end ones in turn. For this reason, the behavior of transitioning to higher-order mode buckling in order can be performed smoothly.
(第一実施形態)
この発明の第一実施形態を、図1、図2に示す。
軸力を負担する芯ブレース2は鉄製の矩形断面の棒材である。この芯ブレース2が挿通され、矩形断面の筒状を有する補剛材1も鉄製である。この芯ブレース2が3次の高次モード座屈を起こしたときに、座屈の形状の波形の山と谷の部分になる位置は、芯ブレース2の全長寸法によって決まる。そのW字形の波の山と谷の部分で、従って合計3箇所で、芯ブレース2の外表面に突起3を設ける。この突起3は、細長い円柱状の鉄棒で、芯ブレース2の外表面にそって溶接される。この突起3による接触で高次モードへの移行のきっかけができる。補剛材1は筒内部の断面積が大きめであり、よって、突起3と前記補剛材1との間の隙間を有する。この隙間によりX方向への変位が容易で、高次モードへの移行が行われる。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention is shown in FIGS.
The core brace 2 that bears the axial force is an iron rectangular cross-section bar. The stiffener 1 having a cylindrical shape with a rectangular cross section inserted through the core brace 2 is also made of iron. When the core brace 2 undergoes third-order higher-order mode buckling, the position of the peak and valley portions of the corrugated shape is determined by the overall length of the core brace 2. Protrusions 3 are provided on the outer surface of the core brace 2 at the peaks and valleys of the W-shaped wave, and therefore at a total of three locations. The protrusion 3 is an elongated cylindrical iron bar and is welded along the outer surface of the core brace 2. The contact with the projection 3 can trigger the transition to a higher mode. The stiffener 1 has a larger cross-sectional area inside the cylinder, and thus has a gap between the protrusion 3 and the stiffener 1. Due to this gap, displacement in the X direction is easy, and a transition to a higher-order mode is performed.
図1に示すように、この実施形態では、両端に圧縮軸力を負担し(図1(D−1))、この軸力を増加させると、芯ブレース中央部分の突起3が接触し(図1(D−2))する。この接触により芯ブレース2が軸方向(Y方向)に直角な方向(X方向)へ押され、これをきっかけとして、その後突起3の両側の変形が進み(図1(D−3))、W字形の波形の3次モード座屈が起きる。 As shown in FIG. 1, in this embodiment, compression axial force is borne at both ends (FIG. 1 (D-1)), and when this axial force is increased, the protrusion 3 at the center portion of the core brace comes into contact (FIG. 1). 1 (D-2)). By this contact, the core brace 2 is pushed in a direction (X direction) perpendicular to the axial direction (Y direction), and this causes the deformation of both sides of the protrusion 3 to proceed thereafter (FIG. 1 (D-3)). The third-order mode buckling of the letter-shaped waveform occurs.
「比較説明による第一実施形態の効果」
図12と図1とに基づいて、一般的な理論的な座屈と、実際の先行技術による座屈と、芯ブレース2を多数のボルトによって支持した特殊な先行技術による座屈との比較説明により、この第一実施形態の効果を示す。
"Effect of the first embodiment by comparison explanation"
Based on FIG. 12 and FIG. 1, a comparison between general theoretical buckling, actual prior art buckling, and special prior art buckling in which the core brace 2 is supported by a number of bolts. Thus, the effect of the first embodiment is shown.
理論的な座屈は、アンボンドブレースが圧縮軸力を負担すると(図12(A−1))、芯ブレース2には製作誤差による初期のたわみが存在する。この軸力を増加させ、1次モード座屈を起こす軸力となると、初期変位のために始めに中の芯ブレース2がたわみ(図12(A−1))、中央部分が補剛材1に接する(図12(A−2))。軸力の増加につれ芯ブレース2中央の接触部分が広がり始め(図12(A−3))、2次モードに移行(分岐)する。ある程度接触すると、理論上はエネルギー量の低い、安定した形状への移行、すなわち3次モード座屈へ移行が始まることになる(図12(A−4)、この場合は3次モード)。 In theoretical buckling, when the unbonded brace bears the compression axial force (FIG. 12A-1), the core brace 2 has an initial deflection due to manufacturing errors. When this axial force is increased to become an axial force that causes primary mode buckling, the inner core brace 2 is first bent due to the initial displacement (FIG. 12A-1), and the central portion is the stiffener 1 (FIG. 12A-2). As the axial force increases, the contact portion at the center of the core brace 2 begins to expand (FIG. 12 (A-3)) and shifts to the secondary mode (branch). When contact is made to some extent, the transition to a stable shape with a low energy amount, that is, the third-order mode buckling starts theoretically (FIG. 12 (A-4), in this case, the third-order mode).
実際の先行技術による座屈は、通常は芯ブレース及び補剛材1の初期不整が少なく表面が滑らかであることが多いので、途中までは同じ挙動であるが(図12(B−1)〜(B−3))、3次モーへの移行のきっかけが得られないまま、接触面が広がるだけとなり、やがて補剛材1の両端部付近において芯ブレース2が座屈する端部座屈を生じることとなる(図12(B−4))。 The actual buckling according to the prior art usually has the same behavior until the middle because there are few initial irregularities of the core brace and the stiffener 1 and the surface is often smooth (FIG. 12 (B-1)). (B-3)) The contact surface is only widened without an opportunity to shift to the tertiary mode, and eventually end buckling occurs in which the core brace 2 buckles in the vicinity of both ends of the stiffener 1. (FIG. 12 (B-4)).
特許文献1、2に開示される芯ブレース2を多数のボルトによって支持した特殊な先行技術による座屈は、圧縮軸力に対し、芯ブレース2はほとんど変形せず(図12(C−1)(C−2))、やがて補剛材1の両端部付近において芯ブレース2が座屈することとなる(図12(C−3))。 The buckling according to a special prior art in which the core brace 2 disclosed in Patent Documents 1 and 2 is supported by a large number of bolts hardly deforms against the compression axial force (FIG. 12 (C-1)). (C-2)) Eventually, the core brace 2 buckles in the vicinity of both ends of the stiffener 1 (FIG. 12 (C-3)).
これらに対して、この第一実施形態では、アンボンドブレースが圧縮軸力を負担し(図1(D−1)、芯ブレース2には製作誤差による初期のたわみが存在する)、この軸力を増加させると、芯ブレース中央部分の突起3が接触し(図1(D−2))する。この接触により芯ブレース2が軸方向(以下Y方向という)に直角な方向(以下X方向という)へ押される。これにより、3次モード形状をあらかじめ形成したことになる。
すなわち、突起3による接触で移行のきっかけができる。また、突起3により隙間ができるのでX方向への変位が容易で、移行が可能になる。さらに軸力を増加させると、エネルギー的に安定な形状な3次モードに実際に移行する。
On the other hand, in this first embodiment, the unbonded brace bears the compression axial force (FIG. 1 (D-1), and the core brace 2 has an initial deflection due to manufacturing error), and this axial force is When increased, the protrusion 3 at the center portion of the core brace comes into contact (FIG. 1 (D-2)). By this contact, the core brace 2 is pushed in a direction (hereinafter referred to as X direction) perpendicular to the axial direction (hereinafter referred to as Y direction). Thus, the tertiary mode shape is formed in advance.
That is, the transition can be triggered by contact with the protrusion 3. Further, since the gap is formed by the protrusion 3, the displacement in the X direction is easy and the transition is possible. When the axial force is further increased, the mode is actually shifted to the energetically stable third-order mode.
このようにして、座屈の完全拘束によらず、芯ブレース2が容易に3次モード座屈へ移行しやすくし、よって端部座屈が生じにくい、安価にまた効率よくその性能を発揮する。
なお、従来のように端部で座屈をするとアンボンドブレースの所要の性能(圧縮時と引っ張り時の剛性が等しい)が得られなくなるため、端部での座屈は避けなければならない。そのためにはこれまでは、端部でのプレートによる補強やブレース端部における断面の増大などの措置が行われてきた。これらの補強は端部での座屈を防止するために、補剛材1内部まで行う必要があるため、ブレースの製作や補剛材1の加工が必要であるが、この実施形態によれば、それらの措置をすることなく或いはきわめて少ない手間でアンボンドブレースの性能を得ることが可能となる。
In this way, the core brace 2 easily shifts to the third-order mode buckling regardless of the complete restraint of buckling, so that the end buckling is unlikely to occur, and its performance is exhibited at low cost and efficiently. .
If the buckling is performed at the end as in the prior art, the required performance of the unbonded brace (equal rigidity during compression and pulling) cannot be obtained. Therefore, buckling at the end must be avoided. To that end, measures have been taken so far, such as reinforcement at the end by a plate and increase in cross section at the end of the brace. Since these reinforcements need to be performed up to the inside of the stiffener 1 in order to prevent buckling at the ends, it is necessary to manufacture braces and process the stiffener 1, but according to this embodiment, Thus, it is possible to obtain the performance of the unbonded brace without taking these measures or with very little effort.
(高次モードの説明)
以上の第一実施形態では、座屈のモードは3次であったが、この発明の実施形態として実施可能な高次モードの座屈は、3次に限らない。図3において例を説明する。
すなわち、図のE-1からE-4は、加力支持条件がピン接合の場合の高次モードを示している。これらの図E-1からE-4はそれぞれ4次モードから7次モードである。加力支持条件が固定接合の場合の高次モードについては、同様にF-1からF-4に示している。ここで、F-1からF-4はそれぞれ3次から6次モードである。図のEとFの違いは、加力点がピン接合の場合は、加力点のモード性状が波形の節であるのに対し、両端固定の場合は、波形の山あるいは谷であることが異なっているだけの違いである。
(Explanation of higher mode)
In the above first embodiment, the buckling mode is the third order, but the higher order mode buckling that can be implemented as the embodiment of the present invention is not limited to the third order. An example will be described with reference to FIG.
That is, E-1 to E-4 in the figure indicate higher-order modes when the force support condition is pin bonding. These FIGS. E-1 to E-4 are the fourth to seventh modes, respectively. The higher-order modes when the force support condition is fixed joining are similarly shown in F-1 to F-4. Here, F-1 to F-4 are the third to sixth modes, respectively. The difference between E and F in the figure is that when the force point is a pin joint, the mode characteristic of the force point is a wave-shaped node, whereas when both ends are fixed, it is a wave peak or valley. It ’s just a difference.
また、図のGは特許文献1、2の例によるモードを示す。すなわち、ボルト等により芯ブレース中央を拘束した場合の軸力と変形の関係を模式的に表したものである。この状態で圧縮軸力を載荷すると(G-1)、中央部分の変位が拘束されているために図G-2のようにS字形状となる。いわばモードは2次である。さらに加力しても、補剛材が滑らかなためにモードが高次に分岐することなく、ブレースの接触部分が広がるだけである。(図G-3)。最終的にはG-4のように両側端部が座屈することになる。 Moreover, G of the figure shows the mode by the example of patent document 1,2. That is, the relationship between the axial force and deformation when the center of the core brace is constrained by a bolt or the like is schematically shown. When a compressive axial force is loaded in this state (G-1), the displacement of the central portion is constrained, resulting in an S-shape as shown in Fig. G-2. In other words, the mode is secondary. Even if the force is further applied, since the stiffener is smooth, the mode does not branch into higher order, and the contact portion of the brace only expands. (Figure G-3). Eventually, both ends will buckle like G-4.
(第二実施形態)
この発明の第二実施形態による比較実験を、図4〜図7に示す。
この実験は、コンピュータを用いた有限要素法による解析に基づくシミュレーション実験であり、第二実施形態は、その実験モデルで4次モード座屈を起こすためのものである。補剛材1は実際には筒状であるが、解析を容易にするために、図4(C)に示すように、芯ブレース2を補剛する2枚の板材とした。図4中、比較例として従来型の突起3のないものを図4(A)とした。この第二実施形態を図4(B)とし、芯ブレース2が4次モード形状をあらかじめ形成するように突起3を設定する。
(Second embodiment)
Comparative experiments according to the second embodiment of the present invention are shown in FIGS.
This experiment is a simulation experiment based on an analysis by a finite element method using a computer, and the second embodiment is for causing fourth-order mode buckling in the experimental model. The stiffener 1 is actually cylindrical, but in order to facilitate the analysis, as shown in FIG. 4C, two plate members for stiffening the core brace 2 were used. In FIG. 4, a comparative example without the conventional projection 3 is shown in FIG. This second embodiment is shown in FIG. 4B, and the protrusions 3 are set so that the core brace 2 forms a quaternary mode shape in advance.
すなわち、4次モード座屈を起こしたときに、座屈の形状の波形の山と谷の部分になる位置は、芯ブレース2の全長寸法によって決まるので、その各位置で、従って合計5箇所で、芯ブレース2の外表面に突起3を設ける。この突起3は、高さPと幅Dが突起3により異なる。この突起3による接触で4次モードへの移行のきっかけができる。補剛材1は筒内部の断面積が大きめであり、よって、突起3と補剛材1との間の隙間を有する。この隙間によりX方向への変位が容易で、高次モードへの移行が行われる。突起3の高さPは、中央のものP1が一番高く、端へ行くに従いP2、P3と順に低くなる。これにより、これらの突起3と補剛材1との間の隙間は、中央のものが一番大きく、端へ行くに従い順に小さくなる。 That is, when quaternary mode buckling occurs, the positions of the peaks and valleys of the corrugated shape of the buckling are determined by the overall length of the core brace 2, so at each of these positions, and therefore at a total of five locations. The protrusion 3 is provided on the outer surface of the core brace 2. The protrusion 3 has a different height P and width D depending on the protrusion 3. The contact with the protrusion 3 can trigger the transition to the fourth mode. The stiffener 1 has a larger cross-sectional area inside the cylinder, and therefore has a gap between the protrusion 3 and the stiffener 1. Due to this gap, displacement in the X direction is easy, and a transition to a higher-order mode is performed. The height P of the protrusion 3 is the highest at the center P1, and decreases in order of P2 and P3 toward the end. Thereby, the clearance gap between these protrusion 3 and the stiffener 1 is the largest in the center, and becomes small in order as it goes to an end.
1.有限要素法による解析により比較実験を行った。
芯ブレース2に突起3を使用した場合と使用しない場合の解析を有限要素法によって行った。解析モデルを図4、図5に示す。
解析は2種類のモデルとした。すなわち
図4(A):突起3なしモデル
図4(B):突起3ありモデル(5箇所)
図の中央のDxB断面を有する部材が芯ブレース2である。各突起3の形状は図(B)において、中央を挟んで左右対称であり、中央から端に向かって順に、P1xD1、P2xD2、P3xD3の形状となる。
1. A comparative experiment was performed by analysis using the finite element method.
Analysis with and without the protrusion 3 on the core brace 2 was performed by the finite element method. The analysis model is shown in FIGS.
Two kinds of models were used for analysis. That is, FIG. 4 (A): Model without projection 3 FIG. 4 (B): Model with projection 3 (5 locations)
A member having a DxB cross section in the center of the figure is the core brace 2. In FIG. (B), the shape of each protrusion 3 is symmetrical with respect to the center, and becomes the shape of P1xD1, P2xD2, and P3xD3 in order from the center to the end.
2「解析概要」
2.1 解析プログラム
本解析では汎用解析コードANSYS8.1を用いた。解析概要は以下の通りである。
2.1.1 材料特性
芯ブレース2の材質にはSS400を想定し図5(A)の特性を有するバイリニアー型を仮定した。補剛材1は芯ブレース2の座屈を十分拘束できるように芯ブレース2の1000倍の剛性を有する弾性体と設定した。
2 “Analysis Overview”
2.1 Analysis program The general analysis code ANSYS8.1 was used in this analysis. The outline of the analysis is as follows.
2.1.1 Material characteristics The material of the core brace 2 is assumed to be SS400, and a bilinear type having the characteristics shown in FIG. The stiffener 1 was set as an elastic body having a rigidity 1000 times that of the core brace 2 so that the buckling of the core brace 2 can be sufficiently restrained.
2.1.2解析モデル
モデル形状を図4に試験体一覧を図5(B)に掲げる。図4において、比較例の(A)とこの実施形態の(B)とは、材料特性、形状は等しく、その違いは芯ブレース2に付け加えられた突起3である。この突起3は補剛材1と芯ブレース2の不均一性をモデル化したものである((B))。一方(A)タイプは芯ブレース2が初期撓みを有するものの補剛材1と芯ブレース2の表面は全く滑らかなモデルである。(A)タイプは(B)タイプから突起3を取り除くことにより作成している。
2.1.2 Analytical model Fig. 4 shows the model shape and Fig. 5B shows the list of specimens. In FIG. 4, (A) of the comparative example and (B) of this embodiment have the same material characteristics and shape, and the difference is the protrusion 3 added to the core brace 2. This protrusion 3 models the nonuniformity of the stiffener 1 and the core brace 2 ((B)). On the other hand, the type (A) is a model in which the surfaces of the stiffener 1 and the core brace 2 are quite smooth although the core brace 2 has initial deflection. The (A) type is created by removing the protrusion 3 from the (B) type.
試験体解析モデル
間隙eは(B)突起モデルの場合は、最大突起(J3)から補剛材1の内側までの距離を、(A)均一モデルの場合は、芯ブレース外端部から補剛材内側までの距離を示す。そのため(B)タイプの補剛材内側の距離eは(A)タイプのモデルと比較して14mmと大きくなっている。これらの突起配置は芯ブレース2の両側に材軸方向の間隔(L2)を均一にして、片面5箇所計10箇所取り付けている。大きさは、中央(J1)がP×D=12mm×18mm、最両端が(J3)4mm×18mm、中間(J2)の2箇所が8mm×18mmと変化させている。
Specimen analysis model The clearance e is the distance from the maximum protrusion (J3) to the inside of the stiffener 1 for the (B) protrusion model, and (A) the stiffening from the outer end of the core brace for the uniform model. Indicates the distance to the inside of the material. For this reason, the distance e inside the (B) type stiffener is 14 mm larger than that of the (A) type model. These protrusions are arranged on both sides of the core brace 2 with a uniform space (L2) in the axial direction of the material, with 5 points on one side for a total of 10 points. The center (J1) is changed to P × D = 12 mm × 18 mm, the extreme ends (J3) 4 mm × 18 mm, and the middle (J2) are 8 mm × 18 mm.
突起間隔(L2)は780mmで突起間隔の細長比(λ)は60である。突起付ブレース及び補剛材1とも並進2自由度を有する中間点のある二次元ソリッドを用い、芯ブレース2は幅Bを5層に分割した。芯ブレース2の境界条件は、下端部が完全固定、上端部は端部の回転を拘束するため横方向変位を拘束した幅Bと同じ長さの部材を加え、この上面中央に集中荷重を載荷している。芯ブレース初期不整形状はモデル(A)、(B)共に線形座屈解析の一次モードとし、大きさはその振幅を1mmとした。芯ブレース2への載荷方法は単調載荷とし最終荷重は線形座屈荷重の4倍を想定し1015kNとした。 The protrusion interval (L2) is 780 mm, and the slenderness ratio (λ) of the protrusion interval is 60. Both the brace with protrusions and the stiffener 1 were made of a two-dimensional solid with an intermediate point having two translational degrees of freedom, and the core brace 2 was divided into five layers with a width B. The boundary condition of the core brace 2 is that the lower end is completely fixed, and the upper end is constrained to rotate at the end. is doing. The initial irregular shape of the core brace was the primary mode of linear buckling analysis in both models (A) and (B), and the amplitude was 1 mm. The loading method to the core brace 2 was monotonic loading, and the final load was 1015kN assuming 4 times the linear buckling load.
3.解析結果
3.1 突起モデル
弾塑性解析結果によるモードの主要な分岐を示したものを図6(a)から(f)に掲げる。変形の出力にあたっては、芯ブレース2と補剛材1の間隔が600mmになるように約300倍に拡大している。また、図中の数値は解析結果の出力の反作用値を示している。圧縮軸力は、図中順に、(a)90kN(b)393kN(c)522kN(d)792kN(e)987kN(f) 最終、とした。
3. Analysis results 3.1 Protrusion model
Figures 6 (a) to 6 (f) show the main branches of the modes based on the elasto-plastic analysis results. In the output of the deformation, the distance between the core brace 2 and the stiffener 1 is increased by about 300 times so that the distance is 600 mm. Moreover, the numerical value in the figure has shown the reaction value of the output of an analysis result. The compression axial force was (a) 90 kN (b) 393 kN (c) 522 kN (d) 792 kN (e) 987 kN (f) final in order in the figure.
変形の移り変わりは以下のようになった。始めに芯ブレース中央部分が座屈のため横方向変位を生じる(図6(a))。その後、荷重の増加と共に横変位が進展し、中央部分の突起3が補剛材1に接触する(図6(b))。荷重を増加させるにつれて、一度上端部が左側に移動し、ややS字形状を呈した後S字形状の上部分が元に戻り(図6(c))となる。その後、芯ブレース2と補剛材1の接触部分の拡大が広がり始める(図6(d))。ある程度芯ブレースの接触面が広がると中央突起の近傍の両側が突起部分より横方向に変形が進行し「く」の字形状となる。つまり突起3J3により芯ブレース2の変形が不均一となりモードの分岐が生じ始める(図6(e))。このモードに達したのちすぐに最終形状に達した(図6(f))。
なお、これらの突起3と補剛材1との間の隙間は、中央のものが一番大きく、端へ行くに従い順に小さくなるので、中央の突起3(J3)がはじめに接触し、次の突起3(J2)、3(J1)が順に接触する。(a)(b)(c)(d)(e)(f)の順に高次モードの座屈に移行する挙動が、スムーズに行われうる。
The transition of deformation is as follows. First, the central portion of the core brace is buckled, causing lateral displacement (FIG. 6 (a)). Thereafter, the lateral displacement progresses as the load increases, and the projection 3 in the central portion comes into contact with the stiffener 1 (FIG. 6B). As the load is increased, the upper end portion once moves to the left side, and after exhibiting a slightly S shape, the upper portion of the S shape returns to the original state (FIG. 6 (c)). Thereafter, the expansion of the contact portion between the core brace 2 and the stiffener 1 begins to spread (FIG. 6 (d)). When the contact surface of the core brace spreads to some extent, both sides in the vicinity of the central protrusion are deformed in the lateral direction from the protrusion and become a “<” shape. That is, the protrusion 3J3 causes the deformation of the core brace 2 to become non-uniform, and mode branching begins to occur (FIG. 6 (e)). Immediately after reaching this mode, the final shape was reached (FIG. 6 (f)).
The gap between the protrusions 3 and the stiffener 1 is the largest at the center and gradually decreases toward the end, so the center protrusion 3 (J3) comes into contact first, and the next protrusion 3 (J2) and 3 (J1) contact in order. The behavior of shifting to higher-order mode buckling in the order of (a), (b), (c), (d), (e), and (f) can be performed smoothly.
3.2 均一モデル
補剛材1と芯ブレース2が滑らかで不均一性がないモデル(A)の変形図を図7(a)から(c)に掲げる。これらの変形図の出力にあたっては、芯ブレース2と補剛材1の間隔が600mmになるように約43倍に拡大している。拡大率が(B)モデルと異なっているため芯ブレース上端部の縦方向変形量が大きく異なって見える。圧縮軸力は、図中順に、(a)186 kN(b) 251 kN(c) 最終とした。
3.2 Uniform model Fig. 7 (a) to Fig. 7 (c) show deformation views of the model (A) in which the stiffener 1 and the core brace 2 are smooth and have no non-uniformity. In the output of these modified drawings, the distance between the core brace 2 and the stiffener 1 is enlarged about 43 times so that the distance between the core brace 2 and the stiffener 1 is 600 mm. Since the enlargement ratio is different from the model (B), the vertical deformation amount of the upper end portion of the core brace appears to be greatly different. The compression axial force was (a) 186 kN (b) 251 kN (c) final in the order in the figure.
突起モデル同様、荷重の増加とともに、芯ブレース2中央に存在する初期撓みのために、横方向変位が進み(図7(a))、その後、中央部分が補剛材1に接触する(図7(b))。しかし不均一性がないために、エネルギー的に安定な高次のモードに分岐することなく、荷重の増加にたいして変形は中央部分と補剛材1の接触部分が拡大するのみである。この傾向は最終状況(図7(c))まで続き、接触を考慮しただけでは多くの実験結果を反映した解析とはならないことが判明した。 As with the protrusion model, as the load increases, the lateral displacement advances due to the initial deflection existing in the center of the core brace 2 (FIG. 7 (a)), and thereafter the central portion contacts the stiffener 1 (FIG. 7). (b)). However, since there is no non-uniformity, the deformation only expands the contact portion between the central portion and the stiffener 1 as the load increases without branching to a higher-order mode that is stable in terms of energy. This trend continued until the final situation (FIG. 7 (c)), and it was found that simply considering contact did not result in an analysis reflecting many experimental results.
4.まとめ
精緻なアンボンドブレースの挙動を得る目的のために芯ブレース2と補剛材1を有限要素法による接触解析を行った結果以下のことが判明した。(1)補剛材1と芯ブレース2に不均一性がない場合モードの分岐が発生せず、波状の変形(高次モード座屈)とならない。(2)不均一性をモデル化するために芯ブレース2に突起3を設けることにより、モードの分岐が発生し、高次モードを生じ実験結果を反映しているといえる。
4). Summary As a result of contact analysis of the core brace 2 and the stiffener 1 by the finite element method for the purpose of obtaining precise unbonded brace behavior, the following has been found. (1) When there is no non-uniformity between the stiffener 1 and the core brace 2, no mode branching occurs and no wave-like deformation (high-order mode buckling) occurs. (2) By providing the protrusion 3 on the core brace 2 in order to model the non-uniformity, it can be said that mode branching occurs and a higher-order mode is generated to reflect the experimental results.
「他の実施形態」
以上の実施形態では、突起3は、細長い円柱状の鉄棒であったが、他の実施形態では、半球形状でも良い。
以上の実施形態では、芯ブレース2の形状は、矩形断面のプレートであったが、他の実施形態では、円柱状の鉄棒を使用することもできる。その場合には、補剛材1は円筒状、または正方形の筒状とし、突起4は、円柱状の鉄棒の円周を囲むようなリング状の突起とすることが望ましい。
"Other embodiments"
In the above embodiment, the protrusion 3 is an elongated cylindrical iron rod. However, in other embodiments, a hemispherical shape may be used.
In the above embodiment, the shape of the core brace 2 is a plate having a rectangular cross section. However, in another embodiment, a cylindrical iron rod can be used. In that case, it is desirable that the stiffener 1 is a cylinder or a square cylinder, and the protrusion 4 is a ring-shaped protrusion surrounding the circumference of a columnar iron rod.
以上の実施形態では、座屈は、3次モード、又は4次モードであったが、他の実施形態では、5次以上のモードにすることができる(図8参照)。すなわち、5次以上の高次モード座屈の波形の山と谷の部分で突起3を設けることで、上述した接触と変形の事象が、次々と生じ、容易に高次モードに移行させることができる。すなわち、高次のモードを進ませ、突起3の数を多くすることで、芯ブレース2の座屈長さは、やがて塑性座屈長さまで短くすることが可能となり、容易にアンボンドブレースの性能を発揮させることができる。 In the above embodiment, the buckling is the third-order mode or the fourth-order mode, but in other embodiments, the mode can be set to the fifth-order mode or more (see FIG. 8). That is, by providing the protrusions 3 at the peaks and valleys of the 5th-order or higher-order mode buckling waveform, the contact and deformation events described above occur one after another, and the mode can be easily shifted to the higher-order mode. it can. That is, by advancing higher modes and increasing the number of protrusions 3, the buckling length of the core brace 2 can be shortened to the plastic buckling length before long, and the performance of the unbonded brace can be easily improved. It can be demonstrated.
以上の実施形態では、芯ブレース2の外表面に設けた突起3を設けるものであったが、他の実施形態では、図9に示すように、補剛材1の内表面に突起4を設けてもよい。すなわち、図に示すように、軸力を負担する芯ブレース2が挿通され座屈を制御する筒状の補剛材1の内表面に突起4を設ける。この突起4は、この芯ブレース2の座屈モードが高次へ容易に移行するように、3次以上の高次モード座屈の波形の山と谷の部分で設ける。また、突起3と芯ブレース2との間には隙間を有する。 In the above embodiment, the protrusion 3 provided on the outer surface of the core brace 2 is provided. However, in another embodiment, the protrusion 4 is provided on the inner surface of the stiffener 1 as shown in FIG. May be. That is, as shown in the figure, a protrusion 4 is provided on the inner surface of a cylindrical stiffener 1 that is inserted with a core brace 2 that bears an axial force and controls buckling. The protrusions 4 are provided at the peaks and troughs of the waveform of the third and higher order mode buckling so that the buckling mode of the core brace 2 can easily shift to the higher order. Further, there is a gap between the protrusion 3 and the core brace 2.
また、図10に示すように、芯ブレース2自体を略波形に屈曲させてもよい。すなわち、軸力を負担する芯ブレース2自体に、3次以上の高次モード座屈の波形の山と谷の部分で、略波形に屈曲させた初期不整を形成させる。この初期不整の波形の山と谷の部分と補剛材1との間には隙間を有する。 Further, as shown in FIG. 10, the core brace 2 itself may be bent into a substantially waveform. That is, in the core brace 2 itself that bears the axial force, an initial irregularity that is bent substantially into a waveform is formed at the peaks and valleys of the third and higher order mode buckling waveforms. There is a gap between the peaks and valleys of the initial irregular waveform and the stiffener 1.
また、以上の実施形態では、突起同士間の間隔は、同じであったが、他の実施形態では、端部近くにおける間隔を一般部分の間隔より短くすることにより、より端部での座屈が生じにくくできる。 In the above embodiment, the spacing between the protrusions is the same, but in other embodiments, the spacing near the end is made shorter than the spacing of the general portion, thereby buckling at the end. Can hardly occur.
1…補剛材、2…芯ブレース、3、…突起。 1 ... stiffener, 2 ... core brace, 3 ... projection.
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