JP4019302B2 - Damping damper - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は建築物等の構造物に使用される制振ダンパーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図10は、例えば特開平11−280294号公報に開示されている従来の粘弾性ダンパーの構成図である。図において、伸縮用間隙110を介して第1心材103及び第2心材104が直列配置され、第1心材103の側面に、第1心材103を包囲して対向配置した1組の溝形鋼106と粘弾性シート109を積層粘着し、この溝形鋼106の端部を第2心材104に固着している。
【0003】
また、図11は、例えば特開平10−8554号公報に開示されている従来の複合ダンパーの構成図である。図において、各上端を上辺梁部材112にピン接合された一対の斜方ブレース118は、各下端をピン接合されて直列配置した弾塑性ダンパー120及び粘性ダンパー122を介して、下辺梁部材113に結合されている。
【0004】
従来の制振ダンパーは上記のように、例えば、粘弾性ダンパーは、粘弾性体のせん断変形により振動エネルギーを吸収することで制振効果が得られるようになっており、対向する剛性材料間に粘弾性体を接着介在させた構成である。
【0005】
また、複合ダンパーは、粘弾性ダンパーまたは粘性ダンパーと、塑性変形により振動エネルギーを吸収する弾塑性ダンパーとを、並列または直列に組合わせ配置することで制振効果が得られるようになっており、弾塑性ダンパーは通常板状または筒状の金属からなる構成である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
建築物等の構造物においては、外乱として風や小地震等の比較的小さな振動が繰り返し入力される場合や構造物に大きな変形をもたらす地震等の大きな振動が入力される場合等さまざまな大きさの振動入力があるが、そのいずれに対しても制振機能が要求される。しかしながら、従来の制振ダンパーでは、コンパクトな構成で、かつ、上記に示すような小さな振動から大きな振動までのすべての振動入力に対して大きな制振効果を得ることは困難であった。
【0007】
例えば、粘弾性ダンパーまたは粘性ダンパーは、対象と考える振動の大きさに応じて粘弾性体または粘性体の材料選択ができるため、微小振動の範囲においてのみ制振機能を有する場合や、比較的大きな振動の範囲においてのみ制振機能を有する場合などさまざまな設計が可能であるが、制振対象とする外乱の振動範囲が限定されるという問題点があった。微小振動に最大効果を発揮するように設計された粘弾性ダンパーを使用した場合、大振動に対して制振効果が得られないばかりか、構造物の耐震設計以上の外乱入力に対しては許容せん断ひずみ量を超え、破壊する可能性があった。
【0008】
弾塑性ダンパーは、大きな振動に対しては制振効果を発揮するが、降伏する変位より小さな振動に対しては振動エネルギーを吸収しないため、ダンパーとして機能しないという問題点があった。また、ダンパーの構造によっては、圧縮の際に座屈し、それ以降、所望の使用ができなくなる可能性があった。
【0009】
複合ダンパーは、粘弾性ダンパーまたは粘性ダンパーと弾塑性ダンパーとを直列または並列に組合わせ配置することにより、それぞれの特徴を併せ持つことができる。しかしながら、並列に配置した場合には、外乱の振動は粘弾性ダンパーまたは粘性ダンパーと弾塑性ダンパーのそれぞれに独立して入力されるため、微小振動が入力された場合、弾塑性ダンパーの剛性が高いため、粘弾性ダンパーまたは粘性ダンパーの変位が拘束されてエネルギー吸収量が低くなり、微小振動範囲において制振効果がほとんど得られないという問題点があった。
また、直列または並列いずれの配置の場合にも、弾塑性ダンパーの方式によっては、圧縮の際に座屈し、それ以降、所望の使用ができなくなる可能性があった。
さらに、個々の粘弾性ダンパーまたは粘性ダンパーと弾塑性ダンパーを組合わせて使用しているため、構造的に大きくなり、建築物等の設計上配置する位置に制限が生じるという問題点があった。
また、大きな外乱により制振ダンパーが損傷を受け、新品に交換する必要が生じた場合、制振ダンパー全体の取り替えとなり、多大な費用が発生した。
【0010】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、微小振動から大振動にいたるあらゆる振動入力に対して、ダンパー自体が破壊することなく制振機能を有する、コンパクトな構造の制振ダンパーを得ることを目的とする。
また、本発明の他の目的は、大きな外乱により制振ダンパーに損傷が生じた場合、その損傷部分のみを容易に交換できる制振ダンパーを得ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、弾塑性ダンパー部と粘弾性ダンパー部とを同心状に配置した制振ダンパーであり、その特徴とするところは、平鋼または断面十字形の鋼材からなる軸材と、該軸材が挿入され、その先端部が底部に連結された有底筒状の、該軸材の座屈を防止する内側補剛管と、前記内側補剛管の外周上に同心状に配置され、該内側補剛管と粘弾性体を介して結合された外管とを備え、前記粘弾性体のせん断耐力が前記軸材の軸方向耐力よりも大きい、ことにある。
【0012】
本発明に係る制振ダンパーは、構造物が外力により振動し相対変位を生じる部位に両端の継手を緊結し、構造物の相対変位に合わせて変形するものである。この制振ダンパーの履歴曲線モデルを図2に示す。軸材と内側補剛管とからなる弾塑性ダンパー部はバイリニアとし、内側補剛管と外管と粘弾性体とからなる粘弾性ダンパー部は速度依存としている。弾塑性ダンパー部と粘弾性ダンパー部は力学経路的に直列に配置されるため、両方に作用する力は常に同じである。変位が小さい範囲では、軸材は弾性変形の範囲で、粘弾性体のみがエネルギー吸収を行う(図2(イ)参照)。変位が大きくなると、軸材が降伏して粘弾性体と軸材の両方でエネルギー吸収を行う(図2(ロ)参照)。この時、弾塑性ダンパー部の耐力には上限があり、粘弾性体にそれ以上の力は作用しない。
従って、本発明の制振ダンパーは、小さな振動から大きな振動まですべての外乱入力に対して制振効果を発揮する。しかもコンパクトな構造となる。
【0013】
また、本発明の制振ダンパーは、以下のような特徴を有する。
(1)前記内側補剛管は、外周上に同心状に連結された第2の外管を有し、該第2の外管と前記外管との相互間を粘弾性体を介して結合してなる。
(2)前記外管は、外周上に同心状に連結された第3の外管を有し、さらに該第3の外管と前記第2の外管との相互間を粘弾性体を介して結合してなる。
(3)前記内側補剛管と前記外管を結合する少なくとも一層の粘弾性体からなる結合部が前記軸材の耐力よりも大きい耐力を持つ。
(4)前記外管もしくは最外周側の前記第3の外管と継手部材、並びに前記軸材と前記内側補剛管の底部とをそれぞれ着脱自在に連結する。
(5)前記軸材が低降伏点鋼からなる。
(6)前記内側補剛管及び前記第2の外管並びに前記外管及び前記第3の外管は、断面形状が相似形である。
(7)前記内側補剛管以外の前記外管もしくは前記第2の外管または前記第3の外管は、周方向に複数に分割してなる。
(8)前記軸材は平鋼からなり、前記内側補剛管は該平鋼が対角配置される角形断面を有する。
(9)前記軸材は十字形断面を有する。
(10)前記内側補剛管及び前記第2の外管並びに前記外管及び前記第3の外管は、断面形状が円形である。
【0014】
前記特徴のうち(1)、(2)の構成によれば、粘弾性ダンパー部を同心状に多重に設けることができるので、微小振動に対しても感度がよくなり、制振効果が向上する。
(3)の構成によれば、内側補剛管と外管を結合する少なくとも一層の粘弾性体からなる結合部が軸材の耐力よりも大きい耐力を持つようにすれば、その粘弾性ダンパー部の耐力以上の大きな振動エネルギーが入力された場合、弾塑性ダンパー部が軸材の塑性変形により振動エネルギーを吸収するため、本発明の制振ダンパー全体が負担する軸力は軸材の耐力以上には上昇しないため、粘弾性ダンパー部の破壊を防ぐことができる。
(4)の構成によれば、外管もしくは最外周側の第3の外管を継手部材から取り外し、さらに軸材を内側補剛管から取り外すことができるので、大きな外乱により軸材または粘弾性ダンパー部が損傷を受けた場合に、この制振ダンパー全体を取り替えることなく、損傷を受けた軸材または粘弾性ダンパー部のみを取り替えればよいので、経済的となる。
(5)の構成によれば、軸材の降伏点が低くなるため、弾塑性ダンパー部が機能する外乱の振動範囲を拡大することができ、エネルギー吸収能力を大きくすることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る制振ダンパーの構成図であり、(イ)は縦断面図、(ロ)は(イ)のA−A断面の拡大図を示している。図において、1は軸材、2は軸材1が挿入され、その先端部が底部に連結された有底筒状の内側補剛管、4は内側補剛管2の外周上に同心状に配置された外管、3は内側補剛管2の外面及び外管4の内面に接着して固設された粘弾性体、5は軸材1及び外管4の基端部にそれぞれ連結された適当な継手部材で、建築物の骨組(図示せず)にボルト結合するための複数のボルト通し孔が設けられている。6は有底筒状の内側補剛管2の底部を構成する部材で、軸材1の先端部を連結するための連結部材である。なお、継手部材5は軸材1の基端部及び外管4の基端部を固定する手段であればどのようなものでもよい。
【0016】
軸材1は、この例では断面矩形状の平鋼からなっている。また、内側補剛管2は断面が角形からなり、内側補剛管2の内側角部に軸材1が対角配置されている。軸材1と内側補剛管2との間には小さな隙間が設けられており、軸材1の側部は内側補剛管2によって軸方向には拘束されないようになっている。外管4は断面が内側補剛管2と同様の角形からなり、内側補剛管2の外周上に同心状に配置される。
【0017】
軸材1は先端部を内側補剛管2の底部を構成する連結部材6に、基端部を継手部材5に連結されており、主として軸材1と有底筒状の内側補剛管2から弾塑性ダンパー部が構成されている。この弾塑性ダンパー部に軸材1の耐力以上の引張力が作用したときには、軸材1が軸方向に伸びることにより振動エネルギーを吸収し、逆に、圧縮力が作用したときには、軸材1が軸方向に縮むことにより振動エネルギーを吸収する。この時、内側補剛管2に隙間を設けて軸材1を対角配置で挿入しているため、平鋼からなる軸材1が軸方向に直角の方向(すなわち板厚方向)に撓んで座屈するのを内側補剛管2の角部で拘束し、これにより軸材1が軸方向にだけ変形するようにしてエネルギー吸収能力を大きくするようにしている。
【0018】
外管4の基端部に連結された継手部材5は、そのエンドプレート7と内側補剛管2の底部を構成する連結部材6との間に隙間8を設けて対向配置されている。さらに、粘弾性体3が内側補剛管2と外管4の間に配置され内側補剛管2の外面及び外管4の内面に接着固設されることによって、内側補剛管2、粘弾性体3及び外管4から粘弾性ダンパー部が構成され、上記弾塑性ダンパー部と同心状に配置されている。
この粘弾性ダンパー部は、比較的小さな振動が入力されたとき、内側補剛管2と外管4の相対変位により粘弾性体3がせん断変形することにより振動エネルギーを吸収する。
【0019】
なお、上記連結部材6は、筒状の内側補剛管2に軸材1の先端部を剛に結合するものであれば、形状、材質、連結方法等は問われない。また、外管4は管に限ることなく、後述するように分割体の組合わせでもよい。
【0020】
上記のように本実施の形態の制振ダンパーは、軸材1と内側補剛管2からなる弾塑性ダンパー部と、内側補剛管2、粘弾性体3及び外管4からなる粘弾性ダンパー部とを同心状に配した構成であり、弾塑性ダンパー部と粘弾性ダンパー部が機能的に直列配置された複合ダンパーとなっている。すなわち、本発明の制振ダンパーに入力される振動は、必ず弾塑性ダンパー部の軸材1及び粘弾性ダンパー部の粘弾性体3を経路として伝達される。
【0021】
軸材1の耐力より小さな振動エネルギーが入力された場合には、軸材1の弾性変形範囲であるため、弾塑性ダンパー部は機能せず、粘弾性ダンパー部のみが作用して粘弾性体3のせん断変形により振動エネルギーを吸収する。軸材1の耐力以上の大きな振動エネルギーが入力された場合には、弾塑性ダンパー部も作用して軸材1の軸方向の塑性変形により振動エネルギーを吸収する。軸材1を低降伏点鋼で構成すると、弾塑性ダンパー部が機能する外乱の振動範囲が広がるとともにエネルギー吸収能力が大きくなるため、さらによい。
【0022】
また、粘弾性ダンパー部が軸材1の耐力よりも大きい耐力を持つように構成することにより、粘弾性ダンパー部の耐力以上の大きな振動エネルギーが入力された場合には、弾塑性ダンパー部が軸材1の塑性変形により振動エネルギーを吸収するため、本発明の制振ダンパー全体が負担する軸力は軸材1の耐力以上には上昇せず、粘弾性ダンパー部が破壊されることはない。さらに、内側補剛管2は軸材1の座屈を防止するよう補剛しているため、大きい振動入力に対して機能した以降も、所望の使用は可能である。
【0023】
また、弾塑性ダンパー部と粘弾性ダンパー部が機能的に直列配置された複合ダンパーであるにもかかわらず、粘弾性ダンパー部が弾塑性ダンパー部の外周にコンパクトに配置されているため、建築物等の設計において本発明の制振ダンパー設置位置等の自由度が大きくなり、かつ、現場での据付施工及び補修の際の交換も容易である。
【0024】
この実施の形態1については、軸材1、内側補剛管2及び外管4について種々の態様が考えられる。図3〜図5はこれら他の態様の説明である。以下、図3〜図5に基づいて他の態様を説明する。
図3に示したものは、外管4が周方向に複数に分割された分割体から構成されたもので、(イ)は一つの例、(ロ)は別の例である。また、図4に示したものは、軸材1を平鋼から断面十字形のものにしたもので、(イ)は外管4が角形鋼管、(ロ)は外管4が分割体から構成されたものである。さらに、図5に示したものは、図4における内側補剛管2及び外管4を円形にしたもので、(イ)は外管4が円形鋼管、(ロ)は外管4が分割体から構成された一つの例、(ハ)は外側補剛管4が分割体から構成された別の例である。
粘弾性体3は、粘弾性ダンパー部が負担する外乱の振動エネルギーの範囲や大きさを考慮し、その粘弾性特性、厚さ及び接着面積を選択できる。
【0025】
実施の形態2.
図6は本発明の実施の形態2に係る制振ダンパーの構成図であり、(イ)は縦断面図、(ロ)は(イ)のB−B断面図を示している。本実施の形態は、実施の形態1における内側補剛管2の外周上に第2の外管9を設けた例を示すもので、同様に弾塑性ダンパー部と粘弾性ダンパー部が同心状に配置された複合ダンパーである。
第2の外管9は、内側補剛管2の開口端側においてリング状の連結板10により一端が連結されている。実施の形態1と同じ構成の外管4は第2の外管9と内側補剛管2の間に同心状に挿入され、同様の粘弾性体3を介して外管4、第2の外管9及び内側補剛管2の相互間が結合される。その際、外管4の開口端と連結板10との間には前記隙間8と同程度の隙間11が設けられている。
【0026】
この実施の形態では、外管4の内外に粘弾性ダンパー部が二重に構成されるので、実施の形態1に比べて、粘弾性体3の体積を増大させることができ、小さい振動変位の範囲での粘弾性体3のせん断変形によるエネルギー吸収能力を増大させることができる。
また、この実施の形態における粘弾性ダンパー部の耐力は、内側補剛管2と外管4を結合する少なくとも一層の粘弾性体3からなる結合部の耐力が軸材1の耐力よりも大きいものであればよく、実施の形態1と同様に粘弾性ダンパー部の耐力以上の大きな振動エネルギーが入力した場合でも、本発明の制振ダンパー全体が負担する軸力は軸材1の耐力以上には上昇しないため、粘弾性ダンパー部が破壊されることはない。
弾塑性ダンパー部は、実施の形態1と同様の構成となっているので、その作用効果は上記と同様である。
【0027】
この実施の形態2についても、軸材1、内側補剛管2、外管4及び第2の外管9について種々の態様が考えられ、上に述べた各種の変形例を適用できる。例えば、第2の外管9を図3〜図5に示すような分割体にすることなどである。
【0028】
実施の形態3.
図7は本発明の実施の形態3に係る制振ダンパーの構成図であり、(イ)は縦断面図、(ロ)は(イ)のC−C断面図を示している。本実施の形態は、実施の形態2の構成に加えて、外管4の外周上に第3の外管12を設けた例を示すものである。第3の外管12は基端部を継手部材5のエンドプレート7に連結されている。内側補剛管2は実施の形態2と同様に第2の外管9を有する。そして、第3の外管12が最外側に位置するように、内側補剛管2、外管4、第2の外管9、第3の外管12を相互に嵌合し、これらの相互間を粘弾性体3で結合してなるものである。
【0029】
この実施の形態においても、弾塑性ダンパー部と複数重ね合わせた粘弾性ダンパー部が同心状に配置された複合ダンパーである。従って、粘弾性ダンパー部が多重に構成され、実施の形態1に比べて、粘弾性体3の体積を3倍以上にすることができるため、小さい振動変位の範囲での粘弾性体3のせん断変形によるエネルギー吸収能力を3倍以上にすることができる。実施の形態2に比べてさらに制振効果が大きい。
【0030】
弾塑性ダンパー部は、実施の形態1と同様の構成、作用効果を有するものである。
また、上記より理解されるように、第2の外管9、第3の外管12を複数設けることにより、更なる多重の粘弾性ダンパー部を構成することができ、小さい振動変位の範囲でのエネルギー吸収能力を向上させることができる。
また、この実施の形態3における軸材1、内側補剛管2、外管4、第2の外管9、第3の外管12についても図3〜図5のような種々の態様が考えられる。
以上の内側補剛管2、外管4、第2の外管9、第3の外管12の断面形状は、スペースを小さくするためには相似形とするのが好ましい。
【0031】
なお、上述の実施例においては、軸材1として平鋼及び断面十字形の形状のものを例示したが、本発明ではそれらに限定されるものではなく、他の同様な機能を有する形状のものを用いてもよい。軸材1の材料として低降伏点鋼を使用することができる。
【0032】
実施の形態4.
図8は本発明の実施の形態4に係る制振ダンパーの構成図であり、(イ)は縦断面図、(ロ)は(イ)のD−D断面図、(ハ)は(イ)のE−E断面図を示している。本実施の形態は、粘弾性ダンパー部及び軸材1の取り替えを可能にするものである。すなわち、内側補剛管2の底部を構成する連結部材6に軸材1を挿通する開口部13を設け、軸材1の先端部を開口部13を通して突出させ、上下2つのL型の金物14で軸材1の先端部をボルト15により挾着し、さらに各L型の金物14を連結部材6にボルト15で固定してなるものである。また、外管4を連結する継手部材5のエンドプレート部をボックス型に構成し、このボックス部16に外管4の基端部をボルト17で固定する構造となっている。
【0033】
この実施の形態によれば、粘弾性ダンパー部または軸材1が大きな外乱により損傷した場合、継手部材5のボックス部16のボルト17を取り外すことにより外管4を継手部材5から取り外し、ついで、金物14のボルト15を取り外すことにより、軸材1を内側補剛管2から抜き取ることができ、またこれと逆の手順で軸材1及び粘弾性ダンパー部を取り付けることができる。従って、粘弾性ダンパー部が損傷した場合には、内側補剛管2、粘弾性体3、及び外管4からなる粘弾性ダンパー部を新品と容易に交換することができ、軸材1が損傷した場合には軸材1のみを新品と容易に交換することができる。従って、本制振ダンパー全体の交換を要することなく、損傷部分の粘弾性ダンパー部または軸材1のみを容易に交換できるので、費用の節減になる。
また、図示は省略するが、粘弾性ダンパー部が図7で示したような最外周側の第3の外管12をもつ場合、第3の外管12と外管4の各基端を連結板10と同様なリング状の連結板で連結し、そのうえで第3の外管12を図8に示すような継手部材5のボックス部16と例えばボルト17で連結する。ボックス部16と第3の外管12との連結手段はネジや一般的な即脱着式のカップリング手段などを用いてもよい。
また、前記のL型の金物14は直接内側補剛管2に溶接接合することもでき、この場合は連結部材6が不要となる。また、軸材1が十字形断面のものであっても4個のL型の金物を用いることにより、同様に着脱自在に取り付けることが可能である。
【0034】
図9は本発明の建築物への適用例を示す図で、20は本発明の制振ダンパー、30は建築物の骨組であり、各層間の入力変位を受けるように本発明の制振ダンパー20がブレース材として設置されている。本発明の制振ダンパー20が設置された建築物においては、上述したようにあらゆる範囲の外乱による振動に対してエネルギー吸収が効果的に行われるため、居住性の向上、耐震性の向上が得られる。また、コンパクトな構成であるため、設置位置等の設計上の自由度が大きく、現場での据付施工及び補修の際の交換も容易である。上記の説明では本発明をブレース材に利用する場合について述べたが、制振壁やブレースの一部に組み入れて利用することもできる。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、弾塑性ダンパー部と粘弾性ダンパー部とを同心状に配置したものであるから、コンパクトな構成で、小さな振動から大きな振動まですべての外乱入力に対して大きな制振効果を得ることができる。
また、内側補剛管、外管及びこれらを結合する少なくとも一層の粘弾性体からなる粘弾性ダンパー部を軸材の耐力よりも大きい耐力を持つ構成とすることにより、粘弾性ダンパー部が破壊されることなく所望の制振効果を得ることができる。
また、外管もしくは最外周側の第3の外管と継手部材、並びに軸材と内側補剛管の底部とをそれぞれ着脱自在に連結する構成としたので、大きな外乱により損傷した場合にはこの制振ダンパー全体を取り替える必要はなく、損傷部分の粘弾性ダンパー部または軸材のみを交換すればよいので、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る制振ダンパーの構成図で、(イ)は縦断面図、(ロ)は同図(イ)のA−A断面の拡大図である。
【図2】この制振ダンパーの履歴曲線モデルの一例を示す図で、(イ)は微小変形時、(ロ)は大変形時の場合である。
【図3】実施の形態1の他の態様の説明図である。
【図4】実施の形態1の他の態様の説明図である。
【図5】実施の形態1の他の態様の説明図である。
【図6】本発明の実施の形態2に係る制振ダンパーの構成図で、(イ)は縦断面図、(ロ)は同図(イ)のB−B断面図である。
【図7】本発明の実施の形態3に係る制振ダンパーの構成図で、(イ)は縦断面図、(ロ)は同図(イ)のC−C断面図である。
【図8】本発明の実施の形態4に係る制振ダンパーの構成図で、(イ)は縦断面図、(ロ)は同図(イ)のD−D断面図、(ハ)は同図(イ)のE−E断面図である。
【図9】本発明における制振ダンパーの適用例を示す図である。
【図10】従来の粘弾性ダンパーの縦断面図である。
【図11】従来の複合ダンパーの構成図である。
【符号の説明】
1 軸材
2 内側補剛管
3 粘弾性体
4 外管
5 継手部材
6 内側補剛管の底部(連結部材)
7 エンドプレート
9 第2の外管
10 連結板
12 第3の外管
13 開口部
14 金物
16 継手部材のボックス部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibration damper used for a structure such as a building.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional viscoelastic damper disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-280294. In the figure, a
[0003]
FIG. 11 is a configuration diagram of a conventional composite damper disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-8554. In the figure, a pair of
[0004]
As described above, the conventional vibration damper is, for example, a viscoelastic damper that can obtain a vibration damping effect by absorbing vibration energy by shear deformation of a viscoelastic body. This is a configuration in which a viscoelastic body is interposed.
[0005]
In addition, the composite damper is designed to obtain a damping effect by arranging a viscoelastic damper or a viscous damper and an elastic-plastic damper that absorbs vibration energy by plastic deformation in parallel or in series. The elastoplastic damper is usually composed of a plate-shaped or cylindrical metal.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In structures such as buildings, various sizes are available, such as when relatively small vibrations such as winds and small earthquakes are repeatedly input as disturbances, or when large vibrations such as earthquakes that cause large deformations are input to the structure. However, the vibration control function is required for both of them. However, in the conventional vibration damping damper, it is difficult to obtain a large vibration damping effect for all vibration inputs from a small vibration to a large vibration as described above with a compact configuration.
[0007]
For example, a viscoelastic damper or a viscous damper can select a viscoelastic body or a viscous body material according to the magnitude of vibration considered as a target. Various designs are possible, such as a case where the vibration control function is provided only in the vibration range, but there is a problem that the vibration range of the disturbance to be controlled is limited. When using a viscoelastic damper designed to exert the maximum effect on minute vibrations, not only will it not be able to obtain a damping effect against large vibrations, but it will be acceptable for disturbance inputs that exceed the seismic design of structures. There was a possibility of breaking because the shear strain was exceeded.
[0008]
The elastoplastic damper exhibits a damping effect for large vibrations, but does not function as a damper because it does not absorb vibration energy for vibrations smaller than the yielding displacement. Further, depending on the structure of the damper, it may be buckled during compression, and thereafter, the desired use may not be possible.
[0009]
The composite damper can have the respective characteristics by arranging a viscoelastic damper or a viscous damper and an elastic-plastic damper in series or in parallel. However, when arranged in parallel, the disturbance vibration is input independently to each of the viscoelastic damper or the viscous damper and the elasto-plastic damper, so when the minute vibration is input, the rigidity of the elasto-plastic damper is high. Therefore, the displacement of the viscoelastic damper or the viscous damper is restrained, the energy absorption amount is lowered, and there is a problem that the damping effect is hardly obtained in the minute vibration range.
In addition, in either case of serial or parallel arrangement, depending on the elastic-plastic damper system, there is a possibility that it will buckle during compression and thereafter cannot be used as desired.
Furthermore, since individual viscoelastic dampers or a combination of a viscous damper and an elastoplastic damper are used, there is a problem in that the position of the building is restricted due to the structural increase in size.
Moreover, when the vibration damper was damaged by a large disturbance and it was necessary to replace it with a new one, the entire vibration damper was replaced, resulting in a great expense.
[0010]
The present invention has been made to solve such problems, and has a compact structure having a damping function without breaking the damper itself against any vibration input from minute vibration to large vibration. The purpose is to obtain a vibration damper.
Another object of the present invention is to obtain a damping damper that can easily replace only the damaged portion when the damping damper is damaged by a large disturbance.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a vibration dampers disposed a elastoplastic damper portions and the viscoelastic damper portion coaxially, and it is characterized, and the shaft member made of flat steel or sectional cross-shaped steel, the shaft member Is inserted into the bottom, the bottomed cylindrical connected to the bottom, an inner stiffening tube that prevents buckling of the shaft, and concentrically disposed on the outer periphery of the inner stiffening tube, And an outer tube coupled via a viscoelastic body, wherein the shear strength of the viscoelastic body is greater than the axial strength of the shaft.
[0012]
The vibration damper according to the present invention is such that a joint at both ends is fastened to a portion where the structure vibrates due to an external force and causes relative displacement, and is deformed in accordance with the relative displacement of the structure. A hysteresis curve model of this vibration damper is shown in FIG. The elastic-plastic damper part composed of the shaft member and the inner stiffening pipe is bilinear, and the viscoelastic damper part composed of the inner stiffening pipe, the outer pipe and the viscoelastic body is speed-dependent. Since the elastoplastic damper part and the viscoelastic damper part are arranged in series in the mechanical path, the forces acting on both are always the same. In the range where the displacement is small, the shaft member is in the range of elastic deformation, and only the viscoelastic body absorbs energy (see FIG. 2 (A)). When the displacement increases, the shaft material yields and energy is absorbed by both the viscoelastic body and the shaft material (see FIG. 2B). At this time, there is an upper limit to the yield strength of the elastoplastic damper portion, and no further force acts on the viscoelastic body.
Therefore, the vibration damper of the present invention exhibits a vibration damping effect for all disturbance inputs from small vibrations to large vibrations. Moreover, the structure is compact.
[0013]
The vibration damper of the present invention has the following characteristics.
(1) The inner stiffening tube has a second outer tube concentrically connected on the outer periphery, and the second outer tube and the outer tube are coupled to each other via a viscoelastic body. Do it.
(2) The outer tube has a third outer tube concentrically connected on the outer periphery, and further, a viscoelastic body is interposed between the third outer tube and the second outer tube. And combined.
(3) A joint portion composed of at least one viscoelastic body that joins the inner stiffening tube and the outer tube has a proof stress greater than the proof strength of the shaft member.
(4) The outer tube or the third outer tube on the outermost peripheral side and the joint member, and the shaft member and the bottom of the inner stiffening tube are detachably connected.
(5) The shaft material is made of low yield point steel.
(6) The inner stiffening tube, the second outer tube, the outer tube, and the third outer tube have similar cross-sectional shapes.
(7) The outer tube, the second outer tube, or the third outer tube other than the inner stiffening tube is divided into a plurality in the circumferential direction.
(8) The shaft member is made of flat steel, and the inner stiffening pipe has a square cross section in which the flat steel is diagonally arranged.
(9) The shaft member has a cross-shaped cross section.
(10) The inner stiffening tube, the second outer tube, the outer tube, and the third outer tube have a circular cross-sectional shape.
[0014]
Among the features described above, according to the configurations of (1) and (2), the viscoelastic damper portions can be provided concentrically and multiply, so that the sensitivity to minute vibrations is improved and the damping effect is improved. .
According to the configuration of (3), if the coupling portion formed of at least one viscoelastic body that couples the inner stiffening tube and the outer tube has a proof strength greater than the proof strength of the shaft member, the viscoelastic damper portion When large vibration energy exceeding the proof strength of the shaft is input, the elastic-plastic damper part absorbs vibration energy due to plastic deformation of the shaft material, so the axial force borne by the entire damping damper of the present invention is greater than the proof strength of the shaft material. Can not prevent the viscoelastic damper portion from being broken.
According to the configuration of (4), the outer tube or the third outer tube on the outermost peripheral side can be removed from the joint member, and the shaft member can be removed from the inner stiffening tube. When the damper portion is damaged, it is economical because only the damaged shaft member or the viscoelastic damper portion needs to be replaced without replacing the entire damping damper.
According to the structure of (5), since the yield point of a shaft material becomes low, the vibration range of the disturbance which an elastic-plastic damper part functions can be expanded, and energy absorption capability can be enlarged.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1A and 1B are configuration diagrams of a vibration damper according to
[0016]
The
[0017]
The
[0018]
The
When a relatively small vibration is input to the viscoelastic damper portion, the
[0019]
The connecting
[0020]
As described above, the vibration damper according to the present embodiment includes an elastic-plastic damper portion including the
[0021]
When vibration energy smaller than the proof stress of the
[0022]
In addition, by configuring the viscoelastic damper portion to have a proof stress greater than the proof strength of the
[0023]
In addition, although the elasto-plastic damper part and the viscoelastic damper part are functionally arranged in series, the viscoelastic damper part is compactly arranged on the outer periphery of the elasto-plastic damper part. In this design, the degree of freedom of the vibration damper installation position of the present invention is increased, and replacement at the time of installation and repair on site is easy.
[0024]
As for the first embodiment, various modes can be considered for the
FIG. 3 shows a structure in which the
The
[0025]
6A and 6B are configuration diagrams of a vibration damping damper according to
One end of the second
[0026]
In this embodiment, since the viscoelastic damper portion is configured in duplicate inside and outside the
Further, the proof stress of the viscoelastic damper portion in this embodiment is such that the proof strength of the connecting portion made of at least one
Since the elastic-plastic damper portion has the same configuration as that of the first embodiment, the operation and effect thereof are the same as described above.
[0027]
Also in the second embodiment, various modes can be considered for the
[0028]
7A and 7B are configuration diagrams of a vibration damping damper according to
[0029]
This embodiment is also a composite damper in which a plurality of viscoelastic damper portions overlapped with an elastic-plastic damper portion are arranged concentrically. Therefore, since the viscoelastic damper portion is configured in a multiple manner and the volume of the
[0030]
The elasto-plastic damper portion has the same configuration and effect as those of the first embodiment.
Further, as understood from the above, by providing a plurality of second
In addition, various modes as shown in FIGS. 3 to 5 can be considered for the
The cross-sectional shapes of the
[0031]
In the above-described embodiment, the
[0032]
FIG. 8 is a configuration diagram of a vibration damper according to
[0033]
According to this embodiment, when the viscoelastic damper part or the
Although illustration is omitted, when the viscoelastic damper portion has the outermost third
Further, the L-shaped
[0034]
FIG. 9 is a view showing an example of application of the present invention to a building. 20 is a vibration damper of the present invention, 30 is a framework of the building, and the vibration damper of the present invention is subjected to input displacement between each layer. 20 is installed as a brace material. In the building in which the
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the elastic-plastic damper portion and the viscoelastic damper portion are concentrically arranged, the compact configuration can be applied to all disturbance inputs from small vibrations to large vibrations. Large vibration control effect can be obtained.
In addition, the viscoelastic damper portion is destroyed by configuring the viscoelastic damper portion composed of the inner stiffening tube, the outer tube and at least one viscoelastic body connecting them to have a strength greater than that of the shaft. The desired vibration damping effect can be obtained without any problems.
In addition, since the outer tube or the third outer tube on the outermost peripheral side and the joint member, and the shaft member and the bottom portion of the inner stiffening tube are detachably connected to each other. It is not necessary to replace the entire damping damper, and it is economical because only the viscoelastic damper portion or the shaft member of the damaged portion needs to be replaced.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are configuration diagrams of a vibration damper according to
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing an example of a hysteresis curve model of the vibration damping damper, where FIG. 2A shows a case of small deformation and FIG. 2B shows a case of large deformation.
FIG. 3 is an explanatory diagram of another aspect of the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram of another aspect of the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of another aspect of the first embodiment.
6A and 6B are configuration diagrams of a vibration damping damper according to
7A and 7B are configuration diagrams of a vibration damper according to
8A and 8B are configuration diagrams of a vibration damper according to
FIG. 9 is a diagram showing an application example of a vibration damper according to the present invention.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a conventional viscoelastic damper.
FIG. 11 is a configuration diagram of a conventional composite damper.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
7
Claims (1)
前記内側補剛管の外周上に同心状に配置され、該内側補剛管と粘弾性体を介して結合された外管とを備え、
前記粘弾性体のせん断耐力が前記軸材の軸方向耐力よりも大きい、ことを特徴とする制振ダンパー。 A shaft member consisting of flat bar or cross-section cross-shaped steel, the shaft member is inserted, an inner stiffening tube to prevent its distal end is bottomed tubular connected to the bottom, the buckling of the shaft member ,
An outer tube disposed concentrically on the outer periphery of the inner stiffening tube, and connected to the inner stiffening tube via a viscoelastic body;
The damping damper according to claim 1, wherein a shear strength of the viscoelastic body is larger than an axial strength of the shaft member.
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