JP4019302B2

JP4019302B2 - Damping damper

Info

Publication number: JP4019302B2
Application number: JP2001018101A
Authority: JP
Inventors: 隆行難波; 弘海下川; 茂樹伊藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2021-01-26
Also published as: JP2002221252A

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 first core material 103 and a second core material 104 are arranged in series via an expansion / contraction gap 110, and a set of channel steels 106 are disposed on the side surfaces of the first core material 103 so as to surround the first core material 103 and face each other. And the viscoelastic sheet 109 are laminated and adhered, and the end of the channel steel 106 is fixed to the second core member 104.
[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 oblique braces 118 whose upper ends are pin-joined to the upper side beam member 112 are connected to the lower side beam member 113 via an elastic-plastic damper 120 and a viscous damper 122 which are pin-connected to their lower ends and arranged in series. Are combined.
[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
Embodiment 1 FIG.
1A and 1B are configuration diagrams of a vibration damper according to Embodiment 1 of the present invention, in which FIG. 1A is a longitudinal sectional view, and FIG. 1B is an enlarged view of an AA section of FIG. In the figure, 1 is a shaft material, 2 is a shaft material 1 inserted therein, and a bottomed cylindrical inner stiffening tube whose tip is connected to the bottom, 4 is concentrically on the outer periphery of the inner stiffening tube 2 The arranged outer tube 3 is a viscoelastic body fixedly adhered to the outer surface of the inner stiffening tube 2 and the inner surface of the outer tube 4, and 5 is connected to the shaft 1 and the base end of the outer tube 4, respectively. A suitable joint member is provided with a plurality of bolt through holes for bolting to a building framework (not shown). Reference numeral 6 denotes a member constituting the bottom of the bottomed cylindrical inner stiffening tube 2, which is a connecting member for connecting the tip of the shaft member 1. The joint member 5 may be any means as long as it is a means for fixing the base end portion of the shaft member 1 and the base end portion of the outer tube 4.
[0016]
The shaft 1 is made of flat steel having a rectangular cross section in this example. The inner stiffening tube 2 has a square cross section, and the shaft member 1 is diagonally arranged at the inner corner of the inner stiffening tube 2. A small gap is provided between the shaft member 1 and the inner stiffening tube 2, and the side portion of the shaft member 1 is not restricted in the axial direction by the inner stiffening tube 2. The outer tube 4 has a cross section having a square shape similar to that of the inner stiffening tube 2 and is disposed concentrically on the outer periphery of the inner stiffening tube 2.
[0017]
The shaft member 1 has a distal end portion connected to a connecting member 6 constituting the bottom portion of the inner stiffening tube 2, and a proximal end portion connected to a joint member 5. The shaft member 1 and the bottomed cylindrical inner stiffening tube 2 are mainly used. The elasto-plastic damper part is composed of When a tensile force greater than the proof strength of the shaft member 1 is applied to the elastic-plastic damper portion, the shaft member 1 absorbs vibration energy by extending in the axial direction. Conversely, when a compressive force is applied, the shaft member 1 is Absorbs vibration energy by shrinking in the axial direction. At this time, since the shaft member 1 is inserted diagonally with a gap provided in the inner stiffening tube 2, the shaft member 1 made of flat steel is bent in a direction perpendicular to the axial direction (that is, the plate thickness direction). The buckling is constrained at the corners of the inner stiffening tube 2, whereby the shaft member 1 is deformed only in the axial direction to increase the energy absorption capacity.
[0018]
The joint member 5 connected to the base end portion of the outer tube 4 is disposed so as to face the gap between the end plate 7 and the connecting member 6 constituting the bottom portion of the inner stiffening tube 2. Further, the viscoelastic body 3 is disposed between the inner stiffening tube 2 and the outer tube 4 and is bonded and fixed to the outer surface of the inner stiffening tube 2 and the inner surface of the outer tube 4, so The elastic body 3 and the outer tube 4 constitute a viscoelastic damper portion, which is arranged concentrically with the elastic-plastic damper portion.
When a relatively small vibration is input to the viscoelastic damper portion, the viscoelastic body 3 shears and deforms due to the relative displacement of the inner stiffening tube 2 and the outer tube 4 to absorb vibration energy.
[0019]
The connecting member 6 may be of any shape, material, connecting method, etc., as long as the tip of the shaft member 1 is rigidly connected to the cylindrical inner stiffening tube 2. The outer tube 4 is not limited to a tube, and may be a combination of divided bodies as will be described later.
[0020]
As described above, the vibration damper according to the present embodiment includes an elastic-plastic damper portion including the shaft member 1 and the inner stiffening tube 2, and a viscoelastic damper including the inner stiffening tube 2, the viscoelastic body 3, and the outer tube 4. It is the structure which has arrange | positioned the part concentrically, and is the composite damper by which the elastic-plastic damper part and the viscoelastic damper part were functionally arranged in series. That is, the vibration input to the vibration damper of the present invention is always transmitted through the shaft member 1 of the elastic-plastic damper portion and the viscoelastic body 3 of the viscoelastic damper portion.
[0021]
When vibration energy smaller than the proof stress of the shaft member 1 is input, the elastic deformation range of the shaft member 1 is not applied, so that the elastic-plastic damper portion does not function, and only the viscoelastic damper portion acts and the viscoelastic body 3 Absorbs vibration energy by shear deformation. When large vibration energy greater than the proof stress of the shaft member 1 is input, the elastic-plastic damper portion also acts to absorb the vibration energy by plastic deformation in the axial direction of the shaft member 1. If the shaft member 1 is made of low yield point steel, it is even better because the vibration range of the disturbance in which the elasto-plastic damper part functions increases and the energy absorption capacity increases.
[0022]
In addition, by configuring the viscoelastic damper portion to have a proof stress greater than the proof strength of the shaft member 1, when a large vibration energy greater than the proof strength of the viscoelastic damper portion is input, the elastic-plastic damper portion is Since the vibration energy is absorbed by plastic deformation of the material 1, the axial force borne by the entire damping damper of the present invention does not increase beyond the proof strength of the shaft material 1, and the viscoelastic damper portion is not destroyed. Furthermore, since the inner stiffening tube 2 is stiffened to prevent the shaft member 1 from buckling, it can be used as desired even after it functions for a large vibration input.
[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 shaft member 1, the inner stiffening tube 2, and the outer tube 4. 3 to 5 illustrate these other aspects. Hereinafter, another aspect is demonstrated based on FIGS.
FIG. 3 shows a structure in which the outer tube 4 is divided into a plurality of parts in the circumferential direction. (A) is one example, and (B) is another example. 4 shows a shaft 1 made of flat steel and having a cross-shaped cross section. (A) shows that the outer tube 4 is a square steel tube, and (B) shows that the outer tube 4 is made up of a divided body. It has been done. 5 shows a circular shape of the inner stiffening tube 2 and the outer tube 4 shown in FIG. 4, (a) the outer tube 4 is a circular steel tube, and (b) the outer tube 4 is a divided body. (C) is another example in which the outer stiffening tube 4 is composed of divided bodies.
The viscoelastic body 3 can select the viscoelastic characteristics, thickness, and bonding area in consideration of the range and magnitude of disturbance vibration energy borne by the viscoelastic damper portion.
[0025]
Embodiment 2. FIG.
6A and 6B are configuration diagrams of a vibration damping damper according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 6A is a longitudinal sectional view, and FIG. 6B is a sectional view taken along line BB in FIG. The present embodiment shows an example in which the second outer tube 9 is provided on the outer periphery of the inner stiffening tube 2 in the first embodiment. Similarly, the elastic-plastic damper portion and the viscoelastic damper portion are concentric. It is a composite damper arranged.
One end of the second outer tube 9 is connected by a ring-shaped connecting plate 10 on the opening end side of the inner stiffening tube 2. The outer tube 4 having the same configuration as that of the first embodiment is inserted concentrically between the second outer tube 9 and the inner stiffening tube 2, and the outer tube 4 and the second outer tube 4 are inserted through the same viscoelastic body 3. The tube 9 and the inner stiffening tube 2 are connected to each other. At that time, a gap 11 is provided between the opening end of the outer tube 4 and the connecting plate 10 in the same degree as the gap 8.
[0026]
In this embodiment, since the viscoelastic damper portion is configured in duplicate inside and outside the outer tube 4, the volume of the viscoelastic body 3 can be increased compared to the first embodiment, and the vibration displacement can be reduced. The energy absorption capability by shear deformation of the viscoelastic body 3 in the range can be increased.
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 viscoelastic body 3 that connects the inner stiffening tube 2 and the outer tube 4 is larger than the proof strength of the shaft member 1. As in the first embodiment, even when a large vibration energy greater than the proof strength of the viscoelastic damper portion is input, the axial force borne by the entire damping damper of the present invention is more than the proof strength of the shaft member 1. Since it does not rise, the viscoelastic damper portion is not destroyed.
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 shaft member 1, the inner stiffening tube 2, the outer tube 4, and the second outer tube 9, and various modifications described above can be applied. For example, the second outer tube 9 may be divided as shown in FIGS.
[0028]
Embodiment 3 FIG.
7A and 7B are configuration diagrams of a vibration damping damper according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 7A is a longitudinal sectional view, and FIG. 7B is a CC sectional view of FIG. The present embodiment shows an example in which a third outer tube 12 is provided on the outer periphery of the outer tube 4 in addition to the configuration of the second embodiment. The third outer tube 12 is connected at its proximal end to the end plate 7 of the joint member 5. The inner stiffening tube 2 has a second outer tube 9 as in the second embodiment. Then, the inner stiffening tube 2, the outer tube 4, the second outer tube 9, and the third outer tube 12 are fitted to each other so that the third outer tube 12 is located on the outermost side. It is formed by connecting the gaps with a viscoelastic body 3.
[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 viscoelastic body 3 can be increased to three times or more compared to the first embodiment, the shear of the viscoelastic body 3 in a small vibration displacement range. The energy absorption capacity by deformation can be increased by 3 times or more. Compared to the second embodiment, the vibration damping effect is greater.
[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 outer tubes 9 and third outer tubes 12, a further multiple viscoelastic damper portion can be formed, and within a range of small vibration displacement. Can improve the energy absorption capacity.
In addition, various modes as shown in FIGS. 3 to 5 can be considered for the shaft member 1, the inner stiffening tube 2, the outer tube 4, the second outer tube 9, and the third outer tube 12 in the third embodiment. It is done.
The cross-sectional shapes of the inner stiffening tube 2, the outer tube 4, the second outer tube 9, and the third outer tube 12 are preferably similar in order to reduce the space.
[0031]
In the above-described embodiment, the shaft member 1 is exemplified by a flat steel and a cross-shaped cross-section, but the present invention is not limited to these, and has a shape having other similar functions. May be used. Low yield point steel can be used as the material of the shaft 1.
[0032]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 8 is a configuration diagram of a vibration damper according to Embodiment 4 of the present invention, where (A) is a longitudinal sectional view, (B) is a DD sectional view of (A), and (C) is (A). EE sectional drawing is shown. In the present embodiment, the viscoelastic damper portion and the shaft member 1 can be replaced. That is, the connecting member 6 constituting the bottom of the inner stiffening tube 2 is provided with an opening 13 through which the shaft member 1 is inserted, the tip of the shaft member 1 is projected through the opening 13, and two upper and lower L-shaped metal pieces 14 are provided. The tip of the shaft member 1 is attached with bolts 15, and each L-shaped metal piece 14 is fixed to the connecting member 6 with the bolts 15. Further, the end plate portion of the joint member 5 for connecting the outer tube 4 is formed in a box shape, and the base end portion of the outer tube 4 is fixed to the box portion 16 with a bolt 17.
[0033]
According to this embodiment, when the viscoelastic damper part or the shaft member 1 is damaged by a large disturbance, the outer pipe 4 is removed from the joint member 5 by removing the bolt 17 of the box part 16 of the joint member 5, By removing the bolt 15 of the metal object 14, the shaft member 1 can be extracted from the inner stiffening tube 2, and the shaft member 1 and the viscoelastic damper portion can be attached in the reverse procedure. Therefore, when the viscoelastic damper portion is damaged, the viscoelastic damper portion including the inner stiffening tube 2, the viscoelastic body 3, and the outer tube 4 can be easily replaced with a new one, and the shaft member 1 is damaged. In this case, only the shaft member 1 can be easily replaced with a new one. Accordingly, only the damaged viscoelastic damper portion or the shaft member 1 can be easily replaced without requiring replacement of the entire damping damper, thereby reducing costs.
Although illustration is omitted, when the viscoelastic damper portion has the outermost third outer tube 12 as shown in FIG. 7, the base ends of the third outer tube 12 and the outer tube 4 are connected. The third outer tube 12 is connected to the box portion 16 of the joint member 5 as shown in FIG. The connecting means between the box portion 16 and the third outer tube 12 may be a screw or a general quick detachable coupling means.
Further, the L-shaped metal piece 14 can be directly welded to the inner stiffening pipe 2, and in this case, the connecting member 6 is not necessary. Moreover, even if the shaft member 1 has a cross-shaped cross section, it can be similarly detachably attached by using four L-shaped hardwares.
[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 vibration damper 20 of the present invention is installed, energy absorption is effectively performed against vibrations caused by disturbances in all ranges as described above, so that improvement in habitability and improvement in earthquake resistance are obtained. It is done. In addition, because of the compact configuration, the degree of freedom in designing the installation position and the like is large, and replacement at the time of installation and repair on site is easy. In the above description, the case where the present invention is used for the brace material has been described.
[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 Embodiment 1 of the present invention, in which FIG. 1A is a longitudinal sectional view, and FIG.
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 Embodiment 2 of the present invention, in which FIG. 6A is a longitudinal sectional view, and FIG.
7A and 7B are configuration diagrams of a vibration damper according to Embodiment 3 of the present invention, in which FIG. 7A is a longitudinal sectional view, and FIG. 7B is a sectional view taken along the line CC in FIG.
8A and 8B are configuration diagrams of a vibration damper according to Embodiment 4 of the present invention, in which FIG. 8A is a longitudinal sectional view, FIG. 8B is a DD sectional view of FIG. It is EE sectional drawing of a figure (A).
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 SYMBOLS 1 Shaft material 2 Inner stiffening pipe 3 Viscoelastic body 4 Outer pipe 5 Joint member 6 Bottom part of inner stiffening pipe (connection member)
7 End plate 9 Second outer tube 10 Connecting plate 12 Third outer tube 13 Opening 14 Hardware 16 Box part of joint member

Claims

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.