JP4277176B2 - 制震構造物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制震構造物に関し、特に、上載構造物の梁に接合している柱の頭部における損傷を防止できる制震構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造物の地震や風に対する応答を低減するために、構造物に種々のタイプのダンパー（エネルギー吸収機構）を付加する制震工法が採用されており、その中でも、粘弾性系の制震ダンパーは、アクリル系ゴム、ゴムアスファルト系ゴム、高減衰ゴム等を粘弾性材料として用いながら、粘弾性体の剪断変形に対する粘性抵抗力を利用するものであり、小変形時からエネルギー吸収による付加減衰効果を発揮することで知られている。
【０００３】
しかるに、従来の粘弾性系の制震ダンパーは、粘弾性体を内蔵したダンパーを高架下の柱や梁の間にブレース（筋交い）の状態で設置しているために、構造物の開口部分がブレース等で塞がれて空間の有効利用を妨げたり、柱脚の曲げ変形に対して制震効果が発揮され難いために、鉄道高架橋の場合には柱脚に所定の強度を確保するのに地中梁を設置する必要があり、工期の長期化と建設コストの高騰を余儀なくさせていた。
【０００４】
そこで、柱頭設置型制震ダンパーとして高減衰ゴムを採用した粘弾性体と鋼板を複数層重ね合せたダンパー部とダンパー腕部鋼材から構成し、腕部鋼材の端部を柱頭に結合すると共にダンパー部を柱の中間部分に固定されるように取り付けることで、地震によって柱が変形すると、柱頭と柱中間部の間を繋ぐように固定されたダンパーに柱の変形を伝達させてダンパー部の粘弾性体にせん断変形が生じさせることでエネルギー吸収を起こさせて、構造部の応答を低減する提案もなされており、構造物の層間の開口部分を塞ぐことなく空間の有効利用を図りながら構造物の曲げ変形に対しても効果的な制震機能を発揮している。（例えば、特許文献１参照）
【０００５】
本提案による制震ダンパー４０は、図６に示すように、並列に向かい合う３枚の細長状鋼板４１、４１’、４１”と並列に向かい合う矩形状鋼板４２、４２’、４２”、４２”’とを交互に交差する状態に重層配置しながら、細長状鋼板と矩形状鋼板との各交差間に位置する重層部分に粘弾性体４３の層を挟み込んで構成して構造物の柱４５に沿わせて装備しており、細長状鋼板の先端部４４を柱４５の柱頭４６に固定すれると共に矩形状鋼板を柱頭４６から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の位置に固定することで、高架下の柱や梁の間にブレース（筋交い）の設置を回避して構造物の空間利用を図っている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３２３９６４号公報（「段落番号」００５１〜「段落番号」００５２、図１０）
【０００７】
しかるに、地震の際に塑性率6を越えるのは、図７が示しているように柱頭と上梁の接合部であることから、柱頭および柱脚に甚大な損傷を集中して発生することになって、高架橋等では、上層梁と柱頭の間にコンクリートの破壊や柱鉄筋の抜け出し等による被害が発生することになる。
【０００８】
従って、上記提案の柱頭設置型制震ダンパーにおいては、柱の変形を防止する効果はあるが柱頭部分に集中して発生する被害を防止することに難点のあることが明らかになってきた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の状況に鑑みて柱頭部分に集中的に発生する被害を防止するために提案するものであり、ダンパー腕部鋼材の端部を柱頭に結合することを止めることで柱頭部における損傷を防止する制震構造物を提供している。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明である制震構造物は、梁を備える上載構造物を制震ダンパーの取り付けられた柱で支持して成る制震構造物であって、複数の細長状鋼板と矩形状鋼板とを交互に対峙させると共に各鋼板の間に粘弾性体層を挟み込んで構成するダンパー部の上端を上載構造物の梁であって、前記矩形状鋼板の法線方向に延在する梁に取り付け、下端を柱の中間部に取り付けて構成することを特徴としており、柱頭部における損傷を防止しながら構造物の層間の開口部分を塞ぐことなく空間の有効利用を図り、構造物の曲げ変形に対しても効果的な制震機能を発揮させている。
【００１１】
請求項２に記載の発明である制震構造物は、請求項１に記載の制震構造物において、ダンパー部の上端が、前記梁下面に平行な面と前記矩形状鋼板に平行な面とからなる取付部を形成して構成されることを特徴としており、上記機能に加えて、上載構造物の梁に対する取り付けを容易にしている。
【００１２】
請求項３に記載の発明である制震構造物は、請求項１又は２に記載の制震構造物において、ダンパー部の上端が、前記取付部のうち前記梁下面に平行な面と前記矩形状鋼板面の両方に直交する補強鋼板を備えて構成されることを特徴としており、上記機能に加えて、ダンパー部の上端を上載構造物の梁に対して堅固に取り付けている。
【００１３】
請求項４に記載の発明である制震構造物は、請求項１乃至３のいずれかに記載の制震構造物において、前記上載構造物の梁が、該梁の両側から該梁を挟み込む態様のダンパー装着部を備えて構成されることを特徴としており、上記機能に加えて、上載構造物の梁にダンパー部の上端を堅固に取り付けている。
【００１４】
請求項５に記載の発明である制震構造物は、請求項１乃至４のいずれかに記載の制震構造物において、ダンパー部を取り付ける柱の中間部に帯状鋼板を巻回することを特徴としており、上記機能に加えて、柱に対するダンパーの取り付けを容易にしている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明による制震構造物は、梁を備える上載構造物を制震ダンパーの取り付けられた柱で支持して成る制震構造物において、複数の細長状鋼板と矩形状鋼板とを交互に対峙させると共に各鋼板の間に粘弾性体層を挟み込んで構成するダンパー部の上端を上載構造物の梁であって、矩形状鋼板の法線方向に延在する梁に取り付け、下端を柱の中間部に取り付けることを基本にして、ダンパー部の上端に梁下面に平行な面と矩形状鋼板に平行な面とからなる取付部や、取付部のうち梁下面に平行な面と矩形状鋼板面の両方に直交する補強鋼板を備え、該梁の両側から該梁を挟み込む態様のダンパー装着部を備えると共にダンパー部を取り付ける柱の中間部に帯状鋼板を巻回することを特徴としている。
以下に、本発明による制震構造物の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１に示す実施の形態は、上載構造物としての鉄道高架橋１とそれを支持している柱である橋脚２との間に制震ダンパー３を設置した例である。本実施の形態では、制震ダンパー３の上端４を高架橋１の梁５に取り付けると共にその下端６を橋脚２の中間部に固定することで、構造物の層間の開口部分を塞ぐことなく、構造物の曲げ変形に対しても効果的な制震機能を発揮させており、加えて、鉄道高架橋１は、橋脚２の柱頭７の損傷を防止することで高架橋の地中梁を無くすることも可能にして、工期短縮と建設コストの削減も図っている。
【００１８】
尚、本発明による制震構造物は、梁と柱を有する構造物であれば土木構造物、建築構造物を含めどのような構造物にも適用することが可能であり、超高層建物、鉄道高架橋の橋脚の他にも歩道橋、高架道路、ペデストリアンデッキ等の構造物に対しても、柱頭の損傷を発生させずに有効な制震効果を付与させることが可能である。
【００１９】
そして、図２は、制震ダンパー３を設置するために鉄道高架橋１の梁５とこれを支持する橋脚２とに配置する構成部材を示している。
鉄道高架橋１の梁５には、ダンパー装着部９を配置している。ダンパー装着部９は、梁５に制震ダンパー３の上端４を取り付ける際に応力の伝達を円滑に行うために、梁５に対応させながらその両側面を挟み込むように鋼板を装備しながら、制震ダンパー３の上端４と接合する側に螺着用のねじ穴１０を設けるものであり、力の移動が梁５の下面のみに集中しないように構成している。
【００２０】
又、橋脚２には、帯状鋼板１１を固定している。帯状鋼板１１の巻回位置は、柱長の１／３〜１／２に相当する範囲であり、帯状鋼板１１に制震ダンパー３の下端６を螺着させることが出来るようにねじ穴１２を設けて、橋脚２への制震ダンパー３の固定を容易にしている。
【００２１】
梁５とダンパー装着部９、橋脚２と帯状鋼板１１の結合は、相互間に発生する隙間に無収縮モルタルもしくは樹脂を注入することで橋軸方向の揺れの影響を無くしており、ダンパー装着部９と帯状鋼板１１に制震ダンパー３を設置するには、通常のボルトによる螺着固定を基本にしている。
【００２２】
次ぎに、本発明に用いる制震ダンパーの一例について説明する。
本発明に用いる制震ダンパーは、複数の細長状鋼板と矩形状鋼板とを交互に対峙させると共に、各鋼板の間に粘弾性体層を挟み込んでダンパー部を構成し、細長状鋼板の上端に、細長状鋼板の長手方向に略直交する面と矩形状鋼板に平行な面とからなる取付部を形成して成り、細長状鋼板の上端に、取付部のうち細長状鋼板の長手方向に略直交する面と矩形状鋼板面の両方に略直交する補強鋼板を備えることを特徴としている。
以下に、本発明に用いる制震ダンパーの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
制震ダンパー２０は、図３（ａ）を（ｂ）−（ｂ）矢視した図３（ｂ）の断面図に示すように、並列に向かい合う３枚の細長状鋼板２１、２１’、２１”と、これと同様に並列に向かい合う矩形状鋼板２２、２２’、２２”、２２”’とを交互に交差する状態に重層配置しながら、細長状鋼板と矩形状鋼板との各交差間に位置する重層部分に粘弾性体２３の層をそれぞれに挟み込んで構成されている。
【００２４】
細長状鋼板は、図３（ａ）の斜視図が示すように粘弾性体２３の層から突出させている長い先端部２４を形成しており、先端部２４には、その形状を鉄道高架橋１の梁５に設けたダンパー装着部９に螺着し易いように各細長状鋼板の長手方向に略直交する面と矩形状鋼板に平行な面とからなる取付部２５を形成すると共に、曲げ剛性を強化するためにその鋼板厚を大にすることが考慮されている。
尚、取付部２５は、細長状鋼板２１、２１’、２１”との結合を強化するためには、図示のように側面に補強部材２６を設けることも可能である。
【００２５】
又、矩形状鋼板２２、２２’、２２”、２２”’の橋脚等への取り付けは、細長状鋼板２１、２１’、２１”が粘弾性体２３の層を介して相互に自由に移動できるように、矩形状鋼板２２、２２’、２２”、２２”’の外周部において橋脚等に結合されるものであり、鋼板の間に挟み込む粘弾性体２３としては、従来例と同様にアクリル系ゴム、ゴムアスファルト系ゴム、高減衰ゴムなど公知の粘弾性材料を薄板状にしたものが用いられ、必要に応じて接着剤等により鋼板の間に挟持されている。
【００２６】
図４に示す制震ダンパー３０は、本発明に用いる制震ダンパーの他の実施形態であるが、細長状鋼板２１、２１’、２１”と矩形状鋼板２２、２２’、２２”、２２”’及び粘弾性体２３から構成されるダンパー部分は、上記実施の形態と同様である。
【００２７】
しかして、制震ダンパー３０は、その先端部３１に形成する取付部３２と細長状鋼板２１、２１’、２１”との結合を強化するために、補強部材３３、３３を両側面に設けると同時に取付部３２の中央部分にも補強部材３３’を配置すると共に、さらに、これらの補強部材３３、３３’を強化するためにその間に細長状鋼板と平行な補強部材３４、３４’と３５、３５’が配置されている。
【００２８】
本発明に用いる制震ダンパーは、以上の各実施形態のように構成されることで、上載構造物の梁に対するダンパー部の取り付けを容易にして、構造物の層間の開口部分を塞ぐことなく空間の有効利用を図りながら、構造物の曲げ変形に対しても効果的な制震機能を発揮させると共に柱頭部における損傷を防止している。
【００２９】
尚、上記各実施の形態では、制震ダンパーを単独な形態として説明したが、制震ダンパー２０、３０の取付部２５、３２にダンパー装着部９を予め一体に装備しておいたり、制震ダンパー３の下端６に帯状鋼板１１に相当する鋼板を予め一体に装備しておくことで、現場での工事量を少なくすることも施工が可能な限り考慮されるところである。
【００３０】
そして、本発明による制震構造物の検証結果を図５に確認している。
【００３１】
本検証は、地震応答解析によって鉄道高架橋の柱の塑性率を確認したものであり、小要素に分割した柱の各要素についてその塑性率を弾性限界に対する最大応答値の比として表示している。
【００３２】
従って、変形が大きい場合にその数字は大きくなるが、図７に示した従来例では、制震ダンパーが設けられずに地中梁を備えている場合に塑性率が６を越えていたが、これに比較して、本発明による制震構造物と制震ダンパーの場合は、地中梁が無い場合であっても、塑性率は、図示のように柱頭部分全体で３程度とほぼ均等な数値を示しており、鉄道高架橋の上梁と柱頭との接合部に集中して発生する損傷を抑制して軽微な損傷に留まるように機能することを確認できる。
【００３３】
以上の検証でも明らかにされたように、本発明による制震構造物は、以上の各実施形態のように構成されることで、上載構造物の梁に対するダンパー部の取り付けを容易にして、構造物の層間の開口部分を塞ぐことなく空間の有効利用を図りながら、構造物の曲げ変形に対しても効果的な制震機能を発揮させると共に柱頭部における損傷を防止しているものである。
【００３４】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明による制震構造物は、上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、構造物としては、梁と柱を有する構造物であれば土木構造物、建築構造物を含めどのような構造物にも適用することが可能であり、超高層建物、鉄道高架橋の橋脚の他にも歩道橋、高架道路、ペデストリアンデッキ等の構造物にも適用可能であり、制震ダンパーの形態も特に限定されるものでないように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは当然のことである。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１に記載の制震構造物は、梁を備える上載構造物を制震ダンパーの取り付けられた柱で支持して成る制震構造物において、複数の細長状鋼板と矩形状鋼板とを交互に対峙させると共に各鋼板の間に粘弾性体層を挟み込んで構成するダンパー部の上端を上載構造物の矩形状鋼板の法線方向に延在する梁に取り付け、下端を柱の中間部に取り付けて構成することを特徴としているので、以下の具体的な効果を発揮しながら工期の短縮とコストの低減を図れる効果を奏している。
【００３６】
▲１▼ 柱頭部における損傷を防止できる。
▲２▼ 構造物の層間の開口部分を塞ぐことなく空間の有効利用を図れる。
▲３▼ 構造物の曲げ変形に対しても効果的な制震機能を発揮できる。
▲４▼ 既存構造物の耐震補強にも適用できる。
【００３７】
請求項２に記載の制震構造物は、請求項１に記載の制震構造物において、ダンパー部の上端に梁下面に平行な面と矩形状鋼板に平行な面とからなる取付部を形成することを特徴としているので、上記効果に加えて、上載構造物の梁に対する取り付けを容易にできる効果を奏している。
【００３８】
請求項３に記載の制震構造物は、請求項１又は２に記載の制震構造物において、ダンパー部の上端に取付部のうち細長状鋼板の長手方向に略直交する面と矩形状鋼板面の両方に略直交する補強鋼板を備えることを特徴としているので、上記効果に加えて、ダンパー部の上端を上載構造物の梁に対して堅固に取り付けできる効果を奏している。
【００３９】
請求項４に記載の制震構造物は、請求項１乃至３のいずれかに記載の制震構造物において、梁の両側から梁を挟み込む態様のダンパー装着部を備えることを特徴としているので、上記効果に加えて、上載構造物の梁にダンパー部の上端を堅固に取り付けできる効果を奏している。
【００４０】
請求項５に記載の制震構造物は、請求項１乃至４のいずれかに記載の制震構造物において、ダンパー部を取り付ける柱の中間部に帯状鋼板を巻回することを特徴としているので、上記効果に加えて、柱に対するダンパーの取り付けを容易にできる効果を奏している。
【００４１】
又、本発明に用いる制震ダンパーは、複数の細長状鋼板と矩形状鋼板とを交互に対峙させると共に各鋼板の間に粘弾性体層を挟み込んでダンパー部を構成し、細長状鋼板の上端に、細長状鋼板の長手方向に略直交する面と矩形状鋼板に平行な面とからなる取付部を形成して成り、細長状鋼板の上端に、取付部のうち細長状鋼板の長手方向に略直交する面と矩形状鋼板面の両方に略直交する補強鋼板を備えて構成されることを特徴としているので、上載構造物の梁に対するダンパー部の取り付けを容易にして、構造物の層間の開口部分を塞ぐことなく空間の有効利用を図りながら、構造物の曲げ変形に対しても効果的な制震機能を発揮させると共に、柱頭部における損傷を防止できる効果を奏している。
【図面の簡単な説明】
【 図１】本発明による制震構造物の実施の形態を示す斜視図
【 図２】本発明による制震構造物のダンパー装着部と帯状鋼板とを示す実施の形態図
【 図３】本発明による制震ダンパーの実施形態図
【 図４】本発明による制震ダンパーの他の実施形態図
【 図５】本発明による制震構造物の検証図
【 図６】従来の制震構造物図
【 図７】従来の制震構造物における塑性率図
【符号の説明】
１ 高架橋、 ２ 橋脚、 ３、２０、３０、４０ 制震ダンパー、
４ 上端、 ５ 梁、 ６ 下端、 ７、４６ 柱頭、
９ ダンパー装着部、 １０、１２ ねじ穴、 １１ 帯状鋼板、
２１、４１、２１’、４１’、２１”、４１” 細長状鋼板、
２２、２２’、２２”、２２”’ 矩形状鋼板、 ２３、４３ 粘弾性体、
２４、３１、４４ 先端部、 ２５、３２ 取付部、
３３、３３’、３４、３４’、３５、３５’補強部材、
４２、４２’、４２”、４２”’ 矩形状鋼板、 ４５ 柱、

Claims (5)

1. 梁を備える上載構造物を制震ダンパーの取り付けられた柱で支持して成る制震構造物であって、複数の細長状鋼板と矩形状鋼板とを交互に対峙させると共に各鋼板の間に粘弾性体層を挟み込んで構成するダンパー部の上端を上載構造物の梁であって、前記矩形状鋼板の法線方向に延在する梁に取り付け、下端を柱の中間部に取り付けて構成することを特徴とする制震構造物。
2. ダンパー部の上端が、前記梁下面に平行な面と前記矩形状鋼板に平行な面とからなる取付部を形成して構成されることを特徴とする請求項１に記載の制震構造物。
3. ダンパー部の上端が、前記取付部のうち前記梁下面に平行な面と前記矩形状鋼板面の両方に直交する補強鋼板を備えて構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の制震構造物。
4. 前記上載構造物の梁が、該梁の両側から該梁を挟み込む態様のダンパー装着部を備えて構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の制震構造物。
5. 柱が、ダンパー部を取り付ける中間部に帯状鋼板を巻回して構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の制震構造物。

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