JP4665232B2 - 座屈拘束ブレース - Google Patents

Description

この発明は、構造物の主要骨組の層間に組み込まれ、大きな層間変形が生じたときに鋼板のブレース芯材が塑性変形することでエネルギーを吸収し、構造物の揺れを減少させる座屈拘束ブレースに関する。

鋼材をブレース芯材として用いる場合、圧縮荷重負担時の座屈を防止する必要から、ブレース芯材は、両端部を除いて、特許文献１に示すように、内在するコンクリート（モルタル）及びこのコンクリートを外包する鋼材より拘束される構成となっている。
実公平４−１３２１２

この特許文献１は、内部に注入されるコンクリートが均一に内在しているものなのか目視できず、内部のコンクリートの品質の管理が出来ていない欠点があったので、出願人は、これらの欠点を除くため特許文献２に示す例を提案した。
特願２０００−３６２８５０

この特許文献２は、コンクリートを入れた凹みを有する鋼を２つ製造し、それから、この２つのコンクリートを入れた凹みを有する鋼間に、ブレース芯材を挟みこむと共に、両凹みを有する鋼の接合側を覆うように接合プレートを両側に配し、そして、接続プレートと凹みを有する鋼を溶接して製造している。そして、その後に溶接個所の減少を図る目的で特許文献３を提出している。
特開２００３−２９３４６１

前述した座屈拘束ブレースは、鉄骨構造物に用いられることを目的として製造されている。例えば特許文献４に示すように、普通鋼材から鋼製柱及び鋼製梁を持つ鉄骨構造物に、座屈拘束ブレースを架設した構造のものや、特許文献５に示すように、高降伏点鋼材製柱と高降伏点鋼材製梁からなる鉄造構造物に架設した構造のような利用例であった。
実開昭６３−１０１６０３ 特開平６−５７８２０

しかしながら、座屈拘束ブレースは、層間変形の小さい鉄筋コンクリート構造の建物に用いるのは、不向きであったが、徐々に補強用に採用されてきている。その場合に、鉄筋コンクリート構造物は、鉄骨造の構造物に比して、柱と梁とのせん断破壊強度が小さい。したがって、鉄骨構造物に用いられる前述のような座屈拘束ブレースをそのまま採用することができない。それは、鉄骨構造用の座屈拘束ブレースでは耐力が大きく、それに比べて軸剛性が小さいので採用できない。

そこで、この発明は鉄筋コンクリート構造物に適した座屈拘束ブレースを提案するものである。

この発明に係る座屈拘束ブレースは、長手方向両端に連結部を持つブレース芯材と、このブレース芯材の周囲に設けられ軸方向と交差する方向の変形を拘束する座屈拘束材と、前記ブレース芯材を前記座屈拘束材で挟んだ状態で外側を被う枠板とより成る座屈拘束ブレースにおいて、前記ブレース芯材の両端部分に補強のための補強板を接合すると共に、前記ブレース芯材の中間部分両側で軸方向に沿って切欠部を形成し、その両切欠部にスペーサを配置すると共に、前記スペーサの長手方向両端は、前記ブレース芯材の切欠部の両端との間に隙間を有し、その隙間に緩衝材を配しっていることを特徴としている（請求項１）。

このため、ブレース芯材の両端部分に補強板を接合して中間部分より例えば５倍ほどの断面積にして、降伏耐力の低下と軸剛性の向上を図っている。しかも、ブレース芯材の中間部分は、その巾方向の寸法を両側に切欠部を設けることで、前記降伏耐力と軸剛性の調節が可能である。それから、前述の両切欠部の形成は、枠板との間に空間を作ることから、ブレース芯材が荷重負担時に不都合な動きをさせることになるが、スペーサを介在させることで、動きが規制される。このスペーサは、切欠部の切断時の切断材を用いたり、丸棒などが利用される。また、前記スペーサの長手方向両端は、前記ブレース芯材の切欠部の両端との間に隙間を持たせ、その隙間に緩衝材を配していることから、この隙間により、荷重負担時にブレース芯材がスペーサに当接せずに軸方向に動くことを担保している。即ち、降伏耐力を変化させることはない。また緩衝材はスペーサの位置の保持にも役立っている。

また、座屈拘束材は、コンクリートで作られ、その接触面側に前記ブレース芯材の形状に対応した形状としている（請求項２）。即ち、固形化されたブロック状のものを予め製造するようにしている。

前記座屈拘束材は、その接触面が前記ブレース芯材の形状に対応した形状とし、前記補強板の内側端との間に隙間を有し、その隙間に緩衝材を配している（請求項３）。このため、この隙間によりブレース芯材が座屈拘束材に当接せずに軸方向に動くことを担保している。また緩衝材はブレース芯材の位置の保持にも貢献している。

前記ブレース芯材の両端の連結部と座屈拘束材との間に隙間を有し、その隙間に緩衝材を配して（請求項４）ブレース芯材の軸方向の動きが座屈拘束材により規制を受けないように構成されている。

以上のように、この発明によれば、ブレース芯材は、その両端に補強板が接合され、降伏耐力の低下と軸剛性の向上が図られる。そしてその中間部分にあっては、その巾方向の寸法が両側に切欠部を設けることで降伏耐力と軸剛性を調節している。即ち、中間部分の塑性領域を小さく形成して対処している。前記両切欠部内にはスペーサが配されるために、ブレース芯材の不都合な動きが規制されることになる。このように、降伏耐力の低下と軸剛性の向上から鉄筋コンクリート構造物に供する座屈拘束ブレースを提供できる。

また、前記スペーサの長手方向両端には、前記ブレース芯材の切欠部の両端に接触しない隙間及びその隙間に設けられた緩衝材とを有し、ブレース芯材の軸方向への動きを妨げる（降伏耐力を変化させる）ことはない（請求項１）。

さらに、座屈拘束材は、その接触面が前記ブレース芯材の形状に対応した形状とし、前記補強板の内側端との間にも隙間及び隙間に設けられた緩衝材とを有していて、ブレース芯材の軸方向の動きを妨げる（降伏耐力を変化させる）ことはない（請求項３）。

さらにまた、ブレース芯材の両端の連結部と座屈拘束材との間にも隙間及びその隙間に挿入された緩衝材とを有していて、ブレース芯材の軸方向の動きを妨げる（降伏耐力を変化させる）ことはない（請求項４）。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１乃至図４において、座屈拘束ブレース１が示され、該座屈拘束ブレース１は鋼板からなるブレース芯材２と、このブレース芯材２を挟む座屈拘束材３，３及びこの座屈拘束材３，３を包む枠板４，４とより構成されている。

前記ブレース芯材２は、図５、図６にも示すように、平板状の鋼板６と、その両端に設けられる連結部８，８とより成り、その連結部８，８を含む長手方向両端部分に補強用の補強板９，９が上下面に接着されている。この補強板９，９の長手方向寸法は、全長Ｌの3/10Ｌ程となっている。そして、この補強板９，９による強度は、下記に説明する中間部分１１強度よりも例えば５倍程となっている。尚、１２，１２は、補強板９，９の内側端で、段部となっている。

前記連結部８，８には、上述したように、補強板９，９が接着されると共に、リブ１３，１３が接合され、十字形に形成されている。１４，１４は連結用のボルト穴である。

前記ブレース芯材６の中間部分１１は、芯材６自身の厚みのみで、その横巾3/5Ｗ）程であり、鋼板６の両端で長手方向（軸方向）に形成の切欠部１６，１６により定められている。この切欠部１６，１６の長さは2/5Ｌ程、巾方向は1/5Ｗ程である。この中間部分１１の強度は、前述した通り補強板で補強の両端部分の1/5程である。この強度は前述切欠部１６，１６により中間部分１１の巾方向や長手方向の寸法と関係しており、この巾方向や長手方向の寸法を選択すれば、ブレース芯材の軸剛性と降伏耐力を任意に決定できる。即ち、鉄骨構造用の座屈拘束ブレースに比して中間部分１１の巾方向や長手方向の寸法を小さくして塑性領域を小さく形成している。尚、この切欠部１６，１６は、下記するスペーサ１８，１８が配される。

スペーサ１８，１８は、前述ブレース芯材６の両側に形成の切欠部１６，１６内に配されるもので、枠板４，４内にブレース芯材６が収納されると、該枠板４，４との間に空間１９が形成されることになるが、この空間を埋める働きをしている。これは、荷重負担時に中間部分１１が横方向（巾方向）へ動きを規制する作用を持っている。

このスペーサ１８，１８は、切欠部１６，１６が切削して形成時の端材を利用しても良いし、また丸棒などを用いても良い。またこのスペーサ１８，１８長さ寸法は、前記切欠部１６の両端の長さ2/5Ｌよりも若干小さく、図７に示すように、該切欠部１６の両端との間の隙間δを有しており、荷重負担時にブレース芯材２がスペーサ１８に当接せず、軸方向に動くことを担保している。即ち、降伏耐力を変化させることはない。この隙間δ内にウレタン等の緩衝材２１が介在され、スペーサ１８がその位置を保つ働きを持っている。

前記座屈拘束材３，３は、コンクリート製で、図８等に示すような形状が外部の離れた場所で製造されたブロックで、前記ブレース芯材２との接合面側に、その芯材２に対応する形状となっている。即ち、中間部分３ａが突出し、両端部分３ｂ，３ｂがそれよりも薄く形成されており、両者の接点が段部３ｃ，３ｃとなっている。この段部３ｃ，３ｃと前記補強板９の内側端１２との間に隙間が形成され、その隙間にウレタン等の緩衝材１５が介在されている。

また、座屈拘束材３の両端部分３ｂ，３ｂに、前記リブ１３が挿入される斜溝２０，２０（図２、図９に示す）が形成されている。この斜溝２０，２０とリブ１３との間にも図１０に示すように、ウレタン等の緩衝材２３が介在されている。これもブレース芯材２に不要なる負荷を与えないようにしている。

前記枠板４，４は、鋼板より成り、細長い底面４ａと、その両端から立ち上る立面４ｂ，４ｃとを持ち、細長い断面コ字状で、その両端に一対の当て金２４，２４を有している。そして、枠板４，４の内部に開口側からブロック状のコンクリートより成る前述の座屈拘束材３，３が挿入される。前述の立面４ｃより立面４ｂの方がその寸法は長い。

次に、座屈拘束ブレース１の製造方法について、図１乃至図３を用いて説明すると、まず、枠板４，４を製造する。即ち、底面４ａの両端に立面４ｂ、４ｃを折り曲げて形成する。その後に、この枠板４，４内にコンクリート製の座屈拘束材３が収納される。

それから、ブレース芯材２を用意し、必要によりアンボンド剤を塗布する。そして、このブレース芯材２を枠板４，４内の座屈拘束材３上に載置する。また、ブレース芯材２の切欠部１６，１６内にスペーサ１８，１８を収納する。そして、スペーサ１８，１８と切欠部１６，１６との間に緩衝材２１，２１を介在させ、またブレース芯材２の補強板９の内側端１２と座屈拘束材３との間にも緩衝材１５を介在させる。さらに、図１に示すように、枠板４，４を最中合せに接合し、立面４ｂ、４ｃ同士を溶接する。これにより、座屈拘束ブレース１が製造される。

以上のような構造の、座屈拘束ブレース１をコンクリート構造物に採用してみると、降伏層間変形角を例えば１０００分の１に下げることができ、耐震補強を可能にする。この座屈拘束ブレース１は、鉄骨構造物用として特願２００２−２５６５３７に示す構造と共用のため、ブレース芯材２の両端部分に補強用の補強板９を接着し、且つ中間部分１１に切欠部１６，１６を形成するが、この切欠部１６，１６が形成されることから枠板４との間に生じる空間１９内で荷重負担時にブレース芯材２が変形する不都合を解消することからスペーサ１８，１８を収納した。

この発明に係る座屈拘束ブレースの斜視図である。 同上の分解斜視図である。 同上の縦断面図である。 同上の横断面図である。 ブレース芯材の平面図である。 同上の側面図である。 ブレース芯材に形成の切欠部とスペーサとの関係を表す要部拡大平面図である。 座屈拘束材の側面図である。 座屈拘束ブレースの一部の断面図である。 座屈拘束ブレースの一部の平面図である。

符号の説明

１ 座屈拘束ブレース
２ ブレース芯材
３ 座屈拘束材
４ 枠板
９ 補強板
１１ 中間部分
１２ 内側面
１５ 緩衝材
１６ 切欠部
１８ スペーサ
１９ 空間
２１ 緩衝材
２３ 緩衝材

Claims (4)

1. 長手方向両端に連結部を持つブレース芯材と、
   このブレース芯材の周囲に設けられ軸方向と交差する方向の変形を拘束する座屈拘束材と、
   前記ブレース芯材を前記座屈拘束材で挟んだ状態で外側を被う枠板とより成る座屈拘束ブレースにおいて、
   前記ブレース芯材の両端部分に補強のための補強板を接合すると共に、
   前記ブレース芯材の中間部分両側で軸方向に沿って切欠部を形成し、その両切欠部にスペーサを配置すると共に、前記スペーサの長手方向両端は、前記ブレース芯材の切欠部の両端との間に隙間を有し、その隙間に緩衝材を配したことを特徴とする座屈拘束ブレース。
2. 前記座屈拘束材は、コンクリートで作られ、その接触面側に前記ブレース芯材の形状に対応した形状としたことを特徴とする請求項１記載の座屈拘束ブレース。
3. 前記座屈拘束材は、その接触面が前記ブレース芯材の形状に対応した形状とし、前記補強板の内側端との間に隙間を有し、その隙間に緩衝材を配したことを特徴とする請求項１又は２記載の座屈拘束ブレース。
4. 前記ブレース芯材の両端の連結部と前記座屈拘束材との間に隙間を有し、その隙間に緩衝材を配したことを特徴とする請求項１又は２記載の座屈拘束ブレース。

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