JP5509985B2 - 接合部の制振構造 - Google Patents

Description

本発明は、相対変位可能な２つの部材の接合部の制振構造に関する。

相対変位可能な２つの部材としては、例えば建物の上下に位置し互いに相対移動する階層を有する建物が挙げられる。このような、建物の一部の階層には、揺れ等に対する補強部としてトラス構造部が設けられており、トラス構造部の、例えば下弦材の一部に摩擦力を発生させて建物の制振を行う摩擦ダンパーが設けられているものがある。摩擦ダンパーは、層間などにおいて、互いに相対移動する一方の部材に設けられた滑り材と、他方の部材に設けられた相手板とが、互いに所定の圧接力で圧接された状態で２つの部材が接合されており、２つの部材が相対移動して滑り材と相手板とが摺動する際に、建物の層間変位の振幅によらずほぼ一定の摩擦力を生じる。そして、この摩擦力を減衰力としてエネルギーを吸収して建物の揺れを低減する接合部の制振構造が知られている（特許文献１参照）。

特開２００９−００２１１８号公報

しかしながら、このような従来型の摩擦ダンパーには、次のような問題がある。
大地震時の最大層間変位時には、建物等の構造体自身が大きく変形していることから、建物には大きな内力が生じている。このような時に、更に大きな外力が変形方向と逆向きに付与されると、その分だけ、更に内力が拡大して構造体の破壊限界強度に至り易くなる。上記摩擦ダンパーの減衰力は、変形方向と逆向きの外力として作用し、また、層間変位の大きさによらず常にほぼ一定の減衰力を発生する。つまり、上述の摩擦ダンパーによれば、構造体は、最大層間変位時の厳しい内力下においても、大きな減衰力が加えられることになり、その場合、構造体の破壊限界強度の大きさによっては建物が破損してしまう虞があるという課題がある。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、構造体が損傷することを回避することが可能な接合部の制振構造を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために本発明の接合部の制振構造は、相対移動自在に重ねられた２つの部材と、前記２つの部材に圧接力を付勢する圧接力付勢部材と、を有し、前記２つの部材が振動により相対移動するときに発生する摩擦力により、前記振動のエネルギーが吸収され、初期状態から前記２つの部材が移動して当該２つの部材の相対移動量が所定の値を超えたときに前記圧接力が低下することを特徴とする接合部の制振構造である。

２つの部材が相対移動自在に接合された接合部を有する構造物が振動して、２つの部材の間で相対移動が生じると、２つの部材の間で生じた相対移動により摩擦力を発生させて振動のエネルギーを吸収するのが一般的な摩擦ダンパーである。この摩擦力は、圧接力付勢部材にて２つの部材が圧接される圧接力により発生する摩擦力の大きさが相違する。そして、大きな振動のエネルギーを吸収させる場合には、圧接力付勢部材による圧接力を大きくする。圧接力が大きい場合には、小さな振動では２つの部材の間で相対移動は生じ難い。

一方、２つの部材の間で相対移動が生じると、２つの部材が取り付けられている構造物の各部位には内力が生じる。このような内力は、２つの部材が接合されている部位にも作用しており、相対移動量が大きな場合ほど大きな内力が作用する。さらに、大きな振動のエネルギーを吸収すべく設けられた摩擦ダンパーの２つの部材が相対移動した際には、２つの部材が接合されている部位にも、変形方向と逆の方向に構造体を変形させる外力が作用する。このため、２つの部材が取り付けられている部位には、既に生じている内力に加えて外力も作用するため、より大きな力が作用する。すなわち、２つの部材が取り付けられている部位には、振動が大きいほど、また、圧接力が大きいほど大きな力が作用する。

上記接合部材の制振構造は、初期状態から前記２つの部材が移動して当該２つの部材の相対移動量が所定の値を超えたときに圧接力が低下するので、２つの部材の相対移動量が所定の値を超えて大きな内力が生じるときに圧接力が低下する。このため、２つの部材が取り付けられている部位に作用する力を低下させて、２つの部材が取り付けられている構造体が損傷を受けることを回避することが可能である。

かかる接合部の制振構造であって、前記２つの部材の一方は、互いの間隔を変更自在に隔てて対向する一対の第１板部材であり、前記２つの部材の他方は、前記一対の板部材間に介在された第２板部材であり、前記圧接力付勢部材は、前記２つの部材が重ねられた重なり方向に重ねられて設けられ、当該重なり方向に圧縮されて前記２つの部材に圧接力を付勢し、前記圧接力付勢部材が圧縮された状態にて、前記第２板部材が介在された前記一対の第１板部材と前記圧接力付勢部材との重なり高さを一定に規制する重なり高さ規制部材を有し、前記一対の第１板部材のうちの一方の第１板部材と前記第２板部材との間にて前記摩擦力が発生され、前記一対の第１板部材のうちの他方の第１板部材と前記一方の第１板部材との間隔が近づくことにより前記圧接力が低下することが望ましい。

このような接合部の制振構造によれば、第２板部材が介在された一対の第１板部材と、重なり方向に重ねられた圧接力付勢部材との重なり高さを一定に規制する重なり高さ規制部材を有しているので、一方の第１板部材と第２板部材との間に安定した圧接力を付勢することが可能である。このため、一方の第１板部材と第２板部材との間にて適切な摩擦力を発生させることが可能である。

また、重なり高さ規制部材により第２板部材が介在された一対の第１板部材と、重なり方向に重ねられた圧接力付勢部材との重なり高さが一定に規制された状態にて、他方の第１板部材と一方の第１板部材との間隔が近づくと、圧縮された状態の圧接力付勢部材の圧縮が緩和される。このため、他方の第１板部材と一方の第１板部材との間隔を近づけることにより、圧接力を確実に低下させることが可能である。そして、一対の第１板部材と第２板部材との相対移動量が所定の値を超えたときには、他方の第１板部材と一方の第１板部材との間隔を近づけて圧接力付勢部材の付勢力を低下させ、相対移動が大きいときに作用する外力を小さく抑えることが可能である。

かかる接合部の制振構造であって、前記他方の第１板部材は、前記第２板部材側に突出する第１突部を有し、前記第２板部材は、前記第１板部材側に突出する第２突部を有し、前記第１板部材と前記第２板部材との前記相対移動量が所定の値以下のときには、前記第１突部と前記第２突部とが対向しており、前記第１板部材と前記第２板部材との相対移動量が所定の値を超えたときに、前記第１突部は前記第２突部より前記重なり方向の厚みが薄い第２基板部と対向し、前記第２突部は前記第１突部より前記重なり方向の厚みが薄い第１基板部と対向することが望ましい。

このような接合部の制振構造によれば、第１板部材と第２板部材との相対移動量が所定の値以下のときには、第１突部と第２突部とが対向しているので、重なり高さ規制部材により規制されて、より圧縮された状態にて第１板部材と第２板部材とを大きな圧接力にて圧接することが可能である。すなわち、小さな振動のエネルギーにより相対移動することを抑えることが可能である。

また、第１板部材と第２板部材との相対移動量が所定の値を超えたときには、第１突部が第２突部より重なり方向の厚みが薄い第２基板部と対向し、第２突部が第１突部より重なり方向の厚みが薄い第１基板部と対向することにより、一方の第１板部材と他方の第１板部材との間隔が近づくので、圧接力付勢部材の圧縮が緩和されて圧接力が低下する。このため、第１板部材と第２板部材との圧接力を小さくして、大きな力が作用することを回避させることが可能である。すなわち、第１板部材と第２板部材とが相対移動するだけで、第１突部と第２突部とが対向している状態から第１突部と第２基板部とが対向し、第２突部と第１基板部とが対向する状態にすることが可能である。

かかる接合部の制振構造であって、前記他方の第１板部材は、前記一方の第１板部材に対し、相対移動方向の移動が規制されていることが望ましい。

このような接合部の制振構造によれば、他方の第１板部材は、一方の第１板部材に対し、相対移動方向の移動が規制されているので、第１板部材と第２板部材とが相対移動する際には、一方の第１板部材と他方の第１板部材とを、第２板部材に対して相対移動させることが可能である。このため、２つの部材の相対移動量が所定の値を超えたときには、確実に圧接力が低下させることが可能である。

かかる接合部の制振構造であって、前記他方の第１板部材は、前記第１基板部から前記第１突部の頂部に向かって順次前記重なり方向の厚みが厚くなる傾斜部を有しており、前記第２板部材は、前記第２基板部から前記第２突部の頂部に向かって順次前記重なり方向の厚みが厚くなる傾斜部を有していることが望ましい。

このような接合部の制振構造によれば、第１突部と第２突部とが対向している状態から、第１板部材と第２板部材とが所定量以上相対移動して、第１突部と第２基板部とが対向し、第２突部と第１基板部とが対向する際に、第１板部材と第２板部材との傾斜部同士が摺動しつつ第１突部と第２基板部とが、また、第２突部と第１基板部とが近接するので、圧接力が低下する際の衝撃を小さく抑えることが可能である。

かかる接合部の制振構造であって、前記第１板部材と前記第２板部材との前記相対移動量が所定の値を超えて、前記第１突部の前記頂部と対向する前記第２板部材の前記第２基板部は、前記第１突部における前記頂部の相対移動方向の幅以上の幅を有し、前記第１板部材と前記第２板部材との前記相対移動量が所定の値を超えて、前記第２突部の前記頂部と対向する前記第１板部材の前記第１基板部は、前記第２突部における前記頂部の相対移動方向の幅以上の幅を有することが望ましい。

このような接合部の制振構造によれば、第２基板部は、第１板部材と第２板部材との相対移動量が所定の値を超えて第２基板部と対向する第１突部の頂部の幅以上の幅を有している。このため、所定量以上相対移動した際に、第１突部の頂部と第２基板部とを確実に当接させることにより、一方の第１板部材と他方の第１板部材との間隔が近づき圧接力付勢部材の圧縮が緩和されるので、圧接力を確実に低下させることが可能である。

また、第１基板部は、第１板部材と前記第２板部材との相対移動量が所定の値を超えて第１基板部と対向する第２突部の頂部の幅以上の幅を有している。このため、所定量以上相対移動した際に、第２突部の頂部と第１基板部とを確実に当接させることにより、一方の第１板部材と他方の第１板部材との間隔が近づき圧接力付勢部材の圧縮が緩和されるので、圧接力を確実に低下させることが可能である。

かかる接合部の制振構造であって、前記一対の第１板部材のうちの他方の第１板部材と前記第２板部材とが対向する部位には、摩擦低減処理が施されていることが望ましい。

このような接合部の制振構造によれば、一対の第１板部材と第２板部材とが相対移動するときには、一方の第１板部材と第２板部材とが対向する部位とともに、他方の第１板部材と第２板部材とが対向する部位にも摩擦力が発生する。本接合部の制振構造は、他方の第１板部材と第２板部材とが対向する部位に摩擦低減処理が施されているので、他方の第１板部材と第２板部材とが対向する部位に発生する摩擦力を小さく抑えることが可能である。

かかる接合部の制振構造であって、前記他方の第１板部材と前記第２板部材との間に生じる摩擦力は、前記一方の第１板部材と前記第２板部材との間に生じる摩擦力および前記圧接力からなる前記相対移動方向の合力より小さいことが望ましい。

このような接合部の制振構造によれば、相対移動により発生する摩擦力により振動の減衰力に対する、他方の第１板部材と第２板部材との間に生じる摩擦力および前記圧接力からなる前記相対移動方向の合力の影響を小さく抑えることが可能である。このため、一方の第１板部材と第２板部材との間に適切な摩擦力を発生させることが可能である。

本発明によれば、構造体が損傷を受けることを回避することが可能な接合部の制振構造を提供することにある。

本発明に係る接合部の制振構造を建物の柱梁架構のブレースに組み込んだ状態を示す正面図である。 ブレースの分断端部に摩擦ダンパーが介装された接合部の制振構造の断面図である。 摩擦ダンパーに用いられる皿ばねの特性図である。 図４Ａは、柱梁架構において従来の摩擦ダンパーにより減衰力Ｆが付与される力点部位の水平方向の変位と、力点部位に生じる内力との関係を示すグラフである。図４Ｂは、従来の摩擦ダンパーの振動エネルギー吸収履歴特性のグラフである。図４Ｃは、本実施形態の摩擦ダンパーの振動エネルギー吸収履歴特性のグラフである。図４Ｄは、本実施形態の摩擦ダンパーにより減衰力が付与される力点部位の水平方向の変位と、力点部位に生じる内力との関係を示すグラフである。

以下、本実施形態の接合部の制振構造の一例について図を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る接合部の制振構造を建物の柱梁架構のブレースに組み込んだ状態を示す正面図である。図２は、ブレースの分断端部に摩擦ダンパーが介装された接合部の制振構造の断面図である。

本発明の接合部の制振構造は、鉄骨柱と鉄骨梁とを結合して、多層階ビルディング等に適用される鉄骨構造の柱梁架構３において鉄骨柱や鉄骨梁およびブレースなどの鉄骨部材同士の間をボルトで接合し、当該ボルト接合部を摩擦ダンパーとして機能させるものである。

本実施形態では、図１に示すように、摩擦ダンパー２０をブレース１０に組み込んだ形態を例に挙げて説明する。
ブレース１０は、柱梁架構３の対角方向を架け渡し方向として配置されている。また、ブレース１０は、その長手方向たる前記架け渡し方向の略中央の位置において分断されており、分断された端部（以下、分断端部という）１０ａ、１０ｂ間の隙間Ｇに摩擦ダンパー２０が介装されて接合されている。

具体的には、一方の分断端部１０ａには、対向する一対の第１板部材としての外板１２、１４がブレース１０の架け渡し方向に突出されており、他方の分断端部１０ｂには、一対の外板１２、１４に挟み込まれる第２板部材としての中板１６がブレース１０の架け渡し方向に突出されて設けられている。対をなす外板１２、１４のうちの一方の外板１２は一方の分断端部１０ａに、また、中板１６は他方の分断端部１０ｂに、それぞれ一体に設けられている。ここで、対向する一対の外板１２、１４と中板１６とが、相対移動自在に重ねられた２つの部材に相当する。

外板１２、１４及び中板１６は互いに重なり合わされた状態で、各々に形成したボルト挿通孔１２ａ、１４ａ、１６ａにボルト１８が貫通されている。貫通されたボルト１８は、外板１２、１４より外側に突出され、外板１４の外側に設けられ、皿ばねが積層された皿ばね積層体３０も貫通し、皿ばね積層体３０を圧縮するようにボルト１８の先端がナット１９にて締付けられている。ここで、中板１６に設けられたボルト挿通孔１６ａは、一対の外板１２との相対移動を許容するために架け渡し方向に沿って形成されたボルト挿通用の長孔である。

他方の外板１４は、一方の外板１２に対し、互いに対向して重ねられた重なり方向に近接又は離間可能に構成され、他方の外板１４の分断端部１０ａ側の端部が、一方の外板１２に設けられた案内部１２ｂに案内されている。具体的には、他方の外板１４の分断端部１０ａ側に一方の外板１２側に突出させて設けられた突片１４ｇが、架け渡し方向に間隔を隔てて一方の外板１２に設けられ、外板１４側に突出する２つの案内片１２ｇの間に挿入されている。このため、突片１４ｇが案内片１２ｇに規制されて、外板１４は、外板１２に対し架け渡し方向への相対移動が規制され、突片１４ｇが案内片１２ｇの間で挿抜方向に移動することにより、外板１４の外板１２と重なり方向への相対移動が許容されるように構成されている。

長孔でなるボルト挿通孔１６ａを有する中板１６と外板１２との間には、ステンレス製の滑り板としての滑動板２３と、複合摩擦材料からなる摩擦板２２とが重ね合わされて配置されている。滑動板２３と摩擦板２２は、薄板状をなしている。

また、外板１２、１４、及び、滑動板２３には、外板１２、１４と中板１６とが接合された初期状態にて中板１６及び摩擦板２２のボルト挿通孔１６ａ、２２ａの中央部に対応してボルト径に相応した円形のボルト挿通孔１２ａ、１４ａ、２３ａが形成されている。ここで、摩擦板２２には、有機系摩擦材や無機系摩擦材を使用し得る。有機系摩擦材は、熱硬化型樹脂を結合材として、アラミド繊維，ガラス繊維，ビニロン繊維，カーボンファイバー，アスベストなどの繊維材料と、カシューダスト，鉛などの摩擦調整材と、硫酸バリュームなどの充填剤とからなる複合摩擦材料で形成される。上記熱硬化型樹脂としては、フェノール樹脂，メラミン樹脂，フラン樹脂，ポリイミド樹脂，ＤＦＫ樹脂，グアナミン樹脂，エポキシ樹脂，キシレン樹脂，シリコーン樹脂，ジアリルフタレーン樹脂，不飽和ポリエステル樹脂などがある。一方、滑動板２３は上述したステンレスやチタンなどの耐食性を有する材料によって形成される。

他方の外板１４と中板１６とが対向する部位には、架け渡し方向に互いに間隔を隔てて２つの突部１４ｃ、１６ｃがそれぞれ設けられている。外板１４と中板１６とに設けられた突部１４ｃ、１６ｃは、互いに対向する基板部１４ｄ、１６ｄから突出されて設けられ、突部１４ｃ、１６ｃの頂部１４ｅ、１６ｅが基板部１４ｄ、１６ｄと平行な平面をなしている。外板１４の頂部１４ｅ及び中板１６の頂部１６ｅは、架け渡し方向の間隔がほぼ等しく形成されている。また、頂部１４ｅ、１６ｅの架け渡し方向の幅、及び、頂部１４ｅ、１６ｅの突出量もほぼ等しく形成されている。ここで、外板１４に設けられた突部１４ｃが第１突部に相当し、外板１４の基板部１４ｄが第１基板部に相当する。また、中板１６に設けられた突部１６ｃが第２突部に相当し、中板１６の基板部１６ｄが第２基板部に相当する。

外板１４には、基板部１４ｄから頂部１４ｅに向かって順次重なり方向の厚みが厚くなる傾斜部１４ｆが設けられており、中板１６には、基板部１６ｄから頂部１６ｅに向かって順次重なり方向の厚みが厚くなる傾斜部１６ｆが設けられている。そして、外板１４の基板部１４ｄの架け渡し方向の幅は、何れも中板１６の頂部１６ｅの架け渡し方向の幅より広く形成されており、中板１６の基板部１６ｄの架け渡し方向の幅は、何れも外板１４の頂部１４ｅの架け渡し方向の幅より広く形成されている。

外板１４の、中板１６側の面をなす、基板部１４ｄ、傾斜部１４ｆ、頂部１４ｅと、中板１６の、外板１４側の面をなす、基板部１６ｄ、傾斜部１６ｆ、頂部１６ｅとには、摩擦低減処理が施され、一対の外板１２、１４と中板１６とが架け渡し方向に相対移動した際に、外板１４と中板１６との間にて発生する摩擦力および圧接力からなる相対移動方向の合力が、外板１２と中板１６との間に設けられた滑動板２３と摩擦板２２との間にて発生する摩擦力より小さくなるように構成されている。

そして、摩擦ダンパー２０は、外板１２と中板１６との間に滑動板２３及び摩擦板２２を介在させるとともに、外板１４の突部１４ｃと中板１６の突部１６ｃとが対向するように重なり合わされた状態で、それぞれに形成したボルト挿通孔１２ａ、１４ａ、１６ａにボルト１８が貫通されている。貫通したボルト１８には、外板１２の外側に円盤状の補助プレート２９が介在されてナット１９が螺合されている。また、ボルト１８の、外板１４の外側に皿ばね積層体３０とワッシャ３２とが介在されてナット１９が螺合されている。このため、ブレース１０の分断端部１０ｂは、摩擦板２２と滑動板２３とを介して、一対の外板１２、１４に対し相対移動自在に取り付けられている。また、外板１２、１４と滑動板２３とは同径のボルト挿通孔１２ａ、１４ａ、２３ａにボルト１８が挿通されて、滑動板２３、外板１２、１４及びボルト１８の相対移動が拘束されて締結固定されている。すなわち、円形のボルト挿通孔１２ａ、１４ａ、２３ａが設けられた一対の外板１２、１４及び滑動板２３と、長孔のボルト挿通孔１６ａ、２２ａが設けられた中板１６及び摩擦板２２とにボルト１８が貫通されてナット１９が締め付けられた構成が、一対の第１板部材と第２板部材との相対移動をガイドするガイド機構に相当する。

摩擦ダンパー２０には、ナット１９の締付けによりボルトの軸力Ｎが発生し、この軸力Ｎが一対の外板１２、１４間に伝達されて、中板１６の挟み込み力として作用することとなり、中板１６と一対の外板１２、１４とは、当該挟み込み力の作用の下、両者の相対移動が許容される。ここで、補助プレート２９は、皿ばね積層体３０の直径とほぼ同じ直径を有しており、ボルトの軸力Ｎを外板１２側のより広い領域に作用させている。また、ボルトの軸力Ｎは、摩擦板２２と滑動板２３とを圧接する圧接力であり、皿ばね積層体３０は当該圧接力を付勢する圧接力付勢部材に相当し、ボルト１８とナット１９とが、皿ばね積層体３０が圧縮された状態にて中板１６が介在された外板１２、１４と皿ばね積層体３０との重なり高さを一定に規制する重なり高さ規制部材に相当する。ここで、重なり高さには、ボルト１８及びナット１９により圧縮された皿ばね積層体３０の高さと、中板１６が介在された外板１２、１４が皿ばね積層体３０により締め付けられている締め付け高さとが含まれる。そして、重なり高さが一定に規制された状態では、締め付け高さが低くなると皿ばね積層体３０の圧縮が緩和されボルトの軸力Ｎが低下する。

図３は、摩擦ダンパーに用いられる皿ばねの特性図である。本摩擦ダンパー２０においては、ボルト１８の軸力Ｎを一対の外板１２、１４間に付勢する経路に皿ばね積層体３０が介装されており、一対の外板１２、１４のボルト１８の軸方向への変位に対して弾発力がほぼ一定に変動するような線形ばね特性を発揮するように設定されている。皿ばね積層体３０のばね特性は、図３に示すようにボルト１８の中心軸方向の変形量（見込み変化量）σに対して、荷重（弾発力）ｗの変動がほぼ一定となる非線形ばね領域Ｓを備えているが、本摩擦ダンパー２０においては、皿ばね積層体３０はボルト１８に所定の軸力Ｎを付加した状態で当該非線形ばね領域Ｓにて使用せずに、荷重に対する皿ばね変形量が比較的リニアに変化するほぼ線形のばね領域Ｒ内に設定されている。本実施形態では皿ばね積層体３０は、複数枚の皿ばね単体を同一方向に積層して構成したものを用いている。

本接合部の制振構造をなす摩擦ダンパー２０は、柱梁架構に振動入力が無い状態では一対の外板１２、１４と中板１６とが、大きな静摩擦力をもって固定状態が維持されている。このとき、外板１４の突部１４ｃと中板１６の突部１６ｃとが対向するように設定されてブレース１０に介装されている。このとき、外板１４の突部１４ｃと中板１６の突部１６ｃとが突き合わされているので、外板１２と外板１４との重なり方向の厚みが厚い状態、すなわち締め付け高さが高い状態にてボルト１８及びナット１９により規制されている。このため、ボルト１８及びナット１９により規制された重なり高さにおける皿ばね積層体３０が占める割合が小さく設定されて、皿ばね積層体３０はより圧縮された状態が維持されている。

そして、振動入力によりこの固定状態から小さな動摩擦力を伴う相対移動状態に移行する際に大きな反発力が発生する。このとき、皿ばね積層体３０を設けたことにより、皿ばね積層体３０によるボルト１８の軸力Ｎにより摩擦板２２と滑動板２３との間にて摩擦力が発生し、摩擦力による振動減衰機能が発揮される。また、このとき柱梁架構の各部位には変形による内力が生じる。このような内力は、一対の外板１２、１４及び中板１６が取り付けられている部位にも作用しており、相対移動量が大きな場合ほど大きな内力が作用する。

そして、柱梁架構に入力された振動が更に大きく、外板１２、１４と中板１６との相対移動量が所定の値を超えたとき、すなわち、対向していた外板１４の突部１４ｃと中板１６の突部１６ｃとが対向する範囲を超えて相対移動したとき、まず外板１４の傾斜部１４ｆと中板１６の傾斜部１６ｆとが当接し始め、最終的に外板１４の突部１４ｃが中板１６の基板部１６ｄと対向し、中板１６の突部１６ｃと外板１４の基板部１４ｄとが対向する。このとき、中板１６、摩擦板２２、滑動板２３が介在された対をなす外板１２、１４の締め付け高さが低くなるので、ボルト１８及びナット１９により規制された重なり高さにおける皿ばね積層体３０が占める割合が大きくなる。これにより、ボルトの軸力Ｎが低下することにより、摩擦板２２と滑動板２３とを圧接する圧接力が低下する。このため、振動による移動方向が反転した際に、柱梁架構の各部位、例えば、一対の外板１２、１４及び中板１６が取り付けられている部位に作用する外力が小さくなる。すなわち、大きな相対変位により柱梁架構の各部位に生じた内力と、振動による相対移動方向の反転により作用する外力との合力が低下される。

詳しくは、次の通りである。
図４Ａは、柱梁架構において従来の摩擦ダンパーにより減衰力Ｆが付与される力点部位の水平方向の変位と、力点部位に生じる内力との関係を示すグラフである。図４Ｂは、従来の摩擦ダンパーの振動エネルギー吸収履歴特性のグラフである。図４Ｃは、本実施形態の摩擦ダンパーの振動エネルギー吸収履歴特性のグラフである。図４Ｄは、本実施形態の摩擦ダンパーにより減衰力が付与される力点部位の水平方向の変位と、力点部位に生じる内力との関係を示すグラフである。

図４Ａ中、一点鎖線で示すように、振動の最大変位時には、建物自身が大きく変形していることから、建物の各部位には大きな内力が生じている。このような状態にて、更に外力を変形方向と逆の方向に付与すると、外力が付与される部位（以下、力点部位という）では、その内力が、付与された外力の分だけ更に拡大する。すなわち、前記力点部位の内力は、図４Ａ中一点鎖線で示す力点部位自身の変形による内力に、外力により生じる内力を足し合わせたものとなる。

ここで、摩擦ダンパー２０の減衰力Ｆも、変形方向と逆向きの外力として作用する。また、従来の摩擦ダンパーの場合には、図４Ｂに示すように、その摩擦力たる減衰力Ｆの大きさは、振動に係る変位量によらず略一定である。よって、従来の摩擦ダンパーでは、図４Ａ一点鎖線で示す内力に対して図４Ｂの減衰力Ｆにより生じる内力を加算してなる前記力点部位の実際の内力は、図４Ａの実線のようになる。つまり、従来の摩擦ダンパー場合には、柱梁架構の前記力点部位に、振動の最大変位時の厳しい内力下においても、大きな減衰力Ｆによる大きな内力が更に追加で生じることになり、この場合には、内力が拡大して当該力点部位の破壊限界強度Ｘに至り易くなる。

これに対して、上記実施形態の摩擦ダンパー２０によれば、図４Ｃに示すように、相対移動により変位量が所定量を超えると、ボルトの軸力Ｎが低下することにより、摩擦板２２と滑動板２３との圧接力が低下して減衰力Ｆが低下する。すなわち、減衰力Ｆは外板１２、１４と中板１６との相対変位量が所定の値を超えると低下する。このとき、外板１２、１４と中板１６との相対変位量が所定の値以下の場合には、外板１４の突部１４ｃと中板１６の突部１６ｃとが対向しているが、相対変位量が所定の値を超えると外板１４の傾斜部１４ｆと中板１６の傾斜部１６ｆとが対向し、相対移動量が大きくなるに従って傾斜部１４ｆ、１６ｆの対向する量が大きくなり、ボルト１８及びナット１９により規制された重なり高さにおける皿ばね積層体３０が占める割合が大きくなる。このため、振動の最大変位に向かうに従って減衰力Ｆは小さくなる。すなわち、ボルトの軸力Ｎが低下した分だけ、力点部位に実際に付与される減衰力Ｆは小さくなる。

よって、図４Ｄに一点鎖線で示す内力に対して図４Ｃの減衰力Ｆにより生じる内力を加算してなる実際の内力は、図４Ｄの実線のようになる。つまり、上記実施形態の摩擦ダンパー２０によれば、外板１２、１４と中板１６との相対変位量が所定の値を超えた場合には、振動の最大変位に近づくに従って減衰力Ｆが小さくなるので、外板１２、１４と中板１６との相対変位量が所定の値以下の場合には、減衰力Ｆを有効に発生させ、外板１２、１４と中板１６との相対変位量が所定の値を超えると、減衰力Ｆの入力に伴う前記力点部位の内力の拡大を、特に厳しい内力状態の最大変位時において有効に抑制できる。すなわち、振動により外板１２、１４と中板１６とが大きく相対変位しても、力点部位の破壊限界強度Ｘに至ることを回避することが可能である。

ここで、本実施形態において外板１２、１４と中板１６との圧接力が低下される、外板１２、１４と中板１６との相対移動量は、外板１４の頂部１４ｅと中板１６の頂部１６ｅとが対向しない位置まで移動する移動量である。具体的には、摩擦ダンパー２０の設置時に外板１４の頂部１４ｅにおける相対移動方向の中央と中板１６の頂部１６ｅにおける相対移動方向の中央とを対向させているので、外板１２、１４と中板１６との相対移動量の所定の値とは、頂部１４ｅ、１６ｅの相対移動方向、すなわち架け渡し方向における幅の半分の距離である。

本実施形態の接合部の制振構造をなす摩擦ダンパー２０によれば、外板１２、１４と中板１６とが相対移動し、その相対移動量が、外板１４の頂部１４ｅと中板１６の頂部１６ｅとが対向しない位置まで移動する移動量以上のときに圧接力が低下する。すなわち、外板１２、１４と中板１６とが相対移動し、外板１４の頂部１４ｅと中板１６の頂部１６ｅとが対向しない位置以上に大きく相対移動して柱梁架構３に大きな内力が生じる場合には、圧接力が低下する。このため、外板１２、１４及び中板１６が取り付けられている部位に作用する力が低下して、外板１２、１４及び中板１６が取り付けられている柱梁架構３が損傷を受けることを回避することが可能である。

また、中板１６が介在された外板１２、１４と、重なり方向に重ねられた皿ばね積層体３０との重なり高さは、ボルト１８及びナット１９により一定の高さに規制されているので、摩擦板２２と滑動板２３との間に安定した圧接力を付勢することが可能である。このため、摩擦板２２と滑動板２３との間にて安定した摩擦力を発生させることが可能である。また、重なり高さ規制部材としてのボルト１８及びナット１９により一定の高さに規制されることにより、中板１６が介在された外板１２、１４の締め付け高さが変化することにより皿ばね積層体３０による摩擦板２２と滑動板２３との圧接力を変化させることが可能である。

そして、一対の外板１２、１４と中板１６との相対移動量が所定の値以下のときには、外板１４の頂部１４ｅと中板１６の頂部１６ｅとが対向しているので、ボルト１８及びナット１９により規制された、中板１６等が介在された一対の外板１２、１４と皿ばね積層体３０とが重ねられた重なり方向の重なり高さにおける皿ばね積層体３０が占める割合が小さく、摩擦板２２と滑動板２３とを大きな圧接力にて圧接することが可能である。このため、小さな振動エネルギーにより相対移動することを抑えることが可能である。

また、ボルト１８及びナット１９により中板１６が介在された一対の外板１２、１４と、重なり方向に重ねられた皿ばね積層体３０との重なり高さが一定に規制された状態にて、一方の外板１２と他方の外板１４との間隔が近づくと、圧縮された状態の皿ばね積層体３０の圧縮が緩和される。このため、一方の外板１２と他方の外板１４との間隔を近づけることにより、圧接力を確実に低下させることが可能である。そして、一対の外板１２、１４と中板１６とが外板１４の頂部１４ｅと中板１６の頂部１６ｅとが対向しない位置まで移動したときには、外板１２と外板１４との間隔を近づくので、皿ばね積層体３０の付勢力を低下させて、相対移動が大きいときに作用する外力を小さく抑えることが可能である。

すなわち、一対の外板１２、１４と中板１６との相対移動量が所定の値を超え、外板１４の頂部１４ｅと中板１６の頂部１６ｅとが対向していた状態から、外板１４の頂部１４ｅと中板１６の頂部１６ｅとが対向しなくなる位置まで移動すると、ボルト１８及びナット１９により規制されていた重なり高さにおける皿ばね積層体３０が占める割合が大きくなり始める。このとき、皿ばね積層体３０により付勢される圧接力が低下し始める。このため、一対の外板１２、１４と中板１６とが、外板１４の頂部１４ｅと中板１６の頂部１６ｅとが対向しなくなる位置まで移動した際には、摩擦ダンパー２０の減衰力Ｆ、すなわち、相対移動が大きいときに作用する外力を小さく抑えることが可能である。

このとき、外板１４は、基板部１４ｄから突部１４ｃが有する頂部１４ｅに向かって順次重なり方向の厚みが厚くなる傾斜部１４ｆを有しており、中板１６は、基板部１６ｄから突部１６ｃが有する頂部１６ｅに向かって順次重なり方向の厚みが厚くなる傾斜部１６ｆを有している。このため、一対の外板１２、１４と中板１６とが所定量以上相対移動して、突部１４ｃと基板部１６ｄとが対向し、突部１６ｃと基板部１４ｄとが対向する際に、外板１４と中板１６とが互いに傾斜部１４ｆ、１６ｆを摺動しつつ近接していくので衝撃を小さく抑えることが可能である。

そして、外板１４の頂部１４ｅと中板１６の基板部１６ｄとが対向し、外板１４の基板部１４ｄと中板１６の頂部１６ｅとが対向すると、ボルト１８及びナット１９により規制された、中板１６等が介在された一対の外板１２、１４と皿ばね積層体３０とが重ねられた重なり方向の重なり高さにおける皿ばね積層体３０が占める割合が大きくなり皿ばね積層体３０の圧縮が緩和される。このため、摩擦板２２と滑動板２３との圧接力が低下して、柱梁架構３に大きな力が作用することを回避させることが可能である。

このとき、他方の外板１４は、当該外板１４に設けられた突片１４ｇが、一方の外板１２に設けられた２つの案内片１２ｇの間に挿入されて、外板１２に対する相対移動方向の移動が規制されているので、一対の外板１２、１４と中板１６とが相対移動する際には、一方の外板１２と他方の外板１４とを一体として、中板１６に対して相対移動させることが可能である。このため、一対の外板１２、１４と中板１６とが、外板１４の頂部１４ｅと中板１６の頂部１６ｅとが対向しない位置まで移動したときには、外板１２と外板１４との間隔を確実に近づけることが可能であり、圧接力を確実に低下させることが可能である。

また、摩擦ダンパー２０は、摩擦板２２と滑動板２３とが設けられている、外板１２と中板１６とが対向する部位とともに、外板１４と中板１６とが対向する部位にも摩擦力が発生する。本実施形態の摩擦ダンパー２０は、外板１４と中板１６とが対向する部位に摩擦低減処理が施されているので、外板１４と中板１６とが対向する部位に発生する摩擦力が抑えられて、摩擦板２２と滑動板２３とによる摩擦力にて振動を減衰させることが可能である。すなわち、外板１４と中板１６との間に生じる摩擦力が、外板１２と中板１６との間に介在された摩擦板２２と滑動板２３との間にて生じ、振動を減衰させる摩擦力に及ぼす影響が小さくなるので、外板１２と中板１６との間に適切な摩擦力を作用させることが可能である。

また、外板１４に２つ設けられた突部１４ｃは相対移動方向に間隔を隔てて設けられており、中板１６に２つ設けられた突部１６ｃは相対移動方向に間隔を隔てて設けられている。このため、外板１４と中板１６とが相対移動するだけで、外板１４の突部１４ｃと中板１６の突部１６ｃとが対向している状態から突部１４ｃと基板部１６ｄとが対向し、突部１６ｃと基板部１４ｄとが対向する状態にさせることが可能である。

さらに、中板１６の基板部１６ｄの相対移動方向の幅は、外板１４と中板１６とが相対移動して基板部１６ｄと対向する外板１４の突部１４ｃが有する頂部１４ｅの幅より広く形成されている。このため、外板１４と中板１６とが所定量以上相対移動した際に、突部１４ｃと基板部１６ｄとを確実に当接させて、皿ばね積層体３０による圧接力を低下させることが可能である。また、外板１４の基板部１４ｄの相対移動方向の幅は、外板１４と中板１６とが相対移動して基板部１４ｄと対向する中板１６の突部１６ｃが有する頂部１６ｅの幅より広く形成されている。このため、外板１４と中板１６とが所定量以上相対移動した際に、突部１６ｃと基板部１４ｄとを確実に当接させて、皿ばね積層体３０による圧接力を低下させることが可能である。このため、外板１４と中板１６との相対移動量が所定の値を超えたときに、摩擦板２２と滑動板２３との圧接力を確実に低下させることが可能である。ここで、中板１６の基板部１６ｄの相対移動方向の幅は、頂部１４ｅの幅より広くなくとも、同じ幅であっても構わない。また、他方の外板１４の基板部１４ｄの相対移動方向の幅は、頂部１６ｅの幅より広くなくとも、同じ幅であっても構わない。

上記実施形態においては、他方の外板１４及び中板１６にそれぞれ２つの突部１４ｃ、１６ｃが設けられている例について説明したが、他方の外板１４及び中板１６に設けられる突部１４ｃ、１６ｃの数は、それぞれ１つであっても、また、３つ以上であっても構わない。

上記実施形態においては、外板１４と中板１６とが対向する面に摩擦低減処理を施して摺動させる例について説明したが、例えば、フラットローラー、鋼球、等を介在させて外板１４と中板１６とを転がり接触させても良く、グリース等を塗布しても良い。

また、上記実施形態においては、外板１４及び中板１６に設けた突部１４ｃ、１６ｃを、基板部１４ｄ、１６ｄと頂部１４ｅ、１６ｅとをテーパー状に平面にて繋いで形成した例について説明したが、突部は基板部１４ｄ及び基板部１６ｄから曲面にて突出させて形成しても良い。また、突部１４ｃ、１６ｃは３つ以上備えていても構わない。

また、上記実施形態においては、圧接力付勢部材として皿ばね積層体３０を用いた例について説明したが、これに限るものではなく、例えばコイルバネや板バネ等、圧縮されて圧接力を付勢可能な部材であれば構わない。

上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。

３ 柱梁架構、１０ ブレース、１０ａ 分断端部、１０ｂ 分断端部、
１２ 外板、１２ａ 挿通孔、１２ｂ 案内部、１２ｇ 案内片、
１４ 外板、１４ａ ボルト挿通孔、１４ｃ 突部、１４ｄ 基板部、
１４ｅ 頂部、１４ｆ 傾斜部、１４ｇ 突片、１６ 中板、
１６ａ ボルト挿通孔、１６ｃ 突部、１６ｄ 基板部、
１６ｅ 頂部、１６ｆ 傾斜部、１８ ボルト、１９ ナット、
２０ 摩擦ダンパー、２２ 摩擦板、２２ａ ボルト挿通孔、
２３ 滑動板、２３ａ ボルト挿通孔、２９ 補助プレート、
３０ 皿ばね積層体、３２ ワッシャ、
Ｆ 減衰力、Ｇ 隙間、Ｒ ほぼ線形のばね領域、
Ｓ 非線形ばね領域、Ｘ 破壊限界強度

Claims (8)

1. 相対移動自在に重ねられた２つの部材と、
   前記２つの部材に圧接力を付勢する圧接力付勢部材と、
   を有し、
   前記２つの部材が振動により相対移動するときに発生する摩擦力により、前記振動のエネルギーが吸収され、
   初期状態から前記２つの部材が移動して当該２つの部材の相対移動量が所定の値を超えたときに前記圧接力が低下することを特徴とする接合部の制振構造。
2. 請求項１に記載の接合部の制振構造であって、
   前記２つの部材の一方は、互いの間隔を変更自在に隔てて対向する一対の第１板部材であり、
   前記２つの部材の他方は、前記一対の板部材間に介在された第２板部材であり、
   前記圧接力付勢部材は、前記２つの部材が重ねられた重なり方向に重ねられて設けられ、当該重なり方向に圧縮されて前記２つの部材に圧接力を付勢し、
   前記圧接力付勢部材が圧縮された状態にて、前記第２板部材が介在された前記一対の第１板部材と前記圧接力付勢部材との重なり高さを一定に規制する重なり高さ規制部材を有し、
   前記一対の第１板部材のうちの一方の第１板部材と前記第２板部材との間にて前記摩擦力が発生され、
   前記一対の第１板部材のうちの他方の第１板部材と前記一方の第１板部材との間隔が近づくことにより前記圧接力が低下することを特徴とする接合部の制振構造。
3. 請求項２に記載の接合部の制振構造であって、
   前記他方の第１板部材は、前記第２板部材側に突出する第１突部を有し、
   前記第２板部材は、前記第１板部材側に突出する第２突部を有し、
   前記第１板部材と前記第２板部材との前記相対移動量が所定の値以下のときには、前記第１突部と前記第２突部とが対向しており、
   前記第１板部材と前記第２板部材との相対移動量が所定の値を超えたときに、前記第１突部は前記第２突部より前記重なり方向の厚みが薄い第２基板部と対向し、前記第２突部は前記第１突部より前記重なり方向の厚みが薄い第１基板部と対向することを特徴とする接合部の制振構造。
4. 請求項２または請求項３に記載の接合部の制振構造であって、
   前記他方の第１板部材は、前記一方の第１板部材に対し、相対移動方向の移動が規制されていることを特徴とする接合部の制振構造。
5. 請求項３または請求項４に記載の接合部の制振構造であって、
   前記他方の第１板部材は、前記第１基板部から前記第１突部の頂部に向かって順次前記重なり方向の厚みが厚くなる傾斜部を有しており、
   前記第２板部材は、前記第２基板部から前記第２突部の頂部に向かって順次前記重なり方向の厚みが厚くなる傾斜部を有していることを特徴とする接合部の制振構造。
6. 請求項５に記載の接合部の制振構造であって、
   前記第１板部材と前記第２板部材との前記相対移動量が所定の値を超えて、前記第１突部の前記頂部と対向する前記第２板部材の前記第２基板部は、前記第１突部における前記頂部の相対移動方向の幅以上の幅を有し、
   前記第１板部材と前記第２板部材との前記相対移動量が所定の値を超えて、前記第２突部の前記頂部と対向する前記第１板部材の前記第１基板部は、前記第２突部における前記頂部の相対移動方向の幅以上の幅を有することを特徴とする接合部の制振構造。
7. 請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の接合部の制振構造であって、
   前記一対の第１板部材のうちの他方の第１板部材と前記第２板部材とが対向する部位には、摩擦低減処理が施されていることを特徴とする接合部の制振構造。
8. 請求項２乃至請求項７のいずれかに記載の接合部の制振構造であって、
   前記他方の第１板部材と前記第２板部材との間に生じる摩擦力および前記圧接力からなる前記相対移動方向の合力は、前記一方の第１板部材と前記第２板部材との間に生じる摩擦力より小さいことを特徴とする接合部の制振構造。

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