JP5654060B2

JP5654060B2 - ダンパーブレース及び制震構造

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Publication number: JP5654060B2
Application number: JP2013014272A
Authority: JP
Inventors: 隆司桜木; 慶雲王; 尚之山田
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: JP2013199823A

Description

本発明は、同軸に配置された２本のブレースが、複数のせん断パネルから成るダンパーを介して連結されるダンパーブレース、及びそのダンパーブレースが土木用構造物に対して２箇所で定着される制震構造に関する。

土木用構造物には、建築用構造物と同様、地震に対する耐震性や制震性が求められるため、例えば高架橋等の既設の柱構造に対して補強が行われるようになっている。このような補強において、地震によって柱構造に生じる横揺れを抑えるために、ブレースを設置していて、横揺れの水平力をブレースに引張力又は圧縮力を作用させることで吸収する制震構造がある。

そこで、下記特許文献１では、ダンパーブレースを使用した制震構造について提案がなされている。図２４は、同文献に記載された従来の制震構造を示した図であり、この制震構造は土木用構造物である高架橋２０１に適用されている。高架橋２０１は、ラーメン構造をした柱構造であり、左右の橋脚２０２と橋梁２０３とによって構成され、その内側にダンパーブレース２１０が取付けられている。ダンパーブレース２１０では、中央のダンパー２３０に４本のブレース２２１が連結され、Ｘ状に４方向へ延びたブレース２２１が左右の橋脚２０２に定着している。

ここで、図２５は、ダンパーブレース２１０のダンパー２３０の変形状態を示した図である。ダンパー２３０は、図２５に示すように、上下左右の４箇所にせん断パネル２３１を配置したものであり、各せん断パネル２３１は、所定のせん断変形量を超えると塑性変形を生じるバイリニア履歴減衰部材で構成されている。このため、地震によって高架橋２０１に水平方向の力が作用すると、２本の対角線Ｌ１，Ｌ２に沿った軸方向の力が、交互に作用する。その際、各せん断パネル２３１が、図２５に示すようにせん断変形して、その履歴減衰によって振動エネルギーを吸収するようになっている。なお、履歴減衰とは、材料の塑性化による履歴ループでエネルギー吸収を行い、減衰効果となる現象である。

特開２００５−１８８２４０号公報

しかし、図２４に示す制震構造では、各ブレース２２１が中央のダンパー２３０から４方向に延びてＸ型に形成されているため、２本の橋脚２０２（柱構造）に対して４箇所で定着させる必要がある。このため、ダンパーブレース２１０そのものの部品点数が多くなって、コストが高くなる。また、４本のブレース２２１を橋脚２０２に定着させる４箇所分の定着部材が必要になる他、ダンパーブレース２１０の据え付けに手間を要し、この点でもコストが高くなる。

そこで、本発明は、上記した課題を解決すべく、土木用構造物に対して定着箇所を２箇所にできてコストを低減できるダンパーブレース、及びそのダンパーブレースを使用した制震構造を提供することを目的とする。

本発明に係るダンパーブレースは、土木用構造物に対して設置され、複数のせん断パネルを有して構成されるダンパーと直線状に延びるブレースとを備え、前記土木用構造物に生じる横揺れを抑えるために、前記ブレースから前記ダンパーに作用する軸方向の力を前記せん断パネルがせん断変形することによって吸収するものであって、２本の前記ブレースが前記土木用構造物に対して、筋交いとして同軸上に配置され、前記各ブレースの一端部が前記土木用構造物に定着され、前記各ブレースの他端部が前記ダンパーを介して連結していて、前記ダンパーでは、前記各ブレースの他端部の外側に連結部材が配置され、前記複数のせん断パネルが前記各ブレースの他端部に対して軸方向に沿って配置され且つその軸方向に直交する方向に突設していて、前記せん断パネルの内方側端部が前記各ブレースの他端部に接合し、前記せん断パネルの外方側端部が前記連結部材に接合していること、前記連結部材には、前記せん断パネルの外方側端部をその連結部材より外側へ突設させるスリットが形成されていて、前記せん断パネルの外方側端部は、前記スリットから突設した状態で前記連結部材に外側から溶接によって接合していること、を特徴とする。

また、本発明に係るダンパーブレースにおいて、前記ブレースは、断面が正方形である鋼管であり、前記連結部材は、前記各ブレースの他端部を囲んで断面が正方形である中空部材であり、前記複数のせん断パネルは、前記ブレースの軸方向から見たときに前記ブレースの周りで上下左右にそれぞれ配置されていて、突設している方向の長さがそれぞれ等しいものであることが好ましい。

又は、本発明に係るダンパーブレースにおいて、前記ブレースは円鋼管であり、前記連結部材は前記各ブレースの他端部を囲む中空円形部材であることが好ましい。
或いは、本発明に係るダンパーブレースにおいて、前記ブレースは断面がＨ形状であるＨ形鋼材であり、前記連結部材は前記各ブレースの他端部を囲む断面が矩形の中空環状部材であることが好ましい。

また、本発明に係るダンパーブレースにおいて、前記複数のせん断パネルは、前記ブレースの周りで等間隔に配置されていることが好ましい。
また、本発明に係るダンパーブレースにおいて、前記ブレースは、中空の鋼管にコンクリート又はモルタルを入れた充填鋼管であっても良い。
また、本発明に係るダンパーブレースにおいて、２本の前記ブレースは、普通鋼で構成されている１本のＨ形鋼材を２つに分割したものであると良い。

本発明に係る制震構造は、土木用構造物と、この土木用構造物に対して設置されるダンパーブレースとを備え、前記ダンパーブレースは、複数のせん断パネルを有して構成されるダンパーと直線状に延びるブレースとを備え、地震によって前記土木用構造物に生じる横揺れを抑えるために、前記ブレースから前記ダンパーに作用する軸方向の力を前記せん断パネルがせん断変形することによって吸収する制震構造するものであって、２本の前記ブレースが前記土木用構造物に対して、筋交いとして同軸上に配置され、前記各ブレースの一端部が前記土木用構造物に定着され、前記各ブレースの他端部が前記ダンパーを介して連結していて、前記ダンパーでは、前記各ブレースの他端部の外側に連結部材が配置され、前記複数のせん断パネルが前記各ブレースの他端部に対して軸方向に沿って配置され且つその軸方向に直交する方向に突設していて、前記せん断パネルの内方側端部が前記各ブレースの他端部に接合し、前記せん断パネルの外方側端部が前記連結部材に接合していること、前記連結部材には、前記せん断パネルの外方側端部をその連結部材より外側へ突設させるスリットが形成されていて、前記せん断パネルの外方側端部は、前記スリットから突設した状態で前記連結部材に外側から溶接によって接合していること、を特徴とする。

又は、本発明に係る制震構造において、前記ブレースは円鋼管であり、前記連結部材は前記各ブレースの他端部を囲む中空円形部材であることが好ましい。
或いは、本発明に係る制震構造において、前記ブレースは断面がＨ形状であるＨ形鋼材であり、前記連結部材は前記各ブレースの他端部を囲む断面が矩形の中空環状部材であることが好ましい。

また、本発明に係る制震構造において、前記複数のせん断パネルは、前記ブレースの周りで等間隔に配置されていることが好ましい。
また、本発明に係る制震構造において、前記ブレースは、中空の鋼管にコンクリート又はモルタルを入れた充填鋼管であっても良い。
また、本発明に係る制震構造において、２本の前記ブレースは、普通鋼で構成されている１本のＨ形鋼材を２つに分割したものであると良い。

本発明によれば、柱構造に横揺れが生じた場合に、ブレースに引張力又は圧縮力を作用させて、ブレースの軸方向の力をダンパーに作用させる。これにより、せん断パネルが純せん断変形して、履歴減衰によって振動エネルギーを吸収した制震が行われる。そして、ダンパーブレースは、同軸上に配置された２本のブレース同士がダンパー（せん断パネル）で連結した１本の棒状のものであるため、土木用構造物に対して斜めの姿勢で２箇所で定着した制震構造とすることができる。この結果、ダンパーブレースの部品点数や定着部材の数などを減らして、コストダウンや軽量化を図ることができる。

第１参考形態の制震構造を示した図である。図１の左側上部に位置する定着部材を示した図である。図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１のダンパーブレースを構成するダンパーを示した断面図である。図４のＢ−Ｂ矢視方向で示した図である。図４のダンパーに圧縮方向の力が作用した状態を示した図である。図４のダンパーに引張方向の力が作用した状態を示した図である。（Ａ）ブレースの軸線上にせん断パネルを配置した場合に、ブレースから引張力を受けたせん断パネルの状態を示した図である。（Ｂ）ブレース同士を径方向に離間させて、そのブレースの間にせん断パネルを配置した場合に、ブレースから引張力を受けたせん断パネルの状態を示した図である。第２参考形態の制震構造を示した図である。図９のダンパーブレースを示した拡大図である。図１０のＣ−Ｃ矢視方向で示した図である。図１０のダンパーに圧縮方向の力が作用した状態を示した図である。図１０のダンパーに引張方向の力が作用した状態を示した図である。実施形態のダンパーブレースを示した外観図である。図１４に示したダンパーブレースの縦断面図である。図１４のＤ−Ｄ矢視方向で示した図である。図１４に示したＥ部分の拡大図である。図１５のダンパーに圧縮方向の力が作用した状態を示した図である。図１５のダンパーに引張方向の力が作用した状態を示した図である。（Ａ）ダンパーブレースの第１変形例を示した断面図である。（Ｂ）ダンパーブレースの第２変形例を示した断面図である。（Ｃ）ダンパーブレースの第３変形例を示した断面図である。第２参考形態の制震構造の変形例を示した図である。実施形態のダンパーの第１変形例を示した図である。実施形態のダンパーの第２変形例を示した図である。従来の特許文献に記載された制震構造を示した図である。図２４のダンパーブレースのダンパーの変形状態を示した図である。

本発明に係るダンパーブレース及び制震構造の実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、第１参考形態の制震構造を示した図であり、第１参考形態の制震構造は、土木用構造物である高架橋に適用されたものである。図１に示すように、高架橋１は、平行に建てられている２本の橋脚２を有し、その橋脚２の上に横梁３が載せられたラーメン構造をしている。第１参考形態の制震構造は、高架橋１に対して地震による水平方向の振動が作用した際、その横揺れを抑えるためのものである。

橋脚２には、図１に示すように、棒状のダンパーブレース１０が斜めの姿勢で取付けられている。このダンパーブレース１０は、直線状に延びる２本のブレース２１，２２と、その間を連結するダンパー３０とを備えて構成されたものであり、左右２本の橋脚２に対し各１箇所ずつで定着している。ブレース２１，２２を連結するダンパー３０は、低い位置にあるため、上側に位置する図１の左側のブレース２１は、下側に位置する図１の右側のブレース２２より長く形成されている。

ブレース２１の左端部（一端部）２１ａは、定着部材４０によって左側の橋脚２に取付けられ、ブレース２２の右端部（一端部）２２ａは、定着部材４０によって右側の橋脚２に取付けられている。そして、ブレース２１の右端部（他端部）２１ｂとブレース２２の左端部（他端部）２２ｂとがダンパー３０を介して連結することで、２本のブレース２１，２２が斜めの姿勢で同軸上に配置されている。

図２及び図３は、定着部材４０を示した図であり、図２は図１の左側上部に位置する定着部材４０を示した図であり、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。ところで、橋脚２は、図３に示すように、例えば強度の高いＰＣ鋼材４で囲まれていて、橋脚２とＰＣ鋼材４との間にプレストレスト・コンクリート５を充填することによって補強が行われている。こうして、橋脚２は、地震の際における水平方向の耐力などを改善して耐震性を向上させている。

定着部材４０では、図２に示すように、角柱の橋脚２の周りにそれぞれ配置されたアングル４１が、同じ高さに溶接接合されている。断面Ｌ字形のアングル４１は、橋脚２から水平に張り出した支持台になっており、その上に複数のプレート４２（４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ）が起立して溶接される。このプレート４２では、図３に示すように、先ず橋脚２の幅全体に相当する大きさのプレート４２ａ，４２ｂと、その半分の大きさのプレート４２ｃ，４２ｄとが、図３の左右にそれぞれコの字形に溶接される。その後にプレート４２ｃとプレート４２ｄとの隙間を塞ぐように裏板４９を裏側から当て、表側から溶接してプレート４２ｃ，４２ｄの接合が行われている。

また、定着部材４０では、図３に示すように、橋脚２の周りをプレート４２によって囲み、アングル４１によって底を塞ぐことによって、環状の空間４３が形成される。そして、その空間４３の中にモルタル４４が充填されている。図３には、一点鎖線で円弧状に囲んだ部分が、モルタル４４が充填された状態を示している。こうして、空間４３にモルタル４４を注入して硬化させることにより、橋脚２に対するプレート４２の固定強度、即ち定着部材４０の固定強度を得ることができる。

この定着部材４０では、図２に示すように、プレート４２ｂに対して継手４５が溶接接合されている。継手４５は、斜め方向に突設され、継手プレートが十字に組まれたものである。継手４５が接合されたプレート４２ｂには、補助プレート４６も上下に溶接接合され、継手４５は補助プレート４６に形成された図示しないスリットに嵌め込まれるようにして組まれている。このような構成である定着部材４０は、図１に示すように、左右一対の橋脚２に対してそれぞれ所定の高さに設けられ、互いの継手４５の中心軸が同軸上になるように配置されている。そして、一対の定着部材４０の間にダンパーブレース１０が取付けられている。

ダンパーブレース１０を構成するブレース２１，２２は、丸型パイプの一般構造用炭素鋼鋼管（例えばＳＫＴ４９０）であり、ブレース２１の左端部２１ａ（図１参照）及びブレース２２の右端部２２ａ（図１参照）には、図２に示すように、定着部材４０へ締結するための継手２３が形成されている。継手２３は、定着部材４０側の継手４５と同様に、継手プレートが十字に組まれたものであり、各ブレース２１，２２の端部２１ａ，２２ａに形成されたスリット（図示省略）に嵌め込まれ、溶接接合によって一体に形成されている。各ブレース２１，２２側の継手２３は、定着部材４０側の継手４５に対して、図２に示すように位置合わせした後、締結プレート４８によって挟み込まれ、ボルトとナットの締め付けによって締結される。

次に、図４は、図１のダンパーブレース１０を構成するダンパー３０を示した断面図であり、図５は、図４のＢ−Ｂ矢視方向で示した図である。図４及び５に示すように、各ブレース２１，２２は、中空の円鋼管であり、ブレース２１の右端部２１ｂの先端とブレース２２の左端部２２ｂの先端には、塞ぎ板２４が溶接接合されていて、各塞ぎ板２４の間に隙間が形成されている。即ち、ブレース２１，２２の先端同士は、隙間を介して配置され、直接的には接合されていない。しかし、一対のブレース２１，２２は、同軸上に配置されていて、ダンパー３０を介して一体に接続されている。

ダンパー３０においては、図４に示すように、複数のせん断パネル３１が、ブレース２１の右端部２１ｂ及びブレース２２の左端部２２ｂから径方向に突き出すように溶接接合されている。各せん断パネル３１は、全て同じサイズの矩形の板材であって、各ブレース２１，２２に対して４枚ずつ設けられている。そして、各４枚のせん断パネル３１は、ブレース２１，２２の軸方向に沿って配置され且つ径方向に突設していて、図５に示すように、ブレース２１，２２の周方向に対して９０度で均等に配置されている。また、このダンパー３０では、ブレース２１の右端部２１ｂ及びブレース２２の左端部２２ｂを囲むように、中空円筒の連結管（連結部材）３２が配置されている。

図５に示すように、放射状に延びているせん断パネル３１では、内方側端部３１ａがブレース２１，２２に溶接接合される一方、外方側端部３１ｂが連結管３２の内側面３２ａに溶接接合されている。こうして、一対のブレース２１，２２は、せん断パネル３１と連結管３２を介して一体になり、棒状になった一本のダンパーブレース１０として構成されている。このとき、連結管３２と各ブレース２１，２２とは同軸であり、ブレース２１側に配置されたせん断パネル３１とブレース２２側に配置された各せん断パネル３１とが軸方向に重なっている。

このダンパーブレース１０は、ブレース２１，２２に軸方向の力が作用した場合に、ダンパー３０のせん断パネル３１がせん断変形することによって、その力を吸収するものである。即ち、ダンパーブレース１０は、変形性能を有するせん断パネル３１の履歴減衰を利用して、地震によって発生する大きなエネルギーを吸収するものである。このため、各せん断パネル３１は、所定のせん断変形量を超えると塑性変形を生じるバイリニア履歴減衰部材で構成されていて、破壊されるまでの変形量が大きく低温での靭性を有し脆性破壊を起こし難い材料（例えばＳＭ４９０Ｂ）が使用される。

この第１参考形態では、ダンパーブレース１０の軸方向寸法は約６０００ｍｍであり、ブレース２１の軸方向寸法は約３５００ｍｍであり、ブレース２２の軸方向寸法は約１０００ｍｍである。そして、ブレース２１，２２の直径は約２５０ｍｍであり、連結管３２の直径は約６６０ｍｍである。また、１枚のせん断パネル３１において、横方向（軸方向）寸法は約１５０ｍｍであり、縦方向（径方向）寸法は約１７０ｍｍであり、厚さは約３０ｍｍである。なお、上記した各寸法は、高架橋１の大きさや高架橋１に必要とされる強度に応じて適宜変更可能である。

以上のような第１参考形態の制震構造の設置においては、先ず左右一対の橋脚２に対して、ＰＣ鋼材４やプレストレスト・コンクリート５（図３参照）等によって耐震補強した後、定着部材４０が取付けられる。そして、橋脚２の所定位置に定着した定着部材４０には、ダンパーブレース１０が取付けられる。ダンパーブレース１０の取付けでは、図２に示すように、ブレース２１，２２側の継手２３を定着部材４０側の継手４５に対して位置合わせを行い、締結プレート４８で挟み込み、ボルトとナットを用いて締結する。こうして、図１に示すように、高架橋１にダンパーブレース１０が設置される。

そこで、地震によって高架橋１に横揺れが生じると、橋脚２の上方の振れ幅が大きくなる。このため、高架橋１が図１の右方向に振れた場合には、ブレース２１が図１の右方向へ移動しようとすることで、ダンパー３０に圧縮方向の力が作用する。これにより、圧縮方向の力が作用したダンパー３０では、図６に示すように、ブレース２１，２２が軸方向に接近して、各せん断パネル３１がせん断変形することになる。一方、高架橋１が図１の左方向に振れた場合には、ブレース２１が図１の左方向へ移動しようとすることで、ダンパー３０に引張方向の力が作用する。これにより、引張方向の力が作用したダンパー３０では、図７に示すように、ブレース２１，２２が軸方向に離間して、各せん断パネル３１がせん断変形することになる。

こうして、高架橋１に設けた第１参考形態の制震構造では、せん断パネル３１がせん断変形することにより履歴減衰が起こり、高架橋１に生じる振動エネルギーを吸収した制震が行われる。ところで、このダンパーブレース１０では、図４及び図５に示すように、各せん断パネル３１の内方側端部３１ａがブレース２１，２２に接合し、外方側端部３１ｂが連結管３２の内側面３２ａに接合している。これにより、図６及び図７に示すように、ブレース２１，２２が軸方向に変位したとき、各せん断パネル３１を純せん断変形させることができる。即ち、せん断パネル３１は、連結管３２に接合された外方側端部３１ｂを固定状態にして、各ブレース２１，２２に接合された内方側端部３１ａを介して伝達される力によって変形することになる。

ここで、仮に、図８（Ａ）に示すように、ブレース２１Ａ，２２Ａの軸線上にせん断パネル３１Ａを配置した場合には、そのせん断パネル３１Ａには、ブレース２１，２２から圧縮力又は引張力を受けても、せん断変形が生じない。また、仮に、図８（Ｂ）に示すように、ブレース２１Ｂとブレース２２Ｂを径方向に離間（偏心）させて、そのブレース２１Ｂ，２２Ｂの間にせん断パネル３１Ｂを配置した場合には、そのせん断パネル３１Ｂには、ブレース２１Ｂ，２２Ｂから圧縮力又は引張力を受けると、せん断力に加えて偶力Ｆが作用する。このように偶力Ｆが作用する場合には、純せん断変形（図６及び図７参照）する場合に比べて、力の加わり方が複雑になり、せん断パネルの強度を上げるための特別な構造が必要になる。更に、この場合には、ブレース２１，２２及び定着部材４０に、軸方向の力以外に曲げや捩りに対する力が多く作用することになり、強度計算が複雑になってしまう。

これに対して、本第１参考形態のダンパーブレース１０によれば、ブレース２１，２２にほぼ軸方向の力のみが作用し、せん断パネル３１にほぼせん断力のみが作用する。このため、各部材へ余分な荷重が作用することを抑えることができ、強度計算を容易にすることができるとともに、せん断パネル３１の強度を上げるための特別な構造が不要である。こうして、ダンパーブレース１０の材料を減らして、コストダウンや軽量化を図ることができる。

また、本第１参考形態のダンパーブレース１０によれば、図５に示すように、ブレース２１，２２が円鋼管であるとともに連結管３２が中空円形部材であり、各せん断パネル３１がブレース２１，２２の周りで等間隔に配置されている。このため、ダンパーブレース１０の周方向における各部位で剛性が均等になり、特定の方向から作用する曲げ外力に対して弱い構造になることを防止できる。

また、本第１参考形態の高架橋１では、図１に示すように、ダンパーブレース１０が１本の棒状であるため、２本の橋脚２に対して２箇所で定着させる制震構造とすることができる。この結果、定着部材の数やブレースの数を少なくして、部品コストの低下やダンパーブレースの据え付けコストの低下が可能である。また、１本のダンパーブレース１０が高架下の空間に対して斜めの姿勢で配置されているため、従来のＸ型やＫ型のダンパーブレースに比べて、高架下のスペースを広く空けることができ、そのスペースを有効利用することができる。

次に、第２参考形態について説明する。図９は、第２参考形態の制震構造を示した図であり、第２参考形態の制震構造は、土木用構造物であるベントに適用されたものである。図９に示すように、ベント６は、それぞれ平行に建てられている４本の鋼管柱７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを有し、各鋼管柱７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが水平方向に延びる連結鋼８によって連結されたラーメン構造をしている。

各鋼管柱７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄには、上端部と中間部と下端部にそれぞれ定着部材５０が取付けられていて、直線状に延びる補強材９が斜めの姿勢で定着部材５０に定着している。こうして、ベント６は、水平方向の耐力などを改善して耐震性を向上させている。また、この第２参考形態のベント６においても、地震による水平方向の振動が作用した際に横揺れを抑えるために、連結鋼８の真ん中に取付けられた定着部材５０と、鋼管柱７Ｂ，７Ｃの中間部に取付けられた定着部材５０とによって、棒状のダンパーブレース６０が斜めの姿勢で取付けられている。

ところで、第２参考形態のベント６は、上記した第１参考形態の高架橋１より小さい土木用構造物であるため、第２参考形態では第１参考形態より小さいダンパーブレースを用いる必要がある。しかしながら、第１参考形態のような形状のダンパーブレース１０を用いると、以下の問題点がある。即ち、第１参考形態のダンパーブレース１０のブレース２１，２２より径が小さい円鋼管は、必要強度を満たしつつ製作することが難しいものであり、製作しようとすると市販品を用いることができずにコストが高くなってしまう。また、第１参考形態のダンパーブレース１０のブレース２１，２２及び連結管３２は共に断面が円形であるため、せん断パネル３１の径方向長さに対して断面形状全体が大きいものになる。このため、第２参考形態のベント６においては、第１参考形態のような形状のダンパーブレース１０を用いると、スペース面で不利になる。そこで、上記した問題に対処すべく、第２参考形態のダンパーブレース６０は、以下のように構成されている。

図１０は、図９に示したダンパーブレース６０の拡大図である。図１０に示すように、ダンパーブレース６０は、直線状に延びる２本のブレース７１，７２と、その間を連結するダンパー８０とを備えて構成されたものであり、鋼管柱７Ｂ（７Ｃ）と連結鋼８に対し各１箇所ずつで定着している。ブレース７１の上端部（一端部）７１ａが定着部材５０によって連結鋼８に取付けられ、ブレース７２の下端部（一端部）７２ａが定着部材５０によって鋼管柱７Ｂ（７Ｃ）に取付けられている。そして、ブレース７１の下端部（他端部）７１ｂとブレース７２の上端部（他端部）７２ｂとがダンパー８０を介して連結することで、２本のブレース７１，７２が斜めの姿勢で同軸上に配置されている。

図１１は、図１０のＣ−Ｃ矢視方向で示した図である。図１１に示すように、ダンパーブレース６０を構成するブレース７１（７２）は、断面がＨ形状であるＨ形鋼材であり、ウェブ７１ｃ（７２ｃ）とフランジ７１ｄ（７２ｄ）を有している。これら２本のブレース７１（７２）は、製作コストを低くできるように、普通鋼で構成されている１本のＨ形鋼材を２つに分割したものである。ここで、ブレース７１（７２）を構成している普通鋼とは、例えばＳＭ４００Ａである。また、図１０に示すように、各ブレース７１，７２の先端同士は隙間を介して配置され、直接的には接合されていない。しかし、一対のブレース７１，７２は、同軸上に配置されていて、ダンパー８０を介して一体に接続されている。

ダンパー８０においては、図１０及び図１１に示すように、複数のせん断パネル８１が、ブレース７１の下端部７１ｂ及びブレース７２の上端部７２ｂから、軸方向に直交する方向（図１１の上下方向）に突き出すように溶接接合されている。各せん断パネル８１は、全て同じサイズの矩形の板材であって、各ブレース７１，７２に対して２枚ずつ設けられている。そして、２枚のせん断パネル８１は、ブレース７１，７２の軸方向に沿って配置され且つその軸方向と直交する方向に突設していて、図１１に示すように、ブレース７１，７２の周りで上下対称（１８０度で等間隔）に配置されている。また、このダンパー８０では、ブレース７１の下端部７１ｂ及びブレース７２の上端部７２ｂを囲むように、断面が矩形の中空環状部材である連結管（連結部材）８２が配置されている。

図１１に示すように、上下一対のせん断パネル８１では、内方側端部８１ａがブレース７１（７２）に溶接接合される一方、外方側端部８１ｂが連結管８２の内側面８２ａに溶接接合されている。こうして、一対のブレース７１，７２は、せん断パネル８１と連結管８２を介して一体になり、棒状になった一本のダンパーブレース６０として構成されている。このとき、連結管８２と各ブレース７１，７２とは同軸であり、ブレース７１側に配置された各せん断パネル８１とブレース７２側に配置された各せん断パネル８１とが軸方向に重なっている。

この第２参考形態では、ダンパーブレース６０の軸方向寸法は約２２００ｍｍであり、ブレース７１，７２の軸方向寸法は約１０００ｍｍである。そして、ブレース７１，７２のウェブ７１ｃ，７２ｃの長さが約１５０ｍｍであり、ブレース７１，７２のフランジ７１ｄ，７２ｄの長さが約１２０ｍｍである。また、連結管８２の断面は正方形であり、この正方形の一辺は約２７５ｍｍである。そして、１枚のせん断パネル８１において、横方向（軸方向）寸法は約５０ｍｍであり、縦方向寸法は約１００ｍｍであり、厚さは約９ｍｍである。なお、上記した各寸法は、ベント６の大きさやベント６に必要とされる強度に応じて適宜変更可能である。

以上のような第２参考形態の制震構造においては、ベント６に横揺れが生じると、ブレース７１，７２からダンパー８０へ圧縮方向又は引張方向の力が作用する。これにより、ダンパー８０へ圧縮方向の力が作用する場合には、図１２に示すように、ブレース７１，７２が接近して、各せん断パネル８１がせん断変形することになる。一方、ダンパー８０へ引張方向の力が作用する場合には、図１３に示すように、ブレース７１，７２が離間して、各せん断パネル８１がせん断変形することになる。

こうして、ベント６に設けた第２参考形態の制震構造では、せん断パネル８１がせん断変形することにより履歴減衰が起こり、ベント６に生じる振動エネルギーを吸収した制震が行われる。ところで、このダンパーブレース６０では、図１１に示すように、各せん断パネル８１の内方側端部８１ａがブレース７１，７２に接合し、外方側端部８１ｂが連結管８２の内側面８２ａに接合している。これにより、図１２及び図１３に示すように、ブレース７１，７２が軸方向に変位しても、各せん断パネル８１を純せん断変形させることができる。即ち、せん断パネル８１は、連結管８２に接合された外方側端部８１ｂを固定状態にして、各ブレース７１，７２に接合された内方側端部８１ａを介して伝達される力によって変形することになる。

このため、第２参考形態のダンパーブレース６０によれば、ブレース７１，７２には、ほぼ軸方向の力のみが作用し、せん断パネル８１には、ほぼせん断力のみが作用する。従って、各部材へ余分な荷重が作用することを抑えることができ、強度計算を容易にすることができるとともに、せん断パネル８１の強度を上げるための特別な構造が不要になる。こうして、ダンパーブレース６０の材料を減らして、コストダウンや軽量化を図ることができる。更に、ダンパーブレース６０が１本の棒状であるため、図９に示すように、１本の鋼管柱７Ｂ（７Ｃ）と１本の連結鋼８の合計２本の骨組みに対して、２箇所で定着させる制震構造とすることができる。

ところで、第２参考形態のダンパーブレース６０では、図１１に示すように、各せん断パネル８１の内方側端部８１ａがブレース７１（７２）のウェブ７１ｃ（７２ｃ）に接合され、各せん断パネル８１の外方側端部８１ｂが連結管８２の内側面８２ａに接合されていて、断面形状全体が矩形になっている。このように、せん断パネル８１と、断面がＨ形状であるブレース７１（７２）と、断面が矩形である連結管８２とが配置されているため、ダンパーブレース６０の断面形状全体を小さくすることができる。

即ち、第１参考形態のダンパーブレース１０では、図５に示すように、断面が円形である連結管３２と断面が円形であるブレース２２との間に、せん断パネル３１が接合されるため、仮にせん断パネル３１の縦方向（径方向）寸法を大きくする場合には、連結管３２の径を大きくする必要があり、断面形状が全体的に大きくなる。これに対して、第２参考形態のダンパーブレース６０では、仮にせん断パネル３１の縦方向寸法を大きくする場合には、連結管８２の縦方向寸法を大きくすれば良く、連結管８２の横方向寸法を大きくする必要がなくて、断面形状の増加が小さく済む。

こうして、第２参考形態のダンパーブレース６０は、第１参考形態のダンパーブレース１０に比べて、ダンパー部分における出っ張りが小さいものになり、土木用構造物に取付けた際のスペース面で有利である。特に、ベント６のような仮設備においては、人が通る際に邪魔になり難いものになる。また、第２参考形態では、ブレース７１，７２がＨ形鋼材であるため、比較的径が小さい中空の円鋼管を製作する場合に比べて、ブレースを製作し易い。従って、ダンパーブレースの製作コストを低くすることができる。

次に、実施形態について説明する。第１参考形態のダンパーブレース１０では、図５に示すように、せん断パネル３１の外方側端部３１ｂが連結管３２の内側面３２ａに溶接によって接合され、第２参考形態のダンパーブレース６０でも、図１１に示すように、せん断パネル８１の外方側端部８１ｂが連結管８２の内側面８２ａに溶接によって接合されている。しかしながら、せん断パネル３１，８１を連結管３２，８２の内部に入れ込んだ状態では、せん断パネル３１，８１の外方側端部３１ａ，８１ａを連結管３２，８２の内側面３２ａ，８２ａに対して内側から溶接し難くて、ダンパーブレース１０，６０を製造し難いという問題点があった。特に、第２参考形態のような比較的小さい連結管８２を用いる場合に大きな問題点になっていた。そこで、上記した問題点を解消すべく、実施形態のダンパーブレース１１０は、以下のように構成されている。

図１４は、実施形態のダンパーブレース１１０を示した外観図であり、図１５は、図１４に示したダンパーブレース１１０の縦断面図である。ダンパーブレース１１０は、図１４及び図１５に示すように、直線状に延びる２本のブレース１２１，１２２と、その間を連結するダンパー１３０とを備えて構成されたものである。なお、このダンパーブレース１１０は、第２参考形態のようなベント６に対して適用されたものであるが、第１参考形態のような高架橋１に対しても適用可能である。

図１６は、図１４のＤ−Ｄ矢視方向で示した図である。図１６に示すように、ダンパーブレース１１０を構成するブレース１２１（１２２）は、断面が正方形である中空鋼材であり、図１４及び図１５に示すように、ブレース１２１の左端部１２１ｂの先端と、ブレース１２２の右端部１２２ｂの先端には、塞ぎ板１２４が溶接接合されていて、各塞ぎ板１２４の間に隙間が形成されている。即ち、ブレース１２１，１２２の先端同士は、隙間を介して配置され、直接的には接合されていない。しかし、一対のブレース１２１，１２２は、同軸上に配置されていて、ダンパー１３０を介して一体に接続されている。そして、ブレース１２１の右端部（図示省略）はベント６（図９参照）に定着され、ブレース１２２の左端部（図示省略）はベント６に定着されている。なお、図示を省略しているが、ブレース１２１，１２２の内部には補強板が適宜溶接接合されている。

ダンパー１３０においては、図１４〜図１６に示すように、複数のせん断パネル１３１が、ブレース１２１の左端部１２１ｂ及びブレース１２２の右端部１２２ｂから、軸方向（図１４及び図１５の左右方向）に直交する方向（図１６の上下方向及び左右方向）に突き出ている。各せん断パネル１３１は、全てが同じサイズの矩形の板材であって、各ブレース１２１，１２２に対して４枚ずつ設けられている。そして、４枚のせん断パネル１３１は、ブレース１２１，１２２の軸方向に沿って配置され且つその軸方向と直交する方向に突設していて、図１６に示すように、ブレース１２１，１２２の周りで上下左右にそれぞれ配置されている。また、このダンパー１３０では、ブレース１２１の左端部１２１ｂ及びブレース１２２の右端部１２２ｂを囲むように、断面が正方形の中空部材である連結管（連結部材）１３２が配置されている。

図１６に示すように、上下左右に配置された各せん断パネル１３１では、内方側端部１３１ａがブレース１２１（１２２）に溶接接合されている。そして、この実施形態では、連結管１３２の上辺部と下辺部と左辺部と右辺部に、各せん断パネル１３１の外方側端部１３１ｂをその連結管１３２より外側へ突設させるスリット１３２ａが形成されている。ここで、図１７は、図１４に示したＥ部分の拡大図である。図１７に示すように、スリット１３２ａは、せん断パネル１３１の断面形状より僅かに大きくなっていて、せん断パネル１３１が貫通できるようになっている。これにより、図１６に示すように、各せん断パネル１３１の外方側端部１３１ｂは、各スリット１３２ａから突設した状態で連結管１３２の上辺部と下辺部と左辺部と右辺部に、外側から溶接によって接合されている。

こうして、一対のブレース１２１，１２２は、せん断パネル１３１と連結管１３２を介して一体になり、棒状になった一本のダンパーブレース１１０として構成されている。このとき、連結管１３２と各ブレース１２１，１２２とは同軸であり、ブレース１２１側に配置された各せん断パネル１３１とブレース１２２側に配置された各せん断パネル１３１とが軸方向に重なっている。この実施形態では、連結管１３２の断面である正方形の一辺は約２１０ｍｍであり、ブレース１２１，１２２の断面である正方形の一辺は約１００ｍｍである。そして、１枚のせん断パネル１３１において、横方向（軸方向）寸法は約４０ｍｍであり、縦方向（突設している方向）寸法は約６０ｍｍであり、厚さは約３ｍｍである。なお、上記した各寸法は、ダンパーブレース１１０が適用される土木用構造物の大きさやその土木用構造物に必要とされる強度に応じて適宜変更可能である。

以上のような実施形態のダンパーブレース１１０においては、ダンパー１３０へ圧縮方向の力が作用すると、図１８に示すように、ブレース１２１，１２２が接近して、各せん断パネル１３１がせん断変形することになる。一方、ダンパー１３０へ引張方向の力が作用すると、図１９に示すように、ブレース１２１，１２２が離間して、各せん断パネル１３１がせん断変形することになる。こうして、実施形態の制震構造でも、せん断パネル１３１がせん断変形することにより履歴減衰が起こり、ベント６に生じる振動エネルギーを吸収した制震が行われる。

そして、この実施形態のダンパーブレース１１０によれば、各せん断パネル１３１の外方側端部１３１ｂを連結管１３２に接合する場合に、各外方側端部１３１ｂを各スリット１３２ａから突設した状態で外側から溶接するため、製造し易いものになっている。即ち、ダンパーブレース１１０を製造する場合、先ず、各ブレース１２１，１２２の上辺部と下辺部と左辺部と右辺部に各せん断パネル１３１の内方側端部１３１ａを溶接によって接合しておく。次に、各せん断パネル１３１を各スリット１３２ａに嵌め込むように、ブレース１２１の左端部１２１ｂを軸方向の一方側から連結管１３２の中に挿入すると共に、ブレース１２２の右端部１２２ｂを軸方向の他方側から連結管１３２の中に挿入する。最後に、各スリット１３２ａから突設している各せん断パネル１３１の外方側端部１３１ｂを外側から連結管１３２に溶接によって接合する。こうして、第１参考形態のダンパーブレース１０及び第２参考形態のダンパーブレース６０のように、各せん断パネル１３１の外方側端部１３１ｂを連結管１３２の内側から溶接する必要がないため、製造し易いダンパーブレース１１０になっている。

更に、この実施形態のダンパーブレース１１０によれば、図１６に示すように、各せん断パネル１３１が、ブレース１２１（１２２）の周りに上下左右にそれぞれ配置されていて、突設している方向の長さがそれぞれ等しいものである。このため、ダンパー１３０における上下左右の剛性が均等になり、曲げや捩りの外力に対して強い構造にすることができる。言い換えると、図１１に示した第２参考形態のダンパーブレース６０では、Ｈ形鋼材であるブレース７１（７２）を用いているため、せん断パネル８１が配置されていない左右方向の剛性が弱くなるが、図１６に示した実施形態のダンパーブレース１１０では、断面が正方形であるブレース１２１（１２２）及び連結管１３２を用いているため、各せん断パネル１３１を上下左右に同じ長さで配置することができ、特定の方向から作用する外力に対して弱い構造になることを防止できる。

また、この実施形態のダンパーブレース１１０によれば、第１参考形態のダンパーブレース１０に比べて、コンパクトに構成することができる。即ち、第１参考形態のダンパーブレース１０では、図５に示すように、ブレース２１，２２が中空の円鋼管であるため、ブレース２１，２２の径が一定以上に大きくなり、全体の形状を小さくし難い。これに対して、実施形態のダンパーブレース１１０では、図１６に示すように、ブレース１２１，１２２は断面が正方形の中空鋼管であるため、小さく構成しても必要強度を満たすことができるようになっていて、全体の形状をコンパクトに構成することができる。更に、第１参考形態の連結管３２は中空の円鋼管であるため、板材から円鋼管を製作する場合に、曲げ加工が難しくて高価になるが、実施形態の連結管１３２は断面が正方形の中空鋼管であるため安価に製作することができる。こうして、実施形態のダンパーブレース１１０は、コンパクト且つ安価に構成できて、製造し易いものになっている。

以上、本発明に係るダンパーブレース及び制震構造について第１参考形態、第２参考形態、及び実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、第１参考形態におけるダンパーブレース１０では、ダンパー３０の連結管３２が中空円形部材であるが、この連結管３２に換えて、図２０（Ａ）に示す第１変形例のダンパー９０Ａのように、連結管８２は断面が矩形の中空環状部材であっても良い。
また、第２参考形態におけるダンパーブレース６０では、ブレース７１に対してせん断パネル８１が２枚であるが、図２０（Ｂ）に示す第２変形例のダンパー９０Ｂのように、ブレース７１に対してせん断パネル８１を４枚にして、追加したせん断パネル８１において、内方側端部８１ａをブレース７１のフランジ７１ｄに接合し、外方側端部８１ｂを連結管８２の内側面８２ａに接合しても良い。
更に、図２０（Ｃ）に示す第３変形例のダンパー９０Ｃのように、中空円形部材である連結管３２を用いても良い。これらのように、ブレースの断面形状、連結管の断面形状、せん断パネルの数は適宜変更可能である。

また、第２参考形態のベント６では、２本の鋼管柱７Ｂ，７Ｃと１本の連結鋼８に対して２本のダンパーブレース６０を取付けたが、図２１に示す変形例のベント６Ａのように、２本の鋼管柱７Ｂ，７Ｃと１本の連結鋼８に対して１本のダンパーブレース６０を取付けても良い。このように、土木用構造物に対して取付けるダンパーブレースの数は適宜変更可能である。

また、実施形態のダンパー１３０（ダンパーブレース１１０）では、ブレース１２１，１２２として断面が正方形である中空鋼管を用い、連結管１３２として断面が正方形である中空部材を用いたが、ブレース及び連結管の断面形状は適宜変更可能である。このため、例えば図２２に示す第１変形例のダンパー１３０Ａのように、中空円形部材であるブレース１２１Ａ，１２２Ａと、中空円形部材である連結管１３２Ａを用いても良い。また、実施形態のダンパー１３０では、矩形であるせん断パネル１３１を用いたが、せん断パネル１３１の形状は適宜変更可能であり、例えば図２３に示す第２変形例のダンパー１３０Ｂのように、疲労強度を向上させるためにフィレットを有するせん断パネル１３１Ｂを用いても良い。

また、第１参考形態のブレース２１，２２及び実施形態のブレース１２１，１２２は、中空の円鋼管であるが、この中空の円鋼管の中にコンクリート又はモルタルを入れた充填鋼管であっても良い。この場合には、ブレース２１，２２、１２１，１２２自体の剛性を大きくすることができる。
また、第１参考形態、第２参考形態、及び実施形態において、せん断パネル３１，８１，１３１を保護するため、連結管３２、８２，１３２はブレース２１，２２、７１，７２、１２１，１２２を囲むように断面が環状に形成されているが、連結管の断面は環状でなくても良い。
また、第１参考形態、第２参考形態、及び実施形態において、高架橋１又はベント６に適用した制震構造を説明したが、制震が必要な土木用構造物であれば、高架橋又はベントに限定されるものではない。

１高架橋
２橋脚
３橋梁
６ベント
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ鋼管柱
８連結鋼
１０，６０，１１０ダンパーブレース
２１、２２，７１，７２，１２１，１２２ブレース
３０，８０，１３０ダンパー
３１，８１，１３１せん断パネル
３１ａ，８１ａ，１３１ａ内方側端部
３１ｂ，８１ｂ，１３１ｂ外方側端部
３２，８２，１３２連結管
１３２ａスリット
４０，５０定着部材

Claims

土木用構造物に対して設置され、複数のせん断パネルを有して構成されるダンパーと直線状に延びるブレースとを備え、前記土木用構造物に生じる横揺れを抑えるために、前記ブレースから前記ダンパーに作用する軸方向の力を前記せん断パネルがせん断変形することによって吸収するダンパーブレースにおいて、
２本の前記ブレースが前記土木用構造物に対して、筋交いとして同軸上に配置され、
前記各ブレースの一端部が前記土木用構造物に定着され、前記各ブレースの他端部が前記ダンパーを介して連結していて、
前記ダンパーでは、前記各ブレースの他端部の外側に連結部材が配置され、前記複数のせん断パネルが前記各ブレースの他端部に対して軸方向に沿って配置され且つその軸方向に直交する方向に突設していて、前記せん断パネルの内方側端部が前記各ブレースの他端部に接合し、前記せん断パネルの外方側端部が前記連結部材に接合していること、
前記連結部材には、前記せん断パネルの外方側端部をその連結部材より外側へ突設させるスリットが形成されていて、
前記せん断パネルの外方側端部は、前記スリットから突設した状態で前記連結部材に外側から溶接によって接合していること、
を特徴とするダンパーブレース。
請求項１に記載されたダンパーブレースにおいて、
前記ブレースは、断面が正方形である鋼管であり、
前記連結部材は、前記各ブレースの他端部を囲んで断面が正方形である中空部材であり、
前記複数のせん断パネルは、前記ブレースの軸方向から見たときに前記ブレースの周りで上下左右にそれぞれ配置されていて、突設している方向の長さがそれぞれ等しいものであることを特徴とするダンパーブレース。
請求項１に記載するダンパーブレースにおいて、
前記ブレースは円鋼管であり、
前記連結部材は前記各ブレースの他端部を囲む中空円形部材であることを特徴とするダンパーブレース。
請求項１に記載するダンパーブレースにおいて、
前記ブレースは断面がＨ形状であるＨ形鋼材であり、
前記連結部材は前記各ブレースの他端部を囲む断面が矩形の中空環状部材であることを特徴とするダンパーブレース。
請求項３又は請求項４に記載するダンパーブレースにおいて、
前記複数のせん断パネルは、前記ブレースの周りで等間隔に配置されていることを特徴とするダンパーブレース。
請求項３に記載するダンパーブレースにおいて、
前記ブレースは、中空の円鋼管にコンクリート又はモルタルを入れた充填鋼管であることを特徴とするダンパーブレース。
請求項４に記載するダンパーブレースにおいて、
２本の前記ブレースは、普通鋼で構成されている１本のＨ形鋼材を２つに分割したものであることを特徴とするダンパーブレース。
土木用構造物と、この土木用構造物に対して設置されるダンパーブレースとを備え、
前記ダンパーブレースは、複数のせん断パネルを有して構成されるダンパーと直線状に延びるブレースとを備え、
地震によって前記土木用構造物に生じる横揺れを抑えるために、前記ブレースから前記ダンパーに作用する軸方向の力を前記せん断パネルがせん断変形することによって吸収する制震構造において、
２本の前記ブレースが前記土木用構造物に対して、筋交いとして同軸上に配置され、
前記各ブレースの一端部が前記土木用構造物に定着され、前記各ブレースの他端部が前記ダンパーを介して連結していて、
前記ダンパーでは、前記各ブレースの他端部の外側に連結部材が配置され、前記複数のせん断パネルが前記各ブレースの他端部に対して軸方向に沿って配置され且つその軸方向に直交する方向に突設していて、前記せん断パネルの内方側端部が前記各ブレースの他端部に接合し、前記せん断パネルの外方側端部が前記連結部材に接合していること、
前記連結部材には、前記せん断パネルの外方側端部をその連結部材より外側へ突設させるスリットが形成されていて、
前記せん断パネルの外方側端部は、前記スリットから突設した状態で前記連結部材に外側から溶接によって接合していること、
を特徴とする制震構造。
請求項８に記載された制震構造において、
前記ブレースは、断面が正方形である鋼管であり、
前記連結部材は、前記各ブレースの他端部を囲んで断面が正方形である中空部材であり、
前記複数のせん断パネルは、前記ブレースの軸方向から見たときに前記ブレースの周りで上下左右にそれぞれ配置されていて、突設している方向の長さがそれぞれ等しいものであることを特徴とする制震構造。
請求項８に記載された制震構造において、
前記ブレースは円鋼管であり、
前記連結部材は前記各ブレースの他端部を囲む中空円形部材であることを特徴とする制震構造。
請求項８に記載された制震構造において、
前記ブレースは断面がＨ形状であるＨ形鋼材であり、
前記連結部材は前記各ブレースの他端部を囲む断面が矩形の中空環状部材であることを特徴とする制震構造。
請求項１０又は請求項１１に記載する制震構造において、
前記複数のせん断パネルは、前記ブレースの周りで等間隔に配置されていることを特徴とする制震構造。
請求項１０に記載する制震構造において、
前記ブレースは、中空の円鋼管にコンクリート又はモルタルを入れた充填鋼管であることを特徴とする制震構造。
請求項１１に記載する制震構造において、
２本の前記ブレースは、普通鋼で構成されている１本のＨ形鋼材を２つに分割したものであることを特徴とする制震構造。