JP5701923B2 - 鋳造構造の降伏ヒューズ部材 - Google Patents

Description

本発明は、建築産業において使用する構造部材に関する。特に本発明は、地震対策で使
用される鋳造構造部材に関する。

優先権
本願は、２００７年５月１５日出願の米国仮特許願６０/９１７６５２の優先権を主張する。

多くの建造物は、横方向の安定性を提供するために対角状のブレース（筋交い）を利用
する。特に、構造物の横方向の堅牢性を増加させ、建築費を削減する目的で利用される。
このような補強形態では、激しい地震の際のごとき動的荷重時の地震エネルギーを減衰さ
せるために、１体以上の犠牲降伏（撓変形）ヒューズ要素が活用される。

このような犠牲降伏ヒューズ要素は、従来型の横方向荷重抵抗システムよりも優れた地
震対策性能と、地震荷重吸収特性とを提供するために選択されている。

例えば、ファニュッチ他の米国特許６５３０１８２及び米国特許６７０１６８０は、ス
ペーサと、スリーブの構造体によって包囲された中央ストラットを有した地震エネルギー
吸収ブレースについて述べている。

同様に、パウェル他の米国特許６８３７０１０及び米国特許７０６５９２７並びに米国
特許出願公開２００５/０１０８９５９は、外殻部、封入部材及び降伏芯部を含んだ地震ブレースついて述べている。

ブレース装置に関しては、米国特許７１７４６８０及び米国特許出願公開２００１/０
０００８４０においても開示されている。

これら従来システムの大部分は、降伏部材と共に使用される屈曲防止装置を必要とする。さらに、それらシステムは、一般的には、鋼鉄プレートで製造され、鋳造製品ではない。また、それら従来技術のシステムは、縦方向（軸方向）に降伏する部材を利用するが、過度の非弾性的歪（変形）によって引き起こされる破損に対して、従来よりも抵抗力を有する理由により降伏要素を使用することが有利である。

ホワイトの米国特許４８２３５２２、スコールの米国特許４９１０９２９及びツァイと
リーの米国特許５５３３３０７は、全て、梁材の中央に配置され、地震荷重モーメント抵
抗枠材に減衰特性及び堅牢性を付与するために使用される鋼鉄製降伏ヒューズ要素を解説
する。

それらエネルギー減衰要素は、一般的に、三角形状に加工され、堅牢な基礎部に溶接又
はボルト留めされる鋼鉄板で形成される。さらに、これらヒューズ要素は、一般的に逆Ｖ
型ブレース枠材の上方ブレースの中央に設置される。従って、これらヒューズ要素の降伏
は、枠材の内部階状変位によって制御される。しかし、内部階状変位ではなくてブレース
の伸張に関わる降伏要素は、現行の建築様式において容易に利用が可能である。

別な従来のヒューズシステムである減衰製品“ＥａＳｙダンパー”は、ブレース要素の
地震特性を改善するために複雑な構造の装置を利用する。この装置では、ブレースの軸方
向の降伏及び屈曲を、穴開き形状の堅牢な鋼鉄板の撓変形とせん断変形との組み合わせで
置換することでブレース要素の地震性能を改善する。これら鋼鉄板の形状は、降伏要素の
定曲率を提供しない。よって不都合な歪集中が発生する。

上述の従来技術システムは、両方とも面倒な切断加工及び溶接加工を必要とする。さら
に、現在利用が可能なロール状である鉄板製品の限定された形状は、そのような装置に必
須な降伏要素の可能な幾何形状の範囲を限定する。

撓変形降伏要素の幾何形状を自在に制御することは、ヒューズが降伏する作用力のみな
らず、ヒューズの弾性及び予後降伏抵抗性の制御並びにヒューズの降伏開始と関連する変
位の制御も可能にする。鋳造技術によって、さらに良い性能のヒューズも設計して製造す
ることができる。さらに、自由な幾何形状の制御は、現存する鉄骨建造物及び建築様式に
おいて、従来よりも容易に利用が可能な部品の設計を可能にする。

上記内容に鑑み、改善された動的荷重用の降伏ヒューズ部材が望まれている。

本発明は、降伏ヒューズ装置及び降伏ヒューズ装置を含んだブレース構造体に関する。

具体的には、該降伏ヒューズ装置は、構造枠材に使用されるブレース構造体の一端部に固定され、該ブレース構造体の軸方向に作用する引張力または圧縮力を吸収して降伏する降伏装置であって、
前記ブレース構造体は、軸方向に長いブレース部材を含んでおり、
本降伏装置は、
（ａ）前記ブレース部材の前記一端部に固定される端部と、
（ｂ）前記端部に連なり、前記ブレース部材の中心軸から変位した位置で前記ブレース部材の軸方向に延びる本体部とを含んでおり、
（ｉ）該本体部は、該本体部から前記ブレース構造体の軸方向と交叉する方向に延びる複数の撓降伏アームを所定間隔で含んでおり、
（ｉｉ）該撓降伏アームは、前記本体部と一体に接続された基部と、前記構造枠材に着脱可能に接続される上部とを含んでいることを特徴とするものである。

また、ブレース構造体は、構造枠材用に使用されるブレース構造体であって、
（ａ）軸方向に長いブレース部材と、
（ｂ）前記ブレース構造体の一端部に固定され、該ブレース構造体の軸方向に作用する引張力または圧縮力を吸収して降伏する、少なくとも２体の降伏装置とを含んでおり、
それぞれの前記降伏装置は、
（ｉ） 前記ブレース部材の前記一端部に固定される端部と、
（ｉｉ）前記端部に連なり、前記ブレース部材の中心軸から変位した位置で前記ブレース部材の軸方向に延びる本体部とを含んでおり、
前記本体部は、該本体部から前記軸方向に所定間隔で一体に接続され、前記ブレース構造体の軸方向と交叉する方向に延びる複数の撓降伏アームを含んでおり、
該降伏アームは、前記本体部に一体に固定される基部と、前記構造枠材に着脱可能に接続される上部とを含んでいることを特徴とするものである。

有利には、構造装置の降伏要素は、鋳造製品である。従って降伏特性は、降伏アームの
断面と幾何形状とを縦方向で変えることで細かく制御可能である。さらに、本発明の降伏
装置は、ブレースの引張力及び圧縮力の両方の作用下でブレース構造体を降伏させるよう
に機能する。このように降伏装置は、撓変形的に降伏するため、過度の非弾性歪による破
損は、発生しにくくなる。複数の降伏装置をそれぞれのブレース構造体に使用することが
でき、機能の拡張性が提供される。

本発明のさらなる特徴は、以下の本発明の詳細な説明を通じて明らかとなるであろう。

以下に添付図面を利用した本発明の好適実施例の詳細な説明が例示として提供されてい
る。

図１は、上記本発明の参考例による降伏ヒューズ部材の斜視図である。 図２Ａは、図１の本発明の参考例に係る降伏ヒューズ部材の側面図である。 図２Ｂは、図１の本発明の参考例に係る降伏ヒューズ部材の上面図である。 図２Ｃは、図１の本発明の参考例に係る降伏ヒューズ部材の底面図である。 図２Ｄは、図１の本発明の参考例に係る降伏ヒューズ部材の第２端の端面図(左側面図)である。 図２Ｅは、図１の本発明の参考例に係る降伏ヒューズ部材の第１端の端面図(右側面図)である。 図３は、図１の本発明の参考例に係る２体の降伏ヒューズ部材を用いたブレース構造体の分解斜視図であり、ブレース部材及びガセット板とが整合状態で図示されている。 図４Ａは、標準ブレース構造枠材内に、図１の本発明の参考例に係る降伏ヒューズ部材が２体存在する側面図である。 図４Ｂは、図４Ａの標準ブレース構造枠材のＢ−Ｂ断面図である。 図４Ｃは、図４Ａの標準ブレース構造枠材のＣ−Ｃ断面図である。 図４Ｄは、図４Ａの標準ブレース構造枠材のＤ−Ｄ断面図である。 図５Ａは、非変形状態の、図１の本発明の参考例に係る降伏ヒューズ部材を含んだヒューズ構造体の側面図である。 図５Ｂは、引張力で降伏した状態の、図１の本発明の参考例に係る降伏ヒューズ部材を含んだヒューズ構造体の側面図である。 図５Ｃは、圧縮力で降伏した状態の、図１の本発明の参考例に係る降伏ヒューズ部材を含んだヒューズ構造体の側面図である。 図６は、本発明の実施例に係る降伏ヒューズ部材(降伏装置)の斜視図である。 図７Ａは、本発明の実施例に係る降伏ヒューズ部材の側面図である。 図７Ｂは、本発明の実施例に係る降伏ヒューズ部材の上面図である。 図７Ｃは、本発明の実施例に係る降伏ヒューズ部材の底面図である。 図７Ｄは、本発明の実施例に係る降伏ヒューズ部材の第２端の端面図(左側面図)である。 図７Ｅは、本発明の実施例に係る降伏ヒューズ部材の第１端の端面図(右側面図)である。 図８は、本発明の実施例に係る２体の降伏ヒューズ部材を含むブレース構造体の分解斜視図であり、円形中空接合ブレース部材、２枚の接合板、及びガセット板が整合状態で図示されている。 図９は、本発明の実施例に係る２体の降伏ヒューズ部材を含むブレース構造体の分解斜視図であり、幅広フランジブレース部材、２枚の接合板、及びガセット板が整合状態で図示されている。 図１０Ａは、溶接手段により円形中空構造接合ブレース部材に接続され、ボルト手段により２枚の接合板に接合されている標準ブレース構造枠材内に存在する本発明の実施例に係る降伏ヒューズ部材の接合領域の側面図である。 図１０Ｂは、図１０Ａのブレース構造体のＢ−Ｂ断面図である。 図１０Ｃは、図１０Ａのブレース構造体のＣ−Ｃ断面図である。 図１０Ｄは、図１０Ａのブレース構造体のＤ−Ｄ断面図である。 図１１Ａは、ボルト手段により幅広フランジ接合ブレース部材に接合され、ボルト手段により２枚の接合板に接合されている標準ブレース構造枠材内に存在する本発明の実施例に係る降伏ヒューズ部材の接合領域の側面図である。 図１１Ｂは、図１１Ａのブレース構造体のＢ−Ｂ断面図である。 図１１Ｃは、図１１Ａのブレース構造体のＣ−Ｃ断面図である。 図１１Ｄは、図１１Ａのブレース構造体のＤ−Ｄ断面図である。 図１２Ａは、非変形状態の本発明の実施例に係る降伏ヒューズ部材を含んだヒューズ構造体の側面図である。 図１２Ｂは、引張力で降伏した状態の本発明の実施例に係る降伏ヒューズ部材を含んだヒューズ構造体の側面図である。 図１２Ｃは、圧縮力で降伏した状態の本発明の実施例に係る降伏ヒューズ部材を含んだヒューズ構造体の側面図である。 図１３は、図１の本発明の参考例に係る、幾つかの非弾性変形サイクルが荷重された降伏ヒューズ部材の非線形有限要素解析で得られたヒステリシスプロット図である。 図１４は、本発明の実施例に係る降伏アームによる、周期的に変形したテーパ加工された鋳造鋼製降伏アームの実験で得られたヒステリシスプロット図である。 図１５は、図１の本発明の参考例に係る降伏ヒューズ部材の非線形有限要素解析で得られた静止過重に対する変位のプロット図である。 図１６は、本発明の実施例に係る降伏アームによるテーパ加工された鋳造鋼製降伏アームの実験で得られた静止荷重に対する変位のプロット図である。 図１７は、図１の本発明の参考例に係る降伏ヒューズ部材の非線形有限要素解析により得られる塑性歪の特徴を図示したものである。 図１８は、本発明の実施例に係る降伏ヒューズ部材の非線形有限要素解析により得られる塑性歪の特徴を図示したものである。

以下の解説と図面は、本発明の理解を助けるための説明のみを目的としており、本発明
の限定は意図されていない。

本発明の降伏ヒューズ装置は、主として軸方向荷重部材のために大量受注製鋳鋼または
他の鋳造金属装置として特に有用である。この装置は、中空構造接合部材、パイプ及びＷ
型接合部材のごとき他の形状の構造接合部材と共に使用できる。この装置は、激しい地震
荷重のごとき巨大動的荷重等の動的荷重に曝されるブレース枠材内で降伏ヒューズとして
機能するように設計されている。この装置は、動的エネルギーの大半を吸収することで動
的荷重（すなわち地震）の際にブレース部材と構造枠材とを大きな損傷から保護するよう
に機能する。

この“動的荷重”とは、反復サイクルで来襲する引張力と圧縮力で降伏変形をもたらす荷重のことであり、（過度強度又は二次効果による）大きな非弾性歪に降伏ヒューズが到達したときに予想される強度の増加を含む荷重のことである。この装置は、エンドコネクタに一体化させることも、ブレース部材内に仲介的に設置することもできる。この装置は、生産ラインが予想されるブレース力範囲をカバーするために十分な数と強度のコネクタを含むよう、異なる荷重でそれぞれ降伏変形する大量生産の標準型製品のラインを提供するように使用できる。

本発明の装置は、典型的なブレースの軸方向引張力による降伏変形と非弾性屈曲変形を
、特別に設計された降伏要素アームの主たる撓変形に置換することで機能する。この装置
は、鋳造製品であるため、ヒューズと鋳造金属の降伏要素の幾何形状は、降伏アームが降
伏力、堅牢性及び延性の最良の組み合わせを提供するように特に設計することができる。
これら装置は、安定した状態で降伏するようにも設計されている。

参考例

本発明の構造的に降伏する構造降伏装置の参考例は、図１から図５にかけて図示されている。降伏装置１０は、ブレース部材２２を受領し、例えば溶接によってそのブレース部材に接合されるようにデザインされている第１端１２と、ブレース構造体の端部接合部２４に接合されるように設計されている第２端１４と、少なくとも１本の屈曲降伏アーム１６とを有している。

図示のように、第１端１２と、第２端１４は、ブレース部材２２によって提供される同軸内に存在する。図示のように、ブレース部材２２は、筒状であってもよく、第１端１２は、ブレース部材の曲率に対応する曲率を含むことができる。

降伏装置１０の別の参考例は、例えばＷ型接合タイプのブレース部材２２を受領する形
状である第１端１２を含むことができる。降伏装置１０の第１端１２での接合は、地震の
ごとき動的荷重の最中に起きるであろう降伏アーム１６の周期的非弾性変形時に発生する
軸方向のせん断力及び撓変形力に対抗するために十分な強度を必要とする。このような設
計は、大抵の構造鋼材設計基準で解説されている良く知られた地震対策設計法に従って実
行されるべきである。この方法の主旨は、降伏要素が自身の耐久強度を超える変形力を受
けたときに構造物の全部材を保護することにある。

本発明の参考例では、第１端１２は、ブレース部材２２に溶接されている。降伏アーム１６は、ブレース部材２２により提供された軸からは離反している。すなわち降伏アーム１６は偏心状態である。その結果、降伏アームは、ガセット板のごときブレース構造体
の端部接合部２４に、軸方向力、せん断力及び撓変形力の組み合わせの形態でブレース部
材２２の軸方向の作用力を伝達する。

本発明の参考例の特別な１特徴によれば、少なくとも１本の降伏アーム１６がテーパ加工されている。このテーパ加工領域は、ブレース部材が軸方向に荷重されたときにアーム全体をほぼ一定の曲率とする。この構造によって、所望する降伏力が達成されると、降伏アームの全長は、１つ又は別々の回動位置での降伏変形ではなく変形する。これで降伏アームの歪が低減され、非弾性荷重時に尚早な破損の可能性が大きく減少する。例えば、図４Ｄで示すような方形断面のごとき異なる断面が降伏アーム１６に提供される。降伏アーム１６は、弱い断面の撓変形軸の周囲で湾曲するように配向位置が設定されるべきである。これで不安定な平面脱出型の横方向捩れ屈曲降伏現象が排除される。

図３で示す特別な参考例によれば、構造枠材のためのブレース構造体２８は、ブレース部材２２と、少なくとも２つの降伏構造体とを含む。

このブレース構造体は、例えばガセット板である構造体の端部接合部２４と、例えば第２
ガセット板２６、標準溶接されたもの又はボルト締めされたもの（ボルト形態は非図示）
であるブレース部材２２の先端を接合する手段とをさらに含む。第２端１４は、例えばガ
セット板２４であるブレース構造体の端部接合部に取り付けるための複数穴２０を有した１
以上のフランジ部１８を含む。１以上のフランジ部１８の複数穴２０は、ガセット板２４
の複数穴の位置に対応し、第２端１４をガセット板２４にボルトによって固定させる。

本発明の参考例では、２つのフランジ部１８が両側に存在する。それぞれのフランジ
部１８は、ブレース構造体２８として組み立てられるとガセット板２４の片側上に配置さ
れる。フランジ部１８、ボルト及び構造体の端部接合部２４は、動的荷重時に発生する降伏
アーム１６の周期的非弾性変形時に降伏アーム１６が発生させる軸方向力、せん断力及び
撓変形力に対抗する最低強度の提供を必要とする。これら要素のデザインは、大抵の構造
鋼材設計基準で解説されている良く知られた地震対処設計法に従って実行されなければな
らない。

２つの降伏装置１０は、ブレース構造体２８で利用され、圧縮力又は引張力による軸方
向荷重時に対称的に降伏変形する。しかし、専門家であれば３以上の降伏装置１０を含ん
だ他の対称形態も可能であることを理解するであろう。

本発明の別な特徴によれば、降伏装置１０は、規制手段を含み、ブレース部材２２を軸
方向にのみ運動させ、不安定な崩壊メカニズムを妨害する。すなわち、降伏アーム１６の
崩壊メカニズムを妨害する。例えば、図４Ｂで示すように、第２端１４は、フランジ部１
８に隣接する湾曲部を含む。この湾曲部は、ブレース部材２２の運動を軸方向のみの運動
に規制する。さらに、ブレース部材２２は、スロット２３を含むことができる。このスロ
ット２３は、ブレース部材２３をガセット板２４上で軸方向に自由滑走させ、さらにブレ
ース部材２２の平面回転を規制する。スロット２３は、動的荷重時に予想されるブレース
変形の少なくとも２倍である引張力と圧縮力の軸方向ブレース変位に対処できるよう十分
に長く提供される。予想されるブレース変形は、一般的な地震対処設計基準に記載されて
いる地震荷重下の構造物解析から導き出せる。これは、軸方向にブレース変形を規制する
方法のほんの１例である。専門家であれば所望する結果を達成するための多数の方法が存
在することを承知しているであろう。

図４Ａで示すように、１又は２以上のブレース構造体２８が構造枠材３０の補強に利用
できる。ブレース構造体２８に含まれる降伏装置１０は、降伏アーム１６の撓降伏を通じ
て動的荷重から発生するエネルギーを衰退させる。降伏装置１０の接合部である第１端１
２と第２端１４は、地震又は他の動的荷重時に弾性を維持することが意図されている。鋳
造プロセスで提供される大量生産のための機会を利用するため、第１端１２は、ブレース
部材２２の範囲に取り付けるように設計されている。

図４Ｃで示すように第１端１２は、ブレース部材２２の外面の曲率に合致する曲率を有
するが、変動壁厚である中空構造接合部と共に使用することもできる。

図５は、引張力と圧縮力による降伏変形における降伏ヒューズ構造体の変形（変位）を
図示する。

本発明の降伏ヒューズ装置の実施例は、図６から図１２にかけて図示されている。
この場合、構造降伏装置３２は、ブレース部材２２を受領してそのブレース部材２２に接
合されるようにデザインされた端部３４と、ブレース部材２２が提供する軸から離反して
配置されている本体部３６とを含む。本体部３６は、軸方向に延びる複数の撓降伏アーム
３８を含む。これら降伏アーム３８は、基部３９と上部４０とを含む。この降伏装置３２
は、降伏アーム３８に撓塑性関節部の形成を介して地震エネルギーのごとき動的荷重時に
発生するエネルギーを減衰させるように機能する。１又は２以上の接合板４２を利用して
降伏アーム３８の上部４０を保持する。これら接合板４２は、接合板４２のスロット穴と
、降伏アーム３８の上部４０の穴とを通過するボルトによって上部４０を保持することが
できる。これで降伏アーム３８の上部４０を接合板４２に対して回転及び平行移動させて
降伏アーム３８の激しい軸方向力の展開を回避させる。

別の実施形態（図示せず）では、降伏アーム３８の上部４０は、接合板４２のスロット
穴によって直接的に規制される中実状筒体の形態で鋳造できる。それら両方の場合に、ボ
ルト又は中実状筒体及びそれらのスロットは、降伏アーム３８が地震のごとき動的荷重時
に予期される周期的非弾性変形に曝されているときに弾性を維持し、その変形を最小限度
に抑えるために十分な強度を有することが必要である。

降伏アーム３８は、降伏アームの全長に亘って降伏変形させるようにテーパ加工されて
おり、ブレース部材２２の軸とは、偏心状態に提供されている。本発明の１特徴では、降
伏アーム３８は、その厚み方向ではなく高さ方向にテーパ加工されている。降伏アーム３
８の基部３９と上部４０の両方でテーパ程度は変化しており、基部３９と上部４０は、厚
み方向と高さ方向の両方で厚みが増しており、降伏変形が計算されたテーパ部３８内に収
まるようにしている。

降伏装置３２の端部３４は、図８の場合には筒状であるブレース部材２２の形状に対応
する形状を含んでいる。従って、第１端３４の形状は、ブレース部材２２の曲率に対応す
る曲率となっている。降伏装置３２の第１端３４での接合部は、降伏アーム３８の非弾性
変形時にその接合部に発生すると予想される軸方向のせん断力及び撓変形力に対抗するの
に十分な強度を有することが必要である。鋳造プロセスで提供される大量生産の機会を利
用するため、第１端３４は、ブレース部材２２の範囲に取り付けられるようにデザインさ
れている。

図８と図１０Ｂで図示されている実施例では、第１端３４は、ブレース部材２２の外面
の曲率に合致する曲率を有するが、変動壁厚である中空構造接合部と共にでも利用が可能
である。

装置３２が適切に機能するためには、本体部３６がテーパ加工された降伏アームの周期
的非弾性変形時に確実に弾性を保つように釣り合っていることが必要である。本体部３６
の断面は、図１０Ｃと図１１Ｃに示す“Ｔ”断面から変化することができる。本体部３６
の断面は、鋳造性を向上させる形状としつつ部品の重量を最良に最小化させなければなら
ない。本体部３６は、また、動的荷重時に予想される最大の軸方向ブレース変形の少なく
とも２倍である隙間４６を残すようにブレース部材２２の端部を十分に越えていなければ
ならない。予想されるブレース変形は、一般的な地震対処設計基準に記載されている地震
荷重下の構造物解析から導き出せる。同様にして、接合板４２は、構造降伏装置３２とガ
セット板２４の端部との間に隙間４８を提供するようにガセット板２４の端部を越えて延
びている。

端部接合ガセット板２４と接合板４２は、ボルトによって接合板をガセット板に固定さ
せるようにそれぞれ対応する穴を有しており、接合板の穴は、装置の降伏状態時に降伏ア
ーム３８の上部４０を平行移動および回転させるようにスロット形状である。

図１０Ｃと図１１Ｃでは、接合板４２は、降伏要素３８の上部４０を保持するために２
つの部分を両側に含んでいる。接合板４２は、図９に示すような鋳造鋼鉄要素か、または
図８に示すようなロール状鋼鉄製品でよい。いずれの場合にも接合板４２と接合部は、動
的荷重時に発生するであろう、降伏アーム３８の周期的非弾性変形時に発生する周期的な
軸方向の引張力と圧縮力に対応するために弾性と剛性を維持する設計でなければならない
。

図８に示す特別な１実施例によれば、ブレース構造体４４は、ブレース部材２２と、少
なくとも２つの降伏装置３２と、ガセット板のような構造体の端部接合部２４とを含んでおり、この構造体の端部接合部２４は、接合板４２を含み、さらに、例えば第２ガセット板であるブレース部材２２の先端を接続する手段を含んでいる。

１実施形態によれば、図１０Ａと図１１Ａに示すように２つの降伏装置３２がブレース構造体４４で利用され、過激な軸方向荷重時に対称的に降伏変形させる。しかし、専門家であれば３以上の降伏装置３２を含んだ他の対称形態も可能であることを理解するであろう。

引張力または圧縮力の両方での対称降伏反応を促すため、ブレース構造体４４に２つの
降伏装置３２を提供することができる（図１０参照）。接合板４２によって提供される規
制のため、ブレース構造体４４は、ブレース部材２２の軸によって提供される略軸方向に
のみ降伏することが理解できよう。換言すれば、接合板４２によって提供される規制は、
ブレース構造体４４の平面脱出型屈曲現象を抑制する。

降伏アーム３８は、ブレース部材２２の軸に対して直角であってもなくてもよい。降伏
アーム３８の傾斜は、システムの弾的堅牢性を向上させるであろう。

本発明の降伏ヒューズ装置を有限要素解析と実験によって試験した。

図１３は、図１の本発明の参考例に係る降伏装置１０のヒステリシス反応を示し、図１４は、本発明の実施例に係る降伏装置３２のヒステリシス反応を示す周期的荷重変位プ
ロット図である。

図１５と図１６は、圧縮力作用下および引張力作用下における降伏装置ヒューズ１０と
３２のそれぞれ参考例(図１５)と実施例(図１６)の反応を示す静止荷重変位プロット図である。

図１７と図１８は、降伏装置１０、３２のそれぞれ参考例(図１７)と実施例(図１８)における数値シミュレーションから得られた等価（Ｖｏｎ-Ｍｉｓｅｓ）塑性歪分布を図示している。

本発明のその他の実施例も言うまでもなく可能である。例えば図９と図１１Ａに示すよ
うに、本発明の降伏ヒューズ装置をボルト（図示のごとく）または溶接（図示せず）の手
段で中空構造接合部材の代わりにＷ型接合部材に接合することもできる。降伏装置のアー
ム数の変更、降伏アームの幾何形状の変更、溶接、ボルトまたはガセット板等の仲介接合
部を１以上含むもの等のその他の手段による降伏アーム、ブレース部材および構造枠材間
の接合手段の変更、並びに異なる形状および寸法のブレース部材を用いること等のその他
の変更も可能である。

専門家であれば、本発明の降伏装置が多様な材料で鋳造できることを理解するであろう
。特に鋳造可能な鋼鉄等のあらゆる鋳造材料が利用可能である。例えばＳｉ含有量が０．
５５重量％以下であるＡＳＴＭ Ａ９５８グレード ＳＣ８６２０クラス８０/５０鋼鉄
が降伏装置に適した材料であろう。ＡＳＴＭ Ａ２１６/Ａ２１６Ｍ ＷＣＢおよびＡＳ
ＴＭ Ａ３５２/Ａ３５２Ｍ ＬＣＢもまた適しているであろう。これらの品質の材料を
用いることによって降伏装置を確実に溶接可能な基礎金属とすることができる。特定の利
用法に必要な特性に応じて、鋳造には、異なる合金や異なるタイプの鋼鉄も利用すること
ができる

前述の説明は、単に本発明の例示である。専門家にとって、本発明の例示形態が多様変
更可能であることは明白であり、このような変更は本明細書中で明確に説明されていても
いなくても本発明の範囲内である。

Claims (27)

1. 構造枠材に使用されるブレース構造体であって、
   当該ブレース構造体は、
   当該ブレース構造体の一端部に固定され、当該ブレース構造体の軸方向に作用する引張力または圧縮力を吸収して降伏する降伏装置と、
   軸方向に長いブレース部材と、
   当該ブレース構造体を前記構造枠材に接合するための接合板と、を含み、
   前記降伏装置は、
   （ａ）前記ブレース部材の前記一端部に固定される端部と、
   （ｂ）前記端部に連なり、前記ブレース部材の中心軸から変位した位置で前記ブレース部材の軸方向に延びる本体部と、
   を含んでおり、
   （ｉ）前記本体部は、前記本体部から当該ブレース構造体の軸方向と交叉する方向に延びる複数の撓降伏アームを所定間隔で含んでおり、
   （ｉｉ）前記撓降伏アームは、前記本体部と一体に接続された基部と、前記構造枠材に前記接合板を介して着脱可能に接続される上部と、を含んでおり、
   前記接合板は、スロット穴を備えており、
   前記撓降伏アームの上部は、前記スロット穴に接続されており、
   前記撓降伏アームの上部を前記接合板に対して回転及び平行移動させ、これにより前記撓降伏アームにおける軸方向力の展開を回避させる、ことを特徴とするブレース構造体。
2. 当該ブレース構造体は、当該ブレース構造体を構造枠材に接合するための端部接合部をさらに含んでおり、前記接合板は、前記撓降伏アームの上部と当該ブレース構造体の端部接合部とを保持するように設計されていることを特徴とする請求項１記載のブレース構造体。
3. 前記ブレース部材は、前記降伏装置の第１端を越えて延びていないことを特徴とする請求項１記載のブレース構造体。
4. 前記撓降伏アームは、その軸方向に沿ってテーパ加工されていることを特徴とする請求項１記載のブレース構造体。
5. 前記ブレース部材は、筒状であり、前記降伏装置の第１端は、前記ブレース部材の曲率に対応する曲率を有することを特徴とする請求項１記載のブレース構造体。
6. 前記降伏装置は、鋳造降伏装置であることを特徴とする請求項１記載のブレース構造体。
7. 動的荷重時に利用される請求項１記載のブレース構造体。
8. 前記降伏装置は、動的荷重時に構造枠材を損傷から保護するように機能することを特徴とする請求項１記載のブレース構造体。
9. 前記降伏装置は、前記構造枠材が動的荷重に曝されたときに、撓変形的に降伏することによって前記構造枠材を損傷から保護する降伏ヒューズとして作用することを特徴とする請求項１記載のブレース構造体。
10. 前記撓降伏アームの上部は、ボルト手段によって、前記接合板に保持されることを特徴とする請求項２記載のブレース構造体。
11. 前記端部接合部は、ガセット板であり、前記接合板は、前記ガセット板の複数穴に対応する複数穴を有しており、前記接合板をボルト手段によって前記ガセット板に保持させることを特徴とする請求項２記載のブレース構造体。
12. 前記接合板は、前記撓降伏アームの上部を保持するための２つの部分を両側に含んでいることを特徴とする請求項２記載のブレース構造体。
13. 前記接合板は、前記撓降伏アームの上部を保持するための第１端と、当該ブレース構造体の端部接合部への接合のための第２端と、前記第１端と前記第２端との間の仲介部と、を含んでいることを特徴とする請求項２記載のブレース構造体。
14. 前記接合板は、前記降伏装置と当該ブレース構造体の端部接合部との間に隙間を形成するように当該ブレース構造体の端部接合部を越えて延びており、前記隙間は、動的荷重時に予想される最大の軸方向ブレース変形の少なくとも２倍の長さであることを特徴とする請求項２記載のブレース構造体。
15. 前記ブレース部材と前記降伏装置の本体部との間に、隙間が形成されていることを特徴とする請求項３記載のブレース構造体。
16. 動的荷重は、激しい地震荷重を含むことを特徴とする請求項７記載のブレース構造体。
17. 構造枠材用に使用されるブレース構造体であって、
    （ａ）軸方向に長いブレース部材と、
    （ｂ）当該ブレース構造体の一端部に固定され、当該ブレース構造体の軸方向に作用する引張力または圧縮力を吸収して降伏する、少なくとも２体の降伏装置と、
    （ｃ）当該ブレース構造体を前記構造枠材に接合するための接合板と、を含んでおり、
    それぞれの前記降伏装置は、
    （ｉ）前記ブレース部材の前記一端部に固定される端部と、
    （ｉｉ）前記端部に連なり、前記ブレース部材の中心軸から変位した位置で前記ブレース部材の軸方向に延びる本体部と、を含んでおり、
    前記本体部は、前記本体部から前記軸方向に所定間隔で一体に接続され、当該ブレース構造体の軸方向と交叉する方向に延びる複数の撓降伏アームを含んでおり、
    前記撓降伏アームは、前記本体部に一体に固定される基部と、前記構造枠材に前記接合板を介して着脱可能に接続される上部と、を含んでおり、
    前記接合板は、スロット穴を含んでおり、
    前記撓降伏アームの上部は、前記スロット穴に接続されており、
    前記撓降伏アームの上部を前記接合板に対して回転及び平行移動させ、これにより前記撓降伏アームにおける軸方向力の展開を回避させる、ことを特徴とするブレース構造体。
18. ２体の鋳造降伏装置が存在することを特徴とする請求項１７記載のブレース構造体。
19. 当該ブレース構造体は、当該ブレース構造体を構造枠材に接合するための端部接合部をさらに含んでおり、前記接合板は、前記撓降伏アームの上部と当該ブレース構造体の端部接合部とを保持するように設計されていることを特徴とする請求項１７記載のブレース構造体。
20. 前記ブレース部材は、筒状であり、前記降伏装置の第１端は、前記ブレース部材の曲率に対応する曲率を有することを特徴とする請求項１７記載のブレース構造体。
21. 少なくとも１体の鋳造降伏装置のそれぞれの前記撓降伏アームは、ブレース部材が端部接合部に向かって、または前記端部接合部から離れて移動するときに撓降伏するように作動可能であることを特徴とする請求項１７記載のブレース構造体。
22. 当該ブレース構造体は、前記ブレース部材の先端を前記構造枠材に取り付けるための手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項１７記載のブレース構造体。
23. 前記降伏装置は、鋳造降伏装置であることを特徴とする請求項１７記載のブレース構造体。
24. 前記降伏装置は、動的荷重の際に前記ブレース部材と前記構造枠材とを損傷から保護するように機能することを特徴とする請求項１７記載のブレース構造体。
25. 前記撓降伏アームの上部は、ボルト手段によって接合板に保持されることを特徴とする請求項１９記載のブレース構造体。
26. 前記端部接合部は、ガセット板であり、前記接合板は、前記ガセット板の複数穴に対応する複数穴を有しており、前記接合板をボルト手段によって前記ガセット板に保持させることを特徴とする請求項１９記載のブレース構造体。
27. 前記接合板は、前記撓降伏アームの上部を保持するための２つの部分を両側に含んでいることを特徴とする請求項１９記載のブレース構造体。

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