JP6729222B2 - エネルギ吸収デバイス及び免震構造 - Google Patents
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Description
また、引用文献2に記載された免震構造では、環状に形成された衝撃吸収部材の軸方向が建物の水平方向へ向けられた状態で配置される。そのため、建物の上下方向に作用する荷重による衝撃を有効に吸収できる。その一方で、この衝撃吸収部材は、軸方向に変形し難い。そのため、この衝撃吸収部材には、水平方向に作用する荷重による衝撃の吸収については方向による性能のバラつきが大きくなるという課題がある。
Pc=(2×t2×B×σy)/(DL−t) 式(1)
Ps=(t2×B×σy)/(DS−t) 式(2)
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
次に、図5A〜図22Bを用いて、本実施形態のエネルギ吸収デバイス10のエネルギ吸収荷重のパラメータによる効果のCAE解析による評価結果について説明する。
先ず、解析条件及び各パラメータの定義について説明する。
図5Aには、エネルギ吸収デバイス10の筒状体24の板厚中心(厚み中心)を基準として当該筒状体24を厚肉シェル要素でモデル化した解析モデルが示されている。なお、当該筒状体24の解析モデルにおいては、変形規制部材26(図1参照)を省略している。
さらに、筒状体24の第2接続部34が180°方向へ変位されることで筒状体24が降伏した際に第2接続部34に入力されている荷重を降伏荷重Pcとし、筒状体24の第2接続部34が90°方向へ変位されることで筒状体24が降伏した際に第2接続部34に入力されている荷重を降伏荷重Psとする。そして、降伏荷重Pcと降伏荷重Psとの比を耐力比Pc/Psとする。
また、荷重Pと変位量δとの関係が比例的な関係となる比例限度内における剛性Kを初期剛性K0とし、剛性Kが初期剛性K0の1/3となる際の荷重Pを降伏耐力Py(図中の白抜きの三角印)とする。
また、変位量δが大きくなるにつれて(筒状体24の変形が進むにつれて)低下した剛性Kが再び増加に転じる際の変位量をδf(図中の黒塗りの丸印)とする。なお、以下の説明において変位量δfとなるポイントを「変曲点」ということがある。
図7に示されるように、筒状体24の第2接続部34が180°方向へ(DS−t)×1/2変位した(RS−t/2変位した)際の荷重Pを1/2変形耐力Pe(図中の白抜きの丸印)とする。
図8には、図6に示されたケース番号2の条件(耐力比Pc/Ps=1.59、扁平率Fm=0.80)の筒状体24の第2接続部34が水平方向の各方向(0°方向、45°方向、90°方向、180°方向、225°方向)へ変位された際の荷重−変位線図が示されている。また、図9には、図6に示されたケース番号6の条件(耐力比Pc/Ps=0.88、扁平率Fm=0.44)の筒状体24の第2接続部34が水平方向の各方向(0°方向、45°方向、90°方向、180°方向、225°方向)へ変位された際の荷重−変位線図が示されている。これらの図に示されるように、いずれのケースにおいても、第2接続部34が180°方向へ変位された際の荷重−変位線図は、降伏耐力Py(図7参照)に到達してからの変形進展に伴う耐力変動は小さく、安定したエネルギ吸収性能を発揮していることがわかる。
以上説明したケース番号2、6、9と同様の解析をケース番号1、3〜5、7、8、10について行った。そして、これらの解析結果において耐力比Pc/Psに着目すると、耐力比Pc/Psが所定の値よりも高い場合や低い場合に第2接続部34を各々の方向へ変位させるための荷重P(エネルギ吸収荷重)のバラつきが大きくなることがわかった。
また、ケース番号1〜ケース番号10の解析結果において扁平率Fmに着目すると、扁平率Fmが所定の値よりも高い場合や低い場合に第2接続部34を各々の方向へ変位させるための荷重P(エネルギ吸収荷重)のバラつきが大きくなることがわかった。
さらに、ケース番号1〜ケース番号19の解析結果において筒状体24の板厚中心の短径方向への寸法(短直径)(DS−t)に対する変曲点の発現する変位(δf)の比率に着目すると、当該比率が所定の値よりも高い場合に第2接続部34を各々の方向へ変位させるための荷重P(エネルギ吸収荷重)のバラつきが小さくなることがわかった。
次に、前述の耐力比Pc/Psを決定する降伏荷重Pc及び降伏荷重Psの計算式について説明する。
外部仕事=Pc×Δ 式(3)
内部仕事=8×Mp×θ×B 式(4)
Pc=2×t2×B×σy/(DL−t) 式(5)
外部仕事=Ps×Δ 式(6)
内部仕事=4×Mp×θ×B 式(7)
Ps=t2×B×σy/(DS−t) 式(8)
Pc/Ps=2(DS−t)/(DL−t) 式(9)
16 アイソレータ(支持部)
24 筒状体
32 第1接続部
34 第2接続部
36 エネルギ吸収デバイス
38 エネルギ吸収デバイス
H1 第1水平方向(第1方向)
H2 第2水平方向(第2方向)
Claims (7)
- 上下方向への荷重を負担しない状態で、水平方向への荷重により一部が塑性変形されてエネルギを吸収するエネルギ吸収デバイスであって、
上下方向が軸線方向とされ、上下方向から見て、互いに直交する第1方向及び第2方向のそれぞれで対称な環状を成しており、前記第1方向の寸法が前記第2方向の寸法よりも大きく設定された筒状体と、
前記筒状体における前記第2方向に対向する一対の対向部の一方に設けられ、第1部材が接続される第1接続部と、
前記筒状体における前記第2方向に対向する一対の対向部の他方に設けられ、第2部材が接続され、前記第1接続部に対する水平方向の相対変位によって前記筒状体に塑性変形が生じる第2接続部と、
を備え、
前記第2接続部に入力される水平方向への荷重をPとし、
前記第1接続部に対する前記第2接続部の水平方向への変位量をδとし、
前記変位量δの増分に対する前記荷重Pの増分の比率を剛性Kとし、
少なくとも前記第2接続部が前記第1接続部に対して前記第2方向でかつ前記第1接続部と離間する方向へ相対的に変位される際の前記変位量δが、変形される前の前記筒状体の前記第2方向への寸法の1/2となる変位量まで増加する過程において、前記剛性Kの値が増加に転じないように変形される前の前記筒状体の形状及び寸法が設定された
エネルギ吸収デバイス。 - 上下方向への荷重を負担しない状態で、水平方向への荷重により一部が塑性変形されてエネルギを吸収するエネルギ吸収デバイスであって、
上下方向が軸線方向とされ、上下方向から見て、互いに直交する第1方向及び第2方向のそれぞれで対称な環状を成しており、前記第1方向の寸法が前記第2方向の寸法よりも大きく設定された筒状体と、
前記筒状体における前記第2方向に対向する一対の対向部の一方に設けられ、第1部材が接続される第1接続部と、
前記筒状体における前記第2方向に対向する一対の対向部の他方に設けられ、第2部材が接続され、前記第1接続部に対する水平方向の相対変位によって前記筒状体に塑性変形が生じる第2接続部と、
を備え、
前記第2接続部に入力される水平方向への荷重をPとし、
前記第1接続部に対する前記第2接続部の水平方向への変位量をδとし、
前記変位量δの増分に対する前記荷重Pの増分の比率を剛性Kとし、
前記筒状体の前記第2方向への外法の寸法をDSとし、
前記筒状体の厚み寸法をtとし、
前記変位量δが増加する過程において、前記剛性Kの値が増加に転じる際の前記変位量δをδfとし、
δf/(DS−t)の値が0.28以上となるように変形される前の前記筒状体の形状及び寸法が設定された
エネルギ吸収デバイス。 - 上下方向への荷重を負担しない状態で、水平方向への荷重により一部が塑性変形されてエネルギを吸収するエネルギ吸収デバイスであって、
上下方向が軸線方向とされ、上下方向から見て、互いに直交する第1方向及び第2方向のそれぞれで対称な環状を成しており、前記第1方向の寸法が前記第2方向の寸法よりも大きく設定された筒状体と、
前記筒状体における前記第2方向に対向する一対の対向部の一方に設けられ、第1部材が接続される第1接続部と、
前記筒状体における前記第2方向に対向する一対の対向部の他方に設けられ、第2部材が接続され、前記第1接続部に対する水平方向の相対変位によって前記筒状体に塑性変形が生じる第2接続部と、
を備え、
前記第2接続部が前記第1接続部に対して前記第2方向でかつ前記第1接続部と近接する方向へ相対的に変位されることで前記筒状体が降伏した際に前記第2接続部に入力されている荷重を降伏荷重Pcとし、
前記第2接続部が前記第1接続部に対して前記第1方向へ相対的に変位されることで前記筒状体が降伏した際に前記第2接続部に入力されている荷重を降伏荷重Psとし、
Pc/Psの値が、0.66以上でかつ1.18以下の範囲となるように変形される前の前記筒状体の形状及び寸法が設定された
エネルギ吸収デバイス。 - 前記筒状体の前記第1方向への外法の寸法をDLとし、
前記筒状体の前記第2方向への外法の寸法をDSとし、
前記筒状体の厚み寸法をtとし、
前記筒状体の上下方向への幅寸法をBとし、
前記筒状体を形成する材料の降伏強度をσyとし、
前記降伏荷重Pc及び前記降伏荷重Psが、以下の式(1)及び式(2)を満たす
請求項3記載のエネルギ吸収デバイス。
Pc=(2×t2×B×σy)/(DL−t) 式(1)
Ps=(t2×B×σy)/(DS−t) 式(2) - 上下方向への荷重を負担しない状態で、水平方向への荷重により一部が塑性変形されてエネルギを吸収するエネルギ吸収デバイスであって、
上下方向が軸線方向とされ、上下方向から見て、互いに直交する第1方向及び第2方向のそれぞれで対称な環状を成しており、前記第1方向の寸法が前記第2方向の寸法よりも大きく設定された筒状体と、
前記筒状体における前記第2方向に対向する一対の対向部の一方に設けられ、第1部材が接続される第1接続部と、
前記筒状体における前記第2方向に対向する一対の対向部の他方に設けられ、第2部材が接続され、前記第1接続部に対する水平方向の相対変位によって前記筒状体に塑性変形が生じる第2接続部と、
を備え、
前記筒状体の前記第1方向への外法の寸法をDLとし、
前記筒状体の前記第2方向への外法の寸法をDSとし、
前記筒状体の厚み寸法をtとし、
前記筒状体の扁平率Fmを(DS−t)/(DL−t)とし、
前記扁平率Fmの値が、0.33以上でかつ0.59以下の範囲となるように変形される前の前記筒状体の寸法が設定された
エネルギ吸収デバイス。 - 前記筒状体の内部には、該筒状体における前記第1接続部及び該第1接続部と隣接している部分及び前記第2接続部及び該第2接続部と隣接している部分の変形を規制する変形規制部材が設けられている請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のエネルギ吸収デバイス。
- 建物の上部構造物と下部構造物との間に設けられ、前記上部構造物を前記下部構造物に対して水平方向に移動可能に支持する支持部と、
前記上部構造物が前記下部構造物に対して水平方向に移動されることで前記筒状体が塑性変形される請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のエネルギ吸収デバイスと、
を備えた免震構造。
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JP2016176715A JP6729222B2 (ja) | 2016-09-09 | 2016-09-09 | エネルギ吸収デバイス及び免震構造 |
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JP2016176715A JP6729222B2 (ja) | 2016-09-09 | 2016-09-09 | エネルギ吸収デバイス及び免震構造 |
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JP2018040479A JP2018040479A (ja) | 2018-03-15 |
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CN114542591B (zh) * | 2022-02-25 | 2023-04-18 | 北京半导体专用设备研究所(中国电子科技集团公司第四十五研究所) | 支撑装置及移动平台 |
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