JP6872359B2 - Shock absorber - Google Patents
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Description
本発明は、従来の棒状制振部材に対し、材軸方向の変形能力およびエネルギー吸収能力を高めた衝撃吸収装置に関するものであり、例えば、橋桁の端部と橋桁端部を支える橋台との間に設置して、地震時の衝撃吸収部材として用いることができる。 The present invention relates to a shock absorber having enhanced deformation capacity and energy absorption capacity in the material axis direction with respect to a conventional rod-shaped vibration damping member. For example, between an end of a bridge girder and an abutment supporting the end of the bridge girder. It can be installed in and used as a shock absorbing member in the event of an earthquake.
構造物の耐震性能、制震性能を高めるものとして、制振部材と構造部材を兼ねた制振ブレースなどの棒状制振部材が種々開発され、製品化されている。 Various rod-shaped vibration-damping members such as vibration-damping braces that also serve as vibration-damping members and structural members have been developed and commercialized to enhance the seismic performance and vibration-damping performance of structures.
例えば、特許文献1、特許文献2には、平板または断面十字形の鋼材からなる芯材とその座屈変形を拘束する山形鋼からなる拘束材を用いた座屈拘束型の軸力負担部材が記載されている。
For example, in
また特許文献3には、鋼製芯材の外周をアンボンド層を介して座屈拘束用コンクリート部材で覆い、その座屈拘束用コンクリート部材の外周を鋼管で覆って補強した軸降伏型弾塑性履歴ブレースの改良技術が記載されている。
Further,
図19は、従来の棒状制振部材の一例として、平板芯材を用いた座屈拘束型の棒状制振部材の具体例を示したものである。 FIG. 19 shows a specific example of a buckling restraint type rod-shaped vibration damping member using a flat plate core material as an example of a conventional rod-shaped vibration damping member.
基本的な構成は、低降伏点鋼あるいは普通鋼からなるエネルギー吸収材としての芯材30本体の両端部に断面が拡大された継手部31、32を形成し、芯材30本体を四方より変形拘束部材33としての山形鋼で抑え、スペーサー34を介して変形拘束部材33どうしを高力ボルト35で締め付けて、芯材30本体が座屈しないようにしたものである。
The basic configuration is to form
この例で、芯材30と変形拘束部材33とは、図19(a)における奥側の固定側継手部31と、手前側の可動側継手部32の2箇所において、それぞれ高力ボルト35で接合されており、可動側継手部32の高力ボルト35は芯材30に軸方向の引張力または圧縮力が作用したときに、変形拘束部材33に形成した長孔33aに沿って軸方向に摺動可能となっている。
In this example, the
すなわち、芯材30に軸方向の引張力が作用したときは芯材30が弾性範囲または弾塑性範囲で伸び、芯材30に軸方向の圧縮力が作用したときは芯材30が弾性範囲または弾塑性範囲で縮み、変形拘束部材33には実質的に軸方向力が作用しないようになっている。
That is, when an axial tensile force acts on the
また、芯材30に軸方向の圧縮力が作用したとき、変形拘束部材33が芯材30本体を四方から拘束していることで、芯材30本体の座屈変形が生じないため、制振部材としてのエネルギー吸収能力をフルに発揮させることができる。
Further, when a compressive force in the axial direction acts on the
図20は、従来の棒状制振部材の一例として十字芯材を用いた座屈拘束ブレースの具体例を示したものであり、芯材30本体の断面を十字断面とした点以外の構成および作用効果は図17の平板の場合と同様であるが、同じ変形が生じた場合、芯材30の方が断面が大きい分エネルギー吸収能力が高い。
FIG. 20 shows a specific example of a buckling restraint brace using a cross core material as an example of a conventional rod-shaped vibration damping member, and has a configuration and operation other than the point where the cross section of the
ところで、道路橋などの橋梁においては、大規模地震時に上部工である橋桁の端部が橋桁端部を支える橋台や橋脚などの下部工から落橋しないように、下部工側に桁かかり長を十分に確保したり、上部工側の橋桁端部と下部工とを落橋防止材で連結することが行われている。 By the way, in bridges such as road bridges, the length of the girder is sufficient on the substructure side so that the end of the bridge girder, which is the superstructure, does not fall from the substructure such as the pier or pier that supports the end of the bridge girder during a large-scale earthquake. In addition, the bridge girder end on the superstructure side and the substructure are connected with a bridge collapse prevention material.
近年では、棒状制振部材に落橋防止材としての機能を兼用させる検討をしたり,落橋防止材単体として使用をする検討がなされたりしている。 In recent years, studies have been made to make the rod-shaped damping member also function as a bridge collapse prevention material, and to use it as a single bridge collapse prevention material.
従来の棒状制振部材の設計では、大規模地震時には芯材を必ず軸降伏させて履歴減衰により地震エネルギーを吸収させる設計をしていたが、想定外の地震も考慮した設計対応も要求されることがある。 In the conventional design of rod-shaped damping members, the core material is always shaft yielded to absorb seismic energy by historical damping in the event of a large-scale earthquake, but design support that takes into account unexpected earthquakes is also required. Sometimes.
例えば、橋桁と橋桁を支える橋台との間に取り付けて使用する場合、棒状制振部材の芯材が仮に大規模地震時の繰り返し履歴で既に破断をしていたとすると、それ以降の落橋防止材としての変形挙動に対しては地震エネルギーの吸収ができないことになる。 For example, when used by attaching it between a bridge girder and an abutment that supports the bridge girder, if the core material of the rod-shaped damping member has already broken in the repeated history during a large-scale earthquake, it can be used as a bridge collapse prevention material after that. Seismic energy cannot be absorbed for the deformation behavior of.
また、落橋防止材を主として設計をする場合は、落橋防止システムとして、支承部の機能が喪失するまでは、芯材を塑性変形させる必要はなく、その間、支承部の変形に追随できる構造が要求される。つまり、想定外の地震挙動で支承部の機能が喪失した場合、芯材を軸降伏させて塑性変形させれば良いことになり、使用目的により芯材を軸降伏させる設計のタイミングが異なってくるのである。 In addition, when designing mainly the bridge collapse prevention material, it is not necessary to plastically deform the core material until the function of the bearing is lost as a bridge collapse prevention system, and during that time, a structure that can follow the deformation of the bearing is required. Will be done. In other words, if the function of the bearing is lost due to unexpected seismic behavior, the core material should be axially yielded and plastically deformed, and the timing of designing the core material to be axially yielded differs depending on the purpose of use. It is.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、地震時の変形能力およびエネルギー吸収能力がきわめて高く、想定し得る範囲内で最大規模の地震(レベル2の地震動)に対してだけでなく、レベル2の範囲を超える想定外の大地震に対しても対応が可能で、例えば、橋桁の端部と橋桁端部を支える橋台との間に取り付けられる落橋防止材として適した衝撃吸収装置を提供することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of such circumstances, and has extremely high deformation capacity and energy absorption capacity at the time of an earthquake, and only for the largest earthquake (
本発明は、材軸方向の両端部に継手部を有し、材軸方向に伸縮する棒状の衝撃吸収装置の発明であり、塑性変形領域として設定される第1の変位区間では、衝撃吸収装置を構成する特定の第1の軸方向変形部材が破断に至らない範囲で弾性変形または塑性変形しつつ、第1の変位区間の上限において変位が拘束される構成とし、前記第1の変位区間を超え、第2の塑性変形領域として設定される第2の変位区間では、衝撃吸収装置を構成する特定の第2の軸方向変形部材が弾性変形または塑性変形する構成としたことを特徴とするものである。 The present invention is an invention of a rod-shaped shock absorbing device having joint portions at both ends in the material axial direction and expanding and contracting in the material axial direction, and in the first displacement section set as a plastic deformation region, the shock absorbing device. The first axially deforming member constituting the above is elastically or plastically deformed to the extent that it does not break, and the displacement is constrained at the upper limit of the first displacement section. In the second displacement section, which is set as the second plastic deformation region, the specific second axially deforming member constituting the shock absorbing device is elastically deformed or plastically deformed. Is.
前記第2の軸方向変形部材が第2の変位区間を超え、第3の塑性変形領域として設定される第3の変位区間では、衝撃吸収装置を構成する特定の第3の軸方向変形部材が弾性変形または塑性変形する構成とすることもできる。 In the third displacement section where the second axially deforming member exceeds the second displacement section and is set as the third plastic deformation region, a specific third axially deforming member constituting the shock absorbing device is used. It can also be configured to be elastically deformed or plastically deformed.
また、衝撃吸収装置を構成する特定の軸方向変位部材が、前記継手部の一方との連結が切り離された状態で実質的に無抵抗で軸方向に変位する遊間領域として設定される変位区間を設けることもできる。また、軸方向変形部材の材料としては、要求性能に応じて、JIS材である普通鋼に加えて、変形能に優れた低降伏点鋼または形状記憶合金を用いていることができる。 Further, a displacement section in which a specific axial displacement member constituting the shock absorbing device is set as a clearance region in which the specific axial displacement member is displaced in the axial direction with substantially no resistance in a state where the connection with one of the joint portions is disconnected. It can also be provided. Further, as the material of the axially deformable member, a low yield point steel or a shape memory alloy having excellent deformability can be used in addition to the ordinary steel which is a JIS material, depending on the required performance.
本発明の衝撃吸収装置は、レベル2地震動以上の地震動での支承の破壊を許容する構成とした橋梁の下部工と上部工との間に設置することができ、さらにレベル2地震動以上の地震動により一方の芯材が破壊したとしても、他方の芯材が衝撃吸収装置として機能するように、芯材の降伏荷重の階層化を行うことで対応できる。
The shock absorber of the present invention can be installed between the substructure and the superstructure of a bridge having a structure that allows the destruction of bearings in a ground motion of
本発明の衝撃吸収装置は、棒状制振部材の衝撃吸収装置の吸収材となる芯材を2つに切り離すことで、それぞれの機能を明確にし、芯材の降伏荷重の階層化が実現できる。また、切り離された芯材間に遊間長を設けることが可能となり、常時に対する変形の追随性を付加することが可能な構造となる。その他、落橋防止構造としては、従来のケーブルタイプでは対応ができなかった圧縮力に対しても衝撃吸収が可能となる。 In the shock absorbing device of the present invention, by separating the core material serving as the absorbing material of the shock absorbing device of the rod-shaped vibration damping member into two, the functions of each can be clarified and the yield load of the core material can be layered. In addition, it is possible to provide a clearance length between the separated core materials, and the structure is capable of adding deformation followability with respect to normal times. In addition, as a bridge collapse prevention structure, it is possible to absorb shock even with a compressive force that cannot be handled by the conventional cable type.
[実施形態1]
図1〜図6は、本発明の第1の実施形態であり、落橋防止材とその設置例を図示したものである。図において、橋桁1の端部と橋桁1端部を支える橋台2との間に落橋防止材3と支承4がそれぞれ取り付けられている。いずれも、橋桁1の幅方向に間隔をおいて複数取り付けられている。符号17は伸縮装置である。
[Embodiment 1]
1 to 6 are the first embodiment of the present invention, and show a bridge collapse prevention material and an installation example thereof. In the figure, the bridge
落橋防止材3は、材軸方向に伸縮する棒状に構成され、材軸方向の両端部に継手部5と継手部6がそれぞれ取り付けられている。継手部5は橋台2の側面に固定され、継手部6は橋桁1端部の下部側面に固定されている。
The bridge
また、継手部5と継手部6との間に弾塑性変形領域として設定された第1の変位区間L1と第2の変位区間L2が落橋防止材3の材軸方向に隣接して設けられている。
Further, a first displacement section L 1 and a second displacement section L 2 set as elasto-plastic deformation regions between the
第1および第2の変位区間L1、L2についてより具体的に説明すると、継手部5と継手部6間の同一材軸線上に変形芯材7と変位芯材8が材軸方向に隣接して配置され、変形芯材7および変位芯材8の軸直角方向の外側に複数の座屈拘束材9が配置されている。
More specifically, the first and second displacement sections L 1 and L 2 are described. The
変形芯材7は、継手部5と継手部6間の材軸方向に細長い長尺板状に形成され、当該変形芯材7の材軸方向の両端部に側面視矢羽根形状をなしかつ断面十字形状をなす拡径部7a,7aが形成されている。また、継手部5側の端部に拡径部7aと同じ幅で継手部5側に突出する平板状の連結部7bが形成され、連結部7bは継手部5に回転自在に連結されている。
The
変位芯材8は、継手部6側において変形芯材7と隣接し、かつ継手部5と継手部6間に作用する軸力(引張力と圧縮力)に対して、継手部5との連結が切り離された状態で材軸方向に実質的に無抵抗で変位するように配置されている。
The
変位芯材8についてさらに詳しく説明すると、変位芯材8は、継手部5と継手部6間の材軸方向に長尺に形成され、かつ断面略十字形状に形成されている。また、変位芯材8の材軸方向の両端部に側面視矢羽根形状をなしかつ断面十字形状をなす拡径部8a,8aが形成されている。
The
また、変位芯材8の継手部6側の端部に拡径部8aと同じ幅で継手部6側に突出する平板状の連結部8bが形成され、連結部8bは継手部6に回転自在に連結されている。さらに、拡径部8a,8a と拡径部8a,8a 間に介在されたスペーサー11との間に継手部5と継手部6間の材軸方向に一定長の遊間Wが設けられている。
Further, a flat plate-shaped connecting
また、変形芯材7の拡径部7a,7a間が連結部7bより先に弾性変形または塑性変形するように、拡径部7a,7a間の断面積が連結部7bより小断面に形成され、さらに、変形芯材7は低降伏点鋼(例えば、LY225規格等)より形成され、変位芯材8は普通鋼(例えば、SM400)より形成されている(図18参照)。
Further, the cross-sectional area between the
座屈拘束材9は、変形芯材7および変位芯材8の材軸方向に連続し、かつ変形芯材7および変位芯材8の全長とほぼ同等の長さを有し、断面略等辺山形状に形成されている。また、変形芯材7および変位芯材8の軸直角方向の外側に変形芯材7および変位芯材8を四方から挟み込むように配置されている。
The buckling
また、各座屈拘束材9は、変形芯材7の拡径部7a,7aおよび変位芯材8の拡径部8a,8a の各側面部に複数の締付けボルト10aおよびガイドボルト10bによって接合され、また、各拡径部7a,7a間および拡径部8a,8a 間においてスペーサー11を介在し、複数の締付けボルト10aおよびガイドボルト10bによって互いに接合されている。また、各座屈拘束材9の材軸方向の両端部に形成されたガイドボルト10bのボルト孔9aは、座屈拘束部材9の材軸方向に長軸を有する長孔に形成されている。
Further, each buckling restraining
このような構成において、継手部5と継手部6間に作用する軸力(引張力および圧縮力)に対し、変位芯材8と座屈拘束材9が、ボルト孔9aの長孔の範囲で材軸方向に相対変位する。これにより、橋桁1端部と橋台2間に作用するレベル2に至る規模の地震エネルギー(想定し得る範囲内で最大規模の地震)を吸収することができる(図6の荷重-変位設計曲線(1)-(2)-(3))。また、レベル2を超える想定外の大地震時には、変形芯材7が材軸方向に弾塑性変形(図6の荷重-変位設計曲線(3)-(4)-(5))し、さらに、変形芯材7の継手部5側の連結部7bが弾性または塑性変形する(図6の荷重-変位設計曲線(5)-(6))。
In such a configuration, the
なお、変位芯材8と座屈拘束材9間の相対変位がボルト孔9aの長孔の範囲を超えた時点で、継手部5と継手部6間に作用する軸力は座屈拘束材9を介して変位芯材7に伝達される。また、継手部5と継手部6間に作用する圧縮力に対しては、変位芯材8の拡径部8aの端部が変形芯材7の拡径部7aの端部に面タッチすることにより、変形芯材7および変位芯材8の芯材を通じて荷重が伝達される。
When the relative displacement between the
[実施形態2]
図7と図8は、本発明の第2の実施形態を図示したものである。図において、各座屈拘束材9が、継手部5と継手部6間の材軸方向に座屈拘束材ユニット9Aと9Bの2本の座屈拘束材ユニットより構成され、かつ各座屈拘束材ユニット9Aおよび9Bの外側に棒状ストッパー12が取り付けられている点で、実施形態1の落橋防止材と構成が異なっている。
[Embodiment 2]
7 and 8 show a second embodiment of the present invention. In the figure, each buckling restraining
座屈拘束材9を9Aおよび9Bに分割させることで、変位芯材8を想定外の地震時においては塑性変形芯材として機能させることができる。
By dividing the buckling restraining
詳しく説明すると、各座屈拘束材9は、変位芯材8のほぼ中間部を境に継手部5側の座屈拘束材ユニット9Aと継手部6側の座屈拘束材ユニット9Bの2本の座屈拘束材ユニットより構成されている。
To explain in detail, each buckling restraining
各座屈拘束材ユニット9Aは、変形芯材7の拡径部7a,7aの側面部に複数の締付けボルト10aおよびガイドボルト10bよって接合され、また、拡径部7a,7a間においてスペーサー11を介在し、複数のガイドボルト10bによって互いに接合されている。
Each buckling
また、座屈拘束材ユニット9Bは、変位芯材8の継手部6側に位置する拡径部8aの側面部にガイドボルト10bよって接合され、さらに、各座屈拘束材ユニット9Aどうし、および座屈拘束材ユニット9Bどうしは、変位芯材8の拡径部8a,8a間においてスペーサー11を介在し、複数の締付けボルト10aおよびガイドボルト10bによって接合されている。
Further, the buckling restraining
棒状ストッパー12は、座屈拘束材ユニット9Aと9B間の離間距離を制御するためのストッパー材であり、変位制限時に干渉材を介在させれば、さらに衝撃干渉効果が高まることが期待できる。各座屈拘束材ユニット9Aおよび座屈拘束材ユニット9Bの軸直角方向の外側に配置され、かつ座屈拘束材ユニット9Aおよび9Bの材軸方向に沿って、座屈拘束材ユニット9Aおよび9Bの両方向にほぼ対称に所定長延長されている。
The rod-shaped
また、当該棒状ストッパー12の座屈拘束材ユニット9B側の端部12bは、座屈拘束材ユニット9Bの側部に突設された定着用リブ13に固定され、座屈拘束材ユニット9A側の端部12aは、座屈拘束材ユニット9Aの側部に突設された定着用リブ14に形成されたルーズ孔を貫通し、その先端部12aに抜止めストッパー15が取り付けられている。なお、棒状ストッパー12には長ボルト、抜止めストッパー15にはナットがそれぞれ用いられている。
Further, the
このような構成において、継手部5と継手部6間に作用する軸力(引張力および圧縮力)に対し、変位芯材8と座屈拘束材9が、ボルト孔9aの長孔の範囲で材軸方向に相対変位する。これにより、橋桁1端部と橋台2間に作用するレベル2(想定し得る範囲内で最大規模の地震)に至る規模の地震エネルギーを吸収することができる(図8の荷重-変位設計曲線(1)-(2)-(3))。
In such a configuration, the
また、レベル2を超える想定外の大地震時には、変形芯材7が材軸方向に弾塑性変形(図8の荷重-変位設計曲線(3)-(4)-(5))し、さらに設定荷重Py2に達すると変位芯材8が軸降伏をし、塑性変形することで衝撃吸収に寄与し、最後に設計最大荷重Pmaxに達した時点で継手部5側の連結部7bが破断する(図8の荷重-変位設計曲線(5)-(6) -(7))。
Further, in the event of an unexpected large
なお、変位芯材8と座屈拘束材9間の相対変位がボルト孔9aの長孔の範囲を超えた時点で、継手部5と継手部6間に作用する軸力は座屈拘束材9を介して変位芯材7に伝達される。また、座屈拘束材ユニット9Aと9B間に棒状ストッパー12が配置されていることにより、変位芯材8が変形芯材7の連結部7bより先に破断してしまうことはない。但し、設計制御として耐力の階層化を行うことで棒状ストッパー12の軸部を破断させることは可能である。
When the relative displacement between the
さらに、継手部5と継手部6間に作用する圧縮力に対しては、変位芯材8の拡径部8aの端部が変形芯材7の拡径部7aの端部に面タッチすることにより、変形芯材7および変位芯材8の芯材を通じて荷重が伝達される。
Further, with respect to the compressive force acting between the
[実施形態3]
図9と図10は、本発明の第3の実施形態を図示したものである。図において、各座屈拘束材9が、継手部5と継手部6間の材軸方向に2本の座屈拘束材ユニット9Aと9Bより構成され、かつかつ各座屈拘束材ユニット9Aおよび9Bの外側に棒状ストッパー12が取り付けられている点で、実施形態1の落橋防止材と構成が異なっている。
[Embodiment 3]
9 and 10 illustrate a third embodiment of the present invention. In the figure, each buckling restraining
詳しく説明すると、各座屈拘束材9は、変形芯材7のほぼ中間部を境に継手部5側の座屈拘束材ユニット9Aと継手部6側の座屈拘束材ユニット9Bの2本の座屈拘束材ユニットより構成されている。
To explain in detail, each buckling restraining
各座屈拘束材ユニット9Aは、変形芯材7の拡径部7a,7aの側面部に複数の締付けボルト10aによって接合され、かつスペーサー11を介在し、複数の締付けボルト10aによって互いに接合されている。
Each buckling
各座屈拘束材ユニット9Bは、変形芯材7の継手部6側に位置する拡径部7aの側面部と変位芯材8の継手部6側に位置する拡径部8aの側面部に複数のガイドボルト10bによって接合され、さらに変位芯材8の拡径部8a,8a間においてスペーサー11を介在し、複数の締付けボルト10aによって互いに接合されている。また特に、各座屈拘束材ユニット9Bの継手部6側の端部に形成されたボルト孔9aは座屈拘束材ユニット9Bの材軸方向に長軸を有する長孔に形成されている。
A plurality of buckling restraint unit 9Bs are provided on the side surface of the
棒状ストッパー12は、座屈拘束材ユニット9Aと9B間の離間距離を制御するためのストッパー材であり、各座屈拘束材ユニット9Aおよび座屈拘束材ユニット9Bの軸直角方向の外側に配置され、かつ座屈拘束材ユニット9Aおよび9Bの材軸方向に沿って、座屈拘束材ユニット9Aおよび9Bの両方向にほぼ対称に所定長延長されている。
The rod-shaped
また、当該棒状ストッパー12の座屈拘束材ユニット9B側の端部12bは、座屈拘束材ユニット9Bの側部に突設された定着用リブ13に固定され、座屈拘束材ユニット9A側の端部12aは、座屈拘束材ユニット9Aの側部に突設された定着用リブ14に形成されたルーズ孔を貫通し、その先端部12aに抜止めストッパー15が取り付けられている。
Further, the
このような構成において、継手部5と継手部6間に作用する軸力(引張力および圧縮力)に対し、変位芯材8と座屈拘束材9が、ボルト孔9aの長孔の範囲で材軸方向に相対変位する。これにより、橋桁1端部と橋台2間に作用するレベル2に至る大規模の地震エネルギーを吸収することができる(図10の荷重-変位設計曲線(1)-(2)-(3))。
In such a configuration, the
また、レベル2を超える想定外の大地震時には、変形芯材7と変位芯材8が材軸方向に弾塑性変形(図10の荷重-変位設計曲線(3)-(4)-(5))し、さらに、座屈拘束材ユニット9Aと9B間の離間距離が変位制御されると荷重が立ち上がり、最終的に設計最大荷重Pmaxに達した時点で継手部5側の連結部7bが破断する(図10の荷重-変位設計曲線(5)-(6))。
Further, in the event of an unexpected large
なお、変位芯材8と座屈拘束材9間の相対変位がボルト孔9aの長孔の範囲を超えた時点で、継手部5と継手部6間に作用する軸力は座屈拘束材9を介して変位芯材7に伝達される。また、座屈拘束材ユニット9Aと9B間に棒状ストッパー12が配置されていることにより、変形芯材7が変形芯材7の連結部7bより先に破断してしまうことはない。
When the relative displacement between the
さらに、継手部5と継手部6間に作用する圧縮力に対しては、変位芯材8の拡径部8aの端部が変形芯材7の拡径部7aの端部に面タッチすることにより、変形芯材7および変位芯材8の芯材を通じて荷重が伝達される。
Further, with respect to the compressive force acting between the
[実施形態4]
図11と図12は、本発明の第4の実施形態であり、継手部5と継手部6間の同一材軸線上に、変位芯材8に代えて変形芯材16が変形芯材7に隣接して配置され、かつ変形芯材7の弾塑性領域を長く設定することによりダンパーの機能が付与されている点が実施形態1〜3の落橋防止材と異なっている。
[Embodiment 4]
11 and 12 are the fourth embodiment of the present invention, in which the
詳しく説明すると、継手部5と継手部6間の同一材軸線上に第1の変形芯材7と第2の変形芯材16が材軸方向に隣接して配置され、変形芯材16は変形芯材7の継手部6側に配置されている。
More specifically, the first
変形芯材7は、継手部5と継手部6間の材軸方向に細長い長尺板状に形成され、その材軸方向の両端部に側面視矢羽根形状をなしかつ断面十字形状をなす拡径部7a,7aが形成されている。また、継手部5側の端部に拡径部7aと同じ幅で継手部5側に突出する平板状の連結部7bが形成され、連結部7bは継手部5に回転自在に連結されている。
The
第2の変形芯材16は、継手部5と継手部6間の材軸方向に長尺に形成され、かつ断面略十字形状に形成されている。また、変形芯材16の材軸方向の両端部に側面視矢羽根形状をなしかつ断面十字形状をなす拡径部16a,16a が形成されている。さらに、変形芯材16の継手部6側の端部に拡径部16aと同じ幅で継手部6側に突出する平板状の連結部16bが形成され、連結部16bは継手部6に回転自在に連結されている。
The second
なお、これらの部材は、設計の要求性能に応じて適宜選択、または組み合わせて使用することが望ましい。例えば同じ鋼材でも普通鋼あるいは低降伏点鋼や形状記憶合金では鋼材の降伏応力、伸び性能に違いがある(図18参照)。例えば、低ひずみの繰り返しを受ける場合は、これらの累積損傷度の度合いを主眼にした選定が望ましいと考えられる。 It is desirable that these members are appropriately selected or used in combination according to the required performance of the design. For example, even with the same steel material, there are differences in the yield stress and elongation performance of ordinary steel, low yield point steel, and shape memory alloy (see Fig. 18). For example, when receiving repeated low strains, it is desirable to select the degree of cumulative damage.
また、これらの部材断面の強度の階層化を行うことにより、塑性化させる順番を設計制御することが可能となる。例えば、同一鋼材の選定をした場合に断面積は、変形芯材7が一番小さく、続いて変形芯材16、変形芯材7の連結部7bの順で大きく、連結部16bの断面積が一番大きくなるように形成することで、これらの部材はこの順番で塑性変形させることができる。さらに、変形芯材7の材長を長くして弾塑性変形領域を広くすることにより、継手部5と6間に作用する地震動を減衰させるダンパーの機能が付与することができる。
Further, by layering the strength of these member cross sections, it is possible to design and control the order of plasticization. For example, when the same steel material is selected, the cross-sectional area of the
座屈拘束材9は、変形芯材7および変形芯材16の材軸方向に連続し、かつ変形芯材7および変形芯材16の全長とほぼ同等の長さを有し、断面略等辺山形状に形成されている。また、変形芯材7および変形芯材16の軸直角方向の外側に変形芯材7および変形芯材16を四方から挟み込むように配置されている。
The buckling
また、各座屈拘束材9は、変形芯材7の各拡径部7a,7aの側面部および変形芯材16の継手部6側に位置する拡径部16aの側面部に複数のガイドボルト10bによって接合され、かつ、変形芯材7の拡径部7a,7a間および変形芯材16の拡径部16a,16a 間において、スペーサー11を介在し、複数の締付けボルト10aおよびガイドボルト10bによって互いに接合されている。また、座屈拘束材9の両端部に形成されたガイドボルト10bのボルト孔9aは、座屈拘束材9の材軸方向に長軸を有する長孔に形成されている。
Further, each buckling restraining
このような構成において、継手部5と継手部6間に作用する軸力(引張力および圧縮力)に対し、変形芯材7がボルト孔9aの長孔の範囲で材軸方向に弾塑性変形(伸縮)する。これにより、橋桁1端部と橋台2間に作用するレベル2に至る大規模の地震エネルギーを吸収することができる(図12の荷重-変位設計曲線(1)-(2)-(3) -(4)-(5) -(6)-(7))。
In such a configuration, the
また、レベル2を超える想定外の大地震時には、変形芯材16が長孔16aの範囲で材軸方向に弾塑性変形し(図12の荷重-変位設計曲線(3)-(8)-(9))、さらに、変形芯材7の継手部5側の連結部7bが弾性または塑性変形する(図12の荷重-変位設計曲線(8)-(9)-(10))。
In addition, in the event of an unexpected large
なお、変形芯材7の弾塑性変形(伸び)がボルト孔9aの長孔の範囲を超えた時点で、継手部5と継手部6間に作用する軸力は座屈拘束材9を介して変形芯材16に伝達される。また、継手部5と継手部6間に作用する圧縮力に対しては、変形芯材16の拡径部16aの端部が変形芯材7の拡径部7aの端部に面タッチしていることにより、変形芯材7および変形芯材16の芯材を通じて荷重が伝達される。
When the elasto-plastic deformation (elongation) of the
[実施形態5]
図13と図14は、本発明の第5の実施形態を図示したものである。図において、各座屈拘束材9が材軸方向に二つの座屈拘束材ユニット9Aと9Bから構成され、かつ座屈拘束材ユニット9Aと9B間の離間距離を制御する棒状ストッパー12が設置されている点が、実施形態4の落橋防止材と構成が異なっている。
[Embodiment 5]
13 and 14 illustrate a fifth embodiment of the present invention. In the figure, each buckling restraining
以下、より詳しく説明すると、各座屈拘束材9は、変形芯材16の材軸方向のほぼ中間部を境に継手部5側の座屈拘束材ユニット9Aと継手部6側の座屈拘束材ユニット9Bの2本の座屈拘束材ユニットから構成されている。
Hereinafter, to be described in more detail, each buckling restraining
各座屈拘束材ユニット9Aは、変形芯材7の拡径部7a,7aの側面部および変形芯材16の継手部5側に位置する拡径部16aの側面部に複数の締付けボルト10aおよびガイドボルト10bによって接合され、かつ、変形芯材7の拡径部7a,7a間においてスペーサー11を介在し、複数の締付けボルト10aによって互いに接合されている。また、座屈拘束材ユニット9Aの継手部5側の端部に形成されたガイドボルト10bのボルト孔9aは座屈拘束材ユニット9Aの材軸方向に長軸を有する長孔に形成されている。
Each buckling
各座屈拘束材ユニット9Bは、変形芯材16の継手部6側に位置する拡径部16aの側面部に複数の締付けボルト10aによって接合され、かつスペーサー11を介在し、複数の締付けボルト10aによって互いに接合されている。
Each buckling
また、各座屈拘束材ユニット9Aおよび座屈拘束材ユニット9Bの軸直角方向の外側に、複数の棒状ストッパー12が座屈拘束材ユニット9Aおよび9Bの材軸方向に沿って配置されている。棒状ストッパー12は、座屈拘束材ユニット9Aと9B間の離間距離を制御するためのストッパー材であり、座屈拘束材ユニット9Aおよび9Bの両方向にほぼ対称に所定長延長されている。そして、当該棒状ストッパー12の座屈拘束材ユニット9A側の端部12aは、座屈拘束材ユニット9Aの側部に突設された定着用リブ13に固定され、座屈拘束材ユニット9B側の端部12bは、座屈拘束材ユニット9Bの側部に突設された複数の定着用リブ14に設けられたルーズ孔を貫通し、かつ先端部に抜止めストッパー15が取り付けられている。
Further, a plurality of rod-shaped
このような構成において、継手部5と継手部6間に作用する軸力(引張力および圧縮力)に対し、変形芯材7がボルト孔9aの長孔の範囲で材軸方向に弾塑性変形(伸縮)する。これにより、橋桁1端部と橋台2間に作用するレベル2に至る大規模の地震エネルギーを吸収することができる(図14の荷重-変位設計曲線(1)-(2)-(3) -(4)-(5) -(6)-(7))。
In such a configuration, the
また、レベル2を超える想定外の大地震時には、変形芯材16が長孔16aの範囲で材軸方向に弾塑性変形し(図14の荷重-変位設計曲線(3)-(8))、さらに、変形芯材7の継手部5側の連結部7bが弾性または塑性変形する(図14の荷重-変位設計曲線(8)-(9)-(10))。
In addition, in the event of an unexpected large
なお、変形芯材7の弾塑性変形(伸び)がボルト孔9aの長孔の範囲を超えた時点で、継手部5と継手部6間に作用する軸力は座屈拘束材9を介して変形芯材16に伝達される。また、座屈拘束材ユニット9Aと9B間に棒状ストッパー12が配置されていることにより、変形芯材16が変形芯材7の連結部7bより先に破断してしまうことはない。
When the elasto-plastic deformation (elongation) of the
さらに、継手部5と継手部6間に作用する圧縮力に対しては、変形芯材16の拡径部16aの端部が変形芯材7の拡径部7aの端部に面タッチしていることにより、変形芯材7および変形芯材16の芯材を通じて荷重が伝達される。
Further, with respect to the compressive force acting between the
[実施形態6]
図15と図16は、本発明の第6の実施形態を図示したものである。図において、継手部5と継手部6間に変形芯材7が単体で配置され、かつ座屈拘束材9が変形芯材7のほぼ中間部を境に継手部5側の座屈拘束材ユニット9Aと継手部6側の座屈拘束材ユニット9Bの2本の座屈拘束材ユニットから構成され、さらに座屈拘束材ユニット9Aと9B間の離間距離を制御する棒状ストッパー12を備えている点が実施形態5の落橋防止材と構成が異なっている。
[Embodiment 6]
15 and 16 illustrate a sixth embodiment of the present invention. In the figure, the
以下、より詳しく説明すると、継手部5と継手部6間の材軸線上に変形芯材7が配置され、変形芯材7の軸直角方向の外側に複数の座屈拘束材9が配置されている。
Hereinafter, to be described in more detail, the
変形芯材7は、継手部5と継手部6間の材軸方向に細長い長尺板状に形成され、当該変形芯材7の材軸方向の両端部に側面視矢羽根形状をなし、かつ断面十字形状をなす拡径部7a,7aが形成されている。
The
また、材軸方向の両端部に拡径部7aと同じ幅で継手部5側と継手部6側にそれぞれ突出する板状の連結部7b,7bがそれぞれ形成され、連結部7b,7bは継手部5と継手部6にそれぞれ回転自在に連結されている。
Further, plate-shaped connecting
各座屈拘束材9は、変形芯材7のほぼ中間部を境に継手部5側の座屈拘束材ユニット9Aと継手部6側の座屈拘束材ユニット9Bの2本の座屈拘束材ユニットより構成され、いずれも変形芯材7の拡径部7aの側面部に複数の締付けボルト10aおよびガイドボルト10bによって接合され、かつ拡径部7a,7a間においてスペーサー11を介在し、複数の締付けボルト10aおよびガイドボルト10bによって互いに接合されている。また、継手部5側の端部に形成されたガイドボルト10bのボルト孔9aは座屈拘束材ユニット9Aの材軸方向に長軸を有する長孔に形成されている。
Each buckling restraining
棒状ストッパー12は、各座屈拘束材ユニット9Aおよび座屈拘束材ユニット9Bの軸直角方向の外側に、各座屈拘束材ユニット9Aおよび座屈拘束材ユニット9Bの材軸方向に沿って配置され、かつ座屈拘束材ユニット9Aおよび9Bの両方向にほぼ対称に所定長延長されている。
The rod-shaped
また、棒状ストッパー12の座屈拘束材ユニット9A側の端部12aは、座屈拘束材ユニット9Aの側部に突設された定着用リブ13に固定され、座屈拘束材ユニット9B側の端部12bは、座屈拘束材ユニット9Bの側部に突設された複数の定着用リブ14に設けられたルーズ孔を貫通し、その先端部12aに抜止めストッパー15が取り付けられている。
Further, the
このような構成において、継手部5と継手部6間に作用する軸力(引張力および圧縮力)に対し、変形芯材7がボルト孔9aの長孔の範囲内で材軸方向に弾塑性変形(伸縮)を繰り返えす。これにより、橋桁1端部と橋台2間に作用するレベル2に至る大規模の地震エネルギーを吸収することができる(図16の荷重-変位設計曲線(1)-(2)-(3) -(4)-(5) -(6)-(7))。
In such a configuration, the
また、レベル2を超える想定外の大地震時には、変形芯材7がボルト孔9aの長孔の範囲で材軸方向に弾塑性変形し(図16の荷重-変位設計曲線(3)-(8))、さらに、変形芯材7の継手部5側の連結部7bが弾性または塑性変形する(図16の荷重-変位設計曲線(8)-(9))。
In addition, in the event of an unexpected large
このように、変形芯材7の累積疲労損傷度が低ひずみの繰り替えしを受けても設計上問題ない場合は、その後の想定外の地震動においては、累積疲労損傷度の余力を使って落橋防止構造として機能させることが可能となる。
[実施形態7]
図17は、本発明の第7の実施形態であり、第4の実施形態に無抵抗で軸方向に変位する遊間領域を設定した場合の設計事例である。荷重−変位設計曲線を示している。
In this way, if there is no design problem even if the cumulative fatigue damage degree of the
[Embodiment 7]
FIG. 17 is a seventh embodiment of the present invention, and is a design example in the case where a play area that is displaced in the axial direction without resistance is set in the fourth embodiment. The load-displacement design curve is shown.
本発明は、地震時の変形能力およびエネルギー吸収能力がきわめて大きく、想定し得る範囲内で最大規模の地震(レベル2の地震動)に対してだけでなく、レベル2の範囲を超える想定外の大地震に対しても対応が可能で、例えば、橋桁の端部と橋桁端部を支える橋台との間に取り付けられる落橋防止材として用いることができる。
The present invention has extremely large deformation capacity and energy absorption capacity during an earthquake, and is not only for the largest earthquake (
1 橋桁の端部
2 橋台
3 落橋防止材(衝撃吸収装置)
4 支承
5 継手部
6 継手部
7 変形芯材(軸方向変形部材)
7a 拡径部
7b 連結部
8 変位芯材(軸方向変位部材)
8a 拡径部
8b 連結部
9 座屈拘束材
10a 締付けボルト
10b ガイドボルト
11 スペーサー
12 棒状ストッパー
13 定着用リブ
14 定着用リブ
15 抜止めストッパー
16 変形芯材(軸方向変形部材)
16a 拡径部
16b 連結部
17 伸縮装置
1 End of
4
7a Enlarged diameter part
8a Enlarged diameter part
10a tightening bolt
10b guide bolt
11 spacer
12 Rod stopper
13 Fixing rib
14 Fixing ribs
15 Retaining stopper
16 Deformed core material (axially deformed member)
16a Enlarged diameter part
16b connection
17 Telescopic device
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