JP6979787B2

JP6979787B2 - ブレースダンパー

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Publication number: JP6979787B2
Application number: JP2017091405A
Authority: JP
Inventors: 信之前田
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2017-05-01
Filing date: 2017-05-01
Publication date: 2021-12-15
Anticipated expiration: 2037-05-01
Also published as: JP2018188853A

Description

本発明は、ブレースダンパーに関する。

地震や強風などに対する構造物の応答性を低減させるために、構造物の要所にダンパーを設置することが行われている。近年の構造物の地震被害では、ブレースの座屈による被害が多く見られることから、その対抗策として、ブレースダンパーの使用が広く検討されている（例えば、特許文献１および２参照）。

特許文献１および２に開示されたブレースダンパーは、低降伏点鋼材などで形成された帯板状の芯材と、この芯材を両側から挟むように配置された一対の溝形鋼（挟持部材）と、芯材を跨ぐようにして一対の溝形鋼を連結する一対のカバープレート（接続部材）と、を備えている。
このようなブレースダンパーは、長手方向の荷重が作用した際に芯材が変形して降伏することで減衰効果を発揮し、ブレースダンパーに作用する振動エネルギーを吸収するように構成されている。また、芯材は、一対のカバープレートによって接続された一対の溝形鋼に挟まれることで座屈が防止されるように構成されている。

特開２０１４−２３７９３７号公報特開２０１４−２３４６７７号公報

ブレースダンパーは、荷重が作用して芯材が降伏すると剛性が急変することになる。しかしながら、ブレースダンパーの履歴特性として、剛性を急変させずになだらかに変化させたい場合もある。
このため、荷重が作用した際の履歴特性を所望の形態に構築することができるブレースダンパーが望まれている。

そこで、本発明は、荷重が作用した際の履歴特性を所望の形態に構築することができるブレースダンパーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るブレースダンパーは、長尺の板状に形成され厚さ方向に互いに重ねられた複数の芯材と、前記複数の芯材を前記厚さ方向の両側から挟むように配置された一対の挟持部材と、前記一対の挟持部材を前記複数の芯材を跨ぐように接続する一対の接続部材と、を有し、前記複数の芯材は、それぞれ長手方向の中央部に位置する中央板部と、前記中央板部の長手方向の両側に位置する一対の側方板部と、を有し、前記中央板部は、前記一対の側方板部よりも短手方向の寸法が小さく形成され、前記短手方向の両端部が前記一対の側方板部の前記短手方向の両端部よりも前記短手方向の内側に配置されていて、前記複数の芯材のうちの少なくとも１つの芯材は、前記芯材の長手方向から作用する荷重に対する剛性および耐力の少なくとも一方が他の芯材と異なるとともに、前記中央板部における前記短手方向の寸法、前記中央板部における前記長手方向の寸法、前記一対の側方板部における前記短手方向の寸法、前記一対の側方板部における前記長手方向の寸法、および前記厚さ方向の寸法の少なくとも１つが、他の芯材と異なり、前記一対の側方板部が前記一対の接続部材に接合され、前記中央板部が前記一対の接続部材と離間していることを特徴とする。

本発明では、複数の芯材のうちの少なくとも１つの芯材は、芯材の長手方向から作用する荷重に対する剛性および耐力の少なくとも一方が他の芯材と異なっている。これにより、複数の芯材それぞれの長手方向から作用する荷重に対する降伏点を全て同一とせずに、少なくとも１つの芯材の降伏点を他の芯材の降伏点と異なる値とすることができる。
このため、ブレースダンパーを長手方向から荷重が作用した際に剛性が急変しない形態とすることができ、ブレースダンパーの履歴属性を所望の形態に構築することができる。
芯材の厚さ方向とは、板状の芯材の板面に直交する方向を示している。

また、少なくとも１つの芯材の降伏点を他の芯材の降伏点と異なる値とするとともに、ブレースダンパーが設けられる建物などの構造物がレベル１を超える大きさの地震動に対応できるように芯材それぞれの耐力を設定することにより、構造物の損傷を効果的に防止することができる。
また、ブレースダンパーの履歴属性を所望の形態に構築することができることにより、ブレースダンパーが設けられる構造物の固有周期と、当該地で想定される地震動の固有周期とが一致しないように芯材それぞれの剛性を設定すれば、地震が生じた際の構造物の振動を効率的に低減させることができる。
また、ブレースダンパーの履歴属性を所望の形態に構築することができることにより、ブレースダンパーが設けられる構造物の固有周期を、地盤の高次モードと一致しないような多様な周期特性とすれば、地震が生じた際の構造物の振動を効率的に低減させることができる。

また、本発明に係るブレースダンパーでは、前記複数の芯材は、前記複数の芯材は、それぞれ長手方向の中央部に位置する中央板部と、前記中央板部の長手方向の両側に位置する一対の側方板部と、を有し、前記中央板部は、前記一対の側方板部よりも短手方向の寸法が小さく形成され、前記短手方向の両端部が前記一対の側方板部の前記短手方向の両端部よりも前記短手方向の内側に配置されていて、前記複数の芯材のうちの少なくとも１つの芯材は、前記中央板部における前記短手方向の寸法、前記中央板部における前記長手方向の寸法、前記一対の側方板部における前記短手方向の寸法、前記一対の側方板部における前記長手方向の寸法、および前記厚さ方向の寸法の少なくとも１つが、他の芯材と異なっている。
このような構成とすることにより、複数の芯材それぞれの中央板部を側方板部よりも早期に降伏させることができる。そして、複数の芯材のうちの少なくとも１つの芯材において、中央板部における短手方向の寸法、中央板部における長手方向の寸法、一対の側方板部における短手方向の寸法、前記一対の側方板部における前記長手方向の寸法、および厚さ方向の寸法の少なくとも１つが他の芯材と異なることにより、複数の芯材のうちの少なくとも１つの芯材の降伏点を他の芯材の降伏点と異なるようにすることができる。

また、少なくとも１つの芯材の一対の側方板部が一対の接続部材に接続されていることにより、一対の接続部材に接続された芯材が長手方向から作用する荷重によって一対の接続部材および一対の挟持部材に対して変形せずに位置ずれすることを防止できる。また、中央板部は、一対の接続部材と離間していることにより、一対の接続部材の剛性や耐力などの影響を受けずに、長手方向から作用する荷重に対して変形することができる。

本発明によれば、荷重が作用した際の履歴特性を所望の形態に構築することができる。

（ａ）は本発明の実施形態によるブレースダンパーの一例を示す側面図（厚さ方向から見た図）、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図１（ｂ）のＣ−Ｃ線断面に対応するブレースダンパーの断面図である。３つの芯材の耐力が同一で剛性がそれぞれ異なる本発明の実施形態の一例によるブレースダンパーの履歴特性を示すグラフである。芯材が１つである従来のブレースダンパーの履歴特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態によるブレースダンパーについて、図１および図２に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態によるブレースダンパー１は、それぞれ長尺の板状に形成され厚さ方向に互いに重なって配列された３つの芯材２，２，２と、３つの芯材２，２，２を厚さ方向から挟むように配置された一対の挟持部材３，３と、一対の挟持部材３，３を３つの芯材２，２，２を跨ぐように接続する一対の接続部材４，４と、を有している。本実施形態によるブレースダンパー１は、建物などの構造物（不図示）に設けられている。
ブレースダンパー１において、芯材２の長手方向を長さ方向とし、芯材２の短手方向を幅方向とし、芯材２の厚さ方向（芯材２の板面に直交する方向）を奥行き方向とする。

３つの芯材２，２，２は、それぞれ長手方向の中央部に位置する中央板部２１と、中央板部２１の長手方向の両側に位置する一対の側方板部２２，２２と、を有している。中央板部２１は、一対の側方板部２２，２２よりも短手方向の寸法が小さく形成され、短手方向の両端部が一対の側方板部２２，２２の短手方向の両端部よりも短手方向の内側に配置されている。
このため、３つの芯材２，２，２は、それぞれ厚さ方向から見て、長手方向の中央部分における短手方向の両側がくびれている形状となっている。３つの芯材２，２，２それぞれにおける長手方向の中央部分のくびれている部分をくびれ部２１１とする。３つの芯材２，２，２それぞれにおける短手方向の一方側のくびれ部２１１と、他方側のくびれ部２１１とは、短手方向に対称となる形状に形成されている。
中央板部２１の長手方向の一方側に配置された側方板部２２と、他方側に配置された側方板部２２とは、長手方向に対称となる形状に形成されている。

３つの芯材２，２，２は、それぞれ全体にわたって厚さ寸法が均一となるように成されている。
３つの芯材２，２，２は、それぞれ中央板部２１は、一対の側方板部２２，２２よりも断面積が狭くなるため、一対の側方板部２２，２２よりも降伏しやすい降伏部位となる。このため、芯材２，２，２において中央板部２１は、塑性歪エネルギーを吸収するように構成されている。
３つの芯材２，２，２には、例えば、ＬＹ１００やＬＹ２５５などの建築構造用低降伏点鋼や、ＳＮ４００などの建築構造用圧延鋼材などが用いられている。

本実施形態では、３つの芯材２，２，２は、全て同一形状に形成されておらず、各芯材２が長手方向から作用する荷重に対する剛性および耐力が他の芯材２，２と異なるように形成されている。
本実施形態では、図２に示す芯材２の中央板部２１における短手方向の寸法Ｂ_１、中央板部２１における長手方向の寸法Ｌ_１、一対の側方板部２２における長手方向の寸法Ｌ_２、中央板部２１の厚さ寸法ｔ（ｔ_１〜ｔ_３、図１（ｂ）参照）を他の芯材２，２と異なる値として、長手方向から作用する荷重に対する剛性および耐力が他の芯材２，２と異なるようにしている。本実施形態では、芯材２はそれぞれ均一な厚さ寸法に形成されているため、中央板部２１の厚さ寸法ｔは芯材２それぞれの厚さ寸法に相当する。
なお、本実施形態では、３つの芯材２，２，２それぞれの一対の側方板部２２，２２の短手方向の寸法は、略同一となるように設定されている。

本実施形態では、３つの芯材２，２，２は、一対の側方板部２２，２２における長手方向の寸法Ｂ_２が略同じ長さとなるように形成されている。３つの芯材２，２，２それぞれの長手方向の両端部２３（一対の側方板部２２，２２の長手方向の外側の端部）は、構造物に接続される補強板５に固定されている。

３つの芯材２，２，２には、それぞれ隣り合う芯材２との間の摩擦を低減させてスムーズに変位できるように、隣り合う芯材２と対向する面に滑り材が貼りつけられていたり、滑り剤が塗布されていたりしている。芯材２に貼りつけられる滑り材としては、例えば、ＰＴＦＥテープやテフロンシート（テフロンは登録商標）などが用いられている。芯材２に塗布される滑り剤としては、例えば、アスファルトなどが用いられている。

一対の挟持部材３，３は、それぞれ溝形鋼で構成されている。一対の挟持部材３，３は、長さ方向に延びて２つのフランジが幅方向に間隔をあけて配置され、それぞれのウェブ３３が互いに近接する側となる向きで３つの芯材２，２，２を厚さ方向から挟んでいる。
一対の挟持部材３，３は、それぞれの幅方向の寸法が芯材２の幅方向の寸法（一対の側方板部２２，２２の幅方向の寸法）と略同じ値に設定されている。
一対の挟持部材３，３それぞれのウェブ３３には、長さ方向の両端部近傍に補強板５が配置される切欠き部３３ａが形成されている。

本実施形態では、一対の挟持部材３，３それぞれのウェブ３３と対向する芯材２の中央板部２１との間にゴムシート６，６が配置されている。ゴムシート６，６は、一方の面が芯材２の中央板部２１と密着し他方の面がウェブ３３と密着していて、一対の挟持部材３，３それぞれのウェブ３３と芯材２との相対変位に追従して弾性変形するように構成されている。
一対の挟持部材３，３のうちの一方を第１挟持部材３１とし、他方を第２挟持部材３２する。また、一対の挟持部材３，３それぞれの一対のフランジ３４，３５のうちの一方を第１フランジ３４とし、他方を第２フランジ３５とする。第１挟持部材３１の第１フランジ３４の幅方向の外側の面と第２挟持部材３２の第１フランジ３４の幅方向の外側の面とは、同一面内に配置されている。第１挟持部材３１の第２フランジ３５の幅方向の外側の面と第２挟持部材３２の第２フランジ３５の幅方向の外側の面とは、同一面内に配置されている。

一対の接続部材４，４は、それぞれ平板状に形成された鋼板で構成されている。一対の接続部材４，４のうちの一方を第１接続部材４１とし、他方を第２接続部材４２とする。
第１接続部材４１は、第１挟持部材３１の第１フランジ３４と第２挟持部材３２の第１フランジ３４とを接続している。第１接続部材４１は、一方の面が第１挟持部材３１の第１フランジ３４の幅方向外側の面および第２挟持部材３２の第１フランジ３４の幅方向の外側の面それぞれと当接し、第１挟持部材３１の第１フランジ３４および第２挟持部材３２の第１フランジ３４それぞれとボルト接合されている。第１接続部材４１は、３つの芯材２，２，２を跨ぐようにして第１挟持部材３１および第２挟持部材３２に接合されている。

第２接続部材４２は、第１挟持部材３１の第２フランジ３５と第２挟持部材３２の第２フランジ３５とを接続している。第２接続部材４２は、一方の面が第１挟持部材３１の第２フランジ３５の幅方向外側の面および第２挟持部材３２の第２フランジ３５の幅方向の外側の面それぞれと当接し、第１挟持部材３１の第２フランジ３５および第２挟持部材３２の第２フランジ３５それぞれとボルト接合されている。第２接続部材４２は、３つの芯材２，２，２を跨ぐようにして第１挟持部材３１および第２挟持部材３２に接合されている。

第１接続部材４１の芯材２，２，２側の面には、３つの芯材２，２，２それぞれの一対の側方板部２２，２２の幅方向一方側の縁部が突き合わされて溶接されている。なお、３つの芯材２，２，２それぞれの中央板部２１の幅方向一方側の縁部は、第１接続部材４１と幅方向に離間している。
第２接続部材４２の芯材２，２，２側の面には、３つの芯材２，２，２それぞれの一対の側方板部２２，２２の幅方向他方側の縁部が突き合わされて溶接されている。
なお、３つの芯材２，２，２それぞれの中央板部２１および一対の側方板部２２，２２の幅方向両側の縁部は、第１接続部材４１および第２接続部材４２と幅方向に離間している。

このようなブレースダンパー１は、長さ方向の両端部がそれぞれ構造物に接合されて、長さ方向に作用する引張または圧縮の荷重に対して３つの芯材２，２，２それぞれの中央板部２１が変形して降伏することで減衰効果を発揮するように構成されている。
本実施形態では、３つの芯材２，２，２の形状が異なることから、それぞれの剛性および耐力が異なるように構成されている。このため、３つの芯材２，２，２それぞれの降伏点が異なり、３つの芯材２，２，２が段階的に降伏するように構成されている。

次に、上述した本実施形態によるブレースダンパー１の作用・効果について図面を用いて説明する。
上述した本実施形態によるブレースダンパー１では、３つの芯材２，２，２のうちの少なくとも１つの芯材２は、芯材２の長手方向から作用する荷重に対する剛性および耐力の少なくとも一方が他の芯材２と異なっている。これにより、３つの芯材２，２，２それぞれの長手方向から作用する荷重に対する降伏点を全て同一とせずに、少なくとも１つの芯材２の降伏点を他の芯材２の降伏点と異なる値とすることができる。
このため、ブレースダンパー１を長手方向から荷重が作用した際に剛性が急変しない形態とすることができ、ブレースダンパー１の履歴属性を所望の形態に構築することができる。
また、芯材２の形状を設定することによってブレースダンパー１の履歴属性を所望の形態に構築することができるため、多彩な架構の履歴特性を容易にかつローコストで構築することができる。

また、少なくとも１つの芯材２の降伏点を他の芯材２，２の降伏点と異なる値とするとともに、ブレースダンパー１が設けられる建物などの構造物がレベル１を超える大きさの地震動に対応できるように芯材２，２，２それぞれの耐力を設定することにより、構造物の損傷を効果的に防止することができる。
また、ブレースダンパー１の履歴属性を所望の形態に構築することができることにより、ブレースダンパー１が設けられる構造物の固有周期と、当該地で想定される地震動の固有周期とが一致しないように芯材２，２，２それぞれの剛性を設定すれば、地震が生じた際の構造物の振動を効率的に低減させることができる。
また、ブレースダンパー１の履歴属性を所望の形態に構築することができることにより、ブレースダンパー１が設けられる構造物の固有周期を、地盤の高次モードと一致しないような多様な周期特性とすれば、地震が生じた際の構造物の振動を効率的に低減させることができる。

また、３つの芯材２，２，２は、中央板部２１が一対の側方板部２２，２２よりも短手方向の寸法が小さく形成され、中央板部２１の短手方向の両端部が一対の側方板部２２，２２の短手方向の両端部よりも短手方向の内側に配置されていることにより、３つの芯材２，２，２それぞれの中央板部２１を一対の側方板部２２，２２よりも早期に降伏させることができる。
そして、３つの芯材２，２，２は、それぞれ中央板部２１の短手方向の寸法、長手方向の寸法および厚さ方向の寸法が他の芯材２，２と異なり、それぞれの剛性および耐力が異なることにより、３つの芯材２，２，２それぞれ２の降伏点を異なるようにすることができる。このため、芯材２，２，２それぞれの中央板部２１の短手方向の寸法、長手方向の寸法および厚さ方向の寸法を設定することにより、ブレースダンパー１の履歴属性を所望の形態に構築することができる。

また、３つの芯材２，２，２は、それぞれの一対の側方板部２２，２２が一対の接続部材４，４に接合されていることにより、３つの芯材２，２，２が長手方向から作用する荷重によって一対の挟持部材３，３および一対の接続部材４，４に対して変形せずに位置ずれすることを防止できる。また、中央板部２１は、一対の接続部材４，４と離間していることにより、一対の接続部材４，４の剛性や耐力などの影響を受けずに、長手方向から作用する荷重に対して変形することができる。

以上、本発明によるブレースダンパーの実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、ブレースダンパー１は、３つの芯材２，２，２を有しているが、２つ以上の芯材２を有していればよい。

また、上記の実施形態では、３つの芯材２，２，２は、耐力および剛性それぞれが互いに異なるように構成されているが、耐力が同一で剛性が互いに異なるように構成されていてもよいし、剛性が同一で耐力が互いに異なるように構成されていてもよい。

ここで、上記の実施形態の一例となる３つの芯材の耐力が同一で剛性がそれぞれ異なるブレースダンパーの履歴特性と、従来の芯材が１つであるブレースダンパーの履歴特性とを比較検討する。図３に３つの芯材の耐力が同一で剛性がそれぞれ異なるブレースダンパーの履歴特性（荷重Ｐ−変位δ関係）を示し、図４に芯材が１つであるブレースダンパーの履歴特性（荷重Ｐ−変位δ関係）を示す。図３では、芯材それぞれの履歴特性、３つの芯材を合せた芯材部分の履歴特性、フレーム（一対の挟持部材および一対の接続部材）の履歴特性、ブレースダンパー全体の履歴特性を示している。図４では、芯材の履歴特性、フレーム（一対の挟持部材および一対の接続部材）の履歴特性、ブレースダンパー全体の履歴特性を示している。
図３および図４に示すように、３つの芯材の剛性がそれぞれ異なるブレースダンパーの方が、芯材が１つであるブレースダンパーと比べて、芯材部分およびブレースダンパー全体の履歴特性をなだらかな履歴特性とすることができる。

また、上記の実施形態では、３つの芯材２，２，２は、中央板部２１が一対の側方板部２２，２２よりも短手方向の寸法が小さく形成され、長さ方向中央部分にくびれ部２１１が形成されているが、芯材２の形状は適宜設定されてよい。
また、上記の実施形態では、３つの芯材２，２，２は、それぞれの一対の側方板部２２，２２が一対の接続部材４，４に接合されているが、一対の接続部材４，４に接続されていなくてもよい。

また、上記の実施形態では、３つの芯材２，２，２は、中央板部２１における長手方向の寸法Ｌ_１、側方板部における長手方向の寸法Ｌ_２、中央板部２１における短手方向の寸法Ｂ_１、および中央板部２１の厚さ寸法ｔを他の芯材２，２と異なる値として、長手方向から作用する荷重に対する剛性および耐力を他の芯材２，２と異なるようにしている。これに対して、３つの芯材２，２，２は、中央板部２１における長手方向の寸法Ｌ_１、側方板部における長手方向の寸法Ｌ_２、中央板部２１における短手方向の寸法Ｂ_１、および中央板部２１の厚さ寸法ｔの少なくとも１つを他の芯材２，２と異なる値として、長手方向から作用する荷重に対する剛性および耐力を他の芯材２，２と異なるようにしている。
また、一対の側方板部２２，２２における長手方向の寸法Ｂ_２など、上記以外の寸法を他の芯材と異なる値として、長手方向から作用する荷重に対する剛性および耐力を他の芯材２，２と異なるようにしてもよい。

１ブレースダンパー
２芯材
３挟持部材
４接続部材
２１中央板部
２２側方板部
３１第１挟持部材（挟持部材）
３２第２挟持部材（挟持部材）
４１第１接続部材（接続部材）
４２第２接続部材（接続部材）
Ｂ_１中央板部における短手方向の寸法
Ｌ_１中央板部における長手方向の寸法
ｔ中央板部の厚さ寸法
Ｂ_２一対の側方板部における長手方向の寸法
Ｌ_２側方板部における長手方向の寸法

Claims

長尺の板状に形成され厚さ方向に互いに重ねられた複数の芯材と、
前記複数の芯材を前記厚さ方向の両側から挟むように配置された一対の挟持部材と、
前記一対の挟持部材を前記複数の芯材を跨ぐように接続する一対の接続部材と、を有し、
前記複数の芯材は、それぞれ長手方向の中央部に位置する中央板部と、前記中央板部の長手方向の両側に位置する一対の側方板部と、を有し、
前記中央板部は、前記一対の側方板部よりも短手方向の寸法が小さく形成され、前記短手方向の両端部が前記一対の側方板部の前記短手方向の両端部よりも前記短手方向の内側に配置されていて、
前記複数の芯材のうちの少なくとも１つの芯材は、
前記芯材の長手方向から作用する荷重に対する剛性および耐力の少なくとも一方が他の芯材と異なるとともに、前記中央板部における前記短手方向の寸法、前記中央板部における前記長手方向の寸法、前記一対の側方板部における前記短手方向の寸法、前記一対の側方板部における前記長手方向の寸法、および前記厚さ方向の寸法の少なくとも１つが、他の芯材と異なり、前記一対の側方板部が前記一対の接続部材に接合され、前記中央板部が前記一対の接続部材と離間していることを特徴とするブレースダンパー。