JP7285998B1 - 座屈拘束ブレース - Google Patents

Abstract

【課題】ズレ止め用突起への応力集中による芯材の破断を抑制することができる座屈拘束ブレースを提供すること。【解決手段】本開示に係る座屈拘束ブレースは、芯材１０と、芯材１０の外周を覆う拘束部材３０と、芯材１０と拘束部材３０との間に充填され、且つ、芯材１０を覆う充填剤３１と、を備え、芯材１０の中央部には、芯材１０のズレ止めのためのズレ止め用突起４０が設けられており、ズレ止め用突起４０は、充填剤３１により覆われ、ズレ止め用突起４０の幅は、ズレ止め用突起４０の先端からズレ止め用突起４０の根元に向かうに連れ、大きくなる、ことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、座屈拘束ブレースに関する。

従来から、構造物の補強材として、座屈拘束ブレースが用いられることがある。座屈拘束ブレースにおいては、軸力を受ける芯材が外周側から拘束部材及び充填剤等によって拘束されることで、芯材の長手方向以外の変形や座屈を防止されながら塑性変形する。座屈拘束ブレースを用いることにより、構造物の耐震・制振性能が向上する。

特許文献１の座屈拘束ブレースにおいては、芯材と拘束部材とのズレを防止するために、芯材の中央部にズレ止め用突起が設けられ、拘束部材の中央部に、ズレ止め用突起と係合する凹部が設けられている。

特開２００１－２１４５４１号公報

特許文献１の構造では、ズレ止め用突起が芯材に対して垂直に設けられている。したがって、芯材に長手方向の引張力が加わると、ズレ止め用突起の根元に応力が集中しやすい。ズレ止め用突起の根元に応力が集中すると、根元を起点とした亀裂が発生し、芯材が破断する可能性がある。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、ズレ止め用突起への応力集中による芯材の破断を抑制することができる座屈拘束ブレースを提供することを目的とする。

＜１＞本発明の一態様に係る座屈拘束ブレースは、芯材と、前記芯材の外周を覆う拘束部材と、前記芯材と前記拘束部材との間に充填され、且つ、前記芯材を覆う充填剤と、を備え、構造物に取り付けられる座屈拘束ブレースであって、前記芯材の中央部には、前記芯材のズレ止めのためのズレ止め用突起が設けられており、前記ズレ止め用突起は、前記充填剤により覆われ、前記ズレ止め用突起の幅は、前記ズレ止め用突起の先端から前記ズレ止め用突起の根元に向かうに連れ、大きくなる、ことを特徴とする。

ズレ止め用突起の幅を、ズレ止め用突起の先端から根元に向かうに連れ、大きくすることで、応力が集中しやすい根元を相対的に太くできるので、根元において応力が分散されて亀裂が生じ難くなる。したがって、根元を起点とする亀裂の発生を抑制し、これに起因する芯材の破断を抑制することができ、繰り返しの地震に対する芯材の疲労特性を改善することができる。

＜２＞上記＜１＞に係る座屈拘束ブレースでは、前記先端は、前記芯材の長手方向と平行な直線状部を含む、構成を採用してもよい。

ズレ止め用突起は、鋼板から切り出されて形成される。先端が直線状部を含むことで、鋼材からの板取り効率が向上するため、材料の歩留まりを向上させることができる。

＜３＞上記＜２＞に係る座屈拘束ブレースでは、前記ズレ止め用突起の側面には、曲率中心が前記芯材及び前記ズレ止め用突起の外側にある円弧状部が設けられている、構成を採用してもよい。

側面に円弧状部が設けられることで、根元における応力集中をより効果的に緩和することができ、ズレ止め用突起への応力集中による芯材の破断をより効果的に抑制することができる。また、円弧状部の曲率中心が芯材及びズレ止め用突起の外側にあることで、内側にある場合に比べて、充填剤がズレ止め用突起の側面で滑ることが抑制され、ズレ止め用突起により充填剤がせん断破壊されることが抑制される。

＜４＞上記＜３＞に係る座屈拘束ブレースでは、前記直線状部の長さは、前記円弧状部の曲率半径より、短い、構成を採用してもよい。
＜５＞上記＜４＞に係る座屈拘束ブレースでは、前記直線状部の長さは、５ｍｍ以上且つ１０ｍｍ以下である、構成を採用してもよい。
＜６＞上記＜４＞または＜５＞に係る座屈拘束ブレースでは、前記円弧状部の曲率半径は、１５ｍｍ以上且つ４０ｍｍ以下である、構成を採用してもよい。

これにより、根元における応力集中をより効果的に緩和することができ、ズレ止め用突起への応力集中による芯材の破断をより効果的に抑制することができる。
また、直線状部の長さが５ｍｍ以上且つ１０ｍｍ以下である場合、ズレ止め用突起の耐力の低下を防止しつつ、根元における応力集中を緩和することができる。また、直線状部を長く取ることができるため、鋼材からの板取り効率が向上する。
また、円弧状部の曲率半径が１５ｍｍ以上且つ４０ｍｍ以下である場合、芯材における塑性化領域の長さを確保しつつ、根元における応力集中を緩和することができる。

＜７＞上記＜１＞乃至＜６＞のいずれか１項に係る座屈拘束ブレースでは、前記ズレ止め用突起の前記先端から前記根元までの長さであって前記芯材の長手方向に沿って見た長さは、２０ｍｍ以下である、構成を採用してもよい。

これにより、ズレ止め用突起への応力集中をより効果的に緩和することができる。また、ズレ止め用突起の先端から根元までの長さを２０ｍｍ以下とすることで、鋼材からの板取り効率の低下を防止できる。

＜８＞上記＜１＞乃至＜７＞のいずれか１項に係る座屈拘束ブレースでは、前記ズレ止め用突起は、前記芯材の幅方向の両側であって前記芯材の中央部の両側それぞれに設けられており、前記幅方向の長さであって前記それぞれに設けられる前記ズレ止め用突起の一方の前記先端から他方の前記先端までの長さは、前記芯材の両端部それぞれの幅より、短い、構成を採用してもよい。

芯材及びズレ止め用突起は、鋼板から切り出されて形成される。幅方向の長さであってそれぞれに設けられるズレ止め用突起の一方の先端から他方の先端までの長さが、芯材の両端部それぞれの幅より、短いことで、鋼材からの板取り効率が向上するため、材料の歩留まりを向上させることができる。

＜９＞上記＜１＞乃至＜８＞のいずれか１項に係る座屈拘束ブレースでは、前記芯材から、前記芯材の板厚方向に沿って、延びる補剛部材、を更に備え、前記ズレ止め用突起の前記先端から前記根元までの長さであって前記芯材の長手方向に沿って見た長さは、前記補剛部材の幅であって前記芯材の幅方向に沿った幅より、短い、構成を採用してもよい。

これにより、鋼材からの板取り効率が向上するため、材料の歩留まりを向上させることができる。

＜１０＞上記＜１＞乃至＜９＞のいずれか１項に係る座屈拘束ブレースでは、前記芯材は、幅が、前記芯材の中央に向かうに連れ、狭くなる幅変化部、を備え、前記ズレ止め用突起の前記先端から前記根元までの長さであって前記芯材の長手方向に沿って見た長さは、前記幅変化部の狭くなる幅より、短い、構成を採用してもよい。

これにより、鋼材からの板取り効率が向上するため、材料の歩留まりを向上させることができる。

＜１１＞上記＜１＞乃至＜１０＞のいずれか１項に係る座屈拘束ブレースでは、前記芯材の一部を覆うアンボンド材、を更に備え、前記ズレ止め用突起は、前記アンボンド材により覆われない、構成を採用してもよい。

これにより、ズレ止め用突起によって、芯材の中央部における、充填剤に対する芯材のズレをより効果的に防止できる。

＜１２＞上記＜１＞乃至＜７＞、＜１０＞、及び＜１１＞のいずれか１項に係る座屈拘束ブレースでは、前記芯材は、断面の形状が十字状であり、前記芯材は、前記十字状を形成するように配置される、第１芯材板部、第２芯材板部、第３芯材板部、及び、第４芯材板部、を有し、前記第１芯材板部及び前記第２芯材板部は、同一面内に配置され、前記第３芯材板部及び前記第４芯材板部は、同一面内に配置され、前記ズレ止め用突起は、前記第１芯材板部及び前記第２芯材板部と、前記第３芯材板部及び前記第４芯材板部と、の一方又は両方に設けられる、構成を採用してもよい。

芯材は、断面十字状を形成するように配置される、第１芯材板部、第２芯材板部、第３芯材板部、及び、第４芯材板部、を有するため、単一の鋼板により芯材を形成する場合と比べて、芯材の降伏耐力を向上させることができる。

＜１３＞上記＜１＞乃至＜１１＞のいずれか１項に係る座屈拘束ブレースでは、前記ズレ止め用突起は、前記芯材の幅方向の両側であって前記芯材の中央部の両側それぞれに設けられており、且つ、前記幅方向に沿って見て、同じ位置にそれぞれ設けられる、構成を採用してもよい。

これにより、芯材の幅方向の両側から、ズレ止め用突起によって、充填剤に対する芯材のズレを防止することができる。

＜１４＞上記＜１＞乃至＜７＞、及び＜９＞乃至＜１１＞のいずれか１項に係る座屈拘束ブレースでは、前記ズレ止め用突起は、前記芯材の板厚方向の両側であって前記芯材の中央部の両側それぞれに溶接されることで、前記両側それぞれに設けられる、構成を採用してもよい。

これにより、ズレ止め用突起を、溶接により芯材の板厚方向の両側に設けることができる。

本発明によれば、ズレ止め用突起への応力集中による芯材の破断を抑制することができる。

第１実施形態に係る座屈拘束ブレースを、芯材の板厚方向に沿って見た図である。 第１実施形態に係る座屈拘束ブレースを、芯材の幅方向に沿って見た図である。 第１実施形態に係るズレ止め用突起の拡大図である。 第１実施形態に係る芯材の部分拡大図である。 第２実施形態に係る座屈拘束ブレースを、芯材の板厚方向に沿って見た図である。 第２実施形態に係る座屈拘束ブレースを、芯材の幅方向に沿って見た図である。 第３実施形態に係る座屈拘束ブレースを、第１芯材板部の板厚方向に沿って見た図である。 第２実施形態に係る座屈拘束ブレースを、第１芯材板部の幅方向に沿って見た図である。

＜第１実施形態＞
以下、図１～４を参照し、本発明の第１実施形態に係る座屈拘束ブレース１を説明する。
座屈拘束ブレース１は、構造物に取り付けられる。座屈拘束ブレース１は、例えば、建物における柱と梁とからなる構造物を補強するために用いられる。

座屈拘束ブレース１は、芯材１０と、補剛部材２０と、拘束部材３０と、充填剤３１と、アンボンド材３２と、ズレ止め用突起４０と、を備える。
以下、座屈拘束ブレース１の各構成の説明において、方向を示す際に芯材１０を基準として板厚方向、幅方向、長手方向、と呼称することがある。幅方向及び板厚方向について、芯材１０に向かう側を内側、芯材１０から離れる側を外側と呼称する。
図１は、座屈拘束ブレース１を、芯材１０の板厚方向に沿って見た図である。図２は、座屈拘束ブレース１を、芯材１０の幅方向に沿って見た図である。図３は、ズレ止め用突起４０の拡大図である。図４は、芯材１０の部分拡大図である。

芯材１０は、鋼板により構成された平板である。芯材１０は、両端部が建物の構造に取り付けられることで、建物を補強する。
図１に示されるように、芯材１０は、狭幅部１１と、広幅部１２と、幅変化部１３と、を備えている。

狭幅部１１は、芯材１０における長手方向の中央に位置している。広幅部１２は、芯材１０における長手方向の両端に位置している。
図４に示されるように、狭幅部１１の幅方向の長さを、狭幅部１１の幅Ｗｃ１という。広幅部１２の幅方向の長さを、広幅部１２の幅Ｗｃ２という。広幅部１２の幅Ｗｃ２は、狭幅部１１の幅Ｗｃ１よりも広い。
狭幅部１１の長手方向に沿う長さを、狭幅部１１の長さという。広幅部１２の長手方向に沿う長さを、広幅部１２の長さという。広幅部１２の長さは、狭幅部１１の長さよりも短い。
芯材１０における長手方向の中央が狭幅部１１であり、長手方向の端部が広幅部１２であることで、芯材１０における長手方向の中央（すなわち、狭幅部１１）が塑性化し易い領域となり、塑性化領域が前記中央に限定される。

幅変化部１３は、広幅部１２と狭幅部１１との境界領域である。幅変化部１３の幅方向の長さを、幅変化部１３の幅という。幅変化部１３の幅は、長手方向に沿って変化する。幅変化部１３の幅は、広幅部１２側から狭幅部１１側に向かうに連れ、狭くなる。すなわち、幅変化部１３の幅は、芯材１０における長手方向の中央に向かうに連れ、狭くなる。幅変化部１３は、例えば、芯材１０に作用する付加曲げモーメントを吸収する。

補剛部材２０は、鋼板により構成された板状の部材である。補剛部材２０は、芯材１０の両端部（すなわち、広幅部１２）にそれぞれ設けられる。補剛部材２０は、芯材１０の両端部を補強し、芯材１０が板厚方向に折れ曲がることを防ぐ。

補剛部材２０は、広幅部１２における表裏面（すなわち、広幅部１２における板厚方向を向く面）に設けられている。補剛部材２０は、広幅部１２から、芯材１０の板厚方向に沿って延びる。補剛部材２０は、広幅部１２に、溶接により接合される。芯材１０及び補剛部材２０は、断面十字状を呈している。

補剛部材２０及び広幅部１２にはそれぞれ、図示しないボルト孔が開設されている。座屈拘束ブレース１は、ボルト孔に差し込まれる図示しないボルトによって、構造物に取り付けられる。

拘束部材３０は筒状である。例えば、拘束部材３０は、角筒形の鋼管である。なお、拘束部材３０は、円筒形の鋼管であってもよい。

拘束部材３０は、芯材１０の外周を覆う。拘束部材３０の長手方向に沿う長さを、拘束部材３０の長さという。拘束部材３０の長さは、芯材１０全体の長手方向に沿う長さよりも短い。拘束部材３０の長さは、狭幅部１１の長さよりも長い。これにより、芯材１０の広幅部１２は、拘束部材３０から外側に突出している。

充填剤３１は、芯材１０と拘束部材３０との間に充填される。例えば、充填剤３１の材質は、コンクリートやモルタルである。拘束部材３０の端部から充填剤３１が漏れ出ることを防止するために、拘束部材３０の両端開口は不図示の蓋により塞がれている。

アンボンド材３２は、芯材１０及び補剛部材２０のうち、拘束部材３０の内側に配置される部分を覆う。アンボンド材３２は、芯材１０及び補剛部材２０と充填剤３１との間に設けられる。アンボンド材３２は、芯材１０及び補剛部材２０と充填剤３１とが互いに付着することを防止する。アンボンド材３２により、芯材１０及び補剛部材２０は、充填剤３１に対して相対移動可能となっている。

アンボンド材３２が設けられることにより、充填剤３１は、芯材１０の軸力が拘束部材３０に伝達しないように、芯材１０を拘束部材３０に対して長手方向に相対移動可能に保持する。拘束部材３０及び充填剤３１により、芯材１０の長手方向を除く方向への変形が規制される。

ズレ止め用突起４０は、座屈拘束ブレース１の自重の影響などにより、芯材１０と拘束部材３０とのずれ量（芯材１０の拘束部材３０に対する相対移動量）が両端部で等しくならない現象を防止するために設けられる。ズレ止め用突起４０は、芯材１０における長手方向の中央部に設けられる。ズレ止め用突起４０は、芯材１０の幅方向の両側それぞれに設けられている。ズレ止め用突起４０は、芯材１０における幅方向の側面から、幅方向外側に突出する。ズレ止め用突起４０の材料は、芯材１０の材料と同一である。ズレ止め用突起４０は、芯材１０と一体形成されている。

ズレ止め用突起４０は、充填剤３１により覆われる。ズレ止め用突起４０は、アンボンド材３２により覆われない。すなわち、ズレ止め用突起４０は、アンボンド材３２から露出する。これにより、ズレ止め用突起４０は、充填剤３１に対して相対移動不能となる。ズレ止め用突起４０は、芯材１０の中央部における、芯材１０の、充填剤３１に対する位置ずれを防止する。

ズレ止め用突起４０は、芯材１０の幅方向の一方側に設けられる第１ズレ止め用突起４１と、芯材１０の幅方向の他方側に設けられる第２ズレ止め用突起４２と、を含む。第１ズレ止め用突起４１と、第２ズレ止め用突起４２とは、その長手方向の位置が一致するよう配置される。

第１ズレ止め用突起４１と、第２ズレ止め用突起４２とは、同一形状である。第１ズレ止め用突起４１及び第２ズレ止め用突起４２の形状について、ズレ止め用突起４０の形状としてまとめて説明する。
図３は、ズレ止め用突起４０の拡大図である。なお、図３においては、説明を容易にするために、芯材１０とズレ止め用突起４０との境界を点線で示している。

ズレ止め用突起４０は、先端４０ａと、根元４０ｂと、先端４０ａと根元４０ｂとを接続する一対の側面４０ｃと、を有する。根元４０ｂは、ズレ止め用突起４０における、芯材１０と接続される部分であり、先端４０ａは、根元４０ｂと反対側の部分である。先端４０ａは、ズレ止め用突起４０における幅方向の外側に位置しており、根元４０ｂは、ズレ止め用突起４０における幅方向の内側に位置している。側面４０ｃは、ズレ止め用突起４０における長手方向を向く面である。

ズレ止め用突起４０の、芯材１０の長手方向に沿う長さを、ズレ止め用突起４０の幅という。ズレ止め用突起４０の幅は、先端４０ａから根元４０ｂに向かうに連れ、大きくなる。
ここで、芯材１０に長手方向の引張力が加わると、ズレ止め用突起４０の根元４０ｂに応力が集中しやすく、根元４０ｂを起点とした亀裂が発生しやすい。ズレ止め用突起４０の幅を、ズレ止め用突起４０の先端４０ａから根元４０ｂに向かうに連れ、大きくすることで、ズレ止め用突起４０の根元４０ｂにおける応力集中を抑制することができ、亀裂の発生を抑制することができる。

先端４０ａは、芯材１０の長手方向と平行な直線状部４０ａ１を含む。直線状部４０ａ１の長手方向に沿った長さを、直線状部４０ａ１の長さＬという。すなわち、直線状部４０ａ１の長さＬは、先端４０ａにおけるズレ止め用突起４０の幅である。

板厚方向から見たとき、側面４０ｃは円弧状である。すなわち、側面４０ｃには、円弧状部４０ｃ１が設けられている。円弧状部４０ｃ１の曲率中心をＣとし、円弧状部４０ｃ１の曲率半径をＲとする。円弧状部４０ｃ１の曲率中心Ｃは、芯材１０及びズレ止め用突起４０の外側に位置する。

直線状部４０ａ１の長さＬは、円弧状部４０ｃ１の曲率半径Ｒより、短い。
例えば、直線状部４０ａ１の長さＬは、５ｍｍ以上且つ１０ｍｍ以下であることが好ましい。直線状部４０ａ１の長さＬが１０ｍｍを超えると、ズレ止め用突起４０の根元４０ｂにおける応力集中が増加する。直線状部４０ａ１の長さＬが５ｍｍ未満であると、ズレ止め用突起４０の先端４０ａにおける幅が小さくなり、ズレ止め用突起４０の耐力が低下してしまう。
円弧状部４０ｃ１の曲率半径Ｒは、１５ｍｍ以上且つ４０ｍｍ以下であることが好ましい。円弧状部４０ｃ１の曲率半径Ｒが１５ｍｍ未満となると、ズレ止め用突起４０の根元４０ｂにおける応力集中が増加する。一方で、円弧状部４０ｃ１の曲率半径Ｒが大きくなると、芯材１０における塑性化領域の長さが減少してしまう。芯材１０における塑性化領域の長さを確保するために、円弧状部４０ｃ１の曲率半径Ｒは４０ｍｍ以下であることが好ましい。

ズレ止め用突起４０の先端４０ａから根元４０ｂまでの長さであって芯材１０の長手方向に沿って見た長さを、ズレ止め用突起４０の高さＨとする。本実施形態において、ズレ止め用突起４０の高さＨは、ズレ止め用突起４０の先端４０ａから根元４０ｂまでの、芯材１０の幅方向に沿った長さである。例えば、ズレ止め用突起４０の高さＨは、２０ｍｍ以下である。ズレ止め用突起４０の高さＨが２０ｍｍを超えると、ズレ止め用突起４０の根元４０ｂにおける応力集中が増加する。

図４に示されるように、補剛部材２０の、芯材１０の幅方向に沿った長さを、補剛部材２０の幅Ｗｈとする。ズレ止め用突起４０の高さＨは、補剛部材２０の幅Ｗｈより、短い。
また、上述のように、幅変化部１３の幅は、広幅部１２側から狭幅部１１側に向かうに連れ、狭くなる。幅変化部１３の狭くなる幅をＷｃ３とする。ズレ止め用突起４０の高さＨは、幅変化部１３の狭くなる幅Ｗｃ３より、短い。すなわち、広幅部１２における幅方向の側面は、ズレ止め用突起４０の先端４０ａよりも、幅方向外側に位置している。

図４に示されるように、第１ズレ止め用突起４１の先端４０ａから第２ズレ止め用突起４２の先端４０ａまでの、芯材１０の幅方向に沿った長さを、先端間長さＷｐとする。先端間長さＷｐは、広幅部１２の幅Ｗｃ２（すなわち、芯材１０の両端部それぞれの幅）より、短い。

以上説明したように、本実施形態に係る座屈拘束ブレース１は、芯材１０と、芯材１０の外周を覆う拘束部材３０と、芯材１０と拘束部材３０との間に充填され、且つ、芯材１０を覆う充填剤３１と、を備える。芯材１０の中央部には、芯材１０のズレ止めのためのズレ止め用突起４０が設けられている。ズレ止め用突起４０は、充填剤３１により覆われている。ズレ止め用突起４０の幅は、ズレ止め用突起４０の先端４０ａからズレ止め用突起４０の根元４０ｂに向かうに連れ、大きくなる。

座屈拘束ブレース１の製造誤差や、座屈拘束ブレース１の自重の影響等により、芯材１０に長手方向の圧縮力や引張力が加わったときの芯材１０の長手方向の変位が、芯材１０における長手方向の一方側と他方側とで非対称となる可能性がある。ズレ止め用突起４０が設けられることにより、芯材１０の中央部における、充填剤３１に対する芯材１０のズレが防止される。この結果、芯材１０に長手方向の圧縮力が加わったときに、芯材１０は、芯材１０の中央部（ズレ止め用突起４０）に向けて縮むことになり、芯材１０の長手方向の変位を、芯材１０における長手方向の一方側と他方側とで対称とすることができる。

また、ズレ止め用突起４０の幅を、ズレ止め用突起４０の先端４０ａから根元４０ｂに向かうに連れ、大きくすることで、応力が集中しやすい根元４０ｂを相対的に太くできるので、根元４０ｂにおいて応力が分散されて亀裂が生じ難くなる。したがって、根元４０ｂを起点とする亀裂の発生を抑制し、これに起因する芯材１０の破断を抑制することができ、繰り返しの地震に対する芯材１０の疲労特性を改善することができる。

また、先端４０ａは、芯材１０の長手方向と平行な直線状部４０ａ１を含む。
ズレ止め用突起４０は、鋼板から切り出されて形成される。先端４０ａが直線状部４０ａ１を含むことで、鋼材からの板取り効率が向上するため、材料の歩留まりを向上させることができる。

また、ズレ止め用突起４０の側面４０ｃには、曲率中心Ｃが芯材１０及びズレ止め用突起４０の外側にある円弧状部４０ｃ１が設けられている。
側面４０ｃに円弧状部４０ｃ１が設けられることで、根元４０ｂにおける応力集中をより効果的に緩和することができ、ズレ止め用突起４０への応力集中による芯材１０の破断をより効果的に抑制することができる。また、円弧状部の曲率中心が芯材１０及びズレ止め用突起４０の内側にある場合、充填剤３１がズレ止め用突起４０の側面４０ｃで滑ろうとする動きが発生するため、充填剤３１がせん断破壊を起こしやすくなる。円弧状部４０ｃ１の曲率中心Ｃが芯材１０及びズレ止め用突起４０の外側にあることで、内側にある場合に比べて、充填剤３１がズレ止め用突起４０の側面４０ｃで滑ることが抑制され、ズレ止め用突起４０により充填剤３１がせん断破壊されることが抑制される。

また、直線状部４０ａ１の長さＬは、円弧状部４０ｃ１の曲率半径Ｒより、短い。
直線状部４０ａ１の長さＬは、５ｍｍ以上且つ１０ｍｍ以下である。
円弧状部４０ｃ１の曲率半径Ｒは、１５ｍｍ以上且つ４０ｍｍ以下である。
これにより、根元４０ｂにおける応力集中をより効果的に緩和することができ、ズレ止め用突起４０への応力集中による芯材１０の破断をより効果的に抑制することができる。
また、直線状部４０ａ１の長さＬが５ｍｍ以上且つ１０ｍｍ以下である場合、ズレ止め用突起４０の耐力の低下を防止しつつ、根元４０ｂにおける応力集中を緩和することができる。また、直線状部４０ａ１を長く取ることができるため、鋼材からの板取り効率が向上する。
また、円弧状部４０ｃ１の曲率半径Ｒが１５ｍｍ以上且つ４０ｍｍ以下である場合、芯材１０における塑性化領域の長さを確保しつつ、根元４０ｂにおける応力集中を緩和することができる。

また、ズレ止め用突起４０の先端４０ａから根元４０ｂまでの長さであって芯材１０の長手方向に沿って見た長さ（ズレ止め用突起４０の高さＨ）は、２０ｍｍ以下である。
これにより、ズレ止め用突起４０への応力集中をより効果的に緩和することができる。また、ズレ止め用突起４０の先端４０ａから根元４０ｂまでの長さを２０ｍｍ以下とすることで、鋼材からの板取り効率の低下を防止できる。

また、ズレ止め用突起４０は、芯材１０の幅方向の両側であって芯材１０の中央部の両側それぞれに設けられている。幅方向の長さであってそれぞれに設けられるズレ止め用突起４０の一方の先端４０ａから他方の先端４０ａまでの長さ（先端間長さＷｐ）は、芯材１０の両端部それぞれの幅（広幅部１２のＷｃ２）より、短い。
芯材１０及びズレ止め用突起４０は、鋼板から切り出されて形成される。幅方向の長さであってそれぞれに設けられるズレ止め用突起４０の一方の先端４０ａから他方の先端４０ａまでの長さが、芯材１０の両端部それぞれの幅より、短いことで、鋼材からの板取り効率が向上するため、材料の歩留まりを向上させることができる。

また、座屈拘束ブレース１は、芯材１０から、芯材１０の板厚方向に沿って、延びる補剛部材２０、を更に備える。ズレ止め用突起４０の先端４０ａから根元４０ｂまでの長さであって芯材１０の長手方向に沿って見た長さ（ズレ止め用突起４０の高さＨ）は、補剛部材２０の幅Ｗｈであって芯材１０の幅方向に沿った幅より、短い。
これにより、鋼材からの板取り効率が向上するため、材料の歩留まりを向上させることができる。

また、芯材１０は、幅が、芯材１０の中央に向かうに連れ、狭くなる幅変化部１３を備える。ズレ止め用突起４０の先端４０ａから根元４０ｂまでの長さであって芯材１０の長手方向に沿って見た長さ（ズレ止め用突起４０の高さＨ）は、幅変化部１３の狭くなる幅Ｗｃ３より、短い。
これにより、鋼材からの板取り効率が向上するため、材料の歩留まりを向上させることができる。

また、座屈拘束ブレース１は、芯材１０の一部を覆うアンボンド材３２、を更に備える。ズレ止め用突起４０は、アンボンド材３２により覆われない。
これにより、ズレ止め用突起４０によって、芯材１０の中央部における、充填剤３１に対する芯材１０のズレをより効果的に防止できる。

また、ズレ止め用突起４０は、芯材１０の幅方向の両側であって芯材１０の中央部の両側それぞれに設けられており、且つ、幅方向に沿って見て、同じ位置にそれぞれ設けられる。
これにより、芯材１０の幅方向の両側から、ズレ止め用突起４０によって、充填剤３１に対する芯材１０のズレを防止することができる。

以下、実施例及び比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

ズレ止め用突起４０の形状（直線状部４０ａ１の長さＬ、ズレ止め用突起４０の高さＨ、及び円弧状部４０ｃ１の曲率半径Ｒ）を異ならせた場合の、極低サイクル疲労（ｕｌｔｒａ－ｌｏｗ ｃｙｃｌｅ ｆａｔｉｇｕｅ（ＵＬＣＦ））に対するズレ止め用突起４０の累積損傷の低減効果を検証するための有限要素解析を行った。

表１に、実施例１～３及び比較例１～３における、直線状部４０ａ１の長さＬ、ズレ止め用突起４０の高さＨ、及び円弧状部４０ｃ１の曲率半径Ｒの寸法と、ズレ止め用突起４０の累積損傷（ＵＬＣＦ ｄａｍａｇｅ）の解析結果を示す。なお、実施例１～３及び比較例１～３のいずれにおいても、ズレ止め用突起４０の厚さは２５ｍｍとした。また、実施例１～３及び比較例１～３のいずれにおいても、ズレ止め用突起４０は、芯材１０と一体成形される（すなわち、ズレ止め用突起４０と芯材１０とは溶接されていない）ものとした。表１において、ズレ止め用突起４０の累積損傷（ＵＬＣＦ ｄａｍａｇｅ）は、比較例１を基準として示した。すなわち、ズレ止め用突起４０の累積損傷（ＵＬＣＦ ｄａｍａｇｅ）の値が小さいほど、比較例１に比べて、ズレ止め用突起４０の累積損傷が低減していることを示す。

表１に示されるように、直線状部４０ａ１の長さＬが５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である場合には、比較例１を基準としたズレ止め用突起４０の累積損傷が２４％以上低減しており、すなわち、ズレ止め用突起４０の累積損傷が著しく低減していることが分かる。直線状部４０ａ１の長さＬが５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である場合には、根元４０ｂにおける応力集中を効果的に緩和できており、したがってズレ止め用突起４０の累積損傷が著しく低減したことが分かる。また、実施例２と実施例３とを比較すると、いずれの場合においてもズレ止め用突起４０の累積損傷が著しく低減しているが、円弧状部４０ｃ１の曲率半径Ｒが１５ｍｍであるとき、ズレ止め用突起４０の累積損傷がより顕著に低減していることが分かる。

＜第２実施形態＞
次に、図５及び６を参照し、本発明の第２実施形態に係る座屈拘束ブレース１Ａを説明する。本実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
図５は、座屈拘束ブレース１Ａを、芯材１０の板厚方向に沿って見た図である。図６は、座屈拘束ブレース１Ａを、芯材１０の幅方向に沿って見た図である。

本実施形態では、座屈拘束ブレース１Ａは、ズレ止め用突起４０の代わりに、ズレ止め用突起５０を有する。
図５及び図６に示されるように、ズレ止め用突起５０は、芯材１０の板厚方向の両側それぞれに設けられている。ズレ止め用突起５０は、芯材１０における表裏面（すなわち、芯材１０における板厚方向を向く面）から、板厚方向外側に突出する。ズレ止め用突起５０は、芯材１０における長手方向の中央部、且つ幅方向の中央部に配置される。ズレ止め用突起５０は、芯材１０に、溶接により接合される。

ズレ止め用突起５０は、芯材１０の板厚方向の一方側に設けられる第１ズレ止め用突起５１と、芯材１０の板厚方向の他方側に設けられる第２ズレ止め用突起５２と、を含む。第１ズレ止め用突起５１と、第２ズレ止め用突起５２とは、その長手方向の位置が一致するよう配置される。第１ズレ止め用突起５１と、第２ズレ止め用突起５２とは、同一形状である。

ズレ止め用突起５０は、ズレ止め用突起４０と同様の形状を有する。すなわち、ズレ止め用突起５０は、先端と、根元と、先端と根元とを接続する一対の側面と、を有する。根元は、ズレ止め用突起５０における、芯材１０と接続される部分（本実施形態では、芯材１０に溶接される部分）であり、先端は、根元と反対側の部分である。先端は、ズレ止め用突起５０における板厚方向の外側に位置しており、根元は、ズレ止め用突起５０における板厚方向の内側に位置している。側面は、ズレ止め用突起５０における長手方向を向く面である。
ズレ止め用突起５０の幅は、先端から根元に向かうに連れ、大きくなる。ズレ止め用突起５０の先端は、芯材１０の長手方向と平行な直線状部を含む。ズレ止め用突起５０の側面には、曲率中心が芯材１０及びズレ止め用突起５０の外側にある円弧状部が設けられている。

以上説明したように、本実施形態に係る座屈拘束ブレース１Ａでは、ズレ止め用突起５０は、芯材１０の板厚方向の両側であって芯材１０の中央部の両側それぞれに溶接されることで、上記両側それぞれに設けられる。

本実施形態に係る座屈拘束ブレース１Ａは、第１実施形態に係る座屈拘束ブレース１と同様の効果を奏することが可能である。
すなわち、ズレ止め用突起５０の幅を、ズレ止め用突起５０の先端から根元に向かうに連れ、大きくすることで、応力が集中しやすいズレ止め用突起５０の根元を相対的に太くできるので、ズレ止め用突起５０の根元において応力が分散されて亀裂が生じ難くなる。したがって、ズレ止め用突起５０の根元を起点とする亀裂の発生を抑制し、これに起因する芯材１０の破断を抑制することができ、繰り返しの地震に対する芯材１０の疲労特性を改善することができる。
また、ズレ止め用突起５０を、溶接により芯材１０の板厚方向の両側に設けることができる。

＜第３実施形態＞
次に、図７及び８を参照し、本発明の第３実施形態に係る座屈拘束ブレース１Ｂを説明する。本実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。

本実施形態では、座屈拘束ブレース１Ｂは、芯材１０及び補剛部材２０の代わりに、断面の形状が十字状の芯材６０を有する。また、座屈拘束ブレース１Ｂは、ズレ止め用突起４０の代わりに、ズレ止め用突起７０を有する。

芯材６０は、第１芯材板部６１、第２芯材板部６２、第３芯材板部６３、及び、第４芯材板部６４、を有する。第１芯材板部６１、第２芯材板部６２、第３芯材板部６３、及び、第４芯材板部６４は、十字状を形成するように配置される。すなわち、第１芯材板部６１及び第２芯材板部６２は、同一面内に配置される。第３芯材板部６３及び第４芯材板部６４は、同一面内に配置される。第１芯材板部６１及び第２芯材板部６２と、第３芯材板部６３及び第４芯材板部６４とは、互いに直交するよう配置される。第１～第４芯材板部６１～６４はそれぞれ、長手方向の中央に位置する狭幅部１１と、長手方向の両端に位置する広幅部１２と、広幅部１２と狭幅部１１との境界領域である幅変化部１３と、を有する。
例えば、第１芯材板部６１及び第２芯材板部６２を単一の鋼板により形成し、この鋼板の表裏面に、別の鋼板からなる第３芯材板部６３及び第４芯材板部６４をそれぞれ溶接により接合することで、芯材６０を形成してもよい。

ズレ止め用突起７０は、第１芯材板部６１及び第２芯材板部６２と、第３芯材板部６３及び第４芯材板部６４と、の両方に設けられる。すなわち、ズレ止め用突起７０は、第１芯材板部６１に設けられる第１ズレ止め用突起７１と、第２芯材板部６２に設けられる第２ズレ止め用突起７２と、第３芯材板部６３に設けられる第３ズレ止め用突起７３と、第４芯材板部６４に設けられる第４ズレ止め用突起７４と、を含む。第１～第４ズレ止め用突起７１～７４はそれぞれ、第１～第４芯材板部６１～６４と一体形成されている。

第１～第４ズレ止め用突起７１～７４はそれぞれ、第１～第４芯材板部６１～６４における長手方向の中央部に設けられる。第１～第４ズレ止め用突起７１～７４はそれぞれ、第１～第４芯材板部６１～６４における幅方向の側面から、幅方向外側に突出する。第１～第４ズレ止め用突起７１～７４は、その長手方向の位置が一致するよう配置される。第１～第４ズレ止め用突起７１～７４は、同一形状である。

なお、ズレ止め用突起７０は、第１芯材板部６１及び第２芯材板部６２と、第３芯材板部６３及び第４芯材板部６４と、のいずれか一方のみに設けられてもよい。すなわち、ズレ止め用突起７０は、第１ズレ止め用突起７１及び第２ズレ止め用突起７２のみを含んでいてもよい。ズレ止め用突起７０は、第３ズレ止め用突起７３及び第４ズレ止め用突起７４のみを含んでいてもよい。

ズレ止め用突起７０は、ズレ止め用突起４０と同様の形状を有する。すなわち、ズレ止め用突起７０は、先端と、根元と、先端と根元とを接続する一対の側面と、を有する。根元は、ズレ止め用突起７０における、芯材６０と接続される部分であり、先端は、根元と反対側の部分である。側面は、ズレ止め用突起７０における長手方向を向く面である。
ズレ止め用突起７０の幅は、先端から根元に向かうに連れ、大きくなる。ズレ止め用突起７０の先端は、芯材６０の長手方向と平行な直線状部を含む。ズレ止め用突起７０の側面には、曲率中心が芯材６０及びズレ止め用突起７０の外側にある円弧状部が設けられている。

以上説明したように、本実施形態に係る座屈拘束ブレース１Ｂでは、芯材６０は、断面の形状が十字状である。芯材６０は、断面十字状を形成するように配置される、第１芯材板部６１、第２芯材板部６２、第３芯材板部６３、及び、第４芯材板部６４、を有する。第１芯材板部６１及び第２芯材板部６２は、同一面内に配置され、第３芯材板部６３及び第４芯材板部６４は、同一面内に配置される。ズレ止め用突起７０は、第１芯材板部６１及び第２芯材板部６２と、第３芯材板部６３及び第４芯材板部６４と、の一方又は両方に設けられる。

本実施形態に係る座屈拘束ブレース１Ｂは、第１実施形態に係る座屈拘束ブレース１と同様の効果を奏することが可能である。
すなわち、ズレ止め用突起７０の幅を、ズレ止め用突起７０の先端から根元に向かうに連れ、大きくすることで、応力が集中しやすいズレ止め用突起７０の根元を相対的に太くできるので、ズレ止め用突起７０の根元において応力が分散されて亀裂が生じ難くなる。したがって、ズレ止め用突起７０の根元を起点とする亀裂の発生を抑制し、これに起因する芯材６０の破断を抑制することができ、繰り返しの地震に対する芯材６０の疲労特性を改善することができる。
また、芯材６０は、断面十字状を形成するように配置される、第１芯材板部６１、第２芯材板部６２、第３芯材板部６３、及び、第４芯材板部６４、を有するため、単一の鋼板により芯材を形成する場合と比べて、芯材６０の降伏耐力を向上させることができる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上記実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。

例えば、第１実施形態または第２実施形態において、複数の芯材１０が互いに平行に設けられていてもよい。この場合、複数の芯材１０のそれぞれに、ズレ止め用突起４０、５０が設けられる。
第３実施形態において、複数の第１芯材板部６１及び複数の第２芯材板部６２が互いに平行に設けられていてもよい。この場合、複数の第１芯材板部６１及び複数の第２芯材板部６２のそれぞれに、ズレ止め用突起７０が設けられる。複数の第３芯材板部６３及び複数の第４芯材板部６４が互いに平行に設けられていてもよい。この場合、複数の第３芯材板部６３及び複数の第４芯材板部６４のそれぞれに、ズレ止め用突起７０が設けられる。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１、１Ａ、１Ｂ 座屈拘束ブレース
１０、６０ 芯材
１１ 狭幅部
１２ 広幅部
１３ 幅変化部
２０ 補剛部材
３０ 拘束部材
３１ 充填剤
３２ アンボンド材
４０、５０、７０ ズレ止め用突起
４０ａ 先端
４０ａ１ 直線状部
４０ｂ 根元
４０ｃ 側面
４０ｃ１ 円弧状部
６１ 第１芯材板部
６２ 第２芯材板部
６３ 第３芯材板部
６４ 第４芯材板部

Claims (14)

1. 芯材と、
   前記芯材の外周を覆う拘束部材と、
   前記芯材と前記拘束部材との間に充填され、且つ、前記芯材を覆う充填剤と、
   を備え、構造物に取り付けられる座屈拘束ブレースであって、
   前記芯材の中央部には、前記芯材のズレ止めのためのズレ止め用突起が設けられており、
   前記ズレ止め用突起は、少なくともその先端が前記充填剤により覆われ、
   前記ズレ止め用突起の幅は、前記先端から前記ズレ止め用突起の根元に向かうに連れ、大きくなる、
   ことを特徴とする座屈拘束ブレース。
2. 前記先端は、前記芯材の長手方向と平行な直線状部を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の座屈拘束ブレース。
3. 前記ズレ止め用突起の側面には、曲率中心が前記芯材及び前記ズレ止め用突起の外側にある円弧状部が設けられている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の座屈拘束ブレース。
4. 前記直線状部の長さは、前記円弧状部の曲率半径より、短い、
   ことを特徴とする請求項３に記載の座屈拘束ブレース。
5. 前記直線状部の長さは、５ｍｍ以上且つ１０ｍｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項４に記載の座屈拘束ブレース。
6. 前記円弧状部の曲率半径は、１５ｍｍ以上且つ４０ｍｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項５に記載の座屈拘束ブレース。
7. 前記ズレ止め用突起の前記先端から前記根元までの長さであって前記芯材の長手方向に沿って見た長さは、２０ｍｍ以下である、
   ことを特徴する請求項６に記載の座屈拘束ブレース。
8. 前記ズレ止め用突起は、前記芯材の幅方向の両側であって前記芯材の中央部の両側それぞれに設けられており、
   前記幅方向の長さであって前記それぞれに設けられる前記ズレ止め用突起の一方の前記先端から他方の前記先端までの長さは、前記芯材の両端部それぞれの幅より、短い、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレース。
9. 前記芯材から、前記芯材の板厚方向に沿って、延びる補剛部材、
   を更に備え、
   前記ズレ止め用突起の前記先端から前記根元までの長さであって前記芯材の長手方向に沿って見た長さは、前記補剛部材の幅であって前記芯材の幅方向に沿った幅より、短い、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレース。
10. 前記芯材は、幅が、前記芯材の中央に向かうに連れ、狭くなる幅変化部、
    を備え、
    前記ズレ止め用突起の前記先端から前記根元までの長さであって前記芯材の長手方向に沿って見た長さは、前記幅変化部の狭くなる幅より、短い、
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレース。
11. 前記芯材の一部を覆うアンボンド材、
    を更に備え、
    前記ズレ止め用突起は、前記アンボンド材により覆われない、
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレース。
12. 前記芯材は、断面の形状が十字状であり、
    前記芯材は、前記十字状を形成するように配置される、第１芯材板部、第２芯材板部、第３芯材板部、及び、第４芯材板部、を有し、
    前記第１芯材板部及び前記第２芯材板部は、同一面内に配置され、
    前記第３芯材板部及び前記第４芯材板部は、同一面内に配置され、
    前記ズレ止め用突起は、前記第１芯材板部及び前記第２芯材板部と、前記第３芯材板部及び前記第４芯材板部と、の一方又は両方に設けられる、
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレース。
13. 前記ズレ止め用突起は、前記芯材の幅方向の両側であって前記芯材の中央部の両側それぞれに設けられており、且つ、前記幅方向に沿って見て、同じ位置にそれぞれ設けられる、
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレース。
14. 前記ズレ止め用突起は、前記芯材の板厚方向の両側であって前記芯材の中央部の両側それぞれに溶接されることで、前記両側それぞれに設けられる、
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の座屈拘束ブレース。

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