JP7336610B1 - 座屈拘束ブレース - Google Patents

Abstract

【課題】塑性化部の端部における応力集中を回避しつつ、塑性化部の長さを確保して、芯材の破断までのエネルギー吸収能力を向上させること。【解決手段】座屈拘束ブレースは、芯材と、管体とを備え、芯材は、主芯材と、副芯材とを備え、芯材の接続部は、主芯材の端部で構成される主接続部と、副芯材の端部で構成される副接続部とを備え、主芯材は塑性化部の板幅よりも大きな板幅に変化して主接続部に連続する一対の主拡幅部を備え、副芯材は副接続部に向かい板幅が大きくなるよう板幅が変化する副拡幅部を備え、主拡幅部と塑性化部との境界である主芯材応力集中位置と、副拡幅部の塑性化部側の端部の長手方向における位置である副芯材応力集中位置とが、長手方向で副芯材応力集中位置が主芯材応力集中位置よりも外方に位置するように異なる位置に設定され、かつ、主芯材応力集中位置と副芯材応力集中位置との離間距離が塑性化部の板幅よりも短い。【選択図】図３

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材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には、主芯材と、主芯材の両面に沿って配置される一対の拘束部材と、を備える座屈拘束ブレースが開示される。また、主芯材における長手方向の両端部には、補強のためのリブ（副芯材）が設けられている。

特開２０１２－２２９５７２号公報

座屈拘束ブレースの主芯材は、長手方向の中央に設けられる塑性化部と、長手方向の端部に設けられる主接続部と、塑性化部と主接続部との間に設けられる主拡幅部と、を有する。主拡幅部の板幅は、塑性化部側から主接続部側に向かうに連れ、大きくなっており、塑性化部と主拡幅部との境界には、芯材に引張軸力が作用した場合に応力が集中しやすい。また、リブの端部にも、芯材に引張軸力が作用した場合に応力が集中しやすい。芯材に引張軸力が作用した場合に塑性化部の端部に応力が集中すると、塑性化部の中央部分で変形能にまだ余裕があるような比較的低い軸力が芯材に作用した場合であっても、塑性化部の端部が破断してしまう可能性がある。塑性化部の端部に応力が集中することを抑制するために、リブの端部を、塑性化部と主拡幅部との境界から長手方向で離間させて配置することが考えられる。

一方で、構造物に対する座屈拘束ブレースの取付強度を確保するために、主接続部およびリブには、ある程度の長さが必要となる。塑性化部と主拡幅部との境界からリブの端部が離間するほど、芯材に占める塑性化部の長さが短くなる。特許文献１では、塑性化部と主拡幅部との境界と、リブの端部との離間距離が大きく、芯材に占める塑性化部の長さが制限され、芯材の破断までのエネルギー吸収能力が低下してしまう。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、塑性化部の端部における応力集中を回避しつつ、塑性化部の長さを確保して、芯材の破断までのエネルギー吸収能力を向上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、両端に接続部を備えた長尺状の芯材と、前記接続部の双方が突出した状態で前記芯材が挿通された管体と、を備え、前記芯材は、長手方向の中央部に塑性化部が配置されている板状の主芯材と、前記主芯材の長手方向の少なくとも両端に配置されかつ前記主芯材の板幅方向の中央において前記主芯材に直交する姿勢で接合される板状の副芯材と、を備え、前記接続部は、前記主芯材の端部で構成される主接続部と、前記副芯材の端部で構成される副接続部と、を備える座屈拘束ブレースであって、前記主芯材は、前記塑性化部の両端部に隣接して配置され前記塑性化部の板幅よりも大きな板幅に変化して前記主接続部に連続する一対の主拡幅部を備え、前記副芯材は、前記副接続部に連続する位置に設けられ、前記副接続部に向かい板幅が大きくなるよう板幅が変化する副拡幅部を備え、前記主拡幅部と前記塑性化部との境界である主芯材応力集中位置と、前記副拡幅部の前記塑性化部側の端部の長手方向における位置である副芯材応力集中位置とが、長手方向で前記副芯材応力集中位置が前記主芯材応力集中位置よりも外方に位置するように異なる位置に設定され、かつ、前記主芯材応力集中位置と前記副芯材応力集中位置との離間距離が前記塑性化部の板幅よりも短い。

主拡幅部と塑性化部との境界である主芯材応力集中位置は、主芯材において、芯材に引張軸力が作用した場合に応力が集中する位置である。副拡幅部の塑性化部側の端部の長手方向における位置である副芯材応力集中位置は、副芯材において、芯材に引張軸力が作用した場合に応力が集中する位置である。主芯材応力集中位置と、副芯材応力集中位置とを、長手方向で異なる位置に設定することで、塑性化部の端部に応力が集中することを防止することができる。この結果、塑性化部の全体が塑性化する前に、塑性化部の端部が破断することが防止できる。また、主芯材応力集中位置と副芯材応力集中位置との離間距離を塑性化部の板幅よりも短くすることで、芯材に占める塑性化部の長手方向の長さを確保することができ、芯材の破断までのエネルギー吸収能力を向上させることができる。
以上より、上記一態様に係る座屈拘束ブレースによれば、塑性化部の端部における応力集中を回避しつつ、塑性化部の長さを確保して、芯材の破断までのエネルギー吸収能力を向上させることができる。

＜２＞上記＜１＞に係る座屈拘束ブレースでは、前記主芯材と前記副芯材とを接合する溶接部、をさらに備え、前記副芯材は、長手方向で前記塑性化部と重複する部分を有し、前記溶接部は、長手方向で分散して配置された複数の部分溶接部を有し、前記複数の部分溶接部のうち長手方向で前記主芯材応力集中位置が位置する特定部分溶接部は、前記主芯材応力集中位置の長手方向の両側に延在するように配置されている、構成を採用してもよい。

溶接部の端部には応力が集中しやすいが、特定部分溶接部を、主芯材応力集中位置の長手方向の両側に延在するように配置することで、主芯材応力集中位置（すなわち、塑性化部の端部）への応力集中の発生を防止することができる。また、特定部分溶接部を、主芯材応力集中位置の長手方向の両側に延在するように配置することで、主芯材応力集中位置における、芯材の断面二次モーメントを向上させることができ、塑性化部の端部が破断することをより効果的に防止することができる。

＜３＞上記＜１＞に係る座屈拘束ブレースでは、前記主芯材と前記副芯材とを接合する溶接部、をさらに備え、前記副芯材は、長手方向で前記塑性化部と重複する部分を有さず、前記溶接部は、前記副拡幅部の前記塑性化部側の端部を囲うように配置された回し溶接部を有し、前記回し溶接部の熱影響部は、長手方向で前記塑性化部から前記接続部側に離間している、構成を採用してもよい。

これにより、回し溶接部を形成するときの熱の影響を、塑性化部が受けることが防止される。したがって、回し溶接部を形成するときの熱の影響による、塑性化部の強度の低下が防止でき、塑性化部の端部の破断をより効果的に防止することができる。

＜４＞上記＜１＞～＜３＞のいずれか一つに係る座屈拘束ブレースでは、前記主芯材応力集中位置における前記主芯材の板幅をＬ１とし、前記副芯材応力集中位置における前記主芯材の板幅をＬ２としたとき、Ｌ１×１．２＜Ｌ２である、構成を採用してもよい。

主芯材応力集中位置における主芯材の板幅Ｌ１と、副芯材応力集中位置における主芯材の板幅Ｌ２とを上記を満たすよう設定することで、主芯材に塑性化部が塑性化する軸力が作用した場合であっても、主接続部については弾性領域を保つことができる。

＜５＞上記＜１＞～＜４＞のいずれか一つに係る座屈拘束ブレースでは、前記主芯材応力集中位置における前記主芯材の板幅をＬ１とし、前記主芯材応力集中位置における前記主芯材の板幅方向の両端を、前記副芯材応力集中位置を経由して結ぶ屈曲線の長さをＬ３としたとき、１．２≦Ｌ３／Ｌ１≦１．４である、構成を採用してもよい。
ただし、Ｌ３は、以下の長さｌ１とｌ２とｌ３との合計である。
ｌ１：前記主芯材の板厚方向に沿って見て、前記主芯材応力集中位置における前記主芯材の板幅方向の一方側の端と、前記副芯材応力集中位置における前記副芯材の、前記主芯材の板幅方向における一方側の端とを結ぶ直線の長さ
ｌ２：前記主芯材の板厚方向に沿って見て、前記副芯材応力集中位置における前記副芯材の、前記主芯材の板幅方向における一方側の端と他方の端とを結ぶ直線の長さ
ｌ３：前記主芯材の板厚方向に沿って見て、前記副芯材応力集中位置における前記副芯材の、前記主芯材の板幅方向における他方側の端と、前記主芯材応力集中位置における前記主芯材の板幅方向の他方側の端とを結ぶ直線の長さ

＜６＞上記＜１＞～＜５＞のいずれか一つに係る座屈拘束ブレースでは、前記主芯材応力集中位置における前記主芯材の板幅方向の一方側の端と他方側の端とを通る直線と、前記主芯材応力集中位置における前記主芯材の板幅方向の一方側の端と前記副芯材応力集中位置における前記副芯材の、前記主芯材の板幅方向における一方側の端とのなす角をθとしたとき、３０°＜θ＜４５°である、構成を採用してもよい。

これにより、主芯材応力集中位置と副芯材応力集中位置との離間距離の確保（すなわち、塑性化部の端部への応力集中の防止）と、芯材に占める塑性化部の長さの確保との双方を、より確実に両立させることができる。また、主芯材に塑性化部が塑性化する軸力が作用した場合であっても、主接続部については弾性領域を保つことができる。

本発明によれば、塑性化部の端部における応力集中を回避しつつ、塑性化部の長さを確保して、芯材の破断までのエネルギー吸収能力を向上させることができる。

第１実施形態に係る座屈拘束ブレースを、主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、主芯材の板幅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、主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、主芯材の板幅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の部分拡大図である。

＜第１実施形態＞
以下、図１～３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２と、管体３０（拘束部材）と、充填材３１と、アンボンド材３２と、を備える。

芯材２は、長手方向に延びる。芯材２における長手方向の端部は、構造物と接続される接続部２ａである。すなわち、芯材２は、長手方向の両端部にそれぞれ位置する一対の接続部２ａを有する。座屈拘束ブレース１は、一対の接続部２ａが構造物に接続されることで、構造物に取り付けられる。

芯材２は、主芯材１０と、副芯材２０と、を備える。主芯材１０は、鋼板により構成された平板である。主芯材１０は、長手方向に延びる。副芯材２０は、鋼板により構成された板状の部材である。副芯材２０は、主芯材１０における長手方向の少なくとも両端に設けられる。副芯材２０は、主芯材１０と直交するよう設けられる。副芯材２０は、主芯材１０を補強し、主芯材１０が板厚方向に折れ曲がることを防ぐ。
以下、座屈拘束ブレース１における各方向について説明する際、芯材２（主芯材１０）の長手方向を、第１方向Ｄ１と呼称する。主芯材１０の板幅方向を、第２方向Ｄ２と呼称する。すなわち、第２方向Ｄ２は、副芯材２０の板厚方向でもある。主芯材１０の板厚方向を、第３方向Ｄ３と呼称する。すなわち、第３方向Ｄ３は、副芯材２０の板幅方向でもある。第１方向Ｄ１と、第２方向Ｄ２と、第３方向Ｄ３とは、互いに直交する。また、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３について、芯材２に向かう側を内側、芯材２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、第３方向Ｄ３に沿って見た図である。図２は、座屈拘束ブレース１を、第２方向Ｄ２に沿って見た図である。図３は、図１の部分拡大図である。
図１に示されるように、主芯材１０は、塑性化部１１と、一対の主接続部１２と、一対の主拡幅部１３と、を備えている。

塑性化部１１は、主芯材１０における第１方向Ｄ１の中央に位置している。塑性化部１１の断面形状は、第１方向Ｄ１において一定である。
一対の主接続部１２は、主芯材１０における第１方向Ｄ１の両端部にそれぞれ位置している。すなわち、主接続部１２は、主芯材１０における第１方向Ｄ１の端部で構成される。

主接続部１２の板幅（主接続部１２の第２方向Ｄ２の長さ）は、塑性化部１１の板幅（塑性化部１１の第２方向Ｄ２の長さ）よりも大きい。また、塑性化部１１の第１方向Ｄ１の長さは、主接続部１２の第１方向Ｄ１の長さよりも長い。
主芯材１０における第１方向Ｄ１の中央が塑性化部１１であり、第１方向Ｄ１の端部が主接続部１２であることで、主芯材１０における第１方向Ｄ１の中央（すなわち、塑性化部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、主芯材１０における第１方向Ｄ１の両端部（すなわち、主接続部１２）は、弾性領域を保つ。

主拡幅部１３は、塑性化部１１と主接続部１２との間に配置される。すなわち、一対の主拡幅部１３は、塑性化部１１における第１方向Ｄ１の両端部に隣接して配置され、一対の主接続部１２にそれぞれ連続する。
主拡幅部１３の板幅（主拡幅部１３の第２方向Ｄ２の長さ）は、第１方向Ｄ１に沿って変化する。主拡幅部１３の板幅は、塑性化部１１側から主接続部１２側に向かうに連れ、大きくなる。主拡幅部１３は、主芯材１０において、第１方向Ｄ１に垂直な断面形状が変化する部分である。

図３に示されるように、主拡幅部１３と塑性化部１１との境界を、主芯材応力集中位置Ｐ１という。主芯材応力集中位置Ｐ１における主芯材１０の第２方向Ｄ２の一方側の端を、端ｐ１１といい、主芯材応力集中位置Ｐ１における主芯材１０の第２方向Ｄ２の他方側の端を、端ｐ１２という。主芯材応力集中位置Ｐ１は、主芯材１０において、第１方向Ｄ１に垂直な断面形状が変化し始める位置であり、芯材２に引張軸力が作用した場合に応力が集中しやすい位置である。

塑性化部１１における第１方向Ｄ１の中央には、ズレ止め用突起１６が設けられる。一対のズレ止め用突起１６が、塑性化部１１における第２方向Ｄ２の両側面から、第２方向Ｄ２の外側にそれぞれ突出するよう設けられる。

副芯材２０は、主芯材１０における第１方向Ｄ１の少なくとも両端に設けられる。本実施形態では、副芯材２０は、主芯材１０の一対の主接続部１２に設けられ、第１方向Ｄ１で塑性化部１１と重複する部分を有さない。

副芯材２０は、主芯材１０における表裏面（すなわち、第３方向Ｄ３を向く面）に設けられる。副芯材２０は、主芯材１０における第２方向Ｄ２の中央に設けられる。副芯材２０は、主芯材１０と直交するよう設けられる。すなわち、主芯材１０及び副芯材２０は、断面十字状を呈している。
副芯材２０は、主芯材１０における第２方向Ｄ２の中央において、主芯材１０に直交する姿勢で接合される。副芯材２０は、主芯材１０に溶接により接合される。

図２に示されるように、副芯材２０は、副拡幅部２１と、副接続部２２と、を備えている。
副接続部２２は、副芯材２０における第１方向Ｄ１の外側の端部で構成される。
副拡幅部２１は、副芯材２０よりも、第１方向Ｄ１の内側に位置している。副拡幅部２１は、副接続部２２に、第１方向Ｄ１の内側から連続する。副拡幅部２１は、主拡幅部１３よりも、第１方向Ｄ１の外側に位置する。図２および図３に示されるように、副拡幅部２１は、第１方向Ｄ１の内側（塑性化部１１側）の端部である内側端部２１ａ（端部）を有する。

副拡幅部２１の板幅（副拡幅部２１の第３方向Ｄ３の長さ）は、第１方向Ｄ１に沿って変化する。副拡幅部２１の板幅は、内側端部２１ａから、副接続部２２側に向かうに連れ、大きくなる。副拡幅部２１は、副芯材２０において、第１方向Ｄ１に垂直な断面形状が変化する部分である。

図３に示されるように、副拡幅部２１の内側端部２１ａの第１方向Ｄ１における位置を、副芯材応力集中位置Ｐ２という。副芯材応力集中位置Ｐ２における副芯材２０の第２方向Ｄ２の一方側の端（すなわち、内側端部２１ａにおける第２方向Ｄ２の一方側の端）を、端ｐ２１という。副芯材応力集中位置Ｐ２における副芯材２０の第２方向Ｄ２の他方側の端（すなわち、内側端部２１ａにおける第２方向Ｄ２の他方側の端）を、端ｐ２２という。副芯材応力集中位置Ｐ２は、副芯材２０において、第１方向Ｄ１に垂直な断面形状が変化し始める位置であり、芯材２に引張軸力が作用した場合に応力が集中しやすい位置である。

芯材２の接続部２ａは、主芯材１０の主接続部１２と、副芯材２０の副接続部２２と、により構成される。主接続部１２及び副接続部２２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。

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

管体３０は、芯材２の外周を覆う。管体３０の第１方向Ｄ１の長さは、芯材２全体の第１方向Ｄ１の長さよりも短い。したがって、芯材２の一対の接続部２ａは、管体３０から外側に突出している。なお、接続部２ａの一部が管体３０から外側に突出していてもよく、接続部２ａの全体が管体３０から外側に突出していてもよい。

充填材３１は、芯材２と管体３０との間に充填される。例えば、充填材３１の材質は、コンクリートやモルタルである。管体３０の端部から充填材３１が漏れ出ることを防止するために、管体３０の両端開口は不図示の蓋により塞がれている。
なお、充填材３１と主拡幅部１３との間には、地震等で芯材２に長手方向の圧縮力が加わったときに充填材３１と主拡幅部１３との干渉を防止するための、不図示のクッション材が設けられていてもよい。充填材３１とズレ止め用突起１６との間には、地震等で芯材２に長手方向の圧縮力が加わったときに充填材３１とズレ止め用突起１６との干渉を防止するための、不図示のクッション材が設けられていてもよい。充填材３１と副拡幅部２１との間には、地震等で芯材２に長手方向の圧縮力が加わったときに充填材３１と副拡幅部２１との干渉を防止するための、不図示のクッション材が設けられていてもよい。これらクッション材は、省略されてもよい。

アンボンド材３２は、芯材２のうち、管体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２と充填材３１との間に設けられる。アンボンド材３２は、芯材２と充填材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２は、充填材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、充填材３１は、芯材２の軸力が管体３０に伝達しないように、芯材２を管体３０に対して第１方向Ｄ１に相対移動可能に保持する。管体３０及び充填材３１により、芯材２の第１方向Ｄ１を除く方向への変形が規制される。

このとき、ズレ止め用突起１６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１６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１６は、充填材３１に対して相対移動不能となる。ズレ止め用突起１６は、主芯材１０の中央部における、主芯材１０の、充填材３１に対する位置ずれを防止する。

主芯材１０と副芯材２０との接合部分には、溶接部３４が形成される。図３に示されるように、溶接部３４は、副拡幅部２１の内側端部２１ａを囲うように配置された回し溶接部３４ａを有する。
ここで、主芯材１０と副芯材２０とを溶接する（すなわち、溶接部３４を形成する）とき、主芯材１０および副芯材２０は熱による影響を受ける。主芯材１０および副芯材２０において、溶接部３４を形成するときに熱の影響を受ける部分を、溶接部３４の熱影響部という。回し溶接部３４ａは、回し溶接部３４ａの熱影響部が、第１方向Ｄ１で塑性化部１１から接続部２ａ側に離間するように、設けられている。

図３を参照して、主芯材応力集中位置Ｐ１および副芯材応力集中位置Ｐ２について詳細に説明する。
副芯材応力集中位置Ｐ２は、主芯材応力集中位置Ｐ１と第１方向Ｄ１において異なる位置に設定される。副芯材応力集中位置Ｐ２は、主芯材応力集中位置Ｐ１よりも第１方向Ｄ１の外側に位置するよう設定される。これにより、塑性化部１１の端部に応力が集中することを防止することができる。

主芯材応力集中位置Ｐ１における主芯材１０の板幅をＬ１とする。なお、板幅Ｌ１は、塑性化部１１の板幅と同等である。
副芯材応力集中位置Ｐ２における主芯材１０の板幅をＬ２とする。なお、本実施形態では、板幅Ｌ２は、主接続部１２の板幅と同等である。
主芯材応力集中位置Ｐ１における主芯材１０の第２方向Ｄ２の両端ｐ１１、ｐ１２を、副芯材応力集中位置Ｐ２を経由して結ぶ屈曲線の長さをＬ３とする。具体的には、第３方向Ｄ３に沿って見て、端ｐ１１と端ｐ２１との距離をｌ１とし、端ｐ２１と端ｐ２２との距離をｌ２とし、端ｐ２２と端ｐ１２との距離をｌ３とする。なお、距離ｌ２は、内側端部２１ａの板厚（内側端部２１ａの第２方向Ｄ２の長さ）と同等である。上記屈曲線の長さＬ３は、距離ｌ１と、距離ｌ２と、距離ｌ３との合計である。
主芯材応力集中位置Ｐ１と副芯材応力集中位置Ｐ２との第１方向Ｄ１における離間距離をＬ４とする。

離間距離Ｌ４は、板幅Ｌ１よりも短い（すなわち、Ｌ４＜Ｌ１）。
板幅Ｌ２は、板幅Ｌ１に１．２を乗じた値よりも大きい（すなわち、Ｌ１×１．２＜Ｌ２）。なお、板幅Ｌ１と板幅Ｌ２との比率は、芯材２の材料の降伏比に基づき、主芯材１０に塑性化部１１が塑性化する軸力が作用した場合であっても、主接続部１２については弾性領域を保つことができるような値に設定される。
板幅Ｌ１に対する、上記屈曲線の長さＬ３の比は、１．２から１．４の範囲内である（すなわち、１．２≦Ｌ３／Ｌ１≦１．４）。なお、板幅Ｌ１と上記屈曲線の長さＬ３との比率は、芯材２の材料の降伏比、および塑性化部１１の端部への応力集中の防止、の双方の観点から設定される。
また、端ｐ１１と端ｐ１２とを通る直線と、端ｐ１１と端ｐ２１とを通る直線とのなす角θは、３０°より大きく、４５°より小さい（すなわち、３０°＜θ＜４５°）。なお、なす角θは、芯材２の材料の降伏比、および塑性化部１１の端部への応力集中の防止、の双方の観点から設定される。

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１は、両端に接続部２ａを備えた長尺状の芯材２と、接続部２ａの双方が突出した状態で芯材２が挿通された管体３０と、を備える。芯材２は、第１方向Ｄ１の中央部に塑性化部１１が配置されている板状の主芯材１０と、主芯材１０の第１方向Ｄ１の少なくとも両端に配置されかつ主芯材１０の第２方向Ｄ２の中央において主芯材１０に直交する姿勢で接合される板状の副芯材２０と、を備える。接続部２ａは、主芯材１０の端部で構成される主接続部１２と、副芯材２０の端部で構成される副接続部２２とを備える。主芯材１０は、塑性化部１１の両端部に隣接して配置され、塑性化部１１の板幅よりも大きな板幅に変化して主接続部１２に連続する一対の主拡幅部１３を備える。副芯材２０は、副接続部２２に連続する位置に設けられ、副接続部２２に向かい板幅が大きくなるよう板幅が変化する副拡幅部２１を備える。主拡幅部１３と塑性化部１１との境界である主芯材応力集中位置Ｐ１と、副拡幅部２１の内側端部２１ａの第１方向Ｄ１における位置である副芯材応力集中位置Ｐ２とが、第１方向Ｄ１で副芯材応力集中位置Ｐ２が主芯材応力集中位置Ｐ１よりも外方に位置するように異なる位置に設定される。主芯材応力集中位置Ｐ１と副芯材応力集中位置Ｐ２との離間距離Ｌ４が塑性化部１１の板幅Ｌ１よりも短い。

主拡幅部１３と塑性化部１１との境界である主芯材応力集中位置Ｐ１は、主芯材１０において、芯材２に引張軸力が作用した場合に応力が集中する位置である。副拡幅部２１の内側端部２１ａの第１方向Ｄ１における位置である副芯材応力集中位置Ｐ２は、副芯材２０において、芯材２に引張軸力が作用した場合に応力が集中する位置である。例えば、主芯材応力集中位置Ｐ１と、副芯材応力集中位置Ｐ２とが第１方向Ｄ１で同じ位置に設定される場合、塑性化部１１の端部に応力が集中してしまい、塑性化部１１の中央部分で変形能にまだ余裕があるような比較的低い軸力が芯材２に作用した場合であっても、塑性化部１１の端部が破断してしまう可能性がある。この場合、塑性化部１１の全体が塑性化する前に、塑性化部１１の端部が破断してしまい、座屈拘束ブレース１による構造物の耐震・制振性能を十分に確保することができない。主芯材応力集中位置Ｐ１と、副芯材応力集中位置Ｐ２とを、第１方向Ｄ１で異なる位置に設定することで、塑性化部１１の端部に応力が集中することを防止することができる。この結果、塑性化部１１の全体が塑性化する前に、塑性化部１１の端部が破断することが防止できる。
また、例えば、主芯材応力集中位置Ｐ１と副芯材応力集中位置Ｐ２との離間距離Ｌ４が長くなると、芯材２に占める塑性化部１１の第１方向Ｄ１の長さが短くなり、芯材２の破断までのエネルギー吸収能力が低下してしまう。なお、芯材２の破断までのエネルギー吸収能力とは、塑性化部１１の全体を塑性化させるときの地震エネルギー吸収能力である。離間距離Ｌ４を板幅Ｌ１よりも短くすることで、芯材２に占める塑性化部１１の第１方向Ｄ１の長さを確保することができ、芯材２の破断までのエネルギー吸収能力を向上させることができる。
以上より、本実施形態に係る座屈拘束ブレース１によれば、塑性化部１１の端部における応力集中を回避しつつ、塑性化部１１の長さを確保して、芯材２の破断までのエネルギー吸収能力を向上させることができる。

また、座屈拘束ブレース１は、主芯材１０と副芯材２０とを接合する溶接部３４をさらに備える。副芯材２０は、第１方向Ｄ１で塑性化部１１と重複する部分を有さない。溶接部３４は、副拡幅部２１の内側端部２１ａを囲うように配置された回し溶接部３４ａを有する。回し溶接部３４ａの熱影響部は、第１方向Ｄ１で塑性化部１１から接続部２ａ側に離間している。
これにより、回し溶接部３４ａを形成するときの熱の影響を、塑性化部１１が受けることが防止される。したがって、回し溶接部３４ａを形成するときの熱の影響による、塑性化部１１の強度の低下が防止でき、塑性化部１１の端部の破断をより効果的に防止することができる。

また、主芯材応力集中位置Ｐ１における主芯材１０の板幅をＬ１とし、副芯材応力集中位置Ｐ２における主芯材１０の板幅をＬ２としたとき、Ｌ１×１．２＜Ｌ２である。
主芯材応力集中位置Ｐ１における主芯材１０の板幅Ｌ１と、副芯材応力集中位置Ｐ２における主芯材１０の板幅Ｌ２とを上記を満たすよう設定することで、主芯材１０に塑性化部１１が塑性化する軸力が作用した場合であっても、主接続部１２については弾性領域を保つことができる。

また、主芯材応力集中位置Ｐ１における主芯材１０の板幅をＬ１とし、主芯材応力集中位置Ｐ１における主芯材１０の第２方向Ｄ２の両端ｐ１１、ｐ１２を、副芯材応力集中位置Ｐ２を経由して結ぶ屈曲線の長さをＬ３としたとき、１．２≦Ｌ３／Ｌ１≦１．４である。
また、主芯材応力集中位置Ｐ１における主芯材１０の第２方向Ｄ２の一方側の端ｐ１１と他方側の端ｐ１２とを通る直線と、主芯材応力集中位置Ｐ１における主芯材１０の第２方向Ｄ２の一方側の端ｐ１１と副芯材応力集中位置Ｐ２における副芯材２０の、主芯材１０の板幅方向における一方側の端ｐ２１とのなす角をθとしたとき、３０°＜θ＜４５°である。
これにより、主芯材応力集中位置Ｐ１と副芯材応力集中位置Ｐ２との離間距離Ｌ４の確保（すなわち、塑性化部１１の端部への応力集中の防止）と、芯材２に占める塑性化部１１の第１方向Ｄ１の長さの確保との双方を、より確実に両立させることができる。また、主芯材１０に塑性化部１１が塑性化する軸力が作用した場合であっても、主接続部１２については弾性領域を保つことができる。

＜第２実施形態＞
次に、図４～図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４は、座屈拘束ブレース１Ａを、第３方向Ｄ３に沿って見た図である。図５は、座屈拘束ブレース１Ａを、第２方向Ｄ２に沿って見た図である。図６は、図４の部分拡大図である。

本実施形態に係る座屈拘束ブレース１Ａは、芯材２Ａと、管体３０と、充填材３１と、アンボンド材３２と、を備える。
芯材２Ａは、主芯材１０と、副芯材４０と、を備える。すなわち、本実施形態では、芯材２Ａが、副芯材２０の代わりに、副芯材４０を備える点において、第１実施形態と異なる。

副芯材４０は、鋼板により構成された板状の部材である。副芯材４０は、主芯材１０の第１方向Ｄ１の全域に亘って設けられる。すなわち、副芯材４０は、第１方向Ｄ１で主芯材１０の塑性化部１１と重複する部分を有する。芯材２Ａ（主芯材１０及び副芯材４０）は、第１方向Ｄ１の全域に亘って、断面十字状を呈している。

副芯材４０は、主芯材１０における表裏面（すなわち、第３方向Ｄ３を向く面）に設けられる。副芯材４０は、主芯材１０における第２方向Ｄ２の中央に設けられる。副芯材４０は、主芯材１０と直交するよう設けられる。
副芯材４０は、主芯材１０における第２方向Ｄ２の中央において、主芯材１０に直交する姿勢で接合される。副芯材４０は、主芯材１０に溶接により接合される。

図５に示されるように、副芯材４０は、第２塑性化部４１と、一対の副接続部４２と、一対の副拡幅部４３と、を備えている。

第２塑性化部４１は、副芯材４０における第１方向Ｄ１の中央に位置している。第２塑性化部４１の断面形状は、第１方向Ｄ１において一定である。
一対の副接続部４２は、副芯材４０における第１方向Ｄ１の両端部にそれぞれ位置している。すなわち、副接続部４２は、副芯材４０における第１方向Ｄ１の端部で構成される。

副接続部４２の板幅（副接続部４２の第３方向Ｄ３の長さ）は、第２塑性化部４１の板幅（第２塑性化部４１の第３方向Ｄ３の長さ）よりも広い。また、第２塑性化部４１の第１方向Ｄ１の長さは、副接続部４２の第１方向Ｄ１の長さよりも長い。第２塑性化部４１の第１方向Ｄ１の長さは、塑性化部１１の第１方向Ｄ１の長さよりも長い。

副拡幅部４３は、第２塑性化部４１と副接続部４２との間に配置される。すなわち、一対の副拡幅部４３は、第２塑性化部４１における第１方向Ｄ１の両端部に隣接して配置され、一対の副接続部４２にそれぞれ連続する。副拡幅部４３は、主拡幅部１３よりも、第１方向Ｄ１の外側に位置する。図５および図６に示されるように、副拡幅部４３は、第１方向Ｄ１の内側（塑性化部１１側）の端部である内側端部４３ａ（端部）を有する。

副拡幅部４３の板幅（副拡幅部４３の第３方向Ｄ３の長さ）は、第１方向Ｄ１に沿って変化する。副拡幅部４３の板幅は、第２塑性化部４１側（内側端部４３ａ）から副接続部４２側に向かうに連れ、大きくなる。副拡幅部４３は、副芯材４０において、第１方向Ｄ１に垂直な断面形状が変化する部分である。

図６に示されるように、副拡幅部４３の内側端部４３ａの第１方向Ｄ１における位置を、副芯材応力集中位置Ｐ３という。本実施形態において、副芯材応力集中位置Ｐ３は、副拡幅部４３と第２塑性化部４１との境界である。副芯材応力集中位置Ｐ３における副芯材４０の第２方向Ｄ２の一方側の端（すなわち、内側端部４３ａにおける第２方向Ｄ２の一方側の端）を、端ｐ３１という。副芯材応力集中位置Ｐ３における副芯材４０の第２方向Ｄ２の他方側の端（すなわち、内側端部４３ａにおける第２方向Ｄ２の他方側の端）を、端ｐ３２という。副芯材応力集中位置Ｐ３は、副芯材４０において、第１方向Ｄ１に垂直な断面形状が変化し始める位置であり、芯材２Ａに引張軸力が作用した場合に応力が集中しやすい位置である。

主芯材１０と副芯材４０との接合部分には、溶接部５０が形成される。溶接部５０は、第１方向Ｄ１で分散して配置された複数の部分溶接部５１を有する。複数の部分溶接部５１のうち第１方向Ｄ１で主芯材応力集中位置Ｐ１が位置する特定部分溶接部５２は、主芯材応力集中位置Ｐ１の第１方向Ｄ１の両側に延在するように配置されている。すなわち、特定部分溶接部５２は、主芯材応力集中位置Ｐ１の両側に長手方向に連続するよう形成されている。

図６を参照して、主芯材応力集中位置Ｐ１および副芯材応力集中位置Ｐ３について詳細に説明する。
副芯材応力集中位置Ｐ３は、主芯材応力集中位置Ｐ１と第１方向Ｄ１において異なる位置に設定される。副芯材応力集中位置Ｐ３は、主芯材応力集中位置Ｐ１よりも第１方向Ｄ１の外側に位置するよう設定される。これにより、塑性化部１１の端部に応力が集中することを防止することができる。

主芯材応力集中位置Ｐ１における主芯材１０の板幅をＬ１とする。
副芯材応力集中位置Ｐ３における主芯材１０の板幅をＬ２とする。
主芯材応力集中位置Ｐ１における主芯材１０の第２方向Ｄ２の両端ｐ１１、ｐ１２を、副芯材応力集中位置Ｐ３を経由して結ぶ屈曲線の長さをＬ３とする。具体的には、第３方向Ｄ３に沿って見て、端ｐ１１と端ｐ３１との距離をｌ１とし、端ｐ３１と端ｐ３２との距離をｌ２とし、端ｐ３２と端ｐ１２との距離をｌ３とする。上記屈曲線の長さＬ３は、距離ｌ１と、距離ｌ２と、距離ｌ３との合計である。
主芯材応力集中位置Ｐ１と副芯材応力集中位置Ｐ３との第１方向Ｄ１における離間距離をＬ４とする。

離間距離Ｌ４は、板幅Ｌ１よりも短い（すなわち、Ｌ４＜Ｌ１）。
板幅Ｌ２は、板幅Ｌ１に１．２を乗じた値よりも大きい（すなわち、Ｌ１×１．２＜Ｌ２）。
板幅Ｌ１に対する、上記屈曲線の長さＬ３の比は、１．２から１．４の範囲内である（すなわち、１．２≦Ｌ３／Ｌ１≦１．４）。
また、端ｐ１１と端ｐ１２とを通る直線と、端ｐ１１と端ｐ３１とを通る直線とのなす角θは、３０°より大きく、４５°より小さい（すなわち、３０°＜θ＜４５°）。

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においても、第１実施形態と同様に、主拡幅部１３と塑性化部１１との境界である主芯材応力集中位置Ｐ１と、副拡幅部４３の塑性化部１１側の端部である内側端部４３ａの第１方向Ｄ１における位置である副芯材応力集中位置Ｐ３とが、第１方向Ｄ１で副芯材応力集中位置Ｐ３が主芯材応力集中位置Ｐ１よりも外方に位置するように異なる位置に設定される。主芯材応力集中位置Ｐ１と副芯材応力集中位置Ｐ３との離間距離Ｌ４が塑性化部１１の板幅Ｌ１よりも短い。
主芯材応力集中位置Ｐ１と、副芯材応力集中位置Ｐ３とを、第１方向Ｄ１で異なる位置に設定することで、塑性化部１１の端部に応力が集中することを防止することができる。この結果、塑性化部１１の全体が塑性化する前に、塑性化部１１の端部が破断することが防止でき、座屈拘束ブレース１Ａによる構造物の耐震・制振性能を十分に確保することができる。また、主芯材応力集中位置Ｐ１と副芯材応力集中位置Ｐ３との離間距離Ｌ４を塑性化部の板幅Ｌ１よりも短くすることで、芯材２Ａに占める塑性化部１１の第１方向Ｄ１の長さを確保することができ、芯材２Ａの破断までのエネルギー吸収能力を向上させることができる。
以上より、本実施形態に係る座屈拘束ブレース１Ａによれば、塑性化部１１の端部における応力集中を回避しつつ、塑性化部１１の長さを確保して、芯材２Ａの破断までのエネルギー吸収能力を向上させることができる。

また、座屈拘束ブレース１Ａは、主芯材１０と副芯材４０とを接合する溶接部５０をさらに備える。副芯材４０は、第１方向Ｄ１で塑性化部１１と重複する部分を有する。溶接部５０は、第１方向Ｄ１で分散して配置された複数の部分溶接部５１を有する。複数の部分溶接部５１のうち第１方向Ｄ１で主芯材応力集中位置Ｐ１が位置する特定部分溶接部５２は、主芯材応力集中位置Ｐ１の第１方向Ｄ１の両側に延在するように配置されている。
溶接部５０の端部には応力が集中しやすいが、特定部分溶接部５２を、主芯材応力集中位置Ｐ１の第１方向Ｄ１の両側に延在するように配置することで、主芯材応力集中位置Ｐ１（すなわち、塑性化部１１の端部）への応力集中の発生を防止することができる。また、特定部分溶接部５２を、主芯材応力集中位置Ｐ１の第１方向Ｄ１の両側に延在するように配置することで、主芯材応力集中位置Ｐ１における、芯材２Ａの断面二次モーメントを向上させることができ、塑性化部１１の端部が破断することをより効果的に防止することができる。

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実施形態および第２実施形態において、主接続部１２は、板幅が第１方向Ｄ１の全域に亘って均一である。しかしながら、主接続部１２は、外側端部の板幅が内側端部の板幅よりも大きくなる、二段構造を有していてもよい。
第１実施形態および第２実施形態において、副接続部２２、４２は、板幅が第１方向Ｄ１の全域に亘って均一である。しかしながら、副接続部２２、４２は、外側端部の板幅が内側端部の板幅よりも大きくなる、二段構造を有していてもよい。

また、上記実施形態においては、管体３０として鋼管を用いたが、本発明はこれに限られない。管体３０は木製であってもよい。この場合、例えば、木製の管体３０は一対の拘束材により構成され、これら拘束材が芯材２に直接接触する。したがって、充填材は管体３０の内側に充填されない。一対の拘束材により芯材２の第３方向Ｄ３への変位を規制する。また、一対の拘束材の間に規制部材を設け、規制部材により芯材２の第２方向Ｄ２への変位を規制する。これにより、芯材２の第１方向Ｄ１を除く方向への変形が規制される。なお、木製の管体３０の一対の拘束材と芯材２とが直接接触しておらず、一対の拘束材と芯材２との間に、アンボンド材３２が設けられていてもよい。

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 座屈拘束ブレース
２、２Ａ 芯材
２ａ 接続部
１０ 主芯材
１１ 塑性化部
１２ 主接続部
１３ 主拡幅部
２０、４０ 副芯材
２１、４３ 副拡幅部
２１ａ、４３ａ 内側端部（端部）
２２、４２ 副接続部
３０ 管体
３１ 充填材
３２ アンボンド材
３４、５０ 溶接部
３４ａ 回し溶接部
５１ 部分溶接部
５２ 特定部分溶接部
Ｐ１ 主芯材応力集中位置
Ｐ２、Ｐ３ 副芯材応力集中位置

Claims (6)

1. 両端に接続部を備えた長尺状の芯材と、
   前記接続部の双方が突出した状態で前記芯材が挿通された管体と、
   を備え、
   前記芯材は、
   長手方向の中央部に塑性化部が配置されている板状の主芯材と、
   前記主芯材の長手方向の少なくとも両端に配置されかつ前記主芯材の板幅方向の中央において前記主芯材に直交する姿勢で接合される板状の副芯材と、を備え、
   前記接続部は、前記主芯材の端部で構成される主接続部と、前記副芯材の端部で構成される副接続部と、を備える座屈拘束ブレースであって、
   前記主芯材は、前記塑性化部の両端部に隣接して配置され前記塑性化部の板幅よりも大きな板幅に変化して前記主接続部に連続する一対の主拡幅部を備え、
   前記副芯材は、前記副接続部に連続する位置に設けられ、前記副接続部に向かい板幅が大きくなるよう板幅が変化する副拡幅部を備え、
   前記主拡幅部と前記塑性化部との境界である主芯材応力集中位置と、前記副拡幅部の前記塑性化部側の端部の長手方向における位置である副芯材応力集中位置とが、長手方向で前記副芯材応力集中位置が前記主芯材応力集中位置よりも外方に位置するように異なる位置に設定され、かつ、前記主芯材応力集中位置と前記副芯材応力集中位置との離間距離が前記塑性化部の板幅よりも短い、座屈拘束ブレース。
2. 前記主芯材と前記副芯材とを接合する溶接部、をさらに備え、
   前記副芯材は、長手方向で前記塑性化部と重複する部分を有し、
   前記溶接部は、長手方向で分散して配置された複数の部分溶接部を有し、
   前記複数の部分溶接部のうち長手方向で前記主芯材応力集中位置が位置する特定部分溶接部は、前記主芯材応力集中位置の長手方向の両側に延在するように配置されている、請求項１に記載の座屈拘束ブレース。
3. 前記主芯材と前記副芯材とを接合する溶接部、をさらに備え、
   前記副芯材は、長手方向で前記塑性化部と重複する部分を有さず、
   前記溶接部は、前記副拡幅部の前記塑性化部側の端部を囲うように配置された回し溶接部を有し、
   前記回し溶接部の熱影響部は、長手方向で前記塑性化部から前記接続部側に離間している、請求項１に記載の座屈拘束ブレース。
4. 前記主芯材応力集中位置における前記主芯材の板幅をＬ１とし、前記副芯材応力集中位置における前記主芯材の板幅をＬ２としたとき、Ｌ１×１．２＜Ｌ２である、請求項１～３のいずれか一項に記載の座屈拘束ブレース。
5. 前記主芯材応力集中位置における前記主芯材の板幅をＬ１とし、前記主芯材応力集中位置における前記主芯材の板幅方向の両端を、前記副芯材応力集中位置を経由して結ぶ屈曲線の長さをＬ３としたとき、１．２≦Ｌ３／Ｌ１≦１．４である、請求項１～３のいずれか一項に記載の座屈拘束ブレース。
   ただし、Ｌ３は、以下の長さｌ１とｌ２とｌ３との合計である。
   ｌ１：前記主芯材の板厚方向から見て、前記主芯材応力集中位置における前記主芯材の板幅方向の一方側の端と、前記副芯材応力集中位置における前記副芯材の、前記主芯材の板幅方向における一方側の端とを結ぶ直線の長さ
   ｌ２：前記主芯材の板厚方向から見て、前記副芯材応力集中位置における前記副芯材の、前記主芯材の板幅方向における一方側の端と他方の端とを結ぶ直線の長さ
   ｌ３：前記主芯材の板厚方向から見て、前記副芯材応力集中位置における前記副芯材の、前記主芯材の板幅方向における他方側の端と、前記主芯材応力集中位置における前記主芯材の板幅方向の他方側の端とを結ぶ直線の長さ
6. 前記主芯材応力集中位置における前記主芯材の板幅方向の一方側の端と他方側の端とを通る直線と、前記主芯材応力集中位置における前記主芯材の板幅方向の一方側の端と前記副芯材応力集中位置における前記副芯材の、前記主芯材の板幅方向における一方側の端とのなす角をθとしたとき、３０°＜θ＜４５°である、請求項１～３のいずれか一項に記載の座屈拘束ブレース。

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