JPH0791104A - 強磁性合金による構造物振動エネルギー吸収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な手段によって、構造物の振動エネルギ
ーを有効に吸収して、構造物の振動を迅速に停止させ
る。 【構成】 構造物における２つの部分の間に挿置され、
地震や台風または機械の振動により生じる加速力を減衰
するエネルギー吸収装置において、前記構造物１におけ
る一方の部分と係合する第１部材２と、前記構造物１に
おける他方の部分との間に、外部振動エネルギーを磁歪
エネルギーに変換する強磁性合金３を介在固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、構造物における２つの
部分の間に介在させ、そのままでは２つの部材の間で力
の伝達が行なわれ、また周期的に移動するエネルギー、
例えば地震，台風あるいは機械の振動により生じる振動
エネルギーを有効に吸収することができる強磁性合金に
よる構造物振動エネルギー吸収装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、構造物の制振や耐震を目的とし
て、構造物の２つの部分間にエネルギー吸収装置（ダン
パー）を兼ねて鋼製部材を設置する場合がある。その第
１例として、図２１に示すように、鋼製構造物１におけ
る下部梁５の長手方向の両側に、上部が相互に接近する
ように傾斜している１対の下部斜め部材６の下端部が溶
接により固着され、上部梁７の中央部に上部垂直部材８
の上端部が溶接により固着され、その上部垂直部材８の
下端部には、水平なベースプレート９が溶接により固着
されている。前記ベースプレート９の下面に、逆Ｖ字状
に配置された中間斜め部材１０の上端部が溶接により固
着され、前記各下部斜め部材６の上端部と前記各中間斜
め部材１０の下端部とは、対向するように配置され、前
記下部斜め部材６と中間斜め部材１０とは継手板１１お
よびボルト１２により連結され、また下部梁５および上
部梁７における上下のフランジ間に、補強スチフナー１
３が嵌入されて溶接により固着されている。

【０００３】また第２例として、図２２に示すように、
鋼製構造物１における下部梁５の上部に、その下部梁５
の長手方向に延長する鋼製下部取付板１４が溶接により
固着され、かつ上部梁７の下部に、その上部梁７の長手
方向に延長する鋼製上部取付板１５が溶接により固着さ
れ、前記下部取付板１４および上部取付板１５の間に、
下部取付板１４および上部取付板１５の長手方向に延長
する垂直平板１６とその垂直平板１６の表裏両面に溶接
により固着された多数の縦リブ１７および横リブ１８と
からなるリブ付き平板１９が配置されている。前記リブ
付き平板１９における垂直平板１６の下部の表裏両面
と、下部取付板１４の表裏両面とにわたって、帯状下部
連結板２０が配置され、その帯状下部連結板２０と下部
取付板１４および垂直平板１６の下部とは、多数のボル
ト２１に締付け結合され、リブ付き平板１９における垂
直平板１６の上部の表裏両面と、上部取付板１５の表裏
両面とにわたって、帯状上部連結板２２が配置され、そ
の帯状上部連結板２２と上部取付板１５および垂直平板
１６の上部とは、多数のボルト２３により締付け結合さ
れている。

【０００４】さらに第３例として、図２３に示すよう
に、鋼製構造物１における下部梁５の長手方向の中央部
において、下部Ｈ形部材２４の下端部が溶接により固着
され、前記構造物１における上部梁７の長手方向の中央
部において、上部Ｈ形部材２５の上端部が溶接により固
着され、前記下部Ｈ形部材２４および上部Ｈ形部材２５
と同一断面の中間Ｈ形部材２６は、前記下部Ｈ形部材２
４と上部Ｈ形部材２５との間に介在され、前記下部Ｈ形
部材２４の上部と前記中間Ｈ形部材２６の下部とは、複
数の継手板２７およびボルト２８により締付け結合さ
れ、かつ前記上部Ｈ形部材２５の下部と前記中間Ｈ形部
材２６の上部とは、複数の継手板２９およびボルト３０
により締付け結合されている。

【０００５】さらにまた、第４例として、図２４に示す
ように、構造物１における下部梁５の長手方向の両側
に、上部が相互に接近するように傾斜する１対の下部斜
め部材６の下端部が溶接により固着され、上部梁７の長
手方向の中央部に、下部が相互に離反するように傾斜す
る１対の上部斜め部材３１の上端部が溶接により固着さ
れ、前記下部斜め部材６と上部斜め部材３１との間に、
中間斜め部材３２が介在され、前記下部斜め部材６の上
部と中間斜め部材３２の下部とは、複数の継手板２７お
よびボルト２８により締付け結合され、前記上部斜め部
材３１の下部と中間斜め部材３２の上部とは、複数の継
手板２９およびボルト３０により締付け結合されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の振動エネル
ギー吸収装置の場合は、地震や台風発生時において周期
的な繰り返し荷重を受けるが、その耐久性および繰り返
し性能は、振動エネルギー吸収装置のダンパー部分に使
用される鋼材の特性に依存するため、耐久性すなわち破
断にいたる繰り返し性能については、通常の鋼材の疲労
破壊と同じ傾向をもつことになる。すなわち鋼材の変形
歪が大きくなるほど破断にいたる繰り返し回数は少なく
なり、変形歪が進んで塑性域に入った場合においては、
通常その繰り返し回数の低下は著しくなる。この関係を
図２５に示す。図２５はＳＳ４００の疲労試験の結果に
よる破壊までの繰り返し数と歪範囲の関係を示した参考
図表である。従って、例えば前記従来の装置のダンパー
部分が塑性化を開始する時期を、発生頻度の多い小地震
時に設定した場合には、エネルギーの吸収は小地震に対
応して効率的に行われることになるが、その反面、塑性
域における頻度の多い繰り返し荷重を受けることによ
り、部材の疲労破壊が問題となる。同時に、大地震時に
おいては、変形歪の量が極めて大きくなるため、材料が
破断する可能性が高くなり、そのため構造物の安全性は
確保し難い。これとは逆に、前記従来の装置のダンパー
部分が塑性化を開始するタイミング０、大地震時に合わ
せて設定した場合には、前述のような疲労破壊の可能性
は少なくなるが、小地震時にはエネルギー吸収が行われ
ないことになり、そのためダンパーとしての効果は得ら
れない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の問題を有利に解決
するために、本発明の強磁性合金による構造物振動エネ
ルギー吸収装置においては、構造物における２つの部分
の間に挿置され、地震や台風または機械の振動により生
じる加速力を減衰するエネルギー吸収装置において、前
記構造物１における一方の部分と係合する第１部材２
と、前記構造物１における他方の部分との間に、外部振
動エネルギーを磁歪エネルギーに変換する強磁性合金３
を介在固定する。また構造物１における他方の部分に係
合する第２部材４を設け、その第２部材４と第１部材２
との間に、外部振動エネルギーを磁歪エネルギーに変換
する強磁性合金３を介在固定してもよい。

【０００８】本発明の場合は、強磁性合金による構造物
振動エネルギー吸収装置におけるダンパー部材の材料と
して、外部振動エネルギーを磁歪エネルギーに変換する
強磁性合金を使用することにより、頻度の多い小地震ま
たは機械稼働時等に生ずる振動のエネルギーを磁歪エネ
ルギーに変換して、振動および騒音の伝達を抑制する。
また、まれに発生する巨大地震時における部材の疲労破
壊の可能性を軽減して構造物の安全性を確保する。この
ような目的を同時に達成できる材料としては、固溶強化
によってマトリックスを高強度化したフェライト単相の
強磁性型制振合金があり、特に１２Ｃｒ−４Ｍｏ系合金
（特願平５−１７０８９号）および３Ｃｒ−２Ｓｉ系合
金（特願平４−２９３９２７号）が鉄系合金としては最
も優れた合金である。このような目的を同時に達成する
材料として、降伏強度が普通鋼材以上の３００ＭＰａの
レベルを有し必然的に高い疲労限を有し且つ高い制振性
を有するフェライト単相の強磁性型制振合金があり、特
に、重量で、Ｃｒを８〜１５％、Ｍｏを４％超６％以下
含有する鉄基合金（特願平５−１７０８９号）、および
Ｃｒを１〜５％、Ｓｉを２〜３％含有するする鉄基合金
（特願平４−２９３９２７号）が最も優れた合金であ
る。これらの材料では、フェライト中に固溶することに
よって非常に高い固溶強化を得るために、ＭｏおよびＳ
ｉを添加した材料であり、これら固溶強化元素による効
果で疲労限が高められ結果的に疲労強度も高い。また、
外部振動を効率良く磁歪に変換して制振する効果を発揮
させるため、同一磁化領域の最小単位すなわち磁区を可
能な限り大きくするため粗大なフェライト結晶粒を得る
必要がありそのためフェライト単相下での高温熱処理が
必要である。本発明の材料は強力なフェライトフォーマ
ーであるＣｒを含有し且つ強度上必要なＭｏとＳｉが同
時に強力なフェライトフォーマーであるという特徴を具
備するため制振性が必然的に極めて高く、損失係数と呼
ばれる制幅減少を表す値が０．０２以上という高いレベ
ルにある。

【０００９】

【実施例】次に本発明の実施例を図によって説明する。
図１ないし図５は本発明の第１実施例を示すものであっ
て、複数の鋼製柱３３と上下方向に間隔をおいて配置さ
れて、前記柱３３に溶接により固着された鋼製下部梁５
と鋼製上部梁７とにより鋼製構造物１が構成され、下部
梁５からなる第１部材２の上部フランジの長手方向の両
側に、上部が相互に接近するように傾斜している１対の
Ｈ形断面の下部斜め部材６の下端部が溶接により固着さ
れ、上部梁７からなる第２部材４の下部フランジの中央
部に、Ｈ形断面の上部垂直部材８の上端部が溶接により
固着され、その上部垂直部材８の下端部には、水平な鋼
製ベースプレート９が溶接により固着されている。

【００１０】前記ベースプレート９の下面に、逆Ｖ字状
に配置されたＨ形断面の中間斜め部材１０の上端部が溶
接により固着され、前記各下部斜め部材６の上端部と前
記各中間斜め部材１０の下端部とは、対向するように配
置され、前記下部斜め部材６のフランジおよびウエッブ
と、前記中間斜め部材１０のフランジおよびウエッブと
は、複数の鋼製継手板１１およびボルト１２により締付
け結合されている。また下部梁５および上部梁７におけ
る上部フランジおよび下部フランジの間に、下部斜め部
材６の下端部に対向する位置および上部垂直部材８の上
端部に対向する位置において、補強スチフナー１３が嵌
入され、その補強スチフナー１３は下部梁５および上部
梁７に溶接により固着されている。さらに上部垂直部材
８は、強磁性合金３により構成されている。又この場
合、通常せん断変形が卓越するため、上部垂直部材の
内、ウエブ部材５１のみを強磁性合金により構成しても
同じ効果が得られる。

【００１１】図６および図７は本発明の第２実施例を示
すものであって、鋼製構造物１における下部梁５からな
る第１部材２の上部フランジに、その第１部材２の長手
方向の延長する鋼製下部取付板１４が溶接により固着さ
れ、かつ上部梁７からなる第２部材４の下部フランジ
に、その第２部材４の長手方向に延長する鋼製上部取付
板１５が溶接により固着され、前記下部取付板１４およ
び上部取付板１５の間に、その下部取付板１４および上
部取付板１５の長手方向に延長する垂直平板１６とその
垂直平板１６の表裏両面に溶接により固着された多数の
縦リブ１７および横リブ１８とからなるリブ付き平板１
９が配置されている。前記リブ付き平板１９における垂
直平板１６の下部の表裏両面と、下部取付板１４の表裏
両面とにわたって、帯状下部連結板２０が配置され、そ
の帯状下部連結板２０と下部取付板１４および垂直平板
１６の下部とは、多数のボルト２１により締付け結合さ
れ、リブ付き平板１９における垂直平板１６の上部の表
裏両面と、上部取付板１５の表裏両面とにわたって、帯
状上部連結板２２が配置され、その帯状上部連結板２２
と上部取付板１５および垂直平板１６の上部とは、多数
のボルト２３により締付け結合されている。前記垂直平
板１６は、強磁性合金により構成されている。

【００１２】図８ないし図１２は本発明の第３実施例を
示すものであって、鋼製構造物１における下部梁５から
なる第１部材２の上部フランジに、その第１部材２の長
手方向の中央部において、下部Ｈ形部材２４の下端部が
溶接により固着され、前記構造物１における上部梁７か
らなる第２部材４の下部フランジに、その第２部材４の
長手方向の中央部において、上部Ｈ形部材２５の上端部
が溶接により固着され、前記下部Ｈ形部材２４および上
部Ｈ形部材２５と同一断面の中間Ｈ形部材２６は、前記
下部Ｈ形部材２４と上部Ｈ形部材２５との間に介在さ
れ、前記中間Ｈ形部材２６の上部と前記上部Ｈ形部材２
５の下部とは、複数の継手板２９およびボルト３０によ
り締付け結合され、かつ前記中間Ｈ形部材２６の下部と
前記下部Ｈ形部材２４の上部とは、複数の継手板２７お
よびボルト２８により締付け結合され、前記中間Ｈ形部
材２６は、強磁性合金３により構成されている。又この
場合、せん断変形が卓越する場合には、ウエブ材５３の
みを強磁性合金により構成しても同様な効果が得られ
る。

【００１３】図１３ないし図１８は本発明の第４実施例
を示すものであって、鋼製下部梁５からなる第１部材２
における上部フランジの長手方向の両側に、上部が相互
に接近するように傾斜する１対の下部斜め部材６の下端
部が溶接により固着され、上部梁７からなる第２部材４
の下部フランジの長手方向の中央部に、下部が相互に離
反するように傾斜する１対の上部斜め部材３１の上端部
が溶接により固着され、前記下部斜め部材６と上部斜め
部材３１との間に、中間斜め部材３２が介在され、前記
下部斜め部材６の上部と中間斜め部材３２の下部とは、
複数の継手板２７およびボルト２８により締付け結合さ
れ、前記上部斜め部材３１の下部と中間斜め部材３２の
上部とは、複数の継手板２９およびボルト３０により締
付け結合され、前記中間斜め部材３２は、強磁性合金３
により構成されている。

【００１４】図１９および図２０は本発明の第５実施例
を示すものであって、地盤３４に免震構造物支承用の基
礎構造物３５が構築され、その基礎構造物３５により複
数の積層ゴム支承体３６を介して免震構造物３７が支承
され、前記基礎構造物３５の中央上部に鋼製第１部材２
が固定され、前記免震構造物３７の中央下部に鋼製第２
部材４が固定され、横断面が円形または角形である鋼棒
３８の下部は、前記第１部材２に固定され、前記鋼棒３
８の上部は、前記第２部材４における下向き開口部３９
に挿入され、前記鋼棒３８は強磁性合金により製作され
る。図２０は免震構造物３７が振動した状態を示してい
る。

【００１５】本発明による振動エネルギー吸収装置にお
いて、構造物の２つの部分の相対的変形に伴って変形歪
が生じると、その変形歪が小さいので、概ね材料の弾性
範囲においては、強磁性合金が振動エネルギーを、磁性
エネルギーに変換することにより振動および騒音の伝達
を抑制することができる。また鋼材の弾性範囲において
エネルギー吸収が行われることにより、鋼材の力学的特
性をほとんど損ずること無く、また疲労の累積による破
壊の可能性を最小限にできるととも、極めてまれに発生
する巨大地震に対しては、当該部材の変形歪が増大し塑
性域に達することによる履歴型のエネルギー減衰を行
う。例としては、頻度の多い小地震または機械振動等に
対応したダンパー部分の変形歪を、磁歪エネルギーへの
変換の行われる歪範囲たとえばε＝０．０５％前後に設
定し、かつ発生頻度の極めて少ない巨大地震には、変形
歪が塑性域ε＝０．２％以上となるように部材形状およ
び材料強度を設定することにより、変形歪は小さいが頻
度の多い振動に対しては、形状回復性および耐疲労性の
良好な磁歪エネルギー変換作用によるエネルギー吸収を
行い。変形歪量は大きいが極めて頻度の少ない巨大地震
に対しては、塑性変形すなわち粒子間のすべり変形等に
よってエネルギー吸収を行う。このように構成すること
により、エネルギー吸収を小地震等から巨大地震までの
範囲に対応できるとともに、材料の疲労破壊の可能性を
軽減し構造物の安全性を向上させることができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、構造物における２つの
部分の間に挿置され、地震や台風または機械の振動によ
り生じる加速力を減衰する振動エネルギー吸収装置にお
いて、前記構造物１における一方の部分と係合する第１
部材２と、前記構造物１における他方の部分との間に、
外部振動エネルギーを磁歪エネルギーに変換する強磁性
合金３を介在固定したので、簡単な手段によって、構造
物１の振動エネルギーを有効に吸収して、構造物１の振
動を迅速に停止させることができる。また本発明におけ
る強磁性合金３は、金属材料の中でも強度の高い鉄系合
金であり、例えば降伏強度を約２００ＭＰａ以上に高く
することができ、そのため小さな振動エネルギー吸収装
置を使用して、大きなエネルギー吸収量と降伏耐力を持
たせることができ、かつ鋼製構造物１と接合する場合、
ボルト接合または溶接接合を容易に採用することがで
き、さらに原材料コストが安いため、経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る強磁性合金による構
造物振動エネルギー吸収装置を示す正面図である。

【図２】図１の一部を拡大して示す正面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】図２のＣ−Ｃ線断面図である。

【図６】本発明の第２実施例に係る強磁性合金による構
造物振動エネルギー吸収装置を示す正面図である。

【図７】図６の縦断側面図である。

【図８】本発明の第３実施例に係る強磁性合金による構
造物振動エネルギー吸収装置を示す正面図である。

【図９】図８の一部を拡大して示す正面図である。

【図１０】図９の下側部分を拡大して示す正面図であ
る。

【図１１】図９のＤ−Ｄ線断面図である。

【図１２】図９のＥ−Ｅ線断面図である。

【図１３】本発明の第４実施例に係る強磁性合金による
構造物振動エネルギー吸収装置を示す正面図である。

【図１４】図１３の一部を拡大して示す正面図である。

【図１５】図１４の左下側部分を拡大して示す正面図で
ある。

【図１６】図１４の左側中間部分を拡大して示す正面図
である。

【図１７】図１５のＦ−Ｆ線断面図である。

【図１８】図１６のＧ−Ｇ線断面図である。

【図１９】本発明の第５実施例に係る強磁性合金による
構造物振動エネルギー吸収装置を示す一部縦断正面図で
ある。

【図２０】図１９の免震構造物が振動した状態を示す一
部縦断正面図である。

【図２１】従来の第１例の振動エネルギー吸収装置を示
す正面図である。

【図２２】従来の第２例の振動エネルギー吸収装置を示
す正面図である。

【図２３】従来の第３例の振動エネルギー吸収装置を示
す正面図である。

【図２４】従来の第４例の振動エネルギー吸収装置を示
す正面図である。

【図２５】破壊までの繰返し数とひずみ範囲との関係を
示す図である。

【符号の説明】 １ 構造物 ２ 第１部材 ３ 強磁性合金 ４ 第２部材 ５ 下部梁 ６ 下部斜め部材 ７ 上部梁 ８ 上部垂直部材 ９ ベースプレート １０ 中間斜め部材 １１ 継手板 １２ ボルト １３ 補強スチフナー １４ 下部取付板 １５ 上部取付板 １６ 垂直平板 １７ 縦リブ １８ 横リブ １９ リブ付き平板 ２０ 帯状下部連結板 ２１ ボルト ２２ 帯状上部連結板 ２３ ボルト ２４ 下部Ｈ形部材 ２５ 上部Ｈ形部材 ２６ 中間Ｈ形部材 ２７ 継手板 ２８ ボルト ２９ 継手板 ３０ ボルト ３１ 上部斜め部材 ３２ 中間斜め部材 ３３ 鋼製柱 ３４ 地盤 ３５ 基礎構造物 ３６ 積層ゴム支承体 ３７ 免震構造物 ３８ 鋼棒 ３９ 下向き開口部 ５１ 垂直Ｈ形部材ウエブ材 ５２ 垂直Ｈ形部材ウエブ材 ５３ ウエブ材 ５４ フランジ材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物における２つの部分の間に挿置さ
   れ、地震や台風または機械の振動により生じる加速力を
   減衰するエネルギー吸収装置において、前記構造物１に
   おける一方の部分と係合する第１部材２と、前記構造物
   １における他方の部分との間に、外部振動エネルギーを
   磁歪エネルギーに変換する強磁性合金３を介在固定した
   強磁性合金による構造物振動エネルギー吸収装置。
2. 【請求項２】 構造物１における他方の部分に係合する
   第２部材４を設け、その第２部材４と第１部材２との間
   に、外部振動エネルギーを磁歪エネルギーに変換する強
   磁性合金３を介在固定した請求項１の強磁性合金による
   構造物振動エネルギー吸収装置。