JPH08312024A - 等価降伏点を制御できる耐震デバイスとその製造方法 - Google Patents

等価降伏点を制御できる耐震デバイスとその製造方法

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JPH08312024A
JPH08312024A JP13747695A JP13747695A JPH08312024A JP H08312024 A JPH08312024 A JP H08312024A JP 13747695 A JP13747695 A JP 13747695A JP 13747695 A JP13747695 A JP 13747695A JP H08312024 A JPH08312024 A JP H08312024A
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JP
Japan
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shaft body
minimum cross
steel shaft
steel
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JP13747695A
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Mamoru Iwata
衛 岩田
Kenichi Hayashi
賢一 林
Yuichi Matsuoka
祐一 松岡
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 部材の剛性と降伏軸力を同時に、しかも容
易、正確に制御できる耐震デバイスを構成する。 【構成】 軸方向中央部に軸方向に所定長さにわたる最
小断面軸部1を有し、その軸方向両側に軸方向に所定の
長さにわたり、かつ前記最小断面軸部1よりも大きい断
面寸法を有する非最小断面軸部2を段状に有する鋼製軸
体3を具備し、この鋼製軸体3の両端部に被振動制御物
体4に対する結合手段5が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は等価降伏点を制御できる
耐震デバイスとその製造方法に関するものである。建築
構造物を地震などの衝撃から守るための研究、工夫は種
々の面からなされている。この場合、建築構造物を衝撃
から守る最も一般的な方法は、前記地震などのエネルギ
ーが建築構造物に伝わらないよう、この建築構造物にエ
ネルギー吸収手段を付設することである。このエネルギ
ー吸収手段は種々あり、例えば建築構造物を弾性を有す
る緩衝部材で支持したり、建築構造物自体を柔構造とす
ることがあり、その他にもあらゆる手段が試みられてい
る。
【0002】さらに、建築構造物を、予め決められた値
以上の衝撃によって降伏するように設定された剛性を有
する耐震支持部材で支持しておくことにより、建築構造
物に地震力などのエネルギーが作用したとき、それが前
記の剛性を有する耐震支持部材に伝わり、その地震エネ
ルギーが耐震支持部材の降伏耐力を越えたとき、この耐
震支持部材が塑性変形してそのエネルギーを吸収するこ
とで建築構造物を地震などから守るものである。
【0003】耐震部材である前記の剛性を有する支持部
材は、前述のように作用するものであるから、その軸力
に対する降伏耐力は予め想定された地震等エネルギーの
強さ、建築構造物の強度等により適切な大きさに設定さ
れていなければ、地震発生時等におけるエネルギー吸収
部材としての本来の耐震性能を発揮させることができな
い。つまり、耐震支持部材の降伏耐力は大きすぎても、
小さすぎてもその性能を発揮できないため、その降伏耐
力は適正に制御される必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、耐震部材
である剛性を有する支持部材は、これが実際に用いられ
るケース毎に個々にその降伏耐力の大きさを設定して製
作される必要があるが、従来の発想では、支持部材の剛
性を確保しながら支持部材の降伏耐力を変えるには、支
持部材に降伏点の異なる材料を用いるしかなかった。し
かし、この方法は材料特性に依存しているので、任意に
所望の大きさに降伏耐力を制御するのは大変手間のかか
る作業できわめて困難であった。
【0005】また、従来の耐震支持部材の製作方法で
は、部材断面の製作管理レベルが低く、断面積の特に小
さなところに歪が集中し、部材のエネルギー吸収はそこ
でのみ行なわれ、部材のエネルギー吸収量が想定される
値よりも小さくなる原因にもなるなどの課題があった。
【0006】本発明は前記の課題を解決し、簡易な手段
で容易かつ正確に降伏軸力を制御できる耐震デバイスを
提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る等価降伏点を制御できる耐震デバイス
は、軸方向中央部に軸方向に所定長さにわたる最小断面
軸部1を有し、その軸方向両側に所定の軸方向長さにわ
たり、かつ前記最小断面軸部1よりも断面寸法が大きい
非最小断面軸部2を段状に有する鋼製軸体3を設け、こ
の鋼製軸体3を、当該鋼製軸体3に対し非付着状態のも
とに座屈防止部材14で被覆し、かつ前記鋼製軸体3の
軸方向両端部に被振動制御物体4に対する結合手段5を
設けてなる構成を特徴とする。
【0008】前記鋼製軸体3は、単一部材の切削加工に
より前記最小断面軸部1と、前記非最小断面軸部2とを
有した構成とするとよい。
【0009】また、前記鋼製軸体3は、前記最小断面軸
部1の端部に雄ねじ6を有する1つの部材と、前記非最
小断面軸部2の軸中心に雌ねじ7を有する他の1つの部
材とを、前記雄ねじ6と前記雌ねじ7の螺合により結合
して構成するとよい。また、前記座屈防止部材14は、
前記鋼製軸体3を軸力絶縁材15を介して被覆する充填
材12及び、充填材12を被覆する曲げ補剛材13とか
ら構成するとよい。
【0010】さらに、本発明の等価降伏点を制御できる
耐震デバイスの製造方法は、軸方向両端に被振動制御物
体4への結合手段5を有し、軸方向中央部に軸方向に所
定長の最小断面軸部1を有し、その軸方向両側に軸方向
に所定長の非最小軸部2を有する鋼製軸体3を作り、こ
の鋼製軸体3を、当該鋼製軸体3に対し非付着状態のも
とに座屈防止部材14で被覆し、かつ前記鋼製軸体3の
最小断面軸部1及び非最小断面軸部2の断面の大きさと
軸方向長さの比を調節することにより、前記鋼製軸体3
の剛性と降伏軸力を決定することを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明の耐震デバイスでは、同一材料からなる
鋼製軸体3の断面の大きさとその軸方向の長さの比を変
化させて、大小の断面積の部分、つまり最小断面軸部1
と非最小断面軸部2とで塑性エネルギーの吸収を行な
う。鋼製軸体3の降伏軸力は、断面積の小さな部分で決
るが、鋼製軸体3の全長での等価断面積はこの部分より
も大きいので、鋼製軸体3の等価降伏点は、材料の降伏
点よりも低下する。鋼製軸体3は、丸鋼や平鋼を機械切
削により加工することで、その断面積を容易かつ厳密に
管理できる。また、鋼製軸体3は、座屈防止部材14で
被覆されていることにより、塑性エネルギーを吸収する
前に座屈することがない。
【0012】
【実施例】以下本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図1は第1実施例に係る耐震デバイス10で、この
耐震デバイス10を構成する鋼製軸体3は、軸方向中央
部に軸方向に所定長さの最小断面軸部1を有し、その軸
方向両側に軸方向所定の長さにわたり、かつ前記最小断
面軸部1よりも断面寸法が大きい非最小断面軸部2がテ
ーパ部8を介して段状に設けられている。この非最小断
面軸部2に連なる軸端部には、被振動制御物体4に対す
る結合手段5として、両端部でそれぞれ右ねじと左ねじ
からなる逆ねじの関係で雄ねじ9が設けられており、こ
れに対して被振動制御物体4には、前記雄ねじ9が螺合
する雌ねじ11が設けられている。
【0013】このように、鋼製軸体3の両端の雄ねじ9
は逆ねじであるので、鋼製軸体3を一方向に回転するこ
とで、この両端の雄ねじ9を対向する被振動制御物体4
の雌ねじ11に同時に螺合できる。
【0014】さらに、鋼製軸体3の外部には、この鋼製
軸体3に圧縮力が作用したとき座屈するのを防止する座
屈防止部材14が設けられている。この座屈防止部材1
4は、鋼製軸体3が塑性エネルギーを吸収して変形する
前に座屈するのを防止するためのもので、その構成は限
定されないが、実施例では次のように構成されている。
すなわち図示の座屈防止部材14は、モルタル等の充填
材12及び、この充填材12に巻装する曲げ補剛材13
から構成されている。また、鋼製軸体3に作用する軸力
が座屈防止部材14に伝達しないよう、当該鋼製軸体3
と充填材12との間に例えばブチルゴム等の軸力絶縁材
15を介在させる。さらにテーパ部8及び最小断面軸部
1の両端と軸力絶縁材15との間には、例えば発泡プラ
スチック等の緩衝材16を充填してあり、これにより鋼
製軸体3と座屈防止部材14の間の絶縁をより確実にし
ている。
【0015】したがって、本実施例において、地震など
により被振動制御物体4からこの鋼製軸体3に軸力が作
用し、その衝撃エネルギーが鋼製軸体3の等価降伏点を
越えたとき、当該鋼製軸体3が塑性変形することで被振
動制御物体4に加わる所定のエネルギーを確実に吸収す
ることができる。
【0016】また、座屈防止部材14の存在により、鋼
製軸体3に局部座屈が発生せず、所定のエネルギー以下
で鋼製軸体3が破断するという不具合がない。なお、1
7は曲げ補剛材13の両端に固定されている環状端板で
ある。なお、座屈防止部材14は、所定の肉厚強度を有
する鋼製の筒体(図示せず)を単一部材として鋼製軸体
3に非一体的に嵌着して構成してもよい。
【0017】図2は、第2実施例に係る耐震デバイス1
0aにおける鋼製軸体3の要部断面図である。第2実施
例が第1実施例と相異する構成は、鋼製軸体3を2部材
を結合して構成する点である。つまり、第1実施例で
は、一本の丸鋼を機械加工によって鋼製軸体3に仕上げ
るのに対し、第2実施例では所定長の1つの丸鋼によっ
て最小断面軸部1を形成し、かつその軸方向両端に転造
ねじからなる雄ねじ18を形成する。さらに他の丸鋼部
材の軸心部に転造ねじからなる雌ねじ19を切削し、か
つ丸鋼の外周軸端部には転造ねじ又は、切削ねじにより
結合手段5を構成する雄ねじ9を設けて非最小断面軸部
2を構成し、前記雌ねじ18と雄ねじ19を螺合するこ
とによって、最小断面軸部1の両端に非最小断面軸部2
を連結して第1実施例と同様の大小の断面部を有する鋼
製軸体3が構成される。
【0018】なお、第2実施例における鋼製軸体3でも
第1実施例と同様、その外側に軸力絶縁材15と緩衝材
16を介して、充填材12及びそれを被覆する曲げ補剛
材13からなる座屈防止部材14が設けられ、かつ雄ね
じ9を介して被振動制御物体4に結合されるものであ
る。
【0019】図3には第3実施例に係る耐震デバイス1
0bが示されている。この第3実施例では、鋼製軸体3
が最小断面軸部である断面1と、中間の大きさの断面軸
部である断面2と、最大断面軸部である断面3とからな
る3段構成とされており、他の構成は第1、第2実施例
の耐震デバイス10,10aと同じである。なお、断面
4は、座屈防止部材14の断面を示すものである。
【0020】この第3実施例の耐震デバイス10bにお
いても、断面1、断面2、断面3の大きさと軸方向長さ
を適切に設定することにより、鋼製軸体3の剛性と降伏
耐力を容易かつ正確に制御することができる。
【0021】第3実施例の耐震デバイス10bと同一構
造で、かつ前記断面1、断面2、断面3、断面4の大き
さ及び、軸方向長さを種々に変化させてなる試験体1,
2,3,4において、それぞれの降伏軸力、等価降伏
点、座屈耐力、座屈/降伏の変化を実験したので、その
結果を表1〜表8に示す。これらの各表から明らかなと
おり、断面1、断面2、断面3、断面4の大きさと軸方
向長さを適切に設定することにより、同一材料から構成
する鋼製軸体3の剛性と降伏軸力を所期の値に制御可能
なことが分る。
【0022】
【表1】
【表2】
【0023】
【表3】
【表4】
【0024】
【表5】
【表6】
【0025】
【表7】
【表8】
【0026】図4〜図6には、本発明の耐震デバイスを
被振動制御物体に取付ける3つの具体例が示されてい
る。図4の場合は、耐震デバイス10の座屈防止部材1
4の曲げ補剛材13から突出した雄ねじ9が連結体20
の雌ねじ29に螺合されており、この連結体20がH形
鋼からなる連結部材21に結合され、その連結部材21
が、主架構22に結合された同じくH形鋼からなる連結
部材28に継手板30を介してボルト31で結合される
ことで、前記耐震デバイス10が前記主架構22に連結
される。
【0027】図5の場合は、耐震デバイス10の雄ねじ
9と、主架構22に溶接等で固定された雄ねじ23とを
カプラー24で結合することにより、前記耐震デバイス
10が前記主架構22に連結されている。
【0028】図6の場合は、耐震デバイス10の雄ねじ
9を主架構22に開設された孔25に挿通し、主架構2
2の両側を、雄ねじ9に螺合したナット27でワッシャ
ー26を介して挟持することにより、耐震デバイス10
が主架構22に連結されている。なお、耐震デバイス1
0,10a,10bを主架構22等に固定する手段は前
記の方法に限定されず、他の結合手段を用いても構わな
い。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の耐震デバ
イスによると、鋼製軸体3が同一材料であっても、これ
に最小断面軸部1と非最小断面軸部2を設け、各断面の
大きさと軸方向長さの比を適正に変化させることによ
り、等価降伏点を所期の値に調整でき、しかもこの断面
の大きさと軸方向長さの設定は、機械加工によって高精
度に仕上げることができるので、所定のエネルギー吸収
能力を確実に得ることができる。しかも、鋼製軸体3に
座屈防止部材14を設けたことにより、鋼製軸体3の軸
力による座屈を防止でき、さらに座屈防止部材14から
露出した鋼製軸体3の両端部の結合手段5を介して、主
架構等の被振動制御物体4に容易、確実に結合できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る耐震デバイスの断面
図である。
【図2】第2実施例に係る耐震デバイスの要部の拡大断
面図である。
【図3】第3実施例に係る耐震デバイスの断面図であ
る。
【図4】実施例に係る耐震デバイスを主架構へ取付ける
第1具体例の説明図である。
【図5】実施例に係る耐震デバイスを主架構へ取付ける
第2具体例の説明図である。
【図6】実施例に係る耐震デバイスを主架構へ取付ける
第3具体例の説明図である。
【符号の説明】
1 最小断面軸部 2 非最小断面軸部 3 鋼製軸体 4 被振動制御物体 5 結合手段 6 雄ねじ 7 雌ねじ 8 テーパ部 9 雄ねじ 10 耐震デバイス 11 雌ねじ 12 充填材 13 曲げ補剛材 14 座屈防止部材 15 軸力絶縁材 16 緩衝材 17 環状端板 20 連結体 21 連結部材 22 主架構 23 雄ねじ 24 カプラー 26 ワッシャー 27 ナット 28 連結部材 29 雌ねじ 30 継手板 31 ボルト

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸方向中央部に軸方向に所定長さにわた
    る最小断面軸部1を有し、その軸方向両側に所定の軸方
    向長さにわたり、かつ前記最小断面軸部1よりも断面寸
    法が大きい非最小断面軸部2を段状に有する鋼製軸体3
    を設け、この鋼製軸体3を、当該鋼製軸体3に対し非付
    着状態のもとに座屈防止部材14で被覆し、かつ前記鋼
    製軸体3の軸方向両端部に被振動制御物体4に対する結
    合手段5が設けられてなる構成を特徴とする等価降伏点
    を制御できる耐震デバイス。
  2. 【請求項2】 前記鋼製軸体3は、単一部材の切削加工
    により前記最小断面軸部1と非最小断面軸部2とを有し
    た構成とされる請求項1に記載の等価降伏点を制御でき
    る耐震デバイス。
  3. 【請求項3】 前記鋼製軸体3は、前記最小断面軸部1
    の端部に雄ねじ6を有する1つの部材と、前記非最小断
    面軸部2の軸中心に雌ねじ7を有する他の1つの部材と
    を、前記雄ねじ6と前記雌ねじ7の螺合により結合して
    構成される請求項1に記載の等価降伏点を制御できる耐
    震デバイス。
  4. 【請求項4】 前記座屈防止部材14は、前記鋼製軸体
    3を軸力絶縁材15を介して被覆する充填材12及び、
    充填材12を被覆する曲げ補剛材13とから構成されて
    いる請求項1に記載の等価降伏点を制御できる耐震デバ
    イス。
  5. 【請求項5】 軸方向両端に被振動制御物体4への結合
    手段5を有し、軸方向中央部に、軸方向に所定長の最小
    断面軸部1を有し、その軸方向両側に軸方向に所定長の
    非最小軸部2を有する鋼製軸体3を作り、この鋼製軸体
    3を、当該鋼製軸体3に対し非付着状態のもとに座屈防
    止部材14で被覆し、かつ前記鋼製軸体3の最小断面軸
    部1及び非最小断面軸部2の断面の大きさと軸方向長さ
    の比を調整することにより、前記鋼製軸体3の剛性と降
    伏軸力を決定することを特徴とする等価降伏点を制御で
    きる耐震デバイスの製造方法。
JP13747695A 1995-05-12 1995-05-12 等価降伏点を制御できる耐震デバイスとその製造方法 Pending JPH08312024A (ja)

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Cited By (3)

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