JPWO2010074229A1 - 履歴型ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】耐劣化性と形状の自己復元能力とを兼ね備え、かつ簡便性に優れた履歴型ダンパーを提供する。【解決手段】エネルギー吸収を担う超塑性合金からなる第１の部材１０、２０、３０、４０、５０と、形状の自己復元能力を持つ超弾性合金からなり、第１の部材に対して並列に配置される第２の部材１１、２１、３１、４１、５１と、第１、第２の部材の両端側の部位同士を結合する結合部材１２、２２、３２、５２とを備える。具体的には、第１の部材および第２の部材に対して、ダンパー作用方向Ｆ１、Ｆ２と直交する方向への変形を拘束する拘束部材１４、３４、５４を備え、第２の部材は、第１の部材を挟むように配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、弾塑性材の変形に伴うヒステリシスを活用してエネルギーを消費することでエネルギーを吸収する履歴型ダンパーに関する。

一般に、土木構造物に用いられるパッシブ型の制震装置は地震後に自動的に元位置へ復旧する自己復元能力は持ち合わせてはいない。そのため、制震装置として機能した極大地震後には、制震装置に発生した残留変形を取り除くための作業が必要である。

そこで、従来、自己復元能力を持ち合わせた制震技術がいくつか提案されている。まず、機械的な自己復元能力を有するパッシブ型の制震構造としては、特許文献１、非特許文献１のロッキング型免震制震構造と、非特許文献２のＰＴＥＤ構造が挙げられる。

特許文献１、非特許文献１の構造は、塑性変形した軸降伏型金属ダンパー（履歴型ダンパー）の形状を、構造物の自重（死加重）により復元する構造である。

非特許文献２の構造は、塑性変形した軸降伏型ダンパー（履歴型ダンパー）を、プレストレスを導入したＰＣ鋼棒により元の形状に復元する構造である。具体的には、柱と梁の接合部において、軸降伏型ダンパーを柱の軸線方向に配置し、さらに軸降伏型ダンパーとは別個に、プレストレスを導入したＰＣ鋼棒を柱の軸線方向に配置している。

なお、特許文献２には、超塑性合金を用いたせん断型ダンパー（履歴型ダンパー）が記載されている。特許文献２のせん断型ダンパーでは、繰り返し荷重下での塑性ひずみ蓄積に対する耐劣化性に優れた超塑性合金を用いることにより地震後の交換を不要としている。

また、非特許文献３には、ダンパー部材に形状記憶合金を用いた制震装置が記載されている。非特許文献３の制震装置では、地震後に元位置へ復旧させる際に、形状記憶合金の超弾性効果を利用する。

特開２００７−１９７９３０号公報 特開２００１−２３４９７４号公報

後藤芳顯、奥村徹：ロッキング挙動を利用した免震・制震機構の上路式鋼アーチ橋への適用、土木学会論文集Ａ，Ｖｏｌ．６２，Ｎｏ．４，８３５−８５３，２００６ 後藤芳顯、Ａｍｊａｄ Ａｌ Ｈｅｌｗａｎｉ、奥村徹：無損傷で自己復元特性を有する鋼製門型ラーメン橋脚を目標とした免震・制震機構の提案、土木学会論文集Ａ，Ｖｏｌ．６３，Ｎｏ．４，ｐｐ．８１１−８２７，２００７． 足立幸郎、運上茂樹、近藤益央：形状記憶合金の橋梁ダンパーへの適用性に関する研究、土木技術資料、Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．１０，ｐｐ．５４−５９，１９９８。

特許文献１、非特許文献１の従来技術では、自己復元のための力として構造物の自重（死荷重）を利用するため、自己復元のための力を構造物の自重と無関係に適切に設計することができず、自己復元のための力の設計の自由度が低いという問題がある。

非特許文献２の従来技術では、軸降伏型ダンパー（履歴型ダンパー）とは別個に、プレストレスを導入したＰＣ鋼棒を設ける必要があるとともに、軸降伏型ダンパー（履歴型ダンパー）とＰＣ鋼棒とが相互に効果的に働く設計とする必要がある。このため、制震装置全体としての大規模化および複雑化をもたらすため、適切な設計、施工のためには高い技術力と経験を要し、簡便性に欠ける。

特許文献２の従来技術では、超塑性材料は元位置へ復元する機能は持ち合わせていないため、残留変形の発生を回避するためには別途機構を付加するか、あるいは地震後に元の位置へ復元する作業が必要となる。

非特許文献３の従来技術では、地震後に元位置へ復旧させる際には、形状記憶合金の加熱作業が必要となる。したがって、制震装置自体は自己復元能力は持ち合わせていない。

本発明は上記点に鑑みて、耐劣化性と形状の自己復元能力とを兼ね備え、かつ簡便性に優れた履歴型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、請求項１に記載の発明では、エネルギー吸収を担う超塑性合金からなる第１の部材（１０、２０、３０、４０、５０）と、
形状の自己復元能力を持つ超弾性合金からなり、第１の部材に対して並列に配置される第２の部材（１１、２１、３１、４１、５１）と、
第１、第２の部材の両端側の部位同士を結合する結合部材（１２、２２、３２、５２）とを備えることを特徴とする。

これによると、超塑性合金からなる第１の部材がエネルギー吸収を担うので、優れた耐劣化性を備えることができる。さらに、形状の自己復元能力を持つ超弾性合金からなる第２の部材を第１の部材に対して並列に配置し、第１、第２の部材の両端側の部位同士を結合部材で結合しているので、第２の部材が持つ形状の自己復元能力を、第１の部材の形状の復元のために利用することができる。このため、耐劣化性と形状の自己復元能力とを兼ね備えた履歴型ダンパーを実現することができる。

しかも、第１、第２の部材の両端側の部位同士を結合部材で結合するといった非常に簡素な構成であるので、エネルギー吸収を担う機構と形状の自己復元のための機構とを一体化できるとともに、第１、第２の部材の長さや断面積を設計することによってエネルギー吸収能力と形状の自己復元能力とを調整することができる。このため、簡便性に優れた履歴型ダンパーを実現することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の履歴型ダンパーにおいて、第１の部材および第２の部材に対して、ダンパー作用方向（Ｆ１、Ｆ２）と直交する方向への変形を拘束する拘束部材（１４、３４、５４）を備えることを特徴とする。

これによると、第１、第２の部材に座屈等の望ましくない変形が生じることを拘束部材によって抑制できる。このため、エネルギー吸収能力および形状の自己復元能力を効果的に発揮することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の履歴型ダンパーにおいて、第１の部材および第２の部材のうち少なくとも一方の部材と拘束部材との間には、第１の部材、第２の部材および拘束部材よりも摩擦係数、粘性係数および弾性係数の小さいアンボンド材（１５、１６、３５、３６、４６、５５）が配置されていることを特徴とする。

これによると、ダンパー機能を発揮する際に第１、第２の部材のうち少なくとも一方の部材と拘束部材との間に生じる摩擦をアンボンド材によって抑制することができるので、エネルギー吸収能力と形状の自己復元能力とを高めることができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１または２に記載の履歴型ダンパーにおいて、第２の部材は、第１の部材を挟むように配置されていることを特徴とする。

これにより、第２の部材が持つ形状の自己復元能力を、第１の部材の形状の復元のために効果的に利用することができるので、形状の自己復元能力を効果的に発揮することができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１または２に記載の履歴型ダンパーにおいて、第２の部材は、第１の部材を挟むように配置されており、第１の部材（１０、４０）と第２の部材（１１、４１）との間には、第１の部材（１０、４０）および第２の部材（１１、４１）よりも摩擦係数、粘性係数および弾性係数の小さいアンボンド材（１５、４５）が配置されていることを特徴とする。

これによると、ダンパー機能を発揮する際に第１、第２の部材間に生じる摩擦をアンボンド材によって抑制することができるので、エネルギー吸収能力と形状の自己復元能力とを高めることができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の履歴型ダンパーにおいて、第１の部材（１０、３０、４０）および第２の部材（１１、３１、４１）は棒状または細長い板状に形成され、
結合部材（１２、３２）は、第１の部材および第２の部材のうち長手方向両端側の部位同士を結合していることを特徴とする。これにより、いわゆる軸降伏型ダンパーに本発明を良好に適用できる。

請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の履歴型ダンパーにおいて、第２の部材（１１、３１、４１）と第１の部材（１０、３０、４０）との断面積比Ａ^ｅ／Ａ^ｐは、下記２つの数式を満足するように設定されていることを特徴とする。

但し、δ_ａｌは残留変位の許容値、σ^ｅ は超弾性合金の除荷における相転移時の応力、σ^ｐ は超塑性合金の降伏応力、Ｅ^ｅ は超弾性合金のヤング率、Ｌ^ｅ は超弾性合金の長さである。

これにより、軸降伏型ダンパーにおいて、残留変位が許容値δ_ａｌ以下となるような自己復元能力を確実に確保することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態における軸降伏型ダンパーを示す断面図である。 図１に示す軸降伏型ダンパーの適用例を示す斜視図である。 （ａ）は超弾性合金の応力−ひずみ関係を示す図であり、（ｂ）は超塑性合金の応力−ひずみ関係を示す図であり、（ｃ）ダンパー部材としての応力−ひずみ関係を示す図である。 本発明の第１実施形態における軸降伏型ダンパーの一構成例を示す斜視図および断面図である。 本発明の第１実施形態における軸降伏型ダンパーの他の構成例を示す断面図である。 図２の適用例における軸降伏型ダンパーの構成例を示す斜視図である。

本発明の第２実施形態におけるせん断降伏型ダンパーを示す断面図である。 本発明の第３実施形態における軸降伏型ダンパーを示す斜視図および断面図である。 本発明の第３実施形態の変形例における軸降伏型ダンパーを示す斜視図および断面図である。 本発明の第４実施形態における軸降伏型ダンパーを示す断面図である。 本発明の第５実施形態におけるせん断降伏型ダンパーを示す斜視図および断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。本実施形態は、本発明の本発明の履歴型ダンパーを軸降伏型ダンパーに適用したものである。図１（ａ）は軸降伏型ダンパーの模式的な断面図である。図１（ａ）中の矢印Ｆ１は、軸降伏型ダンパーに加わる力の方向、換言すればダンパー作用方向を示している。

軸降伏型ダンパーは、エネルギー吸収を担う超塑性合金（superplastic alloy )からなる第１の部材１０と、形状の自己復元能力を持つ超弾性合金（superelastic alloy )からなる第２の部材１１とを並列に配置してなる複合構造を有するもので、具体的には、１枚の板状の第１の部材１０を２枚の板状の第２の部材１１で挟むように、第１の部材１０と第２の部材１１とを、応力がかかる方向（図１中の矢印Ｆ１方向）と直交する方向に積層して配置し、それらを鉄等の金属で形成された結合部材１２で一体化した構造のものである。

ここで、超塑性合金とは、超塑性を示す合金のことである。超塑性とは、多結晶材料の引張変形において、変形応力が高い歪み速度依存性を示し、局部収縮（ネッキング）を生じることなく巨大な伸びを示す現象のことである。

超弾性合金とは、超弾性を示す合金のことである。超弾性とは、負荷時に応力誘起マルテンサイト変態によって生じた変形が、除荷時の逆変態によって回復する性質のことである。

図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。第１の部材１０および第２の部材１１からなるダンパー部材は、第１の部材１０を２枚の板状の第２の部材１１で挟んだサンドイッチ構造としている。

図１（ｃ）は、本実施形態の変形例を示す断面図であり、図１（ｂ）に対応する断面を示している。図１（ｃ）の軸降伏型ダンパーのように、第１の部材１０の周囲を第２の部材１１で囲んで第１の部材１０と第２の部材１１とを積層した構造とすることができる。

このような構造の軸降伏型ダンパーでは、地震等により図１（ａ）中の矢印Ｆ１の方向に力が加わると、その矢印Ｆ１の方向に軸降伏型ダンパーが伸び縮みする。

図２は、本実施形態の軸降伏型ダンパー１をアーチ橋に用いた例を示している。図２（ａ）はアーチ橋の全体を示す斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ部拡大図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）のＣ部拡大図である。

図２の例では、アーチ橋におけるブレース材の一部（図２中の太実線部分）を軸降伏型ダンパー１に置き換えている。

なお、図２の例のように軸降伏型ダンパーを屋外で用いる場合には、軸降伏型ダンパーの全体に塗装を施したり、軸降伏型ダンパーの外側を図示しないカバーで全体的に覆ったりすることによって軸降伏型ダンパーの腐食を防止するのが好ましい。

第１の部材１０を構成する超塑性合金としては、例えばＺｎ−Ａｌ系の合金を用いることができ、第２の部材１１を構成する超弾性合金としては、例えばＴｉ−Ｎｉ系の合金を用いることができる。

図３（ａ）に、超弾性合金の応力−ひずみ関係の一例を示し、図３（ｂ）に、超塑性合金の応力−ひずみ関係の一例を示す。

超塑性合金に応力が作用した場合、図３（ｂ）中の矢印で示す関係に従ってひずみが生じるが、応力がなくなってもひずみは０には戻らない。一方、超弾性合金に応力が作用した場合、図３（ａ）中の矢印で示す関係に従ってひずみが生じるが、応力がなくなればひずみは０に戻る。

このような超弾性合金と超塑性合金とを用いて図１のようにダンパー部材を構成した場合、ダンパー部材としての応力−ひずみ関係は、図３（ｃ）のようになる。

このような特性を有することにより、図１に示すダンパー部材において、地震により図１（ａ）中の矢印Ｆ１方向に力が加わった場合、超塑性合金からなる第１の部材１０が変形して地震エネルギーを吸収する。地震エネルギーの吸収後、超塑性合金からなる第２の部材１１による形状の自己復元能力により元位置に復帰する。

なお、図１の例では、超弾性合金からなる第２の部材１１と超塑性合金からなる第１の部材１０の長さ比を１：１、断面積比を１：２としている。

ここで、軸降伏型ダンパーが自己復元能力を確保するための条件の一例について説明する。軸降伏型ダンパーにおいて、ダンパー部材としての残留変位が許容値δ_ａｌ以下となるような自己復元能力を確保する場合には、超弾性材料の断面積Ａ^ｅ と超塑性材料の断面積Ａ^ｐ との比Ａ^ｅ／Ａ^ｐが下記２つの数式を満足するよう設定する。

但し、σ^ｅ は超弾性合金の除荷における相転移時の応力、σ^ｐ は超塑性合金の降伏応力、Ｅ^ｅ は超弾性合金のヤング率、Ｌ^ｅ は超弾性合金の長さである。なお、上記２つの数式は、両合金の応力−ひずみ関係を図３（ａ）、（ｂ）に示すものと設定した場合の一例である。

上記した実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。すなわち、エネルギー吸収を担う超塑性合金からなる第１の部材１０と、形状の自己復元能力を持つ超弾性合金からなる第２の部材１１とを並列に配置してなる複合構造としているので、地震時には超弾性挙動により超塑性合金の変形へ追随するとともに、地震後には自己復元能力により、超弾性合金自身の弾性ひずみおよび塑性変形の進行した超塑性合金の残留ひずみを使用上許容可能な範囲にまで戻すことができる。

このように自己復元特性と塑性ひずみ蓄積時の耐劣化特性を併せ持つダンパーとすることにより、地震後の元位置への復元作業およびダンパー材の交換が不要となるため、完全なメンテナンスフリーが実現される。また、メンテナンスフリー化に伴い、中規模地震動に対してもダンパーの塑性化を許容する設計が可能になるとともに、中規模地震でダンパーを無損傷とする制約条件を除くことができるので極大地震でもより高効率な制震構造とすることができる。

また、並列に配置する超弾性合金からなる第２の部材１１と超塑性合金からなる第１の部材１０の断面積および長さを変化させて設計することにより、これらの素材に作用する応力およびひずみの大きさを制御できるので、ダンパー部材としてのエネルギー吸収能と自己復元能力を調整することができる。

また、超弾性材料、超塑性材料とも繰り返し荷重下での塑性ひずみ蓄積による劣化の生じない範囲にて使用することで耐劣化性を確保することができる。

なお、第１、第２の部材１０、１１の間で局所的な力の伝達が生じるのを避けるために、第１の部材１０および第２の部材１１は互いに接着されていない構造になっている。

図４〜図６は、本実施形態の軸降伏型ダンパーのより具体的な構成例を示している。図４（ａ）は、軸降伏型ダンパーの一構成例を示す斜視図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の断面図であって、図４（ａ）中に二点鎖線で示した仮想平面Ｄにおける断面を示している。

第１、第２の部材１０、１１は、ダンパー作用方向Ｆ１に細長い板状に形成されている。結合部材１２は第１、第２の部材１０、１１のうち長手方向両端側の部位同士を結合する。この結合は、結合部材１２と第１、第２の部材１０、１１とをボルト１３で締結することによって行われている。

第１、第２の部材１０、１１の中間部は、鉄等の金属にて形成された拘束部材１４に覆われている。拘束部材１４は四角筒形状を有しており、拘束部材１４の内部に第１、第２の部材１０、１１が挿入されている。

拘束部材１４は、その両端側に配置された２つの結合部材１２のうち少なくとも一方の結合部材１２と所定間隔空けて配置されている。拘束部材１４と第１、第２の部材１０、１１との接触は許容されているが、拘束部材１４と第１、第２の部材１０、１１との接着は行われていない。これにより、拘束部材１４にダンパー作用方向の応力が発生しないようにして、拘束部材１４と第１、第２の部材１０、１１との間に摩擦が極力発生しないようにしている。

第１、第２の部材１０、１１の中間部が拘束部材１４に覆われていることによって、第１、第２の部材１０、１１に、座屈等のダンパー作用方向以外の方向への変形が生じることを抑制できる。このため、エネルギー吸収能力と形状の自己復元能力を効果的に発揮することができる。

第１、第２の部材１０、１１の相互間、および第１、第２の部材１０、１１と拘束部材１４との間には、アンボンド材１５が配置されている。アンボンド材１５の材質としては、摩擦係数、粘性係数および弾性係数のいずれもが小さいものが採用される。このようなアンボンド材１５の材質例としては、硬質ゴムシートやポリエチレンフィルム等が挙げられる。アンボンド材１５は、第１、第２の部材１０、１１に生じる摩擦を低減する役割を果たす。

なお、アンボンド材１５を配置する代わりに第１、第２の部材１０、１１、拘束部材１４に表面加工を施すことによって、第１、第２の部材１０、１１、拘束部材１４に生じる摩擦を低減するようにしてもよい。

図５は、軸降伏型ダンパーの他の構成例を示す断面図である。この構成例は、図１（ｃ）の変形例に対応しており、アンボンド材１５が第１、第２の部材１０、１１の相互間に配置されており、アンボンド材１６が第２の部材１１と拘束部材１４との間に配置されている。

図６は、図２のアーチ橋に用いられる軸降伏型ダンパーのより具体的な構成例を示している。図６に示すように、結合部材１２にボルト穴１２ａを設け、このボルト穴１２ａを用いて軸降伏型ダンパーをアーチ橋本体に取り付ける。これにより、結合部材１２がアーチ橋本体への取付具を兼用することができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、本発明の履歴型ダンパーを軸降伏型ダンパーに適用した例を示したが、本第２実施形態では、図７に示すように、本発明の履歴型ダンパーをせん断降伏型ダンパーに適用している。

図７（ａ）は、せん断降伏型ダンパーの模式図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。このせん断降伏型ダンパーも、上記第１実施形態の軸降伏型ダンパーと同様に、超塑性合金からなる第１の部材２０と超弾性合金からなる第２の部材２１とを並列に配置してなる複合構造を有するもので、具体的には、応力がかかる方向（図７（ａ）中の矢印Ｆ２の方向）に、１枚の板状の第１の部材２０を２枚の板状の第２の部材２１で挟むように第１の部材２０と第２の部材２１とを離間して積層し、鉄等の金属で形成された結合部材２２でそれらを一体化した構造のものである。

このような構造のせん断降伏型ダンパーでは、地震等により図７（ａ）中の矢印Ｆ２の方向に力が加わると、その矢印Ｆ２の方向にダンパーが変形する。このようなせん断降伏型ダンパーは、例えば、部材接合部に配置するダンパーとして用いることができる。

（第３実施形態）
上記第１実施形態では、軸降伏型ダンパーの第１の部材１０と第２の部材１１とが板状に形成されており、第１の部材１０と第２の部材１１とが積層して配置されているが、本第３実施形態では、図８に示すように、軸降伏型ダンパーの第１の部材３０と第２の部材３１とが棒状に形成されており、第１の部材３０と第２の部材３１とが並列に配置されている。

図８（ａ）は、本実施形態の軸降伏型ダンパーを示す斜視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の断面図であって、図８（ａ）中に二点鎖線で示した仮想平面Ｇにおける断面を示している。

軸降伏型ダンパーは、全体としてダンパー作用方向Ｆ１と平行な円柱状の形状を有している。第１、第２の部材３０、３１は、ダンパー作用方向Ｆ１と平行な丸棒状に形成されており、軸降伏型ダンパーの周方向に交互に配置されている。

拘束部材３４はダンパー作用方向Ｆ１と平行な円筒形状を有している。拘束部材３４のうち中心孔３４ａの外側部位には、軸方向に貫通する貫通孔３４ｂが、第１、第２の部材３０、３１の合計本数と同数個設けられている。図８の例では、第１、第２の部材３０、３１の合計本数が８本であるので、貫通孔３４ｂが８個設けられている。

各々の貫通孔３４ｂには、第１、第２の部材３０、３１のいずれかが１本ずつ挿入されている。貫通孔３４ｂの断面形状は、第１、第２の部材３０、３１の断面形状とほぼ同形状（図８の例では円形状）になっている。

各々の貫通孔３４ｂでは、第１、第２の部材３０、３１と拘束部材３４との間にアンボンド材３５が配置されている。

なお、アンボンド材３５を配置する代わりに、第１、第２の部材３０、３１、拘束部材３４に表面加工を施すことによって、第１、第２の部材３０、３１、拘束部材３４に生じる摩擦を低減するようにしてもよい。

図９は本実施形態の変形例を示す断面図である。図９（ａ）は、変形例における軸降伏型ダンパーを示す斜視図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の断面図であって、図９（ａ）中に二点鎖線で示した仮想平面Ｈにおける断面を示している。

この変形例では、第１の部材３０が軸降伏型ダンパーの中心部に１本配置され、第２の部材３１が軸降伏型ダンパーの径方向外側部位に複数本配置されている。第１の部材３０は、拘束部材３４の中心孔３４ａに挿入されており、第２の部材３１は、拘束部材３４の貫通孔３４ｂに挿入されている。

したがって、拘束部材３４の貫通孔３４ｂは、第２の部材３１の本数と同数個設けられている。図９の例では、第２の部材３１の本数が４本であるので、貫通孔３４ｂが４個設けられている。

拘束部材３４の中心孔３４ａの断面形状は、第１の部材３０の断面形状とほぼ同形状（図９の例では円形状）になっており、貫通孔３４ｂの断面形状は、第２の部材３１の断面形状とほぼ同形状（図９の例では円形状）になっている。

中心孔３４ａでは、第１の部材３０と拘束部材３４との間にアンボンド材３５が配置されている。また、貫通孔３４ｂでは、第２の部材３１と拘束部材３４との間にアンボンド材３６が配置されている。

なお、アンボンド材３５、３６を配置する代わりに、第１、第２の部材３０、３１、拘束部材３４に表面加工を施すことによって、第１、第２の部材３０、３１、拘束部材３４に生じる摩擦を低減するようにしてもよい。

（第４実施形態）
上記第３実施形態では、軸降伏型ダンパーの第１の部材３０と第２の部材３１とが丸棒状に形成されているが、本第４実施形態では、図１０に示すように、軸降伏型ダンパーの第１の部材４０が丸棒状に形成されており、第２の部材４１が円筒状に形成されている。

図１０は、本実施形態の軸降伏型ダンパーを示す断面図であって、ダンパー作用方向Ｆ１と直交する方向の断面を示している。

第１の部材４０は、ダンパー作用方向Ｆ１（図１０の紙面垂直方向）と平行な丸棒状に形成されている。第２の部材４１は、ダンパー作用方向Ｆ１と平行な円筒状に形成されており、その内部に第１の部材４０が挿入されている。

第１、第２の部材４０、４１のうちダンパー作用方向Ｆ１における両端側の部位同士は結合部材（図示せず）によって結合されている。

拘束部材４４はダンパー作用方向Ｆ１と平行な円筒形状を有しており、拘束部材４４の内部に第１、第２の部材４０、４１が挿入されている。

第１、第２の部材４０、４１の相互間にはアンボンド材４５が配置されており、第２の部材４１と拘束部材４４との間にはアンボンド材４６が配置されている。

なお、アンボンド材４５、４６を配置する代わりに、第１、第２の部材４０、４１、拘束部材４４に表面加工を施すことによって、第１、第２の部材４０、４１、拘束部材４４に生じる摩擦を低減するようにしてもよい。

（第５実施形態）
上記第２実施形態のせん断降伏型ダンパーでは、板状の第１、第２の部材２０、２１がダンパー作用方向Ｆ２に積層されているが、本第５実施形態のせん断降伏型ダンパーは、図１１に示すように、板状の第１、第２の部材５０、５１がダンパー作用方向Ｆ２と直交する方向に積層されている。

図１１（ａ）は、本実施形態のせん断降伏型ダンパーを示す斜視図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の断面図であって、図１１（ａ）中に二点鎖線で示した仮想平面Ｉにおける断面を示している。

結合部材５２は、長方形板状の第１、第２の部材５０、５１のうちダンパー作用方向Ｆ２と直交する方向における両端側の部位同士を結合する。この結合は、結合部材５２と第１、第２の部材５０、５１とをボルト５３で締結することによって行われている。

第１、第２の部材５０、５１の中間部は、鉄等の金属にて形成された拘束部材５４に覆われている。拘束部材５４は四角筒形状を有しており、拘束部材５４の内部に第１、第２の部材５０、５１が挿入されている。拘束部材５４の内部には、第１、第２の部材５０、５１を互いに隔てる隔壁５４ａが設けられている。

拘束部材５４は、その両端側に配置された２つの結合部材５２のうち少なくとも一方の結合部材５２と所定間隔空けて配置されている。

第１、第２の部材５０、５１の中間部が拘束部材５４に覆われていることによって、第１、第２の部材５０、５１に、座屈等のダンパー作用方向以外の方向への変形が生じることを抑制できる。このため、エネルギー吸収能力と形状の自己復元能力を効果的に発揮することができる。

ダンパー作用方向Ｆ２において、第１、第２の部材５０、５１と拘束部材５４との間には所定間隔の隙間が形成されている。この隙間により、第１、第２の部材５０、５１にダンパー作用方向Ｆ２のせん断力が加わった際に第１、第２の部材１０、１１が長方形から平行四辺形にせん断変形することが許容される。

第１、第２の部材５０、５１と拘束部材５４との間にはアンボンド材５５が配置されている。

なお、アンボンド材５５を配置する代わりに、第１、第２の部材５０、５１、拘束部材５４に表面加工を施すことによって、第１、第２の部材５０、５１、拘束部材５４に生じる摩擦を低減するようにしてもよい。

（他の実施形態）
なお、超塑性合金としては、図３（ｂ）に示すような特性を有し、エネルギー吸収を担うものであれば、Ｚｎ−Ａｌ系の合金以外の合金、例えばＡｌ系、Ｔｉ系の合金、低降伏点鋼などを用いてもよい。また、超塑性合金としては、図３（ａ）に示すような特性を有し、形状の自己復元能力を持つものであれば、Ｔｉ−Ｎｉ系の合金以外の合金、例えばＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の合金、高張力鋼系材料などを用いてもよい。

また、超塑性合金からなる第１の部材と超弾性合金からなる第２の部材とを並列に配置してなる複合構造を有するものであれば、上記各実施形態に示す構造のものに限らず、他の構造のものであってもよい。例えば、１枚の板状の第１の部材と１枚の板状の第２の部材とを積層した構造を採用してもよい。

本発明の履歴型ダンパーは、自己復元能力と耐劣化性を備えたメンテナンス性に優れた部材であり、中規模地震動に対しても機能させることにより高効率な制震構造を実現する。また、従来の軸降伏型ダンパーやせん断降伏型ダンパーと同様の設計、施工上の簡易さを有しており、新設および既設の土木構造物に容易に設置が可能である。

１０ 超塑性合金からなる第１の部材
１１ 超弾性合金からなる第２の部材
１２ 結合部材

Claims (7)

1. エネルギー吸収を担う超塑性合金からなる第１の部材（１０、２０、３０、４０、５０）と、
   形状の自己復元能力を持つ超弾性合金からなり、前記第１の部材に対して並列に配置される第２の部材（１１、２１、３１、４１、５１）と、
   前記第１、第２の部材の両端側の部位同士を結合する結合部材（１２、２２、３２、５２）とを備えることを特徴とする履歴型ダンパー。
2. 前記第１の部材および前記第２の部材に対して、ダンパー作用方向（Ｆ１、Ｆ２）と直交する方向への変形を拘束する拘束部材（１４、３４、４４、５４）を備えることを特徴とする請求項１に記載の履歴型ダンパー。
3. 前記第１の部材および前記第２の部材のうち少なくとも一方の部材と前記拘束部材との間には、前記第１の部材、前記第２の部材および前記拘束部材よりも摩擦係数、粘性係数および弾性係数の小さいアンボンド材（１５、１６、３５、３６、４６、５５）が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の履歴型ダンパー。
4. 前記第２の部材は、前記第１の部材を挟むように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の履歴型ダンパー。
5. 前記第２の部材は、前記第１の部材を挟むように配置されており、
   前記第１の部材（１０、４０）と前記第２の部材（１１、４１）との間には、前記第１の部材（１０、４０）および前記第２の部材（１１、４１）よりも摩擦係数、粘性係数および弾性係数の小さいアンボンド材（１５、４５）が配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の履歴型ダンパー。
6. 前記第１の部材（１０、３０、４０）および前記第２の部材（１１、３１、４１）は棒状または細長い板状に形成され、
   前記結合部材（１２、３２）は、前記第１の部材および前記第２の部材のうち長手方向両端側の部位同士を結合していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の履歴型ダンパー。
7. 前記第２の部材（１１、３１、４１）と前記第１の部材（１０、３０、４０）との断面積比Ａ^ｅ／Ａ^ｐは、下記２つの数式を満足するように設定されていることを特徴とする請求項６に記載の履歴型ダンパー。
   

   

   

   但し、δ_ａｌは残留変位の許容値、σ^ｅ は超弾性合金の除荷における相転移時の応力、σ^ｐ は超塑性合金の降伏応力、Ｅ^ｅ は超弾性合金のヤング率、Ｌ^ｅ は超弾性合金の長さである。

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