WO2010116660A1

WO2010116660A1 - 異方性補強金属板

Info

Publication number: WO2010116660A1
Application number: PCT/JP2010/002239
Authority: WO
Inventors: 鈴木敏郎; 佐伯英一郎; 中野大治
Original assignee: 株式会社構造材料研究会; 新日鉄エンジニアリング株式会社
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2010-10-14
Also published as: TWI418689B; CN102378844B; EP2418334A1; CN102378844A; TW201043757A; EP2418334A4

Abstract

　所定の方向に高い剪断耐力を有する異方性補強金属板であって、矩形の金属板と、前記金属板の外縁に沿う第１の方向及び第２の方向に沿って配置され、幅方向に沿う面が前記金属板に対向するように前記金属板に固定される第１の枠部材と、前記第１の方向又は前記第２の方向に沿って配置される補強部材と、を備える。

Description

異方性補強金属板

　本発明は、建築構造物等に作用する地震力や風力などの水平外力に抵抗する異方性補強金属板（剪断パネル）に関するものである。
　本願は、２００９年４月７日に日本出願された特願２００９－０９３１１１に基づいて優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　地震力や風力等の水平外力が作用すると建築構造物等に設置される矩形金属板等で構成される剪断パネルは剪断力を受ける。剪断力を受ける矩形金属板は、座屈現象を起こすため大きい剪断耐力を確保することが難しく、補強材（スティフナー）を格子状に配置することで剪断耐力を確保するのが一般的である。剪断降伏耐力が確保できても、剪断降伏後の変形が進む過程で耐力を維持しかつ正負交番に繰り返される荷重に対し、安定した履歴性状（復元力特性）とすることは難しい。このため、幅厚比を小さくする必要があり、多くのスティフナーを格子状に配置する必要がある。

　金属板の剪断座屈荷重を降伏剪断荷重に対して相対的に高くするため、設計で要求される剪断強度に対し、降伏点応力度の極めて低い材料（例えば低降伏点鋼など）を使うことによって、金属板の厚さを増加させ、早期の剪断座屈を回避し降伏後の塑性変形能力を高める方法がある。この場合、金属板を制振壁として用いることができる。この他、剪断力を受ける金属板の耐力維持を図るため、粘弾性材料を組み込んだ壁板、壁板と建物部位との接合方法を工夫したもの等様々な提案がされている。

特開２００２－０６７２１７号公報特開２００３－１７２０４０号公報特開２００４－２７０２０８号公報特開２００５－０４２４２３号公報特開２００８－００８３６４号公報

木原碩美／鳥井信吾、「極低降伏点鋼板壁を用いた制震構造の設計」、建築技術、１９９８年１１月

　従来の補強方法は、格子状のスティフナーを隅肉溶接して接合するのが一般的である。また、薄肉の金属板は溶接が困難なため、金属板の板厚は６ｍｍ以上のものが一般的である。そのために、剛性や耐力の小さい剪断パネルは製作できず、剛性や耐力の大きなものに限られている。本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、異方性補強金属板の剪断耐力を向上させることを目的とする。

　上記の課題を解決するために、本発明の異方性補強金属板は、所定の方向に高い剪断耐力を有する異方性補強金属板であって、矩形の金属板と、前記金属板の外縁に沿う第１の方向及び第２の方向に沿って配置され、幅方向に沿う面が前記金属板に対向するように前記金属板に固定される第１の枠部材と、前記第１の方向又は前記第２の方向に沿って配置される補強部材と、を備える。

　上記の異方性補強金属板は、前記補強部材は、幅方向に沿う面が前記金属板に対向するように前記金属板に固定されてもよい。
　上記の異方性補強金属板は、前記第１の枠部材と前記補強部材との間に間隙を有してもよい。
　上記の異方性補強金属板は、前記金属板は前記第２の方向の寸法よりも前記第１の方向の寸法が大きく、前記金属板の前記第１の方向の中央部に前記第２の方向に沿って配置された第２の枠部材をさらに備え、前記補強部材は、前記第２の方向に沿って配置された前記第１の枠部材と前記第２の枠部材との間に配置されてもよい。
　上記の異方性補強金属板は、前記金属板と前記補強部材との間にアンボンド材をさらに備えてもよい。

　本発明によれば、異方性補強金属板の剪断耐力を向上させることができる。

第１実施形態に係る異方性補強金属板を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は縦断面図である。第１実施形態に係る金属板の応力ひずみ線図である。第１実施形態に係る金属板の応力コンター図である第２実施形態に係る異方性補強金属板を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は縦断面図である。第３実施形態に係る異方性補強金属板を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は縦断面図である。第２、第３実施形態に係る金属板の応力ひずみ線図である。アンボンド材を備える異方性補強金属板の断面図である。

　以下、本発明の第１実施形態について、図１～図３を参照して説明する。
　本実施形態の異方性補強金属板は、所定の方向に高い剪断耐力を有し、大変形領域に至るまで降伏剪断耐力を安定的に維持する。すなわち、本実施形態の異方性補強金属板は、主に剪断力を受ける矩形の金属板の剪断座屈荷重を上げて、設計上必要とする剪断降伏荷重を確保することができる補強構造を有している。

図１は、第１実施形態に係る異方性補強金属板を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は縦断面図である。
　図１に示すように、異方性補強金属板１００は、主に、矩形の金属板１と、額縁状の枠部（周辺枠材）２と、帯板状の補強部材３と、により構成されている。
　金属板１は、例えば鋼、軽金属等の金属からなり、幅ｂ１が約９００ｍｍ、高さ（せい）ｈ１が約９００ｍｍ、厚さｔ１が約３．２ｍｍ程度の正方形の金属板である。本実施形態では、金属板１の材料として、降伏点応力度σｙ＝３０ｋＮ／ｃｍ^２、ヤング係数Ｅ＝２０，５００ｋＮ／ｃｍ^２の軟鋼ＳＳ４００を用いている。

　枠部２は、金属板１の外縁に沿う第１の方向に沿って配置された一対の第１の枠部材２ａ及び金属板１の外縁に沿う第２の方向に沿って配置された一対の第１の枠部材２ｂにより額縁状に設けられている。枠部２は、剪断降伏後に金属板１に作用する斜め主応力に抵抗し得るように、金属板１の面内の曲げ剛性を上げている。また、枠部２は、金属板１が剪断降伏する時点で弾性を示す断面積量を有し、金属板１の剪断降伏後の剪断耐力の低下を防ぎ、かつ維持することができるように設計される。

　第１の枠部材２ａ，２ｂは、例えば幅ｂ２が約６５ｍｍ程度の帯状の板である。第１の枠部材２ａ，２ｂは、幅ｂ２が厚さｔ２よりも大きい長方形の断面形状を有している。第１の枠部材２ａ，２ｂは、金属板１の外縁に沿って配置され、幅ｂ２方向の面（幅広面）が金属板１に対向するように配置されている。一般的に、長方形断面等、長手方向と短手方向とを有する断面形状において、長手方向が幅であり、短手方向が厚さである。したがって、本実施形態において、幅方向に沿う面とは、短手方向と長手方向を有する断面形状の場合、断面の長手方向に沿う面である。

　第１の枠部材２ａ，２ｂは、金属板１と例えばスポット状、線状又は面状に接合され、金属板１に固定される。第１の枠部材２ａ，２ｂと金属板１とは、例えば溶接や接着剤により接合される。第１の枠部材２ａ，２ｂは金属板１の両面に配置され、金属板１の外縁部は一対の第１の枠部材２ａ及び一対の第１の枠部材２ｂによって挟まれている。

　補強部材３は、例えば幅ｂ３が約５０ｍｍ、厚さｔ３が約１２ｍｍ程度の帯状の板である。補強部材３は、互いに垂直に交差する方向に配置された第１の枠部材２ａ，２ｂの一方に沿って配置される。本実施形態では、補強部材３は、第１の枠部材２ｂに沿って、第１の枠部材２ｂと略平行に配置されている。すなわち、補強部材３は、金属板１の外縁に沿う第２の方向に沿って配置されている。なお、金属板１が正方形の場合には、補強部材３は、金属板１の外縁に沿う第１の方向に沿って配置してもよい。

　補強部材３は、幅ｂ３が厚さｔ３よりも大きい長方形の断面形状を有し、幅ｂ３方向の面が金属板１に対向するように、金属板１の両面に配置されている。
　補強部材３は、例えば一対の補強部材３を金属板１を介してボルト及びナット等の締結部材９によって締結することで金属板１に接合され、金属板１に固定されている。補強部材３は、金属板１の幅ｂ１方向に略等間隔に配置された複数の締結部材９により、金属板１に固定されている。

　補強部材３の両端部と枠部２とは互いに離間しており、これらの間には間隙が形成されている。なお、補強部材３の両端部と枠部２とは必ずしも離間させる必要はなく、互いに接してもよい。この場合、補強部材３と枠部２とは互いに接合させない。

　補強部材３は、金属板１の枠部２の内側の領域に２つ以上が略平行に並列に配置されている。図１では４本の補強部材３を示しているが、実際にはより多くの補強部材３が用いられる。補強部材３の本数は、例えば、第１の枠部材２ａ，２ｂ及び補強部材３により区画された金属板１の長方形領域１ａの短辺方向の幅ｂを金属板１の厚さｔ１で除した幅厚比ｂ／ｔ１に応じて決定される。

　ここで、金属板１の剪断耐力として降伏荷重を向上させるためには、金属板１が鋼である場合、幅厚比ｂ／ｔ１は１００以下であることが望ましい。また、金属板１が軽金属である場合、幅厚比ｂ／ｔ１は６０以下であることが望ましい。
　また、金属板１の剪断降伏後の履歴性状を安定させるためには、金属板１が鋼である場合、幅厚比ｂ／ｔ１は５０以下であることが望ましい。また、金属板１が軽金属である場合、幅厚比ｂ／ｔ１は３０以下であることが望ましい。
　軟鋼材料と軽金属材料とのヤング係数の違いから、軽金属材料の幅厚比ｂ／ｔ１は、軟鋼材料の幅厚比ｂ／ｔ１の約６０％となっている。

　図１に示すように、異方性補強金属板１００が剪断応力Ｑを受けると、金属板１は、枠部２及び補強部材３によって金属板１の面と垂直な方向の変形が規制された状態で変形する。すると、金属板１の長方形領域１ａが、長方形領域１ａの長辺方向に作用する剪断力で剪断降伏する。次いで、金属板１の長方形領域１ａの短辺方向の剪断力に対し、補強部材３が寄与して、大変形領域に至るまで耐力が付加される。

　下記の数式１は、剪断力を受ける直交異方性体平板の釣合微分方程式である。

　数式１の左辺の第１項と第３項は平板の曲げ剛性Ｄｘ，Ｄｙである。左辺の中間項は曲げ剛性のポアソン比成分と捩り剛性Ｄｘｙの和である。平板に加わる剪断力に対する剪断剛性は、上記の捩り剛性が中心である。ポアソン比を０．３とすれば剪断剛性の約７０％を上記の捩り剛性が支配し、これが剪断耐力に直接関与する。

　図１に示すように、本実施形態の異方性補強金属板１００は、複数の補強部材３を略平行な状態で等間隔に並列に配置している。そして、枠部２と補強部材３とによって、金属板１を層状の複数の長方形領域１ａに分割している。これにより、捩りモーメントに対する金属板１の捩り剛性、すなわち剪断剛性を高めることができる。

　すなわち、まず長方形領域１ａの長辺方向の剪断応力τによって、枠部２及び補強部材３で囲まれた短冊状の長方形領域１ａにおいて金属板１が降伏する。その後、長方形領域１ａの短辺方向の剪断応力τに対して補強部材３が寄与して大変形領域に至るまで耐力が維持される。

　直交異方性体である異方性補強金属板１００は、剪断降伏後も暫くは長方形領域１ａに塑性変形が限定される。このとき、並列する補強部材３又はその近傍が弾性状態にある。したがって、正負交番に繰り返される荷重に対し、異方性補強金属板１００の履歴性状を安定させることができる。

　したがって、異方性補強金属板１００の剪断降伏後の変形の増大に対して、剪断降伏荷重を大幅に上げることも下げることもなく、剪断耐力を安定的に維持することが可能になる。よって、本実施形態の異方性補強金属板１００によれば、金属板１の剪断降伏後の力学的安定性を確保することができる。

図２は、縦軸を剪断応力Ｑ（ｋＮ／ｃｍ^２）、横軸をひずみεとした応力ひずみ線図である。図２において、実線ＳＬ１は、本実施形態の異方性補強金属板１００の応力ひずみ線図である。実線ＳＬ２は、補強部材３を金属板１に固定することなく金属板１の面を補強した場合の応力ひずみ線図である。点線ＤＬ１は、金属板１が枠部２のみを備えている場合の応力ひずみ線図である。点線ＤＬ２は、金属枠部２のみを備え、第１の枠部材２ａ，２ｂの幅ｂ２を約３２ｍｍ、厚さｔ２を約２５ｍｍに変更した場合の応力ひずみ線図である。

　図２において実線ＳＬ１に示すように、本実施形態の異方性補強金属板１００は、剪断降伏後、剪断耐力が比較的大きく上昇している。また、本実施形態の異方性補強金属板１００は、実線ＳＬ２で示す補強部材３を金属板１に固定することなく金属板１の面を補強した場合よりも、耐力が早く低下し始めている。

　一方、点線ＤＬ１で示すように、金属板１が枠部２のみで補強され、枠部２が本実施形態の異方性補強金属板１００と同様の寸法である場合は、ある程度、耐力の低下が防止されている。しかし、点線ＤＬ２で示すように、金属板１が枠部２のみで補強され、枠部２の幅ｂ２が本実施形態の異方性補強金属板１００よりも狭い場合、枠部２の隅角部が金属板１の中央に引き寄せられて降伏し、その直後に、耐力が低下する。

　図３は、金属板１の剪断力分布を表す応力コンター図である。図３（ａ）は加えた剪断力を示している。図３（ｂ）は、本実施形態の異方性補強金属板１００と異なり、枠部２と補強部材３とを接合した異方性補強金属板における金属板１の剪断力分布を示している。図３（ｃ）は枠部２と補強部材３とを接合せず間隙を有する本実施形態の異方性補強金属板１００の金属板１の剪断力分布を表す。

　図３（ｃ）に示すように、枠部２と補強部材３との間に間隙を有する場合の方が、図３（ｂ）に示す場合と比較して剪断力が一様である。剪断力が一様に発生する方が、剛性が高くかつ塑性変形も一斉に始まるため、異方性補強金属板１００の降伏耐力も向上する。

　したがって、本実施形態の異方性補強金属板１００によれば、主に剪断力を受ける矩形の金属板１を、枠部２及び補強部材３によって補強することで、金属板１の捩り剛性を高くして、金属板１の剪断座屈荷重を上昇させることができる。また、剪断降伏後の異方性補強金属板１００の耐力の安定的な維持を図ることができる。また、薄い金属板１に対しても、塑性変形能力を高めて正負交番に繰り返される荷重にも安定した履歴性状を有する剪断耐震パネルを提供することができる。

　以上説明したように、本実施形態によれば、異方性補強金属板１００の剪断耐力を従来よりも向上させ、異方性補強金属板１００の履歴性状（復元力特性）を安定させることができる。
　また、補強部材３の幅ｂ３方向の面を金属板１に対向させることで、金属板１と補強部材３の接触面の幅を広くして、剪断剛性を向上させることができる。

　次に、本発明の第２及び第３実施形態について、図４～図６を参照して説明する。第２及び第３実施形態に係る異方性補強金属板は、主に、金属板が長方形であり、枠部材又は補強部材がＬ型鋼又は溝型鋼で形成され、さらに第２の枠部材を備えている点で、上述の第１実施形態と異なっている。その他の点は上述の第１実施形態と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。

　図４は、第２実施形態に係る異方性補強金属板を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は縦断面図である。
　図４に示すように、第２実施形態に係る異方性補強金属板１１０は、主に、矩形の金属板１１と、額縁状の枠部１２と、帯板状の補強部材３と、により構成されている。
　金属板１１は、上述の第１実施形態における金属板１と同様の金属材料からなり、例えば幅（短辺方向の幅）ｂ１１が約９００ｍｍ、高さ（長辺方向の幅）ｈ１１が約２２５０ｍｍ、厚さｔ１１が約３．２ｍｍ程度の長方形の金属板である。本実施形態の異方性補強金属板１１０は、高さｈ１１が幅ｂ１１のおおよそ２倍又はそれ以上となる金属板１１を用い、例えば柱と柱の間に設置される間柱型の耐震パネルとして用いられる。

　枠部１２は、金属板１１の長辺方向に沿う第１の方向に沿って配置された一対の第１の枠部材１２ａ及び金属板１１の短辺方向に沿う第２の方向に沿って配置された一対の第１の枠部材１２ｂにより額縁状に設けられている。第１の枠部材１２ａ，１２ｂは、互いに垂直な第１の部分１２ａ１，１２ｂ１及び第２の部分（第２の補強部材）１２ａ２，１２ｂ２を有する例えば７５ｍｍ×７５ｍｍ×９ｍｍのＬ型鋼である。すなわち、第１の枠部材１２ａ，１２ｂの第１の部分１２ａ１，１２ｂ１及び第２の部分１２ａ２，１２ｂ２は、例えば幅ｂ１２１，ｂ１２２が７５ｍｍ、厚さｔ１２１，ｔ１２２が９ｍｍであり、幅ｂ１２１，ｂ１２２が厚さｔ１２１，ｔ１２２よりも大きい長方形の断面形状を有している。また、第１の部分１２ａ１，１２ｂ１及び第２の部分１２ａ２，１２ｂ２は、幅ｂ１２１及び幅ｂ１２２方向が互いに直交し、長さ（高さｈ１１）方向が互いに平行な帯板状の部分である。

　本実施形態では、第１の部分１２ａ１，１２ｂ１と第２の部分１２ａ２，１２ｂ２とは一体的に形成されている。なお、第１の枠部材１２ａ，１２ｂは、帯板状の第１の部分１２ａ１，１２ｂ１と帯板状の第２の部分１２ａ２，１２ｂ２とを接合することにより形成してもよい。また、第１の枠部材１２ａ，１２ｂの断面形状はＴ型であってもよいし、第１の枠部材１２ａ，１２ｂとして溝型鋼やＣ型鋼を用いてもよい。

　第１の枠部材１２ａ，１２ｂは、第１の部分１２ａ１，１２ｂ１の幅ｂ１２１方向の面が金属板１１と略平行な状態で対向するように配置され、第１の部分１２ａ１が金属板１１に対して接着剤又は溶接により接合されている。すなわち、第１の枠部材１２ａ，１２ｂの第２の部分１２ａ２，１２ｂ２は、厚さｔ１２２方向の面が金属板１１と略平行な状態で対向し、幅ｂ１２２方向の面が金属板１１と略垂直になるように、第１の部分１２ａ１，１２ｂ１を介して金属板１１に固定されている。

　金属板１１の長辺に沿って配置された第１の枠部材１２ａは、両端部が金属板１１の端部と接合されている。金属板１１の短辺に沿って配置された第１の枠部材１２ｂは、金属板１１の短辺のほぼ全長に亘って接合されている。
　本実施形態では、枠部１２を構成する第１の枠部材１２ａ，１２ｂは例えば溶接により接合されている。なお、枠部１２を構成する第１の枠部材１２ａと第１の枠部材１２ｂとの間は、接合されないか又は間隙が設けられる場合もある。

　金属板１１の長辺の略中央には、金属板１１の短辺に沿って、金属板１１の短辺と略平行に、第２の枠部材１２ｃが設置されている。すなわち、第２の枠部材１２ｃは金属板１１の長辺に沿う第１の方向の中央部に、金属板１１の短辺に沿う第２の方向に沿って配置されている。第２の枠部材１２ｃは、端部がぞれぞれ金属板１１の一対の長辺に沿って配置された第１の枠部材１２ａに例えば溶接により接合され、第１の枠部材１２ａに連結されている。

　第２の枠部材１２ｃは、第１の枠部材１２ａ，１２ｂと同様のＬ型鋼であり、第１の枠部材１２ａ，１２ｂと同様に第１の部分１２ｃ１と第２の部分１２ｃ２とを有している。第１の部分１２ｃ１の幅ｂ１２１方向の面は、金属板１１と略平行な状態で対向している。第２の部分１２ｃ２の幅ｂ１２２方向の面は、金属板１１と略垂直であり、第２の部分１２ｃ２の厚さｔ１２２方向の面は、金属板１１と略平行な状態で対向している。

　補強部材３は、長方形の枠部１２の短辺に沿う第２の方向に配置された第１の枠部材１２ｂに沿って、第１の枠部材１２ｂと略平行に配置されている。本実施形態において、枠部材３は、例えば、幅ｂ３が約７５ｍｍ、厚さｔ３が約１２ｍｍ程度の帯板状に形成されている。
　補強部材３は、金属板１１の第１の枠部材１２ａ，１２ｂと第２の枠部材１２ｃとによって区画された各領域に、それぞれ２つ以上が並列に配置されている。図４では各領域に４本の補強部材３を示しているが、実際にはより多くの補強部材３が用いられる。補強部材３の本数は、例えば、第１の枠部材１２ａ，１２ｂ、第２の枠部材１２ｃ及び補強部材３により区画された金属板１１の長方形領域１１ａの短辺方向の幅ｂを金属板１１の厚さｔ１１で除した幅厚比ｂ／ｔ１１に応じて決定される。幅厚比ｂ／ｔ１１は第１実施形態と同様に材料や目的に応じて決定される。

　図５は、第３実施形態に係る異方性補強金属板を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は縦断面図である。
　図５に示すように、本実施形態の異方性補強金属板１２０は、主に、矩形の金属板２１と、額縁状の枠部２２と、一方向に延びる補強部材２３と、により構成されている。金属板２１は、上述の第２実施形態における金属板１１と、同様の材料により同様の寸法に形成されている。枠部２２は、第２実施形態の枠部１２と同様に、第１の枠部材２２ａと第１の枠部材２２ｂとにより構成されている。第１の枠部材２２ａ，２２ｂは、第２実施形態の第１の枠部材１２ａ，１２ｂと同様に、第１の部分２２ａ１，２２ｂ１と第２の部分２２ａ２，２２ｂ２とを有している。

　補強部材２３は、第１実施形態の補強部材３と同様の材料により形成され、互いに垂直な第１の部分２３１及び第２の部分（第２の補強部材）２３２を有する例えば溝型鋼（チャンネル）又はＣ型鋼（Ｃ型チャンネル）である。補強部材２３が溝型鋼である場合には、例えば幅ｂ２３が約７５ｍｍ、高さｈ２３が４０ｍｍ、厚さｔ２３が５ｍｍ又は７ｍｍ程度のものが用いられる。補強部材２３がＣ型鋼である場合には、例えば幅ｂ２３が７５ｍｍ、高さｈ２３が４０ｍｍ、厚さｔ２３が５ｍｍ又は７ｍｍ、幅ｂ２３方向内側に延びる部分の寸法が７ｍｍ又は５ｍｍのものが用いられる。

　すなわち、補強部材２３の第２の部分２３２は、幅ｂ２３２が４０ｍｍ、厚さｔ２３２が５ｍｍ又は７ｍｍであり、幅ｂ２３２が厚さｔ２３２よりも大きい長方形の断面形状を有している。また、第１の部分２３１及び第２の部分２３２は、幅ｂ２３，ｂ２３２方向が互いに直交し、長さ（金属板２１の高さｈ２１）方向が互いに平行な帯板状の部分である。

　本実施形態では、第１の部分２３１と第２の部分２３２とは一体的に形成されている。なお、補強部材２３は、帯板状の第１の部分２３１と帯板状の第２の部分２３２とを接合することにより形成してもよい。また、補強部材２３の断面形状はＴ型であってもよいし、補強部材２３として断面形状がＬ型のＬ型鋼を用いてもよい。

　補強部材２３は、第１の部分２３１の幅ｂ２３方向の面が金属板２１と略平行な状態で対向するように、金属板２１の両面に配置されている。補強部材２３は、一対の補強部材２３の第１の部分２３１を、金属板２１を介してボルト及びナット等の締結部材９によって締結することで、金属板２１に固定されている。
　補強部材２３は、長方形の枠部２２を構成する第１の枠部材２２ａ，２２ｂのうち、金属板２１の長辺に沿う第１の方向に配置された第１の枠部材２２ａに沿って、第１の枠部材２２ａと略平行に配置されている。

　補強部材２３は、金属板２１の第１の枠部材２２ａ，２２ｂと第２の枠部材２２ｃとによって区画された各領域に、それぞれ２つ以上が略平行に並列に配置されている。図５では各領域に３本の補強部材２３を示しているが、実際にはより多くの補強部材３が用いられる。補強部材２３の本数は、例えば、第１の枠部材２２ａ，２２ｂ、第２の枠部材２２ｃ及び補強部材２３により区画された金属板２１の長方形領域２１ａの短辺方向の幅ｂを金属板２１の厚さｔ２１で除した幅厚比ｂ／ｔ２１に応じて決定される。幅厚比ｂ／ｔ２１は第１実施形態と同様に材料や目的に応じて決定される。

　図６は、縦軸を剪断応力Ｑ（ｋＮ／ｃｍ^２）、横軸を歪みεとした応力ひずみ線図である。図６において、点線ＤＬ３は、第２実施形態の異方性補強金属板１１０の応力ひずみ線図である。実線ＳＬ３は、第３実施形態の異方性補強金属板１２０の応力ひずみ線図である。図６に示すように、両者とも大変形領域に至るまで降伏剪断耐力を安定的に維持し、耐力が低下することなく安定した力学性状を示している。

　図６の下部には、異方性補強金属板１１０の金属板１１及び異方性補強金属板１２０の金属板２１の面外への曲げ変形を、それぞれ点線ＤＬ４及び実線ＳＬ４で示している。点線ＤＬ４で示す異方性補強金属板１１０の金属板１１は、初期段階からの面外への変形が比較的大きくなっている。これに対し、実線ＳＬ４で示す異方性補強金属板１２０の金属板２１は、初期段階からの面外への変形が小さく抑えられている。
　したがって、正負交番に繰返される剪断力に対し、履歴性状（復元力特性）を安定した紡錘形の履歴性状とする上では、実線ＳＬ４で示す異方性補強金属板１２０のように補強部材２３が第２の部分２３２を有する効果は大きいと考えられる。

　下記の数式２は剪断座屈応力度τｃｒで、幅ｂ、高さｈの矩形平板で周辺条件として単純支持、固定支持の各関係式を示している。

　数式２の右辺の波括弧（中括弧）内は、曲げ剛性、すなわち断面反りに伴う曲げ捩り剛性と平板の捩り剛性が関与する値である。長方形の金属板では、捩り剛性が支配的になると考えられる。さらに、金属板の降伏後は、座屈変形が拡大し曲げ耐力が減少する。そのため、長方形の金属板では、捩り剛性を十分に確保することにより長辺の長さと短辺の長さの比（辺長比）に係わらず安定した力学性状とすることができる。

　ここで、第２実施形態の長方形の金属板１１に対しては、複数の補強部材１３を並列に配置して金属板１１を層状の長方形領域１１ａに分割するだけでなく、必要に応じて補強部材１３と直交する第２の補強部材として、第１の枠部材１２ａ，１２ｂ及び第２の枠部材１２ｃに第２の部分１２ａ２，１２ｂ２，１２ｃ２を設けている。
　また、第３実施形態の長方形の金属板２１に対しては、複数の補強部材２３を並列に配置して金属板２１を層状の長方形領域２１ａに分割するだけでなく、必要に応じて補強部材２３の第１の部分２３１と直交する第２の補強部材として、第１の枠部材２２ａ，２２ｂの第２の部分２２ａ２，２２ｂ２、補強部材２３の第２の部分２３２を設けている。

　これにより、金属板１１，２１を補強して、捩り剛性を十分に確保することができ、大きな剪断変形に対し降伏後に拡大成長する斜張力とトラス的な力の釣合いを形成し得る。換言すると、力の釣合いを図り、剪断降伏後の大変形領域において、異方性補強金属板１１０，１２０を安定した力学性状とすることができる。すなわち、異方性補強金属板１１０，１２０によれば、補強部材３，２３の配置を大きく変更することなく、剪断耐力を確保することができる。

　なお、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上記の第２実施形態及び第３実施形態においては、第１の枠部材及び第２の枠部材が第１の部分と第２の部分とを有する場合について説明した。しかし、第１の枠部材及び第２の枠部材は、第２の部分を有さなくてもよい。すなわち、上記の第２実施形態及び第３実施形態において、第１の枠部材及び第２の枠部材は、第２の部分を有さない断面形状が矩形の平鋼であってもよい。同様に、第３実施形態において、補強部材が第２の部分を有さない断面形状が矩形の平鋼であってもよい。

　また、上述の第２及び第３実施形態では、金属板を両面から補強部材により挟んで、補強部材同士を締結部材により締結することで、補強部材を金属板に固定する場合について説明した。しかし、補強部材を金属板に固定する方法はこれに限られず、例えば補強部材を金属板の片面若しくは両面にスポット状、線状又は面状に、溶接若しくは接着剤で接合することで、補強部材と金属板とを一体化させてもよい。

　上述した各実施形態は、平面内に剪断力が作用する金属板に対し直交異方性を有する補強を行う補強構造であるが、その構成が比較的単純であり、製作が容易な実用性の高い構造である。特に間柱型の剪断パネルや壁型の剪断パネルのように、金属板面が大きくなると、従来の正方形の金属板を格子状に補強する補強構造では、部材数が増える難点がある。一方、本発明の異方性補強構造とすることで、構造全体を簡略化でき、剪断力を受ける金属板として各種の金属材料を利用することが容易になる。

　また、上述の実施形態において説明したように、補強部材によって金属板を表裏から挟み込んで締結部材により固定することで、更に薄い金属板の使用に道が開け、剪断耐震パネルの軽量化、低価格化の可能性が増加する。

　また、上述した本実施形態において、スポット状の接合とは、例えばスポット溶接、ボルト接合であり、線状の接合とは、例えば隅肉溶接、突合せ溶接であり、面状の接合とは、例えば接着剤による接合である。

　また、図７に示すように、上記の全ての実施形態において、金属板１と補強部材３との間にアンボンド材Ｕが塗布又は貼付されてもよい。部材間に摩擦力を低減するアンボンド材Ｕがあると、金属板１の剪断応力がさらに一様になり、復元力が安定し低サイクル疲労強度も向上する。

　本発明は、異方性補強金属板に関するものであり、例えば建築構造物等の耐震部材及び制振部材として利用できるものである。

１，１１，２１　金属板、１ａ，１１ａ，２１ａ　長方形領域、２ａ，２ｂ，１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ　第１の枠部材、１２ａ２，１２ｂ２，２２ａ２，２２ｂ２　第２の部分（第２の補強部材）、１２ｃ，２２ｃ　第２の枠部材、３，２３　補強部材、２３２　第２の部分（第２の補強部材）、１００，１１０，１２０　異方性補強金属板、ｂ２，ｂ３，ｂ２３，ｂ１２１，ｂ１２２，ｂ２３２　幅、ｂ／ｔ１，ｂ／ｔ１１，ｂ／ｔ２１　幅厚比、ｔ３，ｔ２３，ｔ１２２，ｔ２３２　厚さ、Ｕ　アンボンド材

Claims

　所定の方向に高い剪断耐力を有する異方性補強金属板であって、
　矩形の金属板と、
　前記金属板の外縁に沿う第１の方向及び第２の方向に沿って配置され、幅方向に沿う面が前記金属板に対向するように前記金属板に固定される第１の枠部材と、
　前記第１の方向又は前記第２の方向に沿って配置される補強部材と、
　を備える異方性補強金属板。
　前記補強部材は、幅方向に沿う面が前記金属板に対向するように前記金属板に固定される請求項１に記載の異方性補強金属板。
　前記第１の枠部材と前記補強部材との間に間隙を有する請求項１又は請求項２に記載の異方性補強金属板。
　前記金属板は前記第２の方向の寸法よりも前記第１の方向の寸法が大きく、
　前記金属板の前記第１の方向の中央部に前記第２の方向に沿って配置された第２の枠部材をさらに備え、
　前記補強部材は、前記第２の方向に沿って配置された前記第１の枠部材と前記第２の枠部材との間に配置されている請求項１又は請求項２に記載の異方性補強金属板。
　前記金属板と前記補強部材との間にアンボンド材をさらに備える請求項１又は請求項２に記載の異方性補強金属板。