JP2006283467A - 減衰構造材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 主構造を構成する構造材1と、構造材1よりも降伏点が低い材料からなる減衰材2とを備えた減衰構造材であって、減衰材2は、構造材1とともに変形するように構造材1の長手方向に沿って、構造材1の表面側から固定されていることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
構造物の耐震対策としては、構造物の基礎と地盤との間に免震装置を設置する方法や、構造物の頂部に制震装置を設置する方法などが一般的に行われている。また、その他に、構造物の構成部材そのものに振動減衰機能をもたせるようにした振動減衰部材を使用する方法が知られている。
図12には、このような振動減衰部材が示されている(特許文献1参照)。
同図(a)には、高張力鋼から成る主構造部30内に軟鋼から成る板状副構造部31を内設したものが示されている。同図(b)には、同じく高張力鋼から成る主構造部32内に軟鋼から成る複数の球状副構造部33を内設したものが示されている。また、同図(c)及び(d)には、高張力鋼から成る柱状主構造部34,36内に軟鋼から成る一つまたは複数の球状副構造部35,37を埋め込んだものが示されているである。
このような振動減衰部材は、図13に示すような応答を示す。すなわち、図13には、繰返し外力が作用した場合の振動減衰部材の応力−歪履歴特性が示されており、主構造部より降伏点の低い副構造部は、まず点aで降伏した後、点b,c,d及びeを経由した弾塑性応答線図を繰返し描く。この際に振動減衰部材は振動エネルギを吸収し、構造物の振動を減衰させる。なお、この応答線図内の面積が大きいほど減衰効果は大きくなる。
すなわち、本発明にかかる減衰構造材は、主構造を構成する構造材と、該構造材よりも降伏点が低い材料からなる減衰材と、を備えた減衰構造材であって、前記減衰材は、前記構造材とともに変形するように該構造材の長手方向に沿って、前記構造材の表面側から固定されていることを特徴とする。
また、減衰材は、構造材の表面側から固定されているので、容易に減衰材を固定することができる。したがって、作業性が向上するとともに、低廉な材料の組み合わせが可能となるので、減衰構造材を安価に提供することができる。
低降伏点鋼としては、例えば、LY100、LY160やLY225などが挙げられる。
普通鋼としては、例えば、SS400、SM400、SN400などが挙げられる。
アルミニウム材料としては、主としてアルミニウム合金が用いられ、例えば、A6063-T5、A5083-H112、A5052-H112やA3005-H24などが挙げられる。
減衰材として用いられるアルミニウム材料としては、構造材として用いられるアルミニウム材料よりも低降伏点の材料が用いられ、例えば、A6063-T5、A5083-H112、A5052-H112やA3005-H24などが好適である。
減衰材として用いられる低降伏点鋼としては、構造材として用いられるアルミニウム材料よりも低降伏点の材料として、例えば、LY100やLY160などが挙げられる。
[第1実施形態]
本実施形態にかかる減衰構造材は、構造物の構造材自身に減衰機能を持たせるようにしたものである。
図1に示すように、構造材1は、主構造を構成し、矩形状の横断面を有する箱型状とされている。構造材1は、図1の紙面垂直方向に延在している。構造材1の外形を形成する本体の内面には、複数のリブ1aが補強材として取り付けられている。リブ1aは、構造材1と同様の材料が用いられており、構造材1の長手方向(紙面垂直方向)に沿って並列に延在している。リブ1aは、構造材1の曲げ中心線c−cを挟む上下面に設けられている。
具体的な材料の組み合わせは次の通りである。
1)構造材1が高張力鋼の場合は減衰材2には低降伏点鋼を使用する。
高張力鋼としては、例えば、SM570やSMA570W、590N鋼や780N鋼などが挙げられる。低降伏点鋼としては、例えば、LY100、LY160やLY225などが挙げられる。
2)構造材1が普通鋼の場合は減衰材2にはアルミニウム材料を使用する。
普通鋼としては、例えば、SS400、SM400、SN400などが挙げられる。アルミニウム材料としては、主としてアルミニウム合金が用いられ、例えば、A6063-T5、A5083-H112、A5052-H112やA3005-H24などが挙げられる。
3)構造材1がアルミニウム材料の場合は減衰材2にはアルミニウム材料または降伏点がアルミニウム材料と同程度または低い低降伏点鋼を使用する。
構造材1として用いられるアルミニウム材料としては、例えば、A5083-H32、A6061-T6やKA6082-T6などが好適である。減衰材2として用いられるアルミニウム材料としては、構造材1として用いられるアルミニウム材料よりも低降伏点の材料が用いられ、例えば、A6063-T5、A5083-H112、A5052-H112やA3005-H24などが好適である。減衰材2として用いられる低降伏点鋼としては、構造材1として用いられるアルミニウム材料よりも低降伏点の材料として、例えば、LY100やLY160などが挙げられる。
なお、上記1)〜3)の組み合わせ以外にも、構造材1に比べて降伏点の低い減衰材2を使用する条件を満たせば、この他の材料の組合せでも有効である。
ただし、アルミニウム材料は、以下の理由により好適である。
アルミニウム材料は、構造材料として鋼に次いで安価である。また、アルミニウム材料はアルミニウム合金として種々の選択肢があり、異なる降伏点を有する材料を選定することができる。また、ひずみ硬化(降伏後の応力増加)が少ない材料を選ぶことができる。つまり、ひずみ硬化があると減衰材が受け持つ荷重が増加することになり、減衰材を取り付ける箇所に荷重の増加を見込んだ強度を持たせる必要が生じるが、これを考慮しなくても済む点で有利である。
例えば、図3に示すように、構造材1に対して減衰材2をa点で溶接接合する。
また、図4に示すように、構造材1に対してボルトナット3a,3bで締結する。
また、図5に示すように、構造材1から内側に向けて突設された取付け材1bの両側面に、一対の減衰材2をボルトナット3a,3bで締結する。
図8には、連続式の取付け方法が示されており、構造材長さLと略同じ減衰材長さlのものを直接構造材1に取付ける。この連続式の場合は、構造材1に生じた変形が減衰材の全長に亘って均等に伝達される。
一方、図9には、ひずみ集中式取付け方法が示されており、取付材1cの両端部を構造材1に固定し、この取付材1cの中央部に減衰材2を取付ける。このひずみ集中式は、構造材長さLに対して減衰材2の長さlを調整することにより、ひずみを集中させて降伏荷重を制御することができる。
図中の点線hは、減衰材2を取付けない通常の構造材1の応答を示したもので、図示のように、直線状の点線h上を往復するように弾性変形を繰返すのみで減衰作用は生じない。
一方、本発明の減衰構造材を使用した場合には、実線mに示すように、繰返し外力が降伏荷重に達するとまず減衰材2が降伏点Aで降伏して塑性域に入り、その後、減衰構造材は点線hと同様の弾性変形を行う。減衰構造材がこのような弾塑性応答(前記図13参照)を繰返すことにより、この間に振動エネルギが吸収され、構造物の振動が抑制・減衰される。
構造物に繰返し外力を受けた場合、減衰構造材が弾塑性応答を繰返して減衰作用を発揮し、振動エネルギが吸収されて構造物の振動が効率的に抑制・減衰される。
また、減衰材2は部材表面に取り付けるだけなので、構造材には汎用材料が使用でき、材料費および加工費を削減することができる。
また、構造材材質に応じて減衰材材質を選択し、あるいは取付け方法を調整することにより、構造物の条件に応じて降伏荷重および応答特性を制御することができ、応用範囲を拡大することができる。
さらに、他形式の制震装置のようなメンテナンスが一切不要となる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態にかかる減衰構造材は、第1実施形態と同様に構造物の構造部材に減衰機能を持たせるようにしたものであり、減衰材の配置の点で第1実施形態と異なる。以下、本実施形態にかかる減衰構造材について、箱型状構造物を例として説明する。もちろん、図6及び図7に示した他の形状の構造物に対しても本実施形態にかかる発明は適用できる。
二種類の減衰材2の組合せの例としては次のとおりである。
1)高張力鋼から成る構造材1には、それぞれ降伏点の異なる二種類の低降伏点鋼から成る減衰材2a,2bを使用する。
高張力鋼としては、例えば、SM570やSMA570W、590N鋼や780N鋼などが挙げられる。降伏点の異なる二種類の低降伏点鋼としては、例えば、LY100とLY160、あるいはLY160とLY225などが挙げられる。
2)普通鋼から成る構造材1には、低降伏点鋼およびアルミニウム材料から成る二種類の減衰材2a,2bを使用する。
普通鋼としては、例えば、SS400、SM400、SN400などが挙げられる。普通鋼よりも降伏点が低いアルミニウム材料としては、例えば、A6063-T5、A5083-H112、A5052-H112やA3005-H24などが挙げられる。
なお、構造材1より降伏点が低くかつ、それぞれの降伏点が異なる減衰材2を使用する条件を満たせば、この他の材料の組合せでも有効である。
図中の点線hは、減衰材2a,2bを取付けない通常の構造材1の応答を示したもので、第1実施形態と同様、図示のように弾性変形を繰返すのみで減衰作用は生じない。
一方、本実施形態にかかる減衰構造材を使用した場合には、実線nに示すように、繰返し外力が大きくなって降伏荷重に達すると、降伏点の低い減衰材2aが先ず降伏点Aで降伏して塑性域に入り、ついで他方の減衰材2bも降伏点Bに達して塑性域に入った後、減衰構造材は点線hと同様の弾性変形を行う。このように減衰構造材が弾塑性応答(前記図13参照)を繰返すことにより、この間に振動エネルギが吸収され、構造物の振動が効率的に抑制・減衰される。
その他の作用・効果は第1実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
1a リブ
2,2a,2b 減衰材
Claims (10)
- 主構造を構成する構造材と、
該構造材よりも降伏点が低い材料からなる減衰材と、を備えた減衰構造材であって、
前記減衰材は、前記構造材とともに変形するように該構造材の長手方向に沿って、前記構造材の表面側から固定されていることを特徴とする減衰構造材。 - 前記減衰材は、前記構造材と同程度の長さとされていることを特徴とする請求項1記載の減衰構造材。
- 前記減衰材は、前記構造材の長手方向に対して、部分的に設けられていることを特徴とする請求項1記載の減衰構造材。
- 前記構造材は、矩形断面を有する箱形形状とされ、
前記減衰材は、前記構造材の内表面に固定されるとともに、該構造材の長手方向に沿って並列に複数設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の減衰構造材。 - 前記構造材は、略円形断面を有する中空円筒形状とされ、
前記減衰材は、前記構造材の内表面に固定されるとともに、該構造材の長手方向に沿って並列に複数設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の減衰構造材。 - 前記構造材は、平板状のウェブ部の両端に直交するようにフランジ部が固定されたH形断面を有し、
前記減衰材は、前記フランジ部の内表面に固定されるとともに、該フランジ部の長手方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の減衰構造材。 - 前記構造材は、高張力鋼とされ、
前記減衰材は、低降伏点鋼とされていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の減衰構造材。 - 前記構造材は、普通鋼とされ、
前記減衰材は、アルミニウム材料とされていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の減衰構造材。 - 前記構造材は、アルミニウム材料とされ、
前記減衰材は、アルミニウム材料または低降伏点鋼とされていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の減衰構造材。 - 降伏点が異なる前記減衰材が二以上設けられていることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の減衰構造材。
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