JP2011058260A - Brace-type vibration control damper - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はブレース型制振ダンパに関する。 The present invention relates to a brace type damping damper.
ブレース型制振ダンパは、建築構造物の骨組にブレースとして組込まれ、地震等によってその骨組に大きな変形が生じたときに、振動エネルギを吸収するように機能するダンパである。従来のプレース型制振ダンパとしては、例えば座屈拘束ブレースなどがある。座屈拘束ブレースは1980年代後半から開発され、現在では数多くの製品が市販されている。座屈拘束ブレースは、長手方向の圧縮荷重及び引張荷重を受けて伸縮するように塑性変形する鋼材から成るブレース芯材と、長手方向の圧縮荷重を受けたブレース芯材が座屈するのを防止するべくブレース芯材を補剛する座屈拘束用の補剛材とを備えている。座屈拘束ブレースを開示した先行技術文献としては、例えば以下に示す特許文献1、特許文献2などがある。 The brace-type damping damper is a damper that is incorporated as a brace in a framework of a building structure and functions to absorb vibration energy when a large deformation occurs in the framework due to an earthquake or the like. As a conventional place type damping damper, for example, there is a buckling restrained brace. Buckling-restrained braces have been developed since the late 1980s, and many products are now on the market. The buckling-restrained brace prevents buckling of a brace core material made of steel that is plastically deformed so as to expand and contract in response to a longitudinal compressive load and tensile load, and a brace core material subjected to a longitudinal compressive load. And a buckling-restraining stiffener for stiffening the brace core. Prior art documents disclosing buckling-restrained braces include, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 shown below.
従来のブレース型制振ダンパには、その補剛材の太さ及び重量が大きいために、ダンパ全体が大型化及び重量化して建築構造物に組込みにくくなり、従って利用しにくくなりがちであるという問題があった。 Conventional brace-type vibration dampers have a large thickness and weight of stiffeners, which makes the entire damper larger and heavier, making it difficult to incorporate it into a building structure and therefore tend to be difficult to use. There was a problem.
本発明はこの問題を解決するべくなされたものであり、本発明の目的は、従来の座屈拘束ブレースなどのブレース型制振ダンパと比べて、より細身で軽量のブレース型制振ダンパを提供することにある。 The present invention has been made to solve this problem, and an object of the present invention is to provide a brace-type damping damper that is thinner and lighter than conventional brace-type damping dampers such as buckling-restrained braces. There is to do.
本発明に係るブレース型制振ダンパは、各々が長手方向の圧縮荷重及び引張荷重を受けて伸縮するように塑性変形する細長い複数のブレース芯材と、前記複数のブレース芯材の周囲を囲繞して前記複数のブレース芯材の長手方向に延在するシース部材とを備え、前記シース部材は、前記複数のブレース芯材の各々を所定方向へ膨出させるように彎曲させて保持することで、長手方向の圧縮荷重を受けた前記複数のブレース芯材の各々に所定の座屈方向の一次座屈モードの座屈を発生させるように構成されており、更に、各々が前記所定の座屈方向に一次座屈モードの座屈を発生した前記複数のブレース芯材の長手方向中央部分から前記シース部材の長手方向中央部分へ作用する横方向の荷重がそれら複数のブレース芯材の間で互いに相殺するように、前記複数のブレース芯材の前記所定の座屈方向が定められていることを特徴とする。 A brace-type damping damper according to the present invention surrounds a plurality of elongated brace cores that are plastically deformed so as to expand and contract by receiving a compressive load and a tensile load in the longitudinal direction, and surrounding the plurality of brace cores. A sheath member extending in a longitudinal direction of the plurality of brace core members, and the sheath member is bent and held so that each of the plurality of brace core members bulges in a predetermined direction, Each of the plurality of brace cores that have received a compressive load in the longitudinal direction is configured to generate a buckling in a primary buckling mode in a predetermined buckling direction, and each of the predetermined buckling directions. Lateral loads acting on the central portion in the longitudinal direction of the sheath member from the central portion in the longitudinal direction of the plurality of brace core members that have buckled in the primary buckling mode at the same time cancel each other out among the plurality of brace core materials. Do Sea urchin, wherein the predetermined buckling direction of the plurality of braces core material are defined.
前記ブレース芯材は、鋼材から成るものとしてもよく、また、超塑性材料から成るものとしてもよい。 The brace core material may be made of a steel material or a superplastic material.
前記ブレース芯材は、その長手方向において断面積を部分的に小さくしたものとするのもよい。 The brace core material may have a partially reduced cross-sectional area in the longitudinal direction.
前記シース部材は、鉄筋コンクリート製ビーム部材から成るものとし、該鉄筋コンクリート製ビーム部材は、該鉄筋コンクリート製ビーム部材の長手方向に延在する複数本の主筋とそれら主筋の周囲を囲繞する帯筋とを備えているものとするのもよい。 The sheath member is composed of a reinforced concrete beam member, and the reinforced concrete beam member includes a plurality of main bars extending in a longitudinal direction of the reinforced concrete beam member and band bars surrounding the main bars. It is good to have.
前記鉄筋コンクリート製ビーム部材は、該鉄筋コンクリート製ビーム部材の長手方向に圧縮荷重を導入するプレストレスト・コンクリート鋼線を備えているようにするのもよい。 The reinforced concrete beam member may include a prestressed concrete steel wire that introduces a compressive load in the longitudinal direction of the reinforced concrete beam member.
前記鉄筋コンクリート製ビーム部材は、その外周面を被覆する化粧層を備えているようにするのもよい。 The beam member made of reinforced concrete may be provided with a decorative layer covering the outer peripheral surface thereof.
前記シース部材は、前記ブレース芯材を囲繞する鋼管と該鋼管の内部に充填されたグラウトとから成るものとするのもよい。 The sheath member may be composed of a steel pipe surrounding the brace core and a grout filled in the steel pipe.
前記シース部材は、前記ブレース芯材の側面ないし側縁に相対滑り可能に当接する鋼材で構成されているものとするのもよい。 The sheath member may be made of a steel material that abuts on a side surface or a side edge of the brace core member so as to be relatively slidable.
本発明に係るブレース型制振ダンパは、従来の座屈拘束ブレースなどのブレース型制振ダンパと比べて、より細身で軽量のブレース型制振ダンパとすることができ、そのためより広範に利用することが可能である。 The brace-type damping damper according to the present invention can be a brace-type damping damper that is thinner and lighter than a brace-type damping damper such as a conventional buckling-restrained brace, and is therefore more widely used. It is possible.
図1の(A)〜(F)に示したのは本発明の第1の実施の形態に係るブレース型制振ダンパ10である。ブレース型制振ダンパ10は、建築構造物の骨組にブレースとして組込まれ、地震等によってその骨組に大きな変形が生じたときに振動エネルギを吸収するように機能する。
FIGS. 1A to 1F show a brace-
ブレース型制振ダンパ10は、長手方向の圧縮荷重及び引張荷重を受けて伸縮するように塑性変形する細長い複数のブレース芯材12を備えており、それらブレース芯材12は例えばSS鋼、SM鋼、SN鋼、LY鋼などの鋼材で製作されることもあり、或いは、超塑性材料などで製作されることもあり、更には、それら材料を組合せて製作されることもある。図示例の複数のブレース芯材12は、2本の帯板状の平鋼板から成るものであり、それら2本の帯板状の平鋼板はそれらの両端において、間に連結鋼板14を挟んで相互に連結されている。ブレース型制振ダンパ10を建築構造物に装備する際には、ブレース芯材12のそれら両端を例えば建築構造物の骨組の柱と梁とに夫々連結するなどして取付けが行われる。
The brace-
ブレース型制振ダンパ10は更にシース部材16を備えており、このシース部材16は2本のブレース芯材12の周囲を囲繞して、それら2本のブレース芯材12の長手方向に延在している。シース部材16は、1本のH型鋼18と、このH型鋼18の両側面を閉塞するようにしてこのH型鋼18に溶接された一対の鋼板製の側板20と、シース部材16の内部に列設された複数対の案内スペーサ22と、シース部材16の両端において両側の側板20の内面に取付けられた2対の案内ブロック24とで構成されている。
The brace-
図1の(D)、(E)、(F)は夫々、図1の(A)のD−D線、E−E線、F−F線に沿った横断面図であり、それら横断面図から明らかなように、シース部材16は、2本のブレース芯材12の各々を両側へ、即ち互いから離れる方向へ膨出させるように彎曲させて保持するように構成してあり、これによって、長手方向の圧縮荷重を受けた2本のブレース芯材12の各々に、その膨出方向の(即ち、所定の座屈方向の)一次座屈モードの座屈が発生するようにしてある。より詳しくは、2本のブレース芯材12は、複数対の案内スペーサ22と2対の端部案内ブロックとによって、シース部材16の長手方向に延在する中心線に対して互いに対称形状を成すようにして保持されている。案内スペーサ22はH型鋼18のウェブ18aの両側面と側板20の内面とに固設されており、互いに対向する一対の案内スペーサ22の間に画成されたスペースに、ブレース芯材12が挿通されている。複数対の案内スペーサ22は、ピッチD(図1の(C)参照)をもって列設されており、このピッチDをブレース芯材12の厚さt(図1の(C)参照)の10倍以下とすることにより、ブレース芯材12に長手方向の圧縮荷重が作用したときに、そのブレース芯材12に二次及びそれ以上の高次の座屈モードの座屈が発生するのを防止して、一次座屈モードの座屈だけが発生するようにしてある。尚、案内スペーサ22の構成形態としては、図示例のような離散形の案内スペーサとする以外にも、様々な構成形態とすることが可能である。
1D, 1E, and 1F are cross-sectional views taken along lines DD, EE, and FF in FIG. 1A, respectively. As is apparent from the figure, the
2本のブレース芯材12の座屈方向を上記のように予め定めてあるため、それらブレース芯材12は、図3に示したように長手方向の圧縮荷重Pを受けたならば各々がその膨出方向に(即ち、所定の座屈方向に)一次座屈モードの座屈を発生し、そして、それら2本のブレース芯材12の夫々の長手方向中央部分から両側の側板20の長手方向中央部分へ(従って、シース部材16の長手方向中央部分へ)作用する横方向の荷重W1、W2が、それら2本のブレース芯材12の間で互いに相殺するようになっている。
Since the buckling directions of the two
それらの荷重W1、W2は、シース部材16の両側の側板20とH型鋼18とを介して伝達して相互に打消し合うため、シース部材16の軸心を彎曲させる曲げモーメントとしては作用しない。従来の座屈拘束ブレースでは、ブレース芯材に圧縮荷重が作用したときには、そのブレース芯材から座屈拘束用の補剛材に、その補剛材の軸心を彎曲させる曲げモーメントが作用していたため、補剛材を太く大重量のものとせざるを得なかったのに対して、そのような曲げモーメントが作用しないことは、本発明の大きな利点を成すものである。
Since these loads W1 and W2 are transmitted through the
図1の実施の形態では、ブレース芯材12は、シース部材16の内部の空間に収容されていて、案内スペーサ22及び端部案内ブロック24によって離散的に案内されているため、このブレース芯材12を、その長手方向において断面積が変化するものとすることができる。例えばブレース芯材12を、その長手方向において断面積を部分的に小さくすることで、その断面積の小さい部分に軸ひずみを集中させるようにするのもよい。また、ブレース芯材12を、その長手方向において断面積を段階的に変化するようなものとするのもよく、そのようにすれば、ブレース芯材12に長手方向の圧縮荷重及び引張荷重が作用したときに、ブレース芯材12が段階的に塑性化するようにすることができるため、ブレース型制振ダンパを取付けた建築構造物の振動エネルギを、小振幅の振動から大振幅の振動に至るまで良好に吸収することが可能となる。
In the embodiment of FIG. 1, the
図2の(A)〜(C)に示したのは本発明の第2の実施の形態に係るブレース型制振ダンパ30である。このブレース型制振ダンパ30は、図1のブレース型制振ダンパ10と同様に、長手方向の圧縮荷重及び引張荷重を受けて伸縮するように塑性変形する細長い複数のブレース芯材32を備えており、それらブレース芯材32は2本の帯板状の平鋼板から成り、それら2本の帯板状の平鋼板はそれらの両端において、間に連結鋼板34を挟んで相互に連結されている。
FIGS. 2A to 2C show a brace-
ブレース型制振ダンパ30は更にシース部材36を備えている。このシース部材36は図1のシース部材16とは異なり、鉄筋コンクリート製ビーム部材から成るものである。この鉄筋コンクリート製ビーム部材36は、2本のブレース芯材32に対してアンボンド状態でそれらブレース芯材32の周囲を囲繞しており、それらブレース芯材32の長手方向に延在している。ブレース芯材32の両端は鉄筋コンクリート製ビーム部材36の両端から外部へ突出している。
The brace-
鉄筋コンクリート製ビーム部材36は、この鉄筋コンクリート製ビーム部材36の長手方向に延在する複数本の主筋38と、それら主筋38の周囲を囲繞する帯筋40とを備えている。この鉄筋コンクリート製ビーム部材36を製作する際には、例えば、型枠内に主筋38及び帯筋40を配筋し、また、表面にグリースなどの適当なアンボンド剤を塗布したブレース芯材32を型枠内に適切に位置付けた上で、その型枠内にコンクリートを打設して充填するようにすればよい。尚、その他の適宜の製作工程とすることも可能である。
The reinforced
図2の第2の実施の形態では、ブレース芯材32が、アンボンド状態で当接している鉄筋コンクリート製ビーム部材36のコンクリートの表面によって案内されるという点において、第1の実施の形態と異なっているが、このブレース芯材32の形状は、図1の実施の形態のブレース芯材12と同一であり、従って、この図2の実施の形態に係るブレース型制振ダンパ30によっても、図3を参照して説明したのと同じ作用効果が得られる。即ち、図2の実施の形態においても、長手方向の圧縮荷重を受けて各々が所定の座屈方向に一次座屈モードの座屈を発生した2本のブレース芯材32の夫々の長手方向中央部分からシース部材である鉄筋コンクリート製ビーム部材36の長手方向中央部分へ作用する横方向の荷重が、それら2本のブレース芯材12の間で互いに相殺するようになっている。
The second embodiment shown in FIG. 2 differs from the first embodiment in that the
そして、それら2つの荷重は、鉄筋コンクリート製ビーム部材36のコンクリートを介して、また主として鉄筋コンクリート製ビーム部材36の長手方向中央部分の帯筋40を介して伝達して相互に打消し合うため、鉄筋コンクリート製ビーム部材36の軸心を彎曲させる曲げモーメントとしては作用しない。これによって、鉄筋コンクリート製ビーム部材36を、細身で軽量のものとすることが可能となっている。
Since these two loads are transmitted through the concrete of the reinforced
また、鉄筋コンクリート製ビーム部材36にプレストレスト・コンクリート鋼線(PC鋼線)を装備するのもよい。その場合には、複数のPC鋼線を鉄筋コンクリート製ビーム部材36の長手方向に延在させ、それらPC鋼線によって、鉄筋コンクリート製ビーム部材36の長手方向に圧縮荷重を導入することで、補剛材である鉄筋コンクリート製ビーム部材36を更に細身で軽量のものとすることができる。
Further, the reinforced
鉄筋コンクリート製ビーム部材36は、その鉄筋量を適切に設定することにより、この鉄筋コンクリート製ビーム部材36にひび割れが発生してもその剛性が大きく低下することがなく、なお充分な機能を果たすことができるようにすることができる。また実際に、鉄筋コンクリート製ビーム部材36にひび割れが発生するのを防止することよりも、鉄筋コンクリート製ビーム部材36の太さ及び重量をできるだけ小さくする方が大きな利点が得られることが多い。ただし、鉄筋コンクリート製ビーム部材36の外周面にひび割れが発生すると、外観上及び耐久性上の問題が生じることもあるため、鉄筋コンクリート製ビーム部材36は、その外周面を化粧層で被覆することが好ましい。また、その化粧層は、鉄筋コンクリート製ビーム部材36の外周面に塗装により形成され、鉄筋コンクリート製ビーム部材36の外周面にひび割れが発生したときに弾性伸展し得る弾性塗膜から成るものとするとよい。このような弾性被膜は、鉄筋コンクリート製ビーム部材36の外周面に発生したひび割れを良好に隠蔽することができ、しかもこのような化粧層は低コストで形成することができる。また、その弾性塗膜は防水性被膜とすれば更に好ましく、そうすることで、ブレース型制振ダンパ10の耐久性を更に向上させることができる。
Reinforced
また更に、化粧層を上述したような弾性被膜から成るものとする場合には、鉄筋コンクリート製ビーム部材36の外周面に、帯筋40と平行に延在する目地を形成するとよい。このような目地を形成することによって、鉄筋コンクリート製ビーム部材36の外周面に発生するひび割れをその目地の内部に集めることができるため、ひび割れを隠蔽する効果が更に高まる。
Furthermore, when the decorative layer is made of the elastic coating as described above, a joint extending in parallel with the
別法として、その化粧層を、鉄筋コンクリート製ビーム部材36の外周面に巻付けられた、例えば薄い鉄板や繊維強化プラスチック板などの化粧薄板から成るものとするのもよい。このような化粧薄板は見映えがするため、それによってブレース型制振ダンパ10の外観性を更に高めることができる。
Alternatively, the decorative layer may be made of a decorative thin plate such as a thin iron plate or a fiber reinforced plastic plate wound around the outer peripheral surface of the reinforced
図4の(A)に示したのは本発明の第3の実施の形態に係るブレース型制振ダンパ50の端部の縦断面図であり、(B)はその横断面図である。ブレース型制振ダンパ50は、長手方向の圧縮荷重及び引張荷重を受けて伸縮するように塑性変形する細長い複数のブレース芯材52を備えており、それら複数のブレース芯材52は、4本の丸鋼棒から成るものである。
4A is a longitudinal sectional view of an end portion of a brace-
ブレース型制振ダンパ50は更にシース部材56を備えている。このシース部材56は4本のブレース芯材52に対してアンボンド状態でそれらブレース芯材52の周囲を囲繞しており、それらブレース芯材52の長手方向に延在している。シース部材56は、ブレース芯材52を収容する丸鋼管56と、この丸鋼管56の両端部分を除いた内部に充填されたグラウト60とから成る。このシース部材56を製作する際には、例えば、表面にグリースなどの適当なアンボンド剤70を塗布したブレース芯材56を緩衝材72を介して丸鋼管56の内部に適切に位置付けた上で、その丸鋼管56の内部にグラウトを注入して充填するようにすればよい。尚、その他の適宜の製作工程とすることも可能である。
The brace-
丸鋼管56の両端部分の内部空間には、鋼製の端部連結部材62が夫々に遊嵌されており、各々の端部連結部材62は鋼板製のエンドプレート64と、このエンドプレート64に溶接されたガセットプレート66とで構成されている。4本のブレース芯材52はそれらの両端がナット68を介してエンドプレート64に締結されている。ブレース型制振ダンパ50を建築構造物に装備する際には、その両端の端部連結部材64を例えば建築構造物の骨組の柱と梁とに夫々連結するなどして取付けが行われる。
Steel
図5の模式図に示したように、シース部材56は、4本のブレース芯材52の各々を、このシース部材56の径方向外方へ(即ち放射状に互いに離れる方向へ)膨出させるように彎曲させて保持するように構成してあり、これによって、長手方向の圧縮荷重を受けた4本のブレース芯材52の各々に、その膨出方向の(即ち、所定の座屈方向の)一次座屈モードの座屈が発生するようにしてある。また更に、4本のブレース芯材52は、シース部材16の長手方向に延在する中心線に対して互いに対称形状を成すようにしてある。
As shown in the schematic diagram of FIG. 5, the
4本のブレース芯材12の座屈方向を以上のように予め定めてあるため、図5に示したように、長手方向の圧縮荷重Pを受けて、各々がその膨出方向に(即ち、所定の座屈方向に)一次座屈モードの座屈を発生した4本のブレース芯材52の夫々の長手方向中央部分から、シース部材56の長手方向中央部分へ作用する横方向の荷重が、それら4本のブレース芯材52の間で互いに相殺するようになっている。
Since the buckling directions of the four
それらの荷重は、シース部材56の丸鋼管56の中に充填されたグラウトを介して、そして更に丸鋼管56を介して伝達して相互に打消し合うため、シース部材56の軸心を彎曲させる曲げモーメントとしては作用しない。これによってシース部材46を細身で軽量のものとすることができるようになっている。
These loads are transmitted through the grout filled in the
図4の(C)に示したのは図4の(A)及び(B)に示したブレース型制振ダンパ50の変更例に係るブレース型制振ダンパ50’である。ブレース型制振ダンパ50のシース部材56が丸鋼管58を用いて構成したものであったのに対して、このブレース型制振ダンパ50’のシース部材56’は角鋼管58’を用いて構成してあり、その中にグラウト60を充填し、ブレース芯材52を保持するようにしたものである。その他の点に関しては上で説明したブレース型制振ダンパ50と同一の構造としてある。ブレース型制振ダンパ50と、ブレース型制振ダンパ50’とはいずれも、ブレース芯材52の両端に雄ねじ部を形成し、それら雄ねじ部を、ナット68を介して端部連結部材62に締結した構造であるため、ブレース芯材52の実効長さの調節を容易に行うことができる。
FIG. 4C shows a brace-
本発明に係るブレース型制振ダンパは、以上に説明したシース部材16、36、56、56’以外のその他の形態のシース部材を備えた構成とすることも可能である。例えば、シース部材を、ブレース芯材の側面ないし側縁に相対滑り可能に当接する鋼材だけで構成したものとすることも可能であり、その鋼材としては、鋼管を使用してもよく、また形鋼を使用してもよい。
The brace-type damping damper according to the present invention may be configured to include other types of sheath members other than the
以上の説明から明らかなように、本発明に係るブレース型制振ダンパは、従来の座屈拘束ブレースなどのブレース型制振ダンパと比べて、より細身で軽量のブレース型制振ダンパとすることができ、そのためより広範に利用することが可能である。 As is clear from the above description, the brace-type vibration damper according to the present invention is a brace-type vibration damper that is thinner and lighter than conventional brace-type vibration dampers such as buckling-restrained braces. Therefore, it can be used more widely.
10 ブレース型制振ダンパ
12 ブレース芯材
16 シース部材
30 ブレース型制振ダンパ
32 ブレース芯材
36 シース部材
50 ブレース型制振ダンパ
52 ブレース芯材
56 シース部材
50’ブレース型制振ダンパ
56’シース部材
DESCRIPTION OF
Claims (9)
各々が長手方向の圧縮荷重及び引張荷重を受けて伸縮するように塑性変形する細長い複数のブレース芯材と、前記複数のブレース芯材の周囲を囲繞して前記複数のブレース芯材の長手方向に延在するシース部材とを備え、
前記シース部材は、前記複数のブレース芯材の各々を所定方向へ膨出させるように彎曲させて保持することで、長手方向の圧縮荷重を受けた前記複数のブレース芯材の各々に所定の座屈方向の一次座屈モードの座屈を発生させるように構成されており、更に、
各々が前記所定の座屈方向に一次座屈モードの座屈を発生した前記複数のブレース芯材の長手方向中央部分から前記シース部材の長手方向中央部分へ作用する横方向の荷重がそれら複数のブレース芯材の間で互いに相殺するように、前記複数のブレース芯材の前記所定の座屈方向が定められている、
ことを特徴とするブレース型制振ダンパ。 In brace type damping damper,
A plurality of elongate brace cores that are plastically deformed so as to expand and contract under each longitudinal compressive load and tensile load, and surround the peripheries of the plurality of brace cores in the longitudinal direction of the plurality of brace cores An extending sheath member,
The sheath member is bent and held so that each of the plurality of brace cores bulges in a predetermined direction, whereby a predetermined seat is provided on each of the plurality of brace cores subjected to a longitudinal compressive load. It is configured to generate buckling in the primary buckling mode in the bending direction.
A lateral load acting on the central portion in the longitudinal direction of the sheath member from the central portion in the longitudinal direction of the plurality of brace cores, each of which has buckled in the primary buckling mode in the predetermined buckling direction, The predetermined buckling directions of the plurality of brace cores are determined so as to cancel each other between the brace cores;
Brace type damping damper characterized by this.
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