JP3595439B2 - 圧縮・引張荷重型鉛ダンパ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮・引張荷重型鉛ダンパに関し、特に原子力プラント、火力プラント、化学プラント等における各種機器の免震用ダンパに適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の鉛ダンパは、振動発生時にせん断荷重を受けて変形し、これによって振動エネルギーを吸収するせん断荷重型のダンパであり、水平方向のダンパとして用いられている。
【０００３】
図６はかかる従来の鉛ダンパの構成例を示す正面図である。図６（ａ）に示す鉛ダンパ２１は、四半円形状に形成され、その両端部２１ａ，２１ｂが構造物２２，２３にそれぞれ接続されている。図６（ｂ）に示す鉛ダンパ３１は、逆Ｌ字状に形成され、その両端部３１ａ，３１ｂが構造物３２，３３にそれぞれ接続されている。図６（ｃ）に示す鉛ダンパ４１は、中央部４１ａが四半円形状に形成され、この両端部４１ｂ，４１ｃが構造物４２，４３にそれぞれ接続されている。
【０００４】
これらの鉛ダンパ２１，３１，４１は、上記の如く何れもせん断荷重を受けて変形することにより振動エネルギーを吸収するせん断荷重型鉛ダンパであり、せん断荷重を受けたときの変位量が大きく、水平方向のダンパして効果的なものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のせん断荷重型鉛ダンパ２１，３１，４１は、せん断荷重を受けたときの水平変位量が大きく水平方向のダンパとしては効果的であるが、垂直方向のダンパとして使用した場合には、取り付けスペースが大きくなることが考えられる。このため、上記従来のせん断荷重型鉛ダンパ２１，３１，４１を垂直方向のダンパとして使用するのは、スペース的にも不利であり、適切ではない。
【０００６】
従って、本発明は上記従来技術に鑑み、圧縮・引張荷重による変位量が小さくてコンパクトな構造の圧縮・引張荷重型鉛ダンパを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の圧縮・引張荷重型鉛ダンパは、鉛の曲げによる弾塑性変形により上下方向の振動エネルギーを吸収する鉛ダンパであって、
中央部に半円構造部を有すると共に、前記半円構造部の上下両端部にはホルダーを介して上下方向の圧縮・引張荷重の入力点として負荷ピンを有し、且つこれらの荷重入力点を結ぶ線上に前記半円構造部の円の中心が位置していることを特徴とする。
【０００８】
従って、本発明の圧縮・引張荷重型鉛ダンパは、中央部に半円構造部を有すると共に、前記半円構造部の両端部に圧縮・引張荷重の入力点を有し、且つこれらの荷重入力点を結ぶ線上に前記半円構造部の円の中心が位置しているため、圧縮・引張荷重により半円構造部に曲げによる弾塑性変形を与えて振動エネルギーを吸収するものであると共に、ヒステリシス（図２参照、詳細後述）の勾配が大きくて、圧縮・引張荷重による変位量が小さく剛性の高いダンパとなり、且つ良好なヒステリシス性を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施の形態に係る鉛ダンパの構成を示す正面図、図２は前記鉛ダンパのヒステリシス性を示す説明図、図３は前記鉛ダンパの構造に関する説明図である。
【００１１】
図１に示すように、鉛ダンパ１は、半円形状に形成された半円構造部１ａを中央部に有し、図中上下方向の圧縮・引張荷重Ｆによりこの半円構造部１ａに曲げによる弾塑性変形を与えて振動エネルギーを吸収する圧縮・引張荷重型の鉛ダンパであると共に、半円構造部１ａの上下両端部にそれぞれ設けられた保持部１ｂ，１ｃが、押え板５ａ，５ｂと取付ボルト６ａ，６ｂとによって上下のホルダー２ａ，２ｂにそれぞれ固定されている。また、ホルダー２ａ，２ｂは、上下の負荷ピン３ａ，３ｂを介して上下のＵリンク４ａ，４ｂにそれぞれ接続されている。
【００１２】
このため、上下の負荷ピン３ａ，３ｂは圧縮・引張荷重Ｆの入力点となっており、これらの負荷ピン３ａ，３ｂを介して圧縮・引張荷重Ｆが半円構造部１ａの上下両端１ａ−１，１ａ−２に作用するようになっている。しかも、負荷ピン３ａ，３ｂ（即ち荷重入力点）を結ぶ線上に、半円構造部１ａの円の中心Ｏが位置している。
【００１３】
なお、上記のように鉛ダンパ１の中央部を半円構造部１ａとしているのは、この曲がり部（半円構造部１ａ）全体で振動エネルギーを吸収できるようにするためである。前記中央部の形状を半円形状（半円構造部１ａ）にする代わりに、円形状、楕円形状、半楕円形状、横Ｕ字形状、三角形状、コ字形状などにすることも考えられる。しかし、楕円形状や三角形状などにすると、この中心部に荷重が集中してしまう。
【００１４】
また、荷重入力点（負荷ピン３ａ，３ｂ）を結ぶ線上に半円構造部１ａの円の中心Ｏを位置させているのは、図３に示すように、半円構造部１ａの両端に更に直線部ｌがあり、この直線部ｌの両端に圧縮荷重がかかるとすると、この圧縮荷重による圧縮量Δにはｌθ分の変位量が加算されることになり、剛性が低下してしまうためである。
【００１５】
以上の材料力学的考察と、鉛ダンパの形状を直棒にして実験を行った経験とから、高剛性及び振動エネルギー吸収の効率化の観点より、上記鉛ダンパ１のように、中央部に半円構造部１ａを有すると共に、この半円構造部１ａの両端部に圧縮・引張荷重の入力点（負荷ピン３ａ，３ｂ）を有し、且つこれらの荷重入力点を結ぶ線上に半円構造部１ａの円の中心Ｏが位置するように構成することが、好適であるといえる。
【００１６】
従って、上記構成の圧縮・引張荷重型鉛ダンパ１では、次のような作用効果を奏する。
【００１７】
即ち、図１に示すように、図中上下方向の振動が発生し、負荷ピン３ａ，３ｂを介して半円構造部１ａの上下両端１ａ−１，１ａ−２に同方向の圧縮・引張荷重Ｆが作用すると、半円構造部１ａの断面には弾塑性ひずみが生じる。そして、この圧縮荷重と引張荷重とが繰り返し作用することにより、半円構造部１ａの断面には図２に示すようなヒステリシスが生じる。
【００１８】
図２中のＡＢＣＤで囲まれるヒステリシスの面積は吸収エネルギーを示し、この面積が大きい程振動の減衰効果が大きくなり、また、ヒステリシスの勾配θが大きい程圧縮・引張荷重Ｆによる変位量が小さくバネ定数が高くて剛性の高いダンパとなり、且つ良好なヒステリシスが確保できる。
【００１９】
そして本鉛ダンパ１の場合には、上記の如く中央部に半円構造部１ａを有すると共に、半円構造部１の両端部に圧縮・引張荷重Ｆの入力点として負荷ピン３ａ，３ｂを有し、且つこれらの負荷ピン３ａ，３ｂ（荷重入力点）を結ぶ線上に半円構造部１ａの円の中心Ｏが位置しているため、ヒステリシスの勾配θが大きくて、圧縮・引張荷重Ｆによる変位量が小さく剛性の高いダンパとなり、且つ良好なヒステリシス性を有し、構造的にもコンパクトになる。従って、鉛ダンパ１は、垂直方向のダンパとして使用して効果的である。
【００２０】
ここで、上記の鉛ダンパと皿バネとを組み合わせた垂直方向の免震装置の構成例について説明する。図４（ａ）は前記免震装置の構成例を示す断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。
【００２１】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、コモンデッキ１４には、容器１１，１２，１３が支持されており、コモンデッキ１４とコンクリート構造物１５との間には、容器１１，１２，１３の周囲を囲むようにして、鉛ダンパ１と皿バネ１６とが介設されている。なお、各鉛ダンパ１は、上側の保持部１ｂが上側のＵリンク４ａ（図１参照）を介してコモンデッキ１４に接続され、下側の保持部１ｃが下側のＵリンク４ｂ（図１参照）を介してコンクリート構造物１５に接続されている。
【００２２】
この免震装置では垂直方向の地震に対して皿バネ１６と組み合わされた減衰挙動が得られ、この場合の加速度応答スペクトルは図５に示すようになる。この加速度応答スペクトルにより、鉛ダンパ（ダンピングファクターｈ＝２０〜４０％程度）１の効果が明確に表れている。即ち、鉛ダンパ１は垂直方向の免震装置のダンパとして有効である。
【００２３】
なお上記は、全ての鉛ダンパ１のダンピングファクターｈが２０〜４０％程度であるということではなく、鉛ダンパ１における半円構造部１ａの半径、断面寸法等をある値とした特定の鉛ダンパ１を試験した結果から得られた（或いは理論計算で得られた）ダンピングファクターｈが２０〜４０％程度であったということである。
【００２４】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明の圧縮・引張荷重型鉛ダンパによれば、中央部に半円構造部を有すると共に、前記半円構造部の両端部に圧縮・引張荷重の入力点を有し、且つこれらの荷重入力点を結ぶ線上に前記半円構造部の円の中心が位置しているため、ヒステリシスの勾配が大きくて、圧縮・引張荷重による変位量が小さく剛性の高いダンパとなり、且つ良好なヒステリシス性を有し、構造的にもコンパクトになる。従って、本発明の圧縮・引張荷重型鉛ダンパは、垂直方向のダンパとして垂直方向の免震装置等に使用して効果的である。実施の形態にも示したように、本発明の圧縮・引張荷重型鉛ダンパを垂直方向の免震装置に使用した場合、応答加速度ベースで粘性減衰に換算して例えば２０〜４０％程度の減衰効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る鉛ダンパの構成を示す正面図である。
【図２】前記鉛ダンパのヒステリシス性を示す説明図である。
【図３】前記鉛ダンパの構造に関する説明図である。
【図４】（ａ）は前記鉛ダンパと皿バネとを組み合わせた垂直方向の免震装置の構成例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。
【図５】前記免震装置の垂直方向の地震に対する応答スペクトルを示すグラフである。
【図６】従来の鉛ダンパの構成例を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 鉛ダンパ
１ａ 半円構造部
１ｂ，１ｃ 保持部
２ａ，２ｂ ホルダ
３ａ，３ｂ 負荷ピン
４ａ，４ｂ Ｕリンク
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮・引張荷重型鉛ダンパに関し、特に原子力プラント、火力プラント、化学プラント等における各種機器の免震用ダンパに適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の鉛ダンパは、振動発生時にせん断荷重を受けて変形し、これによって振動エネルギーを吸収するせん断荷重型のダンパであり、水平方向のダンパとして用いられている。
【０００３】
図６はかかる従来の鉛ダンパの構成例を示す正面図である。図６（ａ）に示す鉛ダンパ２１は、四半円形状に形成され、その両端部２１ａ，２１ｂが構造物２２，２３にそれぞれ接続されている。図６（ｂ）に示す鉛ダンパ３１は、逆Ｌ字状に形成され、その両端部３１ａ，３１ｂが構造物３２，３３にそれぞれ接続されている。図６（ｃ）に示す鉛ダンパ４１は、中央部４１ａが四半円形状に形成され、この両端部４１ｂ，４１ｃが構造物４２，４３にそれぞれ接続されている。
【０００４】
これらの鉛ダンパ２１，３１，４１は、上記の如く何れもせん断荷重を受けて変形することにより振動エネルギーを吸収するせん断荷重型鉛ダンパであり、せん断荷重を受けたときの変位量が大きく、水平方向のダンパして効果的なものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のせん断荷重型鉛ダンパ２１，３１，４１は、せん断荷重を受けたときの水平変位量が大きく水平方向のダンパとしては効果的であるが、垂直方向のダンパとして使用した場合には、取り付けスペースが大きくなることが考えられる。このため、上記従来のせん断荷重型鉛ダンパ２１，３１，４１を垂直方向のダンパとして使用するのは、スペース的にも不利であり、適切ではない。
【０００６】
従って、本発明は上記従来技術に鑑み、圧縮・引張荷重による変位量が小さくてコンパクトな構造の圧縮・引張荷重型鉛ダンパを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の圧縮・引張荷重型鉛ダンパは、鉛の曲げによる弾塑性変形により上下方向の振動エネルギーを吸収する鉛ダンパであって、
中央部に半円構造部を有すると共に、前記半円構造部の上下両端部にはホルダーを介して上下方向の圧縮・引張荷重の入力点として負荷ピンを有し、且つこれらの荷重入力点を結ぶ線上に前記半円構造部の円の中心が位置していることを特徴とする。
【０００８】
従って、本発明の圧縮・引張荷重型鉛ダンパは、中央部に半円構造部を有すると共に、前記半円構造部の両端部に圧縮・引張荷重の入力点を有し、且つこれらの荷重入力点を結ぶ線上に前記半円構造部の円の中心が位置しているため、圧縮・引張荷重により半円構造部に曲げによる弾塑性変形を与えて振動エネルギーを吸収するものであると共に、ヒステリシス（図２参照、詳細後述）の勾配が大きくて、圧縮・引張荷重による変位量が小さく剛性の高いダンパとなり、且つ良好なヒステリシス性を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施の形態に係る鉛ダンパの構成を示す正面図、図２は前記鉛ダンパのヒステリシス性を示す説明図、図３は前記鉛ダンパの構造に関する説明図である。
【００１１】
図１に示すように、鉛ダンパ１は、半円形状に形成された半円構造部１ａを中央部に有し、図中上下方向の圧縮・引張荷重Ｆによりこの半円構造部１ａに曲げによる弾塑性変形を与えて振動エネルギーを吸収する圧縮・引張荷重型の鉛ダンパであると共に、半円構造部１ａの上下両端部にそれぞれ設けられた保持部１ｂ，１ｃが、押え板５ａ，５ｂと取付ボルト６ａ，６ｂとによって上下のホルダー２ａ，２ｂにそれぞれ固定されている。また、ホルダー２ａ，２ｂは、上下の負荷ピン３ａ，３ｂを介して上下のＵリンク４ａ，４ｂにそれぞれ接続されている。
【００１２】
このため、上下の負荷ピン３ａ，３ｂは圧縮・引張荷重Ｆの入力点となっており、これらの負荷ピン３ａ，３ｂを介して圧縮・引張荷重Ｆが半円構造部１ａの上下両端１ａ−１，１ａ−２に作用するようになっている。しかも、負荷ピン３ａ，３ｂ（即ち荷重入力点）を結ぶ線上に、半円構造部１ａの円の中心Ｏが位置している。
【００１３】
なお、上記のように鉛ダンパ１の中央部を半円構造部１ａとしているのは、この曲がり部（半円構造部１ａ）全体で振動エネルギーを吸収できるようにするためである。前記中央部の形状を半円形状（半円構造部１ａ）にする代わりに、円形状、楕円形状、半楕円形状、横Ｕ字形状、三角形状、コ字形状などにすることも考えられる。しかし、楕円形状や三角形状などにすると、この中心部に荷重が集中してしまう。
【００１４】
また、荷重入力点（負荷ピン３ａ，３ｂ）を結ぶ線上に半円構造部１ａの円の中心Ｏを位置させているのは、図３に示すように、半円構造部１ａの両端に更に直線部ｌがあり、この直線部ｌの両端に圧縮荷重がかかるとすると、この圧縮荷重による圧縮量Δにはｌθ分の変位量が加算されることになり、剛性が低下してしまうためである。
【００１５】
以上の材料力学的考察と、鉛ダンパの形状を直棒にして実験を行った経験とから、高剛性及び振動エネルギー吸収の効率化の観点より、上記鉛ダンパ１のように、中央部に半円構造部１ａを有すると共に、この半円構造部１ａの両端部に圧縮・引張荷重の入力点（負荷ピン３ａ，３ｂ）を有し、且つこれらの荷重入力点を結ぶ線上に半円構造部１ａの円の中心Ｏが位置するように構成することが、好適であるといえる。
【００１６】
従って、上記構成の圧縮・引張荷重型鉛ダンパ１では、次のような作用効果を奏する。
【００１７】
即ち、図１に示すように、図中上下方向の振動が発生し、負荷ピン３ａ，３ｂを介して半円構造部１ａの上下両端１ａ−１，１ａ−２に同方向の圧縮・引張荷重Ｆが作用すると、半円構造部１ａの断面には弾塑性ひずみが生じる。そして、この圧縮荷重と引張荷重とが繰り返し作用することにより、半円構造部１ａの断面には図２に示すようなヒステリシスが生じる。
【００１８】
図２中のＡＢＣＤで囲まれるヒステリシスの面積は吸収エネルギーを示し、この面積が大きい程振動の減衰効果が大きくなり、また、ヒステリシスの勾配θが大きい程圧縮・引張荷重Ｆによる変位量が小さくバネ定数が高くて剛性の高いダンパとなり、且つ良好なヒステリシスが確保できる。
【００１９】
そして本鉛ダンパ１の場合には、上記の如く中央部に半円構造部１ａを有すると共に、半円構造部１の両端部に圧縮・引張荷重Ｆの入力点として負荷ピン３ａ，３ｂを有し、且つこれらの負荷ピン３ａ，３ｂ（荷重入力点）を結ぶ線上に半円構造部１ａの円の中心Ｏが位置しているため、ヒステリシスの勾配θが大きくて、圧縮・引張荷重Ｆによる変位量が小さく剛性の高いダンパとなり、且つ良好なヒステリシス性を有し、構造的にもコンパクトになる。従って、鉛ダンパ１は、垂直方向のダンパとして使用して効果的である。
【００２０】
ここで、上記の鉛ダンパと皿バネとを組み合わせた垂直方向の免震装置の構成例について説明する。図４（ａ）は前記免震装置の構成例を示す断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。
【００２１】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、コモンデッキ１４には、容器１１，１２，１３が支持されており、コモンデッキ１４とコンクリート構造物１５との間には、容器１１，１２，１３の周囲を囲むようにして、鉛ダンパ１と皿バネ１６とが介設されている。なお、各鉛ダンパ１は、上側の保持部１ｂが上側のＵリンク４ａ（図１参照）を介してコモンデッキ１４に接続され、下側の保持部１ｃが下側のＵリンク４ｂ（図１参照）を介してコンクリート構造物１５に接続されている。
【００２２】
この免震装置では垂直方向の地震に対して皿バネ１６と組み合わされた減衰挙動が得られ、この場合の加速度応答スペクトルは図５に示すようになる。この加速度応答スペクトルにより、鉛ダンパ（ダンピングファクターｈ＝２０〜４０％程度）１の効果が明確に表れている。即ち、鉛ダンパ１は垂直方向の免震装置のダンパとして有効である。
【００２３】
なお上記は、全ての鉛ダンパ１のダンピングファクターｈが２０〜４０％程度であるということではなく、鉛ダンパ１における半円構造部１ａの半径、断面寸法等をある値とした特定の鉛ダンパ１を試験した結果から得られた（或いは理論計算で得られた）ダンピングファクターｈが２０〜４０％程度であったということである。
【００２４】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明の圧縮・引張荷重型鉛ダンパによれば、中央部に半円構造部を有すると共に、前記半円構造部の両端部に圧縮・引張荷重の入力点を有し、且つこれらの荷重入力点を結ぶ線上に前記半円構造部の円の中心が位置しているため、ヒステリシスの勾配が大きくて、圧縮・引張荷重による変位量が小さく剛性の高いダンパとなり、且つ良好なヒステリシス性を有し、構造的にもコンパクトになる。従って、本発明の圧縮・引張荷重型鉛ダンパは、垂直方向のダンパとして垂直方向の免震装置等に使用して効果的である。実施の形態にも示したように、本発明の圧縮・引張荷重型鉛ダンパを垂直方向の免震装置に使用した場合、応答加速度ベースで粘性減衰に換算して例えば２０〜４０％程度の減衰効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る鉛ダンパの構成を示す正面図である。
【図２】前記鉛ダンパのヒステリシス性を示す説明図である。
【図３】前記鉛ダンパの構造に関する説明図である。
【図４】（ａ）は前記鉛ダンパと皿バネとを組み合わせた垂直方向の免震装置の構成例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。
【図５】前記免震装置の垂直方向の地震に対する応答スペクトルを示すグラフである。
【図６】従来の鉛ダンパの構成例を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 鉛ダンパ
１ａ 半円構造部
１ｂ，１ｃ 保持部
２ａ，２ｂ ホルダ
３ａ，３ｂ 負荷ピン
４ａ，４ｂ Ｕリンク
Claims (1)
- 鉛の曲げによる弾塑性変形により上下方向の振動エネルギーを吸収する鉛ダンパであって、
中央部に半円構造部を有すると共に、前記半円構造部の上下両端部にはホルダーを介して上下方向の圧縮・引張荷重の入力点として負荷ピンを有し、且つこれらの荷重入力点を結ぶ線上に前記半円構造部の円の中心が位置していることを特徴とする圧縮・引張荷重型鉛ダンパ。
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