JP5016329B2 - ダンパ構造 - Google Patents

Description

本発明は、構造が簡易でコンパクトな履歴型ダンパ及びダンパ構造に関する。

従来、柱と梁を有する門型の構造物の耐震性を高める為、ブレースや方杖等が用いられているが、構造物の制震を行う為、これらの一部にダンパを設ける場合がある。ダンパには、流体抵抗を利用した油圧ダンパ、摩擦抵抗を利用した摩擦ダンパ、部材の弾塑性変形を利用した履歴型ダンパ等がある。特に履歴型ダンパは、コストや取り扱いやすさに優れている。

履歴型ダンパにも種々の構造があり、ブレースに取り付けられるダンパとしては、従来から知られる座屈拘束型ブレースがある。座屈拘束型ブレースは、コンクリートの内部に鋼材を埋設した構造を有する。しかしこのような方式では、コンパクトにダンパを構成することができず、また、取替え作業を単純化することができない。このような問題に対し、鋼材のみから構成されるダンパとして、（１）筒体部または湾曲部と平板部とを接合してなる履歴型ダンパ（特許文献１）や、（２）平板を湾曲させ、平板部と湾曲部からなる履歴型ダンパがある（特許文献２）。
特開２００１−２０７６７９号公報 特開２００６−５２８２４号公報

しかしながら、（１）の履歴型ダンパでは筒体部または湾曲部の塑性変形を利用してエネルギーを吸収するため、ダンパ製造時の接合及び曲げ加工時の寸法ばらつき等の影響で、同一形状を得ることが難しく、同一条件下でも筒体部または湾曲部の変形が一定しない。また、筒体部または湾曲部を変形させる為、ダンパの強度設計が難しいという問題がある。（２）の履歴型ダンパは、湾曲部および平板部の弾塑性変形にてエネルギーを吸収するものであるが、ダンパに湾曲箇所が多いため、ダンパ製造時の曲げ加工が困難であり、同一形状のダンパを得ることが難しい。また、ある程度以上の湾曲部の曲げ半径が必要である為、ダンパ自体が大きくなるという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、ダンパの製造及び強度設計が容易で、構造が簡易かつコンパクトな履歴型ダンパ及びダンパ構造を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、本発明は、対向して設けられ、それぞれ長さの異なる１対の平板部と、前記平板部の端部を連結する連結部と、前記１対の平板部の他の端部で、それぞれ第１の構造部材および第２の構造部材に接合される接合部と、を具備する履歴型ダンパを用い、柱と梁との交差部に設けられ、柱と梁とで構成される四辺形の対角線方向に延びる第１の構造部材と、前記第１の構造部材の延長位置の前記対角線上に設けられる第２の構造部材とが、前記第２の構造部材の延長線上に設けられる一対の前記履歴型ダンパのそれぞれの平板部で接続され、前記第２の構造部材は、前記第１の構造部材よりも外形の寸法が小さく、前記第２の構造部材と前記平板部との間にスペーサが設けられ、前記第２の構造部材が前記第１の構造部材の方向に力を受けると、前記平板部が前記第２の構造部材の方向である内側に湾曲するように変形し、前記第２の構造部材が前記第１の構造部材と逆方向に力を受けると、前記平板部が前記第２の構造部材と反対方向である外側に湾曲するように変形することを特徴とするダンパ構造である。

前記平板部には、前記連結部が嵌る凹部が設けられてもよい。

前記接合部は、前記平板部より幅が広い突出部を有し、前記突出部に設けられたボルト穴で前記第１の構造部材および前記第２の構造部材に接合されてもよい。

本発明によれば、ダンパが第１の構造部材と第２の構造部材へコンパクトに取り付けられ、ダンパの弾塑性変形により前記構造部材からのエネルギーを吸収するダンパ構造を提供することができる。

本発明によれば、ダンパの製造及び強度設計が容易で、構造が簡易かつコンパクトな履歴型ダンパ及びダンパ構造を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は本実施の形態に係る履歴型ダンパ１を示す斜視図であり、図２は履歴型ダンパ１の側面図である。履歴型ダンパ１は、湾曲部を有さない１対の平板部３ａ、３ｂと、直方体である連結部５とから構成される。平板部３ａ、３ｂは、略平行になるように連結部５により連結される。平板部３ａ、３ｂは、外力を受けると弾塑性変形し、これによりエネルギーを吸収し、減衰力を与える。

連結部５は、平板部３ａ、３ｂの端部で挟まれ、平板部３ａ、３ｂと連結部５はコの字状に連結される。平板部３ａ、３ｂと連結部５は、貫通するボルト９、ナット１１にて固定される。平板部３ａ、３ｂの連結部５との接合部とは反対側の端部は、図示しない構造部材との接合部６ａ、６ｂであり、前記構造部材との接合の為のボルト穴７が設けられる。

平板部３は、弾塑性変形によりエネルギーを吸収する機能を有すれば、材質は特定しないが、例えば炭素鋼やステンレス鋼で良い。また、連結部５は、荷重入力時においても１対の平板部３ａ、３ｂを連結できれば良く、材質は特定しないが、例えば炭素鋼やステンレス鋼で良い。平板部３、連結部５の厚み、長さ、幅は、取り付け状態や使用条件に応じて計算等により設定される。

図３は、履歴型ダンパ１の構造部材への取り付け状態を示す斜視図であり、図４は履歴型ダンパ１と構造部材との取り付け状態を示す側面図である。図４において、履歴型ダンパ１と構造部材の接合に用いるボルト２１、２７、ナット２３、２９は図示を省略する。第１の構造部材であるブラケット１７は、垂直方向へ延びる柱１３と水平方向へ伸びる梁１５の交差部に設けられる。ブラケット１７は、柱１３と梁１５により構成される四辺形の対角方向へ伸びている。第２の構造部材であるブレース１９は、ブラケット１７よりも外形寸法が小さく、ブラケット１７の延長位置の、前記対角線上に設けられる。ブラケット１７とブレース１９は、１対の履歴型ダンパ１で接合される。ブラケット１７とブレース１９は断面Ｈ形の鋼材からなる。

１対の履歴型ダンパ１を対向させ、履歴型ダンパ１の一方の接合部６ａとブラケット１７を、ボルト２１及びナット２３により締結し、履歴型ダンパ１とブラケット１７を接合する。履歴型ダンパ１のもう一方の接合部６ｂとブレース１９との間にはスペーサ２５を挟みこみ、接合部６ｂとブレース１９を、スペーサ２５を貫通するボルト２７及びナット２９により締結し、履歴型ダンパ１とブレース１９を接合する。

柱１３、梁１５、ブラケット１７の接合方法は図示しないが、溶接接合、ボルト接合などの接合手段により接合される。

スペーサ２５は、ブレース１９と履歴型ダンパ１とを接合できれば良く、材質は特定しないが、例えば炭素鋼やステンレス鋼でよい。

なお、本実施の形態では、履歴型ダンパ１は、ブレース１９の延長線上に取り付けられ、ブレース型ダンパとしての取り付け状態を示したが、シアリンク型ダンパとして使用してもよい。

次に、履歴型ダンパ１の動作について説明する。図５は、ブレース１９がブラケット１７方向（図中矢印方向）へ力が加わった状態を示す図である。図５に示すように、地震や風などにより、ブレース１９が矢印方向の力を受けると、平板部３ａ、３ｂともにブレース１９側である内側へ湾曲するように変形し、外力のエネルギーを吸収する。ここで、平板部３ａは、平板部３ａと連結部５との接合部と、平板部３ａとブラケット１７との接続部６ａとの間で変形する。平板部３ｂは、平板部３ｂと連結部５との接合部と、平板部３ｂとスペーサ２５との接合部６ｂとの間で変形する。

また、図５に示す方向にブレース１９へ力が加わると、履歴型ダンパ１は内側へ湾曲するように変形するが、スペーサ２５により、履歴型ダンパ１とブレース１９との間には隙間があるため、変形時にも履歴型ダンパ１の連結部側とブレース１９は接触しない。すなわち、履歴型ダンパ１は、変形部が他の部位から拘束されることなく変形する。ここで、スペーサ２５の厚みは、ブレース１９とブラケット１７との相対変位量と履歴型ダンパ１の寸法等により設計される。

図６はブレース１９がブラケット１７とは反対の方向（図中矢印方向）へ力が加わった状態を示す図である。図６に示すように、地震や風などにより、ブレース１９が矢印方向の力を受けると、平板部３ａ、３ｂはブレース１９とは反対側である外側に湾曲するように変形し、外力のエネルギーを吸収する。ここで、平板部３ａは、平板部３ａと連結部５との接合部と、平板部３ａとブラケット１７との接続部６ａとの間で変形する。平板部３ｂは、平板部３ｂと連結部５との接合部と、平板部３ｂとスペーサ２５との接合部６ｂとの間で変形する。

また、図６に示す方向にブレース１９へ力が加わると、履歴型ダンパ１は外側へ湾曲するように変形するが、履歴型ダンパ１の連結部側は、変形時に他の部位とは接触しない。すなわち、履歴型ダンパ１は、変形部が他の部位から拘束されることなく変形する。

なお、平板部３の前記変形部位の断面形状は一定でも良く、前記平板部の幅および厚さのいずれか一方又は両方を変化させた変断面であってもよい。すなわち、前記変形部位の平板部の幅や厚みを変化させ、断面積を変化させてもよい。例えば、平板部３の前記変形部位の一部に幅狭部を設ければ、平板部３へ力が加わった際に、その幅狭部を優先的に変形させることができるので、減衰力を調整することができる。また、平板部３の前記変形部位の一部に当て板等を溶接して補強すれば、平板部３へ力が加わった際に、その当て板部の変形を抑制することができるので、減衰力を調整することができる。

平板部３の一部や連結部５については、部分焼き入れなどの熱処理を施してもよい。例えば、連結部５や平板部３の接合部６近傍について部分焼入れを行い、部分的に強度を上げることで、平板部３へ力が加わった際に、熱処理を行った部分の降伏を抑制し、塑性変形させる部位を特定する事ができる。

このように、本実施の形態によれば、１対の平板部３と連結部５とを主な構成要素とし、これらをボルト９で接合するものであり、履歴型ダンパ１の製造時において板の曲げ加工がなく、構造が簡易である。また、平板部３のストレート部を変形させる為、湾曲部や筒体部を変形させるよりも設計が容易である。更に、履歴型ダンパ１を取り付けた状態は、ブラケット１７の厚さに平板部３の厚みとボルト９の高さ分を加えただけの全厚内におさまるため、狭小な場所でも取り付けることができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。図７は第２の実施の形態に係る履歴型ダンパ３０を示す図である。以下の実施の形態において、図１に示す履歴型ダンパ１と同一の機能を果たす構成要素には、図１と同一番号を付し、重複した説明を避ける。

履歴型ダンパ３０は、平板部３ａ、３ｂのそれぞれ連結部５との接合部に、平板部３ａ、３ｂの幅方向に凹部３１ａ、３１ｂが施されている。凹部３１ａ、３１ｂは、連結部５の幅と略同一幅であり、凹部３１ａ、３１ｂへ連結部５が勘合される。平板部３ａ、３ｂと凹部３１ａ、３１ｂへ嵌合された連結部５は、貫通するボルト９、ナット１１にて固定される。

履歴型ダンパ３０の接合部６ａ、６ｂを、履歴型ダンパ１と同様に構造部材へ接合し、前記構造部材から力を受けると、平板部３ａ、３ｂが弾塑性変形し、エネルギーを吸収する。この際、連結部５は凹部３１ａ、３１ｂに嵌合されている為、変形の際に連結部５と平板部３ａ、３ｂとの間に相対するすべりがない。

このように、第２の実施形態によれば、履歴型ダンパ３０は、履歴型ダンパ１と同様の効果を奏する。また、凹部３１と連結部５が嵌合することにより、変形の際に平板部３ａ、３ｂと連結部５との間にすべりが生じることがない。このため、同一荷重条件における平板部３の変形量が一定し、減衰性能が安定する。

図８は、第３の実施の形態に係る履歴型ダンパ４０を示す図である。履歴型ダンパ４０は、平板部３ａ、３ｂと連結部５とが溶接により接合される。溶接は、平板部３ａ、３ｂの対向面４３ａ、４３ｂと、連結部５の側面４５ａ、４５ｂとの接触部に施される。なお、溶接方法は特定しないが、通常のアーク溶接で構わない。

履歴型ダンパ４０の接合部６ａ、６ｂを、履歴型ダンパ１と同様に構造部材へ接合し、前記構造部材から力を受けると、平板部３ａ、３ｂが弾塑性変形し、エネルギーを吸収する。この際、連結部５は平板部３ａ、３ｂに溶接されている為、変形の際に連結部５と平板部３ａ、３ｂとの間に相対するすべりがない。

このように、第３の実施形態によれば、履歴型ダンパ４０は、履歴型ダンパ１と同様の効果を奏する。また、変形の際に平板部３ａ、３ｂと連結部５との間にすべりが生じることがないため、同一荷重条件における平板部３の変形量が一定し、減衰性能が安定する。更に、ボルト９、ナット１１を使用しなくともよいため、部品点数を削減できる。

図９は、第４の実施の形態に係る履歴型ダンパ５０を示す図である。図９（ａ）は、履歴型ダンパ５０の連結部５側から見た図であり、（ｂ）は履歴型ダンパ５０の側面図である。履歴型ダンパ５０の連結部５は、平板部３ａ、３ｂよりも幅広である。連結部５は、平板部３ａ、３ｂの幅方向両側に突出した状態で、平板部３ａ、３ｂの端部で挟まれ、溶接により固定される。溶接は、平板部３ａ、３ｂの側面５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄと、平板部３の幅方向へ突出した連結部５の上下面５５ａ、５５ｂとの接触部に施される。

履歴型ダンパ５０の接合部６ａ、６ｂを、履歴型ダンパ１と同様に構造部材へ接合し、前記構造部材から力を受けると、平板部３ａ、３ｂが弾塑性変形し、エネルギーを吸収する。この際、平板部３ａ、３ｂの対向面と連結部５の側面近傍は変形部位となる為、この付近を溶接すると、熱影響により変形が安定しない恐れがある。しかし、履歴型ダンパ５０の溶接部は、平板部３ａ、３ｂの側面と、平板部３の幅方向へ突出した連結部５の上下面であり、変形を伴わない部分である為、平板部３の変形部位は、溶接による影響を受けない。

このように、第４の実施形態によれば、履歴型ダンパ５０は、履歴型ダンパ１と同様の効果を奏する。また、履歴型ダンパ５０の溶接部が、平板部３ａ、３ｂの変形部位とは異なる部位であるため、平板部３ａ、３ｂの変形部位は溶接による熱影響を受けることがない。このため、同一荷重条件における平板部３の変形量が一定し、減衰性能が安定する。

図１０は第５の実施の形態に係る履歴型ダンパ６０を示す図である。履歴型ダンパ６０は、構造部材と接合するためのボルト２７を具備している。ボルト２７は、首下長さが平板部３ａ、３ｂ間よりも長く、ボルト頭部が平板部３ａ、３ｂの間に位置し、ボルト穴７へ挿入される。履歴型ダンパ６０は、ボルト２７をボルト穴７へ挿入した状態で、平板部３ａ、３ｂと連結５とが溶接により接合される。したがって、ボルト２７は、履歴型ダンパ６０から抜け落ちない構造となっている。

履歴型ダンパ６０の接合部６ａ、６ｂを、履歴型ダンパ１と同様に構造部材へ接合し、前記構造部材から力を受けると、平板部３ａ、３ｂが弾塑性変形し、エネルギーを吸収する。

このように、第５の実施形態によれば、履歴型ダンパ６０は、履歴型ダンパ１と同様の効果を奏する。また、履歴型ダンパ６０と構造部材とを取り付ける際に、ボルト２７があらかじめ挿入され、ナット２９との締結が構造部材側となるため、狭い平板部３ａ、３ｂ間でナット締結作業をする必要が無く、取り付け作業が簡便となる。

図１１は、第６の実施の形態に係る履歴型ダンパ７０を示す図である。履歴型ダンパ７０の平板部３は、突出部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄを具備している。突出部７１ａ、７１ｂは、平板部３ａの接合部６ａに設けられ、突出部７１ｃ、７１ｄは、平板部３ｂの接合部６ｂに設けられる。突出部７１は平板部３の幅方向へそれぞれ突出している。ボルト穴７は、それぞれの突出部７１の位置に設けられる。すなわち、ボルト穴７ａ、７ｂは突出部７１ｂに、ボルト穴７ｃ、７ｄは突出部７１ａに、ボルト穴７ｅ、７ｆは突出部７１ｄに、ボルト穴７ｇ、７ｈは突出部７１ｃに設けられる。連結部５と平板部３ａ、３ｂは溶接により接合される。

履歴型ダンパ７０の接合部６ａ、６ｂを、履歴型ダンパ１と同様に構造部材へ接合し、前記構造部材から力を受けると、平板部３ａ、３ｂが弾塑性変形し、エネルギーを吸収する。

このように、第６の実施形態によれば、履歴型ダンパ７０は、履歴型ダンパ１と同様の効果を奏する。また、履歴型ダンパ７０を構造部材へ取り付ける際に、ボルト穴７が平板部３の幅方向の外側へ位置するため、ボルト穴７へのボルト２７の挿入やナット２９締結時の治工具の使用が容易であり、取り付け作業が簡便となる。

図１２は、第７の実施の形態に係る履歴型ダンパ８０を示す図である。履歴型ダンパ８０は、履歴型ダンパ７０と同様に突出部７１を具備している。また、平板部３ａ、３ｂと連結部８１とが一体構造となっている。すなわち、一枚の平板を曲げ加工することで作成され、ストレート部である平板３ａ、３ｂとが平行に対向し、曲げ加工部が連結部８１となる。なお、連結部８１の形状は、平板部３ａ、３ｂが平行に保たれれば、湾曲であっても、コの字状であっても構わない。

履歴型ダンパ８０の接合部６ａ、６ｂを、履歴型ダンパ１と同様に構造部材へ接合し、前記構造部材から力を受けると、平板部３ａ、３ｂが弾塑性変形し、エネルギーを吸収する。この際、連結部５は平板部３ａ、３ｂと一体であるため、変形の際に平板部３と連結部５との間に相対するすべりがない。

このように、第７の実施形態によれば、履歴型ダンパ８０は、履歴型ダンパ１と同様の効果を奏する。また、変形の際に、平板部３ａ、３ｂと連結部５との間にすべりが生じることがないため、同一荷重条件における平板部３の変形量が一定し、減衰性能が安定する。また、履歴型ダンパ８０を構造部材へ取り付ける際に、ボルト穴７が平板部３の幅方向の外側へ位置するため、ボルト穴７へのボルト２７の挿入やナット２９締結時の治工具の使用が容易であり、取り付け作業が簡便となる。更に、平板部３ａ、３ｂと連結部８１が一体構造であるので、平板部３ａ、３ｂと連結部８１を接合する必要が無く、部品点数を減らすことができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

第１の実施の形態に係る履歴型ダンパ１の斜視図。 履歴型ダンパ１の側面図。 履歴型ダンパ１の構造部材への取り付け状態を示す斜視図。 履歴型ダンパ１の構造部材への取り付け状態を示す側面図。 履歴型ダンパ１の変形状態を示す図。 履歴型ダンパ１の変形状態を示す図。 第２の実施の形態に係る履歴型ダンパ３０の側面図。 第３の実施の形態に係る履歴型ダンパ４０の側面図。 第４の実施の形態に係る履歴型ダンパ５０の側面図。 第５の実施の形態に係る履歴型ダンパ６０の側面図。 第６の実施の形態に係る履歴型ダンパ７０の斜視図。 第７の実施の形態に係る履歴型ダンパ８０の斜視図。

符号の説明

１、３０、４０、５０、６０、７０、８０………履歴型ダンパ
３ａ、３ｂ………平板部
５………連結部
６ａ、６ｂ………接合部
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ、７ｈ………ボルト穴
９………ボルト
１１………ナット
１３………柱
１５………梁
１７………ブラケット
１９………ブレース
２１………ボルト
２３………ナット
２５………スペーサ
２７………ボルト
２９………ナット
３１ａ、３１ｂ………凹部
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ………溶接部
４３ａ、４３ｂ………対向面
４５ａ、４５ｂ………側面
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ………溶接部
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ………側面
５５ａ、５５ｂ………上下面
７１………突出部
８１………連結部

Claims (3)

1. 対向して設けられ、それぞれ長さの異なる１対の平板部と、
   前記平板部の端部を連結する連結部と、
   前記１対の平板部の他の端部で、それぞれ第１の構造部材および第２の構造部材に接合される接合部と、
   を具備する履歴型ダンパを用い、
   柱と梁との交差部に設けられ、柱と梁とで構成される四辺形の対角線方向に延びる第１の構造部材と、前記第１の構造部材の延長位置の前記対角線上に設けられる第２の構造部材とが、前記第２の構造部材の延長線上に設けられる一対の前記履歴型ダンパのそれぞれの平板部で接続され、
   前記第２の構造部材は、前記第１の構造部材よりも外形の寸法が小さく、前記第２の構造部材と前記平板部との間にスペーサが設けられ、
   前記第２の構造部材が前記第１の構造部材の方向に力を受けると、前記平板部が前記第２の構造部材の方向である内側に湾曲するように変形し、
   前記第２の構造部材が前記第１の構造部材と逆方向に力を受けると、前記平板部が前記第２の構造部材と反対方向である外側に湾曲するように変形することを特徴とするダンパ構造。
2. 前記平板部には、前記連結部が嵌る凹部が設けられることを特徴する請求項１記載のダンパ構造。
3. 前記接合部は、前記平板部より幅が広い突出部を有し、前記突出部に設けられたボルト穴で前記第１の構造部材および前記第２の構造部材に接合されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のダンパ構造。
   

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