JP5279356B2 - Plastic hinge structure of concrete member and concrete member - Google Patents

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Description

本発明は、土木・建築構造物におけるコンクリート系部材の塑性ヒンジ構造およびこの塑性ヒンジ構造を用いたコンクリート系部材に関するものである。   The present invention relates to a plastic hinge structure of a concrete member in a civil engineering / building structure, and a concrete member using the plastic hinge structure.

一般に、土木・建築構造物は、地震による大きな外力が作用したときに、部材端部、例えば、橋脚基部、ラーメン構造の梁端部などに大きな曲げモーメントが作用し、軸方向鉄筋が降伏することにより部材端部が曲げ降伏の塑性変形をする。塑性変形箇所を一般に塑性ヒンジ部と呼ぶ。さらに構造物に繰り返して地震力が作用することにより、塑性ヒンジ部のかぶりコンクリートの剥落、コアコンクリートの圧縮破壊が生じる。また、軸方向鉄筋は引張力・圧縮力が作用し、塑性変形を繰り返し、座屈破壊を起こす。   Generally, in civil engineering and building structures, when a large external force is applied due to an earthquake, a large bending moment acts on the end of a member, for example, a pier base or a beam end of a rigid frame structure, and the axial rebar yields. As a result, the end of the member undergoes plastic deformation such as bending yield. The plastic deformation portion is generally called a plastic hinge portion. Furthermore, when the seismic force is repeatedly applied to the structure, the cover concrete is peeled off from the plastic hinge and the core concrete is compressed and broken. In addition, the axial rebars are subjected to tensile and compressive forces, and repeat plastic deformation, causing buckling failure.

構造物に高い耐震性を持たせるために、塑性ヒンジ部には大きな変形を受けても耐力が低下しない変形性能と地震エネルギーを吸収するための履歴エネルギー吸収性能が求められる。   In order to give the structure high earthquake resistance, the plastic hinge portion is required to have a deformation performance that does not decrease the yield strength even if it undergoes a large deformation and a hysteresis energy absorption performance to absorb the seismic energy.

通常のＲＣ構造やＰＣ構造では、塑性ヒンジ部のコアコンクリートの帯鉄筋量を増やし、コンクリートの横拘束を高めることによって、コンクリートの圧縮耐力の向上や軸方向鋼材の座屈破壊の防止をする方法が用いられてきた。   In ordinary RC structures and PC structures, the amount of reinforcement in the core concrete of the plastic hinge part is increased and the lateral restraint of the concrete is increased, thereby improving the compressive strength of the concrete and preventing buckling failure of the axial steel. Has been used.

特許文献１には、鉄筋コンクリート橋脚において、構造用の軸方向鋼材よりも内側に高強度の芯材を、コンクリート部材の軸方向に、塑性ヒンジ部よりも長く配置し、芯材の一端部を橋脚の基礎部に定着し、芯材の他端部を橋脚の中間部にてコンクリート部に定着し、芯材がコンクリートに対し付着していないアンボンド区間を設けることが記載されている。この構造により、部材が大きく曲げ変形した際に、芯材は弾性的に挙動することを可能としており、大変形時にも残留変形が小さくなることを可能としている。   In Patent Document 1, in a reinforced concrete bridge pier, a high-strength core material is arranged longer than a plastic hinge portion in the axial direction of the concrete member, and one end portion of the core material is connected to the pier. The other end portion of the core material is fixed to the concrete portion at the intermediate portion of the pier, and an unbonded section in which the core material is not attached to the concrete is provided. With this structure, the core material can behave elastically when the member is greatly bent and deformed, and residual deformation can be reduced even during large deformation.

特許文献２には、軸方向鋼材に圧縮力を伝えない構造とすることで圧縮力による軸方向鋼材の座屈を防止し、変形性能の向上を図ることが記載されている。通常のＲＣ構造では、軸方向鋼材が圧縮方向に座屈変形している場合、引張変形がある程度まで進まないと引張力が作用せずに鋼材の引張による塑性変形が期待できない。また、軸方向鋼材の座屈防止のために上記に示した軸方向鋼材に圧縮力を伝えない構造とするだけでは、軸方向鋼材は引張塑性変形した変形量だけ引張力を伝えないことになる。そこで、軸方向鋼材の塑性変形を吸収する機構を設けることにより、軸方向鋼材に引張方向の変形が作用するとすぐに引張力が作用し、塑性変形を促すことにより高いエネルギー吸収性能を実現している。   Patent Document 2 describes that a structure in which a compressive force is not transmitted to an axial steel material prevents buckling of the axial steel material due to the compressive force and improves deformation performance. In the normal RC structure, when the axial steel material is buckled and deformed in the compression direction, if the tensile deformation does not progress to some extent, the tensile force does not act, and plastic deformation due to the steel material cannot be expected. In addition, in order to prevent buckling of the axial steel material, the axial steel material does not transmit the tensile force by the amount of deformation caused by the tensile plastic deformation only by adopting a structure that does not transmit the compressive force to the axial steel material shown above. . Therefore, by providing a mechanism that absorbs plastic deformation of the axial steel material, a tensile force acts as soon as the tensile deformation acts on the axial steel material, realizing high energy absorption performance by promoting plastic deformation. Yes.

特許文献３には、塑性ヒンジ部の軸方向鋼材の周りに補強筒を装着し、軸方向鋼材と補強筒の間の付着強度をゼロとしアンボンド領域を形成することが記載されている。地震の際にアンボンド領域に軸方向鋼材が一定のひずみで優先的に降伏することを可能としている。塑性ヒンジ部の軸方向鋼材に生じる塑性ひずみが局所的にならないことから、大変形に対しても安定した塑性変形を実現できる。また、軸方向鋼材が塑性変形する箇所は、補強筒で囲まれていることから、軸方向鋼材が圧縮荷重を受けたときの座屈変形を防止できる効果も期待できる。また、軸方向鋼材の付着除去部には曲げ戻し効果によって、コンクリートに作用する応力を従来のＲＣ構造よりも緩和することを可能としている。   Patent Document 3 describes that a reinforcing cylinder is mounted around the axial steel material of the plastic hinge part, and the bond strength between the axial steel material and the reinforcing cylinder is made zero to form an unbonded region. In the event of an earthquake, it is possible to preferentially yield the axial steel in the unbonded region with a certain strain. Since plastic strain generated in the axial steel material of the plastic hinge portion does not become local, stable plastic deformation can be realized even for large deformation. Moreover, since the location where the axial steel material is plastically deformed is surrounded by the reinforcing cylinder, an effect of preventing buckling deformation when the axial steel material receives a compressive load can be expected. Further, the stress acting on the concrete can be relaxed more than the conventional RC structure by the bending back effect at the adhesion removal portion of the axial steel material.

特許文献４には、塑性ヒンジ部を想定する領域に緩衝材を配置することにより、部材の曲げ変形を緩衝材の曲げ変形により吸収し、コンクリートの圧壊を防止し、高い変形性能を実現することが記載されている。緩衝材に高減衰ゴム等を用いることにより高いエネルギー吸収性能を持たせることを可能としている。また、緩衝材に剛性の高いせん断キーを配置し、緩衝材のせん断変形を防止することにより、曲げ変形を卓越させ安定した変形性能を実現するものである。   Patent Document 4 discloses that a buffer material is disposed in a region that assumes a plastic hinge portion, thereby absorbing bending deformation of the member by bending deformation of the buffer material, preventing concrete crushing, and realizing high deformation performance. Is described. By using a high damping rubber or the like for the buffer material, it is possible to provide high energy absorption performance. Further, by arranging a shear key with high rigidity on the buffer material and preventing the shear deformation of the buffer material, bending deformation is excellent and a stable deformation performance is realized.

特許文献５には、超高強度繊維補強コンクリートからなるプレキャスト型枠とアンボンド芯材をＲＣ構造物の塑性ヒンジ区間に適用することによって、高い変形性能と安定した二次剛性を有するＲＣ構造物を構築することが記載されている。また、高強度・高剛性のプレキャスト型枠により、軸方向鋼材に過度な圧縮ひずみを生じることを防ぐことによって早期の座屈を防止することが期待できる。   Patent Document 5 discloses an RC structure having high deformation performance and stable secondary rigidity by applying a precast formwork made of ultra-high strength fiber reinforced concrete and an unbonded core material to a plastic hinge section of the RC structure. It is described to build. In addition, it can be expected that high-strength and high-rigidity precast formwork prevents early buckling by preventing excessive compressive strain in the axial steel material.

一方、橋梁の地震時における応答の低減を目的として、下部構造と上部構造の間に免震支承やダンパー等を設置して、上部構造の慣性力が下部構造に伝わらないようにすると共に、地震による橋梁の振動エネルギーを積極的に吸収する方法がある。小型の装置でも十分な効果を期待できるため、設置工事が簡易であり、また、下部構造と上部構造の間に設置するため、既存の橋梁の補強に対しても有効であることから、橋梁の免震化、耐震補強に適用されている。   On the other hand, in order to reduce the response of the bridge during an earthquake, seismic isolation bearings and dampers are installed between the lower structure and the upper structure to prevent the inertial force of the upper structure from being transmitted to the lower structure. There is a method to actively absorb the vibration energy of the bridge. Since a small device can be expected to have a sufficient effect, the installation work is simple, and since it is installed between the lower structure and the upper structure, it is also effective for reinforcing existing bridges. Applied to seismic isolation and seismic reinforcement.

但し、以上のような支承、ダンパーを橋梁へ適用するためには、地震時に下部構造と上部構造の間に発生する大きな相対変形に追従できる変形性能、及び大変形領域におけるエネルギー吸収性能が必要とされる。また、これらの装置の適用を低コストで実現することも重要である。さらに、沿岸部など劣悪な環境下においてもメンテナンスフリーでダンパーとしての性能を保持し得るような耐久性、対候性も要求される。   However, in order to apply the above bearings and dampers to the bridge, it is necessary to have a deformation capability that can follow the large relative deformation that occurs between the lower structure and the upper structure during an earthquake, and energy absorption performance in the large deformation region. Is done. It is also important to realize the application of these devices at a low cost. Furthermore, durability and weather resistance are also required so that the performance as a damper can be maintained without maintenance even in a poor environment such as a coastal area.

従来のダンパーには、機構として単純な鋼棒ダンパーや低降伏点鋼材を用いたハニカムダンパーなどの鋼材からなるダンパー、ピストン状の機構を持つオイルダンパーや鉛押出しダンパー、鉛直荷重を支持しない免震支承などを設置する方法等があった。   Conventional dampers include dampers made of steel such as simple steel bar dampers and honeycomb dampers using low-yield-point steel, oil dampers with piston-like mechanisms, lead extrusion dampers, and seismic isolation that does not support vertical loads. There was a method to install a support.

（1）鋼棒ダンパー：鋼棒ダンパーは、ラッパ管でテーパー支持されていることにより、鋼棒の変形を片持ち梁の基部に集中させず、効率の良いエネルギー吸収を可能としている。橋梁へ適用される場合には、下部構造と上部構造にすり鉢状の拘束管が埋設され、その内部中心に鋼棒が設置される。 (1) Steel bar damper: The steel bar damper is taper-supported by a trumpet tube, enabling efficient energy absorption without concentrating the deformation of the steel bar on the base of the cantilever. When applied to a bridge, a mortar-shaped restraint pipe is embedded in the lower structure and the upper structure, and a steel rod is installed in the center of the inner part.

（2）ハニカムダンパー：低降伏点鋼等からなる鋼材をハニカム形状に加工した鋼材ダンパーである。独自のハニカム形状により、鋼材の塑性化領域の分散化が可能であり、単純な棒部材に比べ、大きな変形領域におけるエネルギー吸収性能に優れている。 (2) Honeycomb damper: A steel damper made by processing a steel material made of low yield point steel or the like into a honeycomb shape. Due to the unique honeycomb shape, it is possible to disperse the plasticized region of the steel material, and the energy absorption performance in a large deformation region is superior to that of a simple bar member.

（3）オイルダンパー・ビンガムダンパー・鉛押出しダンパー：シリンダ内にオイル、ビンガム流体の粘性流体や鉛等を封入したものである。橋梁へ適用する場合には、シリンダ本体の基端とピストンロッドの先端がそれぞれ下部構造、上部構造に固定され、地震時における相対変形の速度に比例した抵抗力を発揮することにより、エネルギーを吸収する。 (3) Oil damper, Bingham damper, lead extrusion damper: Oil, viscous fluid of Bingham fluid, lead, etc. are sealed in a cylinder. When applied to bridges, the base end of the cylinder body and the tip of the piston rod are fixed to the lower structure and the upper structure, respectively, and absorbs energy by demonstrating a resistance force proportional to the speed of relative deformation during an earthquake. To do.

（4）ＭＲダンパー：シリンダ内部にＭＲ（磁気粘性）流体という電流に対して抵抗力が変化する磁気性流体が封入されたダンパーである。エネルギー吸収能力を制御し、地震時の応答を効率的に低減する場合に用いられる。 (4) MR damper: a damper in which a magnetic fluid whose resistance is changed against an electric current called MR (magnetic viscosity) fluid is enclosed in a cylinder. Used to control energy absorption capacity and efficiently reduce the response during an earthquake.

（5）鉛プラグ入り積層ゴム支承：比較的柔なゴム材料で構成された支承であり、地震による加速度が上部構造へ伝達するのを遮断することにより、応答を低減できる。また、ゴム内に設置された鉛プラグが塑性変形することによるエネルギー吸収も期待できる。 (5) Laminated rubber bearings with lead plugs: These bearings are made of a relatively soft rubber material, and the response can be reduced by blocking the transmission of acceleration due to earthquakes to the superstructure. Also, energy absorption due to plastic deformation of the lead plug installed in the rubber can be expected.

新設の橋梁において、高減衰ゴムを用いた免震支承や鉛プラグ入り積層ゴム支承は、エネルギー吸収性能には限界があり、支承本体とは別にエネルギー吸収装置、即ちダンパーを別途設置することが合理的である。   In new bridges, seismic isolation bearings using high-damping rubber and laminated rubber bearings with lead plugs have limited energy absorption performance, and it is reasonable to install an energy absorbing device, that is, a damper separately from the bearing body. Is.

既設の橋梁においても、既存の支承を免震支承に取替える場合には、新設と同様の問題点がある。但し、既設支承の取替えは、
（1）主桁および橋脚に損傷を与えずに既存の支承を撤去するのは、施工上の制約が多い。
（2）主桁のジャッキアップにおいて、高度な施工技術や高価な載荷装置が必要になる。
（3）重量の大きな新旧支承を狭い空間において効率良く撤去・設置しなければならない。
（4）旧規準の場合を超える地震時水平力を合理的に負担させる必要があるが、アンカーボルトの取替えは一般に不可能である。
などの問題点がある。そこで、ダンパーを追加して設置する方法が望ましい。 The existing bridge also has the same problems as the new construction when replacing existing bearings with seismic isolation bearings. However, replacement of existing bearings
(1) Removing existing bearings without damaging the main girder and pier has many construction restrictions.
(2) In order to jack up main girders, advanced construction techniques and expensive loading equipment are required.
(3) New and old heavy bearings must be efficiently removed and installed in a small space.
(4) Although it is necessary to reasonably bear the horizontal force during an earthquake that exceeds the old standard, replacement of anchor bolts is generally impossible.
There are problems such as. Therefore, a method in which a damper is additionally installed is desirable.

なお、本発明に関連するダンパーの先行技術文献として特許文献６、７がある。特許文献６の発明は、橋梁の免震技術であり、棒状のダンパー部材(極低降伏点鋼)の基部を橋脚または橋台に埋設した上部が開口した鋼製容器のストッパー構造物内に挿入し底部に固定して垂直に立て、その上部を水平力のみ伝達する構造で橋桁と連結し、鉛直荷重は可動支承で支持するものである。   Note that Patent Documents 6 and 7 are prior art documents of dampers related to the present invention. The invention of Patent Document 6 is a seismic isolation technique for bridges, in which the base of a rod-shaped damper member (extremely low yield point steel) is inserted into a stopper structure of a steel container having an upper opening embedded in a pier or an abutment. It is fixed to the bottom and stands vertically, and its upper part is connected to the bridge girder with a structure that transmits only horizontal force, and the vertical load is supported by a movable bearing.

特許文献７の発明は、鋼棒ダンパーであり、上部構造体に設けた上部の鋼棒と基礎に設けた下部の鋼棒とをそれぞれの先端部に設けたテーパー型積層円筒部材と円筒状緩衝体で連結し、地震時に上部構造体と基礎とが水平変位すると、上下の鋼棒の基部が塑性化し、地震エネルギーを吸収し、上下の鋼棒の先端部が円筒状緩衝体から抜け出し可能とするものである。   The invention of Patent Document 7 is a steel rod damper, and a tapered laminated cylindrical member and a cylindrical buffer, each having an upper steel rod provided on an upper structure and a lower steel rod provided on a foundation provided at respective tip portions. When the upper structure and the foundation are horizontally displaced during an earthquake, the base of the upper and lower steel bars becomes plastic, absorbs the seismic energy, and the tip of the upper and lower steel bars can be pulled out from the cylindrical buffer. To do.

また、建築構造物においては高靭性セメント系複合材料（ＥＣＣ）などで形成されたダンパーが開発されている（特許文献８、９参照）。   In addition, a damper formed of a high toughness cement-based composite material (ECC) or the like has been developed in a building structure (see Patent Documents 8 and 9).

特開２００１−２９５２２０号公報JP 2001-295220 A 特開平１１−３１０９９５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-310995 特開２００３−１５５７７８号公報JP 2003-155778 A 特開２００２−６１２８２号公報JP 2002-61282 A 特開２００７−９４６０号公報JP 2007-9460 A 特開平９−４９２０９号公報JP-A-9-49209 特開平１１−２８７２８９号公報JP-A-11-287289 特開２００５−２９９１８７号公報JP 2005-299187 A 特開２００４−５２４９４号公報JP 2004-52494 A

一般的なＲＣ・ＰＣ構造部材では、地震力が作用すると部材端部に大きな曲げモーメントが生じて塑性ヒンジを形成する。通常、帯鉄筋量を増やすなどの方法によりコアコンクリートの横拘束力を高めることで、繰り返し荷重が作用した場合の耐力低下を小さくし、塑性ヒンジの変形性能を高める方法がとられている。しかしながら、大きな変形の繰り返し荷重を受けるとコンクリートの圧縮破壊が進行し、軸方向鉄筋の座屈や破断が発生することによって部材の耐力が低下する。このような大変形の繰り返し荷重下における部材耐力の低下を改善する方法として、前述した特許文献１〜５の発明が提案されている。   In a general RC / PC structural member, when a seismic force is applied, a large bending moment is generated at the end of the member to form a plastic hinge. Usually, by increasing the lateral restraining force of the core concrete by a method such as increasing the amount of reinforcing bars, a method is adopted in which the decrease in yield strength when a repeated load is applied is reduced and the deformation performance of the plastic hinge is increased. However, when a large repeated deformation load is applied, the compressive fracture of the concrete proceeds, and the strength of the member decreases due to the buckling or breaking of the axial reinforcing bars. As a method for improving the reduction in the member strength under such repeated repeated large deformation, the above-described inventions of Patent Documents 1 to 5 have been proposed.

（1）特許文献２の発明は、圧縮座屈を防止することにより、より高い変形性能を有することを可能としている。また、軸方向鋼材に引張変形が作用したときに常に引張力が作用する塑性変形吸収機構を有することにより、安定した高い履歴減衰を可能としている。但し、この構造では、軸方向鋼材を圧縮変形させないため、圧縮変形時に期待できる軸方向鋼材の履歴減衰を得ることができない。また、塑性変形吸収機構は、特殊な構造となるため、実現するためには高い費用を必要とする。また、コンクリートの圧縮破壊が進行することによっての耐力低下を改善することができない。   (1) The invention of Patent Document 2 makes it possible to have higher deformation performance by preventing compression buckling. In addition, by having a plastic deformation absorbing mechanism in which a tensile force always acts when a tensile deformation is applied to the axial steel material, stable high hysteresis damping is enabled. However, in this structure, since the axial steel material is not compressed and deformed, hysteresis hysteresis of the axial steel material that can be expected at the time of compressive deformation cannot be obtained. Further, since the plastic deformation absorbing mechanism has a special structure, high cost is required to realize it. In addition, it is not possible to improve the yield strength reduction due to the progress of concrete compressive fracture.

（2）特許文献３の発明は、通常のＲＣ部材に比べ、安定した軸方向鋼材の履歴減衰を可能とし、コンクリートの損傷も低減することを可能としている。しかしながら、ある一定以上の大変形時ではコンクリートの損傷は避けられず、部材耐力を保持することはできない。   (2) The invention of Patent Document 3 enables stable hysteresis damping of an axial steel material and can reduce damage to concrete as compared with a normal RC member. However, damage to the concrete is unavoidable when large deformation exceeds a certain level, and the member strength cannot be maintained.

（3）特許文献４の発明は、部材に高い変形性能を付与することを可能にしている。変形性能を大きくするためには緩衝材を厚くする必要があるが、緩衝材を厚くすると緩衝材の範囲で軸方向鋼材の圧縮変形によって座屈が生じてしまう可能性がある。   (3) The invention of Patent Document 4 makes it possible to impart high deformation performance to a member. In order to increase the deformation performance, it is necessary to thicken the cushioning material. However, if the cushioning material is thickened, there is a possibility that buckling may occur due to compressive deformation of the axial steel material within the range of the cushioning material.

（4）特許文献５の発明は、部材に高い変形性能と二次剛性を付加することを可能とし、軸方向鋼材の早期の座屈を防止することを可能としている。プレキャスト型枠には、曲げ変形時に大きな圧縮応力が作用するが、これを高強度の材料を用いることで圧縮破壊を防止する構造となっていることから、曲げ応力が材料強度以上生じる大変形においては圧縮破壊が生じる可能性がある。   (4) The invention of Patent Document 5 makes it possible to add high deformation performance and secondary rigidity to the member, and to prevent early buckling of the axial steel material. A large compressive stress acts on the precast formwork during bending deformation, but since it has a structure that prevents compressive fracture by using a high-strength material, in a large deformation where bending stress exceeds the material strength May cause compression failure.

一方、鋼棒ダンパーでは、前述したように下部構造と上部構造との間に、その端部がすり鉢状の拘束管の内部中心に固定されている鋼棒が設置されている。このように、鋼棒が屋外に剥き出しになっているため、海岸部などの周辺環境が劣悪である場合、腐食による機能低下、及びそれを防ぐための定期的なメンテナンスが必要となる。   On the other hand, in the steel rod damper, as described above, a steel rod whose end is fixed to the inner center of a mortar-like restraint pipe is installed between the lower structure and the upper structure. Thus, since the steel bar is exposed to the outdoors, when the surrounding environment such as the coast is inferior, the function is deteriorated due to corrosion, and periodic maintenance is required to prevent it.

オイルダンパーやビンガムダンパー等は鋼棒ダンパーに比べると耐久性に富むが、装置自体のコストが高い上、大きな変形性能を実現しようとすると、装置が大型化していまい、設置時における施工性やさらなるコスト増に繋がる可能性がある。   Oil dampers, Bingham dampers, etc. are more durable than steel rod dampers, but the cost of the equipment itself is high, and if you try to achieve large deformation performance, the equipment will be large, and the installation workability and further There is a possibility of increasing the cost.

ＭＲダンパーについては、さらにコストが高くなる上、制御システムが必要となるため、パッシブな制震効果を期待する際には適当ではない。   The MR damper is not suitable for expecting a passive vibration control effect because it further increases the cost and requires a control system.

鉛プラグ入り免震支承は、列挙したものの中で最も適用例が多いが、支承が大きなものとなるため、既存の橋梁へ適用する際には、施工性が問題となることが多い。   The seismic isolation bearings with lead plugs have the most application examples among the listed ones, but since the bearings are large, workability is often a problem when applied to existing bridges.

そこで、コンクリートやモルタルなどコンクリート系材料を用いた、海浜部においても錆の心配のないダンパーが望まれていたが、コンクリートに鉄筋等の鋼材を埋設した部材の変形性能は、鋼材ダンパーやハニカムダンパーなどのように大きな変形性能を付与することは不可能である。細い棒状部材とすれば、変形性能は付与できるが、部材に生じる反力は小さくなるから、多数のダンパーを設置する必要があり、現実的ではない。   Therefore, dampers that use concrete materials such as concrete and mortar, and that do not worry about rust even on the beach, were desired. However, the deformation performance of members in which steel materials such as rebars are embedded in concrete is limited to steel dampers and honeycomb dampers. It is impossible to give a large deformation performance such as. If a thin rod-shaped member is used, deformation performance can be imparted, but the reaction force generated on the member is small, so it is necessary to install a large number of dampers, which is not realistic.

さらに、橋梁のダンパーとしては、橋軸方向の桁の温度伸縮による変位に追随する必要があり、ダンパーの両端を、単に主桁と橋脚天端に固定しただけでは、常時の温度変化を受けてしまうので、オイルダンパーのような装置では問題がなかったが、鋼棒ダンパーやハニカムダンパー等の履歴型ダンパーでは、問題があった。   Furthermore, as a bridge damper, it is necessary to follow the displacement due to the temperature expansion and contraction of the girder in the direction of the bridge axis. If both ends of the damper are simply fixed to the main girder and the top of the bridge pier, Therefore, there was no problem with a device such as an oil damper, but there was a problem with a hysteretic damper such as a steel rod damper or a honeycomb damper.

また、耐久性の高いＥＣＣダンパーは既に高層ビルに実際に適用されているが高層ビルでのＥＣＣダンパーは、地震時の部材回転角度を最大でも0.025radを想定しているのに対し，橋梁では桁と橋脚天端の間で大きな相対変位を生じる構造となっていることから，取付可能な、ダンパー長を考慮すると、0.1rad程度以上の回転角度を生じさせる必要がある。   In addition, ECC dampers with high durability have already been applied to high-rise buildings, but ECC dampers in high-rise buildings assume a maximum member rotation angle of 0.025 rad at the time of earthquakes, whereas bridges Since it has a structure that causes a large relative displacement between the girder and the pier top, it is necessary to generate a rotation angle of about 0.1 rad or more in consideration of the mountable damper length.

本発明は、前述のような課題を解消すべくなされたものであり、土木・建築構造物におけるコンクリート系部材の変形性能の向上および履歴減衰特性の向上を低コストで実現できるコンクリート系部材の塑性ヒンジ構造およびこの塑性ヒンジ構造を用いたコンクリート系部材を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the plasticity of a concrete-based member that can improve the deformation performance and the hysteretic damping property of the concrete-based member in civil engineering and building structures at low cost. The object is to provide a hinge structure and a concrete member using the plastic hinge structure.

本発明の請求項１は、ＲＣ部材（鉄筋コンクリート）またはＰＣ(プレストレストコンクリート)部材のコンクリート系部材に設けられる塑性ヒンジ部の曲げ変形によりエネルギーを吸収するコンクリート系部材の塑性ヒンジ構造であり、板状の剛部材と板状の柔部材とをコンクリート系部材の軸方向に交互に積層することにより塑性ヒンジ部が形成され、コンクリート系部材の内部に埋設される軸方向鋼材を剛部材と柔部材の積層構造に挿通させることにより塑性ヒンジ部とその近傍にアンボンド区間が形成され、剛部材には軸方向鋼材の座屈変形を拘束して座屈を防止する軸方向鋼材の挿通孔が設けられ、剛部材と柔部材の積層構造のせん断変形を抑制するせん断変形防止部材が積層構造内に設けられており、前記せん断変形防止部材は、剛部材の表面と裏面にそれぞれ設けられ、互いに嵌合する凹部と凸部であることを特徴とするコンクリート系部材の塑性ヒンジ構造である（図１参照）。 Claim 1 of the present invention is a plastic hinge structure of a concrete member that absorbs energy by bending deformation of a plastic hinge portion provided on a concrete member of an RC member (reinforced concrete) or a PC (prestressed concrete) member. The plastic hinge part is formed by alternately laminating the rigid member and the plate-like flexible member in the axial direction of the concrete-based member, and the axial steel material embedded in the concrete-based member is replaced by the rigid member and the flexible member. By inserting the laminated structure, an unbonded section is formed in the plastic hinge part and its vicinity, and the rigid member is provided with an axial steel material insertion hole that restrains buckling deformation of the axial steel material and prevents buckling, suppressing shear deformation preventing member shear deformation of the laminated structure of the rigid member and the flexible member is provided in the laminated structure, the shear deformation preventing member, Respectively provided on the front and back surfaces of the member, a plastic hinge structure Concrete member, characterized in that the recesses and projections which fit together (see Figure 1).

本発明の請求項２は、請求項１に記載の柔部材に代えて隙間が設けられていることを特徴とするコンクリート系部材の塑性ヒンジ構造である。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a plastic hinge structure for a concrete-based member, wherein a gap is provided instead of the flexible member according to the first aspect.

本発明の請求項３は、請求項１に記載の塑性ヒンジ構造において、柔部材は、ゴムまたは軟質プラスチック（弾性ゴム、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂など）で形成されていることを特徴とするコンクリート系部材の塑性ヒンジ構造である。 Claim 3 of the present invention, the plastic hinge structure according to claim 1, soft member, Concrete, characterized in that it is made of rubber or soft plastic (elastic rubber, silicone resin, urethane resin) It is a plastic hinge structure of a member.

本発明の請求項４は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の塑性ヒンジ構造において、剛部材は、鋼材、コンクリートまたは超高強度繊維補強コンクリートで形成されていることを特徴とするコンクリート系部材の塑性ヒンジ構造である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the plastic hinge structure according to any one of the first to third aspects, the rigid member is formed of steel, concrete, or ultrahigh strength fiber reinforced concrete. This is a plastic hinge structure of a concrete member.

本発明の請求項５は、請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載の塑性ヒンジ構造がコンクリート系部材の一端部または両端部に設けられていることを特徴とするコンクリート系部材である（図２、図３参照）。図２は橋脚などの基部に本発明の塑性ヒンジ構造を適用した場合、図３は棒状ダンパーの両端部に本発明の塑性ヒンジ構造を適用した場合である。 A fifth aspect of the present invention is a concrete member characterized in that the plastic hinge structure according to any one of the first to fourth aspects is provided at one or both ends of the concrete member. (See FIGS. 2 and 3). FIG. 2 shows a case where the plastic hinge structure of the present invention is applied to a base portion such as a bridge pier, and FIG. 3 shows a case where the plastic hinge structure of the present invention is applied to both ends of a rod-shaped damper.

本発明は、ＲＣ部材やＰＣ部材のコンクリートの圧壊や軸方向鋼材の座屈破断を生じにくくさせ、変形性能の向上および履歴減衰特性の向上を低コストで実現するものである。本発明の塑性ヒンジ構造は、以下の４つの特徴を有する。   The present invention makes it difficult to cause concrete crushing of RC members and PC members and buckling fracture of axial steel materials, and achieves improved deformation performance and improved hysteresis damping characteristics at low cost. The plastic hinge structure of the present invention has the following four characteristics.

（1）剛部材と柔部材の積層構造
ＲＣ部材やＰＣ部材の塑性ヒンジ部に、ある程度の強度と剛性を有する剛部材と、剛性が小さく変形性能に富む緩衝材としての柔部材とを交互に何層か配置する。柔部材の箇所は、何も材料を配置せずに隙間としてもよい。 (1) Laminated structure of rigid member and flexible member Alternately, a rigid member having a certain degree of strength and rigidity and a flexible member as a cushioning material with small rigidity and high deformation performance are used in the plastic hinge portion of the RC member or PC member. Arrange several layers. The portion of the flexible member may be a gap without placing any material.

（2）軸方向鋼材のアンボンド構造
塑性ヒンジ部及び塑性ヒンジ部の近傍において軸方向鋼材（異形鉄筋、丸鋼、平鋼など）のアンボンド領域を作る。アンボンド領域は、軸方向鋼材の挿通孔やシース管などで形成することができる。アンボンド領域の上部と下部でコンクリート躯体に軸方向鋼材の端部を定着させる。 (2) Unbonded structure of axial steel material An unbonded region of axial steel material (deformed bar, round steel, flat steel, etc.) is created near the plastic hinge part and plastic hinge part. The unbond region can be formed by an axial steel material insertion hole, a sheath tube, or the like. The ends of the axial steel are fixed to the concrete frame at the top and bottom of the unbond area.

（3）軸方向鋼材の座屈防止構造
軸方向鋼材のアンボンド領域における軸方向鋼材の外面と、軸方向鋼材周囲の剛部材の挿通孔やシース管などの剛な部材との隙間を小さくする。この構造により、軸方向鋼材の座屈防止が可能となり、軸方向鋼材の安定した塑性変形を可能とする。このとき、柔部材では、軸方向鋼材の座屈変形を防止することが困難であることから、剛部材と柔部材を交互に配置し、柔部材を薄くすることによって、軸方向鋼材の座屈を剛部材で防止することを可能とする。 (3) Buckling prevention structure for axial steel material The gap between the outer surface of the axial steel material in the unbonded region of the axial steel material and a rigid member such as a through hole of the rigid member around the axial steel material or a sheath tube is reduced. With this structure, buckling of the axial steel can be prevented, and stable plastic deformation of the axial steel can be achieved. At this time, in the flexible member, it is difficult to prevent the buckling deformation of the axial steel material. Therefore, the rigid member and the flexible member are alternately arranged, and the flexible member is thinned, thereby buckling the axial steel material. Can be prevented by a rigid member.

（4）せん断変形防止部材を有する構造
剛部材間を連結する鉛直に貫通する棒材や凹凸の嵌合によるせん断キーなどのせん断変形防止部材を有することにより、柔部材でのせん断変形を抑制し、安定した曲げ変形を実現することを可能とする。 (4) Structure with shear deformation prevention member Having a shear deformation prevention member such as a vertically penetrating bar material connecting between rigid members and a shear key by fitting concaves and convexes suppresses shear deformation in flexible members. This makes it possible to realize stable bending deformation.

以上のような本発明の塑性ヒンジ構造によれば、次のような作用効果が得られる。   According to the plastic hinge structure of the present invention as described above, the following operational effects can be obtained.

（1）剛部材と柔部材の積層構造
図５に示すように、通常のＲＣ部材の場合は、曲げに対する中立軸が圧縮側に大きく偏って位置するのに対し、本塑性ヒンジ構造では、剛部材と柔部材の積層構造により、柔部材があることによって、曲げに対する中立軸が水平方向の部材高さ（ｈ）のほぼ中央（ｈ／２）位置になり、圧縮領域の軸方向鋼材が圧縮降伏することにより、同じ部材変形角において、最大の引張塑性ひずみが、通常のＲＣ部材や従来の座屈防止構造付きＲＣ部材よりも小さくなることを特徴としている（図６参照）。図６は、従来のＲＣ構造、従来の座屈防止構造付きＲＣ構造、本発明の塑性ヒンジ構造が繰り返し変形を受けた際に、軸方向鋼材に生じる応力ひずみ履歴を比較したものである。従来の座屈防止構造付きＲＣ構造の軸方向鋼材の履歴は、引張ひずみ領域において履歴を描くのに対し、本塑性ヒンジ構造の軸方向鋼材の履歴は、圧縮領域と引張領域の両領域において履歴を描くようになる。この効果により軸方向鋼材の引張破断を遅らせることが可能となり、また、最大塑性引張ひずみが小さいということは、塑性化したときの断面積の減少（断面が細る）が少ないから、圧縮に転じたときの座屈に対する抵抗性が従来よりも大きくなる。 (1) Laminated structure of rigid member and flexible member As shown in FIG. 5, in the case of a normal RC member, the neutral axis for bending is greatly biased to the compression side, whereas in this plastic hinge structure, the rigid structure is rigid. Due to the laminated structure of the member and the flexible member, the neutral axis for bending is located at the approximate center (h / 2) position of the horizontal member height (h) by the flexible member, and the axial steel material in the compression region is compressed. By yielding, at the same member deformation angle, the maximum tensile plastic strain is smaller than that of a normal RC member or a conventional RC member with a buckling prevention structure (see FIG. 6). FIG. 6 compares the stress-strain history generated in the axial steel material when the conventional RC structure, the conventional RC structure with a buckling prevention structure, and the plastic hinge structure of the present invention are repeatedly deformed. The history of the axial steel in the RC structure with the conventional buckling prevention structure draws a history in the tensile strain region, whereas the history of the axial steel in the plastic hinge structure has a history in both the compression region and the tensile region. To draw. This effect makes it possible to delay the tensile rupture of the axial steel material, and the fact that the maximum plastic tensile strain is small means that there is little decrease in the cross-sectional area (thinning of the cross-section) when plasticized, so it turned to compression. Resistance to buckling at times is greater than in the past.

また、本発明では、中立軸が部材高さ（ｈ）のほぼ中心位置であるので、図７に示すように、中心位置に配置するせん断キー等の開閉量が微小であることから、せん断キー等の構造が簡単で済む利点がある。   In the present invention, since the neutral shaft is substantially at the center position of the member height (h), the opening / closing amount of the shear key or the like arranged at the center position is very small as shown in FIG. There is an advantage that the structure such as is simple.

また、ＲＣ部材やＰＣ部材の塑性ヒンジ部は、一般に大きな変形が生じるときは、大きな応力が作用し、圧壊を引き起こす。本発明の効果は、特許文献４と同様の効果ではあるが、本塑性ヒンジ構造の場合、剛部材と柔部材を交互に何層か配置することにより、緩衝材として柔部材の変形により曲げ変形を吸収することでＲＣ部や剛部材に生じる応力を緩和し、コンクリートの圧縮破壊を遅らせることでＲＣ部材やＰＣ部材に大きな変形性能を付与することが可能となる（図２、図３参照）。   Further, when a large deformation occurs in the plastic hinge portion of the RC member or PC member, a large stress is applied to cause collapse. The effect of the present invention is the same as that of Patent Document 4, but in the case of the present plastic hinge structure, by bending the flexible member as a cushioning material by bending several layers of rigid members and flexible members alternately, the bending deformation It is possible to relieve the stress generated in the RC part and the rigid member by absorbing slag and to give large deformation performance to the RC member and PC member by delaying the compressive fracture of the concrete (see FIGS. 2 and 3). .

（2）軸方向鋼材のアンボンド構造
軸方向鋼材にアンボンド構造を持たせることにより、塑性領域を制御可能とし、軸方向鋼材の局所的な塑性化を防止することで安定した塑性変形を可能とする。また、図４に示すように、アンボンド長を調整することにより同じ部材変形角での塑性ひずみ量を調整することが可能となる。つまり、構造部材の要求性能に合わせて、柔部材と剛部材の寸法や重ね枚数、軸方向鋼材の材質・量を調整することが容易に可能となる。 (2) Unbonded structure of axial steel material By giving an unbonded structure to the axial steel material, the plastic region can be controlled, and stable plastic deformation is possible by preventing local plasticization of the axial steel material. . Further, as shown in FIG. 4, it is possible to adjust the amount of plastic strain at the same member deformation angle by adjusting the unbond length. That is, according to the required performance of the structural member, it is possible to easily adjust the dimensions of the flexible member and the rigid member, the number of overlapping members, and the material / amount of the axial steel material.

（3）軸方向鋼材の座屈防止構造
通常、部材が大きな繰り返し荷重を受けると、軸方向鋼材は圧縮塑性変形および引張塑性変形を繰り返すことにより、軸方向鋼材が圧縮塑性変形する際に軸方向鋼材の座屈が起り得る。軸方向鋼材と軸方向鋼材周囲の部材との隙間を小さく、かつ、柔部材の厚さを座屈に対して弱点にならない程度まで十分小さくすることにより、軸方向鋼材の座屈を制御することが可能となる。 (3) Anti-buckling structure for axial steel Normally, when a member is subjected to a large repetitive load, the axial steel repeatedly undergoes compressive plastic deformation and tensile plastic deformation, so that the axial steel is axially deformed by compressive plastic deformation. Steel buckling can occur. Controlling the buckling of the axial steel by reducing the gap between the axial steel and the members around the axial steel and making the thickness of the flexible member sufficiently small so that it does not become a weak point against buckling. Is possible.

（4）せん断変形防止部材を有する構造
ＲＣ部材やＰＣ部材の塑性ヒンジ部を安定して曲げ変形させるために、塑性ヒンジ部に十分なせん断耐力およびせん断剛性を有する必要がある。そこで、剛性のあるせん断キーを配置することにより、柔部材のせん断変形を抑制し、曲げ変形が卓越することを可能とする。 (4) Structure having a shear deformation preventing member In order to bend and deform the plastic hinge portion of the RC member or PC member stably, the plastic hinge portion needs to have sufficient shear strength and shear rigidity. Therefore, by arranging a rigid shear key, it is possible to suppress the shear deformation of the flexible member and to make the bending deformation excellent.

本発明は、ＲＣ部材やＰＣ部材の塑性ヒンジ部に剛部材と柔部材を交互に何層かを積層させ、軸方向鋼材をアンボンドとし、軸方向鋼材の座屈を拘束するようにアンボンド構造に座屈防止機能を持たせ、かつ、せん断変形防止部材を有することにより、次のような効果が得られる。   The present invention has an unbonded structure in which a rigid member and a flexible member are alternately laminated on a plastic hinge portion of an RC member or a PC member, the axial steel material is unbonded, and the buckling of the axial steel material is constrained. By providing the buckling prevention function and the shear deformation prevention member, the following effects can be obtained.

（1）曲げによる中立軸が断面中心位置付近となり、同じ曲げ変形角度において、従来のＲＣ構造と比較して、軸方向鋼材の引張塑性変形を小さくすることが可能となる。
（2）また、部材断面中心付近のせん断変形防止部材は曲げによる開閉が柔部材（隙間）を有さない構造よりも小さくなり、構造を単純化することが可能となる。
（3）柔部材により軸方向鋼材の圧縮塑性変形が生じやすくなるが、座屈防止が可能であることから、軸方向鋼材の安定した圧縮・引張の塑性変形が可能となる。
（4）また、部材の曲げ変形を柔部材が吸収することにより、コンクリート部の損傷を低減することが可能となる。
（5）以上により、高い変形性能と、安定した高い地震エネルギー吸収能力を発揮することが可能な塑性ヒンジ構造およびコンクリート系部材を低コストで実現することができる。 (1) The neutral axis by bending is in the vicinity of the center position of the cross section, and at the same bending deformation angle, it becomes possible to reduce the tensile plastic deformation of the axial steel material as compared with the conventional RC structure.
(2) Further, the shear deformation preventing member near the center of the member cross section is smaller in opening and closing by bending than a structure having no flexible member (gap), and the structure can be simplified.
(3) The flexible member is likely to cause compression plastic deformation of the axial steel material, but since buckling can be prevented, stable compression / tensile plastic deformation of the axial steel material is possible.
(4) Moreover, it becomes possible to reduce the damage of a concrete part because a soft member absorbs the bending deformation of a member.
(5) By the above, the plastic hinge structure and concrete system member which can exhibit high deformation performance and the stable high seismic energy absorption capability can be realized at low cost.

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。図１は本発明のコンクリート系部材と塑性ヒンジ構造の一例（その１）を示す縦断面図である。図２は本発明の塑性ヒンジ構造が一端部に設けられたコンクリート系部材の曲げ変形を示す正面図である。図３は本発明の塑性ヒンジ構造が両端部に設けられたコンクリート系部材の曲げ変形を示す正面図である。図４は塑性ヒンジ区間長を変えた場合の変形性能および減衰性能の変化を示す図である。図５は部材変形角が同じ状態で軸方向鋼材の変形量を従来と本発明で比較した図である。図６は部材変形時の軸方向鋼材の塑性変形履歴を従来と本発明で比較した図である。図７は柔部材の有無による中立軸位置とせん断キーの開閉量の違いを示す図である。図８は本発明のコンクリート系部材と塑性ヒンジ構造の一例（その２）を示す縦断面図である。図９は本発明のコンクリート系部材と塑性ヒンジ構造の一例（その３）を示す縦断面図である。図１０は本発明のコンクリート系部材と塑性ヒンジ構造の一例（その４）を示す縦断面図である。図１１は本発明のコンクリート系部材と塑性ヒンジ構造の一例（その５）を示す縦断面図である。   Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example (part 1) of a concrete member and a plastic hinge structure according to the present invention. FIG. 2 is a front view showing a bending deformation of a concrete member in which the plastic hinge structure of the present invention is provided at one end. FIG. 3 is a front view showing a bending deformation of a concrete member in which the plastic hinge structure of the present invention is provided at both ends. FIG. 4 is a diagram showing changes in deformation performance and damping performance when the plastic hinge section length is changed. FIG. 5 is a diagram comparing the amount of deformation of the axial steel material in the state where the member deformation angle is the same between the conventional and the present invention. FIG. 6 is a diagram in which the plastic deformation history of the axial steel material during member deformation is compared between the conventional and the present invention. FIG. 7 is a diagram showing the difference between the neutral shaft position and the opening / closing amount of the shear key depending on the presence or absence of the flexible member. FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing an example (part 2) of the concrete member and the plastic hinge structure of the present invention. FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing an example (part 3) of the concrete member and the plastic hinge structure of the present invention. FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing an example (No. 4) of the concrete member and the plastic hinge structure of the present invention. FIG. 11: is a longitudinal cross-sectional view which shows an example (the 5) of the concrete-type member and plastic hinge structure of this invention.

本発明においては、図１に示すように、（1）ＲＣ部材またはＰＣ部材のコンクリート系部材１に設けられる塑性ヒンジ部２を、板状の剛部材３と板状の柔部材４とをコンクリート系部材１の軸方向に交互に配置した積層構造Ａとし、（2）コンクリート系部材１の内部に埋設される軸方向鋼材５を剛部材３と柔部材４の積層構造Ａに挿通させることにより塑性ヒンジ部２とその近傍にアンボンド区間Ｂを形成し、（3）剛部材３には軸方向鋼材５の座屈変形を拘束して座屈を防止する軸方向鋼材の挿通孔６を設け、（4）剛部材３と柔部材４の積層構造Ａのせん断変形を抑制するせん断変形防止部材７を積層構造Ａ内に設ける。   In the present invention, as shown in FIG. 1, (1) a plastic hinge portion 2 provided on a concrete member 1 of an RC member or a PC member, a plate-like rigid member 3 and a plate-like flexible member 4 are made of concrete. The laminated structure A is arranged alternately in the axial direction of the system member 1 and (2) the axial steel 5 embedded in the concrete system member 1 is inserted into the laminated structure A of the rigid member 3 and the flexible member 4. An unbond section B is formed in the plastic hinge portion 2 and the vicinity thereof. (3) The rigid member 3 is provided with an axial steel material insertion hole 6 for restraining buckling deformation of the axial steel material 5 and preventing buckling. (4) A shear deformation preventing member 7 that suppresses shear deformation of the laminated structure A of the rigid member 3 and the flexible member 4 is provided in the laminated structure A.

（1）剛部材と柔部材の積層構造
剛部材３の材料としては、ある程度の強度と剛性を有する必要があり、例えば、鋼材、コンクリート、超高強度繊維補強コンクリートなどがある。また、柔部材４としては、剛性が小さく、かつ、高い変形性能を有した材料である必要があり、例えば、弾性ゴム、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂などがある。また、何も配置せずに剛部材３と剛部材３との間に隙間を持たせることで変形を吸収するという方法もある。 (1) Laminated structure of rigid member and flexible member The material of the rigid member 3 needs to have a certain level of strength and rigidity, such as steel, concrete, and ultra high strength fiber reinforced concrete. Further, the flexible member 4 needs to be a material having low rigidity and high deformation performance, and examples thereof include elastic rubber, silicone resin, and urethane resin. There is also a method of absorbing deformation by providing a gap between the rigid member 3 without arranging anything.

（2）軸方向鋼材のアンボンド構造
軸方向鋼材５を塑性ヒンジ部２および塑性ヒンジ部２の近傍において、安定して塑性化させるために、塑性ヒンジ部２の外側において十分な定着力により固定する必要がある。例えば、軸方向鋼材５にねじ鉄筋を用いて、ナットやアンカープレート等の定着体８を配置することにより、十分な定着力を持たせることが可能となる。また、定着部の周辺材料に超高強度繊維補強コンクリートなどの鋼材との付着強度が高い材料を用いることにより十分な定着力を持たせることが可能となる。 (2) Unbonded structure of axial steel material In order to stably plasticize the axial steel material 5 in the vicinity of the plastic hinge part 2 and the plastic hinge part 2, it is fixed outside the plastic hinge part 2 with a sufficient fixing force. There is a need. For example, by using a screw rebar for the axial steel material 5 and arranging a fixing body 8 such as a nut or an anchor plate, a sufficient fixing force can be provided. Moreover, it becomes possible to give sufficient fixing force by using a material having high adhesion strength with a steel material such as ultra-high strength fiber reinforced concrete as a peripheral material of the fixing portion.

軸方向鋼材５には、異形鉄筋、丸鋼または平鋼などを用いることができる。材質としては、極低降伏点鋼から一般的なＳＤ３４５やＳＳ４００などの伸び性能が高い材料を用いることで高い履歴減衰と高い変形性能を実現することが可能となる。   For the axial steel material 5, deformed bars, round steel, flat steel, or the like can be used. As a material, it is possible to realize high hysteresis attenuation and high deformation performance by using a material having a high elongation performance such as general SD345 or SS400 from an extremely low yield point steel.

（3）軸方向鋼材の座屈防止構造
剛部材３に軸方向鋼材５の外径よりもわずかに大きい内径の挿通孔６を穿設し、あるいは、この挿通孔６に軸方向鋼材５の外径よりもわずかに大きい内径である程度の強度と剛性を有するパイプなどを挿入し、剛な材料で軸方向鋼材５を取り囲む。パイプなどの剛な材料としては、鋼材、コンクリート、超高強度繊維補強コンクリートなどがある。なお、柔部材４にも軸方向鋼材５の挿通孔を形成するが、柔部材４では軸方向鋼材５の座屈変形を防止することが困難であることから、挿通孔６のみで座屈を防止する場合には柔部材４を薄くし、剛部材３で座屈を防止する。 (3) Buckling prevention structure of axial steel material An insertion hole 6 having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the axial steel material 5 is formed in the rigid member 3, or the axial steel material 5 is provided outside the insertion hole 6. A pipe having a certain degree of strength and rigidity with an inner diameter slightly larger than the diameter is inserted, and the axial steel 5 is surrounded by a rigid material. Examples of rigid materials such as pipes include steel, concrete, and ultra high strength fiber reinforced concrete. Although the flexible member 4 is also formed with an insertion hole for the axial steel material 5, it is difficult for the flexible member 4 to prevent buckling deformation of the axial steel material 5. In order to prevent this, the flexible member 4 is thinned and the rigid member 3 prevents buckling.

（4）せん断変形防止部材
塑性ヒンジ部２の部材断面中心位置付近に十分なせん断耐力およびせん断剛性を有する材料のせん断変形防止部材７を配置することで、塑性ヒンジ部２の曲げ剛性および曲げ耐力への影響は小さいが、剛部材３と柔部材４の積層構造Ａに十分なせん断耐力とせん断剛性を持たせることが可能となる。 (4) Shear deformation preventing member By arranging the shear deformation preventing member 7 made of a material having sufficient shear strength and shear rigidity in the vicinity of the center position of the cross section of the plastic hinge portion 2, the bending rigidity and bending strength of the plastic hinge portion 2 are arranged. However, the laminated structure A of the rigid member 3 and the flexible member 4 can have sufficient shear strength and shear rigidity.

図１の実施形態では、剛部材３と柔部材４の積層構造Ａの中心位置を軸方向に貫通して配置される棒状部材７ａによりせん断変形防止部材７を形成している。この棒状部材７ａの材料としては、鋼材、ＲＣ部材、ＰＣ部材、超高強度繊維補強コンクリートなどがある。   In the embodiment of FIG. 1, the shear deformation preventing member 7 is formed by a rod-like member 7 a that is arranged to penetrate the center position of the laminated structure A of the rigid member 3 and the flexible member 4 in the axial direction. Examples of the material of the rod-shaped member 7a include steel materials, RC members, PC members, and ultra high strength fiber reinforced concrete.

図８の実施形態では、上下の剛部材３の中心位置に形成された凹部１０、１０のそれぞれに嵌合する部材であるせん断キー７ｂによりせん断変形防止部材７を形成している。積層構造Ａの中心位置に連結棒１１を貫通させ、上下の端部を定着体１２で定着させ、剛部材３とせん断キー７ｂを一体化させる。連結棒１１には高強度ＰＣ鋼棒を用いることができる。   In the embodiment of FIG. 8, the shear deformation preventing member 7 is formed by a shear key 7 b that is a member fitted in each of the recesses 10 and 10 formed at the center position of the upper and lower rigid members 3. The connecting rod 11 is passed through the central position of the laminated structure A, the upper and lower ends are fixed by the fixing body 12, and the rigid member 3 and the shear key 7b are integrated. The connecting rod 11 can be a high strength PC steel rod.

図９の実施形態では、剛部材３の表面と裏面の中心位置にそれぞれ互いに嵌合する凹部と凸部による剛部材３と一体的なせん断キー７ｃによりせん断変形防止部材７を形成している。この場合も連結棒１１と定着体１２により一体化を図る。   In the embodiment of FIG. 9, the shear deformation preventing member 7 is formed by a shear key 7 c integrated with the rigid member 3 by a concave portion and a convex portion that are fitted to each other at the center positions of the front surface and the back surface of the rigid member 3. Also in this case, the connection rod 11 and the fixing body 12 are integrated.

図１０の実施形態では、凸のせん断キー７ｃを半球状とし、任意の方向に回転可能としている。さらに、剛部材３の下面と上部のコンクリート躯体の下面に、外方に向かって上り勾配で傾斜するテーパー１３を付すことにより、曲げ変形時において、剛部材３同士が面で接触できるようにし、応力集中を防止する。局部的な角あたりがないので、単純かつ比較的小さなせん断キーで十分なせん断伝達が可能となる。   In the embodiment of FIG. 10, the convex shear key 7c is hemispherical and can be rotated in any direction. Furthermore, by attaching a taper 13 that is inclined upward and outward toward the bottom surface of the rigid member 3 and the bottom surface of the upper concrete casing, the rigid members 3 can come into contact with each other at the time of bending deformation, Prevent stress concentration. Since there are no local corners, sufficient shear transmission is possible with a simple and relatively small shear key.

（5）耐久性の問題
耐候性、耐塩害性などの耐久性が要求される場合、例えば柔部材を隙間としてしまう場合や柔部材と剛部材間に密閉性がない場合など、軸方向鋼材の耐久性に問題が生じる。この問題に対する解決方法としては以下の方法が考えられる。 (5) Durability issues When durability such as weather resistance and salt damage resistance is required, such as when the flexible member is left as a gap or when there is no sealing between the flexible member and the rigid member, There is a problem with durability. The following method can be considered as a solution to this problem.

ａ）柔部材の箇所に耐久性・密閉性・接着性のある材料を用いる方法
シリコーン樹脂やウレタン樹脂などを柔部材として注入することにより外部からの水や塩分を遮断する方法。 a) Method of using a durable, hermetic, and adhesive material at the location of the flexible member A method of blocking water and salt from the outside by injecting silicone resin, urethane resin or the like as the flexible member.

ｂ）部材周りを耐久性のある材料で密閉する方法
自己融着テープなどを柔部材と剛部材の積層箇所に巻き付けることにより、外部からの水や塩分の侵入を遮断する方法。 b) Method of sealing the periphery of the member with a durable material A method of blocking water and salt from entering from the outside by wrapping a self-bonding tape or the like around the laminated portion of the flexible member and the rigid member.

ｃ）軸方向鋼材を耐久性のある塗料などで被覆する方法
エポキシ樹脂などを軸方向鋼材に塗布することによって軸方向鋼材の腐食に対する抵抗力を高める方法。 c) A method of coating an axial steel material with a durable paint or the like A method of increasing resistance to corrosion of an axial steel material by applying an epoxy resin or the like to the axial steel material.

ｄ）軸方向鋼材自身に耐久性および延性がある材料を用いる方法
ステンレス鉄筋などの耐久性があり機械的性能も高い材料を軸方向鋼材として使用することにより耐久性を向上させる方法。 d) A method of using a material having durability and ductility in the axial steel material itself A method of improving durability by using a durable and high mechanical performance material such as a stainless steel rebar as the axial steel material.

ｅ）耐久性のある材料を埋設型枠として部材全体を囲う方法
ゴム管やＰＥ管など耐久性が高く、外部からの密閉性の高いものを埋設型枠として使用し、内部に本塑性ヒンジ構造を製作することによって、外部からの水や塩分の侵入を遮断する方法。 e) Method of enclosing the entire part using a durable material as an embedded formwork Highly durable materials such as rubber pipes and PE pipes are used as an embedded formwork, and this plastic hinge structure is used inside By blocking the intrusion of water and salt from the outside.

ｆ）大地震時には剥落するコンクリートやモルタルで柔部材を構築する方法
図１１に示すように、部材表面をコンクリートやモルタル２０で覆い、常時やレベル１地震では、剥落せずに部材として抵抗し、レベル２地震程度の大きな変形性能を必要とするときのみ、容易に剥落する構造とする方法。表面を覆うことにより、外部からの水や塩分の侵入を遮断することが可能となる方法。 f) Method of constructing a flexible member with concrete or mortar that peels off during a large earthquake Cover the surface of the member with concrete or mortar 20 as shown in FIG. A method that makes it easy to peel off only when large deformation performance of level 2 earthquake is required. A method that can block the entry of water and salt from the outside by covering the surface.

以上のような構成の塑性ヒンジ構造において、図２に示すように、橋脚などの基部に設けた塑性ヒンジ構造を基礎に定着し、橋脚等の基部の曲げ変形でエネルギーを吸収する。また、図３に示すように、棒状ダンパーの両端部に設けた塑性ヒンジ構造を橋梁等の上部構造と下部構造にそれぞれ定着し、構造物の相対変位による棒状ダンパーの曲げ変形でエネルギーを吸収する。   In the plastic hinge structure configured as described above, as shown in FIG. 2, the plastic hinge structure provided at the base portion such as the pier is fixed and the energy is absorbed by bending deformation of the base portion such as the pier. Further, as shown in FIG. 3, the plastic hinge structure provided at both ends of the rod-shaped damper is fixed to the upper structure and the lower structure such as a bridge, respectively, and energy is absorbed by bending deformation of the rod-shaped damper due to relative displacement of the structure. .

なお、本発明は図示例に限定されず、その他の建築・土木構造物に適用することができる。   In addition, this invention is not limited to the example of illustration, It can apply to another building and civil engineering structure.

本発明のコンクリート系部材と塑性ヒンジ構造の一例（その１）を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows an example (the 1) of the concrete-type member and plastic hinge structure of this invention. 本発明の塑性ヒンジ構造が一端部に設けられたコンクリート系部材の曲げ変形を示す正面図である。It is a front view which shows the bending deformation of the concrete-type member in which the plastic hinge structure of this invention was provided in the one end part. 本発明の塑性ヒンジ構造が両端部に設けられたコンクリート系部材の曲げ変形を示す正面図である。It is a front view which shows the bending deformation of the concrete-type member in which the plastic hinge structure of this invention was provided in both ends. 本発明の塑性ヒンジ区間長を変えた場合の変形性能および減衰性能の変化を示す図である。It is a figure which shows the deformation | transformation performance at the time of changing the plastic hinge area length of this invention, and the change of damping | damping performance. 部材変形角が同じ状態で軸方向鋼材の変形量を従来と本発明で比較した図である。It is the figure which compared the deformation amount of the axial direction steel materials with the present invention with the same member deformation angle. 部材変形時の軸方向鋼材の塑性変形履歴を従来と本発明で比較した図である。It is the figure which compared the plastic deformation log | history of the axial direction steel material at the time of a member deformation | transformation by this invention. 柔部材の有無による中立軸位置とせん断キーの開閉量の違いを示す図である。It is a figure which shows the difference of the opening-and-closing amount of the neutral axis position and a shear key by the presence or absence of a flexible member. 本発明のコンクリート系部材と塑性ヒンジ構造の一例（その２）を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows an example (the 2) of the concrete-type member and plastic hinge structure of this invention. 本発明のコンクリート系部材と塑性ヒンジ構造の一例（その３）を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows an example (the 3) of the concrete-type member and plastic hinge structure of this invention. 本発明のコンクリート系部材と塑性ヒンジ構造の一例（その４）を示す縦断面図と斜視図である。It is the longitudinal cross-sectional view and perspective view which show an example (the 4) of the concrete-type member and plastic hinge structure of this invention. 本発明のコンクリート系部材と塑性ヒンジ構造の一例（その５）を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows an example (the 5) of the concrete-type member and plastic hinge structure of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１……コンクリート系部材（ＲＣ部材またはＰＣ部材）
２……塑性ヒンジ部
３……剛部材
４……柔部材
５……軸方向鋼材
６……挿通孔
７……せん断変形防止部材
８……定着体
１０…凹部
１１…連結棒
１２…定着体
１３…テーパー
２０…コンクリートやモルタル
Ａ……積層構造
Ｂ……アンボンド区間 1 …… Concrete-based member (RC member or PC member)
2 ... Plastic hinge part 3 ... Rigid member 4 ... Flexible member 5 ... Axial steel material 6 ... Insertion hole 7 ... Shear deformation prevention member 8 ... Fixing body 10 ... Recessed body 11 ... Connecting rod 12 ... Fixing body 13 ... Taper 20 ... Concrete and mortar A ... Laminated structure B ... Unbond section

Claims (5)

ＲＣ部材またはＰＣ部材のコンクリート系部材に設けられる塑性ヒンジ部の曲げ変形によりエネルギーを吸収するコンクリート系部材の塑性ヒンジ構造であり、板状の剛部材と板状の柔部材とをコンクリート系部材の軸方向に交互に積層することにより塑性ヒンジ部が形成され、コンクリート系部材の内部に埋設される軸方向鋼材を剛部材と柔部材の積層構造に挿通させることにより塑性ヒンジ部とその近傍にアンボンド区間が形成され、剛部材には軸方向鋼材の座屈変形を拘束して座屈を防止する軸方向鋼材の挿通孔が設けられ、剛部材と柔部材の積層構造のせん断変形を抑制するせん断変形防止部材が積層構造内に設けられており、前記せん断変形防止部材は、剛部材の表面と裏面にそれぞれ設けられ、互いに嵌合する凹部と凸部であることを特徴とするコンクリート系部材の塑性ヒンジ構造。 It is a plastic hinge structure of a concrete member that absorbs energy by bending deformation of a plastic hinge portion provided on a concrete member of an RC member or a PC member, and a plate-like rigid member and a plate-like flexible member are connected to the concrete member. A plastic hinge part is formed by alternately laminating in the axial direction, and the axial steel material embedded in the concrete-based member is inserted into the laminated structure of the rigid member and the flexible member to unbond the plastic hinge part and its vicinity. A section is formed, and the rigid member is provided with an axial steel material insertion hole that restrains buckling deformation of the axial steel material to prevent buckling, and shear that suppresses shear deformation of the laminated structure of the rigid member and flexible material deformation prevention member is provided in the laminated structure, the shear deformation preventing member is provided on each of the front and rear surfaces of the rigid member is the concave portions and convex portions to be fitted to each other Plastic hinge structure of Concrete member, wherein the door. 請求項１に記載の柔部材に代えて隙間が設けられていることを特徴とするコンクリート系部材の塑性ヒンジ構造。   A plastic hinge structure for a concrete-based member, wherein a gap is provided instead of the flexible member according to claim 1. 請求項１に記載の塑性ヒンジ構造において、柔部材は、ゴムまたは軟質プラスチックで形成されていることを特徴とするコンクリート系部材の塑性ヒンジ構造。 The plastic hinge structure according to claim 1, wherein the flexible member is made of rubber or soft plastic. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の塑性ヒンジ構造において、剛部材は、鋼材、コンクリートまたは超高強度繊維補強コンクリートで形成されていることを特徴とするコンクリート系部材の塑性ヒンジ構造。 The plastic hinge structure according to any one of claims 1 to 3 , wherein the rigid member is made of steel, concrete, or ultrahigh strength fiber reinforced concrete. 請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載の塑性ヒンジ構造がコンクリート系部材の一端部または両端部に設けられていることを特徴とするコンクリート系部材。 A concrete-based member, wherein the plastic hinge structure according to any one of claims 1 to 4 is provided at one end or both ends of the concrete-based member.
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