(57)【要約】【課題】基部に塑性変形が集中するのを回避できるダンパー構造を提供する。【解決手段】断面円形の丸棒材でダンパー部材１０を形成する。ダンパー部材１０の軸方向の一方の端部を、筒身（構造物）１から横方向に突設された側方支持部材７の上支持体７１と下支持体７２により固定する。ダンパー部材１０の軸方向の一方の端部とは離間した部分を筒身（構造物）１とは別個に構築された水平支持部材４から横方向に突設された負荷部材１１に、軸方向への移動は許容し、ダンパー部材１０の径方向への移動を拘束するように係合させて、ダンパー部材１０の軸方向が筒身（構造物）１の長手方向軸線に平行になるようにダンパー部材１０を配設する。そして、ダンパー部材１０は、側方支持部材７の下支持体７２により固定される断面拡大部１０ｂが、一体的に形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被減衰体である構造物の振動を減衰するためのダンパー構造であって、
断面円形の丸棒材でダンパー部材を形成し、
前記ダンパー部材の軸方向の一方の端部を、前記構造物から横方向に突設された側方支持部材の上支持体と下支持体により支持し、
前記ダンパー部材の前記一方の端部とは離間した部分を前記構造物とは別個に構築された水平支持部材から横方向に突設された負荷部材に、前記軸方向への移動は許容し、前記ダンパー部材の径方向への移動を拘束するように係合させて、前記ダンパー部材の前記軸方向が前記構造物の長手方向に平行になるように前記ダンパー部材を配設し、
前記ダンパー部材は、前記側方支持部材の前記下支持体により支持される断面拡大部が、一体的に形成されることを特徴とする構造物のダンパー構造。
【請求項２】
前記断面拡大部の下端面が、Ｒ加工されていることを特徴とする請求項１に記載の構造物のダンパー構造。
【請求項３】
前記断面拡大部の直径をＤ、前記断面拡大部を除く前記ダンパー部材の直径をｄとすると、
前記ダンパー部材は、
１．２≦Ｄ／ｄ≦２．０
を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物のダンパー構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、煙突などの構造物の振動を減衰するダンパー構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のダンパー構造として、特許文献１に記載されたものが知られている。このダンパー構造は、図９に示されるように、被減衰体である構造物１０１の振動を減衰するためのダンパー構造であって、断面円形の丸棒材でダンパー部材１１０を形成し、ダンパー部材１１０の軸方向の一方の端部を、構造物１０１から横方向に突設された側方支持部材１０７に固定し、ダンパー部材１１０の軸方向の前記一方の端部とは離間した部分を構造物１０１とは別個に構築された水平支持部材１０４から横方向に突設された負荷部材１１１に、軸方向への移動は許容し、ダンパー部材１１０の径方向のどの方向への移動も拘束するように係合させて、ダンパー部材１１０の軸方向が構造物１０１の長手方向軸線Ｚ１に平行になるようにダンパー部材１１０を配設したことを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８２５１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のダンパー構造は、ダンパー部材１１０が断面円形の丸棒で作られており、ダンパー部材１１０の軸方向が構造物１０１の長手方向軸Ｚ１に平行になるようにダンパー部材１１０が配設され、ダンパー部材１１０が負荷部材１１１に、軸方向への移動は許容され、径方向のどの方向への移動も拘束されるように係合させられているので、構造物１０１の長手方向に直角などのような方向の振動も減衰することができる利点がある。
特許文献１のダンパー構造は、側方支持部材１０７の上支持体１０８及び下支持体１０９による２点支持構造を有し、下支持部１１０ｂへの応力集中を緩和させる構造となっている。しかし、図１０に示されるように、下支持部１１０ｂで最も曲げモーメントが大きくなる。また、ダンパー部材１１０の外周が、下支持体１０９の内周縁と接触することにより、下支持部１１０ｂに支圧応力も発生する。したがって、曲げ応力と支圧応力とが重畳されることにより、局所的に大きな塑性化が発生し、下支持部１１０ｂに塑性変形（くぼみ変形）が残留する可能性がある。
そうすると、荷重−変形関係が不安定となり、さらにエネルギー吸収量及び疲労性能が劣るという問題がおこる。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、下支持部１１０ｂに塑性変形が集中するのを回避できるダンパー構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる目的のもと、本発明の構造物のダンパー構造は、被減衰体である構造物の振動を減衰するためのものであって、断面円形の丸棒材でダンパー部材を形成する。このダンパー部材の軸方向の一方の端部を、構造物から横方向に突設された側方支持部材の上支持体と下支持体により支持する。また、ダンパー部材の軸方向の一方の端部とは離間した部分を構造物とは別個に構築された水平支持部材から横方向に突設された負荷部材に、軸方向への移動は許容し、ダンパー部材の径方向への移動を拘束するように係合させて、ダンパー部材の軸方向が構造物の長手方向に平行になるようにダンパー部材を配設する。そして本発明のダンパー構造体のダンパー部材は、側方支持部材の下支持体により支持される断面拡大部を備えるとともに、この断面拡大部がダンパー部材に一体的に形成されることを特徴とする。
【０００６】
本発明の構造物のダンパー構造において、断面拡大部の下端面は、Ｒ加工されていることが好ましい。
また、本発明の構造物のダンパー構造において、断面拡大部の直径をＤ、断面拡大部を除くダンパー部材の直径をｄとすると、ダンパー部材は、１．２≦Ｄ／ｄ≦２．０を満足することが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ダンパー部材が、側方支持部材の下支持体により支持される断面拡大部を備えるとともに、この断面拡大部がダンパー部材に一体的に形成されるので、下支持体に支持される領域に塑性変形が集中するのを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施の形態におけるダンパー構造を示す。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】本実施の形態におけるダンパー部材の配置を示す図である。
【図４】ダンパー部材の特性を示す図である。
【図５】本実施の形態におけるダンパー構造の曲げモーメント分布、曲げ応力分布を示す。
【図６】別形態のダンパー構造の曲げモーメント分布、曲げ応力分布を示す。
【図７】本実施の形態におけるダンパー部材における断面拡大部の下端面を、Ｒ（ラウンド）加工する例を示す。
【図８】断面拡大部の直下の小径部分（直径：ｄ）が塑性化した場合でも、断面拡大部（直径：Ｄ）に損傷を発生させない条件を説明する。
【図９】特許文献１に開示されるダンパー構造を示す。
【図１０】特許文献１に開示されるダンパー構造の曲げモーメント分布を示す。
【図１１】ダンパー構造が適用される構造物の一例である煙突を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係るダンパー構造の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１、図２は本実施の形態のダンパー構造を図１１に示す煙突に適用した際の設置例を示す。すなわち、図１１の煙突は、地上に立設された筒身１を鉄塔２及び水平材３で支持した構成で、筒身１と水平材３との間には筒身１の振動を抑制するための複数のダンパー部材１０が挿設されており、本実施の形態に係るダンパー構造は、地震や風などの外力により相対変位が発生する筒身１と水平支持部材４との間に設置される。
【００１０】
ダンパー構造は、筒身１の外周に取り付けられ複数の補強リング１２と、補強リング１２に取り付けられるリブ１３と、を備え、このリブ１３を介して側方支持部材７を水平方向（横方向）に突設している。
側方支持部材７は、上支持体７１と、上支持体７１と平行な下支持体７２と、上支持体７１と下支持体７２とを繋ぐ第１垂直壁７３及び第２垂直壁７４とから構成される。上支持体７１には取り付け孔７ａが、また、下支持体７２には取り付け孔７ｂが形成されている。取り付け孔７ａと取り付け孔７ｂとは、鉛直方向に位置がそろっている。
【００１１】
断面円形の棒鋼で作られたダンパー部材１０は、取り付け孔７ａと取り付け孔７ｂを貫通して側方支持体７（上支持体７１、下支持体７２）に嵌合される。ダンパー部材１０の上端には、外径が取り付け孔７ａよりも大きいフランジ１０ａが形成されており、このフランジ１０ａが上支持体７１の上面に係止されることにより、ダンパー部材１０が側方支持部材７により下向きに落下しないように支持される。フランジ１０ａは、ダンパー部材１０と一体的に形成されていてもよいし、ダンパー部材１０と別体として作製され、溶接、その他の手段で固定してもよい。
【００１２】
ダンパー部材１０は、下支持体７２の取り付け孔７ｂに嵌合される位置に対応して、断面拡大部１０ｂが形成されている。断面拡大部１０ｂは、ダンパー部材１０に一体的に形成されている。この断面拡大部１０ｂが、本発明の特徴部分であるが、この点については後述する。
【００１３】
ダンパー部材１０の下端部分は、鉄塔２の水平支持部材４から水平方向（横方向）に突設された負荷部材１１に孔１１ａを貫通して嵌合されている。したがって、ダンパー部材１０の下端部分はダンパー部材１０の軸方向の移動は許容されるが、ダンパー部材１０の径方向（水平方向）への移動は拘束される。ここで、ダンパー部材１０の軸方向線Ｚ２が筒身１の長手方向の軸線Ｚ１に平行になるように側方支持部材７、負荷部材１１の寸法、形状、取り付け方が選択されている。なお、この実施の形態では、図３に示されるように、１つの筒身１に対して２組のダンパー部材１０を配置しているが、１組あるいは３組でもよい。
【００１４】
筒身１に振動ｓが発生すると、この振動ｓはリブ１３から側方支持部材７に伝達され、これによって負荷部材１１による支持中心Ｏ１を作用点としてダンパー部材１０を強制的に変形（曲げ）させ、この変形エネルギーによって筒身１の振動エネルギーが吸収されて筒身１の振動は減衰する。
【００１５】
図４は、この際のダンパー部材１０の特性を示し、ダンパー部材１０は断面が円形状をなしているので、筒身中心方向ｙ−ｙの直角方向ｘ−ｘの振動ｓはもとより、ｙ−ｙ方向を含むダンパー部材１０の径方向の任意方向の振動ｓ′，ｓ″に対しても同じ能力の減衰効果を発揮することができる。
このように減衰効果に方向性がないので、筒身１の周りに多数のダンパーを配置する必要はなく、必要最小限のダンパー構造の配置で所定の減衰効果を得ることができるようになり、設備費が大幅に削減される。
【００１６】
図５は、ダンパー部材１０に、白抜き矢印で示す方向の振動が生じてダンパー部材１０に曲げモーメントが発生した際の、ダンパー部材１０と曲げモーメントの分布、曲げ応力の分布とを対比して示す図である。図５に示すように、最大曲げ応力は断面拡大部１０ｂの直下（丸で囲んでいる）に生じるので、ダンパー部材１０が曲げ応力による塑性変形する可能性の高い箇所は、断面拡大部１０ｂの直下になる。一方、下支持体７２から受ける支圧応力は、下支持体７２に嵌合されている断面拡大部１０ｂの外周面に生じる。つまり、ダンパー部材１０は、最大曲げ応力が作用する領域と支圧応力を受ける領域とが分離されるので、特許文献１のように、曲げ応力と支持応力とが重畳されることにより、局所的に大きな塑性変形が発生することはない。
【００１７】
ところで、断面拡大部１０ｂに相当するリング状部材を別体として作製し、軸方向に断面が一様な棒鋼に嵌合することにより、ダンパー部材１０に類似する部材を得ることができる。この形態は、本発明の効果については一切言及していないが、特許文献１の図５に記載されている。しかし、本発明は、このように断面拡大部を別体で作製する形態を含まない。以下の理由による。
別体のリング状部材を作製し棒鋼に嵌合する場合、棒鋼とリング状部材との嵌合の状態により、ダンパー構造としての性能に優劣が現れる。嵌合がゆるすぎると、棒鋼とリング状部材との間にガタが生じて、所望するダンパー性能が得られない。また、嵌合がきつすぎると、嵌合縁部付近に応力集中が生じてしまい、ダンパーとして荷重を伝達する以前に、局所応力の影響を受けるおそれがある。よって、棒鋼及びリング状部材ともに、加工精度が厳しく要求される。さらに、冷やしばめ等の嵌合作業の際の条件管理を非常に厳しくする必要がある。
これに対して、本実施の形態のように、断面拡大部１０ｂをダンパー部材１０と一体的に作製すれば、嵌合作業自体が不要であるとともに、加工精度も相対的にゆるくても足りるので、ダンパー部材１０の製作が容易でありながら、局所的に大きな塑性変形が発生することがない。
【００１８】
以上の実施の形態では、下支持体７２に嵌合される位置の上下所定範囲のみに断面拡大部１０ｂを形成しているが、本発明は、これに限定されない。例えば、図６に示すように、ダンパー部材１０の上端部まで断面拡大部１０ｂが存在していてもよい。
【００１９】
ダンパー部材１０において、断面拡大部１０ｂの下端面を、図７に示すように、Ｒ（ラウンド）加工することが好ましい。応力集中を回避して、ダンパー部材１０の繰り返し曲げ変形に対する疲労性能の信頼性を向上させる。このＲ加工は、単純なＲ加工で足りるので、製造が容易であるとともに、精度を確保しやすい。
【００２０】
断面拡大部１０ｂの直下の小径部分（直径：ｄ）が塑性化した場合でも、断面拡大部１０ｂ（直径：Ｄ）に損傷を発生させないことで、想定したダンパー弾塑性特性を与えることが可能となる。
断面が円の場合、断面拡大部１０ｂの降伏モーメントはＭｙＤ＝πＤ３／３２・σｙで与えられる。また、小径部分の降伏モーメントはＭｙｄ＝πｄ３／３２・σｙで与えられる。さらに、先に塑性化する小径部分は、図８の（ａ）に示すように、全塑性モーメントＭｐに達するまで曲げモーメントは増加するので、その全塑性モーメント（Ｍｐｄ＝１．７Ｍｙｄ）に達した時点でも、断面拡大部１０ｂが弾性範囲にとどまっている、つまりＭｙＤ≧Ｍｐｄの条件を満足する限り、断面拡大部１０ｂ付近での支持応力による塑性変形（くぼみ変形）をさらに小さくすることが可能となる。
ＭｙＤ≧Ｍｐｄを満足させるＤ／ｄの比率は、(Ｄ／ｄ)３≧１．７となるので、その解はＤ／ｄ≧１．２となる。よって、Ｄ／ｄ≧１．２を満足させるように、断面拡大部１０ｂと小径部の径を設定することにより、断面拡大部１０ｂにおける損傷をより低減させたダンパー部材１０とすることが可能となる（図８（ｂ）参照）。ただし、Ｄ／ｄが大きすぎても、ダンパー部材１０の重量がいたずらに重くなり、また、コストも上昇するので、Ｄ／ｄは２．０以下にすることが推奨される。
【００２１】
以上の実施の形態ではダンパー部材１０は側方支持部材７で片持ち支持されているが、上端部と下端部の２か所を支持することもできる。この形態によれば、振動発生時に大きな曲げ応力がかかることはない。したがって、側方支持部材７、及びダンパー部材１０に要求される強度が低くなり、その結果、ダンパー構造全体を小型、軽量に形成することができる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１…筒身（構造物）、２…鉄塔、３…水平材、４…水平支持部材、７…側方支持部材、７１…上支持体、７２…下支持体、７ａ，７ｂ…取り付け孔、１０…ダンパー部材、１０ａ…フランジ、１０ｂ…断面拡大部、１１…負荷部材、１１ａ…孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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