(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震から構造物を守るための多方向動作する履歴型のアンチサイズミック装置としての多方向ねじり履歴ダンパであって、
・降伏コアであって、前記降伏コアに溶接されたアームが往復回転し、降伏コア内にねじれを生み出している間に前記アームを介して生み出された大きなねじり剪断応力によって降伏することによりエネルギー散逸要素の役目を果たし、前記降伏コアがそれぞれ、前記降伏コアの頂部に溶接された１つのアームを有し、それぞれの前記降伏コアの底部が、ベース・プレートに溶接されており、ヒンジ型接続を形成するコア玉軸受を介して仕切板とヒンジ型接続させることで前記降伏コアと前記仕切板とが接続される、降伏コアと、
・支柱と仕切板から構成された支持構造体であって、前記支柱は前記ベース・プレートに溶接されており；前記仕切板は、前記支柱に溶接されており、かつ、コア玉軸受を介して前記降伏コアに接続されており；ここで、前記支持構造体の機能が、曲げモーメントの大半を引き受け、それにより前記アームの回転によってねじられている間のねじれで降伏するように意図された前記降伏コアの過度な曲がりを防ぐことによって、前記降伏コアが曲がらないように前記降伏コアを支持することである、支持構造体と、
・前記降伏コアと同数の、溝形鋼の形状の、全く同じレールと、トップ・プレートとを備えるレール・システムであって、前記レールが、前記トップ・プレートに溶接されており、前記アームと平行に配置されており；前記レールの機能が、前記アームの端点において前記アームの移動を案内することであり；前記アームの前記端点にはアーム玉軸受を備えることにより、前記レールと協力して、前記アーム端が自由に回転できるが、前記レールに沿ってのみ前記アームが移動するように制限されていることを特徴とする接続を形成する、レール・システムと
から構成されていることを特徴とする多方向ねじり履歴ダンパ。
【請求項２】
前記アーム玉軸受が、前記アームの前記端点の円筒装着シャフトに装着されており、上中空円筒リングおよび下中空円筒リングによって所定の位置に保持されており、前記上中空円筒リングが、前記円筒装着シャフトの上部に溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の多方向ねじり履歴ダンパ。
【請求項３】
トップ・プレートを備え、それを介して前記多方向ねじり履歴ダンパが橋床に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の多方向ねじり履歴ダンパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐震（アンチサイズミック（ａｎｔｉ−ｓｅｉｓｍｉｃ））装置に関し、具体的には、大地震から構造物を守るために使用する地震履歴ダンパ（ｓｅｉｓｍｉｃ  ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ  ｄａｍｐｅｒ）に関する。この装置は、橋床と支圧点（橋脚枕梁）の間など、地震の揺れによって大きく変位することが予想される箇所に設置される。
【背景技術】
【０００２】
利用可能な先行技術の橋梁用多方向履歴ダンパは、三日月形要素から構成された装置、テーパ・ピン・エネルギー散逸要素から構成された装置およびＵクランプから構成された装置である。
【０００３】
利用可能な先行技術の履歴ダンパは他にもあるが、蝶形エネルギー散逸要素などのそれらのダンパは多方向動作を提供しない。
【０００４】
ダンパはエネルギー散逸装置である。ダンパは、ダンパに流入した運動エネルギーを、２つの（装着）端の相対運動によって散逸させる。エネルギーの観点からではなく力−変位の観点から言うと、ダンパは、ダンパの移動端の相対変位とは常に反対向きの力を２つの端部に発揮することによって機能する。ダンパのエネルギー散逸能力の尺度として使用することができるこの力を、ダンパの「反力」と呼ぶ。履歴ダンパでは、このような特性が、金属内の履歴挙動を利用することによって達成される。
【０００５】
三日月形エネルギー散逸装置から構成された多方向装置、イタリア特許第ＭＩ９６Ａ１４４７号では、曲り変断面梁がエネルギー散逸装置として使用される。このエネルギー散逸要素は、要素の長さに沿った均一な降伏を可能にするように成形され、より大きな反力を生み出すために全ての「個々の」エネルギー散逸装置がユニットとして一緒に働く対称装置となるように配置される。
【０００６】
テーパ・ピン要素は、曲がりが、ひずみの集中を防ぐ高さに沿って均一な降伏を生じさせるように長さに沿って可変の円形断面を有する直線梁である。テーパ・ピン要素の全ての方向に沿った「固有の」対称性のため、テーパ・ピン要素は、テーパ・ピン要素を多方向動作させるための機構を一切必要とすることなく、多方向ダンパ・システム内に単純に配置することができる。
【０００７】
Ｕクランプは、折畳み（ｆｏｌｄｉｎｇ）／展開（ｕｎｆｏｌｄｉｎｇ）変形において、Ｕクランプが幅に沿って曲げられ、降伏するときに履歴エネルギー散逸を提供するＵ字形のプレートである。Ｕクランプは、三日月形要素を備える装置の配置と同様の配置で多方向装置内へ配置される。
【０００８】
以下の項では、本発明の装置（ＭＴＨＤ）と前述の既存の装置の主な違いについて説明する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、利用可能な履歴ダンパより優れており、または利用可能な履歴ダンパと同じ程度に挙動が効果的な多方向履歴ダンパであり、利用可能な履歴ダンパより経済的に製造することができる多方向履歴ダンパを開発することにある。挙動に関して言えば、本発明の装置と利用可能な装置の主な違いは以下のように要約することができる。
【００１０】
１．後に説明し、図１３のグラフに示す幾何学的硬化効果を生み出すその特殊な機能機構の結果としての可変のポスト弾性（ｐｏｓｔ−ｅｌａｓｔｉｃ）剛性。
【００１１】
２．アーム（およびレール）の長さを容易に調整することができることにより、装置の特性、すなわち反力および最大許容変位を容易に調整することができる。
【００１２】
３．装置は、上固定点と下固定点の間の相対垂直変位を許し、このような相対垂直変位は、システムの意図された水平方向の挙動と一切干渉しない。装置の経済性に関して、装置は、単純な形鋼（ｓｅｃｔｉｏｎ）から構築され、それらのほとんどは機械加工作業をほとんどまたは全く必要としない。装置の最も複雑な部品は、降伏コア（１つまたは複数）（１）であり、降伏コア（１つまたは複数）（１）は、その対称でほぼ円筒形の形状のため、容易にかつ経済的に製造することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
鋼製円筒コアを履歴減衰要素として使用することは先行技術において知られているが、それによって多方向ねじり履歴ダンパを組み立てる設計は、本発明の新規の固有の特徴である。
【００１４】
本発明の基本部分は以下のものからなる。
・アーム・アセンブリを有する降伏コア（部品１、２、４、７、８、９から構成されている）
・中心支持構造体（部品５、６から構成されている）
・レール・システム（部品１０、１１から構成されている）
【００１５】
本発明を詳細に説明するため、必要な図を用意し、本明細書に添付した。それらの添付図の一覧および定義を以下に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】その下の全ての部品がよりはっきりと見えるようにレール・システムが取り外された装置の３Ｄ等角図である。
【図２】レール・システムの３Ｄ等角図である。
【図３】レール・システムの略図が上重ねされた装置の３Ｄ等角図である。
【図４】レール・システムが取り外された装置の側面図である。
【図５】レール・システムが取り外された装置の上面図である。
【図６】全ての部品が見える（隠線のない）装置全体の上面図である。
【図７】図４に基づく破断図Ｓ１−Ｓ１である。
【図８】図５に基づく破断図Ｓ２−２である。
【図９】図６に基づくＳ３−Ｓ３図である。
【図１０】レール・システムの下面図である。
【図１１】レール・システムの上面図である。
【図１２】変位していない位置および変位した位置における１つのアームおよびその対応するレールを示す図である。
【図１３】（任意の）１つのレールの方向に変位させたときの装置の力−変位図であり、この図では、鋼に対する弾塑性挙動が仮定されている。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図上の要素（特徴／構成要素／部品）の定義
１  降伏コア（１つまたは複数）
２  アーム（１つまたは複数）
３  コア玉軸受（１つまたは複数）は、コア（１）と仕切板（６）の間にヒンジ接続を形成するために使用される通常の鋼製玉軸受である。この玉軸受はコア−仕切板接続のところで使用されるため、アーム玉軸受（１つまたは複数）と区別するために、この玉軸受を「コア」玉軸受と呼ぶことがある。
４  アーム玉軸受は、アーム（１つまたは複数）（２）とレール（１つまたは複数）（１０）の間にころヒンジ接続を形成するために使用される通常の鋼製玉軸受である。
５  支柱
６  丸穴を有する八角形の仕切板
７  アーム玉軸受を装着するためにアームに溶接された中実円筒装着シャフト（１つまたは複数）
８  アーム玉軸受を所定の位置に保持するために円筒シャフトの上部に溶接された上中空円筒リング（１つまたは複数）。上中空円筒リング（１つまたは複数）の代わりに、ピン（１つまたは複数）などの他のタイプの取付け機構（ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）を使用することもできる。
９  アーム玉軸受を所定の位置に保持するための下中空円筒リング（１つまたは複数）。下中空円筒リング（１つまたは複数）の代わりに、ピン（１つまたは複数）などの他のタイプの取付け機構を使用することもできる。
１０  レール（１つまたは複数）。レール・システムの部分として８つある。アーム玉軸受（１つまたは複数）用のガイド・レール。
１１  装置の頂部の（橋床への）接続を可能にするスリット（または接続のタイプに応じた他の適当なスリットの配置）を備える八角形トップ・プレート（レール・システムの一部）
１２  装置全体をベース（橋脚枕梁）に接続するためのベース・プレート
【００１８】
本発明に関係する前記履歴ダンパ装置は、以下の３つの主要部分からなる。
【００１９】
１．降伏コア：鋼製玉軸受（４）を含むアーム・アセンブリとともに、アーム（２）とレール・システムの間にころヒンジ型接続を形成し、レール（１０）内でのアーム（２）の端部の無摩擦移動を可能にする。アーム（２）は、一端がコア（１）に溶接されており、他端には、アーム玉軸受（４）に対する装着軸の役目を果たす円筒中実シャフト（７）が溶接されている。これらは全て図９に示されている。さらに、アーム玉軸受（４）の上側および下側に、アーム玉軸受（４）を所定の位置に固定するための２つのリング（８、９）がある。上および下中空円筒リング（１つまたは複数）（８、９）の代わりに、ピン（１つまたは複数）などの他のタイプの取付け機構を使用することもできる。上リング（８）は装着シャフト（７）に溶接されている。降伏コア（１）は、本発明の前記履歴ダンパのエネルギー散逸要素であり、鋼でできている。コア（１）は、アーム（２）が往復運動するときに、主に大きなねじり剪断応力によって降伏し、エネルギーを散逸させる。降伏コア（１）は、ベース・プレート（１２）に溶接されており、したがって、装置（履歴ダンパ）全体を、ベース・プレート（１２）を介して橋梁の橋脚枕梁に取り付けることができる。
【００２０】
２．支持構造体：支持構造体は、鋼製の中心中実支柱（５）とこれに溶接された仕切板（６）とから構成されている。仕切板（６）は、コア玉軸受（３）を介して降伏コア（１）に接続されている。コア玉軸受（３）が組み込まれているのは、降伏コア（１）と仕切板（６）の間に、コア（１）が自由にねじれることを可能にする（ねじり）ヒンジ接続を形成するためである。支柱（５）の主な機能は、降伏コア（１）が曲がらないように降伏コア（１）を支持することである。その大きな横方向の剛性およびコア（１）との平行接続のため、中心支柱（５）は、曲げモーメントの大半を引き受け、したがって、ほぼ純粋なねじり剪断において降伏するように意図された降伏コア（１）内の大きな曲げ応力を防ぐ。
【００２１】
中心支柱（５）は、必要な横方向の剛性を提供するかぎりにおいて、箱形、八角柱など、他の形状をとることもできる。中心支柱（５）はベース・プレート（１２）に溶接される。中心コア（１）へのベース・プレート（１２）仕切板（６）の接続も、仕切板（６）の中心穴の上部および下部における溶接による。
【００２２】
３．レール・システム：レール・システムは、橋床とアーム（２）の間の接続を容易にする。レール・システムは、ピンおよび穴、ならびに必要ならば衝撃伝達ユニットによって橋床に取り付けられる。レール・システムは、溝穴が切られた八角形の鋼製仕切板（６）と、この仕切板（６）に溶接されたレール（１０）とから構成されている。レール（１０）は、溝形鋼を形成するように一体に溶接された鋼板とすることができ、または、適当な寸法を有する圧延溝形鋼が利用可能な場合には、レール（１０）として使用することができる。場合によっては、レール溝の片持梁部分の横方向の剛性を強化するために、側面補剛材が必要なこともある。橋床への八角形仕切板（６）の接続は、橋梁のコンクリート製橋床に埋め込まれたバー（ピン）によって実施される。
【００２３】
レール・システムは、アーム玉軸受（４）とともに、アーム（２）の端部と橋床との間に所望の接続（ころヒンジ型接続）を形成する。このタイプの接続により、各アーム（２）は、橋床の移動方向とは無関係に、（その対応するレールに対して）常に横方向に変位し、アーム（２）は、橋床の変位のレール（１０）に沿った成分に従う必要がない。このことは８つの全てのレール（１０）に対して言うことができる。図１２に示すように、変形していない位置で、各アーム（２）はそのレール（１０）と平行である。装置が変位すると、アーム（２）は回転し、アーム（２）とそのレール（１０）の間の角度θは増大する。アーム（２）は、回転するときに、降伏コア（１）をねじらなければならないため、アーム（２）内に、アーム（２）に垂直な剪断力（Ｖ）が生み出される（図１２）。この剪断力は、図１２に示すように、アーム玉軸受−レール（アーム端とレール）境界面において、アーム（２）に沿った力（Ｆ）の成分と釣り合っていなければならない。アーム玉軸受（４）が存在することにより、この力はレール（１０）に対して常に垂直である。しかしながら、その２つの成分、すなわちアーム（２）に沿った成分およびアーム（２）に対して垂直な成分は、アーム（２）とそのレール（１０）の間の角度θに依存する。
Ｖ＝Ｆ・Ｃｏｓ（θ）
Ｈ＝Ｆ・Ｓｉｎ（θ）
【００２４】
このことは、アーム（２）内に生み出される剪断力Ｖ（これは、コア内にねじりモーメントを生み出す際に有効な力である）に関して、力Ｆが、下式に等しくなければならないことを意味する。
Ｆ＝Ｖ／Ｃｏｓ（θ）
【００２５】
角度θが増大すると、Ｖが一定であり続ける場合であっても（鋼に対する弾塑性挙動を仮定する）、Ｆは増大し、その幾何学的硬化能力を装置に与える。８つの全てのレール（１０）に由来する変位方向に沿ったこれらの力（Ｆ）の成分の和は、履歴ダンパ装置の反力に等しいことに留意すべきである。すなわち、装置の反力は、塑性域および弾塑性材料挙動においてさえも、その変位レベルに依存する。この硬化挙動が図１３に示されている。このことはさらに、この変位がある限界を超えることができないことを意味する。理論上、限界変位はアーム（２）の長さに等しい。この変位はθ＝９０°に対応する。しかしながら、９０°に近い角度においては、アーム（２）内に生み出される軸方向の力および力Ｆが極めて大きいため、この変位に対する実用限界は、例えば６０°の最大回転に対応する「アーム長さ×ｓｉｎ６０°」に設定することができる。特定のいくつかの場合を検討すると、橋床内の予想される変位がこの量を超えて増大する場合には、より大きな履歴装置を考えるべきである。
【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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【図１２】
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【図１３】
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