(57)【要約】【課題】変形能力が大きく、安定かつ良好な履歴特性を実現する曲げせん断ブレースを提供する。【解決手段】入力荷重Ｐに対して曲げ及びせん断変形で抵抗する。ブレースの一部に強度及び剛性がブレース軸部３よりも小さくした曲げ抵抗部２を持つ。曲げ抵抗部２の端部にブレース取付部１を有し、ブレース軸部３及びブレース取付部１は弾性状態を維持し、かつ曲げ抵抗部２のみ曲げ降伏するようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力荷重に対して曲げ及びせん断変形で抵抗するようにした曲げせん断ブレースであって、
ブレースの一部に強度及び剛性がブレース軸部よりも小さくした曲げ抵抗部を持つことを特徴とする曲げせん断ブレース。
【請求項２】
前記曲げ抵抗部は前記ブレース軸部の両端にて、入力荷重と略直交するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の曲げせん断ブレース。
【請求項３】
前記曲げ抵抗部の端部にブレース取付部を有し、前記ブレース軸部及び前記ブレース取付部は弾性状態を維持し、かつ前記曲げ抵抗部のみ曲げ降伏するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の曲げせん断ブレース。
【請求項４】
前記ブレース軸部、前記ブレース取付部及び前記曲げ抵抗部は、下記式を満足する相互関係を有することを特徴とする請求項３に記載の曲げせん断ブレース。
Ｐu＜Ｐcr1  ，Ｐu＜Ｐcr3
Ｍpc2＜Ｍpc1  ，Ｍpc2＜Ｍpc3
ここに、Ｐu；ブレースの終局耐力、Ｐcr1，Ｐcr3；ブレース取付部及びブレース軸部のそれぞれ限界圧縮力、Ｍpc1〜Ｍpc3；軸力を考慮したブレース取付部、曲げ抵抗部及びブレース軸部のそれぞれ全塑性モーメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築構造物等において使用されるブレースに係り、特に曲げ及びせん断で抵抗するようにした曲げせん断ブレースに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば中・高層建築物等では、地震や風等の水平力に対する抵抗要素として、ブレース構造を用いた建物架構が広く用いられている。ここで図１０は、従来のブレース１００の例を示しており、基本的には単純な軸材により構成され、実使用に際してたとえばラーメン架構等と併用される。
【０００３】
従来のブレース１００において両端に入力荷重Ｐが作用し、圧縮あるいは引張り応力が発生する。すなわち、従来のブレース１００は、入力荷重Ｐに対して軸力で抵抗するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−６２９２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述のように従来のブレース１００では、入力荷重Ｐに対して軸力で抵抗するようにしているため、座屈や引張り破断に対して必ずしも十分な耐力を確保するのが容易でなかった。荷重入力時の変形能力が小さく、復元力特性においてもスリップが生じる場合があり、良好な履歴特性を得るのが難しいのが実情であった。
【０００６】
なお、特許文献１等には、ブレースの上端部の束材を、小変形で早期に塑性化する第１のダンパー手段と、大変形で塑性化する第２のダンパー手段とを並置した偏心ブレース構造が開示されている。
【０００７】
本発明はかかる実情に鑑み、変形能力を大幅に大きくし、安定かつ良好な履歴特性（復元力特性）を実現する曲げせん断ブレース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】
【０００８】
本発明の曲げせん断ブレースは、入力荷重に対して曲げ及びせん断変形で抵抗するようにした曲げせん断ブレースであって、ブレースの一部に強度及び剛性がブレース軸部よりも小さくした曲げ抵抗部を持つことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の曲げせん断ブレースにおいて、前記曲げ抵抗部は前記ブレース軸部の両端にて、入力荷重と略直交するように配置されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の曲げせん断ブレースにおいて、前記曲げ抵抗部の端部にブレース取付部を有し、前記ブレース軸部及び前記ブレース取付部は弾性状態を維持し、かつ前記曲げ抵抗部のみ曲げ降伏するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の曲げせん断ブレースにおいて、前記ブレース軸部、前記ブレース取付部及び前記曲げ抵抗部は、下記式を満足する相互関係を有することを特徴とする。
Ｐu＜Ｐcr1  ，Ｐu＜Ｐcr3
Ｍpc2＜Ｍpc1  ，Ｍpc2＜Ｍpc3
ここに、Ｐu；ブレースの終局耐力、Ｐcr1，Ｐcr3；ブレース取付部及びブレース軸部のそれぞれ限界圧縮力、Ｍpc1〜Ｍpc3；軸力を考慮したブレース取付部、曲げ抵抗部及びブレース軸部のそれぞれ全塑性モーメント。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、曲げ抵抗部の強度及び剛性をブレース軸部よりも小さくすることで、荷重入力時にブレース軸部を殆ど変形させずこれを剛体挙動とし、一方、曲げ抵抗部は変形させることができる。入力荷重に対して曲げ及びせん断変形で抵抗するようにしたことで、特にブレース軸部の座屈や引張り破断が生じない。変形能力が格段に優れ、荷重入力時の復元力特性においてスリップが生じない安定した履歴特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面に基づいて、本発明による曲げせん断ブレースの好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の曲げせん断ブレース１０の概略構成を示している。ここで先ず、ブレースの形成材料として、金属材料（鋼材あるいはアルミニウム合金（ジュラルミン等））、プラスチック材料又は木材等を用いることができる。曲げせん断ブレース１０は後述するように、入力荷重に対して曲げ及びせん断変形で抵抗するようになっている。
【００１４】
曲げせん断ブレース１０の具体的構成において、図１に示すようにブレース取付部１、曲げ抵抗部２及びブレース軸部３を有する。本発明において特に、ブレースの一部に強度及び剛性がブレース軸部３よりも小さくした曲げ抵抗部２を持つ。この例ではブレースの両端にブレース取付部１を有し、ブレース軸部３の端部でそれぞれ曲げ抵抗部２を介して略Ｌ字状に結合する。曲げ抵抗部２はブレース軸部３の両端にて、入力荷重Ｐと略直交するように配置される。
【００１５】
また、本発明の曲げせん断ブレース１０において、ブレース軸部３及びブレース取付部１は弾性状態を維持し、かつ曲げ抵抗部２のみ曲げ降伏するようになっている。すなわち曲げ抵抗部２の強度及び剛性をブレース軸部３よりも小さくすることで、荷重入力時にブレース軸部３を殆ど変形させずこれを剛体挙動とし、一方、曲げ抵抗部２は図１の点線により示されるように変形させることができる。
【００１６】
このように入力荷重に対して曲げ変形で抵抗するようにしたことで、特にブレース軸部３の座屈や引張り破断が生じない。したがって、従来のブレースに比べて変形能力が格段に優れ、荷重入力時の復元力特性においてスリップが生じない安定した履歴特性を得ることができる。図２は、従来のブレースとの比較において本発明の曲げせん断ブレース１０の復元力特性の例を示している。なお図中、δはブレースの水平変位量である。また、本発明の曲げせん断ブレース１０は、簡素な構造であるためコストが安く済む等の利点がある。
【００１７】
さらに、図３は、本発明の曲げせん断ブレース１０を組込んだ骨組構造の１例を示している。この例では木質の骨組１１（典型的にはラーメン構造）に対して図示のように曲げせん断ブレース１０を組込み、水平荷重Ｈに対する水平変位Δの変化を実験する。この場合、ブレース軸部３として鋼棒（たとえば直径１９ｍｍ）を使用する。曲げ抵抗部２はＬ字形の金具をボルトで固定することにより構成することもできるが、好適には溶接により接合したものとする。
【００１８】
図４は、かかる曲げせん断ブレース１０における軸力及び軸変位の関係を示している。図から明かなように安定した紡錘形の履歴特性が得られる。
【００１９】
つぎに、曲げせん断ブレース１０の具体的な設計例を説明する。
曲げせん断ブレース１０の各部には、図５（ａ）の曲げモーメント図のように曲げモーメントＭ1〜Ｍ3が発生する。なお、各部の寸法につき、ブレース取付部１；ｌ1、曲げ抵抗部２；ｌ2、ブレース軸部３；ｌ3とし、曲げせん断ブレース１０に対して引張り荷重あるいは圧縮荷重が作用するものとする（図５（ｂ），（ｃ））。また、曲げ抵抗部２の端部には、塑性ヒンジ４Ａ，４Ｂが発生する。
【００２０】
前述したブレース軸部３及びブレース取付部１は弾性状態を維持し、かつ曲げ抵抗部２のみ曲げ降伏する条件は、つぎの（１）式で与えられる。
Ｐu＜Ｐcr1  ，  Ｐu＜Ｐcr3
Ｍpc2＜Ｍpc1  ，  Ｍpc2＜Ｍpc3                                       （１）
【００２１】
（１）式において、Ｐu；ブレースの終局耐力、Ｐcr1，Ｐcr3；ブレース取付部１、ブレース軸部３の限界圧縮力であり、つぎの（２）式、（３）式で与えられる。
Ｐcr1＝π2ＥＩ1／（２ｌ1）2                                           （２）
なお、ＥＩ1；ブレース取付部１の曲げ剛性である。
Ｐcr3／Ｎy3＋（Ｐcr3・ｌ2／２）／｛Ｍy3（１−Ｐcr3／ＰE3）｝＝１    （３）
【００２２】
（２）式及び（３）式において図６をも参照して、Ｎy3；ブレース軸部３の降伏軸力、ＰE3；ブレース軸部３のオイラー荷重、Ｍy3；ブレース軸部３の降伏モーメントあり、また、Ｍpc1〜Ｍpc3；軸力を考慮したブレース取付部１、曲げ抵抗部２及びブレース軸部３の全塑性モーメントである。
なお、曲げ抵抗部２の材長が短くなると、せん断で抵抗するようになり、せん断降伏する。せん断降伏する場合においても、曲げ降伏する場合に準じた設計式を用いることができる。
【００２３】
つぎに、ブレース耐力Ｐuは図５から、一般につぎの（４）式で与えられる。
Ｐu＝（２Ｍpc2／ｌ2）・（１／ｃｏｓθ）                                （４）
この場合、曲げ抵抗部２の断面形状に応じて、すなわち特に長方形断面（図７（ａ））あるいはＨ形断面（図７（ｂ））のときブレース耐力Ｐuは、以下のように与えられる。
【００２４】
長方形断面
長方形断面に対してブレース耐力Ｐuは、つぎの（５）式で与えられる。
Ｐu＝（２／ｌ2）・（１／ｃｏｓθ）・Ｍp・｛１−（Ｎ／Ｎy）2｝          （５）
ここに、Ｍp＝（ｂｄ2／４）・σy  、Ｎ＝Ｐu・ｓｉｎθ  、σy；降伏応力度である。
【００２５】
Ｈ形断面
Ｈ形断面に対してブレース耐力Ｐuは、つぎの（６）式、（７）式で与えられる。
Ｎ／Ｎy ≦  Ａw／２Ａの場合、Ｐu＝（２Ｍp／ｌ2）・（１／ｃｏｓθ）    （６）
Ｎ／Ｎy  ＞  Ａw／２Ａの場合、
Ｐu＝１．１４｛１−（Ｎ／Ｎy）｝・Ｍp・（１／ｃｏｓθ）（１／ｌ2）    （７）
ここに、Ｍp＝｛Ａf（ｄ−ｔf）＋（１／４）・Ａw（ｄ−２ｔf）｝σy  、
Ｎ＝Ｐu・ｓｉｎθである。
【００２６】
前述したように本発明の曲げせん断ブレース１０は、従来のブレースに比べて変形能力が大きい。ブレース破壊に至るまでの変形能力は、図８（ａ）に示されるようにブレース全長Ｌとしてつぎのようになる。なお、典型的には前述した骨組１１に曲げせん断ブレース１０を組込んだ骨組構造とする。
δc＝２ｄ／ｃｏｓθ＝０．４Ｌ
なお、１／ｃｏｓθ＝２，ｄ＝０．１Ｌ  とする。
【００２７】
これに対して図８（ｂ）に示されるように従来のブレースＩ（前述したブレース１００（図１０）であってよい）では、つぎのようになる。
δc＝０．１Ｌ／ｃｏｓθ
また、図８（ｃ）に示されるように別の従来のブレースIIでは、つぎのようになる。
δc＝ｄ＝０．１Ｌ
【００２８】
つぎに、本発明の変形例について説明する。
たとえば、図９（ａ）に示した曲げせん断ブレース１０では、両端のブレース取付部１の延長線に沿った軸線（Ｌ′）に対して相互に反対側に延出する曲げ抵抗部２を有する。これらの曲げ抵抗部２に結合するブレース軸部３は、軸線Ｌ′と交差するように配置される。この例の曲げせん断ブレース１０も、前述した場合と実質的に同様な作用効果を有するが、特にこの場合は骨組１１に収まりよく配置構成することができる。
【００２９】
また、図９（ｂ）に示した曲げせん断ブレース１０では、２分割構成されたブレース軸部３は、軸線Ｌ′を挟んで相互に反対側に配置される。この場合にも骨組１１に収まりよく配置構成することができる。
【００３０】
なお、変形例を含めて本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更等が可能である。
上記実施形態で示した寸法等の数値例は、それらに限定されることなくその他種々採用可能である。また、図９等に示した変形例のさらに発展型も可能であり、すなわち曲げ抵抗部２やブレース軸部３の数量等は本発明の範囲内で適宜増減可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態における曲げせん断ブレースの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における曲げせん断ブレースの復元力特性を従来ブレースとの関係で示す図である。
【図３】本発明の実施形態における曲げせん断ブレースの実装骨組例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における曲げせん断ブレースの軸力及び軸変位の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施形態における曲げせん断ブレースの設計例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態における曲げせん断ブレースの設計例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る曲げせん断ブレースの曲げ抵抗部の断面形状の例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態における曲げせん断ブレースの変形能力を従来ブレースとの関係で示す図である。
【図９】本発明の曲げせん断ブレースの変形例を示す図である。
【図１０】従来ブレースの例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  ブレース取付部
２  曲げ抵抗部
３  ブレース軸部
１０  曲げせん断ブレース
【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】
2006161445.tif 000010
【図９】
2006161445.tif 000011
【図１０】
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