(57)【要約】【課題】入力された荷重に対してエネルギを安定して吸収する。【解決手段】エネルギ吸収デバイス１０は、上下方向への荷重を負担しない状態で水平方向への荷重が入力されることでエネルギを吸収する。このエネルギ吸収デバイス１０は、上下方向が軸線方向とされ、上下方向から見て、互いに直交する第１水平方向Ｈ１及び第２水平方向Ｈ２のそれぞれで対称な環状を成しており、第１水平方向Ｈ１の寸法が第２水平方向Ｈ２の寸法よりも大きく設定された筒状体２４を備えている。筒状体２４における第２水平方向Ｈ２に対向する一対の対向部の一方には、第１部材が接続される第１接続部３２が設けられている。筒状体２４における第２水平方向Ｈ２に対向する一対の対向部の他方には、第２部材が接続される第２接続部３４が設けられている。そして、第２接続部３４が、第１接続部３２に対して水平方向へ相対変位されることによって、筒状体２４に塑性変形が生じる。【選択図】図１Ａ
2018040479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向への荷重を負担しない状態で、水平方向への荷重により一部が塑性変形されてエネルギを吸収するエネルギ吸収デバイスであって、
上下方向が軸線方向とされ、上下方向から見て、互いに直交する第１方向及び第２方向のそれぞれで対称な環状を成しており、前記第１方向の寸法が前記第２方向の寸法よりも大きく設定された筒状体と、
前記筒状体における前記第２方向に対向する一対の対向部の一方に設けられ、第１部材が接続される第１接続部と、
前記筒状体における前記第２方向に対向する一対の対向部の他方に設けられ、第２部材が接続され、前記第１接続部に対する水平方向の相対変位によって前記筒状体に塑性変形が生じる第２接続部と、
を備えたエネルギ吸収デバイス。
【請求項２】
前記第２接続部に入力される水平方向への荷重をＰとし、
前記第１接続部に対する前記第２接続部の水平方向への変位量をδとし、
前記変位量δの増分に対する前記荷重Ｐの増分の比率を剛性Ｋとし、
少なくとも前記第２接続部が前記第１接続部に対して前記第２方向でかつ前記第１接続部と離間する方向へ相対的に変位される際の前記変位量δが、変形される前の前記筒状体の前記第２方向への寸法の１／２となる変位量まで増加する過程において、前記剛性Ｋの値が増加に転じないように変形される前の前記筒状体の形状及び寸法が設定された請求項１記載のエネルギ吸収デバイス。
【請求項３】
前記第２接続部に入力される水平方向への荷重をＰとし、
前記第１接続部に対する前記第２接続部の水平方向への変位量をδとし、
前記変位量δの増分に対する前記荷重Ｐの増分の比率を剛性Ｋとし、
前記筒状体の前記第２方向への外法の寸法をＤＳとし、
前記筒状体の厚み寸法をｔとし、
前記変位量δが増加する過程において、前記剛性Ｋの値が増加に転じる際の前記変位量δをδｆとし、
δｆ／（ＤＳ−ｔ）の値が０．２８以上となるように変形される前の前記筒状体の形状及び寸法が設定された請求項１又は請求項２記載のエネルギ吸収デバイス。
【請求項４】
前記第２接続部が前記第１接続部に対して前記第２方向でかつ前記第１接続部と近接する方向へ相対的に変位されることで前記筒状体が降伏した際に前記第２接続部に入力されている荷重を降伏荷重Ｐｃとし、
前記第２接続部が前記第１接続部に対して前記第１方向へ相対的に変位されることで前記筒状体が降伏した際に前記第２接続部に入力されている荷重を降伏荷重Ｐｓとし、
Ｐｃ／Ｐｓの値が、０．６６以上でかつ１．１８以下の範囲となるように変形される前の前記筒状体の形状及び寸法が設定された請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のエネルギ吸収デバイス。
【請求項５】
前記筒状体の前記第１方向への外法の寸法をＤＬとし、
前記筒状体の前記第２方向への外法の寸法をＤＳとし、
前記筒状体の厚み寸法をｔとし、
前記筒状体の上下方向への幅寸法をＢとし、
前記筒状体を形成する材料の降伏強度をσｙとし、
前記降伏荷重Ｐｃ及び前記降伏荷重Ｐｓが、以下の式（１）及び式（２）を満たす請求項４記載のエネルギ吸収デバイス。
Ｐｃ＝（２×ｔ２×Ｂ×σｙ）／（ＤＬ−ｔ）      式（１）
Ｐｓ＝（ｔ２×Ｂ×σｙ）／（ＤＳ−ｔ）      式（２）
【請求項６】
前記筒状体の前記第１方向への外法の寸法をＤＬとし、
前記筒状体の前記第２方向への外法の寸法をＤＳとし、
前記筒状体の厚み寸法をｔとし、
前記筒状体の扁平率Ｆｍを（ＤＳ−ｔ）／（ＤＬ−ｔ）とし、
前記扁平率Ｆｍの値が、０．３３以上でかつ０．５９以下の範囲となるように変形される前の前記筒状体の寸法が設定された請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のエネルギ吸収デバイス。
【請求項７】
前記筒状体の内部には、該筒状体における前記第１接続部及び該第１接続部と隣接している部分及び前記第２接続部及び該第２接続部と隣接している部分の変形を規制する変形規制部材が設けられている請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のエネルギ吸収デバイス。
【請求項８】
建物の上部構造物と下部構造物との間に設けられ、前記上部構造物を前記下部構造物に対して水平方向に移動可能に支持する支持部と、
前記上部構造物が前記下部構造物に対して水平方向に移動されることで前記筒状体が塑性変形される請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のエネルギ吸収デバイスと、
を備えた免震構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギ吸収デバイス及び免震構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１及び特許文献２には、環状に形成された板バネや衝撃吸収部材が塑性変形されることで建物に入力された地震等によるエネルギを吸収することが可能とされた制振ダンパおよび免震構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８３９０３号公報
【特許文献２】特開平９−４９３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、引用文献１に記載された板ばねを円形に屈曲させた制振ダンパでは、建物の荷重を支持した状態、すなわち上下方向への荷重が入力された状態で環状に形成された板バネが水平方向に変形される。そのため、環状に形成された板バネの塑性変形に要する荷重が安定し難い。
また、引用文献２に記載された免震構造では、環状に形成された衝撃吸収部材の軸方向が建物の水平方向へ向けられた状態で配置される。そのため、建物の上下方向に作用する荷重による衝撃を有効に吸収できる。その一方で、この衝撃吸収部材は、軸方向に変形し難い。そのため、この衝撃吸収部材には、水平方向に作用する荷重による衝撃の吸収については方向による性能のバラつきが大きくなるという課題がある。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、入力された荷重に対してエネルギを安定して吸収することができるエネルギ吸収デバイス及び免震構造を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載のエネルギ吸収デバイスは、上下方向への荷重を負担しない状態で、水平方向への荷重により一部が塑性変形されてエネルギを吸収するエネルギ吸収デバイスであって、上下方向が軸線方向とされ、上下方向から見て、互いに直交する第１方向及び第２方向のそれぞれで対称な環状を成しており、前記第１方向の寸法が前記第２方向の寸法よりも大きく設定された筒状体と、前記筒状体における前記第２方向に対向する一対の対向部の一方に設けられ、第１部材が接続される第１接続部と、前記筒状体における前記第２方向に対向する一対の対向部の他方に設けられ、第２部材が接続され、前記第１接続部に対する水平方向の相対変位によって前記筒状体に塑性変形が生じる第２接続部と、を備えている。
【０００７】
請求項１記載のエネルギ吸収デバイスによれば、水平方向への荷重が、筒状体の第１接続部及び第２接続部の少なくとも一方に入力されると、第２接続部の位置が第１接続部に対して相対的に変化する。そして、筒状体に塑性変形が生じることでエネルギが吸収される。
【０００８】
ここで、請求項１記載の発明では、上下方向への荷重を負担しない状態で水平方向への荷重が入力される。これにより、上下方向へのせん断やねじれが生じない状態で筒状体に塑性変形が生じる。その結果、筒状体の塑性変形に要する荷重を安定させることができる。また、筒状体の第１方向への寸法が第２方向への寸法よりも長く設定されていることにより、荷重入力方向によって、筒状体の塑性変形に要する荷重がバラつくことを抑制することができる。これにより、エネルギ吸収デバイスに入力された荷重に対してエネルギを安定して吸収することができる。
【０００９】
請求項２記載のエネルギ吸収デバイスは、前記第２接続部に入力される水平方向への荷重をＰとし、前記第１接続部に対する前記第２接続部の水平方向への変位量をδとし、前記変位量δの増分に対する前記荷重Ｐの増分の比率を剛性Ｋとし、少なくとも前記第２接続部が前記第１接続部に対して前記第２方向でかつ前記第１接続部と離間する方向へ相対的に変位される際の前記変位量δが、変形される前の前記筒状体の前記第２方向への寸法の１／２となる変位量まで増加する過程において、前記剛性Ｋの値が増加に転じないように変形される前の前記筒状体の形状及び寸法が設定されている。
【００１０】
請求項２記載のエネルギ吸収デバイスによれば、少なくとも上記方向への第２接続部の第１接続部に対する変位量δが、変形される前の筒状体の第２方向への寸法の１／２となる変位量まで増加する過程において、剛性Ｋが増加に転じない。これにより、第１接続部に対する第２接続部の水平方向への変位量δが、変形される前の筒状体の第２方向への寸法の１／２以下となる領域において、第２接続部に入力される水平方向への荷重Ｐが急激に上昇することを抑制することができる。その結果、エネルギ吸収デバイスに入力された荷重に対してエネルギを安定して吸収することができる。
【００１１】
請求項３記載のエネルギ吸収デバイスは、請求項１又は請求項２記載のエネルギ吸収デバイスにおいて、前記第２接続部に入力される水平方向への荷重をＰとし、前記第１接続部に対する前記第２接続部の水平方向への変位量をδとし、前記変位量δの増分に対する前記荷重Ｐの増分の比率を剛性Ｋとし、前記筒状体の前記第２方向への外法の寸法をＤＳとし、前記筒状体の厚み寸法をｔとし、前記変位量δが増加する過程において、前記剛性Ｋの値が増加に転じる際の前記変位量δをδｆとし、δｆ／（ＤＳ−ｔ）の値が０．２８以上となるように変形される前の前記筒状体の形状及び寸法が設定されている。
【００１２】
請求項３記載のエネルギ吸収デバイスによれば、δｆ／（ＤＳ−ｔ）の値が０．２８以上となるように筒状体の形状及び寸法が設定されている。これにより、第２接続部が第１接続部に対して第２方向でかつ第１接続部と離間する方向へ変位されることで筒状体が変形される際に、筒状体の周に沿って面内方向に作用する張力が当該筒状体に生じることを抑制することができる。これにより、筒状体の変形の進展に伴う荷重（筒状体の塑性変形に要する荷重）の急激な上昇を抑制することができ、エネルギ吸収デバイスに入力された荷重に対してエネルギを安定して吸収することができる。
【００１３】
請求項４記載のエネルギ吸収デバイスは、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のエネルギ吸収デバイスにおいて、前記第２接続部が前記第１接続部に対して前記第２方向でかつ前記第１接続部と近接する方向へ相対的に変位されることで前記筒状体が降伏した際に前記第２接続部に入力されている荷重を降伏荷重Ｐｃとし、前記第２接続部が前記第１接続部に対して前記第１方向へ相対的に変位されることで前記筒状体が降伏した際に前記第２接続部に入力されている荷重を降伏荷重Ｐｓとし、Ｐｃ／Ｐｓの値が、０．６６以上でかつ１．１８以下の範囲となるように変形される前の前記筒状体の形状及び寸法が設定されている。
【００１４】
請求項４記載のエネルギ吸収デバイスによれば、Ｐｃ／Ｐｓの値が、０．６６以上でかつ１．１８以下の範囲となるように変形される前の筒状体の形状及び寸法が設定されていることにより、荷重入力方向によって、筒状体の塑性変形に要する荷重がバラつくことを抑制することができる。これにより、エネルギ吸収デバイスに入力された荷重に対してエネルギを安定して吸収することができる。
【００１５】
請求項５記載のエネルギ吸収デバイスは、請求項４記載のエネルギ吸収デバイスにおいて、前記筒状体の前記第１方向への外法の寸法をＤＬとし、前記筒状体の前記第２方向への外法の寸法をＤＳとし、前記筒状体の厚み寸法をｔとし、前記筒状体の上下方向への幅寸法をＢとし、前記筒状体を形成する材料の降伏強度をσｙとし、前記降伏荷重Ｐｃ及び前記降伏荷重Ｐｓが、以下の式（１）及び式（２）を満たす。
Ｐｃ＝（２×ｔ２×Ｂ×σｙ）／（ＤＬ−ｔ）      式（１）
Ｐｓ＝（ｔ２×Ｂ×σｙ）／（ＤＳ−ｔ）      式（２）
【００１６】
請求項５記載のエネルギ吸収デバイスによれば、筒状体の厚み寸法ｔ、幅寸法Ｂ、降伏強度σｙ、外法の寸法ＤＬ及びＤＳを設定することで、降伏荷重Ｐｃ及び降伏荷重Ｐｓの比率Ｐｃ／Ｐｓを容易に調整し、荷重入力方向によって、筒状体の塑性変形に要する荷重がバラつくことを抑制することができる。
【００１７】
請求項６記載のエネルギ吸収デバイスは、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のエネルギ吸収デバイスにおいて、前記筒状体の前記第１方向への外法の寸法をＤＬとし、前記筒状体の前記第２方向への外法の寸法をＤＳとし、前記筒状体の厚み寸法をｔとし、前記筒状体の扁平率Ｆｍを（ＤＳ−ｔ）／（ＤＬ−ｔ）とし、前記扁平率Ｆｍの値が、０．３３以上でかつ０．５９以下の範囲となるように変形される前の前記筒状体の寸法が設定されている。
【００１８】
請求項６記載のエネルギ吸収デバイスによれば、扁平率Ｆｍの値が、０．３３以上でかつ０．５９以下の範囲となるように変形される前の筒状体の寸法を設定することにより、荷重入力方向によって、筒状体の塑性変形に要する荷重がバラつくことを抑制することができる。これにより、エネルギ吸収デバイスに入力された荷重に対してエネルギを安定して吸収することができる。
【００１９】
請求項７記載のエネルギ吸収デバイスは、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のエネルギ吸収デバイスにおいて、前記筒状体の内部には、該筒状体における前記第１接続部及び該第１接続部と隣接している部分及び前記第２接続部及び該第２接続部と隣接している部分の変形を規制する変形規制部材が設けられている。
【００２０】
請求項７記載のエネルギ吸収デバイスによれば、筒状体における第１接続部及び第１接続部と隣接している部分及び第２接続部及び第２接続部と隣接している部分の変形を規制する変形規制部材が、筒状体の内部に設けられている。これにより、筒状体における第１接続部及びその周縁部及び第２接続部及びその周縁部の局所的なひずみや応力の上昇に起因する当該部分の延性破壊、脆性破壊、疲労破壊などによる損傷の発生を抑制することができる。
【００２１】
請求項８記載の免震構造は、建物の上部構造物と下部構造物との間に設けられ、前記上部構造物を前記下部構造物に対して水平方向に移動可能に支持する支持部と、前記上部構造物が前記下部構造物に対して水平方向に移動されることで前記筒状体が塑性変形される請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のエネルギ吸収デバイスと、を備えている。
【００２２】
請求項８記載の免震構造によれば、上部構造物が支持部によって下部構造物に対して水平方向に移動可能に支持されている。この上部構造物及び下部構造物を備えた建物に地震等による荷重が作用して、上部構造物が下部構造物に対して水平方向へ移動されると、エネルギ吸収デバイスの筒状体が塑性変形される。これにより、建物に加わる地震等のエネルギを安定して吸収することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るエネルギ吸収デバイス及び免震構造は、入力された荷重に対してエネルギを安定して吸収することができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】第１実施形態に係るエネルギ吸収デバイスを上下方向から見た平面図である。
【図１Ｂ】第１実施形態に係るエネルギ吸収デバイスを図１に示された１Ｂ−１Ｂ線に対応する線に沿って切断した断面を示す側断面図である。
【図２】本実施形態の免震構造が建物の上部構造と下部構造との間に適用された例を示す側面図である。
【図３Ａ】第２実施形態に係るエネルギ吸収デバイスを示す図１Ａに対応する平面図である。
【図３Ｂ】第３実施形態に係るエネルギ吸収デバイスを示す図１Ａに対応する平面図である。
【図３Ｃ】第４実施形態に係るエネルギ吸収デバイスを示す図１Ａに対応する平面図である。
【図４】第５実施形態に係るエネルギ吸収デバイスを示す図１Ａに対応する平面図である。
【図５Ａ】第１実施形態に係るエネルギ吸収デバイスの解析モデルを示す斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示されたエネルギ吸収デバイスの解析モデルに入力される荷重の方向を説明するための平面図である。
【図６】解析を行ったエネルギ吸収デバイスの各部の寸法等を示す表である。
【図７】筒状体の荷重と変位との関係において、剛性、耐力、変位の定義を説明するためのグラフである。
【図８】図６に示されたケース番号２に係るエネルギ吸収デバイスの筒状体に入力された荷重と変位との関係を示すグラフである。
【図９】図６に示されたケース番号６に係るエネルギ吸収デバイスの筒状体に入力された荷重と変位との関係を示すグラフである。
【図１０Ａ】図６に示されたケース番号２に係るエネルギ吸収デバイスの筒状体に０°方向への荷重が入力された際に当該筒状体に生じる応力と変形を示す図である。
【図１０Ｂ】図６に示されたケース番号６に係るエネルギ吸収デバイスの筒状体に０°方向への荷重が入力された際に当該筒状体に生じる応力と変形を示す図である。
【図１１】図６に示されたケース番号９に係るエネルギ吸収デバイスの筒状体に入力された荷重と変位との関係を示すグラフである。
【図１２】図６に示されたケース番号１〜１０に係るエネルギ吸収デバイスにおいて、筒状体の第２方向（短径方向）に圧縮変形を与えた場合の耐力Ｐｃに対する第１方向（短径直交方向）にせん断変形を与えた場合の耐力Ｐｓの比率Ｐｃ／Ｐｓが耐力（降伏耐力Ｐｙ）に与える影響を説明するためのグラフである。
【図１３】図６に示されたケース番号１〜１０に係るエネルギ吸収デバイスにおいて、筒状体の第２方向（短径方向）に圧縮変形を与えた場合の耐力Ｐｃに対する第１方向（短径直交方向）にせん断変形を与えた場合の耐力Ｐｓの比率Ｐｃ／Ｐｓが耐力（（ＤＳ−ｔ）×１／２変位した際の１／２変形耐力Ｐｅ）に与える影響を説明するためのグラフである。
【図１４】図６に示されたケース番号１１〜１９に係るエネルギ吸収デバイスにおいて、筒状体の第２方向（短径方向）に圧縮変形を与えた場合の耐力Ｐｃに対する第１方向（短径直交方向）にせん断変形を与えた場合の耐力Ｐｓの比率Ｐｃ／Ｐｓが耐力（降伏耐力Ｐｙ）に与える影響を説明するためのグラフである。
【図１５】図６に示されたケース番号１１〜１９に係るエネルギ吸収デバイスにおいて、筒状体の第２方向（短径方向）に圧縮変形を与えた場合の耐力Ｐｃに対する第１方向（短径直交方向）にせん断変形を与えた場合の耐力Ｐｓの比率Ｐｃ／Ｐｓが耐力（（ＤＳ−ｔ）×１／２変位した際の１／２変形耐力Ｐｅ）に与える影響を説明するためのグラフである。
【図１６】図６に示されたケース番号１〜１０に係るエネルギ吸収デバイスにおいて、筒状体の扁平率Ｆｍが耐力Ｐｙに与える影響を説明するためのグラフである。
【図１７】図６に示されたケース番号１〜１０に係るエネルギ吸収デバイスにおいて、筒状体の扁平率Ｆｍが耐力Ｐｅに与える影響を説明するためのグラフである。
【図１８】図６に示されたケース番号１１〜１９に係るエネルギ吸収デバイスにおいて、筒状体の扁平率Ｆｍが耐力Ｐｙに与える影響を説明するためのグラフである。
【図１９】図６に示されたケース番号１１〜１９に係るエネルギ吸収デバイスにおいて、筒状体の扁平率Ｆｍが耐力Ｐｅに与える影響を説明するためのグラフである。
【図２０】筒状体の第２方向への寸法（ＤＳ−ｔ）に対する剛性の変曲点の発現する変位δｆの比率と、筒状体の１８０°方向における耐力Ｐｅ（Ｐｅ（１８０°））に対する０°方向における耐力Ｐｅ（Ｐｅ（０°））の比率との関係を示すグラフである。
【図２１Ａ】図６に示されたケース番号６に係るエネルギ吸収デバイスの筒状体に１８０°方向への荷重が入力された際に当該筒状体に生じる応力と変形を示す図である。
【図２１Ｂ】図６に示されたケース番号６に係るエネルギ吸収デバイスの筒状体に９０°方向への荷重が入力された際に当該筒状体に生じる応力と変形を示す図である。
【図２２Ａ】筒状体の１８０°方向への変形に対する耐力を評価するためのモデルを示す図である。
【図２２Ｂ】筒状体の９０°方向への変形に対する耐力を評価するためのモデルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１Ａ、図１Ｂ及び図２を用いて本発明の第１実施形態に係るエネルギ吸収デバイス及び免震構造について説明する。なお、本実施形態のエネルギ吸収デバイスを備えた建物の上下方向を矢印Ｖで示し、建物の水平方向を矢印Ｈで示す。
【００２６】
図２に示されるように、本実施形態のエネルギ吸収デバイス１０は、建物１２の免震構造に適用され、このエネルギ吸収デバイス１０は、建物１２に作用する地震等の外力に対してエネルギを吸収する。建物１２は、その基礎等を構成する下部構造物１４と、下部構造物１４に支持部としてのアイソレータ１６を介して支持された上部構造物１８（図２では１階床梁を例示）と、下部構造物１４と上部構造物１８との間に設けられたエネルギ吸収デバイス１０と、を含んで構成されている。
【００２７】
本実施形態のアイソレータ１６は、軸受鋼等を球状に形成した転がり支承であり、複数のアイソレータ１６が、上部構造物１８と下部構造物１４との間に水平方向Ｈに間隔をあけて配置されている。そして、複数の転がり支障（アイソレータ１６）が転動することで、上部構造物１８が下部構造物１４に対して水平方向Ｈに移動することが可能となっている。なお、アイソレータ１６は、すべり支承や積層ゴムなど、他の構成のアイソレータとしてもよい。
【００２８】
図１Ｂに示されるように、上部構造物１８及び下部構造物１４には、エネルギ吸収デバイス１０が取付けられる下側連結部材２０及び上側連結部材２２が固定されている。この下側連結部材２０と上側連結部材２２とは、エネルギ吸収デバイス１０を介して水平方向Ｈにつながれている。
【００２９】
ここで、図２に示されるように、本実施形態では、上部構造物１８から下方へ作用する荷重（建物自重や積載物による荷重）は、アイソレータ１６によって受け持たれる。これにより、上部構造物１８からエネルギ吸収デバイス１０へは、下方側への荷重は入力されないようになっていると共に、下部構造物１４からエネルギ吸収デバイス１０へは、上方側への荷重は入力されないようになっている。
【００３０】
そして、地震等による外力が建物１２に作用する際、上部構造物１８が下部構造物１４に対して水平方向Ｈに移動されることで、下側連結部材２０と上側連結部材２２との水平方向Ｈへの間隔が変化する。これにより、エネルギ吸収デバイス１０が変形することで、建物１２に入力される地震等のエネルギを吸収することが可能となっている。
【００３１】
次に、エネルギ吸収デバイス１０の詳細な構成について説明する。
【００３２】
図１Ａに示されるように、エネルギ吸収デバイス１０は、上方向（又は下方向）から見て環状に形成された筒状体２４と、筒状体２４において下側連結部材２０及び上側連結部材２２が接続される部分に沿って設けられた２つの変形規制部材２６と、を含んで構成されている。
【００３３】
筒状体２４は、厚みｔとされた鋼管材が所定の幅Ｂ（上下方向への寸法）に切断されると共に所定の形状に変形（加工）されることにより形成されている。この筒状体２４は、上方向（又は下方向）から見て略楕円形状に形成されていると共にその軸線方向が上下方向へ向けられた状態で使用される。なお、筒状体２４の長径方向への外法の寸法（直径）をＤＬとし、筒状体２４の短径方向への外法の寸法（直径）をＤＳとする。また、筒状体２４の長径方向を第１方向としての第１水平方向Ｈ１とし、当該第１水平方向Ｈ１と直交する方向でかつ筒状体２４の短径方向を第２方向としての第２水平方向Ｈ２とする。また、本実施形態の筒状部２４は、上方向（又は下方向）から見て、第１水平方向Ｈ１及び第２水平方向Ｈ２のそれぞれで対称な環状を成している。
【００３４】
筒状体２４における第２水平方向Ｈ２の一方側の部分は、下側連結部材２０がボルト２８及びナット３０を介して接続される第１接続部３２とされている。また、筒状体２４における第２水平方向Ｈ２の他方側の部分は、上側連結部材２２がボルト２８及びナット３０を介して接続されると共に第１接続部３２と第２水平方向Ｈ２に対向して配置された第２接続部３４とされている。そして、外力が建物１２（図２参照）に作用すると、下側連結部材２０と上側連結部材２２との水平方向Ｈへの間隔が変化する。すなわち、筒状体２４における第１接続部３２と第２接続部３４との相対位置が変化する。これにより、水平方向への荷重が筒状体２４に入力されて、当該筒状体２４が塑性変形されることで、建物１２に作用する地震等の力に対してエネルギが吸収される。
【００３５】
また、筒状体２４の内側には、当該筒状体２４の第１接続部３２及び第２接続部３４の変形を規制すると共に第１接続部３２及び第２接続部３４の両側部分の変形量を制限する２つの変形規制部材２６が設けられている。一方の変形規制部材２６は、下側連結部材２０を筒状体２４の第１接続部３２に接続するためのボルト２８及びナット３０を介して第１接続部３２に固定されている。他方の変形規制部材２６は、上側連結部材２２を筒状体２４の第２接続部３４に接続するためのボルト２８及びナット３０を介して第２接続部３４に固定されている。そして、第１接続部３２及び第２接続部３４が、変形規制部材２６と下側連結部材２０又は上側連結部材２２との間に挟み込まれることで、第１接続部３２及び第２接続部３４の曲げ変形が規制されている。また、変形規制部材２６においてボルト２８が挿入された部分の両側部分２６Ａは、筒状体２４と離間する方向へ緩やかに湾曲されていると共に筒状体２４と離間している。
【００３６】
ここで、地震等による荷重が建物１２（図２参照）に作用することで筒状体２４の第２接続部３４に入力される水平方向への荷重をＰとし、筒状体２４の第１接続部３２に対する第２接続部３４の水平方向への変位量をδとし、変位量δの増分に対する荷重Ｐの増分の比率を剛性Ｋとする。そして、本実施形態では、筒状体２４が塑性変形される過程において、剛性Ｋの値が増加に転じないように、変形される前の筒状体２４の形状及び寸法が設定されている。具体的には、本実施形態では、筒状体２４の第１接続部３２に対する第２接続部３４の水平方向への変位量δが、設計上想定される筒状体２４の変位量まで増加する過程において、剛性Ｋの値が増加に転じないように、変形される前の筒状体２４の形状及び寸法が設定されている。なお、設計上想定される筒状体２４の変位量とは、後述するように、変形される前の筒状体２４の第２水平方向Ｈ２への寸法の１／２となる変位量（０°方向への変位量（図５Ｂ参照））等であるが、設計上想定される筒状体２４の変位量は、建物１２に作用する地震等による荷重や加速度等を考量して適宜決定すればよい。また、筒状体２４の形状及び寸法は、エネルギ吸収デバイス１０の単体の試験や後述する解析を行うことにより決定すればよい。
【００３７】
（本実施形態の作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
【００３８】
図１Ａ〜図２に示されるように、以上説明したエネルギ吸収デバイス１０によれば、建物１２の上下方向Ｖへの荷重を負担しない状態で水平方向Ｈへの荷重が入力される。これにより、上下方向へのせん断やねじれが生じない状態で筒状体２４が塑性変形される。その結果、筒状体２４の塑性変形に要する荷重（エネルギ吸収荷重）を安定させることができる。
【００３９】
また、本実施形態では、筒状体２４の第１水平方向Ｈ１への寸法ＤＬが第２水平方向Ｈ２への寸法ＤＳよりも長く設定されていることにより、荷重入力方向によって、筒状体２４の塑性変形に要する荷重がバラつくことを抑制することができる。これにより、エネルギ吸収デバイス１０に入力された荷重に対してエネルギを安定して吸収することができる。
【００４０】
さらに、本実施形態では、筒状体２４の第１接続部３２に対する第２接続部３４の水平方向への変位量δが、設計上想定される変位量まで増加する過程において、剛性Ｋが増加に転じない。これにより、変位量δが設計上想定される変位量まで増加する過程において、第２接続部３４に入力される水平方向への荷重Ｐが急激に上昇することを抑制することができる。その結果、エネルギ吸収デバイス１０に入力された荷重に対してエネルギをより安定して吸収することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、筒状体２４の第１接続部３２及び第２接続部３４に沿って２つの変形規制部材２６が設けられている。これにより、筒状体２４が変形される際に、当該筒状体２４における荷重入力部位及び荷重受け部位である第１接続部３２及び第２接続部３４の変形が規制されると共に第１接続部３２及び第２接続部３４の両側部分の変形量が制限される。その結果、第１接続部３２及びその両側部分、並びに、第２接続部３４及びその両側部分の局所的なひずみや応力の上昇に起因する環状部２４の延性破壊、脆性破壊、疲労破壊等による損傷の発生を抑制することができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、筒状体２４を略楕円形状に形成した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図３Ａに示された第２実施形態に係るエネルギ吸収デバイス３６のように、筒状体２４における第２水平方向Ｈ２の一方側及び他方側の部分を互いに平行に延在させると共に、第１水平方向Ｈ１の一方側及び他方側の部分を所定の曲率半径で湾曲させることにより、上下方向から見て陸上のトラックのような形状の環状に形成してもよい。また、図３Ｂ及び図３Ｃに示された第３実施形態に係るエネルギ吸収デバイス４０及び第４実施形態に係るエネルギ吸収デバイス４２のように、筒状体２４は、複数の湾曲板材４４（上方向（又は下方向）から見てＵ字状に湾曲された板材）を組合せて環状に形成しても良い。一例として、第１接続部３２及び第２接続部３４において２つの湾曲板材４４の端部を重ね合わせて接合することで、筒状体２４を構成することもできる。なお、一方の湾曲板材４４と他方の湾曲板材４４とで寸法ＤＳが異なる場合は、大きい方の値で後述する扁平率Ｆｅ等を計算すればよい。さらに、図４に示された第５実施形態に係るエネルギ吸収デバイス３８のように、筒状体２４における第１水平方向Ｈ１の一方側及び他方側の部分及び第２水平方向Ｈ２の一方側及び他方側の部分を互いに平行に延在させることにより、上下方向から見て四隅が湾曲された矩形状の環状に形成してもよい。
【００４３】
（パラメータによる効果のＣＡＥ解析の説明）
次に、図５Ａ〜図２２Ｂを用いて、本実施形態のエネルギ吸収デバイス１０のエネルギ吸収荷重のパラメータによる効果のＣＡＥ解析による評価結果について説明する。
【００４４】
（解析条件及び各パラメータの定義）
先ず、解析条件及び各パラメータの定義について説明する。
図５Ａには、エネルギ吸収デバイス１０の筒状体２４の板厚中心（厚み中心）を基準として当該筒状体２４を厚肉シェル要素でモデル化した解析モデルが示されている。なお、当該筒状体２４の解析モデルにおいては、変形規制部材２６（図１参照）を省略している。
【００４５】
図５Ｂに示されるように、筒状体２４の解析モデルにおける第１接続部３２を固定点とし、第２接続部３４を載荷点として水平方向への荷重を加えた。なお、固定点とされた第１接続部３２及び載荷点とされた第２接続部３４の第１水平方向Ｈ１回りの回転、第２水平方向Ｈ２回りの回転、上下方向Ｖ（紙面直交方向）回りの回転は拘束されている。また、本解析においては、下側連結部材２０及び上側連結部材２２（図１参照）による第１接続部３２及び第２接続部３４は、それぞれ幅Ｂ（上下方向への寸法）にわたり一体的に固定及び変形するように変形拘束されている。さらに、第２接続部３４が、第２水平方向Ｈ２の他方側へ変位する方向を０°方向とし、第２水平方向Ｈ２の一方側へ変位する方向を１８０°方向とする。また、第２接続部３４が、第１水平方向Ｈ１の一方側へ変位する方向を９０°方向とし、第１水平方向Ｈ１の他方側へ変位する方向を２７０°方向とする。そして、本解析では、図６に示されたケース番号１〜ケース番号１９の寸法に設定された筒状体２４の第２接続部３４が、０°方向、４５°方向、９０°方向、１８０°方向、２２５°方向へ変位された際のエネルギ吸収荷重の特性を評価した。なお、ケース番号１及びケース番号１１の条件の筒状体２４の解析モデルは、本発明の比較例に係る解析モデルである。ケース番号２〜１０では、ケース番号１と同じ板厚ｔ（＝１２ｍｍ）および幅Ｂ（＝１５０ｍｍ）とし、周長一定の条件で、筒状体２４の第１方向の寸法ＤＬおよび第２方向の寸法ＤＳを変化させている。また、ケース番号１２〜１９では、ケース番号１１と同じ板厚ｔ（＝２２ｍｍ）および幅Ｂ（＝１５０ｍｍ）とし、周長一定の条件で、筒状体２４の第１方向の寸法ＤＬおよび第２方向の寸法ＤＳを変化させている。
【００４６】
ここで、図５Ａ及び図６に示されるように、筒状体２４の第１水平方向Ｈ１への半径をＲＬとし、筒状体２４の第２水平方向Ｈ２への半径をＲＳとする。そして、筒状体２４の外法の寸法から計算した筒状体２４の扁平率は、ＤＳ／ＤＬで計算され、この扁平率はＦｅで表されるものとする。
【００４７】
また、筒状体２４の板厚中心の長径方向への寸法（直径）をＤＬ−ｔとし、筒状体２４の板厚中心の短径方向への寸法（直径）をＤＳ−ｔとする。さらに、筒状体２４の板厚中心の長径方向への半径をＲＬ−ｔ／２とし、筒状体２４の板厚中心の短径方向への半径をＲＳ−ｔ／２とする。そして、筒状体２４の板厚中心の寸法から計算した筒状体２４の扁平率は、（ＤＳ−ｔ）／（ＤＬ−ｔ）で計算され、この扁平率はＦｍで表されるものとする。
さらに、筒状体２４の第２接続部３４が１８０°方向へ変位されることで筒状体２４が降伏した際に第２接続部３４に入力されている荷重を降伏荷重Ｐｃとし、筒状体２４の第２接続部３４が９０°方向へ変位されることで筒状体２４が降伏した際に第２接続部３４に入力されている荷重を降伏荷重Ｐｓとする。そして、降伏荷重Ｐｃと降伏荷重Ｐｓとの比を耐力比Ｐｃ／Ｐｓとする。
【００４８】
また、筒状体２４を形成する材料の降伏強度をσｙとし、この降伏強度σｙを４００ＭＰａとした。また、筒状体２４を形成する材料のヤング率を２０５ＧＰａ、ポアソン比を０．３とし、降伏後の応力ひずみ特性はマルチリニアで近似した。
【００４９】
図７には、筒状体２４の第２接続部３４に入力される荷重Ｐ（耐力）を縦軸にとり、筒状体２４の第２接続部３４の変位量δを横軸にとることによって得られる荷重−変位線図が例示されている。この荷重−変位線図に示されるように、筒状体２４の第２接続部３４の変位量δの増分に対する荷重Ｐの増分の比率が、剛性Ｋで表される。
また、荷重Ｐと変位量δとの関係が比例的な関係となる比例限度内における剛性Ｋを初期剛性Ｋ０とし、剛性Ｋが初期剛性Ｋ０の１／３となる際の荷重Ｐを降伏耐力Ｐｙ（図中の白抜きの三角印）とする。
また、変位量δが大きくなるにつれて（筒状体２４の変形が進むにつれて）低下した剛性Ｋが再び増加に転じる際の変位量をδｆ（図中の黒塗りの丸印）とする。なお、以下の説明において変位量δｆとなるポイントを「変曲点」ということがある。
【００５０】
図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、筒状体２４の第２接続部３４が１８０°方向へ変位することによって第１接続部３２に当接するまでの変位量δを筒状体２４の最大変位量δmaxとする。ここで、１８０°方向を除く他の方向（０°方向、４５°方向、９０°方向、２２５°方向）への変形についてはδ＝３００ｍｍまでのデータを示すが、これらの方向ではδ＝３００ｍｍまでの変形域において前述する第１接続部３２と第２接続部３４の当接は生じていない。
図７に示されるように、筒状体２４の第２接続部３４が１８０°方向へ（ＤＳ−ｔ）×１／２変位した（ＲＳ−ｔ／２変位した）際の荷重Ｐを１／２変形耐力Ｐｅ（図中の白抜きの丸印）とする。
【００５１】
（解析結果）
図８には、図６に示されたケース番号２の条件（耐力比Ｐｃ／Ｐｓ＝１．５９、扁平率Ｆｍ＝０．８０）の筒状体２４の第２接続部３４が水平方向の各方向（０°方向、４５°方向、９０°方向、１８０°方向、２２５°方向）へ変位された際の荷重−変位線図が示されている。また、図９には、図６に示されたケース番号６の条件（耐力比Ｐｃ／Ｐｓ＝０．８８、扁平率Ｆｍ＝０．４４）の筒状体２４の第２接続部３４が水平方向の各方向（０°方向、４５°方向、９０°方向、１８０°方向、２２５°方向）へ変位された際の荷重−変位線図が示されている。これらの図に示されるように、いずれのケースにおいても、第２接続部３４が１８０°方向へ変位された際の荷重−変位線図は、降伏耐力Ｐｙ（図７参照）に到達してからの変形進展に伴う耐力変動は小さく、安定したエネルギ吸収性能を発揮していることがわかる。
【００５２】
図８に示されるように、ケース番号２の条件（耐力比Ｐｃ／Ｐｓ＝１．５９、扁平率Ｆｍ＝０．８０）の筒状体２４では、第２接続部３４が、０°方向へ変位されると、第２接続部３４の変位量δがＲＳ−ｔ／２以下の領域において、剛性Ｋが再び増加に転じる（剛性Ｋが再び増加に転じる際の変位量δｆに至る）ことがわかる。詳述すると、ケース番号２の条件の筒状体２４では、図１０Ａに示されるように、第２接続部３４の変位量δがＲＳ−ｔ／２以下の領域において０°方向へ増加する過程において、筒状体２４の第１水平方向Ｈ１の一方側及び他方側の部分に第２水平方向Ｈ２への張力Ｔ（筒状体２４の周に沿って面内方向に発生する力）が作用する。これにより、筒状体２４の変形抵抗が増大し（剛性Ｋが再び増加に転じ）、第２接続部３４を０°方向へ変位させるための荷重Ｐ（エネルギ吸収荷重）が急激に上昇する。また、図８に示されるように、ケース番号２の条件の筒状体２４では、第２接続部３４を９０°方向へ変位させるための荷重Ｐ（エネルギ吸収荷重）が、第２接続部３４を０°方向、４５°方向、１８０°方向及び２２５°方向へ変位させるための荷重Ｐに比べて低い。なお、図１０Ａ及び後述する図１０Ｂ、図２１Ａ、図２１Ｂにおいて実線で描かれた２つの楕円は、変形される前の筒状体２４の上縁及び下縁である。
【００５３】
これに対して、図９に示されるように、ケース番号６の条件（耐力比Ｐｃ／Ｐｓ＝０．８８、扁平率Ｆｍ＝０．４４）の筒状体２４では、第２接続部３４の変位量δがＲＳ−ｔ／２以下の領域において、当該第２接続部３４を各々の方向へ変位させるための荷重Ｐ（エネルギ吸収荷重）のバラつきが、ケース番号２の条件の筒状体２４に比べて小さいことがわかる。詳述すると、ケース番号６の条件の筒状体２４では、図１０Ｂに示されるように、第１水平方向Ｈ１の一方側及び他方側の部分に第２水平方向Ｈ２への張力が作用しない（或いはきわめて小さい）。これにより、ケース番号６の条件の筒状体２４では、第２接続部３４の変位量δがＲＳ−ｔ／２以下の領域において、０°方向、４５°方向、９０°方向、１８０°方向及び２２５°方向のいずれの方向においても剛性Ｋが再び増加に転じない（剛性Ｋが再び増加に転じる際の変位量δｆに至らない）。その結果、第２接続部３４をいずれの方向に変位させた場合においても安定したエネルギ吸収荷重を得ることができる。
【００５４】
一方、図１１に示されるように、ケース番号９の条件（耐力比Ｐｃ／Ｐｓ＝０．５８、扁平率Ｆｍ＝０．２９）の筒状体２４では、第２接続部３４を９０°方向及び２２５°方向へ変位させるための荷重Ｐ（エネルギ吸収荷重）が、第２接続部３４を０°方向、４５°方向及び１８０°方向へ変位させるための荷重Ｐに比べて高い。
【００５５】
（耐力比Ｐｃ／Ｐｓがエネルギ吸収荷重に与える影響）
以上説明したケース番号２、６、９と同様の解析をケース番号１、３〜５、７、８、１０について行った。そして、これらの解析結果において耐力比Ｐｃ／Ｐｓに着目すると、耐力比Ｐｃ／Ｐｓが所定の値よりも高い場合や低い場合に第２接続部３４を各々の方向へ変位させるための荷重Ｐ（エネルギ吸収荷重）のバラつきが大きくなることがわかった。
【００５６】
図１２には、ケース番号１〜ケース番号１０を対象に、後述する降伏荷重Ｐｃ及び降伏荷重Ｐｓの計算値に基づく耐力比Ｐｃ／Ｐｓを横軸にとり、筒状体２４の第２接続部３４を１８０°方向へ変位させた際の降伏耐力Ｐｙに対する他の方向（０°方向、４５°方向、９０°方向、２２５°方向）へ変位させた際の降伏耐力Ｐｙの比率を縦軸にプロットすることによって、耐力比Ｐｃ／Ｐｓに対する降伏耐力Ｐｙの上昇の程度を示したグラフが示されている。また、図１３には、ケース番号１〜ケース番号１０を対象に、耐力比Ｐｃ／Ｐｓを横軸にとり、筒状体２４の第２接続部３４を１８０°方向へ変位させた際の１／２変形耐力Ｐｅに対する他の方向（０°方向、４５°方向、９０°方向、２２５°方向）へ変位させた際の１／２変形耐力Ｐｅの比率を縦軸にプロットすることによって、耐力比Ｐｃ／Ｐｓに対する１／２変形耐力Ｐｅの上昇の程度を示したグラフが示されている。これらの図に示されるように、耐力比Ｐｃ／Ｐｓの値を０．６６以上でかつ１．１８以下の範囲内に設定することで、第２接続部３４を各々の方向へ変位させるための荷重Ｐ（エネルギ吸収荷重）のバラつきを小さくできることがわかった。すなわち、Ｐｃ／Ｐｓの値を０．６６以上でかつ１．１８以下の範囲内に設定することで、筒状体２４の第２接続部３４を１８０°方向へ変位させた際の降伏耐力Ｐｙ及び１／２変形耐力Ｐｅに対する他の方向（０°方向、４５°方向、９０°方向、２２５°方向）へ変位させた際の降伏耐力Ｐｙ及び１／２変形耐力Ｐｅのバラつきが５０％程度に抑えられることがわかった。このように、降伏耐力Ｐｙ及び１／２変形耐力Ｐｅのバラつきを抑制することで、エネルギ吸収デバイスのエネルギ吸収性能を安定させるとともに、エネルギ吸収デバイスの構成部品（接続部、連結部材、ボルト等の接合）や周囲の構造（下部構造物、上部構造物）への負担を軽減することができる。
【００５７】
また、図１４及び図１５には、ケース番号１〜ケース番号１０に対して筒状体２４の板厚ｔが変更されたケース番号１１〜ケース番号１９に係る図１２及び図１３にそれぞれ対応するグラフが示されている。これらの図に示されるように、板厚ｔに関わらず、耐力比Ｐｃ／Ｐｓの値を０．６６以上でかつ１．１８以下の範囲内に設定することで、第２接続部３４を各々の方向へ変位させるための荷重Ｐ（エネルギ吸収荷重）のバラつきを小さくすることができることがわかった。
【００５８】
（扁平率Ｆｍがエネルギ吸収荷重に与える影響）
また、ケース番号１〜ケース番号１０の解析結果において扁平率Ｆｍに着目すると、扁平率Ｆｍが所定の値よりも高い場合や低い場合に第２接続部３４を各々の方向へ変位させるための荷重Ｐ（エネルギ吸収荷重）のバラつきが大きくなることがわかった。
【００５９】
図１６には、ケース番号１〜ケース番号１０を対象に、扁平率Ｆｍを横軸にとり、筒状体２４の第２接続部３４を１８０°方向へ変位させた際の降伏耐力Ｐｙに対する他の方向（０°方向、４５°方向、９０°方向、２２５°方向）へ変位させた際の降伏耐力Ｐｙの比率を縦軸にプロットすることによって、扁平率Ｆｍに対する降伏耐力Ｐｙの上昇の程度を示したグラフが示されている。また、図１７には、ケース番号１〜ケース番号１０を対象に、扁平率Ｆｍを横軸にとり、筒状体２４の第２接続部３４を１８０°方向へ変位させた際の１／２変形耐力Ｐｅに対する他の方向（０°方向、４５°方向、９０°方向、２２５°方向）へ変位させた際の１／２変形耐力Ｐｅの比率を縦軸にプロットすることによって、扁平率Ｆｍに対する降伏耐力１／２変形耐力Ｐｅの上昇の程度を示したグラフが示されている。これらの図に示されるように、扁平率Ｆｍの値を０．３３以上でかつ０．５９以下の範囲内に設定することで、第２接続部３４を各々の方向へ変位させるための荷重Ｐ（エネルギ吸収荷重）のバラつきを小さくすることができる（筒状体２４の第２接続部３４を１８０°方向へ変位させた際の降伏耐力Ｐｙ及び１／２変形耐力Ｐｅに対する他の方向（０°方向、４５°方向、９０°方向、２２５°方向）へ変位させた際の降伏耐力Ｐｙ及び１／２変形耐力Ｐｅのバラつきが５０％程度に抑えられる）ことがわかった。
【００６０】
また、図１８及び図１９には、ケース番号１〜ケース番号１０に対して筒状体２４の板厚ｔが変更されたケース番号１１〜ケース番号１９に係る図１６及び図１７にそれぞれ対応するグラフが示されている。これらの図に示されるように、板厚ｔに関わらず、扁平率Ｆｍの値を０．３３以上でかつ０．５９以下の範囲内に設定することで、第２接続部３４を各々の方向へ変位させるための荷重Ｐ（エネルギ吸収荷重）のバラつきを小さくすることができることがわかった。
【００６１】
（筒状体の短直径に対する変曲点の発現する変位）
さらに、ケース番号１〜ケース番号１９の解析結果において筒状体２４の板厚中心の短径方向への寸法（短直径）（ＤＳ−ｔ）に対する変曲点の発現する変位（δｆ）の比率に着目すると、当該比率が所定の値よりも高い場合に第２接続部３４を各々の方向へ変位させるための荷重Ｐ（エネルギ吸収荷重）のバラつきが小さくなることがわかった。
【００６２】
図２０には、ケース番号１〜ケース番号１９を対象に、筒状体２４の短直径（ＤＳ−ｔ）に対する変曲点の発現する変位（δｆ）の比率δｆ／（Ｄｓ−ｔ）を横軸に、筒状体２４を１８０°方向へ変位させた際の１／２変形耐力Ｐｅに対する筒状体２４を０°方向へ変位させた際の１／２変形耐力Ｐｅの比率Ｐｅ（０°）／Ｐｅ（１８０°）を縦軸にプロットし、変曲点が発現する変位と耐力上昇の関係が示されている。この図に示されるように、筒状体２４の寸法と板厚の関係に関わらず、δｆ／（Ｄｓ−ｔ）が０．２８より小さい領域では、Ｐｅ（１８０°）に対してＰｅ（０°）が大きく上昇している。これに対して、δｆ／（Ｄｓ−ｔ）が０．２８以上の領域では、Ｐｅ（１８０°）に対するＰｅ（０°）の上昇を抑制され、第２接続部３４を各々の方向へ変位させるための荷重Ｐ（エネルギ吸収荷重）のバラつきを小さくすることができる（筒状体２４の第２接続部３４を１８０°方向へ変位させた際の１／２変形耐力Ｐｅに対する他の方向（０°方向）へ変位させた際の１／２変形耐力Ｐｅのバラつきが５０％程度に抑えられる）ことがわかった。
【００６３】
（降伏荷重Ｐｃ及び降伏荷重Ｐｓの計算）
次に、前述の耐力比Ｐｃ／Ｐｓを決定する降伏荷重Ｐｃ及び降伏荷重Ｐｓの計算式について説明する。
【００６４】
図２１Ａには、筒状体２４の第２接続部３４が１８０°方向へ変位された際に筒状体２４の各部に生じる応力が示されている。ここで、図２１Ａに示された筒状体２４の応力分布に基づいて、図２２Ａに示された耐力評価モデルを仮定すると、筒状体２４への外部仕事と内部仕事は以下の式（３）及び式（４）で表される。
外部仕事＝Ｐｃ×Δ    式（３）
内部仕事＝８×Ｍｐ×θ×Ｂ    式（４）
【００６５】
ここで、Ｍｐは塑性ヒンジがなす単位幅当たりの塑性モーメントであり、Ｍｐ＝ｔ２×σｙ／４で与えられる。また、θは塑性ヒンジの回転角であり、θ＝Δ／（ＤＬ−ｔ）で与えられる。そして、外部仕事と内部仕事の釣合より、降伏荷重Ｐｃを与える以下の式（５）が求められる。
Ｐｃ＝２×ｔ２×Ｂ×σｙ／（ＤＬ−ｔ）    式（５）
【００６６】
図２１Ｂには、筒状体２４の第２接続部３４が９０°方向へ変位された際に筒状体２４の各部に生じる応力が示されている。ここで、前述の降伏荷重Ｐｃを与える式（５）を求めた場合と同様に、図２１Ｂに示された筒状体２４の応力分布に基づいて、図２２Ｂに示された耐力評価モデルを仮定すると、筒状体２４への外部仕事と内部仕事は以下の式（６）及び式（７）で表される。
外部仕事＝Ｐｓ×Δ  式（６）
内部仕事＝４×Ｍｐ×θ×Ｂ  式（７）
【００６７】
ここで、θは塑性ヒンジの回転角であり、θ＝Δ／（ＤＳ−ｔ）で与えられる。そして、外部仕事と内部仕事の釣合より、降伏荷重Ｐｓを与える以下の式（８）が求められる。
Ｐｓ＝ｔ２×Ｂ×σｙ／（ＤＳ−ｔ）  式（８）
【００６８】
以上説明した式（５）及び式（８）より導かれた以下の式（９）を用いて筒状体２４の寸法を設定することにより、所望の耐力比Ｐｃ／Ｐｓとされたエネルギ吸収デバイス１０を得ることができる。
Ｐｃ／Ｐｓ＝２（ＤＳ−ｔ）／（ＤＬ−ｔ）  式（９）
【００６９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００７０】
１０   エネルギ吸収デバイス
１６   アイソレータ（支持部）
２４   筒状体
３２   第１接続部
３４   第２接続部
３６   エネルギ吸収デバイス
３８   エネルギ吸収デバイス
Ｈ１  第１水平方向（第１方向）
Ｈ２  第２水平方向（第２方向）
【図１Ａ】
2018040479.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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