(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対変位する一方の構造部に連結され地震時のエネルギーを弾塑性変形して吸収する軸力部材を座屈拘束部材により補剛した第一の制振ダンパーと、
相対変位する他方の構造部に連結される筒状部材と筒状部材に相対変位可能に挿入されるロッド部材と前記筒状部材の内周面に固定され前記ロッド部材を挿通する孔を形成したリング状の弾性ゴムと、
前記筒状部材内周面に外周面が固定されたリング状の弾性ゴムの内周面に外周面が固定され、前記ロッド部材が挿通可能で、地震時の相対変位を弾性ゴムに伝達する中空パイプと、
前記筒状部材と前記ロッド部材の相対変位を前記弾性ゴムに伝達し前記弾性ゴムの弾性変形により吸収する第二の制振ダンパーと、
を備え、
前記第一の制振ダンパーと前記第二の制振ダンパーを直列に連結することを特徴とする構造物用複合制振ダンパー。
【請求項２】
前記第一の制振ダンパーと前記第二の制振ダンパーを一方の構造部と他方の構造部にクレビス継手で連結することを特徴とする請求項１に記載の構造物用複合制振ダンパー。
【請求項３】
前記第一の制振ダンパーの軸力部材の端部と前記第二の制振ダンパーのロッド部材の端部を連結することを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物用複合制振ダンパー。
【請求項４】
前記筒状部材を複数の単位筒状体で構成し、前記単位筒状体毎にその内周面にリング状の弾性ゴムの外周面を固定し、前記リング状の弾性ゴムの内周面に前記ロッド部材が挿通可能で、地震時の相対変位を弾性ゴムに伝達する中空パイプの外周面を固定し、前記複数の単位筒状体を一体に連結して筒状部材とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか1項に記載の構造物用複合制振ダンパ―。
【請求項５】
前記軸力部材をＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金で形成することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の構造物用複合制振ダンパー。
【請求項６】
第一の制振ダンパーの座屈拘束部材にピン孔と長孔を軸方向に所定間隔をおいて形成し、軸力部材に座屈拘束部材に形成したピン孔と長孔に係合するピンを固定することを特徴とする請求項１ないし5のいずれか１項に記載の構造物用制振ダンパー。
【請求項７】
第二の制振ダンパーの筒状部材の端部にストッパーを固定し、ロッド部材にストッパーと係止し弾性ゴムの弾性変形を拘束する係止リングを固定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の構造物用制振ダンパー。
【請求項８】
前記第一の制振ダンパーと前記第二の制振ダンパーとの間を軸方向及び軸方向以外の方向の変位を許容する脱落防止部材で連結することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の構造物用制振ダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物、橋梁等の構造物の制振装置として用いられる構造物用複合制振ダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
建築物、橋梁等の構造物用の制振ダンパーとして、減衰定数が大きな低降伏点鋼を用いた座屈拘束型の構造物用ダンパーが実用化されている。このような、構造物用制振ダンパーは、低降伏点鋼が弾塑性変形する際の履歴エネルギーが大きく減衰定数が大きいことを利用し、大きな地震動であっても揺れを低減することができ、構造物が破損する等の被害を免れることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−５７１１０号公報
【特許文献２】特開２０１５−４５３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、低降伏点鋼を用いた座屈断拘束型の構造物用制振ダンパーは、強風による振動や温度変化による変形ギーを吸収させるのには不向きであるという問題を有している。また、低降伏点鋼を用いた座屈拘束型の構造物用制振ダンパーにおいては、低降伏点鋼が地震時に作用する低サイクル疲労領域での耐久性に問題がある。さらに、低降伏点鋼を用いた座屈拘束型の構造物用制振ダンパーは、相対変位する２つの構造部間に配置されるが、構造物用制振ダンパーの軸方向以外の変位に対応するために、構造物用制振ダンパーを相対変位する構造部間に高価なユニバーサルジョイントで連結する必要があるという問題を有している。
【０００５】
本発明は、従来技術の持つ課題を解決する構造が簡単で強風による振動や温度変化による変位に対しても対応可能で、地震時の低サイクル疲労領域においても耐久性を有し、構造物用制振ダンパーの軸方向以外の変位に対してユニバーサルジョイントを用いることなく対応が可能な構造物用複合制振ダンパー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】
【０００６】
本発明の構造物用複合制振ダンパーは、前記課題を解決するために、相対変位する一方の構造部に連結され地震時のエネルギーを弾塑性変形して吸収する軸力部材を座屈拘束部材により補剛した第一の制振ダンパーと、相対変位する他方の構造部に連結される筒状部材と筒状部材に相対変位可能に挿入されるロッド部材と前記筒状部材の内周面に固定され前記ロッド部材を挿通する孔を形成したリング状の弾性ゴムと、前記筒状部材内周面に外周面が固定されたリング状の弾性ゴムの内周面に外周面が固定され、前記ロッド部材が挿通可能で、地震時の相対変位を弾性ゴムに伝達する中空パイプと、前記筒状部材と前記ロッド部材の相対変位を前記弾性ゴムに伝達し前記弾性ゴムの弾性変形により吸収する第二の制振ダンパーと、を備え、前記第一の制振ダンパーと前記第二の制振ダンパーを直列に連結することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の構造物用複合制振ダンパーは、前記第一の制振ダンパーと前記第二の制振ダンパーを一方の構造部と他方の構造部にクレビス継手で連結することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の構造物用複合制振ダンパーは、前記第一の制振ダンパーの軸力部材の端部と前記第二の制振ダンパーのロッド部材の端部を連結することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の構造物用複合制振ダンパーは、前記筒状部材を複数の単位筒状体で構成し、前記単位筒状体毎にその内周面にリング状の弾性ゴムの外周面を固定し、前記リング状の弾性ゴムの内周面に前記ロッド部材が挿通可能で、地震時の相対変位を弾性ゴムに伝達する中空パイプの外周面を固定し、前記複数の単位筒状体を一体に連結して筒状部材とすることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の構造物用複合制振ダンパーは、前記軸力部材をＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金で形成することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の構造物用複合制振ダンパーは、  第一の制振ダンパーの座屈拘束部材にピン孔と長孔を軸方向に所定間隔をおいて形成し、軸力部材に座屈拘束部材に形成したピン孔と長孔に係合するピンを固定することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の構造物用複合制振ダンパーは、第二の制振ダンパーの筒状部材の端部にストッパーを固定し、ロッド部材にストッパーと係止し弾性ゴムの弾性変形を拘束する係止リングを固定することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の構造物用複合制振ダンパーは、前記第一の制振ダンパーと前記第二の制振ダンパーとの間を軸方向及び軸方向以外の方向の変位を許容する脱落防止部材で連結することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
相対変位する一方の構造部に連結され地震時のエネルギーを弾塑性変形して吸収する軸力部材を座屈拘束部材により補剛した第一の制振ダンパーと、相対変位する他方の構造部に連結される筒状部材と筒状部材に相対変位可能に挿入されるロッド部材と前記筒状部材の内周面に固定され前記ロッド部材を挿通する孔を形成したリング状の弾性ゴムと、前記筒状部材内周面に外周面が固定されたリング状の弾性ゴムの内周面に外周面が固定され、前記ロッド部材が挿通可能で、地震時の相対変位を弾性ゴムに伝達する中空パイプと、前記筒状部材と前記ロッド部材の相対変位を前記弾性ゴムに伝達し前記弾性ゴムの弾性変形により吸収する第二の制振ダンパーと、を備え、前記第一の制振ダンパーと前記第二の制振ダンパーを直列に連結することで、強風による振動や温度変化による変形程度の振動エネルギーに対しては、第二の制振ダンパーの弾性ゴムの弾性変形により吸収し、地震時に繰り返される大きな変位に対しては第一の制振ダンパーの軸力部材が弾塑性変形して吸収する耐久性のある構造物用複合制振ダンパーとすることが可能となり、ロッド部材の筒状部材に対する相対移動が確保され、確実に地震時の相対変位を地震エネルギー吸収材に伝達することが可能となる。
第一の制振ダンパーと第二の制振ダンパーを一方の構造部と他方の構造部にクレビス継手で連結することで、軸方向以外の変位に対して第二の制振ダンパーの弾性ゴムが弾性変形して吸収することが可能なので、高価なユニバーサルジョイントを用いなくても対応が可能となる。
第一の制振ダンパーの軸力部材の端部と第二の制振ダンパーのロッド部材の端部を連結することで、第二のダンパーの筒状部材の変位に対して軸力部材とロッド部材が直線的に相対変位することが可能となる。
筒状部材を複数の単位筒状体で構成し、前記単位筒状体毎にその内周面にリング状の弾性ゴムの外周面を固定し、前記リング状の弾性ゴムの内周面に前記ロッド部材が挿通可能で、地震時の相対変位を弾性ゴムに伝達する中空パイプの外周面を固定し、前記複数の単位筒状体を一体に連結して筒状部材とすることで、長さの短い単位筒状体を専用金型で製作することができ安価で品質のばらつきの少ないダンパーを製造することが可能となる。
また、短い単位筒状体への弾性ゴムの配置が長い筒状部材に比較し極めて容易とすることが可能となる。弾性ゴムを配置した単位筒状体がユニット化されているので必要に応じたバリエーションのダンパーを安価に且つ容易に製作することが可能となる。
軸力部材をＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金で形成することで、低温特性に優れ、地震エネルギー減衰効率が高く、且つ、大地震時に軸力部材に作用する低サイクル疲労領域で耐久性を有するダンパーとすることが可能となる。
第一の制振ダンパーの座屈拘束部材にピン孔と長孔を軸方向に所定間隔をおいて形成し、軸力部材に座屈拘束部材に形成したピン孔と長孔に係合するピンを固定することで、軸力部材と座屈拘束部材間の所定範囲の変位を許容し、大きな変位による軸力部材破断後は、変位をピンを介して座屈拘束部材に伝達可能とし第一の制振ダンパーの脱落を防止することが可能となる。
第二の制振ダンパーの筒状部材の端部にストッパーを固定し、ロッド部材にストッパーと係止し弾性ゴムの弾性変形を拘束する係止リングを固定することで、大きな変位による弾性ゴムの破断を防止することが可能となる。
第一の制振ダンパーと第二の制振ダンパーとの間を軸方向及び軸方向以外の方向の変位を許容する脱落防止部材で連結することで、地震時の極めて大きな応力の付加により軸力部材又は弾性ゴムが破断した場合でも第一の制振ダンパーと第二の制振ダンパーの脱落を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の実施形態を示す図である。
【図４】（ａ）（ｂ）本発明の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の実施形態を示す図である。
【図６】本発明の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の実施形態を示す図である。
【図９】本発明の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の構造物用複合制振ダンパーの実施の形態を図により説明する。図１は、本発明の構造物用複合制振ダンパーの概略図で、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【００１８】
本発明の構造物用複合制振ダンパー１は、相対変位する一方の構造部に連結される第一の制振ダンパー２と他方の構造部に連結される第二の制振ダンパー３を直列に連結して構成される。
【００１９】
第一の制振ダンパー２は、軸力部材４が座屈拘束部材５内に配置され、地震時に軸方向の力が作用すると軸力部材４が弾塑性変形して地震エネルギーを吸収する座屈拘束型の構造物用制振ダンパーである。
【００２０】
通常、軸力部材４の弾塑性変形により地震エネルギーを吸収するタイプのダンパーにおいては、軸力部材４を低降伏点鋼で形成していた。しかし、低降伏点鋼は地震時に作用する低サイクル疲労領域での耐久性に問題がある。
【００２１】
そこで、本発明の構造物用複合制振ダンパー１の座屈拘束型制振ダンパーである第一の制振ダンパー２の軸力部材４をＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金で形成する。Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金は、形状記憶合金であり、地震エネルギー減衰効率が高く、且つ、大地震時に軸力部材４に作用する低サイクル疲労領域で耐久性を有するため、低降伏点鋼を用いた座屈拘束型制振ダンパーより優れている。
【００２２】
図２に示される実施形態では、軸力部材４を断面十字状、座屈拘束部材５を断面矩形中空状で示しているが、軸力部材４の断面形状はどのような形状であっても良い。また、座屈拘束部材５の断面形状もどのような形状であっても良い。
【００２３】
第一の制振ダンパー２の一方の端部には、相対変位する一方の構造部に連結するための第一制振ダンパー用継手６が固定される。第一制振ダンパー用継手６は、通常のクレビス継手を用いる。第一の制振ダンパー２の他方の端部には、第二の制振ダンパー３を直列に連結するための連結部材７が固定される。連結部材７には雌ねじ孔が形成される。第一の制振ダンパー２と第二の制振ダンパー３の連結方式は他の連結方式を用いても良い。
【００２４】
第一の制振ダンパー２に直列に連結される第二の制振ダンパー３は、相対変位する他方の構造部に連結するための第二制振ダンパー用継手８を一方の端部に固定した筒状部材９を有する。筒状部材９内には、ロッド部材１２を挿通可能な中空パイプ１１が配置され、筒状部材５の内壁と中空パイプ１１の外周との間にリング状の弾性ゴム１０が加硫成形により筒状部材９の内壁と中空パイプ１１の外周に一体に固定される。リング状の弾性ゴム１０の第二制振ダンパー用継手８側には一定の空間を設ける。
【００２５】
中空パイプ１１には、両端に雄ねじ部１２ａ，１２ｂを形成したロッド部材１２が、その両端の雄ねじ部１２ａ、１２ｂが中空パイプ１１の外側に突き出すように挿通される。ロッド部材１２の中空パイプ１１から突き出した雄ねじ部１２ａ、１２ｂには、雌ねじ孔１３ａ、１４ａを有する変位伝達リング１３、１４が螺着される。変位伝達リング１３、１４は、中空パイプ１１の両端面に密着するように螺着される。
【００２６】
ロッド部材１２端部の雄ねじ部１２ｂが第一の制振ダンパー2の端部に固定された連結部材７に形成した雌ねじ孔に螺着される。このようにして、第一の制振ダンパー２と第二の制振ダンパー３が直列に連結される。図に示される実施形態で筒状部材９は断面円形であるが、筒状部材９の断面形状を多角形としても良い。
【００２７】
相対変位する一方の構造部に第一の制振ダンパー２の端部に固定した第一制振ダンパー用継手６をピン連結し、他方の構造部に第二の制振ダンパー3の端部に固定した第二制振ダンパー用継手８をピン連結する。第一制振ダンパー用継手６と第二制振ダンパー用継手８は通常のクレビス継ぎ手とする。相対変位する構造部間に配置される制振ダンパーは、軸方向以外の応力に対応するためにユニバーサルジョイントで連結するが、本発明の構造物用複合制振ダンパーにおいては、第二の制振ダンパー３の弾性ゴム１０が、軸方向以外の応力を弾性変形して吸収するので高価なユニバーサルジョイントを用いることなく、安価なクレビス継手で対応することが可能となる。
【００２８】
図１に示すように、第一の制振ダンパー２の座屈拘束部材５の外周と第二の制振ダンパー３の筒状部材９の外周に脱落防止部材取付部材１６、１６を固定し、脱落防止部材取付部材１６、１６間を脱落防止部材１７で連結する。脱落防止部材１７は、軸方向の変位を許容する一定の遊びを設けて連結される。さらに、脱落防止部材１７を一定の柔軟性を有するワイヤロープ等で形成することにより軸方向以外の方向の変位も許容する。脱落防止部材１７は、構造物用複合制振ダンパー１に地震時極めて大きな応力が付加され、軸力部材４又は弾性ゴム１０が破断した場合でも第一の制振ダンパーと第二の制振ダンパーの脱落を防止する。
【００２９】
このように構成された構造物用複合制振ダンパー１の作用について説明する。強風による振動や温度変化による変形等は、第二の制振ダンパー３の弾性ゴム１０が弾性変形して対応する。地震時の大きな変位の繰り返しに対しては、第一の制振ダンパー２の軸力部材４の弾塑性変形により減衰する。軸力部材４が、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金で形成されており、低温特性に優れ、地震エネルギー減衰効率が高く、且つ、大地震時に作用する低サイクル疲労領域で耐久性を有する複合制振ダンパーとすることが可能となる。
【００３０】
図４（ａ）（ｂ）、図５は、第二の制振ダンパー３の他の実施形態を示す図である。この実施形態では、筒状部材９を複数の単位筒状体９ａに分割して構成し、単位筒状体９ａ毎にリング状の弾性ゴム１０とロッド部材１２が挿通可能な中空パイプ１２を配置し、弾性ゴムと単位筒状体９ａと弾性ゴム１０及び中空パイプ１１を加硫成形により一体化する。長さの短い単位筒状体９ａを専用金型で製作することができ安価で品質のばらつきの少ないダンパーを製造することが可能となる。また、短い単位筒状体９ａへの弾性ゴム１０の配置が長い筒状部材９に比較し極めて容易とすることが可能となる。弾性ゴム１０を配置した単位筒状体９ａがユニット化されているので必要に応じたバリエーションのダンパーを安価に且つ容易に製作することが可能となる。
【００３１】
複数の単位筒状体９ａを連結リング１５で連結し、中空パイプ１１にロッド部材１２を挿通し、ロッド部材１２の両端の雄ねじ部１２ａ、１２ｂに変位伝達リング１３、１４を中空パイプ１２の端面に密着するように螺着する。
【００３２】
図６、図７、図８、図９は、構造物用複合制振ダンパーの他の実施形態を示す図である。図６は、セット時の状態を示す図である。
【００３３】
第一の制振ダンパー２の座屈拘束部材５にピン孔５ａと長孔５ｂを軸方向に所定間隔をおいて形成する。軸力部材４に座屈拘束部材５に形成したピン孔５ａと長孔５ｂに係合するピン４ａとピン４ｂを固定し、軸力部材４ト座屈拘束部材５との一定範囲の相対変位を確保する。
【００３４】
第二の制振ダンパー３の筒状部材９の端部にロッド部材１２を挿通する孔を形成したストッパー９ａを固定する。ロッド部材１２に係止リング１２ｃを固定する。係止リング１２ｃとストッパー９ａの係止により弾性ゴム１０の所定以上の変形を拘束し、弾性ゴム１０の破断を防止する。
【００３５】
図６は、セット時の状態を示す図で、軸力部材４に固定したピン４ｂは、座屈拘束部材５に形成した長孔５ｂの中間位置に位置する。図７に示すように常時の温度変化、クリープ等による変位に対しては、弾性ゴム１０の弾性変形で吸収し、軸力部材４は変形しない。
【００３６】
図８は、地震時の状態を示す図である。地震時、第二の制振ダンパー３の弾性ゴム１０の弾性変形により地震エネルギーを吸収する。また、第一の制振ダンパー２の軸力部材４が塑性変形して地震エネルギーを吸収する。
【００３７】
図８は、地震時に大きな変位により第一の制振ダンパー２の軸力部材４が破断した状態を示す。軸力部材４が破断した状態で軸力部材４の軸方向に間隔をおいて固定したピン４ａ、４ｂが、座屈拘束部材５に形成したピン孔５ａと長孔５ｂに係合し、地震時の変位はピン４ａ、４ｂを介して座屈拘束部材５に伝達され、第一の制振ダンパー２の脱落を防止する。
【００３８】
地震時の大きな変位に対して、第二の制振ダンパー３のロッド部材１２に固定した係止リング１２ｃが、筒状部材９の端部に固定したストッパー９ａに係止し、弾性ゴム１０が破断するような変位を拘束する。
【００３９】
以上のように、本発明の構造物用複合制振ダンパーによれば、強風による振動や温度変化による変形等に対しては、第二の制振ダンパーの弾性ゴムの弾性変形により吸収し、地震時に繰り返される大きな変位に対しては第一の制振ダンパーの軸力部材が弾塑性変形して吸収する耐久性のある構造物用複合制振ダンパーとすることが可能となり、軸方向以外の変位に対して弾性ゴムが弾性変形して吸収するので高価なユニバーサルジョイントを用いなくても対応が可能となり、軸力部材をＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金で形成することで、低温特性に優れ、地震エネルギー減衰効率が高く、且つ、大地震時に軸力部材に作用する低サイクル疲労領域で耐久性を有するダンパーとすることが可能となる。
【符号の説明】
【００４０】
１：構造物用複合制振ダンパー、２：第一の制振ダンパー、３：第二の制振ダンパー、４：軸力部材、４ａ、４ｂ：ピン、５：座屈拘束部材、５ａ：ピン孔、５ｂ：長孔、６：第一制振ダンパー用継手、７：連結部材、８：第二制振ダンパー用継手、９：筒状部材、９ａ：ストッパー、１０：弾性ゴム、１１：中空パイプ、１２：ロッド部材、１２ａ，１２ｂ：雄ねじ部、１２ｃ：係止リング、１３：変位伝達リング、１４：変位伝達リング、１５：連結リング、１６：脱落防止部材取付部材、１７：脱落防止部材
【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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