(57)【要約】【課題】振動数依存性の無い、振幅依存性のある減衰を構造物に付加でき、且つ既存の塑性ダンパー等の弾塑性材料に安定した減衰性能を付加し、構造物に変位依存性減衰を与える方法を提供する。【解決手段】構造物における相対変位が期待できる部材間に、降伏変位の異なる複数の弾塑性部材を組み合わせて配置することで構造物に変位依存性減衰を与える方法であって、（１）　　構造物頂部の変位と変位に対応する減衰定数を設定する（ステップ１）　、（２）　　１次モードにおける各層の相関変位を計算する（ステップ２）、（３）　　各弾塑性部材の剛性を計算する（ステップ３）、（４）　　定常加振後の自由振動による減衰定数の計算（ステップ４）（５）　　設定減衰定数との比較・評価（ステップ５）、（６）　　弾塑性部材の決定を行う（ステップ６）というアルゴリズムにより使用する弾塑性部材の組み合わせを決定することにより、振動数依存性の無い、振幅依存性のある減衰を与えることができる。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物における相対変位が期待できる部材間に、降伏変位の異なる複数の弾塑性部材を組み合わせて配置することで構造物に変位依存性減衰を与える方法であって、
（１）構造物頂部の変位と変位に対応する減衰定数を設定する（ステップ１）、
（２）１次モードにおける各層の相関変位を計算する（ステップ２）、
（３）各弾塑性部材の剛性を計算する（ステップ３）、
（４）定常加振後の自由振動による減衰定数の計算（ステップ４）、
（５）設定減衰定数との比較・評価（ステップ５）、
（６）弾塑性部材の決定を行なう（ステップ６）、
というアルゴリズムにより使用する弾塑性部材の組み合わせを決定することを特徴とする構造物に変位依存性減衰を与える方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築、土木、機械の分野における構造物の振動減衰に関するもので、特に部材間で相対変位が期待できる構造物に変位依存性減衰を与える方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超高層ビルをはじめとして橋梁、タワーパーキング等の建築構造物、土木構造物などの構造物には、個々の構造物に固有の振動数がある。例えば超高層ビルでは地震による地盤の揺れが止まった後でも、建物は固有の周期で振動し、構造物の減衰効果によって振動エネルギーが吸収され、振動は次第に小さくなってゆく。
【０００３】
このときに振動する建物の振動エネルギーを吸収する割合を示す値を減衰定数とすることができる。
【０００４】
また、実地に用いられている構造物の免震装置は、構造物に入ってきた地震エネルギーを免震装置などの減衰を高める装置で吸収し、構造物に伝達されるエネルギーを抑制するものである。これは地震時の構造物の応答が、減衰が大きいほど小さくなるという原理を利用したものである。
このように減衰を高める装置を一般にダンパーと呼んでいる。振動に対するチューンド　マス　ダンパー，車両などで衝撃吸収作用に用いられているオイルダンパー、粘性体の抵抗による粘性ダンパー、鋼材や鉄材などの塑性ダンパー、摩擦抵抗による摩擦ダンパーなど各種のものが提供されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような各種の減衰を高める装置を用いた減衰付加方法において、チューンド　マス　ダンパーを用いる方法は設置規模に対して地震力に対する制御力が小さく、粘性ダンパーを用いる方法は地震力に対する制御力が小さい、更に、オイルダンパーを用いる方法は筋違い形式のみ適用可能で振動数依存性があり、塑性ダンパー及び摩擦ダンパーを用いる方法は地震力に対して有効であるが変形が大きくなると効果が低くなる等の欠点を有している。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、振動数依存性の無い、振幅依存性のある減衰を構造物に付加でき、かつ既存の塑性ダンパー等の弾塑性材料に安定した減衰性能を付加し、構造物に変位依存性減衰を与える方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決摺るため本発明は、構造物における相対変位が期待できる部材間に、降伏変位の異なる複数の弾塑性部材を組み合わせて配置することで構造物に変位依存性減衰を与える方法であって、
（１）構造物頂部の変位と変位に対応する減衰定数を設定する（ステップ１）、
（２）１次モードにおける各層の相関変位を計算する（ステップ２）、
（３）各弾塑性部材の剛性を計算する（ステップ３）、
（４）定常加振後の自由振動による減衰定数の計算（ステップ４）、
（５）設定減衰定数との比較・評価（ステップ５）、
（６）弾塑性部材の決定を行なう（ステップ６）
というアルゴリズムにより使用する弾塑性部材の組み合わせを決定することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、構造物１にそれぞれ異なる降伏変位を有する３つの弾塑性部材２を組み合わせた状態を示すものであり、この状態で構造物１に加わる振動数依存性のない、つまり、振幅依存性のある減衰を付加するものである。
【００１０】
つまり、図１に示すように組み合わせた各弾塑性部材２は、図２に示すように多層剛性と平行して完全弾塑性型の特性を持つことから３つの弾塑性部材は各層で同じ特性を持ち、降伏変位（ｄ１〜ｄ３）が与えられている。
【００１１】
そして、各弾塑性部材の剛性（ｋ１〜ｋ３）は以下の仮定の下に計算される。
仮定：
・構造物（一例として建物）は１次モードで振動する。
・減衰定数（ｈ１）は、建物頂部での変位振幅（Ｘ１）により与えられる。
・各層の減衰バネの特性（ｋ１，ｄ１）は全て同じであり、降伏変位
（ｄ）が与えられる。
・減衰バネの消費エネルギーΔＷ１は１サイクルで計算するが、計算の便
宜上最大ポテンシャルエネルギーＷｅ１は瞬間剛性から計算する。
【００１２】
次に構造物に変位依存性減衰を与えるために降伏変位の異なる複数の弾塑材の組み合わせを決定するためのアルゴリズムについて説明する。
【００１３】
図３は複数の弾塑性部材をけっていするためのアルゴリズを示すものであり、まず、ステップ１（ＳＴ１）において構造物頂部での変位振幅（Ｘ１）とＸ１に対応する減衰定数（ｈ１）を、付加する弾塑性部材の種類総数（Ｎ）だけ設定する（Ｉ＝１〜Ｎ）。
【００１４】
次に、ステッブ２（ＳＴ２）において、構造物が１次モードで運動しているとして各層の相関変位（δ１）を計算する（ｉ＝１〜ｎ）。各層の相関変位（δ１）を計算してから、ＳＴ３（ステップ３）において、弾塑性部材の剛性（ｋｊ）は、設定した振幅における弾塑性部材の１サイクルあたりの消費エネルギーΔＷ１と最大ポテンシャルエネルギーＷｅ１およびその時の減衰定数（ｈ１）間の関係より計算する。
【００１５】
そして、ステップ４（ＳＴ４）において、定常加振後の自由振動に減衰定数（ｈ１）の計算を行なう。この減衰定数（ｈ１）の計算を行なってから、この計算値を設定減衰定数と比較・評価し（ステップ５（ＳＴ５））、この設定減衰定数と合致するものを必要な剛性を有する弾塑性部材と決定する（ステップ６（ＳＴ６））。
【００１６】
尚、ステップ６（ＳＴ６）において設定減衰定数と合致しないものはステップ１（ＳＴ１）に戻り、計算し直す。
【００１７】
尚、前記ステップ３（ＳＴ３）において
ｋｉ：層剛性（既知）、　　　　ｋｊ：弾塑性部材の剛性
δｉ：相関変位，　ｄｊ：弾塑性部材の降伏変位（最初に設定する）
ｆ（ｘ）＝１（ｘ≦０），０（ｘ＞０）
である。
【００１８】
以下に上記計算方法を用いた計算事例を示す。
【００１９】
多質点系における提案減衰モデルの特性を考察するため、図４に示された特性を持つ１０質点系の自由振動を計算した。結果は図５、図６示す。図中●印は目標とした減衰定数である。１０質点系においても減衰の振幅依存性が見られる。また、目標とした減衰定数をほぼ満足していることが分かる。なお、変位振幅が５ｃｍ以下の場合は無減衰としているので、振動は収束していない。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は構造物の部材間に降伏変位の異なる既存の複数の弾塑性部材を選択して組み合わせることにより、振動数依存性の無い、振幅依存性のある減衰を与えることができるので、簡単な方法で構造物に減衰を与えることができるという効果がある、
【００２１】
また、既存の弾塑性部材を用いて安定した減衰性能を与えることができるので、新規構造物の他、既存構造物にも減衰性能が付加できるという効果がある。
さらに弾塑性部材の剛性は、本発明の方法により、簡便に決定できるので既存の弾塑性材料を利用して構造物に減衰を与えることができ、その結果廉価に多数作成でき、メンテナンスも殆ど必要がないという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における、構造物に弾塑性部材を組み合わせた説明図である。
【図２】本発明の実施の形態における、複数の弾塑性部材が付加された層剛性を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における、構造物に変位依存性減衰を与えるために降伏変位の異なる複数の弾塑材の組み合わせを決定するためのアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態における、弾塑性部材の剛性の計算方法を用いた計算事例の説明である。
【図５】本発明の実施の形態における、弾塑性部材の剛性の計算方法を用いた計算事例の説明である。
【図６】本発明の実施の形態における、弾塑性部材の剛性の計算方法を用いた計算事例の説明である。
【符号の説明】
１　　　構造物
２　　　弾塑性部材
ｋｊ　　　　　　　弾塑性部材の剛性
ΔＷ１　　　　　設定した振幅における弾塑性部材の１サイクルあたりの消費エネル
ギー
Ｗｅ１　　　　　最大ポテンシャルエネルギー
ｈ１　　　　　　　減衰定数
【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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