(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築構造物に設置されて軸方向の力を受ける軸力管と、該軸力管をその内部全長に挿通している補剛管とを有し、該補剛管により前記軸力管に軸圧縮応力が作用した際の座屈の発生を抑制する二重鋼管型ブレース部材であって、
前記軸力管の内部に補助補剛管が挿通されていることを特徴とする二重鋼管型ブレース部材。
【請求項２】
建築構造物に設置されて軸方向の力を受ける軸力管と、該軸力管の内部全長に挿通されている補剛管とを有し、該補剛管により前記軸力管に軸圧縮応力が作用した際の座屈の発生を抑制する二重鋼管型ブレース部材であって、
前記軸力管をその内部に挿通している補助補剛管を有することを特徴とする二重鋼管型ブレース部材。
【請求項３】
補助補剛管が挿通されている範囲が軸力管の両端部近傍のみであって、前記軸力管の軸方向長さで、前記軸力管の端部から、該軸力管の直径の０．５倍以上、３倍以下の範囲までであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二重鋼管型ブレース部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築構造物に設置されて地震発生時の地震エネルギを吸収する、軸力管と、該軸力管を補剛する補剛管とを有する二重鋼管型ブレース部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築構造物に設置されて地震発生時の地震エネルギを吸収するダンパーの一種である、鉄骨構造物等の構造部材の斜材として使用されるブレース型のダンパーには、地震エネルギを吸収する軸力管の座屈を防止するため、軸力管の外側または内側に補剛管を設置して二重管構造とした二重鋼管型ブレース部材が従来から用いられている。二重鋼管型ブレース部材では、軸力管が吸収できる地震エネルギを増大させるため、軸力管の全長に渡る座屈だけでなく、軸力管に局部的に発生する座屈である非軸対称局部座屈（以下、「局部座屈」と記載する。）を防止して、軸力管の全長において圧縮塑性変形の発生を促進するための開発が行なわれている。
【０００３】
このような二重鋼管型ブレース部材として、特に力のかかる両端部を保護するために、補剛管（外管）の両端を厚肉鋼管によって形成したり、軸力管（内管）の両端外周に鋼管材や帯鋼材を設置したりする「端部補剛」により局部座屈を防止するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、軸力管（内管）の両端に固定された継手部材の外周に溶接ビードを肉盛りし、該溶接ビードの外周を切削加工して補剛管（外管）との隙間を可及的に小さくすることにより「最少隙間」を形成して局部座屈を防止する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平６−３４６５１０号公報
【特許文献２】特許第２７１１９９４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、特許文献１に記載のように「端部補剛」により局部座屈を防止する方法では、軸力管に軸方向の力のみが導入されるものについては、軸力管における圧縮塑性変形が促進されるという効果を奏するものであるが、軸力管に曲げ方向の力が掛かる場合には、圧縮塑性変形が十分に促進されないという問題がある。したがって、軸力管（外管）に曲げ方向の力を掛けないために、軸力管を建築構造物に剛接合することができない場合が発生したり、またピン接合する場合にも接合部の摩擦を低減する工夫が必要であるなどの問題がある。
【０００６】
また、特許文献２に記載のように「最少隙間」を形成して局部座屈を防止する方法では、溶接ビードによって軸力管と補剛管との隙間を最少にするものであるので最少隙間部分は短いものの、二重鋼管型ブレース部材の製造の際、軸力管を補剛管に挿入するためにはある程度広い隙間（例えば、５〜１０ｍｍ）である方が製造が容易であり、０．５ｍｍ以下の最少隙間を有するような二重鋼管型ブレース部材では製造コストが増加するという問題がある。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、軸力管に曲げ方向の力が掛かる場合にも軸力管の局部座屈を防止することが可能であり、しかも軸力管と補剛管との隙間を小さく設定する必要が無く従来技術を用いて製造できる二重鋼管型ブレース部材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】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）建築構造物に設置されて軸方向の力を受ける軸力管と、該軸力管をその内部全長に挿通している補剛管とを有し、該補剛管により前記軸力管に軸圧縮応力が作用した際の座屈の発生を抑制する二重鋼管型ブレース部材であって、前記軸力管の内部に補助補剛管が挿通されていることを特徴とする二重鋼管型ブレース部材。
（２）建築構造物に設置されて軸方向の力を受ける軸力管と、該軸力管の内部全長に挿通されている補剛管とを有し、該補剛管により前記軸力管に軸圧縮応力が作用した際の座屈の発生を抑制する二重鋼管型ブレース部材であって、前記軸力管をその内部に挿通している補助補剛管を有することを特徴とする二重鋼管型ブレース部材。
（３）補助補剛管が挿通されている範囲が軸力管の両端部近傍のみであって、前記軸力管の軸方向長さで、前記軸力管の端部から、該軸力管の直径の０．５倍以上、３倍以下の範囲までであることを特徴とする（１）または（２）に記載の二重鋼管型ブレース部材。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、二重鋼管型ブレース部材の軸力管の管端部が、内と外の補剛管によって両側から補剛されるから、軸力管に曲げ方向の力が掛かる場合であっても、軸力管を補剛することができ、しかも軸力管と補剛管との隙間の管理幅（許容範囲）を比較的広くすることができる。
【００１０】
よって、二重鋼管型ブレース部材を、構造部材に剛接合あるいは特別の工夫をすることなくピン接合することができる。同時に軸力管自体の地震エネルギの吸収量が増大され、制振効果も促進される。
【００１１】
また、製造の際に必要となる軸力管と補剛管の隙間を従来よりも広く設定することも可能であるので、軸力管を補剛管に挿入する作業が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明では建築構造物に設置されて軸方向の力を受ける軸力管を補剛管により補剛して、軸力管に軸圧縮応力が作用した際の座屈の発生を抑制する二重鋼管型ブレース部材において、軸力管をその内外面両側から補剛することで、軸力管に曲げ方向の力が掛かる場合であっても、軸力管を補剛することを可能とする。すなわち、軸力管の外側を補剛管により補剛している場合には、軸力管の内部に補助補剛管を挿通し、軸力管の内側を補剛管により補剛している場合には、軸力管の外側に補助補剛管を設置する。
【００１３】
局部座屈の発生は下記で述べるように主に軸力管の端部近傍で発生するため、軸力管の両端部近傍のみを両側から補剛すれば十分な効果があり、補助補剛管により軸力管をその内外面側から補剛する範囲は軸力管の両端部近傍のみであって、軸力管の軸方向長さで、軸力管の端部から、軸力管の直径の０．５倍以上、３倍以下の範囲までとすることが好ましい。
【００１４】
本発明の一実施形態を、実施形態１として図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態であり、二重鋼管型ブレース部材の一端部を模式的に示す一部断面の側面図である（実施形態１）。なお、図中、構造を明瞭にするために各部位の寸法は誇張されているから、それぞれの大小関係は図示するものに限定されるものではない。また、以下の図２〜４において、同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【００１６】
図１において、二重鋼管型ブレース部材１０は、軸方向の力を受ける軸力管１と、軸力管１が挿入されている補剛管２と、軸力管１の両端部にそれぞれ固定されたエンドプレート３と、エンドプレート３に固定された十字ガセットプレート４とを有している。
【００１７】
軸力管１の管内には、管の長さ方向で両端部から中央部に向かう所定の範囲に軸力管１の内径よりも小さい外径の補助補剛管５が挿通されている。補助補剛管５の端部は、エンドプレート３に固定されている。
【００１８】
軸力管１には、低降伏点鋼材からなる鋼管を用い、補剛管２および補助補剛管５はＳＴＫ４００以上の引張強度を有する鋼管を用いることが好ましい。軸力管１に圧縮応力が加えられた場合、軸力管１は補剛管２により管周方向に拘束されると同時に、軸力管１の端部のうち補助補剛管５の存在範囲においては補助補剛管５によって管周方向に拘束され、端部補強が達成されている。すなわち、軸力管１は局部座屈の発生しやすい両端部において曲げ変形が生じ難くなっている。また、管軸に垂直な面外の変形（例えば、円形のままの径拡化や周長が伸びるような楕円化等）も生じ難くなる。
【００１９】
よって、地震発生時に建築構造物が変形して、軸力管１に軸方向の圧縮力および曲げが作用した場合でも、軸力管１はその端部の補助補剛管５の存在範囲が、管軸方向および円周方向で補剛されているため、当該範囲において局部座屈が生じ難くなるから、軸力管１の広い範囲（軸方向の長さ全体において）で圧縮塑性変形が生じ、地震エネルギを十分に吸収することができることになる。
【００２０】
また、本発明の二重鋼管型ブレース部材を用いれば、従来よりも軸力管の肉厚を小さくして二重鋼管型ブレース部材を製造しても局部座屈が生じ難いため、所定の制振性能を発揮することが可能になる。
【００２１】
なお、本実施形態において、補助補剛管５の外径および板厚等を限定するものではないが、下記で述べるように補助補剛管５を軸力管１内に挿入した状態に容易に製造可能であり、かつ局部座屈を防止できる必要がある。
【００２２】
図6は従来の二重鋼管型ブレース部材（図１において補助補剛管５が無い場合）における軸力管に局部座屈が発生する長さ位置を示す度数分布図である。縦軸は度数、横軸は鋼管径に対する座屈長さ（管端部から測定した局部座屈が発生している長さ位置）の割合である。図６によれば、鋼管径の半分（鋼管半径）未満の座屈長さおよび、鋼管径の３倍以上の座屈長さでは局部座屈は発生していない。そして、鋼管の半径以上で直径未満の長さ位置（０．５≦座屈長さ／鋼管径＜１．０）での局部座屈が全体の約５５％を占め、鋼管の半径以上で直径の１．５倍未満の長さ位置（０．５≦座屈長さ／鋼管径＜１．５）の局部座屈が全体の約８７％を占めていることが分かる。
【００２３】
したがって、補助補剛管５の軸方向長さを、軸力管１の外径の０．５倍以上、１倍以下とすれば、局部座屈の発生をかなりの程度防止することができる。さらに好ましくは、軸力管１の外径の０．５倍以上、１．５倍以下とする。局部座屈の発生を十分に防止するためには補助補剛管５を軸力管１に挿入する長さは、軸力管１の端部から、軸力管１の外径の０．５倍以上、３倍以下の軸方向長さの範囲とすることが好ましい。
【００２４】
また、軸力管１と補剛管２との隙間の大きさは、軸力管１を補剛管２に挿入する作業が可能な程度で、軸力管１が波状に塑性変形（軸対称塑性変形）することが可能な程度とし、軸力管１と補助補剛管５との隙間の大きさは、軸力管１に補助補剛管５を挿入する作業が可能な程度で、軸力管１が波状に塑性変形（軸対称塑性変形）することが可能な程度とすることができる。
【００２５】
また、補助補剛管５の表面には、軸力管１内周面と補剛管２外周面との摩擦を低減するためにアンボンド処理を施してもよい。
【００２６】
なお、十字ガセットプレート４は建築構造物に設置された十字ガセットプレートに突き合わされ、スプライスプレートを介して接合されるものである。このとき、十字ガセットプレート４に設けられた貫通孔４１に接続用のボルトが挿入されるものである。また、十字ガセットプレート４の端部にエンドプレート３に平行した「取り付け用プレート」を固定し、該取り付け用プレートを建築構造物に固定して設置用プレートに当接して、両者をボルトによって接合してもよい。
【００２７】
さらに、本発明の二重鋼管型ブレース部材の建築構造物との接合手段は特に限定するものではなく、ピン接合してもよい。
【００２８】
また、補剛管２が軸力管１から抜け出さないように、エンドプレート３にストッパ（図示しない）を設けることができる。なお、抜け出し防止手段は設けることが望ましいが、ストッパに限定するものではなく、補剛管２と軸力管１との一部を下記に示すように連結してもよい。
【００２９】
つぎに、二重鋼管型ブレース部材１０の製造方法の一例を説明する。補助補剛管５を軸力管１に挿通する手順は、（ａ）エンドプレート３に補助補剛管５を溶接する工程と、（ｂ）軸力管１とエンドプレートおよび補剛管２を溶接する工程とからなる。より詳しくは下記（ａ）〜（ｄ）の工程とする。
（ａ）補助補剛管５をエンドプレート３にすみ肉溶接する。
（ｂ）軸力管１の両端部に前記エンドプレート３付き補助補剛管５を挿入する。その後、補剛管２に軸力管１を挿入する。
（ｃ）そして、軸力管１をエンドプレート３に半自動の炭酸ガスアーク溶接等を用いて完全溶込み溶接する。
（ｄ）最後に補剛管２と軸力管１を材中央部で栓溶接する。補剛管２は、一端のエンドプレートに溶接してもよい。
【００３０】
次に、本発明の他の一実施形態を、実施形態２として説明する。
【００３１】
図２は本発明の他の一実施形態であり、二重鋼管型ブレース部材を模式的に示す一部断面の側面図である（実施形態２）。
【００３２】
図２において、二重鋼管型ブレース部材２０は、軸方向の力を受ける軸力管１が外側に配置され、軸力管１の内部に補剛管２が収容され、エンドプレート３にピン接合用のクレビス７が一体的に形成されている。
【００３３】
クレビス７は建築構造物に設置された図示しないクレビス継手に傾動自在に接合されるものである。このとき、クレビス７に設けられた貫通孔７１に接合用のピンが挿入される。
【００３４】
そして、軸力管１の外周面２１側には、エンドプレート３から管の長さ方向で中央部に向かう所定の範囲に補助補剛管５が配置されている。このとき、軸力管１は管軸方向および円周方向の変形が拘束されている。
【００３５】
よって、二重鋼管型ブレース部材２０は、実施形態１に示す二重鋼管型ブレース部材１０において軸力管１に対する補剛管２と補助補剛管５の位置関係の内外を逆にしたものであり、同様の制振性能を発揮する。
【００３６】
実施形態２においても、補助補剛管５の外径および板厚等は限定されるものではない。
【００３７】
また、補助補剛管５が挿入される範囲は、実施形態１に準じる。
【実施例１】
【００３８】
本発明の一実施形態である、上記の図１に示す二重鋼管型ブレース部材の性能を確認するための試験を行なった。試験に供した試験体の一部断面の側面図を図３に示す。
【００３９】
図３において、試験に供した二重鋼管型ブレース部材３０（以下、試験体３０と称する。）は、軸力管１が、外径１１４．３ｍｍ、厚さ７．５ｍｍ、長さ２４０６ｍｍ、１００Ｎ／ｍｍ2級の建築構造用低降伏点鋼管（ＪＦＥスチール（株）社製、商品名「ＲＩＶＥＲＦＬＥＸ１００−Ｓ」、ＲＦ１００−Ｓ）、補剛管２が、外径１３９．８ｍｍ、厚さ６．６ｍｍ、長さ２４５０ｍｍ、ＳＴＫ４００の鋼管、また、エンドプレート３が、厚さ２２ｍｍ、外径１２４．６ｍｍ、ＳＭ４９０Ａの円形鋼板とした。
【００４０】
また、十字ガセットプレート4が、厚さ２２ｍｍ、３７０×１６６ｍｍの長方形板、ＳＭ４９０Ａを１枚（４ａ）と、厚さ１９ｍｍ、３７０×７２ｍｍの長方形板、ＳＭ４９０Ａを２枚（４ｂ）とを接合したものである。また、十字ガセットプレート４には試験機に取り付けるための高力ボルト用孔が開いている。
【００４１】
さらに、軸力管１の内側には、外径９０.０ｍｍ、厚さ４.５ｍｍ、ＳＴＫ４００の鋼管である補助補剛管５が管軸方向３００ｍｍの範囲に、挿通されている。このとき、補助補剛管５は、エンドプレート３にすみ肉溶接されている。脚長は４ｍｍである。
【００４２】
試験体３０は、補助補剛管５をエンドプレート３にすみ肉溶接し、軸力管１の両端部にエンドプレート３付き補助補剛管５を挿入し、その後、補剛管２に軸力管１を挿入し、軸力管１をエンドプレート３に半自動の炭酸ガスアーク溶接にて完全溶込み溶接して、補剛管２と軸力管１を材中央部で栓溶接して製造した。
【００４３】
また、試験結果を比較するために、補助補剛管５が挿通されていない以外は試験体３０と同じである比較試験体３１（図示しない）の二重鋼管型ブレース部材も製造した。
【００４４】
試験体３０の両端にそれぞれ固定されたつかみ部４１を、加力装置に結合し、加力装置により軸力管１に、軸方向の圧縮力を作用させる試験を行なった。比較試験体３１についても、同様に試験を行なった。
【００４５】
加力装置として図４に示す試験装置を用いて、本発明の実施形態1に係る二重鋼管型ブレース部材の性能を確認するための試験を行なった。図４において、試験機８は、固定側の加力用治具８１（以下、受力治具８１と記載する。）と、傾動支点８２を中心に傾動する加力用柱８３と、加力用柱８３に固定された傾動側の加力用治具８４（以下、付力治具８４と記載する。）と、加力用柱８３を傾動する図示しない傾動駆動手段とを有している。
【００４６】
試験体３０の軸力管１の両端にそれぞれ固定された取り付け用プレート４２は、受力治具８１および付力治具８４にそれぞれボルトによって剛体的に結合されている。したがって、加力用柱８３が平面内を繰り返し傾動するため（所定範囲内で転倒および起立を繰り返す）、軸力管１には、軸方向の引張力および圧縮力に加え、曲げ力が作用することになる。
【００４７】
図４に示す試験装置を用いて試験体３０に力を加えた際の測定結果である応力歪線図を図５（ａ）に示す。図４において、まず、加力用柱８３を左側に傾動させ（図４中の黒矢印方向）、試験体３０（軸力管１）に圧縮力を加えた。図５（ａ）によれば、原点から弾性変形を開始し、圧縮降伏した後、極僅かに加工硬化しながら塑性変形が進んでいる。その後、加力用柱８３が図４の位置Dに到達したところで、加力用柱８３を位置Ｃに向かって戻した。さらに、加力用柱８３を右側に傾動させて（図４中の白矢印方向）、試験体３０（軸力管１）に引張力を加えることで、試験体３０は図５（ａ）に示すように引張降伏し、極僅かに加工硬化しながら塑性変形が進んだ。やがて、加力用柱８３が図４の位置Ｅに到達したところで、加力用柱８３を位置Ｃに向かって戻した。
【００４８】
以下、同様に加力用柱８３の傾動を繰り返し、試験体３０（軸力管１）の応力歪線図は図５（ａ）に示すようにバウシンガー効果を有するヒステリシス曲線が描かれた。そして、１０回目の加力の際に、位置「イ」において、応力の急激な増加により、ブレースとしての性能を失った。
【００４９】
一方、図５（ｂ）は比較試験体３１について試験体３０と同様の試験を行なった際の結果である。すなわち、比較試験体３１においても、図５（ａ）に準じた、バウシンガー効果を有するヒステリシス曲線が描かれた。ヒステリシス曲線は、試験体３０と同様な挙動を示している。
【００５０】
しかしながら、７回目の加力のとき、位置「あ」において、応力の急激な増加により、ブレースとしての性能を失っている。
【００５１】
以上の試験結果より、補助補剛管５を挿通することによって、軸力管１への繰り返し加力可能回数が６回から９回へと１．５倍増（エネルギー吸収量では、１．６倍増）していることから、本発明の二重鋼管型ブレース部材が軸力管に曲げ方向の力が掛かる場合に顕著な効果を有することが示された。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】二重鋼管型ブレース部材（補助補剛管が軸力管の内管）を模式的に示す一部断面の側面図（実施形態１）。
【図２】二重鋼管型ブレース部材（補助補剛管が軸力管の外管）を模式的に示す一部断面の側面図（実施形態２）。
【図３】本発明の二重鋼管型ブレース部材の性能を確認するための試験体の一部断面の側面図。
【図４】二重鋼管型ブレース部材の性能確認試験の試験装置と試験方法を説明する外観図。
【図５】（ａ）試験体（本発明例）の応力歪み線図。（ｂ）比較試験体（比較例）の応力歪み線図。
【図６】従来の二重鋼管型ブレース部材における局部座屈が発生するの長さ位置を示す度数分布図。
【符号の説明】
【００５３】
１    軸力管
２    補剛管
３    エンドプレート
４（４ａ、４ｂ）    十字ガセットプレート
５    補助補剛管
７    クレビス
８    試験機
１０    二重鋼管型ブレース部材（実施形態１）
２０    二重鋼管型ブレース部材（実施形態２）
２１    軸力管の外周面
３０    二重鋼管型ブレース部材（試験体）
３１    二重鋼管型ブレース部材（比較試験体）
４１    貫通孔
４２    取り付け用プレート
７１    貫通孔
８１    固定側の加力用治具（受力治具）
８２    傾動支点
８３    加力用柱
８４    傾動側の加力用治具（付力治具）
【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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