(57)【要約】  【課題】  中板及び外板の大型化を招くことなくそれらを締め付ける高力ボルトの本数を増やすことができ、建築構造物のための大地震用の高耐力型摩擦ダンパーであっても、簡単・軽量・コンパクトな形状で実現することができるようにする。  【解決手段】  中板１とそれを挟む一対の外板２とが相対的に摺動自在に重ね合わされ、且つ、高力ボルト３で締め付けられた二面せん断型の摩擦ダンパーにおいて、外板２を中板１よりも拡幅し、中板１の両側へ突出した位置において表裏の外板２同士を高力ボルト３で締め付け、高力ボルト３間で中板１が相対的に摺動するように構成する。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中板とそれを挟む一対の外板とが相対的に摺動自在に重ね合わされ、且つ、高力ボルトで締め付けられた二面せん断型の摩擦ダンパーであって、外板を中板よりも拡幅し、中板の両側へ突出した位置において外板同士を高力ボルトで締め付け、高力ボルト間で中板が相対的に摺動するように構成したことを特徴とする摩擦ダンパー。
【請求項２】
中板の両側に位置する高力ボルトを端点とする線分に対して垂直方向に中板が摺動することを特徴とする請求項１に記載の摩擦ダンパー。
【請求項３】
中板の両側に位置する高力ボルトを端点とする線分に対して平行方向に中板が摺動することを特徴とする請求項１に記載の摩擦ダンパー。
【請求項４】
中板の両側に位置する高力ボルトを端点とする線分に対して垂直方向にも平行方向にも中板が摺動することを特徴とする請求項１に記載の摩擦ダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中板とそれを挟む一対の外板とが相対的に摺動自在に重ね合わされ、且つ、高力ボルトで締め付けられた二面せん断型の摩擦ダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
高力ボルトの締め付け軸力を利用した既往の摩擦ダンパーは、その使用目的から、低耐力型および高耐力型に区分される。前者の低耐力型の摩擦ダンパーは、主として風荷重や中小地震に作用し、生じる振動を低減して居住性能の向上を図ることを意図しており、大地震時には、その効果は殆ど期待されていない。但し、安定した繰り返し履歴曲線が何万回も期待できるほどの耐用性がある。
【０００３】
それに対して後者の高耐力型の摩擦ダンパーは、主として風荷重や中小地震時には摺動せず、大地震にしてはじめて相対変位が発生してその効果を発揮する。従って、累積すべり量としては高々数ｍもあれば対地震用としては十分であって、何万回もの繰り返し載荷における安定した履歴性能までは必要としない。高耐力型の摩擦ダンパーは、大地震時のエネルギーを吸収することで架構の弾塑性応答量を低減し、もって耐震性能の向上・鉄骨数量の低減を図ることを意図している装置である。
【０００４】
ところで、従来の二面せん断型の摩擦ダンパーは、低耐力型も高耐力型も、例えば、特許文献１〜３や特許文献４の第３頁第２９〜３９行目に記載されているように、中板に長孔を設け、中板を挟む外板の外側から中板の長孔に挿通した高力ボルトで締め付け、そのボルト軸力で摺動面に摩擦力を発生させる機構をもつ形状を基本としていたため、次のような問題点があった。
【０００５】
即ち、低耐力型も高耐力型も、安定した摩擦力を、用途に応じた必要十分な回数以上発現させる能力を有することが何よりも肝要である。そのためには、摺動面に施す摩擦材として、例えば、低耐力型には潤滑剤やテフロン（登録商標）材などを用いたりして、低摩擦係数にてその履歴を安定化させるといった工夫がなされる一方で、高耐力型には、摩擦面（摺動面）に金属を溶射したり、摩擦材に制動材料を用いたり、などというような工夫が行われてきた。
【０００６】
しかし、これらいずれもが、中板に長孔を設けた二面せん断摩擦接合形式を取っている以上、ボルト１本の支配面積が摩擦面の挙動を大きく左右するという宿命からは逃れられない。即ち、摩擦力が、摩擦係数とボルト軸力との積で決する以上、ボルト１本当たりの摩擦力の増大には自ずと限界がある。つまり、高耐力型摩擦ダンパーにおいて、仮に低耐力型のすべり係数の倍以上のすべり係数が確保できたとしても、すべり係数の値には自ずと限界があるため、無限に高耐力化することは不可能であって、１本の高力ボルトの導入軸力がその耐力上限を決してしまうことになる。
【０００７】
一般に、摩擦面の挙動に関しては、すべり係数が低いほど履歴は安定しており、再現性が高く、すべり係数が高いほど履歴が不安定となり、再現性に乏しくなるという傾向がある。従って、安定した履歴を得るためには、すべり係数を低くせざるを得ない。
【０００８】
そこで、既往の技術では、摩擦ダンパー単体を高耐力化する必要がある場合には、摩擦面を縦ないしは横に拡幅し、中板の長孔の数を縦横に増やして、直列式ないしは並列式の多数ボルトによる摩擦ダンパーを形成してきた。
【０００９】
摩擦力を与えるための高力ボルトの製品単価は今日では極めて安価なものであるから、高力ボルトの本数が増えること自体に関しては問題がない。しかし、長孔の個数が増えることは、製作コストを押し上げ、製品製作上の大きな問題点となっていた。しかも、中板に多数の長孔を直列させたり、並列させて形成することは、中板および外板の寸法が大きくなって、徒に摩擦ダンパーの体積や重量を増大させるだけのみならず、架構に組み込むディテールを困難にしかねない、という欠点があった。
【００１０】
殊に、長孔形式においては、長孔の距離そのものが即ち有効なストロークであるから、階高の高い架構や、免震架構などの大きな摺動距離が必要な場合には、いきおい長孔の長さを大きくする以外にない。摩擦ダンパー自体がそのストロークに応じて大きくなれば、簡便コンパクトというわけには行かなくなるうえ、長孔の切削加工にも相応の手間が掛かるので、長ストロークの場合には、摩擦ダンパーの製作コストがストローク長に比例して上昇するといった欠点をもつものであった。
【００１１】
また、応力集中という観点からも、長孔形式では、ボルトの近傍のみに多大な応力が集中してしまって、特に高耐力型の場合には、安定履歴挙動という観点からは決して好ましいものではなかった。
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−２４８７７５号公報
【特許文献２】特開２０００−１０４７１１号公報
【特許文献３】特開２０００−３４８４７号公報
【特許文献４】特開２００３−７４１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の事柄に留意してなされたもので、その目的とするところは、大型化を招くことなく高力ボルトの本数を増やすことができ、例えば、建築構造物のための大地震用の高耐力型摩擦ダンパーであっても、簡単・軽量・コンパクトな形状で実現することができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明が講じた技術的手段は、次のとおりである。即ち、請求項１に記載の発明では、中板とそれを挟む一対の外板とが相対的に摺動自在に重ね合わされ、且つ、高力ボルトで締め付けられた二面せん断型の摩擦ダンパーにおいて、外板を中板よりも拡幅し、中板の両側へ突出した位置において外板同士を高力ボルトで締め付け、高力ボルト間で中板が相対的に摺動するように構成したことを特徴としている。
【００１５】
中板の摺動方向としては、中板の両側に位置する高力ボルトを端点とする線分に対して垂直方向のタイプ（請求項２）と、平行方向のタイプ（請求項３）とがあり、載荷軸が一軸に定まっていないような場合には、それらの組合せ、つまり、請求項４に記載のように、中板が両側に位置する高力ボルトを端点とする線分に対して垂直方向にも平行方向にも摺動するように構成することが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
上記の構成によれば、高力ボルト二面せん断型摩擦ダンパーの既往の形式である長孔を廃し、外板を中板よりも拡幅して、外板の中板両側に突出した部分を高力ボルトで締め付けるようにしたので、中板及び外板の大型化を招くことなく、ボルト本数を増やすことができる。従って、摩擦面が低めのすべり係数であっても、ボルト本数を増やして高い耐力を得ることができ、架構への組込みに有利な簡単・軽量・コンパクトな形状の高耐力型摩擦ダンパーを実現できることになる。
【００１７】
しかも、上記の構成によれば、中板に対する長孔加工がなくなることによって、製作コストを大幅に低減でき、摩擦ダンパーの単価を下げることが可能である。
【００１８】
また、外板の面外変形がちょうどボルト軸力と釣り合って、この面外変形がボルト軸力を均一に保つ効果を発現することになる。
【００１９】
殊に、請求項２に記載の発明の構成によれば、中板の摺動方向が、中板の両側に位置する高力ボルトを端点とする線分に対して垂直方向であるから、摺動ストローク長に制限がなく、摺動ストロークをいくらでも増やせるので、高階高の建築構造物への適用が容易であり、制振構造だけでなく、水平変位のストロークが５００ｍｍ〜６００ｍｍ程度求められる免震構造においても全く問題なく適用できる等の効果がある。
【００２０】
また、本発明に係る摩擦ダンパーを建築物に適用することにより、以下の効果が期待できる。
（ａ）損傷制御設計による建物の高性能化が可能であり、地震時の躯体を健全に保つことができる。
（ｂ）躯体鉄骨数量の低減が可能となる。
（ｃ）耐震要素のバリエーションを追加することで、空間設計の自由度が高まる。
（ｄ）耐震要素の簡素化・低価格化・高性能化が可能となる。
（ｅ）既存不適格建物の耐震補強時に、エネルギー吸収機構の一手法として活用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１、図２は、本発明に係る摩擦ダンパーの機構を説明する平面図と断面図である。この摩擦ダンパーは、中板１とそれを挟む一対の外板２とが相対的に摺動自在に重ね合わされ、且つ、高力ボルト３で締め付けられた二面せん断型の摩擦ダンパーであって、外板２を中板１よりも拡幅し、中板１の両側へ突出した位置において表裏の外板２同士を高力ボルト３で締め付け、高力ボルト３間で中板１が相対的に摺動するように構成した点に特徴がある。摩擦面（中板１と外板２の摺動面）Ｓに関しては、例えば、金属を溶射させたり、制動材料を挟み込む等のバリエーションがあるが、何れも切削加工を殆どすることなしに組み込むことが可能であり、これにより、鋼材の加工を大幅に減らして製作を簡便にすることができる。
【００２２】
中板１の摺動方向としては、図１に示すように、中板１の両側に位置する高力ボルト３を端点とする線分に対して垂直方向に中板１が摺動する第１のタイプと、図３に示すように、中板１の両側に位置する高力ボルト３を端点とする線分に対して平行方向に中板１が摺動する第２のタイプとが考えられる。
【００２３】
第１のタイプは、ストローク長に制限がなく、すべり荷重が変位に依存しないという特徴を持つ。第２のタイプは、微小変形であれば安定しているが、ストローク長に制限がある。また高力ボルト３に近づいた距離に応じてすべり荷重が変動する恐れがある。但し、高力ボルト３に近づくほどすべり抵抗が増えるので、変位が大であるほど大きなすべり耐力を得たいプログレッシブなすべり抵抗特性を有するダンパーが必要で且つ必要ストロークが限定されているような場合には、好ましい形式である。
【００２４】
載荷軸が一軸に定まっていないような場合には、両タイプの組合せ、つまり、中板１が両側に位置する高力ボルト３を端点とする線分に対して垂直方向と平行方向に摺動するように構成することが考えられる。
【００２５】
上記の構成によれば、例えば図４に示すように、中板１及び外板２の大型化を招くこと
なく、ボルト本数を増やすことができるので、摩擦面Ｓが低めのすべり係数であっても、ボルト本数を増やして高い耐力を得ることができ、架構への組込みに有利な簡単・軽量・コンパクトな形状の高耐力型摩擦ダンパーを実現できる。
【００２６】
しかも、中板１に対する長孔加工がなくなることによって、製作コストを大幅に低減でき、摩擦ダンパーの単価を下げることが可能である。
【００２７】
また、外板２の面外変形がちょうどボルト軸力と釣り合って、この面外変形がボルト軸力を均一に保つ効果を発現することになる。
【００２８】
殊に、図１や図４に示した第１のタイプによれば、中板１の摺動方向が、中板１の両側に位置する高力ボルト３を端点とする線分に対して垂直方向であるから、摺動ストローク長に制限がなく、摺動ストロークをいくらでも増やせるので、高階高の建築構造物への適用が容易であり、制振構造だけでなく、水平変位のストロークが５００ｍｍ〜６００ｍｍ程度求められる免震構造においても全く問題なく適用できる。
【００２９】
次に、図５〜図７に示す試験体（第１のタイプの摩擦ダンパー）を用いて、摩擦ダンパー単体の動的載荷実験を行ったところ、表１に示す結果を得た。
【００３０】
尚、試験体は、中板１をステンレス鋼板とし、外板２に制動材料（自動車などに用いられるブレーキ材を利用したもの）４を取り付け、中板１の両側へ突出した位置において外板２同士を２本の高力ボルト３で均等に締め付けたものである。一方の外板２は平板状の鋼板で構成され、他方の外板２は、補強リブ５を備えた断面Ｔ形の鋼板で構成され、両外板２とそれらの一端側に挟んだ外板間挿入板６とをボルト・ナット７で締め付け、当該外板間挿入板６から片持ち状に突出した外板２の他端側で中板１を挟持するように構成されている。８は外板２に切削加工した制動材料位置ずれ防止用の隆起部であり、隆起部８の高さは、制動材料４の板厚よりも低く設定されている。
【００３１】
【表１】
2005172030.tif 000003
【００３２】
表１に示す摩擦ダンパー単体の動的履歴性状から、上記の摩擦ダンパーは安定した耐力を発現し、スムーズなエネルギー吸収能力を有することが確認された。
【００３３】
次に、第１のタイプの摩擦ダンパーを組み込んだ架構（フレーム）を試験体として静的
載荷実験を行ったところ、表２に示す結果を得た。
【００３４】
尚、図８〜図１０に示すように、摩擦ダンパーは、１枚の中板１の長手方向両端側を夫々外板２で挟んだ形状とし、架構のブレース９と上側の梁１０との接合部にボルト・ナットで装着した。架構の柱１１及び梁１０はＨ型鋼で構成し、ブレース９の主部材は溝型鋼で構成し、ブレース９と架構、ブレース９と摩擦ダンパーの中板１とは、夫々、ピン接合とした。１２はブレース９の両端部を形成するクレビス、１３はクレビス１２をねじ込んで接合するクレビス接合冶具であり、クレビス接合冶具１３に対するクレビス１２のねじ込み量によりブレース９の長さの微調整を行えるようになっている。１４はピン受けであり、ピン受け１４と中板１とはボルト１５で接合されている。１６はアングル材より成るピン受け振れ止めであり、上側の梁１０のフランジにボルト接合されている。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
表２から、架構（フレーム）に組み込まれた摩擦ダンパーは、単体と遜色ない力学的性能を発揮し、この摩擦ダンパー付き架構はスムーズ且つ安定した履歴挙動を呈することが確認された。
【００３７】
尚、摩擦ダンパーを架構（フレーム）に組み込む形式としては、図８〜図１０に示したように、摩擦面がフレームの構面に対して垂直となるように組み込む形式と、図１１に示すように、摩擦面がフレームの構面と平行になるように組み込む形式とが考えられる。前
者の形式では、梁１０に対して中板１が浮いた状態となるので、中板１にねじれなどが生じないように、ブレース芯を梁中心ではなく中板表面に集めることが望ましい。
【００３８】
前者の形式によれば、摩擦ダンパーを単純な板材で構成できるため、加工費が安価に抑えられる。摩擦ダンパーの上下方向での厚みが小さくて、摩擦ダンパーを組み込んだ部分の高さがコンパクトである等の利点がある。後者の形式によれば、ブレース９をフレームに組み込む際、多少の施工誤差があっても、その誤差を摩擦ダンパーで吸収できる。フレームの回転変位を摩擦ダンパーで吸収できる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る摩擦ダンパーの機構を説明する平面図である。
【図２】本発明に係る摩擦ダンパーの機構を説明する断面図である。
【図３】本発明に係る摩擦ダンパーの他の例を示す平面図である。
【図４】本発明に係る摩擦ダンパーの作用効果を説明するための平面図である。
【図５】摩擦ダンパー単体の動的載荷実験に用いた試験体の側面図である。
【図６】上記試験体の平面図である。
【図７】上記試験体の背面図である。
【図８】摩擦ダンパーを組み込んだ架構の静的載荷実験に用いた試験体の側面図である。
【図９】上記試験体の要部拡大図である。
【図１０】一部を拡大して示す図８のＡ−Ａ断面図である。
【図１１】架構に対する摩擦ダンパーの組込み形式の他の例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  中板
２  外板
３  高力ボルト
【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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【図１０】
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【図１１】
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