(57)【要約】  【課題】隣接する２つの構造物の接合面が略同一平面上にある場合に適用されて、両構造物を連結し、かつ構造物間に生ずる相対変位によって塑性変形することにより金属ダンパとしての機能を持つ連結部材を提供する。  【解決手段】隣接する２つの構造物２，２の略同一平面上にある接合面３，３に、両端接合部５，５がそれぞれ接合される金属板からなる連結部材１であって、中間部４の断面が両端接合部５，５の断面よりも小さく、かつ当該中間部４が接合面３を含む平面から少なくとも一方側に突出して凸型形状をなしていることを特徴とする。凸型形状部は矩形、半円形、又は三角形などである。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する２つの構造物の略同一平面上にある接合面に、両端接合部がそれぞれ接合される金属板からなる連結部材であって、
中間部の断面が前記両端接合部の断面よりも小さく、かつ当該中間部が前記接合面を含む前記平面から少なくとも一方側に突出して凸型形状をなしていることを特徴とする構造物の連結部材。
【請求項２】
前記凸型形状は矩形、半円形、又は三角形であることを特徴とする請求項１記載の構造物の連結部材。
【請求項３】
前記中間部は前記平面から両側に突出して、互い違い配列をなす複数の凸型形状部を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の構造物の連結部材。
【請求項４】
隣接する２つの構造物の互いに平行な平面上で非対向位置にある接合面に、両端接合部がそれぞれ接合される金属板からなる連結部材であって、
中間部の断面が前記両端接合部の断面よりも小さく、かつ当該中間部が複数の折曲部を有していることを特徴とする構造物の連結部材。
【請求項５】
前記中間部に部材の長さ方向に沿う単数又は複数のスリットが形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載の構造物の連結部材。
【請求項６】
少なくとも一方の前記接合部は、部材の長さ方向に所定寸法だけ変位可能なように接合されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１記載の構造物の連結部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、構造物の連結部材に関し、さらに詳細には、土木、建築あるいは機械の分野において免震装置や制振装置として適用される連結部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、免震・制振構造物の金属ダンパとして、以下の特許文献１〜３に記載されたものなどが知られている。これらは、鉛直方向もしくは水平方向に隣接して設置された２つの構造物を金属材料で連結するとともに、構造物相互間に発生する相対変位を利用して金属材料を塑性変形させ、それによるエネルギー吸収を利用して構造物の振動を抑制しようとするものである。
【０００３】
しかしながら、上記従来のものは、金属材料が接合される隣接する２つの構造物の接合面が同一平面上にある場合や、接合面が互いに平行な平面上で非対向位置にある場合、これらの構造物間に金属材料を設置して振動抑制するためには、適切な構造をしているとは言えない。例えば、特許文献３に記載のループ状鋼棒ダンパは、上下に隣接した構造物間の水平変位には対応できるが、接合面が上記のような条件下にある構造物間には適用が困難である。
【０００４】
また、巨大変形時に、引張り部材として変形を拘束する機能を持たせるためには、接合部形状など問題が多い。すなわち、接合部が折り曲げられるなど、複雑な力が働くため、部材の局部歪みが大となり、強度低下を生じて破断する可能性が高い。
【０００５】
構造物を連結する装置として、橋梁構造物の分野では、隣接する桁梁をワイヤーで結んだ、各種落橋防止装置が知られている。この装置は主要部分がワイヤーで構成されているため、桁方向及び桁直交方向の変位の両方に対応できるという特徴を持っている。しかしながら、これらの装置は単に桁同士をワイヤーで結び合っているに過ぎないものが多く、エネルギー吸収による振動減衰機能を持っているものは少ない。
【特許文献１】特開平２−１９４２３３号公報
【特許文献２】特開平５−１３３１３６号公報
【特許文献３】特開平１０−３３９３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、隣接する２つの構造物の接合面が略同一平面上にある場合に適用されて、両構造物を連結し、かつ構造物間に生ずる相対変位によって塑性変形することにより金属ダンパとしての機能を持つ連結部材を提供することにある。
【０００７】
この発明の別の目的は、隣接する２つの構造物の接合面が互いに平行な平面上で非対向位置にある場合に適用されて、両構造物を連結し、かつ構造物間に生ずる相対変位によって塑性変形することにより金属ダンパとしての機能を持つ連結部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、隣接する２つの構造物の略同一平面上にある接合面に、両端接合部がそれぞれ接合される金属板からなる連結部材であって、
中間部の断面が前記両端接合部の断面よりも小さく、かつ当該中間部が前記接合面を含む前記平面から少なくとも一方側に突出して凸型形状をなしていることを特徴とする構造物の連結部材にある。
【０００９】
前記凸型形状は矩形、半円形、又は三角形などの形状を採ることができる。前記中間部は前記平面から両側に突出して、互い違い配列をなす複数の凸型形状部を有している形態とすることもできる。
【００１０】
前記中間部に部材の長さ方向に沿う単数又は複数のスリットが形成されている形態とすることができる。また、少なくとも一方の前記接合部は、部材の長さ方向に所定寸法だけ変位可能なように接合されている形態としてもよい。
【００１１】
また、この発明は、隣接する２つの構造物の互いに平行な平面上で非対向位置にある接合面に、両端接合部がそれぞれ接合される金属板からなる連結部材であって、
中間部の断面が前記両端接合部の断面よりも小さく、かつ当該中間部が複数の折曲部を有していることを特徴とする構造物の連結部材にある。
【００１２】
この発明の場合も、前記中間部に部材の長さ方向に沿う単数又は複数のスリットが形成されている形態とすることができる。また、少なくとも一方の前記接合部は、部材の長さ方向に所定寸法だけ変位可能なように接合されている形態としてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、隣接する２つの構造物の接合面が略同一平面上にある場合、あるいは隣接する２つの構造物の接合面が互いに平行な平面上で非対向位置にある場合、両構造物を連結部材によって連結し、当該連結部材を構造物間に生ずる相対変位によって塑性変形してエネルギーを吸収する金属ダンパとして機能させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明の実施形態を示す縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視図である。この実施形態では、連結部材１が接合される隣接する２つの構造物２，２（例えば梁桁など）の接合面３，３は、同一平面上にある。
【００１５】
連結部材１は金属板からなり、中間部４の断面が両端接合部５，５の断面よりも幅寸法に関して小さくなっている。また、中間部４は接合面３を含む平面から一方側に突出するように折り曲げられ、凸型形状をなしている。図１に示す例では、凸型形状は矩形であるが、図３に示すように半円形あるいは図４に示すような三角形、多角形など種々の形状を採ることができる。
【００１６】
中間部４を凸型形状にすることによりできるコーナー部（曲げ部）は、応力集中を緩和するために、滑らかな曲線状とすることが望ましい。連結部材１の金属材料としては、鋼、アルミニウム、銅、チタンなどを用いることができる。
【００１７】
上述のような連結部材１によれば、隣接する構造物２，２が接近もしくは離間して相対的な変位が生じた場合、連結部材１は引張力または圧縮力を受けて、凸型形状の中間部４が変形する。相対変位が大きくなると、中間部４は塑性化し、エネルギー吸収を開始する。この塑性化が開始する時期は、中間部４の曲げ形状により決定される。一般に、荷重芯からの突出寸法が小さいほど、小さな相対変位で塑性化が始まり、突出寸法が大きいほど、塑性化の始まる相対変位量は大きくなる。
【００１８】
連結部材１の長さ方向及びその直交方向（厚さ方向及び幅方向）のいずれの相対変位であっても、塑性化に伴うエネルギー吸収が行われる。また、直交方向の変形に対しては、図１７及び図２０に示すように、直交方向変形に追随しつつ、エネルギーの吸収も可能である。
【００１９】
温度変化や交通振動によって発生する相対変位などについては、部材１の歪が弾性範囲の低いレベルになるように形状を設定することにより、繰り返し疲労による損傷を抑制することができる。
【００２０】
超巨大地震などによって相対変位が巨大となると、部材１の中間部４は直線状に伸びて、引張り抵抗部材として働き、構造物の脱落や落下を防ぐことができる。部材の引張り耐力は、中間部４の断面積×破断応力度により求められる。構造物間の相対変位が小さくなる場合、部材１は構造物間の衝突により自ずから限界値が設定されることになる。
【００２１】
部材１の変形時、曲げモーメントによる塑性ヒンジは中間部４の凸型形状部先端及び接合部５の近辺に発生する。接合部５の損傷を防ぐために、当該両端部の断面を中間部４の断面よりも大きく設定してある。これにより、塑性ヒンジの発生場所を両端接合部５から離して、接合部５の損傷を抑えることができる。その結果、変位−荷重履歴の安定化及び繰り返し変位に対する耐久性の向上を図ることができる。さらに、端部５の断面を大きくすることにより、圧縮荷重時における端部５の座屈耐力を高めることができる。これにより、中間部４の塑性ヒンジの発生前における座屈損傷を抑えることができる。
【００２２】
両端接合部５の接合面３への接合方法は、剛接合でもピン接合でもよい。ピン接合の場合、塑性ヒンジは中間部４の凸型形状部近辺にて発生し、エネルギーを吸収する。両端部５を例えばボルト６による剛接合とすれば、端部においても塑性ヒンジが発生するため、エネルギーが効率よく吸収される。
【００２３】
図５は別の実施形態を示す縦断面図、図６は図５のＢ−Ｂ線矢視図である。この実施形態も図１〜図４に示した実施形態と同様、連結部材１が接合される接合面３，３は同一平面上にある。連結部材１が金属板からなり、中間部４の断面が両端接合部５，５の断面よりも幅寸法に関して小さくなっている点も上記実施形態と同様である。
【００２４】
この実施形態では、中間部４は接合面３を含む平面から両側に突出して、互い違い配列をなす複数の凸型形状部４ａ，４ａを有している。これらの凸型形状部４ａ，４ａは、中間部４を荷重芯に対して概ね対称となるように、複数回折り曲げることにより形成される。
【００２５】
荷重芯に対して対称形にすることにより、面外へのはらみ出しなどの不安定な挙動の発生を抑えることができる。折り曲げ回数を増やすことにより、許容変形量が大きなコンパクトな部材が得られる。この実施形態による連結部材１も、図１〜図４に示した実施形態とほぼ同様に作用する。なお、凸型形状部４ａは、図示の三角形のほか、上記実施形態と同様に、矩形、半円形、多角形など種々の形状を採用できる。
【００２６】
図７はさらに別の実施形態を示す縦断面図、図８は図７のＣ−Ｃ線矢視断面図である。この実施形態は、連結部材１が接合される構造物２，２の接合面３，３が、互いに平行な平面上であって、非対向位置にある場合に適用される。連結部材１が金属板からなり、中間部４の断面が両端接合部５，５の断面よりも幅寸法に関して小さくなっている点は上記実施形態と同様である。
【００２７】
この実施形態では、中間部４が点対称形となる複数の折曲部４ｂを有している。折曲部４ｂは中間部４をほぼ直角に折り曲げることにより形成される。図７の例では折曲部４ｂは２つであるが、図９に示すように折曲部４ｂの数をさらに増やすることもできる。この実施形態によれば、２つの構造物２，２の接合面３，３の高さが異なる場合など同一平面上にない場合であっても、連結部材１を容易に取り付けることができる。作用は、上記各実施形態と同様である。
【００２８】
図１０はさらに別の実施形態を示す縦断面図、図１１は図１０のＤ−Ｄ線矢視図である。この実施形態は、中間部４に連結部材１の長さ方向に沿う単数または図示のような複数のスリット７を形成したものである。この実施形態は図１に示した連結部材にスリット７を入れたものであるが、上記した他の実施形態のものにおいて形成してもよい。中間部４にこのようなスリット７を形成することにより、次のような利点がある。すなわち、一体で広幅のものは、幅厚比が大きくなるため、大変形時にねじれに起因する局部座屈を生ずる恐れがあるが、スリット７を設けることにより、局部座屈を抑制し、変形性能を確保できる。かつ、本数を増やしているため、１つの装置で部材の水平抵抗力を増加することができる。ここでも、部材端部の幅を広げることにより、接合部の耐力を確保することができ、極めて有効である。
【００２９】
図１２はさらに別の実施形態を示す立面図、図１３は図１２のＥ−Ｅ線矢視図、図１４は図１２のＦ−Ｆ線矢視断面図である。この実施形態では、一方の接合部５が連結部材１の長さ方向に所定寸法だけ変位可能なように接合されている。具体的には、一方の接合部５は締結部材１０を介して接合面３に接合されている。この変位可能な接合部５は両側に切欠部１１が形成されることにより狭幅部１２を有している。
【００３０】
締結部材１０は裏面に溝１３が設けられている。締結部材１０は溝１３に狭幅部１２が嵌った状態でボルト６により接合面３に固定される。締結部材１０と各切欠部１１の両側壁面との間にはギャップＧが形成され、このギャップＧの範囲で接合部５は変位可能である。これにより、温度変化による梁桁の伸縮のように、頻度の多い小変位に対してはギャップＧが吸収するので、部材１の歪を抑えることができ、疲労損傷を抑制することができる。なお、この実施形態は図２に示した連結部材を変位可能な接合形態としたものであるが、上記した他の実施形態のものにおいて適用してもよい。
【実施例】
【００３１】
図１５〜図１７は、図２に示した連結部材１を鉄筋コンクリート造橋梁の桁間に適用した実施例であり、図１５は立面図、図１６は図１５のＧ−Ｇ線矢視断面図、図１７は変形後の状態を示す図である。図において、１５は橋脚、１６は橋脚１５と桁梁２との間に設置されるゴム支承を示している。連結部材１は桁梁２，２の鉛直方向に沿う接合面３に接合される。
【００３２】
桁梁２，２間に水平方向の相対変位が生じた場合、連結部材１は中間部４にて変形する。温度変化により桁梁２が伸縮する場合など、相対変位が比較的小さい場合に対応して、連結部材１の中間部４が弾性範囲の歪となるように、部材の形状を設定することができる。これにより、連結部材１の繰り返し疲労破壊の発生を抑制することができる。
【００３３】
地震時には、まず、桁梁２，２の相対変位の発生自体を拘束、抑制する。さらに相対変位が大きくなると、部材１は塑性変形して、振動エネルギーを熱エネルギーに変換して散逸し、桁梁２及び構造物全体の振動を抑制する。
【００３４】
巨大地震時において、桁梁２の相対変位が過大となった場合は、中間部４の凸型形状部は伸びきって直線状となることにより、それ以上の相対変位の発生を抑制する。橋梁の場合においては、いわゆる、落橋防止装置として働く。桁梁直交方向の変位に対しても、桁梁方向と同様に連結部材１による振動エネルギーの吸収及び過大な相対変位の抑制がなされる。図１７は桁梁直交方向の変位を示している。
【００３５】
図１８〜図２０は、図２に示した連結部材１を鉄骨造橋梁の桁間に適用した実施例であり、図１８は立面図、図１９は図１８のＨ−Ｈ線矢視断面図、図２０は変形後の状態を示す図である。連結部材１は桁梁２，２の鉛直方向に沿う面から水平方向に張り出す取付け部１７に接合される。
【００３６】
図２１及び図２２は、図７に示した連結部材１を橋梁の桁と橋台間に適用した実施例であり、図２１は立面図、図２２は図２１のＩ−Ｉ線矢視断面図である。連結部材１は前述のように、中間部４が点対称形となる複数の折曲部４ｂを有している。
【００３７】
桁梁２と橋台１８との間に水平方向の相対変位が生じた場合、連結部材１は変形する。温度変化により桁梁２が伸縮する場合など、相対変位が比較的小さい時には、連結部材１の歪が低い弾性範囲となるように形状を設定する。これにより、繰り返しによる疲労損傷を抑制することができる。
【００３８】
地震時には、連結部材１は、それ自体の持つ剛性により桁梁２及び橋台１８間の相対変位を拘束、抑制する。さらに相対変位が大きくなると、部材１が塑性変形して振動エネルギーを熱エネルギーに変換し、振動を抑制する。巨大地震時に、桁梁２及び橋台１８間の相対変位が過大となった場合は、部材１は伸びて直線状となり、桁梁の過大な相対変位を抑えて、落橋を防止する。桁梁に対して直交方向の変位に関しても、桁梁方向の変位と同様に、連結部材１による振動エネルギーの吸収及び過大な相対変位の抑制がなされる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】凸型形状の別の例を示す縦断面図である。
【図４】凸型形状のさらに別の例を示す縦断面図である。
【図５】この発明の別の実施形態を示す縦断面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線矢視図である。
【図７】この発明のさらに別の実施形態を示す縦断面図である。
【図８】図７のＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【図９】中間部の折り曲げの別の例を示す縦断面図である。
【図１０】この発明のさらに別の実施形態を示す縦断面図である。
【図１１】図１０のＤ−Ｄ線矢視図である。
【図１２】この発明のさらに別の実施形態を示す立面図である。
【図１３】図１２のＥ−Ｅ線矢視図である。
【図１４】図１２のＦ−Ｆ線矢視断面図である。
【図１５】この発明の実施例を示す立面図である。
【図１６】図１５のＧ−Ｇ線矢視断面図である。
【図１７】変形後の状態を示す図である。
【図１８】この発明の別の実施例を示す立面図である。
【図１９】図１８のＨ−Ｈ線矢視断面図である。
【図２０】変形後の状態を示す図である。
【図２１】この発明の別の実施例を示す立面図である。
【図２２】図２１のＩ−Ｉ線矢視断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１      連結部材
２      構造物
３      接合面
４      中間部
４ａ      凸型形状部
４ｂ      折曲部
５      接合部
６      ボルト
７      スリット
１０      締結部材
１１      切欠部
１２      狭幅部
１３      溝
１５      橋脚
１７      取付け部
１８      橋台
Ｇ      ギャップ
【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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【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２１】
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【図２２】
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