(57)【要約】【課題】  極大地震等の大負荷に対しても塑性変形を防止でき、塑性変形防止能力を一段と向上した弾性関節接合骨組構造体および接合具を提供する。【解決手段】  一対の構造材１，１の端部間を突き合わせ、該端部間にロープ状又は棒状の緊張材３を貫通させ掛け渡すと共に、緊張材３に予備張力を与えて端部間を圧接させた弾性関節接合構造からなる。緊張材３は破断強度が１．０ｋＮ／ｍｍ2 以上、降伏伸度が１．５％以上、５．０％以下の繊維で構成される。接合具は、破断強度が１．０ｋＮ／ｍｍ2 以上、降伏伸度が１．５％以上、５．０％以下の繊維から構成されたロープ状又は棒状の緊張材３の両端部にそれぞれ固定金具４，４を取り付け、少なくとも一方の固定金具４，４に緊張材３に張力を負荷する張力調整具５を取り付けている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の構造材の端部間を直接、又は中間材を介して間接に突き合わせ、該端部間にロープ状又は棒状の緊張材を貫通させて掛け渡すと共に、該緊張材に予備張力を与えて前記端部間を圧接させた弾性関節接合構造からなり、かつ前記緊張材を破断強度が１．０ｋＮ／ｍｍ2 以上、降伏伸度が１．５％以上、５．０％以下の繊維で構成したことを特徴とする弾性関節接合骨組構造体。
【請求項２】
前記緊張材の前記一対の構造材に対する固定部の少なくとも一方に張力調整具を設けた請求項１に記載の弾性関節接合骨組構造体。
【請求項３】
前記緊張材が前記繊維を撚り合わせたロープである請求項１又は２に記載の弾性関節接合骨組構造体。
【請求項４】
前記緊張材が前記繊維で補強された繊維強化樹脂からなる棒状材である請求項１又は２に記載の弾性関節接合骨組構造体。
【請求項５】
前記繊維がパラ系全芳香族ポリアミド繊維、ポリ−ｐ−フェニレンベンズビスオキサゾール繊維、炭素繊維及びガラス繊維から選ばれた少なくとも１種である請求項１〜４のいずれかに記載の弾性関節接合骨組構造体。
【請求項６】
破断強度が１．０ｋＮ／ｍｍ2 以上、降伏伸度が１．５％以上、５．０％以下の繊維から構成されたロープ状又は棒状の緊張材の両端部に、それぞれ固定金具を取り付け、該固定金具の少なくとも一方に前記緊張材に張力を負荷する張力調整具を取り付けたことを特徴とする弾性関節接合骨組構造体の接合具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は弾性関節接合骨組構造体及び接合具に関し、更に詳しくは、地震等の大負荷に対してエネルギー吸収能力を一層向上させ、塑性変形の防止能力を一段と向上する弾性関節接合骨組構造体及び接合具に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に鋼構造材で構成した建築物などの骨組構造体は、鋼構造材の端部間を溶接で接合したり、高力ボルトの引張りにより接合するようにしたものが多い。しかし、溶接や高力ボルトで接合した骨組構造体は、地震などの大負荷を受けたとき、構造材或いは接合部が塑性変形してエネルギー吸収を行なうため、骨組構造体内に残留変形が生じ、以後の建築物の継続使用が不可能になることが多かった。
【０００３】
このような骨組構造体の塑性変形を防止する手段として、特許文献１は、鋼構造材の接合部を一対の固定金具間に挟み、その固定金具間に鋼ワイヤを撚り合わせた撚り線を貫通させ、かつ撚り線に一定の予備張力を与えた緊張材として締め付け固定を行なう、所謂弾性関節接合による骨組構造体を提案している。この弾性関節接合骨組構造体によれば、地震等の大外力に対して、上記撚り線の緊張材が伸びて接合部を回転変形させることにより外力エネルギーを吸収することで、接合部の塑性変形を防止することができる。
【０００４】
しかし、上記のように緊張材を構成している鋼ワイヤは、降伏点伸度が高々０．３％程度でしかないため、極大地震などの大外力が加わったときには降伏点伸度を超える大きな伸びを発生して塑性変形し、もはや元の長さには戻ることができなくなるため、必ずしも骨組構造体の塑性変形を防止できるとはいえなかった。
【特許文献１】特開２００１−２０３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、極大地震等の大負荷に対しても塑性変形を防止することができ、塑性変形防止能力を一段と向上した弾性関節接合骨組構造体およびそれに使用する接合具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の弾性関節接合骨組構造体は、一対の構造材の端部間を直接、又は中間材を介して間接に突き合わせ、該端部間にロープ状又は棒状の緊張材を貫通させて掛け渡すと共に、該緊張材に予備張力を与えて前記端部間を圧接させた弾性関節接合構造からなり、かつ前記緊張材を破断強度が１．０ｋＮ／ｍｍ2 以上、降伏伸度が１．５％以上、５．０％以下の繊維で構成したことを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の接合具は、破断強度が１．０ｋＮ／ｍｍ2 以上、降伏伸度が１．５％以上、５．０％以下の繊維から構成されたロープ状又は棒状の緊張材の両端部に、それぞれ固定金具を取り付け、該固定金具の少なくとも一方に前記緊張材に張力を負荷する張力調整具を取り付けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、弾性関節接合構造からなる骨組構造体において、一対の構造材の端部間を予備張力で圧着するようにした緊張材を、破断強度が１．０ｋＮ／ｍｍ2 以上、降伏伸度が１．５％以上、５．０％以下の繊維で構成したので、大外力を受けたとき緊張材が伸長することにより外部エネルギーを吸収するとき、その伸長が繊維の降伏伸度の５．０％を超えないかぎり塑性変形を起こすことなく大外力負荷前の状態に弾性復帰することができる。したがって、骨組構造体における接合部の塑性変形防止能力を一段と向上することができる。
【０００９】
また、接合具は、上記骨組構造体が有する効果に加えて、緊張材が繊維で構成されていることにより軽量化されるため、骨組構造体の施工性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明において弾性関節接合構造とは、一対の構造材の端部間を直接突き合わせるか、又は中間材を介在させて間接に突き合わせ、この突き合わされた端部間にロープ状又は棒状の緊張材を貫通させると共に、予備張力を与えて圧着接合する構造をいう。この弾性関節接合構造は、外力により一対の構造材に大きなモーメントが作用すると、上記緊張材が伸長して端部間の圧着接合を弾性可逆的に開く回転を許容することにより外部エネルギーを吸収することができる。したがって、弾性関節接合構造が弾性回復可能な範囲で外部エネルギーを吸収できる容量は、緊張材が弾性可逆的に伸長可能な容量に依存する。
【００１１】
本発明の骨組構造体は、上記緊張材として、破断強度が１．０ｋＮ／ｍｍ2 以上、好ましくは２．０ｋＮ／ｍｍ2 以上で、かつ降伏伸度が１．５％以上、５．０％以下、好ましくは３．０％以上、５．０％以下の繊維により構成されている。繊維の形態としては、長繊維（フィラメント）及び短繊維のいずれであってもよいが、好ましくは高い強力利用率を得るため長繊維として使用するのがよい。また、繊維から緊張材を形成する方法としては、多数本の長繊維を撚り合わせてロープにするとか、或いは長繊維又は短繊維を補強材として樹脂との複合材（繊維強化樹脂）にした棒材にするなどすることができる。
【００１２】
繊維の破断強度が１．０ｋＮ／ｍｍ2 未満であっては、骨組構造体の強度を維持することが難しくなる。破断強度の上限は特に限定されるものではなく、大きければ大きいほどよい。また、繊維の降伏伸度が１．５％未満であっては、鋼ワイヤからなる緊張材に比べて一層顕著なエネルギー吸収効果を得ることは難しい。また、降伏伸度が５．０％超であると、緊張材として十分な強度を確保することが難しくなる。
【００１３】
緊張材に使用する繊維の種類は、上記破断伸度と降伏伸度の条件を満たすものであれば特に限定されない。好ましくは、芳香族ポリアミド繊維、ポリ−ｐ−フェニレンベンズビスオキサゾール繊維、炭素繊維、ガラス繊維などを好ましく使用することができ、特に、芳香族ポリアミド繊維は最適である。
【００１４】
なお、材料の伸度は、与えられた負荷に応じて変化するが、強度−歪み曲線（Ｓ−Ｓ曲線）の降伏点での伸度が降伏伸度であり、破断点での伸度が破断伸度である。降伏伸度は弾性限界の上限での伸度であるので、降伏伸度を超えるような外力が与えられると塑性変形し、外力を解除しても元の状態に弾性復帰することはできなくなる。金属ワイヤの場合には、降伏点と破断点が明確に異なるため、降伏伸度と破断伸度とは違った値になる。しかし、一般に芳香族ポリアミド繊維などの高弾性率繊維では、降伏点と破断点がほぼ一致しているため、降伏伸度と破断伸度とは略同じ値になる。
【００１５】
本発明の骨組構造体において、構造材の端部間を弾性関節接合構造にするとき、緊張材に予備張力を与えた状態にし、その予備張力により構造材の端部間を圧着接合状態にする。このように緊張材に与える予備張力としては、緊張材の破断強度の１０〜５０％程度の大きさであることが好ましい。この予備張力は、緊張材の固定部にナットなどの張力調整具を設けることで容易に与えることができる。
【００１６】
予備張力が緊張材の破断強度の１０％未満であっては、十分な接合部強度を得ることができない。また、緊張材の破断強度の５０％よりも大きくすると、予備張力が過剰になりすぎるため、かえってエネルギー吸収量を低減するようになる。
【００１７】
以下、本発明を図に示す実施形態により具体的に説明する。
【００１８】
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の弾性関節接合骨組構造体の実施形態について、特に接合部の箇所を示したものである。
【００１９】
一対の構造材１，１はそれぞれＨ型鋼からなり、それぞれの端部にエンドプレート１ａ，１ａと係止プレート１ｂ，１ｂを設けている。エンドプレート１ａは構造材１の最外端に溶接され、また係止プレート１ｂはエンドプレート１ａよりも内側に離れた位置に溶接されている。さらに、エンドプレート１ａと係止プレート１ｂの間に複数の補強プレート１ｃが挿入されて補強されている。このように端部が補強された構造材１，１は、双方のエンドプレート１ａ，１ａを互いに突き合わせた状態にし、かつ接合具２により締め付けられることにより端面同士を圧着させている。
【００２０】
接合具２は棒状の緊張材３と、その緊張材３の両端部に取り付けた鋼製の固定金具４，４と、これら固定金具４，４の少なくとも一方に取り付けた張力調整用のナット５とから構成されている。この接合具２の数は、１箇所の接合部に１個だけでもよいが、好ましくは図示の例のように複数個を取り付けるのがよい。上記緊張材３は、芳香族ポリアミド繊維などの高強度、高弾性率の繊維からなり、特に降伏伸度εが１．５％以上、５．０％以下の繊維で構成されている。緊張材３の形態としては、多数本の長繊維（マルチフィラメント）を撚り合わせたロープとか、或いは樹脂との複合材にした繊維強化樹脂からなる棒材として使用される。
【００２１】
上記接合具２により一対の構造材１，１の端部間を接合する操作は、特に限定されないが、例えば、まず両方の構造材１，１の先端部のエンドプレート１ａ，１ａ及び後方の係止プレート１ｂ，１ｂに緊張材３を貫通させるように掛け渡し、その両端部を係止プレート１ｂ，１ｂの両外側に突出させる。次いで、緊張材３の両端部に固定金具４，４を嵌合させ、定着用樹脂４ａにより固定する（図１（Ｃ）参照）。定着用樹脂４ａとしては、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂などが使用される。緊張材３の貫通は、それぞれれエンドプレート１ａ及び係止プレート１ｂに挿通穴を設けて行なえばよい。
【００２２】
次いで、図１（Ａ）の右側の固定金具４に螺合させたナット５を張力調整具として、このナット５を回動させることにより緊張材３を引っ張って所定量の予備張力を与える。ここで与える予備張力の大きさは、緊張材３の破断強度の１０〜５０％程度にすることが好ましい。このように予備張力を与えたことにより、左右の構造材１，１のエンドプレート１ａ，１ａ同士が圧着接合し、弾性関節接合構造を形成する。
【００２３】
上記構造の弾性関節接合骨組構造体に、地震などに起因して大きな曲げモーメントが作用すると、図２に示すように、構造材１，１のエンドプレート１ａ，１ａ間の圧着面に対し、緊張材３の張力とバランスするように離間・回転する回転変形が生ずる。しかし、この回転変形は、緊張材３に発生する伸びが緊張材３を構成する繊維の降伏伸度の範囲内であれば、緊張材３の弾性回復力により元の接合状態に復帰するため、残留変形を生ずることはない。
【００２４】
図６は、緊張材が芳香族ポリアミド繊維のロープから形成された場合（Ｐ）と、鋼ワイヤのコードから形成された場合（Ｑ）の負荷−伸度曲線を示す。
【００２５】
それぞれ芳香族ポリアミド繊維ロープの曲線Ｐと鋼ワイヤコードの曲線Ｑの伸度２％までの領域は、ロープやコードの撚りが撚戻りすることに起因する見掛けの伸度である。また、点ｋｐ及び点ｋｓはそれぞれの降伏点（弾性限界）である。したがって、それぞれ芳香族ポリアミド繊維ロープ及び鋼ワイヤコードの真の降伏伸度εｐ，εｓは、見掛けの伸度２％を差し引いた値に相当するため、それぞれεｐ（＝５．７−２．０）＝３．７％、εｓ（＝２．３−２．０）＝０．３％  となる。
【００２６】
これら芳香族ポリアミド繊維ロープ及び鋼ワイヤコードがそれぞれ弾性関節接合構造の緊張材として使用された場合、それぞれが吸収可能なエネルギー容量は、図６において斜線を施した面積に相当する。この図６から明らかなように、芳香族ポリアミド繊維ロープを緊張材とした場合の吸収可能なエネルギー容量は、鋼ワイヤコードを緊張材とした場合に比べて非常に大きくなっていることがわかる。
【００２７】
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の弾性関節接合骨組構造体に使用される接合具の他の実施形態を示す。
【００２８】
この実施形態では、一対の固定金具４，４に取り付ける緊張材３の本数を複数本（図では６本）にした場合を示す。図１の接合具のように、一対の固定金具４，４に緊張材３を１本づつ設ける場合に比べて接合具の安全率が向上し、かつ繊維の強度利用率も向上することができる。また、弾性関節接合構造の１箇所当たりに使用する接合具の個数を相対的に低減することができるため、骨組作業性を向上することができる。
【００２９】
図４は、本発明の弾性関節接合骨組構造体に使用される接合具の更に他の実施形態を示す。
【００３０】
この実施形態では、一対の固定金具４，４の両方に張力調整具のナット５を設けるようにしている。両端の固定金具４，４にそれぞれ張力調整具を設けているので、緊張材３の張力調整をいずれの端部側からも行なうことができて便利になる。
【００３１】
図５は、本発明の弾性関節接合骨組構造体の更に他の例を示す。
【００３２】
この実施形態では、左右一対の構造材１，１の端部間にＨ型鋼の柱２０を挟むように構成されている。左右一対の構造材１，１の先端部のエンドプレート１ａ，１ａに、それぞれ硬質ゴム系或いはセラミック系の緩衝材２１を介在させて柱２０の側面に当接させ、緊張材３が一方の構造材１の係止プレート１ｂの外側から中間の柱２０を貫通し、さらに反対側の構造材１の係止プレート１ｂの外側まで延長するように掛け渡されている。
【００３３】
このように一対の構造材１，１の端部間に柱２０などの中間材を介在させる構成であっても、本発明の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態からなる弾性関節接合骨組構造体の接合部を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＸ−Ｘ矢視図、（Ｃ）は固定金具部分の縦断面図である。
【図２】図１の骨組構造体の接合部に外力が作用したときの様子を示す説明図である。
【図３】本発明の弾性関節接合骨組構造体に使用される接合具の他の実施形態を示し、（Ａ）は縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＹ−Ｙ矢視図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＺ−Ｚ矢視図である。
【図４】本発明に使用される接合具の更に他の実施形態を示す縦断側面図である。
【図５】本発明の他の実施形態からなる弾性関節接合骨組構造体における接合部を示す側面図である。
【図６】緊張材の負荷−伸度の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  構造材
１ａ  エンドプレート
１ｂ  係止プレート
２  接合具
３  緊張材
４  固定金具
５  ナット（張力調整具）
【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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