(57)【要約】【課題】予め鋼材ダンパーに測定装置を設置しておかなくても、鋼材ダンパーの損傷度合いを簡単に判定できるようにする。【解決手段】前記鋼材ダンパーを構成する鋼材の硬さと塑性ひずみとの関係を硬さ−ひずみ関係記憶部１４に記憶しておき、鋼材ダンパーを構成する鋼材の硬さを硬度計３０により測定し、測定した硬さを硬さ入力部１２に入力し、ひずみ判定部１６により、硬さ−ひずみ関係記憶部１４に記憶された関係から、測定された硬さに対応する塑性ひずみを判定し、その塑性ひずみの値をひずみ出力部１８により出力する。【選択図】      図４
2005030904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材が塑性変形することにより振動エネルギーを吸収する鋼材ダンパーの損傷度合いを判定する方法であって、
前記鋼材ダンパーを構成する鋼材の硬さと塑性ひずみとの関係を記憶しておき、
前記鋼材ダンパーを構成する鋼材の硬さを測定し、
前記記憶した硬さと塑性ひずみとの関係から、前記測定した硬さに対応する塑性ひずみを取得することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記鋼材ダンパーに生じた多軸の塑性ひずみをエネルギー的に等価な単軸の塑性ひずみに変換し、前記鋼材の硬さと前記変換した単軸の塑性ひずみとの関係を記憶しておくことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
塑性変形することにより振動エネルギーを吸収する鋼材ダンパーの損傷度合いを判定するための装置であって、
前記鋼材ダンパーを構成する鋼材の硬さと塑性ひずみとの関係が記憶された記憶手段と、
前記鋼材ダンパーを構成する鋼材の硬さの測定値が入力される入力手段と、
前記記憶手段に記憶された硬さと塑性ひずみとの関係を参照して、前記入力された硬さの測定値に対応する塑性ひずみを取得する手段と、
前記取得した塑性ひずみの値を出力する手段と、を備えることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の制振装置として用いられる鋼材ダンパーの損傷度合いを判定する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、特許文献１に開示されるように、構造物用制振ダンパーの累積変位量測定装置が知られている。この装置は、せん断型の鋼材ダンパーの上下フランジに対して夫々固定された取付台と、これら上下の取付台に夫々設けられた一方送り機構と、これら一方送り機構によってガイドされるエンドレステープとを備えている。鋼材ダンパーの上下フランジが水平方向に相対変位した場合、エンドレステープは、一方送り機構により、上下フランジが一方の方向に変位したときにのみ、その変位量分だけ送られる。すなわち、エンドレステープの移動量には、上下フランジの上記一方向の変位が累積されることとなる。したがって、エンドレステープの移動量を測定することにより、鋼材ダンパーの変位の累積値を求めることができる。一般に、鋼材ダンパーの変位の累積値が大きくなるほど、鋼材ダンパーの損傷度合いも大きくなる。したがって、上記の装置によれば、エンドレステープの移動量から鋼材ダンパーの変位の累積値を求めることで、鋼材ダンパーの損傷度合いを判定することができる。
【０００３】
また、特許文献２に開示される装置でも同様に、鋼材ダンパーの変位に応じて回転するプーリを設け、このプーリの一方向の回転量のみを計測することにより鋼材ダンパーの変位の累積値を求めている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３２５８０６号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１１−３２５８０７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、特許文献１や特許文献２に開示される装置は、鋼材ダンパーの累積変位を測定することにより、鋼材ダンパーの損傷度合いを判定するものである。したがって、当然ながら、装置を設置していなかった鋼材ダンパーについては累積変位を測定することは不可能である。すなわち、特許文献１および２の装置で損傷度合いを判定するには、判定対象である鋼材ダンパーの全てに装置を設置しておかなければならないのである。また、鋼材ダンパーの一方向の変位のみを取り出すために、一方送り機構やプーリの一方向の回転量のみを検出するための機構が必要である。このため、装置の構成が複雑となって１台当りのコストが割高になるうえ、前述のように、判定対象である全ての鋼材ダンパーに測定装置を設置しなければならないことから台数も多くなり、大きなコストがかかってしまう。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、予め鋼材ダンパーに測定装置を設置しておかなくても、鋼材ダンパーの損傷度合いを簡便に判定できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
建物等の構造物の振動に応じて鋼材が塑性変形することにより制振効果を得る鋼材ダンパーでは、塑性変形の繰り返しにより塑性ひずみが次第に増大し、損傷が増大する。したがって、鋼材ダンパーの損傷度合いは、その塑性ひずみの大きさによって量ることができる。本願発明者は、鋼材ダンパーを構成する鋼材について、引張軸力を繰り返し作用させて塑性変形を生じさせ、塑性ひずみεｐを次第に増加させながら鋼材硬さ（ＨＶ）を測定した。図１は、その際の応力（σ）とひずみ（ε）との関係を表すグラフであり、グラフ中の●印が硬さの測定点を示す。このようにして測定した鋼材硬さ（ＨＶ）と塑性ひずみεｐとの関係を調べた。図２は、鋼材硬さ（ＨＶ）と塑性ひずみεｐとの対応関係（以下、硬さ−ひずみ関係という）を示すグラフの一例である。図２に示すように、鋼材硬さ（ＨＶ）と塑性ひずみεｐとの間には一定の相関があることが分かった。
【０００９】
そこで、本発明の鋼材ダンパーの損傷度合いを判定する方法では、
前記鋼材ダンパーを構成する鋼材の硬さと塑性ひずみとの関係を記憶しておき、
前記鋼材ダンパーを構成する鋼材の硬さを測定し、
前記記憶した硬さと塑性ひずみとの関係から、前記測定した硬さに対応する塑性ひずみを取得する。
【００１０】
この場合、前記鋼材ダンパーに生じた多軸の塑性ひずみをエネルギー的に等価な単軸の塑性ひずみに変換し、前記鋼材の硬さと前記変換した単軸の塑性ひずみとの関係を記憶しておくこととしてもよい。
【００１１】
また、本発明の、鋼材ダンパーの損傷度合いを判定するための装置は、
前記鋼材ダンパーを構成する鋼材の硬さと塑性ひずみとの関係が記憶された記憶手段と、
前記鋼材ダンパーを構成する鋼材の硬さの測定値が入力される入力手段と、
前記記憶手段に記憶された硬さと塑性ひずみとの関係を参照して、前記入力された硬さの測定値に対応する塑性ひずみを取得する手段と、
前記取得した塑性ひずみの値を出力する手段と、を備える。
【００１２】
このように、本発明では、例えば図２に示すような鋼材の硬さ−塑性ひずみ関係を記憶手段に記憶しておき、測定された鋼材の硬さから、記憶手段に記憶された上記硬さ−塑性ひずみ関係に基づいて、塑性ひずみを判定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態では、損傷判定対象であるせん断パネル型の鋼材ダンパーの鋼材の硬さを硬度計により測定し、その硬さから鋼材ダンパーの塑性ひずみを判定する。なお、本実施形態では、硬度計として、ビッカース硬さＨＶと等価な硬さを超音波式で測定する携帯型の硬度計を用いて、被災現場等で作業員が鋼材ダンパー２０の硬度測定を簡便に行えるようにしている。
【００１４】
図３は、損傷度合いの判定対象である鋼材ダンパー２０の構成図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＡ−Ａ’矢視図である。同図に示すように、鋼材ダンパー２０は、上下エンドプレート２２，２３と、上下エンドプレート２２，２３を接続するウエブ部２４と、ウエブ部２４の両側部に設けられた側部フランジ２５，２６とを備える。これら各部は、各種の鋼材（例えば、ＬＹ１００、ＬＹ２２５、ＳＳ４００、ＳＭ４９０など）により構成されている。
【００１５】
上記の構成を有する鋼材ダンパー２０は、例えば、ブレースや間柱等の構造部材を介して上エンドプレート２２が建物の上層側に固定され、下フランジ２３が下層側に固定されるように設置される。したがって、地震等により建物が振動すると、鋼材ダンパー２０には図３（ａ）に矢印で示すような振動荷重が作用し、それに応じて、同図に破線で示すようにせん断変形が生ずる。このため、主にウエブ部２４に塑性的なせん断変形が生じて振動エネルギーが吸収され、制振効果が得られることとなる。
【００１６】
図４は、本発明の一実施形態である損傷度合い判定装置１０の全体構成図である。同図において、損傷度合い判定装置１０は、例えば、コンピュータシステムにより構成されており、硬さ入力部１２、硬さ−ひずみ関係記憶部１４、ひずみ判定部１６、ひずみ出力部１８等を備えている。
【００１７】
硬さ入力部１２には、例えば、コンピュータのキーボードにより構成され、硬度計３０により測定された硬さのデータが手入力される。硬度計３０による硬さ測定位置は、例えば、鋼材ダンパー２０のウエブ部２４の中央など、せん断変形による損傷が最も置き易い場所とする。なお、硬さ入力部１２がコンピュータの入出力インターフェースにより構成され、硬度計２０の測定データが直接、硬さ入力部１２へ入力される構成であってもよい。
【００１８】
硬さ−ひずみ関係記憶部１４は、例えば、ハードディスク装置等の記憶装置上に設けられ、上記図２に示すような、実験的に求められた硬さ−ひずみ関係を表すデータを格納している。
【００１９】
ひずみ判定部１６は、硬さ−ひずみ関係記憶部１４に記憶された硬さ−ひずみ関係を参照して、硬さ入力部１２に入力された硬さに対応する塑性ひずみεｐの値を判定する。この判定処理は、例えば、コンピュータのＣＰＵがメモリに記憶された所定のプログラムを実行することにより行なわれる。
【００２０】
なお、鋼材ダンパー２０のようにせん断パネル型のダンパーの場合は、鋼材にせん断応力すなわち多軸応力が作用するが、このような場合には、その応力によって生じた多軸の塑性ひずみを相当塑性ひずみ（エネルギー的に等価な一軸ひずみ）に変換したうえで、この相当塑性ひずみに対応する塑性ひずみεｐを判定するようにしてもよい。
【００２１】
多軸の塑性ひずみからエネルギー的に等価な一軸塑性ひずみ（相当塑性ひずみ）への変換は、ｖｏｎ−Ｍｉｓｅｓ（フォン・ミーゼス）の考え方に基づいた次式を用いて行うことができる。
【００２２】
【数１】
2005030904.tif 000003
【数２】
2005030904.tif 000004
である。（２）式に関して、特に平面問題では、以下のように表現できる。
【００２３】
【数３】
2005030904.tif 000005
【数４】
2005030904.tif 000006
【００２４】
このようにして多軸ひずみを一軸ひずみに変換することにより、一軸応力の場合の硬さ−ひずみ関係を用いながら、多軸応力の場合の硬さに対応する塑性ひずみεｐを正確に判定することができる。
【００２５】
ひずみ出力部１８は、例えばコンピュータのディスプレイ装置により構成され、ひずみ判定部１６により判定された塑性ひずみεｐの値を例えば画面上に出力する。ただし、塑性ひずみεｐの判定値を、例えばネットワーク経由でサーバーなど他のコンピュータへ送出するようにするなど、データの出力方法は任意である。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態では、鋼材ダンパー２０を構成する鋼材の硬さを測定して損傷度合い判定装置１０に入力すれば、その塑性ひずみεｐが出力されることとなり、この塑性ひずみεｐの大きさから鋼材ダンパー２０の損傷度合いを判定することができる。このため、例えば、地震被災後に鋼材ダンパーの継続使用が可能かどうかを的確に判断することができる。
【００２７】
また、本実施形態では、上記従来技術のようにダンパーの累積変位などの過去の履歴ではなく、硬さという現時点での状態のみを用いて損傷度合いを判定できる。このため、予め判定対象となる鋼材ダンパーを特定して装置を取り付けておかなくても、任意の鋼材ダンパーの損傷度合いを判定することが可能である。したがって、被災状況に応じて、損傷度合いの判定が必要な鋼材ダンパーについてのみ硬さを測定すればよいので、無駄な計測を行うことが不要となり、損傷度合いの判定に伴う費用を抑えることができる。
【００２８】
また、予め鋼材の硬さ−ひずみ関係を求めて記憶しておけばよく、あとは硬度計で測定した硬さから上記の硬さ−ひずみ関係を参照するだけで塑性ひずみεｐを求めることができるので、構成が極めて簡単である。しかも、１台の硬度計３０と１台の損傷度合い判定装置１０で多数の鋼材ダンパーの硬度を測定できるから、全体の装置コストも低く抑えることができる。
【００２９】
さらに、硬度計３０による硬度の測定は、接触子を軽く鋼材に接触させるだけで行えるので、鋼材にもほとんど傷つかないという利点もある。
【００３０】
なお、上記実施形態では、せん断降伏型の鋼材ダンパー２０の損傷度合いを判定するものとして説明したが、本発明はこれに限らず、軸降伏型、曲げ降伏型、ねじり降伏型など、鋼材の塑性変形により制振効果を発揮する任意の形態の鋼材ダンパーに適用が可能である。また、鋼材ダンパーの形状として、Ｙ形、間柱、Ｘ形、耐震壁、Ｋ形、Ｖ形、軸ブレース形などのタイプがあるが、何れのタイプの鋼材ダンパーにも適用が可能である。
【００３１】
また、上記実施形態では、ビッカース硬さＨＶと塑性ひずみεｐとの関係を硬さ−塑性ひずみ関係として記憶しておき、硬度計３０でもビッカース硬さＨＶと等価な硬さを測定して塑性ひずみεｐを判定するものとしたが、本発明はこれに限らず、ブリネル硬さ（ＨＢ）、ヌープ硬さ（ＨＫ）、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）、ショア硬さ（ＨＳ）、マルテンス硬さなど、他の硬さを用いてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では、硬度計３０として、携帯型超音波式の硬度計を用いたが、これに限らず、任意の形態・方式の硬度計を用いることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、予め鋼材ダンパーに測定装置を設置しておかなくても、鋼材ダンパーの損傷度合いを簡便に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼材ダンパーの硬さ測定点を、応力−ひずみ線図上に示す図である。
【図２】鋼材硬さ（ＨＶ）と塑性ひずみεｐとの対応関係を示すグラフである。
【図３】損傷度合いの判定対象である鋼材ダンパーの構成図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）におけるＸ−Ｘ矢視図である。
【図４】本発明の一実施形態である損傷度合い判定装置の全体構成図である。
【符号の説明】
１０  損傷度合い判定装置
１２  硬さ入力部
１４  硬さ−ひずみ関係記憶部
１６  ひずみ判定部
１８  ひずみ出力部
２０  鋼材ダンパー
３０  硬度計
【図１】
2005030904.tif 000007
【図２】
2005030904.tif 000008
【図３】
2005030904.tif 000009
【図４】
2005030904.tif 000010