(57)【要約】  【課題】フランジとベースプレートとの溶接部のひずみを低減させ、低サイクル疲労耐久性を向上させることができる、せん断パネル型制震ストッパーを提供する。  【解決手段】ベースプレート４と、ベースプレート４に下端部が溶接される縦向きの１対のフランジ５，５と、これらのフランジ５，５間に縦向きに設けられ、低降伏点鋼からなるせん断パネル８を有するウェブ６とを備え、上部構造２と下部構造３との間に上部構造２の変位を拘束するように設置されるせん断パネル型制震ストッパー１であって、ウェブ６は、せん断パネル８の下側に連設された、該せん断パネル８よりも降伏せん断耐力が大きな下部拘束パネル９を有している。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースプレートと、このベースプレートに下端部が溶接された縦向きの１対のフランジと、これらのフランジ間に縦向きに設けられ、低降伏点鋼からなるせん断パネルを有するウェブとを備え、上部構造と下部構造との間に上部構造の変位を拘束するように設置されるせん断パネル型制震ストッパーであって、
前記ウェブは、前記せん断パネルの下側に連設された、該せん断パネルよりも降伏せん断耐力が大きな下部拘束パネルを有していることを特徴とするせん断パネル型制震ストッパー。
【請求項２】
前記ウェブの上部を挟むように前記１対のフランジ間に溶接された１対の補剛材を備え、
前記ウェブは、前記せん断パネルの上側に連設された、該せん断パネルよりも降伏せん断耐力が大きな上部拘束パネルを有し、
前記補剛材は前記せん断パネルと前記上部拘束パネルとの境界部よりも上側で前記フランジに溶接されていることを特徴とする請求項１記載のせん断パネル型制震ストッパー。
【請求項３】
ベースプレートと、このベースプレートに下端部が溶接された縦向きの１対のフランジと、これらのフランジ間に縦向きに設けられ、低降伏点鋼からなるせん断パネルを有するウェブとを備え、上部構造と下部構造との間に上部構造の変位を拘束するように設置されるせん断パネル型制震ストッパーであって、
各フランジの下端部外面に、リブを設けたことを特徴とするせん断パネル型制震ストッパー。
【請求項４】
前記ウェブの上部を挟むように前記１対のフランジ間に溶接された１対の補剛材を備え、
前記ウェブは、前記せん断パネルの上側に連設された該せん断パネルよりも降伏せん断耐力が大きな上部拘束パネルを有し、
前記補剛材は前記せん断パネルと前記上部拘束パネルとの境界部よりも上側で前記フランジに溶接されていることを特徴とする請求項３記載のせん断パネル型制震ストッパー。
【請求項５】
前記せん断パネル及び前記拘束パネルの各降伏せん断耐力をそれぞれ Sy1 及び Sy2 としたとき、パネル耐力比 Sy2/Sy1 を 1.5 〜 2.0 とすることを特徴とする請求項１，２又は４記載のせん断パネル型制震ストッパー。
【請求項６】
前記パネル耐力比とするために、前記拘束パネルは、前記せん断パネルと同材質で厚みが該せん断パネルよりも大きなものとされていることを特徴とする請求項５記載のせん断パネル型制震ストッパー。
【請求項７】
前記パネル耐力比とするために、前記拘束パネルは、前記せん断パネルと同厚で降伏せん断応力が該せん断パネルよりも大きな材質のものとされていることを特徴とする請求項５記載のせん断パネル型制震ストッパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、せん断パネル型制震ストッパーに関し、さらに詳細には、例えば、橋梁等において上部構造と下部構造との間に設置され、常時や所定レベルまでの地震に対しては上部構造の変位を拘束するストッパーとして機能し、所定レベル以上の地震に対してはせん断塑性変形することによりダンパーとして機能する制震ストッパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、橋梁技術の分野においては、新設橋梁の耐震性能向上を目的として、あるいは既設橋梁の耐震補強を目的として、反力分散構造や免震構造が一般的に用いられている。これらの構造による耐震方法は、支承を弾性支持構造とし、下部構造の水平反力を分散することや上部構造の固有周期を長周期化することで地震動との共振現象を避け、下部構造の負荷を減少させる方法である。
【０００３】
しかし、これらの方法は、(1) 橋脚の負荷を低減させるが上部構造の移動量が大きくなり、桁遊間確保が困難となる、(2) 軟弱地盤の橋梁への適用が困難となる、(3) 常時における活荷重による振動などが問題となる場合がある、(4) 特に既設橋梁への対応が難しい等の問題がある。
【０００４】
このような背景の下、この出願人は特願２００５−５００９０号において、積層ゴムからなる可動支承と低降伏点鋼を用いたせん断パネル型制震ストッパー（同出願明細書ではせん断パネル型ダンパーと称している）とを組み合わせた支承構造を提案している。このような支承構造によれば、せん断パネル型制震ストッパーは、常時やレベルの低い地震動時までは上部構造を拘束するストッパーとして機能し（このため、可動支承は固定支承として機能する）、レベルの高い地震動時において降伏点に達した後はダンパーとして機能する（このとき、可動支承は本来の可動支承として機能する）。この結果、反力分散構造や免震構造のもつ上記種々の問題を解消することができる。
【０００５】
ところで、上記のような支承構造に適用されるせん断パネル型制震ストッパーは、下部構造に固定されるベースプレートと、このベースプレートに下端部が溶接される縦向きの１対のフランジと、これらのフランジ間に縦向きに設けられた低降伏点鋼からなるせん断パネル（ウェブ）とを有している。この出願の発明者らは、このようなせん断パネル型制震ストッパーについて、繰り返し載荷試験を行ったところ、フランジとベースプレートとの溶接部のひずみが大きく、低サイクル疲労耐久性に問題があるということを見出した。
【０００６】
また、上記せん断パネル型制震ストッパーは、せん断荷重の載荷点となる位置に補剛材が設けられている。この補剛材も溶接によりフランジ間に固定されていることから、この溶接部にも上記フランジとベースプレートとの溶接部ほどではないが、繰り返し載荷による比較的大きなひずみが発生することが判明した。
【０００７】
なお、この出願の発明に関連する先行技術情報としては、上下部構造間での適用例であって、せん断パネル型制震ストッパーそのものに関する技術ではないが、次のようなものがある。
【特許文献１】特開平１０−７７７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、フランジとベースプレートとの溶接部のひずみを低減させ、低サイクル疲労耐久性を向上させることができる、せん断パネル型制震ストッパーを提供することにある。
【０００９】
この発明の別の目的は、フランジとベースプレートとの溶接部のひずみ低減に加えて、補剛材とフランジとの溶接部のひずみを低減させ、低サイクル疲労耐久性を向上させることができる、せん断パネル型制震ストッパーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、この発明による第１の手段は、ベースプレートと、このベースプレートに下端部が溶接された縦向きの１対のフランジと、これらのフランジ間に縦向きに設けられ、低降伏点鋼からなるせん断パネルを有するウェブとを備え、上部構造と下部構造との間に上部構造の変位を拘束するように設置されるせん断パネル型制震ストッパーであって、
前記ウェブは、前記せん断パネルの下側に連設された、該せん断パネルよりも降伏せん断耐力が大きな下部拘束パネルを有していることを特徴とするせん断パネル型制震ストッパーにある。
【００１１】
上記制震ストッパーは、前記ウェブの上部を挟むように前記１対のフランジ間に溶接された１対の補剛材を備え、前記ウェブは、前記下部拘束パネルに加えて、前記せん断パネルの上側に連設された、該せん断パネルよりも降伏せん断耐力が大きな上部拘束パネルを有し、前記補剛材は前記せん断パネルと前記上部拘束パネルとの境界部よりも上側で前記フランジに溶接されている構成を採用することもできる。
【００１２】
また、この発明による第２の手段は、ベースプレートと、このベースプレートに下端部が溶接された縦向きの１対のフランジと、これらのフランジ間に縦向きに設けられ、低降伏点鋼からなるせん断パネルを有するウェブとを備え、上部構造と下部構造との間に上部構造の変位を拘束するように設置されるせん断パネル型制震ストッパーであって、
各フランジの下端部外面に、リブを設けたことを特徴とするせん断パネル型制震ストッパーにある。
【００１３】
この第２の手段の場合も、上記せん断パネル型制震ストッパーは、前記ウェブの上部を挟むように前記１対のフランジ間に溶接された１対の補剛材を備え、前記ウェブは、前記せん断パネルの上側に連設された該せん断パネルよりも降伏せん断耐力が大きな上部拘束パネルを有し、前記補剛材は前記せん断パネルと前記上部拘束パネルとの境界部よりも上側で前記フランジに溶接されている構成を採用することもできる。
【００１４】
上記せん断パネル型制震ストッパーにおいて、前記せん断パネル及び前記拘束パネルの各降伏せん断耐力をそれぞれ Sy1 及び Sy2 としたとき、パネル耐力比 Sy2/Sy1 を 1.5 〜 2.0 とするのが、望ましい態様である。この場合、前記パネル耐力比とするために、前記拘束パネルは、前記せん断パネルと同材質で厚みが該せん断パネルよりも大きなものとされている。あるいは、前記パネル耐力比とするために、前記拘束パネルは、前記せん断パネルと同厚で降伏せん断応力が該せん断パネルよりも大きな材質のものとされている。
【発明の効果】
【００１５】
この発明による第１の手段によれば、せん断パネルの下側に下部拘束パネルを持つウェブ構造としたので、フランジとベースプレートとの溶接部に生じるフランジの曲げ応力をせん断パネルと下部拘束パネルとの境界部に移行させることができ、この結果、溶接部のひずみを低減させることができる、低サイクル疲労耐久性を向上させることができる。
【００１６】
また、下部拘束パネルに加えて、せん断パネルの上側にも上部拘束パネルを持つウェブ構造とすることにより、補剛材とフランジとの溶接部のひずみも低減させることができる。
【００１７】
さらに、この発明による第２の手段によれば、フランジの下端部外面にリブを設けた構造としたので、フランジとベースプレートとの溶接部に生じるフランジの曲げ応力をリブに分散させることができ、この結果、溶接部のひずみを低減させることができる、低サイクル疲労耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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〜図３は、この発明の実施形態を示し、図１は正面図、図２は平面図、図３は図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。この発明による、せん断パネル型制震ストッパー１（以下、単に制震ストッパーと称する）は、例えば橋梁においては、上部構造２と下部構造３との間に図示しない可動支承と組み合わせて設置される。
【００１９】
制震ストッパー１は、下部構造３に固定されるベースプレート４と、このベースプレート４に縦向きに設けられた１対のフランジ５，５と、フランジ５，５間に縦向きに設けられたウェブ６とを備えている。１対のフランジ５，５間にはウェブ６の上部を挟むように１対の補剛材７，７が設けられている。補剛材７，７はせん断力Ｓの載荷点となる高さ位置に設けられる部材である。
【００２０】
ベースプレート４、フランジ５，５及び補剛材７，７はいずれも普通鋼からなり、フランジ５，５の各下端部はベースプレート４に溶接されている。また、補剛材７，７も両端部がフランジ５，５に溶接されている。
【００２１】
ウェブ６は低降伏点鋼からなるせん断パネル８を有し、さらに、せん断パネル８の下側に連設された下部拘束パネル９を有している。下部拘束パネル９は、せん断パネル８よりも降伏せん断耐力が大きな部材である。すなわち、ウェブ６は、それぞれの降伏せん断耐力が異なるせん断パネル８と下部拘束パネル９とからなるハイブリッドパネルである。なお、せん断パネル８と下部拘束パネル９とは端部どうしが溶接され、また下部拘束パネル９の下端部はベースプレート４に溶接されている。
【００２２】
図４は、この発明の別の実施形態を示す正面図である。前記したように、補剛材７，７もフランジ５，５に溶接されている。この実施形態では、ウェブ６は下部拘束パネル９に加えて、せん断パネル８の上側に連設された上部拘束パネル１０を有している。補剛材７，７は、せん断パネル８と上部拘束パネル１０との境界部よりも上側でフランジ５，５に溶接されている。この上部拘束パネル１０も、下部拘束パネル９と同様、せん断パネル８よりも降伏せん断耐力が大きな部材である。
【００２３】
各拘束パネル９，１０の降伏せん断耐力をせん断パネル８のそれよりも大きくするには、以下のいずれかの方法を選択することができる。
(1) 拘束パネル９，１０の材質をせん断パネル８と同材質（低降伏点鋼）とし、厚みをせん断パネル８よりも大きくする。
(2) 拘束パネル９，１０の厚みをせん断パネル８のそれと同厚とし、材質を降伏せん断応力がせん断パネル８のそれより大きなもの（普通鋼）とする。
(3) 上記 (1) (2) の方法を併用する。
【００２４】
図１，図４に示すように、例えば橋梁においては、上部構造２の下部に係合部（あるいは上部構造側ストッパー）２ａ，２ａが設けられ、制震ストッパー１はこの係合部２ａ，２ａがフランジ５，５の上端部に係合した状態で下部構造３に設置される。このため、上部構造２は常時やレベル１地震動までは変位できず、制震ストッパー１は上部構造２の変位を拘束するストッパーとして機能する。
【００２５】
他方、地震動がレベル１を超えると、制震ストッパー１にはせん断パネル８の降伏せん断耐力を超える繰り返しせん断荷重Ｓが作用する。この結果、せん断パネル８がせん断塑性変形し、その際せん断パネル８は履歴減衰性をもつことから、地震動のエネルギーを吸収する。すなわち、制震ストッパー１は振動を減衰させるダンパーとして機能する。なお、レベル１地震動とは、「道路橋示方書（Ｖ耐震設計編）・同解説」（社団法人  日本道路協会編）に示されている地震動のことである。
【００２６】
図５は、制震ストッパー１がせん断変形するときの挙動を従来のものと比較して説明する図である。同図において、（ａ）は従来の制震ストッパー５０を示し、（ｂ）は図４に実施形態として示したこの発明の制震ストッパー１を示している。いうまでもなく、従来の制震ストッパー５０は、ウェブ６がせん断パネル８のみからなっている。
【００２７】
従来の制震ストッパー５０及びこの発明の制震ストッパー１ともに、せん断力Ｓが載荷されると、ウェブ６にせん断力が作用し、ベースプレート４に伝達される。ここで、せん断パネル８の降伏せん断耐力を Sy1 、拘束パネル９，１０の降伏せん断耐力を Sy2 とし（ただし、Sy = D × t × τy ，D：パネル幅、t：パネル板厚、τy：パネルのせん断降伏応力）、Sy1 ＜Ｓ＜ Sy2 のせん断力Ｓがウェブ６に作用したとすると、従来の制震ストッパー５０とこの発明の制震ストッパー１とでは、ウェブ６のせん断降伏する範囲が異なったものとなる。
【００２８】
すなわち、従来の制震ストッパー５０では、補剛材７の下方のウェブ６全体がせん断降伏する。このため、フランジ５，５とベースプレート４との溶接部イにおいてフランジ５，５の局部的な曲げ変形が生じ、溶接部イに大きなひずみが発生する。この結果、変位量が大きな繰り返しせん断変形を受けると、溶接部イにおいて破断するおそれがある。同様に、補剛材７とフランジ５，５との溶接部ロにおいても、溶接部イほどではないが、フランジ５，５の局部的な曲げ変形が生じ、ひずみが発生する。
【００２９】
これに対し、この発明の制震ストッパー１では、せん断パネル８のみがせん断降伏し、拘束パネル９，１０はせん断降伏に達しない。このため、フランジ５，５の曲げ変形部は材料的に弱い溶接部イ、ロから材料的に強いせん断パネル８と拘束パネル９，１０との境界部ハ、ニにそれぞれ移行する。この結果、溶接部イ、ロのひずみが低減し、フランジ５，５の疲労耐久性の向上を図ることができる。
【００３０】
せん断パネルの降伏せん断耐力 Sy1 と拘束パネルの降伏せん断耐力 Sy2 とのパネル耐力比 Sy2/Sy1 を種々変化させ、ＦＥＭ解析を試みたところ、表１に示すような結果を得ることができた。表１において、ケース No.0 は、従来の制震ストッパーである。ケース No.1 〜No.3 はせん断パネル及び拘束パネルを同厚とし、拘束パネルに普通鋼を用いたもの、ケース No.4 〜 No.6 はせん断パネル及び拘束パネルに同材質の低降伏点鋼を用い、厚みを変えたものである。
【００３１】
「溶接部ひずみ」はフランジとベースプレートとの溶接部（図５のイ）のひずみ、「境界部ひずみ」はせん断パネルと下部拘束パネルとの境界部におけるフランジのひずみ（図５のハ）である。また、「溶接部ひずみ比率」及び「境界部ひずみ比率」は、従来の制震ストッパー（ケース No.0 ）に生じた溶接部ひずみを 1.00 としたときの割合を示している。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
解析結果によれば、パネル耐力比 Sy2/Sy1 が 小さすぎると、溶接部ひずみがそれほど低減しない（ケース No.1 ）。逆に、パネル耐力比 Sy2/Sy1 が 大きすぎると、溶接部ひずみは大きく低減するものの、境界部ひずみが大きくなりすぎて境界部の負担が大となり（ケース No.3 ，No.6 ）、いずれの場合も溶接部ひずみと境界部ひずみとのバランスがとれない。他方、パネル耐力比 Sy2/Sy1 を 1.5 〜 2.0 にすると、溶接部ひずみが低減し（溶接部ひずみ比率が 0.2 以下）、かつ境界部ひずみの増加を抑えることができ（境界部ひずみ比率で 0.6 程度）、両者のバランスがとれることが判明した（ケース No.2 ，No.4 ，No.5 ）。したがって、フランジ５，５の疲労耐久性の向上を図るためには、パネル耐力比を上記数値範囲から選択するのが最も好ましい態様である。
【００３４】
すなわち、せん断パネル及び拘束パネルに同材質の低降伏点鋼を用いる場合は、拘束パネルの板厚をせん断パネルの 1.5 〜 2.0 倍とする。また、せん断パネル及び拘束パネルを同厚とする場合は、降伏せん断応力がせん断パネルの 1.5 〜 2.0 倍となる拘束パネル鋼材を選択する。なお、上記解析結果は、フランジとベースプレートとの溶接部に関するものであるが、フランジと補剛材との溶接部に関しても同様の結果が得られるものと推定される。
【００３５】
図１〜図４に示した実施形態は、フランジとベースプレートとの溶接部のひずみを低減させる手段として、拘束パネルを設けた例であるが、これとは異なる手段によっても同溶接部のひずみを低減させることができる。図６，図７は、その実施形態を示し、図６は正面図、図７は平面図である。
【００３６】
この実施形態では、制震ストッパー１は、フランジ５，５の下端部外面にリブ１１が設けられている。リブ１１は円弧状のフィレット１２が形成されたもので、ウェブ６すなわちせん断パネル８と同じ面内に設けられている。リブ１１はフランジ５，５に溶接されるとともに下端部がベースプレート４に溶接されている。このようなリブ１１を設けることにより、フランジ５，５とベースプレート４との溶接部に生じる曲げ応力がリブ１１に分散し、溶接部のひずみを低減させることができる。
【００３７】
図８は、さらに別の実施形態を示す正面図である。この実施形態は、リブ１１を設けた制震ストッパー１において、図４に示した実施形態と同様に、せん断パネル８の上側に上部拘束パネル１０を連設したものである。したがって、補剛材７は、せん断パネル８と上部拘束パネル１０との境界部よりも上側でフランジ５，５に溶接されている。上述したように、上部拘束パネル１０を設置することにより、補剛材７とフランジ５との溶接部のひずみを低減させることができる。
【００３８】
この発明による制震ストッパーは、橋梁の上下部構造間に設置するに限られない。例えば、特許文献１には、建築物（上部構造）と基礎（下部構造）との間にアイソレータと組み合わせてダンパーを設置することが記載されているが、このようなダンパーとして適用することも可能である。この場合、同文献に記載されているように、所定範囲での上部構造の変位を許容し、それ以上の変位に対して上部構造を拘束するような設置態様となる。また、制震ストッパーは下部構造ではなく、上部構造に取り付ける態様も採り得る。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の実施形態を示す正面図である。
【図２】同実施形態の平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】別の実施形態を示す正面図である。
【図５】この発明の制震ストッパーと従来のものとの挙動を比較して説明する図である。
【図６】別の実施形態を示す正面図である。
【図７】同実施形態の平面図である。
【図８】別の実施形態を示す正面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１      せん断パネル型制震ストッパー（制震ストッパー）
２      上部構造
２ａ，２ａ      係合部
３      下部構造
４      ベースプレート
５      フランジ
６      ウェブ
７      補剛材
８      せん断パネル
９      下部拘束パネル
１０      上部拘束パネル
１１      リブ
１２      フィレット
【図１】
2007191912.tif 000004
【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】
2007191912.tif 000010
【図８】
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