(57)【要約】【課題】  必要なエネルギー吸収性を与えつつ、剛性を高めることができ、かつ低コスト化が可能な座屈拘束ブレースを提供する。【解決手段】  この座屈拘束ブレース１は、芯材２と、この芯材２の両面に沿って配置した拘束材３とを有する。芯材２は、拘束材３との並び方向の厚みよりも並び方向と直交する方向の幅が広い帯板状である。芯材２の長手方向の一部分に他よりも断面二次モーメントが小さいエネルギー吸収部７を設け、このエネルギー吸収部７に長手方向に沿う構造スリット８を１つ以上設ける。構造スリット８により隔てられた複数の芯材分割部分９，１０の幅寸法を互いに異ならせる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材と、この芯材の両面に沿って配置した拘束材とを有する座屈拘束ブレースにおいて、
前記芯材は、前記拘束材との並び方向の厚みよりも並び方向と直交する方向の幅が広い帯板状であって、長手方向の一部分に他よりも断面二次モーメントが小さいエネルギー吸収部を設け、このエネルギー吸収部に長手方向に沿う構造スリットを１つ以上設け、この構造スリットにより隔てられた複数の芯材分割部分の幅寸法を互いに異ならせたことを特徴とする座屈拘束ブレース。
【請求項２】
請求項１において、前記芯材の長手方向の一部分に他よりも幅の狭い絞り部を設け、この絞り部を前記エネルギー吸収部とした座屈拘束ブレース。
【請求項３】
請求項１において、前記芯材の前記エネルギー吸収部は、長手方向における前記構造スリットが設けられている部分から設けられていない部分にかけて幅寸法が一定であり、前記構造スリットは、前記並び方向と直交する方向の隙間を有する座屈拘束ブレース。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記一対の拘束材のうちの少なくとも一方に固定され、前記構造スリットに挿通されて前記芯材の位置ずれを防止するボルトを設けた座屈拘束ブレース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、構造物の骨組みに組み込まれ、地震等の際に振動エネルギーを吸収して振動を減衰させる座屈拘束ブレースに関する。
【背景技術】
【０００２】
座屈拘束ブレースとしては、従来より、芯材の周囲を鋼板のみで補剛したもの、ＲＣで補剛したもの、鋼材とモルタルやコンクリートで被覆したもの等、様々な補剛形式が提案され、実用化されている。例えば、特許文献１に記載のものは、溝形鋼材内にコンクリートを充填してなる一対の拘束材で芯材を両側から挟み付けて、芯材を補剛している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６６３４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本件出願人は、座屈拘束ブレースのエネルギー吸収性能および剛性を高めるために、図７に示すように、芯材２の長手方向の一部分の幅を狭い絞り部７とした座屈拘束ブレースを研究開発中である。芯材２を図の形状とすると、エネルギーを吸収する部位が明確になる。これにより、制振部材として必要なエネルギー吸収性能を与えつつ、ブレースの剛性を高めることができ、座屈拘束ブレースの効率的な設計が期待できる。
【０００５】
上記座屈拘束ブレースに実際に負荷を与えて試験を行い、芯材２および拘束材（図示せず）の内部の状況を確認した。その結果、図８のように、芯材２の絞り部７がある一定の波長Ｉｎで波形に座屈し、その波形の頂部２Ａで拘束材が押されて、拘束材のモルタルが圧壊することが分かった。座屈の波長Ｉｎが芯材２の幅方向で一定であると、その波長Ｉｎの周期ごとに集中的に加わる芯材２からの力に対抗するため、拘束材の補剛力を大きくする必要がある。そのため、拘束材のモルタル量を多くするか、または溝形鋼材等の鋼材部分の強度を上げなければならず、座屈拘束ブレースが重く、かつ高価になってしまう。
【０００６】
この発明の目的は、必要なエネルギー吸収性を与えつつ、剛性を高めることができ、かつ低コスト化が可能な座屈拘束ブレースを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の座屈拘束ブレースは、芯材と、この芯材の両面に沿って配置した拘束材とを有し、前記芯材は、前記拘束材との並び方向の厚みよりも並び方向と直交する方向の幅が広い帯板状であって、長手方向の一部分に他よりも断面二次モーメントが小さいエネルギー吸収部を設け、このエネルギー吸収部に長手方向に沿う構造スリットを１つ以上設け、この構造スリットにより隔てられた複数の芯材分割部分の幅寸法を互いに異ならせたことを特徴とする。拘束材は、芯材の両側にそれぞれ位置する一対のものであっても、芯材の両側に位置する部分が互いに一体化された一つの部材であってもよい。
【０００８】
芯材に圧縮力が作用した場合、断面二次モーメントの小さいエネルギー吸収部がエネルギーを吸収して座屈する。座屈の波長は、芯材の断面二次モーメントによって変化する。したがって、エネルギー吸収部に長手方向に沿う構造スリットを設け、この構造スリットにより隔てられた複数の芯材分割部分の幅寸法を互いに異ならせたことにより、エネルギー吸収部のうちでも各芯材分割部分によって座屈モードが異なり、拘束材に発生する力が分散される。すなわち、座屈の波長が各芯材分割部分によって異なり、波形の頂部で押される拘束材の部分が分散する。よって、拘束材の補剛力を低減することができる。それにより、拘束材のモルタル量を少なくするか、または拘束材の溝形鋼材等の鋼材部分の材厚減等による強度低下が可能で、座屈拘束ブレースの軽量化、低コスト化が可能になる。
【０００９】
この発明において、前記芯材の長手方向の一部分に他よりも幅の狭い絞り部を設け、この絞り部を前記エネルギー吸収部としてもよい。あるいは、前記芯材の前記エネルギー吸収部は、長手方向における前記構造スリットが設けられている部分から設けられていない部分にかけて幅寸法が一定であり、前記構造スリットは、前記並び方向と直交する方向の隙間を有するものとしてもよい。
いずれであっても、各芯材分割部分の座屈モードを互いに異ならせることができる。芯材に絞り部を設けることによって、前述のようにエネルギーの吸収部位が明確になるが、絞り部を設けなくても、ある程度の隙間のある構造スリットが設けられることで、その構造スリットの存在する長さ部分は、他の部分よりも断面二次モーメントが小さくなり、エネルギーの吸収部位が明確になる。
【００１０】
この発明において、前記一対の拘束材のうちの少なくとも一方に固定され、前記構造スリットに挿通されて前記芯材の位置ずれを防止するボルトを設けてもよい。
この構成の場合、芯材に位置ずれ防止用の付属物を溶接で取付ける必要がないので、溶接による脆弱部分が生じることを回避でき、高いエネルギー吸収性能を発揮できる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の座屈拘束ブレースは、芯材と、この芯材の両面に沿って配置した拘束材とを有し、前記芯材は、前記拘束材との並び方向の厚みよりも並び方向と直交する方向の幅が広い帯板状であって、長手方向の一部分に他よりも断面二次モーメントが小さいエネルギー吸収部を設け、このエネルギー吸収部に長手方向に沿う構造スリットを１つ以上設け、この構造スリットにより隔てられた複数の芯材分割部分の幅寸法を互いに異ならせたため、必要なエネルギー吸収性を与えつつ、剛性を高めることができ、かつ低コストで製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の一実施形態にかかる座屈拘束ブレースの分解斜視図である。
【図２】同座屈拘束ブレースの断面図である。
【図３】（Ａ）は同座屈拘束ブレースの芯材の全体平面図、（Ｂ）はその部分拡大図である。
【図４】同座屈拘束ブレースの芯材と拘束材とに作用する力を示す説明図である。
【図５】この発明の異なる実施形態にかかる座屈拘束ブレースの断面図である。
【図６】（Ａ）は同座屈拘束ブレースの芯材の全体平面図、（Ｂ）はその部分拡大図である。
【図７】試作の芯材の斜視図である。
【図８】同芯材の試験後の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図４と共に説明する。図１はこの座屈拘束ブレースの分解斜視図、図２はその断面図である。この座屈拘束ブレース１は、芯材２と、この芯材２の両面に沿って配置した一対の拘束材３と、芯材２と拘束材３間に介在させるアンボンド材４とを有する。
【００１４】
芯材２は、ＳＮ材（建築構造用圧延鋼材）やＬＹＰ材（極低降伏点鋼材）等の降伏点の低い鉄鋼材料からなり、拘束材３との並び方向の厚みよりも並び方向と直交する方向の幅が広い細長い帯板状である。芯材２の両端部２ａは、柱や梁等の鉄骨材との継手となる部分であり、その両面の幅方向中央位置からそれぞれ垂直に突出するリブ５を有する断面十字状とされている。芯材２の両端部２ａには、複数のボルト孔６が穿孔されている。
【００１５】
図３に示すように、芯材２は、長手方向の中央部に他よりも幅の狭い絞り部７を有する。絞り部７は、他よりも断面二次モーメントが小さいエネルギー吸収部とされる。絞り部７には、長手方向に沿う１本の構造スリット８が設けられている。図例の構造スリット８は、一定の隙間幅の溝状で、両端は円弧状に形成されている。絞り部７を有する芯材２の場合、構造スリット８は隙間を有しない切れ目状であってもよい。構造スリット８は絞り部７における幅方向の片方に偏った位置に設けられており、構造スリット８により隔てられた２つの芯材分割部分９，１０の幅寸法Ａ，Ｂは互いに異なっている。絞り部７の両側には、スペーサ１１が配置される。スペーサ１１は、鋼板の切断片等の鋼材であっても、樹脂材等であってもよい。
【００１６】
図２に示すように、拘束材３は、芯材２側が開口した溝形鋼材１３内にモルタル１４を充填したものである。溝形鋼材１３は、ウェブ部１３ａと、このウェブ部１３ａの両端から垂直に立ち上がる両フランジ部１３ｂ，１３ｃとでなる断面溝形である。一方のフランジ部１３ｂは他方のフランジ部１３ｃよりも長く、長い方のフランジ部１３ｂが対向する拘束材３の短い方のフランジ部１３ｃの外面に当接している。
【００１７】
モルタル１４の芯材２と対向する表面には、アンボンド材４が貼り付けられる。アンボンド材４は、例えば板状またはシート状のブチルゴム等からなる。拘束材３およびアンボンド材４は、芯材２の両端部２ａの先端部分を除く芯材２の略全体を覆うように配置される。
【００１８】
図４は、この座屈拘束ブレース１の芯材２と拘束材３とに作用する力を示す説明図である。座屈拘束ブレース１に長手方向の圧縮力Ｐが作用すると、芯材２のエネルギー吸収部である絞り部７がエネルギーを吸収し、この絞り部７が圧縮されて図のように波形に座屈変形する。そして、芯材２の波形の頂部２Ａで拘束材３が外向きに押される。拘束材３には、芯材２からの力に対抗して同じ大きさ補剛力Ｃが芯材２に対して作用する。この補剛力Ｃの大きさは、式１で表される。ここで、Ｉｎは、芯材２の座屈の波長であって、式２で与えられる。Ｓは、芯材２の振幅である。Ｉｓは、芯材２の弱軸方向の断面二次モーメントである。
【００１９】
【数１】
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【００２０】
【数２】
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【００２１】
式１から、芯材２の座屈の波長Ｉｎは、芯材２の断面二次モーメントによって変化することが分かる。したがって、エネルギー吸収部である絞り部７に長手方向に沿う構造スリット８を設け、この構造スリット８により隔てられた２つの芯材分割部分９，１０の幅寸法Ａ，Ｂを互いに異ならせたことにより、エネルギー吸収部のうちでも各芯材分割部分９，１０によって座屈モードが異なり、拘束材３に発生する力が分散される。すなわち、芯材２が座屈の波長Ｉｎが各芯材分割部分９，１０によって異なり、波形の頂部２Ａで押される拘束材３の部分が分散する。よって、拘束材３の補剛力を低減することができる。それにより、拘束材３のモルタル１４の量を少なくするか、または溝形鋼材１３の材厚を薄くする等して強度を下げることにより、座屈拘束ブレース１の軽量化、低コスト化を図ることが可能になる。エネルギー吸収部を絞り部７としたことにより、エネルギー吸収部の断面二次モーメントを他よりも確実に低減させることができ、エネルギーの吸収部位が明確となって、効率的な設計が行える。
【００２２】
図５および図６は、この発明の異なる実施形態を示す。この座屈拘束ブレース１は、芯材２の両端部２ａを除く中央部、すなわち拘束材３のある長さ範囲の部分の幅寸法が一定であり、中央部の長手方向一部分に、長手方向に沿う２本の構造スリット８が設けられている。各構造スリット８は、一定幅の溝状で、両端は円弧状に形成されている。これら構造スリット８が設けられている芯材２の長手方向部分２０は、構造スリット８が存在することで、他よりも断面二次モーメントが小さくなったエネルギー吸収部とされる。２本の構造スリット８により、エネルギー吸収部は３つの芯材分割部分２１，２２，２３に隔てられている。両側の芯材分割部分２１，２３の幅寸法Ｄは互いに同じで、中央の芯材分割部分２２の幅寸法Ｅは両側の芯材分割部分２１，２３の幅寸法Ｄよりも大きい。
【００２３】
図５に示すように、各構造スリット８内にはスペーサ２４が配置される。このスペーサ２４は、一方の拘束材３のモルタル１４に埋め込み固定されたボルト２５と、このボルト２５の螺着させたナット２６により拘束材３に固定される。ボルト２５は、スペーサ２４に設けられたボルト挿通孔内に挿通される。このように、構造スリット８内のスペーサ２４を、構造スリット８を挿通して設けたボルト２５等により拘束材３に固定することで、芯材２の位置ずれを防止する。この構成の場合、芯材２に位置ずれ防止用の付属物を溶接で取付ける必要がないので、溶接による脆弱部分が生じることを回避でき、高いエネルギー吸収性能を発揮できる。
【００２４】
この実施形態の座屈拘束ブレース１も、この構造スリット８により隔てられた複数の芯材分割部分２１，２２，２３の幅寸法Ｄ，Ｅを互いに異ならせたことにより、エネルギー吸収部である長手方向部分２０のうちでも両側の芯材分割部分２１，２３と中央の芯材分割部分２２とで座屈モードが異なり、拘束材３に発生する力が分散される。よって、拘束材３の補剛力を低減することができる。それにより、拘束材３のモルタル１４の量を少なくするか、または溝形鋼材１３の材厚を薄くする等して強度を下げることにより、座屈拘束ブレース１の軽量化、低コスト化が可能になる。この座屈拘束ブレース１の芯材２は、幅寸法が一定であるため、エネルギー吸収部が芯材の幅方向の外側に位置し、拘束材３の設計上有利である。なお、この実施形態においても、構造スリット８を１本とし、その両側の芯材分割部分の幅を互いに異ならせてもよい。
【００２５】
なお、上記各実施形態では、芯材２の両側にそれぞれ別々の拘束材３を設けたが、芯材２の両側の拘束材部分が互いに一体化した一つの拘束材としてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１…座屈拘束ブレース
２…芯材
３…拘束材
７…絞り部（エネルギー吸収部）
８…構造スリット
９，１０，２１，２２，２３…芯材分割部分
２０…長手方向部分（エネルギー吸収部）
２５…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】
2012229572.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年12月16日(2011.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材と、この芯材の両面に沿って配置した拘束材とを有する座屈拘束ブレースにおいて、前記芯材は、前記拘束材との並び方向の厚みよりも並び方向と直交する方向の幅が広い帯板状であって、長手方向の一部分に他よりも断面二次モーメントが小さいエネルギー吸収部を設け、このエネルギー吸収部に長手方向に沿う構造スリットを１つ以上設け、この構造スリットにより隔てられた複数の芯材分割部分の幅寸法を互いに異ならせたことを特徴とする座屈拘束ブレース。
【請求項２】
請求項１において、前記芯材の長手方向の一部分に他よりも幅の狭い絞り部を設け、この絞り部を前記エネルギー吸収部とした座屈拘束ブレース。
【請求項３】
請求項１において、前記芯材の前記エネルギー吸収部は、長手方向における前記構造スリットが設けられている部分であって、当該エネルギー吸収部から前記構造スリットが設けられていない部分にかけて幅寸法が一定であり、前記構造スリットは、前記並び方向と直交する方向の隙間を有する座屈拘束ブレース。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記一対の拘束材のうちの少なくとも一方に固定され、前記構造スリットに挿通されて前記芯材の位置ずれを防止するボルトを設けた座屈拘束ブレース。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明において、前記芯材の長手方向の一部分に他よりも幅の狭い絞り部を設け、この絞り部を前記エネルギー吸収部としてもよい。あるいは、前記芯材の前記エネルギー吸収部は、長手方向における前記構造スリットが設けられている部分であって、当該エネルギー吸収部から前記構造スリットが設けられていない部分にかけて幅寸法が一定であり、前記構造スリットは、前記並び方向と直交する方向の隙間を有するものとしてもよい。
いずれであっても、各芯材分割部分の座屈モードを互いに異ならせることができる。芯材に絞り部を設けることによって、前述のようにエネルギーの吸収部位が明確になるが、絞り部を設けなくても、ある程度の隙間のある構造スリットが設けられることで、その構造スリットの存在する長さ部分は、他の部分よりも断面二次モーメントが小さくなり、エネルギーの吸収部位が明確になる。