(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料特性、コイル形状を考慮した実験により得た応力―変位関係を基に構築したダンパーの材料及び形状変化の予測式を下記式（１）〜式（４）を用いた設計手順により、材料径、コイル中心径、ピッチ及び巻数を定めて棒鋼材をコイル状に形成し、該コイルの軸方向及び軸直角方向にかかる振動エネルギーを弾塑性変形により吸収可能とすることを特徴とする構造物制振装置。
0003869278.tif 000004
【請求項２】
材料特性、コイル形状を考慮した実験により得た応力―変位関係を基に構築したダンパーの材料及び形状変化の予測式を下記式（１）〜式（４）を用いて設計条件及び設置空間条件を含めた設計手順により、材料径、コイル中心径、ピッチ及び巻数を定めて棒鋼材をコイル状に形成し、該コイルの軸方向及び軸直角方向にかかる振動エネルギーを弾塑性変形により吸収可能とすることを特徴とする構造物制振装置。
0003869278.tif 000005
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁や建物などの土木、建築構造物の制振に好適な構造物制振装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、構造物の振動制御のために、１９８０年代には例えば図６に代表する構造物間を連結する種々の形状に形成した鋼材の弾塑性変形によって構造物の振動エネルギーを吸収する制振装置が使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の初期の制振装置は、装置構成が簡単なので製作が容易であったが応力集中部が存在することで疲労特性が低下する問題点があり、それ以後は、高価な鋼材である超低降伏点鋼を使用したり、荷動抵抗能力に比べてサイズが大きくなるなどの問題点があった。
【０００４】
本発明は、これらの問題点を解消し、疲労特性が高く構造が簡単で低廉な鋼材が使用可能な構造物制振装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成すべく所定の応力振幅の予測式を用いた設計手順により材料径、コイル中心径、ピッチ及び巻数を定めて棒鋼材をコイル状に形成し、該コイルの軸方向及び軸直角方向にかかる振動エネルギーを弾塑性変形により吸収可能とすることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施の形態を図１乃至図５により説明する。
【０００７】
図１は本発明の１実施の形態である構造物制振装置１を示し、該構造物制振装置１は有効コイル部２とその両端部の結合部３とからなり、該有効コイル部２は弾塑性変形により振動エネルギーを吸収する機能を有し、該結合部３は構造物や他の装置に連結する機能を有する。
【０００８】
ここで該結合部３は前記有効コイル部２の端末からコイルを密着巻きにして形成されるが必ず必要とするものでない。
【０００９】
前記図１に示した構造物制振装置１の如きコイル形状弾塑性ダンパーは、図２に示す非線形の応力―変位特性を有し、降伏変位に対する極限変位の比が１０以上の高い延性能力を有し、前記有効コイル部２において実際に弾塑性変形が発生し、この有効コイル部２のコイルに応力が均等に分布するので応力集中部分がなく疲労特性が高くなり、又、コイル全体をエネルギー吸収部として使用するので減衰効率が高くなる。
【００１０】
この様な非線形の応力―変位特性は使用鋼材の材料特性とコイルの形状、即ち、巻き数ｔ、材料径ｄ、コイル中心径Ｄ、ピッチｈなどによって異なるため、数多くの実験を行って得た応力―変位関係を基に数値解析し、コイル形状弾塑性ダンパーの材料及び形状変化の予測式を次の様に構築し、この予測式による近似したコイル形状弾塑性ダンパーの応力―変位特性図を図３に示す。
0003869278.tif 000002
ここで、
δｙ：コイル形状弾塑性ダンパーの降伏変位
ｆｙ：コイル形状弾塑性ダンパーの降伏応力度
ｋ１：コイル形状弾塑性ダンパーの一次剛性
ｋ２：コイル形状弾塑性ダンパーの二次剛性
ｆｓｙ：材料の降伏応力
Ｅｓ１：材料の一次剛性
Ｅｓ２：材料の二次剛性
【００１１】
（１）乃至（４）式を通じて図３のようにコイル形状弾塑性ダンパーの軸方向挙動に対する履歴曲線を構成することができる。そしてコイル形状弾塑性ダンパーの極限変位（δｕ）に対する降伏変位（δｙ）の比（δｕ／δｙ）が１０を満足するとき安定的な履歴挙動と高い減衰効率を得られるので極限変位（δｕ）及び極限応力度（ｆｕ）は次のように仮定できる。
0003869278.tif 000003
【００１２】
（１）乃至（６）式に示された予測式を通じて設計荷重、設計変位などの設計条件とダンパー設置空間の制約によるダンパーの大きさ制限条件などがある場合に対してコイル形状弾塑性ダンパーを設計する方法は次の通りである。
【００１３】
即ち、
ステップ１
設計条件及び大きさ制限条件
ダンパーの極限荷重（ｆｕ）は設計荷重（ｆｄ）以上でなければならない
ｆｄ≦ｆｕ                            （７）
ダンパーの極限変位（δｕ）は設計変位（δｄ）以上でなければならない
δｄ≦δｕ                            （８）
設置空間の大きさ（幅〈Ｄｄ〉、長さ〈Ｈｄ〉など）はダンパーの大きさ以上
Ｄｄ≧Ｄ＋ｄ                          （９）
Ｈｄ≧（ｔ×ｈ）＋２Ｔｃ＋ｄ          （１０）
ステップ２
使用鋼材の選定の条件を設定してから図４に示す如く
ステップ３
材料直径に対するコイル中心径の比（Ｄ／ｄ）とピッチ角を仮定
Ｄ／ｄ＝４．０以上                    （１１）
ピッチ角  １０°以下                  （１２）
ステップ４
極限応力度は降伏応力度だけの式（式「６」）になり降伏応力度は材料径（ｄ）だけの関数（式２）になるから極限応力度は材料径（ｄ）だけの式になる。
よって式（２）（６）から式（７）を満足する材料径（ｄ）を求める。
ステップ５
式（９）を調査して
（Ｄ／ｄ）×ｄ＋ｄ≦Ｄｄ              （１３）
を満足しなければＤ／ｄを小さくしステップ４からやり直す。
ステップ６
式（８）を満足する巻き数（ｔ）を式（１）、（５）から求める。
ステップ７
式（１０）を調査して
ｔ×（Ｄ／ｄ）×（ｈ／Ｄ）×ｄ≦Ｈｄ  （１４）
を満足しなければｈ／Ｄを小さくしステップ４からやり直す。
ステップ８
以上のような段階によってコイル形状弾塑性ダンパーの形状を決定し満足する形状が無い場合は使用材料を変えるとかダンパーの個数を変えて図４に示す手順に従ってステップ１からやり直す。
【００１４】
図４の設計手順によって決定されるコイル形状弾塑性ダンパーは使用鋼材及び形状に数多く依存する。よって最適なダンパーの使用鋼材及び形状は高い減衰効率を表すダンパーの一次剛性と二次剛性によって決定され、これはダンパーを含めた構造系の非線形動的解析を通じて求められる。
【００１５】
尚、使用鋼材としては一般構造用圧延鋼材或いは機械構造用炭素鋼鋼材等を使用することができる。
【００１６】
更に、コイル形状弾塑性ダンパーは軸方向に対するエネルギー吸収のみならず軸直角方向履歴に対してもエネルギー吸収能力を持つ。
【００１７】
図５は特定なコイル形状弾塑性ダンパーの軸方向挙動及び軸直角方向挙動に対する履歴曲線の比較であり軸直角方向に対しても非線形態の履歴挙動を見せるので軸直角方向に対してもエネルギー吸収能力を持つことが分かる。
【００１８】
使用時には、構造物制振装置１の結合部３の部分を別部材の固定部材などにより構造物や他の装置などに連結して、該構造物や他の装置の振動エネルギーを有効コイル部２全体で吸収して効率的に減衰させることができる。
【００１９】
【発明の効果】
このように本発明によると、コイル形状弾塑性ダンパーである構造物制振装置は、応力がコイル全体に均等に分布して応力集中部分が発生せず疲労特性を向上でき、簡単なコイル形構造により製作が容易であると共に低廉な鋼材を使用することができて経済的な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態の構造物制振装置の説明図である。
【図２】その軸方向の応力―変位特性のグラフである。
【図３】予測式による近似の応力―変位特性のグラフである。
【図４】設計方法の手順のフローチャートである。
【図５】コイルの軸方向に対する軸直角方向の割合のグラフである。
【図６】従来例の斜視図である。
【符号の説明】
１    構造物制振装置
２    有効コイル部
３    結合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003869278.tif 000008
【図４】
0003869278.tif 000009
【図５】
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【図６】
0003869278.tif 000011