(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互に重層配置した複数の細長状鋼板と矩形状鋼板との間に粘弾性体の層を挟み前記細長状鋼板に粘弾性体の層から突出させる長い先端部を形成した制震ダンパーが構造物の支持脚部に固定されて成る制震機構であって、前記支持脚部は柱頭から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部を極低降伏点鋼で構成してあり、前記制震ダンパーは先端部を柱頭に結合し支持脚部に沿わせながら柱頭から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部に矩形状鋼板を結合したことを特徴とする制震機構。
【請求項２】
交互に重層配置した複数の細長状鋼板と矩形状鋼板との間に粘弾性体の層を挟み前記細長状鋼板に粘弾性体の層から突出させる長い先端部を形成した制震ダンパーが構造物の支持脚部に固定されて成る制震機構であって、前記支持脚部は柱頭から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部を極低降伏点鋼で構成してあり、前記制震ダンパーは先端部を構造物の上層横梁に結合し柱頭から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部に矩形状鋼板を結合したことを特徴とする制震機構。
【請求項３】
交互に重層配置した複数の細長状鋼板と矩形状鋼板との間に粘弾性体の層を挟み前記細長状鋼板に粘弾性体の層から突出させる長い先端部を形成した制震ダンパーが構造物の支持脚部に固定されて成る制震機構であって、前記支持脚部は柱頭から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部を極低降伏点鋼で構成してあり、前記制震ダンパーは先端部を構造物の上層に増設された横梁に結合し柱頭から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部に矩形状鋼板を結合したことを特徴とする制震機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は制震機構に関し、特に構造物の支持脚部の材質を部分的に変えることによって地震や風による振動を少なくする制震機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地震や風に対する構造物の応答を低減することを目的として、構造物に種々のタイプのダンパー（エネルギー吸収機構）を付加する制震工法が採用されつつあり、その中でも粘弾性系の制震ダンパーは、アクリル系ゴム、ゴムアスファルト系ゴム及び高減衰ゴムを粘弾性材料として用いられ、粘弾性体の剪断変形に対する粘性抵抗力を利用することで、小変形時からエネルギー吸収による付加減衰効果を発揮することで知られている。しかるに、粘弾性系の制震ダンパーは構造物の曲げ変形に対しては制震効果が発揮されにくいという問題点が提起されている。
【０００３】
即ち、外部構造物に粘弾性系の制震ダンパーを適用する例として、図６（ａ）の鉄道高架構造物２０が知られているが、本例では、粘弾性系の制震ダンパーの特性を生かすためにその柱脚２１にブレース２２と結合されたダンパー２３を適用していることから、柱脚の開口部を塞ぐことになって高架下の空間を有効に利用できないと共に、これらのダンパー２３は、柱脚の曲げ変形に対して制震効果を発揮できないことから、鉄道高架構造物の柱脚に所定の強度を備えさせる地中梁２４を設置する必要があり、工期の長期化と建設コストの高騰を余儀なくさせていた。
【０００４】
又、上記の問題点を解決することで、構造物の層間の開口部分を塞がずに空間の有効利用が図ると共に構造物の曲げ変形に対しても制震効果を発揮できる制震機構が提案されている。
【０００５】
図６（ｂ）に示す鉄道高架構造物の例では、制震ダンパー３０を、並列に向かい合う複数枚の細長状鋼板３１と矩形状鋼板３２とを交互に交差する状態に重層配置し、粘弾性体３３の層を細長状鋼板と矩形状鋼板との重層部分に挟み込んで構成しながら、細長状鋼板に粘弾性体３３の層から突出させる長い先端部３４を形成しており、この先端部３４を構造物の支持脚部３５に沿わせて柱頭３６に結合させると共に、矩形状鋼板３２を柱頭３６から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部３７に結合させることで、鉄道高架構造物の支持脚部３５に制震ダンパー３０を設置している。
【０００６】
これによって、制震ダンパー３０が装備された柱脚部３７は、図７に示すように地震等の揺れによって柱の中間部分での曲げ変形が小さく納まっているのに比較して、柱頭に近い部分における曲率はかなり大きくなることから、各鋼板間に挟まれている粘弾性体３３の層には充分な剪断変形が生じることになり、その剪断変形に対する粘性抵抗力によってエネルギーを吸収して目標の付加減衰効果を発揮させて、図８に示すように付加減衰効果を発揮させながら変形することになる。
【０００７】
即ち、図８に示す曲線３８は、地中梁があって制震ダンパーを設けていない従来の構造物における解析結果であり、曲線３９は、地中梁が無くて制震ダンパーを設けていない構造物における解析結果であるが、曲線４０は、地中梁が無くて制震ダンパー３０を設けた場合の構造物における解析結果であって、上記２例と比較して極めて有効な付加減衰効果が発揮されることを明示している。
【０００８】
以上の構成によって、本例では従来型のダンパーのように開口部を塞ぐこともないことから、高架下の空間を自由かつ有効に利用することで軌道の重層化も可能になると共に、高架構造物の地中梁を無くすることも可能になって、既設の地上軌道に対する高架工事も各段に容易にして工期短縮と建設コストの削減も向上させている。
【０００９】
しかしながら、本例は、支持脚部の柱頭３６と柱頭３６から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部３７に制震ダンパー３０を結合させていることから、細長状鋼板が短くなるために曲げ曲率を小さく制限される場合も出現することになって、制震効果面で付加する減衰効果が場合によっては不足するという状態も発生しており、より確実で効率的な免震機構の提案が嘱望されていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の状況に鑑みて提案するものであり、制震ダンパーが固定される支持脚部の部位における材質を部分的に変えて塑性ヒンジを積極的に形成することで、制震ダンパーのエネルギー吸収効率を向上させる制震機構を提供している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による制震機構は、基本的に、交互に重層配置した複数の細長状鋼板と矩形状鋼板との間に粘弾性体の層を挟み前記細長状鋼板に粘弾性体の層から突出させる長い先端部を形成した制震ダンパーが構造物の支持脚部に固定されて成る制震機構において、前記支持脚部は柱頭から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部を極低降伏点鋼で構成してあり、具体的に、制震ダンパーは先端部を柱頭に結合し支持脚部に沿わせながら柱頭から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部に矩形状鋼板を結合し、または先端部を構造物の上層横梁に結合し柱頭から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部に矩形状鋼板を結合し、あるいは先端部を構造物の上層に増設された横梁に結合し柱頭から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部に矩形状鋼板を結合したことを特徴にしている。
【００１２】
これによって、本発明による制震機構は、制震ダンパーが固定される支持脚部の部位に塑性ヒンジを形成することになるので、制震ダンパーのエネルギー吸収効率を向上させている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明による制震機構は、基本的に、交互に配置させた複数の細長状鋼板と細長状鋼板もしくは矩形状鋼板との間に粘弾性体の層を挟み込み、該細長状鋼板を粘弾性体の層から長さ方向に突出させて成る制震ダンパーが構造物の支持脚部に固定されて成る制震機構において、制震ダンパーが固定される支持脚部の部位を極低降伏点鋼で構成して塑性ヒンジを形成している。
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明するが、理解を容易にするために、従来と同様の部位については同一の符号で表現している。
【００１５】
図１は、本発明による制震機構の実施の形態を示す斜視図である。
本実施の形態で示す鉄道高架構造物の制震機構１は、制震ダンパー３０を装備した支持脚部２によって構成されている。
【００１６】
制震ダンパー３０は、従来と同様に並列に向かい合う複数枚の細長状鋼板３１と矩形状鋼板３２とを交互に交差する状態に重層配置し、粘弾性体３３の層を細長状鋼板と矩形状鋼板との重層部分に挟み込んで構成しながら、細長状鋼板に粘弾性体３３の層から突出させる長い先端部３４を形成している。
【００１７】
支持脚部２は、下方の柱脚部３をコンクリート充填鋼管（以下、ＣＦＴ構造と称する）で構成し、柱頭４から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部５を極低降伏点鋼で構成している。
【００１８】
本発明に用いる極低降伏点鋼は、図２に示す鋼材の応力−歪み関係のように、普通鋼であるＳＭ４９０やＳＳ４００に比較して、降伏点が１／４〜１／３と低い性状を示すと同時に、２０％程度の大きな伸び性能を有しており、早期の降伏と高い靭性を発揮している。
【００１９】
従って、上記制震ダンパー３０が、その先端部３４を柱頭４に結合させると共に、構造物の支持脚部２に沿わせながら柱頭４から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部５に矩形状鋼板３２を結合させることで、支持脚部２に付設されていることから、制震ダンパー３０が付設されている支持脚部２の柱脚部５には、極低降伏点鋼による塑性ヒンジが積極的に形成されることになる。
【００２０】
これによって、鉄道高架構造物が地震等の揺れによって変形する場合には、図３に示すように柱の中間部分での曲げ変形が小さく納まっているのに比較して、柱頭に近い部分では塑性ヒンジの作用によって柱脚部５の曲げ曲率を大幅に増大させていることになって、細長状鋼板３１と矩形状鋼板３２との間に挟まれている粘弾性体３３の層には、充分な剪断変形を生じさせており、これによって、図４に示す解析結果の如く、地中梁があって制震ダンパーを設けていない従来構造物の曲線６、地中梁が無くて制震ダンパー３０を設けた場合の構造物における曲線７に対して、曲線８は、地中梁が無くて制震ダンパー３０を設けると共に塑性ヒンジを設けた構造物における解析結果であって、上記２例と比較して極めて有効な付加減衰効果が発揮されることを明示している。
【００２１】
図５に示す実施の形態は、制震ダンパーの機能を有効に発揮させるための例であり、鋼板の曲げ変形を抑えながら細長状鋼板と矩形状鋼板との相対移動をできるだけ大きくして粘弾性体に伝達することによって、その剪断変形に対する粘性抵抗力によるエネルギー吸収を大にしている。
【００２２】
図５（ａ）に示す実施の形態は、制震ダンパーを鉄道高架構造物の上層横梁と柱の柱脚部との間に、火打ち形式に配備する例である。
【００２３】
本実施の形態では、制震ダンパー３０の細長状鋼板群３１を火打ち形式に適合できるように加工しており、これによって、粘弾性体の層から突出した細長状鋼板３１の先端部を鉄道高架構造物の上層横梁９に固定している。
【００２４】
一方、支持脚部２は柱頭４から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部５に極低降伏点鋼による塑性ヒンジを設けており、制震ダンパー３０を構成している矩形状鋼板群３２を上下と外側の外周部において、支持脚部２の柱頭から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部５に結合しているので、制震ダンパー３０の固定点が図１で説明した上記実施の形態の場合よりも長くなっている。
【００２５】
以上の構成によって、本実施の形態に地震等の横揺れが加えられた場合には、細長状鋼板３１と矩形状鋼板３２との相対移動が、上記実施の形態の例よりも大きくなることから、細長状鋼板の先端部に曲げ変形も発生しないことと相俟って、粘弾性体に形成される剪断変形も拡大されることになり、この剪断変形による粘性抵抗力によってエネルギーの吸収を増長して制震効果を向上させている。
【００２６】
図５（ｂ）に示す他の実施の形態は、制震ダンパーを鉄道高架構造物の上層に増設された横梁と柱の柱脚部との間に、火打ち形式に配備する例である。
【００２７】
本実施の形態も、図５（ａ）の例と同様に制震ダンパー３０の細長状鋼板３１を火打ち形式に適合できるように加工して制震ダンパー３０を構成しているが、粘弾性体の層から突出させた細長状鋼板３１の各先端部を高架構造物の上層両側に増設された横梁１０、１０に固定している点が同例と異なっている。
【００２８】
そして、支持脚部２は柱頭４から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部５に極低降伏点鋼による塑性ヒンジを設けており、制震ダンパー３０の矩形状鋼板３１は、支持脚部２の柱頭から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部５に上下と内側の外周部において結合されており、制震ダンパー３０の固定点は、図１で説明した上記実施の形態の場合よりも長くなっている。
【００２９】
従って、本実施の形態においても地震等の横揺れが加えられた場合には、細長状鋼板３１と矩形状鋼板群３２との相対移動が大きくなることから、図５（ａ）の例と同様に拡大される剪断変形による粘性抵抗力によって、エネルギーの吸収を増長することによって制震効果を向上させている。
【００３５】
以上の実施の形態で詳細に説明したように、本発明による制震機構は、柱を有する構造物であれば、土木構造物、建築構造物を含めどのような構造物にも適用することができるものであり、従来型のダンパーのように開口部を塞ぐことがないので、高架下の空間を有効に利用することができると共に、高架構造物の地中梁を無くすることが可能になり、工期短縮と建設コストの削減を向上できる。
【００３６】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明による制震機構は、上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、その適用範囲や適用形態は自由であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは当然のことである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明による制震機構は、交互に重層配置した複数の細長状鋼板と矩形状鋼板との間に粘弾性体の層を挟み前記細長状鋼板に粘弾性体の層から突出させる長い先端部を形成した制震ダンパーが構造物の支持脚部に固定されて成る制震機構において、前記支持脚部は柱頭から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部を極低降伏点鋼で構成してあり、制震ダンパーは先端部を柱頭に結合し支持脚部に沿わせながら柱頭から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部に矩形状鋼板を結合し、または先端部を構造物の上層横梁に結合し柱頭から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部に矩形状鋼板を結合し、あるいは先端部を構造物の上層に増設された横梁に結合し柱頭から柱長の１／３〜１／２に相当する範囲の柱脚部に矩形状鋼板を結合したことを特徴にしているので、制震ダンパーが固定される支持脚部の部位に塑性ヒンジを形成することで、制震ダンパーのエネルギー吸収効率を向上させる効果を発揮している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による制震機構の実施形態を示す斜視図
【図２】  極低降伏点鋼の応力−歪み関係図
【図３】  柱が変形した際の本発明による制震機構の動きを示す側面図
【図４】  本発明による制震機構の地震応答解析結果図
【図５】  本発明による制震機構を適用する他の実施形態図
【図６】 従来におけるブレース形式制震ダンパーの装備斜視図
【図７】 従来の制震機構で柱が変形した際の動きを示す側面図
【図８】 従来における制震機構の地震応答解析結果図
【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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【図７】
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【図８】
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