広島工業大学紀要研究編
第 44 巻（2010）pp.151-156

論文

鉄骨架構に適用する方杖形式扇型ダンパーに関する研究（その１玉井宏章 *・高松

扇型金物の加力試験）

隆夫 *・村田学 **・角屋治克 **（平成21年10月30日受理）

On Hystereric dampers for steel buildings with bent steel plates(Part1 Loading tests on bent steel plate)

Hiroyuki TAMAI, Takao TAKAMATU, Manabu MURATA and Haruyoshi KADOYA(Received Oct. 30, 2009)

Abstract
In this paper，the static characteristics of the hysterestic dampers with bended steel plates
were investigated by cyclic loading test using partial specimens． The test parameters were themethods of connections and the number of dampers The test results showed that the hysterestic properties of this dampers were stable and the tensile strength was stronger than the compressive strength．
Key Words: Steel damper, Vibration-controlled structures, Hysterestic properties,Beam-to-column connectionある。そこで筆者らは図１に示す鋼板を折り曲げて成型し１．はじめにた鋼材系履歴ダンパーを，ピン接合された主架構の仕口部

近年の制振構造の実用化に伴い，鋼材系，粘（弾）性系，に取り付けることで開口を確保できる構造形式を提案す摩擦系などのダンパーが開発されている。これらのダンる。仕口部をピン接合とすることで変形性能を高め，ダンパーの中では鋼材系のダンパーが比較的コストが抑えられパー部分でエネルギーを吸収するシステムである。

るため広く普及しつつある。従来の鋼材系ダンパーは，エ提案する鋼材ダンパーは鋼板に折り曲げ部分を設け，そネルギー吸収を軸降伏により塑性化に期待する座屈拘束型の折曲げ部分の板要素が曲げ降伏することによるエネル

１）,３）ギー吸収を期待するものである。このような塑性化機構のや，せん断降伏による塑性化に期待するせん断パネル
２）,４）,５）型のもの

ダンパーはダンパー単体にも大きな塑性変形性能が期待でが一般的である。

変形性能を実に向上させる塑性化形式が用意されると，判振構造のメニューが増え望ましいと考えられる。また，これらのダンパーを有効に動作させるためには，架構と大きる。

２．折り曲げ成形鋼板バンパー変形時においてもしっかり接合しておく必要がある。

提案する折り曲げ成形鋼板ダンパーの機構を図１に詳細

ダンパーの取付方法については，間柱型，壁型，ブレーを図２（a），（c）（e）に示す。
-ス型などの取付方法が提案されている。一般的にこれらの扇形の鋼板に４ヶ所を均等に折り曲げ折れ線加工したも取付方法は開口部が塞がれるという建築計画上の問題点がのをエンドプレートや接合添板を介して柱梁隅角部に高力＊＊

広島工業大学工学部建築工学科＊＊

岡部株式会社― 151 ―

玉井宏章・高松隆夫・村田（a）設置状況
図１

図２

学・角屋治克（b）接合部の詳細
折り曲げ成形鋼板ダンパー

図３

載荷治具の詳細図４

変位計測治具

折り曲げ成形鋼板ダンパー（試験体一覧）

ボルト接合するようになっている。
地震時による柱梁隅角部の変形により折り曲げ部分の４折線に塑性ヒンジ線が生じ，圧縮・引張時とも安定したエ体の計２体，54 シリーズはダンパー金物１枚を高力ボルネルギー吸収を行える機構を有している。折り曲げ深さをト摩擦接合した試験体，２枚重ねて摩擦接合した試験体，十分にとることによって大きな塑性変形性能が期待でき３枚重ねて摩擦接合した試験体の３体，計５体の試験体をる。また柱梁接合部を梁ウェブのみをボルト接合するピン用いた。扇半径を 350mm と 540mm とすることで扇半径接合とすれば架構全体に大変形時においても鉛直力を十分によるダンパー金物の力学性状への影響を確認する。また，に支えうる構造システムを構築することができる。

ダンパー金物を複数取り付けた試験体を用い，ダンパー金建築計画には開口部が大きくとれる他，ボルト接合によって取付けるので，補修・修理が容易に行える。

物の数量を増加したときダンパー部分の性能が線形的に増加することを確認する。更に，平板の試験体を用いることでダンパー金物の平板部分に関する面外座屈等の力学挙動

３．載荷試験方法を確認する。表２にダンパー金物の素材試験結果を示す。

折曲げ成形鋼板ダンパーの性状を調査するために載荷試
3.2験を行った。以下に載荷試験方法を示す。

載荷プログラムおよび測定方法

試験装置は図３．に示すように各接点をピン接合とした
3.1

試験体

V 字形の治具を用い，V 字の隅角部に試験体を設置する。

図２に試験体，表１に試験体一覧を示す。試験体は，厚片方の端部ピンを固定し，もう片方の端部ピンにジャッキさ６mm 鋼板を冷間加工により成形した折り曲げ部分を持を用いて載荷を行うことで，中央部ピンを回転中心とする

ち半径 350mm の扇形状をした金物（以下ダンパー金物）

曲げモーメント M を試験体に作用させる。変位の計測はをエンドプレートに溶接接合した試験体（35 シリーズ）と，図４に示す。試験体両部の相対変位を表と裏の変位系で計ダンパー金物とエンドプレートにガセットプレートを溶接測し平均した後，隅角部の回転角θに換算した。荷重のした金物を高力ボルト接合することで扇形状の半径を約

計測はジャッキ先端のロードセルで行いピン部の抵抗曲げ540mm とした試験体（54 シリーズ）の２種類を用意した。

モーメントに換算した。ひずみの計測は図５に示すよう各

35 シリーズはダンパー金物を１枚溶接した試験体と扇形試験体について折線上表裏の円周方向直ひずみを箔ひずみ状がダンパー金物と同様の形状を持つ平板を溶接した試験ゲージで計測した。載荷プログラムは正負漸増繰返し載荷― 152 ―鉄骨架構に適用する方杖形式扇型ダンパーに関する研究
表１

試験体名35-135-F54-154-2
54-3

扇半径350350
540540540
表２表３

試験体一覧

金物形状
折り曲げ鋼板平板
折り曲げ鋼板
折り曲げ鋼板
折り曲げ鋼板

金物枚数
11123

試験体名
35-135-F54-1

素材試験結果YP（N/mm2）TS（N/mm2）

EI
（%）

YR
（%）

54-2

308

443

27.0

69.5

54-3

P1-6

載荷方向

実験結果一覧eK
eMy（kN･m/rad） （kN･m）eMmax（kN･m）

+

1070

7.8-

1130

-7.0

11.3
-8.6+

77000

82.3

125-64.4-

78000-58.9+

1150

12.5

21.5-1150-10.1-15.6+

1900

29.741.4-2350-18.7-30.8+3000

39.860.5-3800-24.6-42.9

平板の試験体 35-F は引張側において 10θy まで荷重の低下は見られなかったが，圧縮側においては 20θy の一回目の載荷時に全体座屈が発生し荷重が低下した。座屈発生
後は引張側ではスリップ形状の履歴曲線を描き，圧縮側は座屈による耐力低下の後，ほぼ一定の耐力を保持したまま（a）34-1

試験体（b）54-1

試験体変形が増大し，変形の増大とともに除荷剛性の低下が見ら

図５．歪ゲージの貼付位置れた。35-F は圧縮側においても著しく耐力が低下したた
め 10θy の載荷サイクル終了時に実験を終了した。座屈後と し， 降 伏 回 転 角 θy の ２，４，６，８，10，12，14，16，18，20にほぼ一定となる耐力の値が約 20kN・m となっている。こ倍を正負２回ずつ繰返すことを基本とする載荷サイクルとれは 35-1 の最大耐力の約２倍の値であり，ダンパー金物した。降伏回転角θy は試験体と同じ半径，幅及び板厚をの平板部分における面外座屈の発生を考慮する必要はない

持つ板要素が引張降伏するときの変形に対応した回転角とと考えられる。

した。
○降伏耐力・初期剛性最大耐力

４．実験結果と考察

表２から降伏耐力 eMy は骨格曲線における接線剛性が初

図６に各試験体の曲げモーメント M- 回転角θ関係の履期剛性 eK の 1/3 となるときのモーメントの値とした。35-歴曲線を示し，図７に各試験体の骨格曲線を示す。表２に１と 54-１を比較すると，eMmax の比は 1.51，1.45 となって実験結果一覧を示す。図８には 34-１，54-１試験体の引張・おり，扇半径の比である 1.51 とほぼ同じ比となっているが，圧縮時における最大ひずみ分布を示す。写真１には 35-F，e54-１，54-２試験体の引張時および圧縮時の変形性状を以の比より小さい比となっている。54-１と 54-２について eK下の項目について考察を示す。の比が 1.65，2.04，eMy の比が 2.37，1.87，eMmax の比が 1.93，K の比は 1.07，1.02，eMy の比は 1.27，1.15 となり扇半径1.98 となり，54-１と 54-３について eK の比が 2.61，3.30，○履歴特性

My の比が 3.19，2.42，eMmax の比が 2.82，2.75 となっている。

e

ダンパー金物を用いた試験体は全て 20θy まで荷重が低同じダンパー金物を重ねて増加させていくとほぼ比例的に下することなく安定した履歴曲線を描いているが，引張側耐力及び剛性が増加していくことが確認できた。引張側とと圧縮側の履歴性状が異なり，変形が発展するのに従って圧縮側を比較すると eK は負側の方が大きくなる傾向が見

引張側の荷重が圧縮側の荷重に比べて大きく上昇する傾向

られ，eMy と eMmax は正側の方が大きくなる傾向が見られる。

が見られる。引張側においては変形が進展すると折れ曲が負側の eK が正側に比べ大きくなる傾向は特に 54-２と 54-

り部が徐々に平板に近づいていき，試験体の抵抗機構が折３が顕著である。

れ曲がり部の曲げ抵抗から板要素の引張抵抗に近づいてい54-２と 54-３はダンパー金物が重ね合わされているためくため，荷重が大きく上昇すると考えられる。圧縮側にお圧縮時にはダンパー金物同士の摩擦抵抗が働くが，引張時いては試験体の抵抗機構が折れ曲がり部の曲げ抵抗によるにはダンパー金物同士に摩擦抵抗がほとんど働かないたもので，折れ曲がり部に塑性ヒンジが形成されるため荷重め，負側の eK が正側に比べて大きくなると考えられる。

が大きく上昇せずに変形が進むと考えられる。

35-１と 35-F を比較すると剛性，耐力ともに 35-F の方が― 153 ―玉井宏章・高松隆夫・村田（a）35-1（c）54-1

学・角屋治克（b）35-F

試験体（d）54-2

試験体
図６

試験体

試験体

（e）54-3

試験体抵抗モーメント，Ｍ－回転角θ，関係著しく大きい値を示している。とが確認できる。いずれの折り曲げ部分においても，引張時は折り曲げ部分の山側に圧縮歪が発生し谷側に引張歪が○面外変形性状発生しており，圧縮時は折り曲げ部分の山側に引張歪が発写真１から 54-１および 54-３は引張側においては変形が生し，谷側に圧縮歪が発生している。ダンパー金物は折り進展すると折れ曲がり部が徐々に平板状に近づいていき，曲げ部分の板要素が曲げられることで降伏して塑性化して試験体の抵抗機構が折れ曲がり部の曲げ抵抗から板要素のいると考えられる。折り曲げ部分 a において 35-１,54-１と引張抵抗に近づいていくため，荷重が大きく上昇すると考もに圧縮時は，山側と谷側で歪の絶対値が同程度となってえられる。圧縮側においては試験体の抵抗機構が折れ曲がいるが，引張時は山側よりも谷側の方が歪の絶対値が大きり部の曲げ抵抗によるので，折れ曲がり部に塑性ヒンジがくなっている。圧縮時は折れ曲がり部分が曲げ抵抗してい形成されるため荷重が大きく上昇せずに変形が進むと考えるのに対して，引張時は折れ曲がり部分が曲げ抵抗だけでられる。54-３のダンパー金物同士のすき間に注目すると，なく引張抵抗の影響が出ていると考えられる。

引張側においては全体的にすき間がみられダンパー金物同折れ曲げ成形鋼板を用いた履歴ダンパーは引張側と圧縮士には摩擦抵抗が働いていないことが確認できる。圧縮側側で異なる力学挙動を示しており，実際の設計で用いる場においては折れ曲がり部のすき間は大きくなるが，折れ曲合は図１に示すように２組のダンパーを設置し，各ダンがり部と折れ曲がり部の間の平板部分は密着しており，こパーに圧縮力と引張力がそれぞれ同時に作用するように考の部分で摩擦抵抗が働いていると考えられる。

慮する必要がある。

５．結論

○歪性状
図８から歪の値は，実験結果から得られた履歴曲線より折れ曲がり鋼板を用いた履歴ダンパーについて単体の正作成した骨格曲線において回転角θが約 1/100 となると負漸増繰り返し載荷実験を行い，以下の知見が得られた。

きの値とした。35-１,54-１ともに外側の折り曲げ部分 b に

１）ダンパー金物は圧縮載荷時に比べて引張載荷時の耐力が大きくなる傾向がある。

比べて内側の折り曲げ部分 a の歪が著しく大きくなっており，折り曲げ部分 a が局部的に大きく塑性変形しているこ

２）引張側に比べ圧縮側の初期剛性が大きくなる傾向があ― 154 ―

鉄骨架構に適用する方杖形式扇型ダンパーに関する研究

図７

図８

抵抗モーメントＭ－回転角θ の骨格曲線（a）35-F

最大ひずみの分布

圧縮載荷時（θ＝-0.013rad）（b）54-1

引張載荷時（θ＝0.05rad）（c）54-1

圧縮載荷時（θ＝-0.05rad）（d）54-3

引張載荷時（θ＝0.05rad）（e）54-3

圧縮載荷時（θ＝-0.05rad）

写真１

最大振幅時の変形性状― 155 ―

玉井宏章・高松隆夫・村田学・角屋治克

り，ダンパー金物を重ねた場合この傾向が顕著に見ら鋼管コンクリートにより座屈を拘束したアンボンドブれる。

レ ー ス に 関 す る 研 究， 構 造 工 学 論 文 集，Vol.34B，

３）ダンパー金物は安定したモーメント回転角関係の履歴曲線を示す。

pp.249-258,1988.3．
２）玉井宏章，竹中啓之，中野孝司，小島修，近藤一夫，

４）ダンパー金物の扇部半径を大きくすることで剛性及び花井正実：低降伏応力度鋼板を用いた K 型ブレース耐力が大きくなり，ダンパー金物を複数枚重ね合わせ制振装置に関する研究（その１, ２），日本建築学会大て使用することで金物枚数にほぼ比例して剛性及び耐会学術講演梗概集（東北），pp.1447-1450,1991.9．

力が大きくなることが確認できた。

３）井上一朗，澤泉紳一，東畑泰夫，井ノ上一博：アンボ

５）ダンパー金物の耐力は平板の面外座屈耐力に比べ十分

ンド平鋼ブレース内臓コンクリート壁のコンクリートに小さく，ダンパー金物の平板部分における面外座屈壁の座屈補鋼設計，日本建築学会構造系論文報告書，については特に考慮する必要はない。

第 432 号，pp.41-49,1992.2．

今後の以下の検討課題について実験および FEM 解析に

４）竹中啓之，國末晃寛，中野孝司，玉井宏章，近藤一夫，より検討していく予定である。

花井正実：低降伏応力度鋼板を用いた K 型ブレース

１）柱梁接合部にダンパー金物を取り付けた試験体を用い制振装置に関する研究（その３制振装置付架構模型実た実験を行い，柱梁接合部にダンパー金物を取り付け験の概要），日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸），た場合の力学性状を確認する。

pp.1337-1338,1992.8．

２）FEM 解析により塑性化領域が大きくなるように最適

５）三山剛司，田中清，平澤光春：極低降伏点鋼を用いたな形状を検討する。

制振構造に関する研究（その１, ２），日本建築学会大３）定振幅繰返し載荷実験を行い，ダンパー金物の疲労特性を確認する。

会学術講演梗概集（関東），pp.593-596,1993.9．
６）麻生直木，相澤覚，池田崇・金子洋文他４名，波形鋼板耐震壁の力学性状に関する研究その１，その２，日

参考文献

本建築学会学術講演梗概集，C- １分冊，p.1123-1126，

１）藤森盛久，和田章，佐伯英一郎，渡辺厚，人見泰義：― 156 ―

2006.9．