JP2017193825A - 座屈拘束型制振装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】構造が簡単で、繰り返し使用することが可能で腐食による劣化の恐れが少ない軸力部材を備えた座屈拘束型制振装置を提供することを目的とする。【解決手段】 両端を相対変位する一方の構造部と他方の構造部に連結される軸力部材と、前記軸力部材の軸方向の変形を許容しつつ面外方向及び面内方向の座屈を防止する座屈拘束部材と、を備え、前記軸力部材をＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金で形成することを特徴とする。【選択図】 図１
Description
本発明は、建築物、橋梁等の構造物に設置され、地震時の地震エネルギーを座屈拘束された軸力部材の塑性変形により吸収する座屈拘束型制振装置に関する。
座屈拘束型の制振装置は、両端を相対変位する構造部に連結される軸力部材と、軸力部材の軸方向変形を許容しつつ面外方向及び面内方向の座屈を防止する座屈拘束部材により構成されている。
軸力部材の断面形状は十字形や平板状と各種形状のものが提案されている。一方、軸力部材の材質として低降伏点鋼を用いるものがほとんどである。
しかしながら、従来の座屈拘束型制振装置の軸力部材として低降伏点鋼を用いるものにおいては、軸力部材が一度変形してしまうと繰り返し使用することができないという問題と軸力部材が腐食により劣化するという問題を有していた。
本発明は、前記従来技術の持つ問題点を解決する、構造が簡単で、繰り返し使用することが可能で腐食による劣化の恐れが少ない軸力部材を備えた座屈拘束型制振装置を提供することを目的とする。
本発明の座屈拘束型制振装置は、前記課題を解決するために、両端を相対変位する一方の構造部と他方の構造部に連結される軸力部材と、前記軸力部材の軸方向の変形を許容しつつ面外方向及び面内方向の座屈を防止する座屈拘束部材と、を備え、前記軸力部材をＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金で形成することを特徴とする。
また、本発明の座屈拘束型制振装置は、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金にＣｒ、Ｎｉを加えることを特徴とする。
両端を相対変位する一方の構造部と他方の構造部に連結される軸力部材と、前記軸力部材の軸方向の変形を許容しつつ面外方向及び面内方向の座屈を防止する座屈拘束部材と、を備え、前記軸力部材をＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金で形成することで、軸力部材が地震時の応力により大きく変形して地震エネルギーを吸収した後、加熱することにより元の形状に戻るので繰り返し軸力部材として使用することができるので低コストの制振装置とすることが可能となる。また、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金は、低降伏点鋼に比較して耐食性があるため腐食による劣化を防止することが可能となる。
Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金にＣｒ、Ｎｉを加えることで、より耐食性が向上する。
Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金にＣｒ、Ｎｉを加えることで、より耐食性が向上する。
本発明の実施形態を図により説明する。図１、図２は、本発明の座屈拘束型制振装置１の一実施形態を示す図である。
座屈拘束型制振装置１は、両端に相対変位する一方の構造部と他方の構造部との連結部２ａ，２ｂを有する軸力部材２を備えている。この実施形態では、軸力部材２の断面形状を十字形にしているが、軸力部材２の断面形状はどのような形状であっても良い。
軸力部材２の外周にシート状の緩衝材３を介して４本の山形鋼からなる座屈拘束部材４をスペーサ５を介して固定ボルト６により固定する。座屈拘束部材４は、軸力部材２の軸方向の変形を許容し、軸力部材２の面外方向及び面内方向の座屈を防止する。
従来、座屈拘束型制振装置１の軸力部材２としては低降伏鋼が使用されていた。軸力部材２を低降伏鋼で形成した場合、地震時に軸力部材２に大きな応力が負荷されると軸力部材２が大きく変形し、繰り返し使用することができなかった。また、軸力部材２を低降伏鋼で形成した場合、錆により軸力部材２の強度が低下するため定期的に防錆処理をする必要があった。
本発明の座屈拘束型制振装置１は、従来の軸力部材２の問題を解決するために、軸力部材２をＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金で形成した。Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金の基本成分は、Ｆｅと３２％のＭｎと、６％のＳｉとからなる。
耐食性の面からＣｒ、Ｎｉを加えたものが開発されている。例えば、Ｆｅ−２８Ｍｎ−６Ｓｉ−５Ｃｒ、Ｆｅ−２０Ｍｎ−５Ｓｉ−８Ｃｒ−５Ｎｉ、Ｆｅ−１６Ｍｎ−５Ｓｉ−１２Ｃｒ−５Ｎｉ等である。
Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金は、鉄をベースとした形状記憶合金として実用段階の唯一の素材として知られている。この合金は組成的に高価な元素を含まない上、鉄鋼やステンレス鋼の大量生産設備を使って生産することが可能であるため安価な形状記憶合金である。形状回復能ひずみは、Ｔｉ−Ｎｉ合金には及ばないものの、最大で４％を得ることができる。また、形状回復の前後で素材の強度にほとんど差がない。
Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金の基本特性を下記表１に示す。
表１
┌─────────┬──────┬───────────┐
│ 項目 │ 単位 │ 測定値 │
├─────────┼──────┼───────────┤
│ 耐力 │ ＭＰａ │ ２００〜３００ │
│ 引張強さ │ ＭＰａ │ ６８０〜１０００ │
│ 伸び │ ％ │ １６〜３０ │
│ 硬さ（Ｈｖ） │ │ １９０〜２２０ │
├─────────┼──────┼───────────┤
│ 密度（２５℃） │ｇ／ｃｍ３ │ ７．２〜７．５ │
│ 融点 │ ℃ │１，３２０〜１，３５０│
熱膨張率（０〜５００│ ℃−１ │ １６．５×１０−６ │
│ ℃） │ │ │
│ 熱伝導率 ｃａｌ／ｃｍ・ｄ ０．０２ │
│ │ｅｇ・ｓｅｃ│ │
│ 比熱 ｃａｌ／ｇ・ｄｅ ０．１３ │
│ │ ｇ │ │
│ 比抵抗 │ １００×１３０×１０−６│
│ │ Ω・ｃｍ │ │
├─────────┼──────┼───────────┤
│ 縦弾性係数 │ ＧＰａ │ １７０．０ │
│ 横弾性係数 │ ＧＰａ │ ６５．０ │
│ ポアソン比 │ │ ０．３５９ │
│ │ │ │
├─────────┼──────┼───────────┤
│ Ｍｓ変態点 │ ℃ │ ‐２０〜２５ │
│ Ａｆ変態点 │ ℃ │ １３０〜１８５ │
├─────────┼──────┼───────────┤
│ 形状回復ひずみ │ ％ │ ２．５〜４．５ │
│ 発生応力 │ ＭＰａ │ １５０〜２００ │
│ 磁気的性質 │ │ 常磁性 │
└─────────┴──────┴───────────┘
┌─────────┬──────┬───────────┐
│ 項目 │ 単位 │ 測定値 │
├─────────┼──────┼───────────┤
│ 耐力 │ ＭＰａ │ ２００〜３００ │
│ 引張強さ │ ＭＰａ │ ６８０〜１０００ │
│ 伸び │ ％ │ １６〜３０ │
│ 硬さ（Ｈｖ） │ │ １９０〜２２０ │
├─────────┼──────┼───────────┤
│ 密度（２５℃） │ｇ／ｃｍ３ │ ７．２〜７．５ │
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│ │ │ │
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│ Ｍｓ変態点 │ ℃ │ ‐２０〜２５ │
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│ 発生応力 │ ＭＰａ │ １５０〜２００ │
│ 磁気的性質 │ │ 常磁性 │
└─────────┴──────┴───────────┘
このような特性を有するＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金で座屈拘束型制振装置１の軸力部材２を形成した場合の機能について説明する。地震時の大きな応力により軸力部材２は大きく変形して地震エネルギーを吸収する。従来の低降伏点鋼で軸力部材を形成した場合には、大きく変形した軸力部材を交換する必要があった。Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金で形成された軸力部材２の場合、大きく変形した軸力部材２を加熱すると元の状態に戻るため繰り返し軸力部材として使用することが可能になり、結果として低コストの制振装置とすることが可能となる。
また、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金は低降伏点鋼に比較し耐食性があるため、防錆処理等のメンテナンスの必要性が少なく、腐食による劣化を防止することが可能となる。
Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金に、Ｃｒ、Ｎｉを加えることにより耐食性が向上する。
以上のように、本発明の座屈拘束型制振装置１によれば、地震時大きく変形した軸力部材２を元の形状に戻して繰り返し使用することができるため低コストの制振装置とすることができ、耐食性に優れているため防錆処理等のメンテナンスの必要性が少なく、腐食による劣化を防止することが可能となる。
１：座屈拘束型制振装置、２：軸力部材、２ａ，２ｂ：連結部、３：緩衝材、４：座屈拘束部材、５：スペーサ、６：固定ボルト
Claims (2)
- 両端を相対変位する一方の構造部と他方の構造部に連結される軸力部材と、
前記軸力部材の軸方向の変形を許容しつつ面外方向及び面内方向の座屈を防止する座屈拘束部材と、
を備え、
前記軸力部材をＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金で形成することを特徴とする座屈拘束型制振装置。 - Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金にＣｒ、Ｎｉを加えることを特徴とする請求項１に記載の座屈拘束型制振装置。
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