JPH03183876A - 弾塑性ダンパー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、建造物の免震ないし制置構造に利用されるダ
ンパーに関し、更に詳しくは、地震等のエネルギーを変
形により吸収するもので、小変形では弾性、大変形では
塑性変形する弾塑性材料の特性を利用した弾塑性ダンパ
ーに関する。

［従来の技術］ 従来の弾塑性ダンパーは、鋼・鉛などの金属材料の■げ
・剪断・捩じりの各変形を単独に、或いは複合させて用
いることが多い。

金属材料は、曲げ・剪断・捩じり何れの変形においても
歪みが一定の大きさ以上になると材料の破断に至る。従
来の機構による弾塑性ダンパーにおいてはダンパーの変
形量の増加につれて塑性変形する部分の歪みが増加し、
しかも塑性歪みの発生およびその繰り返しが特定の断面
に集中するため、ダンパーとしての復元力特性はその塑
性率の実用上の限界値が５〜１０程度である。変形能力
を大きくするためには弾性変形量を大きくする必要かあ
るが、この場合には小さな外乱の作用に対してダンパー
としての機能を発揮できないことになる。逆に、小さな
外乱の作用に対してダンパーとしての機能を発揮するた
めには弾性限界を小さく定める必要があり、その場合に
は、大きな外乱が作用する時に、幾何学的非線形性、歪
み効果など定量化の難しい要因の影響を強く受けて変形
能力に乏しくなるほか、破断に至る可能性も極めて高い
。

［発明が解決しようとするＢ朋］ 本発明は、既往の弾塑性ダンパーの機構では大きな塑性
率における変形の繰り返しに対して安定した履歴特性を
保有できない点を改良するために創作されたものであり
、具体的には下記の項目を目的として行われた。

Ａ１弾塑性材料の特定ケ所に曲げ歪みが集中しないよう
にし、なおかつ、その全断面に亘って破断に直接影響す
るような大きな曲げ歪みが生じないようにすること。

Ｂ、小さな塑性率から大きな塑性率に至る間で。

常に安定した履歴ループを描き、変形量および繰返回数
が増加しても耐力・剛性に大きな変化が無いようにする
こと。

Ｃ９幾何学的非線形性の影響を抑え、解析的に定量化が
容易な機構とすること。

Ｄ、復元力特性が脆性的に劣化しないようにすること。

［課題を解決するための手段］ 本発明の弾塑性ダンパーは、比較的延性の高い金属材料
及び／又は高分子材料の一種又はその複合材で形成され
、Ｕ字形部分を有する弾塑性体と、この弾塑性体のＵ字
形部分に取り付けられ、その内径にほぼ等しい外径を有
するガイドホイールと、弾塑性体の脚部を固定する支持
部材とから成ること、 ガイドホイールがワイヤーにより支持部材に固定されて
いること、 弾塑性体が両端にＵ字形部分を有するループ状に形成さ
れており、その両端に一対のガイドホイールが設けられ
ていること、 弾塑性体が２以上の金属ないし高分子材料によってａＦ
構造に形成されていること、層と層との間にゴム層が配
置されること、弾塑性体が、支持部材と先端に結合手段
を有するアーム部材との間に配置・固定されていること
、を各々特徴とする。

［実施例］ 次に、本発明を添付図面に示す実施例に従って詳細に説
明する。

第１図及び第２図は、本発明の第１の実施例を示すもの
であって、図中、ｌは弾塑性体として機能するＵ字形部
材であり、Ｕ字形部分はガイドホイール２に係合されて
おり、両端部は支持部材３に接合されている。４はワイ
ヤーである。

Ｕ字形部材１のＵ字形部分の内径は、ガイドホイール２
の外径にほぼ等しくなるように設定されている０弾塑性
体としてのＵ字形部材１は、主として、軟鋼、ステンレ
ス鋼、銅、鉛、アルミニウムなど比較的延性の高い金属
材料、或いは高分子材料を用いて形成する。高分子材料
や鉛などのように特に柔らかであり、曲げ変形及びその
繰返し回数の増加につれて延びが大きくなるおそれのあ
る材料を用いる場合には、ワイヤーなどのように、曲げ
剛性が低く、引っ張り剛性の高い材料のもので補強を行
うのが好ましい。

なお、Ｕ字形部材１の断面形状、及び配置する本数には
限定がない。

第３図に示すように、Ｕ字形部材１の軸に沿って矢印の
方向に力を加えた場合に、変形の増加に連れて破線のよ
うな不安定な形状に変化して行く。第１図及び第２図に
示す態様のものでは、２本のＵ字形部材１を互いに向き
を逆にして配置し、両者の間にガイドホイール２を挿入
したものである。この場合に矢印のように加力をすると
、個々のＵ字形部材ｌが第３図に示す破線のように変形
することを互いに拘束するため、全体はＵ形からＪ形へ
の安定した形状の変化を示す。

支持部材３に矢印の方向に相対的な変位が生じると、Ｕ
字形部材ｌではこのガイドホイール２の回転につれて歪
みの生じる部分或いは歪みの解除される部分が移動して
、全体の形が、Ｕ形からＪ形へと変化するが、ガイドホ
イール２により曲率が拘束されるために、特定断面に歪
みが集中することを避けることかできる。ガイドホイー
ル２の曲率は第５図、第６図のようなσ−（関係を持つ
弾塑性材料の歪みが降伏棚上にある範囲で用いれば、ダ
ンパーの耐力の推定が容易であるばかりでなく、材料の
歪み効果の影響も受けずに非常に安定したエネルギー吸
収性能が得られる。しかも、この履歴ループは降伏剛性
がほとんどゼロに等しく、完全弾塑性形に近いという大
きな特徴な持つ。

ダンパーに対する繰り返し加力の回数が増大すると、Ｕ
字形部材ｌの一部に破断するものが生じることも予悲さ
れる。このような場合にガイドホイール２が外れてダン
パーの機構が脆性的に破壊することを防ぎ、安定した履
歴特性を継続して発揮できるようにするため、ガイドホ
イール２は予め、例えば４本のワイヤー４により支持部
材３に支持しておくのが好ましい。

ダンパーの組み立てに当たっては、支持部材３とＵ字形
部材１．Ｕ字形部材ｌとガイドホイール２との間にそれ
ぞれ隙間が生じないように取り付ければ、ダンパーの耐
力は変わらないものの、より初期剛性の高い履歴特性を
得ることができる。

第４図は、本発明の第２の実施例を示すもので、間隔な
一定に保持して取り付けられた２個のガイドホイール２
・２の回りに第１図及び第２図に示したＵ字形部材ｌと
同一の素材で半円弧と直線とから戊るループ状の弾塑性
体５を取り付け、この部材に直接軸方向力を加えること
により、前記第１実施例の場合と同様の履歴特性を得る
ことができる。

Ｕ字形部材ｌ（弾塑性体５）は、第５図に示すように、
積層構造にすることも好ましく、更に、各層ごとに材質
を異にする素材を用いた複合構造にすることも好ましい
、また、図示しないが、暦と層との間には、ゴム層を配
置するようにして、巾方向への若干の寸法変化に対応で
きるように構成することも好ましい。

第７図〜第９図は、本発明の弾塑性ダンパーを制置構造
に適用した例を示すものである。

弾塑性ダンパーＡは、第７図に示すように、壁Ｂ−Ｃ間
に一定の間隔で配置し、例えば矢符で示す如く、壁Ｂ−
Ｃが反対方向に相対的なズレな生じさせる場合に機能す
る。

第８図及び第９図に示すように、この実施例では、一対
のＵ字形部材ｌＯ・１１と、ガイドホイール２０を介し
て連結される単一のＵ字形部材１２とで構成される。勿
論、Ｕ字形部材が各々一対である態様を排除するもので
はない。

各Ｕ字形部材１０・１１・１２の開放端部は、支持部材
３０・３１にボルト・ナツト６０によって結合されてお
り、ボルト・ナツト６０の延長部分は、埋め込みボルト
の如く壁Ｂ−Ｃ中に埋設される。

第１０図〜第１２図は、本発明の弾塑性ダンパーを免震
構造に適用した例を示すものである。

第１Ｏ図及び第１１図は、本発明に係る’ｉ１ｍ塑性ダ
ンパーＤ−Ｄを建造物の基礎部に構築される免震構造に
組み込んだ例を示すものである。

この実施例の弾塑性ダンパーＤは第１２図に示すように
構成されている。即ち、この実施例のものは、二対のＵ
字形部材１３・１４・１５・１６の組み合わせで構成さ
れており、隣接するＵ字形部材１３と１４、及び１５と
１６の開放端の一方は、夫々アーム部材１７に結合され
ており、開放端の他方は支持部材１８・１８に結合され
ている。更に、支持部材１８・１８は基板１９に結合さ
れており、この基板１９は、免震構造のアイソレーター
を支持する基礎Ｅに結合されており、アーム部材１７の
先端に設けられている結合手段を介して建造物の上部構
造の基礎部に連結される。この場合、図示の如く、弾塑
性ダンバーＤを一対づつ配置して、そのアーム部材１７
の先端どうしを結合するのが好ましい態様である。

［発明の効果］ １、　Ｕ字形部材ないし弾塑性部材の断面形、棒の長さ
、本数、ガイドホイールの径をｍ節することにより任意
の剛性、耐力、弾塑性率、変形量、耐久性を得ることが
できる。

２、免震・制置装置として、装置に予め設定した以上の
応力が生じない機構とすることにより、構造物への入力
の増加を抑制し、制振効果を高めるとともに、制振効果
の定量化を容易にすることを可能とする理想的な弾塑性
ダンパーが得られる。

３、あらゆる制振構法システムに適用が可能である。

４、機構が簡単で製作が容易かつ安価であるため大量生
産ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す平面図、第２図は第１
図■−１１線断面図、第３図は機能の説明図、第４図及
び第５図は他の実施例を示す平面図、第６図は弾塑性体
の応力と歪みの関係を示すグラフ、第７図は制置構造へ
の施工例を示す概略図、第８図は同じくダンパ一部分の
拡大図、第９図は同じくダンパーの中央縦断平面図、第
１０図及び第１１図は免震構造への施工例を示す概略図
、第１２図は同じくダンパーの拡大図である。 図中において各符号は下記を指示する。 ｌ：Ｕ字形部材 ２ニガイドホイール ３：支持部材 ４：ワイヤー ５：弾塑性体 １０：Ｕ字形部材 １にｌノ １２：ノ１ １３：Ｊノ １４：　　　ｌｌ １５：　　　Ｈ ！６：Ｕ字形部材 １７：アーム部材 １８：支持部材 １９：基板 ２０ニガイドホイール ３０：支持部材 ３１：　　　　　ｌｌ ６０：ボルト・ナツト Ａ：測知性ダンパー Ｂ：壁 Ｃ：壁 り二弾塑性ダンパー Ｅニアイソレータ−を支持する基礎

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、比較的延性の高い金属材料及び／又は高分子材料の
   一種又はその複合材で形成され、Ｕ字形部分を有する弾
   塑性体と、この弾塑性体のＵ字形部分に取り付けられ、
   その内径にほぼ等しい外径を有するガイドホィールと、
   弾塑性体の脚部を固定する支持部材とから成る弾塑性ダ
   ンパー。 ２、ガイドホィールがワイヤーにより支持部材に固定さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載した弾塑性ダ
   ンパー。 ３、弾塑性体が両端にＵ字形部分を有するループ状に形
   成されており、その両端に一対のガイドホィールが設け
   られている弾塑性ダンパー。 ４、弾塑性体が２以上の金属ないし高分子材料によって
   積層構造に形成されていることを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれかに記載の弾塑性ダンパー。 ５、層と層との間にゴム層が配置されることを特徴とす
   る請求項４に記載の弾塑性ダンパー。 ６、弾塑性体が、支持部材と先端に結合手段を有するア
   ーム部材との間に配置・固定されていることを特徴とす
   る請求項１〜５のいずれかに記載の弾塑性ダンパー。