せん断ダンパー
【課題】部材間の大きな変形にも追従することができるとともに、面外変形に対する剛性の高いせん断ダンパーを提供する。
【解決手段】せん断パネル１１の幅方向の両端には補剛板１３が、また、せん断パネル１２ａ、１２ｂの幅方向の両端には補剛板１４が固定されている。補剛板１３、１４は、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂと同等の高さを有しており、各々、第１水平連結部２１の上面に設けられる下部補剛板１６と上部補剛板１５との間に、第２水平連結部２３の下面に設けられる上部補剛板１５と下部補剛板１６との間に隙間なく配置されている。せん断パネル１１とせん断パネル１２ａ、１２ｂは、連結部材２０により連結されている。連結部材２０は、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂよりも大きなせん断耐力を有するように構成されている。
【解決手段】せん断パネル１１の幅方向の両端には補剛板１３が、また、せん断パネル１２ａ、１２ｂの幅方向の両端には補剛板１４が固定されている。補剛板１３、１４は、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂと同等の高さを有しており、各々、第１水平連結部２１の上面に設けられる下部補剛板１６と上部補剛板１５との間に、第２水平連結部２３の下面に設けられる上部補剛板１５と下部補剛板１６との間に隙間なく配置されている。せん断パネル１１とせん断パネル１２ａ、１２ｂは、連結部材２０により連結されている。連結部材２０は、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂよりも大きなせん断耐力を有するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物や塔状構造物などに適用される耐震や耐風のためのせん断ダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
建築物や塔状構造物を構成する部材間に生じるせん断力に対して、中小地震時や暴風時には降伏しないが、大地震時には降伏してエネルギーを吸収するせん断ダンパーが耐震対策として用いられている。
従来のせん断ダンパーとして、例えば特許文献１には、部材間に低降伏点鋼からなるせん断パネルを設置し、所定レベル以上の地震に対してせん断塑性変形するものが開示されている。
ところが特許文献１に開示されるせん断ダンパーには、設計上想定された変形角を上回る塑性変形が生じたときに使用ができなくなり、部材間の大きな相対変形に適用でいないという問題がある。
これに対して、特許文献２、３には、部材間に生じる相対変位量が大きな場合に適用可能なせん断ダンパーとして、複数のせん断プレートを同一平面状に配置することなく、千鳥状に平行に配置したものが開示されている。特許文献２、３のせん断ダンパーは、ダンパー全体の変形量を個々のせん断プレートに分配することにより、部材間の大きな変形にも追従することができる。つまり、このせん断ダンパーは、個々のせん断パネルの変形量δ１、δ２、… δｎを総和した量がダンパー全体の変形量δとなる。
ところが、特許文献２、３に開示されるせん断ダンパーは、せん断パネルの面内方向以外の方向（以下、面外方向）への変形に対する剛性が低く、せん断パネルに局部座屈が生じるなどして安定したエネルギー吸収性能が得られない、あるいはエネルギー吸収性能が低下することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１９１９１２号公報
【特許文献２】特開２００１−１７３１３０号公報
【特許文献３】特開平９−３１７２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、以上のような課題に基づいてなされたもので、部材間の大きな変形にも追従することができるとともに、面外変形に対する剛性の高いせん断ダンパーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
互いに対向して配置される第１構造部材と第２構造部材の間に配置される本発明のせん断ダンパーは、互いに対向して配置され各々が第１方向及び第１方向に直交する第２方向に延びる複数のせん断パネルと、せん断パネルの第１方向の両端にそれぞれが接合される一対の第１補剛体と、せん断パネルの第２方向の両端に接合され、一対の第１補剛体間に配置される一対の第２補剛体と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明のせん断ダンパーにおいて、複数のせん断パネルは、第１構造部材と第２構造部材との位置関係により第１せん断パネルと第２せん断パネルと、に区分することができる。そして、第１構造部材に近い側に第１せん断パネルが配置され、第２構造部材に近い側に第２せん断パネルが配置されるものとする。この場合に、第１せん断パネルは、第１構造部材に接合されるもとする。一方、第２せん断パネルは、第２構造部材に接合されるものとすることができるが、第２構造部材に設けられるストッパーにより第２方向、つまりせん断方向の変位が規制されるものとすることもできる。このように一方の構造部材（第２構造部材）との接合を行わないせん断ダンパーは、せん断方向のみの効率的なエネルギー吸収が可能となる。
【０００７】
このせん断ダンパーの適用例として煙突がある。つまり、第１構造部材及び第２構造体部材の一方が煙突の筒身であるものとすると、第１構造部材及び第２構造体部材の他方は筒身を水平方向に支持する支持体とすることができる。そうすることにより、地震動の向きによって、せん断パネルの面外変形による損傷を防止することが可能となり、煙突における効率的かつ安定したエネルギー吸収性能を確保することができる。
また、他の適用例として橋梁がある。つまり、第１構造部材及び第２構造体部材の一方が橋梁の橋脚であるものとすると、第１構造部材及び第２構造体部材の他方は橋脚に支持される上部構造物とすることができる。この場合も、せん断パネルの面外変形による損傷を防止することが可能となり、橋梁における効率的かつ安定したエネルギー吸収性能を確保することができる。
【０００８】
本発明のせん断ダンパーにおいて、複数のせん断パネルの各々のせん断降伏荷重は、等しく設定することもできるし、相違させることもできる。
せん断パネルのせん断降伏荷重を等しく設定すれば、それぞれのせん断パネルが同時にせん断降伏させることができるので、高いエネルギー吸収性能を得ることができる。一方、各せん断パネルのせん断降伏荷重を相違させ、中小規模地震においてはせん断降伏荷重の小さいせん断パネルのみを塑性変形させ、せん断降伏荷重の大きなせん断パネルは弾性範囲の変形に留まるようにできる。そうすると、損傷したせん断パネルを地震後に取替える作業を最小限に抑えることができる。この場合、大規模地震においては、せん断降伏荷重の小さいせん断パネルが先行して塑性変形し、次いで、せん断降伏荷重の大きなせん断パネルが塑性変形する、という経過を辿る。
【０００９】
本発明のせん断ダンパーにおいて、第２補剛体を各せん断パネルの第２方向の両端に設けるのに加えて、せん断パネルの表裏両面側に、一対の第２補剛体の間を繋ぐ第１規制体を配置することが好ましい。この第１規制体は、せん断パネルに座屈が局部的に生ずるのをより確実に防ぐのに有効である。
さらに、せん断パネルの表裏両面側に、一対の第１補剛体の間を繋ぐ第２規制体を配置することができる。この第２規制体も、せん断パネルに座屈が局部的に生ずるのをより確実に防ぐのに有効である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、互いに対向して配置され各々が第１方向及び第２方向に延びる複数のせん断パネルを備えているので、第１構造部材と第２構造部材の間に生ずる大きな変形にも追従することができる。また、本発明によれば、せん断パネルの第２方向の両端に接合され、一対の第１補剛体間に配置される一対の第２補剛体を備えることにより面外変形に対する剛性の高いせん断ダンパーを提供するができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態によるせん断ダンパー（ボルトを省略）を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態によるせん断ダンパーを示し、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。
【図３】第１実施形態によるせん断ダンパーを架構に適用した例を示し、（ａ）は変形が生じていない状態、（ｂ）は変形が生じている状態を示している。
【図４】第１実施形態によるせん断ダンパーの作用を説明する図であり、（ａ）は変形性能を示し、（ｂ）はせん断パネルのせん断力−変位履歴曲線を示す。
【図５】第１実施形態によるせん断パネルの配置を種々変更した例を示す側面図である。
【図６】第１実施形態において、一方の主構造にストッパーを設置して、せん断ダンパーとの直接的な接合を行わない変更例をし、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）の６ｃ−６ｃ矢視断面図、（ｄ）は変形の様子を示す正面図である。
【図７】図６に示す変更例の煙突への適用事例を示し、（ａ）は煙突の全体図、（ｂ）は（ａ）の７ｂ−７ｂ矢視断面図である。
【図８】図６に示す変更例の橋梁への適用事例を示す正面図である。
【図９】第２実施形態を説明する図であり、（ａ）は第２実施形態が適用されるせん断ダンパーを示す斜視図であり、（ｂ）は当該せん断ダンパーを構成するせん断パネルの骨格曲線を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態によるせん断ダンパーのせん断力−変位履歴曲線を示し、（ａ）は中小規模の地震が生じた場合を、また、（ｂ）は大規模な地震が生じた場合を示す。
【図１１】第３実施形態によるせん断ダンパーを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）の１１ｃ−１１ｃ矢視断面図、（ｄ）は（ｂ）の１１ｄ−１１ｄ矢視断面図、である。
【図１２】第３実施形態による他のせん断ダンパーを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）の１２ｃ−１２ｃ矢視断面図、（ｄ）は（ｂ）の１２ｄ−１２ｄ矢視断面図、である。
【図１３】第３実施形態の変更例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１〜図３に示すように、せん断ダンパー１は、互いに対向する上部構造部材ＵＳと下部構造部材ＬＳとの間に設けられるものであり、上部構造部材ＵＳと下部構造部材ＬＳの間に生じるせん断変形に対して抵抗し、中小地震時や暴風時には降伏しないが、大地震時には降伏してエネルギーを吸収するように機能する。なお、図１はボルトＢの記載を省略している。
せん断ダンパー１は、３枚のせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂを備えている。これらせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂは、上部構造部材ＵＳ、下部構造部材ＬＳに対して垂直に配置され、かつ水平方向に間隔を設けて千鳥状に配置されている。そして、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂは互いに平行に配置され、かつ中央に配置されるせん断パネル１１を中心にしてせん断パネル１２ａ、１２ｂは対称の位置に配置されている。各せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂは、図２（ａ）の矢印ｘに沿った水平方向の外力が作用したとき、せん断変形に伴う履歴減衰によって地震時の振動エネルギーを吸収することが可能な履歴減衰性能を有するものとされ、公知の偏平な鋼板により構成される。せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂは、各々同じ仕様を有していてもよいし、異なる仕様を有していてもよい。
【００１３】
高さ方向（図１のＨ、第１方向）及び幅方向（図１のＷ、第２方向）に延びるせん断パネル１１（第１せん断パネル）の上端に上部補剛板１５（第１補剛体）が溶接によりフランジ状に固定されており、この上部補剛板１５はボルトＢにより上部構造部材ＵＳに締結されている。こうして、せん断パネル１１は上部補剛板１５を介して上部構造部材ＵＳに接合される。
また、せん断パネル１２ａ、１２ｂ（第２せん断パネル）の各々の下端に下部補剛板１６（第１補剛体）が溶接によりフランジ状に固定されており、この下部補剛板１６（第１補剛体）はボルトＢにより下部構造部材ＬＳに締結されている。こうして、せん断パネル１２ａ、１２ｂは下部補剛板１６を介して下部構造部材ＬＳに接合される。
【００１４】
各せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの厚みや幅は、せん断ダンパー１に作用する地震時のせん断力の大きさを主に考慮して設定されるべきである。一方で、せん断パネル１１の高さＬ11、せん断パネル１２ａ、１２ｂの高さＬ１２については、各々の許容せん断変形角と地震時における上部構造部材ＵＳと下部構造部材ＬＳとの間の水平方向の変形（δ）の大きさとを考慮して定めればよい。また、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂに降伏後の塑性変形能力の大きい低降伏点鋼を用いることによって大きな塑性エネルギーを吸収する効果が得られる。
【００１５】
せん断パネル１１の幅方向の両端には一対の補剛板１３（第２補剛体）が溶接によりフランジ状に接合されている。補剛板１３は、せん断パネル１１と同等の高さを有しており、後述する連結部材２０の第１水平連結部２１の図中上面に設けられる下部補剛板１６（第１補剛体）と上部補剛板１５（第１補剛体）との間に隙間なく配置されている。
同様に、せん断パネル１２ａ、１２ｂの幅方向の両端には補剛板１４（第２補剛体）が溶接によりフランジ状に接合されている。補剛板１４は、せん断パネル１２ａ、１２ｂと同等の高さを有しており、後述する連結部材２０の第２水平連結部２３の図中下面に設けられる上部補剛板１５（第１補剛体）と下部補剛板１６（第１補剛体）との間に隙間なく配置されている。
補剛板１３、１４は、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの面外変形に対する剛性を高めることを目的に設けられるものである。したがって、補剛板１３、１４はこの目的をなし得る程度の剛性を有するように、材質、板厚などの仕様が設定されるべきである。
【００１６】
＜連結部材２０＞
せん断パネル１１とせん断パネル１２ａ、１２ｂは、連結部材２０により連結されている。連結部材２０は、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂよりも大きなせん断耐力を有するように構成されている。鋼板を曲げ加工あるいは溶接加工することにより製作される連結部材２０は、第１水平連結部２１、一対の第２水平連結部２３及び一対の垂直連結部２５を備えている。
第１水平連結部２１の上面には下部補剛板１６が設けられている。この下部補剛板１６にはせん断パネル１１及び補剛板１３の下端が溶接により接合されており、第１水平連結部２１と、せん断パネル１１及び補剛板１３とは、下部補剛板１６を介してボルト結合により連結されている。
また、一対の第２水平連結部２３の各々の下面には上部補剛板１５が設けられている。一方の上部補剛板１５にはせん断パネル１２ａ及び補剛板１４の上端が、また、他方の上部補剛板１５にはせん断パネル１２ｂ及び補剛板１４の上端が、溶接により接合されている。そして、第２水平連結部２３と、せん断パネル１２ａ及び補剛板１４とは、上部補剛板１５を介してボルト結合により連結されている。また、第２水平連結部２３と、せん断パネル１２ｂ及び補剛板１４とは、上部補剛板１５を介してボルト結合により連結されている。
一対の垂直連結部２５は、一対のせん断パネル１２ａ、１２ｂのせん断パネル１１に臨む側の端部から垂下し、第１水平連結部２１と一対の第２水平連結部２３とを繋いでいる。
【００１７】
このようにして、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂは、連結部材２０により連結されており、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの間でせん断力（図２（ａ）の矢印ｘ方向に作用するせん断力）の伝達が連結部材２０を介して行われる。
なお、連結部材２０のせん断耐力をせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂよりも大きくする手法は任意である。例えば、連結部材２０を構成する鋼板の板厚をせん断パネル１２ａ、１２ｂを構成する鋼板よりも厚くすればよい。また、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂよりも高強度の鋼板により連結部材２０を構成してもよい。
【００１８】
以上のせん断ダンパー１の適用事例を図３に示す。この事例は、梁１０２及び柱１０３からなる鉄骨構造物１００とその構面内に配置された一対の鉄骨偏心ブレース１０４とともに使用されものであり、鉄骨構造物１００の上側の梁１０２（上部構造部材ＵＳに対応）の下面と鉄骨偏心ブレース１０４の頂部（下部構造部材ＬＳに対応）との間にせん断ダンパー1が配置されている。図３の矢印ｘに沿った水平方向の外力が作用したときに、鉄骨構造物１００の変形によって生じるせん断力に対して履歴減衰によってその振動エネルギーを吸収することができる。
【００１９】
＜効果＞
以上の構成を有するせん断ダンパー１は、以下の効果を奏する。
（１）せん断ダンパー１は、せん断パネル１１の幅方向の両端に補剛板１３が接合され、また、せん断パネル１２ａ、１２ｂの幅方向の両端には補剛板１４が接合されている。したがって、せん断ダンパー１は、補剛板１３、１４が面外変形を補剛することにより、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの面外方向への剛性を高め、安定したエネルギー吸収性能を確保することができる。
【００２０】
（２）せん断ダンパー１は、複数枚のせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂを配置している。したがって、図４（ａ）に示すように、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの高さを総和した総延長長さをＬ１１＋Ｌ１２にできる。したがって、これらせん断パネル１１及びせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂのせん断変形量をδ１１、δ１２とすると、せん断ダンパー１全体としての変形量δは以下の式に示すように、せん断パネル１１とせん断パネル１２ａ、１２ｂの個々の変形量δ１１、δ１２を総和した量となる。この量は、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの許容せん断変形角γを用いて、下記の式により求めることができる。
δ＝（δ１１＋δ１２）＝γ×（Ｌ１１＋Ｌ１２）
このようにせん断ダンパー１は、複数枚のせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂを備えていることで許容される変形量が大きくなるので、上部構造部材ＵＳと下部構造部材ＬＳの間に大きな相対変位が生じても、図４（ｂ）に実線で示すように安定したせん断力−変位履歴を得ることが可能である。これに対して補剛板１３、１４を設けなければ、大きな相対変位が生じると面外変形が生じ、図４（ｂ）に破線で示すように不安定なせん断力−変位履歴になる。
【００２１】
ここで、上部構造部材ＵＳ及び下部構造部材ＬＳとせん断ダンパー１との連結は、図２に示すようにボルトＢにより行うことが好ましい。地震後などによりせん断ダンパー１が使用できなくなった際に新たなせん断ダンパー１と取替える作業が容易になるからである。ただし本発明はこれに限定されず、図５（ｂ）に示すようにボルトＢを用いることなく溶接結合により接合することができるし、ボルト結合と溶接結合を組み合わせた接合としてもよい。
【００２２】
本発明において、複数枚のせん断パネルを備え、かつ各せん断パネルの各々が平行に配置されている範囲で、せん断ダンパーに要求される変形性能や設置スペース等の条件により適宜変更することができる。そのいくつかの例を図５（ａ）、（ｃ）〜（ｆ）に示す。詳細は省略するが、図５（ａ）は３枚のせん断パネルを、図５（ｃ）は４枚のせん断パネルを、また、図５（ｄ）〜（ｆ）は５枚のせん断パネルを設けている。なお、図５（ａ）は図２（ｂ）と同じものを上下反転させたものである。
【００２３】
＜一方の主構造との連結を行わない例＞
以上説明したせん断ダンパー１は、上部構造部材ＵＳと下部構造部材ＬＳの両者に接合されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図６に示すように、上部構造部材ＵＳに近い側のせん断パネル１１の上端に接合されている上部補剛板１５と上部構造部材ＵＳの接合は行わず、その代わりにせん断パネル１１の幅方向の両側に一対のストッパー１７を設ける。ストッパー１７は、上部構造部材ＵＳに固定されている。下部構造部材ＬＳに近い側のせん断パネル１２ａ、１２ｂは、以上と同様に下部補剛板１６を介して下部構造部材ＬＳに接合されている。なお、ここで説明した以外の構成は、図１〜図３に示されるせん断ダンパー１と同じである。
図６（ｄ）に示すように、地震が起きて上部構造部材ＵＳと下部構造部材ＬＳとの間に水平方向の相対変位が生じてせん断ダンパー１に変形が生ずると、上部補剛板１５が一方のストッパー１７に突き当たりせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの幅方向、つまりせん断方向への変位が規制される。そうすることで、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂにせん断力が生じ、せん断ダンパー１が機能する。
なお、ここではせん断ダンパー１が下部構造部材ＬＳには接続されるが上部構造部材ＵＳに接続されない例を示しているが、逆に、せん断ダンパー１が上部構造部材ＵＳには接続されるが下部構造部材ＬＳには接続されない形態にすることもできる。この場合には、下部構造部材ＬＳにストッパー１７を設けることになる。
【００２４】
以上のように、一方の構造部材（上部構造部材ＵＳ）との接合を行わない形態によると、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの面外方向への動き及び構造部材と離間する動きに対して、せん断ダンパー１には荷重伝達が行われない。よってこの形態によるせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂは面外方向への曲げや軸力等の荷重を負担することがないので、それらによる損傷が防止される。つまり、一方の構造部材との接合を行わないせん断ダンパー１は、せん断方向のみの効率的なエネルギー吸収が可能となる。
このせん断ダンパー１の２つの適用事例を以下で説明する。
【００２５】
＜煙突構造への適用例＞
以上で述べた一方の構造部材との接合を行わない形態のせん断ダンパー１を、煙突の筒身と鉄塔の連結部に適用する例を図７に示す。
図７に示すように、この煙突３０は地上に立設された筒身３１を鉄塔３２で支持する構成を有している。鉄塔３２は、柱３３と、隣接する柱３３の間を繋ぐ梁３４、柱３３と梁３４とを繋ぐブレース３５とを備えており、水平方向の断面において、柱３３を頂点にして梁３４は矩形状の構造をなしている。そして、各柱３３から矩形の対角線方向に延びる水平材３６が設けられ、各水平材３６の端部には平面視が矩形の水平支持枠３７が固定されている。
【００２６】
水平支持枠３７を構成する各辺の中央部にはせん断ダンパー１が連結されており、水平支持枠３７の内側には筒身３１を取り囲むように合せて４つのせん断ダンパー１が設けられている。せん断ダンパー１は、互いに対向する２つのせん断ダンパー１Ａとせん断ダンパー１Ｂと呼ぶことにする。なお、各せん断ダンパー１は、その内側に配置される筒身３１とは連結されていない。
水平支持枠３７の内側に配置される筒身３１の外周には、各せん断ダンパー１に対応して一対のストッパー３８が固定されている。一対のストッパー３８は、せん断ダンパー１を挟んで筒身３１の周方向に所定の間隔を空けて配置されている。
【００２７】
以上のように構成された煙突３０に、例えば図７（ｂ）の矢印１ａに沿った方向の地震動が作用するとき、せん断ダンパー１Ａのみがダンパーとして機能し、せん断ダンパー１Ｂは抵抗しない。逆に矢印１ｂに沿った方向の地震動が作用するとき、せん断ダンパー１Ｂのみがダンパーとして機能し、せん断ダンパー１Ａは抵抗しない。
このように、煙突３０に設けられたせん断ダンパー１(１Ａ、１Ｂ)の中で、地震動の向きによって、せん断パネルの面外変形による損傷を防止することが可能となり、煙突３０における効率的かつ安定したエネルギー吸収性能を確保することができる。
なお、筒身３１にせん断ダンパー１を固定し、水平支持枠３７にストッパー３８を設けても、以上と同じ作用、効果を得ることができる。
【００２８】
＜橋梁への適用例＞
次に、せん断ダンパー１を橋梁４０に適用した事例について図８を参照して説明する。
橋梁４０は、地面に固定された橋脚４１と、橋脚４１の上面に支承４３を介して支持される上部構造４２と、を備えている。
この橋梁４０には、橋脚４１の上面にせん断ダンパー１が接合されている。せん断ダンパー１は、上部構造４２とは接合されていない。
上部構造４２の下面にはせん断ダンパー１に対応して一対のストッパー４４が固定されている。一対のストッパー４４は、せん断ダンパー１を挟んで上部構造４２の幅方向に所定の間隔を空けて配置されている。
【００２９】
以上の橋梁４０は、橋脚４１と上部構造４２を連結することにより、せん断ダンパー１が橋軸に対して直角方向（矢印ｘ）の相対変位に対してエネルギーを吸収し、橋軸方向の相対変位に対して抵抗しない。したがって、せん断ダンパー１のせん断パネルの面外変形による損傷を防止することが可能となり、橋梁４０において、効率的に安定したエネルギー吸収性能を確保することができる。
【００３０】
［第２実施形態］
図９（ａ）に示す第２実施形態によるせん断ダンパー２は、基本的な構成はせん断ダンパー１と同じであるが、各々のせん断降伏荷重が異なるものとなるように各せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの寸法を定める。
例えば、図９（ａ）に示すせん断ダンパー２においては、下記式（１）、（２）のように各せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂのせん断降伏荷重Ｑ１１ｙ、Ｑ１２ｙが求められるので、ｂ１１＝ｂ１２ａ＝ｂ１２ｂかつσ１１ｙ＝σ１２ａｙ＝σ１２ｂｙの場合は、ｔ１１とｔ１２ａ＋ｔ１２ｂが異なる値となるようにせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの寸法を定める。以上のように設定されたせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの骨格曲線を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）において、Ｑ１は中小規模の地震による荷重を示し、Ｑ２は大規模の地震による荷重を示しており、Ｑ１１ｙ、Ｑ１２ｙと下記式（３）、（４）の関係を有している。つまり、それぞれのせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂがせん断降伏するタイミングが異なるものとなるため、地震動の大きさに応じて塑性変形するせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂを限定することができる。
【００３１】
Ｑ１１ｙ＝ｂ１１×ｔ１１×σ１１ｙ 式（１）
Ｑ１２ｙ＝ｂ１２ａ×ｔ１２ａ×σ１２ａｙ＋ｂ１２ｂ×ｔ１２ｂ×σ１２ｂｙ 式（２）
せん断パネル１１ ： ｂ１１；幅 ｔ１１；厚さ σ１１；せん断降伏応力
せん断パネル１２ａ ： ｂ１２ａ；幅 ｔ１２ａ：厚さ σ１２ａｙ；せん断降伏応力
せん断パネル１２ｂ ： ｂ１２ａ；幅 ｔ１２ｂ：厚さ σ１２ｂｙ；せん断降伏応力
【００３２】
Ｑ１：Ｑ１１ｙ＜Ｑ１＜Ｑ１２ｙ 式（３）
Ｑ２：Ｑ１１ｙ＜Ｑ１２ｙ＜Ｑ２ 式（４）
【００３３】
以上の構成を有するせん断ダンパー２において、中小規模地震、大規模地震が生じた時の、各せん断パネルのせん断荷重と変位の関係、せん断ダンパー２全体におけるせん断荷重と変位の関係を図１０に示す。
図１０（ａ）に示すように、中小規模地震においては、せん断降伏荷重（Ｑ１１ｙ）の小さいせん断パネル１１のみが塑性変形し、せん断降伏荷重（Ｑ１２ｙ）の大きなせん断パネル１２ａ、１２ｂは弾性範囲の変形に留まる。したがって、地震後に損傷したせん断パネルを取替える作業を最小限に抑えることが可能となる。
一方、図１０（ｂ）に示すように、大規模地震においては、せん断降伏荷重（Ｑ１１ｙ）の小さいせん断パネル１１が塑性変形し、次いで、せん断降伏荷重（Ｑ１２ｙ）の大きなせん断パネル１２ａ、１２ｂが塑性変形する、という経過を経る。そうすることで、せん断ダンパー２全体として大きな変形に対応することが可能になる。この場合、地震後には損傷したせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの全てを取替える。
【００３４】
以上の第２実施形態は、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂというように３枚のせん断パネルからなるせん断ダンパー２について説明したが、４枚以上のせん断パネルからなるせん断ダンパー２についても同様に適用できる。例えば、５枚のせん断パネルからなるせん断ダンパー２の場合、小規模地震、中規模地震及び大規模地震というように３段階に分けてせん断パネルを塑性変形させることで、地震後に損傷したせん断パネルを取替える作業を最小限にさらに抑えることが可能となる。
また、以上ではせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの厚さを変えることによりせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂのせん断降伏荷重を変える例を示したが、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂを構成する鋼板の材質を変えることによりせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂのせん断降伏荷重を変えることもできる。
【００３５】
なお、せん断パネル１１のせん断降伏荷重Ｑ１１ｙとせん断パネル１２ａ、１２ｂのせん断降伏荷重Ｑ１２ａｙ、Ｑ１２ｂｙを等しく設定すれば（Ｑ１１ｙ＝Ｑ１２ａｙ＝Ｑ１２ｂｙ）、それぞれのせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂを同時にせん断降伏させることにより、高いエネルギー吸収性能を得ることが可能となる。
【００３６】
［第３実施形態］
図１１に示す第３実施形態によるせん断ダンパー３は、せん断ダンパー１の構造に加えて、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂのそれぞれを表裏から挟むように第１規制板１８を設ける。第１規制板１８は、各々がせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの幅方向（水平方向）に沿って、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂを境にして対向するように配置される。第１規制板１８は、その長手方向の両端を補剛板１３、１４に溶接により接合されているが、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂから隙間を空けて配置されており、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂとは接合されていない。
【００３７】
以上のように、両端部を補剛板１３、１４に固定した一対の第１規制板１８を各せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの表裏に設置することで、各せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの面外変形が規制される。したがって、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂに局部的に座屈が生じるのをより確実に防止できるとともに、塑性域における効率的で安定したエネルギー吸収性能を確保することができる。
この第１規制板１８はせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂには溶接接合されていないため、溶接部の破壊に起因する損傷がせん断ダンパー３には生じない。
【００３８】
以上に示したせん断ダンパー３は、第１規制板１８をせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂに一段だけ設けたが、図１２に示すように複数段の第１規制板１８を設けてもよい。
また、第１規制板１８は、図１２に示すようにせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂを高さ方向に均等に分割するように配置するのが望ましいが、本発明はこれに限定されず、図１３（ａ）に示すように不均等に配置してもよい。
さらに、第１規制板１８と同様の目的を備える第２規制板１９を、図１３（ｂ）に示すように、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの高さ方向に沿って配置することもできる。
【００３９】
上記実施の形態では、補剛板１３、１４をせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの端面に突き当てて接合しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、せん断パネル１１の端部を分割された板で表裏両側から挟み込むようにして補剛板１３を構成することもできる。
また、上記実施の形態では、全てのせん断パネルに第１補剛体、第２補剛体を設けた例を示しているが、一部のせん断パネルに限り第１補剛体及び第２補剛体の一方又は双方を設けない形態を本発明は包含している。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１、１Ａ、１Ｂ、２、３ せん断ダンパー
１１、１２ａ、１２ｂ せん断パネル
１３、１４ 補剛板（第２補剛体）
１５ 上部補剛板（第１補剛体）
１６ 下部補剛板（第１補剛体）
１７ ストッパー
１８ 第１規制板（第１規制体）
１９ 第２規制板（第２規制体）
２０ 連結部材
２１ 第１水平連結部
２３ 第２水平連結部
２５ 垂直連結部
３０ 煙突
３１ 筒身
３２ 鉄塔
３３ 柱
３４ 梁
３５ ブレース
３６ 水平材
３７ 水平支持枠（支持体）
３８ ストッパー
４０ 橋梁
４１ 橋脚
４２ 上部構造
４３ 支承
４４ ストッパー
１００ 鉄骨構造物
１０２ 梁
１０３ 柱
１０４ 鉄骨偏心ブレース
Ｂ ボルト
ＬＳ 下部構造部材
ＵＳ 上部構造部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物や塔状構造物などに適用される耐震や耐風のためのせん断ダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
建築物や塔状構造物を構成する部材間に生じるせん断力に対して、中小地震時や暴風時には降伏しないが、大地震時には降伏してエネルギーを吸収するせん断ダンパーが耐震対策として用いられている。
従来のせん断ダンパーとして、例えば特許文献１には、部材間に低降伏点鋼からなるせん断パネルを設置し、所定レベル以上の地震に対してせん断塑性変形するものが開示されている。
ところが特許文献１に開示されるせん断ダンパーには、設計上想定された変形角を上回る塑性変形が生じたときに使用ができなくなり、部材間の大きな相対変形に適用でいないという問題がある。
これに対して、特許文献２、３には、部材間に生じる相対変位量が大きな場合に適用可能なせん断ダンパーとして、複数のせん断プレートを同一平面状に配置することなく、千鳥状に平行に配置したものが開示されている。特許文献２、３のせん断ダンパーは、ダンパー全体の変形量を個々のせん断プレートに分配することにより、部材間の大きな変形にも追従することができる。つまり、このせん断ダンパーは、個々のせん断パネルの変形量δ１、δ２、… δｎを総和した量がダンパー全体の変形量δとなる。
ところが、特許文献２、３に開示されるせん断ダンパーは、せん断パネルの面内方向以外の方向（以下、面外方向）への変形に対する剛性が低く、せん断パネルに局部座屈が生じるなどして安定したエネルギー吸収性能が得られない、あるいはエネルギー吸収性能が低下することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１９１９１２号公報
【特許文献２】特開２００１−１７３１３０号公報
【特許文献３】特開平９−３１７２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、以上のような課題に基づいてなされたもので、部材間の大きな変形にも追従することができるとともに、面外変形に対する剛性の高いせん断ダンパーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
互いに対向して配置される第１構造部材と第２構造部材の間に配置される本発明のせん断ダンパーは、互いに対向して配置され各々が第１方向及び第１方向に直交する第２方向に延びる複数のせん断パネルと、せん断パネルの第１方向の両端にそれぞれが接合される一対の第１補剛体と、せん断パネルの第２方向の両端に接合され、一対の第１補剛体間に配置される一対の第２補剛体と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明のせん断ダンパーにおいて、複数のせん断パネルは、第１構造部材と第２構造部材との位置関係により第１せん断パネルと第２せん断パネルと、に区分することができる。そして、第１構造部材に近い側に第１せん断パネルが配置され、第２構造部材に近い側に第２せん断パネルが配置されるものとする。この場合に、第１せん断パネルは、第１構造部材に接合されるもとする。一方、第２せん断パネルは、第２構造部材に接合されるものとすることができるが、第２構造部材に設けられるストッパーにより第２方向、つまりせん断方向の変位が規制されるものとすることもできる。このように一方の構造部材（第２構造部材）との接合を行わないせん断ダンパーは、せん断方向のみの効率的なエネルギー吸収が可能となる。
【０００７】
このせん断ダンパーの適用例として煙突がある。つまり、第１構造部材及び第２構造体部材の一方が煙突の筒身であるものとすると、第１構造部材及び第２構造体部材の他方は筒身を水平方向に支持する支持体とすることができる。そうすることにより、地震動の向きによって、せん断パネルの面外変形による損傷を防止することが可能となり、煙突における効率的かつ安定したエネルギー吸収性能を確保することができる。
また、他の適用例として橋梁がある。つまり、第１構造部材及び第２構造体部材の一方が橋梁の橋脚であるものとすると、第１構造部材及び第２構造体部材の他方は橋脚に支持される上部構造物とすることができる。この場合も、せん断パネルの面外変形による損傷を防止することが可能となり、橋梁における効率的かつ安定したエネルギー吸収性能を確保することができる。
【０００８】
本発明のせん断ダンパーにおいて、複数のせん断パネルの各々のせん断降伏荷重は、等しく設定することもできるし、相違させることもできる。
せん断パネルのせん断降伏荷重を等しく設定すれば、それぞれのせん断パネルが同時にせん断降伏させることができるので、高いエネルギー吸収性能を得ることができる。一方、各せん断パネルのせん断降伏荷重を相違させ、中小規模地震においてはせん断降伏荷重の小さいせん断パネルのみを塑性変形させ、せん断降伏荷重の大きなせん断パネルは弾性範囲の変形に留まるようにできる。そうすると、損傷したせん断パネルを地震後に取替える作業を最小限に抑えることができる。この場合、大規模地震においては、せん断降伏荷重の小さいせん断パネルが先行して塑性変形し、次いで、せん断降伏荷重の大きなせん断パネルが塑性変形する、という経過を辿る。
【０００９】
本発明のせん断ダンパーにおいて、第２補剛体を各せん断パネルの第２方向の両端に設けるのに加えて、せん断パネルの表裏両面側に、一対の第２補剛体の間を繋ぐ第１規制体を配置することが好ましい。この第１規制体は、せん断パネルに座屈が局部的に生ずるのをより確実に防ぐのに有効である。
さらに、せん断パネルの表裏両面側に、一対の第１補剛体の間を繋ぐ第２規制体を配置することができる。この第２規制体も、せん断パネルに座屈が局部的に生ずるのをより確実に防ぐのに有効である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、互いに対向して配置され各々が第１方向及び第２方向に延びる複数のせん断パネルを備えているので、第１構造部材と第２構造部材の間に生ずる大きな変形にも追従することができる。また、本発明によれば、せん断パネルの第２方向の両端に接合され、一対の第１補剛体間に配置される一対の第２補剛体を備えることにより面外変形に対する剛性の高いせん断ダンパーを提供するができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態によるせん断ダンパー（ボルトを省略）を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態によるせん断ダンパーを示し、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。
【図３】第１実施形態によるせん断ダンパーを架構に適用した例を示し、（ａ）は変形が生じていない状態、（ｂ）は変形が生じている状態を示している。
【図４】第１実施形態によるせん断ダンパーの作用を説明する図であり、（ａ）は変形性能を示し、（ｂ）はせん断パネルのせん断力−変位履歴曲線を示す。
【図５】第１実施形態によるせん断パネルの配置を種々変更した例を示す側面図である。
【図６】第１実施形態において、一方の主構造にストッパーを設置して、せん断ダンパーとの直接的な接合を行わない変更例をし、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）の６ｃ−６ｃ矢視断面図、（ｄ）は変形の様子を示す正面図である。
【図７】図６に示す変更例の煙突への適用事例を示し、（ａ）は煙突の全体図、（ｂ）は（ａ）の７ｂ−７ｂ矢視断面図である。
【図８】図６に示す変更例の橋梁への適用事例を示す正面図である。
【図９】第２実施形態を説明する図であり、（ａ）は第２実施形態が適用されるせん断ダンパーを示す斜視図であり、（ｂ）は当該せん断ダンパーを構成するせん断パネルの骨格曲線を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態によるせん断ダンパーのせん断力−変位履歴曲線を示し、（ａ）は中小規模の地震が生じた場合を、また、（ｂ）は大規模な地震が生じた場合を示す。
【図１１】第３実施形態によるせん断ダンパーを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）の１１ｃ−１１ｃ矢視断面図、（ｄ）は（ｂ）の１１ｄ−１１ｄ矢視断面図、である。
【図１２】第３実施形態による他のせん断ダンパーを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）の１２ｃ−１２ｃ矢視断面図、（ｄ）は（ｂ）の１２ｄ−１２ｄ矢視断面図、である。
【図１３】第３実施形態の変更例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１〜図３に示すように、せん断ダンパー１は、互いに対向する上部構造部材ＵＳと下部構造部材ＬＳとの間に設けられるものであり、上部構造部材ＵＳと下部構造部材ＬＳの間に生じるせん断変形に対して抵抗し、中小地震時や暴風時には降伏しないが、大地震時には降伏してエネルギーを吸収するように機能する。なお、図１はボルトＢの記載を省略している。
せん断ダンパー１は、３枚のせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂを備えている。これらせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂは、上部構造部材ＵＳ、下部構造部材ＬＳに対して垂直に配置され、かつ水平方向に間隔を設けて千鳥状に配置されている。そして、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂは互いに平行に配置され、かつ中央に配置されるせん断パネル１１を中心にしてせん断パネル１２ａ、１２ｂは対称の位置に配置されている。各せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂは、図２（ａ）の矢印ｘに沿った水平方向の外力が作用したとき、せん断変形に伴う履歴減衰によって地震時の振動エネルギーを吸収することが可能な履歴減衰性能を有するものとされ、公知の偏平な鋼板により構成される。せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂは、各々同じ仕様を有していてもよいし、異なる仕様を有していてもよい。
【００１３】
高さ方向（図１のＨ、第１方向）及び幅方向（図１のＷ、第２方向）に延びるせん断パネル１１（第１せん断パネル）の上端に上部補剛板１５（第１補剛体）が溶接によりフランジ状に固定されており、この上部補剛板１５はボルトＢにより上部構造部材ＵＳに締結されている。こうして、せん断パネル１１は上部補剛板１５を介して上部構造部材ＵＳに接合される。
また、せん断パネル１２ａ、１２ｂ（第２せん断パネル）の各々の下端に下部補剛板１６（第１補剛体）が溶接によりフランジ状に固定されており、この下部補剛板１６（第１補剛体）はボルトＢにより下部構造部材ＬＳに締結されている。こうして、せん断パネル１２ａ、１２ｂは下部補剛板１６を介して下部構造部材ＬＳに接合される。
【００１４】
各せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの厚みや幅は、せん断ダンパー１に作用する地震時のせん断力の大きさを主に考慮して設定されるべきである。一方で、せん断パネル１１の高さＬ11、せん断パネル１２ａ、１２ｂの高さＬ１２については、各々の許容せん断変形角と地震時における上部構造部材ＵＳと下部構造部材ＬＳとの間の水平方向の変形（δ）の大きさとを考慮して定めればよい。また、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂに降伏後の塑性変形能力の大きい低降伏点鋼を用いることによって大きな塑性エネルギーを吸収する効果が得られる。
【００１５】
せん断パネル１１の幅方向の両端には一対の補剛板１３（第２補剛体）が溶接によりフランジ状に接合されている。補剛板１３は、せん断パネル１１と同等の高さを有しており、後述する連結部材２０の第１水平連結部２１の図中上面に設けられる下部補剛板１６（第１補剛体）と上部補剛板１５（第１補剛体）との間に隙間なく配置されている。
同様に、せん断パネル１２ａ、１２ｂの幅方向の両端には補剛板１４（第２補剛体）が溶接によりフランジ状に接合されている。補剛板１４は、せん断パネル１２ａ、１２ｂと同等の高さを有しており、後述する連結部材２０の第２水平連結部２３の図中下面に設けられる上部補剛板１５（第１補剛体）と下部補剛板１６（第１補剛体）との間に隙間なく配置されている。
補剛板１３、１４は、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの面外変形に対する剛性を高めることを目的に設けられるものである。したがって、補剛板１３、１４はこの目的をなし得る程度の剛性を有するように、材質、板厚などの仕様が設定されるべきである。
【００１６】
＜連結部材２０＞
せん断パネル１１とせん断パネル１２ａ、１２ｂは、連結部材２０により連結されている。連結部材２０は、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂよりも大きなせん断耐力を有するように構成されている。鋼板を曲げ加工あるいは溶接加工することにより製作される連結部材２０は、第１水平連結部２１、一対の第２水平連結部２３及び一対の垂直連結部２５を備えている。
第１水平連結部２１の上面には下部補剛板１６が設けられている。この下部補剛板１６にはせん断パネル１１及び補剛板１３の下端が溶接により接合されており、第１水平連結部２１と、せん断パネル１１及び補剛板１３とは、下部補剛板１６を介してボルト結合により連結されている。
また、一対の第２水平連結部２３の各々の下面には上部補剛板１５が設けられている。一方の上部補剛板１５にはせん断パネル１２ａ及び補剛板１４の上端が、また、他方の上部補剛板１５にはせん断パネル１２ｂ及び補剛板１４の上端が、溶接により接合されている。そして、第２水平連結部２３と、せん断パネル１２ａ及び補剛板１４とは、上部補剛板１５を介してボルト結合により連結されている。また、第２水平連結部２３と、せん断パネル１２ｂ及び補剛板１４とは、上部補剛板１５を介してボルト結合により連結されている。
一対の垂直連結部２５は、一対のせん断パネル１２ａ、１２ｂのせん断パネル１１に臨む側の端部から垂下し、第１水平連結部２１と一対の第２水平連結部２３とを繋いでいる。
【００１７】
このようにして、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂは、連結部材２０により連結されており、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの間でせん断力（図２（ａ）の矢印ｘ方向に作用するせん断力）の伝達が連結部材２０を介して行われる。
なお、連結部材２０のせん断耐力をせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂよりも大きくする手法は任意である。例えば、連結部材２０を構成する鋼板の板厚をせん断パネル１２ａ、１２ｂを構成する鋼板よりも厚くすればよい。また、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂよりも高強度の鋼板により連結部材２０を構成してもよい。
【００１８】
以上のせん断ダンパー１の適用事例を図３に示す。この事例は、梁１０２及び柱１０３からなる鉄骨構造物１００とその構面内に配置された一対の鉄骨偏心ブレース１０４とともに使用されものであり、鉄骨構造物１００の上側の梁１０２（上部構造部材ＵＳに対応）の下面と鉄骨偏心ブレース１０４の頂部（下部構造部材ＬＳに対応）との間にせん断ダンパー1が配置されている。図３の矢印ｘに沿った水平方向の外力が作用したときに、鉄骨構造物１００の変形によって生じるせん断力に対して履歴減衰によってその振動エネルギーを吸収することができる。
【００１９】
＜効果＞
以上の構成を有するせん断ダンパー１は、以下の効果を奏する。
（１）せん断ダンパー１は、せん断パネル１１の幅方向の両端に補剛板１３が接合され、また、せん断パネル１２ａ、１２ｂの幅方向の両端には補剛板１４が接合されている。したがって、せん断ダンパー１は、補剛板１３、１４が面外変形を補剛することにより、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの面外方向への剛性を高め、安定したエネルギー吸収性能を確保することができる。
【００２０】
（２）せん断ダンパー１は、複数枚のせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂを配置している。したがって、図４（ａ）に示すように、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの高さを総和した総延長長さをＬ１１＋Ｌ１２にできる。したがって、これらせん断パネル１１及びせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂのせん断変形量をδ１１、δ１２とすると、せん断ダンパー１全体としての変形量δは以下の式に示すように、せん断パネル１１とせん断パネル１２ａ、１２ｂの個々の変形量δ１１、δ１２を総和した量となる。この量は、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの許容せん断変形角γを用いて、下記の式により求めることができる。
δ＝（δ１１＋δ１２）＝γ×（Ｌ１１＋Ｌ１２）
このようにせん断ダンパー１は、複数枚のせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂを備えていることで許容される変形量が大きくなるので、上部構造部材ＵＳと下部構造部材ＬＳの間に大きな相対変位が生じても、図４（ｂ）に実線で示すように安定したせん断力−変位履歴を得ることが可能である。これに対して補剛板１３、１４を設けなければ、大きな相対変位が生じると面外変形が生じ、図４（ｂ）に破線で示すように不安定なせん断力−変位履歴になる。
【００２１】
ここで、上部構造部材ＵＳ及び下部構造部材ＬＳとせん断ダンパー１との連結は、図２に示すようにボルトＢにより行うことが好ましい。地震後などによりせん断ダンパー１が使用できなくなった際に新たなせん断ダンパー１と取替える作業が容易になるからである。ただし本発明はこれに限定されず、図５（ｂ）に示すようにボルトＢを用いることなく溶接結合により接合することができるし、ボルト結合と溶接結合を組み合わせた接合としてもよい。
【００２２】
本発明において、複数枚のせん断パネルを備え、かつ各せん断パネルの各々が平行に配置されている範囲で、せん断ダンパーに要求される変形性能や設置スペース等の条件により適宜変更することができる。そのいくつかの例を図５（ａ）、（ｃ）〜（ｆ）に示す。詳細は省略するが、図５（ａ）は３枚のせん断パネルを、図５（ｃ）は４枚のせん断パネルを、また、図５（ｄ）〜（ｆ）は５枚のせん断パネルを設けている。なお、図５（ａ）は図２（ｂ）と同じものを上下反転させたものである。
【００２３】
＜一方の主構造との連結を行わない例＞
以上説明したせん断ダンパー１は、上部構造部材ＵＳと下部構造部材ＬＳの両者に接合されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図６に示すように、上部構造部材ＵＳに近い側のせん断パネル１１の上端に接合されている上部補剛板１５と上部構造部材ＵＳの接合は行わず、その代わりにせん断パネル１１の幅方向の両側に一対のストッパー１７を設ける。ストッパー１７は、上部構造部材ＵＳに固定されている。下部構造部材ＬＳに近い側のせん断パネル１２ａ、１２ｂは、以上と同様に下部補剛板１６を介して下部構造部材ＬＳに接合されている。なお、ここで説明した以外の構成は、図１〜図３に示されるせん断ダンパー１と同じである。
図６（ｄ）に示すように、地震が起きて上部構造部材ＵＳと下部構造部材ＬＳとの間に水平方向の相対変位が生じてせん断ダンパー１に変形が生ずると、上部補剛板１５が一方のストッパー１７に突き当たりせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの幅方向、つまりせん断方向への変位が規制される。そうすることで、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂにせん断力が生じ、せん断ダンパー１が機能する。
なお、ここではせん断ダンパー１が下部構造部材ＬＳには接続されるが上部構造部材ＵＳに接続されない例を示しているが、逆に、せん断ダンパー１が上部構造部材ＵＳには接続されるが下部構造部材ＬＳには接続されない形態にすることもできる。この場合には、下部構造部材ＬＳにストッパー１７を設けることになる。
【００２４】
以上のように、一方の構造部材（上部構造部材ＵＳ）との接合を行わない形態によると、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの面外方向への動き及び構造部材と離間する動きに対して、せん断ダンパー１には荷重伝達が行われない。よってこの形態によるせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂは面外方向への曲げや軸力等の荷重を負担することがないので、それらによる損傷が防止される。つまり、一方の構造部材との接合を行わないせん断ダンパー１は、せん断方向のみの効率的なエネルギー吸収が可能となる。
このせん断ダンパー１の２つの適用事例を以下で説明する。
【００２５】
＜煙突構造への適用例＞
以上で述べた一方の構造部材との接合を行わない形態のせん断ダンパー１を、煙突の筒身と鉄塔の連結部に適用する例を図７に示す。
図７に示すように、この煙突３０は地上に立設された筒身３１を鉄塔３２で支持する構成を有している。鉄塔３２は、柱３３と、隣接する柱３３の間を繋ぐ梁３４、柱３３と梁３４とを繋ぐブレース３５とを備えており、水平方向の断面において、柱３３を頂点にして梁３４は矩形状の構造をなしている。そして、各柱３３から矩形の対角線方向に延びる水平材３６が設けられ、各水平材３６の端部には平面視が矩形の水平支持枠３７が固定されている。
【００２６】
水平支持枠３７を構成する各辺の中央部にはせん断ダンパー１が連結されており、水平支持枠３７の内側には筒身３１を取り囲むように合せて４つのせん断ダンパー１が設けられている。せん断ダンパー１は、互いに対向する２つのせん断ダンパー１Ａとせん断ダンパー１Ｂと呼ぶことにする。なお、各せん断ダンパー１は、その内側に配置される筒身３１とは連結されていない。
水平支持枠３７の内側に配置される筒身３１の外周には、各せん断ダンパー１に対応して一対のストッパー３８が固定されている。一対のストッパー３８は、せん断ダンパー１を挟んで筒身３１の周方向に所定の間隔を空けて配置されている。
【００２７】
以上のように構成された煙突３０に、例えば図７（ｂ）の矢印１ａに沿った方向の地震動が作用するとき、せん断ダンパー１Ａのみがダンパーとして機能し、せん断ダンパー１Ｂは抵抗しない。逆に矢印１ｂに沿った方向の地震動が作用するとき、せん断ダンパー１Ｂのみがダンパーとして機能し、せん断ダンパー１Ａは抵抗しない。
このように、煙突３０に設けられたせん断ダンパー１(１Ａ、１Ｂ)の中で、地震動の向きによって、せん断パネルの面外変形による損傷を防止することが可能となり、煙突３０における効率的かつ安定したエネルギー吸収性能を確保することができる。
なお、筒身３１にせん断ダンパー１を固定し、水平支持枠３７にストッパー３８を設けても、以上と同じ作用、効果を得ることができる。
【００２８】
＜橋梁への適用例＞
次に、せん断ダンパー１を橋梁４０に適用した事例について図８を参照して説明する。
橋梁４０は、地面に固定された橋脚４１と、橋脚４１の上面に支承４３を介して支持される上部構造４２と、を備えている。
この橋梁４０には、橋脚４１の上面にせん断ダンパー１が接合されている。せん断ダンパー１は、上部構造４２とは接合されていない。
上部構造４２の下面にはせん断ダンパー１に対応して一対のストッパー４４が固定されている。一対のストッパー４４は、せん断ダンパー１を挟んで上部構造４２の幅方向に所定の間隔を空けて配置されている。
【００２９】
以上の橋梁４０は、橋脚４１と上部構造４２を連結することにより、せん断ダンパー１が橋軸に対して直角方向（矢印ｘ）の相対変位に対してエネルギーを吸収し、橋軸方向の相対変位に対して抵抗しない。したがって、せん断ダンパー１のせん断パネルの面外変形による損傷を防止することが可能となり、橋梁４０において、効率的に安定したエネルギー吸収性能を確保することができる。
【００３０】
［第２実施形態］
図９（ａ）に示す第２実施形態によるせん断ダンパー２は、基本的な構成はせん断ダンパー１と同じであるが、各々のせん断降伏荷重が異なるものとなるように各せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの寸法を定める。
例えば、図９（ａ）に示すせん断ダンパー２においては、下記式（１）、（２）のように各せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂのせん断降伏荷重Ｑ１１ｙ、Ｑ１２ｙが求められるので、ｂ１１＝ｂ１２ａ＝ｂ１２ｂかつσ１１ｙ＝σ１２ａｙ＝σ１２ｂｙの場合は、ｔ１１とｔ１２ａ＋ｔ１２ｂが異なる値となるようにせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの寸法を定める。以上のように設定されたせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの骨格曲線を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）において、Ｑ１は中小規模の地震による荷重を示し、Ｑ２は大規模の地震による荷重を示しており、Ｑ１１ｙ、Ｑ１２ｙと下記式（３）、（４）の関係を有している。つまり、それぞれのせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂがせん断降伏するタイミングが異なるものとなるため、地震動の大きさに応じて塑性変形するせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂを限定することができる。
【００３１】
Ｑ１１ｙ＝ｂ１１×ｔ１１×σ１１ｙ 式（１）
Ｑ１２ｙ＝ｂ１２ａ×ｔ１２ａ×σ１２ａｙ＋ｂ１２ｂ×ｔ１２ｂ×σ１２ｂｙ 式（２）
せん断パネル１１ ： ｂ１１；幅 ｔ１１；厚さ σ１１；せん断降伏応力
せん断パネル１２ａ ： ｂ１２ａ；幅 ｔ１２ａ：厚さ σ１２ａｙ；せん断降伏応力
せん断パネル１２ｂ ： ｂ１２ａ；幅 ｔ１２ｂ：厚さ σ１２ｂｙ；せん断降伏応力
【００３２】
Ｑ１：Ｑ１１ｙ＜Ｑ１＜Ｑ１２ｙ 式（３）
Ｑ２：Ｑ１１ｙ＜Ｑ１２ｙ＜Ｑ２ 式（４）
【００３３】
以上の構成を有するせん断ダンパー２において、中小規模地震、大規模地震が生じた時の、各せん断パネルのせん断荷重と変位の関係、せん断ダンパー２全体におけるせん断荷重と変位の関係を図１０に示す。
図１０（ａ）に示すように、中小規模地震においては、せん断降伏荷重（Ｑ１１ｙ）の小さいせん断パネル１１のみが塑性変形し、せん断降伏荷重（Ｑ１２ｙ）の大きなせん断パネル１２ａ、１２ｂは弾性範囲の変形に留まる。したがって、地震後に損傷したせん断パネルを取替える作業を最小限に抑えることが可能となる。
一方、図１０（ｂ）に示すように、大規模地震においては、せん断降伏荷重（Ｑ１１ｙ）の小さいせん断パネル１１が塑性変形し、次いで、せん断降伏荷重（Ｑ１２ｙ）の大きなせん断パネル１２ａ、１２ｂが塑性変形する、という経過を経る。そうすることで、せん断ダンパー２全体として大きな変形に対応することが可能になる。この場合、地震後には損傷したせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの全てを取替える。
【００３４】
以上の第２実施形態は、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂというように３枚のせん断パネルからなるせん断ダンパー２について説明したが、４枚以上のせん断パネルからなるせん断ダンパー２についても同様に適用できる。例えば、５枚のせん断パネルからなるせん断ダンパー２の場合、小規模地震、中規模地震及び大規模地震というように３段階に分けてせん断パネルを塑性変形させることで、地震後に損傷したせん断パネルを取替える作業を最小限にさらに抑えることが可能となる。
また、以上ではせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの厚さを変えることによりせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂのせん断降伏荷重を変える例を示したが、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂを構成する鋼板の材質を変えることによりせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂのせん断降伏荷重を変えることもできる。
【００３５】
なお、せん断パネル１１のせん断降伏荷重Ｑ１１ｙとせん断パネル１２ａ、１２ｂのせん断降伏荷重Ｑ１２ａｙ、Ｑ１２ｂｙを等しく設定すれば（Ｑ１１ｙ＝Ｑ１２ａｙ＝Ｑ１２ｂｙ）、それぞれのせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂを同時にせん断降伏させることにより、高いエネルギー吸収性能を得ることが可能となる。
【００３６】
［第３実施形態］
図１１に示す第３実施形態によるせん断ダンパー３は、せん断ダンパー１の構造に加えて、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂのそれぞれを表裏から挟むように第１規制板１８を設ける。第１規制板１８は、各々がせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの幅方向（水平方向）に沿って、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂを境にして対向するように配置される。第１規制板１８は、その長手方向の両端を補剛板１３、１４に溶接により接合されているが、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂから隙間を空けて配置されており、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂとは接合されていない。
【００３７】
以上のように、両端部を補剛板１３、１４に固定した一対の第１規制板１８を各せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの表裏に設置することで、各せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの面外変形が規制される。したがって、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂに局部的に座屈が生じるのをより確実に防止できるとともに、塑性域における効率的で安定したエネルギー吸収性能を確保することができる。
この第１規制板１８はせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂには溶接接合されていないため、溶接部の破壊に起因する損傷がせん断ダンパー３には生じない。
【００３８】
以上に示したせん断ダンパー３は、第１規制板１８をせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂに一段だけ設けたが、図１２に示すように複数段の第１規制板１８を設けてもよい。
また、第１規制板１８は、図１２に示すようにせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂを高さ方向に均等に分割するように配置するのが望ましいが、本発明はこれに限定されず、図１３（ａ）に示すように不均等に配置してもよい。
さらに、第１規制板１８と同様の目的を備える第２規制板１９を、図１３（ｂ）に示すように、せん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの高さ方向に沿って配置することもできる。
【００３９】
上記実施の形態では、補剛板１３、１４をせん断パネル１１、１２ａ、１２ｂの端面に突き当てて接合しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、せん断パネル１１の端部を分割された板で表裏両側から挟み込むようにして補剛板１３を構成することもできる。
また、上記実施の形態では、全てのせん断パネルに第１補剛体、第２補剛体を設けた例を示しているが、一部のせん断パネルに限り第１補剛体及び第２補剛体の一方又は双方を設けない形態を本発明は包含している。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１、１Ａ、１Ｂ、２、３ せん断ダンパー
１１、１２ａ、１２ｂ せん断パネル
１３、１４ 補剛板（第２補剛体）
１５ 上部補剛板（第１補剛体）
１６ 下部補剛板（第１補剛体）
１７ ストッパー
１８ 第１規制板（第１規制体）
１９ 第２規制板（第２規制体）
２０ 連結部材
２１ 第１水平連結部
２３ 第２水平連結部
２５ 垂直連結部
３０ 煙突
３１ 筒身
３２ 鉄塔
３３ 柱
３４ 梁
３５ ブレース
３６ 水平材
３７ 水平支持枠（支持体）
３８ ストッパー
４０ 橋梁
４１ 橋脚
４２ 上部構造
４３ 支承
４４ ストッパー
１００ 鉄骨構造物
１０２ 梁
１０３ 柱
１０４ 鉄骨偏心ブレース
Ｂ ボルト
ＬＳ 下部構造部材
ＵＳ 上部構造部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１構造部材と第２構造部材の間に配置されるせん断ダンパーであって、
互いに対向して配置され各々が第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に延びる複数のせん断パネルと、
前記せん断パネルの前記第１方向の両端にそれぞれ接合される一対の第１補剛体と、
前記せん断パネルの前記第２方向の両端に接合され、一対の前記第１補剛体間に配置される一対の第２補剛体と、
を備えることを特徴とするせん断ダンパー。
【請求項２】
複数の前記せん断パネルは、
前記第１構造部材に近い側に配置される第１せん断パネルと、
前記第２構造部材に近い側に配置される第２せん断パネルと、に区分され、
前記第１せん断パネルは、前記第１構造部材に接合され、
前記第２せん断パネルは、前記第２構造部材に設けられるストッパーにより前記第２方向の変位が規制される、
請求項１に記載のせん断ダンパー。
【請求項３】
前記第１構造部材及び前記第２構造体部材の一方が煙突の筒身であり、
前記第１構造部材及び前記第２構造体部材の他方は前記筒身を水平方向に支持する支持体である、
請求項２に記載のせん断ダンパー。
【請求項４】
前記第１構造部材及び前記第２構造体部材の一方が橋梁の橋脚であり、
前記第１構造部材及び前記第２構造体部材の他方は前記橋脚に支持される上部構造物である、
請求項２に記載のせん断ダンパー。
【請求項５】
複数の前記せん断パネルの各々のせん断降伏荷重が相違する、
請求項１に記載のせん断ダンパー。
【請求項６】
前記せん断パネルの表裏両面側に、一対の前記第２補剛板の間を繋ぐ第１規制体が配置される、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のせん断ダンパー。
【請求項７】
前記せん断パネルの表裏両面側に、一対の前記第１補剛板の間を繋ぐ第２規制体が配置される、
請求項１〜６のいずれか一項に記載のせん断ダンパー。
【請求項１】
互いに対向する第１構造部材と第２構造部材の間に配置されるせん断ダンパーであって、
互いに対向して配置され各々が第１方向及び前記第１方向に直交する第２方向に延びる複数のせん断パネルと、
前記せん断パネルの前記第１方向の両端にそれぞれ接合される一対の第１補剛体と、
前記せん断パネルの前記第２方向の両端に接合され、一対の前記第１補剛体間に配置される一対の第２補剛体と、
を備えることを特徴とするせん断ダンパー。
【請求項２】
複数の前記せん断パネルは、
前記第１構造部材に近い側に配置される第１せん断パネルと、
前記第２構造部材に近い側に配置される第２せん断パネルと、に区分され、
前記第１せん断パネルは、前記第１構造部材に接合され、
前記第２せん断パネルは、前記第２構造部材に設けられるストッパーにより前記第２方向の変位が規制される、
請求項１に記載のせん断ダンパー。
【請求項３】
前記第１構造部材及び前記第２構造体部材の一方が煙突の筒身であり、
前記第１構造部材及び前記第２構造体部材の他方は前記筒身を水平方向に支持する支持体である、
請求項２に記載のせん断ダンパー。
【請求項４】
前記第１構造部材及び前記第２構造体部材の一方が橋梁の橋脚であり、
前記第１構造部材及び前記第２構造体部材の他方は前記橋脚に支持される上部構造物である、
請求項２に記載のせん断ダンパー。
【請求項５】
複数の前記せん断パネルの各々のせん断降伏荷重が相違する、
請求項１に記載のせん断ダンパー。
【請求項６】
前記せん断パネルの表裏両面側に、一対の前記第２補剛板の間を繋ぐ第１規制体が配置される、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のせん断ダンパー。
【請求項７】
前記せん断パネルの表裏両面側に、一対の前記第１補剛板の間を繋ぐ第２規制体が配置される、
請求項１〜６のいずれか一項に記載のせん断ダンパー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１８９１７４（Ｐ２０１２−１８９１７４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４８１４（Ｐ２０１１−５４８１４）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（５０６１２２２４６）三菱重工鉄構エンジニアリング株式会社 (111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（５０６１２２２４６）三菱重工鉄構エンジニアリング株式会社 (111)
【Ｆターム（参考）】
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