構造物
【課題】想定外地震が発生した場合でも崩壊を防止することができる構造物を提供する。
【解決手段】構造物１の自重を負担するための一次部材５を分割すると共に、それら分割した一次部材５の間に摩擦ダンパー８を設け、その摩擦ダンパー８は、一次部材５の一方に接続された筒体と、一次部材５の他方に接続されたピストンと、筒体内に充填され固化した充填材と、充填材に係合し、かつ筒体とピストンとを相対移動させる力が初動耐力Ｐ0に達したときに充填材を体積膨張させるためのジベル部と、ピストンにおける筒体内の挿入部分に設けられ、体積膨張に反発する筒体により上記粒状化した充填材が押し付けられる摩擦面とを備えたものである。
【解決手段】構造物１の自重を負担するための一次部材５を分割すると共に、それら分割した一次部材５の間に摩擦ダンパー８を設け、その摩擦ダンパー８は、一次部材５の一方に接続された筒体と、一次部材５の他方に接続されたピストンと、筒体内に充填され固化した充填材と、充填材に係合し、かつ筒体とピストンとを相対移動させる力が初動耐力Ｐ0に達したときに充填材を体積膨張させるためのジベル部と、ピストンにおける筒体内の挿入部分に設けられ、体積膨張に反発する筒体により上記粒状化した充填材が押し付けられる摩擦面とを備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木構造物や建築構造物などの構造物の耐震構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
橋梁やビルなどの構造物では、耐震性を高めるために耐震構造が設けられている。このような耐震構造として、特許文献１には、橋梁の道路床組が弾性支承装置を介して主構造に支持された橋梁の耐震補強方法が提案されている。
【０００３】
また、他の耐震構造として、例えば、トラス橋の対傾構に制振ダンパーを設けたものがある（図９参照）。
【０００４】
図９に示すように、トラス橋９１は、支承９２と、その支承９２により支持され橋軸直角方向に離間する一対の主構９３と、それら主構９３の上弦材９４を相互に各々連結する横構９５と、その横構９５と各主構９３の下弦材９６とを連結する一対の対傾構９７とを備える。各対傾構９７には、座屈拘束型の制振ダンパー９８が介設される。
【０００５】
その座屈拘束型の制振ダンパー９８は、対傾構９７に接続された低降伏点鋼材を鋼製の拘束管内に収容して構成され、その拘束管により低降伏点鋼材の座屈を防止しつつ、低降伏点鋼を弾塑性変形させてエネルギーを吸収するようにしている。
【０００６】
この図９の耐震構造では、通常時は、トラス橋９１にかかる鉛直方向の死荷重および活荷重Ｐｖ（図９において白矢印で示す）を主構９３により負担させ、対傾構９７には死活荷重Ｐｖを負担させないようにしている。
【０００７】
一方、地震発生時には、トラス橋９１にかかる横方向の荷重Ｐｈ（図９において黒矢印で示す）を、対傾構９７を介して制振ダンパー９８に入力し、その制振ダンパー９８を弾塑性変形させて、地震による振動のエネルギーを吸収するようにしている。
【０００８】
このように、図９の耐震構造は、制振ダンパー９８の弾塑性変形により地震のエネルギーを吸収する機構であることから、制振ダンパー９８は容易に歪み、塑性変形するようになっている。
【０００９】
そのため、制振ダンパー９８は、死活荷重Ｐｖを負担する必要のない対傾構９７などの二次部材に適用され、死活荷重Ｐｖを支える一次部材である主構９３には適用されていなかった。
【００１０】
つまり、図９の耐震構造では、地震時に一次部材（主構９３）を許容できる範囲（例えば、弾性変形する範囲）で振動させつつ、その振動のエネルギーを二次部材（対傾構９７）の制振ダンパー９８で吸収するようにしていた。
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２９９０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図９の耐震構造は、想定外に加速度の大きい地震時に十分に機能しない虞があった。
【００１３】
すなわち、トラス橋９１の設計時に想定した地震よりも強い地震（以下、想定外地震という）が発生したときには、その想定外地震による振動のエネルギーを制振ダンパー９８で吸収しきれない可能性があり、その吸収しきれなかった振動により一次部材である主構９３が塑性変形してしまい、トラス橋９１に致命的な損傷が生じる虞があった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、想定外地震が発生した場合でも崩壊を防止することができる構造物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために本発明は、構造物自体の重量を負担するための一次部材と上記構造物自体の重量を負担する必要がない二次部材とで構成された構造物において、上記一次部材を分割すると共に、それら分割した一次部材の間に、摩擦ダンパーを設け、その摩擦ダンパーは、上記分割された一次部材の一方に接続された筒体と、その筒体内に軸方向に移動可能に挿入され上記分割された一次部材の他方に接続されたピストンと、上記筒体内に充填され固化した充填材と、上記ピストンに設けられ固化した充填材に係合し、かつ上記筒体と上記ピストンとを相対移動させる力が所定の初動耐力に達したときに上記充填材を壊し粒状化させて体積膨張させるためのジベル部と、上記ピストンにおける筒体内の挿入部分に設けられ、体積膨張に反発する上記筒体により上記粒状化した充填材が押し付けられる摩擦面とを備えたものである。
【００１６】
好ましくは、上記摩擦ダンパーの上記所定の初動耐力は、上記摩擦ダンパーが、設計時に想定した最大の強さの地震の発生時に上記構造物自体の重量を負担し、かつ想定した強さを超える地震の発生時にダンパーとして作動するように設定されたものである。
【００１７】
好ましくは、上記摩擦ダンパーは、地震による荷重が作用したときに上記一次部材において最も大きな力が生じる箇所に設置されるものである。
【００１８】
好ましくは、上記構造物は、トラス橋であり、そのトラス橋は、上記一次部材をなす上弦材、下弦材、鉛直材および斜材でトラス構造が形成された主構を備え、その主構の上弦材、下弦材、鉛直材および斜材のいずれかに上記摩擦ダンパーが設けられたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、想定外地震が発生した場合に構造物の崩壊を防止することができるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
本実施形態に係る構造物は、例えば、トラス橋などの耐震構造を有するトラス構造物である。
【００２２】
まず、図１および図２に基づき本実施形態のトラス橋を説明する。以下の説明において、図１および図２の左右方向がトラス橋の橋軸方向であり、図１の上下方向が鉛直方向であり、図２の上下方向が橋軸直角方向である。
【００２３】
トラス橋１は、例えば鋼製の道路橋（上路トラスト橋）であり、図１に示すように、道路を形成するための上部工２と、その上部工２を支持する下部工３とを備える。
【００２４】
下部工３は、橋軸方向に沿って間隔を隔てて配置された橋台３１（または橋脚）を備え、それら橋台３１の間に上部工２が掛け渡される。
【００２５】
上部工２は、車両が通行する舗装および床版２１と、その舗装および床版２１を支持する一対の主構２２、２２と、その主構２２と橋台３１との間に設けられ主構２２からの荷重を橋台３１に伝達する支承２３と、主構２２、２２を相互に繋ぐ上支材２４、下支材２５、下横構２６および対傾構２７とを備える。
【００２６】
主構２２、２２は、橋軸直角方向に離間して平行に設けられる。各主構２２は、トラス構造（図例では、ハウトラス構造）を有し、橋軸方向に延びる上弦材４と、その上弦材４の下方に離間して設けられ橋軸方向に延びる下弦材５と、それら上弦材４と下弦材５とを繋ぎ上下方向に延びる複数の鉛直材６と、上弦材４と下弦材５とを繋ぎ橋軸方向に傾斜する複数の斜材７とを備える。
【００２７】
上弦材４と下弦材５とは、ほぼ平行に配置され、各々橋軸方向に沿って直線状に延びる。上弦材４には、図示しない床組が組み付けられ、その床組により床版２１が支持される。
【００２８】
下弦材５は、両端部が支承２３により支持される。詳しくは後述するが、支承２３近傍の下弦材５には、摩擦ダンパー８が設けられる。
【００２９】
鉛直材６は、橋軸方向に沿って所定間隔を隔てて配置される。鉛直材６は、上端が上弦材４に連結され下端が下弦材５に連結される。鉛直材６は、例えば、上弦材４および下弦材５に、図示しないガセットを介して取り付けられる。
【００３０】
斜材７は、橋軸方向に沿って所定間隔を隔てて設けられる。斜材７は、隣接する２つ鉛直材６、６の一方の上端と他方の下端とを繋ぐように、上弦材４および下弦材５に連結される。斜材７は、例えば、鉛直材６と共に上記ガセットを介して上弦材４および下弦材５に取り付けられる。
【００３１】
上支材２４は、両主構２２、２２の上弦材４を相互に繋ぎ、橋軸直角方向に延びると共に両端が上弦材４、４に各々連結される。下支材２５は、両主構２２、２２の下弦材５を繋ぎ、橋軸直角方向に延びると共に両端が下弦材５に各々連結される。これら上支材２４および下支材２５は、橋軸方向に沿って間隔を隔てて複数設けられ、図例では鉛直材６と同じ橋軸方向の位置に各々配置される。
【００３２】
図２に示すように、下横構２６は、下支材２５を介して両主構２２、２２の下弦材５を繋ぐものであり、各下弦材５から下支材２５の中間部まで延びる一対の横構部材２６１、２６１を有する。その横構部材２６１は、一端が、下弦材５における下支材２５の連結部分に連結され、他端が、その下支材２５に隣接する他の下支材２５の中間部に連結される。
【００３３】
図１に戻り、対傾構２７は、上支材２４を介して両主構２２、２２の下弦材５を繋ぐものであり、各下弦材５から上支材２４まで延びる一対の対傾構部材２７１、２７１を有する。その対傾構部材２７１は、一端が、下弦材５における鉛直材６の連結部分に連結され、他端が、上支材２４の中間部に連結される。図例の対傾構部材２７１は、鉛直材６と同じ橋軸方向の位置に各々配置される。
【００３４】
以上のトラス橋１の上部工２を構成する部材のうち、上弦材４、下弦材５、鉛直材６、斜材７は、トラス橋１（上部工２）自体の重量（自重）を負担するための一次部材（主要部材ともいう）である。他方、上支材２４、下支材２５、下横構２６および対傾構２７は、トラス橋１の自重を負担する必要がない二次部材である。
【００３５】
なお、一次部材とは、例えば、「主要な構造部分を構成する部材」（社団法人 日本道路協会、道路橋示方書・同解説 鋼橋編）、あるいは「仮にそれらの部材の一部分が破壊すれば、列車の運行に直接支障をきたしたり橋桁全体の崩壊に結びつくような部材」（運輸省鉄道局 鉄道総合研究所、鉄道構造物等設計標準・同解説 鋼・合成構造物）をいう。
【００３６】
また、二次部材とは、例えば、「一次部材以外の部材」（道路橋示方書・同解説 鋼橋編）、あるいは「仮にそれらの部材の一部分が破壊しても列車の運行に直接支障しないような部材」（鉄道構造物等設計標準・同解説 鋼・合成構造物）をいう。
【００３７】
本実施形態では、一次部材である上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７は、トラス橋１の自重による死荷重と、トラス橋１を通行する車両などによる活荷重とを負担するように強度などが設計される。
【００３８】
それら死活荷重は、図１において黒矢印で示すように、鉛直方向下向きの荷重Ｐｖであり、一次部材（上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７）に対しては、軸力（軸方向の引張力または軸方向の圧縮力）として作用する。
【００３９】
他方、二次部材である上支材２４、下支材２５、下横構２６および対傾構２７は、死活荷重（鉛直荷重）Ｐｖを負担する部材として設計されておらず、例えば、横荷重Ｐｈ（橋軸直角方向の荷重、図２において白矢印で示す）である風荷重を負担するように設計される。
【００４０】
ここで、横荷重Ｐｈとしては、風荷重の他に地震による地震荷重があり、その地震荷重に対する耐震性を向上させるために、本実施形態では、一次部材である主構２２の上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７のいずれかに摩擦ダンパー８が設けられる。
【００４１】
より具体的には、図例のトラス橋１は、下弦材５が、支承２３の支持箇所の近傍にて軸方向（長手方向）に２つに分割され、それら分割された下弦材５の間に、摩擦ダンパー８が設けられる。分割された下弦材５の一方の部材（図１の左側の部材）を第１分割部材５１、他方の部材（図１の右側の部材）を第２分割部材５２という。
【００４２】
次に、図３から図７に基づき摩擦ダンパー８の概略構造について説明する。
【００４３】
その摩擦ダンパー８は、通常時および想定した強さの地震の発生時には、下弦材５から入力される力に対して弾性的挙動を示し、一次部材として働く。他方、想定した強さを超える大規模な地震（想定外地震）の発生時に下弦材５から入力される力が所定の初動耐力Ｐ0を超えたときは、軸方向に塑性変形して想定外地震によるエネルギーを吸収する。
【００４４】
図３に示すように、摩擦ダンパー８は、下弦材５の第１分割部材５１に接続された筒体８１と、その筒体８１内に軸方向に移動可能に挿入され第２分割部材５２に接続されたピストン８２と、筒体８１を一端側（図３では右端側）から閉塞すると共にピストン８２が挿通する挿通孔８３１（図６参照）が形成されたスリットダイヤフラム８３と、筒体８１を他端側（図３では左端側）から閉塞する拘束ダイヤフラム８４と、筒体８１内における拘束ダイヤフラム８４とスリットダイヤフラム８３との間に充填され固化した充填材をなすコンクリート８５と、ピストン８２に設けられて固化したコンクリート８５に係合し、かつ筒体８１とピストン８２とを相対移動させる力が所定の初動耐力Ｐ0に達したときに係合するコンクリート８５を壊し粒状化させて体積膨張させるためのジベル部をなすジベル孔８６と、ピストン８２における筒体８１内の挿入部分に設けられ、体積膨張に反発する筒体８１により上記粒状化したコンクリート８５が押し付けられる摩擦面８７とを備える。
【００４５】
図４に示すように、筒体８１は、円筒形状を有し断面円形で軸方向に延びる。筒体８１は、鋼管などから形成される。筒体８１は、軸方向が下弦材５の軸方向に一致するように配置される。
【００４６】
拘束ダイヤフラム８４は、筒体８１の一端から筒体８１の内部側に軸方向に所定間隔を隔てて設けられる。図５に示すように、拘束ダイヤフラム８４は、円板状に形成され筒体８１の内周面に接合される。拘束ダイヤフラム８４には、筒体８１と第１分割部材５１とを接合するための部材連結部８４１が形成される。その部材連結部８４１は、断面十字状で拘束ダイヤフラム８４から第１分割部材５１まで延び、先端部が添接板５４２を介して第１分割部材５１に接合される。
【００４７】
スリットダイヤフラム８３は、拘束ダイヤフラム８４と同様に、筒体８１の他端（図１の右端）から軸方向内側（図１の左側）に所定間隔を隔てて設けられる。図６に示すように、スリットダイヤフラム８３は、円板状に形成され、筒体８１の内周面に接合される。スリットダイヤフラム８３には、ピストン８２が挿通する挿通孔８３１が形成され、その挿通孔８３１は、ピストン８２を筒体８１の軸方向に移動可能、かつ回転不能に案内する。
【００４８】
それら拘束ダイヤフラム８４とスリットダイヤフラム８３との間の筒体８１内には、ピストン８２を軸方向に案内するガイドダイヤフラム８８が設けられる。そのガイドダイヤフラム８８は、図７に示すように、円板状に形成され、筒体８１の内周面に固定される。ガイドダイヤフラム８８には、ピストン８２が挿通するガイド孔８８１と、コンクリート８５を筒体８１内に充填するための連通孔８８２とが形成される。
【００４９】
図３に戻り、ピストン８２は、筒体８１の軸方向に沿って延び、一端が筒体８１内の拘束ダイヤフラム８４の近傍まで挿入され、他端が筒体８１から突出して第２分割部材５２に接合される。図例では、ピストン８２の端部が、筒体８１の部材連結部８４１と同様に、添接板８２２を介して第２分割部材５２に接合される。
【００５０】
ピストン８２は、断面十字形で軸方向に延び、互いに直交する４つのフランジ８２１を有する。そのフランジ８２１の表面および裏面は、筒体８１の軸方向に沿って延び、それら表面および裏面が摩擦面８７をなす。
【００５１】
また、ピストン８２のフランジ８２１には、筒体８１内のコンクリート８５と係合するジベル孔８６が形成され、そのジベル孔８６によりピストン８２が筒体８１内に係止される。ジベル孔８６は、軸方向に沿って間隔を隔てて複数形成される。
【００５２】
この摩擦ダンパー８では、筒体８１に第１分割部材５１からの軸方向の荷重が作用し、ピストン８２に第２分割部材５２から軸方向の荷重が作用する。
【００５３】
それら作用する軸方向の荷重（引張力または圧縮力）が所定の初動耐力Ｐ0未満のときは、筒体８１内のコンクリート８５とピストン８２のジベル孔８６とが係合して摩擦ダンパー８は弾性的な挙動を示す。このとき摩擦ダンパー８は、図８に示すように、荷重Ｐに変形量（伸長量または収縮量）δが比例する。
【００５４】
他方、作用する荷重が初動耐力Ｐ0に達すると、ピストン８２のジベル孔８６により筒体８１内のコンクリート８５が壊されて粒状化し、ピストン８２が軸方向に移動する。その移動するピストン８２には、粒状化したコンクリート８５からの摩擦力が作用する。このとき摩擦ダンパー８は、図８に示すように、荷重Ｐが初動耐力Ｐ0にて一定に持続されつつ、変形量δのみが増大する。
【００５５】
ここで、摩擦力の発生機構についてより詳細に説明すると、コンクリート８５が壊されて粒状化すると、その粒状化したコンクリート８５のダイレイタンシー（体積膨張）がピストン８２のジベル孔８６の近傍にて生じる。このダイレイタンシーによる膨張力に反発して、筒体８１、拘束ダイヤフラム８４およびスリットダイヤフラム８３は、コンクリート８５およびそのコンクリート８５を介してピストン８２に締め付ける。その締め付けにより、ジベル孔８６近傍のコンクリート８５がピストン８２の摩擦面８７に押し付けられ、その摩擦面８７の摩擦抵抗が増大して強い摩擦力が発生する。この摩擦力は、ピストン８２の移動量に関係なく一定となる。
【００５６】
摩擦ダンパー８では、ジベル孔８６の数が多いほど、また径が大きいほど、初動耐力Ｐ0が大きくなる。このため摩擦ダンパー８は、ジベル孔８６の数や大きさ（径）などを適宜設定することで、初動耐力Ｐ0を、高い自由度で、かつ従来の制振ダンパー（例えば図９の座屈拘束型の制振ダンパー）に比べて大きな耐力に設定できるようになっている。また、摩擦ダンパー８は、筒体８１およびピストン８２の軸方向長さと拘束ダイヤフラム８４の軸方向位置とを適宜設定することで、摩擦ダンパー８の変形量（ピストン８２のストローク長）を、高い自由度で、かつ従来の制振ダンパーに比べて大きな変形量に設定できるようになっている。
【００５７】
次に、本実施形態の構造物における摩擦ダンパー８の設置位置について説明する。
【００５８】
本実施形態の摩擦ダンパー８は、想定した最大の強さの地震による荷重（以下、最大地震荷重という）がトラス橋１（上部工２）に作用したときに上部工２の一次部材４−７において最も大きな力（圧縮方向または引張方向の荷重や応力）が作用する箇所に設置される。すなわち、地震荷重により破損する可能性が最も高い箇所に設置される。
【００５９】
本実施形態では、まず、摩擦ダンパー８を設置していないトラス橋１に対して構造解析を行い、最大地震荷重が作用するときの一次部材の荷重分布を求める。その求められた荷重分布から、荷重の最大値（最大荷重）と、その最大荷重が生じる一次部材（キーメンバー）の箇所とを求める。この構造解析により求められた最大荷重の発生箇所に相応する、実際のトラス橋１の箇所に摩擦ダンパー８を配置する。なお、荷重の代わりに応力を使用するようにしてもよい。
【００６０】
構造解析は、電子計算機による数値シミュレーションなどにより行われる。その数値シミュレーションは、例えば有限要素法などを用いた動的解析であり、摩擦ダンパー８を設置していないトラス橋１をモデル化し、そのモデルに、最大地震荷重を動的な荷重（時間変化する荷重）として作用させて、荷重分布を求める。
【００６１】
最大地震荷重としては、所謂レベル２地震動による荷重が考えられる。レベル２地震動は、構造物の耐震設計に用いる入力地震動で、現在から将来にわたって当該地点で考えられる最大級の強さをもつ地震動である。
【００６２】
図例のトラス橋１では、レベル２地震動による地震荷重がトラス橋１に作用したときに最大荷重が生じる一次部材が、支承２３に最も近い鉛直材６とその鉛直材６に隣接する鉛直材６との間の下弦材５であり、その下弦材５に摩擦ダンパー８が設置される。
【００６３】
また、摩擦ダンパー８の初動耐力Ｐ0は、摩擦ダンパー８が、トラス橋１の設計時に想定した最大の強さの地震の発生時にトラス橋１の自重を負担し、かつ想定した強さを超える地震の発生時にダンパーとして作動するように設定される。
【００６４】
例えば、摩擦ダンパー８の初動耐力Ｐ0は、構造解析により求められた最大荷重よりも僅かに大きな値に設定される。また、一次部材４−７の耐力は、摩擦ダンパー８の初動耐力Ｐ0を最大値とした荷重分布が生じたときに、致命的な損傷（例えば、塑性変形や座屈など）が発生しない大きさに設定される。
【００６５】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００６６】
まず、通常時には、摩擦ダンパー８は一次部材として機能しており、その摩擦ダンパー８や他の一次部材（上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７）により、上部工２の自重による死荷重および床版２１からの活荷重が支持される。また、設計上想定される強さ（レベル２地震動以下の強さ）の地震が発生したときは、摩擦ダンパー８に作用する荷重が初動耐力Ｐ0に達することがなく、摩擦ダンパー８は一次部材として機能する。
【００６７】
一方、レベル２地震動を超える強さの想定外地震が発生して、摩擦ダンパー８に作用する荷重が初動耐力Ｐ0を超えたときは、摩擦ダンパー８はダンパーとして機能する。
【００６８】
ここで上述したように、本実施形態では摩擦ダンパー８を、地震時に最大荷重が生じる箇所に設置している。そのため、摩擦ダンパー８は、上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７に塑性変形を生じさせるような大きな力が作用するよりも前に、ダンパーとして機能し始める。さらに、摩擦ダンパー８は、ダンパーとして機能するときに、作用する荷重を初動耐力Ｐ0で一定に保持する。
【００６９】
このように最大荷重（つまり、荷重分布の最大値）が初動耐力Ｐ0に制限されると、荷重分布の値も全体的に制限され、一次部材（上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７）に作用する荷重が制限されることになる。
【００７０】
つまり、想定外地震が発生すると、トラス橋１の様々な一次部材（上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７）に、設計で想定した力以上の力が発生する可能性があるが、本実施形態では、特定の部材（図例では、下弦材５に介設された摩擦ダンパー８）にダンパー機能を持たせることで、摩擦ダンパー８に作用する初動耐力Ｐ0以上の力が、一次部材（上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７）に働かない。
【００７１】
その結果、想定外地震が発生しても、上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７の致命的な破損を防止でき、トラス橋１の崩壊を確実に防止することができる。
【００７２】
このように、本実施形態では、初動耐力Ｐ0（ダンパー機能を示す前の弾性的挙動を示す状態での耐力）の大きい摩擦ダンパー８を、地震時に発生する水平力（横荷重Ｐｈ）の影響を受けやすい立体的なトラス橋１の一次部材として用いることで、想定外地震において、摩擦ダンパー８以外の部材の破壊を防ぐことができる。
【００７３】
また、摩擦ダンパー８は、限界荷重を超えても耐力が急激に低下せずに初動耐力Ｐ0を持続することから、この摩擦ダンパー８を用いる構造物によれば、想定外地震が発生した場合に、トラス橋１が脆性的に一気に崩壊してしまうのを防止することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、想定外地震の発生時に、一次部材４−７が破壊されるよりも先に摩擦ダンパー８がダンパーとして機能し始めるので、一次部材４−７を確実に保護することができる。このように、摩擦ダンパー８は、一次部材４−７を保護する所謂ヒューズ（荷重ヒューズ）として働く。
【００７５】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。
【００７６】
例えば、上述の実施形態では、トラス橋を対象としたが、これに限定されず、様々な構造物を対象することができる。例えば、構造物は、トラス鉄塔などのトラス橋以外のトラス構造物や、トラス構造物以外にも、地震時に発生する水平力の影響を受けやすい立体的な橋梁（アーチ橋など）やビルなどが考えられる。例えば、構造物がビルである場合には、一次部材をなす柱や梁に摩擦ダンパーが設けられる。なお、構造物は、一次部材に軸力のみが作用するものが好ましい。
【００７７】
その他にも、摩擦ダンパーの充填材は、コンクリートに限定されず、モルタル、エポキシ樹脂などでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る構造物の概略斜視図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ方向矢視図である。
【図３】図３は、本実施形態の摩擦ダンパーの概略断面図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る摩擦ダンパーの筒体の概略断面図である。
【図５】図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図７は、図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】図８は、本実施形態の摩擦ダンパーにおける荷重と伸びの関係を説明するための図である。
【図９】図９は、従来の構造物の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ トラス橋（構造物）
４ 上弦材
５ 下弦材
６ 鉛直材
７ 斜材
８ 摩擦ダンパー
８１ 筒体
８２ ピストン
８５ コンクリート（充填材）
８６ ジベル孔（ジベル部）
８７ 摩擦面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木構造物や建築構造物などの構造物の耐震構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
橋梁やビルなどの構造物では、耐震性を高めるために耐震構造が設けられている。このような耐震構造として、特許文献１には、橋梁の道路床組が弾性支承装置を介して主構造に支持された橋梁の耐震補強方法が提案されている。
【０００３】
また、他の耐震構造として、例えば、トラス橋の対傾構に制振ダンパーを設けたものがある（図９参照）。
【０００４】
図９に示すように、トラス橋９１は、支承９２と、その支承９２により支持され橋軸直角方向に離間する一対の主構９３と、それら主構９３の上弦材９４を相互に各々連結する横構９５と、その横構９５と各主構９３の下弦材９６とを連結する一対の対傾構９７とを備える。各対傾構９７には、座屈拘束型の制振ダンパー９８が介設される。
【０００５】
その座屈拘束型の制振ダンパー９８は、対傾構９７に接続された低降伏点鋼材を鋼製の拘束管内に収容して構成され、その拘束管により低降伏点鋼材の座屈を防止しつつ、低降伏点鋼を弾塑性変形させてエネルギーを吸収するようにしている。
【０００６】
この図９の耐震構造では、通常時は、トラス橋９１にかかる鉛直方向の死荷重および活荷重Ｐｖ（図９において白矢印で示す）を主構９３により負担させ、対傾構９７には死活荷重Ｐｖを負担させないようにしている。
【０００７】
一方、地震発生時には、トラス橋９１にかかる横方向の荷重Ｐｈ（図９において黒矢印で示す）を、対傾構９７を介して制振ダンパー９８に入力し、その制振ダンパー９８を弾塑性変形させて、地震による振動のエネルギーを吸収するようにしている。
【０００８】
このように、図９の耐震構造は、制振ダンパー９８の弾塑性変形により地震のエネルギーを吸収する機構であることから、制振ダンパー９８は容易に歪み、塑性変形するようになっている。
【０００９】
そのため、制振ダンパー９８は、死活荷重Ｐｖを負担する必要のない対傾構９７などの二次部材に適用され、死活荷重Ｐｖを支える一次部材である主構９３には適用されていなかった。
【００１０】
つまり、図９の耐震構造では、地震時に一次部材（主構９３）を許容できる範囲（例えば、弾性変形する範囲）で振動させつつ、その振動のエネルギーを二次部材（対傾構９７）の制振ダンパー９８で吸収するようにしていた。
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２９９０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図９の耐震構造は、想定外に加速度の大きい地震時に十分に機能しない虞があった。
【００１３】
すなわち、トラス橋９１の設計時に想定した地震よりも強い地震（以下、想定外地震という）が発生したときには、その想定外地震による振動のエネルギーを制振ダンパー９８で吸収しきれない可能性があり、その吸収しきれなかった振動により一次部材である主構９３が塑性変形してしまい、トラス橋９１に致命的な損傷が生じる虞があった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、想定外地震が発生した場合でも崩壊を防止することができる構造物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために本発明は、構造物自体の重量を負担するための一次部材と上記構造物自体の重量を負担する必要がない二次部材とで構成された構造物において、上記一次部材を分割すると共に、それら分割した一次部材の間に、摩擦ダンパーを設け、その摩擦ダンパーは、上記分割された一次部材の一方に接続された筒体と、その筒体内に軸方向に移動可能に挿入され上記分割された一次部材の他方に接続されたピストンと、上記筒体内に充填され固化した充填材と、上記ピストンに設けられ固化した充填材に係合し、かつ上記筒体と上記ピストンとを相対移動させる力が所定の初動耐力に達したときに上記充填材を壊し粒状化させて体積膨張させるためのジベル部と、上記ピストンにおける筒体内の挿入部分に設けられ、体積膨張に反発する上記筒体により上記粒状化した充填材が押し付けられる摩擦面とを備えたものである。
【００１６】
好ましくは、上記摩擦ダンパーの上記所定の初動耐力は、上記摩擦ダンパーが、設計時に想定した最大の強さの地震の発生時に上記構造物自体の重量を負担し、かつ想定した強さを超える地震の発生時にダンパーとして作動するように設定されたものである。
【００１７】
好ましくは、上記摩擦ダンパーは、地震による荷重が作用したときに上記一次部材において最も大きな力が生じる箇所に設置されるものである。
【００１８】
好ましくは、上記構造物は、トラス橋であり、そのトラス橋は、上記一次部材をなす上弦材、下弦材、鉛直材および斜材でトラス構造が形成された主構を備え、その主構の上弦材、下弦材、鉛直材および斜材のいずれかに上記摩擦ダンパーが設けられたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、想定外地震が発生した場合に構造物の崩壊を防止することができるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
本実施形態に係る構造物は、例えば、トラス橋などの耐震構造を有するトラス構造物である。
【００２２】
まず、図１および図２に基づき本実施形態のトラス橋を説明する。以下の説明において、図１および図２の左右方向がトラス橋の橋軸方向であり、図１の上下方向が鉛直方向であり、図２の上下方向が橋軸直角方向である。
【００２３】
トラス橋１は、例えば鋼製の道路橋（上路トラスト橋）であり、図１に示すように、道路を形成するための上部工２と、その上部工２を支持する下部工３とを備える。
【００２４】
下部工３は、橋軸方向に沿って間隔を隔てて配置された橋台３１（または橋脚）を備え、それら橋台３１の間に上部工２が掛け渡される。
【００２５】
上部工２は、車両が通行する舗装および床版２１と、その舗装および床版２１を支持する一対の主構２２、２２と、その主構２２と橋台３１との間に設けられ主構２２からの荷重を橋台３１に伝達する支承２３と、主構２２、２２を相互に繋ぐ上支材２４、下支材２５、下横構２６および対傾構２７とを備える。
【００２６】
主構２２、２２は、橋軸直角方向に離間して平行に設けられる。各主構２２は、トラス構造（図例では、ハウトラス構造）を有し、橋軸方向に延びる上弦材４と、その上弦材４の下方に離間して設けられ橋軸方向に延びる下弦材５と、それら上弦材４と下弦材５とを繋ぎ上下方向に延びる複数の鉛直材６と、上弦材４と下弦材５とを繋ぎ橋軸方向に傾斜する複数の斜材７とを備える。
【００２７】
上弦材４と下弦材５とは、ほぼ平行に配置され、各々橋軸方向に沿って直線状に延びる。上弦材４には、図示しない床組が組み付けられ、その床組により床版２１が支持される。
【００２８】
下弦材５は、両端部が支承２３により支持される。詳しくは後述するが、支承２３近傍の下弦材５には、摩擦ダンパー８が設けられる。
【００２９】
鉛直材６は、橋軸方向に沿って所定間隔を隔てて配置される。鉛直材６は、上端が上弦材４に連結され下端が下弦材５に連結される。鉛直材６は、例えば、上弦材４および下弦材５に、図示しないガセットを介して取り付けられる。
【００３０】
斜材７は、橋軸方向に沿って所定間隔を隔てて設けられる。斜材７は、隣接する２つ鉛直材６、６の一方の上端と他方の下端とを繋ぐように、上弦材４および下弦材５に連結される。斜材７は、例えば、鉛直材６と共に上記ガセットを介して上弦材４および下弦材５に取り付けられる。
【００３１】
上支材２４は、両主構２２、２２の上弦材４を相互に繋ぎ、橋軸直角方向に延びると共に両端が上弦材４、４に各々連結される。下支材２５は、両主構２２、２２の下弦材５を繋ぎ、橋軸直角方向に延びると共に両端が下弦材５に各々連結される。これら上支材２４および下支材２５は、橋軸方向に沿って間隔を隔てて複数設けられ、図例では鉛直材６と同じ橋軸方向の位置に各々配置される。
【００３２】
図２に示すように、下横構２６は、下支材２５を介して両主構２２、２２の下弦材５を繋ぐものであり、各下弦材５から下支材２５の中間部まで延びる一対の横構部材２６１、２６１を有する。その横構部材２６１は、一端が、下弦材５における下支材２５の連結部分に連結され、他端が、その下支材２５に隣接する他の下支材２５の中間部に連結される。
【００３３】
図１に戻り、対傾構２７は、上支材２４を介して両主構２２、２２の下弦材５を繋ぐものであり、各下弦材５から上支材２４まで延びる一対の対傾構部材２７１、２７１を有する。その対傾構部材２７１は、一端が、下弦材５における鉛直材６の連結部分に連結され、他端が、上支材２４の中間部に連結される。図例の対傾構部材２７１は、鉛直材６と同じ橋軸方向の位置に各々配置される。
【００３４】
以上のトラス橋１の上部工２を構成する部材のうち、上弦材４、下弦材５、鉛直材６、斜材７は、トラス橋１（上部工２）自体の重量（自重）を負担するための一次部材（主要部材ともいう）である。他方、上支材２４、下支材２５、下横構２６および対傾構２７は、トラス橋１の自重を負担する必要がない二次部材である。
【００３５】
なお、一次部材とは、例えば、「主要な構造部分を構成する部材」（社団法人 日本道路協会、道路橋示方書・同解説 鋼橋編）、あるいは「仮にそれらの部材の一部分が破壊すれば、列車の運行に直接支障をきたしたり橋桁全体の崩壊に結びつくような部材」（運輸省鉄道局 鉄道総合研究所、鉄道構造物等設計標準・同解説 鋼・合成構造物）をいう。
【００３６】
また、二次部材とは、例えば、「一次部材以外の部材」（道路橋示方書・同解説 鋼橋編）、あるいは「仮にそれらの部材の一部分が破壊しても列車の運行に直接支障しないような部材」（鉄道構造物等設計標準・同解説 鋼・合成構造物）をいう。
【００３７】
本実施形態では、一次部材である上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７は、トラス橋１の自重による死荷重と、トラス橋１を通行する車両などによる活荷重とを負担するように強度などが設計される。
【００３８】
それら死活荷重は、図１において黒矢印で示すように、鉛直方向下向きの荷重Ｐｖであり、一次部材（上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７）に対しては、軸力（軸方向の引張力または軸方向の圧縮力）として作用する。
【００３９】
他方、二次部材である上支材２４、下支材２５、下横構２６および対傾構２７は、死活荷重（鉛直荷重）Ｐｖを負担する部材として設計されておらず、例えば、横荷重Ｐｈ（橋軸直角方向の荷重、図２において白矢印で示す）である風荷重を負担するように設計される。
【００４０】
ここで、横荷重Ｐｈとしては、風荷重の他に地震による地震荷重があり、その地震荷重に対する耐震性を向上させるために、本実施形態では、一次部材である主構２２の上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７のいずれかに摩擦ダンパー８が設けられる。
【００４１】
より具体的には、図例のトラス橋１は、下弦材５が、支承２３の支持箇所の近傍にて軸方向（長手方向）に２つに分割され、それら分割された下弦材５の間に、摩擦ダンパー８が設けられる。分割された下弦材５の一方の部材（図１の左側の部材）を第１分割部材５１、他方の部材（図１の右側の部材）を第２分割部材５２という。
【００４２】
次に、図３から図７に基づき摩擦ダンパー８の概略構造について説明する。
【００４３】
その摩擦ダンパー８は、通常時および想定した強さの地震の発生時には、下弦材５から入力される力に対して弾性的挙動を示し、一次部材として働く。他方、想定した強さを超える大規模な地震（想定外地震）の発生時に下弦材５から入力される力が所定の初動耐力Ｐ0を超えたときは、軸方向に塑性変形して想定外地震によるエネルギーを吸収する。
【００４４】
図３に示すように、摩擦ダンパー８は、下弦材５の第１分割部材５１に接続された筒体８１と、その筒体８１内に軸方向に移動可能に挿入され第２分割部材５２に接続されたピストン８２と、筒体８１を一端側（図３では右端側）から閉塞すると共にピストン８２が挿通する挿通孔８３１（図６参照）が形成されたスリットダイヤフラム８３と、筒体８１を他端側（図３では左端側）から閉塞する拘束ダイヤフラム８４と、筒体８１内における拘束ダイヤフラム８４とスリットダイヤフラム８３との間に充填され固化した充填材をなすコンクリート８５と、ピストン８２に設けられて固化したコンクリート８５に係合し、かつ筒体８１とピストン８２とを相対移動させる力が所定の初動耐力Ｐ0に達したときに係合するコンクリート８５を壊し粒状化させて体積膨張させるためのジベル部をなすジベル孔８６と、ピストン８２における筒体８１内の挿入部分に設けられ、体積膨張に反発する筒体８１により上記粒状化したコンクリート８５が押し付けられる摩擦面８７とを備える。
【００４５】
図４に示すように、筒体８１は、円筒形状を有し断面円形で軸方向に延びる。筒体８１は、鋼管などから形成される。筒体８１は、軸方向が下弦材５の軸方向に一致するように配置される。
【００４６】
拘束ダイヤフラム８４は、筒体８１の一端から筒体８１の内部側に軸方向に所定間隔を隔てて設けられる。図５に示すように、拘束ダイヤフラム８４は、円板状に形成され筒体８１の内周面に接合される。拘束ダイヤフラム８４には、筒体８１と第１分割部材５１とを接合するための部材連結部８４１が形成される。その部材連結部８４１は、断面十字状で拘束ダイヤフラム８４から第１分割部材５１まで延び、先端部が添接板５４２を介して第１分割部材５１に接合される。
【００４７】
スリットダイヤフラム８３は、拘束ダイヤフラム８４と同様に、筒体８１の他端（図１の右端）から軸方向内側（図１の左側）に所定間隔を隔てて設けられる。図６に示すように、スリットダイヤフラム８３は、円板状に形成され、筒体８１の内周面に接合される。スリットダイヤフラム８３には、ピストン８２が挿通する挿通孔８３１が形成され、その挿通孔８３１は、ピストン８２を筒体８１の軸方向に移動可能、かつ回転不能に案内する。
【００４８】
それら拘束ダイヤフラム８４とスリットダイヤフラム８３との間の筒体８１内には、ピストン８２を軸方向に案内するガイドダイヤフラム８８が設けられる。そのガイドダイヤフラム８８は、図７に示すように、円板状に形成され、筒体８１の内周面に固定される。ガイドダイヤフラム８８には、ピストン８２が挿通するガイド孔８８１と、コンクリート８５を筒体８１内に充填するための連通孔８８２とが形成される。
【００４９】
図３に戻り、ピストン８２は、筒体８１の軸方向に沿って延び、一端が筒体８１内の拘束ダイヤフラム８４の近傍まで挿入され、他端が筒体８１から突出して第２分割部材５２に接合される。図例では、ピストン８２の端部が、筒体８１の部材連結部８４１と同様に、添接板８２２を介して第２分割部材５２に接合される。
【００５０】
ピストン８２は、断面十字形で軸方向に延び、互いに直交する４つのフランジ８２１を有する。そのフランジ８２１の表面および裏面は、筒体８１の軸方向に沿って延び、それら表面および裏面が摩擦面８７をなす。
【００５１】
また、ピストン８２のフランジ８２１には、筒体８１内のコンクリート８５と係合するジベル孔８６が形成され、そのジベル孔８６によりピストン８２が筒体８１内に係止される。ジベル孔８６は、軸方向に沿って間隔を隔てて複数形成される。
【００５２】
この摩擦ダンパー８では、筒体８１に第１分割部材５１からの軸方向の荷重が作用し、ピストン８２に第２分割部材５２から軸方向の荷重が作用する。
【００５３】
それら作用する軸方向の荷重（引張力または圧縮力）が所定の初動耐力Ｐ0未満のときは、筒体８１内のコンクリート８５とピストン８２のジベル孔８６とが係合して摩擦ダンパー８は弾性的な挙動を示す。このとき摩擦ダンパー８は、図８に示すように、荷重Ｐに変形量（伸長量または収縮量）δが比例する。
【００５４】
他方、作用する荷重が初動耐力Ｐ0に達すると、ピストン８２のジベル孔８６により筒体８１内のコンクリート８５が壊されて粒状化し、ピストン８２が軸方向に移動する。その移動するピストン８２には、粒状化したコンクリート８５からの摩擦力が作用する。このとき摩擦ダンパー８は、図８に示すように、荷重Ｐが初動耐力Ｐ0にて一定に持続されつつ、変形量δのみが増大する。
【００５５】
ここで、摩擦力の発生機構についてより詳細に説明すると、コンクリート８５が壊されて粒状化すると、その粒状化したコンクリート８５のダイレイタンシー（体積膨張）がピストン８２のジベル孔８６の近傍にて生じる。このダイレイタンシーによる膨張力に反発して、筒体８１、拘束ダイヤフラム８４およびスリットダイヤフラム８３は、コンクリート８５およびそのコンクリート８５を介してピストン８２に締め付ける。その締め付けにより、ジベル孔８６近傍のコンクリート８５がピストン８２の摩擦面８７に押し付けられ、その摩擦面８７の摩擦抵抗が増大して強い摩擦力が発生する。この摩擦力は、ピストン８２の移動量に関係なく一定となる。
【００５６】
摩擦ダンパー８では、ジベル孔８６の数が多いほど、また径が大きいほど、初動耐力Ｐ0が大きくなる。このため摩擦ダンパー８は、ジベル孔８６の数や大きさ（径）などを適宜設定することで、初動耐力Ｐ0を、高い自由度で、かつ従来の制振ダンパー（例えば図９の座屈拘束型の制振ダンパー）に比べて大きな耐力に設定できるようになっている。また、摩擦ダンパー８は、筒体８１およびピストン８２の軸方向長さと拘束ダイヤフラム８４の軸方向位置とを適宜設定することで、摩擦ダンパー８の変形量（ピストン８２のストローク長）を、高い自由度で、かつ従来の制振ダンパーに比べて大きな変形量に設定できるようになっている。
【００５７】
次に、本実施形態の構造物における摩擦ダンパー８の設置位置について説明する。
【００５８】
本実施形態の摩擦ダンパー８は、想定した最大の強さの地震による荷重（以下、最大地震荷重という）がトラス橋１（上部工２）に作用したときに上部工２の一次部材４−７において最も大きな力（圧縮方向または引張方向の荷重や応力）が作用する箇所に設置される。すなわち、地震荷重により破損する可能性が最も高い箇所に設置される。
【００５９】
本実施形態では、まず、摩擦ダンパー８を設置していないトラス橋１に対して構造解析を行い、最大地震荷重が作用するときの一次部材の荷重分布を求める。その求められた荷重分布から、荷重の最大値（最大荷重）と、その最大荷重が生じる一次部材（キーメンバー）の箇所とを求める。この構造解析により求められた最大荷重の発生箇所に相応する、実際のトラス橋１の箇所に摩擦ダンパー８を配置する。なお、荷重の代わりに応力を使用するようにしてもよい。
【００６０】
構造解析は、電子計算機による数値シミュレーションなどにより行われる。その数値シミュレーションは、例えば有限要素法などを用いた動的解析であり、摩擦ダンパー８を設置していないトラス橋１をモデル化し、そのモデルに、最大地震荷重を動的な荷重（時間変化する荷重）として作用させて、荷重分布を求める。
【００６１】
最大地震荷重としては、所謂レベル２地震動による荷重が考えられる。レベル２地震動は、構造物の耐震設計に用いる入力地震動で、現在から将来にわたって当該地点で考えられる最大級の強さをもつ地震動である。
【００６２】
図例のトラス橋１では、レベル２地震動による地震荷重がトラス橋１に作用したときに最大荷重が生じる一次部材が、支承２３に最も近い鉛直材６とその鉛直材６に隣接する鉛直材６との間の下弦材５であり、その下弦材５に摩擦ダンパー８が設置される。
【００６３】
また、摩擦ダンパー８の初動耐力Ｐ0は、摩擦ダンパー８が、トラス橋１の設計時に想定した最大の強さの地震の発生時にトラス橋１の自重を負担し、かつ想定した強さを超える地震の発生時にダンパーとして作動するように設定される。
【００６４】
例えば、摩擦ダンパー８の初動耐力Ｐ0は、構造解析により求められた最大荷重よりも僅かに大きな値に設定される。また、一次部材４−７の耐力は、摩擦ダンパー８の初動耐力Ｐ0を最大値とした荷重分布が生じたときに、致命的な損傷（例えば、塑性変形や座屈など）が発生しない大きさに設定される。
【００６５】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００６６】
まず、通常時には、摩擦ダンパー８は一次部材として機能しており、その摩擦ダンパー８や他の一次部材（上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７）により、上部工２の自重による死荷重および床版２１からの活荷重が支持される。また、設計上想定される強さ（レベル２地震動以下の強さ）の地震が発生したときは、摩擦ダンパー８に作用する荷重が初動耐力Ｐ0に達することがなく、摩擦ダンパー８は一次部材として機能する。
【００６７】
一方、レベル２地震動を超える強さの想定外地震が発生して、摩擦ダンパー８に作用する荷重が初動耐力Ｐ0を超えたときは、摩擦ダンパー８はダンパーとして機能する。
【００６８】
ここで上述したように、本実施形態では摩擦ダンパー８を、地震時に最大荷重が生じる箇所に設置している。そのため、摩擦ダンパー８は、上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７に塑性変形を生じさせるような大きな力が作用するよりも前に、ダンパーとして機能し始める。さらに、摩擦ダンパー８は、ダンパーとして機能するときに、作用する荷重を初動耐力Ｐ0で一定に保持する。
【００６９】
このように最大荷重（つまり、荷重分布の最大値）が初動耐力Ｐ0に制限されると、荷重分布の値も全体的に制限され、一次部材（上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７）に作用する荷重が制限されることになる。
【００７０】
つまり、想定外地震が発生すると、トラス橋１の様々な一次部材（上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７）に、設計で想定した力以上の力が発生する可能性があるが、本実施形態では、特定の部材（図例では、下弦材５に介設された摩擦ダンパー８）にダンパー機能を持たせることで、摩擦ダンパー８に作用する初動耐力Ｐ0以上の力が、一次部材（上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７）に働かない。
【００７１】
その結果、想定外地震が発生しても、上弦材４、下弦材５、鉛直材６および斜材７の致命的な破損を防止でき、トラス橋１の崩壊を確実に防止することができる。
【００７２】
このように、本実施形態では、初動耐力Ｐ0（ダンパー機能を示す前の弾性的挙動を示す状態での耐力）の大きい摩擦ダンパー８を、地震時に発生する水平力（横荷重Ｐｈ）の影響を受けやすい立体的なトラス橋１の一次部材として用いることで、想定外地震において、摩擦ダンパー８以外の部材の破壊を防ぐことができる。
【００７３】
また、摩擦ダンパー８は、限界荷重を超えても耐力が急激に低下せずに初動耐力Ｐ0を持続することから、この摩擦ダンパー８を用いる構造物によれば、想定外地震が発生した場合に、トラス橋１が脆性的に一気に崩壊してしまうのを防止することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、想定外地震の発生時に、一次部材４−７が破壊されるよりも先に摩擦ダンパー８がダンパーとして機能し始めるので、一次部材４−７を確実に保護することができる。このように、摩擦ダンパー８は、一次部材４−７を保護する所謂ヒューズ（荷重ヒューズ）として働く。
【００７５】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。
【００７６】
例えば、上述の実施形態では、トラス橋を対象としたが、これに限定されず、様々な構造物を対象することができる。例えば、構造物は、トラス鉄塔などのトラス橋以外のトラス構造物や、トラス構造物以外にも、地震時に発生する水平力の影響を受けやすい立体的な橋梁（アーチ橋など）やビルなどが考えられる。例えば、構造物がビルである場合には、一次部材をなす柱や梁に摩擦ダンパーが設けられる。なお、構造物は、一次部材に軸力のみが作用するものが好ましい。
【００７７】
その他にも、摩擦ダンパーの充填材は、コンクリートに限定されず、モルタル、エポキシ樹脂などでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る構造物の概略斜視図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ方向矢視図である。
【図３】図３は、本実施形態の摩擦ダンパーの概略断面図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る摩擦ダンパーの筒体の概略断面図である。
【図５】図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図７は、図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】図８は、本実施形態の摩擦ダンパーにおける荷重と伸びの関係を説明するための図である。
【図９】図９は、従来の構造物の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ トラス橋（構造物）
４ 上弦材
５ 下弦材
６ 鉛直材
７ 斜材
８ 摩擦ダンパー
８１ 筒体
８２ ピストン
８５ コンクリート（充填材）
８６ ジベル孔（ジベル部）
８７ 摩擦面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物自体の重量を負担するための一次部材と上記構造物自体の重量を負担する必要がない二次部材とで構成された構造物において、
上記一次部材を分割すると共に、それら分割した一次部材の間に、摩擦ダンパーを設け、
その摩擦ダンパーは、上記分割された一次部材の一方に接続された筒体と、その筒体内に軸方向に移動可能に挿入され上記分割された一次部材の他方に接続されたピストンと、上記筒体内に充填され固化した充填材と、上記ピストンに設けられ固化した充填材に係合し、かつ上記筒体と上記ピストンとを相対移動させる力が所定の初動耐力に達したときに上記充填材を壊し粒状化させて体積膨張させるためのジベル部と、上記ピストンにおける筒体内の挿入部分に設けられ、体積膨張に反発する上記筒体により上記粒状化した充填材が押し付けられる摩擦面とを備えたことを特徴とする構造物。
【請求項２】
上記摩擦ダンパーの上記所定の初動耐力は、設計時に想定した最大の強さの地震の発生時に上記摩擦ダンパーが上記構造物自体の重量を負担し、かつ想定した強さを超える地震の発生時に上記摩擦ダンパーがダンパーとして作動するように設定された請求項１記載の構造物。
【請求項３】
上記摩擦ダンパーは、地震による荷重が作用したときに上記一次部材において最も大きな力が生じる箇所に設置される請求項１または２記載の構造物。
【請求項４】
上記一次部材をなす上弦材、下弦材、鉛直材および斜材でトラス構造が形成された主構を備え、その主構の上弦材、下弦材、鉛直材および斜材のいずれかに上記摩擦ダンパーが設けられたトラス橋である請求項１から３いずれかに記載の構造物。
【請求項１】
構造物自体の重量を負担するための一次部材と上記構造物自体の重量を負担する必要がない二次部材とで構成された構造物において、
上記一次部材を分割すると共に、それら分割した一次部材の間に、摩擦ダンパーを設け、
その摩擦ダンパーは、上記分割された一次部材の一方に接続された筒体と、その筒体内に軸方向に移動可能に挿入され上記分割された一次部材の他方に接続されたピストンと、上記筒体内に充填され固化した充填材と、上記ピストンに設けられ固化した充填材に係合し、かつ上記筒体と上記ピストンとを相対移動させる力が所定の初動耐力に達したときに上記充填材を壊し粒状化させて体積膨張させるためのジベル部と、上記ピストンにおける筒体内の挿入部分に設けられ、体積膨張に反発する上記筒体により上記粒状化した充填材が押し付けられる摩擦面とを備えたことを特徴とする構造物。
【請求項２】
上記摩擦ダンパーの上記所定の初動耐力は、設計時に想定した最大の強さの地震の発生時に上記摩擦ダンパーが上記構造物自体の重量を負担し、かつ想定した強さを超える地震の発生時に上記摩擦ダンパーがダンパーとして作動するように設定された請求項１記載の構造物。
【請求項３】
上記摩擦ダンパーは、地震による荷重が作用したときに上記一次部材において最も大きな力が生じる箇所に設置される請求項１または２記載の構造物。
【請求項４】
上記一次部材をなす上弦材、下弦材、鉛直材および斜材でトラス構造が形成された主構を備え、その主構の上弦材、下弦材、鉛直材および斜材のいずれかに上記摩擦ダンパーが設けられたトラス橋である請求項１から３いずれかに記載の構造物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−５３５２７（Ｐ２０１０−５３５２７Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１６７３３（Ｐ２００８−２１６７３３）
【出願日】平成２０年８月２６日（２００８．８．２６）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２６日（２００８．８．２６）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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