耐震部材
【課題】地震発生時に塑性変することで地震エネルギーを吸収するだけでなく、塑性変時に架構に与える衝撃を抑制できる耐震部材を提供する。
【解決手段】複数の構造部材３ａ〜３ｅを結合して作った架構２に組み込まれて、架構２に所定の大きさ以上の外力が作用した時に塑性変形することで外力によるエネルギーを吸収する耐震部材１０であって、架構２に外力が作用した時に、構造部材３ａ〜３ｅよりも先に塑性変形する低強度部材５を有する。低強度部材はアルミニウム合金で形成されている。
【解決手段】複数の構造部材３ａ〜３ｅを結合して作った架構２に組み込まれて、架構２に所定の大きさ以上の外力が作用した時に塑性変形することで外力によるエネルギーを吸収する耐震部材１０であって、架構２に外力が作用した時に、構造部材３ａ〜３ｅよりも先に塑性変形する低強度部材５を有する。低強度部材はアルミニウム合金で形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の構造部材を結合して作った橋梁や建築物などの架構に耐震性を備えさせる技術に関する。特に、本発明は、前記架構に組み込まれる耐震部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁や建築物などの架構は、複数の構造部材を結合して作られる。このような架構に耐震性を備えさせるために、様々な手段が採用されている。
【０００３】
１つの手段として、鋼部材などの構造部材が、大地震発生時に降伏しないように設計することができる。この場合には、鋼部材の板厚が増加し、鋼部材が大型化してしまう。また、鋼部材の大型化に伴い、各部材を設けるスペースを確保できない場合も生じる。なお、降伏とは、材料が外力により弾性変形の限界を超えて塑性変形してしまうことである。
【０００４】
別の手段として、耐震性を備えさせるために、前記架構に耐震部材を組み込むことができる。耐震部材は、地震発生時に大きな外力が作用すると、塑性変形して地震エネルギーを吸収する。このような耐震部材（履歴型ダンパー）は、例えば、下記特許文献１、２に開示されている。
特許文献１の構成は、図１２に示すものである。図１２は、橋梁の脚３１の側面図である。特許文献１では、脚３１に斜部材３３を設け、斜部材３３の端部に履歴型ダンパー３５を設けている。地震発生時に、履歴型ダンパー３５を塑性変形させることで、地震エネルギーを吸収し、地震時に生じる橋梁の変位を抑制している。
特許文献２の構成は、図１３に示すものである。特許文献２でも、斜部材４１の中間部に中間材４３を配しその両端に履歴型ダンパー４５を設けている。
【特許文献１】特開２００２−１８０４１９号公報
【特許文献２】特開２００７−１３２５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、地震による外力が架構に作用して耐震部材（履歴型ダンパー）が塑性変形・降伏した時、耐震部材が急激に変形することで、架構に衝撃が生じる可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、地震発生時に塑性変形することで地震エネルギーを吸収するだけでなく、塑性変形時に架構に与える衝撃を抑制できる耐震部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によると、
複数の構造部材を結合して作った架構に組み込まれて、該架構に所定の大きさ以上の外力が作用した時に塑性変形することで前記外力によるエネルギーを吸収する耐震部材であって、
前記架構に外力が作用した時に、前記構造部材よりも先に塑性変形する低強度部材を有し、
該低強度部材はアルミニウム合金で形成されている、ことを特徴とする耐震部材が提供される。
【０００８】
上記構成では、耐震部材は、前記架構に外力が作用した時に、前記構造部材よりも先に塑性変形する低強度部材を有するので、大地震発生時に塑性変形して地震エネルギーを吸収する。しかも、前記低強度部材は、大きな伸び性能を持つアルミニウム合金で形成されているので、低強度部材の塑性変形時に低強度部材が急激に変形することを防止することができる。これにより、低強度部材の塑性変形時に架構に与える衝撃を無くしまたは低減できる。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態によると、前記低強度部材の周囲を囲む囲み部材を備え、
該囲み部材は、前記低強度部材が座屈した時に前記低強度部材の変形を制限する内壁面を有する。
【００１０】
このように、囲み部材が低強度部材の周囲を囲むことで、前記低強度部材が座屈した時に囲み部材の内壁面で前記低強度部材の変形を制限するので、地震発生時に低強度部材に引張り力が作用する場合だけでなく、地震発生時に低強度部材に圧縮力が作用する場合にも、地震エネルギーを低強度部材に吸収させることができる。
【００１１】
前記低強度部材の両端部がそれぞれ着脱可能に結合される第１および第２の高強度部材を備え、
前記架構に外力が作用した時に、前記低強度部材は、第１および第２の高強度部材よりも先に塑性変形し、
第１および第２の高強度部材は、それぞれ前記構造部材または前記架構の付帯物に結合され、
第１および第２の高強度部材が前記構造部材または前記架構の前記付帯物に結合された状態で、前記低強度部材を第１および第２の高強度部材から取り外して前記囲み部材の外部に取り出し、新しい前記低強度部材を当該外部から前記囲み部材の内部に入れて第１および第２の高強度部材に結合させるために、前記低強度部材を通す開口が前記囲み部材に形成され、前記開口を塞ぐ蓋部材が前記囲み部材に設けられる。
【００１２】
このように、前記構造部材または前記架構の前記付帯物に結合される第１および第２の高強度部材に対し、前記低強度部材の両端部を着脱可能にし、第１および第２の高強度部材が前記構造部材または前記架構の前記付帯物に結合された状態で、前記低強度部材を第１および第２の高強度部材から取り外して前記囲み部材の外部に取り出し、新しい前記低強度部材を当該外部から前記囲み部材の内部に入れて第１および第２の高強度部材に結合させるために、前記低強度部材を通す開口が前記囲み部材に形成され、前記囲み部材は、前記開口を開閉する蓋部材を有する。これにより、第１および第２の高強度部材が前記構造部材または前記架構の前記付帯物に結合された状態で、低強度部材を交換することができる。例えば、地震発生により低強度部材が地震エネルギーを吸収して、この低強度部材の地震エネルギー吸収力が無くなりまたは低下した場合には、これを新しい低強度部材と交換することができる。一方、地震発生時に塑性変形しなかった第１および第２の高強度部材はそのまま架構の前記構造部材または前記架構の前記付帯物に結合した状態で使用することができる。
なお、前記開口を形成しても、これを塞ぐ前記蓋部材を設けることで、低強度部材の座屈による変形を制限できる。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明の耐震部材によると、地震発生時に塑性変形することで地震エネルギーを吸収するだけでなく、その塑性変形時に架構に与える衝撃を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明による耐震部材を適用できるアーチ橋２の正面図である。図２（Ａ）は、図１のＡ−Ａ線矢視図であり、図２（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ線矢視図である。図１、図２において、アーチ橋２は、符号３ａ〜３ｅが示す複数の構造部材を結合して作られる。符号３ａは橋桁を示し、符号３ｂはアーチリブを示し、符号３ｃは垂直部材を示し、符号３ｄは水平部材を示し、符号３ｅは柱部材を示す。これら構造部材３ａ〜３ｅは、例えば鋼で形成された鋼部材である。
【００１６】
図２の例では、本発明の耐震部材１０は、斜材として使用される。図２において、耐震部材１０は、複数の構造部３ａ〜３ｅ材を結合して作ったアーチ橋２に組み込まれて、アーチ橋２に所定の大きさ以上の外力が作用した時に塑性変形することで前記外力によるエネルギーを吸収する。図２では、耐震部材１０の両端部がそれぞれ構造部材３ａ〜３ｅの少なくともいずれかに結合される。
【００１７】
以下、本発明の実施形態による耐震部材１０の構成について説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図３は、本発明の第１実施形態による耐震部材１０の構成図である。図３に示すように、耐震部材１０は、低強度部材５、囲み部材１１、第１の高強度部材７、第２の高強度部材９を備える。図３（Ａ）は、耐震部材１０の側面図であるが、囲み部材１１を透視した状態の図である。図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図であり、図３（Ｃ）は図３（Ａ）のＣ−Ｃ線矢視図であり、図３（Ｄ）は図３（Ａ）のＤ−Ｄ線矢視図であり、図３（Ｅ）は図３（Ａ）のＥ−Ｅ線矢視図であり、図３（Ｆ）は図３（Ａ）のＦ−Ｆ線矢視図またはＧ−Ｇ線矢視図である。
【００１９】
低強度部材５は、図１のアーチ橋２に外力が作用した時に構造部材３ａ〜３ｅよりも先に塑性変形する。低強度部材５はアルミニウム合金で形成されている
【００２０】
囲み部材１１は、低強度部材５の周囲を囲む部材である。囲み部材１１は、低強度部材５が塑性変形した時に低強度部材５の変形を制限する内壁面を有する。そのため、囲み部材１１は、低強度部材５よりも降伏強度および引張り強度が高い材料（例えば、鋼）で形成される。従って、低強度部材５が、地震エネルギーにより塑性変形した場合に、囲み部材１１の内壁面に沿うように低強度部材５を変形させることができる。
【００２１】
第１および第２の高強度部材７，９には、低強度部材５の両端部がそれぞれ着脱可能に結合される。即ち、第１の高強度部材７の一端部に低強度部材５の一端部が着脱可能に結合され、第１の高強度部材７の他端部は前記アーチ橋２の構造部材３ａ〜３ｅの少なくともいずれかに結合される。第２の高強度部材９の一端部に低強度部材５の他端部が着脱可能に結合され、第２の高強度部材９の他端部はアーチ端の構造部材３ａ〜３ｅの少なくともいずれかに結合される。前記アーチ橋２に外力が作用した時に、低強度部材５は、第１および第２の高強度部材７，９よりも先に塑性変形する。第１および第２の高強度部材７，９は、例えば、鋼により形成してよい。
【００２２】
以下、第１実施形態による耐震部材１０の構成をより詳細に説明する。
【００２３】
低強度部材５は、第１実施形態では、長手方向からみた形状が図３（Ｂ）のようにＨ型となっている。即ち、低強度部材５は、アルミニウム合金で形成された一対のアルミニウム合金フランジ５ａと、アルミニウム合金で形成されたアルミニウム合金ウェブ５ｂとを有し、アルミニウム合金ウェブ５ｂの両端にそれぞれアルミニウム合金フランジ５ａが結合される。アルミニウム合金ウェブ５ｂとアルミニウム合金フランジ５ａとは、図３においては最初から一体的に製作されているが、図４の代替例のように高力ボルト１５ａとナット１５ｂを用いて結合してもよい。図４（Ａ）は、低強度部材５の側面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。図４の例では、アルミニウム合金ウェブ５ｂは、平板状のウェブ本体５ｂ−１と、ウェブ本体５ｂ−１の両端部にそれぞれウェブ本体５ｂ−１から折れ曲った折れ曲り部５ｂ−２を設け、折れ曲り部５ｂ−２とアルミニウム合金フランジ５ａとを高力ボルト１５ａとナット１５ｂにより結合している。なお、図４（Ａ）では、裏ナット１２ｂの一部を省略している。
第１実施形態によると、図４の構成の場合、耐震部材１０を前記アーチ橋２の構造部材３ａ〜３ｅの少なくともいずれかに結合させた状態で、低強度部材５を新しい低強度部材５と交換することができる。
囲み部材１１の側面には、低強度部材５を通すことができる開口１１ａが形成される。また、開口１１ａを開閉する蓋部材１１ｂが囲み部材１１に設けられる。従って、第１および第２の高強度部材７，９が前記構造部材３ａ〜３ｅの少なくともいずれかに結合された状態で、低強度部材５を第１および第２の高強度部材７，９から取り外し、開口１１ａを通して、囲み部材１１の外部に取り出し、新しい低強度部材５を当該外部から囲み部材１１の内部に入れて第１および第２の高強度部材７，９に結合させることができる。なお、囲み部材１１に対する蓋部材１１ｂの着脱（開閉）は、ボルト１２ａと裏ナット１２ｂにより行える。裏ナット１２ｂは、囲み部材１１の内壁面に溶接接合されている。
低強度部材５の交換手順について説明する。まず、図４において、ボルト１２ａを裏ナット１２ｂから取り外して、両方の蓋部材１１を囲み部材１１から取り外す。次に、高力ボルト１３ａをナット１３ｂから取り外して、低強度部材５と第１および第２の高強度部材７，９との結合を解くとともに（なお、各ナット１３ｂは、第１または第２の高強度部材７，９に溶接接合されていてよい）、高力ボルト１５ａをナット１５ｂから取り外して、アルミニウム合金フランジ５ａとアルミニウム合金ウェブ５ｂとの結合を解く（なお、各ナット１５ｂは、アルミニウム合金ウェブ５ｂに溶接接合されていてよい）。次に、アルミニウム合金フランジ５ａとアルミニウム合金ウェブ５ｂを、開口部１１ａを通して囲み部材１１の外部に取り出す。その後、上述と逆の手順で、新しいアルミニウム合金フランジ５ａとアルミニウム合金ウェブ５ｂを囲み部材１１の内部に入れて高力ボルト１５ａとナット１５ｂにより互いに結合させるとともに、アルミニウム合金フランジ５ａを高力ボルト１３ａとナット１３ｂにより第１および第２の高強度部材７，９に結合させる。これにより、低強度部材５と第１および第２の高強度部材７，９に結合させる。最後に、ボルト１２ａと裏ナット１２ｂにより両方の蓋部材１１を囲み部材１１に取り付ける。
【００２４】
低強度部材５の一端部を第１の高強度部材７の一端部に着脱可能にし、低強度部材５の他端部を第２の高強度部材９の一端部に着脱可能にする手段としては、図３に示すように高力ボルト１３ａとナット１３ｂを用いることができる。
低強度部材５の材料は、例えばＡＡ３００３のアルミニウム合金であってよい。このアルミニウム合金（ＡＡ３００３）は、降伏強度が１７０Ｎ／ｍｍ２であり、引張り強さが２００Ｎ／ｍｍ２である。なお、降伏強度１７０Ｎ／ｍｍ２とは、アルミニウム合金に１７０Ｎ／ｍｍ２の圧縮力が作用したときに、アルミニウム合金が塑性変形することを意味する。引張り強さ２００Ｎ／ｍｍ２とは、アルミニウム合金に２００Ｎ／ｍｍ２の引張り力（引き延ばす力）が作用したときに、アルミニウム合金が塑性変形することを意味する。これに対し、上述の構造部材３ａ〜３ｅは、降伏強度が１７０Ｎ／ｍｍ２よりも高く引張り強さが２００Ｎ／ｍｍ２よりも高い材料で形成されている。例えば、構造部材の材料は、例えばＳＳ４００の鋼である。この鋼（ＳＳ４００）は、降伏強度が２４５Ｎ／ｍｍ２であり、引張り強さが４００Ｎ／ｍｍ２〜５１０Ｎ／ｍｍ２である。
【００２５】
囲み部材１１は、内部に低強度部材５を配置するために中空になっており、その両端が開口している。図３において、囲み部材１１の長手方向と垂直な断面外形は、矩形または正方形となっており、囲み部材１１の内部空間の長手方向と垂直な断面形状も、矩形または正方形となっている。
囲み部材１１の材料は、低強度部材５の材料よりも降伏強度および引張り強度が高いものであり、第１および第２の高強度部材７，９の材料と同じであっよい。
【００２６】
第１および第２の高強度部材７，９について説明するが、第１の高強度部材７と第２の高強度部材９の構成は同様であるので、第１の高強度部材７の構成についてのみ説明する。第１の高強度部材７の形状は、図３（Ｃ）の左右方向に対称であってよく、図３（Ｃ）の上下方向にも対称であってよい。第１の高強度部材７は、Ｈ型鋼である。即ち、第１の高強度部材７は、２枚の平板状のフランジ７ａと、平板状のウェブ７ｂとを有し、その長手方向から見た形状がＨ型となっている。第１の高強度部材７と囲み部材１１との間において、高力ボルト１３ａを配置するための空間が確保される。また、第１の高強度部材７には、前方隔壁板７ｄと後方隔壁板７ｅとが結合される、第１の高強度部材７と前方隔壁板７ｄおよび後方隔壁板７ｅとの結合は溶接によりなされてよい。前方隔壁板７ｄは、図３（Ｄ）に示すように２枚設けられ、後方隔壁板７ｅも図３（Ｃ）に示すように２枚設けられる。なお、第２の高強度部材９には前記後方隔壁板は設けられず、前方隔壁板９ｄがやや後方側に設けられているが、第２の高強度部材９の他の構成は第１の高強度部材７と同じであってよい。
好ましくは、２枚のアルミニウム合金フランジ５ａの間の空間に、ゴム、ウレタン、モルタル等のエネルギ吸収体を充填する。エネルギ吸収体は、力が作用すると変形することで、当該力によるエネルギを吸収するものである。従って、２枚のアルミニウム合金フランジ５ａがエネルギ吸収体を介して互いに力を作用させることで、耐震部材１０の地震エネルギー吸収力を高めることができる。
さらに、好ましくは、各アルミニウム合金フランジ５ａと蓋部材１１ｂとの間の空間に、ゴム、ウレタン、モルタル等のエネルギ吸収体を充填する。エネルギ吸収体は、力が作用すると変形することで、当該力によるエネルギを吸収するものである。従って、アルミニウム合金フランジ５ａと蓋部材１１ｂとがエネルギ吸収体を介して互いに力を作用させることで、耐震部材１０の地震エネルギー吸収力を高めることができる。
なお、好ましくは、第１の高強度部材７と第２の高強度部材９のうちいずれか一方のみを囲み部材１１に溶接やボルトなどの手段により結合する。この場合、第１の高強度部材７と第２の高強度部材９のうち囲み部材１１に結合されていない方が、地震時において囲み部材１１に対して移動可能（スライド可能）であるので、この移動により第１の高強度部材７と第２の高強度部材９との間の距離が変化し、これにより、低強度部材３を効果的に塑性変形させることができる。なお、第１の高強度部材７または第２の高強度部材９と囲み部材１１との結合は、両者の間の空間を埋める適切な金属部材を介して溶接やボルト等により行ってもよい。図３（Ａ）の例では、前方隔壁板９ｄと部材８を介して隅肉溶接により第２の高強度部材９を囲み部材１１に結合させている。
【００２７】
上述した第１実施形態によると、以下の効果が得られる。
（１）耐震部材１０は、前記アーチ橋２に外力が作用した時に、前記構造部材３ａ〜３ｅよりも先に塑性変形する低強度部材５を有するので、大地震発生時に地震エネルギーを吸収する。しかも、低強度部材５は、大きな伸び性能を持つアルミニウム合金で形成されているので、低強度部材５の塑性変形時に低強度部材５が急激に変形することを防止することができる。これにより、低強度部材５の塑性変形時にアーチ橋２に与える衝撃を無くしまたは低減できる。
図５を用いて説明する。図５（Ａ）は、アルミニウム合金に作用する荷重とアルミニウム合金の変形量との関係を示すグラフであり、図５（Ｂ）は、鋼に作用する荷重と鋼の変形量との関係を示すグラフである。アルミニウム合金の場合には、図５（Ａ）に示すように降伏点前後にわたって滑らかな曲線を示しているが、鋼の場合には、図５（Ｂ）に示すように降伏点の直後で、鋼に作用する荷重に対する鋼の変形量の比率が急激に増加している。このように、アルミニウム合金を塑性変形・降伏させて地震エネルギーを吸収する場合には、降伏点前後にわたってその変形量が滑らかに変化するので、低強度部材５の降伏時にアーチ橋２に与える衝撃を無くしまたは低減できる。
（２）また、囲み部材１１が低強度部材５の周囲を囲むことで、低強度部材５が座屈した時に囲み部材１１の内壁面で低強度部材５の変形を制限するので、地震発生時に低強度部材５に引張り力が作用する場合だけでなく、地震発生時に低強度部材５に圧縮力が作用する場合にも、地震エネルギーを低強度部材５に吸収させることができる。
（３）構造部材３ａ〜３ｅに結合される第１および第２の高強度部材７，９に対し、低強度部材５の両端部を着脱可能にし、第１および第２の高強度部材７，９が構造部材３ａ〜３ｅに結合された状態で、低強度部材５を第１および第２の高強度部材７，９から取り外して囲み部材１１の外部に取り出し、新しい低強度部材５を当該外部から囲み部材１１の内部に入れて第１および第２の高強度部材７，９に結合させるために、低強度部材５を通す開口１１ａが囲み部材１１に形成される。これにより、第１および第２の高強度部材７，９が構造部材３ａ〜３ｅの少なくともいずれかに結合された状態で、低強度部材５を交換することができる。例えば、地震発生により低強度部材５が地震エネルギーを吸収して、この低強度部材５の地震エネルギー吸収力が無くなりまたは低下した場合には、これを新しい低強度部材５と交換することができる。一方、地震発生時に塑性変形しなかった第１および第２の高強度部材７，９はそのままアーチ橋２に結合した状態で使用することができる。なお、開口１１ａを形成しても、これを塞ぐ蓋部材１１ｂを設けることで、低強度部材５の座屈による変形を制限できる。
【００２８】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態による耐震部材１０について説明する。第２実施形態による耐震部材１０は、第１実施形態と同様に、低強度部材５、囲み部材１１、第１および第２の高強度部材７，９を備える。第２実施形態の低強度部材５は第１実施形態の低強度部材５と異なるが、第２実施形態の囲み部材１１と第１および第２の高強度部材７，９は、それぞれ第１実施形態の囲み部材１１と第１および第２の高強度部材７，９と同じである。
【００２９】
図６は、本発明の第２実施形態による耐震部材１０の構成図である。図６（Ａ）は、耐震部材１０の側面図であるが、囲み部材１１を透視した状態の図である。図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図であり、図６（Ｃ）は図６（Ａ）のＣ−Ｃ線矢視図であり、図６（Ｄ）は図６（Ａ）のＤ−Ｄ線矢視図であり、図６（Ｅ）は図６（Ａ）のＥ−Ｅ線矢視図である。なお、図６（Ａ）では、裏ナット１２ｂの一部を省略している。
【００３０】
第２実施形態によると、第１実施形態のアルミニウム合金ウェブ５ｂの代わりにアルミニウム合金リブ５ｃが用いられる。即ち、低強度部材５は、２枚のアルミニウム合金フランジ５ａと、これらアルミニウム合金フランジ５ａにそれぞれ結合される２つのアルミニウム合金リブ５ｃとを有する。アルミニウム合金フランジ５ａは、平板状のものであり、アルミニウム合金リブ５ｃは、図６（Ｂ）に示すように、その長手方向からみた形状がＬ字型となっている。図６では、アルミニウム合金リブ５ｃは、高力ボルト１５ａとナット１５ｂによりアルミニウム合金フランジ５ａに結合されている。また、アルミニウム合金フランジ５ａおよびアルミニウム合金リブ５ｃは、ＡＡ３００３などのアルミニウム合金で形成されている。第２実施形態の低強度部材５の他の構成は、第１実施形態の低強度部材５と同じである。
【００３１】
第２実施形態の他の構成は第１実施形態の場合と同じであってよい。
上述した第２実施形態の耐震部材１０によると、第１実施形態の耐震部材１０と同じ効果を得ることができる。
【００３２】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態による耐震部材１０について説明する。第３実施形態による耐震部材１０は、第１実施形態と同様に、低強度部材５、囲み部材１１、第１および第２の高強度部材７，９を備える。第２実施形態の低強度部材５は第１実施形態の低強度部材５と異なるが、第２実施形態の囲み部材１１と第１の高強度部材７は、それぞれ第１実施形態の囲み部材１１と第１の高強度部材７と同じである。また、第２実施形態の第２の高強度部材９は、後述するように第１実施形態の第２の高強度部材９と構成が一部異なる。
【００３３】
図７（Ａ）は、第３実施形態による低強度部材５を示す斜視図である。
図７（Ｂ）は、囲み部材１１を示す斜視図である。図７（Ｂ）においては、開口１１ａ、蓋部材１１ｂを省略しているが、囲み部材１１には、第１実施形態と同じ開口１１ａ、蓋部材１１ｂが設けられる。
図７（Ｃ）は第１の高強度部材７を示す斜視図であり、図７（Ｄ）は第２の高強度部材９を示す斜視図である。図７（Ｃ）、（Ｄ）における細線で示す部分は、第１および第２の高強度部材７，９の延長部分である。図７（Ｃ）、図７（Ｄ）においては、前方隔壁板７ｄ、後方隔壁板７ｅを省略しているが、第３実施形態でも第１実施形態と同じ前方隔壁板７ｄ、後方隔壁板７ｅが設けられる。第２の高強度部材９については後述する。
図８は、低強度部材５、囲み部材１１、第１の高強度部材７および第２の高強度部材９を結合させて組み立てられた耐震部材１０の構成図であるが、囲み部材１１を透視した状態で耐震部材１０を示している。
図９は、図８において囲み部材１１を省略した図である。
図１０（Ａ）は図９のＡ−Ａ線矢視図であり、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図であり、図１０（Ｃ）は図１０（Ａ）のＣ−Ｃ線矢視図であり、図１０（Ｄ）は図１０（Ａ）のＤ−Ｄ線矢視図である。
【００３４】
低強度部材５は、図７（Ａ）に示すように、２枚のアルミニウム合金フランジ５ａと、これらアルミニウム合金フランジ５ａに結合されるアルミニウム合金ウェブ５ｂとから構成される。アルミニウム合金ウェブ５ｂは、平板状のウェブ本体５ｂ−１とウェブ本体５ｂ−１の両端に設けられウェブ本体５ｂ−１から折れ曲がっている折れ曲り部５ｂ−２を有する。これら折れ曲り部５ｂ−２と各アルミニウム合金フランジ５ａとは、図７（Ａ）や図１０（Ａ）に示すように高力ボルト１５ａとナット１５ｂにより結合される。
また、２枚のアルミニウム合金フランジ５ａ同士の間隔は、第２の高強度部材９の側に移行するにつれ小さくなっている。
各平板状のアルミニウム合金フランジ５ａは、平板状のフランジ本体５ａ−１と、フランジ本体５ａ−１の両端部に設けられそれぞれフランジ本体５ａ−１から折れ曲った折れ曲り部５ａ−２を有する。折れ曲り部５ａ−２は、図１０（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように高力ボルト１３ａとナット１３ｂにより、第１の高強度部材７、結合用板９ｆに結合される（結合用板９ｆは図７〜図９では省略している）。結合用板９ｆは、第２の高強度部材９のウェブ９ｂの両面にそれぞれ溶接により結合されている。結合用板９ｆは、第２の高強度部材９と材料が同じでよく、低強度部材５よりも降伏強度および引張り強度が高い材料（この例では、鋼）で形成される。このように、第３実施形態における第２の高強度部材９は結合用板９ｆが結合されている点で、第１実施形態の第２の高強度部材９と異なる。
【００３５】
前方隔壁板７ｄ、９ｄ、後方隔壁板７ｅは、図７〜図９では図示を省略しているが、図１０では図示している。なお、第３実施形態では、前方隔壁板９ｄ，９ｅはそれぞれ４枚設けられている。また、第３実施形態でも、好ましくは、２枚のアルミニウム合金フランジ５ａの間の空間に、ゴム、ウレタン、モルタル等のエネルギ吸収体を充填する。エネルギ吸収体は、力が作用すると変形することで、当該力によるエネルギを吸収するものである。従って、２枚のアルミニウム合金フランジ５ａがエネルギ吸収体を介して互いに力を作用させることで、耐震部材１０の地震エネルギー吸収力を高めることができる。
さらに、好ましくは、第３実施形態でも、各アルミニウム合金フランジ５ａと蓋部材１１ｂとの間の空間に、ゴム、ウレタン、モルタル等のエネルギ吸収体を充填する。エネルギ吸収体は、力が作用すると変形することで、当該力によるエネルギを吸収するものである。従って、アルミニウム合金フランジ５ａと蓋部材１１ｂとがエネルギ吸収体を介して互いに力を作用させることで、耐震部材１０の地震エネルギー吸収力を高めることができる。
【００３６】
第３実施形態の他の構成は第１実施形態の場合と同じであってよい。例えば、第３実施形態においても、第１実施形態において説明した開口部１１ａ、蓋部材１１ｂ、ボルト１２ａ、裏ナット１２ｂが設けられる。
上述した第３実施形態の耐震部材１０によると、第１実施形態の耐震部材１０と同じ効果を得ることができる。
【００３７】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３８】
例えば、上述の実施形態では、本発明の耐震部材１０をアーチ橋２に適用した場合を説明したが、本発明の耐震部材１０の適用箇所はこれに限定されない、即ち、本発明による耐震部材１０は、複数の構造部材を結合して作った他の橋梁や建築構造物など架構に適用できる。
図１１は、本発明の耐震部材１０が、桁橋１７に結合される場合を示す。図１１において、耐震部材１０の一端部（上述の第１の高強度部材７）が、横桁１９に結合されたブラケット２１に結合され、耐震部材１０の他端部（上述の第２の高強度部材９）が地面などに打ち込まれたストッパー２３に結合されている。図９では、橋桁１９に所定の大きさ以上の水平外力が作用した時に、横桁１９などの桁橋１７の構造部材や、ブラケット２１、ストッパー２３などの橋桁１７の付帯物よりも先に塑性変形して、この水平外力によるエネルギーを吸収する。図１１に示す耐震部材１０の適用であっても、上述の第１実施形態と同じ効果が得られる。なお、図１１において、符号２５は主桁を示し、符号２７は橋桁の基礎を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の耐震部材が適用可能のアーチ橋の正面図である。
【図２】（Ａ）は図１のＡ−Ａ銭矢視図であり、（B）は図１のＢ−Ｂ線矢視図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の第１実施形態による耐震部材の構成図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−B線矢視図であり、図３（Ｃ）は図３（Ａ）のＣ―Ｃ線矢視図であり、図３（Ｄ）は図３（Ａ）のＤ−Ｄ線矢視図であり、図３（Ｅ）は図３（Ａ）のＥ−Ｅ線矢視図であり、図３（Ｆ）は図３（Ａ）のＦ−Ｆ線矢視図またはＧ−Ｇ線矢視図である。
【図４】図４（Ａ）は低強度部材の別の構成例を示す図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。
【図５】図５（Ａ）はアルミニウム合金に作用する荷重とその変位との関係を示すグラフであり、図５（Ｂ）は鋼に作用する荷重とその変位との関係を示すグラフである。
【図６】図６（Ａ）は、本発明の第２実施形態による耐震部材の構成図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−B線矢視図であり、図６（Ｃ）は図６（Ａ）のＣ―Ｃ線矢視図であり、図６（Ｄ）は図６（Ａ）のＤ−Ｄ線矢視図である。
【図７】本発明の第３実施形態による耐震部材の各構成要素を示す斜視図であり、図７（Ａ）は低強度部材を示し、図７（Ｂ）は囲み部材を示し、図７（Ｃ）は第１の高強度部材を示し、図７（Ｄ）は第２の高強度部材を示す。
【図８】第３実施形態による耐震部材を示す斜視図である。
【図９】図８において囲み部材を省略した図である。
【図１０】図１０（Ａ）は図９のＡ−Ａ線矢視図であり、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図であり、図１０（Ｃ）は図１０（Ａ）のＣ−Ｃ線矢視図であり、図１０（Ｄ）は図１０（Ａ）のＤ−Ｄ線矢視図である。
【図１１】本発明の耐震部材が適用可能な橋桁の構成の正面図である。
【図１２】特許文献１において耐震部材が組み込まれた橋梁の側面図である。
【図１３】特許文献２の耐震部材を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
２・・・アーチ橋（架構）、３ａ・・・橋桁（構造部材）、３ｂ・・・アーチリブ（構造部材）、３ｃ・・・垂直部材（構造部材）、３ｄ・・・水平部材（構造部材）、３ｅ・・・柱部材、５・・・低強度部材、５ａ・・・アルミニウム合金フランジ、５ａ−１・・・フランジ本体、５ａ−２・・・折れ曲り部、５ｂ・・・アルミニウム合金ウェブ、５ｂ−１・・・ウェブ本体、５ｂ−２・・・折れ曲り部、５ｃ・・・アルミニウム合金リブ，７・・・第１の高強度部材、７ａ・・・フランジ、７ｂ・・・ウェブ、７ｄ・・・前方隔壁板、７ｅ・・・後方隔壁板、９・・・第２の高強度部材、９ａ・・・フランジ、９ｂ・・・ウェブ、９ｄ・・・前方隔壁板、９ｆ・・・結合用板、１０・・・耐震部材、１１・・・囲み部材、１１ａ・・・開口、１１ｂ・・・蓋部材、１２ａ・・・ボルト、１２ｂ・・・裏ナット、１３ａ・・・高力ボルト（低強度部材と高強度部材との結合）、１３ｂ・・・ナット、１５ａ・・・高力ボルト，１５ｂ・・・ナット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の構造部材を結合して作った橋梁や建築物などの架構に耐震性を備えさせる技術に関する。特に、本発明は、前記架構に組み込まれる耐震部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁や建築物などの架構は、複数の構造部材を結合して作られる。このような架構に耐震性を備えさせるために、様々な手段が採用されている。
【０００３】
１つの手段として、鋼部材などの構造部材が、大地震発生時に降伏しないように設計することができる。この場合には、鋼部材の板厚が増加し、鋼部材が大型化してしまう。また、鋼部材の大型化に伴い、各部材を設けるスペースを確保できない場合も生じる。なお、降伏とは、材料が外力により弾性変形の限界を超えて塑性変形してしまうことである。
【０００４】
別の手段として、耐震性を備えさせるために、前記架構に耐震部材を組み込むことができる。耐震部材は、地震発生時に大きな外力が作用すると、塑性変形して地震エネルギーを吸収する。このような耐震部材（履歴型ダンパー）は、例えば、下記特許文献１、２に開示されている。
特許文献１の構成は、図１２に示すものである。図１２は、橋梁の脚３１の側面図である。特許文献１では、脚３１に斜部材３３を設け、斜部材３３の端部に履歴型ダンパー３５を設けている。地震発生時に、履歴型ダンパー３５を塑性変形させることで、地震エネルギーを吸収し、地震時に生じる橋梁の変位を抑制している。
特許文献２の構成は、図１３に示すものである。特許文献２でも、斜部材４１の中間部に中間材４３を配しその両端に履歴型ダンパー４５を設けている。
【特許文献１】特開２００２−１８０４１９号公報
【特許文献２】特開２００７−１３２５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、地震による外力が架構に作用して耐震部材（履歴型ダンパー）が塑性変形・降伏した時、耐震部材が急激に変形することで、架構に衝撃が生じる可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、地震発生時に塑性変形することで地震エネルギーを吸収するだけでなく、塑性変形時に架構に与える衝撃を抑制できる耐震部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によると、
複数の構造部材を結合して作った架構に組み込まれて、該架構に所定の大きさ以上の外力が作用した時に塑性変形することで前記外力によるエネルギーを吸収する耐震部材であって、
前記架構に外力が作用した時に、前記構造部材よりも先に塑性変形する低強度部材を有し、
該低強度部材はアルミニウム合金で形成されている、ことを特徴とする耐震部材が提供される。
【０００８】
上記構成では、耐震部材は、前記架構に外力が作用した時に、前記構造部材よりも先に塑性変形する低強度部材を有するので、大地震発生時に塑性変形して地震エネルギーを吸収する。しかも、前記低強度部材は、大きな伸び性能を持つアルミニウム合金で形成されているので、低強度部材の塑性変形時に低強度部材が急激に変形することを防止することができる。これにより、低強度部材の塑性変形時に架構に与える衝撃を無くしまたは低減できる。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態によると、前記低強度部材の周囲を囲む囲み部材を備え、
該囲み部材は、前記低強度部材が座屈した時に前記低強度部材の変形を制限する内壁面を有する。
【００１０】
このように、囲み部材が低強度部材の周囲を囲むことで、前記低強度部材が座屈した時に囲み部材の内壁面で前記低強度部材の変形を制限するので、地震発生時に低強度部材に引張り力が作用する場合だけでなく、地震発生時に低強度部材に圧縮力が作用する場合にも、地震エネルギーを低強度部材に吸収させることができる。
【００１１】
前記低強度部材の両端部がそれぞれ着脱可能に結合される第１および第２の高強度部材を備え、
前記架構に外力が作用した時に、前記低強度部材は、第１および第２の高強度部材よりも先に塑性変形し、
第１および第２の高強度部材は、それぞれ前記構造部材または前記架構の付帯物に結合され、
第１および第２の高強度部材が前記構造部材または前記架構の前記付帯物に結合された状態で、前記低強度部材を第１および第２の高強度部材から取り外して前記囲み部材の外部に取り出し、新しい前記低強度部材を当該外部から前記囲み部材の内部に入れて第１および第２の高強度部材に結合させるために、前記低強度部材を通す開口が前記囲み部材に形成され、前記開口を塞ぐ蓋部材が前記囲み部材に設けられる。
【００１２】
このように、前記構造部材または前記架構の前記付帯物に結合される第１および第２の高強度部材に対し、前記低強度部材の両端部を着脱可能にし、第１および第２の高強度部材が前記構造部材または前記架構の前記付帯物に結合された状態で、前記低強度部材を第１および第２の高強度部材から取り外して前記囲み部材の外部に取り出し、新しい前記低強度部材を当該外部から前記囲み部材の内部に入れて第１および第２の高強度部材に結合させるために、前記低強度部材を通す開口が前記囲み部材に形成され、前記囲み部材は、前記開口を開閉する蓋部材を有する。これにより、第１および第２の高強度部材が前記構造部材または前記架構の前記付帯物に結合された状態で、低強度部材を交換することができる。例えば、地震発生により低強度部材が地震エネルギーを吸収して、この低強度部材の地震エネルギー吸収力が無くなりまたは低下した場合には、これを新しい低強度部材と交換することができる。一方、地震発生時に塑性変形しなかった第１および第２の高強度部材はそのまま架構の前記構造部材または前記架構の前記付帯物に結合した状態で使用することができる。
なお、前記開口を形成しても、これを塞ぐ前記蓋部材を設けることで、低強度部材の座屈による変形を制限できる。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明の耐震部材によると、地震発生時に塑性変形することで地震エネルギーを吸収するだけでなく、その塑性変形時に架構に与える衝撃を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明による耐震部材を適用できるアーチ橋２の正面図である。図２（Ａ）は、図１のＡ−Ａ線矢視図であり、図２（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ線矢視図である。図１、図２において、アーチ橋２は、符号３ａ〜３ｅが示す複数の構造部材を結合して作られる。符号３ａは橋桁を示し、符号３ｂはアーチリブを示し、符号３ｃは垂直部材を示し、符号３ｄは水平部材を示し、符号３ｅは柱部材を示す。これら構造部材３ａ〜３ｅは、例えば鋼で形成された鋼部材である。
【００１６】
図２の例では、本発明の耐震部材１０は、斜材として使用される。図２において、耐震部材１０は、複数の構造部３ａ〜３ｅ材を結合して作ったアーチ橋２に組み込まれて、アーチ橋２に所定の大きさ以上の外力が作用した時に塑性変形することで前記外力によるエネルギーを吸収する。図２では、耐震部材１０の両端部がそれぞれ構造部材３ａ〜３ｅの少なくともいずれかに結合される。
【００１７】
以下、本発明の実施形態による耐震部材１０の構成について説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図３は、本発明の第１実施形態による耐震部材１０の構成図である。図３に示すように、耐震部材１０は、低強度部材５、囲み部材１１、第１の高強度部材７、第２の高強度部材９を備える。図３（Ａ）は、耐震部材１０の側面図であるが、囲み部材１１を透視した状態の図である。図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図であり、図３（Ｃ）は図３（Ａ）のＣ−Ｃ線矢視図であり、図３（Ｄ）は図３（Ａ）のＤ−Ｄ線矢視図であり、図３（Ｅ）は図３（Ａ）のＥ−Ｅ線矢視図であり、図３（Ｆ）は図３（Ａ）のＦ−Ｆ線矢視図またはＧ−Ｇ線矢視図である。
【００１９】
低強度部材５は、図１のアーチ橋２に外力が作用した時に構造部材３ａ〜３ｅよりも先に塑性変形する。低強度部材５はアルミニウム合金で形成されている
【００２０】
囲み部材１１は、低強度部材５の周囲を囲む部材である。囲み部材１１は、低強度部材５が塑性変形した時に低強度部材５の変形を制限する内壁面を有する。そのため、囲み部材１１は、低強度部材５よりも降伏強度および引張り強度が高い材料（例えば、鋼）で形成される。従って、低強度部材５が、地震エネルギーにより塑性変形した場合に、囲み部材１１の内壁面に沿うように低強度部材５を変形させることができる。
【００２１】
第１および第２の高強度部材７，９には、低強度部材５の両端部がそれぞれ着脱可能に結合される。即ち、第１の高強度部材７の一端部に低強度部材５の一端部が着脱可能に結合され、第１の高強度部材７の他端部は前記アーチ橋２の構造部材３ａ〜３ｅの少なくともいずれかに結合される。第２の高強度部材９の一端部に低強度部材５の他端部が着脱可能に結合され、第２の高強度部材９の他端部はアーチ端の構造部材３ａ〜３ｅの少なくともいずれかに結合される。前記アーチ橋２に外力が作用した時に、低強度部材５は、第１および第２の高強度部材７，９よりも先に塑性変形する。第１および第２の高強度部材７，９は、例えば、鋼により形成してよい。
【００２２】
以下、第１実施形態による耐震部材１０の構成をより詳細に説明する。
【００２３】
低強度部材５は、第１実施形態では、長手方向からみた形状が図３（Ｂ）のようにＨ型となっている。即ち、低強度部材５は、アルミニウム合金で形成された一対のアルミニウム合金フランジ５ａと、アルミニウム合金で形成されたアルミニウム合金ウェブ５ｂとを有し、アルミニウム合金ウェブ５ｂの両端にそれぞれアルミニウム合金フランジ５ａが結合される。アルミニウム合金ウェブ５ｂとアルミニウム合金フランジ５ａとは、図３においては最初から一体的に製作されているが、図４の代替例のように高力ボルト１５ａとナット１５ｂを用いて結合してもよい。図４（Ａ）は、低強度部材５の側面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。図４の例では、アルミニウム合金ウェブ５ｂは、平板状のウェブ本体５ｂ−１と、ウェブ本体５ｂ−１の両端部にそれぞれウェブ本体５ｂ−１から折れ曲った折れ曲り部５ｂ−２を設け、折れ曲り部５ｂ−２とアルミニウム合金フランジ５ａとを高力ボルト１５ａとナット１５ｂにより結合している。なお、図４（Ａ）では、裏ナット１２ｂの一部を省略している。
第１実施形態によると、図４の構成の場合、耐震部材１０を前記アーチ橋２の構造部材３ａ〜３ｅの少なくともいずれかに結合させた状態で、低強度部材５を新しい低強度部材５と交換することができる。
囲み部材１１の側面には、低強度部材５を通すことができる開口１１ａが形成される。また、開口１１ａを開閉する蓋部材１１ｂが囲み部材１１に設けられる。従って、第１および第２の高強度部材７，９が前記構造部材３ａ〜３ｅの少なくともいずれかに結合された状態で、低強度部材５を第１および第２の高強度部材７，９から取り外し、開口１１ａを通して、囲み部材１１の外部に取り出し、新しい低強度部材５を当該外部から囲み部材１１の内部に入れて第１および第２の高強度部材７，９に結合させることができる。なお、囲み部材１１に対する蓋部材１１ｂの着脱（開閉）は、ボルト１２ａと裏ナット１２ｂにより行える。裏ナット１２ｂは、囲み部材１１の内壁面に溶接接合されている。
低強度部材５の交換手順について説明する。まず、図４において、ボルト１２ａを裏ナット１２ｂから取り外して、両方の蓋部材１１を囲み部材１１から取り外す。次に、高力ボルト１３ａをナット１３ｂから取り外して、低強度部材５と第１および第２の高強度部材７，９との結合を解くとともに（なお、各ナット１３ｂは、第１または第２の高強度部材７，９に溶接接合されていてよい）、高力ボルト１５ａをナット１５ｂから取り外して、アルミニウム合金フランジ５ａとアルミニウム合金ウェブ５ｂとの結合を解く（なお、各ナット１５ｂは、アルミニウム合金ウェブ５ｂに溶接接合されていてよい）。次に、アルミニウム合金フランジ５ａとアルミニウム合金ウェブ５ｂを、開口部１１ａを通して囲み部材１１の外部に取り出す。その後、上述と逆の手順で、新しいアルミニウム合金フランジ５ａとアルミニウム合金ウェブ５ｂを囲み部材１１の内部に入れて高力ボルト１５ａとナット１５ｂにより互いに結合させるとともに、アルミニウム合金フランジ５ａを高力ボルト１３ａとナット１３ｂにより第１および第２の高強度部材７，９に結合させる。これにより、低強度部材５と第１および第２の高強度部材７，９に結合させる。最後に、ボルト１２ａと裏ナット１２ｂにより両方の蓋部材１１を囲み部材１１に取り付ける。
【００２４】
低強度部材５の一端部を第１の高強度部材７の一端部に着脱可能にし、低強度部材５の他端部を第２の高強度部材９の一端部に着脱可能にする手段としては、図３に示すように高力ボルト１３ａとナット１３ｂを用いることができる。
低強度部材５の材料は、例えばＡＡ３００３のアルミニウム合金であってよい。このアルミニウム合金（ＡＡ３００３）は、降伏強度が１７０Ｎ／ｍｍ２であり、引張り強さが２００Ｎ／ｍｍ２である。なお、降伏強度１７０Ｎ／ｍｍ２とは、アルミニウム合金に１７０Ｎ／ｍｍ２の圧縮力が作用したときに、アルミニウム合金が塑性変形することを意味する。引張り強さ２００Ｎ／ｍｍ２とは、アルミニウム合金に２００Ｎ／ｍｍ２の引張り力（引き延ばす力）が作用したときに、アルミニウム合金が塑性変形することを意味する。これに対し、上述の構造部材３ａ〜３ｅは、降伏強度が１７０Ｎ／ｍｍ２よりも高く引張り強さが２００Ｎ／ｍｍ２よりも高い材料で形成されている。例えば、構造部材の材料は、例えばＳＳ４００の鋼である。この鋼（ＳＳ４００）は、降伏強度が２４５Ｎ／ｍｍ２であり、引張り強さが４００Ｎ／ｍｍ２〜５１０Ｎ／ｍｍ２である。
【００２５】
囲み部材１１は、内部に低強度部材５を配置するために中空になっており、その両端が開口している。図３において、囲み部材１１の長手方向と垂直な断面外形は、矩形または正方形となっており、囲み部材１１の内部空間の長手方向と垂直な断面形状も、矩形または正方形となっている。
囲み部材１１の材料は、低強度部材５の材料よりも降伏強度および引張り強度が高いものであり、第１および第２の高強度部材７，９の材料と同じであっよい。
【００２６】
第１および第２の高強度部材７，９について説明するが、第１の高強度部材７と第２の高強度部材９の構成は同様であるので、第１の高強度部材７の構成についてのみ説明する。第１の高強度部材７の形状は、図３（Ｃ）の左右方向に対称であってよく、図３（Ｃ）の上下方向にも対称であってよい。第１の高強度部材７は、Ｈ型鋼である。即ち、第１の高強度部材７は、２枚の平板状のフランジ７ａと、平板状のウェブ７ｂとを有し、その長手方向から見た形状がＨ型となっている。第１の高強度部材７と囲み部材１１との間において、高力ボルト１３ａを配置するための空間が確保される。また、第１の高強度部材７には、前方隔壁板７ｄと後方隔壁板７ｅとが結合される、第１の高強度部材７と前方隔壁板７ｄおよび後方隔壁板７ｅとの結合は溶接によりなされてよい。前方隔壁板７ｄは、図３（Ｄ）に示すように２枚設けられ、後方隔壁板７ｅも図３（Ｃ）に示すように２枚設けられる。なお、第２の高強度部材９には前記後方隔壁板は設けられず、前方隔壁板９ｄがやや後方側に設けられているが、第２の高強度部材９の他の構成は第１の高強度部材７と同じであってよい。
好ましくは、２枚のアルミニウム合金フランジ５ａの間の空間に、ゴム、ウレタン、モルタル等のエネルギ吸収体を充填する。エネルギ吸収体は、力が作用すると変形することで、当該力によるエネルギを吸収するものである。従って、２枚のアルミニウム合金フランジ５ａがエネルギ吸収体を介して互いに力を作用させることで、耐震部材１０の地震エネルギー吸収力を高めることができる。
さらに、好ましくは、各アルミニウム合金フランジ５ａと蓋部材１１ｂとの間の空間に、ゴム、ウレタン、モルタル等のエネルギ吸収体を充填する。エネルギ吸収体は、力が作用すると変形することで、当該力によるエネルギを吸収するものである。従って、アルミニウム合金フランジ５ａと蓋部材１１ｂとがエネルギ吸収体を介して互いに力を作用させることで、耐震部材１０の地震エネルギー吸収力を高めることができる。
なお、好ましくは、第１の高強度部材７と第２の高強度部材９のうちいずれか一方のみを囲み部材１１に溶接やボルトなどの手段により結合する。この場合、第１の高強度部材７と第２の高強度部材９のうち囲み部材１１に結合されていない方が、地震時において囲み部材１１に対して移動可能（スライド可能）であるので、この移動により第１の高強度部材７と第２の高強度部材９との間の距離が変化し、これにより、低強度部材３を効果的に塑性変形させることができる。なお、第１の高強度部材７または第２の高強度部材９と囲み部材１１との結合は、両者の間の空間を埋める適切な金属部材を介して溶接やボルト等により行ってもよい。図３（Ａ）の例では、前方隔壁板９ｄと部材８を介して隅肉溶接により第２の高強度部材９を囲み部材１１に結合させている。
【００２７】
上述した第１実施形態によると、以下の効果が得られる。
（１）耐震部材１０は、前記アーチ橋２に外力が作用した時に、前記構造部材３ａ〜３ｅよりも先に塑性変形する低強度部材５を有するので、大地震発生時に地震エネルギーを吸収する。しかも、低強度部材５は、大きな伸び性能を持つアルミニウム合金で形成されているので、低強度部材５の塑性変形時に低強度部材５が急激に変形することを防止することができる。これにより、低強度部材５の塑性変形時にアーチ橋２に与える衝撃を無くしまたは低減できる。
図５を用いて説明する。図５（Ａ）は、アルミニウム合金に作用する荷重とアルミニウム合金の変形量との関係を示すグラフであり、図５（Ｂ）は、鋼に作用する荷重と鋼の変形量との関係を示すグラフである。アルミニウム合金の場合には、図５（Ａ）に示すように降伏点前後にわたって滑らかな曲線を示しているが、鋼の場合には、図５（Ｂ）に示すように降伏点の直後で、鋼に作用する荷重に対する鋼の変形量の比率が急激に増加している。このように、アルミニウム合金を塑性変形・降伏させて地震エネルギーを吸収する場合には、降伏点前後にわたってその変形量が滑らかに変化するので、低強度部材５の降伏時にアーチ橋２に与える衝撃を無くしまたは低減できる。
（２）また、囲み部材１１が低強度部材５の周囲を囲むことで、低強度部材５が座屈した時に囲み部材１１の内壁面で低強度部材５の変形を制限するので、地震発生時に低強度部材５に引張り力が作用する場合だけでなく、地震発生時に低強度部材５に圧縮力が作用する場合にも、地震エネルギーを低強度部材５に吸収させることができる。
（３）構造部材３ａ〜３ｅに結合される第１および第２の高強度部材７，９に対し、低強度部材５の両端部を着脱可能にし、第１および第２の高強度部材７，９が構造部材３ａ〜３ｅに結合された状態で、低強度部材５を第１および第２の高強度部材７，９から取り外して囲み部材１１の外部に取り出し、新しい低強度部材５を当該外部から囲み部材１１の内部に入れて第１および第２の高強度部材７，９に結合させるために、低強度部材５を通す開口１１ａが囲み部材１１に形成される。これにより、第１および第２の高強度部材７，９が構造部材３ａ〜３ｅの少なくともいずれかに結合された状態で、低強度部材５を交換することができる。例えば、地震発生により低強度部材５が地震エネルギーを吸収して、この低強度部材５の地震エネルギー吸収力が無くなりまたは低下した場合には、これを新しい低強度部材５と交換することができる。一方、地震発生時に塑性変形しなかった第１および第２の高強度部材７，９はそのままアーチ橋２に結合した状態で使用することができる。なお、開口１１ａを形成しても、これを塞ぐ蓋部材１１ｂを設けることで、低強度部材５の座屈による変形を制限できる。
【００２８】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態による耐震部材１０について説明する。第２実施形態による耐震部材１０は、第１実施形態と同様に、低強度部材５、囲み部材１１、第１および第２の高強度部材７，９を備える。第２実施形態の低強度部材５は第１実施形態の低強度部材５と異なるが、第２実施形態の囲み部材１１と第１および第２の高強度部材７，９は、それぞれ第１実施形態の囲み部材１１と第１および第２の高強度部材７，９と同じである。
【００２９】
図６は、本発明の第２実施形態による耐震部材１０の構成図である。図６（Ａ）は、耐震部材１０の側面図であるが、囲み部材１１を透視した状態の図である。図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図であり、図６（Ｃ）は図６（Ａ）のＣ−Ｃ線矢視図であり、図６（Ｄ）は図６（Ａ）のＤ−Ｄ線矢視図であり、図６（Ｅ）は図６（Ａ）のＥ−Ｅ線矢視図である。なお、図６（Ａ）では、裏ナット１２ｂの一部を省略している。
【００３０】
第２実施形態によると、第１実施形態のアルミニウム合金ウェブ５ｂの代わりにアルミニウム合金リブ５ｃが用いられる。即ち、低強度部材５は、２枚のアルミニウム合金フランジ５ａと、これらアルミニウム合金フランジ５ａにそれぞれ結合される２つのアルミニウム合金リブ５ｃとを有する。アルミニウム合金フランジ５ａは、平板状のものであり、アルミニウム合金リブ５ｃは、図６（Ｂ）に示すように、その長手方向からみた形状がＬ字型となっている。図６では、アルミニウム合金リブ５ｃは、高力ボルト１５ａとナット１５ｂによりアルミニウム合金フランジ５ａに結合されている。また、アルミニウム合金フランジ５ａおよびアルミニウム合金リブ５ｃは、ＡＡ３００３などのアルミニウム合金で形成されている。第２実施形態の低強度部材５の他の構成は、第１実施形態の低強度部材５と同じである。
【００３１】
第２実施形態の他の構成は第１実施形態の場合と同じであってよい。
上述した第２実施形態の耐震部材１０によると、第１実施形態の耐震部材１０と同じ効果を得ることができる。
【００３２】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態による耐震部材１０について説明する。第３実施形態による耐震部材１０は、第１実施形態と同様に、低強度部材５、囲み部材１１、第１および第２の高強度部材７，９を備える。第２実施形態の低強度部材５は第１実施形態の低強度部材５と異なるが、第２実施形態の囲み部材１１と第１の高強度部材７は、それぞれ第１実施形態の囲み部材１１と第１の高強度部材７と同じである。また、第２実施形態の第２の高強度部材９は、後述するように第１実施形態の第２の高強度部材９と構成が一部異なる。
【００３３】
図７（Ａ）は、第３実施形態による低強度部材５を示す斜視図である。
図７（Ｂ）は、囲み部材１１を示す斜視図である。図７（Ｂ）においては、開口１１ａ、蓋部材１１ｂを省略しているが、囲み部材１１には、第１実施形態と同じ開口１１ａ、蓋部材１１ｂが設けられる。
図７（Ｃ）は第１の高強度部材７を示す斜視図であり、図７（Ｄ）は第２の高強度部材９を示す斜視図である。図７（Ｃ）、（Ｄ）における細線で示す部分は、第１および第２の高強度部材７，９の延長部分である。図７（Ｃ）、図７（Ｄ）においては、前方隔壁板７ｄ、後方隔壁板７ｅを省略しているが、第３実施形態でも第１実施形態と同じ前方隔壁板７ｄ、後方隔壁板７ｅが設けられる。第２の高強度部材９については後述する。
図８は、低強度部材５、囲み部材１１、第１の高強度部材７および第２の高強度部材９を結合させて組み立てられた耐震部材１０の構成図であるが、囲み部材１１を透視した状態で耐震部材１０を示している。
図９は、図８において囲み部材１１を省略した図である。
図１０（Ａ）は図９のＡ−Ａ線矢視図であり、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図であり、図１０（Ｃ）は図１０（Ａ）のＣ−Ｃ線矢視図であり、図１０（Ｄ）は図１０（Ａ）のＤ−Ｄ線矢視図である。
【００３４】
低強度部材５は、図７（Ａ）に示すように、２枚のアルミニウム合金フランジ５ａと、これらアルミニウム合金フランジ５ａに結合されるアルミニウム合金ウェブ５ｂとから構成される。アルミニウム合金ウェブ５ｂは、平板状のウェブ本体５ｂ−１とウェブ本体５ｂ−１の両端に設けられウェブ本体５ｂ−１から折れ曲がっている折れ曲り部５ｂ−２を有する。これら折れ曲り部５ｂ−２と各アルミニウム合金フランジ５ａとは、図７（Ａ）や図１０（Ａ）に示すように高力ボルト１５ａとナット１５ｂにより結合される。
また、２枚のアルミニウム合金フランジ５ａ同士の間隔は、第２の高強度部材９の側に移行するにつれ小さくなっている。
各平板状のアルミニウム合金フランジ５ａは、平板状のフランジ本体５ａ−１と、フランジ本体５ａ−１の両端部に設けられそれぞれフランジ本体５ａ−１から折れ曲った折れ曲り部５ａ−２を有する。折れ曲り部５ａ−２は、図１０（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように高力ボルト１３ａとナット１３ｂにより、第１の高強度部材７、結合用板９ｆに結合される（結合用板９ｆは図７〜図９では省略している）。結合用板９ｆは、第２の高強度部材９のウェブ９ｂの両面にそれぞれ溶接により結合されている。結合用板９ｆは、第２の高強度部材９と材料が同じでよく、低強度部材５よりも降伏強度および引張り強度が高い材料（この例では、鋼）で形成される。このように、第３実施形態における第２の高強度部材９は結合用板９ｆが結合されている点で、第１実施形態の第２の高強度部材９と異なる。
【００３５】
前方隔壁板７ｄ、９ｄ、後方隔壁板７ｅは、図７〜図９では図示を省略しているが、図１０では図示している。なお、第３実施形態では、前方隔壁板９ｄ，９ｅはそれぞれ４枚設けられている。また、第３実施形態でも、好ましくは、２枚のアルミニウム合金フランジ５ａの間の空間に、ゴム、ウレタン、モルタル等のエネルギ吸収体を充填する。エネルギ吸収体は、力が作用すると変形することで、当該力によるエネルギを吸収するものである。従って、２枚のアルミニウム合金フランジ５ａがエネルギ吸収体を介して互いに力を作用させることで、耐震部材１０の地震エネルギー吸収力を高めることができる。
さらに、好ましくは、第３実施形態でも、各アルミニウム合金フランジ５ａと蓋部材１１ｂとの間の空間に、ゴム、ウレタン、モルタル等のエネルギ吸収体を充填する。エネルギ吸収体は、力が作用すると変形することで、当該力によるエネルギを吸収するものである。従って、アルミニウム合金フランジ５ａと蓋部材１１ｂとがエネルギ吸収体を介して互いに力を作用させることで、耐震部材１０の地震エネルギー吸収力を高めることができる。
【００３６】
第３実施形態の他の構成は第１実施形態の場合と同じであってよい。例えば、第３実施形態においても、第１実施形態において説明した開口部１１ａ、蓋部材１１ｂ、ボルト１２ａ、裏ナット１２ｂが設けられる。
上述した第３実施形態の耐震部材１０によると、第１実施形態の耐震部材１０と同じ効果を得ることができる。
【００３７】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３８】
例えば、上述の実施形態では、本発明の耐震部材１０をアーチ橋２に適用した場合を説明したが、本発明の耐震部材１０の適用箇所はこれに限定されない、即ち、本発明による耐震部材１０は、複数の構造部材を結合して作った他の橋梁や建築構造物など架構に適用できる。
図１１は、本発明の耐震部材１０が、桁橋１７に結合される場合を示す。図１１において、耐震部材１０の一端部（上述の第１の高強度部材７）が、横桁１９に結合されたブラケット２１に結合され、耐震部材１０の他端部（上述の第２の高強度部材９）が地面などに打ち込まれたストッパー２３に結合されている。図９では、橋桁１９に所定の大きさ以上の水平外力が作用した時に、横桁１９などの桁橋１７の構造部材や、ブラケット２１、ストッパー２３などの橋桁１７の付帯物よりも先に塑性変形して、この水平外力によるエネルギーを吸収する。図１１に示す耐震部材１０の適用であっても、上述の第１実施形態と同じ効果が得られる。なお、図１１において、符号２５は主桁を示し、符号２７は橋桁の基礎を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の耐震部材が適用可能のアーチ橋の正面図である。
【図２】（Ａ）は図１のＡ−Ａ銭矢視図であり、（B）は図１のＢ−Ｂ線矢視図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の第１実施形態による耐震部材の構成図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−B線矢視図であり、図３（Ｃ）は図３（Ａ）のＣ―Ｃ線矢視図であり、図３（Ｄ）は図３（Ａ）のＤ−Ｄ線矢視図であり、図３（Ｅ）は図３（Ａ）のＥ−Ｅ線矢視図であり、図３（Ｆ）は図３（Ａ）のＦ−Ｆ線矢視図またはＧ−Ｇ線矢視図である。
【図４】図４（Ａ）は低強度部材の別の構成例を示す図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。
【図５】図５（Ａ）はアルミニウム合金に作用する荷重とその変位との関係を示すグラフであり、図５（Ｂ）は鋼に作用する荷重とその変位との関係を示すグラフである。
【図６】図６（Ａ）は、本発明の第２実施形態による耐震部材の構成図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＢ−B線矢視図であり、図６（Ｃ）は図６（Ａ）のＣ―Ｃ線矢視図であり、図６（Ｄ）は図６（Ａ）のＤ−Ｄ線矢視図である。
【図７】本発明の第３実施形態による耐震部材の各構成要素を示す斜視図であり、図７（Ａ）は低強度部材を示し、図７（Ｂ）は囲み部材を示し、図７（Ｃ）は第１の高強度部材を示し、図７（Ｄ）は第２の高強度部材を示す。
【図８】第３実施形態による耐震部材を示す斜視図である。
【図９】図８において囲み部材を省略した図である。
【図１０】図１０（Ａ）は図９のＡ−Ａ線矢視図であり、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図であり、図１０（Ｃ）は図１０（Ａ）のＣ−Ｃ線矢視図であり、図１０（Ｄ）は図１０（Ａ）のＤ−Ｄ線矢視図である。
【図１１】本発明の耐震部材が適用可能な橋桁の構成の正面図である。
【図１２】特許文献１において耐震部材が組み込まれた橋梁の側面図である。
【図１３】特許文献２の耐震部材を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
２・・・アーチ橋（架構）、３ａ・・・橋桁（構造部材）、３ｂ・・・アーチリブ（構造部材）、３ｃ・・・垂直部材（構造部材）、３ｄ・・・水平部材（構造部材）、３ｅ・・・柱部材、５・・・低強度部材、５ａ・・・アルミニウム合金フランジ、５ａ−１・・・フランジ本体、５ａ−２・・・折れ曲り部、５ｂ・・・アルミニウム合金ウェブ、５ｂ−１・・・ウェブ本体、５ｂ−２・・・折れ曲り部、５ｃ・・・アルミニウム合金リブ，７・・・第１の高強度部材、７ａ・・・フランジ、７ｂ・・・ウェブ、７ｄ・・・前方隔壁板、７ｅ・・・後方隔壁板、９・・・第２の高強度部材、９ａ・・・フランジ、９ｂ・・・ウェブ、９ｄ・・・前方隔壁板、９ｆ・・・結合用板、１０・・・耐震部材、１１・・・囲み部材、１１ａ・・・開口、１１ｂ・・・蓋部材、１２ａ・・・ボルト、１２ｂ・・・裏ナット、１３ａ・・・高力ボルト（低強度部材と高強度部材との結合）、１３ｂ・・・ナット、１５ａ・・・高力ボルト，１５ｂ・・・ナット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の構造部材を結合して作った架構に組み込まれて、該架構に所定の大きさ以上の外力が作用した時に塑性変形することで前記外力によるエネルギーを吸収する耐震部材であって、
前記架構に外力が作用した時に、前記構造部材よりも先に塑性変形する低強度部材を有し、
該低強度部材はアルミニウム合金で形成されている、ことを特徴とする耐震部材。
【請求項２】
前記低強度部材の周囲を囲む囲み部材を備え、
該囲み部材は、前記低強度部材が座屈した時に前記低強度部材の変形を制限する内壁面を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の耐震部材。
【請求項３】
前記低強度部材の両端部がそれぞれ着脱可能に結合される第１および第２の高強度部材を備え、
前記架構に外力が作用した時に、前記低強度部材は、第１および第２の高強度部材よりも先に塑性変形し、
第１および第２の高強度部材は、それぞれ前記構造部材または前記架構の付帯物に結合され、
第１および第２の高強度部材が前記構造部材または前記架構の前記付帯物に結合された状態で、前記低強度部材を第１および第２の高強度部材から取り外して前記囲み部材の外部に取り出し、新しい前記低強度部材を当該外部から前記囲み部材の内部に入れて第１および第２の高強度部材に結合させるために、前記低強度部材を通す開口が前記囲み部材に形成され、前記開口を塞ぐ蓋部材が前記囲み部材に設けられる、ことを特徴とする請求項２に記載の耐震部材。
【請求項１】
複数の構造部材を結合して作った架構に組み込まれて、該架構に所定の大きさ以上の外力が作用した時に塑性変形することで前記外力によるエネルギーを吸収する耐震部材であって、
前記架構に外力が作用した時に、前記構造部材よりも先に塑性変形する低強度部材を有し、
該低強度部材はアルミニウム合金で形成されている、ことを特徴とする耐震部材。
【請求項２】
前記低強度部材の周囲を囲む囲み部材を備え、
該囲み部材は、前記低強度部材が座屈した時に前記低強度部材の変形を制限する内壁面を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の耐震部材。
【請求項３】
前記低強度部材の両端部がそれぞれ着脱可能に結合される第１および第２の高強度部材を備え、
前記架構に外力が作用した時に、前記低強度部材は、第１および第２の高強度部材よりも先に塑性変形し、
第１および第２の高強度部材は、それぞれ前記構造部材または前記架構の付帯物に結合され、
第１および第２の高強度部材が前記構造部材または前記架構の前記付帯物に結合された状態で、前記低強度部材を第１および第２の高強度部材から取り外して前記囲み部材の外部に取り出し、新しい前記低強度部材を当該外部から前記囲み部材の内部に入れて第１および第２の高強度部材に結合させるために、前記低強度部材を通す開口が前記囲み部材に形成され、前記開口を塞ぐ蓋部材が前記囲み部材に設けられる、ことを特徴とする請求項２に記載の耐震部材。
【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２００９−１９１４８２（Ｐ２００９−１９１４８２Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１７８６（Ｐ２００８−３１７８６）
【出願日】平成２０年２月１３日（２００８．２．１３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１３日（２００８．２．１３）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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