JP3693650B2 - 免震ダンパー - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は積層ゴム支承等のアイソレータと併用され、鋼材等、金属材料の弾塑性履歴吸収エネルギーにより地震時の振動エネルギーを吸収する免震ダンパーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
免震建物の免震層を挟んで上下に区分される上部躯体と下部躯体との間に積層ゴム支承等のアイソレータと共に設置される免震ダンパーは、地震時の上部躯体と下部躯体との相対変位時に、ダンパー材である鋼材等の金属材料の弾塑性変形による履歴吸収により振動エネルギーを吸収する。
【０００３】
免震ダンパーには鋼材として鋼棒や鋼板を使用した形式があり、鋼材は主に曲げモーメントによって塑性変形するように配置されるが、特に図40−(a)、図41−(a)に示すように鋼材の中間部をＵ字形に湾曲させて上下のプレートに接合した場合（特許文献１参照）は鋼材の塑性化の範囲が広く、エネルギー吸収効率が高い等の利点を有している。図40は鋼材をダンパー材として単独で上部躯体と下部躯体に固定した場合、図41は積層ゴム支承のアイソレータと組み合わせて固定した場合である。
【０００４】
特許文献１では、各鋼材の両端部を除く中間部の幅が一定の場合、Ｕ字形に湾曲した鋼材を湾曲面内に変形させた場合と湾曲面外に変形させた場合の降伏荷重の比が概ね２：１になるとの実験結果が示されている。しかし、各鋼材の両端部を除く中間部の幅を材軸方向に直線的に変化させることで、湾曲した使用状態での各ダンパー材単体の降伏荷重に、変形させる方向による極端な差を生じさせないようにできるとされている。
【０００５】
特許文献１ではまた、Ｕ字形に湾曲した鋼材の中間部において、図40−(b)、図41−(b)に示すように湾曲部先端幅Ｗ１に対する固定端側の端部幅Ｗ２の比（Ｗ２／Ｗ１）が２以上になると、最も弱い湾曲部先端部分に歪みが集中して疲労特性が低下する問題と、製造時の材料歩留まりが低下する問題が指摘されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開2000−104787号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
製造時の材料歩留まりのみを考えれば、ダンパー材の中間部の幅を一定にした場合が最良の形であるが、前述のように降伏荷重に方向性が生じる。特許文献１にはダンパー材の中間部の幅を一定にした場合のダンパー材の変形挙動に関する記載がないが、図３に示すような、中間部の幅が一定のＵ字形ダンパー材に対する本出願の発明者による変形挙動実験によれば、湾曲面内に水平変形を与えた場合、水平変形が大きくなるにつれ、図９及び表１に示すようにダンパー材にその高さ寸法の60〜80％もの鉛直方向の反り変形が生ずることが確認された。この反り変形は免震ダンパーとして使用されたときには図30−(b)、図31−(b)に示すように一方側のダンパー材が鉛直方向下向きに、他方側のダンパー材が鉛直方向上向きに生ずる。
【０００８】
【表１】
反り変形が大きくなれば、ダンパー材の特定部分への歪み集中が大きくなるため、疲労特性上、望ましくない。またダンパー材が鉛直方向の大きな反り変形を生ずれば、ダンパー材の上下の空間に配置される配管等の設備や建物躯体と干渉するため、使用する上で支障が生ずる。
【０００９】
更にダンパー材の両側の端部はボルトの締め付けによりベースプレートに摩擦接合されるが、ボルトによる摩擦力のみによりダンパー材の端部をベースプレートに完全に固定することは困難であり、作用力が大きくなれば、端部が滑りを生ずることがある。このときの一時的な荷重低下が微小であれば、実用上、支障はないが、顕著であればダンパー特性として好ましくない。
【００１０】
この発明はダンパー材の中間部の幅を一定にした場合に生ずる上記反り変形とそれに伴う諸問題を解決する形態の湾曲状ダンパー材を提案するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明ではＵ字形に湾曲した各ダンパー材をボルト孔の明いた両側の端部2E，2Eと、両側の端部2E，2Eの幅寸法より幅寸法の小さい中間部2Dの３部分から構成し、中間部2Dを更に湾曲前の展開状態において中央に位置する一様幅の中央部2Bと、端部2E寄りに位置する一様幅の端部寄り部分2Aと、中央部2Bと端部寄り部分2Aの中間にあって、湾曲状態でＵ字形の湾曲部分と直線部分との境界近傍に位置し、中央部2Bの幅寸法と端部寄り部分2Aの幅寸法未満の幅寸法で、且つ一様幅の中央部寄り部分2Cとに区分し、また中央部2Bと中央部寄り部分2Cの間の幅、及び中央部寄り部分2Cと端部寄り部分2Aの間の幅、並びに端部寄り部分2Aと端部2Eの間の幅を連続的に変化させることにより、特に請求項２に記載のように端部寄り部分の幅寸法を中央部の幅寸法と等しくし、中央部寄り部分の幅寸法を中央部の幅寸法と端部寄り部分の幅寸法より小さくすることにより、ダンパー材の上下の反り変形が最も顕著に生ずる方向である湾曲面内方向に水平変形を与えた場合でも、ダンパー材中間部の幅寸法を全域に亘って一定にした場合より反り変形を少なくすることを可能にする。
【００１２】
免震ダンパーは免震建物の免震層を挟んで上下に区分される上部躯体と下部躯体のそれぞれに直接、もしくは間接的に固定されるベースプレートと、両ベースプレート間に架設され、両端部において直接、もしくは間接的に両ベースプレートにボルトにより接合される、弾塑性特性を有する金属材料製のＵ字形に湾曲した複数本のダンパー材から構成される。
【００１３】
図１では端部2Eを除く中間部2Dの端部寄り部分2Aの区間をＡで、中央部寄り部分2Cの区間をＣで、中央部2Bの区間をＢで、端部2Eと端部寄り部分2A（Ａ）の境界の区間、端部寄り部分2A（Ａ）と中央部寄り部分2C（Ｃ）の境界の区間、中央部寄り部分2C（Ｃ）と中央部2B（Ｂ）の境界の区間を※で示している。これらＡ、Ｂ、Ｃの各幅寸法は設計上、必要とされる降伏耐力に相応しい寸法として決定される。
【００１４】
ダンパー材の中間部2Dを上記のように幅寸法が同一でない三つの区分、すなわち端部寄り部分2A（Ａ）、中央部寄り部分2C（Ｃ）、中央部2B（Ｂ）に区分することの有効性は以下の通りである。
【００１５】
中間部の幅寸法を全長に亘って一定にした図３に示すタイプ１のダンパー材に対し、湾曲面内水平方向に強制変形85mmを与えたときの応力分布を表す解析結果例を図７に示すが、この場合、図７に△印で示す湾曲部寄りの直線部の特定部分に応力が集中する。
【００１６】
続いて強制変形を120mmに増大させたときには図８に▲印で示すダンパー材下側の端部近傍にも新たに応力集中域が発生し、塑性歪みが累積集中する。その結果、図９に示すようにこの▲印部を中心にダンパー材全体が回転するように鉛直方向下向きに大きな反り変形を生ずる。
【００１７】
これに対し、図７における応力集中域（△印部）の近傍の幅寸法を細くし、ダンパー材を図４〜図６に示すような形にすると、図10に示すように同じ強制変形120mmを与えたときでも図８におけるダンパー材下側の端部近傍（▲印部）には応力集中域が発生しないので、上記のような反り変形が生じにくくなる効果が発揮されることが確認された。このことから、比較的小振幅（85mm程度）のときに湾曲部寄り直線部の特定部分（図７の△印部）に発生する応力集中を緩和することがダンパー材の反り変形を抑制する上で有効であると考えられる。
【００１８】
図４〜図６に示す形は上記の通り、Ｕ字形に湾曲した各ダンパー材をボルト孔の明いた両側の端部2Eと、両側の端部2Eの幅寸法より幅寸法の小さい中間部2Dの３部分から構成し、中間部2Dを更に湾曲前の展開状態で中央に位置する一様幅の中央部2Bと、端部2E寄りに位置する一様幅の端部寄り部分2Aと、中央部2Bと端部寄り部分2Aの中間にあって、湾曲状態でＵ字形の湾曲部分と直線部分との境界近傍に位置し、中央部2Bの幅寸法と端部寄り部分2Aの幅寸法未満の幅寸法で、且つ一様幅の中央部寄り部分2Cとに区分し、また中央部2Bと中央部寄り部分2Cの間の幅、及び中央部寄り部分2Cと端部寄り部分2Aの間の幅、並びに端部寄り部分2Aと端部2Eの間の幅を連続的に変化させた形に相当する。なお、各領域の境界部（※）の幅を連続的に滑らかに変化させるのは、断面の急変による応力集中を回避するためである。
【００１９】
そこで、湾曲部と直線部との境界近傍の幅を減じた形態として最適な形を決定するために、図４〜図６及び図２のモデルを考える。
【００２０】
まず図３に示すタイプ１で見られた、湾曲部寄り直線部の応力集中域について幅寸法を減じる区間である、図１における中央部寄り部分2C（領域Ｃ）の長さをタイプ１の幅の２倍程度にした形が図４に示すタイプ２である。具体的には図３における中間部を、幅寸法に変化を持たせて、端部寄り部分2Aと、中央部寄り部分2Cと、中央部2Bとに区分し、中央部寄り部分2Cの範囲（長さ）を、湾曲部分と直線部分との境界線から端部寄り部分2Aの方向へ、タイプ１の幅の２倍程度とした場合である。
【００２１】
図４における中央部寄り部分2Cの長さをタイプ２と同等程度にしたまま中央部寄り部分2Cを湾曲部内に位置させ、相対的に端部寄り部分2Aの長さを大きくすると共に、図４における中央部2Bの長さを小さくした形が図５に示すタイプ３である。中央部寄り部分2Cを直線部内に位置させ、その長さをタイプ３の２倍程度まで拡張し、一様幅のまま端部寄り部分2Aを中央部寄り部分2Cに取り込んだ形、すなわち中央部寄り部分2Cを一様幅のまま端部寄り部分2Aを含んだ区間まで連続させた形が図６に示すタイプ４である。
【００２２】
図２に示すタイプ５は中央部2Bの長さと位置を図５に示すタイプ３と同等程度にすると共に、端部寄り部分2Aの長さと中央部寄り部分2Cの長さを図４に示すタイプ２と同等程度にし、中央部2Bから中央部寄り部分2Cまでの区間の長さを図４に示すタイプ２より大きくした形である。
【００２３】
請求項１に記載の発明はタイプ２、タイプ３、タイプ５を含み、タイプ５が請求項２に記載の発明の例に相当する。
【００２４】
これらタイプ２〜タイプ５のモデルに湾曲面内で水平変形を与えたときの、水平変位と鉛直方向の反り変形量との関係を図11に示す。縦軸はダンパー材の高さ寸法に対する反り変形量の比である。
【００２５】
どのタイプも水平変位の増大に伴って反り変形量が増大する傾向にあるが、タイプ１のダンパー材が最も顕著で、水平変位600mmで最大となり、そのときの反り変形量／高さ寸法比が約0.56となっている。タイプ２の反り変形量／高さ寸法比は水平変位600mmのときでタイプ１より20％弱少ない程度である。タイプ３はタイプ２と大差はなく、タイプ４はタイプ２より反り変形量が大きくなる傾向があり、反り変形量／高さ寸法比を低減する上では逆効果となる。
【００２６】
これに対し、タイプ５は他のどのタイプよりも反り変形量が全体的に大幅に減少しており、タイプ１〜タイプ５の中では反り変形量／高さ寸法比を低減する効果が最も大きいことが分かる。
【００２７】
ここで、タイプ１とタイプ５のそれぞれに、単調に０〜740mmの水平変形を与えたとき、ダンパー材の累積塑性歪み平均値に対する累積塑性歪みが最も大きい部分の倍率を計算すると、図12のようになる。図12はダンパー材に与える水平変形の方向を０度（湾曲面内）方向、90度（湾曲面に直交する）方向、及び45度（前記２方向の中間）方向とした場合の倍率である。
【００２８】
この図12から、請求項２に記載の発明のタイプ５はどの方向への水平変形に対しても累積塑性歪み集中度がタイプ１より少ないこと、すなわち極端に歪み集中することなく、ダンパー材各部がエネルギーを吸収していることが示されており、疲労特性が向上していると言える。
【００２９】
次にタイプ１とタイプ５のそれぞれに、単調に０〜740mmの水平変形を与えたときの荷重と変形の関係を図13〜図15に示す。図13は０度（湾曲面内）方向、図14は45度方向、図15は90度（湾曲面に直交する）方向の結果である。この結果から、０度（湾曲面内）方向（図13）と90度（湾曲面に直交する）方向（図15）において、タイプ１は変位0.1m付近から荷重が減る傾向があり、力学的に不安定挙動が見られるが、タイプ５ではそのような傾向がなく、安定していることが分かる。
【００３０】
図13、図15中の実線はそれぞれタイプ５の０度（湾曲面内）方向、90度（湾曲面に直交する）方向の降伏荷重がほぼ等しい関係になるように領域Ｃと領域Ａの幅寸法を決定した場合の解析結果であり、図13、図15共に降伏荷重は60kNとなっている。因みに図13、図15中の破線は図３に示す中間部の幅が一様な場合の荷重−変形関係を示すが、０度（湾曲面内）方向（図13）の降伏荷重は75kN程度、90度（湾曲面に直交する）方向（図15）の降伏荷重は55kNとなっており、両方向の降伏荷重の差が大きいのに対し、本発明では降伏耐力の方向性が少ない効果があることが分かる。
【００３１】
更にタイプ５の０度方向、45度方向、90度方向の各方向の荷重−水平変形関係の試験結果を図16〜図18に示すが、ここに示すように０度方向、45度方向、90度方向の各方向の荷重−水平変形関係はほぼ同等（例えば±300mmのループと変位０mmの軸との交点の示す荷重はどれもほぼ60kN）であることから、特許文献１で指摘されていた降伏荷重の方向性を解消する上でも、請求項２に記載の発明では効果があることが試験結果からも確認できる。
【００３２】
ダンパー材は両端部においてベースプレートにボルトにより接合されるが、ベースプレートに接合されているダンパー材の両端部がボルトの軸に直交する方向に過大な作用力を受ける結果として、ダンパー材がベースプレートに対して滑りを生ずる問題に対しては、請求項３に記載のように各ダンパー材の両側の端部と、それが対向する各ベースプレートとが接触する面のいずれか一方の面に凸部を、他方の面に前記凸部が嵌合する凹部を形成し、この凸部と凹部を互いに嵌合させた状態でダンパー材の端部をベースプレートに接合することにより、滑りを生じさせる荷重を高く設定してダンパー材を滑りにくくし、滑りに伴う一時的な荷重低下を防止する。この場合、ダンパー材は両端部において直接、両ベースプレートにボルトにより接合される。
【００３３】
凸部と凹部はダンパー材端部とベースプレートとの接触する面に直接形成される他、請求項４に記載のようにダンパー材の少なくともいずれか一方の端部と、それが対向する各ベースプレートとの間にフィラープレートを挟み込み、フィラープレートとダンパー材端部との両接触面のいずれか一方の面に凸部を、他方の面に前記凸部が嵌合する凹部を形成する場合もある。
【００３４】
この場合、凸部と凹部が互いに嵌合した状態でダンパー材の端部がフィラープレートに接合され、フィラープレートはボルト等によりベースプレートに接合される。ダンパー材は両端部において間接的に両ベースプレートにボルトにより接合される。
【００３５】
フィラープレートをボルトによりベースプレートに接合する場合にはダンパー材の端部に作用する力によりフィラープレートとベースプレートとの接触面が滑らないようにボルト本数やボルト間隔等が調整される。
【００３６】
ダンパー材の端部とベースプレートをそれぞれに形成した凸部と凹部の嵌合とボルトにより接合した場合（請求項３、もしくは請求項４）と、ボルトのみによって接合した場合の接合効果を図19に示すような部分モデルにおいて実験的に確認した結果を図20に示す。図20では凸部と凹部の嵌合部分に荷重Ｐによる曲げモーメントを加えたときの荷重と荷重方向の変位との関係を実線で、凸部と凹部の嵌合を併用しない摩擦接合の場合の同じ曲げモーメントを加えたときの荷重と荷重方向の変位との関係を破線で示す。
【００３７】
ここではダンパー材２に相当する２枚の平鋼の一方側の端部間にベースプレート１に相当する固定板を挟み込み、２枚の平鋼と固定板をボルト５に相当する高力ボルトで接合すると共に、凸部３と凹部４の嵌合として平鋼と固定板の双方にシアキーを嵌合させ、２枚の平鋼の他方側の端部（加力点側）同士を、間隔を隔てて同じく高力ボルトにより一体化させ、曲げモーメントを図19−(a) に示すように平鋼の幅方向に荷重Ｐを作用させることにより与えている。凸部と凹部の嵌合を併用しない場合では平鋼と固定板の接触面をショットブラスト処理し、高力ボルトによる摩擦力を確保している。
【００３８】
図20より、実線で示す凸部と凹部の嵌合を併用した請求項３、もしくは請求項４の場合には、最大荷重、変形能力共、破線で示す嵌合を併用しない従来の場合より大きく上回っていることが分かる。また従来の場合には19kN近傍で摩擦力が切れ、滑りによる一時的な荷重低下が生じているのに対し、請求項３、もしくは請求項４の場合にはそのような滑りが発生せず、最大荷重まで安定した力学特性を有していることが分かる。
【００３９】
以上のことから、曲げモーメントを受けるダンパー材とベースプレートとのボルト接合部分において、凸部と凹部の嵌合を併用することによって併用しない場合より耐力向上、及び滑りによる荷重低下抑制の効果が顕著に表れていることが確認された。
【００４０】
ダンパー材は免震ダンパーとしては複数本組み合わせられて使用されるが、降伏荷重や剛性等の方向性がなるべく生じないようにする上では、請求項５に記載のように複数本のダンパー材が平面上、放射状に、または点対称、もしくは線対称となるように配置される。
【００４１】
この場合、複数本のダンパー材が平面上、均等に配置されることで、免震ダンパーとしての水平力に対する耐力と剛性の方向性が平均化され、例えば４本のダンパー材が平面上、十字形に配置された場合に、いずれかの方向（Ｘ方向）の水平力に対しては各ダンパー材の耐力の発揮と変形の性状は異なるが、各方向のダンパー材がその材軸とＸ方向とのなす角度に応じた耐力と剛性を発揮する。
【００４２】
Ｘ方向があるダンパー材の材軸方向に一致した場合、Ｘ方向に材軸が一致したダンパー材と、それに直交する方向の２本のダンパー材がそれぞれの耐力を発揮して抵抗し、Ｘ方向があるダンパー材の材軸方向と45°の角度をなす場合は４本のダンパー材が均等に耐力を発揮して抵抗し、組み合わせられた複数本のダンパー材全体としては水平力の作用方向に関係なく、独立した４本のダンパー材の耐力と剛性の合計分の耐力と剛性を発揮する。
【００４３】
免震ダンパーは上部躯体と下部躯体の間にアイソレータとは独立して設置される他、アイソレータと組み合わせた形で設置される。その場合、ベースプレートは請求項６に記載のようにアイソレータの上下に、アイソレータとは分離する形で、またはアイソレータの上下のフランジを兼ねる形で配置され、複数本のダンパー材はアイソレータの周囲に配置され、アイソレータに一体的に取り付けられる。
【００４４】
免震ダンパーのベースプレートがアイソレータのフランジを兼ねる場合は、フランジが省略されるため、フランジ分の鋼材が節減され、製作コストの削減が図られる。また免震ダンパーがアイソレータと一体になることで、免震ダンパーとアイソレータを独立して設置する場合程の設置空間を必要としないため、上部躯体と下部躯体の間の空間の自由度が増す利点がある。更にまた、免震ダンパーとアイソレータが独立した場合よりも、設置箇所数が減るため、施工手間及び据え付け費用の低減にもなる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
図１及び図２に請求項２に記載の発明の免震ダンパーＡの実施形態を示す。免震ダンパーＡは弾塑性特性を有する金属材料製の湾曲した複数本のダンパー材２から構成される。
【００４６】
請求項２に記載の発明における各ダンパー材２はボルト孔2aの明いた両側の端部2Eと、両側の端部2E，2Eの幅寸法より幅寸法の小さい中間部2Dの３部分からなり、中間部2Dは更に湾曲前の展開状態で中央に位置する一様幅の中央部2B（領域Ｂ）と、前記端部2E寄りに位置し、中央部2B（領域Ｂ）の幅寸法と等しい幅寸法で、一様幅の端部寄り部分2A（領域Ａ）と、中央部2B（領域Ｂ）と端部寄り部分2A（領域Ａ）の中間に位置し、中央部2B（領域Ｂ）の幅寸法より小さい幅寸法で、一様幅の中央部寄り部分2C（領域Ｃ）とに区分され、中央部2B（領域Ｂ）と中央部寄り部分2C（領域Ｃ）の間（※）の幅、及び中央部寄り部分2C（領域Ｃ）と端部寄り部分2A（領域Ａ）の間（※）の幅、並びに端部寄り部分2A（領域Ａ）と端部2Eの間（※）の幅は連続的に変化している。
【００４７】
ダンパー材２は金属材料の板材から切り出した素材を中間部2Dの中央を一様幅部分の中心線を対称軸として冷間、もしくは熱間にてプレス等にて曲げ加工することによりＵ字状に仕上げられる。その後、過度の残留歪みを除去するための熱処理として焼きならしが施される。
【００４８】
上記した端部寄り部分2A（領域Ａ）、中央部2B（領域Ｂ）、中央部寄り部分2C（領域Ｃ）のそれぞれの幅寸法は設計上必要とされる降伏耐力に応じて決定される。例えば板厚一定とすると、０度（湾曲面内）方向の降伏荷重を主に決定する部分は中央部寄り部分2C（領域Ｃ）の板厚であり、90度（湾曲面に直交する）方向の降伏荷重を主に決定する部分は端部寄り部分2A（領域Ａ）であることが構造力学的に分かる。
【００４９】
すなわち０度（湾曲面内）方向に変形するときには中央部寄り部分2C（領域Ｃ）の板面外の曲げ降伏耐力がこの方向の降伏荷重をほぼ決定付け、90度（湾曲面に直交する）方向に変形するときには端部寄り部分2A（領域Ａ）の最も両端部2E，2E寄りの断面における板面内の曲げ降伏耐力がこの方向の降伏荷重をほぼ決定付けるので、ダンパー材２としての両方向の降伏荷重がほぼ等しくなる幅を選択すればよい。
【００５０】
ダンパー材２の完成状態を示す図２では板厚を40mmとしたとき、端部2Eの幅寸法を140mm、端部寄り部分2Aの幅寸法と中央部2Bの幅寸法を84mm、中央部寄り部分2Cの幅寸法を60mmとしている。
【００５１】
この図２に示す形状のダンパー材２の０度（湾曲面内）方向、及び90度（湾曲面に直交する）方向の降伏荷重は前記した通り、60kNであり（図13、図15）、降伏耐力の方向性が少ないことが確認されている。
【００５２】
複数本のダンパー材２は図29−(a)に示すようにアイソレータ10の設置層を挟んで上下に区分される上部躯体Ｂと下部躯体Ｃに直接、もしくは定着板８を挟んで間接的に固定されるベースプレート１，１間に架設され、両側の端部2E，2Eにおいて両ベースプレート１，１にボルト５により接合される。
【００５３】
請求項３に記載の発明の免震ダンパーＡは各ダンパー材２の両側の端部2E，2Eと、それが対向する各ベースプレート１を互いに対向する方向に嵌合させた状態で、端部2E，2Eをベースプレート１にボルト５により接合した場合である。
【００５４】
図21に示すように凸部３は各ダンパー材２の両側の端部2E，2Eと、その側のベースプレート１の両接触面のいずれか一方の面に形成され、他方の面に対向する方向に凸部３が嵌合する凹部４が形成される。
【００５５】
各ダンパー材２の両側の端部2E，2Eは凸部３と凹部４が互いに嵌合した状態でボルト５によりベースプレート１に接合される。図21はダンパー材２の材軸に沿った縦断面を、図23は凸部３と凹部４の嵌合前の様子を示す。図22−(a)はダンパー材２の端部2Eの、ベースプレート１に対向する面を、(b)はベースプレート１の、ダンパー材２に対向する面を示す。
【００５６】
図22、図23に示すようにダンパー材２の両端部2E，2Eの、ベースプレート１との接合部分にはボルト５が貫通、もしくは螺入するボルト孔2aが形成され、ベースプレート１の、ダンパー材２のボルト孔2aに対応した位置にボルト５が螺入するボルト孔1aが形成される。凸部３、もしくは凹部４はこのボルト孔2a，1aを包囲するように、またはボルト孔2a，1aの近傍に形成される。
【００５７】
凸部３は互いに接合される面であるダンパー材２の端部2Eの、ベースプレート１側の面とベースプレート１の、ダンパー材２側の面のいずれか一方、または双方に形成され、凹部４は他方に、または双方に形成される。
【００５８】
凹部４は例えば切削や熱間プレス等の方法により形成され、凸部３は図21〜図24に示すように例えば凹部４と同様に形成した凹溝にピン等のシアキーを嵌入させることにより、あるいは図25〜図27に示すように切削や熱間プレス等の方法により凸部３と凹部４が交互に波形状に形成されるが、凸部３と凹部４は水平方向にずれないように互いに密着した状態で、ダンパー材２の端部2Eの板厚方向、すなわちダンパー材２とベースプレート１が対向する方向に嵌合すればよく、それぞれの形成方法は問われない。
【００５９】
図21〜図24はダンパー材２の両端部2E，2Eに、材軸方向に並列するボルト孔2a，2aを形成し、その周囲に凹部４を形成し、ベースプレート１のボルト孔1aの周囲に凸部３を形成した場合を示す。
【００６０】
ダンパー材２とベースプレート１は図23に示すダンパー材２とベースプレート１の嵌合による接合後、ボルト５によって板厚方向に接合される。ボルト５はダンパー材２とベースプレート１を板厚方向に接合し、両者を密着した状態に維持する役目を持つため、ボルト５には必要によりばね座金その他の緩み止めが付けられる。
【００６１】
図25〜図26は前記のようにダンパー材２とベースプレート１のそれぞれに対して凸部３と凹部４が交互に波形状に配列するように凸部３と凹部４を形成した場合を示す。
【００６２】
図25はダンパー材２とベースプレート１にそれぞれ１個のボルト孔2a、1aを形成し、この１個のボルト孔2a、1aを包囲するように長方形状の凸部３と凹部４を形成した場合、図26はダンパー材２とベースプレート１にそれぞれ２個のボルト孔2a、1aを形成し、各ボルト孔2a、1aを包囲するように円形状の凸部３と凹部４を形成した場合である。
【００６３】
図27、図28は請求項４に記載の発明の免震ダンパーＡにおけるダンパー材２とベースプレート１との接合状態を示す。請求項４の免震ダンパーＡは各ダンパー材２の少なくともいずれか一方の端部2Eと、それが対向する各ベースプレート１との間にフィラープレート６を挟み込み、フィラープレート６とダンパー材２の端部2Eを互いに嵌合させてダンパー材２をフィラープレート６に接合し、フィラープレート６をボルト７によりベースプレート１に接合したものである。
【００６４】
フィラープレート６は各ダンパー材２の少なくともいずれか一方の端部2Eと、それが対向するベースプレート１との間に挟み込まれ、フィラープレート６とダンパー材２の端部2Eとが接触する面のいずれか一方の面に凸部３が、他方の面に凸部３が嵌合する凹部４が形成され、各ダンパー材２の少なくともいずれか一方の端部2Eが凸部３と凹部４が互いに嵌合した状態でフィラープレート６に接合される。
【００６５】
フィラープレート６はダンパー材２の両端部2E，2Eに配置される場合と、図28に示すようにいずれか一方の端部2Eにのみ配置される場合がある。フィラープレート６はベースプレート１に、両者を貫通するボルト７により接合される。
【００６６】
凸部３と凹部４はダンパー材２とベースプレート１間に作用するせん断力に対してダンパー材２の端部2Eを滑りにくくするために形成されることから、ダンパー材２の端部2Eとフィラープレート６の両接触面に形成されればよく、凸部３と凹部４は主として図27−(a)に示すようにダンパー材２の端部2Eをベースプレート１に接合するボルト５の周囲や近傍に形成される。但し、フィラープレート６がベースプレート１にボルト７で接合されることによるフィラープレート６の滑りを抑制するために、ベースプレート１とフィラープレート６間に凸部３と凹部４を形成することもある。
【００６７】
図27に示すように凸部３と凹部４をダンパー材２とフィラープレート６にのみ形成し、フィラープレート６とベースプレート１を凸部３と凹部４の嵌合を併用せず、両者を貫通するボルト７のみによって接合する場合にはフィラープレート６を予めダンパー材２にボルト５により接合しておくことにより、フィラープレート６とベースプレート１との接合を従来通り、ボルト７による接合のみによって行える簡便さがある。
【００６８】
また、ボルト７による接合時には、ボルト孔7aとのがたがあるので、凸部３と凹部４を形成した場合のように、凸部３と凹部４の形成上の位置寸法誤差を吸収するための位置調整をする必要がなく、被震後、機能を果たしたダンパー材２に交換の必要が生じたときにも、ダンパー材２をフィラープレート６と共に交換すればよいため、交換時にも凸部３と凹部４の位置寸法誤差をフィラープレート６のボルト孔7aのがたにより吸収できる利点がある。
【００６９】
前記のようにダンパー材２のいずれか一方の端部2Eにのみフィラープレート６を配置してもよく、図28はそのような場合を示す。ここでは上部躯体Ｂに固定される上部のベースプレート１とダンパー材２の上側の端部2Eとの間にフィラープレート６を挟み込み、フィラープレート６とダンパー材２に形成された凸部３と凹部４を嵌合させた状態で、ダンパー材２とフィラープレート６を貫通するボルト５により両者を接合し、フィラープレート６と上部のベースプレート１とをボルト７により接合している。下部躯体Ｃに固定される下部のベースプレート１とダンパー材２の下側の端部2Eとは、ボルト５のみにより接合している。
【００７０】
この場合、フィラープレート６が介在するダンパー材２の端部2Eとベースプレート１との接合は、ボルト孔7aとのがたを有するボルト７による接合のみによって行えるため、予めベースプレート１が上部躯体Ｂや下部躯体Ｃに固定されている場合の、ベースプレート１へのダンパー材２の取付作業が単純化される。
【００７１】
図29〜図38に請求項１、もしくは請求項２の免震ダンパーＡにおける複数本のダンパー材２をベースプレート１，１に取り付けた請求項５に記載の発明の具体例を示す。図29〜図38はダンパー材２の配置を説明するための図であることから、ここでは簡単のため、ダンパー材２を一様幅で表示している。
【００７２】
図29は４本のダンパー材２を平面上、十字形に配置し、各端部2Eを２本のボルト５，５で上下のベースプレート１，１に固定した場合を示す。図29−(a)、(b)はダンパー材２の軸を正方形状のベースプレート１の辺に平行に配置した場合、(c)はダンパー材２の軸をベースプレート１の対角線方向に向けて配置した場合を示す。
【００７３】
ダンパー材２は水平変形を受けると、ある程度の鉛直方向の反り上がりがあるため、図30−(a)に示すようにダンパー材２の軸と、破線で示す上部躯体Ｂの梁の軸が一致するような形で配置した場合には、図30−(a)のｘ−ｘ線断面図である図30−(b)に示すようにダンパー材２が上部躯体Ｂの梁と干渉しないようにするための隙間h1を確保する必要がある。このため、免震ピットの高さh0が隙間h1だけ高くなり、それだけコスト高となる。
【００７４】
そこで、ダンパー材２を図31−(a)に示すように、ベースプレート１の辺とダンパー材２の軸とのなす角度が例えば45度となるように配置することで、ダンパー材２に鉛直方向の反り上がりがあってもダンパー材２が上部躯体Ｂの梁に干渉することがなくなり、図31−(a)のｙ−ｙ線断面図である図31−(b)に示すように図30−(b)における隙間h1を確保する必要がなくなる利点がある。図29−(c)はこのような配置に適したベースプレート１とダンパー材２の組み合わせ例である。
【００７５】
同様の考え方によりダンパー材２が４本以外の場合にもダンパー材２の軸と上部躯体Ｂの梁の軸が平行とならない配置にすることは有効である。下部躯体Ｃの隙間h2は免震ピットに水が溜まった場合に、免震ダンパーＡを水から保護する等のためにもともと必要な空間である。
【００７６】
ベースプレート１は上部躯体Ｂと下部躯体Ｃに直接固定される場合もあるが、図29では、上部躯体Ｂと下部躯体Ｃに予め固定された定着板８，８にベースプレート１，１をボルト９等により固定している。定着板８、または上部躯体Ｂと下部躯体Ｃに直接固定される場合のベースプレート１は、上部躯体Ｂと下部躯体Ｃに対しては例えば図40−(a)に示すようにスタッドボルト等を定着させることにより固定される。
【００７７】
図32は４本のダンパー材２を平面上、ベースプレート１の中心に関して点対称に配置した場合、図33は６本のダンパー材２を放射状に配置した場合、図34は８本のダンパー材２を２本一組にし、十字形に配置した場合を示す。
【００７８】
図35〜図38は請求項１乃至請求項５の免震ダンパーＡにおけるベースプレート１，１を積層ゴム支承等のアイソレータ10の上下に配置し、複数本のダンパー材２をアイソレータ10の周囲に配置した請求項６に記載の発明の具体例を示す。
【００７９】
図35、図36はベースプレート１，１をアイソレータ10の上下のフランジとして兼用した場合を示す。図35、図36ではベースプレート１に凸部３や凹部４を形成せずに済むよう、ダンパー材２の両端部2E，2Eとベースプレート１，１との間にフィラープレート６を挟んでいるが、ここでもフィラープレート６はダンパー材２の一方の端部2Eにのみ使用される場合と、全く使用されない場合もある。また、ここでは上部躯体Ｂと下部躯体Ｃに固定された定着板８，８にベースプレート１，１をボルト９により固定しているが、ベースプレート１，１は上部躯体Ｂと下部躯体Ｃに直接固定される場合もある。
【００８０】
また、フィラープレート６は用いるが、凸部３、凹部４を全く形成しない方式も隙間調整として有用である（図37、図38も同様）。
【００８１】
図35は正方形状のベースプレート１の各隅角部にダンパー材２を配置した場合、図36はアイソレータ10の周辺に機器が混在するような場合を想定し、１方向に長い多角形状をしたベースプレート１の長軸方向の両側にそれぞれ２本のダンパー材２，２を直交させて配置した場合である。
【００８２】
図35、図36のようにベースプレート１をアイソレータ10のフランジとして兼用し、アイソレータ10の周囲にダンパー材２を配置した場合には、アイソレータ10のフランジを省略できる上、上部躯体Ｂと下部躯体Ｃ間にアイソレータ10と免震ダンパーＡを独立して設置する場合に比べ、設置空間を占有せずに済む利点がある。
【００８３】
図37、図38はベースプレート１，１を、アイソレータ10を上部躯体Ｂと下部躯体Ｃに固定するための定着板８，８として兼用し、ダンパー材２の両端部2E，2Eとベースプレート１，１との間にフィラープレート６を挟んでベースプレート１，１をボルト７により定着板８，８に固定した場合を示す。
【００８４】
この場合、アイソレータ10は上下のフランジ11，11は定着板８，８としてのベースプレート１，１に固定されることになり、フランジ11，11付きのアイソレータ10の製作と、ダンパー材２の製作を分離して行える利点がある。
【００８５】
図37はダンパー材２をベースプレート１から外側へ張り出して配置した場合、図38は免震ダンパーＡがコンパクトになるように、ダンパー材２をベースプレート１の内側に配置した場合である。
【００８６】
また図39は、端部2Eと同幅のフィラープレート６を用いる場合で、ダンパー材２及びフィラープレート６を、ボルト５，５にて直接ベースプレート１に接合する方法を示しており、アイソレータ10とダンパー材２を一体化させた時に、上下のベースプレート１，１の内法寸法とダンパー材２の高さとのギャップを埋める最も簡易な方法である。なお、この場合、必ずしも凸部３、凹部４の形成は要件ではない。
【００８７】
【発明の効果】
請求項１、請求項２に記載の発明によれば、湾曲状ダンパー材に湾曲面内に水平変形を与えたとき、中間部の幅寸法を単純に一定とした場合において顕著に見られた鉛直方向への反り変形を大幅に減らすことができ、その結果、以下の効果を得ることができる。
【００８８】
反り変形が減ることで、ダンパー材の特定部分への歪み集中が緩和されるため、疲労特性が向上し、繰り返し変形を受けたときに破断するまでのサイクル数が増大し、ダンパー性能が向上する。
【００８９】
鉛直方向の反り変形が減少することで、ダンパー材の上下空間に配置される配管等の設備や建物躯体との干渉が抑制され、また上部空間が少なくて済むので、コスト低減等、実用面で有利である。
【００９０】
与えられる変形の方向による降伏荷重や履歴特性の差が、中間部の幅寸法を単純に一定とした場合のダンパー材に比べ、格段に少なくなり、実用上、免震ダンパーとしての方向性を考慮する必要がないため、設計上の煩雑さがなくなる。
【００９１】
請求項３に記載の発明によれば、ダンパー材の両端部とベースプレートとの接触面に凹部と凸部を形成し、嵌合させてボルトを締め付けることにより、ダンパー材が変形を受けたときに、ダンパー材両端部とベースプレートとの接触面における滑り現象が発生しにくくなるため、滑りに伴う一時的な荷重低下を防ぐことができ、免震ダンパーとしての履歴特性が良好になる。
【００９２】
請求項４ではダンパー材の端部とベースプレートとの間にフィラープレートを介在させ、ダンパー材端部のフィラープレート側の面と、フィラープレートのダンパー材側の面に凸部と凹部を形成するため、ベースプレートに凸部と凹部を形成する必要がなく、ダンパー材、もしくはフィラープレートとベースプレートとの接合をボルトのみによって行えばよく、凸部と凹部を嵌合させながらボルト接合する場合に、位置寸法の製作及び組み立て誤差を吸収し易くなる。またダンパー材の取り替え時に、上部躯体側と下部躯体側のボルト孔が平面的に大きくずれていた場合には、フィラープレートの孔位置の調整のみで対処し得る。
【００９３】
請求項５では複数本のダンパー材を平面上、放射状に、または点対称、もしくは線対称となるように均等に配置することで、免震ダンパーとしての水平力に対する降伏荷重と履歴特性の方向性を平均化することができ、免震ダンパーとしての機能上の方向性が更に少なくなるため、免震建物を設計する場合の方向性を気にする必要がない。
【００９４】
請求項６ではベースプレートをアイソレータの上下に、アイソレータのフランジを兼ねる形で配置した場合、複数本のダンパー材をアイソレータの周囲に配置するため、フランジが省略される結果、フランジ分の鋼材が節減され、製作コストの削減が図られる。
【００９５】
また免震ダンパーがアイソレータに組み合わせられることで、免震ダンパーとアイソレータを独立して設置する場合に比べ、設置空間を必要としないため、上部躯体と下部躯体の間の空間の自由度が増す。更に設置箇所数が減るので、施工費の抑制につながる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項２に記載の発明であるダンパー材の形状説明のために示した、湾曲前の展開状態の平面図である。
【図２】 (a)は請求項２に記載の発明（タイプ５）の湾曲したダンパー材を示した立面図、(b)は(a)の平面図である。
【図３】 (a)は本発明のダンパー材と対比される、中間部の幅寸法を一定にした従来のタイプ１のダンパー材を示した立面図、(b)は(a)の平面図である。
【図４】 (a)は請求項２に記載の発明のダンパー材と対比される、ダンパー材解析モデルであるタイプ２のダンパー材を示した立面図、(b)は(a)の平面図である。
【図５】 (a)は請求項２に記載の発明のダンパー材と対比される、ダンパー材解析モデルであるタイプ３のダンパー材を示した立面図、(b)は(a)の平面図である。
【図６】 (a)は請求項２に記載の発明のダンパー材と対比される、ダンパー材解析モデルであるタイプ４のダンパー材を示した立面図、(b)は(a)の平面図である。
【図７】タイプ１のダンパー材の湾曲面内に85mmの水平変形を与えたときの変形状況を示した斜視図である。
【図８】タイプ１のダンパー材の湾曲面内に120mmの水平変形を与えたときの変形状況を示した斜視図である。
【図９】タイプ１のダンパー材の湾曲面内に水平変形を与えたときの変形後の状況を示した立面図である。
【図１０】タイプ５のダンパー材の湾曲面内に120mmの水平変形を与えたときの変形状況を示した斜視図である。
【図１１】ダンパー材解析モデルのタイプ１〜タイプ５の湾曲面内の水平変位と鉛直方向の変位（ダンパー材高さに対する鉛直方向の変位の比）の関係の解析結果を示したグラフである。
【図１２】ダンパー材解析モデルのタイプ１とタイプ５の、累積塑性歪みの集中程度（最大値／平均値）の載荷方向別の関係の解析結果を示したグラフである。
【図１３】ダンパー材解析モデルのタイプ１とタイプ５の、荷重と水平変位（０度方向）の関係の解析結果を示したグラフである。
【図１４】ダンパー材解析モデルのタイプ１とタイプ５の、荷重と水平変位（45度方向）の関係の解析結果を示したグラフである。
【図１５】ダンパー材解析モデルのタイプ１とタイプ５の、荷重と水平変位（90度方向）の関係の解析結果を示したグラフである。
【図１６】ダンパー材解析モデルのタイプ５に０度方向に変位漸増繰り返し載荷したときの水平変位と荷重の関係を示したグラフである。
【図１７】ダンパー材解析モデルのタイプ５に45度方向に変位漸増繰り返し載荷したときの水平変位と荷重の関係を示したグラフである。
【図１８】ダンパー材解析モデルのタイプ５に90度方向に変位漸増繰り返し載荷したときの水平変位と荷重の関係を示したグラフである。
【図１９】 (a)はダンパー材とベースプレートの接合に凹部と凸部の嵌合を併用した部分モデルに曲げモーメントを加えるときの様子を示した平面図、(b)は(a)の縦断面図である。
【図２０】図19に示すモデルと嵌合を併用しないモデルの荷重と変位の関係を示したグラフである。
【図２１】請求項３に記載の免震ダンパーのダンパー材とベースプレートの接合状態を示した縦断面図である。
【図２２】 (a)は図21に示すダンパー材の接触面を示した平面図、(b)はベースプレートの接触面を示した平面図である。
【図２３】図21の接合前の状態を示した縦断面図である。
【図２４】 (a)は図21に示すダンパー材の接触面の別パターンを示した平面図、(b)はベースプレートの接触面を示した平面図である。
【図２５】 (a)は免震ダンパーにおける他のダンパー材の接触面を示した平面図、(b)はベースプレートの接触面を示した平面図、(c)はダンパー材とベースプレートの接合状態を示した縦断面図である。
【図２６】 (a)は免震ダンパーにおける他のダンパー材の接触面を示した平面図、(b)はベースプレートの接触面を示した平面図である。
【図２７】 (a)は請求項４に記載の免震ダンパーにおけるダンパー材とフィラープレート及びベースプレートの接合状態を示した縦断面図、(b)は平面図である。
【図２８】 (a)は免震ダンパーのダンパー材とベースプレートの接合状態を示した立面図、(b)は平面図である。
【図２９】 (a)は請求項１、もしくは請求項２に記載の免震ダンパーにおけるダンパー材の配置例を示した立面図、(b)は(a)の横断面図、(c)はダンパー材の他の配置例を示した横断面図である。
【図３０】 (a)はダンパー材の軸と上部躯体の梁の軸を一致させて（平行にして）ダンパー材を配置した様子を示した平面図、(b)は(a)のｘ−ｘ線断面図である。
【図３１】 (a)はダンパー材の軸と上部躯体の梁の軸とのなす角度が45度となるようにダンパー材を配置した様子を示した平面図、(b)は(a)のｙ−ｙ線断面図である。
【図３２】４本のダンパー材をベースプレートの中心に関して点対称に配置した場合を示した横断面図である。
【図３３】６本のダンパー材を放射状に配置した場合を示した横断面図である。
【図３４】８本のダンパー材を２本単位で十字形に配置した場合を示した横断面図である。
【図３５】請求項１、もしくは請求項２に記載の免震ダンパーをアイソレータと組み合わせて設置した状態を示した立面図、(b)は(a)の横断面図である。
【図３６】請求項１、もしくは請求項２に記載の免震ダンパーをアイソレータと組み合わせた場合の、ダンパー材の他の配置例を示した横断面図である。
【図３７】 (a)は請求項１、もしくは請求項２に記載の免震ダンパーとアイソレータの他の組み合わせ例を示した立面図、(b)は(a)の横断面図である。
【図３８】請求項１、もしくは請求項２に記載の免震ダンパーにおけるダンパー材の他の配置例を示した横断面図である。
【図３９】図35〜図38とは別のダンパー材接合方式の説明図であり、(a)は請求項６に記載の免震ダンパーにおけるベースプレートとフィラープレート及びダンパー材の接合状態を示した縦断面図、(b)は平面図である。
【図４０】 (a)は鋼材の端部をプレートにボルト接合した従来の免震ダンパーを示した立面図、(b)は(a)の横断面図である。
【図４１】 (a)は他の従来の免震ダンパーを示した立面図、(b)は(a)の横断面図である。
【符号の説明】
Ａ……免震ダンパー、１……ベースプレート、1a……ボルト孔、２……ダンパー材、2a……ボルト孔、2E……端部、2D……中間部、2A……端部寄り部分、2B……中央部、2C……中央部寄り部分、３……凹部、４……凸部、５……ボルト、６……フィラープレート、７……ボルト、８……定着板、９……ボルト、10……アイソレータ、11……フランジ、Ｂ……上部躯体、Ｃ……下部躯体。
【発明の属する技術分野】
この発明は積層ゴム支承等のアイソレータと併用され、鋼材等、金属材料の弾塑性履歴吸収エネルギーにより地震時の振動エネルギーを吸収する免震ダンパーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
免震建物の免震層を挟んで上下に区分される上部躯体と下部躯体との間に積層ゴム支承等のアイソレータと共に設置される免震ダンパーは、地震時の上部躯体と下部躯体との相対変位時に、ダンパー材である鋼材等の金属材料の弾塑性変形による履歴吸収により振動エネルギーを吸収する。
【０００３】
免震ダンパーには鋼材として鋼棒や鋼板を使用した形式があり、鋼材は主に曲げモーメントによって塑性変形するように配置されるが、特に図40−(a)、図41−(a)に示すように鋼材の中間部をＵ字形に湾曲させて上下のプレートに接合した場合（特許文献１参照）は鋼材の塑性化の範囲が広く、エネルギー吸収効率が高い等の利点を有している。図40は鋼材をダンパー材として単独で上部躯体と下部躯体に固定した場合、図41は積層ゴム支承のアイソレータと組み合わせて固定した場合である。
【０００４】
特許文献１では、各鋼材の両端部を除く中間部の幅が一定の場合、Ｕ字形に湾曲した鋼材を湾曲面内に変形させた場合と湾曲面外に変形させた場合の降伏荷重の比が概ね２：１になるとの実験結果が示されている。しかし、各鋼材の両端部を除く中間部の幅を材軸方向に直線的に変化させることで、湾曲した使用状態での各ダンパー材単体の降伏荷重に、変形させる方向による極端な差を生じさせないようにできるとされている。
【０００５】
特許文献１ではまた、Ｕ字形に湾曲した鋼材の中間部において、図40−(b)、図41−(b)に示すように湾曲部先端幅Ｗ１に対する固定端側の端部幅Ｗ２の比（Ｗ２／Ｗ１）が２以上になると、最も弱い湾曲部先端部分に歪みが集中して疲労特性が低下する問題と、製造時の材料歩留まりが低下する問題が指摘されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開2000−104787号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
製造時の材料歩留まりのみを考えれば、ダンパー材の中間部の幅を一定にした場合が最良の形であるが、前述のように降伏荷重に方向性が生じる。特許文献１にはダンパー材の中間部の幅を一定にした場合のダンパー材の変形挙動に関する記載がないが、図３に示すような、中間部の幅が一定のＵ字形ダンパー材に対する本出願の発明者による変形挙動実験によれば、湾曲面内に水平変形を与えた場合、水平変形が大きくなるにつれ、図９及び表１に示すようにダンパー材にその高さ寸法の60〜80％もの鉛直方向の反り変形が生ずることが確認された。この反り変形は免震ダンパーとして使用されたときには図30−(b)、図31−(b)に示すように一方側のダンパー材が鉛直方向下向きに、他方側のダンパー材が鉛直方向上向きに生ずる。
【０００８】
【表１】
【０００９】
更にダンパー材の両側の端部はボルトの締め付けによりベースプレートに摩擦接合されるが、ボルトによる摩擦力のみによりダンパー材の端部をベースプレートに完全に固定することは困難であり、作用力が大きくなれば、端部が滑りを生ずることがある。このときの一時的な荷重低下が微小であれば、実用上、支障はないが、顕著であればダンパー特性として好ましくない。
【００１０】
この発明はダンパー材の中間部の幅を一定にした場合に生ずる上記反り変形とそれに伴う諸問題を解決する形態の湾曲状ダンパー材を提案するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明ではＵ字形に湾曲した各ダンパー材をボルト孔の明いた両側の端部2E，2Eと、両側の端部2E，2Eの幅寸法より幅寸法の小さい中間部2Dの３部分から構成し、中間部2Dを更に湾曲前の展開状態において中央に位置する一様幅の中央部2Bと、端部2E寄りに位置する一様幅の端部寄り部分2Aと、中央部2Bと端部寄り部分2Aの中間にあって、湾曲状態でＵ字形の湾曲部分と直線部分との境界近傍に位置し、中央部2Bの幅寸法と端部寄り部分2Aの幅寸法未満の幅寸法で、且つ一様幅の中央部寄り部分2Cとに区分し、また中央部2Bと中央部寄り部分2Cの間の幅、及び中央部寄り部分2Cと端部寄り部分2Aの間の幅、並びに端部寄り部分2Aと端部2Eの間の幅を連続的に変化させることにより、特に請求項２に記載のように端部寄り部分の幅寸法を中央部の幅寸法と等しくし、中央部寄り部分の幅寸法を中央部の幅寸法と端部寄り部分の幅寸法より小さくすることにより、ダンパー材の上下の反り変形が最も顕著に生ずる方向である湾曲面内方向に水平変形を与えた場合でも、ダンパー材中間部の幅寸法を全域に亘って一定にした場合より反り変形を少なくすることを可能にする。
【００１２】
免震ダンパーは免震建物の免震層を挟んで上下に区分される上部躯体と下部躯体のそれぞれに直接、もしくは間接的に固定されるベースプレートと、両ベースプレート間に架設され、両端部において直接、もしくは間接的に両ベースプレートにボルトにより接合される、弾塑性特性を有する金属材料製のＵ字形に湾曲した複数本のダンパー材から構成される。
【００１３】
図１では端部2Eを除く中間部2Dの端部寄り部分2Aの区間をＡで、中央部寄り部分2Cの区間をＣで、中央部2Bの区間をＢで、端部2Eと端部寄り部分2A（Ａ）の境界の区間、端部寄り部分2A（Ａ）と中央部寄り部分2C（Ｃ）の境界の区間、中央部寄り部分2C（Ｃ）と中央部2B（Ｂ）の境界の区間を※で示している。これらＡ、Ｂ、Ｃの各幅寸法は設計上、必要とされる降伏耐力に相応しい寸法として決定される。
【００１４】
ダンパー材の中間部2Dを上記のように幅寸法が同一でない三つの区分、すなわち端部寄り部分2A（Ａ）、中央部寄り部分2C（Ｃ）、中央部2B（Ｂ）に区分することの有効性は以下の通りである。
【００１５】
中間部の幅寸法を全長に亘って一定にした図３に示すタイプ１のダンパー材に対し、湾曲面内水平方向に強制変形85mmを与えたときの応力分布を表す解析結果例を図７に示すが、この場合、図７に△印で示す湾曲部寄りの直線部の特定部分に応力が集中する。
【００１６】
続いて強制変形を120mmに増大させたときには図８に▲印で示すダンパー材下側の端部近傍にも新たに応力集中域が発生し、塑性歪みが累積集中する。その結果、図９に示すようにこの▲印部を中心にダンパー材全体が回転するように鉛直方向下向きに大きな反り変形を生ずる。
【００１７】
これに対し、図７における応力集中域（△印部）の近傍の幅寸法を細くし、ダンパー材を図４〜図６に示すような形にすると、図10に示すように同じ強制変形120mmを与えたときでも図８におけるダンパー材下側の端部近傍（▲印部）には応力集中域が発生しないので、上記のような反り変形が生じにくくなる効果が発揮されることが確認された。このことから、比較的小振幅（85mm程度）のときに湾曲部寄り直線部の特定部分（図７の△印部）に発生する応力集中を緩和することがダンパー材の反り変形を抑制する上で有効であると考えられる。
【００１８】
図４〜図６に示す形は上記の通り、Ｕ字形に湾曲した各ダンパー材をボルト孔の明いた両側の端部2Eと、両側の端部2Eの幅寸法より幅寸法の小さい中間部2Dの３部分から構成し、中間部2Dを更に湾曲前の展開状態で中央に位置する一様幅の中央部2Bと、端部2E寄りに位置する一様幅の端部寄り部分2Aと、中央部2Bと端部寄り部分2Aの中間にあって、湾曲状態でＵ字形の湾曲部分と直線部分との境界近傍に位置し、中央部2Bの幅寸法と端部寄り部分2Aの幅寸法未満の幅寸法で、且つ一様幅の中央部寄り部分2Cとに区分し、また中央部2Bと中央部寄り部分2Cの間の幅、及び中央部寄り部分2Cと端部寄り部分2Aの間の幅、並びに端部寄り部分2Aと端部2Eの間の幅を連続的に変化させた形に相当する。なお、各領域の境界部（※）の幅を連続的に滑らかに変化させるのは、断面の急変による応力集中を回避するためである。
【００１９】
そこで、湾曲部と直線部との境界近傍の幅を減じた形態として最適な形を決定するために、図４〜図６及び図２のモデルを考える。
【００２０】
まず図３に示すタイプ１で見られた、湾曲部寄り直線部の応力集中域について幅寸法を減じる区間である、図１における中央部寄り部分2C（領域Ｃ）の長さをタイプ１の幅の２倍程度にした形が図４に示すタイプ２である。具体的には図３における中間部を、幅寸法に変化を持たせて、端部寄り部分2Aと、中央部寄り部分2Cと、中央部2Bとに区分し、中央部寄り部分2Cの範囲（長さ）を、湾曲部分と直線部分との境界線から端部寄り部分2Aの方向へ、タイプ１の幅の２倍程度とした場合である。
【００２１】
図４における中央部寄り部分2Cの長さをタイプ２と同等程度にしたまま中央部寄り部分2Cを湾曲部内に位置させ、相対的に端部寄り部分2Aの長さを大きくすると共に、図４における中央部2Bの長さを小さくした形が図５に示すタイプ３である。中央部寄り部分2Cを直線部内に位置させ、その長さをタイプ３の２倍程度まで拡張し、一様幅のまま端部寄り部分2Aを中央部寄り部分2Cに取り込んだ形、すなわち中央部寄り部分2Cを一様幅のまま端部寄り部分2Aを含んだ区間まで連続させた形が図６に示すタイプ４である。
【００２２】
図２に示すタイプ５は中央部2Bの長さと位置を図５に示すタイプ３と同等程度にすると共に、端部寄り部分2Aの長さと中央部寄り部分2Cの長さを図４に示すタイプ２と同等程度にし、中央部2Bから中央部寄り部分2Cまでの区間の長さを図４に示すタイプ２より大きくした形である。
【００２３】
請求項１に記載の発明はタイプ２、タイプ３、タイプ５を含み、タイプ５が請求項２に記載の発明の例に相当する。
【００２４】
これらタイプ２〜タイプ５のモデルに湾曲面内で水平変形を与えたときの、水平変位と鉛直方向の反り変形量との関係を図11に示す。縦軸はダンパー材の高さ寸法に対する反り変形量の比である。
【００２５】
どのタイプも水平変位の増大に伴って反り変形量が増大する傾向にあるが、タイプ１のダンパー材が最も顕著で、水平変位600mmで最大となり、そのときの反り変形量／高さ寸法比が約0.56となっている。タイプ２の反り変形量／高さ寸法比は水平変位600mmのときでタイプ１より20％弱少ない程度である。タイプ３はタイプ２と大差はなく、タイプ４はタイプ２より反り変形量が大きくなる傾向があり、反り変形量／高さ寸法比を低減する上では逆効果となる。
【００２６】
これに対し、タイプ５は他のどのタイプよりも反り変形量が全体的に大幅に減少しており、タイプ１〜タイプ５の中では反り変形量／高さ寸法比を低減する効果が最も大きいことが分かる。
【００２７】
ここで、タイプ１とタイプ５のそれぞれに、単調に０〜740mmの水平変形を与えたとき、ダンパー材の累積塑性歪み平均値に対する累積塑性歪みが最も大きい部分の倍率を計算すると、図12のようになる。図12はダンパー材に与える水平変形の方向を０度（湾曲面内）方向、90度（湾曲面に直交する）方向、及び45度（前記２方向の中間）方向とした場合の倍率である。
【００２８】
この図12から、請求項２に記載の発明のタイプ５はどの方向への水平変形に対しても累積塑性歪み集中度がタイプ１より少ないこと、すなわち極端に歪み集中することなく、ダンパー材各部がエネルギーを吸収していることが示されており、疲労特性が向上していると言える。
【００２９】
次にタイプ１とタイプ５のそれぞれに、単調に０〜740mmの水平変形を与えたときの荷重と変形の関係を図13〜図15に示す。図13は０度（湾曲面内）方向、図14は45度方向、図15は90度（湾曲面に直交する）方向の結果である。この結果から、０度（湾曲面内）方向（図13）と90度（湾曲面に直交する）方向（図15）において、タイプ１は変位0.1m付近から荷重が減る傾向があり、力学的に不安定挙動が見られるが、タイプ５ではそのような傾向がなく、安定していることが分かる。
【００３０】
図13、図15中の実線はそれぞれタイプ５の０度（湾曲面内）方向、90度（湾曲面に直交する）方向の降伏荷重がほぼ等しい関係になるように領域Ｃと領域Ａの幅寸法を決定した場合の解析結果であり、図13、図15共に降伏荷重は60kNとなっている。因みに図13、図15中の破線は図３に示す中間部の幅が一様な場合の荷重−変形関係を示すが、０度（湾曲面内）方向（図13）の降伏荷重は75kN程度、90度（湾曲面に直交する）方向（図15）の降伏荷重は55kNとなっており、両方向の降伏荷重の差が大きいのに対し、本発明では降伏耐力の方向性が少ない効果があることが分かる。
【００３１】
更にタイプ５の０度方向、45度方向、90度方向の各方向の荷重−水平変形関係の試験結果を図16〜図18に示すが、ここに示すように０度方向、45度方向、90度方向の各方向の荷重−水平変形関係はほぼ同等（例えば±300mmのループと変位０mmの軸との交点の示す荷重はどれもほぼ60kN）であることから、特許文献１で指摘されていた降伏荷重の方向性を解消する上でも、請求項２に記載の発明では効果があることが試験結果からも確認できる。
【００３２】
ダンパー材は両端部においてベースプレートにボルトにより接合されるが、ベースプレートに接合されているダンパー材の両端部がボルトの軸に直交する方向に過大な作用力を受ける結果として、ダンパー材がベースプレートに対して滑りを生ずる問題に対しては、請求項３に記載のように各ダンパー材の両側の端部と、それが対向する各ベースプレートとが接触する面のいずれか一方の面に凸部を、他方の面に前記凸部が嵌合する凹部を形成し、この凸部と凹部を互いに嵌合させた状態でダンパー材の端部をベースプレートに接合することにより、滑りを生じさせる荷重を高く設定してダンパー材を滑りにくくし、滑りに伴う一時的な荷重低下を防止する。この場合、ダンパー材は両端部において直接、両ベースプレートにボルトにより接合される。
【００３３】
凸部と凹部はダンパー材端部とベースプレートとの接触する面に直接形成される他、請求項４に記載のようにダンパー材の少なくともいずれか一方の端部と、それが対向する各ベースプレートとの間にフィラープレートを挟み込み、フィラープレートとダンパー材端部との両接触面のいずれか一方の面に凸部を、他方の面に前記凸部が嵌合する凹部を形成する場合もある。
【００３４】
この場合、凸部と凹部が互いに嵌合した状態でダンパー材の端部がフィラープレートに接合され、フィラープレートはボルト等によりベースプレートに接合される。ダンパー材は両端部において間接的に両ベースプレートにボルトにより接合される。
【００３５】
フィラープレートをボルトによりベースプレートに接合する場合にはダンパー材の端部に作用する力によりフィラープレートとベースプレートとの接触面が滑らないようにボルト本数やボルト間隔等が調整される。
【００３６】
ダンパー材の端部とベースプレートをそれぞれに形成した凸部と凹部の嵌合とボルトにより接合した場合（請求項３、もしくは請求項４）と、ボルトのみによって接合した場合の接合効果を図19に示すような部分モデルにおいて実験的に確認した結果を図20に示す。図20では凸部と凹部の嵌合部分に荷重Ｐによる曲げモーメントを加えたときの荷重と荷重方向の変位との関係を実線で、凸部と凹部の嵌合を併用しない摩擦接合の場合の同じ曲げモーメントを加えたときの荷重と荷重方向の変位との関係を破線で示す。
【００３７】
ここではダンパー材２に相当する２枚の平鋼の一方側の端部間にベースプレート１に相当する固定板を挟み込み、２枚の平鋼と固定板をボルト５に相当する高力ボルトで接合すると共に、凸部３と凹部４の嵌合として平鋼と固定板の双方にシアキーを嵌合させ、２枚の平鋼の他方側の端部（加力点側）同士を、間隔を隔てて同じく高力ボルトにより一体化させ、曲げモーメントを図19−(a) に示すように平鋼の幅方向に荷重Ｐを作用させることにより与えている。凸部と凹部の嵌合を併用しない場合では平鋼と固定板の接触面をショットブラスト処理し、高力ボルトによる摩擦力を確保している。
【００３８】
図20より、実線で示す凸部と凹部の嵌合を併用した請求項３、もしくは請求項４の場合には、最大荷重、変形能力共、破線で示す嵌合を併用しない従来の場合より大きく上回っていることが分かる。また従来の場合には19kN近傍で摩擦力が切れ、滑りによる一時的な荷重低下が生じているのに対し、請求項３、もしくは請求項４の場合にはそのような滑りが発生せず、最大荷重まで安定した力学特性を有していることが分かる。
【００３９】
以上のことから、曲げモーメントを受けるダンパー材とベースプレートとのボルト接合部分において、凸部と凹部の嵌合を併用することによって併用しない場合より耐力向上、及び滑りによる荷重低下抑制の効果が顕著に表れていることが確認された。
【００４０】
ダンパー材は免震ダンパーとしては複数本組み合わせられて使用されるが、降伏荷重や剛性等の方向性がなるべく生じないようにする上では、請求項５に記載のように複数本のダンパー材が平面上、放射状に、または点対称、もしくは線対称となるように配置される。
【００４１】
この場合、複数本のダンパー材が平面上、均等に配置されることで、免震ダンパーとしての水平力に対する耐力と剛性の方向性が平均化され、例えば４本のダンパー材が平面上、十字形に配置された場合に、いずれかの方向（Ｘ方向）の水平力に対しては各ダンパー材の耐力の発揮と変形の性状は異なるが、各方向のダンパー材がその材軸とＸ方向とのなす角度に応じた耐力と剛性を発揮する。
【００４２】
Ｘ方向があるダンパー材の材軸方向に一致した場合、Ｘ方向に材軸が一致したダンパー材と、それに直交する方向の２本のダンパー材がそれぞれの耐力を発揮して抵抗し、Ｘ方向があるダンパー材の材軸方向と45°の角度をなす場合は４本のダンパー材が均等に耐力を発揮して抵抗し、組み合わせられた複数本のダンパー材全体としては水平力の作用方向に関係なく、独立した４本のダンパー材の耐力と剛性の合計分の耐力と剛性を発揮する。
【００４３】
免震ダンパーは上部躯体と下部躯体の間にアイソレータとは独立して設置される他、アイソレータと組み合わせた形で設置される。その場合、ベースプレートは請求項６に記載のようにアイソレータの上下に、アイソレータとは分離する形で、またはアイソレータの上下のフランジを兼ねる形で配置され、複数本のダンパー材はアイソレータの周囲に配置され、アイソレータに一体的に取り付けられる。
【００４４】
免震ダンパーのベースプレートがアイソレータのフランジを兼ねる場合は、フランジが省略されるため、フランジ分の鋼材が節減され、製作コストの削減が図られる。また免震ダンパーがアイソレータと一体になることで、免震ダンパーとアイソレータを独立して設置する場合程の設置空間を必要としないため、上部躯体と下部躯体の間の空間の自由度が増す利点がある。更にまた、免震ダンパーとアイソレータが独立した場合よりも、設置箇所数が減るため、施工手間及び据え付け費用の低減にもなる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
図１及び図２に請求項２に記載の発明の免震ダンパーＡの実施形態を示す。免震ダンパーＡは弾塑性特性を有する金属材料製の湾曲した複数本のダンパー材２から構成される。
【００４６】
請求項２に記載の発明における各ダンパー材２はボルト孔2aの明いた両側の端部2Eと、両側の端部2E，2Eの幅寸法より幅寸法の小さい中間部2Dの３部分からなり、中間部2Dは更に湾曲前の展開状態で中央に位置する一様幅の中央部2B（領域Ｂ）と、前記端部2E寄りに位置し、中央部2B（領域Ｂ）の幅寸法と等しい幅寸法で、一様幅の端部寄り部分2A（領域Ａ）と、中央部2B（領域Ｂ）と端部寄り部分2A（領域Ａ）の中間に位置し、中央部2B（領域Ｂ）の幅寸法より小さい幅寸法で、一様幅の中央部寄り部分2C（領域Ｃ）とに区分され、中央部2B（領域Ｂ）と中央部寄り部分2C（領域Ｃ）の間（※）の幅、及び中央部寄り部分2C（領域Ｃ）と端部寄り部分2A（領域Ａ）の間（※）の幅、並びに端部寄り部分2A（領域Ａ）と端部2Eの間（※）の幅は連続的に変化している。
【００４７】
ダンパー材２は金属材料の板材から切り出した素材を中間部2Dの中央を一様幅部分の中心線を対称軸として冷間、もしくは熱間にてプレス等にて曲げ加工することによりＵ字状に仕上げられる。その後、過度の残留歪みを除去するための熱処理として焼きならしが施される。
【００４８】
上記した端部寄り部分2A（領域Ａ）、中央部2B（領域Ｂ）、中央部寄り部分2C（領域Ｃ）のそれぞれの幅寸法は設計上必要とされる降伏耐力に応じて決定される。例えば板厚一定とすると、０度（湾曲面内）方向の降伏荷重を主に決定する部分は中央部寄り部分2C（領域Ｃ）の板厚であり、90度（湾曲面に直交する）方向の降伏荷重を主に決定する部分は端部寄り部分2A（領域Ａ）であることが構造力学的に分かる。
【００４９】
すなわち０度（湾曲面内）方向に変形するときには中央部寄り部分2C（領域Ｃ）の板面外の曲げ降伏耐力がこの方向の降伏荷重をほぼ決定付け、90度（湾曲面に直交する）方向に変形するときには端部寄り部分2A（領域Ａ）の最も両端部2E，2E寄りの断面における板面内の曲げ降伏耐力がこの方向の降伏荷重をほぼ決定付けるので、ダンパー材２としての両方向の降伏荷重がほぼ等しくなる幅を選択すればよい。
【００５０】
ダンパー材２の完成状態を示す図２では板厚を40mmとしたとき、端部2Eの幅寸法を140mm、端部寄り部分2Aの幅寸法と中央部2Bの幅寸法を84mm、中央部寄り部分2Cの幅寸法を60mmとしている。
【００５１】
この図２に示す形状のダンパー材２の０度（湾曲面内）方向、及び90度（湾曲面に直交する）方向の降伏荷重は前記した通り、60kNであり（図13、図15）、降伏耐力の方向性が少ないことが確認されている。
【００５２】
複数本のダンパー材２は図29−(a)に示すようにアイソレータ10の設置層を挟んで上下に区分される上部躯体Ｂと下部躯体Ｃに直接、もしくは定着板８を挟んで間接的に固定されるベースプレート１，１間に架設され、両側の端部2E，2Eにおいて両ベースプレート１，１にボルト５により接合される。
【００５３】
請求項３に記載の発明の免震ダンパーＡは各ダンパー材２の両側の端部2E，2Eと、それが対向する各ベースプレート１を互いに対向する方向に嵌合させた状態で、端部2E，2Eをベースプレート１にボルト５により接合した場合である。
【００５４】
図21に示すように凸部３は各ダンパー材２の両側の端部2E，2Eと、その側のベースプレート１の両接触面のいずれか一方の面に形成され、他方の面に対向する方向に凸部３が嵌合する凹部４が形成される。
【００５５】
各ダンパー材２の両側の端部2E，2Eは凸部３と凹部４が互いに嵌合した状態でボルト５によりベースプレート１に接合される。図21はダンパー材２の材軸に沿った縦断面を、図23は凸部３と凹部４の嵌合前の様子を示す。図22−(a)はダンパー材２の端部2Eの、ベースプレート１に対向する面を、(b)はベースプレート１の、ダンパー材２に対向する面を示す。
【００５６】
図22、図23に示すようにダンパー材２の両端部2E，2Eの、ベースプレート１との接合部分にはボルト５が貫通、もしくは螺入するボルト孔2aが形成され、ベースプレート１の、ダンパー材２のボルト孔2aに対応した位置にボルト５が螺入するボルト孔1aが形成される。凸部３、もしくは凹部４はこのボルト孔2a，1aを包囲するように、またはボルト孔2a，1aの近傍に形成される。
【００５７】
凸部３は互いに接合される面であるダンパー材２の端部2Eの、ベースプレート１側の面とベースプレート１の、ダンパー材２側の面のいずれか一方、または双方に形成され、凹部４は他方に、または双方に形成される。
【００５８】
凹部４は例えば切削や熱間プレス等の方法により形成され、凸部３は図21〜図24に示すように例えば凹部４と同様に形成した凹溝にピン等のシアキーを嵌入させることにより、あるいは図25〜図27に示すように切削や熱間プレス等の方法により凸部３と凹部４が交互に波形状に形成されるが、凸部３と凹部４は水平方向にずれないように互いに密着した状態で、ダンパー材２の端部2Eの板厚方向、すなわちダンパー材２とベースプレート１が対向する方向に嵌合すればよく、それぞれの形成方法は問われない。
【００５９】
図21〜図24はダンパー材２の両端部2E，2Eに、材軸方向に並列するボルト孔2a，2aを形成し、その周囲に凹部４を形成し、ベースプレート１のボルト孔1aの周囲に凸部３を形成した場合を示す。
【００６０】
ダンパー材２とベースプレート１は図23に示すダンパー材２とベースプレート１の嵌合による接合後、ボルト５によって板厚方向に接合される。ボルト５はダンパー材２とベースプレート１を板厚方向に接合し、両者を密着した状態に維持する役目を持つため、ボルト５には必要によりばね座金その他の緩み止めが付けられる。
【００６１】
図25〜図26は前記のようにダンパー材２とベースプレート１のそれぞれに対して凸部３と凹部４が交互に波形状に配列するように凸部３と凹部４を形成した場合を示す。
【００６２】
図25はダンパー材２とベースプレート１にそれぞれ１個のボルト孔2a、1aを形成し、この１個のボルト孔2a、1aを包囲するように長方形状の凸部３と凹部４を形成した場合、図26はダンパー材２とベースプレート１にそれぞれ２個のボルト孔2a、1aを形成し、各ボルト孔2a、1aを包囲するように円形状の凸部３と凹部４を形成した場合である。
【００６３】
図27、図28は請求項４に記載の発明の免震ダンパーＡにおけるダンパー材２とベースプレート１との接合状態を示す。請求項４の免震ダンパーＡは各ダンパー材２の少なくともいずれか一方の端部2Eと、それが対向する各ベースプレート１との間にフィラープレート６を挟み込み、フィラープレート６とダンパー材２の端部2Eを互いに嵌合させてダンパー材２をフィラープレート６に接合し、フィラープレート６をボルト７によりベースプレート１に接合したものである。
【００６４】
フィラープレート６は各ダンパー材２の少なくともいずれか一方の端部2Eと、それが対向するベースプレート１との間に挟み込まれ、フィラープレート６とダンパー材２の端部2Eとが接触する面のいずれか一方の面に凸部３が、他方の面に凸部３が嵌合する凹部４が形成され、各ダンパー材２の少なくともいずれか一方の端部2Eが凸部３と凹部４が互いに嵌合した状態でフィラープレート６に接合される。
【００６５】
フィラープレート６はダンパー材２の両端部2E，2Eに配置される場合と、図28に示すようにいずれか一方の端部2Eにのみ配置される場合がある。フィラープレート６はベースプレート１に、両者を貫通するボルト７により接合される。
【００６６】
凸部３と凹部４はダンパー材２とベースプレート１間に作用するせん断力に対してダンパー材２の端部2Eを滑りにくくするために形成されることから、ダンパー材２の端部2Eとフィラープレート６の両接触面に形成されればよく、凸部３と凹部４は主として図27−(a)に示すようにダンパー材２の端部2Eをベースプレート１に接合するボルト５の周囲や近傍に形成される。但し、フィラープレート６がベースプレート１にボルト７で接合されることによるフィラープレート６の滑りを抑制するために、ベースプレート１とフィラープレート６間に凸部３と凹部４を形成することもある。
【００６７】
図27に示すように凸部３と凹部４をダンパー材２とフィラープレート６にのみ形成し、フィラープレート６とベースプレート１を凸部３と凹部４の嵌合を併用せず、両者を貫通するボルト７のみによって接合する場合にはフィラープレート６を予めダンパー材２にボルト５により接合しておくことにより、フィラープレート６とベースプレート１との接合を従来通り、ボルト７による接合のみによって行える簡便さがある。
【００６８】
また、ボルト７による接合時には、ボルト孔7aとのがたがあるので、凸部３と凹部４を形成した場合のように、凸部３と凹部４の形成上の位置寸法誤差を吸収するための位置調整をする必要がなく、被震後、機能を果たしたダンパー材２に交換の必要が生じたときにも、ダンパー材２をフィラープレート６と共に交換すればよいため、交換時にも凸部３と凹部４の位置寸法誤差をフィラープレート６のボルト孔7aのがたにより吸収できる利点がある。
【００６９】
前記のようにダンパー材２のいずれか一方の端部2Eにのみフィラープレート６を配置してもよく、図28はそのような場合を示す。ここでは上部躯体Ｂに固定される上部のベースプレート１とダンパー材２の上側の端部2Eとの間にフィラープレート６を挟み込み、フィラープレート６とダンパー材２に形成された凸部３と凹部４を嵌合させた状態で、ダンパー材２とフィラープレート６を貫通するボルト５により両者を接合し、フィラープレート６と上部のベースプレート１とをボルト７により接合している。下部躯体Ｃに固定される下部のベースプレート１とダンパー材２の下側の端部2Eとは、ボルト５のみにより接合している。
【００７０】
この場合、フィラープレート６が介在するダンパー材２の端部2Eとベースプレート１との接合は、ボルト孔7aとのがたを有するボルト７による接合のみによって行えるため、予めベースプレート１が上部躯体Ｂや下部躯体Ｃに固定されている場合の、ベースプレート１へのダンパー材２の取付作業が単純化される。
【００７１】
図29〜図38に請求項１、もしくは請求項２の免震ダンパーＡにおける複数本のダンパー材２をベースプレート１，１に取り付けた請求項５に記載の発明の具体例を示す。図29〜図38はダンパー材２の配置を説明するための図であることから、ここでは簡単のため、ダンパー材２を一様幅で表示している。
【００７２】
図29は４本のダンパー材２を平面上、十字形に配置し、各端部2Eを２本のボルト５，５で上下のベースプレート１，１に固定した場合を示す。図29−(a)、(b)はダンパー材２の軸を正方形状のベースプレート１の辺に平行に配置した場合、(c)はダンパー材２の軸をベースプレート１の対角線方向に向けて配置した場合を示す。
【００７３】
ダンパー材２は水平変形を受けると、ある程度の鉛直方向の反り上がりがあるため、図30−(a)に示すようにダンパー材２の軸と、破線で示す上部躯体Ｂの梁の軸が一致するような形で配置した場合には、図30−(a)のｘ−ｘ線断面図である図30−(b)に示すようにダンパー材２が上部躯体Ｂの梁と干渉しないようにするための隙間h1を確保する必要がある。このため、免震ピットの高さh0が隙間h1だけ高くなり、それだけコスト高となる。
【００７４】
そこで、ダンパー材２を図31−(a)に示すように、ベースプレート１の辺とダンパー材２の軸とのなす角度が例えば45度となるように配置することで、ダンパー材２に鉛直方向の反り上がりがあってもダンパー材２が上部躯体Ｂの梁に干渉することがなくなり、図31−(a)のｙ−ｙ線断面図である図31−(b)に示すように図30−(b)における隙間h1を確保する必要がなくなる利点がある。図29−(c)はこのような配置に適したベースプレート１とダンパー材２の組み合わせ例である。
【００７５】
同様の考え方によりダンパー材２が４本以外の場合にもダンパー材２の軸と上部躯体Ｂの梁の軸が平行とならない配置にすることは有効である。下部躯体Ｃの隙間h2は免震ピットに水が溜まった場合に、免震ダンパーＡを水から保護する等のためにもともと必要な空間である。
【００７６】
ベースプレート１は上部躯体Ｂと下部躯体Ｃに直接固定される場合もあるが、図29では、上部躯体Ｂと下部躯体Ｃに予め固定された定着板８，８にベースプレート１，１をボルト９等により固定している。定着板８、または上部躯体Ｂと下部躯体Ｃに直接固定される場合のベースプレート１は、上部躯体Ｂと下部躯体Ｃに対しては例えば図40−(a)に示すようにスタッドボルト等を定着させることにより固定される。
【００７７】
図32は４本のダンパー材２を平面上、ベースプレート１の中心に関して点対称に配置した場合、図33は６本のダンパー材２を放射状に配置した場合、図34は８本のダンパー材２を２本一組にし、十字形に配置した場合を示す。
【００７８】
図35〜図38は請求項１乃至請求項５の免震ダンパーＡにおけるベースプレート１，１を積層ゴム支承等のアイソレータ10の上下に配置し、複数本のダンパー材２をアイソレータ10の周囲に配置した請求項６に記載の発明の具体例を示す。
【００７９】
図35、図36はベースプレート１，１をアイソレータ10の上下のフランジとして兼用した場合を示す。図35、図36ではベースプレート１に凸部３や凹部４を形成せずに済むよう、ダンパー材２の両端部2E，2Eとベースプレート１，１との間にフィラープレート６を挟んでいるが、ここでもフィラープレート６はダンパー材２の一方の端部2Eにのみ使用される場合と、全く使用されない場合もある。また、ここでは上部躯体Ｂと下部躯体Ｃに固定された定着板８，８にベースプレート１，１をボルト９により固定しているが、ベースプレート１，１は上部躯体Ｂと下部躯体Ｃに直接固定される場合もある。
【００８０】
また、フィラープレート６は用いるが、凸部３、凹部４を全く形成しない方式も隙間調整として有用である（図37、図38も同様）。
【００８１】
図35は正方形状のベースプレート１の各隅角部にダンパー材２を配置した場合、図36はアイソレータ10の周辺に機器が混在するような場合を想定し、１方向に長い多角形状をしたベースプレート１の長軸方向の両側にそれぞれ２本のダンパー材２，２を直交させて配置した場合である。
【００８２】
図35、図36のようにベースプレート１をアイソレータ10のフランジとして兼用し、アイソレータ10の周囲にダンパー材２を配置した場合には、アイソレータ10のフランジを省略できる上、上部躯体Ｂと下部躯体Ｃ間にアイソレータ10と免震ダンパーＡを独立して設置する場合に比べ、設置空間を占有せずに済む利点がある。
【００８３】
図37、図38はベースプレート１，１を、アイソレータ10を上部躯体Ｂと下部躯体Ｃに固定するための定着板８，８として兼用し、ダンパー材２の両端部2E，2Eとベースプレート１，１との間にフィラープレート６を挟んでベースプレート１，１をボルト７により定着板８，８に固定した場合を示す。
【００８４】
この場合、アイソレータ10は上下のフランジ11，11は定着板８，８としてのベースプレート１，１に固定されることになり、フランジ11，11付きのアイソレータ10の製作と、ダンパー材２の製作を分離して行える利点がある。
【００８５】
図37はダンパー材２をベースプレート１から外側へ張り出して配置した場合、図38は免震ダンパーＡがコンパクトになるように、ダンパー材２をベースプレート１の内側に配置した場合である。
【００８６】
また図39は、端部2Eと同幅のフィラープレート６を用いる場合で、ダンパー材２及びフィラープレート６を、ボルト５，５にて直接ベースプレート１に接合する方法を示しており、アイソレータ10とダンパー材２を一体化させた時に、上下のベースプレート１，１の内法寸法とダンパー材２の高さとのギャップを埋める最も簡易な方法である。なお、この場合、必ずしも凸部３、凹部４の形成は要件ではない。
【００８７】
【発明の効果】
請求項１、請求項２に記載の発明によれば、湾曲状ダンパー材に湾曲面内に水平変形を与えたとき、中間部の幅寸法を単純に一定とした場合において顕著に見られた鉛直方向への反り変形を大幅に減らすことができ、その結果、以下の効果を得ることができる。
【００８８】
反り変形が減ることで、ダンパー材の特定部分への歪み集中が緩和されるため、疲労特性が向上し、繰り返し変形を受けたときに破断するまでのサイクル数が増大し、ダンパー性能が向上する。
【００８９】
鉛直方向の反り変形が減少することで、ダンパー材の上下空間に配置される配管等の設備や建物躯体との干渉が抑制され、また上部空間が少なくて済むので、コスト低減等、実用面で有利である。
【００９０】
与えられる変形の方向による降伏荷重や履歴特性の差が、中間部の幅寸法を単純に一定とした場合のダンパー材に比べ、格段に少なくなり、実用上、免震ダンパーとしての方向性を考慮する必要がないため、設計上の煩雑さがなくなる。
【００９１】
請求項３に記載の発明によれば、ダンパー材の両端部とベースプレートとの接触面に凹部と凸部を形成し、嵌合させてボルトを締め付けることにより、ダンパー材が変形を受けたときに、ダンパー材両端部とベースプレートとの接触面における滑り現象が発生しにくくなるため、滑りに伴う一時的な荷重低下を防ぐことができ、免震ダンパーとしての履歴特性が良好になる。
【００９２】
請求項４ではダンパー材の端部とベースプレートとの間にフィラープレートを介在させ、ダンパー材端部のフィラープレート側の面と、フィラープレートのダンパー材側の面に凸部と凹部を形成するため、ベースプレートに凸部と凹部を形成する必要がなく、ダンパー材、もしくはフィラープレートとベースプレートとの接合をボルトのみによって行えばよく、凸部と凹部を嵌合させながらボルト接合する場合に、位置寸法の製作及び組み立て誤差を吸収し易くなる。またダンパー材の取り替え時に、上部躯体側と下部躯体側のボルト孔が平面的に大きくずれていた場合には、フィラープレートの孔位置の調整のみで対処し得る。
【００９３】
請求項５では複数本のダンパー材を平面上、放射状に、または点対称、もしくは線対称となるように均等に配置することで、免震ダンパーとしての水平力に対する降伏荷重と履歴特性の方向性を平均化することができ、免震ダンパーとしての機能上の方向性が更に少なくなるため、免震建物を設計する場合の方向性を気にする必要がない。
【００９４】
請求項６ではベースプレートをアイソレータの上下に、アイソレータのフランジを兼ねる形で配置した場合、複数本のダンパー材をアイソレータの周囲に配置するため、フランジが省略される結果、フランジ分の鋼材が節減され、製作コストの削減が図られる。
【００９５】
また免震ダンパーがアイソレータに組み合わせられることで、免震ダンパーとアイソレータを独立して設置する場合に比べ、設置空間を必要としないため、上部躯体と下部躯体の間の空間の自由度が増す。更に設置箇所数が減るので、施工費の抑制につながる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項２に記載の発明であるダンパー材の形状説明のために示した、湾曲前の展開状態の平面図である。
【図２】 (a)は請求項２に記載の発明（タイプ５）の湾曲したダンパー材を示した立面図、(b)は(a)の平面図である。
【図３】 (a)は本発明のダンパー材と対比される、中間部の幅寸法を一定にした従来のタイプ１のダンパー材を示した立面図、(b)は(a)の平面図である。
【図４】 (a)は請求項２に記載の発明のダンパー材と対比される、ダンパー材解析モデルであるタイプ２のダンパー材を示した立面図、(b)は(a)の平面図である。
【図５】 (a)は請求項２に記載の発明のダンパー材と対比される、ダンパー材解析モデルであるタイプ３のダンパー材を示した立面図、(b)は(a)の平面図である。
【図６】 (a)は請求項２に記載の発明のダンパー材と対比される、ダンパー材解析モデルであるタイプ４のダンパー材を示した立面図、(b)は(a)の平面図である。
【図７】タイプ１のダンパー材の湾曲面内に85mmの水平変形を与えたときの変形状況を示した斜視図である。
【図８】タイプ１のダンパー材の湾曲面内に120mmの水平変形を与えたときの変形状況を示した斜視図である。
【図９】タイプ１のダンパー材の湾曲面内に水平変形を与えたときの変形後の状況を示した立面図である。
【図１０】タイプ５のダンパー材の湾曲面内に120mmの水平変形を与えたときの変形状況を示した斜視図である。
【図１１】ダンパー材解析モデルのタイプ１〜タイプ５の湾曲面内の水平変位と鉛直方向の変位（ダンパー材高さに対する鉛直方向の変位の比）の関係の解析結果を示したグラフである。
【図１２】ダンパー材解析モデルのタイプ１とタイプ５の、累積塑性歪みの集中程度（最大値／平均値）の載荷方向別の関係の解析結果を示したグラフである。
【図１３】ダンパー材解析モデルのタイプ１とタイプ５の、荷重と水平変位（０度方向）の関係の解析結果を示したグラフである。
【図１４】ダンパー材解析モデルのタイプ１とタイプ５の、荷重と水平変位（45度方向）の関係の解析結果を示したグラフである。
【図１５】ダンパー材解析モデルのタイプ１とタイプ５の、荷重と水平変位（90度方向）の関係の解析結果を示したグラフである。
【図１６】ダンパー材解析モデルのタイプ５に０度方向に変位漸増繰り返し載荷したときの水平変位と荷重の関係を示したグラフである。
【図１７】ダンパー材解析モデルのタイプ５に45度方向に変位漸増繰り返し載荷したときの水平変位と荷重の関係を示したグラフである。
【図１８】ダンパー材解析モデルのタイプ５に90度方向に変位漸増繰り返し載荷したときの水平変位と荷重の関係を示したグラフである。
【図１９】 (a)はダンパー材とベースプレートの接合に凹部と凸部の嵌合を併用した部分モデルに曲げモーメントを加えるときの様子を示した平面図、(b)は(a)の縦断面図である。
【図２０】図19に示すモデルと嵌合を併用しないモデルの荷重と変位の関係を示したグラフである。
【図２１】請求項３に記載の免震ダンパーのダンパー材とベースプレートの接合状態を示した縦断面図である。
【図２２】 (a)は図21に示すダンパー材の接触面を示した平面図、(b)はベースプレートの接触面を示した平面図である。
【図２３】図21の接合前の状態を示した縦断面図である。
【図２４】 (a)は図21に示すダンパー材の接触面の別パターンを示した平面図、(b)はベースプレートの接触面を示した平面図である。
【図２５】 (a)は免震ダンパーにおける他のダンパー材の接触面を示した平面図、(b)はベースプレートの接触面を示した平面図、(c)はダンパー材とベースプレートの接合状態を示した縦断面図である。
【図２６】 (a)は免震ダンパーにおける他のダンパー材の接触面を示した平面図、(b)はベースプレートの接触面を示した平面図である。
【図２７】 (a)は請求項４に記載の免震ダンパーにおけるダンパー材とフィラープレート及びベースプレートの接合状態を示した縦断面図、(b)は平面図である。
【図２８】 (a)は免震ダンパーのダンパー材とベースプレートの接合状態を示した立面図、(b)は平面図である。
【図２９】 (a)は請求項１、もしくは請求項２に記載の免震ダンパーにおけるダンパー材の配置例を示した立面図、(b)は(a)の横断面図、(c)はダンパー材の他の配置例を示した横断面図である。
【図３０】 (a)はダンパー材の軸と上部躯体の梁の軸を一致させて（平行にして）ダンパー材を配置した様子を示した平面図、(b)は(a)のｘ−ｘ線断面図である。
【図３１】 (a)はダンパー材の軸と上部躯体の梁の軸とのなす角度が45度となるようにダンパー材を配置した様子を示した平面図、(b)は(a)のｙ−ｙ線断面図である。
【図３２】４本のダンパー材をベースプレートの中心に関して点対称に配置した場合を示した横断面図である。
【図３３】６本のダンパー材を放射状に配置した場合を示した横断面図である。
【図３４】８本のダンパー材を２本単位で十字形に配置した場合を示した横断面図である。
【図３５】請求項１、もしくは請求項２に記載の免震ダンパーをアイソレータと組み合わせて設置した状態を示した立面図、(b)は(a)の横断面図である。
【図３６】請求項１、もしくは請求項２に記載の免震ダンパーをアイソレータと組み合わせた場合の、ダンパー材の他の配置例を示した横断面図である。
【図３７】 (a)は請求項１、もしくは請求項２に記載の免震ダンパーとアイソレータの他の組み合わせ例を示した立面図、(b)は(a)の横断面図である。
【図３８】請求項１、もしくは請求項２に記載の免震ダンパーにおけるダンパー材の他の配置例を示した横断面図である。
【図３９】図35〜図38とは別のダンパー材接合方式の説明図であり、(a)は請求項６に記載の免震ダンパーにおけるベースプレートとフィラープレート及びダンパー材の接合状態を示した縦断面図、(b)は平面図である。
【図４０】 (a)は鋼材の端部をプレートにボルト接合した従来の免震ダンパーを示した立面図、(b)は(a)の横断面図である。
【図４１】 (a)は他の従来の免震ダンパーを示した立面図、(b)は(a)の横断面図である。
【符号の説明】
Ａ……免震ダンパー、１……ベースプレート、1a……ボルト孔、２……ダンパー材、2a……ボルト孔、2E……端部、2D……中間部、2A……端部寄り部分、2B……中央部、2C……中央部寄り部分、３……凹部、４……凸部、５……ボルト、６……フィラープレート、７……ボルト、８……定着板、９……ボルト、10……アイソレータ、11……フランジ、Ｂ……上部躯体、Ｃ……下部躯体。
Claims (6)
- 免震建物の免震層を挟んで上下に区分される上部躯体と下部躯体のそれぞれに直接、もしくは間接的に固定されるベースプレートと、両ベースプレート間に架設され、両端部において直接、もしくは間接的に両ベースプレートにボルトにより接合される、弾塑性特性を有する金属材料製のＵ字形に湾曲した複数本のダンパー材から構成され、各ダンパー材はボルト孔の明いた両側の端部2E，2Eと、この両側の端部2E，2Eの幅寸法より幅寸法の小さい中間部2Dの３部分からなり、中間部2Dは湾曲前の展開状態において中央に位置する一様幅の中央部2Bと、前記端部2E寄りに位置する一様幅の端部寄り部分2Aと、中央部2Bと端部寄り部分2Aの中間にあって、湾曲状態でＵ字形の湾曲部分と直線部分との境界近傍に位置し、中央部2Bの幅寸法と端部寄り部分2Aの幅寸法未満の幅寸法で、且つ一様幅の中央部寄り部分2Cとに区分されており、中央部2Bと中央部寄り部分2Cの間の幅、及び中央部寄り部分2Cと端部寄り部分2Aの間の幅、並びに端部寄り部分2Aと端部2Eの間の幅は連続的に変化していることを特徴とする免震ダンパー。
- 端部寄り部分2Aの幅寸法は中央部2Bの幅寸法と等しい請求項１記載の免震ダンパー。
- 各ダンパー材の両側の端部と、それが対向する各ベースプレートとが接触する面のいずれか一方の面に凸部が、他方の面に前記凸部が嵌合する凹部が形成され、各ダンパー材は前記凸部と凹部が互いに嵌合した状態でベースプレートにボルトにより接合されている請求項１、もしくは請求項２記載の免震ダンパー。
- 各ダンパー材の少なくともいずれか一方の端部と、それが対向する各ベースプレートとの間にフィラープレートが挟み込まれ、フィラープレートとダンパー材の端部とが接触する面のいずれか一方の面に凸部が、他方の面に前記凸部が嵌合する凹部が形成されており、各ダンパー材は前記凸部と凹部が互いに嵌合した状態でフィラープレートに接合され、そのフィラープレートはボルトによりベースプレートに接合されている請求項１、もしくは請求項２記載の免震ダンパー。
- 複数本のダンパー材は平面上、放射状に、または点対称、もしくは線対称に配置されている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の免震ダンパー。
- ベースプレートはアイソレータの上下に配置され、複数本のダンパー材がアイソレータの周囲に配置され、アイソレータに一体的に取り付けられている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の免震ダンパー。
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