JP7446945B2 - Friction damper mechanism - Google Patents
Friction damper mechanism Download PDFInfo
- Publication number
- JP7446945B2 JP7446945B2 JP2020139813A JP2020139813A JP7446945B2 JP 7446945 B2 JP7446945 B2 JP 7446945B2 JP 2020139813 A JP2020139813 A JP 2020139813A JP 2020139813 A JP2020139813 A JP 2020139813A JP 7446945 B2 JP7446945 B2 JP 7446945B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plate
- inclined surface
- friction
- connecting plate
- friction damper
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
- Vibration Dampers (AREA)
Description
本発明は、摩擦ダンパー機構に関するものである。 The present invention relates to a friction damper mechanism.
一般に、摩擦ダンパーは、免制振構造物の層間に設置することで地震時の層間変位を抑制する装置である(下記の特許文献1参照)。摩擦ダンパーは、免震構造物の場合には免震層に、制振構造物の場合には制振装置を設置する層に設置される。
Generally, a friction damper is a device that is installed between the layers of a vibration-isolating and damping structure to suppress inter-layer displacement during an earthquake (see
図19に示すように、摩擦ダンパーの概略原理は、外筒101より内筒102に締付力を加え、外筒101と内筒102との間の相対変位と接触面の摩擦力とによる履歴吸収エネルギーで地震エネルギーを吸収するものである。
As shown in FIG. 19, the general principle of the friction damper is that a tightening force is applied to the
図20に示すように、摩擦ダンパーの復元力特性は、ダンパーの軸変位の増減に関係なく摩擦力が一定の矩形となる。 As shown in FIG. 20, the restoring force characteristic of the friction damper has a rectangular shape in which the frictional force is constant regardless of increases or decreases in the axial displacement of the damper.
しかし、従来の摩擦ダンパーでは、摩擦力が一定であるため、地震によってダンパーに加わる軸力が摩擦力を超えなければダンパーに変位が生じない。このため、大地震に対応するため摩擦力を大きくすると、より多く発生する中小地震ではダンパーに生じる軸力が摩擦力を超えず変位が生じないため履歴吸収エネルギーがなくなり、摩擦ダンパーとしての機能を果たせない。一方、中小地震に効果があるように摩擦力を小さくすると、大地震時に履歴吸収エネルギーが小さくなり応答低減効果がわずかなものとなってしまうという問題点がある。 However, in conventional friction dampers, since the frictional force is constant, the damper will not be displaced unless the axial force applied to the damper due to an earthquake exceeds the frictional force. For this reason, if we increase the frictional force in response to large earthquakes, the axial force generated on the damper will not exceed the frictional force and no displacement will occur during small and medium-sized earthquakes, which occur more often, so there will be no hysteresis absorbed energy, and the function as a friction damper will no longer function. I can't accomplish it. On the other hand, if the frictional force is reduced so as to be effective against small and medium-sized earthquakes, there is a problem in that the hysteresis absorbed energy becomes small in the event of a large earthquake, resulting in a small response reduction effect.
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ダンパーの軸変位が小さい中小地震時には小さな摩擦力が生じ、ダンパーの軸変位が大きい大地震時には大きな摩擦力を生じさせる摩擦ダンパー機構を提供する。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a friction damper mechanism that generates a small frictional force during a small to medium earthquake where the axial displacement of the damper is small, and generates a large frictional force during a large earthquake where the axial displacement of the damper is large. I will provide a.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る摩擦ダンパー機構は、上部構造体と下部構造体との間に、互いに並列に配置された第一摩擦ダンパー装置と、第二摩擦ダンパー装置と、を備え、前記第一摩擦ダンパー装置は、前記上部構造体に接続された第一上部接続板材と、前記第一上部接続板材と同軸上に軸方向に離間して配置され、前記下部構造体に接続され、前記第一上部接続板材に近接するにしたがって次第に上下方向の厚さが厚くなるように形成された第一下部接続板材と、前記第一上部接続板材の上側に配置された第一上側板材と、前記第一下部接続板材の下側に配置された第一下側板材と、前記第一下部接続板材と前記第一上側板材及び前記第一下側板材との間に配置された第一摩擦板材と、前記第一上側板材と前記第一下側板材との間隔を所定寸法以下にならないよう保持して、前記第一上側板材及び前記第一下側板材で前記第一下部接続板材に支圧を与える第一支圧部と、前記第一上部接続板材、前記第一上側板材及び前記第一下側板材の軸方向の移動を拘束する第一移動拘束部と、を有し、前記第二摩擦ダンパー装置は、前記下部構造体に接続された第二下部接続板材と、前記第二下部接続板材と同軸上に軸方向に離間して配置され、前記上部構造体に接続され、前記第二下部接続板材から離間するにしたがって次第に上下方向の厚さが厚くなるように形成された第二上部接続板材と、前記第二上部接続板材の上側に配置された第二上側板材と、前記第二下部接続板材の下側に配置された第二下側板材と、前記第二上部接続板材と前記第二上側板材及び前記第二下側板材との間に配置された第二摩擦板材と、前記第二上側板材と前記第二下側板材との間隔を所定寸法以下にならないよう保持して、前記第二上側板材及び前記第二下側板材で前記第二上部接続板材に支圧を与える第二支圧部と、前記第二下部接続板材、前記第二上側板材及び前記第二下側板材の軸方向の移動を拘束する第二移動拘束部と、を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means.
That is, the friction damper mechanism according to the present invention includes a first friction damper device and a second friction damper device that are arranged in parallel with each other between an upper structure and a lower structure, and the first friction The damper device includes a first upper connecting plate connected to the upper structure, and a damper device arranged coaxially and spaced apart from the first upper connecting plate in the axial direction, connected to the lower structure, and connected to the first upper connecting plate. a first lower connecting plate material formed so that the thickness in the vertical direction gradually increases as it approaches the connecting plate material; a first upper side plate material disposed above the first upper connecting plate material; a first lower plate disposed below the lower connecting plate; a first friction plate disposed between the first lower connecting plate and the first upper plate and the first lower plate; , maintaining the distance between the first upper plate and the first lower plate so that it does not become less than a predetermined dimension, and applying bearing pressure to the first lower connecting plate with the first upper plate and the first lower plate. and a first movement restraint part that restrains the movement of the first upper connecting plate, the first upper plate, and the first lower plate in the axial direction, and the second The friction damper device includes a second lower connecting plate connected to the lower structure, and a friction damper device arranged coaxially and spaced apart from the second lower connecting plate in the axial direction, connected to the upper structure, and connected to the second lower connecting plate. a second upper connecting plate material formed so that the thickness in the vertical direction gradually increases as the distance from the lower connecting plate material increases, a second upper side plate material disposed above the second upper connecting plate material, and the second upper connecting plate material; a second lower plate disposed below the lower connecting plate; a second friction plate disposed between the second upper connecting plate and the second upper plate and the second lower plate; A second upper connecting plate that applies bearing pressure to the second upper connecting plate by the second upper plate and the second lower plate while maintaining the distance between the second upper plate and the second lower plate so that it does not become less than a predetermined dimension. It is characterized by having two support pressure parts and a second movement restraint part that restrains the movement of the second lower connecting plate, the second upper plate, and the second lower plate in the axial direction.
このように構成された摩擦ダンパー機構では、第一摩擦ダンパー装置に、引張力が作用すると第一上側摩擦板材及び第一下側摩擦板材に作用する摩擦力が増加し、圧縮力が作用すると第一上側摩擦板材及び第一下側摩擦板材に作用する摩擦力はほぼなくなる。第二摩擦ダンパー装置に、圧縮力が作用すると第二上側摩擦板材及び第二下側摩擦板材に作用する摩擦力が増加し、引張力が作用すると第二上側摩擦板材及び第二下側摩擦板材に作用する摩擦力はほぼなくなる。よって、このような第一摩擦ダンパー装置と第二摩擦ダンパー装置とが並列に配置されているため、荷重と変位との関係は両者を重ね合わせたものとなり、ダンパーの軸変位が小さい中小地震時には小さな摩擦力が生じ、ダンパーの軸変位が大きい大地震時には大きな摩擦力を生じさせることができる。 In the friction damper mechanism configured in this way, when a tensile force acts on the first friction damper device, the friction force acting on the first upper friction plate material and the first lower friction plate material increases, and when a compressive force acts on the first friction damper device, the friction force acts on the first upper friction plate material and the first lower friction plate material. The friction force acting on the first upper friction plate material and the first lower friction plate material is almost eliminated. When a compressive force acts on the second friction damper device, the friction force acting on the second upper friction plate material and the second lower friction plate material increases, and when a tensile force acts on the second friction damper device, the second upper friction plate material and the second lower friction plate material increase. The frictional force acting on the surface almost disappears. Therefore, since the first friction damper device and the second friction damper device are arranged in parallel, the relationship between load and displacement is a superposition of both, and in the case of a small to medium earthquake where the axial displacement of the damper is small. A small frictional force is generated, and a large frictional force can be generated during a large earthquake when the damper's axial displacement is large.
また、本発明に係る摩擦ダンパー機構は、上部構造体と下部構造体との間に設置される摩擦ダンパー機構であって、前記上部構造体及び前記下部構造体の一方に接続されたピストンロッドと、前記上部構造体及び前記下部構造体の他方に接続された筐体部と、該筐体部の内部に配置された上側部材と、前記筐体部の内部に前記上側部材の下方に配置された下側部材と、前記ピストンロッドに設けられ、前記上側部材と前記下側部材との間に介装され、前記上側部材及び前記下側部材に対して水平一方向に摺動可能とされたた摺動子と、前記上側部材を前記摺動子側に付勢する上側付勢部と、前記下側部材を前記摺動子側に付勢する下側付勢部と、を備え、前記摺動子と前記上側部材との摺動面には、いずれも前記水平一方向に沿いかつ水平面に対して互いに逆方向に傾斜している第一上部傾斜面と第二上部傾斜面とが水平方向のうち前記水平一方向に直交する水平他方向に並設配置され、前記摺動子と前記下側部材との摺動面は、いずれも前記水平他方向に沿いかつ水平面に対して互いに逆方向に傾斜している第一下部傾斜面と第二下部傾斜面とが前記水平他方向に並設配置されていることを特徴とする。 Further, the friction damper mechanism according to the present invention is a friction damper mechanism installed between an upper structure and a lower structure, and includes a piston rod connected to one of the upper structure and the lower structure. , a housing section connected to the other of the upper structure and the lower structure; an upper member disposed inside the housing section; and an upper member disposed inside the housing section below the upper member. a lower member provided on the piston rod, interposed between the upper member and the lower member, and capable of sliding in one horizontal direction with respect to the upper member and the lower member. the slider, an upper biasing section that biases the upper member toward the slider, and a lower biasing section that biases the lower member toward the slider; The sliding surfaces of the slider and the upper member include a first upper inclined surface and a second upper inclined surface that are both along the horizontal direction and inclined in opposite directions with respect to the horizontal plane. The sliding surfaces of the slider and the lower member are both along the other horizontal direction and opposite to each other with respect to the horizontal plane. A first lower inclined surface and a second lower inclined surface which are inclined in the direction are arranged side by side in the other horizontal direction.
このように構成された摩擦ダンパー機構では、地震時に、引張力が作用した場合には、摺動子と上側部材との間で第一上部傾斜面及び第二上部傾斜面の一方で摺動が生じるとともに、摺動子と下側部材との間で第一下部傾斜面及び第二下部傾斜面の一方で摺動が生じる。地震時に、圧縮力が作用した場合には、摺動子と上側部材との間で第一上部傾斜面及び第二上部傾斜面の他方で摺動が生じるとともに、摺動子と下側部材との間で第一下部傾斜面及び第二下部傾斜面の他方で摺動が生じる。引張力及び圧縮力が生じたいずれの場合も、変位量が大きくなるにしたがって摩擦抵抗力も増加するため、ダンパーの軸変位が小さい中小地震時には小さな摩擦力が生じ、ダンパーの軸変位が大きい大地震時には大きな摩擦力を生じさせることができる。 In the friction damper mechanism configured in this way, when a tensile force is applied during an earthquake, sliding occurs between the slider and the upper member on one of the first upper inclined surface and the second upper inclined surface. At the same time, sliding occurs between the slider and the lower member on one of the first lower inclined surface and the second lower inclined surface. When compressive force is applied during an earthquake, sliding occurs between the slider and the upper member on the other of the first upper inclined surface and the second upper inclined surface, and the slider and the lower member Sliding occurs between the first lower inclined surface and the second lower inclined surface. In both cases of tensile force and compressive force, as the amount of displacement increases, the frictional resistance force also increases, so small frictional force is generated during small to medium earthquakes where the damper's axial displacement is small, and during large earthquakes where the damper's axial displacement is large. Sometimes large frictional forces can be generated.
本発明に係る摩擦ダンパー機構によれば、ダンパーの軸変位が小さい中小地震時には小さな摩擦力が生じ、ダンパーの軸変位が大きい大地震時には大きな摩擦力を生じさせることができる。 According to the friction damper mechanism according to the present invention, a small frictional force is generated during a small to medium earthquake where the axial displacement of the damper is small, and a large frictional force can be generated during a large earthquake where the axial displacement of the damper is large.
(第一実施形態)
本発明の一実施形態に係る摩擦ダンパー機構について、図面を用いて説明する。
図1は、本発明の第一実施形態に係る摩擦ダンパー機構を示す模式的な図である。
図1に示すように、本実施形態に係る摩擦ダンパー機構100は、免震上部構造体(上部構造体)A1と免震下部構造体(下部構造体)A2との間に設置されている。
(First embodiment)
A friction damper mechanism according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a friction damper mechanism according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a
免震上部構造体A1の下部には、上部固定部A11が設けられている。免震下部構造体A2の上部には、下部固定部A21,A22が設けられている。下部固定部A21と下部固定部A22とは、水平方向に離間して配置されている。下部固定部A21と下部固定部A22との間に、上部固定部A11が配置されている。 An upper fixing portion A11 is provided at the lower part of the seismic isolation upper structure A1. Lower fixing parts A21 and A22 are provided at the upper part of the seismic isolation lower structure A2. The lower fixing part A21 and the lower fixing part A22 are spaced apart from each other in the horizontal direction. The upper fixing part A11 is arranged between the lower fixing part A21 and the lower fixing part A22.
摩擦ダンパー機構100は、第一摩擦ダンパー装置1と、第二摩擦ダンパー装置2と、を備えている。第一摩擦ダンパー装置1は、上部固定部A11と下部固定部A21との間に配置されている。第二摩擦ダンパー装置2は、上部固定部A11と下部固定部A22との間に配置されている。第一摩擦ダンパー装置1と第二摩擦ダンパー装置2とは、直線上に配置され、免震上部構造体A1と免震下部構造体A2との間に並列配置となる。
The
第一摩擦ダンパー装置1、第二摩擦ダンパー装置2、上部固定部A11、下部固定部A21及び下部固定部A22は、軸線O1上に同軸上に配置されている。
The first
ここで、軸線O1方向(軸方向)のうち、下部固定部A21側を+O1側とし、下部固定部A22側を-O1側とする。 Here, in the axis O1 direction (axial direction), the lower fixing part A21 side is defined as the +O1 side, and the lower fixing part A22 side is defined as the -O1 side.
図2は、第一摩擦ダンパー装置1を示す図であり、(a)は(b)のX1-X1線断面図(鉛直断面図)であり、(b)は平面図であり、(c)は(b)のX2-X2線断面図(鉛直断面図)であり、(d)は第一摩擦ダンパー装置1の復元力を示す図である。
図2に示すように、第一摩擦ダンパー装置1は、第一上部接続板材11と、第一下部接続板材12と、第一上側板材13と、第一下側板材14と、第一上側摩擦板材(第一摩擦板材)15と、第一下側摩擦板材(第一摩擦板材)16と、第一支圧部17と、第一せん断ボルト(第一移動拘束部)18と、を有している。
FIG. 2 is a diagram showing the first
As shown in FIG. 2, the first
第一上部接続板材11は、上部固定部A11に接続されている。換言すると、第一上部接続板材11は、上部固定部A11を介して免震上部構造体A1に接続されている。
The first upper
第一上部接続板材11は、板状に形成されている。第一上部接続板材11の板厚方向は、上下方向を向いている。第一上部接続板材11の厚さは、軸線O1方向にわたって一定とされている。
The first upper
第一下部接続板材12は、板状に形成されている。第一下部接続板材12は、第一上部接続板材11と同一の軸線O1上に、第一上部接続板材11よりも+O1側に離間して配置されている。
The first lower
第一下部接続板材12の板厚方向は、上下方向を向いている。第一下部接続板材12の厚さは、軸線O1方向に沿って変化している。第一下部接続板材12の厚さは、第一上部接続板材11に近接するにしたがって次第に厚くなるように形成されている。換言すると、第一下部接続板材12の厚さは、+O1側から-O1側に向かうにしたがって次第に厚くなるように形成されている。
The thickness direction of the first lower
第一下部接続板材12の上面12uは、+O1側から-O1側に向かうにしたがって次第に上方に向かうように形成されている。第一下部接続板材12の下面12dは、+O1側から-O1側に向かうにしたがって次第に下方に向かうように形成されている。
The
第一上側板材13は、第一上部接続板材11及び第一下部接続板材12とわずかに間隔を有して上側に配置されている。
The first
第一上側板材13の板厚方向は、上下方向を向いている。第一上側板材13の厚さは、軸線O1方向に沿って変化している。第一上側板材13の厚さは、第一上部接続板材11側から第一下部接続板材12側に向かうにしたがって次第に厚くなるように形成されている。換言すると、第一上側板材13の厚さは、-O1側から+O1側に向かうにしたがって次第に厚なるように形成されている。
The thickness direction of the first
第一上側板材13の下面13dは、第一下部接続板材12の上面12uと略平行に形成されている。第一上側板材13の下面13dは、+O1側から-O1側に向かうにしたがって次第に上方に向かうように形成されている。
The
第一下側板材14は、第一上部接続板材11及び第一下部接続板材12とわずかに間隔を有して下側に配置されている。
The first
第一下側板材14の板厚方向は、上下方向を向いている。第一下側板材14の厚さは、軸線O1方向に沿って変化している。第一下側板材14の厚さは、第一上部接続板材11側から第一下部接続板材12側に向かうにしたがって次第に厚くなるように形成されている。換言すると、第一下側板材14の厚さは、-O1側から+O1側に向かうにしたがって次第に厚くなるように形成されている。
The thickness direction of the first
第一下側板材14の上面14uは、第一下部接続板材12の下面12dと略平行に形成されている。第一下側板材14の上面14uは、+O1側から-O1側に向かうにしたがって次第に下方に向かうように形成されている。第一下側板材14の上面14uと第一上側板材13の下面13dとの隙間は、-O1側から+O1側に向かうにしたがって次第に狭くなっている。
The
平面視で、第一上側板材13及び第一下側板材14は、第一下部接続板材12よりも幅広に形成されている(図2(b)参照)。換言すると、第一上側板材13及び第一下側板材14における軸線O1と直交する幅方向T1の長さは、第一下部接続板材12の幅方向T1の長さよりも長い。第一上側板材13及び第一下側板材14の幅方向T1の両端部は、第一下部接続板材12よりも張り出している。第一上側板材13及び第一下側板材14の張り出している部分を、それぞれ張り出し部13a,14aとする。
In plan view, the first
第一上側摩擦板材15は、第一上側板材13と第一下部接続板材12との間に配置されている。第一上側摩擦板材15は、板状に形成されている。第一上側摩擦板材15の板厚方向は、略上下方向を向いている。
The first
第一上側摩擦板材15は、第一上側板材13の下面13dに当接配置されている。第一上側摩擦板材15は、第一下部接続板材12の上面12uに当接配置されている。
The first
第一下側摩擦板材16は、第一下部接続板材12と第一下側板材14の間に配置されている。第一下側摩擦板材16は、板状に形成されている。第一下側摩擦板材16の板厚方向は、略上下方向を向いている。
The first
第一下側摩擦板材16は、第一下部接続板材12の下面12dに当接配置されている。第一下側摩擦板材16は、第一下側板材14の上面14uに当接配置されている。
The first
第一支圧部17は、カラン(鞘管)17aと、支圧ボルト17bと、ナット17cと、ワッシャー17dと、皿ばね17eと、座板17fと、を有している。第一支圧部17は、第一上側板材13と第一下側板材14とを皿ばね17eを介してボルト締結して、第一上側板材13と第一下側板材14との間隔を所定寸法以下にならないように保持して、第一上側板材13及び第一下側板材14で第一下部接続板材12に支圧を与えるものである。
The first
第一上側板材13の張り出し部13a及び第一下側板材14の張り出し部14aには、それぞれ上下方向に貫通する取付孔13h,14hが形成されている。第一上側板材13の取付孔13hから第一下側板材14の取付孔14hにわたって、カラン17aが配置されている。
カラン17aには、上方から支圧ボルト17bが挿通されている。支圧ボルト17bの下端部には、ナット17cが締結されている。第一上側板材13の上面及び第一下側板材14の下面に沿って、座板17fが設けられている。支圧ボルト17bの上部と座板17fとの間及びナット17cと座板17fとの間には、ワッシャー17dが取り付けられている。ワッシャー17dと座板17fとの間には、皿ばね17eが設けられている。カラン17aは両端の座板17fに当接し、座板17fは皿ばね17eで第一上側板材13及び第一下側板材14に押し付けられている。
A bearing bolt 17b is inserted into the
第一せん断ボルト18は、第一上側板材13、第一上部接続板材11及び第一下側板材14に挿通され、不図示のナットが締結されている。これによって、第一上側板材13、第一上部接続板材11及び第一下側板材14の軸線O1方向及び幅方向T1の移動が拘束される。
The
図2(d)に示すように、地震時に、第一摩擦ダンパー装置1に引張力が作用し、第一上部接続板材11と第一下部接続板材12との相対変位が大きくなる(離間する)と、第一下部接続板材12の厚みの厚い部分が第一下側板材14の上面14uと第一上側板材13の下面13dとの隙間の小さい部分に入っていこうとする。よって、第一上側板材13及び第一下側板材14と第一下部接続板材12との間、つまり第一上側摩擦板材15及び第一下側摩擦板材16に作用する摩擦力が増加する。
As shown in FIG. 2(d), at the time of an earthquake, a tensile force acts on the first
一方、第一摩擦ダンパー装置1に圧縮力が作用し、第一上部接続板材11と第一下部接続板材12との相対変位が小さくなる(近接する)と、カラン17aで第一上側板材13と第一下側板材14との離間距離が保持されているため、第一下部接続板材12の厚みの薄い部分が第一下側板材14の上面14uと第一上側板材13の下面13dとの隙間の大きい部分に入っていこうとする。よって、第一上側板材13及び第一下側板材14と第一下部接続板材12との間、つまり第一上側摩擦板材15及び第一下側摩擦板材16の摩擦面の面圧が0となり、第一上側摩擦板材15及び第一下側摩擦板材16に作用する摩擦力はほぼなくなる。
On the other hand, when a compressive force acts on the first
図3は、第二摩擦ダンパー装置2を示す図であり、(a)は(b)のX3-X3線断面図(鉛直断面図)であり、(b)は平面図であり、(c)は(b)のX4-X4線断面図(鉛直断面図)であり、(d)は第二摩擦ダンパー装置2の復元力を示す図である。
図3に示すように、第二摩擦ダンパー装置2は、第二上部接続板材21と、第二下部接続板材22と、第二上側板材23と、第二下側板材24と、第二上側摩擦板材(第二摩擦板材)25と、第二下側摩擦板材(第二摩擦板材)26と、第二支圧部27と、第二せん断ボルト(第二移動拘束部)28と、を有している。
FIG. 3 is a diagram showing the second
As shown in FIG. 3, the second
第二上部接続板材21は、上部固定部A11に接続されている。換言すると、第二上部接続板材21は、上部固定部A11を介して免震上部構造体A1に接続されている。
The second upper
第二上部接続板材21は、板状に形成されている。第二上部接続板材21の板厚方向は、上下方向を向いている。第二下部接続板材22の厚さは、軸線O1方向に沿って変化している。第二下部接続板材22の厚さは、第二下部接続板材22から離間するにしたがって次第に厚くなるように形成されている。換言すると、第二上部接続板材21の厚さは、-O1側から+O1側に向かうにしたがって次第に厚なるように形成されている。
The second upper
第二上部接続板材21の上面21uは、-O1側から+O1側に向かうにしたがって次第に上方に向かうように形成されている。第二上部接続板材21の下面21dは、-O1側から+O1側に向かうにしたがって次第に下方に向かうように形成されている。
The
第二下部接続板材22は、板状に形成されている。第二下部接続板材22は、第二上部接続板材21と同一の軸線O1上に、第二上部接続板材21よりも-O1側に離間して配置されている。第二下部接続板材22の板厚方向は、上下方向を向いている。第二上部接続板材21の厚さは、軸線O1方向にわたって一定とされている。
The second lower
第二上側板材23は、第二上部接続板材21及び第二下部接続板材22とわずかに間隔を有して上側に配置されている。
The second
第二上側板材23の板厚方向は、上下方向を向いている。第二上側板材23の厚さは、軸線O1方向に沿って変化している。第二上側板材23の厚さは、第二上部接続板材21側から第二下部接続板材22側に向かうにしたがって次第に厚くなるように形成されている。換言すると、第二上側板材23の厚さは、+O1側から-O1側に向かうにしたがって次第に厚くなるように形成されている。
The thickness direction of the second
第二上側板材23の下面23dは、第二上部接続板材21の上面21uと略平行に形成されている。第二上側板材23の下面23dは、-O1側から+O1側に向かうにしたがって次第に上方に向かうように形成されている。
The
第二下側板材24は、第二上部接続板材21及び第二下部接続板材22とわずかに間隔を有して下側に配置されている。
The second
第二下側板材24の板厚方向は、上下方向を向いている。第二下側板材24の厚さは、軸線O1方向に沿って変化している。第二下側板材24の厚さは、第二上部接続板材21側から第二下部接続板材22側に向かうにしたがって次第に厚くなるように形成されている。換言すると、第二下側板材24の厚さは、+O1側から-O1側に向かうにしたがって次第に厚くなるように形成されている。
The thickness direction of the second
第二下側板材24の上面24uは、第二上部接続板材21の下面21dと略平行に形成されている。第二下側板材24の上面24uは、-O1側から+O1側に向かうにしたがって次第に下方に向かうように形成されている。第二下側板材24の上面24uと第二上側板材23の下面23dとの隙間は、+O1側から-O1側に向かうにしたがって次第に狭くなっている。
The
平面視で、第二上側板材23及び第二下側板材24は、第二上部接続板材21よりも幅広に形成されている(図3(b)参照)。換言すると、第二上側板材23及び第二下側板材24における軸線O1と直交する幅方向T1の長さは、第二上部接続板材21の幅方向T1の長さよりも長い。第二上側板材23及び第二下側板材24の幅方向T1の両端部は、第二上部接続板材21よりも張り出している。第二上側板材23及び第二下側板材24の張り出している部分を、それぞれ張り出し部23a,24aとする。
In plan view, the second
第二上側摩擦板材25は、第二上側板材23と第二上部接続板材21との間に配置されている。第二上側摩擦板材25は、板状に形成されている。第二上側摩擦板材25の板厚方向は、略上下方向を向いている。
The second
第二上側摩擦板材25は、第二上側板材23の下面23dに当接配置されている。第二上側摩擦板材25は、第二上部接続板材21の上面21uに当接配置されている。
The second
第二下側摩擦板材26は、第二上部接続板材21と第二下側板材24の間に配置されている。第二下側摩擦板材26は、板状に形成されている。第二下側摩擦板材26の板厚方向は、略上下方向を向いている。
The second
第二下側摩擦板材26は、第二上部接続板材21の下面21dに当接配置されている。第二下側摩擦板材26は、第二下側板材24の上面24uに当接配置されている。
The second
第二支圧部27は、カラン(鞘管)27aと、支圧ボルト27bと、ナット27cと、ワッシャー27dと、皿ばね27eと、座板27fと、を有している。第二支圧部27は、第二上側板材23と第二下側板材24とを皿ばね27eを介してボルト締結して、第二上側板材23と第二下側板材24との間隔を所定寸法以下にならないように保持して、第二上側板材23及び第二下側板材24で第二上部接続板材21に支圧を与えるものである。
The second
第二上側板材23の張り出し部23a及び第二下側板材24の張り出し部24aには、それぞれ上下方向に貫通する取付孔23h,24hが形成されている。第二上側板材23の取付孔23hから第二下側板材24の取付孔24hにわたって、カラン27aが配置されている。
カラン27aには、上方から支圧ボルト27bが挿通されている。支圧ボルト27bの下端部には、ナット27cが締結されている。第二上側板材23の上面及び第二下側板材24の下面に沿って、座板27fが設けられている。支圧ボルト27bの上部と座板27fとの間及びナット27cと座板27fとの間には、ワッシャー27dが取り付けられている。ワッシャー27dと座板27fとの間には、皿ばね27eが設けられている。カラン27aは両端の座板27fに当接し、座板27fは皿ばね27eで第二上側板材23及び第二下側板材24に押し付けられている。
A bearing bolt 27b is inserted into the
第二せん断ボルト28は、第二上側板材23、第二下部接続板材22及び第二下側板材24に挿通され、不図示のナットが締結されている。これによって、第二上側板材23、第二下部接続板材22及び第二下側板材24の軸線O1方向の移動が拘束される。
The
図3(d)に示すように、地震時に、第二摩擦ダンパー装置2に圧縮力が作用し、第二上部接続板材21と第二下部接続板材22との相対変位が小さくなる(近接する)と、第二上部接続板材21の厚みの厚い部分が第二下側板材24の上面24uと第二上側板材23の下面23dとの隙間の小さい部分に入っていこうとする。よって、第二上側板材23及び第二下側板材24と第二下部接続板材22との間、つまり第二上側摩擦板材25及び第二下側摩擦板材26に作用する摩擦力が増加する。
As shown in FIG. 3(d), during an earthquake, compressive force acts on the second
一方、第二摩擦ダンパー装置2に引張力が作用し、第二上部接続板材21と第二下部接続板材22との相対変位が大きくなる(離間する)と、カラン27aで第二上側板材23と第二下側板材24との離間距離が保持されているため、第二上部接続板材21の厚みの薄い部分第二下側板材24の上面24uと第二上側板材23の下面23dとの隙間の大きい部分に入っていこうとする。よって、第二上側板材23及び第二下側板材24と第二下部接続板材22との間、つまり第二上側摩擦板材25及び第二下側摩擦板材26の摩擦面の面圧が0となり、第二上側摩擦板材25及び第二下側摩擦板材26に作用する摩擦力はほぼなくなる。
On the other hand, when a tensile force acts on the second
図4は、摩擦ダンパー機構100の履歴特性を示す図である。
図4に示すように、第一摩擦ダンパー装置1と第二摩擦ダンパー装置2とを備える摩擦ダンパー機構100では、第一摩擦ダンパー装置1及び第二摩擦ダンパー装置2の変位が増加すると摩擦力が増大する。第一摩擦ダンパー装置1及び第二摩擦ダンパー装置2の変位が小さい中小地震時には、小さな摩擦力が生じる。第一摩擦ダンパー装置1及び第二摩擦ダンパー装置2の変位が大きい大地震時には、大きな摩擦力を生じる。これによって、中小地震から大地震まで摩擦ダンパーの効果を発揮することができる。
FIG. 4 is a diagram showing the history characteristics of the
As shown in FIG. 4, in the
このように構成された摩擦ダンパー機構100では、第一摩擦ダンパー装置1に、地震時に、引張力が作用すると第一上側摩擦板材15及び第一下側摩擦板材16に作用する摩擦力が増加し、圧縮力が作用すると第一上側摩擦板材15及び第一下側摩擦板材16に作用する摩擦力はほぼなくなる。第二摩擦ダンパー装置2に、地震時に、圧縮力が作用すると第二上側摩擦板材25及び第二下側摩擦板材26に作用する摩擦力が増加し、引張力が作用すると第二上側摩擦板材25及び第二下側摩擦板材26に作用する摩擦力はほぼなくなる。よって、このような第一摩擦ダンパー装置1と第二摩擦ダンパー装置2とが並列に配置されているため、ダンパーの軸変位が小さい中小地震時には小さな摩擦力が生じ、ダンパーの軸変位が大きい大地震時には大きな摩擦力を生じさせることができる。
In the
また、摩擦ダンパー機構100を免震層に設置することで、変位が小さい中小地震時には摩擦抵抗力が小さいため免震建物の加速度増加を抑制でき、変位が大きい大地震時には摩擦抵抗力が増して免震層変位を抑制することができる。
In addition, by installing the
また、摩擦ダンパー機構100を制振構造物の層間に設置することで、中小地震時には摩擦抵抗力が小さいため制振建物の加速度増加を抑制でき、大地震時には摩擦抵抗力が大きいため少ない台数で層間変位を低減できる。
In addition, by installing the
また、摩擦ダンパー機構100は軸抵抗型のダンパーのため、滑り支承と異なり自重により摩擦抵抗力が変化しない。
Further, since the
また、摩擦ダンパー機構100を設置する向きを調整することが、水平方向に任意の方向に対応して摩擦抵抗力を任意に設定することができる。
Further, by adjusting the direction in which the
また、摩擦ダンパー機構100は、巨大地震が生じた際には、大きな抵抗力を発揮するためフェイルセーフとして機能することができる
In addition, the
(第二実施形態)
次に、本発明の第二実施形態に係る摩擦ダンパー機構について、主に図5~図9を用いて説明する。
以下の実機形態において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, a friction damper mechanism according to a second embodiment of the present invention will be explained using mainly FIGS. 5 to 9.
In the following actual machine embodiment, the same members as those used in the embodiment described above are given the same reference numerals, and the explanation thereof will be omitted.
図5は、本発明の第二実施形態に係る摩擦ダンパー機構を示す模式的な図である。
図5に示す摩擦ダンパー機構100Aは、一端部が上部固定部A11(図1参照。以下同じ)に接続され、他端部が下部固定部A21(図1参照。以下同じ)に接続されている。本実施形態では、下部固定部A22は設けられておらず、免震下部構造体A2に設けられた下部固定部はA21の1箇所に設けられている。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a friction damper mechanism according to a second embodiment of the present invention.
The
軸線O1方向のうち、下部固定部A21側を+O1側とし、上部固定部A11側を-O1側とする。また、軸線O1に沿う方向をX方向とし、水平方向のうちX方向と直交する方向をY方向とする。X方向のうち+O1側に対応する方向を+X側として、X方向のうち-O1側に対応する方向を-X側とする。 In the axis O1 direction, the lower fixed part A21 side is defined as the +O1 side, and the upper fixed part A11 side is defined as the -O1 side. Further, the direction along the axis O1 is defined as the X direction, and the horizontal direction perpendicular to the X direction is defined as the Y direction. The direction corresponding to the +O1 side in the X direction is defined as the +X side, and the direction corresponding to the -O1 side in the X direction is defined as the -X side.
図6は、摩擦ダンパー機構100Aの鉛直断面図であり、ピストンロッドに圧縮力及び引張力が作用せずに、摺動子が中立位置にある場合を示している。
図6に示すように、摩擦ダンパー機構100Aは、外筒(筐体部)3と、ハウジング4と、上部バネ(上側付勢部)46と、下部バネ(下側付勢部)47と、上沓(上側部材)5と、下沓(下側部材)6と、ピストンロッド7と、摺動子8と、を備えている。
FIG. 6 is a vertical sectional view of the
As shown in FIG. 6, the
図5に示すように、外筒3は、角筒状をなしている。角筒状をなす外筒3の軸線方向は、軸線O1と一致している。外筒3の-X側の端部には開口部31が形成されている。
As shown in FIG. 5, the
外筒3の+X側の端部には、取付部32が設けられている。取付部32には、鉛直方向に貫通する取付孔32hが形成されている。取付部32の取付孔32hに取り付けられた連結部材(不図示)を介して、外筒3は下部固定部A21に接続されている。換言すると、外筒3は、下部固定部A21を介して免震下部構造体(上部構造体及び下部構造体の他方)A2に接続されている。
A mounting
図6に示すように、外筒3の上面3uを形成する上板部33には、下方に突出する上部ストッパー33aが設けられている。上部ストッパー33aは、X方向に離間して2箇所に設けられている。
As shown in FIG. 6, the
外筒3の下面3dを形成する下板部34には、上方に突出する下部ストッパー34aが設けられている。下部ストッパー34aは、X方向に離間して2箇所に設けられている。下部ストッパー34aは、上部ストッパー33aの鉛直下方に配置されている。
The
ハウジング4は、外筒3の内部に配置されている。ハウジング4は、筒状をなしている。角筒状をなすハウジング4の軸線方向は、軸線O1と一致している。ハウジング4のX方向の両端部は開口している。
The
ハウジング4の上部に配置された上板部41は、外筒3の上板部33の下方に配置されている。ハウジング4の下部に配置された下板部42は、外筒3の下板部34の上方に配置されている。換言すると、ハウジング4と外筒3との間には、上部及び下部にそれぞれ隙間が形成されている。
The
ハウジング4の上板部41には、上方に突出する上部被係止部41aが設けられている。上部被係止部41aは、X方向に離間して2箇所に設けられている。
The
上部被係止部41aは、外筒3の上部ストッパー33aと当接可能とされている。2箇所の上部被係止部41aは、2箇所の上部ストッパー33aの内側に配置されている。これによって、ハウジング4は、外筒3の2箇所の上部ストッパー33aの間で移動が規制されている。
The upper locked
ハウジング4の下板部42には、下方に突出する下部被係止部42aが設けられている。下部被係止部42aは、軸線O1方向に離間して2箇所に設けられている。
The
下部被係止部42aは、外筒3の下部ストッパー34aと当接可能とされている。2箇所の下部被係止部42aは、2箇所の下部ストッパー34aの内側に配置されている。これによって、ハウジング4は、外筒3の2箇所の下部ストッパー34aの間で移動が規制されている。
The lower locked
上部バネ46は、外筒3の上板部33とハウジング4の上板部41との間に設けられている。上部バネ46は、上板部33と上板部41とを上下方向に離間する方向に付勢している。
The
下部バネ47は、外筒3の下板部34とハウジング4の下板部42との間に設けられている。下部バネ47は、下板部34と下板部42とを上下方向に離間する方向に付勢している。
The
上沓5は、ハウジング4の上板部41の下面41dに設けられている。下沓6は、ハウジング4の下板部42の上面42uに設けられている。下沓6は、上沓5の下方に配置されている。下沓6は、上沓5を上下反転させた構成である。
The
上沓5及び下沓6は、X方向に長い形状をなしている。ここで、上沓5及び下沓6の説明において、X方向(水平一方向)を長さ方向と称し、Y方向(水平他方向)を幅方向と称することがある。
The
図7は、上沓5を斜め下方から見た斜視図である。
図7に示すように、上沓5の下部には、第一帯状部材51a及び第二帯状部材51bが設けられている。
FIG. 7 is a perspective view of the
As shown in FIG. 7, the lower part of the
第一帯状部材51aは、上沓5の幅方向(Y方向)の中央に配置されている。第一帯状部材51aは、X方向の+X側に配置されている。
The
第二帯状部材51bは、第一帯状部材51aの幅方向(Y方向)の両側に配置されている。第二帯状部材51bは、X方向の-X側に配置されている。
The
第一帯状部材51aと第二帯状部材51bとの間には、上部ガイド溝53としての僅かな隙間が形成されている。
A slight gap serving as an
上沓5の下面には、上部傾斜面52が形成されている。上部傾斜面52は、Y方向から見て逆V字状をなしている。上部傾斜面52は、後述する摺動子8と摺動する摺動面とされている。
An upper
上部傾斜面52は、第一上部傾斜面52aと、第二上部傾斜面52bと、を有している。
The upper
第一上部傾斜面52aは、第一帯状部材51aの下面に形成されている。第一上部傾斜面52aは、水平面に対して傾斜している。第一上部傾斜面52aは、+X側に向かうにしたがって次第に下方に向かうように傾斜している。
The first upper
第二上部傾斜面52bは、第二帯状部材51bの下面に形成されている。第二上部傾斜面52bは、水平面に対して傾斜している。第二上部傾斜面52bは、-X側に向かうにしたがって次第に下方に向かうように傾斜している。
The second upper
第一上部傾斜面52aの水平面に対する傾斜方向と第二上部傾斜面52bの水平面に対する傾斜方向とは、逆方向とされている。本実施形態では、第一上部傾斜面52aの水平面に対する傾斜角度と第二上部傾斜面52bの水平面に対する傾斜角度とは、略同一とされている。
The direction of inclination of the first upper
図8は、下沓6及び摺動子8を斜め上方から見た斜視図であり、説明のため下沓6と摺動子8とを離している。
図8に示すように、下沓6の上部には、第一帯状部材61a及び第二帯状部材61bが設けられている。
FIG. 8 is a perspective view of the
As shown in FIG. 8, the upper part of the
第一帯状部材61aは、下沓6の幅方向(Y方向)の中央に配置されている。第一帯状部材61aは、X方向の+X側に配置されている。
The
第二帯状部材61bは、第一帯状部材61aの幅方向(Y方向)の両側に配置されている。第二帯状部材61bは、X方向の-X側に配置されている。
The
第一帯状部材61aと第二帯状部材61bとの間には、下部ガイド溝63としての僅かな隙間が形成されている。
A slight gap serving as a
下沓6の上面には、下部傾斜面62が形成されている。下部傾斜面62は、Y方向から見てV字状をなしている。下部傾斜面62は、後述する摺動子8と摺動する摺動面とされている。
A lower
下部傾斜面62は、第一下部傾斜面62aと、第二下部傾斜面62bと、を有している。
The lower
第一下部傾斜面62aは、第一帯状部材61aの上面に形成されている。第一下部傾斜面62aは、水平面に対して傾斜している。第一下部傾斜面62aは、+X側に向かうにしたがって次第に上方に向かうように傾斜している。
The first lower
第二下部傾斜面62bは、第二帯状部材61bの上面に形成されている。第二下部傾斜面62bは、水平面に対して傾斜している。第二下部傾斜面62bは、-X側に向かうにしたがって次第に上方に向かうように傾斜している。
The second lower
第一下部傾斜面62aの水平面に対する傾斜方向と第二下部傾斜面62bの水平面に対する傾斜方向とは、逆方向とされている。本実施形態では、第一下部傾斜面62aの水平面に対する傾斜角度と第二下部傾斜面62bの水平面に対する傾斜角度とは、略同一とされている。
The direction of inclination of the first lower
第一上部傾斜面52aの水平面に対する傾斜角度と、第一下部傾斜面62aの水平面に対する傾斜角度とは、略同一とされている。第二上部傾斜面52bの水平面に対する傾斜角度と第二下部傾斜面62bの水平面に対する傾斜角度とは、略同一とされている。
The angle of inclination of the first upper
図6に示すように、ピストンロッド7は、X方向に延びる棒状部材である。ピストンロッド7の-X方向の端部には、取付部71が設けられている。取付部71には、鉛直方向に貫通する取付孔71hが形成されている。取付部71の取付孔71hに取り付けられた連結部材(不図示)を介して、ピストンロッド7は上部固定部A11に接続されている。換言すると、ピストンロッド7は、上部固定部A11を介して免震上部構造体(上部構造体及び下部構造体の一方)A1に接続されている。
As shown in FIG. 6, the
摺動子8は、ピストンロッド7の+X方向の端部に設けられている。摺動子8は、上沓5と下沓6との間に介装されている。摺動子8は、上沓5及び下沓6に対してX方向に摺動可能とされている。摺動子8は、略直方体状をなしている。
The
図8に示すように、摺動子8の上面には、上部傾斜面81が形成されている。上部傾斜面81には、不図示の摩擦材が設けられている。上部傾斜面81は、上沓5と摺動する摺動面とされている。
As shown in FIG. 8, an upper
上部傾斜面81は、第一上部傾斜面81aと、第二上部傾斜面81bと、を有している。
The upper
第一上部傾斜面81aは、摺動子8の幅方向(Y方向)の中央に形成されている。第一上部傾斜面81aは、水平面に対して傾斜している。第一上部傾斜面81aは、+X側に向かうにしたがって次第に下方に向かうように傾斜している。
The first upper
第二上部傾斜面81bは、第一上部傾斜面81aの幅方向(Y方向)の両側に形成されている。第二上部傾斜面81bは、水平面に対して傾斜している。第二上部傾斜面81bは、-X側に向かうにしたがって次第に下方に向かうように傾斜している。
The second upper
第一上部傾斜面81aの水平面に対する傾斜方向と第二上部傾斜面81bの水平面に対する傾斜方向とは、逆方向とされている。本実施形態では、第一上部傾斜面81aの水平面に対する傾斜角度と第二上部傾斜面81bの水平面に対する傾斜角度とは、略同一とされている。
The direction of inclination of the first upper
第一上部傾斜面81aの水平面に対する傾斜方向及び傾斜角度と上沓5の第一上部傾斜面52aの水平面に対する傾斜方向及び傾斜角度とは、略同一とされている。第一上部傾斜面81aは、第一上部傾斜面52aと密着可能とされている。
The direction and angle of inclination of the first upper
第二上部傾斜面81bの水平面に対する傾斜方向及び傾斜角度と上沓5の第二上部傾斜面52bの水平面に対する傾斜方向及び傾斜角度とは、略同一とされている。第二上部傾斜面81bは、第二上部傾斜面52bと密着可能とされている。
The direction and angle of inclination of the second upper
第一上部傾斜面81aと第二上部傾斜面81bとの間には、上方に突出する上部ガイド部82が設けられている。上部ガイド部82は、上沓5の上部ガイド溝53に係合されている。これによって、摺動子8は上沓5に対してX方向への摺動が案内され、他の方向への変位が拘束されている。
An
摺動子8の下面には、下部傾斜面86が形成されている。下部傾斜面86には、不図示の摩擦材が設けられている。下部傾斜面86は、下沓6と摺動する摺動面とされている。
A lower
下部傾斜面86は、第一下部傾斜面86aと、第二下部傾斜面86bと、を有している。
The lower
第一下部傾斜面86aは、摺動子8の幅方向(Y方向)の中央に形成されている。第一下部傾斜面86aは、水平面に対して傾斜している。第一下部傾斜面86aは、+X側に向かうにしたがって次第に上方に向かうように傾斜している。
The first lower
第二下部傾斜面86bは、第一下部傾斜面86aの幅方向(Y方向)の両側に形成されている。第二下部傾斜面86bは、水平面に対して傾斜している。第二下部傾斜面86bは、-X側に向かうにしたがって次第に上方に向かうように傾斜している。
The second lower
第一下部傾斜面86aの水平面に対する傾斜方向と第二下部傾斜面86bの水平面に対する傾斜方向とは、逆方向とされている。本実施形態では、第一下部傾斜面86aの水平面に対する傾斜角度と第二下部傾斜面86bの水平面に対する傾斜角度とは、略同一とされている。
The direction of inclination of the first lower
第一下部傾斜面86aの水平面に対する傾斜方向及び傾斜角度と下沓6の第一下部傾斜面62aの水平面に対する傾斜方向及び傾斜角度とは、略同一とされている。第一下部傾斜面86aは、第一下部傾斜面62aと密着している。
The direction and angle of inclination of the first lower
第二下部傾斜面86bの水平面に対する傾斜方向及び傾斜角度と下沓6の第二下部傾斜面62bの水平面に対する傾斜方向及び傾斜角度とは、略同一とされている。第二下部傾斜面86bは、第二下部傾斜面62bと密着している。
The direction and angle of inclination of the second lower sloped
第一下部傾斜面86aと第二下部傾斜面86bとの間には、下方に突出する下部ガイド部87が設けられている。下部ガイド部87は、下沓6の下部ガイド溝63に係合されている。これによって、摺動子8は下沓6に対してX方向への摺動が案内され、他の方向への変位が拘束されている。
A
次に、摩擦ダンパー機構100Aの動作を説明する。
図9は、摩擦ダンパー機構100Aの作動図であり、(a)はピストンロッド7が外筒3から飛び出る方向に力が作用した場合を示し、(b)はピストンロッド7が外筒3の内部に入り込む方向に力が作用した場合を示す。なお、図9(a),(b)は、摺動子8が上沓5及び下沓6と摺動する箇所の断面となっている。
常時は、図6に示すように、摺動子8は、上沓5及び下沓6に対してX方向の中心位置に配置されている。摺動子8の上部傾斜面81全体(第一上部傾斜面81a及び第二上部傾斜面81b)が、上沓5の上部傾斜面52全体(第一上部傾斜面52a及び第二上部傾斜面52b)に密着している。摺動子8の下部傾斜面86全体(第一下部傾斜面86a及び第二下部傾斜面86b)が、下沓6の下部傾斜面62全体(第一下部傾斜面62a及び第二下部傾斜面62b)に密着している。上部バネ46は上沓5を摺動子8側に付勢し、下部バネ47は下沓6を摺動子8側に付勢している。
Next, the operation of the
FIG. 9 is an operation diagram of the
Normally, as shown in FIG. 6, the
この状態から、地震時に、図9(a)に示すように、摩擦ダンパー機構100Aに、上部固定部A11と下部固定部A21との間に引張力が作用した場合には、ピストンロッドに7に-X方向の力(外筒3から離間する方向の力)が作用する。これによって、ピストンロッド7に設けられた摺動子8が-X方向に引っ張られて、摺動子8の第二上部傾斜面81bと上沓5の第二上部傾斜面52bとの間で摺動が生じるとともに、摺動子8の第二下部傾斜面86bと下沓6の第二下部傾斜面62bとの間で摺動が生じる。その一方で、摺動子8の第一上部傾斜面81aと上沓5の第一上部傾斜面52aとの間にはわずかに隙間が生じるとともに、摺動子8の第一下部傾斜面86aと下沓6の第一下部傾斜面62aとの間にはわずかに隙間が生じる。
In this state, when a tensile force is applied to the
ピストンロッド7の-X方向の変位量が大きくなるにしたがって、上部バネ46及び下部バネ47はより大きく押し込まれ、上部バネ46及び下部バネ47からの反発力が大きくなり、摩擦抵抗力も増加する。
As the amount of displacement of the
一方、地震時に、図9(b)に示すように、摩擦ダンパー機構100Aに、上部固定部A11と下部固定部A21との間に圧縮力が作用した場合には、ピストンロッド7に+X方向の力(外筒3に近接する方向の力)が作用する。これによって、ピストンロッド7に設けられた摺動子8が+X方向に押し込まれ、摺動子8の第一上部傾斜面81aと上沓5の第一上部傾斜面52aとの間で摺動が生じるとともに、摺動子8の第一下部傾斜面86aと下沓6の第一下部傾斜面62aとの間で摺動が生じる。その一方で、摺動子8の第二上部傾斜面81bと上沓5の第二上部傾斜面52bとの間にはわずかに隙間が生じるとともに、摺動子8の第二下部傾斜面86bと下沓6の第二下部傾斜面62bとの間にはわずかに隙間が生じる。
On the other hand, when a compressive force is applied to the
ピストンロッド7の+X方向の変位量が大きくなるにしたがって、上部バネ46及び下部バネ47はより大きく押し込まれ、上部バネ46及び下部バネ47からの反発力が大きくなり、摩擦抵抗力も増加する。
As the amount of displacement of the
このように構成された摩擦ダンパー機構100Aでは、地震時に、引張力が作用した場合には、摺動子8の第二上部傾斜面81bと上沓5の第二上部傾斜面52bとの間で摺動が生じるとともに、摺動子8の第二下部傾斜面86bと下沓6の第二下部傾斜面62bとの間で摺動が生じる。地震時に、圧縮力が作用した場合には、摺動子8の第一上部傾斜面81aと上沓5の第一上部傾斜面52aとの間で摺動が生じるとともに、摺動子8の第一下部傾斜面86aと下沓6の第一下部傾斜面62aとの間で摺動が生じる。引張力及び圧縮力が生じたいずれの場合も、変位量が大きくなるにしたがって摩擦抵抗力も増加するため、ダンパーの軸変位が小さい中小地震時には小さな摩擦力が生じ、ダンパーの軸変位が大きい大地震時には大きな摩擦力を生じさせることができる。
In the
次に、上記に示す実施形態に係る摩擦ダンパー機構の効果について、解析する。
図10は、解析モデルを示す図である。
図10に示すように、解析モデルは、上部構造体(質量W)と下部構造体との間に、ダンパー及び天然ゴム支承(水平剛性k、減衰定数h)を設置したものである。ダンパーは、上記に示す実施形態に係る摩擦ダンパー機構(変位依存型摩擦ダンパー)と、従来の履歴ダンパー(従来型の摩擦ダンパー)とで比較検証した。
なお、上部構造体の質量Wを、4240×103kgとする。天然ゴム支承の水平剛性kを5.8×103kN/mとし、減衰定数hを2%とする。
Next, the effect of the friction damper mechanism according to the embodiment shown above will be analyzed.
FIG. 10 is a diagram showing an analytical model.
As shown in FIG. 10, the analytical model is one in which a damper and a natural rubber support (horizontal stiffness k, damping constant h) are installed between an upper structure (mass W) and a lower structure. The damper was compared and verified between the friction damper mechanism (displacement-dependent friction damper) according to the embodiment shown above and a conventional hysteresis damper (conventional friction damper).
Note that the mass W of the upper structure is 4240×10 3 kg. The horizontal stiffness k of the natural rubber bearing is 5.8×10 3 kN/m, and the damping constant h is 2%.
計算用の地震波は、表1に示す。 Seismic waves for calculation are shown in Table 1.
表1に示すL2(レベル2地震)は、極めて稀に発生する地震動を指す。L1(レベル1地震)は、中規模の地震で、その構造物の耐用年数中に一度以上は受ける可能性が高い地震動を指す。地震波は、図11に示す通りである。
L2 (
変位依存型摩擦ダンパーの復元力は、図12(a)に示す通りである。変位が大きくなるにともなって、摩擦力も大きくなる。ここでは、50cmにおける摩擦力F50=R50×W×gとし、R50=3%,4%,5%,6%,7%とする。また、初期摩擦力Fi=F50の25%,50%,75%とする。 The restoring force of the displacement-dependent friction damper is as shown in FIG. 12(a). As the displacement increases, the frictional force also increases. Here, the frictional force at 50 cm is F 50 =R 50 ×W × g, and R 50 =3%, 4%, 5%, 6%, and 7%. Further, the initial frictional force Fi=25%, 50%, and 75% of F50 .
比較対象の従来型の摩擦ダンパーの復元力は、図12(b)に示す通りである。摩擦力は変位に関係なく一定である。ここでは、変位依存型摩擦ダンパーと比較するために、最大摩擦力Fmaxを変位依存型摩擦ダンパーの摩擦力F50とする。F50=R50×W×gとし、R50=3%,4%,5%,6%,7%とする。 The restoring force of the conventional friction damper for comparison is as shown in FIG. 12(b). Frictional force is constant regardless of displacement. Here, in order to compare with the displacement-dependent friction damper, the maximum frictional force F max is defined as the frictional force F 50 of the displacement-dependent friction damper. Let F 50 = R 50 ×W × g, and R 50 = 3%, 4%, 5%, 6%, 7%.
各地震波における最大応答加速度とR50との関係及び最大応答変位とR50との関係を、図13~図18に示す。図13~図18の凡例では、変25%,変50%,変70%は、それぞれ変位依存型摩擦ダンパーで、初期摩擦力Fi=F50の25%,50%,70%である。従来は、従来型の摩擦ダンパーの結果を示す。 The relationship between the maximum response acceleration and R 50 and the relationship between the maximum response displacement and R 50 for each seismic wave are shown in FIGS. 13 to 18. In the legends of FIGS. 13 to 18, 25% change, 50% change, and 70% change are displacement-dependent friction dampers, and are 25%, 50%, and 70% of the initial friction force F i =F 50 , respectively. Conventional shows results for a conventional friction damper.
図13~図18より、以下のことが分かる。
・いずれの地震波においても、L1,L2レベルに関わらず、従来型の摩擦ダンパー及び変位依存型摩擦ダンパーともに、R50(=摩擦力F50/重力Wg)が大きくなるほど、最大応答加速度が大きくなる。R50が大きくなるほど、最大応答変位が小さくなる。
・最大応答加速度は、L2レベルよりもL1レベルの方が、従来型の摩擦ダンパーと変位依存型摩擦ダンパーとの差が大きい。初期摩擦力が小さい方が、最大応答加速度が低減される。L1レベルの中小地震では、最大応答加速度は、変位依存型摩擦ダンパーの方が従来型の摩擦ダンパーより小さく、初期摩擦力が小さいほど低減率が増す。
・最大応答変位は、L2レベルよりもL1レベルの方が、従来型の摩擦ダンパーと変位依存型摩擦ダンパーとの差が小さい。
The following can be seen from FIGS. 13 to 18.
・In any seismic wave, regardless of the L1 or L2 level, for both conventional friction dampers and displacement-dependent friction dampers, the larger the R 50 (=frictional force F 50 / gravity Wg), the larger the maximum response acceleration. . The larger R50 , the smaller the maximum response displacement.
- The difference in maximum response acceleration between the conventional friction damper and the displacement-dependent friction damper is larger at the L1 level than at the L2 level. The smaller the initial friction force, the lower the maximum response acceleration. For small to medium-sized earthquakes at the L1 level, the maximum response acceleration of the displacement-dependent friction damper is smaller than that of the conventional friction damper, and the smaller the initial friction force, the greater the reduction rate.
- The difference in maximum response displacement between the conventional friction damper and the displacement-dependent friction damper is smaller at the L1 level than at the L2 level.
よって、変位依存型摩擦ダンパーは、従来型摩擦ダンパーよりも、最大応答加速度を低減できることが分かる。また、変位依存型摩擦ダンパーは、従来型摩擦ダンパーよりも、L2レベルの大地震よりもL1レベルの中小地震の方が、加速度低減効果が高いことが分かる。また、変位依存型摩擦ダンパーは、従来型摩擦ダンパーよりも、初期摩擦力が小さいほど、最大応答加速度の低減率が多いことが分かる。 Therefore, it can be seen that the displacement-dependent friction damper can reduce the maximum response acceleration more than the conventional friction damper. Furthermore, it can be seen that the displacement-dependent friction damper has a higher acceleration reduction effect than the conventional friction damper for small to medium-sized earthquakes at the L1 level than for large earthquakes at the L2 level. Furthermore, it can be seen that the smaller the initial friction force, the greater the reduction rate of the maximum response acceleration in the displacement-dependent friction damper than in the conventional friction damper.
なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Note that the various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-described embodiments are merely examples, and various changes can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記に示す第二実施形態では、摩擦ダンパー機構100Aのピストンロッド7が上部固定部A11に接続され、外筒3の取付部32が下部固定部A21に接続されているが、本発明はこれに限られない。ピストンロッドが下部構造体に接続され、筐体部が上部構造体に接続されていてもよい。
For example, in the second embodiment shown above, the
また、第二実施形態の変形例として、上沓の第一上部傾斜面が+X側に向かうにしたがって次第に上方に向かうように傾斜し、上沓の第二上部傾斜面が-X側に向かうにしたがって次第に上方に向かうように傾斜し、下沓の第一下部傾斜面が+X側に向かうにしたがって次第に下方に向かうように傾斜し、下沓の第二下部傾斜面が-X側に向かうにしたがって次第に下方に向かうように傾斜していて、摺動子の摺動面が上沓及び下沓の摺動面と対応するように傾斜していてもよい。 In addition, as a modification of the second embodiment, the first upper inclined surface of the upper shoe gradually slopes upward as it goes toward the +X side, and the second upper inclined surface of the upper shoe gradually slopes upward as it goes toward the -X side. Therefore, it gradually slopes upward, and as the first lower slope of the lower shoe moves towards the +X side, it gradually slopes downward, and as the second lower slope of the lower shoe moves towards the -X side. Therefore, it may be inclined gradually downward, and the sliding surface of the slider may be inclined so as to correspond to the sliding surfaces of the upper shoe and the lower shoe.
1 第一摩擦ダンパー装置
2 第二摩擦ダンパー装置
3 外筒(筐体部)
4 ハウジング
5 上沓(上側部材)
6 下沓(下側部材)
7 ピストンロッド
8 摺動子
11 第一上部接続板材
12 第一下部接続板材
13 第一上側板材
14 第一下側板材
15 第一上側摩擦板材(第一摩擦板材)
16 第一下側摩擦板材(第一摩擦板材)
17 第一支圧部
18 第一せん断ボルト(第一移動拘束部)
21 第二上部接続板材
22 第二下部接続板材
23 第二上側板材
24 第二下側板材
25 第二上側摩擦板材(第二摩擦板材)
26 第二下側摩擦板材(第二摩擦板材)
27 第二支圧部
28 第二せん断ボルト(第二移動拘束部)
46 上部バネ(上側付勢部)
47 下部バネ(下側付勢部)
52 上部傾斜面
52a 第一上部傾斜面
52b 第二上部傾斜面
62 下部傾斜面
62a 第一下部傾斜面
62b 第二下部傾斜面
81 上部傾斜面
81a 第一上部傾斜面
81b 第二上部傾斜面
86 下部傾斜面
86a 第一下部傾斜面
86b 第二下部傾斜面
100 摩擦ダンパー機構
100A 摩擦ダンパー機構
1 First
4
6 Lower shoe (lower part)
7
16 First lower friction plate material (first friction plate material)
17 First bearing
21 Second
26 Second lower friction plate material (second friction plate material)
27 Second
46 Upper spring (upper biasing part)
47 Lower spring (lower biasing part)
52 Upper inclined
Claims (2)
前記第一摩擦ダンパー装置は、
前記上部構造体に接続された第一上部接続板材と、
前記第一上部接続板材と同軸上に軸方向に離間して配置され、前記下部構造体に接続され、前記第一上部接続板材に近接するにしたがって次第に上下方向の厚さが厚くなるように形成された第一下部接続板材と、
前記第一上部接続板材の上側に配置された第一上側板材と、
前記第一下部接続板材の下側に配置された第一下側板材と、
前記第一下部接続板材と前記第一上側板材及び前記第一下側板材との間に配置された第一摩擦板材と、
前記第一上側板材と前記第一下側板材との間隔を所定寸法以下にならないよう保持して、前記第一上側板材及び前記第一下側板材で前記第一下部接続板材に支圧を与える第一支圧部と、
前記第一上部接続板材、前記第一上側板材及び前記第一下側板材の軸方向の移動を拘束する第一移動拘束部と、を有し、
前記第二摩擦ダンパー装置は、
前記下部構造体に接続された第二下部接続板材と、
前記第二下部接続板材と同軸上に軸方向に離間して配置され、前記上部構造体に接続され、前記第二下部接続板材から離間するにしたがって次第に上下方向の厚さが厚くなるように形成された第二上部接続板材と、
前記第二上部接続板材の上側に配置された第二上側板材と、
前記第二下部接続板材の下側に配置された第二下側板材と、
前記第二上部接続板材と前記第二上側板材及び前記第二下側板材との間に配置された第二摩擦板材と、
前記第二上側板材と前記第二下側板材との間隔を所定寸法以下にならないよう保持して、前記第二上側板材及び前記第二下側板材で前記第二上部接続板材に支圧を与える第二支圧部と、
前記第二下部接続板材、前記第二上側板材及び前記第二下側板材の軸方向の移動を拘束する第二移動拘束部と、を有することを特徴とする摩擦ダンパー機構。 A first friction damper device and a second friction damper device are arranged in parallel with each other between the upper structure and the lower structure,
The first friction damper device includes:
a first upper connection plate connected to the upper structure;
Disposed on the same axis as the first upper connecting plate and spaced apart from each other in the axial direction, connected to the lower structure, and formed so that the thickness in the vertical direction gradually increases as it approaches the first upper connecting plate. a first lower connecting plate material,
a first upper plate member disposed above the first upper connecting plate member;
a first lower plate member disposed below the first lower connecting plate member;
a first friction plate disposed between the first lower connection plate, the first upper plate, and the first lower plate;
Maintaining the distance between the first upper plate and the first lower plate so that it does not become less than a predetermined dimension, the first upper plate and the first lower plate apply bearing pressure to the first lower connecting plate. a first bearing pressure section that provides;
a first movement restraining portion that restrains movement of the first upper connecting plate, the first upper plate, and the first lower plate in the axial direction;
The second friction damper device includes:
a second lower connection plate member connected to the lower structure;
Disposed coaxially with the second lower connecting plate material and spaced apart from each other in the axial direction, connected to the upper structure, and formed so that the thickness in the vertical direction gradually increases as the distance from the second lower connecting plate material increases. a second upper connecting plate material,
a second upper plate member disposed above the second upper connecting plate member;
a second lower plate member disposed below the second lower connecting plate member;
a second friction plate disposed between the second upper connection plate, the second upper plate, and the second lower plate;
Maintaining the distance between the second upper plate and the second lower plate so that it does not become less than a predetermined dimension, and applying bearing pressure to the second upper connecting plate with the second upper plate and the second lower plate. a second bearing pressure section;
A friction damper mechanism comprising: a second movement restraining portion that restrains movement of the second lower connecting plate, the second upper plate, and the second lower plate in the axial direction.
前記上部構造体及び前記下部構造体の一方に接続されたピストンロッドと、
前記上部構造体及び前記下部構造体の他方に接続された筐体部と、
該筐体部の内部に配置された上側部材と、
前記筐体部の内部に前記上側部材の下方に配置された下側部材と、
前記ピストンロッドに設けられ、前記上側部材と前記下側部材との間に介装され、前記上側部材及び前記下側部材に対して水平一方向に摺動可能とされたた摺動子と、
前記上側部材を前記摺動子側に付勢する上側付勢部と、
前記下側部材を前記摺動子側に付勢する下側付勢部と、を備え、
前記摺動子と前記上側部材との摺動面には、いずれも前記水平一方向に沿いかつ水平面に対して互いに逆方向に傾斜している第一上部傾斜面と第二上部傾斜面とが水平方向のうち前記水平一方向に直交する水平他方向に並設配置され、
前記摺動子と前記下側部材との摺動面は、いずれも前記水平他方向に沿いかつ水平面に対して互いに逆方向に傾斜している第一下部傾斜面と第二下部傾斜面とが前記水平他方向に並設配置されていることを特徴とする摩擦ダンパー機構。 A friction damper mechanism installed between an upper structure and a lower structure,
a piston rod connected to one of the upper structure and the lower structure;
a casing connected to the other of the upper structure and the lower structure;
an upper member disposed inside the housing;
a lower member disposed below the upper member inside the casing;
a slider provided on the piston rod, interposed between the upper member and the lower member, and capable of sliding in one horizontal direction with respect to the upper member and the lower member;
an upper biasing portion that biases the upper member toward the slider;
a lower biasing portion that biases the lower member toward the slider,
The sliding surfaces of the slider and the upper member include a first upper inclined surface and a second upper inclined surface, both of which are along the horizontal direction and inclined in opposite directions with respect to the horizontal plane. arranged in parallel in the other horizontal direction perpendicular to the one horizontal direction,
The sliding surfaces of the slider and the lower member include a first lower inclined surface and a second lower inclined surface, both of which are along the other horizontal direction and inclined in opposite directions with respect to the horizontal plane. are arranged in parallel in the other horizontal direction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020139813A JP7446945B2 (en) | 2020-08-21 | 2020-08-21 | Friction damper mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020139813A JP7446945B2 (en) | 2020-08-21 | 2020-08-21 | Friction damper mechanism |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022035468A JP2022035468A (en) | 2022-03-04 |
| JP7446945B2 true JP7446945B2 (en) | 2024-03-11 |
Family
ID=80443950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020139813A Active JP7446945B2 (en) | 2020-08-21 | 2020-08-21 | Friction damper mechanism |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7446945B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102526527B1 (en) * | 2022-08-19 | 2023-04-27 | (주)제이원산업 | Multiple friction damper for structure with case |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014119033A (en) | 2012-12-17 | 2014-06-30 | Shimizu Corp | Slide base isolation mechanism |
| JP2017002621A (en) | 2015-06-12 | 2017-01-05 | 黒沢建設株式会社 | Deformation control device used for base-isolated structure |
| JP2017048581A (en) | 2015-09-01 | 2017-03-09 | 株式会社大林組 | Vibration damping structure |
-
2020
- 2020-08-21 JP JP2020139813A patent/JP7446945B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014119033A (en) | 2012-12-17 | 2014-06-30 | Shimizu Corp | Slide base isolation mechanism |
| JP2017002621A (en) | 2015-06-12 | 2017-01-05 | 黒沢建設株式会社 | Deformation control device used for base-isolated structure |
| JP2017048581A (en) | 2015-09-01 | 2017-03-09 | 株式会社大林組 | Vibration damping structure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022035468A (en) | 2022-03-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7446945B2 (en) | Friction damper mechanism | |
| JPH1136657A (en) | Base isolation device | |
| JP2006153210A (en) | Seismic isolator | |
| KR102602629B1 (en) | vibration isolation device | |
| JP6442934B2 (en) | Fail-safe device | |
| KR20120009010A (en) | Seismic isolation device for bridge | |
| JPH02107843A (en) | Three-dimensional seismic isolation device | |
| JP6796817B2 (en) | Seismic isolation mechanism | |
| JP2016094989A (en) | Vibration absorber and building | |
| JP2018091035A (en) | Installation structure of oil damper for construction | |
| JP2016038043A (en) | Slide base isolation mechanism | |
| KR102684413B1 (en) | A seismic isolation device | |
| JP7841911B2 (en) | Vibration isolation and damping composite system | |
| JP5095015B1 (en) | Seismic isolation device | |
| JP6675636B2 (en) | Seismic isolation mechanism | |
| JP7487041B2 (en) | Anti-vibration floor structure | |
| JP6590210B2 (en) | Seismic isolation mechanism | |
| JP7455682B2 (en) | Buffer structure and buffer material | |
| JP6531479B2 (en) | Seismic isolation structure | |
| JP5917291B2 (en) | Mass damper type damping device | |
| JP5518399B2 (en) | Seismic isolation device | |
| JP2010185539A (en) | Three-dimensional base isolation unit | |
| JP6914407B2 (en) | Seismic isolation mechanism | |
| JP7573492B2 (en) | Seismic isolation mechanisms and structures | |
| JP2021195984A (en) | Damping device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230620 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240214 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240220 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240228 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7446945 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |