JP2004190424A - Vibrational energy absorbing structure - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震等により杭で支持される構造物に生じる振動を吸収する振動エネルギー吸収構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
建物の構造設計の分野では、地震力を抑制又は制御して、地震力による建物の振動を抑制する制振・免震という考え方がある。しかし、従来、制振といえば、建物の中での制振機構、また、図13に示すように、杭100で基礎102を支持し、建物104と基礎102との間に免震装置106を配置する免震機構が主であり、建物を支持する杭に着目して建物に作用する振動エネルギーを吸収しようとした例が余り見られない(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
また、通常、杭100と基礎102とは固定されており、地震が発生したとき、杭100の頭部の拘束力で基礎102の揺れは小さくなるが、図14に示すように、頭部100Aで曲げモーメントMが発生して曲げ応力のため、頭部100Aが破損する恐れがある。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−303590公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る事実を考慮し、杭と構造物との間に地震や強風による構造物の揺れを抑制する振動エネルギー吸収構造を構築し、効率よく振動エネルギーを吸収すること、また、揺れによる杭の頭部の破損を防止することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、地中に構築された杭と、前記杭の頭部に設けられ、構造物の基礎部を回転可能に支持するピン支承と、下端部が前記杭の頭部より下方に回動可能に連結され上端部が前記基礎部を貫通する軸力伝達部材と、前記基礎部上に配置され、前記軸力伝達部材を介して伝達された前記基礎部と前記杭との相対変位を増幅して減衰する減衰手段と、を有することを特徴としている。
【0007】
請求項1に記載の発明では、地中に構築された杭の頭部にピン支承が設けられており、構造物の基礎部をこのピン支承で回転可能に支持している。このピン支承により、基礎部と頭部が同一変位を保持しながら、杭の下方と相対変位する。杭の頭部より下方には、軸力伝達部材の下端部が回動可能に連結されている。この軸力伝達部材は、基礎部上に配置された減衰手段に連結されており、減衰手段が軸力伝達部材を介して伝達される基礎部と杭との相対変位を増幅して減衰効果を向上させる。
【0008】
このように、振動エネルギーを吸収する機構を杭と基礎部との間に設けることで、振動エネルギーを効率よく吸収できる。また、免震装置のように、積層ゴム等で構造物を支持する必要がないので、老朽化したときの改修工事が容易である。
【0009】
さらに、ピン支承で構造物の基礎部を支持することで、杭の頭部の曲げモーメントをゼロに近づけることができる。このため、頭部と基礎部を連結することで頭部の変形は見掛け上大きくなるが、減衰手段により変形は増大せず、頭部に作用する曲げ応力は大幅に減少する。
【0010】
請求項2に記載の発明は、前記減衰手段の前記基礎部と前記杭との相対変位の増幅率に応じて該基礎部と該杭との連成系の剛性を増大する剛性増大手段を有することを特徴としている。
【0011】
請求項2に記載の発明では、剛性増大手段が、減衰手段の基礎部と杭との相対変位の増幅率に応じて、基礎部と杭との連成系の剛性を増大させるので、杭が拘束され構造物の振動による変形が小さくなる。
【0012】
請求項3に記載の発明は、前記減衰手段が、前記軸力伝達部材の上端部が回動可能に連結された第1ジョイント部材と、一端が前記第1ジョイント部材に回動可能に連結され、前記軸力伝達部材を間に置いて互いに離間する方向へ斜めに延出する一対の第1アームと、前記第1アームの他端にそれぞれ連結された第2ジョイント部材と、前記第2ジョイント部材に連結され第2ジョイント部材同士の相対移動を制限するダンパーと、一端が第2ジョイント部材に回動可能に連結され、前記第1アームを間に置いて互いに接近する方向へ斜めに延出する一対の第2アームと、前記第2アームの他端が連結され、基礎部上の梁又は柱へ回動可能に取付けられた第3ジョイント部材と、で構成された減衰装置であることを特徴としている。
【0013】
請求項3に記載の発明では、一対の第2アームの他端を、柱又は梁に回転可能に取付けられた第3ジョイント部材で連結し、第2アームの一端に取付けられた第2ジョイント部材をダンパーで連結することで、第2アームとダンパーで形状可変な三角形状のリンクを構成している。
【0014】
また、一対の第1アームの一端を第1ジョイント部材で連結し、第1アームの他端を第2ジョイント部材に連結することで、第1アームとダンパーにより形状可変な三角形状のリンクを構成している。
【0015】
すなわち、第2アームとダンパーの三角形状のリンクの内側に、第1アームとダンパーにより三角形状のリンクが構成されている。
【0016】
そして、第1ジョイント部材には、軸力伝達部材の上端部が連結されているため、地震等により基礎部と杭とが相対変位すると、軸力伝達部材が軸方向に変位する。
【0017】
このため、軸力伝達部材を介して第1ジョイント部材を押し上げる、或いは引き込むような力が働く。これにより、第1ジョイント部材を中心として第1アームの角度が拡縮して、第2ジョイント部材の間隔が、基礎部と杭とが相対変位以上に増幅されて変化する。
【0018】
すなわち、軸力伝達部材の軸方向の変位が、軸力伝達部材の直角方向の変位に変換されると共に増幅され、第2ジョイント部材の間に設けられたダンパーにより、振動エネルギーが効率良く熱に変換されて吸収される(基礎部と杭との小さな相対変位×大きな力=第2ジョイント部材の間の大きな変位×ダンパーの小さな力)。
【0019】
請求項4に記載の発明は、前記剛性増大手段が前記第2ジョイン部材同士を連結するばね材であることを特徴としている。
【0020】
請求項4に記載の発明では、剛性増大手段を第2ジョイント部材同士をばね材で連結することで構成している。すなわち、ダンパーと並列にばね材を配置することで、基礎部と杭との連成系の剛性を上げている。また、ばね材に初期引張力を付与して設置すれば、基礎部と杭との連成系の剛性は更に増大する。
【0021】
請求項5に記載の発明は、前記減衰手段が、前記軸力伝達部材の上端部が回動可能に連結された第4ジョイント部材と、前記軸力伝達部材と所定の角度を持って一端が前記第4ジョイント部材に回動可能に連結された第3アームと、前記第3アームの他端が基礎部上の梁又は柱へ回動可能に取付けられた第5ジョイント部材と、一方が前記第4ジョイント部材に連結され他方が基礎部又は柱へ回動可能に取付けられ第4ジョイント部材の移動を制限するダンパーと、で構成されたトグル減衰装置であることを特徴としてる。
【0022】
請求項5に記載の発明では、第3アームと軸力伝達部材によって、トグル減衰装置が構成されている。第3アームと軸力伝達部材とがなす角度が所定の角度となるように、第4ジョイント部材で第3アームと軸力伝達部材とが連結され、この第4ジョイント部材にダンパーが連結されている。この第4ジョイント部材は、軸力伝達部材の軸方向の変位により移動する。
【0023】
そして、地震等によって、基礎部と杭が、小さく水平方向へ或いは鉛直方向へ相対変位しても、トグル機構により、第4ジョイント部材を大きく移動させ、ダンパーを大きく変形させる。
【0024】
このため、小さな変形×大きな力=大きな変形×小さな力という関係が成立し、第4ジョイント部材に連結されたダンパーが小さな力によって、構造物の振動を吸収する。また、基礎部と杭の小さな変位が、大きな変位に増幅されて吸収されるので、中小の地震や風による振動も効果的に吸収することができる。
【0025】
請求項6に記載の発明は、前記トグル減衰装置が、梁と柱で構成される架構内に左右対称に配置され、左右の前記第4ジョイント部材がばね部材で連結されたことを特徴としている。また、ばね部材に初期圧縮力を付与して設置すれば、基礎部と杭との連成系の剛性を増大させることができる。
【0026】
請求項6に記載の発明では、左右の第4ジョイント部材がばね部材で連結され、互いの移動を制限している。これにより、通常時には、トグル減衰装置の姿勢が保持され、必要以上に揺れない。
【0027】
請求項7に記載の発明は、前記軸力伝達部材が、前記基礎部と前記杭との相対変位より接触しない大きさの口径を備えた管材に収納されていることを特徴としている。
【0028】
請求項7に記載の発明では、軸力伝達部材が管材に収納されているため、杭の回りを埋め戻しても又は固化しても、軸力伝達部材の動きに影響を与えない。また、管材の口径は、軸力伝達部材が移動しても接触しない大きさとされているので、軸力伝達部材を傷付けることもない。
【0029】
請求項8に記載の発明は、地中に構築された杭と、前記杭の頭部に設けられ、構造物の基礎部を支持する転がり支承と、下端部が前記杭の頭部より下方に回動可能に連結され上端部が前記基礎部を貫通する軸力伝達部材と、前記基礎部側に配置され、前記軸力伝達部材を介して伝達された前記基礎部と前記杭との相対変位を増幅して減衰する減衰手段と、を有することを特徴としている。
【0030】
請求項8に記載の発明では、地中に構築された杭の頭部に設けられた転がり支承で基礎部が支持されており、杭の頭部と基礎部の相対変位を許容している。杭の下方には、軸力伝達部材の下端部が回動可能に連結されている。この軸力伝達部材は、基礎部側に配置された減衰手段に連結されており、軸力伝達部材を介して伝達される基礎部と杭の頭部と、杭の下方との相対変位を増幅して減衰する。
【0031】
また、転がり支承で構造物の基礎部を支持することで、杭の頭部の曲げモーメントをゼロに近づけることができる。このため、頭部に作用する曲げ応力は大幅に減少する。
【0032】
請求項9に記載の発明は、前記減衰手段の前記基礎部と前記杭との相対変位の増幅率に応じて該基礎部と該杭との連成系の剛性を増大する剛性増大手段を有することを特徴としている。
【0033】
【発明の実施の形態】
図1及び図2に示すように、第1形態に係る振動エネルギー吸収構造は、杭10と、この杭10に支持される建物の基礎コンクリート12の間に構築されている。杭10は鋼管あるいはコンクリート杭等で、先端が軟弱地盤から支持層へ達するように打ち込まれている。なお、摩擦杭であっても、本発明の効果を発揮することができる。
【0034】
杭10の頭部には、ピン支承14が配置され基礎コンクリート12と連結されている。ピン支承14とすることで、理論的には、図4に示す杭10の頭部の曲げモーメントMはゼロとなり、基礎コンクリート12の曲げを拘束せずに、鉛直荷重を支持することになる。なお、ピン支承は杭の頭部にキャップを被せたものでも構成できる。
【0035】
また、杭10の頭部より下方には、取付リング16が固定されている。取付リング16には、ボールジョイント18を介して軸力伝達部材としての鋼棒20の下端部が連結されており、鋼棒20は杭10に対して角度を変えることができる。
【0036】
鋼棒20は互いに離間する方向へ斜め約45度延びており、鋼棒20の上端部は、基礎コンクリート12に形成された貫通口22を貫通している。この貫通口22から取付リング16の間には、フレキシブル管24が配置されており、このフレキシブル管24の中を鋼棒20が通っている。これにより、杭10の回りを薬液で固めても、鋼棒20の動きに影響を与えない。また、フレキシブル管24の口径は、鋼棒20が移動しても接触しない大きさとされているので、鋼棒20を傷付けることもない。
【0037】
一方、基礎コンクリート12から杭10と同軸上に柱26が立ち上げられ、柱26には梁28が架け渡され架構を形成している。この梁28の取付プレート34には、減衰装置30の第3ボールジョイント32が回転可能に支持されている。第3ボールジョイント32には、一対の第2アーム36の上端部が連結されている。第2アーム36は、第3ボールジョイント32を頂点として互いに離間する方向へ斜め下方向へ延出している。
【0038】
第2アーム36の下端部には第2ボールジョイント38が取付けられている。左右の第2ボールジョイント38をダンパー40で連結することで、第2アーム36とダンパー40で形状可変な三角形状のリンクを構成している。また、ダンパー40には、コイルばね41が挿通されており、コイルばね41の両端部は第2ボールジョイント38に連結されている。
【0039】
また、第2ボールジョイント38には、一対の第1アーム42の一端が連結され、第1アーム42の他端は、第1ボールジョイント44で連結されている。これにより、第1アーム42とダンパー40及びコイルばね41により形状可変な三角形状のリンクが、第2アーム36とダンパー40及びコイルばね41のリンクの内側に構成されている。
【0040】
そして、第1ボールジョイント44には、鋼棒20の上端部が連結されている。なお、鋼棒20がダンパー40と干渉しないように、鋼棒20の上端部分には、ループ部20Aが形成されており、このループ部20Aをダンパー40が貫通している。
【0041】
次に、本形態に係る振動エネルギー吸収構造の作用を説明する。
【0042】
図3に示すように、例えば、地震等により基礎コンクリート12が右方向へ移送すると、鋼棒20によって右側の減衰装置30の第1ボールジョイント44は引き下げされ、左側の減衰装置30の第1ボールジョイント44は押し上げられる。
【0043】
これにより、第1ボールジョイント44を中心として、右側の第1アーム42と第2アーム36が作る角度は拡大して第2ボールジョイント38の間隔が拡がり、左側の第1アーム42と第2アーム36が作る角度は縮小し第2ボールジョイント38の間隔が縮まる。この第2ボールジョイント38の変位量は、三角形の特質により鋼棒20の軸方向の変位量より増幅されている。
【0044】
このため、鋼棒20の軸方向と直交する方向に配置されたダンパー40により、振動エネルギーが効率良く熱に変換されて吸収される(基礎コンクリート12と杭10の下方との小さな相対変位×大きな力=第2ボールジョイント38の間の大きな変位×ダンパー40の小さな力)。
【0045】
また、コイルばね41が増幅された第2ボールジョイント38の変位量に応じて伸縮して、鋼棒20のばね反力が増大することで、杭10及び構造物の復元力を増大させる。
【0046】
このように、振動エネルギー吸収構造を杭10と基礎コンクリート12との間に設けることで、免震装置のように積層ゴム等で構造物を支持する必要がないので、メンテナンスが容易となる。また、地下空間を有効に利用することができる。
【0047】
また、ピン支承14で構造物の基礎コンクリート12を支持することで、杭10の頭部の曲げモーメントをゼロに近づけることができる。このため、地震等により頭部の変形は大きくなるが、杭10の頭部及び基礎コンクリート12に作用する曲げ応力は大幅に減少する。
【0048】
さらに、取付リング16が設置される杭10の中間部のモーメントも鋼棒20の作用により杭頭には杭10の中間部のモーメントとは逆向きのモーメントが生じ、結果として杭中間部のモーメントも小さくなる。
【0049】
なお、本形態では、鋼棒20を杭10から2方向へ斜め上方向に延出させたが、4方向(平面視野にて各鋼棒20が90度間隔)へ延出させ、減衰装置30を4カ所に配置するようにしてもよい。
【0050】
また、構造物の剛性を増大させるために、コイルばね41を設けたが、ダンパー40のみでも構造物の振動エネルギーを吸収することができる。
【0051】
次に、振動エネルギー吸収構造の鋼棒20の取付方法を説明する。
【0052】
図5(A)に示すように、地中に杭10を打ち込む地盤を掘削して箱状の溝50を掘り下げると共に、ベントナイトVを入れて溝50の孔壁の崩壊を防止する。次に、図5(B)に示すように、フレキシブル管24で保護された鋼棒20が連結された杭10を建て込む。
【0053】
次に、図5(C)に示すように、ベントナイトVに薬液を注入して固化部V1を形成して、地盤の安定を図る。溝50を固化しても鋼棒20はブレキシブル管24の中にあるので支障はない。
【0054】
最後に、図5(D)に示すように、構造物の柱26の下端部と杭10の頭部をピン支承14で連結した後、地盤の上に砕石23を敷き均し転圧する。この砕石23の上にコンクリートを打設して基礎コンクリート12を構築する。なお、鋼棒20とブレキシブル管24は基礎コンクリート12の露出するように配置する。
【0055】
次に、第2形態に係る振動エネルギー吸収構造を説明する。
【0056】
図6〜図8に示すように、第2形態では、第1アーム42,第2アーム36、第1ボールジョイント44,第2ボールジョイント38、及び第3ボールジョイント32で構成された幾何学的な変位増幅構造は第1形態と同様であるが、ダンパー80,82、及びコイルばね84の配置方法が異なる。
【0057】
すなわち、ダンパー80はそれぞれ、第2ボールジョイント38と第4ボールジョイント86へ回転可能に連結されている。なお、第4ボールジョイント86は梁28に設けられた取付プレート91に取付けられている。
【0058】
また、コイルばね材84の両端部は第2ボールジョイント38に連結され、ダンパー82は、基礎コンクリート12に設けられた第5ボールジョイント88と第2ボールジョイント38とに回転可能に連結されている。
【0059】
上記構成の第2形態では、変位増幅効果及び振動エネルギーを吸収するという点では、第1形態と同等であるが、ダンパーを介して第2ボールジョイント38が構造物と連結されているので、減衰装置90が安定した状態で保持される。
【0060】
なお、第2ボールジョイント38同士をダンパーで連結し、第2ボールジョイント38と構造物側をコイルばねで連結するようにしてもよい。
【0061】
次に、第3形態に係る振動エネルギー吸収構造を説明する。
【0062】
図9に示すように、第3形態では、杭10の頭部に設けられた球状の転がり支承92で基礎コンクリート12を支持している点を除けば、第1形態の振動エネルギー吸収構造と同一である。
【0063】
このように転がり支承92で基礎コンクリート12を支持することで、杭10と基礎コンクリート12の相対変位を許容すると共に、杭10の頭部の曲げモーメントをゼロに近づけることができる。このため、構造物の振動エネルギーを吸収することができ、また、地震等により基礎コンクリート12に作用する曲げ応力を大幅に減少させることができる。
【0064】
次に、第4実施形態に係る振動エネルギー吸収構造を説明する。
【0065】
第4実施形態では、図10に示すように、減衰装置としてトグル減衰装置52が利用されている。
【0066】
トグル減衰装置52は、鋼棒20と第3アーム58とが第4ボールジョイント60で連結され交角が鈍角となっている。第3アーム58の他端は、梁28の取付プレート67に回転可能に取付けられた第5ボールジョイント66に連結されている。
【0067】
また、基礎コンクリート12には回転支承64が取付けられており、この回転支承64にダンパー62の一端が回動可能に連結されている。ダンパー62の他端は、第4ボールジョイント60に連結されている。
【0068】
このトグル減衰装置52は、柱26と梁28で構成された架構の中に左右対称に配置されており、左右の第4ボールジョイント60はばね部材68で連結されている。このため、鋼棒20が交差する。この交差する鋼棒20を保護するために、分岐部が形成されたX形状のフレキシブル管98を用いている。
【0069】
次に、第4形態に係る振動エネルギー吸収構造の作用を説明する。
【0070】
地震等により杭10が水平方向へ移動すると、基礎コンクリート12は相対的に水平変位する。このため、鋼棒20によって第4ボールジョイント60が変位する。ここで、トグル減衰装置52の機能により、ボールジョイント18と第5ボールジョイント66の間の小さな変位は第4ボールジョイント60を大きく移動させ、ダンパー62を大きく変形させる。
【0071】
このため、小さな変形×大きな力=大きな変形×小さな力という関係が成立し、第4ボールジョイント60に連結されたダンパー62が小さな力によって、構造物の振動を吸収する。また、基礎コンクリート12と杭10の小さな変位が、大きな変位に増幅されて吸収されるので、中小の地震や風による振動も効果的に吸収することができる。さらに、左右の第4ボールジョイント60がばね部材68で連結され、基礎コンクリート12と杭10の連成系の剛性を増大させている。これにより、通常時には、トグル減衰装置の姿勢が保持され、必要以上に揺れない。なお、連成系とは、2つの振動系が互いにエネルギーを交換し合いながら振動する系をいう。
【0072】
ここで、図11の模式図を参照してトグル減衰装置の増幅機能を説明する。
【0073】
例えば、地震等により杭10のボールジョイント18が左側へδ1だけ水平変位したとすると、第3アーム58は第5ボールジョイント66を中心に回転運動を行うため、δ1の変位量がδ2に増幅される。従って、ダンパー62の仕事量が増加して構造物の振動エネルギーを効率よく吸収する。
【0074】
なお、図12に示すように、本形態で使用するばね部材68は圧縮コイルばね70を直接第5ボールジョイント60に連結するのではなく、ケーシング72とこのケーシング72の中へスライド可能に挿入されたロッド74とをそれぞれ第5ボールジョイント60に連結している。ケーシング72には軸方向へ長溝78が形成されており、ロッド74から張り出したピン76が長溝78から外側へ突出し、圧縮コイルばね70に付勢される構成となっている。
【0075】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、杭と構造物との間の相対変位を増幅して振動を吸収し、地震や強風による構造物の揺れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る振動エネルギー吸収構造を示す要部の斜視図である。
【図2】第1実施形態に係る振動エネルギー吸収構造を示す立断面図である。
【図3】第1実施形態に係る振動エネルギー吸収構造を示す立断面図である。
【図4】基礎部をピン支承で支持した構造において杭の頭部が弾性変形した状態を示す説明図である。
【図5】杭に鋼棒を取付ける一連の作業手順を示した説明図である。
【図6】第2実施形態に係る振動エネルギー吸収構造を示す要部の斜視図である。
【図7】第2実施形態に係る振動エネルギー吸収構造を示す立断面図である。
【図8】第2実施形態に係る振動エネルギー吸収構造を示す立断面図である。
【図9】第3実施形態に係る振動エネルギー吸収構造を示す立断面図である。
【図10】第4実施形態に係る振動エネルギー吸収構造を示す立断面図である。
【図11】トグル機構を説明する模式図である。
【図12】ばね部材を示す斜視図である。
【図13】従来の免震装置を示す立面図である。
【図14】基礎部と杭を固定した構造において杭の頭部に作用する曲げ応力を示す説明図である。
【符号の説明】
10 杭
12 基礎コンクリート(基礎部)
14 ピン支承
20 鋼棒(軸力伝達部材)
24 フレキシブル管(管材)
30 減衰装置(減衰手段)
52 トグル減衰装置(減衰手段)
68 ばね部材
92 転がり支承[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibration energy absorbing structure that absorbs vibration generated in a structure supported by a pile due to an earthquake or the like.
[0002]
[Prior art]
In the field of structural design of buildings, there is a concept of vibration suppression and seismic isolation to suppress or control seismic force to suppress vibration of the building due to seismic force. Conventionally, however, vibration suppression is a vibration damping mechanism in a building, and as shown in FIG. 13, a
[0003]
Usually, the
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-303590 A
[Problems to be solved by the invention]
In consideration of the above facts, the present invention constructs a vibration energy absorbing structure between a pile and a structure, which suppresses the vibration of the structure due to an earthquake or a strong wind, and efficiently absorbs vibration energy. It is an object of the present invention to prevent the head from being damaged.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0007]
According to the first aspect of the present invention, a pin bearing is provided on the head of a pile constructed underground, and the foundation of the structure is rotatably supported by the pin bearing. By this pin bearing, the base and the head are relatively displaced below the pile while maintaining the same displacement. Below the head of the pile, the lower end of the axial force transmitting member is rotatably connected. The axial force transmitting member is connected to the damping means arranged on the foundation, and the damping means amplifies the relative displacement between the foundation and the pile transmitted through the axial force transmitting member to reduce the damping effect. Improve.
[0008]
As described above, by providing the mechanism for absorbing vibration energy between the pile and the foundation, vibration energy can be efficiently absorbed. Also, unlike the seismic isolation device, there is no need to support the structure with laminated rubber or the like.
[0009]
Further, by supporting the foundation of the structure with the pin bearing, the bending moment of the head of the pile can be made close to zero. For this reason, the deformation of the head is apparently increased by connecting the head and the base, but the deformation is not increased by the damping means, and the bending stress acting on the head is greatly reduced.
[0010]
The invention according to
[0011]
In the invention according to
[0012]
According to a third aspect of the invention, the damping means is connected to a first joint member rotatably connected to an upper end of the axial force transmitting member, and one end is rotatably connected to the first joint member. A pair of first arms extending obliquely in a direction away from each other with the axial force transmitting member interposed therebetween, a second joint member respectively connected to the other end of the first arm, and a second joint A damper connected to the member and restricting relative movement between the second joint members; and one end rotatably connected to the second joint member and extending obliquely in a direction approaching each other with the first arm interposed therebetween. And a third joint member to which the other end of the second arm is connected and which is rotatably attached to a beam or a pillar on a foundation. Features.
[0013]
According to the third aspect of the present invention, the other ends of the pair of second arms are connected by a third joint member rotatably attached to a column or a beam, and the second joint member attached to one end of the second arm. Are connected by a damper, thereby forming a triangular link having a variable shape by the second arm and the damper.
[0014]
Further, by connecting one end of a pair of first arms with a first joint member and connecting the other end of the first arm with a second joint member, a triangular link that is variable in shape by the first arm and the damper is configured. are doing.
[0015]
That is, a triangular link is configured by the first arm and the damper inside the triangular link between the second arm and the damper.
[0016]
Since the upper end of the axial force transmitting member is connected to the first joint member, when the base portion and the pile are relatively displaced due to an earthquake or the like, the axial force transmitting member is displaced in the axial direction.
[0017]
Therefore, a force acts to push up or pull in the first joint member via the axial force transmitting member. Thereby, the angle of the first arm about the first joint member expands and contracts, and the interval between the second joint members changes because the foundation and the pile are amplified more than the relative displacement.
[0018]
That is, the axial displacement of the axial force transmitting member is converted to the displacement of the axial force transmitting member in the perpendicular direction and amplified, and the vibration energy is efficiently converted into heat by the damper provided between the second joint members. Converted and absorbed (small relative displacement between foundation and pile x large force = large displacement between second joint members x small force of damper).
[0019]
The invention according to claim 4 is characterized in that the rigidity increasing means is a spring material for connecting the second join members.
[0020]
According to the fourth aspect of the present invention, the rigidity increasing means is configured by connecting the second joint members to each other with a spring material. That is, by arranging the spring material in parallel with the damper, the rigidity of the coupled system between the foundation and the pile is increased. Further, if the spring member is provided with an initial tensile force, the rigidity of the coupled system between the foundation and the pile is further increased.
[0021]
The invention according to claim 5 is characterized in that the damping means has a fourth joint member to which an upper end of the axial force transmitting member is rotatably connected, and one end having a predetermined angle with the axial force transmitting member. A third arm rotatably connected to the fourth joint member, a fifth joint member rotatably attached to a beam or a pillar on a base portion at the other end of the third arm, And a damper connected to the fourth joint member and rotatably mounted on the base portion or the column and restricting movement of the fourth joint member.
[0022]
According to the invention described in claim 5, the toggle damping device is constituted by the third arm and the axial force transmitting member. The third arm and the axial force transmitting member are connected by the fourth joint member so that the angle formed by the third arm and the axial force transmitting member becomes a predetermined angle, and the damper is connected to the fourth joint member. I have. The fourth joint member moves due to an axial displacement of the axial force transmitting member.
[0023]
And even if the foundation and the pile are relatively displaced in the horizontal direction or the vertical direction due to an earthquake or the like, the fourth joint member is largely moved by the toggle mechanism, and the damper is largely deformed.
[0024]
Therefore, a relationship of small deformation × large force = large deformation × small force is established, and the damper connected to the fourth joint member absorbs the vibration of the structure by the small force. In addition, since small displacements of the foundation and the pile are amplified and absorbed by large displacements, vibrations caused by small and medium-sized earthquakes and winds can be effectively absorbed.
[0025]
The invention according to claim 6 is characterized in that the toggle damping device is disposed symmetrically in a frame composed of beams and columns, and the left and right fourth joint members are connected by a spring member. . In addition, if the spring member is installed with an initial compression force applied thereto, the rigidity of the coupled system between the foundation and the pile can be increased.
[0026]
According to the sixth aspect of the present invention, the left and right fourth joint members are connected by a spring member to limit mutual movement. Thus, the posture of the toggle damping device is normally maintained, and the device does not shake more than necessary.
[0027]
The invention according to claim 7 is characterized in that the axial force transmitting member is housed in a pipe having a diameter that is large enough to prevent contact due to relative displacement between the foundation and the pile.
[0028]
According to the seventh aspect of the present invention, since the axial force transmitting member is housed in the pipe, even if it is backfilled or solidified around the pile, it does not affect the movement of the axial force transmitting member. Further, since the diameter of the tube is set so as not to contact the axial force transmitting member even when the axial force transmitting member moves, the axial force transmitting member is not damaged.
[0029]
The invention according to
[0030]
According to the invention described in
[0031]
In addition, by supporting the foundation of the structure with the rolling bearing, the bending moment of the head of the pile can be made close to zero. Therefore, the bending stress acting on the head is greatly reduced.
[0032]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a rigidity increasing means for increasing rigidity of a coupled system between the foundation and the pile according to an amplification factor of a relative displacement between the foundation and the pile of the damping means. It is characterized by:
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
As shown in FIGS. 1 and 2, the vibration energy absorbing structure according to the first embodiment is constructed between a
[0034]
A pin bearing 14 is arranged on the head of the
[0035]
A mounting
[0036]
The
[0037]
On the other hand, a
[0038]
A second ball joint 38 is attached to a lower end of the
[0039]
One end of a pair of
[0040]
The upper end of the
[0041]
Next, the operation of the vibration energy absorbing structure according to this embodiment will be described.
[0042]
As shown in FIG. 3, for example, when the foundation concrete 12 is moved rightward due to an earthquake or the like, the first ball joint 44 of the right damping
[0043]
Accordingly, the angle formed by the
[0044]
For this reason, the vibration energy is efficiently converted into heat and absorbed by the
[0045]
Further, the
[0046]
By providing the vibration energy absorbing structure between the
[0047]
Further, by supporting the
[0048]
Further, the moment of the intermediate portion of the
[0049]
In this embodiment, the
[0050]
Although the
[0051]
Next, a method of attaching the
[0052]
As shown in FIG. 5A, the ground into which the
[0053]
Next, as shown in FIG. 5C, a chemical solution is injected into the bentonite V to form a solidified portion V1, thereby stabilizing the ground. Even if the
[0054]
Finally, as shown in FIG. 5 (D), after connecting the lower end of the
[0055]
Next, a vibration energy absorbing structure according to a second embodiment will be described.
[0056]
As shown in FIGS. 6 to 8, in the second embodiment, a geometrical configuration including the
[0057]
That is, the
[0058]
Further, both ends of the
[0059]
The second embodiment having the above-described configuration is equivalent to the first embodiment in terms of absorbing the displacement amplification effect and the vibration energy. However, since the second ball joint 38 is connected to the structure via the damper, damping is achieved. The
[0060]
Note that the second ball joints 38 may be connected to each other by a damper, and the second ball joint 38 and the structure side may be connected by a coil spring.
[0061]
Next, a vibration energy absorbing structure according to a third embodiment will be described.
[0062]
As shown in FIG. 9, the third embodiment is the same as the vibration energy absorbing structure of the first embodiment except that the foundation concrete 12 is supported by a spherical rolling bearing 92 provided on the head of the
[0063]
By supporting the foundation concrete 12 with the rolling
[0064]
Next, a vibration energy absorbing structure according to a fourth embodiment will be described.
[0065]
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 10, a
[0066]
In the
[0067]
Further, a
[0068]
The
[0069]
Next, the operation of the vibration energy absorbing structure according to the fourth embodiment will be described.
[0070]
When the
[0071]
Therefore, a relationship of small deformation × large force = large deformation × small force is established, and the
[0072]
Here, the amplification function of the toggle attenuation device will be described with reference to the schematic diagram of FIG.
[0073]
For example, if the ball joint 18 of the
[0074]
As shown in FIG. 12, the
[0075]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, it is possible to amplify the relative displacement between the pile and the structure, absorb the vibration, and suppress the vibration of the structure due to an earthquake or a strong wind.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a main part showing a vibration energy absorbing structure according to a first embodiment.
FIG. 2 is an elevational sectional view showing a vibration energy absorbing structure according to the first embodiment.
FIG. 3 is an elevational sectional view showing a vibration energy absorbing structure according to the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory view showing a state in which the head of a pile is elastically deformed in a structure in which a foundation is supported by a pin bearing.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a series of operation procedures for attaching a steel rod to a pile.
FIG. 6 is a perspective view of a main part showing a vibration energy absorbing structure according to a second embodiment.
FIG. 7 is an elevational sectional view showing a vibration energy absorbing structure according to a second embodiment.
FIG. 8 is an elevational sectional view showing a vibration energy absorbing structure according to a second embodiment.
FIG. 9 is an elevational sectional view showing a vibration energy absorbing structure according to a third embodiment.
FIG. 10 is a vertical sectional view showing a vibration energy absorbing structure according to a fourth embodiment.
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a toggle mechanism.
FIG. 12 is a perspective view showing a spring member.
FIG. 13 is an elevation view showing a conventional seismic isolation device.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing bending stress acting on the head of the pile in a structure in which the foundation and the pile are fixed.
[Explanation of symbols]
10
14 pin bearing 20 steel rod (axial force transmitting member)
24 Flexible pipe (tube material)
30 Damping device (damping means)
52 Toggle damping device (damping means)
68
Claims (9)
前記杭の頭部に設けられ、構造物の基礎部を回転可能に支持するピン支承と、
下端部が前記杭の頭部より下方に回動可能に連結され上端部が前記基礎部を貫通する軸力伝達部材と、
前記基礎部上に配置され、前記軸力伝達部材を介して伝達された前記基礎部と前記杭との相対変位を増幅して減衰する減衰手段と、
を有することを特徴とする振動エネルギー吸収構造。A pile built underground,
A pin bearing that is provided on the head of the pile and rotatably supports the foundation of the structure;
An axial force transmitting member having a lower end portion rotatably connected below the head of the pile and an upper end portion penetrating the base portion,
Damping means disposed on the base portion, amplifying and attenuating the relative displacement between the base portion and the pile transmitted through the axial force transmitting member,
A vibration energy absorbing structure comprising:
前記軸力伝達部材の上端部が回動可能に連結された第1ジョイント部材と、
一端が前記第1ジョイント部材に回動可能に連結され、前記軸力伝達部材を間に置いて互いに離間する方向へ斜めに延出する一対の第1アームと、
前記第1アームの他端にそれぞれ連結された第2ジョイント部材と、
前記第2ジョイント部材に連結され第2ジョイント部材同士の相対移動を制限するダンパーと、
一端が第2ジョイント部材に回動可能に連結され、前記第1アームを間に置いて互いに接近する方向へ斜めに延出する一対の第2アームと、
前記第2アームの他端が連結され、基礎部上の梁又は柱へ回動可能に取付けられた第3ジョイント部材と、
で構成された減衰装置であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の振動エネルギー吸収構造。The attenuation means,
A first joint member to which an upper end of the axial force transmitting member is rotatably connected;
A pair of first arms that are rotatably connected at one end to the first joint member, and extend obliquely in a direction away from each other with the axial force transmitting member interposed therebetween;
A second joint member connected to the other end of the first arm,
A damper connected to the second joint member to limit relative movement between the second joint members;
A pair of second arms, one end of which is rotatably connected to the second joint member and which extends obliquely in a direction approaching each other with the first arm interposed therebetween;
A third joint member to which the other end of the second arm is connected, and which is rotatably attached to a beam or a pillar on a foundation;
The vibration energy absorbing structure according to claim 1 or 2, wherein the damping device is configured by:
前記軸力伝達部材の上端部が回動可能に連結された第4ジョイント部材と、
前記軸力伝達部材と所定の角度を持って一端が前記第4ジョイント部材に回動可能に連結された第3アームと、
前記第3アームの他端が基礎部上の梁又は柱へ回動可能に取付けられた第5ジョイント部材と、
一方が前記第4ジョイント部材に連結され他方が基礎部又は柱へ回動可能に取付けられ第4ジョイント部材の移動を制限するダンパーと、
で構成されたトグル減衰装置であることを特徴とする請求項1に記載の振動エネルギー吸収構造。The attenuation means,
A fourth joint member to which an upper end of the axial force transmitting member is rotatably connected;
A third arm having one end rotatably connected to the fourth joint member at a predetermined angle with the axial force transmitting member;
A fifth joint member in which the other end of the third arm is rotatably attached to a beam or a pillar on a foundation;
A damper one of which is connected to the fourth joint member and the other is rotatably attached to the base portion or the pillar and restricts movement of the fourth joint member;
The vibration energy absorbing structure according to claim 1, wherein the structure is a toggle damping device.
前記杭の頭部に設けられ、構造物の基礎部を支持する転がり支承と、
下端部が前記杭の頭部より下方に回動可能に連結され上端部が前記基礎部を貫通する軸力伝達部材と、
前記基礎部上に配置され、前記軸力伝達部材を介して伝達された前記基礎部と前記杭との相対変位を増幅して減衰する減衰手段と、
を有することを特徴とする振動エネルギー吸収構造。A pile built underground,
A rolling bearing provided on the head of the pile and supporting a foundation of the structure;
An axial force transmitting member having a lower end portion rotatably connected below the head of the pile and an upper end portion penetrating the base portion,
Damping means disposed on the base portion, amplifying and attenuating the relative displacement between the base portion and the pile transmitted through the axial force transmitting member,
A vibration energy absorbing structure comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Cited By (3)
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CN106068359A (en) * | 2013-12-03 | 2016-11-02 | Aja企业私人有限公司 | Panel assembly |
CN112064490A (en) * | 2020-08-17 | 2020-12-11 | 中铁大桥局集团有限公司 | I-shaped steel beam vibration damper and I-shaped steel combination beam |
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