建物の骨組の抵抗力は強度、変形能力、ないし両者の積でありエネルギー吸収能力としてとらえることができる。一方、地震の荷重効果はエネルギー入力として捉えると、エネルギー入力は非常に安定する量であり、主として建物の総質量と1次固有周期のみに依存することは以前の研究で明らかになっている。エネルギー理論に基づいた耐震設計では、地震に耐え得るために骨組のエネルギー吸収能力を地震の入力エネルギーよりも大きくしなければならない。従来の通常の耐震設計では、大地震の場合、骨組の梁、柱、ないし梁柱の接合部が塑性変形により地震の入力エネルギーを吸収する。しかし、この考え方には次の欠陥がある:

　● 骨組は少なからず塑性変形等の損傷を受ける。この損傷を修復するために莫大な費用を要する場合もある。

　● 骨組は鉛直荷重の支持と地震入力エネルギーの吸収という2つの課題があるが、それぞれの課題は骨組に別々の特徴を要求する。このため、骨組みを最大限に効率化するのは難しい。

　● 建物の損傷を軽減するために、建物を剛強にすると、大きな応答加速度をうけ、建物内の什器の転倒等の財産損失を引き起こし、医療活動等の日常活動が中断ないし阻害される。

　建物に要求される性能レベルは経済力の発展に伴って高まる可能性があり、将来の耐震設計では、次の性能レベルが要求されなければならない:

　1.主構造体を主に弾性に留めることで損傷を最小に食い止める。

　2.累積塑性歪エネルギー(損傷)はエネルギー吸収能力の高い部材に集中させる。

　3.建物の応答加速度を減らす。

　エネルギー集中型の柔剛混合構造で設計することにより、これらの地震要求性能を一般の耐震構造の枠組みの中で発揮できることは理論的に立証済みである。エネルギー集中型の柔剛混合構造は柔要素と剛要素の2つの部分から成っている。剛要素とは剛性が高く塑性変形能力の大きい要素であり、柔要素とは剛性が低く弾性変形量の大きい要素である。この場合、地震入力エネルギーの大半は剛要素の塑性歪エネルギーすなわち損傷によって吸収されるので、この剛要素に十分なエネルギー吸収能力を付与すれば、エネルギー吸収能力の高い構造となる。柔要素を弾性に留めれることができれば、柔要素の損傷は非常に小さくなる。さらに、許容層間変形を増加させることで、建物の応答加速度を減少させることができる。

　本論文では、通常の剛接多層骨組構造を柔要素、弾塑性履歴型ブレースダンパーを剛要素とした柔剛混合構造の設計を実現することを目的とする。

　本論文は9章で構成されている。

　第1章では、既存の耐震設計のアプローチと追求すべき問題点が概説される。

　従来の柔剛混合構造についての研究では、柔要素が常に弾性に留まり、剛要素が完全弾塑性の復元力特性を持つと仮定されていた。第2章では、柔要素としての骨組に塑性変形が発生し、剛要素としてのダンパーに歪効果が生じた場合の柔剛混合構造の地震応答特性を分析し、建物の地震応答を予測するための新しい式が提案される。

　本研究では、ダンパーとして曲げ変形を受ける鋼棒とせん断変形を受けろスリットプレートの2種類のエネルギー吸収要素を用いる。ダンパーを設計に用いるためには、地震荷重のようなランダムな振動に対し、終局状態でのエネルギー吸収能力を明らかにするのが最も重要なことである。曲げ変形を受ける鋼棒の終局エネルギー能力は最近の研究で明らかになった。しかし、せん断変形を受けろスリットプレートのダンパー場合、今までの研究のほとんどは低振幅疲労、定振幅ないし漸増振幅実験を行った結果に基づいて、Manson-Coffin式またはMiner則でそのエネルギー吸収能力を検証したもので、終局エネルギー吸収能力はまだ明らかになっていない。第3章では、せん断変形におけるスリットプレート実験体に対し実験を行い、その復元力特性を明らかにすると共に、終局状態でのエネルギー吸収能力を定量的に評価する。最後に、曲げ変形における鋼棒とせん断変形におけるスリットプレート両方の終局エネルギー吸収能力の予測方法が示されている。

　第4章では、第3章で言及されたエネルギー吸収要素(つまり鋼棒とスリットプレート)を使用して、2種類の新ブレース型履歴ダンパー(DURダンパーとDUPダンパー)の開発について述べる。これらを設計するための条件と復元力特性、破壊を予測するためのモデルも提案される。DURとDUPダンパーの履歴挙動と終局エネルギー吸収能力を実験的に検証した。この結果、ダンパーは安定した復元力特性と、高いエネルギー吸収能力を有することが確認できた。

　第5章では、新しく開発されたダンパーの座屈荷重の予測方法と数学的モデルが提案されている。なお、DURとDUPダンパーの座屈荷重も実験的に検証された。この結果、提案した予測方法と数学的モデルによる、DURとDUPダンパーの座屈荷重は、安全側で評価できることが確認された。

　第6章では、新しいダンパーを装備した骨組の地震応答特性を調べるために、ダンパーの実験的な復元力特性を用いて応答解析を行う。ダンパーで吸収したエネルギーは、スケレトン部とバウシンガー部の2つの部分に分けられる。応答解析では、ダンパーがスケルトン部とバウシンガー部のそれぞれ吸収したエネルギーの量を調べることにする。この結果は、地震開始から骨組の最大変形発生時刻までは、地震入力エネルギーのほとんどは(ダンパーの)スケルトン部で吸収されているが、骨組の最大変形発生時刻から地震終了まではバウシンガー部で吸収されていることが分かった。

　第7章では、新しいダンパーを装備した骨組の耐震極限設計の方法が提案される。この設計方法は、第2章で提案した式と次の課程に基づいている:地震開始から骨組の最大変形発生時刻まではダンパーのスケストン部のみで入力エネルギーを消費し、骨組の最大変形発生時刻から地震終了まではバウシンガー部のみで消費する。

　第8章では、本論文で提案された耐震設計法の有効性を解と実験の両面から実証する。

　第9章は、本論文の結論と要約である。