JP2012127465A - 構造物用高支圧支承装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで製造ができ、大きな圧縮荷重に対して水平方向外側への変形を拘束して高支圧力を発揮することができ、且つ優れた地震エネルギーの減衰効果を発揮して上部構造の揺れを抑えることが可能な構造物用高支圧支承装置を提供することを目的とする。
【解決手段】構造物の上部構造と下部構造の間に設置される構造物用高支圧支承装置において、上下鋼板間に柱状のゴム体を配置し、前記ゴム体内に繊維部材を前記ゴム体に作用する圧縮荷重方向に対して平行に複数の同心円状又は螺旋状に配置することを特徴とする
【選択図】 図１

Description

本発明は、橋梁や建物などの構造物の上部構造と下部構造の間に介設され、地震時に作用した地震エネルギーを吸収し減衰させて上部構造の揺れを抑えるための構造物用高支圧支承装置に関する。

従来、例えば橋梁や高層建物などの構造物においては、主桁や主構と橋台や橋脚の間、建物と基礎の間など、上部構造と下部構造の間にゴム支承（反力分散支承，免震支承等）が配置される。

ゴム支承として、高減衰ゴムなどのゴム材（弾性体）と鋼板（補剛体）とを上下方向に交互に積層して構成したものがある。このような支承装置においては、ゴム材及び鋼板によって鉛直荷重に対し高ばね化されているため、上部構造を支持することができる。また、水平荷重に対しゴム材が水平方向に変形するように低ばね化されているため、地震時に水平方向に大きな外力（地震エネルギー）が作用するとともにゴム材が水平方向に変形し、このゴム材の変形によって地震エネルギーが吸収される。

一方、ゴム材の中にゴム材と交互になるように織布や不織布（繊維材）を積層埋設して構成したものもある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。このような支承装置においては、一定値以上の鉛直荷重が作用した場合に繊維材が破断することでエネルギー吸収効果を発揮し、鉛直方向（上下方向、積層方向）の衝撃荷重の発生を抑制することができる。また、一定値以上の水平荷重が作用した場合には、繊維材とゴム材の界面が剥離することでエネルギー吸収効果を発揮する。

特開平１０−１４０５２４号公報 特開２００１−４９６１９号公報

しかしながら、上記従来のゴム材と鋼板を交互に積層して構成した支承装置においては、地震時に作用した地震エネルギー（水平荷重）をゴム材の水平方向の変形のみで吸収して減衰効果を発揮し、また、一定値以上の変形が発生して初めて減衰効果を発揮するため、免震装置（ゴム材）の水平変形量が大きく、上部構造の水平変位量が大きくなる。すなわち、この種の免震装置は、例えばレベル１地震動（構造物の供用期間内に１〜２度発生する確率をもつ地震動）の地震時にゴム材の厚さの１５０％程度、レベル２地震動（極めて稀であるが非常に強い地震動）の地震時にゴム材の厚さの２５０％程度の水平変位が発生する。このため、この支承装置を例えば橋梁の主桁（主構）と橋台の間に介設した場合には、地震時に支承装置の変位（ゴム材の変形）とともに主桁が大きく水平方向に変位することになり、主桁の端部と橋台との間の遊間を大きく設定する必要が生じていた。そして、これに伴い、大きなフィンガージョイントなどのジョイント構造が必要になって、ジョイント構造のコストが高くなるなどの問題があった。

一方、上記従来のゴム材の中に繊維材を水平に積層埋設して構成した支承装置においては、地震時に作用した一定値以上の地震エネルギー（水平荷重）を繊維材とゴム材の界面が剥離することで吸収し、減衰効果を発揮するため、ゴム材の水平変形量ひいては上部構造の水平変位量を制御できる。しかしながら、このような繊維材とゴム材の剥離によって地震エネルギーを減衰させる場合には、繊維材の破断による減衰効果ほど大きな効果を期待できず、例えばレベル１地震動やレベル２地震動に対しては、やはりゴム材の水平変形量ひいては上部構造の水平変位量を十分に制御できない。

本発明は、低コストで製造ができ、大きな圧縮荷重に対して水平方向外側への変形を拘束して高支圧力を発揮することができ、且つ優れた地震エネルギーの減衰効果を発揮して上部構造の揺れを抑えることが可能な構造物用高支圧支承装置を提供することを目的とする。

本発明の構造物用高支圧支承装置は、前記課題を解決するために、構造物の上部構造と下部構造の間に設置される構造物用高支圧支承装置において、上下鋼板間に柱状のゴム体を配置し、前記ゴム体内に繊維部材を前記ゴム体に作用する圧縮荷重方向に対して平行に複数の同心円状又は螺旋状に配置することを特徴とする。

また、本発明の構造物用高支圧支承装置は、前記繊維部材は、糸状又は布状の繊維にゴム又は減衰性に優れた樹脂を含浸又は塗布しシート状にしたものを複数回巻き付けるか複数枚積層して形成することを特徴とする。

また、本発明の構造物用高支圧支承装置は、前記ゴム体内の外側に位置する繊維部材を内側に向かって凹ませた形状にして配置することを特徴とする。

また、本発明の構造物用高支圧支承装置は、前記ゴム体の中心部に硬質樹脂プレートとゴムを水平方向に複数枚積層した芯材を配置することを特徴とする。

また、本発明の構造物用高支圧支承装置は、前記ゴム体と前記繊維部材の配置領域を前記上下鋼板の外周外側位置まで延長することを特徴とする。

また、本発明の構造物用高支圧支承装置は、前記上下鋼板、前記ゴム体及び前記繊維部材を加硫一体成形により一体化することを特徴とする。

構造物の上部構造と下部構造の間に設置される構造物用高支圧支承装置において、上下鋼板間に柱状のゴム体を配置し、ゴム体内に繊維部材をゴム体に作用する圧縮荷重方向に対して平行に複数の同心円状又は螺旋状に配置することで、複数の同心円状又は螺旋状にゴム体中に配置された繊維部材により鉛直方向の圧縮荷重によるゴム体の水平方向外側への大きな変形を拘束し、高支圧力荷重支承作用を実現することが可能となる。
繊維部材は、糸状、布状又はネット状の繊維素材にゴム又は減衰性に優れた樹脂を含浸又は塗布しシート状にしたものをゴム体に複数回巻き付けるか複数枚積層して形成することで、ゴム体への繊維部材の一体配置を容易とすると共に、ゴム体と繊維部材の一体化を強固にし、圧縮荷重によるゴムの水平方向外側への変形を拘束する力を増加することが可能となる。
ゴム体内の外側に位置する繊維部材を内側に向かって凹ませた形状にして配置することで、大きな圧縮荷重によるゴム体の水平方向外側への大きな変形を抑制することが可能となる。
ゴム体の中心部に硬質樹脂プレートとゴムを水平方向に複数段積層した芯材を配置することで、芯材を高剛性にすることでゴム体を高バネ化しより高支圧力を発揮することが可能となる。
ゴム体と繊維部材の配置領域を上下鋼板の外周外側位置まで延長することで、上下鋼板、ゴム体及び繊維部材の一体化をより強固にすることが可能になる。
上下鋼板、ゴム体及び繊維部材を加硫一体成形により一体化することで、上下鋼板、ゴム体及び繊維部材の一体化を強固にすることが可能になる。

（ａ）（ｂ）本発明の実施形態を示す図である。 （ａ）（ｂ）本発明の実施形態を示す図である。 （ａ）（ｂ）本発明の実施形態を示す図である。 （ａ）（ｂ）本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。

本発明の実施の形態を図により説明する。図１（ａ）（ｂ）は、本発明の構造物用高支圧支承装置１の一実施形態を示す図である。

橋梁、建築物等の構造物の上部構造と下部構造の間に設置される構造物支承装置１は、上下鋼板４、５の間に天然ゴム又は高減衰ゴムからなる柱状のゴム体２が配置される。柱状のゴム体２内には、中心ゴム２ａの周囲に複数の環状の繊維部材３ａ、３ｂ、３ｃが複数の環状のゴム２ｂ、２ｃを挟んで同心円状に配置される。繊維部材３ａ、３ｂ、３ｃは、構造物支承装置１が受ける鉛直方向の圧縮荷重方向と平行に配置される。繊維部材３は、ゴム体２の軸方向の長さとほぼ同じか若干短い長さとして配置する。

繊維部材３は、繊維素材６として炭素繊維、ガラス繊維、ポリアミド系繊維、ビニロン繊維、ビニール繊維、鋼繊維等が用いられる。図５は、糸状の繊維素材６を縦方向に複数配列したものであり、図６は、糸状の繊維素材６を横方向に複数配列したものであり、図７は、縦方向の繊維素材６と横方向の繊維素材６を織ったり編んだりして布状又はネット状としたものである。図５〜図７に示されるように配列された繊維素材６に天然ゴム又は減衰性に優れた樹脂等からなる母材７を含浸又は塗布しシート状にする。シート状にした繊維素材６を中心ゴム２ａ、環状のゴム２ｂ、２ｃの周囲に複数巻き巻き付け、径方向に所定厚みの繊維部材３として同心円状に複数配置する。

図５及び図６に示されるように繊維素材６が縦横一方向に配列されたシート状のものは、中心ゴム２ａ、環状のゴム２ｂ、２ｃの周囲に複数巻き巻き付ける場合、繊維素材７が縦方向に配列されたものと横方向に配列されたものを交互に巻き付けて繊維部材３を形成することで、ゴムの圧縮荷重による水平方向外側への変形を拘束するための拘束力を増加することが可能となる。

繊維部材３が複数同心円状に配置した柱状のゴム体２の上下に上鋼板４と下鋼板５を配置する。上鋼板４と下鋼板５の外周外側の位置まで繊維部材３ｃと環状のゴム体２ｄを配置する。その結果、上鋼板４と下鋼板５は、外周面部と裏面又は上面がゴム体２又は繊維部材３と接するように配置される。このように配置された上下鋼板４，５、ゴム体２及び繊維部材３を加硫一体成形することで、上下鋼板４，５、ゴム体２及び繊維部材３が強固に一体化することが可能となる。

図１（ａ）（ｂ）に示す実施形態では、同心円状に配置される環状の繊維部材３ａ，３ｂ，３ｃの数を３列としているが、環状の繊維部材３の径方向の厚みを小さくしてより多くの列の環状の繊維部材３を配置しても良い。

この実施形態の構造物用高支圧支承装置１は、柱状のゴム体２内に同心円状に複数の環状の繊維部材３ａ，３ｂ、３ｃが環状のゴム２ｂ、２ｃ、２ｄと一体化されて配置されているため、鉛直方向の圧縮荷重によるゴム体２の水平方向外側への変形が環状の繊維部材３ａ，３ｂ、３ｃにより拘束され、高支圧力を発揮することが可能となる。

図２（ａ）（ｂ）は、本発明の構造物用高支圧支承装置１の他の実施形態を示す図である。

この実施形態の構造物用高支圧支承装置１は、ゴム体２の中心にエボナイト等の硬質樹脂プレート８と積層ゴム２ｆを水平に複数積層して芯材９とする。柱状のゴム体２内には、複数の環状の繊維部材３ａ、３ｂ、３ｃが複数の環状のゴム２ｂ、２ｃを挟んで同心円状に配置される。繊維部材３ａ、３ｂ、３ｃは、構造物支承装置１が受ける鉛直方向の圧縮荷重方向と平行に配置される。繊維部材３は、ゴム体２の軸方向の長さとほぼ同じか若干短い長さとして配置する。

他の構成は、図１（ａ）（ｂ）に示す実施形態と同様であるので説明を省略する。この実施形態では、芯材９が硬質樹脂プレート８と積層ゴム２ｆとを水平に複数積層して形成されているため、芯材９の剛性が大きく、鉛直方向の圧縮荷重に対して高バネ化し、柱状のゴム体２内に配置された複数の環状の繊維部材３ａ、３ｂ、３ｃによりゴム体２の水平方向外側への変形に対する拘束力と協働して大きな高支圧力を発揮することが可能となる。

図３（ａ）（ｂ）は、本発明の構造物用高支圧支承装置１の他の実施形態を示す図である。

この実施形態の構造物用高支圧支承装置１は、図１（ａ）（ｂ）に示す実施形態と同様に、柱状のゴム体２内には、中心ゴム２ａの周囲に複数の環状の繊維部材３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが複数の環状のゴム２ｂ、２ｃ、２ｄを挟んで同心円状に配置される。柱状のゴム体２内の外側に位置する環状の繊維部材３ｃ、３ｄの軸方向の中間部をゴム体２の中心に向かって凹ませた状態で配置する。他の構成は、図１（ａ）（ｂ）に示す実施形態と同様であるので説明を省略する。

柱状のゴム体２内の外側に位置する環状の繊維部材３ｃ、３ｄを圧縮荷重によりゴム体２が変形する反対方向に予め凹まして配置することで、圧縮荷重によるゴム体２の水平方向外側への変形を拘束する拘束力が増加し、高支圧化を図ることが可能となる。

図４（ａ）（ｂ）は、本発明の構造物用高支圧支承装置１の他の実施形態を示す図である。

この実施形態の構造物用高支圧支承装置１は、柱状のゴム体２内に、中心ゴム２ａを中心として繊維部材３ａがゴム体２の外側に向かって螺旋状に配置される。螺旋状に配置された線に部材３ａの外側に環状の繊維部材３ｂを配置する。他の構成は、図１（ａ）（ｂ）に示す実施形態と同様であるので説明を省略する。

柱状のゴム体２内に、中心ゴム２ａを中心として繊維部材３ａがゴム体２の外側に向かって螺旋状に配置することで、鉛直方向の圧縮荷重によるゴム体２の水平方向外側への変形が拘束され、高支圧力を発揮することが可能となる。

以上のように本発明の構造物用高支圧支承装置によれば、大きな圧縮荷重に対して水平方向外側への変形を拘束して高支圧力を発揮することができ、且つ優れた地震エネルギーの減衰効果を発揮して上部構造の揺れを抑えることが可能な構造物用高支圧支承装置を提供することが可能となる。

１：構造物用高支圧支承装置、２：ゴム体、２ａ：中心ゴム体、２ｂ、２ｃ、２ｄ，２ｅ：環状ゴム体、２ｆ：積層ゴム体、３：繊維部材、３ａ，３ｂ、３ｃ、３ｅ：環状の繊維部材、４：上鋼板、５：下鋼板、６：繊維素材、７：母材、８：硬質樹脂プレート、９：芯材

Claims (6)

1. 構造物の上部構造と下部構造の間に設置される構造物用高支圧支承装置において、
   上下鋼板間に柱状のゴム体を配置し、前記ゴム体内に繊維部材を前記ゴム体に作用する圧縮荷重方向に対して平行に複数の同心円状又は螺旋状に配置することを特徴とする構造物用高支圧支承装置。
2. 前記繊維部材は、糸状又は布状の繊維にゴム又は減衰性に優れた樹脂を含浸又は塗布しシート状にしたものを複数回巻き付けるか複数枚積層して形成することを特徴とする請求項１に記載の構造物用高支圧支承装置。
3. 前記ゴム体内の外側に位置する繊維部材を内側に向かって凹ませた形状にして配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物用高支圧支承装置。
4. 前記ゴム体の中心部に硬質樹脂プレートとゴムを水平方向に複数積層した芯材を配置することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の構造物用高支圧支承装置。
5. 前記ゴム体と前記繊維部材の配置領域を前記上下鋼板の外周外側位置まで延長することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の構造物用高支圧支承装置。
6. 前記上下鋼板、前記ゴム体及び前記繊維部材を加硫一体成形により一体化することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の構造物用高支圧支承装置。

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