JP4941601B2 - 免震装置 - Google Patents

Description

本発明は、建築構造物並びに土木構造物を地震から保護するため使用される積層体からなる免震装置に関し、小さな地震から大きな地震までの広い範囲の地震に対して効果的な免震効果を得ることができる免震装置に関する。

ゴム等からなる弾性層と鋼板等からなる剛性層とが交互に積層されている積層ゴムと、この積層ゴムの内周面で規定された中空部に配された塑性変形部材である鉛とを具備した鉛入り免震装置は知られている。

斯かる免震装置に対しては、従来、人の生命の安全や構造物の崩壊を防止する観点から大規模の地震を想定した免震設計がなされている結果、製造された免震装置は大規模の地震時に効果が生じるようになっている。

したがって、建築構造物又は土木構造物に用いた斯かる免震装置は、大規模の地震では所定の性能を発揮するものの、地震発生頻度の割合高い中小規模の地震では、大規模の地震用に設定された高い値の鉛の降伏点により充分な免震効果を発揮できず、地震振動を充分に低減できないまま建築構造物又は土木構造物に伝達してしまい、建築構造物又は土木構造物を中小規模の地震に対しては免震装置を設置しない状態とあまり差のない状態で支持することになる。これに対して、中小規模の地震を想定して設計された免震装置は、大規模の地震時の安全性に欠ける結果となるため、建築構造物又は土木構造物に用いる免震装置に対しては大規模の地震を想定した免震設計はやむを得ないこととして常識化している。

特許第２８８３２１９号掲載公報 特開２００３−２１１９３号公報

このような二律背反の問題を解決する手段として、鉛等の塑性変形部材の断面積を変化させる技術が特許文献１及び特許文献２で提案されている。

特許文献１には、荷重支承部内に配されるエネルギ吸収部である鉛体の径を荷重支承部の高さ方向の中間部と上下端部とで変え、しかも、鉛体の上下端部の外周に粘弾性体を配置して、中小規模の地震から大規模の地震までの広範囲で免震効果を生じさせる免震支持装置が記載されている。

しかし、特許文献１に記載の免震支持装置は、鉛体の上下端部の外周に粘弾性体を配するための組立てや、段差付の鉛体の製造などの生産面において手間がかかるという問題がある。

特許文献２には、積層ゴムに内蔵される鉛コアにおいて、高さ方向の中央位置を最小面積に、上下両端部を最大面積とし、その中間を連続的に変化させて中小規模の地震から大規模の地震までの広範囲で免震効果を生じさせる免震装置が記載されている。

しかし、特許文献２に記載の免震装置においても、鉛コア内蔵用孔径を高さ方向で連続的に変化させた積層ゴムを成型することや、連続的に直径が変化した鉛体を製造すること等の生産面において手間がかかりコストを押し上げる要因となるという問題点をもっている。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、大規模の地震に対しては勿論のこと、中小規模の地震に対しも建築構造物又は土木構造物を効果的に免震支持できる上に、容易、安価に製造できる免震装置を提供するところにある。

本発明の免震装置は、弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されていると共に積層方向と直交する剪断方向において弾性的に剪断変形自在な積層体と、この積層体の内周面で規定された柱状の中空部に配されていると共に剪断方向に変形自在であって加わる剪断方向の振動エネルギを当該剪断方向の変形により吸収する柱状の振動エネルギ吸収体とを具備しており、前記積層方向の荷重を支持するようにしたものであって、ここで、振動エネルギ吸収体は、積層方向において同一の剪断方向の断面形状をもって積層方向に伸びていると共に積層方向において降伏点が異なるように、積層方向において異なる塑性金属材料をもって形成されている。

斯かる本発明の免震装置によれば、振動エネルギ吸収体は、積層方向において降伏点が異なるように、積層方向において異なる塑性金属材料から形成されているために、中小規模の地震では降伏点の低い部位での振動エネルギ吸収体の剪断変形でもって振動エネルギを吸収させることができる一方、大規模の地震では降伏点の低い部位に加えて降伏点の高い部位での振動エネルギ吸収体の剪断変形でもって振動エネルギを吸収させることができる結果、大規模の地震に対しては勿論のこと、中小規模の地震に対しても建築構造物又は土木構造物を効果的に免震支持でき、その上、振動エネルギ吸収体が積層方向において同一の剪断方向の断面形状をもって積層方向に伸びていると共に積層体の内周面で規定された柱状の中空部に配されているために、積層体は勿論のこと振動エネルギ吸収体を容易に製造できると共に積層体の中空部への振動エネルギ吸収体の装着を簡単に行うことができる結果、容易、安価に製造できる。

本発明の振動エネルギ吸収体は、積層方向において降伏点が連続的又は不連続的に変化するように、積層方向において異なる塑性金属材料をもって形成されていてもよく、更には、積層方向において降伏点が積層方向の中央、即ち積層体の１／２の高さの部位に関して対称となるように、積層方向において異なる塑性金属材料をもって形成されていてもよい。

振動エネルギ吸収体は、好ましくは、鉛、錫若しくはそれらの合金を含む塑性金属材料からなっているが、その他の塑性金属材料からなっていてもよい。塑性金属材料である鉛は、通常、同じく塑性金属材料である錫よりも低い降伏点を有しており、また塑性金属材料である鉛及び錫の合金は、その成分比に対応した降伏点を有しており、斯かる塑性金属材料を主に降伏点に関しての異なる塑性金属材料として振動エネルギ吸収体に用いるとよい。

積層方向において降伏点を不連続的に変化させるように、積層方向において異なる塑性金属材料をもって振動エネルギ吸収体を形成する場合、異なる塑性金属材料の接合面を圧着、圧接又は接着させてもよく、またこれらに代えて又はこれらと共に、凹凸嵌め合わせでもよく、更には、接合面を合金化してもよい。

本発明においては、降伏点が高い塑性金属材料を積層方向において中央部に、降伏点が低い塑性金属材料を積層方向において中央部を挟んで当該中央部の積層方向の両端部に夫々配して形成された振動エネルギ吸収体であっても、またその逆に配して形成された振動エネルギ吸収体であってもよく、更には、積層方向の中央から積層方向の一端までを降伏点が高い又は低い塑性金属材料を、積層方向の中央から積層方向の他端までを降伏点が低い又は高い塑性金属材料を夫々配して形成された振動エネルギ吸収体であってもよく、また、積層方向の一端からその他端まで降伏点が連続的であって単調に変化するように又は積層方向の一端からその中央部までは降伏点が連続的であって単調に高く又は低くなり、次に、積層方向の中央部から他端までは降伏点が連続的であって単調に低く又は高くなるように、夫々成分比がそれに対応して変化した合金からなる塑性金属材料で形成された振動エネルギ吸収体であってもよい。

本発明は、中小規模の地震では、降伏点の高い塑性金属材料をもって形成された部位を除いて、降伏点の低い塑性金属材料をもって形成された部位での振動エネルギ吸収体の塑性変形でもって建築構造物又は土木構造物への中小規模の地震の伝達を阻止すると共に中小規模の地震の振動エネルギを吸収して中小規模の地震に応じた免震効果を得るようにし、大規模の地震では、降伏点の低い塑性金属材料をもって形成された部位での塑性変形に加えて、降伏点の高い塑性金属材料をもって形成された部位での振動エネルギ吸収体の塑性変形でもって建築構造物又は土木構造物への大規模の地震の伝達を阻止すると共に大規模の地震の振動エネルギを吸収して大規模の地震に応じた免震効果を得るようにしたものである。

本発明によれば、大規模の地震に対しては勿論のこと、中小規模の地震に対しても建築構造物又は土木構造物を効果的に免震支持できる上に、容易、安価に製造できる免震装置を提供することができる。

図１は、本発明の好ましい一実施例の断面説明図である。 図２は、図１に示す例の動作説明図である。 図３は、図１に示す例の動作説明図である。 図４は、図１に示す例の接合面の他の例の説明図である。

次に本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、本発明はこれら実施例に限定されないのである。

図１において、鉛直方向である積層方向Ａの荷重Ｂを支持するようにした免震装置１は、天然ゴム又は減衰特性を有する高減衰ゴム等からなる弾性材料層２及び鋼板等からなる剛性材料層３が交互に積層されていると共に積層方向Ａと直交する水平方向である剪断方向Ｃにおいて弾性的に剪断変形自在な円柱状又は四角柱状の積層体４と、積層体４の内周面５で規定された円柱状の中空部６に配されていると共に剪断方向Ｃに変形自在であって加わる剪断方向Ｃの振動エネルギを当該剪断方向Ｃの変形により吸収する円柱状の振動エネルギ吸収体７と、積層体４の積層方向Ａの一端面及び他端面である上面８及び下面９にボルト等により固着された上取付板１０及び下取付板１１と、剛性材料層３のうちの最上部の厚肉鋼鈑１２の円形状の凹所１３及び上取付板１０の円形状の凹所１４に嵌着された円盤状の剪断キー１５と、剛性材料層３のうちの最下部の厚肉鋼鈑１６の円形状の凹所１７及び下取付板１１の円形状の凹所１８に嵌着された円盤状の剪断キー１９とを具備している。

剛性材料層３は、厚肉鋼鈑１２及び１６に加えて、当該厚肉鋼鈑１２及び１６の間に配されていると共に厚肉鋼鈑１２及び１６よりも薄肉の複数枚の薄肉鋼鈑３１を有しており、弾性材料層２は、厚肉鋼鈑１２及び１６の間に配されていると共に剛性材料層３の厚肉鋼鈑１２及び１６並びに薄肉鋼鈑３１の夫々に加硫接着された複数枚のゴム板３２を有している。

積層体４は、弾性材料層２及び剛性材料層３に加えて、剛性材料層３の外周面に加硫接着されていると共に弾性材料層２と一体となった円筒状又は四角筒状の被覆層３５を更に有している。

振動エネルギ吸収体７は、錫からなる円柱状の中央部４１と、中央部４１を積層方向Ａにおいて挟んで配されていると共に鉛からなる円柱状の上部４２及び下部４３とを具備して、積層方向Ａにおいて同一の剪断方向Ｃの断面形状、本例では積層方向Ａにおいて同一の径ｒの断面円形状をもって積層方向Ａにまっすぐに伸びている。錫からなる円柱状の中央部４１では、その剪断方向Ｃにおける降伏点が鉛からなる円柱状の上部４２及び下部４３よりも大きく、逆にいうと、鉛からなる円柱状の上部４２及び下部４３の夫々では、その剪断方向Ｃにおける降伏点が錫からなる円柱状の中央部４１よりも小さく、こうして、振動エネルギ吸収体７は、その剪断方向Ｃにおける降伏点が積層方向Ａの部位である中央部４１並びに上部４２及び下部４３において不連続的に変化して異なるように、降伏点に関して異なる塑性金属材料、即ち、錫及び鉛から形成されており、しかも、積層方向においてその剪断方向Ｃにおける降伏点が積層方向Ａの中央に対して対称となるように降伏点に関して異なる塑性金属材料である錫及び鉛から形成されている。

以上の免震装置１は、構造物５１からの積層方向Ａの荷重Ｂを支持するように、上取付板１０において建築構造物又は土木構造物等の構造物５１に固着される一方、下取付板１１において基礎５２に固着されて、構造物５１と基礎５２との間に設置される。

斯かる免震装置１に中小規模の地震により水平方向である剪断方向Ｃの比較的小さな振動が加わると、鉛からなる上部４２及び下部４３の剪断方向Ｃの降伏点が錫からなる中央部４１の剪断方向Ｃの降伏点よりも低いために、剪断方向Ｃにおける積層体４の弾性的な剪断変形に加えて、当該積層体４の弾性的な剪断変形により、図２に示すように、鉛からなる上部４２及び下部４３が剪断方向Ｃに剪断変形されて、上部４２及び下部４３の鉛によるエネルギ吸収が行われ、而して、免震装置１は、中小規模の地震においてもその振動の構造物５１への伝達を阻止すると共に構造物５１の剪断方向Ｃの振動を効果的に減衰させて免震効果を奏する。

免震装置１に大規模の地震により更に大きな水平方向の振動が加わると、剪断方向Ｃにおける積層体４の弾性的な剪断変形に加えて、当該積層体４の弾性的な剪断変形により、図３に示すように、鉛からなる上部４２及び下部４３の剪断方向Ｃへの剪断変形に加えて、錫からなる中央部４１が剪断方向Ｃに剪断変形されて、上部４２及び下部４３の鉛によるエネルギ吸収と中央部４１の錫によるエネルギ吸収とが行われ、而して、免震装置１は、大規模の地震においてもその振動の構造物５１への伝達を阻止すると共に構造物５１の剪断方向Ｃの振動を効果的に減衰させて免震効果を奏する。

免震装置１によれば、剪断方向Ｃにおける降伏点が積層方向Ａの上部４２及び下部４３と中央部４１との部位において異なるように振動エネルギ吸収体７が積層方向Ａの上部４２及び下部４３と中央部４１との部位において降伏点に関して異なる塑性金属材料である鉛及び錫をもって形成されているために、振動エネルギ吸収体７を、中小規模の地震では降伏点の低い上部４２及び下部４３の部位で剪断変形させることができる一方、大規模の地震では降伏点の低い上部４２及び下部４３の部位に加えて降伏点の高い中央部４１の部位でも剪断変形させることができる結果、大規模の地震に対しては勿論のこと、中小規模の地震に対しても構造物５１を効果的に免震支持でき、その上、振動エネルギ吸収体７が積層方向Ａにおいて同一の径ｒの断面円形状をもって積層方向Ａにまっすぐに伸びていると共に積層体４の内周面５で規定された円柱状の中空部６に配されているために、積層体４は勿論のこと振動エネルギ吸収体７を容易に製造できると共に積層体４の中空部６への振動エネルギ吸収体７の装着を簡単に行うことができる結果、容易、安価に製造できる。

免震装置１において、上部４２及び下部４３と中央部４１との接合面５５は、圧着、圧接又は接着のいずれでもよく、また、図４に示すように、凹部５６及び凸部５７による凹凸嵌め合わせでもよく、更には、上部４２及び下部４３と中央部４１とが本例のように塑性金属材料からなっている場合は、接合面５５を合金化したものであってもよい。

上記では、中央部４１を錫からなる塑性金属材料で、上部４２及び下部４３を鉛からなる塑性金属材料で夫々形成したが、これに代えて、中央部４１を鉛からなる塑性金属材料で、上部４２及び下部４３を錫からなる塑性金属材料で夫々形成してもよく、また振動エネルギ吸収体７を中央部４１、上部４２及び下部４３のように積層方向Ａにおいて三分割する代わりに降伏点の相違に関して二分割又は三分割以上にしてもよく、更には、上記のように振動エネルギ吸収体７を剪断方向Ｃにおける降伏点に関して積層方向Ａにおいて不連続的に異なるように形成する代わりに、剪断方向Ｃにおける降伏点が積層方向Ａにおいて連続的に変化するように降伏点に関して異なる塑性金属材料をもって形成してもよい。

１ 免震装置
２ 弾性材料層
３ 剛性材料層
４ 積層体
５ 内周面
６ 中空部
７ 振動エネルギ吸収体

Claims (3)

1. 弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されていると共に積層方向と直交する剪断方向において弾性的に剪断変形自在な積層体と、この積層体の内周面で規定された柱状の中空部に配されていると共に剪断方向に変形自在であって加わる剪断方向の振動エネルギを当該剪断方向の変形により吸収する柱状の振動エネルギ吸収体とを具備しており、この振動エネルギ吸収体は、塑性金属材料からなる円柱状の中央部と、この中央部を積層方向において挟んで配されていると共に中央部の塑性金属材料の降伏点と異なる降伏点を有した塑性金属材料としての鉛からなる円柱状の上部及び下部とを具備しており、積層方向において同一の剪断方向の断面形状をもって積層方向に伸びており、中央部と上部及び下部との夫々は、凹凸嵌め合わせ又は合金化されて接合されている、前記積層方向の荷重を支持するようにした免震装置。
2. 振動エネルギ吸収体は、積層方向において降伏点が積層方向の中央に関して対称となるように、積層方向において異なる塑性金属材料をもって形成されている請求項１に記載の免震装置。
3. 振動エネルギ吸収体の円柱状の中央部は、錫又はその合金を含む塑性金属材料からなっている請求項１又は２に記載の免震装置。

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