JP2004011167A

JP2004011167A - 免震ダンパ

Info

Publication number: JP2004011167A
Application number: JP2002162678A
Authority: JP
Inventors: Eisuke Kashiwagi; 柏木　栄介; Naoyuki Yamaguchi; 山口　直之
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: JP3807497B2

Abstract

【課題】建築物の免震装置に用いる免震ダンパー、特に免震アイソレータと併用して地震発生時に建築物を地震エネルギーから保護するための免震ダンパーに係り、ダンパ本体の高さ寸法を必ずしも大きくしなくても、振動吸収性能がよく、しかも振動の繰返しによる性能劣化の少ない耐久性のよいダンパを提供する。
【解決手段】免震アイソレータと併用して地震発生時に建築構造物に伝わる地震エネルギーを減少させる免震ダンパであって、ダンパ本体１を鉛等の金属により断面略Ｕ字状に屈曲形成したものにおいて、上記ダンパ本体１の平面形状を湾曲形成したことを特徴とする。上記の湾曲形成した湾曲部は１個もしくは複数個設けるようにしてもよい。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震発生時に上部構造物の振動を減衰させ、地震エネルギーを吸収させる免震ダンパに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地震発生時に建築物を保護するために、建築物等の上部構造体と基礎側の下部構造体との間に、免震アイソレータと免震ダンパとからなる免震装置を介在させて建築物に伝播される地震エネルギーを減少させることは知られている。上記の免震アイソレータとしては、一般にゴム等の弾性板と、鋼板等の剛性板とを上下方向に交互に順次積層したものが用いられている。また免震用ダンパとしては、一般に鉛等の金属を利用したものが多く用いられ、例えば特開平２−１９４２３３号公報においてはダンパ本体を鉛等の金属により断面Ｕ字状に形成したものが提案されている。
【０００３】
しかしながら、上記のような免震ダンパは、断面Ｕ字状に形成したダンパ本体の両端部を上下方向に配置して、それぞれ上部構造体と下部構造体とに取付け、地震発生時に生じる上部構造体と下部構造体とのずれによってダンパ本体が変形しながら地震エネルギーを吸収するもので、その際、変形による応力が上記Ｕ字形ダンパ本体の屈曲部もしくはその近傍に局部的に集中しやすく、変形を繰り返すうちに上記屈曲部もしくはその近傍の肉厚が低下して振動吸収性能が次第に低下する不具合がある。
【０００４】
その性能低下の原因等を調べるために、図１１に示すような断面Ｕ字形のダンパ本体１を有する免震ダンパについて、上記ダンパ本体１の板厚ｔ、幅Ｄ、長さＬをパラメータとする確認試験を行った。その試験方法としては、図１２に示すようにダンパ本体１の両端部１１・１１を、それぞれ水平方向に進退動可能な上下一対の可動体ａ・ｂに取付板２やボルト３等を介して取付け、上記可動体ａ・ｂを図１１に示すようにダンパ本体１の長手方向（図１１においてダンパ本体両端部１１・１１の中心線Ｘ−Ｘと平行な方向）と図１４に示すようにダンパの幅方向（上記の中心線Ｘ−Ｘと直角方向）にそれぞれ所定の振幅で振動（相対移動）させて上記試験体が破断するまでの定振幅試験を行った。
【０００５】
その結果、上記試験体は、特にダンパ本体１の長手方向に振動させたとき、変形による応力が上記Ｕ字形屈曲部１２およびその近傍に集中して、その部分の板厚ｔが急激にやせてきて被断することが分かった。また図１５は上記の定振幅試験によって得られた加振回数と振動１サイクルでのエネルギー吸収量との関係を示すグラフであり、ダンパ本体１の長手方向（Ｘ−Ｘ方向）に振動させたときの変化曲線Ｅｘと、ダンパ本体１の幅方向（Ｘ−Ｘと直角方向）に振動させたときの変化曲線Ｅｙとを比較すると、幅方向よりも長手方向に振動させた方が、エネルギー吸収量（振動吸収性能）が急激に低下することが分かる。
【０００６】
また上記の実験の結果からダンパ本体１の板厚をｔ、幅をＤ、長さをＬとすると、ダンパの耐力Ｑは、
Ｑ∝（ｔ^２×Ｄ）／Ｌ^ｎ‥‥‥（１）
の関係が成り立つことが分かった。なお上記（１）式中のｎは、係数である。
【０００７】
さらに上記Ｌ^ｎ項は、他の２つパラメータに比べ耐力に与える影響が小さいため、無視できることが分かった。よって、上記の耐力Ｑは、
Ｑ∝ｔ^２×Ｄ　‥‥‥（２）
の関係が成り立つ。
【０００８】
上記（２）式からも明らかなように、ダンパの体力Ｑは、ダンパ本体１の板厚ｔと幅Ｄの大きさ左右され、特に板厚ｔは耐力Ｑに対して２乗で影響するので、ダンパの板厚ｔが小さくなることが、ダンパの耐力を急激に劣化させる大きな要因であることが分かる。
【０００９】
そこで、ダンパ本体１の板厚ｔを厚くすることが考えられるが、板厚ｔを厚くするとダンパの耐力は増大できるが、振動吸収性能が低下する場合があり、またダンパが大型化する等の不具合もある。また板厚ｔの減少は、応力の集中、特にＵ字形ダンパ本体１の屈曲部もしくはその近傍への局部的な応力集中による変形が原因なので、その応力を分散させるために上記の屈曲部を大きく形成することが考えられるが、免震ダンパの高さ寸法が必然的に大きくなり、往々にして免震アイソレータよりも高くなって前記の上部構造体と下部構造体との間隔を大きく確保しなければならない。又その際、免震アイソレータと上記構造体との間に間隔調整部材等を介在させなければならない等の問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点に鑑みて提案されたもので、ダンパ本体の高さ寸法を必ずしも大きくしなくても、振動吸収性能がよく、しかも振動の繰返しによる性能劣化の少ない耐久性のよい免震ダンパを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明による免震ダンパは、以下の構成としたものである。即ち、免震アイソレータと併用して地震発生時に建築構造物に伝わる地震エネルギーを減少させる免震ダンパであって、ダンパ本体を鉛等の金属により断面略Ｕ字状に屈曲形成したものにおいて、上記ダンパ本体の平面形状を湾曲形成したことを特徴とする。
【００１２】
上記のようにダンパ本体の平面形状を湾曲形成したことにより、地震発生時にはダンパ本体が全体でねじれ変形して応力を広く分散させることが可能となり、振動の繰り返しによる性能の劣化を低減することができる。また湾曲の組合せ方法次第では加力方向による性能の差を少なくすることも可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による免震ダンパを、図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。
【００１４】
図１および図２は本発明による免震ダンパの一実施形態を示すもので、図１（ａ）はダンパ本体の平面図、同図（ｂ）はその正面図、同図（ｃ）はその側面図、図２（ａ）は上記免震ダンパの使用状態を示す正面図、同図（ｂ）はその側面図である。
【００１５】
本実施形態は、ダンパ本体１を鉛等の金属により図１（ｂ）のように断面略Ｕ字形に屈曲形成すると共に、そのダンパ本体１の平面形状を同図（ａ）のように略Ｌ字形に湾曲形成したもので、そのダンパ本体１の両端部１１・１１とＵ字形屈曲部１２との間の対向辺１３・１４には湾曲部１３ａ・１４ａが設けられ、上記両端部１１・１１の幅方向の中心線Ｘ−Ｘと、上記Ｕ字形屈曲部１２の幅方向の中心線Ｙ−Ｙとが略直角になるように形成されている。
【００１６】
上記ダンパ本体１の両端部１１・１１は、やや肉厚に形成され、その両端部１１・１１を、図２に示すように建築物等の上部構造体Ａと基礎側の下部構造体Ｂとに、それぞれ直接もしくは鋼板等の取付板２を介して取付けるもので、図の場合は鉛製のダンパ本体１と一体に形成した鉛合金製の両端部１１・１１内にそれぞれ上記取付板２の一部を埋設して一体化し、その各取付板２を上部構造体Ａおよび下部構造体Ｂにそれぞれボルト３で取付けた構成である。
【００１７】
なお上記両端部１１・１１の材質は適宜であり、またダンパ本体１と別体に形成してダンパ本体１および上記取付板２と抵抗溶接やホモゲン溶着等で一体的に固着することもできる。また上記取付板２の構造体ＡおよびＢに対する取付手段は上記のようなボルトに限らずその他適宜である。
【００１８】
上記のようにして上下の構造体Ａ・Ｂにダンパ本体１を取付けた状態で、地震により例えば前記図２（ａ）で左右方向に振動したとき、上記構造体Ａ・Ｂおよびダンパ本体１の両端部１１・１１には、図３（ａ）および（ｂ）のように互いに反対方向にずれるような力が作用するが、ダンパ本体１は上記のように平面略Ｌ字形に湾曲形成されているので、ダンパ本体１は単に左右方向にずれるだけでなく、図３（ａ）および（ｂ）のようにダンパ本体１の両端部１１・１１を除くダンパ本体１のほぼ全体がねじれ変形しながら地震エネルギーを吸収する。
【００１９】
それによって、上記の振動による応力が、ダンパ本体１のＵ字形屈曲部１２もしくはその近傍にのみ集中することなく、両端部１１・１１を除くダンパ本体１のほぼ全体に応力が分散されるので、繰り返し振動してもダンパ本体１の板厚が急激に低下するのが防止され、性能劣化の進行速度を可及的に低減することができる。
【００２０】
また地震により例えば前記図２（ｂ）で左右方向に振動したときは、上記構造体Ａ・Ｂおよびダンパ本体１の両端部１１・１１には、図４（ａ）および（ｂ）のように互いに反対方向にずれるような力が作用するが、その場合にも同図（ａ）および（ｂ）のようにダンパ本体１の両端部１１・１１を除くダンパ本体１のほぼ全体がねじれ変形しながら地震エネルギーを吸収することができるもので、上記以外の他の水平方向および上下方向の振動についてもほぼ同様である。さらに上記ダンパ本体１の厚さや幅を適宜調整することで、水平方向のいずれの振動方向に対しても振動吸収性能をほぼ同等にすることも可能である。
【００２１】
なお、上記実施形態はダンパ本体１を平面略Ｌ字形、特に図の場合は両端部１１・１１の前記中心線Ｘ−Ｘと、Ｕ字形屈曲部１２の前記中心線Ｙ−Ｙとが略直角になるように形成したが、その角度は適宜であり、例えば図５に示すように両端部１１・１１とＵ字形屈曲部１２とが略４５度の角度で湾曲した平面略Ｊ字形に形成してもよい。また図の場合は上記両端部１１・１１とＵ字形屈曲部１２との間の対向辺１３・１４の湾曲部１３ａ・１４ａを円弧状に形状したが、鋭角に角張った形状としてもよい。
【００２２】
さらに上記湾曲部１３ａ・１４ａやＵ字形屈曲部１２の断面積が漸次変化する変断面構造としてもよく、図６はＵ字形屈曲部１２の断面積が該屈曲部１２の中央部に行くに従って漸次小さくなるようにした例、図７はＵ字形屈曲部１２の中央部に行くに従って漸次大きくなるようにした例である。
【００２３】
またダンパ本体１の平面形状は上記のようなＬ字形やＪ字形に限らず、例えば図８のような平面略Ｓ字形、もしくは図９のような平面略波形に形成してもよく、特に上記図８および図９の場合は、ダンパ本体１の両端部１１・１１とＵ字形屈曲部１２との間の対向辺１３・１４に、それぞれ湾曲部１３ａ・１４ａが互いに反対方向になるように設けられている。また上記以外にもダンパ本体１の平面形状は適宜変更可能であり、少なくとも平面もしくは底面側から見た状態において１つ以上の湾曲部を有する構成とすれば、前記と同様の効果が得られる。
【００２４】
【実施例】
前記図１に示す形状の免震ダンパを試験体として前記と同様の定振幅試験を行ったところ、本発明による上記試験体は、図１０に示すようにダンパ本体１の長手方向（図１でＸ−Ｘと直角方向）の変化曲線Ｅｙは、前記従来の試験体と殆ど変わらないが、ダンパ本体１の幅方向（図１でＸ−Ｘと平行な方向）の変化曲線Ｅｘ’は、前記従来の変化曲線Ｅｘに比べて大幅に改善され、従来のようなエネルギー吸収量の急激な低下がなくなり、被断までの振動回数も大幅に増大させることができた。また上記以外の方向についてもエネルギー吸収量の急激な低下が生じないことが確認できた。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明による免震ダンパは、上記のようにダンパ本体の平面形状を湾曲形成したことにより、地震発生時に水平方向のいずれの方向に振動してもダンパ本体が全体でねじれ変形して応力を広く分散させることが可能となり、繰返し振動することによるＵ字形屈曲部およびその近傍の肉厚が局部的に低下したり、それによって振動吸収性能の低下もしくは劣化を低減することができる。また本発明によれば、ダンパ本体の高さ寸法を大きくすることなく振動吸収性能や耐久性を向上させることが可能となり、免震用アイソレータの周囲に該アイソレータの高さ寸法を大きく変更したり、間隔調整部材等を用いることなく配置することが可能となる。しかもアイソレータの周囲にダンパを配置することで、免震層の部材設置箇所の減少による設置手間の省力化が可能となる。さらに免震建築物設計時においてはダンパの配置バリエーションや設計の自由度も増大させることが可能となる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明免震ダンパに用いるダンパ本体の一例を示す平面図。
（ｂ）はその正面図。
（ｃ）はその側面図。
【図２】（ａ）は上記免震ダンパの使用状態を示す正面図。
（ｂ）はその側面図。
【図３】（ａ）および（ｂ）は上記ダンパを長手方向に振動させた状態の正面図。
【図４】（ａ）および（ｂ）は上記ダンパを幅方向に振動させた状態の正面図。
【図５】（ａ）はダンパ本体の他の例を示す平面図。
（ｂ）はその正面図。
（ｃ）はその側面図。
【図６】（ａ）はダンパ本体の更に他の例を示す平面図。
（ｂ）はその正面図。
（ｃ）はその側面図。
【図７】（ａ）はダンパ本体の更に他の例を示す平面図。
（ｂ）はその正面図。
（ｃ）はその側面図。
【図８】（ａ）はダンパ本体の更に他の例を示す平面図。
（ｂ）はその正面図。
（ｃ）はその側面図。
【図９】（ａ）はダンパ本体の更に他の例を示す平面図。
（ｂ）はその正面図。
【図１０】本発明免震ダンパによる加振回数とエネルギー吸収量との関係を示すグラフ。
【図１１】（ａ）は従来の免震ダンパにおけるダンパ本体の平面図。
（ｂ）はその正面図。
（ｃ）はその側面図。
【図１２】（ａ）は上記免震ダンパの使用状態を示す正面図。
（ｂ）はその側面図。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は上記ダンパを長手方向に振動させた状態の正面図。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は上記ダンパを幅方向に振動させた状態の正面図。
【図１５】従来の免震ダンパによる加振回数とエネルギー吸収量との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１　ダンパ本体
１１　両端部
１２　Ｕ字形屈曲部
１３、１４　対向辺
１３ａ、１４ａ　湾曲部
２　取付板
３　ボルト

Claims

免震アイソレータと併用して地震発生時に建築構造物に伝わる地震エネルギーを減少させる免震ダンパであって、ダンパ本体を鉛等の金属により断面略Ｕ字状に屈曲形成したものにおいて、上記ダンパ本体の平面形状を湾曲形成したことを特徴とする免震ダンパ。
前記ダンパ本体の平面形状に複数の湾曲部を設けてなる請求項１記載の免震ダンパ。