JP2004360742A - Seismic isolating device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は免震装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の免震装置としては、例えば図10に示すごときものがある。図中、1は免震対象となる構造物、2は地盤側3に支持されると共に、構造物1を支承するようにした弾性免震体である積層ゴム支承である。積層ゴム支承2はゴム板と鋼板が交互に積層されると共に、各当接面は固設されている。而して、斯かる免震装置においては、地震時に構造物1の水平方向変位により発生する水平力は積層ゴム支承2により吸収される。
【0003】
ところが、アスペクト比(縦横比)が高い縦長の構造物1の場合には、構造物1に水平力の影響によって、図10の矢印イに示すごとくロッキング現象が生じる虞がある。
【0004】
斯かるロッキング現象を低減させるようにした免震装置としては、積層ゴム支承と弾性滑り支承の併用により水平方向変位の長周期化を図った免震装置や、積層ゴム支承にリニアガイドを併用してロッキングモーメントをリニアガイド(水平可動支持装置)に負担させるようにした免震装置(特許文献1)がある。
【0005】
なお、地盤側と構造物との間に、本件発明の一例のようにコイルばねを設けた免震装置としては、特許文献2に示すごとき装置がある。しかし、本件発明では、コイルばねは斥力発生手段として機能しており、斥力発生手段により斥力を発生させて構造物の水平方向変位の長周期化を図るようにしているのに対し、特許文献2では、コイルばねにより滑り支承の滑り相手材を初期位置に復帰させるよう、復元力を付与するようにしており、従って、本件発明は特許文献2とは技術思想において根本的に異なるものである。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−288928号公報
【特許文献2】
特開平11−280295号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図10の免震装置では、上述のごとくロッキング現象が生じる虞があるが、ロッキング現象が生じた場合には、アスペクト比が高い縦長の構造物1の場合には、積層ゴム支承2に引抜き力が発生する虞があり、具合が悪い。
【0008】
又、上記の積層ゴム支承と弾性滑り支承の併用により水平方向変位の長周期化を図った免震装置の場合には、ロッキング現象は減少させることができるが、弾性滑り支承の摩擦力は該弾性滑り支承に作用する面圧に依存するため、弾性滑り支承の摺動面を所定の状態に保持するための管理が難しい。
【0009】
更に、特許文献2のように、積層ゴム支承にリニアガイドを併用してロッキングモーメントをリニアガイドに負担させるようにした免震装置の場合にも、ロッキング現象を減少させることができるが、リニアガイドにより引抜き力を負担させる場合、リニアガイドが固設される地盤及び構造物も引抜き力に耐えることができるようにしなければならない。
【0010】
本発明は、上述の実情に鑑み、構造物に積層ゴム支承のような弾性免震体を適用した場合にも、地震時に構造物に作用する、構造物の変位方向とは反対方向の水平力を減少させることにより、構造物の水平方向変位の周期を長周期化してロッキングモーメントをも減少させると共に、引抜き力が発生しないようにした免震装置を提供することを目的としてなしたものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の免震装置は、構造物を地盤側に支持された弾性免震体により支承すると共に、前記構造物と地盤側との間に、斥力発生手段を設置し、前記弾性免震体により、構造物の変位方向とは反対方向へ水平力を付与し得るよう構成すると共に、斥力発生手段により、構造物の変位方向と同一方向へ水平力を付与し得るように構成したものである。
【0012】
請求項2の免震装置は、構造物が水平方向へ所定量変位した場合において、弾性免震体による水平力の絶対値を斥力発生手段による水平力の絶対値よりも大きくなるよう構成したものである。
【0013】
請求項3の免震装置においては、弾性免震体は積層ゴム支承である。
【0014】
請求項4の免震装置においては、斥力発生手段はコイルばねであり、請求項5の免震装置においては、斥力発生手段は板ばねであり、請求項6の免震装置においては、斥力発生手段は磁石であり、請求項7の免震装置においては、斥力発生手段は流体圧シリンダである。
【0015】
本発明によれば、構造物の水平方向変位の周期は長周期化されて、ロッキングモーメントも減少するうえ、引抜き力が発生しないため、引抜き力による不具合が発生することはなく、更に弾性滑り支承を設ける必要はないため、摺動面の管理を行う必要がない。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図1〜図7は本発明の免震装置の一例である。而して、本図示例において特長とする点は、構造物1を支承する弾性免震体である積層ゴム支承2の他に、上端が構造物1にピン枢着され、下端が地盤側3にピン枢着されたコイルばね4を、斥力発生手段として構造物1と地盤側3との間に設けた点である。コイルばね4は、地震が発生していない初期状態においては、図1に示すように鉛直に保持され、地震が発生した場合には、構造物1は水平方向変位し得るようになっている。図2は構造物1が図1の初期状態から右方向へ変位した状態を示している。
【0017】
コイルばね4は、地震が発生していない初期状態における長さL1(図3参照)及び地震時に構造物1が最大に水平方向変位した場合における長さL2(図4参照)の何れにおいても、コイルばね4に荷重が負荷されない状態の自然長Lよりも短い状態で構造物1と地盤側3との間に設定されている。このため、コイルばね4は常時、余圧縮された状態に保持されており、軸方向へ斥力Nが発生している。
【0018】
積層ゴム支承2のばね特性は図5に示されており、地震時の水平方向変位xと水平力Fの関係は直線となる。水平力Fは構造物1が水平方向変位した場合に、構造物1の変位方向と反対方向へ向けて作用する力で、構造物1を元の位置に戻そうとする復元力である。図5では、直線は右上がりに示されており、構造物1が図1の状態から図2に示すように右側へ変位した場合の水平力Fを正に、又、構造物1が図1の状態から左側に変位した場合の水平力Fを負に定めている。ここで、図5からも明らかなごとく、構造物1の水平方向変位xが大きくなると、構造物1を元の位置に戻そうとする水平力Fは大きくなる。
【0019】
コイルばね4は負ばねで斥力Nが発生するようになっており、構造物1が水平方向変位した際のばね特性は負ばね要素特性である。コイルばね4の負ばね特性は図6に示されており、コイルばね4の地震時の水平方向変位xと水平力Wの関係は曲線となる。水平力Wは構造物1に水平方向変位が発生した場合に、構造物1の変位の方向と同一方向へ向けて作用する力で、構造物1を元の位置から更に離反させようとする力である。図6では、曲線は右下がりに示されており、構造物1が図1の状態から図2に示すように右側へ変位した場合の水平力Wを負に、又、構造物1が図1の状態から左側に変位した場合の水平力Wを正に定めている。ここで、図6から明らかなごとく、構造物1の水平方向変位xが大きくなると、構造物1を更に初期状態から離反する方向へ変位させようとする水平力Wは大きくなる。水平力Wは図3においては右方向となる。
【0020】
免震装置の水平方向における全体のばね剛性は、積層ゴム支承2による正のばね剛性とコイルばね4による負のばね剛性の和となり、免震装置全体のばね剛性は、積層ゴム支承2のみによるばね剛性と比較して低くすることができる。
【0021】
すなわち、構造物1の水平方向変位xにおける積層ゴム支承2による水平力Fとコイルばね4による水平力Wとを合わせた水平力Sは、S=F−Wであり、積層ゴム支承2のばね剛性k1をコイルばね4のばね剛性k2よりも大きく設定すると(k1>k2)、構造物1の変位が零でない位置では、積層ゴム支承2の水平力Fの絶対値|F|はコイルばね4の水平力Wの絶対値|W|よりも大きくなり(|F|>|W|)、これを図示すると、図7に示すように、緩い右上がりの曲線となる。積層ゴム支承2のばね剛性k1とコイルばね4によるばね剛性k2を合わせたばね剛性kは小さくなり、免震装置全体としてのばね特性が緩やかになる。
【0022】
水平力Sは構造物1が変位した場合に構造物1の変位方向に対し反対方向へ作用し、構造物1を元の位置に戻そうとする復元力となるが、構造物1の水平方向変位xが大きくなっても、構造物1を元の位置に戻そうとする水平力Sは、積層ゴム支承2のみによる構造物1を元の位置に戻そうとする水平力Fよりも小さくなる。
【0023】
すなわち、本図示例において地震により構造物1が水平力を受けて変位した場合、構造物1には積層ゴム支承2による正のばね剛性とコイルばね4による負のばね剛性の和から定まるばね剛性を基とした、減少した水平力Sが作用し、構造物1は緩やかに水平方向変位する。このため、構造物1の水平方向変位の周期は長周期化して、ロッキングモーメントも減少する。
【0024】
又、本図示例によれば、引抜き力が発生しないため、引抜き力による不具合が発生することはなく、更に弾性滑り支承を設ける必要はないため、摺動面の管理を行う必要がない。
【0025】
図8、図9は本発明の免震装置に適用する斥力発生手段として板ばねを用いた例である。図8では斥力発生手段として、構造物1の下面に複数枚の板ばね5を積層、固定すると共に、地盤側3の上面にも複数枚の板ばね6を積層、固定し、地震のない初期時には鉛直に保持されるようにしたロッド7の上下端を板ばね5,6に枢着したものである。又、図9では、構造物1側には板ばねを設けず、地盤側3に板ばね6を設け、構造物1と板ばね6とを、図8と同様のロッド7により連結したものである。
【0026】
図8、図9においては、常時付力を発生させるため地震のない場合も地震が発生した場合も、板ばね5の長手方向中心側は荷重を負荷しない場合よりも下方へ撓むようにし、板ばね6の長手方向中心側は荷重を負荷しない場合よりも上方へ撓むようにする必要がある。すなわち、板ばね5,6の曲率半径は自由状態の場合の曲率半径よりも大きくする必要がある。
【0027】
斥力発生手段として板ばね5,6を用いても、前述の実施の形態のようにコイルばね4を用いたと同様の作用効果を奏し得ることができる。又、図8、図9の変形例としては、構造物1の下面にのみ、図8に示すように板ばね5を設け、地盤側3には板ばねは設けず、板ばね5と地盤側3とをロッド7により連結するようにしても良い。
【0028】
斥力発生手段としては、上記コイルばね4、板ばね5,6以外に、例えば、同極が対向するよう、構造物1及び地盤側3に夫々磁石を設けても良いし、或は、空気ばねを利用したシリンダをピストンロッドが突出する方向へ付勢した状態で構造物1と地盤側3との間に地震のない場合に鉛直となるように設置しても良い。
【0029】
なお、本発明の免震装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0030】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項1〜7記載の免震装置によれば、構造物の水平方向変位の周期は長周期化されて、ロッキングモーメントも減少するうえ、引抜き力が発生しないため、引抜き力による不具合が発生することはなく、更に弾性滑り支承を設ける必要はないため、摺動面の管理を行う必要がない、等種々の優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の免震装置の実施の形態の一例を示す立面図で、地震が発生しておらず、水平方向変位が生じていない場合の状態を示す立面図である。
【図2】本発明の免震装置の実施の形態の一例を示す立面図で、地震により水平変位が生じた場合の状態を示す立面図である。
【図3】図1におけるコイルばねの部分の拡大図である。
【図4】図2におけるコイルばねの部分の拡大図である。
【図5】図1、図2に示す構造物が水平方向へ変位した際の水平方向変位と積層ゴム支承により発生する水平力との関係を示すグラフである。
【図6】図1、図2に示す構造物が水平方向へ変位した際の水平方向変位とコイルばねにより発生する水平力との関係を示すグラフである。
【図7】図5と図6に示すグラフを合わせることにより得られた構造物の水平方向変位と水平力との関係を示すグラフである。
【図8】本発明の免震装置に適用する斥力発生手段の他の例の立面図である。
【図9】本発明の免震装置に適用する斥力発生手段の又他の例の立面図である。
【図10】従来の免震装置の立面図である。
【符号の説明】
1 構造物
2 積層ゴム支承(弾性免震体)
3 地盤側
4 コイルばね(斥力発生手段)
5 板ばね(斥力発生手段)
6 板ばね(斥力発生手段)
F 水平力
W 水平力[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a seismic isolation device.
[0002]
[Prior art]
As a conventional seismic isolation device, for example, there is one as shown in FIG. In the figure,
[0003]
However, in the case of a vertically
[0004]
As seismic isolation devices that reduce such rocking phenomena, seismic isolation devices that achieve a longer horizontal displacement by using both laminated rubber bearings and elastic sliding bearings, and linear guides that are used together with laminated rubber bearings There is a seismic isolation device (Patent Document 1) in which a locking moment is applied to a linear guide (horizontal movable support device).
[0005]
As a seismic isolation device provided with a coil spring between the ground side and a structure as in an example of the present invention, there is a device shown in
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-288928 A [Patent Document 2]
JP-A-11-280295
[Problems to be solved by the invention]
In the seismic isolation device of FIG. 10, the rocking phenomenon may occur as described above. However, when the locking phenomenon occurs, in the case of the vertically
[0008]
Further, in the case of a seismic isolation device in which the horizontal displacement is extended by using the above-mentioned laminated rubber bearing and elastic sliding bearing together, the locking phenomenon can be reduced, but the frictional force of the elastic sliding bearing is reduced. Since it depends on the surface pressure acting on the elastic slide bearing, it is difficult to manage the sliding surface of the elastic slide bearing in a predetermined state.
[0009]
Further, in the case of a seismic isolation device in which a linear guide is used in combination with a laminated rubber bearing so that a locking moment is applied to the linear guide as in
[0010]
In view of the above circumstances, the present invention provides a horizontal force acting on a structure during an earthquake, which is opposite to the direction of displacement of the structure, even when an elastic seismic isolator such as a laminated rubber bearing is applied to the structure. The object of the present invention is to provide a seismic isolation device that reduces the rocking moment by increasing the period of the horizontal displacement of the structure by reducing the length of the horizontal displacement of the structure, and prevents the pull-out force from being generated. .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The seismic isolation device according to
[0012]
The seismic isolation device according to
[0013]
In the seismic isolation device of the third aspect, the elastic seismic isolator is a laminated rubber bearing.
[0014]
In the seismic isolation device of claim 4, the repulsion generating means is a coil spring, in the seismic isolation device of
[0015]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the period of the horizontal displacement of a structure is lengthened, a rocking moment is reduced, and since a pulling-out force does not generate | occur | produce, a trouble by a pulling-out force does not generate | occur | produce and furthermore, an elastic sliding support. Since there is no need to provide a sliding surface, there is no need to manage the sliding surface.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1 to 7 show an example of the seismic isolation device of the present invention. The feature of the illustrated example is that, besides the laminated rubber bearing 2 which is an elastic seismic isolator for supporting the
[0017]
The coil spring 4 has a length L1 (see FIG. 3) in an initial state where no earthquake occurs and a length L2 (see FIG. 4) when the
[0018]
The spring characteristic of the laminated rubber bearing 2 is shown in FIG. 5, and the relationship between the horizontal displacement x and the horizontal force F during an earthquake is a straight line. The horizontal force F is a force that acts in the direction opposite to the direction of displacement of the
[0019]
The coil spring 4 generates a repulsive force N by a negative spring, and the spring characteristic when the
[0020]
The overall spring stiffness of the seismic isolation device in the horizontal direction is the sum of the positive spring stiffness of the
[0021]
That is, the horizontal force S obtained by adding the horizontal force F by the
[0022]
The horizontal force S acts in the direction opposite to the direction of displacement of the
[0023]
That is, in the illustrated example, when the
[0024]
Further, according to the illustrated example, since no pull-out force is generated, no problem occurs due to the pull-out force. Further, since there is no need to provide an elastic sliding bearing, there is no need to manage the sliding surface.
[0025]
8 and 9 show examples in which a leaf spring is used as a repulsive force generating means applied to the seismic isolation device of the present invention. In FIG. 8, as a repulsive force generating means, a plurality of
[0026]
In FIGS. 8 and 9, the center of the
[0027]
Even when the
[0028]
As the repulsive force generating means, in addition to the coil spring 4 and the
[0029]
Note that the seismic isolation device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the seismic isolation device according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an elevation view showing an example of an embodiment of a seismic isolation device of the present invention, and is an elevation view showing a state in which no earthquake has occurred and no horizontal displacement has occurred.
FIG. 2 is an elevational view showing an example of an embodiment of the seismic isolation device of the present invention, and is an elevational view showing a state where a horizontal displacement occurs due to an earthquake.
FIG. 3 is an enlarged view of a portion of a coil spring in FIG. 1;
FIG. 4 is an enlarged view of a portion of a coil spring in FIG. 2;
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a horizontal displacement when the structure shown in FIGS. 1 and 2 is displaced in a horizontal direction and a horizontal force generated by a laminated rubber bearing.
FIG. 6 is a graph showing a relationship between horizontal displacement and horizontal force generated by a coil spring when the structure shown in FIGS. 1 and 2 is displaced in a horizontal direction.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the horizontal displacement and the horizontal force of the structure obtained by combining the graphs shown in FIGS. 5 and 6;
FIG. 8 is an elevation view of another example of the repulsion generating means applied to the seismic isolation device of the present invention.
FIG. 9 is an elevation view of still another example of the repulsion generating means applied to the seismic isolation device of the present invention.
FIG. 10 is an elevation view of a conventional seismic isolation device.
[Explanation of symbols]
1
3 Ground side 4 Coil spring (repulsive force generating means)
5 Leaf spring (repulsion generating means)
6 leaf spring (repulsive force generating means)
F Horizontal force W Horizontal force
Claims (7)
Priority Applications (1)
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JP2003157675A JP2004360742A (en) | 2003-06-03 | 2003-06-03 | Seismic isolating device |
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JP2003157675A JP2004360742A (en) | 2003-06-03 | 2003-06-03 | Seismic isolating device |
Publications (1)
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Cited By (4)
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-
2003
- 2003-06-03 JP JP2003157675A patent/JP2004360742A/en active Pending
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