JP2005146680A - 鉛芯材入り積層ゴム支承装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 鉛直撓み量に悪影響を与えず、所期の振動エネルギー吸収・減衰性能を十分良好に保ちながら、鉛芯材の弾性ゴム層への食い込みを最小限に抑制することができるようにする。
【解決手段】 複数の弾性ゴム層１と薄肉剛性板２が交互に積層され、積層方向両端に厚肉剛性板４が接着配置されている積層ゴム本体３の中央部の貫通孔７に円柱状鉛芯材８が挿入されている積層ゴム支承装置２０において、積層方向の両端に位置する弾性ゴム層１，１内に、鉛芯材８の外周部を取り囲んで積層ゴム本体３のせん断変形時の鉛芯材８の挙動を拘束する中間プレート１１，１１を埋め込み配設している。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば各種建築物の免震構造体あるいは橋梁等の土木構築物の支承体として用いられる鉛芯材入り積層ゴム支承装置に関する。詳しくは、地震等によって加わる振動エネルギーを、弾性ゴム層のせん断変形特性及び鉛の減衰特性を利用して吸収し減衰するように、複数の弾性ゴム層と薄肉剛性板とを交互に積層し、その積層方向の両端に厚肉剛性板を接着配置してなる積層ゴム本体の中央部またはその周辺部に、厚肉剛性板を含めて積層方向に貫通する孔を形成し、この貫通孔に柱状の鉛芯材を挿入して構成されている鉛芯材入り積層ゴム支承装置に関するものである。

この種の鉛芯材入り積層ゴム支承装置で、橋梁等の土本構築物の支承体として用いられるものは、橋梁等の土木構築物自体の大型化に伴い支承装置も大型化する傾向にある。このような大型の鉛芯材入り積層ゴム支承装置では、積層ゴム本体の構成要素である弾性ゴム層の肉厚も大きくなり、地震等によって土木構築物に加わる水平方向の振動エネルギーで水平方向に大きくせん断変形された場合、所期の振動エネルギー吸収・減衰性能を十分に発揮できなくなることがある。その理由は、弾性ゴム層の肉厚が大きくなると、せん断変形時に積層ゴム本体を構成する鋼板等の薄肉剛性板が鉛芯材に食い込んで鉛芯材を塑性変形させたり、鉛芯材が積層ゴム本体の弾性ゴム層に食い込んで弾性ゴム層を損傷したりしてせん断変形特性や減衰特性が損なわれるからであり、また、鉛芯材の塑性変形や鉛芯材への薄肉剛性板の食い込みによって積層ゴム支承装置の撤去時における鉛回収も困難になるという問題もある。

かかる問題を解消するために、すなわち、積層ゴム本体のせん断変形時に薄肉剛性板が鉛芯材に食い込んで該鉛芯材を塑性変形させたり、鉛芯材が弾性ゴム層に食い込んで弾性ゴム層を損傷したりすることを防止するために、従来、積層ゴム本体における複数全ての弾性ゴム層内に、鉛芯材の外周部を取り囲んで積層ゴム本体のせん断変形時の鉛芯材の挙動を拘束する中間プレートを配設したものがある（例えば、特許文献１，２）。

特許文献１，２は次のとおりである。
特開２００１−３５５６７６公報（図１〜図４） 特開２００１−３５５６７７公報（図１〜図４）

ところで、この種の鉛芯材入り積層ゴム支承装置においては、水平方向にせん断変形させた場合、積層方向中間部に位置する鉛芯材部分に比べて積層方向両端の厚肉剛性板に近接位置する鉛芯材部分に掛かる応力が非常に大きく、その部分に対応する厚肉剛性板と薄肉剛性板の１層目との間の一つの弾性ゴム層あるいは弾性ゴム層の積層数が多いものでは１層目及び２層目との間の二つの弾性ゴム層に鉛芯材が食い込む事態を発生しやすい。このような食い込み防止のために、特許文献１，２で示したように、複数の弾性ゴム層全てに鉛芯材の挙動を拘束する中間プレートを配設すると、鉛芯材の弾性ゴム層への食い込み抑制機能を十分に果たせるものの、各弾性ゴム層における見掛け上の一次形状係数が増加するために、積層ゴム支承装置の要求性能の一つである鉛直撓み量に悪影響を与える。つまり、鉛直撓み量が減少されることになり、その結果、積層ゴム支承装置としての振動エネルギー吸収・減衰性能の低下は避けられないという問題があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、鉛直撓み量に悪影響を与えず、所期の振動エネルギー吸収・減衰性能を十分良好に保ちながら、鉛芯材の弾性ゴム層への食い込みを最小限に抑制することができ、また、装置撤去時における鉛芯材の分離回収も容易に行なうことができる鉛芯材入り積層ゴム支承装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置は、複数の弾性ゴム層と薄肉剛性板とを交互に積層し、その積層方向の両端に厚肉剛性板を接着配置してなる積層ゴム本体の中央部またはその周辺部に、厚肉剛性板を含めて積層方向に貫通する孔が形成され、この貫通孔に柱状の鉛芯材を挿入して構成されている鉛芯材入り積層ゴム支承装置であって、上記積層ゴム本体における積層方向中間部を除いて積層方向両端に位置する少なくとも一つの弾性ゴム層内に、上記鉛芯材の外周部を取り囲んで積層ゴム本体のせん断変形時の鉛芯材の挙動を拘束する中間プレートを配設していることを特徴とするものである。

上記のごとき構成を有する本発明によれば、積層ゴム本体が地震等によって水平方向にせん断変形した場合、そのせん断変形に追従して水平変形する鉛芯材のうち、変形量の最も大きい積層方向両端の厚肉剛性板に近接位置する鉛芯材部分の挙動が中間プレートにより拘束されることになり、これによって、厚肉剛性板に近接位置しせん断変形時に最も大きな応力が掛かる鉛芯材部分がこの部分に対応位置する弾性ゴム層に食い込んで該弾性ゴム層を損傷する事態の発生を最小限に抑制することが可能である。また、このように積層ゴム本体のせん断変形時に鉛芯材が最も食い込みやすい積層方向両端に位置する少なくとも一つの弾性ゴム層内にのみ中間プレートを配設し、積層方向中間部には中間プレートを配設しない構成とすることによって、積層ゴム本体の見掛け上の一次形状係数の増加を最小限に止めて装置としての要求性能の一つである鉛直撓み量を十分に確保することが可能であり、この鉛直撓み量の確保と上述した鉛芯材の食い込み現象の抑制とが相俟って所期の振動エネルギー吸収・減衰性能を長期に亘って安定よく維持することができる。さらに、鉛芯材への薄肉剛性板の食い込み及び弾性ゴム層ヘの鉛芯材の食い込みが非常に少ないために、積層ゴム支承装置の撤去時における鉛芯材の分離回収も容易に行なうことができる。

上記鉛芯材が積層ゴム本体中央部の周辺部の複数箇所に形成された貫通孔にそれぞれ挿入されている積層ゴム支承装置においては、これら複数個の鉛芯材毎に各別に中間プレートを配設してもよいが、特に、請求項２に記載のように、複数個の鉛芯材の外周部を一纏めに取り囲む状態で弾性ゴム層内に中間プレートを配設することにより、該中間プレートによる弾性ゴム層の補強効果を高めて、鉛芯材への薄肉剛性板の食い込み及び弾性ゴム層への鉛芯材の食い込み抑制機能を向上することができる。

本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置において、弾性ゴム層内に配設される中間プレートとしては、加振方向がランダムな建築用免震積層ゴム支承への適用に際しては円形状のものが有効であるが、加振方向が特定される橋梁等の積層ゴム支承への適用に際しては、請求項３に記載のように、□形伏に形成されたものの使用が望ましい。この□形状の中間プレートを使用する場合は、純せん断変形時に大きな応力と共に積層ゴム本体における薄肉剛性板端部に歪み変形を生じさせる積層方向両端の薄肉剛性板のモーメント応力を低減することが可能で、複数の薄肉剛性板に対する歪み変形防止効果を均一なものとすることができる。

また、本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置において、中間プレートは、単位弾性ゴム層内に一枚配設するだけでもよいが、橋梁等の大型土木構築物の支承に用いられる関係から大型化して弾性ゴム層自体も肉厚となる積層ゴム支承装置に適用する場合は、請求項４に記載のように、中間プレートを弾性ゴム層内にその厚み方向に間隔をおいて二枚配設することが好ましい。このように厚肉弾性ゴム層に二枚の中問プレートを配設することにより、せん断変形時における鉛芯材の挙動拘束力を高めて鉛芯材の食い込み抑制機能を確実に発揮させることができる。

また、本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置における中間プレートとしては、請求項５に記載のように、積層ゴム本体における薄肉剛性板の厚みよりも薄く、かつ、その薄肉剛性板と同等もしくはほぼ同等の強度を有する材料、例えば補強繊維含有の樹脂材料や鋼板等から構成されていることが望ましい。

さらに、上記弾性ゴム層の積層数が少ない場合は、積層ゴム本体における積層方向両端の一つの弾性ゴム層内に中間プレートを配設するだけで所定どおりの食い込み抑制機能を達成することができるが、弾性ゴム層の積層数が８層以上の場合は、請求項６に記載のように、積層ゴム本体の積層方向両端に位置する二つの弾性ゴム層内にそれぞれ中間プレートを配設することが望ましい。

いずれにしても、本発明によれば、積層ゴム支承装置全体として要求される振動エネルギー吸収・減衰性能を長期に亘って安定よく維持することができる。しかも、鉛芯材への薄肉剛性板の食い込み及び弾性ゴム層への鉛芯材の食い込みが非常に少ないために、積層ゴム支承装置の撤去時における鉛芯材の分離回収も容易に行なうことができるという効果を奏する。
特に、請求項２，３に記載のような構成を採用することによって、弾性ゴム層の補強効果及び複数の薄肉剛性板に対する歪み変形防止効果を高めて、鉛芯材ヘの薄肉剛性板の食い込み及び弾性ゴム層への鉛芯材の食い込み抑制機能並びに装置耐久性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。
図１は本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置の第１実施例を示す全体縦断面図、図２は図１のＸ―Ｘ線に沿った横断面図であり、この第１実施例の鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０は、複数の弾性ゴム層１・・・と薄鋼板からなる複数枚の薄肉剛性板２・・・とを交互に積層するとともに、その積層方向（上下方向）の両端に厚肉剛性板（フランジ）４，４を配置積層し、かつ、それら積層物（弾性ゴム層１・・・、薄肉剛性板２・・・及び厚肉剛性板４，４）の全外周に被覆ゴム１Ａを配置し、これらを加硫接着により一体化してなる積層ゴム本体３の上下厚肉剛性板４，４の外面に、上部構造物Ａ及び下部構造物ＢにアンカーＣ，Ｃ等を介して固定支持可能な取付板５，５がせん断キー６，６により固定接合されて構成されている。

上記積層ゴム本体３の中央部には、上下の厚肉剛性板４，４を含めて積層（上下）方向に貫通する貫通孔７が形成されており、この貫通孔７内の全域に円柱状の鉛芯材８が挿入されているとともに、この円柱状鉛芯材８の上下両端の外周面が厚肉剛性板４，４の貫通孔７部分の内周面に接着固定されている。

上記構成の鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０において、上記積層ゴム本体３における積層（上下）方向両端に位置する弾性ゴム層１，１の肉厚中央部内には、鉛芯材８の外周部を取り囲んで積層ゴム本体３が水平方向にせん断変形するとき、その鉛芯材８の挙動を拘束する中間プレート１１，１１が埋め込み配設されている。これら中間プレート１１，１１は、図２に示すように、平面視で□形状に形成されているとともに、薄肉剛性板２・・・の厚みｔよりも薄い厚みｔ１を有し、かつ、その薄肉剛性板２・・・と同等もしくはほぼ同等の強度を有する材料、例えば補強繊維含有樹脂材料や鋼板等から構成されている。

上記のように構成された第１実施例の鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０は、図１に示すように、上部構造物Ａと下部構造物Ｂの間に介在された状態で設置使用され、この実設置使用状態で、地震の発生等によって下部構造体Ｂに振動力が入力されると、上部構造体Ａが相対的に水平方向に変位し、これに伴って、積層ゴム本体３が水平方向に弾性せん断変形することで振動エネルギーを吸収して上部構造物Ａに伝達するといったような免震作用を発揮する。一方、積層ゴム本体３のせん断変形に伴って鉛芯材８もせん断塑性変形し、その塑性変形によって振動エネルギーが減衰されることになる。

このような板動エネルギー吸収・減衰機能を発揮する鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０において、地震の発生等に伴い積層ゴム本体３が水平方向に弾性せん断変形したとき、そのせん断変形に追従して鉛芯材８もせん断塑性変形するが、このとき、変形量の最も大きい上下両端の厚肉剛性板４，４に近接位置する鉛芯材８部分の挙動は、上下両端の弾性ゴム層１，１内に埋め込み配設されている中間プレート１１，１１により拘束されている。そのため、厚肉剛性板４，４に近接位置しせん断変形時に最も大きな応力が掛かる鉛芯材８部分がこの部分に対応する上下両端の弾性ゴム層１，１に食い込んで該弾性ゴム層１，１を損傷する事態の発生を最小限に抑制することができる。また、このように積層ゴム本体３のせん断変形時に鉛芯材８が最も食い込みやすい上下両端の弾性ゴム層１，１内にのみ中間プレート１１，１１が配設され、積層方向中間部には中間プレートが配設されていないので、積層ゴム支承装置２０の見掛け上の一次形状係数の増加が最小限に止められ該積層ゴム支承装置２０の要求性能の一つである鉛直撓み量を十分に確保することができ、この鉛直撓み量の確保と上述した鉛芯材８の食い込み現象の抑制とが相俟って、所期の振動エネルギー吸収・減衰性能を長期に亘って安定よく維持することができる。

さらに、鉛芯材８への薄肉剛性板２の食い込み及び弾性ゴム層１への鉛芯材８の食い込みが非常に少ないために、使用寿命や交換時期に達した積層ゴム支承装置２０を撤去する時、鉛芯材８と積層ゴム本体３とを分離しやすくて鉛回収を容易に行なうことができる。

図３は本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置の第２実施例を示す全体縦断面図であり、この第２実施例の鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０は、弾性ゴム層１・・・の積層数が８層以上（図面上では８層で示すが、９層以上であってもよい）のもので、この場合は、積層ゴム本体３における上下両端部で上下各２層づつの弾性ゴム層１，１の肉厚中央部内にそれぞれ□形状の中間プレート１１，１１を埋め込み配設している。その他の構成は第１実施例と同様であるため、該当部分に同一の符号を付してそれらの詳細な構成の説明を省略する。

上記のように構成された第２実施例の鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０も、第１実施例のものと同様に上部構造物Ａと下部構造物Ｂの間に介在された状態で設置使用され、この実設置使用状態で所定の振動エネルギー吸収・減衰機能を発揮するとともに、積層ゴム本体３のせん断変形時に最も大きな応力が掛かる鉛芯材８部分が上下両端の上下各二層の弾性ゴム層１，１に食い込んで該弾性ゴム層１，１を損傷する事態の発生を最小限に抑制することができる。

図４は本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置の第３実施例を示す全体縦断面図であり、この第３実施例の鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０は、積層ゴム本体３の全体を四角柱形状とし、この積層ゴム本体３の中央部周辺で円周方向に等間隔を隔てた複数（当該実施例では４つで示すが、３つでも、５つ以上であってもよい）箇所に貫通孔７‥を形成し、これら貫通孔７・・・内にそれぞれ鉛芯材８・・・を挿入したものである。

この第３実施例の鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０の場合は、図５に示すように、複数個の鉛芯材８・・・にそれぞれ対応して各別に上下両端の弾性ゴム層１，１内に□形状の中間プレート１１，１１・・・を埋め込み配設している。

なお、上記第３実施例のように、積層ゴム本体３の中央部周辺で円周方向に等間隔を隔てた複数箇所に鉛芯材８・・・を挿入してなる鉛芯材入り積層ゴム支承装置２０において、図６に示すように、複数個の鉛芯材８・・・の外周部を一纏めに取り囲む状態で上下両端の弾性ゴム層１，１内に平面視□形状の中間プレート１１，１１を埋め込み配設してもよい。このように、複数個の鉛芯材８・・・の外周部を一纏めに取り囲む状態で中間プレート１１，１１を配設することにより、該中間プレート１１，１１による弾性ゴム層１，１の補強効果を高めて、鉛芯材８・・・への薄肉剛性板２‥・の食い込み及び弾性ゴム層１，１への鉛芯材８・・・の食い込み抑制機能を一層向上することができる。

また、上記各実施例に示したように、中間プレート１１として、平面視□形状のものを用いることによって、加振方向が特定される橋梁等の積層ゴム支承に適用した際、純せん断変形時に大きな応力と共に積層ゴム本体３における積層方向両端の薄肉剛性板２，２のモーメント応力を低減することが可能で、複数の薄肉剛性板２・・・に対する歪み変形防止効果を均一化できるという利点があるが、平面視円形状の中間プレート１１を使用してもよい。

さらに、図示は省略するが、弾性ゴム層１・・・自体が肉厚となる大型の積層ゴム支承装置２０に適用する場合は、中間プレート１１を積層方向両端の各弾性ゴム層１，１内にその厚み方向に間隔をおいて二枚配設することが好ましい。このように厚肉弾性ゴム層１，１に二枚の中間プレート１１を配設することにより、せん断変形時における鉛芯材８の挙動拘束力を高めて鉛芯材８の食い込み抑制機能を確実に発揮させることができる。

本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置の第１実施例を示す全体縦断面図である。 図１のＸ−Ｘ線に沿った横断面図である。 本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置の第２実施例を示す全体縦断面図である。 本発明に係る鉛芯材入り積層ゴム支承装置の第３実施例を示す全体縦断面図である。 図４のＹ−Ｙ線に沿った横断面図である。 第３実施例の変形例で、図４のＹ−Ｙ線に沿った横断面図である。

符号の説明

１ 弾性ゴム層
２ 薄肉剛性板
３ 積層ゴム本体
４ 厚肉剛性板
７ 貫通孔
８ 円柱状鉛芯材
１１ 中間プレート
２０ 鉛芯材入り積層ゴム支承装置

Claims (6)

1. 複数の弾性ゴム層と薄肉剛性板とを交互に積層し、その積層方向の両端に厚肉剛性板を接着配置してなる積層ゴム本体の中央部またはその周辺部に、厚肉剛性板を含めて積層方向に貫通する孔が形成され、この貫通孔に柱状の鉛芯材を挿入して構成されている鉛芯材入り積層ゴム支承装置であって、
   上記積層ゴム本体における積層方向中間部を除いて積層方向両端に位置する少なくとも一つの弾性ゴム層内に、上記鉛芯材の外周部を取り囲んで積層ゴム本体のせん断変形時の鉛芯材の挙動を拘束する中間プレートを配設していることを特徴とする鉛芯材入り積層ゴム支承装置。
2. 上記鉛芯材が、積層ゴム本体中央部の周辺部の複数箇所に形成された貫通孔にそれぞれ挿入され、これら複数個の鉛芯材の外周部を一纏めに取り囲む状態で弾性ゴム層内に中間プレートが配設されている請求項１に記載の鉛芯材入り積層ゴム支承装置。
3. 上記中間プレートは、囗形状に形成されている請求項１または２に記載の鉛芯材入り積層ゴム支承装置。
4. 上記中間プレートは、単位弾性ゴム層内にその厚み方向に間隔をおいて二枚配設されている請求項１ないし３のいずれかに記載の鉛芯材入り積層ゴム支承装置。
5. 上記中間プレートは、積層ゴム本体における薄肉剛性板の厚みよりも薄く、かつ、その薄肉剛性板と同等もしくはほぼ同等の強度を有する材料から構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の鉛芯材入り積層ゴム支承装置。
6. 上記弾性ゴム層の積層数が８層以上の場合、積層ゴム本体の積層方向両端に位置する二つの弾性ゴム層内にそれぞれ中間プレートが配設されている請求項１ないし５のいずれかに記載の鉛芯材入り積層ゴム支承装置。
   
   

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