JP2005265165A - Laminated rubber bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ビル等の建物や橋もしくは高速道路の橋桁等の構造物を支持するとともに、地震等の外部から入力される振動エネルギーを吸収する免震装置などとして用いられる積層ゴム支承に関し、詳しくは、複数の弾性ゴム層と鋼板などの硬質内部剛性板とを交互に積層しそれらを一体化してなる積層ゴム部に、例えば鉛等の減衰材を挿入したり、せん断弾性率を低減したり、積層ゴム部の加硫成形時に加熱用の熱源を挿入したりする等のために積層方向に貫通する孔が形成されている積層ゴム支承に関するものである。 The present invention relates to a laminated rubber bearing used as a seismic isolation device that supports a building such as a building and a structure such as a bridge or a highway bridge girder and absorbs vibration energy input from the outside such as an earthquake. Insert a damping material such as lead into the laminated rubber part formed by alternately laminating multiple elastic rubber layers and hard internal rigid plates such as steel plates and integrating them, or reduce the shear modulus The present invention relates to a laminated rubber bearing in which a hole penetrating in the laminating direction is formed to insert a heat source for heating at the time of vulcanization molding of the laminated rubber portion.
この種の積層ゴム支承において、従来、積層ゴム部にその積層方向に形成した貫通孔内に塑性変形により振動に対して良好な減衰(タンパー)特性を発揮する鉛等の減衰材を挿入設置し、この減衰材を拘束するように該減衰材の外周を取り囲む剛性中間プレートを積層ゴム部の各弾性ゴム層内に配設したものが知られている(例えば、特許文献1参照) In this type of laminated rubber bearing, conventionally, a damping material such as lead that exhibits a good damping (tamper) characteristic against vibration due to plastic deformation is inserted and installed in a through hole formed in the laminated direction in the laminated rubber portion. In addition, there is known a structure in which a rigid intermediate plate surrounding the outer periphery of the damping material is disposed in each elastic rubber layer of the laminated rubber portion so as to restrain the damping material (see, for example, Patent Document 1).
また、上記同様に積層ゴム部にその積層方向に形成した貫通孔内に塑性変形により減衰(ダンパー)特性を発揮する鉛等の弾塑性材料を挿入し、この弾塑性材料の周囲に、貫通孔を規定する開口を有する複数の囲い板を積層してなる拘束部を設け、この拘束部を構成する複数の囲い板の積層隣接間に所定のせん断変形時にも重なり代を持つ水平方向の摺動部を形成させたものも知られている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, an elastic-plastic material such as lead that exhibits damping (damper) characteristics due to plastic deformation is inserted into the through-hole formed in the lamination direction in the laminated rubber portion in the same manner as described above, and the through-hole is formed around the elastic-plastic material. A constraining portion is formed by laminating a plurality of shrouds having openings that define the width, and a horizontal sliding that has an overlap allowance even during a predetermined shear deformation between adjacent stacks of the shrouds constituting the restraining portion. There is also known one in which a portion is formed (see, for example, Patent Document 2).
しかし、上記した特許文献1,2に開示されている従来の積層ゴム支承は、いずれも減衰特性を発揮させるために貫通孔内に設置された減衰材や弾塑性材料を剛性中間プレートあるいは複数の囲い板からなる拘束部で拘束することにより、それら減衰材や弾塑性材料の弾性ゴム層への喰込みを防止して所定の減衰特性を長期に亘って安定よく維持できるようにしたものに過ぎず、大きな鉛直荷重が作用している条件下の積層ゴム支承に地震等により大きいせん断力が加わった場合、硬質内部剛性板に曲げモーメントが発生して該内部剛性板の貫通孔周辺部分に曲げ応力が集中することで該部位に局部的な曲げ変形が起こりやすくなり、その結果、積層ゴム支承全体としての座屈特性、破断特性が低下するだけでなく、水平変形能力、ひいては、せん断変形性能の低下は避けられないという問題があった。
However, all of the conventional laminated rubber bearings disclosed in
特に、1次形状係数及び2次形状係数に対しておおよそ決定される硬質内部剛性板の厚みを薄く設定したものでは、上述のように大きな鉛直荷重が作用している条件下で大きなせん断力が加わった場合、内部剛性板に発生する曲げモーメントにより貫通孔周辺の内部剛性板部分が局部的に歪んで曲げ変形しやすく、内部剛性板の厚みを厚く設定したものでは、鉛直剛性が高くなって鉛直特性が低下するだけでなく、積層段数を少なくしない限り積層ゴム支承全体が嵩高くて重いものとなり、また、設計の自由度も低く、用途が限定されやすい。 In particular, in the case where the thickness of the hard internal rigid plate that is roughly determined with respect to the primary shape factor and the secondary shape factor is set to be thin, a large shear force is applied under the condition that a large vertical load is applied as described above. If it is added, the internal rigid plate part around the through hole is distorted locally due to the bending moment generated in the internal rigid plate, and it is easy to bend and deform.If the thickness of the internal rigid plate is set thick, the vertical rigidity becomes high. Not only is the vertical characteristic deteriorated, but the entire laminated rubber bearing becomes bulky and heavy unless the number of laminated stages is reduced, and the degree of freedom in design is low, and the application is likely to be limited.
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、厚みの薄い内部剛性板を用いて全体を嵩低くかつ軽量に構成するとともに、鉛直特性に与える影響も少なくしつつ、応力集中による内部剛性板の局部的な曲げ変形を抑制して長期に亘ってせん断性能を安定よく維持することができる積層ゴム支承を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the overall thickness of the internal rigid plate is made low and light by using a thin internal rigid plate, and the influence on the vertical characteristics is reduced, while the internal rigid plate due to stress concentration is reduced. An object of the present invention is to provide a laminated rubber bearing capable of suppressing local bending deformation and stably maintaining shear performance over a long period of time.
上記目的を達成するために、本発明に係る積層ゴム支承は、複数の弾性ゴム層と硬質の内部剛性板とを交互に積層しそれらを一体化してなる積層ゴム部に、その積層方向に貫通する孔が形成されている積層ゴム支承において、前記各硬質内部剛性板の貫通孔周辺部にはそれぞれ局所的な厚肉部分が形成されていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the laminated rubber bearing according to the present invention penetrates in a laminated rubber part formed by alternately laminating a plurality of elastic rubber layers and a hard internal rigid plate and integrating them in the laminating direction. In the laminated rubber bearing in which a hole to be formed is formed, a local thick part is formed in the peripheral part of the through hole of each of the hard internal rigid plates.
上記のような特徴を有する本発明によれば、大きな鉛直荷重が作用している設置条件下で地震等により大きいせん断力が加わった際に内部剛性板に発生する曲げモーメントにより曲げ応力が集中しやすい貫通孔周辺の内部剛性板部分を局部的に厚肉にして補強しているので、内部剛性板全体の厚みを大きくする場合のように鉛直剛性を高めることなく、内部剛性板の貫通孔周辺部分の曲げ変形を抑制することができ、これによって、鉛直特性、つまり、積層ゴム支承全体としての座屈特性、破断特性を低下することなく、安定したせん断性能を長期に亘って維持してせん断変形能力の向上を図ることができる。しかも、薄い内部剛性板を用いて従来と同一のせん断変形能力が得られるので、積層ゴム支承全体を嵩低くかつ軽量に構成することができるとともに、設計の自由度が増し、積層ゴム支承の用途拡大を図りやすいという効果を奏し、特に、弾性ゴム層が厚く、かつ、積層段数の少ないことが望まれる橋梁用ゴム支承として有効に用いることができる。 According to the present invention having the above-described features, bending stress is concentrated due to a bending moment generated in the internal rigid plate when a large shear force is applied to an earthquake or the like under an installation condition where a large vertical load is applied. Since the internal rigid plate portion around the easy through hole is locally thickened and reinforced, it does not increase the vertical rigidity as in the case of increasing the thickness of the entire internal rigid plate, but around the through hole of the internal rigid plate Bending deformation of the part can be suppressed, and this ensures stable shear performance over a long period of time without deteriorating the vertical characteristics, that is, the buckling characteristics and breaking characteristics of the laminated rubber bearing as a whole. The deformation ability can be improved. In addition, since the same shear deformation capability as before can be obtained using a thin internal rigid plate, the entire laminated rubber bearing can be configured to be low in volume and light weight, and the design flexibility is increased, and the laminated rubber bearing is used. The effect is that it is easy to enlarge, and in particular, it can be effectively used as a rubber bearing for bridges where it is desired that the elastic rubber layer is thick and the number of laminated steps is small.
本発明に係る積層ゴム支承において、積層ゴム部に形成の貫通孔としては、請求項2に記載のような鉛等の減衰材を挿入するための孔であってもよいが、それ以外に、せん断弾性率を低減したり、積層ゴム部の加硫成形時に加熱用の熱源を挿入したりするための貫通孔であってもよい。
In the laminated rubber bearing according to the present invention, the through hole formed in the laminated rubber portion may be a hole for inserting an attenuation material such as lead as described in
また、本発明に係る積層ゴム支承において、硬質内部剛性板の貫通孔周囲部に形成する局部的な厚肉部分としては、請求項3に記載のように、その内部剛性板の板厚よりも大きい厚みを有するリング状部材を溶接して形成されたものであっても、請求項4に記載のように、硬質内部剛性板の貫通孔周囲端部を積層方向に一体に折曲げることにより形成されたものであっても、請求項5に記載のように、硬質内部剛性板の貫通孔周囲端部を積層方向に向けてバーリング加工することにより形成されたものであってもよい。
Further, in the laminated rubber bearing according to the present invention, as a locally thick part formed around the through hole of the hard internal rigid plate, the thickness of the internal rigid plate is larger than the thickness of the internal rigid plate. Even if it is formed by welding a ring-shaped member having a large thickness, it is formed by bending the peripheral end of the through hole of the rigid internal rigid plate integrally in the laminating direction as described in
さらに、前記硬質内部剛性板の局部的な厚肉部分の断面形状は、四角形、円形などいかなる形状であってもよいが、過大なせん断変形時に亀裂発生の起点となるエッジがないようにするために、角部が面取りあるいはR加工された四角形や円形あるいはそれに類似する形状であることが望ましい。 Furthermore, the cross-sectional shape of the locally thick portion of the rigid internal rigid plate may be any shape such as a square or a circle, but in order to prevent an edge from causing cracks during excessive shear deformation. In addition, it is desirable that the corner is a chamfered or rounded quadrangular or circular shape or a similar shape.
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図1は本発明に係る積層ゴム支承全体の縦断面図、図2はその平面図、図3は図1の要部の拡大縦断面であり、この積層ゴム支承10は、複数の弾性ゴム層1と硬質の内部剛性板(通常は薄肉鋼板が用いられ、以下、薄肉鋼板という)2及び上端部及び下端部に配される厚肉鋼板3,3とが交互に積層されているとともに、それら弾性ゴム層1、薄肉鋼板2及び厚肉鋼板3,3の外周部が耐候性の保護ゴム層4で取囲み被覆され、これらを一体に加硫成形することにより全体として直方体の積層ゴム部5が形成されており、この積層ゴム部5の中央部に、前記各部材1,2,3,3の積層方向に貫通する孔6を形成して構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of the entire laminated rubber bearing according to the present invention, FIG. 2 is a plan view thereof, and FIG. 3 is an enlarged longitudinal sectional view of an essential part of FIG. 1. This laminated rubber bearing 10 has a plurality of elastic rubber layers. 1 and a hard internal rigid plate (usually a thin steel plate, hereinafter referred to as a thin steel plate) 2 and
前記積層ゴム部5の中央に形成の貫通孔6は、例えば鉛等の円柱状減衰材を挿入して該減衰材の塑性変形に伴うエネルギー吸収作用により振動抑制効果を高めたり、積層ゴム部5のせん断弾性率を低減したり、積層ゴム部5の加硫成形時に加熱用の熱源を挿入したりする等のために形成されたものである。
The through-
上記構成の積層ゴム支承10において、前記各薄肉鋼板2の貫通孔6周辺端部には、図3に明示するように、それら薄肉鋼板2の板厚tよりも大きい厚みt1を有する鋼製のリング状部材7が各薄肉鋼板2の厚み中央線に対して上下対称に溶接され、これによって、各薄肉鋼板2の貫通孔6周辺部に局部的な厚肉部分2Aが形成されている。
In the laminated rubber bearing 10 having the above-described configuration, as shown in FIG. 3, the steel rubber having a thickness t <b> 1 larger than the thickness t of the
これら厚肉部分2Aを形成するリング状部材7の断面形状は、図3に示すように、四つの角部がR加工あるいは面取りされた四角形状であっても、図4に示すような円形状であってもよく、また、これらリング状部材7は、図5に示すように、薄肉鋼板2の厚み中央線に対して上下非対称に溶接してもよく、さらに、図6に示すように、薄肉鋼板2の貫通孔6周辺端部よりも少し外側に溶接してもよい。
As shown in FIG. 3, the cross-sectional shape of the ring-
上記のように構成された積層ゴム支承10では、積層ゴム部5が有する大きな鉛直剛性により建物や橋桁等の上部構造物の鉛直荷重を支えつつ、そのような大きな鉛直荷重が作用している条件下で地震等により大きいせん断力が加わった際、積層ゴム部5における複数の弾性ゴム層1がせん断変形して地震等の振動エネルギーを吸収し振動を緩和する。ここで、積層ゴム部5の薄肉鋼板2の貫通孔6周辺部分2Aがリング状部材7の溶接により局部的な厚肉に形成され補強されているので、弾性ゴム層1のせん断変形による振動エネルギーの吸収作用時に薄肉鋼板2に発生する曲げモーメントにより曲げ応力が集中しやすいところの薄肉鋼板2の貫通孔周辺部分の曲げ変形を抑制することが可能となり、これによって、安定したせん断性能を長期に亘って維持してせん断変形能力の向上が図れる。
In the laminated rubber bearing 10 configured as described above, a condition in which such a large vertical load is applied while supporting the vertical load of an upper structure such as a building or a bridge girder by the large vertical rigidity of the laminated
また、薄肉鋼板2全体の厚みを大きくする必要がなく、薄肉鋼板2の貫通孔6周辺部分2Aを局部的に厚肉に形成するだけで、上述のような曲げ変形抑制機能を確保することが可能であるから、鉛直特性に与える影響もほとんどなく、積層ゴム支承10全体としての鉛直荷重支持性能(座屈特性)、破断特性を良好に保ちつつ、せん断性能を長期に亘り安定維持することができるのみならず、積層ゴム支承10全体を嵩低くかつ軽量に構成しやすい。
Further, it is not necessary to increase the thickness of the
因みに、本発明者は図1〜図3に示した構成のものにおいて、鉛直特性への影響を少なくしつつ、応力集中による薄肉鋼板2の曲げ変形を抑制して安定よいせん断性能を維持できるといった本発明の目的を充足可能な積層ゴム支承の仕様について実験を行い、その結果、弾性ゴム層1の厚みt2を5〜80mm、好ましくは20〜60mm、薄肉鋼板2の厚みtを2.3〜12mm、好ましくは4.5〜9.0mm、積層段数を4〜30層、好ましくは6〜30層の範囲に設定することにより、本発明の目的を十分に充足できる積層ゴム支承が得られることが分かった。
Incidentally, the inventor can maintain the stable shear performance by suppressing the bending deformation of the
なお、上記実施の形態では、リング状部材7の溶接により局部的な厚肉部分2Aを形成したもので説明したが、これ以外に、図7に示すように、薄肉鋼板2の貫通孔6周辺端部を積層ゴム部5の積層方向に向けて直角に一体折曲げ加工して厚肉部分2Aを形成しても、図8に示すように、薄肉鋼板2の貫通孔6周辺端部を積層ゴム部5の積層方向に向けてバーリング加工して厚肉部分2Aを形成してもよく、さらに、図9に示すように、薄肉鋼板2の貫通孔6周辺端部の上下面にそれぞれ断面が小径円形のリング状部材7a,7aを溶接して厚肉部分2Aを形成してもよい。
In the embodiment described above, the local
また、上記実施の形態では、積層ゴム部5の中央部に単一の貫通孔6を形成したものについて説明したが、例えば図2の仮想線に示すように、直方体形状の積層ゴム支承10の四等分分割領域の各中央部それぞれに計4つの貫通孔6を形成し、それら各貫通孔6の周辺に位置する薄肉鋼板部分をそれぞれ局部的な厚肉部分に形成してもよく、また、二つあるいは三つの貫通孔を形成してそれらの周辺に位置する薄肉鋼板部分を局部的な厚肉部分に形成してもよい。
Moreover, although the said embodiment demonstrated what formed the single through-
さらに、上記実施の形態では、直方体の積層ゴム支承について説明したが、円柱形や楕円柱形などの積層ゴム支承に上述のような構成を採用してもよいこともちろんである。 Furthermore, in the above-described embodiment, a rectangular parallelepiped laminated rubber bearing has been described, but it is needless to say that the above-described configuration may be adopted for a laminated rubber bearing such as a columnar shape or an elliptic cylinder shape.
1…弾性ゴム層、2…薄肉鋼板(硬質の内部剛性板)、2A…厚肉部分、5…積層ゴム部、6…貫通孔、7,7a…リング状部材、10…積層ゴム支承、
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記各硬質内部剛性板の貫通孔周辺部にはそれぞれ局所的な厚肉部分が形成されていることを特徴とする積層ゴム支承。 In a laminated rubber bearing in which a plurality of elastic rubber layers and a hard internal rigid plate are alternately laminated and the laminated rubber portion formed by integrating them is formed with a hole penetrating in the laminating direction,
A laminated rubber bearing, wherein a local thick portion is formed in each peripheral portion of the through hole of each of the hard internal rigid plates.
3. The laminated rubber bearing according to claim 1, wherein the locally thick portion is formed by integrally bending a peripheral end portion of a through hole of a hard internal rigid plate in a laminating direction.
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