JP2006527341A - 免震支承体 - Google Patents

Abstract

複数層の弾性体（２）と複数層の金属板（１）とを交互に重なり合わせてなる免震支承体であって、非金属ダンピング材料（３１）からなり、支承体のダンピング性を高めるためのダンピング体がさらに集積されていることを特徴とする免震支承体。

Description

本発明は、免震支承体に関し、特に、建築物、工事構造体及び橋の構造分野において使用される免震支承体に関する。

ビル、橋などを含んだ建築物と工事構造体は、地震に遭う場合に、地震応答変位が大きく起してしまい、かかる変位が大きすぎると、その構造が破壊されてしまう。

従来の防震措置としては構造体自身の強さを強めることであったので、コストアップのほか、防震効果もよくなかった。基礎免震技術とは近年に速やかに発展してきた合理的で有効的な工事防震方法である。建築物と基礎との間に例えば滑り変位免震装置、転動免震装置など各種類の免震支承体を設けることにより、地震力の上部構造への伝送を遮断する。

防震技術の研究と発展に従い、鉛をコアとした鉛芯ゴム支承体（以下、鉛芯ゴム支承体と略称）を利用して防震されている。１９９８年１月１４日に公告した９６２１９６３６．３という実用新案登録において、ゴム、薄鋼板、上支承板と下支承板からなり、ゴムと薄鋼板が互いに離間し、支承体の中心に形成された孔に鉛芯が緊密に押込まれたことを特徴とする、鉛芯ゴム支承体が公開された。このような構造により、ゴム支承体が極めて高い縦方向剛度と耐荷力を有するとともに、低い水平剛度を有し、地震の際に支承体の上下表面が大きく相対変位することができる。即ち、建築物が地面に対して水平相対運動をすることができ、支承体変形により鉛芯を繰返し塑性変形させ、地震エネルギーを大量に吸収、消耗し、構造的共振を軽減し、建築物の加速度と絶対変位を剛性基礎に対して大幅に下げることができる。それにより、地震の際に建築物が倒れず、建築物内の人間の負傷が少なく、死亡がないようにすることができる。

鉛芯ゴム支承体のダンピング効果が比較的に望ましいが、鉛芯の加工製造と使用過程及び廃棄後に鉛汚染が生じるため、人々の健康を害し、且つ、塑性変形後に自動的に元に戻ることができないなどの欠陥も存在している。また、鉛芯のコストが高いため、大規模に押し広げ応用することが妨げられている。

このため、本発明の目的は、上記の欠陥を克服し、各種の振動環境に適用し、環境を汚染せず、ダンピング効果が安定しかつ価格の安い免震支承体を提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明の採用した技術は、複数層の弾性体と複数層の金属板とを交互に積層してなるとともに、支承体のダンピング効果を増加するための非金属ダンピング材料からなるダンピング体が集積されたことを特徴とする免震支承体である。

望ましくは、層状弾性体と金属板の排列方向において少なくとも一つの連続したキャビティを設け、該キャビティ内にダンピング体が設けられる。

また、望ましくは、ダンピング体は非金属ダンピング材料であり、固体ダンピング材料であってもよいし、液体ダンピング材料であってもよい。そのうち、固体ダンピング材料は、自体接着、接着剤による接着、融着による接着、硫化、流し込み硬化、押し込みなどの方法によりキャビティと連結する。

本発明で言うダンピング材料は、塑性変形によりダンピング効果を提供する鉛芯と異なり、高い材料減衰比を有し、充分なダンピング効果を提供できるすべての非金属材料を含み、固体ダンピング材料と液体ダンピング材料の二種類に分かれている。固体ダンピング材料としては、粘弾性と粘塑性の高分子材料を有し、例えば、ダンピング性の高いゴム、超塑性のシリコーンゴム、アスファルトゴム、高ダンピング性ポリウレタン、及び作業温度では固体となる変性アスファルトなどが挙げられる。液体ダンピング材料としては、高粘度の粘性液体を有し、例えば、シリコーンオイル、及び作業温度では粘性状態となる変性アスファルトなどが挙げられる。本発明のダンピング材料は上記ダンピング材料を基体として他の物質を添加したダンピング材料がさらに含まれ、例えば、炭繊維、ガラス繊維、雲母粉などを添加することによりダンピング材料のダンピング性を高め、ゴム粉を添加することによりダンピング材料の弾性を高めることができる。

また、望ましくは、ダンピング体が非金属ダンピング材料とそれに添加された充填物とからなってもよい。非金属ダンピング材料が固体ダンピング材料であってもよいし、液体ダンピング材料であってもよい。充填物はダンピング体の内部消耗ダンピング性を高めるためのものであり、粒状物、繊維フロック、間隔をもって設けられる複数層の板状物、複数本の棒状物からなる棒束、ロール状の網目又は多孔質弾性材料であってもよい。かつ非金属ダンピング材料が全部又は少なくとも一部分の充填物間の空間を充満する。

望ましくは、免震支承体には上下カバー板又は一面だけのカバー板が設けられ、もちろん当該構造は必ずしも必要ではない。キャビティとして、少なくとも一つの端部口を有し、端部口に密封と保護の機能をする端部カバー又はカバー板が設けられることを特徴とする免震支承体である。

また、充填物は曲りまたは傾斜のできる棒束又はチップ束である場合、それを金属板の排列方向に沿って互いに交錯する上下の二組に配置し、かつ上の一組の充填物がキャビティの上端部カバー又は支承体の上カバー板に固定され、下の一組の充填物がキャビティの下端部カバー又は支承体の下カバー板に固定される。

また、層状弾性体には、層状金属板により離間された少なくとも１列の互いに独立のキャビティが設けられ、固体ダンピング材料又は液体ダンピング材料であるダンピング体は該複数のキャビティ内に位置し、そのうち、固体高ダンピング材料が自体接着、接着剤による接着、融着による接着、硫化、流し込み硬化、押し込みなどの方法によりキャビティと連結する。

また、望ましくは、層状弾性体には層状金属板により離間された少なくとも１列のキャビティが設けられ、隣接のキャビティ間の金属板にキャビティ間を貫通する小孔を設け、固体ダンピング材料又は液体ダンピング材料であるダンピング体はこの小孔により貫通する複数のキャビティ内に位置する。

さらに望ましくは、ダンピング体の内部消耗ダンピング性を高める充填物をダンピング材料に添加してもよい。該充填物は粒状物、繊維フロック、離間して設けられる多層板状物、複数本の棒状物からなる棒束、ロール状の網目又は多孔質弾性材料であってもよい。かつ非金属ダンピング材料が全部又は少なくとも一部分の充填物間の空間を充満する。

また、本発明の免震支承体は、その弾性体が従来のゴム材料でもよく、固体ダンピング材料又は弾性ポリウレタンであってもよい。

本発明は以下の有益な効果を有する。即ち、
（１）ダンピング効果が安定し、異なる方向の水平振動分量を遮断することができる。
（２）鉛芯の使用を避けて、価格が安く、製造が簡単であり、かつ環境保護に有利である。
（３）本発明は使用場所と使用要求により、異なる形の長方体、円柱体などの構造体を構成することができ、建築物、工事構造体及び橋の免震に使用し、機械設備の免震に使用することもできる。

実施例１
図１に示すように、免震支承体は円柱形または四角柱形であり、その軸方向の断面が長方形であり、弾性体２は優質ゴムであり、弾性体２と金属板１の中心において、金属板１の排列方向に沿ってキャビティを開設し、キャビティ内に非金属ダンピング体が設けられ、５は上下カバー板であり、かつダンピング体が入れ易いために上カバー板に開口されている。非金属ダンピング体は固体ダンピング材料３１であり、本例では短繊維を添加した変性アスファルトマットであり、常温においては固体で、材料減衰比を３０〜５０％にすることができる。このダンピング材料は融着によりキャビティ内に嵌め込んで、密封部件６で密封されている。

この免震支承体を採用した建築物は地震の際に、支承体の水平剛度が極めて低いため、水平方向の地震力の作用により、建築物は地面に対して平行移動し、弾性体２は水平剪断変形を発生し、そして、金属板１の間に相対平行移動が発生し、キャビティ内にあるダンピング体に剪断を主とする変形を発生させ、ダンピング体３１が極めて高いダンピング性を有するため、運動方向と反対の抵抗力が起こり、外界からのエネルギーを熱エネルギーに転化させ、地震のエネルギーを吸収消耗し、建築物の地震応答変位を減らし、大地震では倒れず、小地震では揺れずに、建築物及び建築物内の人間の生命安全を保護することができる。

実施例２
図２に示すように、実施例１と比べて、固体ダンピング材料３１内に支承体変形の際にダンピング体の内部消耗ダンピングを増加できる充填物を嵌め込み、本例では薄いアルミニウム板４１であり、固体ダンピング材料がアルミニウム板４１の間に充填される。この構造の免震支承体を採用すれば、水平方向の外力例えば地震を受ける場合、支承体の上下面が相対移動を発生し、支承体が水平剪断されて変形し、支承体キャビティ内にあるダンピング体に剪断を主とする変形を発生させるとともに、アルミニウム板４１も相対平行移動を発生し、アルミニウム板の間に位置するダンピング体が剪断力を受け、固体ダンピング体３１は極めて高いダンピング性を有するため、運動方向と反対方向の抵抗力が起こり、外界からのエネルギーを熱エネルギーに転化させ、地震のエネルギーを吸収消耗し、建築物の地震応答変位を減らし、建築物及び建築物内の人間の生命安全を保護することができる。

実施例１に対して、本例はダンピング体３１の中に充填物であるアルミニウム板が設けられたため、ダンピング体が変形する際の内部抵抗力と変形する際の内部消耗を高め、ダンピングコアのサイズが変わらずに免震支承体の減衰比が高められた。

実施例３
図３に示すように、実施例２と比べて、キャビティを少なくとも二つ有し、キャビティ内に固体ダンピング材料３１が設置され、固体ダンピング材料３１内に支承体変形の際にダンピング体の内部消耗ダンピング性を増加できる充填物を嵌め込み、本例では、その充填物はアルミニウム棒からなる棒束４２であり、固体ダンピング材料が棒束４２の間に充填される。この構造の免震支承体を採用すれば、水平方向の外力を受ける場合、支承体の上下面が相対水平移動を発生し、支承体が水平剪断されて変形し、支承体キャビティ内にあるダンピング体に剪断を主とする変形を発生させるとともに、棒束４２が傾斜し、各棒同士が軸方向での相対変位を発生し、棒束周囲にあるダンピング体が棒束４２による剪断力を受け、固体ダンピング体３１は極めて高いダンピングを有するため、運動方向と反対方向の抵抗力が起こり、外界からのエネルギーを熱エネルギーに転化させ、地震のエネルギーを吸収消耗し、建築物の地震応答変位を減らし、建築物及び建築物内の人間の生命安全を保護することができる。

実施例１に対して、本例は棒束が設けられ、棒束からのダンピング体に対する剪断力が加わったため、ダンピング体の変形抵抗力と内部消耗をアップし、ダンピングコアのサイズが変わらずに免震支承体の減衰比を高めることができる。

実施例４
図４に示すように、実施例３と比べて、キャビティを一つ有し、キャビティ内に固体ダンピング材料３１が設置され、固体ダンピング材料３１内に支承体変形の際にダンピング体の内部消耗ダンピングを増加できる充填物４を嵌め込み、本例ではその充填物４はアルミニウム棒からなる棒束４２であり、固体ダンピング材料が棒束４２の間に充填される。実用上では、ダンピング体内に嵌め込んだ棒状物は、剛度の大きい金属、又は塑性変形耐力のよいかつ汚染のない例えば、アルミニウムである軟金属であってもよいし、ダンピング材料の剛度より高い高分子弾性材料又は粘弾性材料例えば、ナイロン、ポリエチレン、ＰＶＣなどであってもよい。

棒束４２は金属板の排列方向に沿って互いに交錯する上下の二組が設けられ、かつ上の一組の充填物が支承体の上カバー板５に固定され、下の一組の充填物がキャビティの下端部カバー又は支承体の下カバー板に固定される。このようにして、地震の際に、上下棒束が水平曲りを発生し、かつ軸方向に相対運動し、回りのダンピング材料を剪断し、さらに変形が大きい場合には塑性曲がりを発生し、このような二重効果により免震支承体のダンピング性を著しくアップすることができる。

実施例５
実施例１と類似に、免震支承体は円柱形または四角柱形であり、その軸方向の断面が長方形である。図５に示すように、異なるところは中心にあるキャビティ内には液体ダンピング材料３２が充填され、本例では、その液体ダンピング材料３２は短繊維を含む高粘度シリコーンオイルであり、キャビティの上下端部口が上下カバー板５により密封され、上カバー板に注入口と密封栓６が設けられる。

液体ダンピング材料を採用する場合は密封に対する要求が高いが、液体ダンピング材料を採用する免震支承体の減衰ヒステリシス曲線が緩やかで、ダンピング力は相対運動の速度に比例し、低速の場合にはダンピング力がほぼゼロとなるため、地震後に完全に自動的に元の位置へ戻り、かつダンピング性能が安定している。

実施例６
図６に示すように、実施例５と類似で、異なるところは液体ダンピング材料３２が常温では液体ブラチック状態である変性アスファルトであり、液体ダンピング材料３２に粒状充填物４３が充填された。粒状物が液体ダンピング内部の変形抵抗力と変形内部消耗を増加し、免震支承体のダンピング性をアップした。

実施例７
図７に示すように、実施例６と類似で、異なるところは液体ダンピング材料３２に添加された充填物は金属フロック４４である。金属フロック４４が地震の際に液体ダンピング内部の変形抵抗力と変形内部消耗を増加し、免震支承体のダンピングをアップした。実用上にダンピング体に嵌め込むのは金属フロックに限らず、網目または多孔質弾性材料であってもよい。

実施例８
図８に示すように、免震支承体は六角柱体であり、その軸方向の断面が長方形で、弾性体２が弾性ポリウレタンの鋳込みでなるものであり、その中央部位には排列方向に沿って金属板１により仕切られた複数のキャビティが設けられ、キャビティ内に本例では変性アスファルトのダンピングシムである固体ダンピング材料３１が設けられる。実際生産においては、まずダンピングシム３１と金属板１を、間隔をもって設置し、その次に、弾性ポリウレタンを注入し、弾性体の予め決まった空間を充満させ、硬化して成形する。弾性ポリウレタンを採用する場合には、高温高圧での硫化及び硫化設備がいらないので、生産プロセスは簡単である。

また、本実施例では上下カバー板を省略したため、使用する際に支承体上下面が摩擦係数の高い滑り止めマットを採用して、免震支承体上下表面と上下構造との間の相互滑りを防止し、かつ上下構造表面の不平度を補償する。

このような免震支承体を採用すれば、弾性支承体の水平剛度がとても低いため、地震の際に建築物は地面に対して平行移動をし、弾性体２が水平剪断変形を発生し、そして金属板１が相対平行移動を発生し、金属板の間にあるダンピング体に剪断変形を発生させ、ダンピング体は運動方向と反対方向の抵抗力が起こり、発熱し、外界からのエネルギー（地震の運動エネルギー）を熱エネルギーに転化させ、地震のエネルギーを吸収消耗し、建築物の地震応答振幅を減らし、建築物及び建築物内の人間の生命安全を保護することができる。

実施例９
図９に示すように、実施例８と比べて、キャビティを少なくとも二列有し、隣接のキャビティ間の金属板に貫通用小孔を設け、ダンピング体は液体ダンピング材料３２であり、該小孔により貫通する複数のキャビティ内に位置し、本例ではこの液体ダンピング材料は常温では液体ブラチック状態となる変性アスファルトである。注入する際にダンピング体を加熱して流動性を増加し、支承体の頂部にダンピング液体を注入するためのプロセス孔と密封栓６が設けられ、注入した後にそれを密封する。

実施例１０
図１０に示すように、実施例８と比べて、金属板１と間隔をもって重なり合わせる弾性体が固体ダンピング材料３１を採用し、本例ではダンピングゴムであるとともに、上下カバー板を省略した。本例の構造は最も簡単であるが、材料の品質に対してはわりあいに厳しく要求し、免震支承体の弾性と水平方向変形能力を保証するとともに、高い縦方向剛度と耐荷力及び免震支承体のダンピング性能を保証しなければならない。

本発明の弾性体の形状は四角柱体、円柱体、円錐体に限らず、実際建築中の必要により多種類の形に造ることができる。

図１は本発明の構成を示す概略図の一である。 図２は本発明の構成を示す概略図の二である。 図３は本発明の構成を示す概略図の三である。 図４は本発明の構成を示す概略図の四である。 図５は本発明の構成を示す概略図の五である。 図６は本発明の構成を示す概略図の六である。 図７は本発明の構成を示す概略図の七である。 図８は本発明の構成を示す概略図の八である。 図９は本発明の構成を示す概略図の九である。

符号の説明

１ 金属板
２ 弾性体
５ カバー板
６ 密封部件
３１ 固体ダンピング材料
３２ 液体ダンピング材料
４１ アルミニウム板
４２ 棒束
４３ 粒状物
４４ 金属フロック

Claims (10)

1. 複数層の弾性体と複数層の金属板とを交互に重なり合わせてなる免震支承体であって、非金属ダンピング材料からなり、支承体のダンピング性を高めるためのダンピング体がさらに集積されていることを特徴とする免震支承体。
2. 層状弾性体と金属板の排列方向に連続のキャビティが少なくとも一つ設けられ、該キャビティ内にダンピング体が設けられることを特徴とする請求項１記載の免震支承体。
3. ダンピング体は固体ダンピング材料又は液体ダンピング材料であることを特徴とする請求項２記載の免震支承体。
4. ダンピング体は非金属ダンピング材料とその中に添加された充填物とからなり、非金属ダンピング材料が固体ダンピング材料又は液体ダンピング材料であり、前記充填物はダンピング体の内部消耗ダンピング性を強めるもので、粒状物、繊維フロック、離間して設けられる複数層板状物、複数本の棒状物からなる棒束、ロール状の網目又は多孔質弾性材料であり、かつ非金属ダンピング材料が全部又は少なくとも一部分の充填物間の空間を充満することを特徴とする請求項２記載の免震支承体。
5. キャビティには少なくとも一つの端部口を有し、端部口には密封と保護機能を発揮する端部カバー又はカバー板が設けられることを特徴とする請求項３又は４記載の免震支承体。
6. 充填物は曲りまたは傾斜のできる棒束又はチップ束であり、金属板の排列方向に沿って互いに交錯する上下の二組が設けられ、かつ上の一組の充填物がキャビティの上端部カバー又は支承体の上カバー板に固定され、下の一組の充填物がキャビティの下端部カバー又は支承体の下カバー板に固定されることを特徴とする請求項５記載の免震支承体。
7. 層状弾性体に層状金属板により仕切られた少なくとも１列のキャビティが設けられ、ダンピング体は固体ダンピング材料又は液体ダンピング材料であり、当該複数のキャビティ内に位置することを特徴とする請求項１記載の免震支承体。
8. ダンピング材料には、ダンピング体の内部消耗ダンピングを高める充填物が添加され、該充填物は粒状物、繊維フロック、板状物または棒状物であり、かつ非金属ダンピング材料が全部又は少なくとも一部分の充填物間の空間を充満することを特徴とする請求項７記載の免震支承体。
9. 弾性体は固体ダンピング材料の場合では、自体接着、接着剤による接着、融着による接着、硫化、流し込み硬化、押し込みなどの方法により周りの材料と連結することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の免震支承体。
10. 弾性体は固体ダンピング材料又は弾性ポリウレタンであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の免震支承体。

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