JP2007231538A - 免震装置並びにこれに用いられる沓 - Google Patents

Abstract

【課題】意図した通りの支持機能、免震機能を発揮させることができ、しかも、低廉化を図り得る免震装置及びこれに用いられる沓を提供すること。
【解決手段】免震装置１は、上方に向かって断面円弧凹状の下側荷重受面としての下側摺動面４を有した沓である下沓２と、下方に向かって断面円弧凹状の上側荷重受面としての上側摺動面６を有した沓である上沓３と、下沓２と上沓３との間に介在された介在体である摺動体１０とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築構造物若しくは土木構造物の下部構造物である例えば基礎と上部構造物との間に介在されて、地震、交通振動等による基礎の振動の上部構造物への伝達を低減して、上部構造物の倒壊等を防止する免震装置並びにこれに用いられる沓に関する。

特開２０００−２７９３５号公報 特開２００４−７６９０７号公報

例えば特許文献１及び２においては、上方に向かって凹状の摺動面を有した下沓を下部構造物に、上部構造物には下方に向かって凹状の摺動面を有した上沓を夫々取り付けて、下沓と上沓との間に介在体を各摺動面に対して摺動自在となるように介在させた免震装置が提案されている。特許文献１においては、曲面を有する金属薄板と厚板とを重ね合わせて、金属薄板と厚板との間の隙間にグラウト材を流し込んでグラウト固化層からなる充填体を形成して上沓が製造される免震装置が提案されている。特許文献２においては、グラウト固化層からなる充填体と厚板の下面との間に隙間が生じないようにグラウトを流し込んで製造される免震装置が提案されている。

ところで、斯かる免震装置では、曲面を有する金属薄板（皿状部材）と厚板（蓋部材）との間の隙間にグラウト材を流し込んでグラウト固化層からなる充填体を形成して上沓若しくは下沓を製造するために、無収縮性のグラウト材や高強度のグラウト材を用いない限り、高強度の充填体を形成し難く、グラウト材が固化する過程においてグラウト固化層と厚板との間で隙間が生じる虞を更になくすことが困難であり、また、グラウト材の収縮による不要な歪みを金属薄板に生じさせずに所望の曲率を有する摺動面を形成することが困難であり、而して、意図した通りの支持機能、免震機能を発揮させることが困難である。また、高価な無収縮性のグラウト材や高強度のグラウト材を用いる場合には免震装置の低廉化を図り難い。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、意図した通りの支持機能、免震機能を発揮させることができ、しかも、低廉化を図り得る免震装置及びこれに用いられる沓を提供することにある。

本発明の免震装置は、上方に向かって断面円弧凹状の下側荷重受面を有した下沓と、下方に向かって断面円弧凹状の上側荷重受面を有した上沓と、下沓と上沓との間に介在された介在体とを具備しており、上沓及び下沓のうちの少なくともいずれか一方は、断面円弧状の凹板部及びこの凹板部に一体な環状の側板部を有している皿状部材と、この皿状部材の側板部に固着された蓋部材と、皿状部材と蓋部材とによって画された空間に充填されていると共に骨材及びグラウト材を有した充填体とを具備している。

本発明の免震装置によれば、特に、上沓及び下沓のうちの少なくともいずれか一方が、皿状部材と蓋部材とによって画された空間に充填されていると共に骨材及びグラウト材を有した充填体を具備しているために、高価な無収縮性若しくは高強度のグラウト材を用いなくとも、高強度の充填体を形成することができ、上記の隙間が生じる虞をなくすことができ、皿状部材、特に凹板部に不要な歪みを生じさせることなく所望の曲率を有する凹板部を形成することができて、意図した通りの支持機能、免震機能を発揮させることができ、しかも、例えば砂利、砕石等の骨材と安価な収縮率を有するグラウト材とを充填体として用いても、あたかも無収縮材料を充填体として用いた場合のように充填体の全体の収縮率を低くすることできて、装置自体の低廉化をも図り得る。

本発明の免震装置の好ましい例では、骨材とグラウト材とは、互いに混在されていてもよく、また、骨材は、グラウト材よりも皿状部材の凹板部側に偏在していてもよい。骨材をグラウト材よりも凹板部側に偏在させた場合には、グラウト材が多く分布される蓋部材側においては当該蓋部材にグラウト材の乾燥収縮の応力による変形を生じさせない一方、骨材が多く分布される凹板部側においてはグラウト材の分布が少ないために前記乾燥収縮の応力を小さくすることができて当該凹板部にグラウト材の乾燥収縮の応力による変形を生じさせないように上沓及び／又は下沓を形成することができ、しかも、偏在した骨材により凹板部を補強することができて、凹板部の不要な歪みをなくし得る。ここで、上記の偏在は、蓋部材を上方に且つ皿状部材を下方に配した状態において、充填体を充填することで、グラウト材及び骨材の互いの比重差により凹板部側に骨材を多く分布させ、斯かる状態でグラウト材を固化させることによって実現され、また、蓋部材を上方に且つ皿状部材を下方に配した状態において、まず骨材のみを凹板部の蓋部材に対向する内面に沿って配し（例えば皿状部材を振動させることで骨材を凹板部の内面に沿って配する）、その後グラウト材を蓋部材と凹板部とによって画された空間に充填させ、固化させることによって実現される。

本発明の免震装置の好ましい例では、蓋部材は、皿状部材の側板部に固着された平板状の蓋本体と、この蓋本体に形成されていると共に皿状部材と蓋部材とによって画された空間に連通している連通口とを具備している。このような好ましい例によれば、蓋部材を上方に且つ皿状部材を下方に配した状態において、充填体を蓋部材の連通口を介して簡単に充填することができる。

本発明の免震装置用の沓は、上述の免震装置の上沓及び下沓のうちの少なくともいずれか一方と同様に、断面円弧状の凹板部及びこの凹板部に一体な環状の側板部を有している皿状部材と、この皿状部材の側板部に固着された蓋部材と、皿状部材と蓋部材とによって画された空間に充填されていると共に骨材及びグラウト材を有した充填体とを具備している。本発明の沓によっても、上述と同様の効果を奏し得る。

本発明によれば、意図した通りの支持機能、免震機能を発揮させることができ、しかも、低廉化を図り得る免震装置及びこれに用いられる沓を提供し得る。

次に、本発明の実施の形態の例を、図に示す例に基づいて更に詳細に説明する。尚、本発明はこれら例に何等限定されないのである。

図１から図４において、本例の免震装置１は、上方に向かって断面円弧凹状の下側荷重受面としての下側摺動面４を有した沓である下沓２と、下方に向かって断面円弧凹状の上側荷重受面としての上側摺動面６を有した沓である上沓３と、下沓２と上沓３との間に介在された介在体である摺動体１０とを具備している。

互いに対向した下沓２及び上沓３は、夫々互いに形成されているので、以下、下沓２について詳細に説明し、上沓３については、図に適宜同符号を付してその詳細な説明を省略する。尚、下沓２は、アンカーボルト等により建物の下部構造物に固定されるようになっており、上沓３は、アンカーボルト等により建物の上部構造物に固定されるようになっている。

下沓２は、例えば図１から図３に示すように、断面円弧状であって平面視円盤状の凹板部１１及び凹板部１１に一体な環状、本例では円筒状の側板部１２を有している板状体からなる皿状部材１３と、皿状部材１３の側板部１２に固着された蓋部材１４と、皿状部材１３と蓋部材１４とによって画された空間１５に充填されていると共に無収縮性の骨材１６及び収縮性のグラウト材１７を有した充填体１８とを具備している。骨材１６とグラウト材１７とは、互いに混在されている。下沓２の内部の充填体１８は、骨材１６とグラウト材１７とが混在された混在体からなる。

凹板部１１は、耐候性鋼板であるステンレス板をプレス成形により一体形成して製造されてなる。凹板部１１の上沓３に対向する円弧凹曲状の外面は下側摺動面４からなる。

側板部１２の環状の上端面２１は、凹板部１１の周縁２２に一体形成されており、側板部１２の環状の下端面２３は、蓋部材１４に溶接等により一体的に固着されている。側板部１２は、上端面２１から下端面２３に向かって漸次拡径されてなる。側板部１２は、凹板部１１と同材料からなる。

蓋部材１４は、例えば図２及び図３に示すように、側板部１２に固着された平板状であって方形状の蓋本体３１と、蓋本体３１に形成されていると共に皿状部材１３と蓋部材１４とによって画された空間１５に連通している複数、本例では四つの円形の連通口３２とを具備している。

蓋本体３１の中央の領域には、充填体１８の充填の際に空間１５から空気を抜くための複数の小径の空気抜き孔（図示せず）が形成されている。蓋本体３１の四つの隅部には、下沓２を建物の下部構造物に固定するためのアンカーボルト等が挿通される円形の孔３４ａ、３４ｂ、３４ｃ及び３４ｄが夫々形成されている。孔３４ａ、３４ｂ、３４ｃ及び３４ｄの夫々の中心から下沓２の鉛直方向Ｖに伸びた中心線３５までの水平面内における距離は、夫々互いに等しい。孔３４ａの中心と孔３４ｄの中心とを結ぶ直線及び孔３４ｂと孔３４ｃとを結ぶ直線は、中心線３５に夫々交わる。孔３４ａの中心から孔３４ｂの中心までの距離、孔３４ｃの中心から孔３４ｄの中心までの距離、孔３４ａの中心から孔３４ｃの中心までの距離及び孔３４ｂの中心から孔３４ｄの中心までの距離は、本例では夫々互いに等しい。

四つの連通口３２は、下沓２の鉛直方向Ｖに伸びた中心線３５を中心とする仮想円の円周方向において互いに等間隔をもって夫々配されている。四つの連通口３２の中心は、当該仮想円上に位置している。四つの連通口３２は、水平方向Ｈにおいて中心線３５から夫々互いに等しい距離をもって離れている。

充填体１８は、例えば図５及び図６に示すように、凹板部１１の内面４１と、側板部１２の内周面４２と、蓋本体３１の側板部１２に固着されている側の面４３とにより画されている上述の空間１５に充填されている。

砂利、砕石等からなる骨材１６、好ましくは砕石からなる骨材１６は、グラウト材１７よりも皿状部材１３の凹板部１１側に偏在している。骨材１６の容積比率は、空間１５の全体容積の２０％から７０％が好ましく、より好ましくは、３０％から５０％程度であり、骨材１６の大きさは、免震装置１の大きさにより左右されるが、免震装置１及び後述の試験体においては、５ｍｍから２５ｍｍが好ましく、より好ましくは２０ｍｍ以下である。骨材１６は、前述の通りの大きさ２０ｍｍ以下の粗骨材からなるのが好ましい。

摺動体１０は、下沓２と上沓３との間に適度な隙間を生じるような高さを有した円柱状の剛体から形成されている。摺動体１０の径は、下側摺動面４及び上側摺動面６の径よりも十分に小さい。摺動体１０は、下沓２の下側摺動面４の曲率（曲率半径）と同一の曲率（曲率半径）を有し且つ下側摺動面４に摺動自在に接する摺動下面８と、上沓３の上側摺動面６の曲率（曲率半径）と同一の曲率（曲率半径）を有し且つ上側摺動面６に摺動自在に接する摺動上面９とを備えている。

下側摺動面４及び上側摺動面６並びに摺動下面８及び摺動上面９の夫々は、球面の一部からなっており、夫々の曲率半径は、互いに同一である。

以上の免震装置１では、下沓２に摺動体１０を介して上沓３を水平方向Ｈに移動自在に支持して、これにより、常時においては、摺動体１０が下側摺動面４及び上側摺動面６の中央の領域に位置されて、上部構造物の鉛直荷重を受け止めて、上部構造物を下部構造物上で支持している。そして、風等により多少の水平力が上部構造物に付加されても又は地震等により多少の水平力が下部構造物に付加されても、下側摺動面４及び上側摺動面６に対する摺動下面８及び摺動上面９の面接触による摩擦抵抗で、下部構造物に対して上部構造物が水平方向Ｈに相対的に揺れることがない。

地震等により大きな水平力が下部構造物に付加されると、下側摺動面４及び上側摺動面６に対して摺動下面８及び摺動上面９の滑りが生じて、図４に示すように、摺動体１０が揺動されつつ下部構造物に対して上部構造物が水平方向Ｈに相対的に振動される。このような振動において摺動体１０は、図１に示す位置に復帰されようとし、しかも、下部構造物の水平方向Ｈの移動に基づく上部構造物の振動エネルギは、下側摺動面４及び上側摺動面６の夫々と摺動下面８及び摺動上面９の夫々との間の摩擦とにより吸収されて減衰される。従って、地震等の大きな水平力が下部構造物に付加されても、上部構造物が倒壊されるような事態を防ぎ得る。

以下、免震装置１に用いられる下沓２の製造方法について説明すると、まず、皿状部材１３と皿状部材１３の側板部１２の下端面２３に溶接等により固着された平板状の蓋部材１４との図６に示す組み合わせ体５１と、骨材１６と収縮性のグラウト材１７とが混在されてなる充填体１８とを準備する。次に、図６に示すように、蓋部材１４が上方に且つ皿状部材１３が下方に位置するように組み合わせ体５１を配置し、充填体１８を連通口３２を介して組み合わせ体５１内の空間１５に充填し、組み合わせ体５１を図６に示すように配置した状態のまま前記充填した充填体１８のグラウト材１７を固化させ、当該固化の完了まで斯かる組み合わせ体５１の配置状態を維持する。充填体１８は、連通口３２が満たされるまで空間１５に供給されてもよい。空間１５に存していた空気は、充填体１８の空間１５への供給によって空気抜き孔を介して空間１５外に流出される。このようにして骨材１６と固化されたグラウト材１７とからなる充填体１８が空間１５に配された下沓２を製造する。

蓋部材１４を上方に且つ皿状部材１３を下方に配した状態において、骨材１６とグラウト材１７とが混在されてなる充填体１８が空間１５に充填されると、骨材１６とグラウト材１７との比重差により骨材１６が凹板部１１側に多く分布する一方、グラウト材１７が蓋部材１４側に分布し、このまま充填体１８を固化させることで骨材１６がグラウト材１７よりも凹板部１１側に偏在した下沓２を形成する。

以下、免震装置１に用いられる下沓２の他の製造方法について説明すると、まず、上記同様の組み合わせ体５１並びに骨材１６及びグラウト材１７を夫々別個の状態（互いに混在されていない状態）で準備する。次に、蓋部材１４が上方に且つ皿状部材１３が下方に位置するように組み合わせ体５１を配置し、骨材１６を連通口３２を介して空間１５に供給して凹板部１１の蓋部材１４に対向する内面４１に沿って配し、その後、グラウト材１７を空間１５に供給することにより、空間１５を当該骨材１６及びグラウト材１７からなる充填体１８によって充填し、組み合わせ体５１を図６に示すように配置した状態のまま前記充填した充填体１８を固化させ、当該固化の完了まで斯かる組み合わせ体５１の配置状態を維持する。グラウト材１７は、連結口３２が満たされるまで空間１５に供給されてもよい。骨材１６を凹板部１１の内面４１に沿って位置させる際には、皿状部材１３を振動させてもよい。このようにして骨材１６と固化されたグラウト材１７とからなる充填体１８が空間１５に配された下沓２を製造する。

尚、上沓３も、下沓２と同様にして製造することができる。

以下、特に図１から図３に示す免震装置１の試験体を用いた試験に関して説明する。

試験体の下沓２は、次の条件からなる。方形状の蓋本体３１の各辺の長さは６３０ｍｍである。蓋本体３１の厚さは６ｍｍである。連通口３２の夫々の径は５０ｍｍである。中心線３５を中心とすると共に連通口３２の夫々の中心を通る仮想円の径は５００ｍｍである。孔３４ａ、３４ｂ、３４ｃ及び３４ｄの夫々の径は１８ｍｍである。孔３４ａの中心から当該孔３４ｂの中心までのＸ方向における距離、孔３４ｃの中心から孔３４ｂの中心までの距離、孔３４ａの中心から孔３４ｃの中心までの距離及び孔３４ｂの中心から孔３４ｄの中心までの距離の夫々は５８０ｍｍである。皿状部材１３の厚さは２．３ｍｍである。側板部１２の下端面２３の外周の径は６０９ｍｍである。凹板部１１には、五つの空気抜き孔が形成されており、空気抜き孔の径は３ｍｍである。空気抜き孔の夫々の中心は、中心線３５を中心とすると共に２５０ｍｍの径を有する仮想円上に位置している。空気抜き孔は、前記仮想円の円周方向において互いに等間隔をもって夫々配されている。下沓２の高さは４０ｍｍである。

試験体の上沓３は、試験体の下沓２と同様の条件からなる。

斯かる試験体については、鉛直荷重条件を１３２．７ｋＮとし、最大剪断速度が１ｃｍ／ｓｅｃとなる振動数の正弦波加振によって水平方向Ｈの振幅を±３０ｍｍとして試験を行った。

また、上記試験体との比較するための他の試験体は、充填体１８に代えて、骨材１６を有していない収縮性のグラウト材１７からなる充填体（図示せず）を具備している免震装置である。斯かる免震装置としての他の試験体は、充填体を除いて上記条件の試験体と同様に形成されている。他の試験体についても、上記試験と同様に試験を行った。

図７及び図８において、Ｘ軸は水平変位（ｍｍ）であり、Ｙ軸は水平荷重（ｋＮ）である。図７における履歴曲線６１は、試験体の試験によるものであり、図８における履歴曲線６２は、他の試験体の試験によるものである。履歴曲線６１の括れは、履歴曲線６２の括れよりも低減されていると共により四辺形に近づけられており、また、履歴曲線６１で囲まれる面積（減衰量に相当する）は、履歴曲線６２で囲まれる面積よりも大きくなっている。このように、免震装置１の試験体においては、空間１５に骨材１６とグラウト材１７とからなる充填体１８が充填されているために、下沓２の下側摺動面４及び上沓３の上側摺動面６の撓みが他の試験体の下沓の下側摺動面及び上沓の上側摺動面の撓みよりも軽減されている傾向にある。

本例の免震装置１によれば、上方に向かって断面円弧凹状の下側荷重受面としての下側摺動面４を有した下沓２と、下方に向かって断面円弧凹状の上側荷重受面としての上側摺動面６を有した上沓３と、下沓２と上沓３との間に介在された介在体である摺動体１０とを具備しており、上沓３及び下沓２のうちの少なくともいずれか一方は、断面円弧状の凹板部１１及び凹板部１１に一体な環状の側板部１２を有している皿状部材１３と、皿状部材１３の側板部１２に固着された蓋部材１４と、皿状部材１３と蓋部材１４とによって画された空間１５に充填されていると共に骨材１６及びグラウト材１７を有した充填体１８とを具備しているために、高価な無収縮性若しくは高強度のグラウト材を用いなくとも、高強度の充填体１８を形成することができ、グラウト材１７が固化する過程において充填体１８と皿状部材１３及び蓋部材１４との間で隙間が生じる虞をなくすことができ、皿状部材１３、特に凹板部１１に不要な歪みを生じさせることなく所望の曲率を有する凹板部１１を形成することができて、意図した通りの支持機能、免震機能を発揮させることができ、しかも、例えば砂利、砕石等の骨材１６と安価な収縮率を有するグラウト材１７とを充填体１８として用いても、あたかも無収縮材料を充填体として用いた場合のように充填体１８の全体の収縮率を低くすることできて、免震装置１自体の低廉化をも図り得る。

免震装置１によれば、骨材１６とグラウト材１７とは、互いに混在されていてもよく、また、骨材１６は、グラウト材１７よりも皿状部材１３の凹板部１１側に偏在していてもよい。骨材１６をグラウト材１７よりも凹板部１１側に偏在させた場合には、グラウト材１７が多く分布される蓋部材１４側においては当該蓋部材１４にグラウト材１７の乾燥収縮の応力による変形を生じさせない一方、骨材１６が多く分布される凹板部１１側においてはグラウト材１７の分布が少ないために前記乾燥収縮の応力を小さくすることができて当該凹板部１１にグラウト材１７の乾燥収縮の応力による変形を生じさせないように上沓３及び／又は下沓２を形成することができ、しかも、偏在した骨材１６により凹板部１１を補強することができて、凹板部１１の不要な歪みをなくし得る。

免震装置１によれば、蓋部材１４は、皿状部材１３の側板部１２に固着された平板状の蓋本体３１と、蓋本体３１に形成されていると共に皿状部材１３と蓋部材１４とによって画された空間１５に連通している連通口３２とを具備しているために、蓋部材１４を上方に且つ皿状部材１３を下方に配した状態において、充填体１８を蓋部材１４の連通口３２を介して簡単に充填することができる。

本発明の実施の形態の例の正面説明図である。 図１に示す例の主に下沓の平面説明図である。 図１に示す例のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視説明図である。 図１に示す例の動作説明図である。 図１に示す例の製造に関する説明図である。 図１に示す例の製造に関する説明図である。 図１に示す例の試験体の試験結果に関する説明図である。 図１に示す例の試験体とは異なる他の試験体の試験結果に関する説明図である。

符号の説明

１ 免震装置
２ 下沓
３ 上沓
４ 下側摺動面
６ 上側摺動面
１０ 摺動体

Claims (5)

1. 上方に向かって断面円弧凹状の下側荷重受面を有した下沓と、下方に向かって断面円弧凹状の上側荷重受面を有した上沓と、下沓と上沓との間に介在された介在体とを具備しており、上沓及び下沓のうちの少なくともいずれか一方は、断面円弧状の凹板部及びこの凹板部に一体な環状の側板部を有している皿状部材と、この皿状部材の側板部に固着された蓋部材と、皿状部材と蓋部材とによって画された空間に充填されていると共に骨材及びグラウト材を有した充填体とを具備している免震装置。
2. 骨材とグラウト材とは、互いに混在されている請求項１に記載の免震装置。
3. 骨材は、グラウト材よりも皿状部材の凹板部側に偏在している請求項１又は２に記載の免震装置。
4. 蓋部材は、皿状部材の側板部に固着された平板状の蓋本体と、この蓋本体に形成されていると共に皿状部材と蓋部材とによって画された空間に連通している連通口とを具備している請求項１から３のいずれか一項に記載の免震装置。
5. 断面円弧状の凹板部及びこの凹板部に一体な環状の側板部を有している皿状部材と、この皿状部材の側板部に固着された蓋部材と、皿状部材と蓋部材とによって画された空間に充填されていると共に骨材及びグラウト材を有した充填体とを具備している免震装置用の沓。

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