JP2008292000A - Vibration isolation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二つの構造物間に配されて両構造物間の相対的な水平振動のエネルギを吸収し、構造物への振動加速度を低減するための装置、特に地震エネルギを減衰して地震入力加速度を低減し、建築物、橋梁等の構造物の損壊を防止する免震装置及びこの免震装置を一個以上使用したシステムに関する。 The present invention is an apparatus for reducing the vibration acceleration to a structure, particularly for a seismic energy attenuation, which is arranged between two structures to absorb the energy of relative horizontal vibration between the two structures. The present invention relates to a seismic isolation device that reduces input acceleration and prevents damage to structures such as buildings and bridges, and a system that uses one or more such seismic isolation devices.
振動エネルギ吸収体としては、例えば、特公昭61−17984号公報に記載のものが知られており、この振動エネルギ吸収体は、二つの構造物間に固定されていて剪断力を加えることによって塑性変形する鉛部材を有している。このような振動エネルギ吸収体の鉛部材は、その塑性変形において、亀裂等を生じることなしに振動エネルギを好ましく吸収するが、変形後も、通常のばねと異なり吸収したエネルギを構造物に戻さず、その変形した状態を維持し、構造物の元の位置への復帰を行わせ難いものである。 As a vibration energy absorber, for example, one described in Japanese Patent Publication No. 61-17984 is known. This vibration energy absorber is fixed between two structures and is plasticized by applying a shearing force. The lead member is deformed. Such a vibration energy absorber lead member preferably absorbs vibration energy without causing cracks or the like in its plastic deformation, but does not return the absorbed energy to the structure even after deformation unlike a normal spring. It is difficult to maintain the deformed state and return the structure to the original position.
弾性材料層を構成するゴム等からなる弾性板と剛性材料層を構成する金属板とを交互に積層し、これらを互いに加硫接着等して相互に固着してなる免震装置としての弾性体は、地震入力加速度を低減し、構造物を地震の破壊力から一応保護するが、振動エネルギ吸収能力が低く、これを単独で免震装置として用いた場合、上記の鉛部材と比較して、地震動を受けた構造物の地震後の振動が鎮るまでに長時間を要する等の地震工学及び振動工学の観点から実用上種々の問題がある。 Elastic body as a seismic isolation device in which an elastic plate made of rubber or the like constituting an elastic material layer and a metal plate constituting a rigid material layer are alternately laminated and bonded together by vulcanization bonding or the like Reduces the earthquake input acceleration and protects the structure from the destructive force of the earthquake, but the vibration energy absorption ability is low, and when this is used alone as a seismic isolation device, compared with the above lead member, There are various problems in practical use from the viewpoint of earthquake engineering and vibration engineering, such as it takes a long time for the vibration after the earthquake of a structure subjected to earthquake motion to subside.
そこで、鉛部材の塑性変形における振動エネルギ吸収能と、弾性体の地震入力加速度の低減能及び復元能とを合せ持つべく、弾性体と、この弾性体を貫通して配された柱状鉛とを具備した免震装置も前記公報に提案されている。 Therefore, in order to have both the vibration energy absorption ability in plastic deformation of the lead member and the ability to reduce and restore the earthquake input acceleration of the elastic body, the elastic body and the columnar lead arranged through the elastic body are provided. The equipped seismic isolation device is also proposed in the publication.
図1及び図2に示す免震装置5は、弾性材料層を構成するゴム等からなる弾性板1と剛性材料層を構成する環状の剛性板2とを交互に積層して相互に固定してなる環状の弾性体3と、弾性体3の円筒状の内周面9で規定される中空部12に配された円柱状鉛4と、円柱状鉛4の下面及び上面にそれぞれ当接して弾性体3の下面及び上面のそれぞれにボルト等により取り付けられたフランジプレート18及び19とを具備し、例えば、フランジプレート18側が基礎等の一方の構造物に固定され、フランジプレート19側に建築物等の他方の構造物が載置されて、フランジプレート19を介して建築物等から鉛直方向荷重Xを受けるようにして、用いられる。
The
このような免震装置5に対して地震により横方向力Fが生じた場合の当該横方向力Fと横変位δとの関係は、対角剛性Kerと弾性体3の横方向(水平方向)の剛性Krとが同程度の場合、換言すれば弾性体3で隙間なく拘束された円柱状鉛4の剪断降伏荷重Auに基づく剪断降伏荷重特性値Qd(このQdと剪断降伏荷重Auとの間には、設計では、履歴曲線をバイリニア特性で表わした場合、便宜上、Qd= 0.8・Auの関係をもたせており、本発明ではQdを剪断降伏荷重という)が小さくなる場合には、図3に示すような履歴曲線を描き、対角剛性Kerが剛性Krに比較して大きい場合、換言すれば弾性体3で隙間なく拘束された円柱状鉛4の剪断降伏荷重Qdが大きくなる場合には、図4に示すような履歴曲線を描くこととなる。ここで、剪断降伏荷重Qdは、次式(1)で表される。
Qd=ap・σpd・・・・・(1)
The relationship between the lateral force F and the lateral displacement δ when the lateral force F is generated by the earthquake with respect to the
Qd = ap · σpd (1)
式(1)において、apは、円柱状鉛4の剪断面の面積(本発明では、剛性材料層の内周で囲まれる円柱状鉛4の横断面積で定義する)で、免震装置5に加わる横方向力Fに対する円柱状鉛4の剪断面の面積に相当し、σpdは、弾性体3により隙間なしに拘束されていない円柱状鉛4自体の剪断降伏応力(本発明では、これを設計剪断降伏応力という)であり、純粋鉛(純度99.9%以上)の場合、0.5Hz振動でかつ50%以上の歪振幅では、設計値として85kg/cm2である。
In the formula (1), ap is the area of the shear surface of the cylindrical lead 4 (in the present invention, defined by the cross-sectional area of the
ところで、図3に示すような履歴曲線を描く免震装置5では、地震において、それに対する免震効果は優れるものの、これに載置される構造物と基礎との相対変位が大きく、また地震後の後揺れが比較的長く続き、長周期成分の大きな地震動では共振する虞を有し、更に、台風時のような強風時には、載置された構造物が大きく揺れる場合がある。一方、免震装置5による動的固有振動周期は、図3及び図4に示す対角剛性Ker で与えられるが、図4に示すような履歴曲線を描く免震装置5では、剛性Krが比較的小さくても、対角剛性Ker が大きい場合には、円柱状鉛4の剪断降伏荷重Qdが大きくなり、免震効果を発揮するに十分な長周期化が困難となり、結果として、免震効果が悪くなる。
By the way, in the
また、式(1)に従った円柱状鉛4の剪断降伏荷重Qdを保証する要件としては、弾性体を構成する弾性材料層と剛性材料層とに円柱状鉛4がそれに周期的な剪断変形が生じている間及びその後も隙間なく拘束されていることである。そして中空部12に配された円柱状鉛4が弾性体3に隙間なく拘束されていないと、地震による横方向力(水平方向力)Fが生じた場合、弾性体3の内周面9と、これに接する円柱状鉛4の円筒状の外周面との間に隙間が生じて、横方向力Fと横変位(水平方向変位)δとの関係において、図5の履歴曲線21で示すような不安定な特性となり、円柱状鉛4による効果をそれ程得ることができず、所望の免震効果を得ることが困難となる。一方、弾性体3により必要以上に円柱状鉛4を拘束すると、地震による横方向力Fでの円柱状鉛4の塑性変形において、弾性体3の弾性材料層が過度に圧縮され、これによっても弾性体3の弾性材料層の早期の劣化を招来し、耐久性に問題が生じる。また、円柱状鉛4を形成するために、弾性体3の中空部12に圧入する鉛の量には限度があり、一定量以上の鉛を弾性体3の中空部12に圧入することは困難であり、無理にこれを行うと弾性体3自体が損壊してしまう虞がある。
Further, as a requirement for guaranteeing the shear yield load Qd of the
そして、図1及び図2に示す免震装置5では、数度の地震により繰り返して横方向変位が生じると、円柱状鉛4の上下面の周縁部が丸み付けされて、当該周縁部と弾性体3との間に環状隙間が生じる虞もある。
In the
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、剪断降伏荷重Qdと、以下述べる弾性体の支持荷重Wとの関係に着目して、この関係から得られる柱状鉛の剪断面の面積apと、弾性体の荷重面の面積Arとの比を所定の範囲内にすることにより、免震効果に優れる上に、構造物と基礎との相対変位を小さくすることができ、また地震後の後揺れも早期に減衰することができ、台風時のような強風時でも載置された構造物の横揺れを少なくし得、加えて免震効果を発揮するに十分な長周期化を計り得て長周期成分の地震動でも共振の虞がない免震装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and paying attention to the relationship between the shear yield load Qd and the support load W of the elastic body described below, the area of the shear surface of the columnar lead obtained from this relationship By making the ratio of ap and the area Ar of the load surface of the elastic body within a predetermined range, the seismic isolation effect is excellent and the relative displacement between the structure and the foundation can be reduced. The after-swing can be attenuated early, and it can reduce the roll of the mounted structure even in strong winds such as typhoons, and in addition, it is designed to have a long enough period to exhibit the seismic isolation effect An object of the present invention is to provide a seismic isolation device that is free from resonance even with long-period ground motion.
また本発明は、上記所定の面積比率を有する免震装置において、弾性体の中空部に配された柱状鉛を所定に隙間なしに拘束し得る結果、安定な免震特性を得ることができ、加えて弾性体の弾性材料層及び柱状鉛の疲労、損壊を回避することができ、耐久性及び免震効果並びに製造性に優れた免震装置を提供することを目的とする。 Further, the present invention provides a seismic isolation device having the predetermined area ratio, and as a result of being able to restrain the columnar lead arranged in the hollow portion of the elastic body without a predetermined gap, stable seismic isolation characteristics can be obtained, In addition, an object of the present invention is to provide a seismic isolation device that can avoid fatigue and breakage of an elastic material layer and columnar lead of an elastic body, and is excellent in durability, seismic isolation effect, and manufacturability.
更に本発明では上記のような免震装置を少なくとも一個使用したシステムを提供することを目的とする。 A further object of the present invention is to provide a system using at least one seismic isolation device as described above.
本発明によれば前記目的は、弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されてなる弾性体と、この弾性体を貫通して配された少なくとも一つの柱状鉛とを具備しており、当該柱状鉛の剪断降伏荷重Qdが柱状鉛の剪断面の面積apと設計剪断降伏応力σpdとの積となるように、柱状鉛がその剪断方向において弾性体に隙間なしに拘束されている免震装置であって、柱状鉛の剪断面の総面積Σapと弾性体の荷重面の面積Arとの比Σap/Arが0.01〜0.12である免震装置によって達成される。 According to the present invention, the object includes an elastic body in which an elastic material layer and a rigid material layer are alternately laminated, and at least one columnar lead arranged through the elastic body, The seismic isolation device in which the columnar lead is constrained to the elastic body in the shearing direction without a gap so that the shear yield load Qd of the columnar lead is the product of the area ap of the columnar lead shear surface and the designed shear yield stress σpd. And it is achieved by the seismic isolation device in which the ratio Σap / Ar of the total area Σap of the columnar lead shear surface and the area Ar of the load surface of the elastic body is 0.01 to 0.12.
また本発明によれば前記目的は、少なくとも一つの柱状鉛と、弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されてなる弾性体と、少なくともこの弾性体の内周面で規定されており、柱状鉛が密に配された少なくとも一つの中空部とを具備した免震装置であって、柱状鉛の剪断面の総面積Σapと弾性体の荷重面の面積Arとの比Σap/Arが0.01〜0.12であり、中空部に配された柱状鉛の体積Vpと、柱状鉛が未挿入であって、弾性体に荷重が加えられた状態での中空部の容積Veとの比Vp/Veが1.02〜1.12である免震装置によっても達成される。 According to the present invention, the object is defined by at least one columnar lead, an elastic body in which an elastic material layer and a rigid material layer are alternately laminated, and at least an inner peripheral surface of the elastic body. The seismic isolation device includes at least one hollow portion in which lead is densely arranged, and the ratio Σap / Ar of the total area Σap of the columnar lead shear surface to the area Ar of the elastic load surface is 0. A ratio Vp between the volume Vp of the columnar lead arranged in the hollow portion and the volume Ve of the hollow portion in a state where the columnar lead is not inserted and a load is applied to the elastic body. This is also achieved by a seismic isolation device having a / Ve of 1.02-1.12.
本発明は、柱状鉛が弾性体により隙間なく拘束されて、柱状鉛の剪断降伏荷重Qdが当該柱状鉛の剪断面の面積apと設計剪断降伏応力σpdとの積となる免震装置においては、その要求される特性を、柱状鉛の剪断降伏荷重Qdと載置される構造物に対する弾性体の支持荷重Wとの比で評価することができることに着目し、剪断降伏荷重Qdと支持荷重Wとの比Qd/Wが0.02よりも小さい場合には、載置される構造物と基礎との相対変位が大きく、また地震後の後揺れが比較的長く続き、長周期成分の大きな地震動では共振する虞を有し、台風時のような強風時には載置された構造物が大きく揺れる虞がある一方、比Qd/Wが0.08よりも大きい場合には、長周期化が困難となり、結果として、免震効果が悪くなる、という知見に基づいてなされたものである。 In the seismic isolation device in which the columnar lead is constrained by the elastic body without a gap, and the shear yield load Qd of the columnar lead is a product of the area ap of the shear surface of the columnar lead and the designed shear yield stress σpd, Focusing on the fact that the required characteristics can be evaluated by the ratio between the shear yield load Qd of columnar lead and the support load W of the elastic body on the structure to be placed, the shear yield load Qd and the support load W When the ratio Qd / W is less than 0.02, the relative displacement between the mounted structure and the foundation is large, and the post-quake after the earthquake lasts relatively long. There is a risk of resonating, and in a strong wind such as a typhoon, there is a possibility that the mounted structure may shake greatly. On the other hand, if the ratio Qd / W is larger than 0.08, it is difficult to increase the period. As a result, the knowledge that the seismic isolation effect is worsened This invention was made based.
免震装置5においては、円柱状鉛4の剪断降伏荷重Qdは、上記の式(1)で与えられ、また、弾性体3の支持荷重Wは、
W=Ar・P・・・・・・・・(2)
で与えられる。ここで、Arは、弾性体3の荷重面の面積で、免震装置5に加わる鉛直方向荷重X、すなわち支持荷重Wに対する弾性体3の受圧面積に相当し、Pは、免震装置5に加わる鉛直方向荷重Xに対する弾性体3の平均圧縮応力で、免震装置の設計では、通常、60kg/cm2〜130kg/cm2程度の値がとられる。
In the
W = Ar · P (2)
Given in. Here, Ar is the area of the load surface of the
ところで、比Qd/Wは、
Qd ap・σpd
─── = ──────── =0.02〜0.08
W Ar・P
で表され、ここで、σpd=80kg/cm2、P=130kg/cm2とすると、比Qd/Wの上限値は、換言すればap/Arの上限値は、約0.12となり、σpd=100kg/cm2、P=60kg/cm2とすると、比Qd/Wの下限値は、換言すればap/Arの下限値は、約0.01となる。なお、上記のσpdの値は、0.5Hz振動でかつ50%以上の歪振幅での値である。
By the way, the ratio Qd / W is
Qd ap / σpd
─── = ──────── = 0.02-0.08
W Ar · P
Where σpd = 80 kg / cm 2 and P = 130 kg / cm 2 , the upper limit value of the ratio Qd / W is, in other words, the upper limit value of ap / Ar is about 0.12, and σpd = 100 kg / cm 2 and P = 60 kg / cm 2 , the lower limit value of the ratio Qd / W is, in other words, the lower limit value of ap / Ar is about 0.01. The value of σpd described above is a value at a vibration amplitude of 0.5 Hz and a strain amplitude of 50% or more.
すなわち、柱状鉛の剪断面の面積apと、弾性体の荷重面の面積Arとの比ap/Arを0.01〜0.12の範囲内にすることにより、免震効果が優れ、構造物と基礎との相対変位を小さくすることができ、また地震後の後揺れも早期に減衰することができ、台風時のような強風時でも載置された構造物の横揺れを少なくし得、加えて長周期化を計り得て長周期成分の地震動でも共振の虞がないといえるのである。 That is, by making the ratio ap / Ar between the area ap of the columnar lead shear surface and the area Ar of the load surface of the elastic body within a range of 0.01 to 0.12, the seismic isolation effect is excellent, and the structure The relative displacement between the base and the foundation can be reduced, and the post shake after the earthquake can be attenuated early, and the roll of the mounted structure can be reduced even in strong winds such as typhoons, In addition, it can be said that there is no possibility of resonance even in the case of long-period seismic motion by measuring a long period.
なお、以下の実施例からも明らかであるように、比ap/Arを、0.02〜0.07にすることにより、更に好ましい結果が得られ、比ap/Arを、0.03〜0.06にすることにより、更により好ましい結果が得られることが判明した。 As is clear from the following examples, a more preferable result can be obtained by setting the ratio ap / Ar to 0.02 to 0.07, and the ratio ap / Ar is set to 0.03 to 0. It was found that an even more favorable result can be obtained by setting the value to 0.06.
一つの弾性体に複数個の柱状鉛が配される場合も同様であって、本発明では、この場合をも含めて、柱状鉛の剪断面の総面積Σapと弾性体の荷重面の面積Arとの比Σap/Arが上記の範囲内にされる。 The same applies to the case where a plurality of columnar lead is arranged on one elastic body. In the present invention, including this case, the total area Σap of the shear surface of the columnar lead and the area Ar of the load surface of the elastic body are included. The ratio Σap / Ar is set within the above range.
また本発明は、中空部に配された柱状鉛の体積Vpと、弾性体の内周面で規定される中空部の容積、具体的には、柱状鉛を配する前、換言すれば柱状鉛を形成するための鉛を圧入する前であって、弾性体に荷重を加えた状態での中空部(以下、縮小中空部という)の容積Veとを一定の関係にすることにより、弾性体を構成する弾性材料層と剛性材料層とに柱状鉛が隙間なしに拘束される結果、式(1)に従った柱状鉛の剪断降伏荷重Qdが保証され、而して上記効果に加えて耐久性及び免震効果並びに製造性に特に優れた免震装置を提供し得るという知見に基づいてなされたものである。 Further, the present invention relates to the volume Vp of the columnar lead arranged in the hollow portion and the volume of the hollow portion defined by the inner peripheral surface of the elastic body, specifically, before arranging the columnar lead, in other words, the columnar lead. Before the press-fitting of lead for forming an elastic body, the volume Ve of the hollow portion (hereinafter referred to as a reduced hollow portion) in a state where a load is applied to the elastic body is made to have a certain relationship, thereby As a result of the columnar lead being constrained without gaps between the elastic material layer and the rigid material layer that constitutes, the shear yield load Qd of the columnar lead according to the formula (1) is guaranteed, and in addition to the above effects, durability And based on the knowledge that a seismic isolation device that is particularly excellent in seismic isolation effect and manufacturability can be provided.
すなわち本発明の免震装置では、前記面積比率に加えて、中空部に配された柱状鉛の体積Vpと、縮小中空部の容積Veとの比Vp/Veが1.02〜1.12である。縮小中空部の容積Veは、弾性体に加えられる鉛直方向荷重、換言すれば免震装置が支持する構造物の重量によって増減し、また縮小中空部の容積Veに対して1.00倍を越える体積の柱状鉛が配された状態における中空部の容積とも異なる。本免震装置においても、縮小中空部の容積Veに対して1.00倍を十分越える体積の柱状鉛を中空部に配して、柱状鉛を弾性体の弾性材料層に食い込ませ、中空部を規定する弾性体の内周面を、弾性材料層の位置で凹面となし、剛性材料層の位置で凸面となるようにしてもよい。 That is, in the seismic isolation device of the present invention, in addition to the area ratio, the ratio Vp / Ve between the volume Vp of the columnar lead arranged in the hollow portion and the volume Ve of the reduced hollow portion is 1.02 to 1.12. is there. The volume Ve of the reduced hollow portion increases or decreases depending on the vertical load applied to the elastic body, in other words, the weight of the structure supported by the seismic isolation device, and exceeds 1.00 times the volume Ve of the reduced hollow portion. It is also different from the volume of the hollow part in the state where the columnar lead of volume is arranged. Also in this seismic isolation device, the columnar lead having a volume sufficiently exceeding 1.00 times the volume Ve of the reduced hollow portion is arranged in the hollow portion, and the columnar lead is bitten into the elastic material layer of the elastic body. The inner peripheral surface of the elastic body that defines the above may be a concave surface at the position of the elastic material layer and a convex surface at the position of the rigid material layer.
ところで、円柱状鉛4を縮小中空部の容積の1.00倍(比Vp/Ve=1.00)よりも少なく配した場合には、弾性体3の内周面9と、内周面9に対面してこれに接する円柱状鉛4の外周面との間に隙間が生じ易くなり、したがって免震装置5の作動中に、すなわち免震装置5に繰り返し横方向力Fが加わっている間に、容易に弾性体3の内周面9と円柱状鉛4の外周面との間に隙間が生じ、履歴曲線21で示すような不安定な免震特性を示すことになる。これは、円柱状鉛4が弾性体3に少なくとも剪断方向において隙間なく拘束されず、剪断変形以外の変形を生じ、円柱状鉛4が設計剪断降伏応力(通常、純度99.9%以上の純粋度の鉛の場合には、設計値として85kg/cm2)を現出しないことにもよる、と推測される。
By the way, when the
一方、円柱状鉛4を縮小中空部の容積の1.12倍(比Vp/Ve=1.12)よりも多く配した場合には、円柱状鉛4が大きく弾性板1に食い込んで、図6の符号41で示すように、弾性体3の内周面9が過度に凹面になり、この位置の近傍での弾性板1と剛性板2との間の剪断応力が大きくなり過ぎることとなる。このように過度に応力が生じた状態であると、弾性板1の劣化を早め、耐久性が劣ることになる。また、免震装置5の製造において、中空部12に円柱状鉛4を形成するために、鉛を縮小中空部の容積の1.12倍より多く圧入することは、その圧入力を極めて大きくしなければならない上に、圧入により弾性体3を損壊してしまう虞があり、困難であることも判った。
On the other hand, when the
なお、以下の実施例からも明らかであるように、小さな振動入力では、高い剛性を示し、大きな振動入力では、低い剛性を示す機能、いわゆるトリガ機能が特に要求され、かつ大振幅の地震動に特に好ましく対応し得るためには、比Vp/Veが1.02以上であることがよい。また、比Vp/Veが1.02〜1.07の範囲であると、製造性に極めて優れる。 As is clear from the following examples, a small vibration input exhibits a high rigidity, and a large vibration input requires a function exhibiting a low rigidity, that is, a so-called trigger function. In order to cope with it preferably, the ratio Vp / Ve is preferably 1.02 or more. Further, when the ratio Vp / Ve is in the range of 1.02 to 1.07, the productivity is extremely excellent.
本発明において、弾性材料層の素材としては、天然ゴム、シリコンゴム、高減衰ゴム、ウレタンゴム又はクロロプレンゴム等を挙げることができるが、好ましくは天然ゴムである。弾性材料層の各層の厚みとしては、無負荷状態において1mm〜30mm程度のものが好ましいが、これに限定されない。また、剛性材料層の素材としては、鋼板、炭素繊維、ガラス繊維若しくはアラミド繊維等の繊維補強合成樹脂板又は繊維補強硬質ゴム板等を挙げることができ、その厚みは、各厚肉剛性板には10mm〜50mm程度、それ以外の各層には1mm〜6mm程度のものが好ましいが、これに限定されず、更にその枚数においても特に限定されない。弾性体及び柱状鉛は、円環状体及び円柱状体が好ましいが、他の形状のもの、例えば楕円若しくは方形体及び楕円若しくは方形体のものであってもよい。弾性体を貫通して配される柱状鉛は、一つでもよいが、これに代えて、一つの弾性体に複数の中空部を形成し、この複数の中空部にそれぞれ柱状鉛を配して免震装置を構成してもよい。なお、これら複数の中空部の各柱状鉛を比Vp/Veに関して同一の上記条件下で配する必要はなく、それぞれ異なる条件下で配してもよく、また、各柱状鉛が比Vp/Veに関して上記条件を満足しているのが好ましいが、複数個の柱状鉛の内の一部の柱状鉛を、比Vp/Veに関して上記条件を満足しないようにして配してもよい。 In the present invention, examples of the material of the elastic material layer include natural rubber, silicon rubber, high damping rubber, urethane rubber, chloroprene rubber, and the like, and natural rubber is preferable. The thickness of each layer of the elastic material layer is preferably about 1 mm to 30 mm in an unloaded state, but is not limited thereto. In addition, examples of the material of the rigid material layer include a fiber-reinforced synthetic resin plate such as a steel plate, carbon fiber, glass fiber, or aramid fiber, or a fiber-reinforced hard rubber plate. Is preferably about 10 mm to 50 mm, and each of the other layers is preferably about 1 mm to 6 mm, but is not limited thereto, and the number of sheets is not particularly limited. The elastic body and the columnar lead are preferably an annular body and a cylindrical body, but may have other shapes such as an ellipse or a rectangular body and an ellipse or a rectangular body. There may be one columnar lead arranged through the elastic body, but instead, a plurality of hollow portions are formed in one elastic body, and the columnar lead is disposed in each of the plurality of hollow portions. You may comprise a seismic isolation apparatus. In addition, it is not necessary to arrange | position each columnar lead of these several hollow parts on the same said conditions regarding ratio Vp / Ve, and may arrange | position on different conditions, respectively, and each columnar lead is ratio Vp / Ve. It is preferable that the above condition is satisfied with respect to the above, but some of the columnar lead may be arranged so as not to satisfy the above condition with respect to the ratio Vp / Ve.
また本発明は、弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されてなる弾性体と、この弾性体の内周面で規定される少なくとも一つの中空部に配された柱状鉛とを具備した上述の免震装置を一個以上、好ましくは複数個構造物と基礎との間に配するシステムにも適用することができ、この場合、柱状鉛の剪断降伏荷重Qdが柱状鉛の剪断面の面積apと設計剪断降伏応力σpdとの積となるように、柱状鉛が対応の弾性体に隙間なく拘束されて、柱状鉛の剪断面の総面積Σapと弾性体の荷重面の総面積ΣArとの比Σap/ΣArが0.01〜0.12であればよく、また、柱状鉛の剪断面の総面積Σapと弾性体の荷重面の総面積ΣArとの比Σap/ΣArが0.01〜0.12であり、中空部に配された柱状鉛の体積Vpと、柱状鉛が未挿入であって、弾性体に荷重が加えられた状態での中空部(縮小中空部)の容積Veとの比Vp/Veが1.02〜1.12であれば、上述の効果を同様に得ることができる。また、本システムにおいても、比Σap/ΣArを、0.02〜0.07にすることにより、更に好ましい結果が得られ、比Σap/ΣArを、0.03〜0.06にすることにより、更により好ましい結果が得られる一方、比Vp/Veが1.02〜1.07であると、好ましい製造性を得ることができる。 The present invention also includes an elastic body in which an elastic material layer and a rigid material layer are alternately laminated, and the columnar lead arranged in at least one hollow portion defined by the inner peripheral surface of the elastic body. It can also be applied to a system in which one or more, preferably a plurality of seismic isolation devices are arranged between the structure and the foundation. In this case, the shear yield load Qd of the columnar lead is the area ap of the columnar lead shear surface. The columnar lead is constrained by the corresponding elastic body without a gap so that the product of the design shear yield stress σpd and the ratio of the total area Σap of the columnar lead shear surface to the total area ΣAr of the load surface of the elastic body The Σap / ΣAr may be 0.01 to 0.12, and the ratio Σap / ΣAr of the total area Σap of the columnar lead shear surface to the total area ΣAr of the load surface of the elastic body is 0.01-0. 12 and the volume Vp of the columnar lead arranged in the hollow portion and the columnar lead is not inserted. Thus, if the ratio Vp / Ve to the volume Ve of the hollow portion (reduced hollow portion) in a state where a load is applied to the elastic body is 1.02 to 1.12, the above-described effects can be obtained similarly. Can do. Also in this system, a more preferable result can be obtained by setting the ratio Σap / ΣAr to 0.02 to 0.07, and by setting the ratio Σap / ΣAr to 0.03 to 0.06, On the other hand, more preferable results can be obtained, while preferable productivity can be obtained when the ratio Vp / Ve is 1.02 to 1.07.
加えて、本システムの免震装置において、中空部を規定する弾性体の内周面は、柱状鉛が弾性体の弾性材料層に食い込んで、当該弾性材料層の位置で凹面になり、剛性材料層の位置で凸面になっていてもよい。なお、複数の免震装置を配するシステムにおいて、これら複数の免震装置を比Vp/Veに関して同一の上記条件下で配する必要はなく、それぞれ異なる条件下で配してもよく、また、比Vp/Veに関して各免震装置が上記条件を満足しているのが好ましいが、複数個の免震装置の内の一部の免震装置を、比Vp/Veに関して上記条件を満足しないようにして配してもよい。 In addition, in the seismic isolation device of this system, the inner circumferential surface of the elastic body that defines the hollow portion has a columnar lead that bites into the elastic material layer of the elastic body and becomes a concave surface at the position of the elastic material layer. It may be convex at the position of the layer. In a system in which a plurality of seismic isolation devices are arranged, it is not necessary to arrange the plurality of seismic isolation devices under the same conditions with respect to the ratio Vp / Ve. It is preferable that each seismic isolation device satisfies the above condition with respect to the ratio Vp / Ve, but some seismic isolation devices among the plurality of seismic isolation devices do not satisfy the above condition with respect to the ratio Vp / Ve. May be arranged.
更に、柱状鉛を具備した免震装置を一個以上構造物と基礎との間に配する上述のシステムにおいて、弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されてなり、中空部を有さない中実の弾性体を具備した少なくとも一個の他の免震装置を、柱状鉛を具備した免震装置と共に構造物と基礎との間に配してもよい。 Further, in the above-mentioned system in which one or more seismic isolation devices having columnar lead are arranged between the structure and the foundation, the elastic material layer and the rigid material layer are alternately laminated, and the hollow portion is not included. At least one other seismic isolation device having a real elastic body may be arranged between the structure and the foundation together with the seismic isolation device having columnar lead.
柱状鉛を具備した少なくとも一個の免震装置と、柱状鉛を具備しなく、中実の弾性体を具備した少なくとも一個の免震装置とを構造物と基礎との間に配してなるこのようなシステムにおいては、弾性体の荷重面の総面積ΣArに、柱状鉛を具備しない免震装置の中実の弾性体の荷重面を含めて、比Σap/ΣArが上記条件を満足するように、各免震装置を構成する。 At least one seismic isolation device with columnar lead and at least one seismic isolation device without solid lead and with a solid elastic body are arranged between the structure and the foundation. In such a system, the total area ΣAr of the load surface of the elastic body includes the load surface of the solid elastic body having no columnar lead, so that the ratio Σap / ΣAr satisfies the above condition, Configure each seismic isolation device.
上記柱状鉛を具備するいずれの免震装置においても、剛性材料層が、弾性体におけるその各端面側にそれぞれ配された厚肉剛性板を具備し、柱状鉛の一端部が、一方の厚肉剛性板の内周面によって規定される中空部の一端部に密に配されており、柱状鉛の他端部が、他方の厚肉剛性板の内周面によって規定される中空部の他端部に密に配されているとよい。 In any seismic isolation device including the columnar lead, the rigid material layer includes a thick rigid plate disposed on each end face side of the elastic body, and one end of the columnar lead is one thick wall. The other end of the hollow portion is densely arranged at one end of the hollow portion defined by the inner peripheral surface of the rigid plate, and the other end of the columnar lead is defined by the inner peripheral surface of the other thick rigid plate It is good to be densely arranged in the part.
図2に示すような免震装置5では、前述のとおり、数度の地震が加わることにより、円柱状鉛4の上下面の周縁部と弾性体3との間に環状隙間が生じ、長期の使用によりこの環状隙間により免震特性が不安定となり得るが、本発明は、上記のように、柱状鉛の両端部のそれぞれを、各厚肉剛性板の内周面で規定される中空部の各端部に密に配して、環状隙間の発生を防止し、免震特性の劣化を防止しようとするものである。
In the
本発明によれば、柱状鉛の剪断面の総面積Σapと、弾性体の荷重面の面積Arとの比Σar/Arを所定の範囲内にするため、免震効果に優れ、構造物と基礎との相対変位を小さくすることができ、また地震後の後揺れも早期に減衰することができ、台風時のような強風時でも載置された構造物の横揺れを少なくし得、加えて免震効果を発揮するに十分な長周期化を計り得て長周期成分の地震動でも共振の虞がない免震装置を提供することができる。そして弾性体の中空部に配された柱状鉛を隙間なしに拘束し得る結果、安定な免震特性を得ることができ、しかも、トリガ機能を有して、大振幅の地震動に好ましく対応し得、加えて弾性体の弾性材料層及び柱状鉛の劣化を回避することができ、耐久性及び免震効果並びに製造性に特に優れた免震装置を提供することができる。 According to the present invention, since the ratio Σar / Ar of the total area Σap of the columnar lead shear surface and the area Ar of the load surface of the elastic body is within a predetermined range, the structure and the foundation are excellent. The relative displacement of the structure can be reduced, the post-quake after the earthquake can be attenuated early, and the roll of the mounted structure can be reduced even in strong winds such as typhoons. It is possible to provide a seismic isolation device that can measure a sufficiently long period to exhibit the seismic isolation effect and does not cause resonance even in the case of long-period ground motion. And as a result of being able to constrain the columnar lead arranged in the hollow part of the elastic body without gaps, it is possible to obtain stable seismic isolation characteristics, and it has a trigger function and can preferably cope with large-amplitude earthquake motion. In addition, it is possible to avoid deterioration of the elastic material layer and columnar lead of the elastic body, and to provide a seismic isolation device that is particularly excellent in durability, seismic isolation effect, and manufacturability.
以下、本発明及び本発明の実施の形態を、好ましい実施例に基づいて更に説明する。 Hereinafter, the present invention and the embodiments of the present invention will be further described based on preferred examples.
図7に示す本例の免震装置5は、環状の弾性板1からなる弾性材料層並びに環状の薄肉剛性鋼板2及び環状の厚肉剛性鋼板15、16からなる剛性材料層とが交互に積層されてなる環状の弾性体3と、少なくとも弾性体3の内周面9で規定される中空部12に密に配された円柱状鉛4と、鋼板15及び16にぞれぞれボルト17を介して連結されたフランジプレート18及び19と、円柱状鉛4の下面及び上面においてフランジプレート18及び19と鋼板15及び16とを互いに剪断方向(F方向)に固定する剪断キー20とを具備しており、円柱状鉛4が密に配された中空部12は、内周面9に加えて、下方の剪断キー20の上面21と上方の剪断キー20の下面22とによって規定されている。免震装置5において、鋼板15及び16は、弾性体3の上下端面側の弾性材料層に埋め込まれて配されており、円柱状鉛4の下端部23は、鋼板15の内周面によって規定される中空部12の下端部に密に配されており、円柱状鉛4の上端部24は、鋼板16の内周面によって規定される中空部12の上端部に密に配されている。
The
本免震装置5は、フランジプレート18側が基礎10に、フランジプレート19側が構造物11にそれぞれ連結されて用いられる。本例においては、弾性材料層を形成するために、厚さ5mmの天然ゴム製の環状の弾性板1を25枚使用し、剛性材料層を形成するために、厚さ2.3mmの環状の鋼板2を22枚と、厚さ31mmの環状の鋼板15及び16とを使用した。
The
本発明の免震装置5を製造する場合には、まず、環状の弾性板1と鋼板2とを交互に積層して、その下面及び上面に環状の鋼板15及び16を配置し、型内における加圧下での加硫接着等によりこれらを相互に固定してなる環状の弾性体3を準備し、その後、円柱状鉛4を中空部12に形成すべく、弾性体3の中空部12に鉛を圧入する。鉛の圧入は、円柱状鉛4が弾性体3により中空部12において隙間なしに拘束されるように、鉛を中空部12に油圧ラム等により押し込んで行う。鉛の圧入後、剪断キー20並びにフランジプレート18及び19を取り付ける。なお、型内における加圧下での加硫接着による弾性体3の形成において、鋼板2、15及び16の外周面を覆って、円筒状被覆層25が形成されるようにするとよい。本例の被覆層の厚みは、10mmであった。また上記形成において、弾性板1の内周側の一部が流動して、鋼板2、15及び16の内周面を覆って、円筒状被覆層25と同様であるがそれよりも極めて薄い円筒状被覆層が形成されてもよい。
When manufacturing the
無負荷状態における弾性体3の高さが240mmの図7に示すような免震装置5において、比ap/Arを変化させて、各比ap/Arでの基礎10の振動エネルギEbによる構造物11への振動エネルギEsを求めた。得られた比ap/Arと免震装置5によるエネルギ伝達率Es/Ebとの関係を図8に示す。
In the
なお、このエネルギ伝達率は、以上の各値に加えて、免震装置5の面圧を80kg/cm2とし、弾性板1の剪断弾性率Gを6kg/cm2とし、入力として、エルセントロ地震波、十勝沖地震波、八戸地震波及びTAFT地震波を用い、これに統計的処理を施して、求めた。
In addition to the above values, the energy transfer rate is such that the surface pressure of the
図8から明らかなように、比ap/Arが0.01〜0.12の範囲内であれば、エネルギ伝達率Es/Ebが1/2以下となり、基礎10の振動エネルギが十分に減衰されて構造物11に伝達されることが判る。また、比ap/Arが0.12を越えると、応答加速度比(応答/入力)が約50%以上になることを確認し得た。また、比ap/Arが0.01未満であると、構造物11と基礎10との相対変位が、例えば好ましい比ap/Ar=0.05におけるそれの2〜3倍以上も生じ、実用的でないことが判った。
As is clear from FIG. 8, if the ratio ap / Ar is in the range of 0.01 to 0.12, the energy transfer rate Es / Eb is ½ or less, and the vibration energy of the
また、比ap/Arが0.02〜0.07の範囲内の場合及び0.03〜0.06の範囲内の場合は、図8から明らかなように、ぞれぞれ更に好ましいエネルギ伝達率Es/Ebが得られることが判る。 Further, when the ratio ap / Ar is in the range of 0.02 to 0.07 and in the range of 0.03 to 0.06, as is apparent from FIG. It can be seen that the rate Es / Eb is obtained.
一方、図7に示す免震装置5であって、鋼板2、15及び16の外径を500mm、内径を90mmとした免震装置5に対して、鉛直荷重57tonf(面圧30kgf/cm2)〜342tonf(面圧180kgf/cm2)を加えて、水平方向の変位と水平方向力との関係を実験により求めた。これを図9〜図12に示す。図9〜図12において、(a)は、免震装置5の全弾性板1自体の横変位(水平方向変位)が10%の場合、(b)及び(c)は、同じく50%及び100%の場合である。図9に示す鉛直荷重57tonf(面圧30kgf/cm2)を加えた場合における比Vp/Veは1.03、図10に示す鉛直荷重114tonf(面圧60kgf/cm2)を加えた場合における比Vp/Veは1.00、図11に示す鉛直荷重228tonf(面圧120kgf/cm2)を加えた場合における比Vp/Veは1.02及び図12に示す鉛直荷重342tonf(面圧180kgf/cm2)を加えた場合における比Vp/Veは1.11であった。以上の場合における比ap/Arは、0.03であった。
On the other hand, in the
図9、図11及び図12から明らかであるように、比Vp/Veが1.02以上では、トリガ機能が特に要求され、大振幅の地震に対して好ましく対応し得ることが判る。また図10から明らかであるように、比Vp/Veが1.00〜1.02未満の場合には、トリガ機能を好ましく得ることができないといえる。なお、比Vp/Veが1.07以下であれば、製造において中空部12への鉛の圧入が容易であり、それほど困難を伴わないことが判明した。また、比Vp/Veが1.12以上になるように、中空部12へ鉛を圧入しようとしたが、弾性体3の損壊なしに、これを行うことは困難であることが判明した。
As is clear from FIGS. 9, 11 and 12, it can be seen that when the ratio Vp / Ve is 1.02 or more, a trigger function is particularly required, and it can preferably cope with a large-amplitude earthquake. As is clear from FIG. 10, when the ratio Vp / Ve is less than 1.00 to less than 1.02, it can be said that the trigger function cannot be preferably obtained. It has been found that when the ratio Vp / Ve is 1.07 or less, it is easy to press-fit lead into the
なお、免震装置5では、鋼板15及び16とフランジプレート18及び19とを別体で形成したが、フランジプレート18及び19に、厚肉剛性板を一体に形成して、免震装置を具体化してもよい。
In the
1 弾性板
2 剛性鋼板
3 弾性体
4 円柱状鉛
5 免震装置
12 中空部
DESCRIPTION OF
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