JP2011099462A - 免震装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】積層ゴムの座屈や破断を有に防止し得る免震装置を実現する。
【解決手段】上部構造２に固定されかつ下部構造１に対して滑り支承（滑り板４）を介して滑り可能に支持された積層ゴム３と、積層ゴム３との間にクリアランス６を確保した状態で積層ゴム３の外側に同軸状態で配置されて上部構造２に固定された変形拘束用鋼管５とを備える。上記のクリアランス６を積層ゴム３の水平方向のせん断変形が線形変形限界点に達した時点で変形拘束用鋼管５が積層ゴム３に当接してそれ以上のせん断変形を拘束するように設定し、その時点で積層ゴム３が下部構造１に対して滑り始めるように滑り支承の摩擦係数を設定する。積層ゴム３と変形拘束用鋼管５との間に減衰装置７を介装し、減衰装置７を介して積層ゴム３の過大変形を防止する。減衰装置７は対の取付板８，９間に粘弾性体１０を介装したものとする。
【選択図】図４
【解決手段】上部構造２に固定されかつ下部構造１に対して滑り支承（滑り板４）を介して滑り可能に支持された積層ゴム３と、積層ゴム３との間にクリアランス６を確保した状態で積層ゴム３の外側に同軸状態で配置されて上部構造２に固定された変形拘束用鋼管５とを備える。上記のクリアランス６を積層ゴム３の水平方向のせん断変形が線形変形限界点に達した時点で変形拘束用鋼管５が積層ゴム３に当接してそれ以上のせん断変形を拘束するように設定し、その時点で積層ゴム３が下部構造１に対して滑り始めるように滑り支承の摩擦係数を設定する。積層ゴム３と変形拘束用鋼管５との間に減衰装置７を介装し、減衰装置７を介して積層ゴム３の過大変形を防止する。減衰装置７は対の取付板８，９間に粘弾性体１０を介装したものとする。
【選択図】図４
Description
本発明は構造物を免震支持するための免震装置に関する。
周知のようにこの種の免震装置としてはゴムシートと鉄板とを交互に積層した積層ゴムが最も一般的であるが、従来一般の積層ゴムを用いた免震システムでは、積層ゴムの線形変形限界を超えるせん断変形に対しては積層ゴムがハードニングを生じて最終的には破断に至るか、または面圧が大きくスレンダーな形状の積層ゴムの場合には座屈して免震機能を喪失してしまうものである。
そのため、たとえば特許文献１に示されるように、積層ゴムの外層部に破断伸びが充分に大きい外層ゴムを装着して破壊特性を向上させることにより、線形変形限界を超えても容易に破壊されたり座屈しないようにした構造の積層ゴムも提案されている。
最近では年々地震動の大きさが大きくなる傾向にあり、当初設計で想定した変形限界を超えることも充分に想定されることから、積層ゴムの破断や座屈により上部構造に大きな被害が発生したり、建物が継続使用できなくなることも予想される。
そのため、上記のように外層ゴムを被覆することで積層ゴムの破壊特性や座屈特性を改善することが試みられているのであるが、そのようなことでは充分な改善効果を期待できるものではなく、過大変形による積層ゴムの破断や座屈を確実に防止し得る有効な手法の開発が望まれているのが実状である。
そのため、上記のように外層ゴムを被覆することで積層ゴムの破壊特性や座屈特性を改善することが試みられているのであるが、そのようなことでは充分な改善効果を期待できるものではなく、過大変形による積層ゴムの破断や座屈を確実に防止し得る有効な手法の開発が望まれているのが実状である。
上記事情に鑑み、本発明は積層ゴムが許容を超えるせん断変形を生じても破したり座屈してしまうことを防止し得る有効適切な免震装置を提供することを目的とする。
請求項１記載の発明は、下部構造と上部構造との間に介装されて上部構造を下部構造に対して水平方向に相対振動可能に免震支持するための免震装置であって、上部構造に固定されかつ下部構造に対して滑り支承を介して滑り可能に支持された積層ゴムと、該積層ゴムとの間にクリアランスを確保した状態で該積層ゴムの外側に同軸状態で配置されて上部構造に固定された変形拘束用鋼管とを備え、前記積層ゴムと前記変形拘束用鋼管との間に確保するクリアランスを、前記積層ゴムの水平方向のせん断変形が線形変形限界点に達した時点で該変形拘束用鋼管が前記積層ゴムに当接して該積層ゴムのそれ以上のせん断変形を拘束するように設定し、かつその時点で前記積層ゴムが前記下部構造に対して滑り始めるように前記滑り支承の摩擦係数を設定してなることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、下部構造と上部構造との間に介装されて上部構造を下部構造に対して水平方向に相対振動可能に免震支持するための免震装置であって、上部構造に固定されかつ下部構造に対して滑り支承を介して滑り可能に支持された積層ゴムと、該積層ゴムとの間にクリアランスを確保した状態で該積層ゴムの外側に同軸状態で配置されて上部構造に固定された変形拘束用鋼管と、前記積層ゴムと前記変形拘束用鋼管との間に介装されてそれらの間で生じる水平方向の相対変位により作動する減衰装置とを備え、前記積層ゴムと前記変形拘束用鋼管との間に確保するクリアランスを、前記積層ゴムの水平方向のせん断変形が線形変形限界点に達した時点で該変形拘束用鋼管が前記減衰装置を介して前記積層ゴムのそれ以上のせん断変形を拘束するように設定し、かつその時点で前記積層ゴムが前記下部構造に対して滑り始めるように前記滑り支承の摩擦係数を設定してなることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明の免震装置であって、前記減衰装置は、前記変形拘束用鋼管の内面と前記積層ゴムの外周部にそれぞれ取り付けられた対の取付板と、それら取付板の間に介装された粘弾性体からなり、前記積層ゴムの外周部に取り付けた取付板の寸法を、前記積層ゴムの水平方向のせん断変形が線形変形限界点に達した時点で前記変形拘束用鋼管が該取付板に当接して該積層ゴムのそれ以上のせん断変形を拘束するように設定してなることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１，２または３記載の発明の免震装置であって、前記滑り支承は前記積層ゴムを滑り板の中心部において滑り可能に支持する構成とされ、該滑り板の中心部における摩擦係数を前記積層ゴムの水平方向のせん断変形が線形変形限界点に達した時点で該積層ゴムが滑り始めるように設定するとともに、該滑り板の周縁部における摩擦係数を中心部における摩擦係数よりも大きく設定してなることを特徴とする。
本発明の免震装置による免震システムでは、変形拘束用鋼管および滑り支承が積層ゴムの過大変形に対するフェールセーフ機構として機能するものとなり、これにより積層ゴムの座屈や破壊を有効に防止することができる。
また、変形拘束用鋼管と積層ゴムとの間に減衰装置を介装することにより減衰装置による減衰効果が得られ、その減衰装置を介して積層ゴムの過大変形を防止できる。
さらに、滑り支承を構成する滑り板の周縁部の摩擦係数を中心部の摩擦係数よりも大きく設定しておくことにより、滑り板の周縁部をストッパーとして機能させて積層ゴムの過大な滑り変位を防止することができる。
本発明の免震装置の第１実施形態を図１〜図３を参照して説明する。本実施形態の免震装置は基礎等の下部構造１と建屋等の上部構造２との間に介装されて上部構造２を下部構造１に対して免震支持するためのもので、積層ゴム３と、その積層ゴム３を下部構造１に対して滑り可能に支持する滑り支承としての滑り板４と、積層ゴム３の過大な水平変形を拘束するための変形拘束用鋼管５とを組み合わせたことを主眼とするものである。
積層ゴム３は従来一般のものと同様にゴムシートと鉄板とが積層されたもので、通常の場合と同様に上部構造２と下部構造１との間に介装されるものではあるが、本実施形態では積層ゴム３の上部のみを上部構造２の下面に対して固定して積層ゴム３の下部は下部構造１に対しては固定しておらず、下部構造１の上面に設置された滑り板４上に積層ゴム３を滑り可能に支持したものとされている。
滑り板４の摩擦係数は、積層ゴム３が線形変形限界に達するまでは滑りが生じないように、換言すると積層ゴム３が線形変形限界に達した時点で滑りを開始するように、設定されている。
滑り板４の摩擦係数は、積層ゴム３が線形変形限界に達するまでは滑りが生じないように、換言すると積層ゴム３が線形変形限界に達した時点で滑りを開始するように、設定されている。
積層ゴム３の外側には、積層ゴム３よりも大径の短管状の変形拘束用鋼管５がそれらの間にクリアランス６を確保した状態で積層ゴム３の外側に同軸状態で配置されている。
変形拘束用鋼管５の上端は上部構造２に対して固定されているが、その下端はどこにも固定されることなく下部構造１の上面（滑り板４の上面）からわずかに浮いており、したがってこの変形拘束用鋼管５は上部構造２とともに水平方向に自由に変位可能とされている。
なお、変形拘束用鋼管５は積層ゴム３に対する防塵カバーとしても機能するものであり、さらに変形拘束用鋼管５を耐火材により被覆しておけば積層ゴム３に対する耐火被覆としても機能し得るものとなる。
変形拘束用鋼管５の上端は上部構造２に対して固定されているが、その下端はどこにも固定されることなく下部構造１の上面（滑り板４の上面）からわずかに浮いており、したがってこの変形拘束用鋼管５は上部構造２とともに水平方向に自由に変位可能とされている。
なお、変形拘束用鋼管５は積層ゴム３に対する防塵カバーとしても機能するものであり、さらに変形拘束用鋼管５を耐火材により被覆しておけば積層ゴム３に対する耐火被覆としても機能し得るものとなる。
積層ゴム３と変形拘束用鋼管５との間に確保されているクリアランス６は、図２（ａ）に示すように、積層ゴム３の水平方向のせん断変形が線形変形限界点に達した時点で変形拘束用鋼管５の下端が積層ゴム３の下端部に当接するように設定されており、これによりそれ以上の積層ゴム３の変形が変形拘束用鋼管５によって自ずと拘束され、積層ゴム３が過大変形することによるハードニングや破断、座屈が防止されるようになっている。
また、滑り板４の摩擦係数は積層ゴム３が線形変形限界に達した時点で滑りを開始するように設定されていることから、積層ゴム３が線形変形限界に達した以降は図２（ｂ）に示すようにその状態のままで変形拘束用鋼管５とともに下部構造１に対して滑ることになる。したがってこれにより上部構造２への地震力の入力が頭打ちになり、滑り板４の摩擦係数を適切に設定しておくことによって下部構造１に対する上部構造２の水平変位を制御することが可能となっている。
本実施形態の免震装置は、積層ゴムと滑り支承とを組み合わせたいわゆる弾性滑り支承に対してさらに積層ゴム３の過大変形を拘束するための変形拘束用鋼管５を組み合わせた構成とされ、それにより変形拘束用鋼管５および滑り板４による滑り支承が積層ゴム３の過大変形に対するフェールセーフ機構として機能して積層ゴム３の破壊や座屈を有効に防止することが可能である。
その復元力特性は図３に示すようになり、設計で考慮した地震動の範囲では一般的な積層ゴムによる場合と同様に積層ゴム３が線形変形することによる性能を発揮するとともに、それを超える地震動に対しては滑り支承による滑り変位に移行することにより積層ゴム３の過大な変形が防止されて上部構造への過大な入力が防止されるようになっている。
なお、本実施形態の免震装置は滑りを生じた後にはそれ自体では滑りに対する復元力を有するものではないので、通常の滑り支承による場合と同様に上部構造の滑り変位を復元するための適宜の復元バネを併用すると良い。
その復元力特性は図３に示すようになり、設計で考慮した地震動の範囲では一般的な積層ゴムによる場合と同様に積層ゴム３が線形変形することによる性能を発揮するとともに、それを超える地震動に対しては滑り支承による滑り変位に移行することにより積層ゴム３の過大な変形が防止されて上部構造への過大な入力が防止されるようになっている。
なお、本実施形態の免震装置は滑りを生じた後にはそれ自体では滑りに対する復元力を有するものではないので、通常の滑り支承による場合と同様に上部構造の滑り変位を復元するための適宜の復元バネを併用すると良い。
図４〜図６は本発明の免震装置の第２実施形態を示すものである。これは、上記第１実施形態の免震装置に対してさらに減衰装置７を付加することにより減衰効果が得られるものであり、かつその減衰装置７を介して積層ゴム３の過大変形を防止するようにしたものである。
減衰装置７は、変形拘束用鋼管５の内面と積層ゴム３の下端外周部にそれぞれ装着された環状の取付板８，９の間に環状の粘弾性体１０を介装したもので、図５（ａ）に示すように積層ゴム３が水平変形した際には粘弾性体１０にもせん断変形が生じて振動エネルギーを吸収し減衰効果が得られるようになっている。
そして、変形拘束用鋼管５と積層ゴム３との間のクリアランス６は、積層ゴム３が線形変形限界に達した時点で変形拘束用鋼管５が取付板９に当接するように取付板９の寸法を考慮して設定されていて、積層ゴム３が線形変形限界に達した時点で積層ゴム３の変形が変形拘束用鋼管５と取付板９とによって拘束されるとともに、それ以降は図５（ｂ）に示しているように積層ゴム３と変形拘束用鋼管５および減衰装置７の全体が下部構造１に対して滑りを生じることで第１実施形態と同様に滑り支承による滑り変位に移行するようになっている。
減衰装置７は、変形拘束用鋼管５の内面と積層ゴム３の下端外周部にそれぞれ装着された環状の取付板８，９の間に環状の粘弾性体１０を介装したもので、図５（ａ）に示すように積層ゴム３が水平変形した際には粘弾性体１０にもせん断変形が生じて振動エネルギーを吸収し減衰効果が得られるようになっている。
そして、変形拘束用鋼管５と積層ゴム３との間のクリアランス６は、積層ゴム３が線形変形限界に達した時点で変形拘束用鋼管５が取付板９に当接するように取付板９の寸法を考慮して設定されていて、積層ゴム３が線形変形限界に達した時点で積層ゴム３の変形が変形拘束用鋼管５と取付板９とによって拘束されるとともに、それ以降は図５（ｂ）に示しているように積層ゴム３と変形拘束用鋼管５および減衰装置７の全体が下部構造１に対して滑りを生じることで第１実施形態と同様に滑り支承による滑り変位に移行するようになっている。
したがって本第２実施形態では、第１実施形態と同様の効果が得られることに加えて減衰装置７による減衰効果も得られるものであり、その復元力特性は図６に示すものとなる。図６（ａ）は粘弾性体１０、積層ゴム３、滑り支承（滑り板４）のそれぞれの特性を個別に示すものであり、同図（ｂ）はそれら全体の特性を示すものである。
なお、上記第２実施形態では、減衰装置７としての粘弾性体１０の上部を取付板８を介して変形拘束用鋼管５の中間部に対して連結し、粘弾性体１０の下部を取付板９を介して積層ゴム３の下部に対して連結したが、その変形として図７に示すように減衰装置７全体の天地を反転した形態で設置し、粘弾性体１０の上部を取付板９を介して積層ゴム３の中間部に対して連結するとともに粘弾性体１０の下部を取付板８を介して変形拘束用鋼管５の下部に対して連結し、積層ゴム３が線形変形限界に達した時点で変形拘束用鋼管５が取付板９に当接するようにしても同様に作動する。
但し、本発明における減衰装置としては上記第２実施形態のように取付板８，９の間に粘弾性体１０を介装した構成のものに限らず、変形拘束用鋼管５と積層ゴム３との間で生じる相対変位により作動して減衰効果が得られ、かつ積層ゴム３が線形変形限界に達した時点で変形拘束用鋼管５が減衰装置を介して積層ゴム３のそれ以上の変形を拘束できるものであれば良く、その限りにおいて減衰装置の構成は任意である。
さらに、本発明においては、通常時は積層ゴム３を滑り板４の中心部に支持していて地震時に滑りが生じた際には積層ゴム３が中心部から周縁部に変位することになるので、滑り板４の中心部の摩擦係数は上述したように積層ゴム３が線形変形限界に達した時点で滑りを開始するように設定しておく必要があるが、滑り板４の周縁部の摩擦係数はそれよりも大きく設定しておくことが好ましい。
たとえば、図８に示すように、積層ゴム３を常時支持する滑り板４の中心部４ａの摩擦係数はμ＝0.1程度の鏡面仕上げとするが、滑り板４の周縁部４ｂの摩擦係数はμ＝0.3程度のブラスト仕上げとしておくことにより、滑り板４の周縁部４ｂがストッパーとして機能して積層ゴム３の過大な滑り変位を防止することができる。
たとえば、図８に示すように、積層ゴム３を常時支持する滑り板４の中心部４ａの摩擦係数はμ＝0.1程度の鏡面仕上げとするが、滑り板４の周縁部４ｂの摩擦係数はμ＝0.3程度のブラスト仕上げとしておくことにより、滑り板４の周縁部４ｂがストッパーとして機能して積層ゴム３の過大な滑り変位を防止することができる。
１ 下部構造
２ 上部構造
３ 積層ゴム
４ 滑り板（滑り支承）
４ａ 中心部
４ｂ 周縁部
５ 変形拘束用鋼管
６ クリアランス
７ 減衰装置
８，９ 取付板
１０ 粘弾性体
２ 上部構造
３ 積層ゴム
４ 滑り板（滑り支承）
４ａ 中心部
４ｂ 周縁部
５ 変形拘束用鋼管
６ クリアランス
７ 減衰装置
８，９ 取付板
１０ 粘弾性体
Claims (4)
- 下部構造と上部構造との間に介装されて上部構造を下部構造に対して水平方向に相対振動可能に免震支持するための免震装置であって、
上部構造に固定されかつ下部構造に対して滑り支承を介して滑り可能に支持された積層ゴムと、該積層ゴムとの間にクリアランスを確保した状態で該積層ゴムの外側に同軸状態で配置されて上部構造に固定された変形拘束用鋼管とを備え、
前記積層ゴムと前記変形拘束用鋼管との間に確保するクリアランスを、前記積層ゴムの水平方向のせん断変形が線形変形限界点に達した時点で該変形拘束用鋼管が前記積層ゴムに当接して該積層ゴムのそれ以上のせん断変形を拘束するように設定し、かつその時点で前記積層ゴムが前記下部構造に対して滑り始めるように前記滑り支承の摩擦係数を設定してなることを特徴とする免震装置。 - 下部構造と上部構造との間に介装されて上部構造を下部構造に対して水平方向に相対振動可能に免震支持するための免震装置であって、
上部構造に固定されかつ下部構造に対して滑り支承を介して滑り可能に支持された積層ゴムと、該積層ゴムとの間にクリアランスを確保した状態で該積層ゴムの外側に同軸状態で配置されて上部構造に固定された変形拘束用鋼管と、前記積層ゴムと前記変形拘束用鋼管との間に介装されてそれらの間で生じる水平方向の相対変位により作動する減衰装置とを備え、
前記積層ゴムと前記変形拘束用鋼管との間に確保するクリアランスを、前記積層ゴムの水平方向のせん断変形が線形変形限界点に達した時点で該変形拘束用鋼管が前記減衰装置を介して前記積層ゴムのそれ以上のせん断変形を拘束するように設定し、かつその時点で前記積層ゴムが前記下部構造に対して滑り始めるように前記滑り支承の摩擦係数を設定してなることを特徴とする免震装置。 - 請求項２記載の免震装置であって、
前記減衰装置は、前記変形拘束用鋼管の内面と前記積層ゴムの外周部にそれぞれ取り付けられた対の取付板と、それら取付板の間に介装された粘弾性体からなり、
前記積層ゴムの外周部に取り付けた取付板の寸法を、前記積層ゴムの水平方向のせん断変形が線形変形限界点に達した時点で前記変形拘束用鋼管が該取付板に当接して該積層ゴムのそれ以上のせん断変形を拘束するように設定してなることを特徴とする免震装置。 - 請求項１，２または３記載の免震装置であって、
前記滑り支承は前記積層ゴムを滑り板の中心部において滑り可能に支持する構成とされ、該滑り板の中心部における摩擦係数を前記積層ゴムの水平方向のせん断変形が線形変形限界点に達した時点で該積層ゴムが滑り始めるように設定するとともに、該滑り板の周縁部における摩擦係数を中心部における摩擦係数よりも大きく設定してなることを特徴とする免震装置。
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|---|---|---|---|
| JP2009252750A JP2011099462A (ja) | 2009-11-04 | 2009-11-04 | 免震装置 |
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| JP2011099462A true JP2011099462A (ja) | 2011-05-19 |
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