JP2014035019A - 免震装置の変位抑制構造 - Google Patents

Abstract

【課題】過大な変位を抑制するとともに、上部構造を安定して支持することができる免震装置の変位抑制構造を提供する。
【解決手段】上部構造と下部構造との間に設けられる免震装置の変位抑制構造であって、上部構造又は下部構造の何れか一方に設けられ、鉛直方向及び水平方向に対して傾いた傾斜面を有する凸状部材と、上部構造又は下部構造の何れか他方に設けられ、凸状部材の傾斜面と対向する対向傾斜面を有する凹状部材と、を備え、上部構造と下部構造とが水平方向に相対変位した際に、傾斜面と対向傾斜面が当接することによって、傾斜面及び対向傾斜面の法線方向の反力が発生し、反力の水平成分が相対変位を減少させる方向に働き、反力の上向きの鉛直成分が免震装置に作用する圧縮力を抑制することにより上部構造を支持するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、免震装置の変位抑制構造に関する。

上部構造と下部構造との間に介装され、上部構造を免震支持する免震装置が知られている。このような免震装置としては、例えば積層ゴムを用いたものが知られている。

特開２００６−２８３２８８号公報

上記のような免震装置において、上部構造と下部構造との水平方向の変位（相対変位）が過大になると積層ゴムの変形が大きくなって積層ゴムが破断するおそれや上部構造を安定して支持できなくなるおそれがある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、過大な変位を抑制するとともに、免震装置に作用する圧縮力を抑制することにより上部構造を安定して支持することができる免震装置の変位抑制構造を提供することにある。

かかる目的を達成するため、本発明発の免震装置の変位抑制構造は、上部構造と下部構造との間に設けられる免震装置の変位抑制構造であって、前記上部構造又は前記下部構造の何れか一方に設けられ、鉛直方向及び水平方向に対して傾いた傾斜面を有する凸状部材と、前記上部構造又は前記下部構造の何れか他方に設けられ、前記凸状部材の前記傾斜面と対向する対向傾斜面を有する凹状部材と、を備え、前記上部構造と前記下部構造とが前記水平方向に相対変位した際に、前記傾斜面と前記対向傾斜面が当接することによって、前記傾斜面及び前記対向傾斜面の法線方向の反力が発生し、前記反力の水平成分が前記相対変位を減少させる方向に働き、前記反力の上向きの鉛直成分が前記免震装置に作用する圧縮力を抑制することにより前記上部構造を支持するようにしたことを特徴とする。
このような免震装置の変位抑制構造によれば、傾斜面と対向傾斜面が当接することで法線方向の反力（支圧応力）が発生する。この支圧応力の水平成分によって上部構造（及び免震装置）の過大な変位を抑制し、さらに、鉛直成分によって免震装置に作用する圧縮力を抑制することで上部構造を安定して支持できる。

かかる免震装置の変位抑制構造であって、前記上部構造と前記下部構造とが前記水平方向に相対変位した際に、前記傾斜面と前記対向傾斜面が当接したときの摩擦力を用いて前記水平方向への変位を抑制してもよい。
このような免震装置の変位抑制構造によれば、水平方向の変位をより抑制することが可能である。

かかる免震装置の変位抑制構造であって、前記傾斜面又は前記対向傾斜面に、各面における法線方向の荷重に対抗し、前記荷重が所定値に達すると降伏する降伏部材、又は、所定の弾性係数を有する弾性部材を配置してもよい。
このような免震装置の変位抑制構造によれば、水平力と鉛直力を正確に制御することが可能になり、免震構造の設計を容易にすることが可能である。

かかる免震装置の変位抑制構造であって、前記免震装置は積層ゴムであり、前記凸状部材は、前記傾斜面と接続するように頂部に形成された水平面を有し、前記凹状部材は、前記対向傾斜面と接続し前記水平面と対向する対向水平面を有し、前記上部構造と前記下部構造とが前記水平方向に相対変位して、前記傾斜面と前記対向傾斜面が当接するときに、前記水平面と前記対向水平面は離間していることが望ましい。
このような免震装置の変位抑制構造によれば、上部構造と下部構造が水平方向にある程度相対変位した後に、傾斜面と対向傾斜面を確実に当接させることが可能である。

かかる免震装置の変位抑制構造であって、前記凸状部材は、円錐台形状であることが望ましい。

本発明によれば、過大な変位を抑制するとともに、免震装置に作用する圧縮力を抑制することで上部構造を安定して支持することが可能である。

第１実施形態にかかる免震構造を説明するための概略図である。 図１における凹状部材２２と凸状部材２４の斜視図である。 図１において上部構造２と下部構造４が水平方向に相対変位した場合を説明するための概略図である。 図３における凹状部材２２と凸状部材２４の斜視図である。 凹状部材２２の傾斜面２２ａと凸状部材２４の傾斜面２４とが当接した状態を示す説明図である。 第２実施形態にかかる免震構造を説明するための概略図である。 降伏部材３０の構成を説明するための斜視図である。 図６において上部構造２と下部構造４が水平方向に相対変位した場合を説明するための概略図である。 第３実施形態にかかる免震構造を説明するための概略図である。 図９において上部構造２と下部構造４が水平方向に相対変位した場合を説明するための概略図である。 降伏部材３０の別の構成例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
図１は、第１実施形態にかかる免震構造を説明するための概略図である。また、図２は、図１における凹状部材２２と凸状部材２４の斜視図である。なお、図２では便宜上、凹状部材２２と凸状部材２４以外の図示を省略している。以下の説明において「上下方向（鉛直方向）」「左右方向（水平方向）」「前後方向（水平方向）」を言う場合は、図に矢印で示した方向を基準とする。本実施形態の免震構造は、図１に示すように、上部構造２と、下部構造４と、積層ゴム１０と、凹状部材２２と、凸状部材２４を備えている。

上部構造２は、例えば、建物、床、大型装置等の構造物である。
下部構造４は、上部構造２を支えて荷重を地盤に伝達させる構造物であり、上部構造２の下方に形成されている。下部構造４の外周部（図１では右側端）には擁壁４ａが形成されている。擁壁４ａは、上部構造２と下部構造４との水平方向の相対的な変位が大きいときに、それ以上の変位（過大変位）を防止するためのもの（ストッパー）であり、上部構造２とは一定の距離を隔てて、鉛直方向に平行に形成されている。

積層ゴム１０（免震装置に相当する）は、薄いゴム板と鋼板を交互に重ねて接着したものであり、上部構造２と下部構造４との間に介在されている。この積層ゴム１０は、鉛直方向には硬く、水平方向には柔軟であり、変形しても元の位置に戻る免震支承として機能している。

なお、上部構造２と下部構造４との水平方向の変位（相対変位）が過大になると、積層ゴム１０の変形量が大きくなり、積層ゴム１０が破断してしまうおそれや、上部構造２を免震支持できなくなるおそれがある。そこで、本実施形態の免震構造では、図１に示すように凹状部材２２と凸状部材２４を備えている。

凸状部材２４は、円錐台形状の部材であり、下部構造４の上面に固設されている。当該凸状部材２４は、水平方向及び鉛直方向に対して傾いて形成された傾斜面２４ａと、傾斜面２４ａの上端と接続し、水平方向に平行（鉛直方向に垂直）な水平面２４ｂとを有している。

傾斜面２４ａは、半径方向の外側に近づくにつれて凸状部材２４の鉛直方向の厚さが薄くなるように形成されている。また、水平面２４ｂは、凸状部材２４の頂部に形成されている。

凹状部材２２は、凸状部材２４と対応する形状の部材であり、上部構造２の下面に固設されている。また、凹状部材２２は、下面側に水平方向及び鉛直方向に対して傾いた傾斜面２２ａ（対抗傾斜面に相当する）と、傾斜面２２ａの上端と接続し、水平方向に平行（鉛直方向に垂直）な水平面２２ｂとを有している。

なお、傾斜面２２ａは、半径方向の中心に近づくにつれて凹状部材２２の鉛直方向の厚さが薄くなるように形成されている。また、水平面２２ｂは、凹状部材２２の下面側の中央部分に形成されている。

なお、上部構造２と下部構造４との間に水平方向の変位が無い状態（図１の状態）において、凹状部材２２の傾斜面２２ａと、凸状部材２４の傾斜面２４ａは、所定距離離間して対向するように設けられている。また、凹状部材２２の水平面２２ｂと、凸状部材２４の水平面２４ｂも所定距離離間して対向するように設けられている。

図３は、図１において上部構造２と下部構造４が水平方向に相対変位した場合を説明するための概略図である。また、図４は、図３における凹状部材２２と凸状部材２４の斜視図である。なお、図３では便宜上、凹状部材２２と凸状部材２４以外の図示を省略している。

上部構造２が下部構造４に対して水平方向（右側）に相対的に変位すると、積層ゴム１０が斜めに変形する。仮に、凹状部材２２と凸状部材２４を設けずに、この上部構造２と下部構造４との変位が過大になったとする。擁壁４ａの剛性や耐力が十分大きければ擁壁４ａによって上部構造２の変位を止めることができる。しかしながら、擁壁４ａの剛性が不足していることがあり、この場合、擁壁４ａが破壊されてしまい上部構造２の変位（過大変位）を止められないおそれがある。これにより、積層ゴム１０が破断するおそれや、上部構造２を安定して支持できなくなるおそれがある。よって上部構造２が擁壁４ａに衝突するよりも前、もしくは、擁壁４ａに衝突するのと同時に、上部構造２の変位を抑制することが望ましい。

そこで、本実施形態では、凹状部材２２と凸状部材２４を設け、上部構造２が擁壁４ａに衝突するよりも前、もしくは、擁壁４ａに衝突するのと同時に、凹状部材２２の傾斜面２２ａと凸状部材２４の傾斜面２４ａが当接するようにして、過大な変位を抑制するようにしている。なお、積層ゴム１０を用いた免震構造において、上部構造２と下部構造４が水平方向に相対変位する際には、図３のように積層ゴム１０が水平方向に変形することにより、上部構造２が鉛直方向下側にも変位する。本実施形態では、凹状部材２２の水平面２２ｂと凸状部材２４の水平面２４ｂが、鉛直方向に所定距離離間して設けられているので、上部構造２と下部構造４水平方向にある程度相対変位した後に、傾斜面２２ａと傾斜面２４ａを確実に当接させることができる。

図５は、凹状部材２２の傾斜面２２ａと凸状部材２４の傾斜面２４とが当接した状態を示す説明図である。
図５に示すように凹状部材２２の傾斜面２２ａと、凸状部材２４の傾斜面２４ａが当接することによって、傾斜面２２ａにおける法線方向の反力が発生する。この法線方向の反力により、変位と逆方向の水平成分の力と上向きの鉛直成分の力が傾斜面２２ａに発生することになる。つまり、傾斜面２２ａ（凹状部材２２及び上部構造２）に、相対変位方向に対して逆向きの方向（相対変位を減らす方向）の水平力と、鉛直方向上向きの力が発生する。

ここで、凹状部材２２の傾斜面２２ａと凸状部材２４の傾斜面２４ａが低摩擦の部材で形成されて、各面の間に摩擦力が発生しない場合、上部構造２の水平方向右側に変位する力がさらに大きくなると、凹状部材２２（傾斜面２２ａ）が凸状部材２４上の傾斜面２４ａに沿って斜め上方に摺動する。これにより、上部構造２は水平方向右側に変位するとともに、傾斜面２４ａに沿って鉛直方向上側にも変位することになる。本実施形態では、水平方向の変位が発生した場合、凹状部材２２の傾斜面２２ａと凸状部材２４の傾斜面２４ａを当接させることにより、上部構造２の荷重の反力の水平成分が変位と逆方向に働くので、上部構造２の水平方向の変位を抑制することができる。また、凹状部材２２（上部構造２）に働く上向きの鉛直成分の力により、積層ゴム１０（免震装置）に作用する圧縮力を抑制し、上部構造２を安定して支持することができる。

また、凹状部材２２の傾斜面２２ａと凸状部材２４の傾斜面２４ａとの間に摩擦力が働くようにした場合、上部構造２の水平方向右側に変位する力がさらに大きくなると、凹状部材２２に図５の白矢印で示すような摩擦力が発生する。この場合、水平方向の左側への水平力が大きくなる。よって、この場合、上部構造２が水平方向右側に変位するのを抑制する力をさらに大きくすることができる。よって上部構造２の水平方向の変位をより抑制することができる。また、この場合も上向きの鉛直成分の力が発生するため、凹状部材２２及び凸状部材２４を設けていない場合と比べて、上部構造２を安定して支持することができる。

以上説明したように、本実施形態の免震構造は、下部構造４に設けられ、鉛直方向及び水平方向に対して傾いた傾斜面２４ａを有する凸状部材２４と、上部構造２に設けられ、凸状部材２４の傾斜面２４ａと対向する傾斜面２２ａを有する凹状部材２２と、を備えている。そして、上部構造２と下部構造４とが水平方向に相対変位した際に、傾斜面２２ａと傾斜面２４ａが当接することによって、相対変位を減少させる方向の水平力と、上向きの鉛直方向の力が上部構造２に発生するようにしている。

こうすることにより、凹状部材２２及び凸状部材２４を設けていない場合と比べて、上部構造２の水平方向の変位を抑制することができ、また、免震装置に作用する圧縮力を抑制するため上部構造２を安定して支持することができる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図６は、第２実施形態にかかる免震構造を説明するための概略図である。なお、図６において図１と同一構成の部分には同一符号を付し、説明を省略する。
第２実施形態では、凸状部材２４の傾斜面２４ａ上の一部又は全面に降伏部材３０が設けられている。降伏部材３０は、傾斜面２４ａの法線方向の荷重に対抗し、当該荷重が所定値に達すると降伏する部材である。

図７は、降伏部材３０の構成を説明するための斜視図である。
降伏部材３０は、板状部材３２と板状部材３４とハニカム構造部材３６とを有して構成されている。
板状部材３２は、降伏部材３０の上縁に形成された板状の部材であり、その上面は低摩擦面となっている。
板状部材３４は、降伏部材３０の下縁に形成された板状の部材であり、凸状部材２４の傾斜面２４ａに固設される。

ハニカム構造部材３６は、正六角柱形状の筒状部材が隙間無く配列されて形成されたものであり、板状部材３２と板状部材３４との間に挟まれている。そして、ハニカム構造部材３６は、板状部材３２の面の法線方向の荷重が所定値に達すると降伏（塑性変形）する。なお、本実施形態のハニカム構造部材３６はアルミで形成されているが、これには限られず、アルミ以外の材料（例えば鉄）で形成されていてもよい。

図８は、図６において上部構造２と下部構造４が水平方向に相対変位した場合を説明するための概略図である。図８では、図６の状態から、上部構造２が下部構造４に対して水平方向（右側）に相対変位している。第２実施形態では、上部構造２が擁壁４ａに衝突するよりも前、もしくは、上部構造２が擁壁４ａに衝突するのと同時に、凹状部材２２の傾斜面２２ａと、傾斜面２４ａ上に形成された降伏部材３０（板状部材３２の上面）が当接する。この場合においても図５と同様に傾斜面２２ａに法線方向の反力が発生する。また、上部構造２の右方向に変位する力がさらに大きくなると、凹状部材２２（傾斜面２２ａ）が降伏部材３０（板状部材３２の上面）上を摺動する。そして、反力が、所定値に達すると降伏部材３０が降伏する。

この第２実施形態によると、降伏部材３０が降伏する荷重を一定に保つことができる。これにより、傾斜面２２ａと傾斜面２４ａが当接したときの水平力と鉛直方向の力を正確に制御することができ、免震構造の設計が容易になる。

なお、本実施形態では、凸状部材２４上の傾斜面２４ａに降伏部材３０を設けていたが、凹状部材２２の傾斜面２２ａ側に降伏部材３０を設けるようにしてもよい。

＝＝＝第３実施形態＝＝＝
第３実施形態では、凹状部材２２と凸状部材２４の配置が第１実施形態と異なっている。
図９は、第３実施形態にかかる免震構造を説明するための概略図である。なお、図９において図１と同一構成の部分には同一符号を付し、説明を省略する。
図９に示すように第３実施形態では、凹状部材２２は下部構造４の上面に固設されており、凸状部材２４は上部構造２の下面に固設されている。つまり、凹状部材２２と凸状部材２４の配置が第１実施形態と上下逆になっている。

図１０は、図９において上部構造２と下部構造４が水平方向に相対変位した場合を説明するための概略図である。この第３実施形態においても、上部構造２と下部構造４が水平方向に相対変位することによって、図１０に示すように凹状部材２２の傾斜面２２ａと凸状部材２４の傾斜面２４ａが当接する。この当接で発生する力による作用については第１実施形態と同様なので説明を省略する。

なお、第３実施形態において、第２実施形態と同様に一方の傾斜面（傾斜面２２ａ又は傾斜面２４ａ）に降伏部材３０を設けるようにしてもよい。

＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

＜免震装置について＞
前述の実施形態では、免震装置は積層ゴム１０を用いた積層ゴムタイプのものであったがこれには限られない。例えば、転がり支承タイプのものであってもよい。

＜凸状部材、凹状部材について＞
前述の実施形態では、凸状部材２４は底面が円の円錐台形状であったがこれには限られず、傾斜面があれば他の形状であってもよい。例えば、底面が多角形の錐体でもよい。また、底面が完全な円形ではなく例えば半円形であってもよい。また、これらの場合、凹状部材２２はその傾斜面と対向する傾斜面（対向傾斜面）を有する形状の部材であればよい。
また、前述の実施形態では上部構造２と下部構造４との間に形成された凸状部材２４と凹状部材２２はそれぞれ１つであったが、これには限られず、上部構造２と下部構造４との間に凸状部材２４と凹状部材２２の組み合わせを複数形成していてもよい。この場合、凸状部材２４と凹状部材２２の組み合わせを、なるべく分散させて配置することが望ましい。

＜降伏部材について＞
降伏部材３０は、図７の構成には限られない。図１１は、降伏部材３０の別の構成例を示す図である。図１１に示すように、板状部材３２、３４に対して、ハニカム構造部材３６を横向きに（すなわち、ハニカム構造部材３６の各筒状部材の軸方向が板状部材３２、３４の法線方向と直交するように）配置してもよい。
また、降伏部材３０の代わりに、例えばゴムなどの所定の弾性係数を有する弾性部材を配置するようにしてもよい。

２ 上部構造
４ 下部構造
４ａ 擁壁
１０ 積層ゴム
２２ 凹状部材
２２ａ 傾斜面
２２ｂ 水平面
２４ａ 傾斜面
２４ｂ 水平面
３０ 降伏部材
３２ 板状部材
３４ 板状部材
３６ ハニカム構造部材

Claims (5)

1. 上部構造と下部構造との間に設けられる免震装置の変位抑制構造であって、
   前記上部構造又は前記下部構造の何れか一方に設けられ、鉛直方向及び水平方向に対して傾いた傾斜面を有する凸状部材と、
   前記上部構造又は前記下部構造の何れか他方に設けられ、前記凸状部材の前記傾斜面と対向する対向傾斜面を有する凹状部材と、
   を備え、
   前記上部構造と前記下部構造とが前記水平方向に相対変位した際に、前記傾斜面と前記対向傾斜面が当接することによって、前記傾斜面及び前記対向傾斜面の法線方向の反力が発生し、前記反力の水平成分が前記相対変位を減少させる方向に働き、前記反力の上向きの鉛直成分が前記免震装置に作用する圧縮力を抑制することにより前記上部構造を支持するようにした、ことを特徴とする免震装置の変位抑制構造。
2. 請求項１に記載の免震装置の変位抑制構造であって、
   前記上部構造と前記下部構造とが前記水平方向に相対変位した際に、前記傾斜面と前記対向傾斜面が当接したときの摩擦力を用いて前記水平方向への変位を抑制する
   ことを特徴とする免震装置の変位抑制構造。
3. 請求項１に記載の免震装置の変位抑制構造であって、
   前記傾斜面又は前記対向傾斜面に、各面における法線方向の荷重に対抗し、前記荷重が所定値に達すると降伏する降伏部材、又は、所定の弾性係数を有する弾性部材を配置した
   ことを特徴とする免震装置の変位抑制構造。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の免震装置の変位抑制構造であって、
   前記免震装置は積層ゴムであり、
   前記凸状部材は、前記傾斜面と接続するように頂部に形成された水平面を有し、
   前記凹状部材は、前記対向傾斜面と接続し前記水平面と対向する対向水平面を有し、
   前記上部構造と前記下部構造とが前記水平方向に相対変位して、前記傾斜面と前記対向傾斜面が当接するときに、前記水平面と前記対向水平面は離間している
   ことを特徴とする免震装置の変位抑制構造。
5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載の免震装置の変位抑制構造であって、
   前記凸状部材は、円錐台形状である
   ことを特徴とする免震装置の変位抑制構造。

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