JP2014047926A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上部フランジプレート及び下部フランジプレートの夫々に近接した積層ゴム体の部分における応力集中を解消することができる上に本来有する免震機能を発揮することができる免震装置を提供することにある。
【解決手段】免震装置１は、上部構造に連結される上部フランジプレート２と、下部構造に連結される下部フランジプレート３と、上部フランジプレート２及び下部フランジプレート３間に設けられていると共に、鉛直方向Ｖにおいて交互に積層されたゴム弾性材料層４及び剛性材料層５を有した積層ゴム体７と、積層ゴム体７に設けられた柱状孔８と、柱状孔８に配されている振動エネルギ吸収体９とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、橋梁並びにビル、戸建て住宅及び倉庫等の建物等を含む構造物を地震振動から免震する積層ゴム体を具備した免震装置に関する。

例えば、特許文献１では、積層ゴム体のうち、建物の上部構造に連結される上部フランジプレートと建物の下部構造に連結される下部フランジプレートとの夫々に近接した部分に発生する歪みの集中を緩和すべく、上部フランジプレートと下部フランジプレートとの間に設けられ、水平方向に延在する複数のゴム板層と複数の鋼板層とを交互に上下方向に積層して形成された積層ゴム体とを備え、前記複数のゴム板層の材質及び厚さを互いに同一とし、それらゴム板層の面積を異ならせることで、それらゴム板層の剛性を前記積層ゴム体の上端及び下端から中央部へ向かうにつれて漸減させた積層ゴム型の免震装置が提案されている。

特開平１１−１４１１８０号公報

ところで、積層ゴムを具備した免震装置では、上部構造及び下部構造間の相対的な水平振動による水平方向変形時において、上部フランジプレート及び下部フランジプレートの夫々に近接した積層ゴム体の部分（フィレット部）に応力集中が生じやすく、座屈の原因になり得る前記応力集中を解消する手段が望まれる一方、本来有する免震機能を発揮できることが望まれる。

本発明は、前記諸点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、上部フランジプレート及び下部フランジプレートの夫々に近接した積層ゴム体の部分における応力集中を解消することができる上に本来有する免震機能を発揮することができる免震装置を提供することにある。

本発明の免震装置は、上部構造に連結される上部フランジプレートと、下部構造に連結される下部フランジプレートと、上部フランジプレート及び下部フランジプレート間に設けられていると共に、鉛直方向において交互に積層されたゴム弾性材料層及び剛性材料層を有した積層ゴム体とを具備しており、剛性材料層は、上部フランジプレートに近接配置された少なくとも一つの上部剛性材料層と、下部フランジプレートに近接配置された少なくとも一つの下部剛性材料層と、上部剛性材料層と下部剛性材料層との間に鉛直方向に並んで配された複数の中間部剛性材料層とを具備しており、上部剛性材料層及び下部剛性材料層の少なくとも一方は、当該一方に隣接する複数の中間部剛性材料層のうちの隣接中間部剛性材料層に対して水平方向において長くなるように形成されており、隣接中間部剛性材料層は、鉛直方向において当該隣接中間部剛性材料層よりも中央側に位置する複数の中間部剛性材料層のうちの中央側中間部剛性材料層に対して、水平方向において等しい長さとなるように又は短くなるように形成されている。

本発明の免震装置によれば、特に、上部剛性材料層及び下部剛性材料層の少なくとも一方は、当該一方に隣接する複数の中間部剛性材料層のうちの隣接中間部剛性材料層に対して水平方向において長くなるように形成されているために、上部フランジプレート及び下部フランジプレートの夫々に近接した積層ゴム体の部分（フィレット部）における応力集中を解消することができ、隣接中間部剛性材料層は、鉛直方向において当該隣接中間部剛性材料層よりも中央側に位置する複数の中間部剛性材料層のうちの中央側中間部剛性材料層に対して、水平方向において等しい長さとなるように又は短くなるように形成されているために、本来有する繰り返し応力の耐久性を発揮でき、捻れ方向にも免震機能を発揮できる等、装置を大型化させることなく当該装置が本来有する免震機能を発揮し得る。

本発明の免震装置では、剛性材料層は、鉛直方向に夫々互いに並んで配されていると共に水平方向において夫々互いに等しい長さを有している複数の上部剛性材料層を具備していてもよい。

本発明の免震装置では、剛性材料層は、鉛直方向に夫々互いに並んで配されている複数の上部剛性材料層を具備しており、複数の上部剛性材料層のうちの上部フランジプレートに最も近接して配置された最上部剛性材料層は、複数の上部剛性材料層のうちの最上部剛性材料層を除く他の上部剛性材料層に対して、水平方向に長くなるように形成されていてもよい。斯かる免震装置によれば、積層ゴム体の水平方向変形時においても複数の上部剛性材料層に塑性変形が生じにくく、これにより、水平方向の剛性を安定させることができ、フィレット部の応力集中に基づく座屈等を生じさせる虞をなくし得る。

本発明の免震装置では、剛性材料層は、鉛直方向に夫々互いに並んで配されていると共に水平方向において夫々互いに等しい長さを有している複数の下部剛性材料層を具備していてもよい。

本発明の免震装置では、剛性材料層は、鉛直方向に夫々互いに並んで配されている複数の下部剛性材料層を具備しており、複数の下部剛性材料層のうちの下部フランジプレートに最も近接して配置された最下部剛性材料層は、複数の下部剛性材料層のうちの最下部剛性材料層を除く他の下部剛性材料層に対して、水平方向に長くなるように形成されていてもよい。斯かる免震装置によれば、積層ゴム体の水平方向変形時においても複数の下部剛性材料層に塑性変形が生じにくく、これにより、水平方向の剛性を安定させることができ、フィレット部の応力集中に基づく座屈等を生じさせる虞をなくし得る。

本発明の免震装置では、積層ゴム体は、剛性材料層の外周縁に加硫接着されていると共にゴム弾性材料層と一体となった筒状の被覆層を更に具備していてもよく、被覆層のうちの前記上部剛性材料層及び下部剛性材料層の少なくとも一方を覆っている被覆部は、当該被覆層のうちの中間部剛性材料層を覆っている被覆部に対して、水平方向に突出していてもよい。

本発明の免震装置では、上部剛性材料層及び下部剛性材料層の少なくとも一方は、複数の中間部剛性材料層の外周縁よりも水平方向外方に位置している円形外周縁を有していてもよい。

本発明の免震装置では、複数の中間部剛性材料層は円形外周縁を有しており、上部剛性材料層及び下部剛性材料層の少なくとも一方の円形外周縁は、複数の中間部剛性材料層の円形外周縁よりも大径であってもよい。

本発明の免震装置では、上部剛性材料層及び下部剛性材料層の少なくとも一方は、複数の中間部剛性材料層の外周縁よりも水平方向外方に位置している多角形外周縁を有していてもよい。

本発明の免震装置では、積層ゴム体に設けられた少なくとも一つの柱状孔と、この少なくとも一つの柱状孔に配されている振動エネルギ吸収体とを具備していてもよい。

本発明によれば、上部フランジプレート及び下部フランジプレートの夫々に近接した積層ゴム体の部分における応力集中を解消することができる上に本来有する免震機能を発揮することができる免震装置を提供し得る。

図１は、本発明の実施の形態の例の断面説明図である。 図２は、図１に示す例の断面拡大説明図である。 図３は、図１に示す例の主に剛性材料層の説明図である。 図４は、図１に示す例の断面拡大説明図である。 図５は、図１に示す例の動作説明図である。 図６は、本発明の実施の形態の他の例の断面拡大説明図である。 図７は、本発明の実施の形態の更に他の例の主に剛性材料層の説明図である。

次に本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、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、建物の上部構造に連結される上部フランジプレート２と、基礎等からなる下部構造に連結される下部フランジプレート３と、上部フランジプレート２及び下部フランジプレート３間に設けられていると共に、鉛直方向Ｖにおいて交互に積層された天然ゴム又は減衰特性を有する高減衰ゴム等からなる円環状のゴム弾性材料層４及び円環状の剛性材料層５並びに剛性材料層５の外周縁１６に加硫接着されていると共にゴム弾性材料層４と一体となった円筒状の被覆層６を有した積層ゴム体７と、積層ゴム体７に設けられた少なくとも一つの柱状孔、本例では一つの柱状孔８と、柱状孔８に配されている振動エネルギ吸収体９と、振動エネルギ吸収体９の下面及び上面において上部フランジプレート２及び下部フランジプレート３に固定されて柱状孔８を閉塞している円盤上の一対の閉塞部材１０及び１１とを具備している。

柱状孔８は、積層ゴム体７の内周面１２に加えて、上方の閉塞部材１０の下面１３と下方の閉塞部材１１の上面１４とによって規定されており、水平方向Ｈにおいて積層ゴム体７の中央に配されている。振動エネルギ吸収体９は、柱状孔８に密に配された鉛、錫、錫合金又は熱可塑性樹脂製の塑性体、例えば円柱状鉛１５からなる。円柱状鉛１５は、塑性変形により振動エネルギを吸収する。

剛性材料層５は、鉛直方向Ｖにおいて上部フランジプレート２に近接配置された少なくとも一つの上部剛性材料層としての二枚の円環状の上部剛性鋼板２１及び２２と、下部フランジプレート３に近接配置された少なくとも一つの下部剛性材料層としての二枚の円環状の下部剛性鋼板２３及び２４と、上部剛性鋼板２１及び２２と下部剛性鋼板２３及び２４との間に鉛直方向Ｖに並んで配された複数の中間部剛性材料層としての複数の円環状の中間部剛性鋼板２５とを具備している。上部剛性鋼板２１及び２２、下部剛性鋼板２３及び２４並びに複数の中間部剛性鋼板２５の夫々は、同一の軸心Ｏを有している。

上部剛性鋼板２１及び２２は、鉛直方向Ｖに夫々互いに並んで配されており、下部剛性鋼板２３及び２４は、鉛直方向Ｖに夫々互いに並んで配されており、上部剛性鋼板２１及び２２、下部剛性鋼板２３及び２４並びに複数の中間部剛性鋼板２５は、鉛直方向Ｖにおいて夫々互いに等しい間隔をもって配されており、夫々互いに等しい肉厚を有している。このように等しい肉厚を有した鋼板が等間隔をもって配されることにより、ゴム弾性材料層４もまた、夫々互いに等しい肉厚をもって等間隔に配されることになる。

上部剛性鋼板２１及び２２のうちの上部フランジプレート２に最も近接して配置された最上部剛性材料層としての上部剛性鋼板２１は、上部剛性鋼板２２に対して、水平方向Ｈに長くなるように形成されており、上部剛性鋼板２１の円形外周縁３１は、上部剛性鋼板２２の円形外周縁３２よりも大径であって水平方向外方に位置している。上部剛性鋼板２１の円形外周縁３１及び上部剛性鋼板２２の円形外周縁３２は、複数の中間部剛性鋼板２５の円形外周縁３５よりも大径であって水平方向外方に位置している。

下部剛性鋼板２３及び２４のうちの下部フランジプレート３に最も近接して配置された最下部剛性材料層としての下部剛性鋼板２３は、下部剛性鋼板２４に対して、水平方向Ｈに長くなるように形成されており、下部剛性鋼板２３の円形外周縁３３は、下部剛性鋼板２４の円形外周縁３４よりも大径であって水平方向外方に位置しており、下部剛性鋼板２３の円形外周縁３３及び下部剛性鋼板２４の円形外周縁３４は、複数の中間部剛性鋼板２５の円形外周縁３５よりも大径であって水平方向外方に位置している。

本例においては、上部剛性鋼板２１及び下部剛性鋼板２３は夫々互いに同様に形成されており、上部剛性鋼板２２及び下部剛性鋼板２４は夫々互いに同様に形成されている。以上の剛性材料層５においては、上部剛性鋼板２１及び２２の夫々は、複数の中間部剛性鋼板２５のうちの上部剛性鋼板２２に隣接する隣接中間部剛性材料層としての中間部剛性鋼板２６に対して水平方向Ｈにおいて長くなるように形成されており、下部剛性鋼板２３及び２４の夫々は、複数の中間部剛性鋼板２５のうちの下部剛性鋼板２４に隣接する隣接中間部剛性材料層としての中間部剛性鋼板２７に対して水平方向Ｈにおいて長くなるように形成されている。

複数の中間部剛性鋼板２５は、本例では夫々互いに同様に形成されており、これにより、これらは夫々互いに水平方向Ｈにおいて等しい長さを有することになり、中間部剛性鋼板２６及び２７は、これらよりも鉛直方向Ｖにおいて中央側に位置する中央側中間部剛性材料層としての中間部剛性鋼板２８に対して、水平方向Ｈにおいて等しい長さを有することとなる。尚、本例では、複数の中間部剛性鋼板２５は夫々互いに同様に形成されているが、この構成に代えて、例えば、中間部剛性鋼板２６及び２７が、鉛直方向Ｖにおいて当該中間部剛性鋼板２６及び２７よりも中央側に位置している中間部剛性鋼板２８に対して、水平方向Ｈにおいて短くなるように形成されていてもよい。

被覆層６は、上部剛性鋼板２１及び２２を覆っている大径円環状の被覆部４１と、下部剛性鋼板２３及び２４を覆っている大径円環状の被覆部４２と、複数の中間部剛性鋼板２５を覆っている円環状の被覆部４３とを有している。被覆部４３の上縁には被覆部４１が一体的に連結されており、被覆部４３の下縁には被覆部４２が一体的に連結されている。被覆部４１及び４２は、被覆部４３に対して、水平方向Ｈに突出している。

免震装置１を製造する場合には、まず、ゴム弾性材料層４と剛性材料層５とを交互に積層して積層体を形成し、その積層体の上面及び下面に上部フランジプレート２及び下部フランジプレート３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積層ゴム体７を準備し、その後、円柱状鉛１５を柱状孔８に形成すべく、柱状孔８に鉛を圧入する。鉛の圧入は、円柱状鉛１５が積層ゴム体７により柱状孔８において隙間なしに拘束されるように、鉛を柱状孔８に油圧ラム等により押し込んで行う。鉛の圧入後、閉塞部材１０及び１１を取り付ける。尚、型内における加圧下での加硫接着による積層ゴム体７の形成において、剛性弾性材料層５の外周縁１６を覆って、円筒状の被覆層６が形成されるようにするとよい。

以上の免震装置１は、地震等が生じて下部構造が水平方向Ｈに振動すると、図５に示すように、積層ゴム体７が水平方向Ｈに関して弾性変形し、これにより上部構造を下部構造の水平方向Ｈの振動に対して免震し、しかも、円柱状鉛１５に塑性変形を生じさせて、下部構造の上部構造に対する振動エネルギを吸収して、当該振動を減衰させる。このように積層ゴム体７が水平方向Ｈに関して弾性変形すると、中間部剛性鋼板２８は中間部剛性鋼板２７に対して水平方向Ｈ１に水平変位し、中間部剛性鋼板２７は下部剛性鋼板２３及び２４に対して水平方向Ｈ１に水平変位し、そして、下部剛性鋼板２４は下部剛性鋼板２３に対して水平方向Ｈ１に水平変位する。この際、下部剛性鋼板２３及び２４は中間部剛性鋼板２５、主に中間部剛性鋼板２７を支えているので、積層ゴム体７の下部フランジプレート３に近接した圧縮側の部分（フィレット部）に応力集中を生じさせにくくして座屈の虞をなくし得る一方、十分な横断面積を有した複数の中間部剛性鋼板２５及びゴム弾性材料層４が交互に積層された部分（中間部）でもって本来有する免震機構を発揮させることができ、しかも、斯かる弾性変形時においても下部剛性鋼板２３が下部剛性鋼板２４を支えているので、積層ゴム体７の塑性変形及び水平方向の剛性をより安定させることができる。上部剛性鋼板２１及び２２もまた中間部剛性鋼板２６及び２８との関係において積層ゴム体７の弾性変形時に下部剛性鋼板２３及び２４と同様に作用する。

本例の免震装置１によれば、上部構造に連結される上部フランジプレート２と、下部構造に連結される下部フランジプレート３と、上部フランジプレート２及び下部フランジプレート３間に設けられていると共に、鉛直方向Ｖにおいて交互に積層されたゴム弾性材料層４及び剛性材料層５を有した積層ゴム体７とを具備しており、剛性材料層５は、上部フランジプレート２に近接配置された少なくとも一つの上部剛性材料層としての上部剛性鋼板２１及び２２と、下部フランジプレート３に近接配置された少なくとも一つの下部剛性材料層としての下部剛性鋼板２３及び２４と、上部剛性鋼板２１及び２２と下部剛性鋼板２３及び２４との間に鉛直方向Ｖに並んで配された複数の中間部剛性材料層としての中間部剛性鋼板２５とを具備しており、上部剛性鋼板２１及び２２並びに下部剛性鋼板２３及び２４は、これらに隣接する複数の中間部剛性鋼板２５のうちの隣接中間部剛性材料層としての中間部剛性鋼板２６及び２７に対して水平方向Ｈにおいて長くなるように形成されており、中間部剛性鋼板２６及び２７は、鉛直方向Ｖにおいて当該中間部剛性鋼板２６及び２７よりも中央側に位置する複数の中間部剛性鋼板２５のうちの中央側中間部剛性材料層としての中間部剛性鋼板２８に対して、水平方向Ｈにおいて等しい長さとなるように又は短くなるように形成されているために、上部フランジプレート２及び下部フランジプレート３の夫々に近接した積層ゴム体７の部分（フィレット部）における応力集中を解消することができ、しかも、本来有する繰り返し応力の耐久性を発揮でき、捻れ方向にも免震機能を発揮できる等、装置を大型化させることなく当該装置が本来有する免震機能を発揮し得る。

免震装置１によれば、剛性材料層５は、鉛直方向Ｖに夫々互いに並んで配されている複数の上部剛性鋼板２１及び２２を具備しており、上部剛性材料層２１及び２２のうちの上部フランジプレート２に最も近接して配置された最上部剛性材料層としての上部剛性鋼板２１は、上部剛性鋼板２２に対して、水平方向Ｈに長くなるように形成されているために、積層ゴム体７の水平方向変形時においても複数の上部剛性鋼板２１及び２２に塑性変形が生じにくく、これにより、水平方向Ｈの剛性を安定させることができ、フィレット部の応力集中に基づく座屈等を生じさせる虞をなくし得る。

免震装置１によれば、剛性材料層５は、鉛直方向Ｖに夫々互いに並んで配されている複数の下部剛性鋼板２３及び２４を具備しており、下部剛性鋼板２３及び２４のうちの下部フランジプレート３に最も近接して配置された最下部剛性材料層としての下部剛性鋼板２３は、下部剛性鋼板２４に対して、水平方向Ｈに長くなるように形成されているために、積層ゴム体７の水平方向変形時においても複数の下部剛性鋼板２３及び２４に塑性変形が生じにくく、これにより、水平方向Ｈの剛性を安定させることができ、フィレット部の応力集中に基づく座屈等を生じさせる虞をなくし得る。

尚、免震装置１の剛性材料層５は、下部剛性鋼板２３及び２４に代えて、例えば図６に示すように、鉛直方向Ｖに夫々互いに並んで配されていると共に水平方向Ｈにおいて夫々互いに等しい長さを有している複数の下部剛性材料層としての下部剛性鋼板５３及び５４を具備していてもよい。また、剛性材料層５は、前記同様に、上部剛性鋼板２１及び２２に代えて、鉛直方向Ｖに夫々互いに並んで配されていると共に水平方向Ｈにおいて夫々互いに等しい長さを有している複数の上部剛性材料層（図示せず）を具備していてもよい。

上部剛性鋼板２１及び２２並びに下部剛性鋼板２３及び２４は、円形外周縁３１、３２、３３及び３４を夫々有しているが、これに代えて、例えば図７に示すように、複数の中間部剛性鋼板２５の外周縁１６よりも水平方向外方に位置している多角形外周縁５５を有していてもよい。外周縁１６は上述のように円形外周縁であってもよく、また、多角形外周縁であってもよい。この場合、被覆層６は多角筒状であってもよい。

免震装置１は、本例では振動エネルギ吸収体９を具備しているが、この構成を省いてもよく、この場合、ゴム弾性材料層４及び剛性材料層５の夫々が円板状に形成され、積層ゴム体７が円柱状に形成されてもよい。

１ 免震装置
２ 上部フランジプレート
３ 下部フランジプレート
４ ゴム弾性材料層
５ 剛性材料層
６ 被覆層
７ 積層ゴム体
９ 振動エネルギ吸収体
２１、２２ 上部剛性鋼板
２３、２４、５３、５４ 下部剛性鋼板
２５、２６、２７、２８ 中間部剛性鋼板

Claims (10)

1. 上部構造に連結される上部フランジプレートと、下部構造に連結される下部フランジプレートと、上部フランジプレート及び下部フランジプレート間に設けられていると共に、鉛直方向において交互に積層されたゴム弾性材料層及び剛性材料層を有した積層ゴム体とを具備しており、剛性材料層は、上部フランジプレートに近接配置された少なくとも一つの上部剛性材料層と、下部フランジプレートに近接配置された少なくとも一つの下部剛性材料層と、上部剛性材料層と下部剛性材料層との間に鉛直方向に並んで配された複数の中間部剛性材料層とを具備しており、上部剛性材料層及び下部剛性材料層の少なくとも一方は、当該一方に隣接する複数の中間部剛性材料層のうちの隣接中間部剛性材料層に対して水平方向において長くなるように形成されており、隣接中間部剛性材料層は、鉛直方向において当該隣接中間部剛性材料層よりも中央側に位置する複数の中間部剛性材料層のうちの中央側中間部剛性材料層に対して、水平方向において等しい長さとなるように又は短くなるように形成されている免震装置。
2. 剛性材料層は、鉛直方向に夫々互いに並んで配されていると共に水平方向において夫々互いに等しい長さを有している複数の上部剛性材料層を具備している請求項１に記載の免震装置。
3. 剛性材料層は、鉛直方向に夫々互いに並んで配されている複数の上部剛性材料層を具備しており、複数の上部剛性材料層のうちの上部フランジプレートに最も近接して配置された最上部剛性材料層は、複数の上部剛性材料層のうちの最上部剛性材料層を除く他の上部剛性材料層に対して、水平方向に長くなるように形成されている請求項１に記載の免震装置。
4. 剛性材料層は、鉛直方向に夫々互いに並んで配されていると共に水平方向において夫々互いに等しい長さを有している複数の下部剛性材料層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. 剛性材料層は、鉛直方向に夫々互いに並んで配されている複数の下部剛性材料層を具備しており、複数の下部剛性材料層のうちの下部フランジプレートに最も近接して配置された最下部剛性材料層は、複数の下部剛性材料層のうちの最下部剛性材料層を除く他の下部剛性材料層に対して、水平方向に長くなるように形成されている請求項１から３のいずれか一項に記載の免震装置。
6. 積層ゴム体は、剛性材料層の外周縁に加硫接着されていると共にゴム弾性材料層と一体となった筒状の被覆層を更に具備しており、被覆層のうちの前記上部剛性材料層及び下部剛性材料層の少なくとも一方を覆っている被覆部は、当該被覆層のうちの中間部剛性材料層を覆っている被覆部に対して、水平方向に突出している請求項１から５のいずれか一項に記載の免震装置。
7. 上部剛性材料層及び下部剛性材料層の少なくとも一方は、複数の中間部剛性材料層の外周縁よりも水平方向外方に位置している円形外周縁を有している請求項１から６のいずれか一項に記載の免震装置。
8. 複数の中間部剛性材料層は円形外周縁を有しており、上部剛性材料層及び下部剛性材料層の少なくとも一方の円形外周縁は、複数の中間部剛性材料層の円形外周縁よりも大径である請求項７に記載の免震装置。
9. 上部剛性材料層及び下部剛性材料層の少なくとも一方は、複数の中間部剛性材料層の外周縁よりも水平方向外方に位置している多角形外周縁を有している請求項１から６のいずれか一項に記載の免震装置。
10. 積層ゴム体に設けられた少なくとも一つの柱状孔と、この少なくとも一つの柱状孔に配されている振動エネルギ吸収体とを具備している請求項１から９のいずれか一項に記載の免震装置。
    

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