JP2016211710A - 鉛ダンパーおよびこれを備える免震装置 - Google Patents

Abstract

【課題】繰り返しの変形に伴う鉛部材の温度上昇を抑制してエネルギー吸収能の低下を抑えることのできる鉛ダンパーおよびこれを備える免震装置を提供する。【解決手段】断面形状が実質的に円形で、湾曲した形状の湾曲部１６を有する鉛部材１８からなる免震装置用鉛ダンパー１０において、湾曲部１６の上端部および下端部の少なくとも一方の表面２６に、熱を外部に放熱するための突出物２８を設けるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば免震建物の免震層などに設置される免震装置用鉛ダンパーおよびこれを備える免震装置に関するものである。

従来、図２に示すような免震建物１の免震層２に設置される符号３の免震装置用鉛ダンパーが知られている（例えば、特許文献１を参照）。鉛ダンパーの設置目的は、地震によるエネルギーを吸収して、免震構造に減衰性能を付与し、上部構造の応答加速度を抑える免震システムの効果を阻害することなく、免震層の過大な変形を抑制することにある。

この鉛ダンパーは、図３に示すように、略くの字状に湾曲した純度９９．９９％の密実な鉛からなる鉛鋳造部４と、この鉛鋳造部４の上下に位置する補強部５と、鋼製の固定フランジ６とからなる。補強部５と固定フランジ６は、溶接面に少量の錫と亜鉛を溶かして異種材料間の親和性を高めたホモゲン溶接によって固着されている。ダンパー上下の固定フランジ６に相対水平変位が生じると、鉛鋳造部４が塑性変形してエネルギーを吸収する。相対水平変形が繰り返されると、塑性変形が累積していき、形状が元の状態から変化することになり、図４（１）に示す初期状態から、最終的には図４（２）に示すような態様で鉛鋳造部が破断する。

図５は、繰り返し正弦波加振時における鉛ダンパーの水平方向荷重変形関係の一例を示したものである。この図に示すように、水平変形の繰り返しにより鉛ダンパーの荷重値は低減する。これは、荷重変形曲線が囲む面積が低下することを意味し、水平変形の繰り返しによって初期状態からエネルギー吸収能が低下する。

ところで、文部科学省の地震調査研究推進本部は、海溝型地震の発生による「長周期地震動予測地図」を発表しており、この中で特に堆積層の厚い平野部において、固有周期の長い構造物の応答が大きくなり、揺れの継続時間が長くなるとしている。このような地震を受けた場合、構造物は多数回の水平変形の繰り返しを受けることとなり、免震装置の減衰性能が低下する。よって、免震装置用鉛ダンパーのエネルギー吸収能の低下抑制策が望まれる。

免震装置用鉛ダンパーのエネルギー吸収能低下の原因の一つは、鉛の温度上昇による力学特性の変化である。繰り返しの相対水平変形により、鉛ダンパーは地震によるエネルギーを蓄積していく。そのエネルギーにより鉛鋳造部の温度が上昇する。実験結果より、鉛鋳造部の湾曲部の上下端にて温度上昇が激しいことが確認されている。図６（１）は加振中の鉛ダンパーの外観写真、（２）はサーモグラフィによる加振中の鉛ダンパーの表面温度分布を示したものである。鉛の力学特性（応力−ひずみ曲線）は図７（非特許文献１より引用）に示されるような温度依存性を有しており、温度が上昇するにつれ応力−ひずみ曲線が低下していく傾向にある。

なお、エネルギー吸収能低下のもう一つの原因は、図４（２）でも示したように、鉛の形状変化が考えられる。

特許第３２９２２４４号公報

Ｊ．Ａ．Ｂａｉｌｅｙ, Ａ. Ｒ.Ｅ Ｓｉｎｇｅｒ, Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｓｔｒａｉｎ Ｒａｔｅ ａｎｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ, Ｔｗｏ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ａｌｌｏｙｓ, ａｎｄ Ｌｅａｄ, Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ｍｅｔａｌｓ, ｖｏｌ. ９２, ｐｐ.４０４−４０８, １９６４

このため、繰り返しの変形に伴う鉛鋳造部（鉛部材）の温度上昇を抑制してエネルギー吸収能の低下を抑える技術の開発が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、繰り返しの変形に伴う鉛部材の温度上昇を抑制してエネルギー吸収能の低下を抑えることのできる鉛ダンパーおよびこれを備える免震装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鉛ダンパーは、断面形状が実質的に円形で、湾曲した形状の湾曲部を有する鉛部材からなる免震装置用鉛ダンパーにおいて、湾曲部の上端部および下端部の少なくとも一方の表面に、熱を外部に放熱するための突出物を設けたことを特徴とする。

また、本発明に係る他の鉛ダンパーは、上述した発明において、突出物を、所定の間隔で複数設けた針状物で構成したことを特徴とする。

また、本発明に係る免震装置は、上述した鉛ダンパーを備える免震装置である。

本発明に係る鉛ダンパーによれば、断面形状が実質的に円形で、湾曲した形状の湾曲部を有する鉛部材からなる免震装置用鉛ダンパーにおいて、湾曲部の上端部および下端部の少なくとも一方の表面に、熱を外部に放熱するための突出物を設けたので、この突出物を設けた部分の表面積が増加し、この部分の放熱特性が改善する。つまり、繰り返しの変形に伴う鉛部材の温度上昇が顕著な発熱部である湾曲部の上端部および下端部の少なくとも一方の放熱特性が高められる。これにより、繰り返しの変形に伴う鉛部材の温度上昇を従来よりも抑制して、温度による鉛部材の力学特性の変化を従来のものよりも小さくすることができる。したがって、エネルギー吸収能の低下を抑えることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の鉛ダンパーによれば、突出物を、所定の間隔で複数設けた針状物で構成したので、温度上昇が顕著な発熱部の表面積が複数の針状物により増加し、この発熱部の放熱効率が高められる。これにより、繰り返しの変形に伴う鉛部材の温度上昇をより効率的に抑制してエネルギー吸収能の低下を抑えることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る免震装置によれば、上述した鉛ダンパーを備える免震装置であるので、鉛ダンパーが多数回の繰り返しの変形を受けても、エネルギー吸収能の低下が抑えられる。このため、免震装置の減衰性能の低下を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る鉛ダンパーおよびこれを備える免震装置の実施の形態を示す図であり、（１）は側面図、（２）は（１）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図２は、従来の免震建物の概略側面図である。 図３は、従来の鉛ダンパーの概略側面図である。 図４は、従来の鉛ダンパーの一例を示す写真図であり、（１）は初期状態、（２）は漸増連続正弦波加振３０サイクル目における状態を示す図である。 図５は、繰り返し正弦波加振時における鉛ダンパーの水平方向荷重変形関係を示す図である。 図６は、鉛ダンパーの表面温度分布測定状況図であり、（１）は加振中の鉛ダンパーの外観写真図、（２）はサーモグラフィによる加振中の鉛ダンパーの表面温度分布図である。 図７は、鉛の応力−ひずみ曲線の温度依存性を説明する図である。

以下に、本発明に係る鉛ダンパーおよびこれを備える免震装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る鉛ダンパー１０は、上下に対向配置された上部構造物１２、下部構造物１４間に設けられる免震装置用鉛ダンパーである。鉛ダンパー１０の上端面は上部構造物１２に、下端面は下部構造物１４に連結固定されている。

この鉛ダンパー１０は、断面形状が実質的に円形で、略くの字状に湾曲した形状の湾曲部１６を有する純度９９．９９％の密実な鉛からなる鉛鋳造部１８（鉛部材）と、この鉛鋳造部１８の上下に位置する補強部２０と、鋼製の固定フランジ２２とからなる。また、本実施の形態に係る免震装置１００は、この鉛ダンパー１０を備えたものである。補強部２０と固定フランジ２２は、溶接面に少量の錫と亜鉛を溶かして異種材料間の親和性を高めたホモゲン溶接によって固着されている。鉛ダンパー１０上下の固定フランジ２２に相対水平変位が生じると、鉛鋳造部１８が塑性変形してエネルギーを吸収する。

なお、この鉛ダンパー１０は、上記の従来の特許文献１と同様に、補強部２０と湾曲部１６の境界部分に湾曲の向きが変わる変曲部２４があり、この変曲部２４の断面の直径は湾曲部１６の断面の直径よりも小さく、湾曲部１６の断面の直径が変曲部２４に向かって滑らかに減少する構成となっている。変曲部２４の断面の直径としては、隣接する湾曲部１６の断面の最大直径の５０〜９５％とすることができる。

この鉛ダンパー１０には、湾曲部１６の上端部および下端部の表面２６に、熱を外部に放熱するための突出物２８を設けている。突出物２８は、表面２６から外部に向けて放射状に突出する針状物３０で構成されている。針状物３０は、鉛鋳造部１８の表面２６の周方向に所定の間隔で複数設けられるとともに、鉛鋳造部１８の軸方向に沿って所定の間隔で複数設けられる。

本実施の形態によれば、複数の針状物３０を設けた部分の表面積が増加し、この部分の放熱特性が改善する。つまり、繰り返しの変形に伴う鉛鋳造部１８の温度上昇が顕著な発熱部である湾曲部１６の上端部および下端部の放熱特性が高められる。これにより、繰り返しの変形に伴う鉛鋳造部１８の温度上昇を従来よりも抑制して、温度による鉛鋳造部１８の力学特性の変化を従来のものよりも小さくすることができる。したがって、エネルギー吸収能の低下を抑えることができる。

なお、上記の実施の形態においては、突出物２８の一例として針状物３０を湾曲部１６の上端部および下端部の表面２６の双方に設けた場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、湾曲部１６の上端部または下端部の表面２６のいずれか一方に針状物３０を設けた構成とすることもできる。

以上説明したように、本発明に係る鉛ダンパーによれば、断面形状が実質的に円形で、湾曲した形状の湾曲部を有する鉛部材からなる免震装置用鉛ダンパーにおいて、湾曲部の上端部および下端部の少なくとも一方の表面に、熱を外部に放熱するための突出物を設けたので、この突出物を設けた部分の表面積が増加し、この部分の放熱特性が改善する。つまり、繰り返しの変形に伴う鉛部材の温度上昇が顕著な発熱部である湾曲部の上端部および下端部の少なくとも一方の放熱特性が高められる。これにより、繰り返しの変形に伴う鉛部材の温度上昇を従来よりも抑制して、温度による鉛部材の力学特性の変化を従来のものよりも小さくすることができる。したがって、エネルギー吸収能の低下を抑えることができる。

また、本発明に係る他の鉛ダンパーによれば、突出物を、所定の間隔で複数設けた針状物で構成したので、温度上昇が顕著な発熱部の表面積が複数の針状物により増加し、この発熱部の放熱効率が高められる。これにより、繰り返しの変形に伴う鉛部材の温度上昇をより効率的に抑制してエネルギー吸収能の低下を抑えることができる。

また、本発明に係る免震装置によれば、上述した鉛ダンパーを備える免震装置であるので、鉛ダンパーが多数回の繰り返しの変形を受けても、エネルギー吸収能の低下が抑えられる。このため、免震装置の減衰性能の低下を抑制することができる。

以上のように、本発明に係る鉛ダンパーおよびこれを備える免震装置は、免震建物の免震層などに設置される免震装置用鉛ダンパーおよびこれを備える免震装置に有用であり、特に、繰り返しの変形に伴う鉛部材の温度上昇を抑制してエネルギー吸収能の低下を抑え、鉛ダンパーの繰り返し劣化特性を改善するのに適している。

１０ 鉛ダンパー
１２ 上部構造物
１４ 下部構造物
１６ 湾曲部
１８ 鉛鋳造部（鉛部材）
２０ 補強部
２２ 固定フランジ
２４ 変曲部
２６ 表面
２８ 突出物
３０ 針状物
１００ 免震装置

Claims (3)

1. 断面形状が実質的に円形で、湾曲した形状の湾曲部を有する鉛部材からなる免震装置用鉛ダンパーにおいて、
   湾曲部の上端部および下端部の少なくとも一方の表面に、熱を外部に放熱するための突出物を設けたことを特徴とする鉛ダンパー。
2. 突出物を、所定の間隔で複数設けた針状物で構成したことを特徴とする請求項１に記載の鉛ダンパー。
3. 請求項１または２に記載の鉛ダンパーを備える免震装置。