JP2017166518A - Slide support device and base isolation structure - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the peak of acceleration generating in an upper structure of a base isolation structure.SOLUTION: A slide support device 7 includes a slide part 8 attached to a lower structure 3, a support part 9 which is mounted on the slide part 8, and moves relative to the slide part 8 in the horizontal direction when horizontal force generating in the upper structure 2 goes above friction force between the slide part 8 and the support part 9, and a hollow elastic rubber 11 disposed between the support part 9 and the upper structure 2.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、すべり支承装置と、当該すべり支承装置を有する免震構造に関する。   The present invention relates to a sliding bearing device and a seismic isolation structure having the sliding bearing device.

免震技術は、地震時の建物の揺れを低減して、安全で安心な居住空間を提供する。免震構造には、その構成要素としてすべり支承が用いられる。   Seismic isolation technology reduces building shaking during an earthquake and provides a safe and secure living space. A sliding bearing is used as a component of the seismic isolation structure.

すべり支承として、例えば、特許文献1に開示されたような、積層ゴムとすべり支承とを組み合わせたいわゆる弾性すべり支承とよばれる装置が知られている。このすべり支承装置は、下部構造体と上部構造体との間に配置されるすべり支承機構を有している。すべり支承機構は、リング状の積層ゴム板と積層ゴム板の穴に配置された鉛製の円板とが組み合わされた弾塑性体を有する。そして、この弾塑性体は、鋼板を介してフッ素樹脂層と一体化され、下部構造体に設けられた樹脂コーティング層に対して滑る。このすべり支承機構によれば、下部構造体に対する上部構造体の水平方向への相対変位を許容すると共に、上部構造体の荷重を下部構造体に伝達して支持することができる。すなわち、中規模又は小規模の地震では積層ゴムの変形による免震効果が発揮される。さらに、大規模な地震ではフッ素樹脂層と樹脂コーティング層の間におけるすべりによる免震効果が発揮される。   As a sliding bearing, for example, an apparatus called a so-called elastic sliding bearing in which a laminated rubber and a sliding bearing are combined as disclosed in Patent Document 1 is known. This sliding bearing device has a sliding bearing mechanism disposed between the lower structure and the upper structure. The sliding support mechanism has an elastic-plastic body in which a ring-shaped laminated rubber plate and a lead disc arranged in a hole of the laminated rubber plate are combined. And this elasto-plastic body is integrated with the fluororesin layer via the steel plate and slides with respect to the resin coating layer provided in the lower structure. According to this sliding support mechanism, the relative displacement of the upper structure in the horizontal direction with respect to the lower structure can be allowed, and the load of the upper structure can be transmitted to and supported by the lower structure. That is, the seismic isolation effect due to the deformation of the laminated rubber is exhibited in a medium or small scale earthquake. Furthermore, in a large-scale earthquake, the seismic isolation effect due to the slip between the fluororesin layer and the resin coating layer is exhibited.

特開2009−2461号公報JP 2009-2461 A

すべり支承装置においてすべりが発生したとき、すべり支承装置は、入力される地震の加速度方向に対応して往復移動する。このすべり支承装置の往復移動にあっては、すべり支承装置の移動方向が反転するときに免震構造に加速度のピークを生じることがある。近年、免震構造の高性能化が進み、地震時において免震構造に発生する加速度の大きさは低減する傾向にある。従って、地震時において免震構造に発生する加速度に対して、この移動方向の反転に伴う加速度の影響が無視できなくなる場合があり得る。   When a slip occurs in the sliding support device, the sliding support device reciprocates in accordance with the input acceleration direction of the earthquake. In this reciprocating movement of the sliding support device, an acceleration peak may occur in the seismic isolation structure when the moving direction of the sliding support device is reversed. In recent years, the performance of seismic isolation structures has improved, and the magnitude of acceleration generated in the seismic isolation structure during an earthquake tends to decrease. Therefore, there is a case where the influence of the acceleration accompanying the reversal of the moving direction cannot be ignored with respect to the acceleration generated in the seismic isolation structure during the earthquake.

そこで、本発明は、地震時において免震構造に発生する加速度のピークを低減可能なすべり支承装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a sliding bearing device that can reduce the peak of acceleration generated in a base-isolated structure during an earthquake.

本発明の一形態は、上部構造と下部構造との間に設けられる免震構造に適用されるすべり支承装置であって、下部構造上に載置され、上部構造に発生した水平力が下部構造との間の摩擦力を上回ったとき、下部構造に対して水平方向に移動する支承部と、支承部と上部構造との間に配置され、支承部の主面に固定される下面と、上部構造に固定される主面とを有すると共に、支承部に対する上部構造の水平方向における相対変位量に対応する水平方向の復元力を生じさせる弾性部と、を備え、弾性部の下面及び弾性部の主面の面積は、支承部における主面の面積より小さい、すべり支承装置。   One aspect of the present invention is a sliding support device applied to a seismic isolation structure provided between an upper structure and a lower structure, and is placed on the lower structure, and a horizontal force generated in the upper structure is applied to the lower structure. A bearing part that moves in a horizontal direction with respect to the lower structure, a lower surface that is disposed between the bearing part and the upper structure and is fixed to the main surface of the bearing part, and an upper part. And an elastic part that generates a horizontal restoring force corresponding to the relative displacement in the horizontal direction of the superstructure with respect to the support part, the lower surface of the elastic part and the elastic part of the elastic part A sliding bearing device with an area of the main surface smaller than the area of the main surface of the bearing.

このすべり支承装置では、上部構造に作用する水平力が支承部と下部構造との間における摩擦力を上回ったとき、下部構造に対して支承部がすべる。次に、すべりが生じている間に上部構造の水平力が減少し、摩擦力を下回ると下部構造に対する支承部のすべりが止まる。一方、上部構造は慣性力によってさらに移動し続けようとするが、この移動は弾性部の復元力によって妨げられると共に、上部構造の移動方向が当初の移動方向とは逆向きに反転する。移動方向が反転した後に反対向きに滑り出す直前に加速度のピークが生じる。このすべり支承装置にあっては、弾性部の弾性係数が通常よりも小さいので、反転により生じる加速度のピークが低減される。従って、すべり支承装置によれば、地震時において免震構造に発生する加速度のピークを低減することができる。   In this sliding bearing device, when the horizontal force acting on the upper structure exceeds the frictional force between the bearing section and the lower structure, the bearing section slides with respect to the lower structure. Next, the horizontal force of the upper structure is reduced while the slip is generated, and when the friction force is lower, the sliding of the support portion with respect to the lower structure is stopped. On the other hand, the upper structure tries to continue to move due to the inertial force, but this movement is hindered by the restoring force of the elastic portion, and the moving direction of the upper structure is reversed in the direction opposite to the original moving direction. A peak of acceleration occurs just before the moving direction is reversed and immediately before it starts to slide in the opposite direction. In this sliding support device, since the elastic coefficient of the elastic portion is smaller than usual, the peak of acceleration caused by reversal is reduced. Therefore, according to the sliding support device, it is possible to reduce the peak of acceleration generated in the seismic isolation structure during an earthquake.

弾性部の下面及び弾性部の主面の面積は、支承部における主面の面積の20%以上であってもよい。この構成によれば、上部構造の移動方向が反転するときに生じる加速度のピークをより好適に低減することができる。   The area of the lower surface of the elastic portion and the main surface of the elastic portion may be 20% or more of the area of the main surface of the support portion. According to this configuration, it is possible to more suitably reduce the acceleration peak that occurs when the moving direction of the superstructure is reversed.

弾性部は、輪状をなす復元力発生部と、復元力発生部に囲まれた復元力非発生部と、を有していてもよい。この構造によれば、支承部のすべり時に生じるモーメントの作用を抑制し、支承部と下部構造との間における面圧の偏在を小さくすることができる。   The elastic portion may include a restoring force generating portion that has a ring shape and a restoring force non-generating portion surrounded by the restoring force generating portion. According to this structure, it is possible to suppress the action of the moment generated when the support portion slides, and to reduce the uneven distribution of the surface pressure between the support portion and the lower structure.

弾性部は、復元力非発生部に配置され、支承部と上部構造とに固定された支持部をさらに有していてもよい。この構造によれば、すべり支承装置の鉛直方向に沿った軸力を支持部によって好適に支持することができる。   The elastic portion may further include a support portion that is disposed in the restoring force non-generating portion and fixed to the support portion and the upper structure. According to this structure, the axial force along the vertical direction of the sliding support device can be suitably supported by the support portion.

弾性部は、復元力非発生部に形成された減衰部をさらに有していてもよい。この構造によれば、ばね要素である弾性部に対して並列に接続された減衰要素を容易に設けることができる。   The elastic part may further have a damping part formed in the restoring force non-generating part. According to this structure, it is possible to easily provide the damping element connected in parallel to the elastic portion that is the spring element.

弾性部は、少なくとも4枚の板状シートを有し、板状シートは、支承部の鉛直方向における中心軸線のまわりに等間隔に配置されていてもよい。この構造によれば、支承部のすべり時に生じるモーメントの作用を抑制し、支承部と下部構造との間における面圧の偏在を小さくすることができる。   The elastic portion has at least four plate-like sheets, and the plate-like sheets may be arranged at equal intervals around the central axis in the vertical direction of the support portion. According to this structure, it is possible to suppress the action of the moment generated when the support portion slides, and to reduce the uneven distribution of the surface pressure between the support portion and the lower structure.

本発明の別の形態は、上部構造と下部構造との間に設けられる免震構造であって、上部構造と下部構造との間に設けられたすべり支承装置を備え、すべり支承装置は、下部構造上に載置され、上部構造に発生した水平力が下部構造との間の摩擦力を上回ったとき、下部構造に対して水平方向に移動する支承部と、支承部と上部構造との間に配置され、支承部の主面に固定される下面と、上部構造に固定される主面とを有すると共に、支承部に対する上部構造の水平方向における相対変位量に対応する水平方向の復元力を生じさせる弾性部と、を備え、弾性部の下面及び弾性部の主面の面積は、支承部における主面の面積より小さい。この免震構造によれば、上述したすべり支承装置を備えているので、上部構造の移動方向が反転するときに生じる加速度のピークをより好適に低減することができる。従って、免震構造の性能を向上させることができる。   Another embodiment of the present invention is a seismic isolation structure provided between an upper structure and a lower structure, and includes a sliding support device provided between the upper structure and the lower structure. When the horizontal force generated on the structure and generated in the upper structure exceeds the frictional force between the lower structure and the bearing, the bearing moves in the horizontal direction with respect to the lower structure. And having a lower surface fixed to the main surface of the support portion and a main surface fixed to the upper structure, and having a horizontal restoring force corresponding to the relative displacement in the horizontal direction of the upper structure with respect to the support portion. And an area of the lower surface of the elastic portion and the main surface of the elastic portion is smaller than the area of the main surface of the support portion. According to this seismic isolation structure, since the above-described sliding support device is provided, it is possible to more suitably reduce the acceleration peak that occurs when the moving direction of the upper structure is reversed. Therefore, the performance of the seismic isolation structure can be improved.

本発明によれば、地震時において免震構造に発生する加速度のピークを低減することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the peak of the acceleration which generate | occur | produces in a base isolation structure at the time of an earthquake can be reduced.

図1は、本実施形態に係るすべり支承装置を備えた免震構造が適用された建物を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a building to which a seismic isolation structure including a sliding bearing device according to the present embodiment is applied. 図2は、本実施形態に係るすべり支承装置を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the sliding support device according to the present embodiment. 図3は、すべり支承装置の動作を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the sliding support device. 図4は、すべり支承装置の動作を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the sliding support device. 図5は、比較例に係るすべり支承装置の作用を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the sliding support device according to the comparative example. 図6は、実施例に係るすべり支承装置の設定方法の一例を示すグラフである。FIG. 6 is a graph illustrating an example of a method for setting the sliding support device according to the embodiment. 図7は、実施例に係るすべり支承装置の効果を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the effect of the sliding bearing device according to the example. 図8は、実施例に係るすべり支承装置の効果を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the effect of the sliding support device according to the example. 図9は、変形例に係るすべり支承装置を示す図である。FIG. 9 is a view showing a sliding support device according to a modification.

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1に示されるように、建物100は、免震構造1と上部構造2と下部構造3とを有する。免震構造1は、上部構造2と下部構造3との間に配置されている。免震構造1は、下部構造3から上部構造2へ伝達される地震波の振幅や加速度を低減する。例えば、この免震構造1は、大地震時における免震構造1上の加速度応答値が50Gal程度になるように設計される。免震構造1は、地震用弾性バネ4(弾性装置)と、オイルダンパ6と、すべり支承装置7とを有する。   As shown in FIG. 1, a building 100 has a base isolation structure 1, an upper structure 2, and a lower structure 3. The seismic isolation structure 1 is disposed between the upper structure 2 and the lower structure 3. The seismic isolation structure 1 reduces the amplitude and acceleration of seismic waves transmitted from the lower structure 3 to the upper structure 2. For example, the seismic isolation structure 1 is designed so that the acceleration response value on the seismic isolation structure 1 at the time of a large earthquake is about 50 Gal. The seismic isolation structure 1 includes an earthquake elastic spring 4 (elastic device), an oil damper 6, and a sliding support device 7.

上部構造2と下部構造3とに連結された地震用弾性バネ4は、免震構造1の周期(T2)を設定する。周期(T2=2π√(m/k2)は、地震用弾性バネ4の弾性係数(k2)と上部構造2の質量(m)とにより決定される。この地震用弾性バネ4は、免震構造1の周期が長周期化するように設定される。例えば、地震用弾性バネ4の弾性係数(k2)は、15階建て高さ60m、各階床面積1000mの建物で6t/cm程度である。オイルダンパ6は、免震構造1における加速度を低減させる。 The earthquake elastic spring 4 connected to the upper structure 2 and the lower structure 3 sets the period (T2) of the seismic isolation structure 1. The period (T2 = 2π√ (m / k2)) is determined by the elastic coefficient (k2) of the earthquake elastic spring 4 and the mass (m) of the superstructure 2. This earthquake elastic spring 4 has an isolation structure. 1 cycle is set to the long period of. for example, the elastic modulus of the seismic elastic spring 4 (k2) is 15-story height 60 m, is about 6t / cm at each floor of floor area 1000 m 2 building The oil damper 6 reduces the acceleration in the seismic isolation structure 1.

地震用弾性バネ4に対して並列になるように上部構造2と下部構造3とに連結されたすべり支承装置7は、次の機能を有する。第1の機能として、すべり支承装置7は、比較的小さい振動が下部構造3に入力されたとき、弾性要素として機能する。具体的には、すべり支承装置7は、下部構造3に対して上部構造2が相対的に水平方向へ移動したとき、移動方向とは逆向きの復元力を生じさせる。この場合には、すべり支承装置7は、地震用弾性バネ4に対して並列に接続された弾性要素として取り扱われる。第2の機能として、すべり支承装置7は、比較的大きい振動が下部構造に入力されたとき、すべり要素として機能する。具体的には、すべり支承装置7は、下部構造3に対して上部構造2が相対的に水平方向へ移動した場合であって、上部構造2に作用する加速度と上部構造2の質量とにより決定される水平方向への加振力がすべり支承装置7の摩擦力を上回った場合に、水平方向へすべる。   The sliding bearing device 7 connected to the upper structure 2 and the lower structure 3 so as to be in parallel to the earthquake elastic spring 4 has the following functions. As a first function, the sliding support device 7 functions as an elastic element when a relatively small vibration is input to the lower structure 3. Specifically, when the upper structure 2 moves in the horizontal direction relative to the lower structure 3, the sliding support device 7 generates a restoring force opposite to the moving direction. In this case, the sliding support device 7 is handled as an elastic element connected in parallel to the earthquake elastic spring 4. As a second function, the sliding support device 7 functions as a sliding element when a relatively large vibration is input to the lower structure. Specifically, the sliding support device 7 is a case where the upper structure 2 moves in the horizontal direction relative to the lower structure 3 and is determined by the acceleration acting on the upper structure 2 and the mass of the upper structure 2. When the horizontal excitation force exceeds the frictional force of the sliding support device 7, it slides in the horizontal direction.

図2に示されるように、すべり支承装置7は、滑り部8と、支承部9と、中空弾性ゴム11とを有する。   As shown in FIG. 2, the sliding support device 7 includes a sliding portion 8, a support portion 9, and a hollow elastic rubber 11.

滑り部8は、支承部9と協働してすべり支承装置7のすべり機能を実現する。滑り部8は、下部構造3の主面3aに設けられた円板状部材である。滑り部8を構成する部材は、摩擦係数が小さい材料により形成される。例えば、滑り部8は、フッ素樹脂を利用することができる。例えば、滑り部8と支承部9との間の摩擦係数は、0.5%〜1.0%程度とされる。   The sliding portion 8 realizes the sliding function of the sliding support device 7 in cooperation with the support portion 9. The sliding portion 8 is a disk-like member provided on the main surface 3 a of the lower structure 3. The members constituting the sliding portion 8 are formed of a material having a small friction coefficient. For example, the sliding portion 8 can use a fluororesin. For example, the friction coefficient between the sliding portion 8 and the support portion 9 is about 0.5% to 1.0%.

支承部9は、滑り部8と協働してすべり支承装置7のすべり機能を実現すると共に、上部構造2の鉛直方向に沿った重量を支持する。支承部9は、すべり支承装置7の基体をなす金属製の柱状部材である。滑り部8と対面する支承部9の下面9bは、滑り部8に対して摩擦係数が小さい。例えば、支承部9の下面9bは、金属製の本体の下面に設けられた樹脂板12であってもよい。   The support part 9 cooperates with the sliding part 8 to realize the sliding function of the sliding support device 7 and supports the weight of the upper structure 2 along the vertical direction. The support portion 9 is a metal columnar member that forms the base of the sliding support device 7. The lower surface 9 b of the support portion 9 that faces the sliding portion 8 has a smaller coefficient of friction than the sliding portion 8. For example, the lower surface 9b of the support portion 9 may be a resin plate 12 provided on the lower surface of a metal main body.

中空弾性ゴム11は、水平方向の復元力を生じさせる。この復元力は、支承部9に対する上部構造2の水平方向における相対変位量に対応する。中空弾性ゴム11は、支承部9の主面9aと上部構造2の下面2aとの間に配置される。中空弾性ゴム11は、復元力発生部13と、復元力非発生部14と、を有する。復元力発生部13は、輪状を有する部材である。復元力発生部13の高さは、支承部9の高さよりも小さくコンパクトにすることが可能である。すなわち、中空弾性ゴム11はいわゆる積層ゴムではない。また、復元力発生部13は、上部構造2の移動方向が反転するときの変形量に追従するだけのため、大変形を許容する必要がなく、積層ゴムとする必要がない。   The hollow elastic rubber 11 generates a horizontal restoring force. This restoring force corresponds to the amount of relative displacement in the horizontal direction of the upper structure 2 with respect to the support portion 9. The hollow elastic rubber 11 is disposed between the main surface 9 a of the support portion 9 and the lower surface 2 a of the upper structure 2. The hollow elastic rubber 11 has a restoring force generating part 13 and a restoring force non-generating part 14. The restoring force generator 13 is a member having a ring shape. The height of the restoring force generating portion 13 can be made smaller than the height of the support portion 9 and can be made compact. That is, the hollow elastic rubber 11 is not a so-called laminated rubber. Further, since the restoring force generator 13 only follows the amount of deformation when the moving direction of the upper structure 2 is reversed, there is no need to allow large deformation and there is no need to use laminated rubber.

復元力発生部13は、支承部9の主面9aに固定される下面13bと、上部構造2に固定される主面13aとを有する。従って、下部構造3に対して上部構造2が水平方向に移動すると、復元力発生部13の下面13bに対して主面13aが水平方向に移動して、復元力発生部13に水平方向のせん断変形が生じる。このせん断変形により、復元力が生じる。復元力発生部13には貫通孔が形成されており、この貫通孔が復元力非発生部14に対応する。すなわち、復元力非発生部14は、支承部9の主面9aと上部構造2との間に形成された空間である。従って、復元力非発生部14は、復元力を発生させない。なお、必要に応じて復元力非発生部14には、粘性材を封入して減衰効果を持たせた減衰部を形成してもよい。   The restoring force generator 13 has a lower surface 13 b fixed to the main surface 9 a of the support portion 9 and a main surface 13 a fixed to the upper structure 2. Therefore, when the upper structure 2 moves in the horizontal direction with respect to the lower structure 3, the main surface 13a moves in the horizontal direction with respect to the lower surface 13b of the restoring force generating portion 13, and the restoring force generating portion 13 is sheared in the horizontal direction. Deformation occurs. This shear deformation causes a restoring force. A through-hole is formed in the restoring force generating part 13, and this through-hole corresponds to the restoring force non-generating part 14. That is, the restoring force non-generating part 14 is a space formed between the main surface 9 a of the support part 9 and the upper structure 2. Therefore, the restoring force non-generating unit 14 does not generate a restoring force. In addition, you may form the attenuation | damping part which enclosed the viscous material and gave the damping effect to the restoring force non-generation part 14 as needed.

復元力発生部13の外径は、支承部9の外径と略同じである。そして、復元力非発生部14の内径は、一定である。そうすると、復元力発生部13の主面13a及び下面13bの面積は、復元力非発生部14の分だけ支承部9の主面9aの面積より小さい。具体的には、復元力発生部13の主面13a及び下面13bの面積は、支承部9の主面9aの面積未満であり、且つ、支承部9における主面9aの面積の20%以上である。また、望ましくは、復元力発生部13の主面13a及び下面13bの面積は、支承部9における主面9aの面積の70%以下且つ20%以上である。また、さらに望ましくは、復元力発生部13の主面13a及び下面13bの面積は、支承部9における主面9aの面積の40%以下且つ20%以上である。   The outer diameter of the restoring force generating portion 13 is substantially the same as the outer diameter of the support portion 9. The inner diameter of the restoring force non-generating portion 14 is constant. Then, the area of the main surface 13a and the lower surface 13b of the restoring force generating part 13 is smaller than the area of the main surface 9a of the support part 9 by the amount of the restoring force non-generating part 14. Specifically, the area of the main surface 13a and the lower surface 13b of the restoring force generating portion 13 is less than the area of the main surface 9a of the support portion 9, and is 20% or more of the area of the main surface 9a in the support portion 9. is there. Desirably, the area of the main surface 13a and the lower surface 13b of the restoring force generating part 13 is 70% or less and 20% or more of the area of the main surface 9a in the support part 9. More preferably, the area of the main surface 13a and the lower surface 13b of the restoring force generating portion 13 is 40% or less and 20% or more of the area of the main surface 9a in the support portion 9.

次に、すべり支承装置7の動作と作用効果について説明する。図3の(a)部に示されるように、地震による振動が印加されていないときは、上部構造2と下部構造3との間では水平方向の相対移動が生じない。従って、すべり支承装置7の支承部9が滑り部8に対してすべることもなく、中空弾性ゴム11にせん断変形が生じることもない。この状態では、すべり支承装置7は、支承部9により上部構造2の重量が支持される。   Next, the operation and effect of the sliding bearing device 7 will be described. As shown in part (a) of FIG. 3, when no earthquake vibration is applied, no relative movement in the horizontal direction occurs between the upper structure 2 and the lower structure 3. Therefore, the bearing portion 9 of the sliding bearing device 7 does not slide with respect to the sliding portion 8, and the hollow elastic rubber 11 does not undergo shear deformation. In this state, the weight of the upper structure 2 is supported by the support portion 9 in the slide support device 7.

図4の(a)部に示されるように、比較的大きい地震による振動が印加された場合、上部構造2に作用する水平力F1が支承部9と滑り部8との間における摩擦力F2を上回って滑り部8に対して支承部9がすべる。次に、すべりが生じている間に上部構造2の水平力F1が減少し、摩擦力F2を下回ると滑り部8に対する支承部9のすべりが止まる。一方、図4の(b)部に示されるように、上部構造2は慣性力F3によってさらに移動し続けようとするが、この移動は中空弾性ゴム11の復元力F4によって妨げられる。図4の(c)部に示されるように、復元力F4によって、上部構造2の移動方向が当初の移動方向とは逆向きに反転する。移動方向が反転した後の過渡状態において、加速度のピークが生じる。   As shown in part (a) of FIG. 4, when a vibration due to a relatively large earthquake is applied, the horizontal force F <b> 1 acting on the upper structure 2 generates a frictional force F <b> 2 between the support part 9 and the sliding part 8. The support part 9 slides with respect to the sliding part 8 by exceeding. Next, while the slip is generated, the horizontal force F1 of the upper structure 2 decreases, and when the friction force F2 is reduced, the sliding of the support portion 9 with respect to the sliding portion 8 stops. On the other hand, as shown in part (b) of FIG. 4, the upper structure 2 tries to continue to move due to the inertial force F3, but this movement is hindered by the restoring force F4 of the hollow elastic rubber 11. As shown in part (c) of FIG. 4, the moving direction of the upper structure 2 is reversed in the direction opposite to the initial moving direction by the restoring force F4. In a transient state after the moving direction is reversed, an acceleration peak occurs.

ここで、比較例に係る一般的なすべり支承装置を備える免震構造では、すべり支承と積層ゴムが平面的に併用される。そうすると、すべり支承に直列に設置された弾性ゴムの影響が緩和されると共に、大地震時における免震構造上の加速度応答値が200Gal程度になることが想定される。免震構造上の加速度応答値が200Gal程度である場合、移動方向が反転したときの加速度ピークが顕在化しにくい。しかし実際には、すべり支承が備える弾性ゴムが硬い(弾性係数が大きい)場合には、すべりが生じていない時間帯で構造体の振動数が急激に上がった強制振動となり、移動方向が反転したときの加速度ピークが大きくなる傾向にある。   Here, in the seismic isolation structure provided with the general sliding bearing device according to the comparative example, the sliding bearing and the laminated rubber are used together in a planar manner. Then, it is assumed that the influence of the elastic rubber installed in series with the sliding bearing is mitigated, and the acceleration response value on the seismic isolation structure at the time of a large earthquake is about 200 Gal. When the acceleration response value on the seismic isolation structure is about 200 Gal, the acceleration peak when the moving direction is reversed is not easily revealed. However, in reality, if the elastic rubber included in the sliding bearing is hard (elastic modulus is large), the vibration frequency of the structure suddenly increased in the time zone when no sliding occurred, and the moving direction was reversed. The acceleration peak tends to increase.

一方、本実施形態に係る免震構造1では、免震構造1上の加速度応答値が50Gal程度になるように設定される。そうすると、移動方向が反転したときの加速度ピークが顕在化しやすい。そして、このすべり支承装置7にあっては、中空弾性ゴム11の第1の弾性係数(k1)が、地震用弾性バネ4の第2の弾性係数(k2)の15倍程度に抑えられる(通常は100倍程度)ため移動方向の反転により生じる加速度のピークが低減される。   On the other hand, in the base isolation structure 1 according to the present embodiment, the acceleration response value on the base isolation structure 1 is set to be about 50 Gal. If it does so, the acceleration peak when a moving direction will reverse will be easy to be revealed. In the sliding support device 7, the first elastic coefficient (k1) of the hollow elastic rubber 11 is suppressed to about 15 times the second elastic coefficient (k2) of the earthquake elastic spring 4 (usually Therefore, the peak of acceleration caused by the reversal of the moving direction is reduced.

ここで、図5に示された比較例に係るすべり支承装置201は、複数の弾性ゴムが積層された積層ゴム部202と支承部203を有する。積層ゴム部202の厚みが大きくなると、上部構造2が振動したとき水平方向を回転軸線とする揺れ運動(矢印N1参照)が生じやすくなるので、回転安定性が低下する傾向にある。この揺れ運動によれば、支承部9が滑り部8を押圧する面圧N2に偏りが生じる。高性能免震構造では繰り返し摺動回数が多くなる傾向にあるので、滑り部8と支承部9との摩擦状態に偏りを生じさせる面圧の偏在は抑制することが望まれる。   Here, the sliding support device 201 according to the comparative example shown in FIG. 5 includes a laminated rubber portion 202 and a support portion 203 in which a plurality of elastic rubbers are laminated. When the thickness of the laminated rubber portion 202 is increased, when the superstructure 2 vibrates, a swinging motion (see arrow N1) with the horizontal direction as the rotation axis is likely to occur, and thus rotational stability tends to be reduced. According to this swaying motion, the surface pressure N2 at which the support portion 9 presses the sliding portion 8 is biased. Since the high-performance seismic isolation structure tends to increase the number of repeated sliding operations, it is desirable to suppress the uneven distribution of the surface pressure that causes the frictional state between the sliding portion 8 and the bearing portion 9 to be biased.

本実施形態に係るすべり支承装置7では、中空弾性ゴム11は、単層であり、且つ、薄いゴムシートにより形成されているので、厚みが小さい。従って、水平方向を回転軸線とする回転安定性の低下を抑制し、支承部9と滑り部8との間の面圧分布の偏在を抑制できる。   In the sliding support device 7 according to the present embodiment, the hollow elastic rubber 11 is a single layer and is formed of a thin rubber sheet, and thus has a small thickness. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in rotational stability with the horizontal direction as the rotation axis, and to suppress uneven distribution of the surface pressure distribution between the support portion 9 and the sliding portion 8.

<実施例1>
すべり支承装置7は、中空弾性ゴム11の面積を支承部9の面積よりも小さくすることにより弾性係数を低下させている。そこで、中空弾性ゴム11の面積を設定する方法の一例について説明する。図6は、免震構造1上の応答加速度との関係(グラフG1a)、加速度ピークの低減の度合い(グラフG1b)、免震構造1上の変形量(グラフG1c)、面積比(グラフG1d)を示す。具体的には、横軸は、面積比である。面積比(A)は、式(1)により示される。また、低減率(F)は、式(2)により示される。
A=S/SA…(1)
A:面積比
S:復元力発生部の主面(又は下面)の面積
SA:支承部の主面の面積
F=(E1−E2)/E1…(2)
F:低減率
E1:復元力発生部13の主面(又は下面)の面積が支承部9の主面の面積と等しいときの加速度
E2:復元力発生部13の主面(又は下面)の面積が所定値であるときの加速度
<Example 1>
The sliding support device 7 reduces the elastic coefficient by making the area of the hollow elastic rubber 11 smaller than the area of the support portion 9. Therefore, an example of a method for setting the area of the hollow elastic rubber 11 will be described. FIG. 6 shows the relationship with the response acceleration on the base isolation structure 1 (graph G1a), the degree of acceleration peak reduction (graph G1b), the deformation amount on the base isolation structure 1 (graph G1c), and the area ratio (graph G1d). Indicates. Specifically, the horizontal axis is the area ratio. The area ratio (A) is expressed by equation (1). Further, the reduction rate (F) is expressed by equation (2).
A = S / SA (1)
A: Area ratio S: Area of main surface (or lower surface) of restoring force generating portion SA: Area of main surface of supporting portion F = (E1-E2) / E1 (2)
F: Reduction rate E1: Acceleration when the area of the main surface (or lower surface) of the restoring force generator 13 is equal to the area of the main surface of the bearing 9 E2: Area of the main surface (or lower surface) of the restoring force generator 13 Acceleration when is a predetermined value

応答加速度(グラフG1a)と面積比(グラフG1d)とを参照すると、面積比の低下(すなわち弾性係数が低下)に伴って、応答加速度は低下することがわかった。また、応低減率(グラフG1b)と面積比(グラフG1d)とを参照すると、面積比が20%以下になると低減率低下の度合いが緩やかになることがわかった。また、免震構造1における水平方向の変形量(グラフG1c)と面積比(グラフG1d)とを参照すると、水平方向の変形量には略変化がないことがわかった。   Referring to the response acceleration (graph G1a) and the area ratio (graph G1d), it was found that the response acceleration decreases as the area ratio decreases (that is, the elastic modulus decreases). Further, referring to the response reduction rate (graph G1b) and the area ratio (graph G1d), it was found that when the area ratio was 20% or less, the degree of reduction in the reduction rate was moderate. Further, referring to the horizontal deformation amount (graph G1c) and the area ratio (graph G1d) in the seismic isolation structure 1, it was found that the horizontal deformation amount is substantially unchanged.

一方、中空弾性ゴム11に用いられるゴムの耐力は、150N/mmまで検証されている。これは、復元力発生部13の主面13a(又は下面13b)の面積が支承部9の主面9aの面積と等しく、且つ、面圧が20N/mmであるとした条件下において、中空弾性ゴム11の面積を14%程度まで低下させても耐力に達しないことを示している。従って、復元力発生部13の主面13a(又は下面13b)の面積(すなわち、ゴム水平剛性)を20%に設定することにより、通常の免震ゴム耐力によりすべり支承装置7としての機能を発揮しつつ、加速度ピークの低減効果を得ることができることがわかった。 On the other hand, the proof stress of the rubber used for the hollow elastic rubber 11 has been verified up to 150 N / mm 2 . Under the condition that the area of the main surface 13a (or the lower surface 13b) of the restoring force generating portion 13 is equal to the area of the main surface 9a of the support portion 9 and the surface pressure is 20 N / mm 2 , It shows that the yield strength is not reached even when the area of the elastic rubber 11 is reduced to about 14%. Accordingly, by setting the area of the main surface 13a (or the lower surface 13b) of the restoring force generating portion 13 (that is, the rubber horizontal rigidity) to 20%, the function as the sliding support device 7 is exhibited by the normal seismic isolation rubber strength. However, it was found that an acceleration peak reduction effect can be obtained.

<実施例2>
実施例2では、中空弾性ゴム11の弾性係数と、免震構造1上の応答加速度との関係を計算により確認した。中空弾性ゴム11の弾性係数は、復元力発生部13の主面13a(又は下面13b)の面積が支承部9の主面9aの面積と等しい場合の弾性係数を100%とした場合を参考例とし、この参考例に対して弾性係数が75%、50%、30%、20%、10%の5個の条件を設定した。図7の(a)部〜(c)部及び図8の(a)部〜(c)部は、計算の結果を示す図である。それぞれの図において、横軸は時間(秒)を示し、縦軸は加速度(Gal)を示す。また、それぞれの図において、グラフG2は摩擦力(トン)の時刻歴を示し、グラフG3は免震構造1上の応答加速度(Gal)を示し、グラフG4は頂部の応答加速度(Gal)を示す。
<Example 2>
In Example 2, the relationship between the elastic coefficient of the hollow elastic rubber 11 and the response acceleration on the seismic isolation structure 1 was confirmed by calculation. The elastic modulus of the hollow elastic rubber 11 is a reference example in which the elastic modulus when the area of the main surface 13a (or the lower surface 13b) of the restoring force generating portion 13 is equal to the area of the main surface 9a of the support portion 9 is 100%. In this reference example, five conditions with elastic modulus of 75%, 50%, 30%, 20% and 10% were set. Parts (a) to (c) in FIG. 7 and parts (a) to (c) in FIG. 8 are diagrams showing calculation results. In each figure, the horizontal axis indicates time (seconds), and the vertical axis indicates acceleration (Gal). In each figure, graph G2 shows the time history of frictional force (ton), graph G3 shows response acceleration (Gal) on seismic isolation structure 1, and graph G4 shows top response acceleration (Gal). .

図7の(a)部は、弾性係数が100%であるときの計算結果であり、図7の(b)部は、弾性係数が75%であるときの計算結果であり、図7の(c)部は、弾性係数が50%であるときの計算結果である。図8の(a)部は、弾性係数が30%であるときの計算結果であり、図8の(b)部は、弾性係数が20%であるときの計算結果であり、図8の(c)部は、弾性係数が10%であるときの計算結果である。   Part (a) of FIG. 7 is a calculation result when the elastic modulus is 100%, and part (b) of FIG. 7 is a calculation result when the elastic coefficient is 75%. The part c) is a calculation result when the elastic modulus is 50%. Part (a) of FIG. 8 shows the calculation result when the elastic modulus is 30%, and part (b) of FIG. 8 shows the calculation result when the elastic coefficient is 20%. The part c) is a calculation result when the elastic modulus is 10%.

摩擦力(グラフG2)に注目する。グラフG2において摩擦力が一定である期間は、すべり支承装置7においてすべりが生じている期間である。一方、グラフG2において摩擦力が変化している期間は、すべり支承装置7において上部構造2の移動方向の反転が生じる期間である。例えば、図7の(a)部における期間G2aに注目すると、上部構造2の移動方向の反転によって免震構造1上の応答加速度に(グラフG3)にピークが生じていることがわかる。   Note the frictional force (graph G2). In the graph G2, the period in which the frictional force is constant is a period in which slip occurs in the slide support device 7. On the other hand, the period in which the frictional force is changed in the graph G2 is a period in which the reversal of the moving direction of the upper structure 2 occurs in the sliding support device 7. For example, paying attention to the period G2a in part (a) of FIG. 7, it can be seen that a peak occurs in the response acceleration on the seismic isolation structure 1 (graph G3) due to the reversal of the moving direction of the upper structure 2.

弾性係数と、対応する免震構造1上の応答加速度のピークと、免震構造1の変位との関係を表1に示す。表1を参照すると、例えば、弾性係数を20%としたとき、免震構造1上の応答加速度のピーク値は、弾性係数を100%としたときの6割程度に低減できることがわかった。

Figure 2017166518
Table 1 shows the relationship between the elastic coefficient, the corresponding peak response acceleration on the base isolation structure 1, and the displacement of the base isolation structure 1. Referring to Table 1, for example, when the elastic coefficient is 20%, the peak value of the response acceleration on the seismic isolation structure 1 can be reduced to about 60% when the elastic coefficient is 100%.
Figure 2017166518

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。   The present invention has been described in detail based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.

<変形例1>
図9の(a)部に示されるように、すべり支承装置7Aは、復元力非発生部14に配置された軸力支持用弾性ゴム16(支持部)を備えていてもよい。軸力支持用弾性ゴム16は、円柱状を呈し、その中心軸線A1が支承部9の中心軸線A2と一致するように配置される。この軸力支持用弾性ゴム16を備えるすべり支承装置7Aによれば、中空弾性ゴム11によって曲げモーメントが負担され、軸力支持用弾性ゴム16によって軸力が負担される。従って、大きな軸力が作用する場合であっても、軸力支持用弾性ゴム16によって軸力が負担されるので、中空弾性ゴム11における加速度のピークを低減する効果を好適に奏することができる。
<Modification 1>
As shown in part (a) of FIG. 9, the sliding support device 7 </ b> A may include an axial force supporting elastic rubber 16 (supporting part) disposed in the restoring force non-generating part 14. The axial force supporting elastic rubber 16 has a cylindrical shape, and is arranged so that the center axis A1 thereof coincides with the center axis A2 of the support portion 9. According to the sliding bearing device 7A including the axial force supporting elastic rubber 16, a bending moment is borne by the hollow elastic rubber 11, and an axial force is borne by the elastic rubber 16 for supporting the axial force. Therefore, even when a large axial force is applied, the axial force is borne by the elastic rubber 16 for supporting the axial force, so that the effect of reducing the acceleration peak in the hollow elastic rubber 11 can be suitably achieved.

<変形例2>
図9の(b)部に示されるように、すべり支承装置7Bは4枚の円形弾性ゴム17(板状シート)を有する弾性部13Aであってもよい。円形弾性ゴム17は、支承部9の主面9aにおいて四隅に配置される。換言すると、円形弾性ゴム17は、支承部9の鉛直方向における中心軸線A2のまわりに等間隔に配置される。この円形弾性ゴム17は、ゴムシートに対する1回の打ち抜き加工で容易に製造することができる。また、円形弾性ゴム17における水平変形の安定性を左右する形状係数(S1=(D−d)/4t:D:外径、d:内径、t:厚さ)を大きくすることができる。さらに、円形弾性ゴム17を有する弾性部13Aによれば、高軸力に対する安定性を向上させることができる。
<Modification 2>
As shown in FIG. 9B, the sliding support device 7B may be an elastic portion 13A having four circular elastic rubbers 17 (plate-like sheets). The circular elastic rubber 17 is disposed at the four corners on the main surface 9a of the support portion 9. In other words, the circular elastic rubbers 17 are arranged at equal intervals around the central axis A <b> 2 in the vertical direction of the support portion 9. The circular elastic rubber 17 can be easily manufactured by a single punching process on a rubber sheet. Further, the shape factor (S1 = (D−d) / 4t: D: outer diameter, d: inner diameter, t: thickness) that affects the stability of horizontal deformation in the circular elastic rubber 17 can be increased. Furthermore, according to the elastic portion 13A having the circular elastic rubber 17, the stability against a high axial force can be improved.

1…免震構造、2…上部構造、3…下部構造、4…地震用弾性バネ(弾性装置)、6…オイルダンパ、7…すべり支承装置、8…滑り部、9…支承部、11…中空弾性ゴム(弾性部)、13…復元力発生部、14…復元力非発生部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Seismic isolation structure, 2 ... Superstructure, 3 ... Lower structure, 4 ... Elastic spring (elastic device) for earthquakes, 6 ... Oil damper, 7 ... Sliding bearing device, 8 ... Sliding part, 9 ... Bearing part, 11 ... Hollow elastic rubber (elastic part), 13 ... restoring force generating part, 14 ... restoring force non-generating part.

Claims (7)

上部構造と下部構造との間に設けられる免震構造に適用されるすべり支承装置であって、
前記下部構造上に載置され、前記上部構造に発生した水平力が前記下部構造との間の摩擦力を上回ったとき、前記下部構造に対して水平方向に移動する支承部と、
前記支承部と前記上部構造との間に配置され、前記支承部の主面に固定される下面と、前記上部構造に固定される主面とを有すると共に、前記支承部に対する前記上部構造の水平方向における相対変位量に対応する水平方向の復元力を生じさせる弾性部と、を備え、
前記弾性部の下面及び前記弾性部の主面の面積は、前記支承部における主面の面積より小さい、すべり支承装置。
A sliding support device applied to a seismic isolation structure provided between an upper structure and a lower structure,
A support portion mounted on the lower structure and moving in a horizontal direction with respect to the lower structure when a horizontal force generated in the upper structure exceeds a frictional force with the lower structure;
The lower portion is disposed between the support portion and the upper structure, and has a lower surface fixed to the main surface of the support portion and a main surface fixed to the upper structure, and the upper structure is horizontal with respect to the support portion. An elastic portion that generates a restoring force in the horizontal direction corresponding to the amount of relative displacement in the direction,
The sliding bearing device, wherein an area of a lower surface of the elastic portion and a main surface of the elastic portion is smaller than an area of the main surface of the supporting portion.
前記弾性部の下面及び前記弾性部の主面の面積は、前記支承部における主面の面積の20%以上である、請求項1に記載のすべり支承装置。   The sliding bearing device according to claim 1, wherein an area of a lower surface of the elastic portion and a main surface of the elastic portion is 20% or more of an area of the main surface of the supporting portion. 前記弾性部は、輪状をなす復元力発生部と、前記復元力発生部に囲まれた復元力非発生部と、を有する、請求項1又は2に記載のすべり支承装置。   The sliding support device according to claim 1 or 2, wherein the elastic portion includes a ring-shaped restoring force generating portion and a restoring force non-generating portion surrounded by the restoring force generating portion. 前記弾性部は、前記復元力非発生部に配置され、前記支承部と前記上部構造とに固定された支持部をさらに有する、請求項3に記載のすべり支承装置。   The sliding support device according to claim 3, wherein the elastic portion further includes a support portion that is disposed in the restoring force non-generating portion and is fixed to the support portion and the upper structure. 前記弾性部は、前記復元力非発生部に形成された減衰部をさらに有する、請求項3又は4に記載のすべり支承装置。   The sliding support device according to claim 3 or 4, wherein the elastic portion further includes a damping portion formed in the restoring force non-generating portion. 前記弾性部は、少なくとも4枚の板状シートを有し、
前記板状シートは、前記支承部の鉛直方向における中心軸線のまわりに等間隔に配置される、請求項1又は2に記載のすべり支承装置。
The elastic part has at least four plate-like sheets,
The sliding support device according to claim 1 or 2, wherein the plate-like sheets are arranged at equal intervals around a central axis line in a vertical direction of the support portion.
上部構造と下部構造との間に設けられる免震構造であって、
前記上部構造と前記下部構造との間に設けられたすべり支承装置を備え、
前記すべり支承装置は、
前記下部構造上に載置され、前記上部構造に発生した水平力が前記下部構造との間の摩擦力を上回ったとき、前記下部構造に対して水平方向に移動する支承部と、
前記支承部と前記上部構造との間に配置され、前記支承部の主面に固定される下面と、前記上部構造に固定される主面とを有すると共に、前記支承部に対する前記上部構造の水平方向における相対変位量に対応する水平方向の復元力を生じさせる弾性部と、を備え、
前記弾性部の下面及び前記弾性部の主面の面積は、前記支承部における主面の面積より小さい、免震構造。
A seismic isolation structure provided between the upper structure and the lower structure,
A sliding bearing device provided between the upper structure and the lower structure;
The sliding support device is
A support portion mounted on the lower structure and moving in a horizontal direction with respect to the lower structure when a horizontal force generated in the upper structure exceeds a frictional force with the lower structure;
The lower portion is disposed between the support portion and the upper structure, and has a lower surface fixed to the main surface of the support portion and a main surface fixed to the upper structure, and the upper structure is horizontal with respect to the support portion. An elastic portion that generates a restoring force in the horizontal direction corresponding to the amount of relative displacement in the direction,
The area of the lower surface of the elastic part and the main surface of the elastic part is a seismic isolation structure smaller than the area of the main surface of the support part.
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