JP2018013234A - 積層ゴム支承 - Google Patents

Abstract

【課題】通常の地震時における積層ゴム支承の性能を維持しながら、長時間地震時においてエネルギー吸収性能の低下を抑制する。
【解決手段】ゴム層２と補強板３とを交互に積層した積層ゴム部に上下方向に貫通する少なくとも１つの貫通孔を有する積層ゴム体６と、貫通孔に封入された少なくとも１本の減衰体プラグ（鉛プラグ）９とを備える積層ゴム支承１であって、貫通孔に鉛直方向に複数に分割された減衰体プラグが封入され、減衰体プラグの各々の外周面と、補強板の各々の内周面とが当接又は近接して配置される。補強板の総厚さをＴ_Ｓ、ゴム層の総厚さをＴ_Ｒ、積層ゴム体が上面視円形の場合には直径、上面視正方形の場合には一辺の長さ、又は上面視長方形の場合には短辺の長さをＤとした場合に、Ｔ_Ｓ≧２６×Ｔ_Ｒ×Ｄ^−０．５とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層ゴム支承に関し、特に、ゴム層と補強板とを交互に積層した積層ゴム体内に塑性金属や摩擦材等の振動エネルギーを吸収する際に発熱を伴う減衰体を具備した積層ゴム支承に関する。

上記積層ゴム支承の一例として、図３に示すように、ゴム層４２と補強板４３とが交互に積層され、上下に厚肉鋼板４４、４５を有する積層ゴム体４６と、上下構造物に各々取り付けられる取付用鋼板４７、４８と、取付用鋼板４７、４８と厚肉鋼板４４、４５との間で水平力を伝達すると共に、積層ゴム体４６の貫通孔４６ａに鉛プラグ４９を封入するために備えられたせん断キー５０、５１と、取付用鋼板４７、４８と厚肉鋼板４４、４５とを緊結するボルト５３、５４と、取付用鋼板４７、４８を上下構造物に取り付けるためのねじ穴５５、５６とで構成される積層ゴム支承４１が存在する。

上記構成を有する積層ゴム支承４１は、上部構造物と下部構造物との間に配置され、地震時等の外乱により上部構造物と下部構造物の水平相対変位によりせん断変形が生じると、水平荷重をゴム層４２の弾性変形と、鉛プラグ４９の塑性変形とにより減衰させるように動作する。

しかし、上記積層ゴム支承４１は、長周期地震動等により多数回の繰返し変形を受けると、吸収したエネルギーにより鉛プラグ４９が発熱し、温度上昇が要因となって積層ゴム支承４１のエネルギー吸収性能が低下することが確認された。エネルギー吸収性能の低下が生じると、上部構造物の応答変位の増大が生じ、建物機能の維持に支障が生じるおそれがある。

そこで、本発明は上記従来の積層ゴム支承における問題点に鑑みてなされたものであって、通常の地震時における性能を維持しながら、長時間地震時においてエネルギー吸収性能の低下を抑制することが可能な積層ゴム支承を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、ゴム層と補強板とを交互に積層した積層ゴム部に上下方向に貫通する少なくとも１つの貫通孔を有する積層ゴム体と、前記貫通孔に封入された少なくとも１本の減衰体プラグとを備える積層ゴム支承であって、前記貫通孔に鉛直方向に複数に分割された減衰体プラグが封入され、該減衰体プラグの各々の外周面と、前記補強板の各々の内周面とが当接又は近接して配置されることを特徴とする。

本発明によれば、貫通孔の各々に鉛直方向に複数に分割された減衰体プラグを封入し、各々のプラグの外周面と、各々の補強板の内周面とを当接又は近接して配置したため、各々のプラグに蓄積された熱を補強板を介して効率よく外部に逃がすことができ、長時間地震時におけるプラグの温度上昇を抑えることができる。これにより、通常の地震時における積層ゴム支承の性能を維持しながら、積層ゴム支承のエネルギー吸収性能の低下を抑制することが可能となる。

上記積層ゴム支承において、前記補強板の総厚さをＴ_Ｓ、前記ゴム層の総厚さをＴ_Ｒ、前記積層ゴム体が上面視円形の場合には直径、上面視正方形の場合には一辺の長さ、又は上面視長方形の場合には短辺の長さをＤとした場合に、Ｔ_Ｓ≧２６×Ｔ_Ｒ×Ｄ^−０．５とすることができる。補強板の総厚さを一般的に用いられている積層ゴム支承の補強板の総厚さよりも大きくしたため、熱容量が大きくなると共に、補強板の板厚が大きい分、減衰体プラグに蓄積された熱を効率よく外部に逃がすことができる。

また、前記鉛直方向に複数に分割された減衰体プラグを、上面視で互いに重なり合わないようにすることができ、減衰体プラグを積層ゴム支承に均等に配置することで、各々のプラグに蓄積された熱を補強板を介してより効率よく外部に逃がすことができる。

さらに、前記減衰体プラグの鉛直方向中央部に位置する補強板の板厚を他の補強板よりも大きく形成し、該板厚の大きい補強板に穿設された孔に前記各々の減衰体プラグの一端を挿入することができる。これによって、補強板の熱容量が大きくなると共に、補強板の板厚が大きい分、減衰体プラグに蓄積された熱を効率よく外部に逃がすことができる。

また、前記減衰体プラグを振動エネルギの吸収を塑性変形で行う減衰材料で形成してもよく、この減衰材料として、鉛、錫、亜鉛、アルミニウム、銅、ニッケル若しくはこれらの合金又は非鉛系低融点合金を用いることができる。

さらに、前記減衰体プラグを振動エネルギの吸収を塑性流動で行う減衰材料で形成してもよく、この減衰材料として、熱硬化性樹脂と、ゴム粉とを含むものを用いることができる。

以上のように、本発明によれば、通常の地震時における性能を維持しながら、長時間地震時においてエネルギー吸収性能の低下を抑制することが可能な積層ゴム支承を提供することができる。

本発明に係る積層ゴム支承の第１の実施形態を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係る積層ゴム支承の第２の実施形態を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 従来の積層ゴム支承の一例を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る積層ゴム支承の第１の実施形態を示し、この積層ゴム支承１は、ゴム層２と補強板３とが交互に積層され、上下に厚肉鋼板４、５を有する積層ゴム体６と、上下構造物に各々取り付けられる取付用鋼板７、８と、取付用鋼板７、８と厚肉鋼板４、５との間で水平力を伝達すると共に、積層ゴム体６の８箇所に穿設された孔６ａに封入された減衰体プラグとしての鉛プラグ９と、取付用鋼板７、８と厚肉鋼板４、５との間で水平力を伝達するために備えられたせん断キー１０、１１と、取付用鋼板７、８と厚肉鋼板４、５とを緊結するボルト１３、１４と、取付用鋼板７、８を上下構造物に取り付けるためのねじ穴１５、１６とで構成される。

補強板３は、鋼板等で形成され、積層ゴム体６の鉛直方向中央部の補強板３ａの板厚は、他の補強板３の板厚より大きく形成される。他の補強板３の板厚は同一である。ここで、ゴム層２の総厚さをＴ_Ｒ、積層ゴム体６の直径をＤとした場合に、補強板３の総厚さＴ_Ｓを、Ｔ_Ｓ≧２６×Ｔ_Ｒ×Ｄ^−０．５と標準的な補強板の総厚さよりも大きく設定する。この式は、補強板３の厚さがゴム層２の１層厚さによって最小厚さが決まることを考慮し、現在商品化されている積層ゴム支承について積層ゴム体６の直径Ｄで基準化して実験的に導いた式である。また、各々の補強板３の内周面を鉛プラグ９の外周面に当接させる。

積層ゴム体６の鉛直方向中央部の補強板３ａの板厚は、補強板３ａの厚さをｔ_Ｓ、補強板３ａに発生する最大応力度をσ_ｍ、積層ゴム体６に作用する鉛直面圧をσ_ｃ、１つのゴム層２の厚さをｔ_ｒとした場合に、ｔ_ｓ≧３．３ｔ_ｒ／（（σ_ｍ／σ_ｃ）−２）となるように設定する。各々の鉛プラグ９の一端は、補強板３ａに穿設された孔３ｂに挿入される。このように、本実施の形態では、鉛直方向に鉛プラグを分割し、２段にわたって複数（本実施の形態では合計で８つ）の鉛プラグ９を積層ゴム体６に設けたこと、及び鉛直方向中央部の補強板３ａの板厚を他の補強板３の板厚より大きく形成して補強板３の総厚さＴ_Ｓを従来より大きくしたことが特徴である。

上記構成を有する積層ゴム支承１は、上部構造物と下部構造物との間に配置され、地震時等の外乱により上部構造物と下部構造物の水平相対変位によりせん断変形が生じると、水平荷重をゴム層２の弾性変形と、８つの鉛プラグ９の塑性変形とにより減衰させるように動作する。

ここで、上記積層ゴム支承１では、８つの孔６ａに鉛直方向に分割した合計８つの鉛プラグ９を設け、各々の鉛プラグ９の一端を鉛直方向中央部の厚い補強板３ａの孔３ｂに挿入したことで、上記従来の積層ゴム支承４１に比較して、８つの鉛プラグ９の全体の体積が鉛プラグ４９と同じであっても、鉛プラグ９に蓄積された熱を厚い補強板３ａを介して効率よく外部に逃がすことができる。また、補強板３の総厚さＴ_Ｓを従来より大きくしたため、補強板３の全体の熱容量が大きくなると共に、板厚が大きい分、鉛プラグ９に蓄積された熱を効率よく外部に逃がすことができるため、長時間地震時における鉛プラグ９の温度上昇を抑えることができる。これにより、通常の地震時における積層ゴム支承１の性能を維持しながら、積層ゴム支承１のエネルギー吸収性能の低下を抑制することが可能となる。

図２は、本発明に係る積層ゴム支承の第２の実施形態を示し、この積層ゴム支承２１は、ゴム層２２と補強板２３とが交互に積層され、上下に厚肉鋼板２４、２５を有する積層ゴム体２６と、上下構造物に各々取り付けられる取付用鋼板２７、２８と、取付用鋼板２７、２８と厚肉鋼板２４、２５との間で水平力を伝達すると共に、積層ゴム体２６の孔２６ａに鉛プラグ２９を封入するために備えられたせん断キー３０、３１と、積層ゴム体２６の１０箇所に穿設された孔２６ａに封入された減衰体プラグとしての鉛プラグ２９と、取付用鋼板２７、２８と厚肉鋼板２４、２５とを緊結するボルト３３、３４と、取付用鋼板３７、３８を上下構造物に取り付けるためのねじ穴３５、３６とで構成される。

積層ゴム体２６の鉛直方向中央部の補強板２３ａの板厚ｔ_ｓは、他の補強板２３の板厚より大きく形成され、上記ｔ_ｓ≧３．３ｔ_ｒ／（（σ_ｍ／σ_ｃ）−２）を満足する値に設定される。また、補強板２３の総厚さＴ_Ｓを、Ｔ_Ｓ≧２６×Ｔ_Ｒ×Ｄ^−０．５と標準的な補強板の総厚さよりも大きく設定する。各々の鉛プラグ２９の一端は、補強板２３ａに穿設された孔２３ｂに挿入される。このように、本実施の形態では、鉛直方向に鉛プラグを分割し、２段にわたって合計で１０個の鉛プラグ２９を積層ゴム体２６に設けたこと、及び鉛直方向中央部の補強板２３ａの板厚を他の補強板２３の板厚より大きく形成して補強板２３の総厚さＴ_Ｓを従来より大きくしたことが特徴である。

上記構成を有する積層ゴム支承２１は、上部構造物と下部構造物との間に配置され、地震時等の外乱により上部構造物と下部構造物の水平相対変位によりせん断変形が生じると、水平荷重をゴム層２２の弾性変形と、１０個の鉛プラグ２９の塑性変形とにより減衰させるように動作する。

ここで、上記積層ゴム支承２１では、１０個の鉛プラグ２９を設け、各々の鉛プラグ２９の一端を鉛直方向中央部の厚い補強板２３ａの孔２３ｂに挿入したことで、図１に示した積層ゴム支承１のように８つの鉛プラグ９を備える場合に比較して、１０個の鉛プラグ２９の全体の体積が鉛プラグ９と同じであっても、鉛プラグ２９に蓄積された熱を補強板２３ａを介して効率よく外部に逃がすことができるため、長時間地震時における鉛プラグ２９の温度上昇をさらに効率よく抑えることができる。

尚、上記第１、第２実施の形態においては、鉛直方向に複数に分割された鉛プラグ９、２９は、上面視で互いに重なり合っているが、これらを上面視で互いに重なり合わないように配置することで、鉛プラグ９、２９をより均等に積層ゴム体６、２６内に配置することができ、鉛プラグ９、２９に蓄積された熱をより効率よく補強板３、２３を介して外部に逃がすことができる。

また、上記第１、第２実施の形態においては、鉛プラグ９、２９のせん断部分のアスペクト比（Ｈ／Ｄ_ｐ：Ｈはせん断部分の高さ、Ｄ_ｐはせん断部分の直径）が小さくなっており、履歴形状の安定性、放熱特性の改善に寄与する。

尚、上記実施の形態では、８箇所又は１０箇所に穿設された孔に鉛直方向に２つに分割された減衰体プラグを封入したが、積層ゴム支承に１つの貫通孔を穿設し、２分割した減衰体プラグを封入してもよく、複数の貫通孔を穿設し、各々の貫通孔に２分割した減衰体プラグを封入してもよい。さらに、８箇所又は１０箇所以外の複数の箇所に穿設された孔（貫通孔ではない）に２分割した減衰体プラグを封入してもよい。また、貫通孔１つ当たりの減衰体プラグの分割数は２つに限定されない。

また、上記実施の形態では、補強板と鉛プラグとを当接させたが、補強板と鉛プラグあるいはこれらの近傍の部分に被覆層を形成する場合には、補強板と鉛プラグとは近接して配置されることとなる。また、鉛プラグに代えて、錫又はそれらの合金等の弾塑性金属や摩擦材等からなる減衰体プラグを用いることもできる。

さらに、減衰体プラグの鉛直方向中央部に位置する補強板の板厚を他の補強板よりも大きくしたが、必ずしも中央部に位置する補強板の板厚を大きくする必要はなく、すべての補強板が同一の厚さであってもよく、１枚の補強板ではなく、２枚以上の複数枚の補強板の板厚を他の補強板より大きくしてもよい。補強板に穿設された孔に各々の減衰体プラグの一端を挿入したが、孔を設けずに補強板と減衰体プラグの一端とを当接させたり、近接させるだけでもよい。また、補強板の総厚さを従来より厚いＴ_Ｓとしたが、従来と同様の総厚さであってもよい。

次に、本発明に係る積層ゴム支承の試験例について説明する。

図３、図４に示した積層ゴム支承４１を比較例とし、図１、図２に示した積層ゴム支承１、２１を実施例１、２とした。各々の積層ゴム支承の詳細構成を表１に示す。また、試験条件を表２に示す。本試験例では、実験と解析とを行い、解析結果が実験結果によく一致したため、以下に試験例として解析結果を示す。

上記試験結果を表３に示す。同表より、上記Ｔ_Ｓ≧２６×Ｔ_Ｒ×Ｄ^−０．５を満足する実施例は、比較例に比べ総エネルギー吸収量が各々６１．４％、６２．６％増大し、初期降伏応力に対する試験終了時の降伏応力の比率が各々２２．６％、２２．９％大きくなっていることが判る。

次に、上記積層ゴム支承１、２１、４１について、東海・東南海地震を想定した東海地方の長周期地震動三の丸波を用いた試験を行ったところ表４に示す結果となった。同表より、実施例は、比較例に比べ総エネルギー吸収量が各々１６．６％、１７．０％増大し、初期降伏応力に対する試験終了時の降伏応力の比率が各々１０．３％、１０．２％大きくなっていることが判る。

以上のように、試験結果からも、本発明に係る積層ゴム支承によれば、通常の地震時における性能を維持しながら、長時間地震時においてエネルギー吸収性能の低下を抑制することができることが判る。

１ 積層ゴム支承
２ ゴム層
３ 補強板
４、５ 厚肉鋼板
６ 積層ゴム体
６ａ 孔
７、８ 取付用鋼板
９ 鉛プラグ
１０、１１ せん断キー
１３、１４ ボルト
１５、１６ ねじ穴
２１ 積層ゴム支承
２２ ゴム層
２３、２３ａ 補強板
２３ｂ 孔
２４、２５ 厚肉鋼板
２６ 積層ゴム体
２６ａ 孔
２７、２８ 取付用鋼板
２９ 鉛プラグ
３０、３１ せん断キー
３３、３４ ボルト
３５、３６ ねじ穴

Claims (8)

1. ゴム層と補強板とを交互に積層した積層ゴム部に上下方向に貫通する少なくとも１つの貫通孔を有する積層ゴム体と、前記貫通孔に封入された少なくとも１本の減衰体プラグとを備える積層ゴム支承であって、
   前記貫通孔に鉛直方向に複数に分割された減衰体プラグが封入され、
   該減衰体プラグの各々の外周面と、前記補強板の各々の内周面とが当接又は近接して配置されることを特徴とする積層ゴム支承。
2. 前記補強板の総厚さをＴ_Ｓ、前記ゴム層の総厚さをＴ_Ｒ、前記積層ゴム体が上面視円形の場合には直径、上面視正方形の場合には一辺の長さ、又は上面視長方形の場合には短辺の長さをＤとした場合に、Ｔ_Ｓ≧２６×Ｔ_Ｒ×Ｄ^−０．５であることを特徴とする請求項１に記載の積層ゴム支承。
3. 前記鉛直方向に複数に分割された減衰体プラグは、上面視で互いに重なり合わないことを特徴とする請求項１又は２に記載の積層ゴム支承。
4. 前記減衰体プラグの鉛直方向中央部に位置する補強板の板厚が他の補強板よりも大きく形成され、該板厚の大きい補強板に穿設された孔に前記各々の減衰体プラグの一端が挿入されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の積層ゴム支承。
5. 前記減衰体プラグは、振動エネルギの吸収を塑性変形で行う減衰材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の積層ゴム支承。
6. 前記減衰材料は、鉛、錫、亜鉛、アルミニウム、銅、ニッケル若しくはこれらの合金又は非鉛系低融点合金からなることを特徴とする請求項５に記載の積層ゴム支承。
7. 前記減衰体プラグは、振動エネルギの吸収を塑性流動で行う減衰材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の積層ゴム支承。
8. 前記減衰材料は、熱硬化性樹脂と、ゴム粉とを含んでいることを特徴とする請求項７に記載の積層ゴム支承。

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