JP2018178653A - 積層ゴム支承 - Google Patents

Abstract

【課題】 等価剛性の低下を抑えながら剪断破壊強度を高める。
【解決手段】 第１方向Ｘの剪断変形が規制された積層ゴム支承１であって、硬質板８とゴム弾性板９とが交互に積層された積層体１０と、その周囲を被覆する保護層１１とを具える。硬質板８とゴム弾性板９とは互いに同形かつ矩形板状をなす。ゴム弾性板９の少なくとも１枚は、第２方向Ｙの両端部のみに配される端部ゴム部２０Ａと、残部である本体ゴム部２０Ｂとからなり、かつ端部ゴム部２０を本体ゴム部２０Ｂよりも軟質のゴムで形成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、等価剛性の低下を抑えながら剪断破壊強度を高めうる積層ゴム支承に関する。

道路橋や鉄道橋等の橋梁においては、橋軸方向と直角な方向を免震化すると、構造物の振動周期が長周期化するため変位が大となり、過剰な水平揺動や落橋の原因となり得る。そのため、橋梁用の積層ゴム支承では、橋軸方向と直角な方向の剪断変形は、サイドブロック等によって規制されている（特許文献１参照）。

他方、この種の積層ゴム支承では、橋軸方向に剪断変形した際、積層ゴム支承を構成するゴム弾性板において、その橋軸方向両端部で、剪断歪みが局所的に発生しやすい。そして、この部分が起点となって損傷が早期に生じ、破壊に至るまでの剪断変形量を減じるなど、積層ゴム支承の剪断破壊強度を低下させるという問題がある。

特開２０１２−０８２６３６号公報

そこで本発明は、等価剛性の低下を抑えながら剪断破壊強度を高めうる積層ゴム支承を提供することを課題としている。

本発明は、直交する２方向のうちの一方である第１方向の剪断変形が規制された積層ゴム支承であって、
複数の硬質板とゴム弾性板とが交互に積層された積層体と、この積層体の周囲を被覆する保護層とを具え、
前記硬質板とゴム弾性板とは互いに同形、かつ前記第１方向の側で向かい合う側辺と、２方向のうちの他方である第２方向の側で向かい合う側辺とで囲まれた矩形板状をなすとともに、
前記複数のゴム弾性板のうち少なくとも１枚のゴム弾性板は、前記第２方向の両端部のみに配される端部ゴム部と、残部である本体ゴム部とからなり、かつ前記端部ゴム部を本体ゴム部よりも軟質のゴムで形成した複合ゴム弾性板であることを特徴としている。

本発明に係る積層ゴム支承では、各前記ゴム弾性板は、前記複合ゴム弾性板であるのが好ましい。

本発明に係る積層ゴム支承では、前記端部ゴム部の第２方向の幅Ｗａは、ゴム弾性板の第２方向の全幅Ｗｂの１／１５〜１／５であるのが好ましい。

本発明では、少なくとも１枚のゴム弾性板として、第２方向である橋軸方向の両端部のみに配される端部ゴム部と、残部である本体ゴム部とからなる複合ゴム弾性板を用いている。

この複合ゴム弾性板では、前記端部ゴム部が本体ゴム部よりも軟質のゴムで形成される。そのため、第２方向（橋軸方向）に剪断変形した際、第２方向（橋軸方向）両端部で局所的に発生する剪断歪みを、軟質の端部ゴム部により緩和することができ、破壊に至るまでの剪断変形量（以下「破壊剪断変形量」という。）を増加しうる。即ち、積層ゴム支承の剪断破壊強度を向上させうる。又複合ゴム弾性板では、軟質の端部ゴム部を、第２方向の両端部のみに限定している。そのため、例えば、複合ゴム弾性板の第１方向及び第２方向の各両端部に、それぞれ軟質の端部ゴム部を設けた場合に比して、等価剛性の低下を抑えることができる。

本発明の積層ゴム支承の使用状態の一例を示す斜視図である。 図１に示す使用状態の積層ゴム支承を他方向の側から見た側面図である。 第１の発明の積層ゴム支承を第１方向の側から見た側面図である。 第１の発明の積層ゴム支承における高さ方向と直角な断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１、２に示すように、本実施形態の積層ゴム支承１は、直交する２方向Ｘ、Ｙのうちの一方である第１方向Ｘの剪断変形が規制され、他方である第２方向Ｙの剪断変形が免震される。本例の積層ゴム支承１は、例えば道路橋や鉄道橋等の橋梁用のゴム支承であって、前記第２方向Ｙが橋軸方向をなし、第１方向Ｘが橋軸方向と直角な方向をなす。

前記積層ゴム支承１は、例えばベースプレート２を介して橋脚である下構造体３に支持される。又積層ゴム支承１は、ソールプレート４を介して橋桁である上構造体５を支持する。又前記ベースプレート２には、積層ゴム支承１を挟んだ第１方向Ｘの両側に、サイドブロック６、６が固定される。これにより、積層ゴム支承１における第１方向Ｘの剪断変形が規制される。

図３に示すように、積層ゴム支承１は、複数の硬質板８とゴム弾性板９とが交互に積層された積層体１０と、この積層体１０の周囲を被覆する保護層１１とを具える。本例の積層ゴム支承１は、積層体１０の上端に配され前記ソールプレート４をボルト固定する上部プレート１２と、積層体１０の下端に配され前記ベースプレート２をボルト固定する下部プレート１３とを含む。なおゴム弾性板９は、前記上部プレート１２、下部プレート１３及び硬質板８に隣接し、加硫接着よって互いに一体接合している。

ゴム弾性板９としては、各種のゴム弾性材が使用できるが、機械的強度、弾性率の長期安定性、変形能力の長期安定性、耐クリープ性などに優れることが必要であり、例えば天然ゴム(NR)、クロロプレンゴム(CR)などが好ましく使用できる。特に天然ゴムは、耐候性以外の特性でクロロプレンゴムより優れているため、この天然ゴムを９０phr以上配合した天然ゴム系材料を用いることがさらに好ましい。

硬質板８としては、前記ゴム弾性板９よりも高剛性の非ゴム材、例えば鋼板などの金属製板が好適である。しかし、金属製板と略同程度の剛性及び強度を有するものであるならば、例えばセラミックス、合成樹脂等の種々の材料が使用できる。

硬質板８とゴム弾性板９とは互いに同形をなし、図４に示すように、第１方向Ｘの側で向かい合う側辺Ｅｘと、第２方向Ｙの側で向かい合う側辺Ｅｙとで囲まれた矩形板状をなす。図４にはゴム弾性板９が代表して示される。硬質板８及びゴム弾性板９の各厚さについては特に規制されることがなく、従来の範囲が好適に採用される。本例では、ゴム弾性板９の厚さは例えば３〜７mm程度であり、硬質板８の厚さは例えばゴム弾性板９の厚さの０．５〜１．０倍程度である。

そして積層ゴム支承１では、ゴム弾性板９のうちの少なくとも１枚、本例では全てのゴム弾性板９が複合ゴム弾性板２０として形成される。図４に示すように、複合ゴム弾性板２０は、第２方向Ｙの両端部のみに配される端部ゴム部２０Ａと、残部である本体ゴム部２０Ｂとからなり、しかも端部ゴム部２０Ａは本体ゴム部２０Ｂよりも軟質のゴムで形成される。

このような複合ゴム弾性板２０では、第２方向Ｙの両端部で局所的に発生する剪断歪みを、軟質の端部ゴム部２０Ａにより緩和することができ、破壊剪断変形量を増加しうる。複合ゴム弾性板２０では、軟質の端部ゴム部２０Ａを、第２方向Ｙの両端部のみに限定している。そのため、例えば、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙの各両端部に、それぞれ軟質の端部ゴム部を設けた場合に比して等価剛性の低下を抑えることができ、免震性能の維持を図りうる。

端部ゴム部２０Ａの第２方向Ｙの幅Ｗａは、ゴム弾性板９（複合ゴム弾性板２０）の第２方向Ｙの全幅Ｗｂの１／１５〜１／５の範囲が好ましい。比Ｗａ／Ｗｂが１／１５を下回ると、剪断歪みの緩和効果が不充分となる。逆に１／５を超えると、等価剛性が過度に減じ免震性能の低下を招く。なお比Ｗａ／Ｗｂが１／１０を超えると、剪断歪みの緩和効果の上昇率が低下する。そのため、緩和効果と等価剛性との観点から、比Ｗａ／Ｗｂは１／１５〜１／１０がより好ましい。

ここで、前記「軟質」の指標として、静的せん断弾性係数Ｇが好適に採用できる。例えば、端部ゴム部２０Ａの静的せん断弾性係数をＧ１、本体ゴム部２０Ｂの静的せん断弾性係数をＧ２としたとき、Ｇ１＜Ｇ２であり、好ましくはＧ１／Ｇ２は０．４〜０．８５の範囲である。静的せん断弾性係数Ｇは、ＪＩＳ Ｋ６２５４の「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−応力・ひずみ特性の求め方」に準拠して求めることができる。

又保護層１１は、積層体１０を腐食損傷から保護する。この保護層１１として、耐候性に優れるゴム、例えば、クロロプレンゴム(CR)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム（X-IIR)、エチレンプロピレンゴム(EPM、EPDM）、ウレタンゴム(U) 、シリコンゴム(Q) 、フッ素ゴム(FKM) 、多硫化ゴム(T) 、クロロスルホン化ポリエチレン(CSM) 、塩素化ポリエチレン(CM)、エチレン酢酸ビニルゴム(EVM) 、エピクロルヒドリンゴム(ECO) 等の合成ゴム材料が好適に採用しうる。特には、耐候性の観点から、クロロプレンゴム(CR)、ブチルゴム(IIR) 、ハロゲン化ブチルゴム（X-IIR)、エチレンプロピレンゴム(EPM、EPDM）が好ましい。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

本発明の効果を確認するため、図３、４に示す構造をなす積層ゴム支承を実施例１〜４として、表１の仕様で試作した。そして各積層ゴム支承の破壊剪断変形量、及び等価剛性を、測定し比較した。積層ゴム支承は、端部ゴム部の幅Ｗａのみ相違し、それ以外は実質的に同仕様である。共通仕様は以下の通りである。
＜共通仕様＞
積層ゴム支承：
第１方向Ｘの幅 ---２７０mm（※保護層の厚さを含む）
第２方向Ｙの幅 ---２７０mm（※保護層の厚さを含む）
高さ ---１０５．５mm（※上部プレート、下部プレートの厚さを含む）
ゴム弾性板：
第１方向Ｘの幅 ---２５０mm
第２方向Ｙの幅 ---２５０mm
厚さ ---５．０mm
全層数 ---６枚
端部ゴム部の静的せん断弾性係数Ｇ１ ---０．８N/mm^２
ゴム本体部の静的せん断弾性係数Ｇ２ ---１．２N/mm^２
保護層の厚さ ---１０．０mm

（１）破壊剪断変形量：
第２方向への水平載荷試験（鉛直荷重６kN）を行い、剪断破壊が発生したときの剪断歪み（単位％）を測定した。数値が大なほど優れている。

（２）等価剛性Keq：
第２方向への水平載荷試験（鉛直荷重６kN）を行い、水平荷重−歪曲線（履歴ループ）を求めた。そして、剪断歪み最大における履歴ループの傾き（単位kN/mm）を、等価剛性Keqとして測定した。

表に示すように、本発明の積層ゴム支承は、等価剛性の低下を抑えながら剪断破壊強度を高めうるのが確認できる。

１ 積層ゴム支承
８ 硬質板
９ ゴム弾性板
１０ 積層体
１１ａ 内層部
１１ 保護層
２０ 複合ゴム弾性板
２０Ａ 端部ゴム部
２０Ｂ 本体ゴム部
Ｅｘ 側辺
Ｅｙ 側辺
Ｓｙ 側面
Ｘ 第１方向
Ｙ 第２方向

Claims (3)

1. 直交する２方向のうちの一方である第１方向の剪断変形が規制された積層ゴム支承であって、
   複数の硬質板とゴム弾性板とが交互に積層された積層体と、この積層体の周囲を被覆する保護層とを具え、
   前記硬質板とゴム弾性板とは互いに同形、かつ前記第１方向の側で向かい合う側辺と、２方向のうちの他方である第２方向の側で向かい合う側辺とで囲まれた矩形板状をなすとともに、
   前記複数のゴム弾性板のうち少なくとも１枚のゴム弾性板は、前記第２方向の両端部のみに配される端部ゴム部と、残部である本体ゴム部とからなり、かつ前記端部ゴム部を本体ゴム部よりも軟質のゴムで形成した複合ゴム弾性板であることを特徴とする積層ゴム支承。
2. 各前記ゴム弾性板は、前記複合ゴム弾性板であることを特徴とする請求項１記載の積層ゴム支承。
3. 前記端部ゴム部の第２方向の幅Ｗａは、ゴム弾性板の第２方向の全幅Ｗｂの１／１５〜１／５であることを特徴とする請求項１又は２記載の積層ゴム支承。

Images