JP2019138376A

JP2019138376A - 免震機構

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Publication number: JP2019138376A
Application number: JP2018022201A
Authority: JP
Inventors: 銘崇劉; ming cong Liu; 磯田　和彦; Kazuhiko Isoda; 和彦磯田; 智貴濱; Tomoki Hama
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2038-02-09
Also published as: JP7042642B2

Abstract

【課題】摺動子が傾斜面の傾斜角度が切り替わる箇所を通過する際に生じる加速度、スティックスリップ現象の衝撃によって生じる加速度、および、構造物の上階層や下階層に生じる中層階よりも大きな加速度を低減させることができる免震機構を提供する。【解決手段】下部構造体１１と上部構造体１２とが水平方向に相対変位すると、該相対変位に追従して積層ゴム４５が水平方向に変形し、積層ゴム４５の原位置に対する水平変位が所定の水平変位設定値を超えた後に、摺動子４が下部摺動面２１および上部摺動面の少なくとも一方で摺動するように構成され、下部摺動部４２と上部摺動部４４との水平方向の相対変位量の最大値は、積層ゴム４５の厚さ寸法の２倍以下に設定され、積層ゴム４５は、水平方向の変形量が積層ゴム４５の厚さ寸法の２倍以下の場合には弾性変形し塑性変形しない。【選択図】図５

Description

本発明は、免震機構に関する。

従来、すべり支承のすべり面を傾斜面とした傾斜すべり支承が知られている（例えば、特許文献１参照）。傾斜すべり支承は、互いに直交する方向にそれぞれＶ字形状に傾斜する２つの傾斜面で摺動子を上下から挟み、摺動子が下側の傾斜面に沿って摺動するとともに、上側の傾斜面に沿って摺動するように構成されている。摺動子の上下には、傾斜面に沿って滑る摩擦面がそれぞれ形成されている。傾斜すべり支承は、摺動子が傾斜面を摺動することにより、摺動子と傾斜面との摩擦抵抗力による減衰力と、自重による復元力と、を得るように構成されている。

このように、傾斜すべり支承は、免震装置に必要な荷重支持機能、減衰機能、および復元機能を有している。また、傾斜すべり支承は、周期特性を有していないことから地震の特性の影響を受けにくく共振しないこと、建物が不整形であったり偏荷重であったり荷重の変動があったりする場合でも捩れが生じにくいこと、残留変位がわずかで累計しないため、地震後に建物を継続して使用可能であるという特徴がある。
なお、特許文献１には、摺動子と傾斜面との摩擦係数μと、傾斜面の傾斜角度θとの関係を、ｔａｎθ＝（０．２〜０．４）μ程度とすることで残留変位を抑制できることが開示されている。

特開２０１３−１３０２１６号公報

摺動子には、傾斜面の傾斜角度が切り替わる箇所を通過する際に、衝撃による加速度が生じることになる。発生した地震が中小地震の場合、摺動子が傾斜角度が切り替わる箇所を頻繁に通過して加速度が生じるため、免震性能上の問題はないが、居住性が悪いという問題がある。
また、摺動子が傾斜面を摺動する際に、摺動面に引っ掛かったり滑ったりを繰り返すスティックスリップ現象が発生し、高周波成分を有する加速度が発生するという問題もある。
また、すべり免震支承が設けられた構造物の上層階および下層階には、すべり免震支承の上側の上部構造に起因して生じる高周波（高次モード）成分により、中間階に比べて大きな加速度が生じるという問題もある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、摺動子が傾斜面の傾斜角度が切り替わる箇所を通過する際に生じる加速度、スティックスリップ現象の衝撃によって生じる加速度、および、構造物の上階層や下階層に生じる中層階よりも大きな加速度を低減させることができる免震機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る免震機構は、水平方向に相対変位可能な下部構造体と上部構造体との間に設けられる免震機構において、前記下部構造体の上部に設けられ、一の水平方向に沿って下側に凸となるＶ字形状に形成された下部摺動面を有する下部案内部と、前記上部構造体の底部に設けられ、前記一の水平方向に直交する他の水平方向に沿って上側に凸となる逆Ｖ字形状に形成された上部摺動面を有する上部案内部と、前記下部摺動面と前記上部摺動面との間に配置され、前記下部摺動面に沿って前記下部案内部と前記一の水平方向に相対変位可能であるともに、前記上部摺動面に沿って前記上部案内部と前記他の水平方向に相対変位可能な摺動子と、を有し、前記摺動子は、前記下部摺動面を摺動可能な下部摺動部と、前記下部摺動部の上側に配置されて前記上部摺動面を摺動可能な上部摺動部と、前記下部摺動部と前記上部摺動部との間に配置され前記下部摺動部と前記上部摺動部とを水平方向に相対移動可能に支持する積層ゴムと、を有し、前記下部構造体と前記上部構造体とが水平方向に相対変位すると、該相対変位に追従して前記積層ゴムが水平方向に変形し、前記積層ゴムの原位置に対する水平変位が所定の水平変位設定値を超えた後に、前記摺動子が前記下部摺動面および前記上部摺動面の少なくとも一方で摺動するように構成され、前記下部摺動部と前記上部摺動部との水平方向の相対変位量の最大値は、前記積層ゴムの厚さ寸法の２倍以下に設定され、前記積層ゴムは、水平方向の変形量が前記積層ゴムの厚さ寸法の２倍以下の場合には弾性変形し塑性変形しないことを特徴とする。

本発明では、地震が生じ、下部構造体と上部構造体とが水平方向に相対変位すると、まず、摺動子は上部摺動面および下部摺動面に対して摺動せずに、積層ゴムのみが変形する。ここから更に下部構造体と上部構造体とが水平方向に相対変位して、積層ゴムの原位置に対する水平変位が所定の水平変位設定値を超えると、摺動子が上部摺動面および下部摺動面に対して摺動し始める。
これにより、摺動子が傾斜面（下部摺動面、上部摺動面）の傾斜角度が切り替わる箇所を通過する際に衝撃が生じたり、スティックスリップ現象の衝撃が生じたりした場合でも、積層ゴムが変形することにより衝撃を吸収できるため、摺動子に生じる加速度を低減させることができる。
また、傾斜滑り支承のみの免震機構と比べて、積層ゴムの変形によって免震機構の上部の構造に起因する高周波成分を低減させることができるため、構造物の上階層や下階層に生じる加速度を低減させることができる。
そして、下部摺動部と上部摺動部との水平方向の相対変位量の最大値は、積層ゴムの厚さ寸法の２倍以下に設定され、積層ゴムは、水平方向の変形量が積層ゴムの厚さ寸法の２倍以下の場合には弾性変形し塑性変形しないことにより、積層ゴムに確実に減衰性能が付与されるため、加速度の低減効果を高めることができる。

また、本発明に係る免震機構では、前記積層ゴムのせん断剛性Ｋｒｂは、前記積層ゴムのせん断剛性Ｋｒｂ＝（前記上部構造体の自重Ｗ×摩擦係数μ+ｔａｎ傾斜角度θ）／前記摺動子の前記積層ゴムに設定する最大変位量Δｍａｘで設定されていてもよい。
このような構成とすることにより、摺動子が傾斜面の傾斜角度が切り替わる箇所を通過する際に生じる加速度、スティックスリップ現象の衝撃によって生じる加速度、および、構造物の上階層や下階層に生じる中層階よりも大きな加速度をより低減させることができる。傾斜角度θとは、下部摺動面および上部摺動面の傾斜角度を示している。

また、本発明に係る免震機構では、前記積層ゴムは、上下方向から見て縁部が前記下部摺動部および前記上部摺動部よりも外側に突出し、前記縁部が前記下部摺動部および前記上部摺動部に固定された支持具で上下方向から挟持されていてもよい。
このような構成とすることにより、積層ゴムを下部摺動部および上部摺動部に確実に固定することができる。また、積層ゴムの上下方向から見た形状を下部摺動部および上部摺動部よりも大きくすることができるため、下部摺動部および上部摺動部の形状にかかわらず積層ゴムの形状を設定することができる。

本発明によれば、摺動子が傾斜面の傾斜角度が切り替わる箇所を通過する際に生じる加速度、スティックスリップ現象の衝撃によって生じる加速度、および、構造物の上階層や下階層に生じる中層階よりも大きな加速度を低減させることができる。

本発明の実施形態による免震機構の一例を示す分解斜視図である。本発明の実施形態による免震機構を上方から見た図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。図２のＢ−Ｂ線断面図である。（ａ）は下部構造体と上部構造体とがＸ方向に相対変位し始めた状態を説明する図、（ｂ）は（ａ）よりも多く下部構造体と上部構造体とがＸ方向に相対変位した状態を説明する図である。本実施形態による免震機構の復元特性を説明する図である。構造部の頂部における応答加速度波形のフーリエ振幅スペクトル（ＥＬＣｅｎｔｒｏ)を示すグラフである。解析対象の構造物の形状と解析モデルを示す図である。（ａ）はケース１の加振波形における各階の最大応答変位の比較を示す図、（ｂ）はケース１の加振波形における各階の最大応答加速度の比較を示す図、（ｃ）はケース１の加振波形における摺動子の積層ゴムに生じる変位と残留変位との比較を示す図である。（ａ）はケース２の加振波形における各階の最大応答変位の比較を示す図、（ｂ）はケース２の加振波形における各階の最大応答加速度の比較を示す図、（ｃ）はケース２の加振波形における摺動子の積層ゴムに生じる変位と残留変位との比較を示す図である。（ａ）はケース３の加振波形における各階の最大応答変位の比較を示す図、（ｂ）はケース３の加振波形における各階の最大応答加速度の比較を示す図、（ｃ）はケース３の加振波形における摺動子の積層ゴムに生じる変位と残留変位との比較を示す図である。（ａ）はケース４の加振波形における各階の最大応答変位の比較を示す図、（ｂ）はケース４の加振波形における各階の最大応答加速度の比較を示す図、（ｃ）はケース４の加振波形における摺動子の積層ゴムに生じる変位と残留変位との比較を示す図である。（ａ）はケース５の加振波形における各階の最大応答変位の比較を示す図、（ｂ）はケース５の加振波形における各階の最大応答加速度の比較を示す図、（ｃ）はケース５の加振波形における摺動子の積層ゴムに生じる変位と残留変位との比較を示す図である。（ａ）はケース６の加振波形における各階の最大応答変位の比較を示す図、（ｂ）はケース６の加振波形における各階の最大応答加速度の比較を示す図、（ｃ）はケース６の加振波形における摺動子の積層ゴムに生じる変位と残留変位との比較を示す図である。（ａ）はケース７の加振波形における各階の最大応答変位の比較を示す図、（ｂ）はケース７の加振波形における各階の最大応答加速度の比較を示す図、（ｃ）はケース７の加振波形における摺動子の積層ゴムに生じる変位と残留変位との比較を示す図である。（ａ）はケース１の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが４ｃｍの場合の各階の応答変位を示す図、（ｂ）はケース１の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが４ｃｍの場合の各階の応答加速度を示す図である。（ａ）はケース２の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが４ｃｍの場合の各階の応答変位を示す図、（ｂ）はケース２の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが４ｃｍの場合の各階の応答加速度を示す図である。（ａ）はケース３の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが４ｃｍの場合の各階の応答変位を示す図、（ｂ）はケース３の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが４ｃｍの場合の各階の応答加速度を示す図である。（ａ）はケース４の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが４ｃｍの場合の各階の応答変位を示す図、（ｂ）はケース４の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが４ｃｍの場合の各階の応答加速度を示す図である。（ａ）はケース５の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが４ｃｍの場合の各階の応答変位を示す図、（ｂ）はケース５の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが４ｃｍの場合の各階の応答加速度を示す図である。（ａ）はケース６の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが４ｃｍの場合の各階の応答変位を示す図、（ｂ）はケース６の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが４ｃｍの場合の各階の応答加速度を示す図である。（ａ）はケース７の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが４ｃｍの場合の各階の応答変位を示す図、（ｂ）はケース７の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが４ｃｍの場合の各階の応答加速度を示す図である。（ａ）はケース１の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが８ｃｍの場合の各階の応答変位を示す図、（ｂ）はケース１の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが８ｃｍの場合の各階の応答加速度を示す図である。（ａ）はケース２の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが８ｃｍの場合の各階の応答変位を示す図、（ｂ）はケース２の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが８ｃｍの場合の各階の応答加速度を示す図である。（ａ）はケース３の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが８ｃｍの場合の各階の応答変位を示す図、（ｂ）はケース３の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが８ｃｍの場合の各階の応答加速度を示す図である。（ａ）はケース４の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが８ｃｍの場合の各階の応答変位を示す図、（ｂ）はケース４の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが８ｃｍの場合の各階の応答加速度を示す図である。（ａ）はケース５の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが８ｃｍの場合の各階の応答変位を示す図、（ｂ）はケース５の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが８ｃｍの場合の各階の応答加速度を示す図である。（ａ）はケース６の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが８ｃｍの場合の各階の応答変位を示す図、（ｂ）はケース６の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが８ｃｍの場合の各階の応答加速度を示す図である。（ａ）はケース７の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが８ｃｍの場合の各階の応答変位を示す図、（ｂ）はケース７の加振波形における積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが８ｃｍの場合の各階の応答加速度を示す図である。（ａ）はケース１の加振波形における最大変位量と残留変位との比較を示すグラフ、（ｂ）はケース２の加振波形における最大変位量と残留変位との比較を示すグラフ、（ｃ）はケース３の加振波形における最大変位量と残留変位との比較を示すグラフ、（ｄ）はケース４の加振波形における最大変位量と残留変位との比較を示すグラフ、（ｅ）はケース５の加振波形における最大変位量と残留変位との比較を示すグラフ、（ｆ）はケース６の加振波形における最大変位量と残留変位との比較を示すグラフ、（ｇ）はケース７の加振波形における最大変位量と残留変位との比較を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態による免震機構１について、図１〜図７に基づいて説明する。
図１および図２に示す本実施形態による免震機構１は、下部構造体１１（図３および図４参照）と上部構造体１２（図３および図４参照）との間の免震層１３（図３および図４参照）に設けられている。本実施形態では、免震機構１は、免震層１３に複数設けられているものとする。免震層１３に設けられた複数の免震機構１は、それぞれ同じ形態としている。
免震機構１は、下部構造体１１の上部に固定された下部案内部２と、上部構造体１２の底部に固定された上部案内部３と、下部案内部２と上部案内部３との間に配置された摺動子４と、を有している。

図３に示すように、下部案内部２は、摺動子４が摺動する下部摺動面２１を有する本体部２２と、本体部２２の下部に連結されて下部構造体１１に固定される固定部２３と、を有している。なお、図２では、固定部２３を省略している。
本体部２２は、長尺の略直方体となるブロック状に形成され、一の水平方向に延びる向きに配置されている。一の水平方向をＸ方向とし、一の水平方向に直交する他の水平方向をＹ方向とする。本体部２２の上面は、Ｘ方向に沿ってＸ方向の略中央部が下側に凸となる略Ｖ字形状の傾斜面に形成されている。この本体部２２の上面が下部摺動面２１となっている。下部摺動面２１の略中央部の屈曲している部分を下部屈曲部２１１とする。また、下部摺動面２１のうち、下部屈曲部２１１からＸ方向の一方側を第１下部摺動面２１２とし、下部屈曲部２１１からＸ方向の他方側を第２下部摺動面２１３とする。

第１下部摺動面２１２および第２下部摺動面２１３は、それぞれ平面となる傾斜面に形成されている。第１下部摺動面２１２および第２下部摺動面２１３の水平面に対する傾斜角度は、互いに同じ値（傾斜角度θ）に設定されている。
第１下部摺動面２１２および第２下部摺動面２１３には、摺動子４との摩擦を低減させるようにステンレスやメッキ鋼板あるいはテフロン（登録商標）などの滑り材がそれぞれ設けられている。
図４に示すように、本体部２２の両側面（Ｙ方向の両側の端面）２２１，２２１は、それぞれＹ方向を向く略垂直面となるように形成されている。

図３および図４に示すように、固定部２３は、板状に形成され、板面が水平面となる向きで本体部２２の下面と接合されている。固定部２３は、本体部２２よりもＸ方向およびＹ方向に大きい略長方形状に形成され、本体部２２よりもＸ方向およびＹ方向に突出している。固定部２３は、下部構造体１１の上面に固定されている。

図４に示すように、上部案内部３は、摺動子４が摺動する上部摺動面３１を有する本体部３２と、本体部３２の上部に連結されて上部構造体１２に固定される固定部３３と、を有している。なお、図２では、固定部３３を省略している。
本体部３２は、長尺の略直方体となるブロック状に形成され、Ｙ方向に延びる向きに配置されている。本体部３２の下面は、Ｙ方向に沿ってＹ方向の略中央部が上側に凸となる略逆Ｖ字形状の傾斜面に形成されている。この本体部３２の下面が上部摺動面３１となっている。上部摺動面３１の略中央部の屈曲している部分を上部屈曲部３１１とする。また、上部摺動面３１のうち、上部屈曲部３１１からＹ方向の一方側を第１上部摺動面３１２とし、上部屈曲部３１１からＹ方向の他方側を第２上部摺動面３１３とする。

第１上部摺動面３１２および第２上部摺動面３１３は、それぞれ平面となる傾斜面に形成されている。第１上部摺動面３１２および第２上部摺動面３１３の水平面に対する傾斜角度は、互いに同じ値（傾斜角度θ）に設定されている。この傾斜角度θは、第１下部摺動面２１２および第２下部摺動面２１３の水平面に対する傾斜角度θと同じ値となっている。
第１上部摺動面３１２および第２上部摺動面３１３には、摺動子４との摩擦を低減させるようにステンレスやメッキ鋼板あるいはテフロン（登録商標）などの滑り材がそれぞれ設けられている。
図３に示すように、本体部３２の両側面（Ｘ方向の両側の端面）３２１，３２１は、それぞれＸ方向を向く略垂直面となるように形成されている。

図３および図４に示すように、固定部３３は、板状に形成され、板面が水平面となる向きで本体部３２の上面と接合されている。固定部３３は、本体部３２よりもＸ方向およびＹ方向に大きい略長方形状に形成され、本体部３２よりもＸ方向およびＹ方向に突出している。固定部３３は、上部構造体１２の下面に固定されている。

このような下部案内部２と上部案内部３とは、上下方向に間をあけて重なるように配置され、下部案内部２と上部案内部３とが上下方向に重なる交差部１０に摺動子４が配置されている。

図３および図４に示すように、摺動子４は、下部摺動面２１と当接する下部当接面４１を有する下部摺動部４２と、上部摺動面３１と当接する上部当接面４３を有する上部摺動部４４と、下部摺動部４２と上部摺動部４４との間に配置される積層ゴム４５と、を有している。さらに、本実施形態では、下部摺動部４２のＹ方向の両縁部それぞれから下側に突出し下部案内部２の本体部２２のＹ方向の両側にそれぞれ配置される一対の下部ガイド部４６，４６と、上部摺動部４４のＸ方向の両縁部それぞれから上側に突出し上部案内部３の本体部３２のＸ方向の両側にそれぞれ配置される一対の上部ガイド部４７，４７と、を有している。

下部摺動部４２は、平面視形状（上方から見た形状）が略正方形となるブロック状に形成されている。
一対の下部ガイド部４６，４６は、互いにＹ方向に間隔をあけて配置されている。一対の下部ガイド部４６，４６の間隔は、下部案内部２の本体部２２のＹ方向の寸法よりもやや大きく形成されている。一対の下部ガイド部４６，４６における互いにＹ方向に対向する内側面４６１，４６１は、鉛直面に形成されている。
下部摺動部４２の下面のうちの一対の下部ガイド部４６，４６の間の領域に下部当接面４１が形成されている。

下部摺動部４２は、下部案内部２の上側に配置されると、下部当接面４１が下部案内部２の下部摺動面２１と当接し、一対の下部ガイド部４６，４６が下部案内部２の本体部２２のＹ方向の両側方に配置される。図４に示すように、一対の下部ガイド部４６，４６それぞれの内側面４６１，４６１は、本体部２２の側面（Ｙ方向の端面）２２１，２２１と対向している。本実施形態では、一対の下部ガイド部４６，４６それぞれの内側面４６１，４６１に滑り材４６２，４６２が設けられていて、滑り材４６２，４６２が本体部２２の側面２２１，２２１と当接している。

図３に示すように、下部当接面４１は、Ｘ方向に沿ってＸ方向の略中央部が下側に凸となる略Ｖ字形状の傾斜面に形成されている。この下部当接面４１のＸ方向の略中央部の屈曲している部分を下部屈曲部４１１とする。
また、下部当接面４１のうち、下部屈曲部４１１よりもＸ方向の一方側を第１下部当接面４１２とし、下部屈曲部４１１よりもＸ方向の他方側を第２下部当接面４１３とする。
第１下部当接面４１２および第２下部当接面４１３には、それぞれテフロン（登録商標）などの滑り材４１４がそれぞれ設けられている。
下部摺動部４２の上面は略水平面に形成され、積層ゴム４５が接続されている。

上部摺動部４４は、平面視形状（上方から見た形状）が略正方形となるブロック状に形成されている。
一対の上部ガイド部４７，４７は、互いにＸ方向に間隔をあけて配置されている。一対の上部ガイド部４７，４７の間隔は、上部案内部３の本体部２２のＸ方向の寸法よりもやや大きく形成されている。一対の上部ガイド部４７，４７における互いにＸ方向に対向する内側面４７１，４７１は、鉛直面に形成されている。
上部摺動部４４の下面のうちの一対の上部ガイド部４７，４７の間の領域に上部当接面４３が形成されている。

図４に示すように、上部摺動部４４は、上部案内部３の下側に配置されると、上部当接面４３が上部案内部３の下部摺動面２１と当接し、一対の上部ガイド部４７，４７が上部案内部３の本体部３２のＸ方向の両側方に配置される。図３に示すように、一対の上部ガイド部４７，４７それぞれの内側面４７１，４７１は、本体部３２の側面（Ｘ方向の両側の端面）３２１，３２１と対向している。本実施形態では、一対の上部ガイド部４７，４７それぞれの内側面４７１，４７１に滑り材４７２，４７２が設けられていて、滑り材４７２，４７２が本体部３２の側面３２１，３２１と当接している。

図４に示すように、上部当接面４３は、Ｙ方向に沿ってＸ方向の略中央部が上側に凸となる略逆Ｖ字形状の傾斜面に形成されている。この上部当接面４３のＹ方向の略中央部の屈曲している部分を上部屈曲部４３１とする。
また、上部当接面４３のうち、上部屈曲部４３１よりもＹ方向の一方側を第１上部当接面４３２とし、上部屈曲部４３１よりもＹ方向の他方側を第２上部当接面４３３とする。
第１上部当接面４３２および第２上部当接面４３３には、それぞれテフロン（登録商標）などの滑り材４３４がそれぞれ設けられている。
上部摺動部４４の下面は略水平面に形成され、積層ゴム４５が接続されている。
下部摺動部４２の上面と上部摺動部４４の下面とは、略同じ正方形に形成され、積層ゴムを介して上下方向に重なっている。下部摺動部４２の上面の縁部と上部摺動部４４の下面の縁部とは、上下方向に重なっている。

図３および図４に示すように、積層ゴム４５は、ゴムと薄鋼板とを鉛直に積層した公知の構造のもので、水平方向に弾性変形可能に構成され、下部摺動部４２と上部摺動部４４とを水平方向に相対移動可能に連結している。
積層ゴム４５は、上下方向から見た形状が下部摺動部４２の上面および上部摺動部４４の下面よりも大きい正方形に形成され、下部摺動部４２の上面と上部摺動部４４の下面との間に配置された状態で、縁部４５ａが下部摺動部４２の縁部４２ａおよび上部摺動部４４の縁部４４ａよりも外側に突出している。
積層ゴム４５は、下部摺動部４２の上面および上部摺動部４４の下面それぞれに固定されているとともに、下部摺動部４２および上部摺動部４４に固定された支持具４８に支持されている。

支持具４８は、下部摺動部４２に固定されて積層ゴム４５の下面の縁部近傍と当接する下側支持具４８１と、上部摺動部４４に固定されて積層ゴム４５の上面の縁部近傍と当接する上側支持具４８２と、を有している。
下側支持具４８１は、四方枠状に形成され、下部摺動部４２の側面の上縁部に沿って配置されている。下側支持具４８１は、下部摺動部４２の側面に当接して固定される下側固定板部４８１ａと、積層ゴム４５の下面の縁部近傍に当接して積層ゴム４５を支持する下側支持板部４８１ｂと、を有している。

上側支持具４８２は、下側支持具４８１と上下方向に対称となる四方枠状に形成され、上部摺動部４４の側面の下縁部に沿って配置されている。上側支持具４８２は、上部摺動部４４の側面に当接して固定される上側固定板部４８２ａと、積層ゴム４５の上面の縁部近傍に当接して積層ゴム４５を支持する上側支持板部４８２ｂと、を有している。
積層ゴム４５の縁部近傍は、下側支持板部４８１ｂと上側支持板部４８２ｂとに上下方向から挟持されている。

積層ゴム４５は、下部摺動部４２と上部摺動部４４とが水平方向に相対変位すると、下部摺動部４２と上部摺動部４４との相対変位に追従してゴム部分が弾性変形する。
そして、弾性変形したゴム部分の復元力（弾性すべり復元力）により下部摺動部４２と上部摺動部４４とが原位置に復元されるように構成されている。

本実施形態では、積層ゴム４５は、せん断剛性Ｇ＝０．３４〜０．３９Ｎ／ｍｍ^２（Ｇ４〜Ｇ１０）程度で、厚さ寸法（ゴム厚）は２〜４ｃｍとしている。
下部摺動部４２と上部摺動部４４との水平方向の相対変位量の最大値は、積層ゴム４５の厚さ寸法の２倍以下となるように設定され、本実施形態では４〜８ｃｍとしている。積層ゴム４５は、水平方向の変位量が積層ゴム４５の厚さ寸法の２倍（２００％）以下の場合には、塑性変形せずに弾性変形するように設計されている。
例えば、積層ゴム４５の厚さ寸法が２ｃｍの場合は、下部摺動部４２と上部摺動部４４との水平方向の相対変位量の最大値が４ｃｍとなり、積層ゴム４５の水平方向の変位量が０〜４ｃｍの場合には、塑性変形せずに弾性変形するように設計されている。
摺動子４の平面寸法は、面積が４×長期支持荷重／（摩擦材の基準面圧）程度となるように設定されている。

このような構成の免震機構１は、図５および図６に示すように、地震が生じて下部構造体１１と上部構造体１２とが水平方向に相対変位すると、下部構造体１１に設けられた下部案内部２と上部構造体１２に設けられた上部案内部３との相対変位に追従して積層ゴム４５が変形するとともに、摺動子４が下部摺動面２１および上部摺動面３１を摺動する。

図３および図４に示すように免震機構１の初期状態（通常時）では、積層ゴム４５は変形せず、摺動子４は下部案内部２および上部案内部３に対して原位置に配置されている。原位置に配置された摺動子４は、第１下部当接面４１２が下部案内部２の第１下部摺動面２１２と当接し、第２下部当接面４１３が下部案内部２の第２下部摺動面２１３と当接し、第１上部当接面４３２が上部案内部３の第１上部摺動面３１２と当接し、第２上部当接面４３３が上部案内部３の第２上部摺動面３１３と当接している。

図５（ｂ）に示すように、摺動子４は、下部案内部２に対して原位置からＸ方向の一方側に移動すると、第１下部当接面４１２が第１下部摺動面２１２と当接しているが、第２下部当接面４１３が第２下部摺動面２１３から離間した状態で第１下部摺動面２１２を上るように下部摺動面２１を摺動する。摺動子４は、下部案内部２に対して原位置からＸ方向の他方側に移動すると、第２下部当接面４１３が第２下部摺動面２１３と当接しているが、第１下部当接面４１２が第１下部摺動面２１２から離間した状態で第２下部摺動面２１３を上るように下部摺動面２１を摺動する。

また、摺動子４は、上部案内部３に対して原位置からＹ方向の一方側に移動すると、第１上部当接面４３２が第１上部摺動面３１２と当接しているが、第２上部当接面４３３が第２上部摺動面３１３から離間した状態で第１上部摺動面３１２を下るように上部摺動面３１を摺動する。摺動子４は、上部案内部３に対して原位置からＹ方向の他方側に移動すると、第２上部当接面４３３が第２上部摺動面３１３と当接しているが、第１上部当接面４３２が第１上部摺動面３１２から離間した状態で第２上部摺動面３１３を下るように上部摺動面３１を摺動する。

このように摺動子４は、下部案内部２および上部案内部３に対して上ったり下ったりすることで高さ寸法が変化することになる。しかしながら、本実施形態では、免震層１３に設けられた複数の免震機構１は、それぞれの傾斜角度θが同じ値であるため、地震が生じてそれぞれの下部案内部２と上部案内部３とが水平方向に相対変位しても、免震機構１それぞれの上端部は同じ高さとなり、免震機構１それぞれの下端部は同じ高さに配置される。
これにより、下部構造体１１と上部構造体１２とが水平方向に相対変位しても、上部構造体１２が水平に維持される。

免震機構１では、摺動子４と下部案内部２とがＸ方向に相対変位すると、摺動子４が下部案内部２の下部摺動面２１を上るように下部案内部２と相対変位するため、摺動子４と下部案内部２との相対変位がポテンシャルエネルギー（位置エネルギー）として蓄積され、摺動子４が原位置に復元するための復元力（傾斜復元力）となる。摺動子４と上部案内部３とがＹ方向に相対変位すると、上部案内部３が摺動子４の上部当接面４３の傾斜面を上るように摺動子４と相対変位するため、摺動子４と上部案内部３との相対変位がポテンシャルエネルギー（位置エネルギー）として蓄積され、摺動子４が原位置に復元するための復元力（傾斜復元力）となる。
上部案内部３に作用する鉛直荷重をＷとすると、傾斜復元力（水平力）Ｆは水平面に対する傾斜角度θをとしてＦ＝Ｗｔａｎθと表される。

本実施形態では、図５（ａ）に示すような下部構造体１１と上部構造体１２との相対変位量が微小な場合には、積層ゴム４５が変形するのみで、摺動子４は下部摺動面２１および上部摺動面３１を摺動せず、図５（ｂ）に示すような上部構造体１２と下部構造体１１との相対変位量が大きくなり、積層ゴム４５の原位置に対する水平変位が所定の水平変位設定値を超えた場合には、摺動子４が下部摺動面２１および上部摺動面３１を摺動するように構成されている。

本実施形態による免震機構１（傾斜弾性すべり支承）の復元力特性（荷重−変形関係）を図６に示す。すべりを生じた後の摩擦抵抗力μＷは、一般的に傾斜復元力Ｗｔａｎθより大きく、両者を合成したものが免震機構１の復元力特性となる。

次に、上述した本実施形態による免震機構１の作用・効果について図面を用いて説明する。
上述した本実施形態による免震機構１では、地震が生じ、下部構造体１１と上部構造体１２とが水平方向に相対変位すると、まず、摺動子４は上部摺動面および下部摺動面２１に対して摺動せずに、積層ゴム４５のみが変形する。ここから更に下部構造体１１と上部構造体１２とが水平方向に相対変位して、積層ゴム４５の原位置に対する水平変位が所定の水平変位設定値を超えると、摺動子４が上部摺動面および下部摺動面２１に対して摺動し始める。
これにより、摺動子４が傾斜面の傾斜角度が切り替わる箇所を通過する際に衝撃が生じたり、スティックスリップ現象の衝撃が生じたりした場合でも、積層ゴム４５が変形することにより衝撃を吸収できるため、摺動子４に生じる加速度を低減させることができる。

また、図７に示すように、傾斜滑り支承のみの免震機構と比べて、積層ゴム４５の変形によって免震機構の上部の構造に起因する高周波成分を低減させることができるため、構造物の上階層や下階層に生じる加速度を低減させることができる。
そして、下部摺動部４２と上部摺動部４４との水平方向の相対変位量の最大値が、積層ゴム４５の厚さ寸法の２倍以下に設定され、積層ゴム４５は、水平方向の変形量が厚さ寸法の２倍以下の場合には弾性変形し塑性変形しないことにより、積層ゴム４５に確実に減衰性能が付与されるため、加速度の低減効果を高めることができる。

また、積層ゴム４５は、上下方向から見て縁部が下部摺動部４２および上部摺動部４４よりも外側に突出し、縁部が下部摺動部４２および上部摺動部４４に固定された支持具４８で上下方向から挟持されている。これにより、積層ゴム４５を下部摺動部４２および上部摺動部４４に確実に固定することができる。また、積層ゴム４５の上下方向から見た形状を下部摺動部４２および上部摺動部４４よりも大きくすることができるため、下部摺動部４２および上部摺動部４４の形状にかかわらず積層ゴム４５の形状を設定することができる。

次に、本実施形態による免震機構１（「傾斜弾性すべり支承」とする）、積層ゴム支承（「ＬＲＢ」とする）、および傾斜すべり支承の減衰性能について解析行った。以下に、解析内容と解析結果について説明する。
図８に示すように、解析対象となる構造物は、３階建ＲＣ造の建物で、平面形状が２８ｍ×２１ｍの長方形となっている。免震層１３は、地盤と１階の間に介在している。免震層１３には、７ｍピッチで免震支承が設置されている。

構造物の各階の重量ｍ１〜ｍ４、水平剛性ｋ１〜ｋ３、全重量Ｗは、以下のように設定されている。
ｍ１＝１１９９２００（ｋｇ）
ｍ４＝ｍ３＝ｍ２＝７１９５００（ｋｇ）
ｋ１＝ｋ２＝ｋ３＝３．２５ｅ９（Ｎ／ｍ）
Ｗ＝（ｍ１＋ｍ２＋ｍ３＋ｍ４）×９．８＝３２９０５４６０（Ｎ）

各免震支承の仕様は、以下のように設定されている。
ＬＲＢ（鉛プラグ入り積層ゴム）：せん断剛性Ｇ＝０．３９（Ｎ／ｍｍ^２）
傾斜すべり支承：摩擦係数μ＝０．０５、傾斜角度θ＝１．５°（理論加速度：０．７６ｍ／ｓ^２）、積層ゴムのせん断剛性ｋ_ｒｂ＝{Ｗ×（０．０５＋ｔａｎ１．５°）}／摺動子４の積層ゴムに設定する最大変位量Δ_ｍａｘ
傾斜弾性すべり支承：摩擦係数μ＝０．０５、傾斜角度θ＝１．５°（理論加速度：０．７６ｍ／ｓ^２）、積層ゴムのせん断剛性ｋ_ｒｂ＝{Ｗ×（０．０５＋ｔａｎ１．５°）}／摺動子４の積層ゴムに設定する最大変位量Δ_ｍａｘ

傾斜弾性すべり支承の摺動子４の積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘ＝１〜８ｃｍとし、傾斜弾性すべり支承の摺動子４の積層ゴムの減衰定数ｈを無し、ｈ＝１〜５％とする。
計算用地震波には、以下の表のケース１〜７の加振波形を採用する。

図９〜図１５に加振波形のケース１〜７毎の各階の最大応答変位の比較、各階の最大応答加速度の比較、摺動子の積層ゴムに生じる変位と残留変位との比較を示す。
最大応答変位の比較、最大応答加速度の比較の図には、免震装置をＬＲＢとした結果および傾斜滑り支承とした結果も記載している。また、応答加速度の比較の図には、免震層１３の上部構造体１２を剛体でモデル化した理論値を表記している。
図１６〜図２２に、加振波形のケース１〜７毎の積層ゴムの最大変位量Δ_ｍａｘが４ｃｍ、減衰定数ｈ（０％〜５％）の場合の各階の応答変位および応答加速度を示し、図２３〜図２９には、加振波形のケース１〜７毎の最大変位量Δ_ｍａｘが８ｃｍ、減衰定数ｈ（０％〜５％）の場合の各階の応答変位および応答加速度を示す。
また、図３０（ａ）〜（ｇ）に、加振波形のケース１〜７毎の積層ゴムの減衰定数ｈ（０％〜５％）の場合の免震層の最大変位量と残留変位との比較を示す。

以上のことより、傾斜弾性すべり支承の積層ゴムは、最大変形量を４ｃｍ以上に設定すれば、傾斜すべり支承の課題である減衰力不足を解消し、理論加速度（０．７６ｍ／ｓ^２）に近づくことがわかる。また、ＬＲＢの応答結果（加速度）よりも小さく高い免震性能が得られることがわかる。特に、積層ゴムのせん断剛性ｋ_ｒｂ＝{Ｗ×（０．０５＋ｔａｎ１．５°）}／摺動子４の積層ゴムに設定する最大変位量Δ_ｍａｘとすることでより高い免震性能を得られることがわかる。
傾斜すべり支承の残留変位は、傾斜すべり支承と同等に約０となることがわかる。傾斜弾性支承の積層ゴムの減衰による上部構造物の計算結果（応答変位と応答加速度）には、あまり違いが無かったが、残留変位の差異が大きいことがわかる。
減衰定数０〜５％の計算結果（応答変位、応答加速度、残留変位）より、無減衰とせずｈ≧１％の減衰を付与すればいずれの応答結果も略同じとなることがわかる。

以上、本発明による免震機構１の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、積層ゴム４５は、上下方向から見た形状が下部摺動部４２の上面および上部摺動部４４の下面よりも大きい正方形に形成され、下部摺動部４２の上面と上部摺動部４４の下面との間に配置された状態で、縁部４５ａが下部摺動部４２の上面の縁部４２ａおよび上部摺動部４４の下面の縁部４４ａよりも外側に突出している。そして、積層ゴム４５の縁部４５ａは、下部摺動部４２および上部摺動部４４に固定された支持具４８で上下方向から挟持されている。これに対し、積層ゴム４５は、上下方向から見た形状が下部摺動部および上部摺動部４４よりも外側に突出していなくてもよいし、下部摺動部および上部摺動部４４への固定手段も適宜設定されてよい。
また、上記の実施形態では、積層ゴム４５の厚さ寸法を２ｃｍから４ｃｍとしているが、積層ゴム４５の厚さ寸法は適宜設定されてよい。

１免震機構
２下部案内部
３上部案内部
４摺動子
１１下部構造体
１２上部構造体
１３免震層
２１下部摺動面
３１上部摺動面
４１下部当接面
４２下部摺動部
４３上部当接面
４４上部摺動部
４５積層ゴム
４８支持具

Claims

水平方向に相対変位可能な下部構造体と上部構造体との間に設けられる免震機構において、
前記下部構造体の上部に設けられ、一の水平方向に沿って下側に凸となるＶ字形状に形成された下部摺動面を有する下部案内部と、
前記上部構造体の底部に設けられ、前記一の水平方向に直交する他の水平方向に沿って上側に凸となる逆Ｖ字形状に形成された上部摺動面を有する上部案内部と、
前記下部摺動面と前記上部摺動面との間に配置され、前記下部摺動面に沿って前記下部案内部と前記一の水平方向に相対変位可能であるともに、前記上部摺動面に沿って前記上部案内部と前記他の水平方向に相対変位可能な摺動子と、を有し、
前記摺動子は、前記下部摺動面を摺動可能な下部摺動部と、前記下部摺動部の上側に配置されて前記上部摺動面を摺動可能な上部摺動部と、前記下部摺動部と前記上部摺動部との間に配置され前記下部摺動部と前記上部摺動部とを水平方向に相対移動可能に支持する積層ゴムと、を有し、
前記下部構造体と前記上部構造体とが水平方向に相対変位すると、該相対変位に追従して前記積層ゴムが水平方向に変形し、前記積層ゴムの原位置に対する水平変位が所定の水平変位設定値を超えた後に、前記摺動子が前記下部摺動面および前記上部摺動面の少なくとも一方で摺動するように構成され、
前記下部摺動部と前記上部摺動部との水平方向の相対変位量の最大値は、前記積層ゴムの厚さ寸法の２倍以下に設定され、
前記積層ゴムは、水平方向の変形量が前記積層ゴムの厚さ寸法の２倍以下の場合には弾性変形し塑性変形しないことを特徴とする免震機構。
前記積層ゴムのせん断剛性Ｋ_ｒｂは、
前記積層ゴムのせん断剛性Ｋ_ｒｂ＝（前記上部構造体の自重Ｗ×摩擦係数μ+ｔａｎ傾斜角度θ）／前記摺動子の前記積層ゴムに設定する最大変位量Δ_ｍａｘ
で設定されていることを特徴とする請求項１に記載の免震機構。
前記積層ゴムは、上下方向から見て縁部が前記下部摺動部および前記上部摺動部よりも外側に突出し、前記縁部が前記下部摺動部および前記上部摺動部に固定された支持具で上下方向から挟持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の免震機構。