JP2020133331A - 構造物用固有周期変換型支承装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で取付けが容易な長周期地震にも対応可能な構造物用固有周期変換型支承装置を提供することを目的とする。【解決手段】下部構造と上部構造間に上下の一方を上部構造側又は下部構造側に固定し、他方を上部構造側又は下部構造側に対して固定せず弾性体を備えた一方固定弾性支承を配置し、固定しない側の上部構造側又は下部構造側に一方固定弾性支承の水平変位を一定範囲に制限する変位制限部材を配置し、一方固定弾性支承の固定していない側の端部が変位制限部材に到達後の水平剛性を増加するようにすることで構造物に伝達される固有周期を短周期側に変換させ構造物の共振を防止することを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、建築物、橋梁等の構造物の上部構造と下部構造の間に設置さる構造物用固有周期変換型支承装置に関する。

構造物には、その剛性に見合った揺れやすい固有の周期があり、その固有周期と一致した周期の地震動などの外力を受けると、構造物の揺れが大きくなる共振現象が発生する。共振を起こす地震動が作用し続けると、構造物の揺れが徐々に大きくなり、最悪の場合は破壊に至ることになる。

従来、構造物用支承装置として、積層ゴム支承体を用いたものが知られている。積層ゴム支承体は、鉛直方向の硬い剛性で上部構造を支え、水平方向の柔らかい剛性でせん断変形し地震による揺れをゆっくりした周期（固有周期）で低減するようにして構造物への地震力を低減する。

積層ゴム支承体の固有周期については、地震波入力に対する応答の収束傾向から4秒以上の長周期とすることが有効であるとされている。

このため、構造物の共振現象を防止するため、それまでに観測された地震動に含まれない長さの長周期化する技術が複数提案されている。

特開２０１６−２８２０８号公報 特開２０１６−１０６８８０号公報

しかしながら、最近の熊本地震、北海道地震では従来無いとされた周期の長い長周期地震動が観測された。このことによって、長周期成分の地震動を含む長周期地震に対応する必要となった。

現状では、長周期地震に対応するためには、オイルダンパー等を付加して構造物の減衰を大きくして揺れを小さくする対策がなされている。

しかし、オイルダンパーは方向性がありどの方向から来るかわからない地震に対しては信頼性に疑問があり、また、地震による取付け部の損傷が報告されていることや、維持管理等の問題を有している。

本発明は、前記従来技術の持つ問題点を解決する、構造が簡単で取付けが容易な長周期地震にも対応可能な構造物用固有周期変換型支承装置を提供することを目的とする。

本発明の構造物用固有周期変換型支承装置は、前記課題を解決するために、下部構造と上部構造間に上下の一方を上部構造側又は下部構造側に固定し、他方を上部構造側又は下部構造側に対して固定せず弾性体を備えた一方固定弾性支承を配置し、固定しない側の上部構造側又は下部構造側に一方固定弾性支承の水平変位を一定範囲に制限する変位制限部材を配置し、一方固定弾性支承の固定していない側の端部が変位制限部材に到達後の水平剛性を増加するようにすることで構造物に伝達される固有周期を短周期側に変換させ構造物の共振を防止することを特徴とする。

また、本発明の構造物用固有周期変換型支承装置は、上下の一方を一方固定弾性支承と同じく上部構造側又は下部構造側に固定し他方を上部構造側又は下部構造側に対して全方向にスライド可能なスライド面とした鉛直力支持機能を有するスライド支承と、上下を上部構造側と下部構造側に固定し水平力支持機能を有する両方固定弾性支承を配置し機能分離型支承とすることを特徴とする。

また、本発明の構造物用固有周期変換型支承装置は、一方固定弾性支承及び両方固定弾性支承を水平力分散型ゴム支承とすることを特徴とする。

また、本発明の構造物用固有周期変換型支承装置は、一方固定弾性支承及び両方固定弾性支承の弾性体を免震ゴムとすることを特徴とする。

また、本発明の構造物用固有周期変換型支承装置は、変位制限部材が一方固定弾性支承の固定しない側の水平全方向の一定範囲の変位を許容するように配置することを特徴とする。

また、本発明の構造物用固有周期変換型支承装置は、一方固定弾性支承の直交する一方の水平変位を阻止するストッパーを配置し、変位制限部材が一方固定弾性支承の固定しない側の直交する他方の方向の一定範囲の水平変位を許容するように配置することを特徴とする

また、本発明の構造物用固有周期変換型支承装置は、上部構造と下部構造間に構造物に伝達される固有周期を短周期側に変換させる一方固定弾性支承と変位制限部材のセットを複数配置することを特徴とする。

また、本発明の構造物用固有周期変換型支承装置は、変位制限部材の内壁に緩衝材を配置することを特徴とする。

下部構造と上部構造間に上下の一方を上部構造側又は下部構造側に固定し、他方を上部構造側又は下部構造側に対して固定せず弾性体を備えた一方固定弾性支承を配置し、固定しない側の上部構造側又は下部構造側に一方固定弾性支承の水平変位を一定範囲に制限する変位制限部材を配置し、一方固定弾性支承の固定していない側の端部の変位制限部材に到達後の水平剛性を増加するようにすることで構造物に伝達される固有周期を短周期側に変換させ構造物の共振を防止することで、一方固定弾性支承の固定されていない側の端部
が変位制限部材に到達するまでは一方固定弾性支承の弾性体に相対水平変位は伝達されないが、一方固定弾性支承の固定されていない側の端部が変位制限部材に到達後は、一方固定弾性弾性支承の固定されていない側に上部構造又は下部構造の相対水平変位が伝達され弾性体が大きく弾性変形するので支承全体の剛性が増加することになり支承の固有周期が短周期側に変換することが可能になる。
上下の一方を一方固定弾性支承と同じく上部構造側又は下部構造側に固定し他方を上部構造側又は下部構造側に対して全方向にスライド可能なスライド面とした鉛直力支持機能を有するスライド支承と、上下を上部構造側と下部構造側に固定し水平力支持機能を有する両方固定弾性支承を配置し機能分離型支承とすることで、各機能を有する支承を有効に配置することが可能になる。
一方固定弾性支承及び両方固定弾性支承を水平力分散型ゴム支承とすることで、水平力が分散されることで水平変位量を低減すること可能となる。が
一方固定弾性支承及び両方固定弾性支承の弾性体を免震ゴムとすることで、振動エネルギーを減衰することが可能となる。
変位制限部材が一方固定弾性支承の固定しない側の水平全方向の一定範囲の変位を許容するように配置することで、構造物が建築物の場合に有効である。
一方固定弾性支承の直交する一方の水平変位を阻止するストッパーを配置し、変位制限部材が一方固定弾性支承の固定しない側の直交する他方の方向の一定範囲の水平変位を許容するように配置することで、構造物が橋梁の場合、橋軸方向の大きな水平変位による落橋等の事故を防止することが可能となる。
上部構造と下部構造間に構造物に伝達される固有周期を短周期側に変換させる一方固定弾性支承と変位制限部材のセットを複数配置することで、支承全体の剛性の増加量を調整することで所望の短周期の固有周期を達成することが可能となる。
変位制限部材の内壁に緩衝材を配置することで、一方固定弾性支承の固定されない側の端部の急激な衝突による衝撃を緩和し、スライド制限部材の破損を防止することが可能となる。

本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。

本発明の実施形態を図により説明する。図１、図２は、本発明の構造物用固有周期変換型支承装置の一実施形態を示す図である。

構造物の下部構造２に、下部プレート３がアンカーボルト４により固定される。構造物の上部構造５に上部プレート６がセットボルト７により固定される。

構造物用固有周期変換型支承装置１は、下部プレート３と上部プレート６の間に配置される。本願発明の構造物用固有周期変換型支承装置１は、鉛直力支持機能を有する支承と水平力支持機能を有する支承が分離されて配置される機能分離型支承により構成される。

鉛直力支持機能を有する支承は、この実施形態では、一方を下部プレート３に固定ボルト8で固定され他方の面が上部プレート６と水平全方向スライド可能なスライド面としたスライド支承９により構成される。

水平力支持機能を有する支承は、上連結鋼板１０と下連結鋼板１１の間にゴム等の弾性体１２を固定し、上連結鋼板１０と下連結鋼板１１を上部プレート６と下部プレート３に固定ボルト８で固定し全方向の変位に対して弾性体１２が弾性変形する両方固定弾性支承１３により構成される。

固有周期を短周期側に変換する支承は、下連結鋼板１４と上連結鋼板１5の間にゴム等の弾性体１６を固定し、下連結鋼板１４を固定ボルト８で下部プレート3に固定し、上連結鋼板１５を上部プレート6に固定しない一方固定弾性支承１７により構成される。

上部プレート６に固定されない上連結鋼板１５は、水平全方向に変位可能である。上部プレート６に上連結鋼板１５の水平全方向の変位を一定範囲に制限する変位制限部材１８を固定ボルト８で固定する。

図に示される実施形態では、スライド支承９と一方固定弾性支承１７を下部プレート３に固定しているが、スライド支承９と一方固定弾性支承１７を上部プレート６に固定し、変位制限部材１８を下部プレート３に固定しても良い。

一方固定弾性支承１７と両方固定弾性支承１３を水平力分散型ゴム支承とし、水平変位の量を低減することが可能となる。

一方固定弾性支承１７の弾性体１６と両方固定弾性支承１３の弾性体１２を免震ゴムとし、地震による振動を減衰することが可能となる。

図１、図２に示される実施形態では、変位制限部材１８は、一方固定弾性支承１７の水平全方向の変位に対して一定距離変位可能に配置されているが、構造物が建築物の場合、すべての水平変位に対応しても問題がないので建築物に適用することが有効である。

図４、図５は、構造物が橋梁の場合の固有周期を短周期に変換する一方固定弾性支承１７と変位制限部材１８の実施形態を示す。橋梁の場合、橋軸方向の大きな水平変位は落橋等の事故の発生の恐れがあり、橋軸方向の水平変位をできる限り抑えたいという要望がある。そのため、一方固定弾性支承１７の上部の橋軸方向（Ｘ方向）の変位を阻止するストッパー２０を上部プレート６に固定する。上部プレート６には、一方固定弾性支承１７の橋軸と直交する方向（Ｙ方向）の一定範囲の変位を可能とする変位制限部材１８を設置する。

図６、図７により、一方固定弾性支承１７と変位制限部材１８による固有周期を短周期側に変換する作用について説明する。図６は、上部構造５と下部構造２の相対水平変位により、一方固定弾性支承１７の上連結鋼板１５の端部が変位制限部材１８の内壁に接した状態を示す。一方固定弾性支承１７の上連結鋼板１５と上部プレート６との間には若干の隙間があり、弾性体１６には上部構造側からの水平変位は伝達されないため弾性変形しない。

図７は、上部構造５と下部構造２の相対水平変位により、一方固定弾性支承１７の上連結鋼板１５の端部が変位制限部材１８の内壁に接したのち、上部構造５側の水平変位が変位制限部材１８を介して一方固定弾性支承１７の上連結鋼板１5に伝達され、弾性体１６が大きく弾性変形した状態を示す。

図６に示す状態までの小さい水平変位に対しては、スライド弾性支承１７の弾性体１６は弾性変形しないので支承全体の剛性は変化しない、図７に示すように、上部構造側の大きな水平変位が変位制限部材１８を介して一方固定弾性支承１７の上連結鋼板１５に伝達され弾性体１６が大きく弾性変形することで、剛性の変化が０であった弾性体１６の剛性が増加する。

固有周期は、一般式でＴ=2π√（ｍ／ｋ）｛Ｋは固有周期、ｍは質量、ｋは剛性｝で算出され、質量が増加すると固有周期は長周期側に変換され、剛性が増加すると短周期側に変換される。そのため、大きな水平変位が作用すると支承全体の剛性が増加し、固有周期を短周期側に変換して構造物に伝達するので、構造物の長周期地震動による共振が防止することが可能となる。

変位制限部材１８の内壁には、緩衝材１９を設置し、一方固定弾性支承１７の固定されていな側の端部の大きな水平変位による急激な衝突による衝撃を緩和し、破壊を防止する。

図３は、固有周期を短周期側に変換する一方固定弾性支承１７と変位制限部材１８のセットを複数組設置した実施形態を示す。一方固定弾性支承１７と変位制限部材１８のセットを複数組設置することにより、支承全体の剛性の増加量を調整することで所望の短周期の固有周期の変換を達成することが可能となる。

以上のように、本発明の構造物用固有周期変換型支承装置によれば、一方固定弾性支承１７の固定されていない側の端部が変位制限部材１８に到達するまでは一方固定弾性支承１７の弾性体１６に相対水平変位は伝達されないが、一方固定弾性支承１７の上連結鋼板１５の固定されていない側の端部が変位制限部材に到達後は、一方固定弾性支承の固定されていない側の端部を介して上連結鋼板１５に上部構造５又は下部構造２の相対水平変位が伝達され弾性体１６が弾性変形するので支承全体の剛性が増加することになり支承の固有周期が短周期側に変換することが可能になる。

１：、構造物用固有周期変換型支承装置、２：下部構造、３：下部プレート、４：アンカーボルト、５：上部構造、６：上部プレート、７：セットボルト、８：固定ボルト、９：スライド支承、１０：上連結鋼板、１１：下連結鋼板、１２：弾性体、１３：両方固定弾性支承、１４：下連結鋼板、１５：上連結鋼板、１６：弾性体、１７：一方固定弾性支承、１８：変位制限部材、１９：緩衝材、２０：ストッパー

Claims (8)

1. 下部構造と上部構造間に上下の一方を上部構造側又は下部構造側に固定し、他方を上部構造側又は下部構造側に対して固定せず弾性体を備えた一方固定弾性支承を配置し、固定しない側の上部構造側又は下部構造側に一方固定弾性支承の水平変位を一定範囲に制限する変位制限部材を配置し、一方固定弾性支承の固定していない側の端部が変位制限部材に到達後の水平剛性を増加するようにすることで構造物に伝達される固有周期を短周期側に変換させ構造物の共振を防止することを特徴とする構造物用固有周期変換型支承装置。
2. 上下の一方を一方固定弾性支承と同じく上部構造側又は下部構造側に固定し他方を上部構造側又は下部構造側に対して全方向にスライド可能なスライド面とした鉛直力支持機能を有するスライド支承と、上下を上部構造側と下部構造側に固定し水平力支持機能を有する両方固定弾性支承を配置し機能分離型支承とすることを特徴とする請求項1に記載の構造物用固有周期変換型支承装置。
3. 一方固定弾性支承及び両方固定弾性支承を水平力分散型ゴム支承とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物用固有周期変換型支承装置。
4. 一方固定弾性支承及び両方固定弾性支承の弾性体を免震ゴムとすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか1項に記載の構造物用固有周期変換型支承装置。
5. 変位制限部材が一方固定弾性支承の固定しない側の水平全方向の一定範囲の変位を許容するように配置することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか1項に記載の構造物用固有周期変換型支承装置。
6. 一方固定弾性支承の直交する一方の水平変位を阻止するストッパーを配置し、変位制限部材が一方固定弾性支承の固定しない側の直交する他方の方向の一定範囲の水平変位を許容するように配置することを特徴とする請求項1ないし４のいずれか1項に記載の構造物用固有周期変換型支承装置。
7. 上部構造と下部構造間に構造物に伝達される固有周期を短周期側に変換させる一方固定弾性支承と変位制限部材のセットを複数組配置することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか1項に記載の構造物用固有周期変換型支承装置・
8. 変位制限部材の内壁に緩衝材を配置することを特徴とする請求項１ないし７いずれか1項に記載の構造物用固有周期変換型支承装置。

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