JP2022062510A - Friction damper and base isolation building - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摩擦ダンパーおよび免震建物に関する。 The present invention relates to friction dampers and seismic isolated buildings.
従来、図20に示すような一般的な摩擦ダンパー100は、外筒101から内筒102に締付力(図中の符号T)を加え、外筒101と内筒102との間の相対変位と接触面の摩擦力(図中の符号M)による履歴吸収エネルギーで地震エネルギーを吸収するものである。この場合には、締付力が一定で、内筒と外筒との間の摩擦係数も一定であれば、その復元力特性は、図21(a)に示すように、変位の増減に依存せず摩擦力が一定の矩形となる。
Conventionally, in a
一方、既往技術として、変位依存型の摩擦ダンパーも提案されている(例えば、特許文献1参照)。変位依存型の摩擦ダンパーの復元力特性は、図21(b)に示すように、変位が増加すると共に摩擦力が増大する特徴があり、変位が小さい中小地震時には小さな摩擦力となり、変位が大きくなると大きな摩擦力を生じることなる。すなわち中小地震時には、変位依存型の摩擦ダンパーを免震層に設置した構造物の応答加速度は、最大摩擦力を同一にした従来の変位依存しない摩擦ダンパーを設置した構造物の応答加速度より小さくなる。一方、大地震時には、変位依存型の摩擦ダンパーを設置した構造物の応答変位や応答加速度は、従来の変位依存しない摩擦ダンパーを設置した構造物の応答変位や応答加速度と同等になる。
このような変位依存型の摩擦ダンパーとして、傾斜滑り支承と図22に示すような鉛直変位依存型の摩擦ダンパー110を免震層に設置し、免震層変位の大きさに応じて減衰量を変化できる免震システムが提案されている。この免震システムは、傾斜滑り支承の水平方向変位の増加に伴い鉛直方向変位が増加する特性を利用した原理となっている。
On the other hand, as a conventional technique, a displacement-dependent friction damper has also been proposed (see, for example, Patent Document 1). As shown in FIG. 21 (b), the restoring force characteristic of the displacement-dependent friction damper is characterized in that the frictional force increases as the displacement increases, and the frictional force becomes small during small and medium-sized earthquakes with small displacement, and the displacement is large. In that case, a large frictional force will be generated. That is, at the time of a small and medium-sized earthquake, the response acceleration of the structure in which the displacement-dependent friction damper is installed in the seismic isolation layer is smaller than the response acceleration of the structure in which the conventional displacement-independent friction damper having the same maximum frictional force is installed. .. On the other hand, in the event of a large earthquake, the response displacement and response acceleration of the structure equipped with the displacement-dependent friction damper become equivalent to the response displacement and response acceleration of the conventional structure equipped with the displacement-independent friction damper.
As such a displacement-dependent friction damper, an inclined sliding bearing and a vertical displacement-
しかしながら、従来の傾斜滑り支承と鉛直変位依存型の摩擦ダンパーを免震層に備えた免震システムでは、以下のような問題があった。
すなわち、例えば、傾斜滑り支承の傾斜勾配が約0.026(=tan1.5°)で、水平変位が500mm時の鉛直方向変位は、僅か13mmしかなく、僅かな鉛直変位(0mm~13mm)の変化の間に減衰力の高い追従性が求められる。そのため、鉛直変位依存型の摩擦ダンパーの製造にあたっては、高精度で材料のばらつきを抑制することと、施工にあたっては高精度に水平設置することが求められており、その点で改善の余地があった。
However, the conventional seismic isolation system equipped with a tilt bearing and a vertical displacement-dependent friction damper in the seismic isolation layer has the following problems.
That is, for example, when the inclined slope of the inclined sliding bearing is about 0.026 (= tan1.5 °) and the horizontal displacement is 500 mm, the vertical displacement is only 13 mm, and the vertical displacement (0 mm to 13 mm) is small. High followability with high damping force is required during changes. Therefore, in the manufacture of vertical displacement-dependent friction dampers, it is required to suppress material variations with high accuracy, and in construction, it is required to install horizontally with high accuracy, and there is room for improvement in that respect. rice field.
また、鉛直変位依存型の摩擦ダンパーの設置位置について、免震構造の上部と非免震構造との間に設置する場合には、ダンパーを設置する上部構造体と下部構造体には十分な水平剛性が必要となる。この水平剛性が不足すると、免震層の水平変位に比例した鉛直変位が得られず、変位依存型の摩擦ダンパーの効果を発揮できなくなるという問題があった。
また、免震構造の下部に設置する場合には、構造体から片持ち形式で延伸した部材で摩擦ダンパーを支持することになるため、免震構造の上部に設置した場合よりも免震構造体による鉛直剛性が不足し、設置位置部材の弾性変位もあるため、鉛直変位依存型の摩擦ダンパーの効果が発揮しにくい。そのため、免震クリアランスも水平移動に必要なクリアランスの倍程度を設ける必要があった。
In addition, regarding the installation position of the vertical displacement dependent friction damper, when installing it between the upper part of the seismic isolation structure and the non-seismic isolation structure, it is sufficiently horizontal for the upper structure and the lower structure where the damper is installed. Rigidity is required. If this horizontal rigidity is insufficient, a vertical displacement proportional to the horizontal displacement of the seismic isolation layer cannot be obtained, and there is a problem that the effect of the displacement-dependent friction damper cannot be exhibited.
In addition, when installing at the bottom of the seismic isolation structure, the friction damper is supported by a member extended from the structure in a cantilever form, so the seismic isolation structure is more than when it is installed at the top of the seismic isolation structure. Due to the lack of vertical rigidity and elastic displacement of the installation position member, it is difficult to demonstrate the effect of the vertical displacement-dependent friction damper. Therefore, it was necessary to provide a seismic isolation clearance about twice the clearance required for horizontal movement.
また、上述した特許文献1に記載される変位依存型の摩擦ダンパーは、シリンダーの内面において、摩擦材を取り付けることで中立軸からの距離に応じて摩擦抵抗力を変化させようとするものである。しかし、接触板が円筒状の場合には、くさびによってシリンダーの内面に接触板を押し付けることができないことから、接触板は円周方向に分割することになる。ところが、分割されると接触板には摩擦力により回転が生じるため、シリンダーの内面との接触面圧が一定に保持されなくなる。そのため、摩擦抵抗力も計画通りに発揮されず、面圧が過大になった場所では摩擦材が損傷してしまう可能性もある。
また、特許文献1では、くさびをばねで押し付ける形態としているため、ばねにダンパーの摩擦力以上のプレロードをかけておく必要がある。すなわち、ばねにダンパーの摩擦力以上のプレロードを付与することができない場合には、摩擦ダンパーのロッドに引張力が作用した場合と圧縮力が作用した場合とでくさびに作用する力が変わり、摩擦材の面圧が変化して摩擦力も正負軸力で異なってしまう。プレロードは、ばねを予め圧縮して与えることになるので組立後には調整できず、くさびや接触板を含めて高い寸法精度が要求されシリンダーの内面に取り付ける摩擦材の内径も高精度に管理する必要がある。そのためこの形態ではコストが増大することから、採用しにくいという問題があった。
Further, the displacement-dependent friction damper described in
Further, in
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、高い製造精度が不要で製作や設置施工が容易であり、かつ中小地震から大地震まで変位に追従する摩擦力にて揺れを効果的に低減し、中小地震時には免震建物の加速度増加を抑制しつつ、大地震時には過大変位に対して一定の抵抗力による抑制を図ることができる摩擦ダンパーおよび免震建物を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, does not require high manufacturing accuracy, is easy to manufacture and install, and is effective in shaking with frictional force that follows displacement from small to medium-sized earthquakes to large earthquakes. The purpose is to provide friction dampers and seismic isolated buildings that can suppress the increase in acceleration of seismic isolated buildings during small and medium-sized earthquakes, while suppressing excessive displacement by a certain resistance force during large earthquakes. And.
上記目的を達成するため、本発明に係る摩擦ダンパーは、下部構造体と、該下部構造体に対して相対的に移動自在な上部構造体と、に接続され、軸方向を水平方向に向けて配置される軸変位依存型の摩擦ダンパーであって、前記上部構造体に取り付けられた第1鋼板と、前記下部構造体に取り付けられ、前記第1鋼板に前記軸方向に直交する板厚方向に重なるように配置された第2鋼板と、前記第1鋼板および前記第2鋼板のうちいずれか一方が他方側を向く面に設けられ、前記軸方向に沿って複数の摩擦係数に設定された摩擦材と、前記他方に設けられ、前記第1鋼板および前記第2鋼板の水平方向の相対変位により前記摩擦材との間で摩擦力を発生させて接触する摺動部と、を備え、前記第1鋼板と前記第2鋼板とが前記軸方向に軸変位したときの前記摩擦材と前記摺動部との間で生じる摩擦力は、軸変位に概ね比例して増大する第1摩擦力と、一定の軸変位を超えると一定となる第2摩擦力と、を得るように設定されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the friction damper according to the present invention is connected to a lower structure and an upper structure that is relatively movable with respect to the lower structure, and the axial direction is directed to the horizontal direction. An axial displacement-dependent friction damper to be arranged, the first steel plate attached to the upper structure and the first steel plate attached to the lower structure in the plate thickness direction orthogonal to the axial direction. Friction set to a plurality of friction coefficients along the axial direction by providing the second steel plate arranged so as to overlap and one of the first steel plate and the second steel plate on the surface facing the other side. The material is provided with a sliding portion provided on the other side and in contact with the friction material by generating a frictional force due to the relative displacement of the first steel plate and the second steel plate in the horizontal direction. The frictional force generated between the friction material and the sliding portion when the 1st steel plate and the 2nd steel plate are axially displaced in the axial direction is the first frictional force that increases substantially in proportion to the axial displacement. It is characterized in that it is set to obtain a second frictional force that becomes constant when a certain axial displacement is exceeded.
また、本発明に係る免震建物は、上述した摩擦ダンパーを備えた免震建物であって、前記摩擦ダンパーに併設され、前記下部構造体に対して相対的に移動自在な前記上部構造体の水平方向の変位量の増加に応じて鉛直方向上方の移動量が増加するように前記上部構造体を支持する傾斜滑り支承を備えていることを特徴としている。 Further, the seismic isolated building according to the present invention is a seismic isolated building provided with the above-mentioned friction damper, and is an upper structure that is attached to the friction damper and is relatively movable with respect to the lower structure. It is characterized by being provided with an inclined sliding support that supports the superstructure so that the amount of movement in the vertical direction increases as the amount of displacement in the horizontal direction increases.
本発明では、第1鋼板と第2鋼板とが軸方向(水平方向)に軸変位したときの摩擦材と摺動部との間で生じる摩擦力が、軸変位に概ね比例して増大する第1摩擦力と、一定の軸変位を超えると一定となる第2摩擦力と、を得るように設定されているので、軸変位が増加すると摩擦力が増大する軸変位依存型の摩擦ダンパーを実現することができる。すなわち、本発明の摩擦ダンパーでは、物理的な勾配等ではなく、複数の摩擦係数が組み合わせされた摩擦材とすることによって変位依存型の履歴特性をもたせることができる。
したがって、巨大地震が生じた際には、一定変位を超えたら抵抗力を一定にしているのでフェイルセーフになり、過大変位だけでなく加速度による損害も抑制することができる。そして、長周期地震動であっても傾斜滑り支承の残留変位はほぼ生じないことから、地震後であっても直ぐに継続使用することができる。
In the present invention, the frictional force generated between the friction material and the sliding portion when the first steel plate and the second steel plate are axially displaced in the axial direction (horizontal direction) increases substantially in proportion to the axial displacement. Since it is set to obtain one friction force and a second friction force that becomes constant when a certain shaft displacement is exceeded, a shaft displacement-dependent friction damper that increases the friction force as the shaft displacement increases is realized. can do. That is, the friction damper of the present invention can have a displacement-dependent historical characteristic by using a friction material in which a plurality of friction coefficients are combined instead of a physical gradient or the like.
Therefore, when a large earthquake occurs, the resistance is kept constant when a certain displacement is exceeded, so that it becomes fail-safe, and not only excessive displacement but also damage due to acceleration can be suppressed. Further, since the residual displacement of the inclined sliding bearing hardly occurs even in the long-period ground motion, it can be continuously used immediately even after the earthquake.
また、本発明では、摩擦ダンパーが水平軸変位抵抗型のダンパー部材であるため、鉛直変位依存型の摩擦ダンパーのような高い製造精度や製造材料のばらつきの抑制が必要なく、製作しやすいという効果がある。摩擦材に圧縮力を付与するボルトが鋼板の外側から締め付けられるので、摩擦ダンパーの組立後に摩擦力を調整することも容易である。 Further, in the present invention, since the friction damper is a horizontal axis displacement resistance type damper member, it is not necessary to suppress high manufacturing accuracy and variation in manufacturing materials as in the case of a vertical displacement dependent friction damper, and it is easy to manufacture. There is. Since the bolt that applies the compressive force to the friction material is tightened from the outside of the steel plate, it is easy to adjust the frictional force after assembling the friction damper.
本発明による摩擦ダンパーは、軸抵抗型のダンパーであるため、滑り支承と異なり自重により摩擦抵抗力が変化しない構造となる。そのため、水平方向の軸方向とこの軸方向に直交する方向の二方向それぞれに摩擦抵抗力を任意に設定することができる。
さらに、摩擦ダンパーが水平軸変位抵抗型のダンパーであるため、免震構造体下部の免震層に設置することができ、免震構造体の上部への設置の必要がなく、簡単な構造にできる。
Since the friction damper according to the present invention is a shaft resistance type damper, the friction resistance force does not change due to its own weight unlike the sliding bearing. Therefore, the frictional resistance force can be arbitrarily set in each of the two directions, the horizontal axial direction and the direction orthogonal to the axial direction.
Furthermore, since the friction damper is a horizontal axis displacement resistance type damper, it can be installed in the seismic isolation layer at the bottom of the seismic isolation structure, and there is no need to install it at the top of the seismic isolation structure, resulting in a simple structure. can.
また、本発明では、上部構造体の上下変位に依存しない摩擦ダンパーと傾斜滑り支承とを組み合わせることにより、地震波の種類による影響がなく、高い免震効果が得られる免震建物を実現できる。とくに、長周期地震動に対して、応答加速度も応答変位も従来の天然ゴム(積層ゴム)支承よりも低減することができ、従来の免震よりも効果的である。 Further, in the present invention, by combining a friction damper that does not depend on the vertical displacement of the superstructure and a tilted sliding bearing, it is possible to realize a seismic isolated building that is not affected by the type of seismic wave and can obtain a high seismic isolation effect. In particular, for long-period ground motion, both response acceleration and response displacement can be reduced compared to conventional natural rubber (laminated rubber) bearings, which is more effective than conventional seismic isolation.
また、本発明に係る免震建物は、前記摩擦材は、前記軸方向の中央部から前記軸方向の両側に離れるに従い、前記摩擦係数が大きくなるように設定され、地震力が作用しない軸変位が0となるときの前記摺動部は、前記摩擦材の中央部となるように配置されていることが好ましい。 Further, in the seismic isolated building according to the present invention, the friction material is set so that the friction coefficient increases as the friction material moves away from the central portion in the axial direction on both sides in the axial direction, and the axial displacement on which no seismic force acts. It is preferable that the sliding portion when becomes 0 is arranged so as to be the central portion of the friction material.
本発明の摩擦ダンパーおよび免震建物によれば、高い製造精度が不要で製作や設置施工が容易であり、かつ中小地震から大地震まで変位に追従する摩擦力にて揺れを効果的に低減し、中小地震時には免震建物の加速度増加を抑制しつつ、大地震時には過大変位に対して一定の抵抗力による抑制を図ることができる。 According to the friction damper and the seismic isolated building of the present invention, high manufacturing accuracy is not required, manufacturing and installation work are easy, and shaking is effectively reduced by the frictional force that follows the displacement from small and medium-sized earthquakes to large earthquakes. In the case of a small and medium-sized earthquake, it is possible to suppress the increase in acceleration of the seismic isolated building, and in the case of a large earthquake, it is possible to suppress the excessive displacement by a certain resistance force.
以下、本発明の実施形態による摩擦ダンパーおよび免震建物について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, the friction damper and the seismic isolated building according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態による免震建物1は、図1に示すように、免震対象の建物20(上部構造体)と、建物20を免震する免震システム3と、を備えている。
建物20は、免震対象となる構造体と、構造体を支持する基礎21(下部構造体)と、を備える。免震システム3は、建物20の下部を支持する傾斜滑り支承4と軸変位型の摩擦ダンパー5とを備えている。
As shown in FIG. 1, the seismic
The
建物20は、箱状に形成されている。建物20は、下部構造体となる基礎21と別体に形成されている上部構造体である。建物20は、1階分のフロアであってもよいし、内部に複数のフロアを有していてもよい。建物20は、傾斜滑り支承4及び軸変位型の摩擦ダンパー5を介して基礎21に対して移動自在に支持されている。
The
基礎21は、地盤側に構築されている例えば鉄筋コンクリート製の下部構造体である。基礎21は、地震時に地盤と連動して変位する。基礎21は、建物20を下方より支持する土台が形成されたものである。
The
次に、免震システム3の傾斜滑り支承4の構成について説明する。
図1に示すように、傾斜滑り支承4は、建物20を鉛直方向に支持しつつも水平方向に柔軟に変位させることができる免震機構である。傾斜滑り支承4は、地盤に設けられた基礎21に対して相対的に移動自在な建物20の水平方向の移動量の増加に応じて鉛直方向上方の移動量が増加するように建物20を支持する。
傾斜滑り支承4は、基礎21と建物20との間に設けられている。基礎21と建物20との間には、例えば、建物20の四隅を支持するために4個(図1では1個のみが示されている)の傾斜滑り支承4が設けられている。なお、傾斜滑り支承4は、4個以上設けられていてもよい。
Next, the configuration of the inclined sliding
As shown in FIG. 1, the inclined sliding
The inclined sliding
図1及び図2(a)、(b)に示すように、傾斜滑り支承4は、例えば、基礎21上に支持部24を介して設けられた下側傾斜支持部材4Aと、建物20の底面20aに固定された上側傾斜支持部材4Bと、下側傾斜支持部材4Aおよび上側傾斜支持部材4Bの間に設けられた移動部材4Cと、を備えている。
下側傾斜支持部材4Aと上側傾斜支持部材4Bとは、それぞれ矩形断面の棒状に形成され、平面視して長手方向が直交するように配置されている。基礎21と建物20とは、傾斜滑り支承4を介して水平方向に相対的に移動自在に構築されている。基礎21と建物20の底面20aとは、水平方向の相対変位の変位量に応じて鉛直方向上方に相対変位が生じる。
As shown in FIGS. 1 and 2 (a) and 2 (b), the inclined sliding
The lower
下側傾斜支持部材4Aは、長手方向が建物20の一辺に沿った方向に配置されている。下側傾斜支持部材4Aは、長手方向に直交する方向から側面視して上面の中央部から両端部に向かうほど上方に跳ね上がるように傾斜するV字状の第1傾斜面4a、4aが形成されている。第1傾斜面4aの水平面に対する傾斜角θは、絶対値がそれぞれ所定値になるように形成されている。第1傾斜面4aの表面には、摩擦係数を低減させるためのポリテトラフルオロエチレン(Polytetrafluoroethylene:PTFE)、いわゆるテフロン(登録商標)等の樹脂製の滑り材がコーティング加工されている。第1傾斜面4aの表面は、ステンレス製の鋼板等の滑り材が貼り付けられていてもよい。
The lower
第1傾斜面4aには、移動部材4Cが載置されている。移動部材4Cは、ブロック状に形成されている。移動部材4Cは、図2(a)に示すように、下側傾斜支持部材4Aの短手方向から見て下側傾斜支持部材4Aより幅が広くなるように形成されている。移動部材4Cの下方には、下側傾斜支持部材4Aの短手方向から見て下側傾斜支持部材4Aが幅方向に挟持されて嵌るように段差が形成されている。
A moving
移動部材4Cは、図2(b)に示すように、段差内に中央部に向かうほど下方に突出するようにV字形の第3傾斜面4c、4cが形成されている。第3傾斜面4cの表面には、摩擦係数を低減させるためのテフロンなどの滑り材が貼り付けられている。第3傾斜面4cの水平面に対する傾斜角θは、絶対値がそれぞれ所定値になるように形成されている。第3傾斜面4cは、第1傾斜面4aに当接している。
As shown in FIG. 2B, the moving
移動部材4Cは、上側傾斜支持部材4Bの短手方向から見て上側傾斜支持部材4Bより幅が広くなるように形成されている。移動部材4Cの上方には、上側傾斜支持部材4Bの短手方向から見て上側傾斜支持部材4Bが幅方向に挟持されて嵌るように段差が形成されている。
移動部材4Cは、図2(a)に示すように、段差内に中央部に向かうほど上方に突出するように逆V字形の第4傾斜面4d、4dが形成されている。第4傾斜面4dの表面には、摩擦係数を低減させるためのテフロンなどの滑り材が貼り付けられている。第4傾斜面4dの水平面に対する傾斜角θは、絶対値がそれぞれ所定値になるように形成されている。第4傾斜面4dは、第2傾斜面4bに当接している。
The moving
As shown in FIG. 2A, the moving
上側傾斜支持部材4Bは、図2(a)に示すように、長手方向に直交する方向から側面視して下面の中央部から両端部に向かうほど下方に下がるように傾斜する逆V字状の第2傾斜面4b、4bが形成されている。第2傾斜面4b及び第4傾斜面4dの水平面に対する傾斜角θは、絶対値がそれぞれ所定値になるように形成されている。
As shown in FIG. 2A, the upper
第2傾斜面4bの表面には、摩擦係数を低減させるためのテフロンなどの滑り材がコーティング加工されている。第2傾斜面4bの表面には、コーティング加工の他に、ステンレス製の鋼板等の滑り材が貼り付けられていてもよい。第2傾斜面4bの下方には、移動部材4Cが配置されており、第2傾斜面4bに移動部材4Cが当接している。
The surface of the second
次に、軸変位型の摩擦ダンパー5の構成について図面に基づいて詳細に説明する。
図1に示すように、摩擦ダンパー5は、建物20と軸方向Xに複数の摩擦係数を設定することで、変位に概ね比例して増大する摩擦力、および一定変位を超えると一定の摩擦力を得る機能を有し、後述する図8に示す復元力を構成するものである。
Next, the configuration of the shaft displacement
As shown in FIG. 1, the
図3乃至図5に示すように、摩擦ダンパー5は、中間鋼板51(第1鋼板)と、中間鋼板51を両側から挟むように設けられた一対の外鋼板52、52(第2鋼板)と、一対の外鋼板52、52の中間鋼板51側を向く内面52aに設けられた摩擦板53(摩擦材)と、を備えている。一対の外鋼板52、52及び中間鋼板51は、それぞれ軸方向Xに厚さが変化しない鋼板であり、それぞれの板面を水平方向に向けて平行にした状態で配置されている。
図1に示すように、中間鋼板51は、第1支持部22を介して建物20の底面20aに固定されている。一対の外鋼板52、52は、第2支持部23を介して基礎21に固定されている。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
As shown in FIG. 1, the
図3に示すように、外鋼板52の外周部のうち幅方向Y両側および軸方向Xの一方には、板厚方向Zに貫通する複数のボルト孔52c(図4参照)が設けられている。一対の外鋼板52、52は、複数の高力ボルト54によって固定されている。一対の外鋼板52の各ボルト孔52cを一方から貫通させて他方をナットを螺合させて締め付けられている。また、高力ボルト54には、ボルト軸と同軸になるように複数の皿ばね56を挿通させている。この皿ばね56によって、摩擦板53と中間鋼板51の摺動部51B(後述する)とが所定の摩擦力となるように設定することができる。高力ボルト54と皿ばね56は、摩擦ダンパー5における板厚方向Zに締め付け荷重を与えることができる。
一対の外鋼板52、52は、それぞれの内面52aに複数の摩擦係数を有する摩擦板53を設置している。
As shown in FIG. 3, a plurality of
The pair of
中間鋼板51は、一対の外鋼板52、52同士の間の隙間Sで軸方向X(水平方向)に摺動可能に設けられている。中間鋼板51は、軸方向Xに延びる鋼板部51Aと、鋼板部51Aの長さ方向の一端に設けられた摺動部51Bと、を有している。
鋼板部51Aの厚みは、鋼板部51Aと上下の摩擦板53との間に隙間が形成されるように、隙間Sの高さ寸法より小さく設定されている。中間鋼板51は、建物20の水平方向の移動に連動して一対の外鋼板52、52に対して相対的に水平方向に摺動する。
The
The thickness of the
摺動部51Bは、鋼板部51Aから板厚方向Zで外方に突出した突起状に形成され、中間鋼板51と外鋼板52との接触箇所であり、摩擦力を発生する箇所となる。
隙間Sにおいて、摺動部51Bは、外鋼板52に設けられる摩擦板53に接触した状態で設けられている。すなわち、中間鋼板51が一対の外鋼板52、52に対して軸方向Xに相対的に平行に摺動することで、摺動部51Bの上下の摩擦面51aが摩擦板53に接触した状態で摺動する。
The sliding
In the gap S, the sliding
なお、中間鋼板51における各高力ボルト54の貫通箇所に長穴(図示省略)を形成するようにより、中間鋼板51が長穴の範囲内で摺動するようにしてもよい。
The
図6(b)に示すように、中間鋼板51の摺動部51Bは、側方から見た4つの角部51bに面取りでR加工が施されている。すなわち、面取りされる角部51bは、上方から見て摺動方向(軸方向X)に直交する位置の角部である。このように、摺動部51Bの角部51bを面取り加工した断面形状にすることにより、摩擦板53の摩擦面53a(図6(a)参照)との摩擦によって摺動部51Bが変位しても面圧が変化しないようにすることができる。
As shown in FIG. 6B, the sliding
図3に示すように、一対の外鋼板52、52同士の間には、軸方向Xの一端を固定する高力ボルト54(この高力ボルトを軸移動規制ボルト54Aとする)に挿通され、外鋼板52、52の軸方向Xへの移動を規制する拘束鋼板55が固定されている。拘束鋼板55は、板状に形成され、一対の外鋼板52、52同士の間の隙間Sに配置されている。図1に示すように、拘束鋼板55の一端55aは軸移動規制ボルト54Aに固定され、他端55bが第2支持部23に固定されている。
As shown in FIG. 3, between the pair of
摩擦板53の材料としては、例えばステンレス製の鋼板を採用することができる。
As the material of the
図6(a)に示すように、摩擦板53は、側方から見て摩擦面53aの軸方向Xに直交する角部53bに面取りでR加工が施されている。このように、摩擦板53の角部53bを面取り加工した断面形状にすることにより、中間鋼板51の摺動部51Bとの摩擦によって摩擦板53が変位しても面圧が変化しないように設定されている。
As shown in FIG. 6A, the
図5に示すように、摩擦板53は、軸方向Xに沿って摩擦係数を変えた複数(本実施形態では11枚)の摩擦板53A~53Fが配列されている。これら摩擦板53A~53Fは、異なる表面処理方法によって所定の摩擦係数μ(μ0、μ1、μ2、μ3、μ4、μm)となるように製作されている。例えば表面処理により摩擦係数μの一例として、鏡面仕上げによる加工では0.2(μ1)となり、小球によるブラスト加工では0.3(μ2)となり、中球によるブラスト加工では0.4(μ3)となり、大球によるブラスト加工では0.5(μ4)となり、アルミ溶射による加工では0.6(μm)となる。なお、摩擦係数μ0は、表面処理がされていない状態のものである。
As shown in FIG. 5, in the
これら摩擦板53A~53Kの配列としては、軸方向Xで中央に摩擦係数μ0の第1摩擦板53Aが配置され、その第1摩擦板53Aの軸方向Xの両側のそれぞれから離れるに従い、摩擦係数μ1の第2摩擦板53B、摩擦係数μ2の第3摩擦板53C、摩擦係数μ3の第4摩擦板53D、摩擦係数μ4の第5摩擦板53E、摩擦係数μ5の第6摩擦板53Fがその順で配置されている。
中間鋼板51の摺動部51Bは、地震力が作用しない軸変位が0の位置(図7(a)に示す初期位置P1)で、第1摩擦板53Aが配置される軸方向Xの中央に位置している。
In the arrangement of these
The sliding
第1摩擦板53Aから第5摩擦板53Eの軸方向Xの幅寸法h0(図5参照)は、摺動部51Bの軸方向Xに延びる有効幅寸法H0(図6(b)参照)に一致している。また、第6摩擦板53Fの幅寸法は、摺動部51Bの有効幅寸法H0(幅寸法h0も同じ)以上(≧h0)に設定されている。なお、第2摩擦板53Bから第5摩擦板53Eの幅寸法はh0より小さく設定されていてもよい。
The width dimension h0 (see FIG. 5) of the
図7(a)~(f)は、摩擦力F(摩擦係数μ)の変化を示している。
図7(a)に示すように、摺動部51Bにおける軸変位δが0で初期位置P1となり、図7(d)に示す摺動部51Bの最大変位となる位置P2は軸変位δがμmとなる。図7(a)は、摩擦係数μ0で、摩擦力F0=μ0×N(締付力)となる初期変位が無しの段階を示している。 図7(b)は、変位が生じる段階(0<軸変位δ<δd)を示している。図7(c)は、変位が生じる段階(δd<軸変位δ<δm)を示している。図7(d)は、大変位が生じた段階(δm<軸変位δ<δu)を示している。図7(e)は、マイナス側に変位が生じる段階(-δd<軸変位δ<0)を示している。図7(f)は、マイナス側に最大変位の段階(-δu<軸変位δ<-δm)を示している。
ここで、δdは、設計変位であって軸変位の目標値である。δmは、軸変位の最大応答変位である。δuは、限界変位である。
7 (a) to 7 (f) show changes in the frictional force F (friction coefficient μ).
As shown in FIG. 7A, the axial displacement δ of the sliding
Here, δd is a design displacement and is a target value of the axial displacement. δm is the maximum response displacement of the axial displacement. δu is the limit displacement.
以上のことから、軸変位依存型の摩擦ダンパー5による最適設計方法は以下のようになる。
図8は、上述した構成の軸変位型の摩擦ダンパー5の復元力を示している。
図8は、締付力Nと軸変位δの関係を示している。ここで、締付力Nは、軸変位δの大きさに関係なく一定とする。
図9は、摩擦係数μと軸変位δの関係を示している。軸変位δは、0~δmまでは摩擦係数μと概ね比例関係とする。δmを超えるときには、摩擦係数μを一定とする。
図10は、摩擦力Fと軸変位δの関係を示している。ここで、図10のグラフで示す(1)~(6)は、図7(a)~(f)のそれぞれの状態(1)~(6)を示している。
図8に示す締付力Nと軸変位δの関係と、図9に示す摩擦係数μと軸変位δの関係とにより、軸変位δが0~δmのとき、軸変位δの増加に概ね比例して摩擦力F(以下、第1摩擦力という)が増加する。そして、軸変位がδmを超えると、装置のフェイルセーフとして摩擦力(以下、第2摩擦力という)を一定にする。また、摩擦力が一定値となることで加振力も頭打ちされ、構造物の加速度増加も抑制されることとなる。
From the above, the optimum design method using the shaft displacement-
FIG. 8 shows the restoring force of the axial displacement
FIG. 8 shows the relationship between the tightening force N and the axial displacement δ. Here, the tightening force N is constant regardless of the magnitude of the axial displacement δ.
FIG. 9 shows the relationship between the friction coefficient μ and the axial displacement δ. The axial displacement δ is approximately proportional to the friction coefficient μ from 0 to δm. When it exceeds δm, the coefficient of friction μ is kept constant.
FIG. 10 shows the relationship between the frictional force F and the axial displacement δ. Here, (1) to (6) shown in the graph of FIG. 10 show the respective states (1) to (6) of FIGS. 7 (a) to 7 (f).
Due to the relationship between the tightening force N and the shaft displacement δ shown in FIG. 8 and the relationship between the friction coefficient μ and the shaft displacement δ shown in FIG. 9, when the shaft displacement δ is 0 to δm, it is roughly proportional to the increase in the shaft displacement δ. As a result, the frictional force F (hereinafter referred to as the first frictional force) increases. When the axial displacement exceeds δm, the frictional force (hereinafter referred to as the second frictional force) is made constant as a fail-safe of the device. Further, when the frictional force becomes a constant value, the exciting force also reaches a plateau, and the increase in acceleration of the structure is suppressed.
摩擦力Fは、摩擦力F=摩擦係数μ×締付力Nの式で表わせる。締付力Nが一定であるため、摩擦力Fと軸変位δの関係は、摩擦係数μと軸変位δの関係図と同じ形になる。
図8~図10において、δdは、設計変位であって軸変位の目標値である。δmは、軸変位の最大応答変位であって、δd×1.1とする。δuは、限界変位であり、設計変位δd×1.2とする。但し、δu≧δm+h0である。F0は、初期摩擦力であって、最大応答変位δmの摩擦力の4~6%とする。そして、初期摩擦力Fiは、軸変位50cmにおける摩擦力F50の25%とする。
The frictional force F can be expressed by the equation of frictional force F = friction coefficient μ × tightening force N. Since the tightening force N is constant, the relationship between the friction force F and the shaft displacement δ has the same shape as the relationship diagram between the friction coefficient μ and the shaft displacement δ.
In FIGS. 8 to 10, δd is a design displacement and is a target value of the axial displacement. δm is the maximum response displacement of the axial displacement, and is δd × 1.1. δu is the limit displacement, and the design displacement δd × 1.2. However, δu ≧ δm + h0. F0 is the initial frictional force, which is 4 to 6% of the frictional force having the maximum response displacement δm. The initial frictional force Fi is 25% of the frictional force F50 at a shaft displacement of 50 cm.
次に、上述した免震建物1及び摩擦ダンパー5の動作について、図面を用いて詳細に説明する。
まず、免震建物1の傾斜滑り支承4の動作について説明する。
なお、以下の説明において、図1に示す軸方向Xに沿う方向をx軸方向、図1に示す幅方向Yに沿う方向をy軸方向とする。
Next, the operation of the seismic
First, the operation of the inclined sliding
In the following description, the direction along the axial direction X shown in FIG. 1 is referred to as the x-axis direction, and the direction along the width direction Y shown in FIG. 1 is referred to as the y-axis direction.
図1に示すように、地震が発生すると、基礎21は水平方向に移動し、建物20は慣性によりその場に留まろうとし、建物20と基礎21との間に、相対的な水平方向の変位が生じる。このとき、建物20のy軸方向の変位に連動して上側傾斜支持部材4Bがy軸方向に変位すると、段差に上側傾斜支持部材4Bが引っ掛けられて上側傾斜支持部材4Bと共に移動部材4Cがy軸方向に移動する。このとき、図2(b)に示すように、移動部材4Cは、第3傾斜面4cが下側傾斜支持部材4Aの第1傾斜面4aに対して摺動し、登り勾配を上る方向に移動する。
As shown in FIG. 1, when an earthquake occurs, the
水平変位が反対方向の場合、移動部材4Cは、第3傾斜面4cが下側傾斜支持部材4Aの第1傾斜面4aに対して摺動し、登り勾配を上る方向に移動する。それに伴い、移動部材4Cに載置された上側傾斜支持部材4Bは鉛直方向上方に変位する。
When the horizontal displacement is in the opposite direction, the moving
また、建物20のx軸方向の変位に連動して上側傾斜支持部材4Bがx軸方向に変位すると、図2(a)に示すように、上側傾斜支持部材4Bの第2傾斜面4bが移動部材4Cの第4傾斜面4dを摺動し、登り勾配を上る方向のx軸方向に移動する。
Further, when the upper
水平変位が反対方向の場合、建物20のx軸方向の変位に連動して上側傾斜支持部材4Bがx軸方向に変位すると、上側傾斜支持部材4Bの第2傾斜面4bが移動部材4Cの第4傾斜面4dを摺動し、登り勾配を上る方向のx軸方向に移動する。移動部材4Cは、段差に下側傾斜支持部材4Aが引っ掛けられて下側傾斜支持部材4Aと共に上側傾斜支持部材4Bに対して相対的に移動する。
When the horizontal displacement is in the opposite direction and the upper
建物20が水平方向に移動すると、傾斜滑り支承4の動作により、水平方向の移動量に応じて鉛直方向上方に変位が生じる。建物20の鉛直方向上方の変位の量に応じて建物20の位置エネルギーが増加する。鉛直方向上方に変位した建物20には、鉛直方向下方に重力が作用して元の位置に戻ろうとする復元力が働く。
When the
そうすると、移動部材4Cには、下側傾斜支持部材4Aの第1傾斜面4aを滑って下側傾斜支持部材4Aの中央部に戻る力が働く。同様に、移動部材4Cには、上側傾斜支持部材4Bの第2傾斜面4bを滑って下側傾斜支持部材4Aの中央部に戻る力が働く。上記の傾斜滑り支承4の動作により、建物20は、水平変位が生じた場合、復元力が生じて元の位置に戻る。
Then, a force acts on the moving
次に、摩擦ダンパー5の動作について説明する。
図1、図3乃至図5に示されるように、建物20が水平方向に移動した際、摩擦ダンパー5の中間鋼板51が建物20に連動して移動する。建物20の水平方向の移動に連動して中間鋼板51の摺動部51Bが摩擦板53の表面(摩擦面53a)を摺動する。これにより、中間鋼板51は、建物20の水平方向の移動量に応じて摺動部51Bを摩擦板53との間に生じる摩擦抵抗が生じる。
Next, the operation of the
As shown in FIGS. 1, 3 to 5, when the
このとき、摩擦ダンパー5の摩擦板53は、摺動部51Bの変位量が大きくなる方向に摩擦係数μが大きくなるように複数の摩擦係数μが配置されている。そのため、軸変位が大きくなるほど、摺動部51Bと摩擦板53との間の摩擦抵抗が増大する。これにより摩擦ダンパー5は、建物20と基礎21との間において変位が大きくなるほど減衰力が大きくなる免震用のダンパーとして機能する。
At this time, in the
次に、上述した摩擦ダンパー5および免震建物1の作用について、図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態では、図3及び図5に示すように、中間鋼板51と一対の外鋼板52、52とが軸方向X(水平方向)に軸変位したときの摩擦板53と摺動部51Bとの間で生じる摩擦力が、軸変位に概ね比例して増大する第1摩擦力と、一定の軸変位を超えると一定となる第2摩擦力と、を得るように設定されているので、軸変位が増加すると摩擦力が増大する軸変位依存型の摩擦ダンパー5を実現することができる。すなわち、本実施形態の摩擦ダンパー5では、物理的な勾配等ではなく、複数の摩擦係数が組み合わせされた摩擦板53とすることによって変位依存型の履歴特性をもたせることができる。
したがって、巨大地震が生じた際には、一定変位を超えたら抵抗力を一定にしているのでフェイルセーフになり、過大変位だけでなく加速度による損害も抑制することができる。そして、長周期地震動であっても傾斜滑り支承の残留変位はほぼ生じないことから、地震後であっても直ぐに継続使用することができる。
Next, the actions of the
In the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 5, the
Therefore, when a large earthquake occurs, the resistance is kept constant when a certain displacement is exceeded, so that it becomes fail-safe, and not only excessive displacement but also damage due to acceleration can be suppressed. Further, since the residual displacement of the inclined sliding bearing hardly occurs even in the long-period ground motion, it can be continuously used immediately even after the earthquake.
また、本実施形態では、摩擦ダンパー5が水平軸変位抵抗型のダンパー部材であるため、鉛直変位依存型の摩擦ダンパーのような高い製造精度や製造材料のばらつきの抑制が必要なく、製作しやすいという効果がある。
Further, in the present embodiment, since the
本実施形態による摩擦ダンパー5は、軸抵抗型のダンパーであるため、滑り支承と異なり自重により摩擦抵抗力が変化しない構造となる。そのため、水平方向の軸方向とこの軸方向に直交する方向の二方向それぞれに摩擦抵抗力を任意に設定することができる。
さらに、摩擦ダンパー5が水平軸変位抵抗型のダンパーであるため、免震構造体下部の免震層に設置することができ、免震構造体の上部への設置の必要がなく、簡単な構造にできる。
Since the
Further, since the
また、本実施形態による免震建物1では、上部構造体(建物20)の上下変位に依存しない摩擦ダンパー5と傾斜滑り支承とを組み合わせることにより、地震波の種類による影響がなく、高い免震効果が得られる免震建物1を実現できる。とくに、長周期地震動に対して、応答加速度も応答変位も従来の天然ゴム(積層ゴム)支承よりも低減することができ、従来の免震よりも効果的である。
Further, in the seismic
上述のように本実施形態による摩擦ダンパー5および免震建物1では、高い製造精度が不要で製作や設置施工が容易であり、かつ中小地震から大地震まで変位に追従する摩擦力にて揺れを効果的に低減し、中小地震時には免震建物の加速度増加を抑制しつつ、大地震時には過大変位に対して一定の抵抗力による抑制を図ることができる。
As described above, the
(実施例)
次に、本実施の形態による摩擦ダンパー5と免震建物1の効果を検証するために解析した結果について詳しく説明する。
本実施例の地震応答解析では、上述した実施形態の免震建物を模擬し、図11(a)、(b)に示す1質点系の解析モデルを用いて解析を実施した。解析モデルにおける構造物の条件は、質量Wを4240×103 kgとした。
(Example)
Next, the results of analysis for verifying the effects of the
In the seismic response analysis of this example, the seismic isolated building of the above-described embodiment was simulated, and the analysis was performed using the analysis model of the one-mass point system shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). The condition of the structure in the analysis model was that the mass W was 4240 × 10 3 kg.
解析は、上述した実施形態の変位依存型の摩擦ダンパー5及び傾斜滑り支承4を建物20と基礎21との間に配置した実施例ケースと、摩擦ダンパー5及び滑りゴム支承を建物20と基礎21との間に配置した比較例ケースと、を用いた2つの解析ケースで以下のパラメータを用いて時刻歴応答解析を行った。
In the analysis, the displacement-
変位依存型の摩擦ダンパー5は、上述した実施形態で図12に示す復元力図のものである。
軸変位δが50cmにおける摩擦力は、F50=R50×W×gで表される。gは重力加速度(9.8m/sec2)である。ここで、R50=3%、4%、5%、6%、7%とする。また、初期摩擦力Fiは、F50の25%、50%、75%とする。
The displacement-
The frictional force when the axial displacement δ is 50 cm is expressed by F 50 = R 50 × W × g. g is the gravitational acceleration (9.8 m / sec 2 ). Here, R 50 = 3%, 4%, 5%, 6%, and 7%. The initial frictional force Fi is 25%, 50 %, and 75% of F50.
時刻歴応答解析を行うための解析パラメータとして、表1および図13(a)~(c)に示す地震波を使用した。表1に示すように、地震波は、告示神戸、告示関東、告示八戸の3パターンである。表1において、それぞれの告示波は長周期によるものであり、それぞれ強震記録、レベル、最大加速度(cm/sec2)を示している。レベルのL2は、極めて希に発生する地震動を示している。図13(a)~(c)に示す地震波図は、横軸に時間(sec)、縦軸に加速度(cm/sec2)の波形を示したものである。 The seismic waves shown in Table 1 and FIGS. 13 (a) to 13 (c) were used as analysis parameters for performing time history response analysis. As shown in Table 1, there are three patterns of seismic waves: Notification Kobe, Notification Kanto, and Notification Hachinohe. In Table 1, each notification wave has a long period, and shows the strong motion record, level, and maximum acceleration (cm / sec 2 ), respectively. Level L2 indicates an extremely rare seismic motion. The seismic wave diagrams shown in FIGS. 13 (a) to 13 (c) show waveforms of time (sec) on the horizontal axis and acceleration (cm / sec 2 ) on the vertical axis.
実施例ケースは、変位依存型の摩擦ダンパーと傾斜滑り支承との組み合わせである。このときの傾斜滑り支承は、摩擦係数を0.012とし、傾斜角度を1.5°とした。
比較例ケースは、変位依存型の摩擦ダンパーと天然ゴム支承との組み合わせである。このときの天然ゴムは、水平剛性kを5.8×103 kN/mとし、減衰定数hを2%とした。
The embodiment case is a combination of a displacement dependent friction damper and an inclined sliding bearing. The tilt bearing at this time had a friction coefficient of 0.012 and a tilt angle of 1.5 °.
The comparative example case is a combination of a displacement-dependent friction damper and a natural rubber bearing. The natural rubber at this time had a horizontal rigidity k of 5.8 × 10 3 kN / m and a damping constant h of 2%.
図14~図19は、解析結果を示している。これらの解析結果、3つの地震波(告示神戸、告示関東、告示八戸)の応答値を解析ケース(実施例ケース、比較例ケース)毎に比較したものである。図14~図19に示す応答値は、摩擦力(減衰力)F50/重量Wgの比率と加速度(cm/sec2)との関係を示すグラフ、前記比率と免震応答変位(mm)との関係を示すグラフ、前記比率と残留変位(mm)との関係を示すグラフである。図14(a)~(c)は、告示神戸波で実施例ケースの解析結果である。図15(a)~(c)は、告示神戸波で比較例ケースの解析結果である。図16(a)~(c)は、告示関東波で実施例ケースの解析結果である。図17(a)~(c)は、告示関東波で比較例ケースの解析結果である。図18(a)~(c)は、告示八戸波で実施例ケースの解析結果である。図19(a)~(c)は、告示八戸波で比較例ケースの解析結果である。 14 to 19 show the analysis results. As a result of these analyzes, the response values of the three seismic waves (Notification Kobe, Notification Kanto, Notification Hachinohe) are compared for each analysis case (Example case, Comparative example case). The response values shown in FIGS. 14 to 19 are graphs showing the relationship between the ratio of frictional force (damping force) F 50 / weight Wg and acceleration (cm / sec 2 ), the ratio and the seismic isolation response displacement (mm). It is a graph which shows the relationship, and the graph which shows the relationship between the said ratio and a residual displacement (mm). 14 (a) to 14 (c) are the analysis results of the example cases in the notification Kobe wave. 15 (a) to 15 (c) are the analysis results of the comparative example case in the notification Kobe wave. 16 (a) to 16 (c) are the analysis results of the example cases in the notification Kanto wave. 17 (a) to 17 (c) are the analysis results of the comparative example case in the notification Kanto wave. 18 (a) to 18 (c) are the analysis results of the Example case in the notification Hachinohe wave. 19 (a) to 19 (c) are the analysis results of the comparative example case in the notification Hachinohe wave.
上述した解析結果より、応答加速度は、摩擦力F50/重量Wgの比率が大きくなるほど大きくなる。応答変位は、摩擦力F50/重量Wgの比率が大きくほど小さくなる。
そして、応答加速度について、摩擦力F50/重量Wgの比率が同じであれば、初期摩擦力FiはF50に対する比率が小さい方が応答加速度も小さくなることがわかった。
長周期地震動(告示神戸、告示関東、告示八戸)は、実施例ケース(変位依存型の摩擦ダンパーと傾斜滑り支承の組み合わせ)が比較例ケース(変位依存型の摩擦ダンパーと天然ゴム支承の組み合わせ)よりも応答加速度も応答変位も小さくなることが確認された。
From the above analysis results, the response acceleration increases as the ratio of the frictional force F 50 / weight Wg increases. The response displacement decreases as the ratio of frictional force F 50 / weight Wg increases.
It was also found that if the ratio of the frictional force F 50 / weight Wg is the same for the response acceleration, the smaller the ratio of the initial frictional force Fi to F 50 , the smaller the response acceleration.
For long-period ground motion (Notification Kobe, Notification Kanto, Notification Hachinohe), the example case (combination of displacement-dependent friction damper and tilt sliding bearing) is a comparative example case (combination of displacement-dependent friction damper and natural rubber bearing). It was confirmed that the response acceleration and response displacement were smaller than those of the above.
また、残留変位について比較すると、地震波の種類、摩擦力F50/重量Wgの比率、初期摩擦力の比率に関係なく、実施例ケースでは僅か5mm以下であり、比較例ケースでは地震波に関係するが数mm~30mmとなる。これにより、実施例ケースでは、比較例ケースに比べて残留変位を小さく留めることができることがわかった。 Further, when comparing the residual displacement, regardless of the type of seismic wave, the ratio of frictional force F50 / weight Wg, and the ratio of initial frictional force, it is only 5 mm or less in the example case, and it is related to the seismic wave in the comparative example case. It will be several mm to 30 mm. As a result, it was found that the residual displacement can be kept smaller in the Example case than in the Comparative Example case.
本実施例による解析結果より、変位依存型の摩擦ダンパーは、傾斜滑り支承と組み合わせることにより高い免震効果が得られることを確認することができた。とくに、長周期地震動に対して、応答加速度も応答変位も従来の天然ゴム支承よりも低減することができ、従来の免震よりも効果的であることがわかった。 From the analysis results of this example, it was confirmed that the displacement-dependent friction damper can obtain a high seismic isolation effect when combined with the inclined sliding bearing. In particular, it was found that the response acceleration and response displacement can be reduced compared to the conventional natural rubber bearings for long-period ground motion, which is more effective than the conventional seismic isolation.
以上、本発明による摩擦ダンパーおよび免震建物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。 Although the embodiment of the friction damper and the seismic isolated building according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
例えば、本実施形態では、摩擦ダンパー5の構成として、1枚の中間鋼板51と、その中間鋼板51を挟み込むように一対の外鋼板52、52を設けた構成としているが、これらの数量であることに限定されることはない。例えば、2つの中間鋼板51に対して3枚の鋼板(外鋼板に相当)で挟み込むように設けた構成であってもよい。
For example, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、中間鋼板51を建物20側に取り付け、外鋼板52を基礎21側に取り付けた構成としているが、軸方向Xに反転し、摺動部51Bを有する中間鋼板51を基礎21に取り付け、外鋼板52を建物20側に設けるようにしてもよい。
さらに、摩擦板53における複数の摩擦係数μの設定値は、上述した実施形態に限定されることはなく、異なる摩擦係数μの数量も適宜設定することができる。
Further, in the present embodiment, the
Further, the set values of the plurality of friction coefficients μ in the
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。 In addition, it is possible to replace the components in the above-described embodiment with well-known components as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
1 免震建物
3 免震システム
4 傾斜滑り支承
5 摩擦ダンパー
20 建物(上部構造体)
21 基礎(下部構造体)
51 中間鋼板(第1鋼板)
51A 鋼板部
51B 摺動部
52 外鋼板(第2鋼板)
53 摩擦板(摩擦材)
52a 内面
54 高力ボルト
55 拘束鋼板
1
21 Foundation (substructure)
51 Intermediate steel plate (first steel plate)
51A
53 Friction plate (friction material)
Claims (3)
前記上部構造体に取り付けられた第1鋼板と、
前記下部構造体に取り付けられ、前記第1鋼板に前記軸方向に直交する板厚方向に重なるように配置された第2鋼板と、
前記第1鋼板および前記第2鋼板のうちいずれか一方が他方側を向く面に設けられ、前記軸方向に沿って複数の摩擦係数に設定された摩擦材と、
前記他方に設けられ、前記第1鋼板および前記第2鋼板の水平方向の相対変位により前記摩擦材との間で摩擦力を発生させて接触する摺動部と、を備え、
前記第1鋼板と前記第2鋼板とが前記軸方向に軸変位したときの前記摩擦材と前記摺動部との間で生じる摩擦力は、軸変位に概ね比例して増大する第1摩擦力と、一定の軸変位を超えると一定となる第2摩擦力と、を得るように設定されていることを特徴とする摩擦ダンパー。 An axial displacement-dependent friction damper connected to a substructure and a superstructure that is relatively mobile relative to the substructure and is arranged with the axial direction oriented horizontally.
The first steel plate attached to the superstructure and
A second steel plate attached to the lower structure and arranged so as to overlap the first steel plate in the plate thickness direction orthogonal to the axial direction, and
A friction material in which one of the first steel plate and the second steel plate is provided on a surface facing the other side and is set to a plurality of friction coefficients along the axial direction.
The other side is provided with a sliding portion provided on the other side and in contact with the friction material by generating a frictional force due to the relative displacement of the first steel plate and the second steel plate in the horizontal direction.
The frictional force generated between the friction material and the sliding portion when the first steel plate and the second steel plate are axially displaced in the axial direction is a first frictional force that increases substantially in proportion to the axial displacement. A friction damper that is set to obtain a second frictional force that becomes constant when a certain axial displacement is exceeded.
地震力が作用しない軸変位が0となるときの前記摺動部は、前記摩擦材の中央部となるように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の摩擦ダンパー。 The friction material is set so that the friction coefficient increases as the distance from the central portion in the axial direction increases on both sides in the axial direction.
The friction damper according to claim 1, wherein the sliding portion when the axial displacement on which no seismic force acts becomes 0 is arranged so as to be the central portion of the friction material.
前記摩擦ダンパーに併設され、前記下部構造体に対して相対的に移動自在な前記上部構造体の水平方向の変位量の増加に応じて鉛直方向上方の移動量が増加するように前記上部構造体を支持する傾斜滑り支承を備えていることを特徴とする免震建物。
A seismic isolated building equipped with the friction damper according to claim 1 or 2.
The superstructure is attached to the friction damper and is relatively movable with respect to the substructure so that the amount of movement in the vertical direction increases in accordance with the increase in the amount of horizontal displacement of the superstructure. A seismic isolated building characterized by being equipped with a slanted sliding support to support.
Priority Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN115075417A (en) * | 2022-07-19 | 2022-09-20 | 震安科技股份有限公司 | Double-step friction damper |
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2020
- 2020-10-08 JP JP2020170573A patent/JP2022062510A/en active Pending
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