JP2526557B2 - 免震支持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明な原子炉建屋、原子炉関連機器、その他の重要
構造物等の免震支持装置に関する。

〈従来技術およびその問題点〉 原子炉等の重要構造物が地震により破壊されると重大
な災害となるおそれがあるので、建屋を含めて免震構造
とすることが提案されている。免震構造は地震のピーク
周波数が５〜10Hzであることに着目し、ばねで支持され
た重量物の固有振動数を1Hz以下とすることにより、地
面から重量物に伝わる振動をばねにより吸収し遮断しよ
うとするものである。

かかる免震用のばね装置の１つとして積層防震ゴムが
ある。積層防震ゴムは第３図に示すように上下２枚の鋼
板a,aの間に薄いゴム板ｂと鋼板ｃを交互に積み重ねて
互いに接着したものである。かかる積層防震ゴムは、ゴ
ムの弾性力学的特性のため垂直方向の荷重に対しては剛
でばね定数が大きく、水平方向の荷重に対しては柔でば
ね定数が小さいという特性をもっており、垂直方向と水
平方向のばね定数の比は1000倍にも及ぶ場合がある。か
かる積層防震ゴムを支持装置として使用すると、水平方
向の免震は得られても垂直方向の免震が得られないとい
う問題がある。

一方ばね装置の１つとして第４図に示すような空気ば
ねがある。図の如く、金属生のシリンダ（外筒）ｄとピ
ストン（内筒）ｅとの間に断面Ｕ字状のゴム膜ｆを設け
た構造のもので、この膜により気密が保たれ、膜の変形
によって全体の伸縮が行われる。内部に密閉された空気
の圧力により外力に対抗するものであり、垂直方向の外
力の変化に対して、シリンダとピストンが相対的に動い
て内容積が変化し、それにより圧力が変化して外力と釣
合うようになっている。水平方向の外力に対しては、第
５図に示すように、横方向にδだけ変位したとき、押さ
れた側のゴム膜ｆのＵ字が下方に垂れ下がり横方向の受
圧面積は増大し、反対側は逆に受圧面積を減少するので
受圧面積の差が発生しこの差は変位δにほぼ比例するの
で、変位δに比例した復元力ｇが働くことになる。

かかる空気ばねを免震支持装置として使用すると、垂
直方向および水平方向の免震は得られるが、ゴム膜の強
度上水平方向に許容ストロークを十分とることが困難
で、地震の大きな振巾に耐えられないという問題があ
る。

〈発明の目的〉 本発明は従来技術のかかる問題点に鑑み案出されたも
ので積層防震ゴムと空気ばねを巧に組合わせて垂直方向
および水平方向共に十分な免震機能を有する免震支持装
置を提供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため本発明の免震支持装置は大円
板と大円板の一方の面に取り付けた略円筒状の大筒とよ
りなる有底外筒と、該有底外筒の内部に位置し、小円板
と小円板の一方の面に上記大筒と同方向に取り付けた略
円筒状の小筒とよりなる有底内筒と、環状に形成され、
断面形状が略Ｕ字状をしていて、有底外筒の内面と有底
内筒の外面とを連結して有底外筒の内側と有底内筒の外
側との間に密閉空間を形成するダイヤフラムとからなる
ダイヤフラム型空気ばねと、該ダイヤフラム型空気ばね
の有底内筒または有底外筒の外側の面に積み重ねて固着
した積層防震ゴムとを備えてなり、ダイヤフラム型空気
ばねの軸方向と積層防震ゴムの積み重ね方向が同一とな
っており、上記ダイヤフラム型空気ばねは、有底外筒の
大筒と自由端および有底内筒の小筒の自由端の高さがい
ずれもダイヤフラムの断面Ｕ字状の外表面の端面の高さ
と略同一となっており、積層防震ゴムは内部が中空にく
り抜かれていて、内径の外径に対する比が0.5以上であ
り、垂直方向のばね定数の水平方向のばね定数に対する
比が100ないし1000になっていることを特徴とするもの
である。

〈作用〉 ダイヤフラム型空気ばねは有底外筒の大筒の自由端お
よび有底内筒の自由端がいずれもダイヤフラムの断面の
Ｕ字状の外表面の端面の高さとほぼ同一となっているの
で水平方向のストロークは小さいが大きな復元力が働
く。また積層防震ゴムは内部が中空にくり抜かれている
ので同じばね定数を持つ中実の積層防震ゴムに比べて外
径が大きい。従って水平変形時に垂直荷重を受けたとき
座屈を起こしにくい。さらに積層防震ゴムは水平方向の
ばね定数が小さいので水平方向に変位しやすい。本発明
の免震支持装置はこのようなダイヤフラム型空気ばねと
積層防震ゴムのそれぞれの特徴を巧に組合わせることに
より垂直方向および水平方向の大きな振巾の振動に対応
できる。

〈実施例〉 以下本発明の一実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明の免震支持装置の断面図、第２図は本
発明の免震支持装置を原子炉建屋に使用した場合を示す
側面図である。

第１図および第２図において、１は空気ばね、２は積
層防震ゴム、３は有底外筒、４はダイヤフラム、５は有
底内筒、６はゴム製のストッパ、７は内筒ゴム、８は外
筒ゴム、９は防震ゴム、10は円環状の鋼板、11は下部鋼
板、20は免震支持装置、21は原子炉建屋である。

図のように空気ばね１は有底外筒３と有底内筒５との
間にダイヤフラム４が設けられた構造であり、有底外筒
３および有底内筒５はそれぞれ、大円板3a、小円板5aに
大筒3b、小筒5bが同心に溶接された構造となっており、
大筒3bと小筒5bおよび大円板3a、小円板5aとの間の空間
は、ダイヤフラム４により密閉され、圧縮空気が封入さ
れている。

有底内筒５の上面にはゴム製円筒状のストッパー６が
固着されており、空気を抜いた時に有底外筒３の大円板
3aの下面と当接して有底外筒３を支持するようになって
いる。有底外筒３の大筒3b内面および有底内筒５の小筒
5b外面にはそれぞれ外筒ゴム８および内筒ゴム７が固着
されており、ダイヤフラム４を保護している。なお、実
施例では内筒ゴム７の形状は内側が円筒状、外側が円錐
状で軸方向に厚さが変化しているが、軸方向に一定厚さ
とし内外とも截頭円錐状としてもよい。その場合は小筒
5bも截頭円錐状とする。

即ち、小筒5bは略円筒状であればよく、大筒3bも同様
である。有底内筒５の小円板5a下面には積層防震ゴム２
が固着されており、積層防震ゴム２下端には下部鋼板11
が固着されている。

積層防震ゴム２は、中実円筒のものでは、所要のばね
定数とした場合直径が細くなり過ぎ、バックリングの虞
れがあるので、図のように内部が中空にくり抜かれた中
空円筒状のものを使用する。内径の外径に対する比は図
からわかるように0.5以上である。積層防震ゴム２は図
のように円筒状の防震ゴム９に多数の円環状の鋼板10を
埋め込み接着した構造となっている。鋼板10の間のゴム
の厚さは通常3mm程度の厚さである。

尚本例では積層防震ゴム２の上に空気ばね１を積層ね
ているが逆に空気ばね１の上に積層防震ゴム２を積層ね
てもよい。又本例で積層防震ゴムが空気ばねの有底内筒
５の脚部を兼用するので全体として高さが低くなりコン
パクトになっている。尚、積層防震ゴム２は鋼板10間の
ゴム厚さが大きく、垂直方向のばね定数が小さいと荷重
が大きいのでクリープを起こすし、水平方向の大きな荷
重に対してはゴムに曲げモーメントが働くので上面と下
面の平行性が失われ好ましくない。本発明では上記ゴム
の厚さは薄いものを使用しているので、通常垂直方向と
水平方向のばね定数の比は100〜1000倍となっている。

次に作用を説明する。

かかる免震支持装置20で第２図のように建物21等を支
持した状態で地震が発生した場合を考えると、地震の垂
直方向の振動は下部鋼板11から積層防震ゴム２を介して
空気ばね１の内筒５まで伝わるが、空気ばね１により遮
断されるので建物には伝わらない。又水平方向の振動は
積層防震ゴム２と空気ばね１により吸収され、しかも積
層防震ゴム２の許容変位が大きいので、地震の横方向の
振巾がたとえ空気ばね１の許容ストロークを越えても振
動が建物に伝わることはない。

以下本発明の免震支持装置の実験結果について第６
図、第７図を参照しつつ説明する。実験は約24tの正方
形のコンクリートブロックの四隅を起震装置上で本発明
の免震支持装置で支持し、水平振動および垂直振動を加
えてコンクリートブロックの振動状態を記録したもので
あり、第６図は水平方向の加震、第７図は垂直方向の加
震である。第６図、第７図共横軸に振動数（Hz）、縦軸
に振巾の倍率をとっている。尚第６図において、ピーク
Ａは横振動、ピークＢはロッキングモードの振動であ
る。第６図、第７図で明らかなように地震のピーク周波
数の５〜10Hzでほぼ完全に免震している。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明の免震支持装置は、特許請求
の範囲に述べた構成となっているので以下に述べる効果
がある。

（１）水平方向の振動に対して免震効果が大きいが垂直
方向の振動に対しては免震効果の小さい積層防震ゴムと
垂直方向の振動に対しては免震効果が大きいが水平方向
への振幅に対して許容範囲の小さいダイヤフラム型空気
ばねをダイヤフラム型空気ばねと積層防震ゴムとを軸方
向に同一にして組合わせたので水平および垂直の両方向
の大きな振幅の振動に対して免震効果が大きい。

（２）ダイヤフラム型空気ばねは有底外筒の大筒の自由
端および有底内筒の小筒の自由端の高さがいずれもダイ
ヤフラムの断面Ｕ字状の外表面の端面の高さと略同一に
なっているので水平方向の外力に対して大きな復元力が
あり免震用に適している。

（３）積層防震ゴムの内部が中空に大きくくり抜かれて
いて、内径の外径に対する比が0.5以上になっているの
で、同じばね定数をもつ中実（または中心穴の小さい）
積層防震ゴムに対して外径を大きくすることができ、水
平変形時に垂直荷重を受けたとき座屈しにくい。また積
層した各段のゴムの厚さが薄いので、垂直方向のばね定
数の水平方向のばね定数の比が100〜1000となっていて
水平方向に変位しやすくなっていると共に、上面と下面
の平行度が保たれる。従って水平方向の大きな振幅の地
震に対して免震能力が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の免震支持装置の断面頭、第２図は本発
明の免震支持装置を原子炉建屋に使用した場合を示す側
面図、第３図は積層防震ゴムの側面図、第４図は空気ば
ねの断面図、第５図は空気ばねに水平方向の荷重をかけ
たときの復元力が発生するメカニズムを説明する断面
図、第６図は水平方向の加震に対する振巾の変化を示す
図面、第７図は垂直方向の加震に対する振巾の変化を示
す図面である。 １……ダイヤフラム型空気ばね ２……積層防震ゴム ３……有底外筒 ４……ダイヤフラム ５……有底内筒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小池上 一 横浜市磯子区新中原１番地 石川島播磨 重工業株式会社横浜第一工場内 (72)発明者 小俣 一平 横浜市磯子区新中原１番地 石川島播磨 重工業株式会社横浜第一工場内 (56)参考文献 特開 昭58−63566（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】大円板と大円板の一方の面に取り付けた略
   円筒状の大筒とよりなる有底外筒と、該有底外筒の内部
   に位置し、小円板と小円板の一方の面に上記大筒と同方
   向に取り付けた略円筒状の小筒とよりなる有底内筒と、
   環状に形成され、断面形状が略Ｕ字状をしていて、有底
   外筒の内面と有底内筒の外面とを連結して有底外筒の内
   側と有底内筒の外側との間に密閉空間を形成するダイヤ
   フラムとからなるダイヤフラム型空気ばねと、該ダイヤ
   フラム型空気ばねの有底内筒または有底外筒の外側の面
   に積み重ねて固着した積層防震ゴムとを備えてなり、ダ
   イヤフラム型空気ばねの軸方向と積層防震ゴムの積み重
   ね方向が同一となっており、上記ダイヤフラム型空気ば
   ねは、有底外筒の大筒の自由端および有底内筒の小筒の
   自由端の高さがいずれもダイヤフラムの断面Ｕ字状の外
   表面の端面の高さと略同一となっており、積層防震ゴム
   は内部が中空にくり抜かれていて、内径の外径に対する
   比が0.5以上であり、垂直方向のばね定数の水平方向の
   ばね定数に対する比が100ないし1000になっていること
   を特徴とする免震支持装置。