JP2589727B2 - 免震ゴム - Google Patents

免震ゴム

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は複数枚の硬質板と粘弾性的性質を有する軟質
板とを交互に積層した免震ゴムに関するものであり、特
に地震時に免震効果を発揮すると共に平常時には微振動
を減衰する効果を有する免震ゴムに関する。更に詳しく
は、本発明の免震ゴムは、それ自身で地震時には通常の
免震ゴムが持つバネ効果とダンパーの持つ減衰効果(ダ
ンパー効果)の両方の効果(免震効果)を有していると
共に、地震の発生していない平常時には交通振動や機械
振動などの微振動を減衰する働きを有している免震ゴム
に関するものである。
[従来の技術] 鋼板等の硬質板とゴム等の粘弾性的性質を有する軟質
板とを積層した構造体が、防振性、吸振性等を要求され
る構造物、機器等の支承部材として広く用いられてい
る。
このような免震ゴムの作用効果は、例えば鉄筋コンク
リート造建物のような剛構造物と基礎との間に、横方向
に柔らかい、即ち剪断剛性率の小さい免震構造体を挿入
することにより、鉄筋コンクリート造建物の固有周期を
地震の卓越周期からずらすことによる。このため、免震
ゴムを建物と基礎との間に挿入する免震設計により、地
震により建物が受ける加速度は非常に小さくなる。しか
しながら、建物はゆっくりと横揺れし、地盤との間に大
きな相対変位を生じる。そして、この相対変位が大きい
と建物と他の構造物との衝突や水管、ガス管、配管など
の設備の破壊をもたらす恐れがある。従来、この横揺れ
変位を小さくするために、一般に免震ゴムとダンパーを
並列に並べて設置して使用している。しかしながら、免
震ゴムとダンパーとを並列に設置する方法は、設置作業
が煩雑となり、大幅なコスト上昇をもたらす。現在その
対策法の一つとして、免震ゴムの内部をくり抜き、この
部分に鉛を埋め込み、地震時の鉛の塑性変形を利用し
て、免震ゴムにダンピング効果を付与することによって
バネ効果とダンパー効果を兼備したものとすることが考
えられている。
ところが、鉛入り免震ゴムにおいて、大地震の際の免
震ゴムの大変形時に、鋼板等の硬質板が鉛を傷つけ、更
に傷ついた鉛がゴム等の軟質板を傷つけるため、免震ゴ
ム全体の破断を引き起こす恐れがある。しかも、傷つい
た鉛は、繰り返しの大変形によって破断するという危険
性がある。
そこで軟質板に高い減衰特性(高ヒステリシスロス)
を付与することによって、バネ効果とダンパー効果を兼
備する高減衰性免震ゴムが提案された(特願昭62−8443
2、同62−84433)。
[発明が解決しようとする課題] ところが上記の高減衰免震ゴムの場合、高ヒステリシ
ス性を持つ軟質板の応力〜歪関係が第2図に示すように
低歪域で高い弾性率を有しているため、積層体としての
高減衰免震ゴムも低歪域では高い剛性を示すものとなっ
ている。
この結果上記の高減衰免震ゴムは免震ゴムとしては極
めて優れたものであるが、低歪域での高剛性のために微
小振動を減衰する効果が不足するものとなっていた。
[課題を解決するための手段] 本発明の免震ゴムは、複数枚の硬質板と粘弾性的性質
を有する軟質板とを板面と垂直な方向に交互に積層して
なる免震ゴムにおいて、該積層方向に配置された複数枚
の軟質板のうち少なくとも1枚の軟質板Aは、低歪域で
は弾性率(以下、軟質板Aの弾性率を「EA」で表す。)
がその他の軟質板Bの弾性率(以下、軟質板Bの弾性率
を「EB」で表す。)よりも低く、即ち、EA/EB<1であ
り、高歪域では弾性率EAが軟質板Bの弾性率EBよりも高
い、即ち、EA/EB>1であることを特徴とするものであ
る。
なお、本発明において、材料(軟質板)の弾性率と
は、このような非線形材料の応力〜歪曲線に於て、任意
の歪に対応する応力の大きさを指しており、接線の勾配
ではない。
[作用] このような構造を有する免震ゴムの場合、これに変形
を加えるとその小変形領域において弾性率の低い軟質板
の特性を強く示すようになる。
即ち、歪の小さい領域では、軟質板Aの弾性率EAが軟
質板Bの弾性率EBよりも低い(EA/EB<1)ため、軟質
板Aの変形が優先し、軟質板Aの特性が強く現れ、免震
ゴムは全体として低剛性を示す。
一方歪の大きい領域では、軟質板Bの弾性率EBが軟質
板Aの弾性率EAよりも低い(EA/EB>1)ため、軟質板
Bの特性、即ち高ヒステリシス特性が強く現れる。
この結果本発明の免震ゴムは、低歪域では低剛性の免
震ゴムとして挙動し、一方高歪域では高減衰性免震特性
を示す。
つまり、本発明の免震ゴムは微小振動に対する減衰効
果と地震時の大変形に対するバネ効果及びダンパー効果
をすべて兼備するものとなっている。
[実施例] 以下、図面を用いて実施例について詳細に説明する。
第4、5、6図は実施例に係る免震ゴムの縦断面図で
あり、第1図はそれに用いられる軟質板の応力−歪曲線
である。
第4図の免震ゴム1では、硬質板2と粘弾性的性質を
有する軟質板A又はBとが板面方向に交互に積層されて
免震ゴム本体3が構成され、この免震ゴム本体3の上下
両面に硬質材よりなるフランジ4、5が接着されてい
る。なお、軟質板Aはこれらフランジ4、5の略中間の
部分に設けられている。第4図では、軟質板Aは1枚の
み示されているが、フランジ4、5の略中間付近の複数
枚を軟質板Aとしても良い。
この第4図の免震ゴムは、例えば、中小地震時の低歪
域では、第11図(a)に示す如く、主に軟質板A変形
し、軟質板Bの変形は小さいが、大地震時の高歪域で
は、第11図(b)に示す如く、軟質板Bの変形が大きく
なる。
第5図の免震ゴム6では、フランジ4、5と接する軟
質板が前記軟質板Aとされている。その他の構成は第4
図の免震ゴムと同様である。
第6図の免震ゴム7では、第1の免震ゴム本体8と第
2の免震ゴム本体9とを備え、免震ゴム本体8は軟質板
Aと硬質板2の積層体より成り、免震ゴム本体9は軟質
板Bと硬質板2との積層体よりなる。これら免震ゴム本
体8、9の上下両面にはフランジ4、5が設けられ、該
フランジ4、5を介して免震ゴム本体8、9が上下2段
に積み重ねられた構成とされている。免震ゴム本体8、
9は第4、5図に示した免震ゴム本体3のいずれの構成
としても良い。
第6図では免震ゴム本体8と免震ゴム本体9との間に
2枚のフランジ4、5が介在されているが、この免震ゴ
ム本体8、9間にはフランジは1枚のみ介在されるよう
にしても良い。
なお、図示の免震ゴムは本発明の1例であって、軟質
板と硬質板の積層枚数は図示のものに限定されない。ま
た、フランジは必須ではない。
この軟質板A、Bの応力−歪特性は第1図に示されて
いる。軟質板Bは、高歪域では軟質板Aよりも弾性率が
低く、即ちEA/EB>1であり、低歪域では軟質板Aより
も弾性率が高く、即ちEA/EB<1である。
本発明では、この軟質板A、Bの応力が等しくなる歪
εよりも小さい歪域を低歪域といい、εよりも大き
い歪域を高歪域という。
本発明では、εが0%を越え200%以下とりわけ10
-6〜90%の間にあるのが好適である。
即ち、このことは歪がε0/2であるときの軟質板A、
Bの弾性率EA,EBとの比EA/EBが1未満となることを意味
するが、EA/EBが0.8以下となるようにするのが好適であ
る。
また、本発明では、軟質板Aのヒステリシスロスが軟
質板Bのヒステリシスロスよりも小さくなるようにする
のが好適である。
さらに、本発明においては、軟質板Bの25℃、100%
変形時のヒステリシス比(h100)を0.2〜0.7とするのが
好適である。
一般に、材料のヒステリシスロス特性、減衰特性の尺
度としては、損失正接tanδ値が用いられる。しかし、
周知の通り、tanδは、材料への微小振幅の刺激に対す
る応答遅れとして測定される量であり、地震時に材料が
100〜200%にも達する大変形を受ける免震構造体に使用
する材料のヒステリシスロス特性を記述するパラメータ
としては不適当である。
そこで、本発明では、25℃、100%引張変形時の材料
のヒステリシス比(h100)をロス特性のメジャーとし
た。なお、引張速度200mm/minで、h100は、第3図の応
力−歪曲線において の面積比で与えられる。
h100はダンパー(ダンピング)効果のためには、でき
るだけ大きいことが望ましいが、このことは必然的に材
料の塑性変形を大きくする、従って、両特性を良好なも
のとする25℃におけるh100の好ましい範囲は、 0.2≦h100≦0.7 より好ましくは 0.25≦h100≦0.65 さらに好ましくは 0.3≦h100≦0.6 である。
上記の条件を満たす軟質板A、Bの材料としては、各
種ゴム材料が挙げられるが、例えば、エチレンプロピレ
ンゴム(EPR、EPDM)、ニトリルゴム(NBR)、ブチルゴ
ム、ハロゲン化ブチルゴム、クロロプレンゴム(CR)、
天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、スチレンブタ
ジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)等のゴムを
主成分とするゴム組成物からなるものが挙げられる。
このゴム組成物は、必要に応じて、各種充填剤、老化
防止剤、可塑剤、軟化剤、オイル等、ゴム材料に一般的
な配合材を含有していても良いことは言うまでもない。
硬質板2の材質としては、金属、セラミックス、プラ
スチックス、FRP、ポリウレタン、木材、紙板、スレー
ト板、化粧板などを用いることができる。硬質板及び軟
質板の形状は、円形、方形、その他五角形、六角形等の
多角形としても良い。硬質板と軟質板とを接着させるに
は、接着剤を用いたり共加硫すればよい。
ところで、本発明の免震ゴムは、前記の複合構造とす
ることにより低歪域では剛性が低く、減衰性即ちヒステ
リシスロスが小さい。そして、この剛性が低すぎると風
に対しては建物が比較的揺れやすくなる。また、微小地
震に対しては減衰性が不足し免震効果が少なく、振動減
衰性もよくないなどの新たな課題を引出す場合もある。
このようなケースに対しては軟質板Aより成る積層体の
内部をくり抜き、低歪域では弾性率が軟質板Aより高
く、高歪域では弾性率が軟質板Aより低く、ヒステリシ
スロスは軟質板Aより大きい粘弾性物質C(軟質板Bを
構成する粘弾性物質も含む)のコアを埋め込めばよい。
こうすれば、低歪域においても適度の剛性と減衰性が得
られるからである。以下に、実施例について図面を用い
て説明する。
第7、8、9、10図は実施例に係る免震ゴムの縦断面
図である。
第7図は、フランジ4、5の略中間の部分に設けられ
た軟質板Aより成る積層体の中心に粘弾性物質Cより成
るコアを1つ設けたものである。
第8図は、フランジ4又は5のいずれかに接する軟質
板Aより成る積層体の中心に粘弾性物質Cより成るコア
を1つ設けたものである。
第9図は、軟質板Aより成る積層体で構成された免震
ゴム本体11と軟質板Bより成る積層体で構成された免震
ゴム本体12を積み重ねた免震ゴム10において、軟質板A
より成る積層体の中心に粘弾性物質より成るコアを1つ
設けたものである。
以上では、粘弾性物質より成るコアを中心に1つ設け
た場合を示したが、第10図に示すように、粘弾性物質よ
り成るコアを軟質板Aより成る積層体の内部に複数個設
けてもよい。
[効果] 以上の通り、本発明の免震ゴムは、低歪域では低剛性
の免震ゴムとして挙動し、一方高歪域では高減衰性免震
特性を示す。
従って、本発明の免震ゴムは、微振動に対する減衰効
果と地震時の大変形に対するバネ効果及び減衰効果を具
備している。
なお、本発明の免震ゴムでは、低歪域では相対的に弾
性率の低い軟質板Aが専ら変形し、軟質板Bの変形は小
さいが、高歪域では弾性率の低下する軟質板Bの変形も
大きくなる。変形が大きくなるに従い、これらの変形は
累積されるので大地震などによる大変形が生じた場合に
は、軟質板A,Bがともに変形を分担するようになり、歪
がどちらかの軟質板に集中して免震ゴムが破断するよう
なことはない。
また、必要に応じて粘弾性物質のコアを設けることに
より、耐風安定性と微小地震に対する免震効果をも得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図及び第3図は軟質板の弾性率又は応力−
歪特性図、第4図、第5図、第6図は実施例に係る免震
ゴムの縦断面図である。また、第7図、第8図、第9図
及び第10図は実施例に係る免震ゴムの縦断面図である。
第11図(a),(b)は第4図に示す免震ゴムの変形状
態を模式的に示す説明図であり、第11図(a)は中小地
震時の変形を、第11図(b)は大地震時の変形を示す。 1、6、7……免震ゴム、2……硬質板、 3、8、9……免震ゴム本体、 4、5……フランジ、A、B……軟質板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八坂 厚彦 東京都調布市飛田給2―19―1 鹿島建 設株式会社技術研究所内 (72)発明者 深堀 美英 東京都八王子市散田町2―9―7 (72)発明者 芳沢 利和 東京都八王子市大和田町2―1―18 (56)参考文献 特開 昭62−184256(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数枚の硬質板と粘弾性的性質を有する軟
    質板とを板面と垂直な方向に交互に積層してなる免震ゴ
    ムにおいて、 該積層方向に配置された複数枚の軟質板のうち少なくと
    も1枚の軟質板Aは、低歪域では弾性率がその他の軟質
    板Bの弾性率よりも低く、高歪域では弾性率がその他の
    軟質板Bの弾性率よりも高いことを特徴とする免震ゴ
    ム。
JP1542588A 1988-01-26 1988-01-26 免震ゴム Expired - Lifetime JP2589727B2 (ja)

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NZ227706A NZ227706A (en) 1988-01-26 1989-01-24 Seismic bearing with laminated rubber and rigid plates: one rubber plate having different elasticity to other rubber plate(s)

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