JP3021447U

JP3021447U - 免震装置

Info

Publication number: JP3021447U
Application number: JP1995009134U
Authority: JP
Inventors: 司岸園; 郁夫下田; ヘンリーロビンソンウイリアム
Original assignee: Oiles Corp
Current assignee: Oiles Corp
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1995-08-07
Publication date: 1996-02-20
Anticipated expiration: 2001-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】免震効果に優れる上に、構造物と基礎との相
対変位を小さくすることができ、また地震後の後揺れも
早期に減衰することができ、台風時のような強風時でも
載置された構造物の横揺れを少なくし得、加えて免震効
果を発揮するに十分な長周期化を計り得て長周期成分の
地震動でも共振の虞がない免震装置を提供する。【解決手段】免震装置５は、弾性材料層及び剛性材料
層を交互に積層してなる弾性体３と、弾性体３を貫通し
て配されて、弾性体３に隙間なく拘束された柱状鉛４と
を具備しており、柱状鉛４の剪断面の総面積ａｐと弾性
体３の荷重面の面積Ａｒとの比ａｐ／Ａｒが０．０１〜
０．１２である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、二つの構造物間に配されて両構造物間の相対的な水平振動のエネルギを吸収し、構造物への振動加速度を低減するための装置、特に地震エネルギを減衰して地震入力加速度を低減し、建築物、橋梁等の構造物の損壊を防止する免震装置に関する。

【０００２】

【考案が解決しようとする課題】

振動エネルギ吸収体としては、例えば、特公昭６１−１７９８４号に記載のものが知られており、この振動エネルギ吸収体は、二つの構造物間に固定されていて剪断力を加えることによって塑性変形する鉛部材を有している。このような振動エネルギ吸収体の鉛部材は、疲労等を生じることなしにその塑性変形において振動エネルギを好ましく吸収するが、変形後も、通常のばねと異なり吸収したエネルギを構造物に戻さない特長を有する。

【０００３】弾性材料層を構成するゴム等からなる弾性板と剛性材料層を構成する金属板とを交互に積層し、これらを互いに加硫接着等して相互に固着してなる免震装置としての弾性体は、地震入力加速度を低減し、構造物を地震の破壊力から一応保護するが、振動エネルギ吸収能力が低く、これを単独で免震装置として用いた場合、地震動を受けた構造物は地震後の振動が鎮るまでに長時間を要する等の地震工学及び振動工学の観点から種々の問題がある。

【０００４】そこで、鉛部材の塑性変形における振動エネルギ吸収能と、弾性体の地震入力加速度の低減能及び復元能とを合せ持つべく、弾性体と、この弾性体を貫通して配された柱状鉛とを具備した図１及び図２に示すような免震装置も前記公報に提案されている。

【０００５】図１及び図２に示す免震装置５は、弾性材料層を構成するゴム等からなる弾性板１と剛性材料層を構成する環状の金属板２とを交互に積層して相互に固定してなる弾性体３と、弾性体３の中央を貫通して配されて、弾性体３に拘束された円柱状鉛４とを具備しており、このような免震装置５に対して地震により横方向力（水平方向力）Ｆが生じた場合の当該横方向力Ｆと横変位（水平方向変位）δとの関係は、対角剛性Ｋｅｒと弾性体３の横方向（水平方向）の剛性Ｋｒとが同程度の場合、換言すれば弾性体３で拘束された円柱状鉛４の剪断降伏荷重Ｑｄが小さくなる場合には、図３に示すような履歴曲線を描き、対角剛性Ｋｅｒが剛性Ｋｒに比較して大きい場合、換言すれば円柱状鉛４の降伏荷重Ｑｄが大きくなる場合には、図４に示すような履歴曲線を描くこととなる。ここで、降伏荷重Ｑｄは、次式（１）で表される。Ｑｄ＝ａｐ・σｐｄ・・・・・（１）なお、ａｐは、円柱状鉛４の剪断面の面積（横断面積）で、免震装置５に加わる横方向力Ｆに対する円柱状鉛４の剪断面の面積に相当し、σｐｄは、弾性体３で隙間なく拘束された円柱状鉛４自体の設計剪断降伏応力で、純粋鉛（純度９９．９％以上）の場合、８５ｋｇ／ｃｍ²として与えることができる。換言すれば、式（１）に従った円柱状鉛４の剪断降伏荷重Ｑｄを保証する要件としては、弾性体を構成する弾性材料層と剛性材料層とに円柱状鉛が隙間なく拘束されていることである。

【０００６】ところで、図３に示すような履歴曲線を描く免震装置５では、免震効果は優れるものの、これに載置される構造物と基礎との相対変位が大きく、また地震後の後揺れが比較的長く続き、長周期成分の大きな地震動では共振する虞を有し、更に、台風時のような強風時には載置された構造物が大きく揺れる場合がある。一方、免震装置５による動的固有振動周期は図３及び図４に示す対角剛性Ｋｅｒで与えられるが、図４に示すような履歴曲線を描く免震装置５では、剛性Ｋｒが比較的小さくても、対角剛性Ｋｅｒが大きい場合には、円柱状鉛４の降伏荷重Ｑｄが大きくなり、免震効果を発揮するに十分な長周期化が困難となり、結果として、免震効果が悪くなる。

【０００７】本考案は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、降伏荷重Ｑｄと、以下述べる弾性体３の支持荷重Ｗとの関係に着目して、この関係から得られる柱状鉛の剪断面の面積ａｐと、弾性体の荷重面の面積Ａｒとの比を所定の範囲内にすることにより、免震効果に優れる上に、構造物と基礎との相対変位を小さくすることができ、また地震後の後揺れも早期に減衰することができ、台風時のような強風時でも載置された構造物の横揺れを少なくし得、加えて免震効果を発揮するに十分な長周期化を計り得て長周期成分の地震動でも共振の虞がない免震装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案によれば前記目的は、弾性材料層及び剛性材料層を交互に積層してなる弾性体と、この弾性体を貫通して配されて、弾性体に隙間なく拘束された少なくとも一つの柱状鉛とを具備した免震装置であって、柱状鉛の剪断面の総面積ａｐと弾性体の荷重面の面積Ａｒとの比ａｐ／Ａｒが０．０１〜０．１２である免震装置によって達成される。

【０００９】本考案は、免震装置５に要求される特性が柱状鉛４の降伏荷重Ｑｄと載置される構造物に対する弾性体３の支持荷重Ｗとの比で評価することができることに着目し、降伏荷重Ｑｄと支持荷重Ｗとの比Ｑｄ／Ｗが０．０２よりも小さい場合には、載置される構造物と基礎との相対変位が大きく、また地震後の後揺れが比較的長く続き、長周期成分の大きな地震動では共振する虞を有し、台風時のような強風時には載置された構造物が大きく揺れる虞がある一方、比Ｑｄ／Ｗが０．０８よりも大きい場合には、長周期化が困難となり、結果として、免震効果が悪くなる、という知見に基づいてなされたものである。

【００１０】免震装置５においては、柱状鉛４の降伏荷重Ｑｄは、上記の式（１）で与えられ、また、弾性体３の支持荷重Ｗは、Ｗ＝Ａｒ・Ｐ・・・・・・・・（２）で表される。ここで、Ａｒは、弾性体３の荷重面の面積で、免震装置５に加わる鉛直方向荷重Ｘに対する弾性体３の受圧面積に相当し、Ｐは、免震装置５に加わる鉛直方向荷重Ｘに対する弾性体３の平均圧縮応力で、免震装置の設計では、通常、６０ｋｇ／ｃｍ²〜１３０ｋｇ／ｃｍ²程度の値がとられる。

【００１１】ところで、比Ｑｄ／Ｗは、Ｑｄａｐ・σｐｄ ─── ＝ ────── ＝０．０２〜０．０８ＷＡｒ・Ｐで表され、ここで、σｐｄ＝８５ｋｇ／ｃｍ²、Ｐ＝１３０ｋｇ／ｃｍ²とすると、比Ｑｄ／Ｗの上限値は、換言すればａｐ／Ａｒの上限値は、約０．１２となり、σｐｄ＝８５ｋｇ／ｃｍ²、Ｐ＝６０ｋｇ／ｃｍ²とすると、比Ｑｄ／Ｗの下限値は、換言すればａｐ／Ａｒの下限値は、約０．０１となる。

【００１２】すなわち、柱状鉛の剪断面の面積ａｐと、弾性体の荷重面の面積Ａｒとの比ａｐ／Ａｒを０．０１〜０．１２の範囲内にすることにより、免震効果が優れ、構造物と基礎との相対変位を小さくすることができ、また地震後の後揺れも早期に減衰することができ、台風時のような強風時でも載置された構造物の横揺れを少なくし得、加えて２秒以上の長周期化を計り得て長周期成分の地震動でも共振の虞がないといえるのである。

【００１３】なお、以下の実施例からも明らかであるように、比ａｐ／Ａｒを、０．０２〜０．０７にすることにより、更に好ましい結果が得られ、また、０．０３〜０．０６にすることにより、更により好ましい結果が得られることが判明した。

【００１４】本考案において、弾性材料層の素材としては、天然ゴム、シリコンゴム、高減衰ゴム、ウレタンゴム又はクロロプレンゴム等を挙げることができるが、好ましくは天然ゴムである。また、剛性材料層の素材としては、鋼板、炭素繊維、ガラス繊維若しくはアラミド繊維等の繊維補強合成樹脂板又は繊維補強硬質ゴム板等を挙げることができ、その厚みは、１．００ｍｍ〜６．００ｍｍ程度のものが好ましいが、これに限定されず、更にその枚数においても特に限定されない。弾性体３及び柱状鉛４は、それぞれ円環状体及び円柱状体が好ましいが、他の形状のもの、例えば楕円若しくは方形体及び楕円若しくは方形体のものであってもよい。弾性体を貫通して配される柱状鉛は、一個に限らず、複数個であってもよく、この場合には、各柱状鉛の剪断面を加算した剪断面の総面積ａｐと弾性体の荷重面の面積Ａｒとの比ａｐ／Ａｒが上記の範囲であればよい。

【００１５】なお、本考案の免震装置５の上面と下面には、載置する構造物と基礎とに当該免震装置５を取り付けるための金属製の取り付け板等が設けられる。

【００１６】また本考案は、弾性材料層及び剛性材料層を交互に積層してなる弾性体と、この弾性体を貫通して配されて、弾性体に隙間なく拘束された少なくとも一つの柱状鉛とを具備した上述の免震装置を、構造物と基礎との間に多数個配したシステムにも適用することができ、この場合、柱状鉛の剪断面の総面積ａｐｔと弾性体の荷重面の総面積Ａｒｔとの比ａｐｔ／Ａｒｔが０．０１〜０．１２の範囲内、好ましくは０．０２〜０．０７の範囲内、更に好ましくは０．０３〜０．０６の範囲内にあれば、上述の効果が同様に得られる。

【００１７】

【考案の実施の形態】

以下本考案の実施の形態を、好ましい実施例に基づいて説明する。

【００１８】

【実施例】

図５に示すような免震装置において、比ａｐ／Ａｒを変化させて、各比ａｐ／Ａｒでの基礎１０の振動エネルギＥｂによる構造物１１への振動エネルギＥｓを求めた。得られた比ａｐ／Ａｒと免震装置５によるエネルギ伝達率Ｅｓ／Ｅｂとの関係を図６に示す。

【００１９】免震装置５は、天然ゴムからなる弾性材料層及び鋼製の剛性材料層とを交互に積層してなる弾性体３と、弾性体３を貫通して配されて、弾性体３に隙間なく拘束された柱状鉛４と、弾性体３の下面及び上面において弾性材料層に埋め込まれた取り付け用鋼板１５及び１６と、鋼板１５及び１６にぞれぞれボルト１７を介して連結されたフランジプレート１８及び１９と、柱状鉛４の下面及び上面においてフランジプレート１８及び１９と鋼板１５及び１６とを互いに剪断方向（Ｆ方向）に固定する剪断キー２０とを具備している。本免震装置５は、フランジプレート１８側が基礎１０に、フランジプレート１９側が構造物１１にそれぞれ連結されて用いられる。

【００２０】図６から明らかなように、比ａｐ／Ａｒが０．０１〜０．１２の範囲内であれば、エネルギ伝達率Ｅｓ／Ｅｂが１／２以下となり、基礎１０の振動エネルギが十分に減衰されて構造物１１に伝達されることが判る。また、比ａｐ／Ａｒが０．１２以上であると、応答加速度比（応答／入力）が約５０％以上になることを確認し得た。また、比ａｐ／Ａｒが０．０１以下であると、構造物と基礎との相対変位が例えば好ましい比ａｐ／Ａｒ＝０．０５におけるそれの２〜３倍以上も生じ、実用的でないことが判った。

【００２１】また、比ａｐ／Ａｒが０．０２〜０．０７の範囲内の場合及び０．０３〜０．０６の範囲内の場合は、図６から明らかなように、ぞれぞれ更に好ましいエネルギ伝達率Ｅｓ／Ｅｂが得られることが判る。

【００２２】

【考案の効果】

以上のように本考案によれば、柱状鉛の剪断面の総面積ａｐと、弾性体の荷重面の面積Ａｒとの比ａｒ／Ａｒを所定の範囲内にするため、免震効果に優れ、構造物と基礎との相対変位を小さくすることができ、また地震後の後揺れも早期に減衰することができ、台風時のような強風時でも載置された構造物の横揺れを少なくし得、加えて免震効果を発揮するに十分な長周期化を計り得て長周期成分の地震動でも共振の虞がない免震装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る免震装置の斜視図である。

【図２】図１に示す免震装置の断面図である。

【図３】免震装置の動作説明図である。

【図４】免震装置の動作説明図である。

【図５】本考案の実施例を示す図である。

【図６】図５の実施例の効果を示す比ａｐ／Ａｒとエネ
ルギ伝達率Ｅｓ／Ｅｂとの特性図である。

【符号の説明】

１弾性板２金属板３弾性体４円柱状鉛５免震装置ａｐ面積Ａｒ面積

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】弾性材料層及び剛性材料層を交互に積層
してなる弾性体と、この弾性体を貫通して配されて、弾
性体に隙間なく拘束された少なくとも一つの柱状鉛とを
具備した免震装置であって、柱状鉛の剪断面の総面積ａ
ｐと弾性体の荷重面の面積Ａｒとの比ａｐ／Ａｒが０．
０１〜０．１２である免震装置。
【請求項２】比ａｐ／Ａｒが、０．０２〜０．０７で
ある請求項１に記載の免震装置。
【請求項３】比ａｐ／Ａｒが、０．０３〜０．０６で
ある請求項１に記載の免震装置。
【請求項４】各々が、弾性材料層及び剛性材料層を交
互に積層してなる弾性体と、この弾性体を貫通して配さ
れて、弾性体に隙間なく拘束された少なくとも一つの柱
状鉛とを具備した複数の免震装置を有したシステムであ
って、柱状鉛の剪断面の総面積ａｐｔと弾性体の荷重面
の総面積Ａｒｔとの比ａｐｔ／Ａｒｔが０．０１〜０．
１２であるシステム。
【請求項５】比ａｐｔ／Ａｒｔが、０．０２〜０．０
７である請求項４に記載のシステム。
【請求項６】比ａｐｔ／Ａｒｔが、０．０３〜０．０
６である請求項４に記載のシステム。