JP3039846B2 - 積層ゴム支承体 - Google Patents

積層ゴム支承体

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JP3039846B2
JP3039846B2 JP7119869A JP11986995A JP3039846B2 JP 3039846 B2 JP3039846 B2 JP 3039846B2 JP 7119869 A JP7119869 A JP 7119869A JP 11986995 A JP11986995 A JP 11986995A JP 3039846 B2 JP3039846 B2 JP 3039846B2
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rubber
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直樹 加藤
佳孝 村松
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昭和電線電纜株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は積層ゴム支承体に係り、
特に免震アイソレーターとして建築、土木構造物、機器
等の免震や防振に利用される積層ゴム支承体に関する。
【0002】
【従来の技術】建築物等の構造物を地震の震動から保護
する免震アイソレーターとして、図6に示すように、複
数のゴム板1と鋼板のような金属板(中金具)2とを交
互に積層し加硫接着するとともに、上下両側から2枚の
金属板(外金具)3で挟持した積層ゴム支承体があり、
外金具3の上下両側にそれぞれフランジ4を重ね、ボル
ト(図示を省略。)により連結固定して使用される。な
お、この積層ゴムを実際に構造物の下に設置する場合に
は、保護のためにゴム板1の側周部にゴム層(図示を省
略。)が被覆あるいは装着される。また、外金具3とフ
ランジ4とは一体に構成しても良い。
【0003】このような積層ゴム支承体の形状を決定す
る主なパラメーターは、ゴム板1の直径または一辺の長
さD1 とゴム板1の厚さtR 、およびゴム板1の積層枚
数 nであり、これらは一次形状係数S1 と二次形状係数
2 としてまとめられる。一次形状係数S1 は、ゴム板
1の拘束面積と自由表面積(側面積)の比として、二次
形状係数S2 は、積層ゴムの直径または一辺の長さとゴ
ム層全体の厚さの比としてそれぞれ定義され、以下に示
す式で計算される。
【0004】S1 =(D1 −D2 )/ 4tR2 =D1 / ntR (式中、D2 は、必要に応じて金属板2およびゴム板1
の中央に設けられる製造時の放熱用開口部5の直径を示
す。) そして一次形状係数S1 は、鉛直剛性、回転剛性に関す
るパラメーターであり、S1 が大きくなるほど、直径に
対するゴム層の厚さは薄くなり、鉛直剛性や曲げ剛性が
大きくなる。また二次形状係数S2 は、載荷能力や水平
剛性に関するパラメーターであり、S2 が大きくなるほ
ど、積層ゴムは偏平になり座屈を起こしにくい形状とな
る。
【0005】ところで積層ゴム支承体としては、従来か
ら、図7に示すように、中金具2の直径または一辺の長
さD3 がゴム板1の直径または一辺の長さD1 より大き
い(D3 >D1 )ものと、図8に示すように、両者の寸
法が等しい(D3 =D1 )ものとがあり、前記した一次
形状係数S1 および二次形状係数S2 は、前者(D3
1 )の積層ゴム支承体では、S1 =17〜28、S2
3、後者(D3 =D1)の積層ゴム支承体では、S1 =15
〜40、S2 > 3となっている。またこれらの積層ゴム支
承体において、ゴム板1を構成するゴム状弾性体の剪断
方向の弾性率(剪断弾性率)G0 は、 4.5、 6、 8、10
Kgf/cm2 の各値を有するようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら特に建築
分野では、地震波の入力に対する出力の収束傾向から、
4秒以上の振動周期を有する積層ゴムの使用が、免震特
性の点で有効であることが確認されているが、前記した
従来の積層ゴム支承体では、いずれも周期が 3秒程度と
短く免震性が十分でなかった。
【0007】すなわち、振動の周期Tを算出する式は、
以下の数式に示されるように、面圧(圧縮応力)σおよ
びゴム状弾性体の剪断弾性率G0 で表され、高面圧で低
剪断弾性率にすることにより、長周期を実現できると考
えられる。なお、以下の数式において、 ntR (ゴム層
の総厚)は一定とする。
【0008】
【数1】 但し W ;重量(tonf) KH ;水平ばね定数( tonf/cm2 ) A ;受圧面積(cm2 ) σ ;面圧( tonf/cm2 ) G0 ;剪断弾性率( tonf/cm2 ) n ;ゴム層数 tR ;ゴム層1層の厚さ(cm) g ;重力加速度( 980cm/s2 ) しかし、前記した積層ゴム支承体をはじめとする従来の
積層ゴム支承体では、最大面圧σが約 100Kgf/cm2 でゴ
ム状弾性体の剪断弾性率G0 が 4Kgf/cm2 が最も低い値
であり、ゴム板の直径が 500mmの積層ゴム支承体(S2
= 5、 ntR =100mm)では、周期Tは 3秒程度であっ
た。
【0009】また、前者の構造(D3 >D1 )の積層ゴ
ム支承体のうちでS1 の値が20未満(S1 <20)のもの
では、S1 が20以上(S1 ≧20)のものに比べて、水平
ばね定数の面圧依存性が大きく、高面圧時に水平ばね定
数が大きく低下する。そしてこの依存性は、特に面圧が
100Kgf/cm2 以上(σ≧ 100Kgf/cm2 )のとき顕著とな
る。さらに後者の構造(D3 =D1 )の積層ゴム支承体
では、S1 ≧20のものでも、水平ばね定数の面圧依存性
が大きいという問題があった。
【0010】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、振動周期が長くて免震性が良好であり、かつ水
平ばね定数が安定して高く面圧依存性が小さい積層ゴム
支承体を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の積層ゴム支承体
は、複数の金属板とゴム板とを、接着または非接着状態
で交互に積層してなる積層ゴム支承体において、以下の
式で示されるように、一次形状係数S1 が20以上で二次
形状係数S2 が 5以上であり、かつ前記ゴム板を構成す
るゴム状弾性体の剪断弾性率G0 が 4Kgf/cm2 より小さ
いことを特徴とする。
【0012】S1 =(D1 −D2 )/ 4tR ≧20 S2 =D1 / ntR ≧ 5 G0 < 4Kgf/cm2
【0013】
【作用】本発明の積層ゴム支承体においては、20以上の
高い一次形状係数S1 を有しているので、水平ばね定数
の面圧依存性が小さく、水平方向に安定した高い防振性
を有している。
【0014】また、 5以上の高い二次形状係数S2 を有
しているので、高い面圧が加重されしかも高い剪断ひず
みが加えられたとき(水平方向大変形時)に、ゴム切れ
や損傷のような座屈および曲げ変形が生じることがな
い。さらに、ゴム板の側周面をこの板の厚さtR より小
さい曲率半径Rの丸みで内側に凹むように形成すること
により、水平方向大変形時の座屈をよりいっそう防止す
ることができる。
【0015】また、剪断弾性率G0 が 4Kgf/cm2 未満と
低い剪断弾性率を有するゴム状弾性体が使用されている
ので、従来の積層ゴム支承体に比べて長周期化が可能で
あり、免震特性が高い。
【0016】さらに本発明の積層ゴム支承体において
は、金属板の直径等D3 をゴム板の同様の寸法D1 より
大きく(D3 >D1 )構成することにより、水平ばね定
数の面圧依存性をより小さくすることができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0018】実施例 図1および図2にそれぞれ示すように、直径D1 500m
m、厚さtR 3.75mmの円形のゴム板6 26 枚を、直径D
3 510mm、厚さ 3.2mmの円形の鋼板(中金具)725枚と
交互に重ねて接着し、さらに上下両面のゴム板6上に、
直径 520mm、厚さ16mmの連結鋼板(外金具)8 2枚をそ
れぞれ重ねて積層ゴム支承体とした。この積層ゴム支承
体のS1 およびS2 は、S1 =32およびS2 = 5.1であ
り、ゴム板6を構成するゴム状弾性体の剪断弾性率G0
は 3.5Kgf/cm2 であった。またD3>D1 であり、かつ
ゴム板6の側周面6aが、板厚tR (3.75mm)より小さ
い曲率半径Rの丸みがつけられて内側に凹んでいるよう
にした。
【0019】さらに、比較例として、直径 500mm、厚さ
7.0mmの円形のゴム板14枚を、直径510mm、厚さ 3.2mm
の円形鋼板13枚と交互に重ねて接着し、さらに上下両面
に直径 520mm、厚さ16mmの連結鋼板をそれぞれ重ね、S
1 =17、S2 = 5.1、G0 =3.5Kgf/cm2 、D3
1 、R< 7mmの積層ゴム支承体を得た。
【0020】次に、こうして得られた実施例および比較
例の積層ゴム支承体について、水平ばね定数の面圧依存
性をそれぞれ調べた。測定結果を、実施例については図
3に、比較例については図4にそれぞれ示す。
【0021】これらの測定結果から、実施例(S1 >2
0)の積層ゴム支承体の面圧依存性(水平ばね定数の低
下の度合)が、比較例(S1 <20)の積層ゴム支承体に
おける面圧依存性に比べて少ないことがわかる。したが
って、比較例の積層ゴム支承体が 0〜 100Kgf/cm2 の面
圧での使用が可能であるので、実施例の積層ゴム支承体
では 0〜 200Kgf/cm2 の高面圧下での使用が可能である
といえる。
【0022】また、本実施例の積層ゴム支承体における
水平ばね定数の面圧依存性は、P.B.Lindley の提案式か
ら算定された結果とほぼ一致しており、したがって面圧
が 0〜 300Kgf/cm2 の範囲ならば、いかなる面圧におい
ても水平ばね定数の算出が可能であることがわかる。
【0023】さらに、ゴム板および中金具の直径が等し
い(D3 =D1 = 500mm)側周面ストレート型の積層ゴ
ム支承体について、水平ばね定数と面圧との関係を、図
3(S1 >20の場合)および図4(S1 <20の場合)に
それぞれ示す。これらのグラフから、側周面ストレート
型の積層ゴム支承体では、S1 >20のものでも水平ばね
定数の面圧依存性が大きく、高面圧下での使用に適さな
いことが確められた。 次いで、実施例の積層ゴム支承
体について、100,150,200 Kgf/cm2 の各面圧を加重した
状態で、水平方向の荷重と変位との関係(水平方向の剛
性)を調べた。測定結果を図5(a)、(b)、(c)
にそれぞれ示す。これらの図から、実施例の積層ゴム支
承体では、剪断ひずみ300%すなわちゴム層の総厚( nt
R )の3倍の水平方向の変形に対して、各面圧印加状態
ともに安定した履歴曲線を示すことがわかる。
【0024】さらに、本実施例の積層ゴム支承体と表1
に示す剪断弾性率G0 を有する従来の積層ゴム支承体
(直径 500mm)とを、RC造4F(重量約 3000ton)の
建物に対して同表に示す個数使用したときの振動の周期
をそれぞれ調べた。結果を、面圧σおよび剪断弾性率G
0 の値とともに表1に示す。
【0025】
【表1】 この表から明らかなように、実施例の積層ゴム支承体を
従来より高面圧( 100Kgf/cm2 以上)で使用することに
より、従来の積層ゴム支承体を使用した場合に比べて、
周期を15〜 55%長くし、免震特性を高めることができ
る。また、このような高面圧での使用は個数の低減を意
味するので、実施例の積層ゴム支承体によれば使用個数
を減らし、コストの低減を図ることができる。
【0026】さらに、従来の積層ゴム支承体と同程度の
周期を持つように設計する場合には、実施例の積層ゴム
支承体では面圧をより高くすることができるため、直径
を 400mm以下にしてコンパクト化を図ることが可能であ
る。
【0027】なお、以上の実施例では、円形のゴム板と
円形の鋼板(中金具)とを交互に積層し接着して得られ
た丸形の積層ゴム支承体について説明したが、本発明は
このような形状に限定されず、正方形のような多角形の
ゴム板と同形の金属板とを積層した角形の積層ゴム支承
体においても、S1 ≧20、S2 ≧ 5、G0 < 4Kgf/cm2
とすることにより同様の効果を上げることができる。ま
た、前記丸形あるいは角形の積層ゴム支承体において、
ゴム板と金属板とを非接着状態で積層一体化しても、同
様の効果を上げることができる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明の積層ゴム支
承体は、振動周期が長くて免震特性が高いうえに、水平
ばね定数が安定して高くその面圧依存性が小さい。ま
た、高面圧で高剪断ひずみが加えられたとき(水平方向
大変形時)に、ゴム切れや損傷のような座屈が生じるこ
とがなく、免震アイソレーターとして好適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の積層ゴム支承体の実施例を示す断面
図。
【図2】図1におけるA部を拡大して示す図。
【図3】実施例(S1 >20)の積層ゴム支承体につい
て、水平ばね定数と面圧との関係を表すグラフ。
【図4】比較例(S1 <20)の積層ゴム支承体につい
て、水平ばね定数と面圧との関係を表すグラフ。
【図5】実施例の積層ゴム支承体について、面圧を加え
た状態での水平方向の剛性を表すグラフ。
【図6】従来の積層ゴム支承体の構造を示す断面図。
【図7】従来の積層ゴム支承体の要部を拡大して示す断
面図。
【図8】従来の積層ゴム支承体の別の例を示す要部拡大
断面図。
【符号の説明】
6………ゴム板 6a………側周面 7………中金具 8………外金具
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16F 1/00 - 6/00 E04B 1/36 E04H 9/02 F16F 15/04 - 15/32

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の金属板とゴム板とを、接着または
    非接着状態で交互に積層してなる積層ゴム支承体におい
    て、 以下の式で示されるように、一次形状係数S1 が20以上
    で二次形状係数S2 が5以上であり、かつ前記ゴム板を
    構成するゴム状弾性体の剪断弾性率G0 が 4Kgf/cm2
    り小さいことを特徴とする積層ゴム支承体。 S1 =(D1 −D2 )/ 4tR ≧20 S2 =D1 / ntR ≧ 5 G0 < 4Kgf/cm2 (但し、D1 はゴム板の直径または一辺の長さ、D2
    金属板およびゴム板の中央に設けられる開口部の直径を
    示し、D2 = 0を含む。また、tR はゴム板1枚の厚
    さ、 nはゴム板の積層枚数をそれぞれ示す。)
  2. 【請求項2】 前記金属板の直径または一辺の長さD3
    が、前記ゴム板の直径または一辺の長さD1 より大きい
    ことを特徴とする請求項1記載の積層ゴム支承体。
  3. 【請求項3】 前記ゴム板の側周面が、該板の厚さtR
    より小さい曲率半径Rの丸みがつけられて内側に凹んで
    いることを特徴とする請求項1または2記載の積層ゴム
    支承体。
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JP6326943B2 (ja) * 2014-04-30 2018-05-23 横浜ゴム株式会社 ゴム支承体
JP6482974B2 (ja) * 2014-07-10 2019-03-13 昭和電線ケーブルシステム株式会社 積層ゴム支承体
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CN109537717B (zh) * 2016-06-14 2020-09-01 董礼利 一种节能防火保温透光板房的安装方法

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