JP3410172B2 - 鉛封入積層ゴム支承 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】Ａ. 発明の目的 (1) 産業上の利用分野 この発明は、積層ゴム体内に鉛体を封入し、荷重を支持
するとともに地震動等の振動エネルギーを鉛体のせん断
変形を利用して吸収する免震支持装置いわゆる鉛封入積
層ゴム支承に関する。

【０００２】(2) 従来の技術 この種の鉛封入積層ゴム支承は、一般に、ゴム弾性層と
補強板とが交互に鉛直方向に積層されてなる積層ゴム体
内に柱状の鉛体いわゆる鉛プラグを封入された構成を採
る。しかして、該鉛プラグは周囲の積層ゴム体によって
拘束され、支承全体の水平変位に伴うせん断変形を受け
ることにより、所期のエネルギー吸収性能を発揮するも
のである。

【０００３】しかしながら、従来のこの鉛封入積層ゴム
支承の構造によっては、鉛プラグは一般的に剛性が小さ
く、常時の風荷重あるいは微弱地震力に対しても塑性せ
ん断変形を受け、初期弾性をもって抵抗する外力は小さ
な範囲内で極めて限られたものとなる。このため、鉛プ
ラグの剛性を高めるべく、種々の試みがなされている。
すなわち、鉛プラグを合金化することは、その一提案で
あるが、純鉛の塑性及び硬度を維持して所定の特性を得
ることは困難である。また、仮に所定の剛性の合金が得
られたとしても、その剛性が高いことから、当該鉛プラ
グの外側の積層ゴム体との接触部で長期の使用によりゴ
ム弾性体を損傷させるものとなる。

【０００４】(3) 発明が解決しようとする問題点 本発明は上記実情に鑑み、従来の鉛封入積層ゴム支承の
欠点を解消すべくなされたものであり、容易に所望の剛
性に調整され、かつ接触部でのゴムの損傷を招くことの
ない鉛プラグを有する鉛封入積層ゴム支承を得ることを
目的とする。

【０００５】Ｂ．発明の構成 (1) 問題点を解決するための手段 本発明の鉛封入積層ゴム支承は上記目的を達成するた
め、次の構成を採る。すなわち、水平状に配されるゴム
弾性層と補強板とが交互に鉛直方向に積層されてなる積
層ゴム体内に鉛体を主体とする塑性変形部が柱状に封入
された鉛封入積層ゴム支承において、前記塑性変形部
は、円柱状をなすとともに純鉛体からなる鉛プラグの内
部に、純鉛よりも硬度の大きい塑性材料よりなる心棒体
が鉛直方向に挿入され、かつ、前記鉛プラグは前記積層
ゴム体内に形成された円孔内に密 接して封入されてなる
ことを特徴とする。

【０００６】(2) 作用 常時においては、積層ゴム体は上部構造の荷重を下部構
造に伝達支持する。塑性変形部は荷重支持には実際的に
関与しない。そして、温度差に基づく上部構造の緩慢な
伸縮変位に対しては、塑性変形部はその水平変位に追従
し、積層ゴム体の水平弾性特性を損なうことがない。ま
た、風荷重あるいは微弱地震力に対しては、塑性変形部
の鉛体は初期弾性により抵抗し、水平方向の変位を阻止
する。すなわち、本塑性変形部は剛性が調整されている
ので、所期の初期弾性を示し、所定の大きさの風荷重・
微弱地震力を確実に阻止する。地震時においては、強制
振動力に対して上下部構造が互いに水平方向に急激に相
対変位するが、積層ゴム体はこの振動変位に追従すると
ともに、その水平ばね特性によりこの振動周期の上部構
造への伝達を長周期化し、上部構造の免震作用をなす。
また、積層ゴム体内の塑性変形部の鉛体の塑性変形で地
震エネルギーを吸収し、上部構造の変位加速度を減衰さ
せるとともに相対変位を抑制し、減衰作用をなす。この
塑性変形部の変形において、積層ゴム体は鈍鉛体に接す
るので、両者の当接は緩衝化され、ゴム弾性層への損傷
はない。

【０００７】(3) 実施例 本発明の鉛封入積層ゴム支承の実施例を図面に基づいて
説明する。 （実施例の構成） 図１及び図２はその一実施例を示す。図において、Ｇは
建築構造物としての上部構造、Ｂは該上部構造Ｇを支持
する基礎としての下部構造である。

【０００８】本実施例の鉛封入積層ゴム支承Ｓは、積層
ゴム体１と該積層ゴム体１内に封入された鉛体を主体と
する塑性変形部２とを、上下の取付け板３，４によって
一体的に挟着したものであり、上部構造Ｇと下部構造Ｂ
との間に介装される。

【０００９】以下、各部の細部の構成を説明する。積層ゴム体１ 積層ゴム体１は外形形状において円柱状をなし、また、
その内部には、その中心部に鉛直方向に貫通する円孔１
０が形成される。積層ゴム体１の環状部は、ゴム弾性層
１２と補強板１３とが交互に配された構成を採り、これ
らは加硫接着により強固に一体化される。しかして、積
層ゴム体１はこのゴム弾性層１２と補強板１３とによ
り、上載荷重Ｐに対しては大きな剛性を示し、横荷重Ｑ
に対してゴム弾性層１２による可撓性を示す。該積層ゴ
ム体１の断面積は、上載荷重Ｐを支持しえるように決定
される。ゴム弾性層１２のゴム量は同一の水平せん断剛
性を得るべく好ましくは等量とされる。

【００１０】補強板１３は、環状体をなし、本実施例で
は薄鋼板より形成されるが、帆布、合成樹脂板等を除外
するものではない。その外径は所要のかぶりを存して積
層ゴム体１の外径よりも小さく、また、その内径も若干
のかぶりをもって内孔１０の径よりも大きくされる。な
お、この内側のかぶりは必須のものではなく、直接円孔
１０に臨む態様を採りうる。

【００１１】塑性変形部２ 塑性変形部２は、本実施例において特徴ある構成を採
る。すなわち、該塑性変形部２は、鉛プラグ１５と該鉛
プラグ１５内に鉛直方向に挿入された塑性材料からなる
心棒体１６とからなり、一体となって円柱状をなすとと
もに円孔１０内に密接して封入される。

【００１２】鉛プラグ１５は純鉛よりなる。純鉛は、密
度が１１．３６、融点が３２７．４℃を示し、機械的性
質としては、弾性率１３，６３１ＭPa、弾性限１．６６
ＭPa、引張強さ１４ＭPa、伸び４０〜５０％、圧縮強さ
４９ＭPa、硬さ３〜７ＨＢＳを示す。このように、純鉛
は展延性に富み、容易に塑性変形をうける。

【００１３】心棒体１６は塑性材料からなり、大きな外
力により塑性変形を起こす金属材料から適宜のものが選
択される。そのような素材として本実施例においては、
鉛合金が好ましいものとして使用される。鉛合金として
Ｐｂ−Ｓｂ系、Ｐｂ−Ｓｎ系あるいはＰｂ−Ｓｂ−Ｓｎ
系合金が適用される。このうち、はんだはＳｂ−Ｓｎ合
金中に含まれ、その特性が明確なものであり、好ましい
ものとして使用される。

【００１４】上下部取付け板３，４ 上下部取付け板３，４は、ともに所定厚の円板状の鋼板
よりなる。上部取付け板３においては、その縁部にアン
カー取付け用のねじ孔１８が円周方向に複数箇所（本実
施例では８）にわたって開設され、該ねじ孔１８にアン
カー鋼棒１９が螺合される。下部取付け板４において
は、その縁部にアンカー取付け用のねじ孔２０が開設さ
れ、該ねじ孔２０にアンカー鋼棒２１が螺合される。ア
ンカー鋼棒１９，２１を溶着する場合においては、ねじ
孔１８，２０は省略されうる。

【００１５】本実施例の鉛封入積層ゴムダンパーＳは上
部構造Ｇと下部構造Ｂとの間に介装設置される。すなわ
ち、下部構造Ｂは例えば地盤に設置されるコンクリート
基礎であり、上部構造Ｇは全体として剛性を持つ中高層
建物であり、本鉛封入積層ゴムダンパーＳはこの上部構
造Ｇの荷重を支持する。また、本鉛封入積層ゴムダンパ
ーＳは断面が円形であるので、無方向性を示し、設置方
向は自在である。

【００１６】（実施例の作用・効果） この実施例の鉛封入積層ゴム支承Ｓの作用を図３に基づ
いて説明する。常時においては、積層ゴム体１は上部構
造Ｇの荷重Ｐを下部構造Ｂに伝達支持する。塑性変形部
２は荷重支持には実際的に関与しない。そして、温度差
に基づく上部構造の緩慢な伸縮変位に対しては、塑性変
形部２はその水平変位に追従し、積層ゴム体１の水平弾
性特性を損なうことがない。また、風荷重あるいは微弱
地震力ｑに対しては、塑性変形部２は初期弾性により抵
抗し、水平方向の変位を阻止する。すなわち、本塑性変
形部２は剛性が調整されているので、所期の初期弾性を
示し、所定の大きさの風荷重・微弱地震力を確実に阻止
する。

【００１７】地震時においては、強制振動力Ｑに対して
上下部構造Ｇ，Ｂが互いに水平方向に急激に相対変位す
るが、積層ゴム体１はこの振動変位に追従するととも
に、その水平ばね特性によりこの振動周期の上部構造Ｇ
への伝達を長周期化し、上部構造Ｇの免震作用をなす。
また、積層ゴム体１内の塑性変形部２の塑性変形で地震
エネルギーを吸収し、上部構造Ｇの変位加速度を減衰さ
せるとともに相対変位を抑制し、減衰作用をなす。すな
わち、図３において、上部構造Ｇはイ方向へ変位し、こ
れに伴い本鉛封入積層ゴム支承Ｓも全体的にせん断変形
を受け、塑性変形部２においては鉛プラグ１５及び心棒
体１６はともにせん断力による塑性変形を受け、イ方向
への変位を制動する。続いて、上部構造Ｇはイ方向と逆
方向に変位するが、同様に塑性変形部２の塑性変形によ
り地震エネルギーを吸収し、この変位を制動する。この
変位は周期的であり、塑性変形部２のエネルギー吸収作
用により速やかに振動を減衰させる。

【００１８】この塑性変形部２の変形において、積層ゴ
ム体１は鉛プラグ１５なかんずく純鉛体に接するので、
両者の当接は緩衝化され、ゴム弾性層１２への損傷はな
い。

【００１９】本実施例の鉛封入積層ゴム支承Ｓによれ
ば、塑性変形部２は所期の剛性に調整されたものとなっ
ているので、設計仕様に伴う所期のエネルギー吸収特性
を発揮し、設計の標準化が達成される。また、塑性変形
部２と周辺の積層ゴム体１のゴム弾性層１２とは純鉛体
を介して極力柔軟な当接状態となっているので、長期の
使用によってもゴム弾性層１２への損傷は防止され、性
能の劣化がない。

【００２０】叙上の実施例では、塑性変形部２におい
て、心棒体１６を鉛プラグ１５の中心部にのみ配した
が、図４及び図５に示すように、複数の心棒体１６を配
する態様を採ってもよい。この態様の塑性変形部２Ａに
おいては、心棒体１６は先の図例の実施例の心棒体１６
の径よりも小径とされる。複数の心棒体１６の個数に格
別の制限はなく、また、鉛プラグ１６の中心部に配する
こともできる。

【００２１】図６は更に他の塑性変形部２Ｂを示す。こ
の態様の塑性変形部２Ｂにおける鉛プラグ１５は、所定
厚さの鉛体２５と薄板状の隔壁板２６とが交互に積層さ
れた積層体からなる。そして、鉛体２５と隔壁板２６と
は中央に円孔１０が開設され、該円孔１０内に前述した
心棒体１６が装入される。もっと詳しくは、鉛体２５は
純鉛よりなり、所定厚さの円板体をなし、既製のものが
使用される。隔壁板２６は所定の剛性を有する薄円板体
をなし、その素材として、鋼、銅、メッキ（銅、錫）
鋼、銅合金、金属メッシュ（金属ワイヤメッシュ、エキ
スパンドメタル）、ＦＲＰが好ましいものとして選択さ
れる。鉛板２５と隔壁板２６とは当接（非接着）状態あ
るいは接着状態のいずれの構造も採りうる。接着構造と
して、隔壁板２６の表面を粗面となし、鉛板２５に食い
込み把持されたもの、あるいは、鉛板２５と隔壁板２６
とを接着剤を介して接合するもの、等がある。この鉛プ
ラグの積層構造において、鋳込みによる一体成形方法を
採ることができる。すなわち、隔壁板２６には１又は複
数の貫通穴が開設され、隔壁板２６を鋳型内において所
定のスペーサを介して所定間隔に保持され、当該鋳型に
鉛の溶湯を流し込み、該鋳型より取り出して成形される
ものである。鉛体は隔壁板２６の貫通穴を介して一体的
に連なる。この場合においても、隔壁板１６と鉛体とは
接着状態あるいは非接着状態の両態様を採りうるもので
あって、接着状態においては隔壁板２６は粗面とされ、
非接着状態においては隔壁板２６の表面は平滑かつ剥離
剤が塗布される。この積層構造の鉛プラグ１５を有する
塑性変形部によれば、隔壁板２６を設けたことにより、
鉛体鈍せん断変形が促進される。

【００２２】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、本発明の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更
が可能である。すなわち、以下の態様は本発明の技術的
範囲内に包含されるものである。 叙上の実施例で
は、円柱状の鉛封入積層ゴム支承Ｓを示したが、その他
の形状のものを除外するものではない。図７及び図８は
その一例としての四角柱状の鉛封入積層ゴム支承Ｓ１を
示す。図において、先の実施例と同等の部材については
同一の符号が付されている。すなわち、この鉛封入積層
ゴム支承Ｓ１においては、四角形状の断面の積層ゴム体
１に５つの塑性変形部２が配されてなる。 心棒体１
６に適用される塑性材料として、叙上の実施例で挙げた
素材の他、アルミニウム、錫、亜鉛、銅及びそれらの合
金が採用される。

【００２３】Ｃ. 発明の効果 本発明によれば、塑性変形部は所期の剛性に調整された
ものとなっているので、設計仕様に伴う所期のエネルギ
ー吸収特性を発揮し、設計の標準化が達成される。ま
た、塑性変形部の周りのゴム弾性層は純鉛体と当接した
状態となっているので、柔軟な当接状態が保持され、長
期の使用によってもゴム弾性層の損傷を来さず、性能の
劣化がない。更に、特性の確定した心棒体により所期の
剛性をもつ塑性変形部を容易に得ることができるので、
鉛プラグの改質に比べ製作が容易となり、製作コストの
低減を図ることができる。更にまた、心棒体の取替えに
より本鉛封入積層ゴム支承の塑性変形部の剛性を容易に
調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の鉛封入積層ゴム支承の縦断
面図（図２のＩ−Ｉ線断面図）。

【図２】図１のII−II線断面平面図。

【図３】この鉛封入積層ゴム支承の作用説明図。

【図４】塑性変形部の他の態様を示す部分縦断面図（図
５のIV−IV線断面図）。

【図５】図４のＶ−Ｖ線横断面図。

【図６】塑性変形部の更に他の態様を示す部分縦断面
図。

【図７】本発明の他の実施例の鉛封入積層ゴム支承の縦
断面図（図８の VII− VII線断面図）。

【図８】図７のVIII−VIII線断面図。

【符号の説明】

Ｓ，Ｓ１…鉛封入積層ゴム支承、１…積層ゴム体、２…
塑性変形部、１２…ゴム弾性層、１３…補強板、１５…
鉛プラグ、１６…心棒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E04H 9/02 331 E04B 1/36 E01D 19/04 F16F 15/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平状に配されるゴム弾性層と補強板とが
   交互に鉛直方向に積層されてなる積層ゴム体内に鉛体を
   主体とする塑性変形部が柱状に封入された鉛封入積層ゴ
   ム支承において、 前記塑性変形部は、円柱状をなすとともに純鉛体からな
   る鉛プラグの内部に、純鉛よりも硬度の大きい塑性材料
   よりなる心棒体が鉛直方向に挿入され、かつ、前記鉛プラグは前記積層ゴム体内に形成された円
   孔内に密接して封入されてなる、 ことを特徴とする鉛封入積層ゴム支承。
2. 【請求項２】心棒体は、硬度を純鉛よりも高く調整され
   た鉛合金である請求項１に記載の鉛封入積層ゴム支承。
3. 【請求項３】鉛プラグは、純鉛の円板体と該円板体間に
   介装される隔壁板との積層体からなる請求項１に記載の
   鉛封入積層ゴム支承。