JP3616425B2

JP3616425B2 - 軸方向移動調整機構付き鉛ダンパ

Info

Publication number: JP3616425B2
Application number: JP10488895A
Authority: JP
Inventors: 俊一山田; 康夫竹中; 友彦有田; 信幸宮川; 郁夫下田; 雅良池永; 充宮崎
Original assignee: Kajima Corp; Oiles Corp
Current assignee: Kajima Corp; Oiles Corp
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1995-04-05
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2020-02-02
Also published as: JPH08277653A

Description

【０００１】
Ａ. 発明の目的
(1) 産業上の利用分野
この発明は、地震動等の強制振動力により相対的に変位する構造物間、例えば、建物−基礎間、建物の層間、隣接する建物棟間に介装され、構造物間の振動を鉛体のせん断変形を利用して吸収する免震装置いわゆる鉛ダンパに関する。
【０００２】
(2) 従来の技術
この種の鉛ダンパは一般に、円柱状をなす鉛体を主体とし、この鉛体の上下に上下端板が一体的に固着され、かつ、この上下端板を介して上下部構造に介装設置されてなる。
しかして、上下部構造が強制振動力を受けて振動すると、該鉛ダンパの鉛体が水平方向に塑性変形を受け、この塑性変形に伴うエネルギー吸収をもって構造物の振動が吸収されるものである。
しかしながら、この鉛体の塑性変形において、鉛体の上下面は拘束されたものとなっており、鉛体の鉛直高さは実質的に変化しないものであるので、これに伴い上下の軸方向（以下、単に「上下方向」という）への伸び縮みが強制されることになる。この結果、鉛体の内部応力が高まり、水平変位を阻害するばかりでなく、純せん断変形がなされず、ひいてはこの断面変動に伴う破断に至るものである。
すなわち、上下方向の伸縮に伴う応力変動により、当初の純せん断変形を仮定して設計された履歴特性曲線からずれを生じ、所定の性能が得られないでいる
【０００３】
(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なされたものであって、この種の鉛ダンパにおいて、上下方向への鉛体の応力の高まり（変動）を抑え、
鉛体の可及的純せん断変形を実現し、
鉛体の実質的な純せん断変形を保証し、これにより長期にわたって当初の性能を保持し、しかも大きな水平変形に対応することのできる鉛ダンパを得ることを目的とする。
【０００４】
Ｂ．発明の構成
(1) 問題点を解決するための手段
本発明の軸方向移動調整機構付き鉛ダンパは具体的には次の構成を採る。
すなわち、互いに面方向に変位する２つの構造物間に介装される鉛ダンパにおいて、
前記一方の構造物側に固定され、前記面方向への変形を受ける鉛体からなる塑性変形部を有し、
該塑性変形部の前記他方の構造物側の端部と該他方の構造物側との間に、前記面方向に直交する軸方向への移動のみ許容される軸方向案内機構部と、板ばねが使用され、前記軸方向案内機構部の軸方向変位に抗して前記板ばねの板面の直交方向へ弾性付勢される反力機構部とからなる軸方向移動調整機構部が前記鉛体の軸心に沿う方向に配されてなることを特徴とする。
上記構成において、軸方向案内機構部と反力機構部とは軸方向移動調整機構部を構成する。
【０００５】
(2) 作用
地震力・その他の強制振動力が作用すると、２つの構造物は互いに面方向に急激に相対変位する。本ダンパでは、軸方向案内機構部により面方向移動が拘束されたものとなっているので、横剛性の小さな塑性変形部の鉛体が面方向への変形を受ける。この鉛体の塑性変形により地震エネルギーが吸収され、構造物間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。
この塑性変形部の鉛体の変形において、塑性変形に伴う軸方向の変位は軸方向移動調整機構部により吸収されるとともに、その反力機構部により軸方向の変位に応じた引き戻し力が発生し、この結果、塑性変形部の鉛体に過大な引張り抵抗が作用せず、鉛体に作用する軸方向変形応力が緩和される。
【０００６】
(3) 実施例
本発明の軸方向移動調整機構付き鉛ダンパの実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１〜図３はその一実施例（第１実施例）として縦置き態様の上下移動調整機構付き鉛ダンパＤ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。本鉛ダンパＤはこの上部構造Ｇと下部構造Ｂとの間に介装され、上部構造Ｇに作用する振動を吸収する機能を主体とするものであり、上部構造Ｇの荷重を支持する機能はない。
本実施例において、「上下」方向は本発明の「軸」方向に相当する。
【０００７】
本実施例の上下移動調整機構付き鉛ダンパＤは、鉛体を主体とする塑性変形部１と、該塑性変形部１の下部に配される上下移動調整機構部２とからなり、該上下移動調整機構部２は、上下案内機構部２Ａと反力機構部２Ｂとを含む。
【０００８】
以下、各部の細部の構成を説明する。
塑性変形部１
塑性変形部１は、鉛体４を上下の端板５，６をもって挟着されるとともに、上部端板５に上部取付け板７が配されてなる構成を採る。
（鉛体４）
鉛体４は、本実施例では中実の鼓状をなすが、円柱状を除外するものではない。該鉛体４は純鉛の他に、鉛合金あるいは鉛とその他の物質との混合物を含む。また、本実施例では鼓状体の外側は露出されたものとなっているが、変形を阻害しない範囲内で被覆を施されることを妨げるものではない。
純鉛は、密度（g/cm³)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１．６６ＭPa、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、容易に塑性変形を受ける。
鉛体は塑性変形する際に振動エネルギーを吸収し、熱エネルギーとして放出するとともに、再結晶化する。従って、繰り返し起こる塑性変形に対しても、そのエネルギー吸収性能は変化しない。
（上下端板５，６及び上部取付け板７）
上下端板５，６は、鋼板製よりなり、鉛体４を一体的に固定保持する。
上部取付け板７は上部端板５に固設され、かつ、その上面にはアンカー鋼棒８が植設され、上部構造Ｇ中に埋設され、上部構造Ｇとの固定をなす。
下部端板６は上下移動機構部２に連動する。
【０００９】
上下移動調整機構部２
上下移動調整機構部２は、上下案内機構部２Ａと反力機構部２Ｂとからなり、塑性変形部１に連動し、該塑性変形部１の下面に水平状を保持して配される中間基板１０と、下部構造Ｂに固定される下部取付け板１１とを介して塑性変形部１の下部に配される。
（上下案内機構部２Ａ）
上下案内機構部２Ａは、中間基板１０の下面より、塑性変形部１の鉛体４の軸心に合致して垂設される円筒状のピストン体１３と、下部取付け板１１上に立設され該ピストン体１３を摺動自在に嵌装する円筒状のシリンダ体１４とからなる。ピストン体１３とシリンダ体１４とは共に剛性を有し、両者は上下動のみ許容して摺接する。これにより、ピストン体１３とシリンダ体１４とは全水平方向において荷重が伝達され、上下方向には運動自由となる。
【００１０】
（反力機構部２Ｂ）
反力機構部２Ｂは、
中間基板１０の両端において、相平行して垂設される２枚１組の上リブ１６と、この上リブ１６の延長上に下部取付け板１１上に立設された２枚１組の下リブ１７と、これらの上リブ１６と下リブ１７との間にピン１８を介して装着された複数の板ばね１９と、からなる。板ばね１９はピン１８に挟着担持されてなり、上リブ１６の上下動に対応して弾性変形する。
下部取付け板１１には、その所定箇所にボルト挿通孔２１が穿設され、その孔２１に下部構造Ｂに植設されたアンカーボルト２２が挿通され、ナット２３をもって締め付けて固定される。
【００１１】
図４は本上下移動調整機構付き鉛ダンパＤの設置の一例を示す。
図において、Ｅは地盤であり、該地盤Ｅ中に基礎杭Ｐが打設され、下部構造すなわち基礎Ｂはこの基礎杭Ｐの頭部に固定される。Ｓは基礎Ｂ上に設置された支承であり、上部構造すなわち建築物Ｇの荷重は該支承Ｓを介して地盤Ｅに伝達される。
本鉛ダンパＤはこの支承Ｓと併置される。
【００１２】
（実施例の作用・効果）
この実施例の上下移動調整機構付き鉛ダンパＤの作用を説明する（図５参照）。
常時においては、本上下移動調整機構付き鉛ダンパＤとは別に配された支承Ｓにより、上部構造Ｇの荷重は下部構造Ｂに支持され、本鉛ダンパＤには荷重は作用しない。
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１の鉛体４はその水平変位に追従する。また、風荷重あるいは微弱地震力ｑに対しては、塑性せん断変形部１の鉛体４は初期弾性により抵抗し、水平方向の変位を阻止する。この温度差に基づく水平変位に際し、本鉛ダンパＤの上下移動調整機構部２の機能により上下移動が許容されたものとなっているので、塑性変形部１に過大な引張り抵抗が作用せず、鉛体４の異常な変形が防止される。
【００１３】
次に、地震力が作用したとき、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。
これに伴い、本鉛ダンパＤでは上下移動調整機構部２の上下案内機構部２Ａにより水平方向移動が拘束されたものとなっているので、横剛性の小さな塑性変形部１の鉛体４が水平方向への変形を受ける。この塑性変形部１の鉛体４の塑性変形により地震エネルギーが吸収され、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。
【００１４】
図５に基づいてこの挙動を説明する。
すなわち、上部構造Ｇがイ方向へ変位すると、本鉛ダンパＤも全体的にせん断変形力を受け、塑性変形部１の鉛体４はせん断力による塑性変形を受ける。この塑性変形部１の鉛体４の変形において、当該塑性変形部１に連動する上下移動調整機構部２では上下動が許容されているので、この塑性変形に伴う高さの変化分Δｈ＝ｈ１−ｈ２が吸収される。この高さ分Δｈに伴い反力機構部２Ｂの板ばね１９が変形を受け、引き戻し力を発生する。この結果、塑性変形部１の鉛体４に過大な引張り抵抗が作用せず、鉛体４に作用する上下変形応力が緩和され、塑性変形部１の鉛体４は可及的純せん断変形を受けることになる。これにより、イ方向への変位が制動される。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１の鉛体４の可及的純せん断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。
この変位は周期性をもって振動し、塑性変形部１のエネルギー吸収作用により速やかに該振動を減衰させる。
【００１５】
本実施例の鉛ダンパＤによれば、塑性変形部１の鉛体４の塑性変形において、該鉛体４には上下変形応力が緩和され、かつ可及的純せん断変形を受け、一定容量（断面）の鉛体について大きなエネルギー吸収能が得られ、その結果、同一のエネルギー吸収能について従来のものよりも小型化が達成される。
また、本鉛ダンパＤの鉛体４は断面縮小に伴うエネルギー吸収特性の低下がなく、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。
【００１６】
（第２実施例）
先の実施例では塑性変形部１の下位に上下移動調整機構部２を配したが、これを逆に配した態様を採っても実質的にその機能に変わりはない。
図６は第２実施例の上下移動調整機構付き鉛ダンパＤ１を示し、先の第１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、この鉛ダンパＤ１では、塑性変形部１の上部端板５に上下移動調整機構部２の中間基板１０を介して上下移動調整機構部２が固定され、そして、該上下移動機構部２のシリンダ体１４の上端に配した上部取付け板７の上面に植設されたアンカー鋼棒８を介して上部構造Ｇに固定される。また、塑性変形部１の下端には下部取付け板１１が配され、この下部取付け板１１を介して基礎Ｂのアンカーボルト２２に固定される。
【００１７】
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。
【００１８】
本鉛ダンパＤは図４に示す基礎と建物間への適用例に限られるものではなく、建物層間あるいは建物棟間へも適用されるものである。
図７は本鉛ダンパＤの建物層間への適用例を示す。すなわち、図において、Ｈは骨組構造を採る建物であって、Ｉは該建物Ｈ内に配された壁体である。本鉛ダンパＤ，Ｄ１はこの建物と壁体Ｉとの間に介装される。３０，３１はそれぞれ建物Ｈの梁材、柱材である。
骨組構造の建物Ｈは固有周期が大きく、強制振動力を受けて大きく振れ、層間では大きな相対変位分が顕れる。一方、壁体Ｉは固有周期が小さく、かつ振動幅は小さい。
地震動により、建物Ｈと壁体Ｉとの間に生ずる相対変位は本鉛ダンパＤにより吸収される。
【００１９】
図８は本鉛ダンパＤの建物棟間への適用例を示す。すなわち、図において、Ｊ，Ｋは相隣れる建物であって、それらの形状・高さよりそれぞれ振動特性（固有周期、減衰性）が異なる。両建物Ｊ，Ｋ間には渡り通路（図示せず）が設置される。
しかして、これらの両建物Ｊ，Ｋ間に、望ましくはこれらの建物の振動の腹部において、腕部３３，３４が上下に交差して延設され、これらの間に本鉛ダンパＤが介装される。
【００２０】
Ｃ. 発明の効果
本発明の軸方向移動調整機構付き鉛ダンパによれば、面方向の強制振動力が作用したとき、塑性変形部の鉛体の面方向変形に伴う軸方向移動分は軸方向案内機構部によって逃がされ、かつ、その反力機構部により軸方向移動分に相応して引き戻し力が発生するので、鉛体に作用する軸方向変形応力が緩和され、純せん断塑性変形を得ることができる。
この結果、一定容量（断面）の鉛体について大きなエネルギー吸収能が得られ、同一のエネルギー吸収能について従来のものよりも小型化が達成される。また、本鉛ダンパの鉛体は断面縮小に伴うエネルギー吸収特性の低下がなく、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軸方向移動調整機構付き鉛ダンパの一実施例（第１実施例）の一部断面正面図（図２のＩ方向矢視図）。
【図２】図１のII線方向矢視図（左部分）及び中央断面図（右部分）。
【図３】図１及び図２のIII-III 線断面図。
【図４】(a) 図は軸方向移動機構付き鉛ダンパの設置態様を示す基礎部の縦断面図。
(b) 図は(a) 図のIII-II断面図。
【図５】塑性変形部における鉛体の動作図。
【図６】本発明の軸方向移動調整機構付き鉛ダンパの他の実施例（第２実施例）の縦断面図。
【図７】本発明の軸方向移動機構調整付き鉛ダンパの他の適用例図。
【図８】本発明の軸方向移動機調整構付き鉛ダンパの更に他の適用例図。
【符号の説明】
Ｄ，Ｄ１…軸方向（上下）移動調整機構付き鉛ダンパ、Ｇ…上部構造、Ｂ…下部構造、Ｓ…支承、１…塑性変形部、２…軸方向（上下）移動調整機構部、２Ａ…軸方向（上下）案内機構部、２Ｂ…反力機構部、４…鉛体、１９…板ばね

Claims

互いに面方向に変位する２つの構造物間に介装される鉛ダンパにおいて、
前記一方の構造物側に固定され、前記面方向への変形を受ける鉛体からなる塑性変形部を有し、
該塑性変形部の前記他方の構造物側の端部と該他方の構造物側との間に、前記面方向に直交する軸方向への移動のみ許容される軸方向案内機構部と、板ばねが使用され、前記軸方向案内機構部の軸方向変位に抗して前記板ばねの板面の直交方向へ弾性付勢される反力機構部とからなる軸方向移動調整機構部が前記鉛体の軸心に沿う方向に配されてなる、
ことを特徴とする軸方向移動調整機構付き鉛ダンパ。
軸方向案内機構部は鉛体の軸心に合致するピストン体と該ピストン体に摺動自在に嵌装するシリンダ体とからなる請求項１に記載の軸方向移動調整機構付き鉛ダンパ。