JP3732049B2 - 支承体の浮上り防止装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、支持構造物上に被支持構造物を弾性支持する主弾性体と、これら被支持構造物と支持構造物との相対移動を許容する支承体とを備えた弾性支持構造に関し、とりわけ、その支承体の浮上り防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビル等の建築物では、基礎との間に免震装置を介在させて地震による振動を効果的に吸収できるようになっている。この免震装置では、地震の水平振動成分を考慮して積層ゴム等の水平免震装置を用いて構成されるが、原子力発電所等の重要構造物、および精密機器やコンピュータ等が設置される建築物では、さらに上下免震装置を付加して三次元免震を行うようになっている。
【０００３】
上記上下免震装置では、支持構造物となる基礎と被支持構造物となる建築物との間に、上下方向に弾性変形する主弾性体を介在することにより概ね構成されるが、該主弾性体は基礎や建築物との間の水平方向の相対移動を許容することにより、これに作用する水平振動の影響を低減することができる。この場合の水平移動は、摩擦抵抗の少ない構造が望ましく、例えば転がり支承体を用いることが望ましい。
【０００４】
即ち、該転がり支承体を用いた上下免震装置１としては、図３に示すように基礎２の上側に転がり支承体３を設置し、この転がり支承体３と建築物４との間に上下免震を行う弾性体５を介在させて構成することが考えられる。該転がり支承体３としては、基礎２の上面に固定されるスライド基板３ａと、このスライド基板３ａの上面に対向する支承部材３ｂと、支承部材３ｂに収容してこれらスライド基板３ａと支承部材３ｂとの間に介装される多数の球体３ｃとにより概ね構成し、該球体３ｃが転動することにより支承部材３ｂがスライド基板３ａ上を滑らかに移動できるように構成する。同図では転がり支承体３を下向きに配置した場合の不具合状態を示すため、スライド基板３ａから支承部材３ｂが浮き上がった状態を示すが、通常状態では建築物４の荷重が作用して弾性体５の圧縮状態が保持されるため、該支承部材３ｂは球体３ｃを介してスライド基板３ａに接触している。
【０００５】
従って、地震等により基礎２と建築物４との間に上下方向および水平方向の振動が入力されると、上下振動に対しては弾性体５が上下変形してこの振動エネルギーを吸収する一方、水平振動に対しては上記転がり支承体３が基礎２上を移動して、弾性体５に水平方向力が作用するのを遮断する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる転がり支承体３では、上下免震装置１に過大な上下振動が入力されてこの上下振動振幅に弾性体５の弾性変形が追従し得ない場合に、図示するように支承部材３ｂがスライド基板３ａから浮き上がってしまう。この浮上り量が大きな場合は、球体３ｃが支承部材３ｂ下面からこぼれて外方に飛散してしまうので、上記浮上りが収まって支承部材３ｂがスライド基板３ａに再接触したときには本来の転がり支承体３としての機能を果たせなくなってしまう。また、浮上り量が少なくて球体３ｃが飛散しないまでも、再接触時にスライド基板３ａと支承部材３ｂとの間で大きな衝撃力が発生してしまうという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、支持構造物と被支持構造物との間に、主弾性体の弾性変形能では追従し得ない程度以上の大きな伸張変位が発生した場合にも、支承体の接触状態を維持することができる支承体の浮上り防止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】
かかる目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の支承体の浮上り防止装置は、支持構造物と、これの上方に間隔を設けて配置される被支持構造物との間に配置される主弾性体を備え、該主弾性体と支持構造物および被支持構造物との少なくとも何れか一方との間に、これら支持構造物と被支持構造物相互の水平方向への相対移動を許容する支承体を介装した弾性支持構造であって、前記主弾性体に直列に該主弾性体よりばね剛性の小さい補助弾性体を設け、該補助弾性体は、通常時及び所定の範囲内の上下振動の入力時には、前記被支持構造物からの荷重により弾性復元が不可能な状態にされ、所定の範囲を超える上下振動の入力時に、弾性復元が可能とされることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、補助弾性体は、通常時及び所定の上下振動の入力時には、被支持構造物からの荷重により弾性復元が不可能な状態にされ、所定の範囲を超える上下振動の入力時には、弾性復元が可能とされる。
従って、支持構造物と被支持構造物との間に過大な上下振動が入力して、この上下振動振幅に主弾性体の弾性変形が追従しきれなくなった場合に、補助弾性体が弾性変形することにより、補助弾性体の弾性力によって支承体が支持構造物又は被支持構造物の方向に押圧される。
【００１０】
従って、主弾性体の弾性変形能では追従し得ない程度以上の大きな伸張変位が発生した場合にも、支承体が浮き上がってしまうのを防止して常時接触した状態を保持できるため、該支承体本来の機能を保証できるとともに、主弾性体による上下免震作用に復帰する際には当該補助弾性体がクッションとなって衝撃発生を無くすことができる。
【００１１】
また、本発明の請求項２に記載の支承体の浮上り防止装置は、支持構造物と、これの上方に間隔を設けて配置される被支持構造物との間に配置される主弾性体とを備え、該主弾性体と支持構造物および被支持構造物との少なくとも何れか一方との間に、これら支持構造物と被支持構造物相互の水平方向への相対移動を許容する支承体を介装した弾性支持構造であって、前記主弾性体に直列に該主弾性体より弾性復元速度が速い補助弾性体を設け、該補助弾性体は、通常時及び所定の範囲内の上下振動の入力時には、前記被支持構造物からの荷重により弾性復元が不可能な状態にされ、所定の範囲を超える上下振動の入力時に、弾性復元が可能とされることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、補助弾性体は、通常時及び所定の上下振動の入力時には、被支持構造物からの荷重により弾性復元が不可能な状態にされ、所定の範囲を超える上下振動の入力時には、弾性変形が可能とされる。
従って、支持構造物と被支持構造物との間に過大な上下振動が入力して、この上下振動振幅に主弾性体の弾性変形が追従しきれなくなった場合に、補助弾性体が弾性変形することにより、補助弾性体の弾性力によって支承体が支持構造物又は被支持構造物の方向に押圧される。
【００１３】
従って、主弾性体の弾性変形能では追従し得ない程度以上の大きな伸張変位が発生した場合にも、支承体が浮き上がってしまうのを防止して常時接触した状態を保持できるため、該支承体本来の機能を保証できるとともに、主弾性体による上下免震作用に復帰する際には当該補助弾性体がクッションとなって衝撃発生を無くすことができる。
【００１４】
さらに、上記支承体は、支持構造物の表面を転動する球体を備えた転がり支承あるいは滑り支承であることが望ましい。
【００１５】
この構成によれば、支持構造物と被支持構造物との間に水平振動が入力された場合に、支持構造物や被支持構造物と主弾性体との間の水平方向の相対移動が許容されるが、この相対移動は当該転がり支承もしくは滑り支承を介して行われるため、このときの摩擦抵抗力は小さくなり、主弾性体に水平振動が作用するのを効率良く遮断することができる。そして上記浮上り防止装置をこのような支承体に適用することで、当該支承体の作動信頼性を高めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１，図２は本発明の支承体の浮上り防止装置の一実施形態を示し、図１は通常状態にある支承体の正面図、図２は過大な上下振動が入力された場合の支承体の正面図である。
【００１７】
本実施形態の支承体の浮上り防止装置１０は、支持構造物１２と、これの上方に間隔を設けて配置される被支持構造物１４との間に配置される主弾性体１８を備え、該主弾性体１８と支持構造物１２および被支持構造物１４との少なくともいずれか一方との間に、これら支持構造物１２と被支持構造物１４相互の水平方向への相対移動を許容する支承体２０を介装した弾性支持構造にあって、該主弾性体１８に直列に、該主弾性体１８よりばね剛性の小さい補助弾性体３０を設けて構成される。
【００１８】
即ち、図１に示すように本実施形態の支承体の浮上り防止装置１０は、支持構造物１２と、被支持構造物１４との間に配置して、該被支持構造物１４を三次元免震する三次元免震装置の上下免震装置１６に適用した場合を示す。該三次元免震装置は、専ら上下振動のエネルギーを吸収する上記上下免震装置１６と、該上下免震装置１６と並列配置されて専ら水平振動のエネルギーを吸収する図外の水平免震装置とによって構成される。三次元免震装置は、上下免震装置１６と水平免震装置とによって被支持構造物１４の荷重を支持するようになっている。
【００１９】
上記上下免震装置１６の主弾性体は、皿ばね１８ａを積層した皿ばね積層体１８によって構成される。ここで、皿ばね１８ａの重ね方法に関し、同一向きに重ねたときは並列となり、反対向きに重ねたときは直列となる。該皿ばね積層体１８は、複数枚の並列皿ばね１８ａが交互に逆向きに直列となるように積層され、本実施形態では一組もしくは複数組の皿ばね積層体１８が配置される。これら皿ばね積層体１８の下側は、支持構造物１２に載置される支承体としての転がり支承２０上に載置されるとともに、上側は被支持構造物１４に固定される上方取付板２２に取り付けられる。
【００２０】
上記転がり支承２０は、下面が平坦となった支持脚２０ａと、該支持脚２０ａの周縁部を適宜隙間を設けて覆う外殻２０ｂと、これら支持脚２０ａと外殻２０ｂとの間の空間部に収納される多数の球体２０ｃとを備えて構成される。そして、上記支持脚２０ａは、その平坦な下面全体に上記球体２０ｃを密に介在させた状態で、支持構造物１２の上側に敷設されるスライド基板２４上面に載置され、介在された球体２０ｃが転動することにより、該転がり支承２０と支持構造物１２とは極めて小さな転がり支承をもって水平方向の相対移動が可能となっている。
【００２１】
また、上記皿ばね積層体１８を構成する皿ばね１８ａは、一般に知られるように中央部に開口部を形成したドーナツ状の錘体を成し、全体として中央が開口された笠状となっている。そして、各皿ばね積層体１８を構成する皿ばね１８ａは、同図に示すように上方取付板２２から垂設される筒状ポール２６外周に嵌合される。また、該筒状ポール２６の下端部は上記転がり支承体２０の支持脚２０ａ上面との間に所定の隙間δ1 が設けられるとともに、該筒状ポール２６下端部の内周には摺動穴２６ａが若干拡径して形成される。
【００２２】
一方、上記転がり支承体２０の支持脚２０ａ上面には、筒状ポール２６に対向する位置にダボピン２８が突設され、該ダボピン２８が上記摺動穴２６ａに摺動自在に嵌合される。これらダボピン２８と摺動穴２６ａとの嵌合量および上記隙間δ1 は、入力される上下振動により予め想定される支持構造物１２と被支持構造物１４との間の上下相対変位量に応じて決定される。また、ダボピン２８が摺動する摺動穴２６ａ部分には、図示しない空気抜き孔が形成されている。
【００２３】
ここで、本実施形態では上記皿ばね積層体１８と上記支持脚２０ａとの間に、該皿ばね積層体１８と直列に補助弾性体３０が介装されることにより、浮上り防止装置１０が構成される。該補助弾性体３０は、上記皿ばね積層体１８の皿ばね１８ａと同径の皿ばね３０ａを複数積層して構成される。これら皿ばね３０ａの詳細な積層構造は、図２に示すように２枚の皿ばね３０ａを同一方向に重合した組を複数組設け、それぞれの組の突出側を互いに突き合わせて直列に積層される。そして、これら皿ばね３０ａを積層した補助弾性体３０全体のばね剛性は、主弾性体として構成される上記皿ばね積層体１８の全体のばね剛性より小さく設定される。
【００２４】
以上の構成により本実施形態の支承体の浮上り防止装置にあっては、振動が入力されない通常時は、被支持構造物１４の荷重が皿ばね積層体１８および補助弾性体３０に作用して、これら皿ばね積層体１８および補助弾性体３０は圧縮状態にある。このとき、補助弾性体３０は皿ばね積層体１８よりばね剛性が小さいため、この補助弾性体３０を構成する皿ばね３０ａは、図１に示したように圧縮されて密着され（図２では、補助弾性体３０の伸張状態が示されていて、皿ばね３０ａ間にスペーサー４０を配設していることが示されている。）、この密着状態は上下振動の入力により皿ばね積層体１８が伸縮変形される時にも保持されてほぼ一定の高さに維持される。また、この状態で水平振動が入力された場合には、転がり支承２０の水平方向の相対移動によって、皿ばね積層体１８に該水平振動が入力されるのが遮断される。即ち、該転がり支承２０は、球体２０ｃの転動により支持構造物１２と皿ばね積層体１８との間の水平方向の相対移動を許容するが、この相対移動は球体２０ｃの転がり支承を介して行われるため、このときの摩擦抵抗力は小さくなり、皿ばね積層体１８に水平振動が入力されるのを効率良く遮断することができる。
【００２５】
そして、支持構造物１２と被支持構造物１４との間に過大な上下振動が入力されてこの上下振動振幅に皿ばね積層体１８の伸縮変形が追従し得なくなると、補助弾性体３０は弾性復元が可能となり、図２に示すように該補助弾性体３０の皿ばね３０ａが独自に伸長する。すると、該補助弾性体３０の伸長によってこれの弾性力が転がり支承２０に作用し、該転がり支承２０をスライド基板２４に押し付けて、支持脚２０ａは球体２０ｃを介在した状態でスライド基板２４に接触する状態が保持される。
【００２６】
従って、上記皿ばね積層体１８の弾性変形能では追従し得ない程度以上の大きな上下振動が入力した場合にも、転がり支承２０が浮き上がってしまうのを防止できる。このため、球体２０ｃが飛散するのを防止でき、これにより過大振動の入力後にあっても転がり支承２０の本来の転がり支承を利用した相対移動機能を確保できるとともに、皿ばね積層体１８による上下免震作用に復帰する際には補助弾性体３０がクッションとなって衝撃発生を無くすことができる。
【００２７】
上記実施形態にあっては、皿ばね積層体１８よりばね剛性が小さい補助弾性体３０を適用して構成したが、皿ばね積層体１８より弾性復元速度が速い補助弾性体３０を設けて構成しても良い。
【００２８】
この構成によれば、皿ばね積層体１８に直列配置される補助弾性体３０は、皿ばね積層体１８よりも弾性復元速度が速いために皿ばね積層体１８よりも即座に弾性復元でき、皿ばね積層体１８に代わって弾性力を転がり支承２０に加えてこれを支持構造物１２に押し付けてその接触状態を保持することができ、上記実施形態と同様な作用・効果を確保することができる。
【００２９】
ところで、上記実施形態では主弾性体を皿ばね積層体１８で構成したが、これに限ることなく皿ばね積層体１８に代えてその機能に適した弾性部材を用いることができるとともに、補助弾性体３０にあっても皿ばね３０ａに代えて他の弾性部材を用いることができる。また、支承体として転がり支承２０を用いたが、これに限ることはなく滑らかな相対移動を許容する構造、例えば滑り支承やリニアレール等に対しても適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に示す支承体の浮上り防止装置にあっては、支持構造物と被支持構造物との間に過大な上下振動が入力して、この上下振動に主弾性体の弾性変形が追従しきれなくなった場合に、補助弾性体が弾性復元可能とされることにより、補助弾性体の弾性力によって支承体が支持構造物又は被支持構造物の方向に押圧されることになる。
【００３１】
従って、主弾性体の弾性変形能では追従し得ない程度以上の大きな伸張変位が発生した場合にも、支承体が浮き上がってしまうのを防止して常時接触した状態を保持できるため、該支承体本来の機能を保証できるとともに、主弾性体による上下免震作用に復帰する際には当該補助弾性体がクッションとなって衝撃発生を無くすことができる。
【００３２】
また本発明の請求項２に示す支承体の浮上り防止装置にあっては、支持構造物と被支持構造物との間に過大な上下振動が入力して、この上下振動に主弾性体の弾性変形が追従しきれなくなった場合に、補助弾性体が弾性復元可能とされることにより、補助弾性体の弾性力によって支承体が支持構造物又は被支持構造物の方向に押圧されることになる。
【００３３】
従って、主弾性体の弾性変形能では追従し得ない程度以上の大きな伸張変位が発生した場合にも、支承体が浮き上がってしまうのを防止して常時接触した状態を保持できるため、該支承体本来の機能を保証できるとともに、主弾性体による上下免震作用に復帰する際には当該補助弾性体がクッションとなって衝撃発生を無くすことができる。
【００３４】
さらに、本発明の請求項３に示す支承体の浮上り防止装置にあっては、上記支承体に、支持構造物の表面を転動する球体を備えた転がり支承あるいは滑り支承を用いたので、支持構造物や被支持構造物と主弾性体との間の水平方向の相対移動が許容され、この相対移動は転がり支承もしくは滑り支承を介して行われるため、このときの摩擦抵抗力は小さくなり、主弾性体に水平振動が作用するのを効率良く遮断することができる。そして上記浮上り防止装置をこのような支承体に適用することで、当該支承体の作動信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す通常状態にある支承体の正面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す過大な上下振動が入力された場合の支承体の正面図である。
【図３】従来の支承体の浮上り状態を示す正面図である。
【符号の説明】
１０ 浮上り防止装置
１２ 支持構造物
１４ 被支持構造物
１６ 上下免震装置
１８ 皿ばね積層体（主弾性体）
２０ 転がり支承（支承体）
３０ 補助弾性体

Claims (3)

1. 支持構造物と、これの上方に間隔を設けて配置される被支持構造物との間に配置される主弾性体を備え、該主弾性体と支持構造物および被支持構造物との少なくとも何れか一方との間に、これら支持構造物と被支持構造物相互の水平方向への相対移動を許容する支承体を介装した弾性支持構造であって、
   前記主弾性体に直列に該主弾性体よりばね剛性の小さい補助弾性体を設け、該補助弾性体は、通常時及び所定の範囲内の上下振動の入力時には、前記被支持構造物からの荷重により弾性復元が不可能な状態にされ、所定の範囲を超える上下振動の入力時に、弾性復元が可能とされることを特徴とする支承体の浮上り防止装置。
2. 支持構造物と、これの上方に間隔を設けて配置される被支持構造物との間に配置される主弾性体とを備え、該主弾性体と支持構造物および被支持構造物との少なくとも何れか一方との間に、これら支持構造物と被支持構造物相互の水平方向への相対移動を許容する支承体を介装した弾性支持構造であって、
   前記主弾性体に直列に該主弾性体より弾性復元速度が速い補助弾性体を設け、該補助弾性体は、通常時及び所定の範囲内の上下振動の入力時には、前記被支持構造物からの荷重により弾性復元が不可能な状態にされ、所定の範囲を超える上下振動の入力時に、弾性復元が可能とされることを特徴とする支承体の浮上り防止装置。
3. 上記支承体は、支持構造物の表面を転動する球体を備えた転がり支承又は滑り支承であることを特徴とする請求項１又は２に記載の支承体の浮上り防止装置。

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