JP3819752B2

JP3819752B2 - 免震ゴム支承構造体

Info

Publication number: JP3819752B2
Application number: JP2001306080A
Authority: JP
Inventors: 伸夫室田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2021-10-02
Also published as: JP2003106008A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛直荷重を支承し、水平方向に弾性変形する免震ゴム支承構造体であって、特に、数種類の初期剛性を有する免震ゴム支承構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地震による被害から建造物を守るために、鋼板等の剛性を有する硬質板と、ゴム組成物等の粘弾性的性質を有する軟質板とを、交互に貼り合わせて積層体とし、これを主要な構成要素とする免震ゴム構造体が、地盤の基礎土台部と建造物下部との間に設置され、地震の際に必要な防振性、吸振性、免震性を満たす支承部材として注目されている。
【０００３】
このような免震ゴム構造体は、鉄筋あるいは鉄骨コンクリートのような剛体建造物と基礎土台との間等に設けられる。免震ゴム構造体は、水平方向（横方向）には柔らかいという特性を有している。つまり、剪断弾性率の低い免震ゴムを挿入することにより、コンクリート建造物の固有周期を地震の周期から遅らせる作用を有し、この作用により、地震により建造物が受ける加速度は大幅に減免される。
【０００４】
前記免震ゴム構造体の設計条件として、すべりが開始されるまでの剛性（初期剛性）の設定が挙げられる。そして、その設定に対する要求値としては、建物免震層内で併用される他のアイソレータやダンパーによって異なる。
従って、従来は、要求される初期剛性に応じて積層ゴム部のせん断弾性率やゴム層の高さが設計されており、多様な設計要求に対応するには、その都度、固有な構造を有する積層ゴム体を作製する必要があったため、量産性に劣るものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上から、本発明は、１の免震ゴム支承構造体で数種類の初期剛性を設定することが可能で、量産性に優れた免震ゴム支承構造体を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の本発明により達成される。すなわち本発明は、
＜１＞複数枚の剛性を有する硬質板と複数枚の粘弾性を有する軟質板とを交互に貼り合わせた積層部材を有する免震ゴム支承構造体であって、中心部に、上部から下部にかけて剛性体が勘合可能な差込孔が設けられており、該差込孔に剛性体が差込可能となっており、前記剛性体の被勘合部が前記上部および前記下部のいずれかに固定されており、前記積層部材の最下部および最上部のいずれかに滑り層が設けられていることを特徴とする免震ゴム支承構造体である。
＜２＞前記剛性体の被勘合部が前記上部に固定されており、前記積層部材の最下部に滑り層が設けられていることを特徴とする＜２＞に記載の免震ゴム支承構造体である。
【０００７】
＜３＞前記剛性体の長さを変えることで、前記積層部材の変形量を制御することを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載の免震ゴム支承構造体である。
【０００８】
＜４＞前記差込孔が上部から下部にかけて貫通していることを特徴とする＜１＞〜＜３＞のいずれか１に記載の免震ゴム支承構造体である。
【０００９】
＜５＞前記軟質板に短繊維が配合されていることを特徴とする＜１＞〜＜４＞のいずれか１に記載の免震ゴム支承構造体である。
＜６＞前記短繊維の平均径（Ｄ）が０．０１〜１．０ｍｍであり、平均長さ（Ｌ）が０．５〜２０ｍｍであり、平均アスペクト比（Ｌ／Ｄ）が３〜３００であることを特徴とする＜５＞に記載の免震ゴム支承構造体である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の詳細について説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる免震ゴム支承構造体の一例を示す図であり免震支承ゴム構造体１０を、地上の建造物２２と地盤の土台２４との間に設置した状態を示す鉛直部分断面図である。
【００１１】
図１に示すように、本発明の免震ゴム支承構造体１０は、複数枚の剛性を有する硬質板と複数枚の粘弾性を有する軟質板とを交互に貼り合わせた円筒状の積層部材１１を有し、建造物２２側で積層部材１１の中心部に剛性体３２が勘合可能な差込孔３０が上部から下部にかけて設けられている。そして、差込孔３０に剛性体３２が差込可能となっている。
【００１２】
初期剛性に応じて剛性体３２の凸部（差込孔３０に差込まれる部分）の長さを調整すると、図２に示すように前記凸部の長さ分だけ積層部材１１を拘束し、その変形量を制御することができる。
すなわち、前記凸部の長さを調整するだけで、数種類の初期剛性を設定することができるため、要求される初期剛性に応じて積層部材１１の高さを設定し固有な構造を有する免震ゴム支承構造体を作製する必要がなく、量産性に優れた免震ゴム支承構造体とすることができる。
【００１３】
剛性体３２の材質としては、内部鋼板と同等以上の剛性が必要という観点から、鋼等を使用することが好ましい。
また、剛性体３２の凸部の直径は、差込孔３０に勘合するように調整することが好ましく、具体的には、差込孔３０の直径Ｒ₁の９８〜９９．５％とすることが好ましく、９９．０〜９９．５％とすることがより好ましい。
９８％未満では、ギャップが大きいため、本体部（積層部材１１）と面ではなく点接触し傷付けることがあり、９９．５％を超えると、ゴム本体の製造公差から挿入が困難になることがあるため好ましくない。
さらに、凸部の形状も差込孔３０の形状に合わせて、円柱、角柱等種々の形状とすることができる。
凸部の長さは、既述のように初期剛性に応じ、差込孔の高さ等を勘案しながら調整することが好ましい。
【００１４】
差込孔３０は、図１に示すように積層部材１１の中心に設けられ、その直径Ｒ₁は、積層部材１１の直径（外径）Ｒ₂の１０〜２０％とすることが好ましい。１０％未満では剛性体３２が強度的に不足し破損したり、また積層部材１１を傷つけることがあり、２０％を超えると積層部材１１の鉛直強度が低下することがあるため、好ましくない。
なお、積層部材１１の直径Ｒ₂は、設計条件に応じて決められるが、一般的には、３０〜１２０ｃｍとされる。また、その高さも設計条件に応じて決められるが、一般的には、１０〜４０ｃｍとされる。
【００１５】
差込孔３０は、上部から下部にかけて貫通していてもよい。貫通させることで、剛性体３２の凸部をより長くとることが可能となり、初期剛性により広く対応することが可能となる。
また、その形状は、円柱、角柱等種々の形状とすることができるが、全方向への変形において接触部の面圧を均等にする観点から、円柱形状とすることが好ましい。
【００１６】
また、積層部材１１の最下部に、滑り層を設けてもよい。滑り層を設けることで、すべり支承として使用することができる。
すなわち、当該滑り層が、相手材である土台２４上を滑り、地震や振動による変位が吸収されることで、建築物等の上部構造物に伝達される振動がより大幅に軽減される。
【００１７】
前記すべり層として使用可能な材料としては、金属、焼結合金およびフッ素樹脂等が挙げられるが、なかでもフッ素樹脂を用いることが好ましく、かかるフッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン／ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、エチレン／テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等が挙げられる。本発明では、特にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が、耐高荷重やすべり支承としての実績から好ましい。
【００１８】
フッ素樹脂からなる滑り層には、充填剤等の添加剤を加えることもできる。添加可能な充填剤としては、ガラス繊維、カーボン等が挙げられる。充填剤を添加することにより、耐荷重性、クリープ特性を向上できる。充填剤の添加量としては、フッ素樹脂１００質量部に対して、１０〜２０質量部とすることが好ましい。
滑り層の厚みとしては、特に制限はないが、クリープを軽減する観点から、２〜４ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００１９】
本発明の免震ゴム支承構造体１０における積層構造体１１の上面には、適宜、埋め込みフランジ１８、上フランジ１９が図示しないボルト等により設けられ、これらにより建造物２２と免震ゴム支承構造体１０上部とが固定される。
また、積層構造体１１の下面には、適宜、下フランジ２０が設けられ、図示しないボルトによって、免震ゴム支承構造体１０下部と土台２４とが固定される。
【００２０】
積層部材１１は、同材質の剛性を有する硬質板と同材質の粘弾性を有する軟質板とを、交互に貼り合わせた積層構造体で構成されることが好ましいが、例えば、複数枚の軟質板の内の一部の軟質板を、補強材が配合され弾性率の異方性を有する軟質板としてもよい。
【００２１】
前記硬質板の材質としては、金属、セラミック、硬質あるいは補強プラスチック、木材、紙、スレート等の所要の高剛性を有する各種の材料を使用することができる。
ここで、所要の高剛性とは、設計条件により大きく変わるが、剪断変形した時、座屈破壊が生じない水準以上の剛性を意味する。このような硬質板の材質の中でも、一般には強度や耐久性の観点から、鋼板、鉄板、アルミニウム板等の金属からなる平板が好ましい。
硬質板の厚みは、選択された材料剛性と設計条件に応じて決められるが、０．５〜１５ｍｍとすることが好ましい。
硬質板および後述する軟質板の水平形状としては、特に制限はなく、円形、楕円形、方形、五角形や六角形等の多角形等のいずれでもよい。
【００２２】
前記軟質板の少なくとも大部分は、補強材が配合されたゴム組成物であることが好ましく、その鉛直方向（ゴム板の厚み方向）の弾性率が水平方向（ゴム板の長手方向）の弾性率よりも高いことが好ましい
また、軟質板の厚みは、選択された材料剛性と設計条件に応じて決められるが、４〜１０ｍｍとすることが好ましい。
【００２３】
上記補強材が配合されたゴム組成物を構成するゴム成分としては、特に限定されるものではないが、タイヤおよび産業用途に通常用いられているゴムは全て使用できる。なかでもＮＲ、ＩＲ、ＢＲ、ＳＢＲ、ハロゲン化ブチルゴム、ＥＰＲ、ＥＰＤＭ、ＣＲよりなる群から選ばれた少なくとも１種を使用することにより、大変形が可能で破壊強度と引き裂き強度が高く、ヒステリシス損失が大きく、長期耐候性や硬質板との接着性等に優れたゴム組成物を提供できるので、好ましい。
【００２４】
前記ゴム組成物には、上記ゴム成分と前記補強材（補強材の詳細については後述する）に加えて、カーボンブラック等の充填材、オイル等の軟化もしくは可塑剤、加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、老化防止剤、接着性付与もしくは改良剤、その他各種の添加剤が必要に応じて配合される。
【００２５】
既述のように前記軟質板の大部分は、補強材が配合されたゴム組成物であり、その鉛直方向の弾性率が水平方向の弾性率よりも高いこと好ましいが、当該補強材としては、上記弾性率の異方性を具現することができるものなら、何でも使用できる。
【００２６】
上記補強材の例として、任意の断面形状を有する長柱体を挙げることができ、ゴム組成物シート中にこの長柱体を配合して、その鉛直方向（シート厚み方向）への配向割合を、水平方向（シート長手方向）への配向割合よりも大きくすることにより、所望の弾性率の異方性を達成することができる。
前記長柱体としては、板状、棒状、燐片状、その他任意形状の長柱体が使用でき、材質も有機材料、無機あるいはセラミック材、金属材等の全てが利用できる。
【００２７】
前記長柱体の中でも、補強材として特に、略円形の断面形状を有する短繊維を好適に使用できる。短繊維は、材質としても有機繊維、無機あるいはガラス繊維、金属あるいはスチール繊維等多様なものが利用でき、また、線径や繊維長およびアスペクト比等の多様な形状のものが比較的容易に製造されているので、補強材として好ましい。
【００２８】
前記短繊維の平均径（Ｄ）は０．０１〜１．０ｍｍ、平均長さ（Ｌ）は０．５〜２０ｍｍ、平均アスペクト比（Ｌ／Ｄ）は３〜３００であることが好ましい。
平均径（Ｄ）が、０．０１ｍｍ未満であると、短繊維の製造時に糸切れが多く発生する恐れがあり、短繊維を配合した効果が十分に得られない傾向がある。平均径（Ｄ）が１．０ｍｍを超えると、ゴム混練り時の分散不良や破壊特性が低下する恐れがある。
平均長さ（Ｌ）が２０ｍｍを超えると、ゴム混練り時の分散不良や破壊特性が低下する恐れがあり、一方、０．５ｍｍ未満であると、長繊維からの機械的な切断が困難になり、短繊維の生産性が非常に悪化し、また、短繊維を配合した効果が十分に得られない傾向がある。
平均アスペクト比（Ｌ／Ｄ）が、３未満であると、鉛直方向へ配向させても、所望の弾性率の異方性を達成することが難しく、また、（Ｌ／Ｄ）が３００を超えると、ゴム混練り時の分散不良や破壊特性の低下の恐れがある。
なお、前記短繊維の平均径（Ｄ）と平均長さ（Ｌ）は、例えば、光学顕微鏡等により測定できる。
【００２９】
前記短繊維の材質としては、特に限定されず、タイヤおよび一般産業用途で、ゴム製品の補強もしくは改質用途に通常用いられている短繊維は全て使用できるが、なかでもポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、金属よりなる群から選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。
上記材質の短繊維は、ゴムマトリックスとの接着性が良く、破壊強度と引き裂き強度に優れ、配向させた時の弾性率の異方性が高く、比較的安価に製造されているので、補強材として好適に使用できる。
【００３０】
上記金属からなる短繊維としては、例えば、タイヤおよびベルト部材の補強用に通常用いられる金属短繊維を挙げることができ、特に高い抗張力を得るために、少なくとも０．７質量％の炭素、好ましくは少なくとも０．８質量％の炭素を含有する金属（鋼材）繊維コードが望ましい。
【００３１】
上記有機繊維からなる短繊維としては、例えば、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、レイヨン繊維等のタイヤ部材補強用に通常用いられる有機短繊維を挙げることができ、これらの中でも特に、芳香族ポリアミド繊維（商品名「ケブラー」）とポリエチレン−２，６−ナフタレートおよび高弾性率ポリエステル繊維からなるコードが、その引張り弾性率の高さ故に好ましい。
【００３２】
免震ゴム支承構造体は、常に外気に曝されているため、酸素、水分、オゾン、紫外線、原子力用においては放射線、海辺における場合では潮風等により、その表面部より長期劣化を受ける。特に、建造物を支えているため、常に圧縮乃至せん断荷重を受けており、平常時でもゴム層の表面部にはかなりの応力が負荷されているので、劣化の進行が促進される。
従って、本発明の免震ゴム構造体の外表面（少なくとも積層部材１１外周面）は、保護層としてゴム組成物で覆われていることが、長期耐久性を確保するために好ましい。
【００３３】
ゴム組成物として用いられるゴム成分としては、例えば、ＮＲ、ＩＲ、ＢＲ、ＳＢＲ等の汎用ジエン系ゴム、および、ハロゲン化ブチルゴム、ＥＰＲ、ＥＰＤＭ、ＣＲ、ブチルゴム、アクリルゴム、ポリウレタン、シリコンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲおよびＥＰＤＭ）、ハイパロン、塩素化ポリエチレン、エチレン酢酸ビニルゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム等が挙げられる。これらのうち、特にブチルゴム、ポリウレタン、エチレンプロピレンゴム、ハイパロン、塩素化ポリエチレン、エチレン酢酸ビニルゴム、クロロプレンゴムが耐候性の面からは効果的である。更に軟質板を構成するゴム等との接着性を考慮した場合には、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴムが好ましく、とりわけエチレンプロピレンゴムを用いるのが最も好ましい。
また、保護層の厚みは、内部ゴムを６０年相当の長期間の使用に耐えられるよう充分に保護する観点から６〜１０ｍｍとすることが好ましい。
【００３４】
以上、本発明を図面を用いて詳細に説明したが、本発明はかかる構成に限定されるものではなく、本発明の構成要素を具備する限り、当業者は、公知の知見から、本発明の各要素に適宜変更を加えたり、他の要素を加えたりすることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上から、本発明によれば、１の免震ゴム支承構造体で数種類の初期剛性を設定することが可能で、量産性に優れた免震ゴム支承構造体を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】免震ゴム支承構造体の鉛直部分断面図である。
【図２】滑動時の免震ゴム支承構造体の鉛直部分断面図である。
【符号の説明】
１０・・・免震ゴム支承構造体
１１・・・積層部材
１８・・・埋め込みフランジ
１９・・・上フランジ
２０・・・下フランジ
２２・・・建造物
２４・・・土台
３０・・・差込孔
３２・・・剛性体
Ｒ₁・・・差込孔の直径
Ｒ₂・・・積層部材の直径

Claims

複数枚の剛性を有する硬質板と複数枚の粘弾性を有する軟質板とを交互に貼り合わせた積層部材を有する免震ゴム支承構造体であって、
中心部に、上部から下部にかけて剛性体が勘合可能な差込孔が設けられており、
該差込孔に剛性体が差込可能となっており、前記剛性体の被勘合部が前記上部および前記下部のいずれかに固定されており、
前記積層部材の最下部および最上部のいずれかに滑り層が設けられていることを特徴とする免震ゴム支承構造体。
前記剛性体の被勘合部が前記上部に固定されており、前記積層部材の最下部に滑り層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の免震ゴム支承構造体。
前記剛性体の長さを変えることで、前記積層部材の変形量を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の免震ゴム支承構造体。
前記差込孔が上部から下部にかけて貫通していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の免震ゴム支承構造体。
前記軟質板に短繊維が配合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の免震ゴム支承構造体。
前記短繊維の平均径（Ｄ）が０．０１〜１．０ｍｍであり、平均長さ（Ｌ）が０．５〜２０ｍｍであり、平均アスペクト比（Ｌ／Ｄ）が３〜３００であることを特徴とする請求項５に記載の免震ゴム支承構造体。