JP3896668B2

JP3896668B2 - 免震構造体

Info

Publication number: JP3896668B2
Application number: JP1266798A
Authority: JP
Inventors: 重信鈴木
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1998-01-26
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2018-01-26
Also published as: JPH11210090A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数個の硬質板と粘弾性的性質を有する軟質板とを交互に貼り合わせた免震構造体に関するものであり、特に硬質板と軟質板とで構成される積層体に空洞部を設け、この空洞部にプラスチック材料を充填することにより、減衰特性を高めた、建物及び土木構造物用免震構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板等の硬質板とゴム等の粘弾性的性質を有する軟質板とを積層した構造体が、防振性、吸振性等を要求させる支承部材として広く用いられている。
【０００３】
このような免震構造体の作用効果は、コンクリートのような剛体建物と基礎土台との間に、横方向に柔らかい、即ち剪断剛性率の小さい免震構造体を挿入することにより、コンクリート建物の固有周期を地震の周期からずらすことによる。このため、免震構造体を建物と土台との間に挿入する免震設計により、地震により建物が受ける加速度は非常に小さくなる。
【０００４】
しかしながら、建物のゆっくりした横揺れはそのまま残るため、この横揺れ量が大きいと建物と他の構造物との衝突や水管、ガス管、配線などの備品の破壊をもたらすことになる。
【０００５】
そこで、従来、減衰特性を高めるために、硬質板と軟質板との積層体（積層ゴムと通称されている。）の内部をくり抜き、この部分に異種材料を充填したものが提案され、中空部に充填する材料として、鉛、特殊合金、ガラスビーズ、砂などが提示されている。このうち、鉛以外の材料は、いずれも特性の安定性、信頼性、コスト等の面で問題があるため、実用化に到っていないが、鉛プラグを充填した積層ゴムは広く実用化されるようになってきている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
鉛プラグ内蔵積層ゴムは、特性的には非常に優れたものではあるが、鉛害の問題があるため、製造及び設計上大きな制約を受ける。また、将来的には、積層ゴムを廃棄する際の処分上の問題も生じることが予測される。
【０００７】
本発明は上記従来の鉛プラグ内蔵積層ゴムの問題点を解決した免震構造体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】
本発明の免震構造体は、複数個の剛性を有する硬質板と粘弾性的性質を有する軟質板とを交互に貼り合わせてなる積層体に空洞部を設け、この空洞部にプラスチック材料を充填した免震構造体であって、該プラスチック材料が、引張り降伏応力２０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ2で、引張り破断伸び５０％以上の弾塑性的性質を有する材料であり、プラスチック材料の体積Ｖ _１は空洞部の容積Ｖ _２に対してＶ _１＝（１．０１〜１．０５×Ｖ _２）であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の免震構造体では、積層体の空洞部に充填する材料として鉛材料の代りに、特定の降伏応力と伸び特性を有する弾塑性プラスチック材料を用いるため、前記鉛プラグ内蔵積層ゴムの製作時又は廃棄処分等における鉛害が解消される。
【００１０】
積層体の充填材料としてのプラスチック材料に要求される降伏剪断応力τ_yは１０〜１３０ｋｇｆ／ｃｍ²である。プラスチック材料では，引張り降伏応力σ_r＝１．５〜２．０τ_yの関係があるため、上記降伏剪断応力τ_yを満足するために、本発明に係るプラスチック材料の引張り降伏応力σ_rは２０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ²とする。
【００１１】
また、本発明の免震構造体において、プラスチック材料は密閉状態で充填されているため、積層体の剪断変形時において容易に破壊することはないが、少なくとも引張り破断伸びが５０％であれば、プラスチック材料の１００％剪断ひずみ領域まで破壊することなく、十分な減衰機能を発揮することができる。
【００１２】
なお、充填材料としてプラスチック材料を用いる本発明の免震構造体では、従来の鉛プラグ内蔵積層ゴムに比較して次のような利点もある。即ち、鉛材料は、降伏応力等の物性のコントロールが不可能であり、減衰特性の調整には、鉛プラグ径を変更するしかないが、プラスチック材料であれば、諸物性のコントロールが容易であるため、要求特性、設計条件に応じて、材料を選択することで容易に対処することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１（ａ）は本発明の免震構造体の実施の形態を示す縦断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００１５】
この免震構造体１は、複数個の剛性を有する硬質板２と粘弾性的性質を有する軟質板３とを交互に貼り合わせてなる円柱状の積層体（以下、積層ゴムという。）４の中心部に円筒状の空洞部（空間部）５を設け、この空洞部５内にプラスチック材料６を充填したものである。なお、図中、符号７，８はフランジである。
【００１６】
本発明において、積層ゴム４の形状、積層ゴム４の空洞部５及びプラスチック材料６の形状は免震効果、減衰効果を有効に発揮し得る形状であれば良く、形状的には何ら拘束はなく、例えば、積層ゴムの形状は角柱状であっても良い。空洞部５の形状は円筒状などの筒状であることが好ましい。
【００１７】
本発明において積層ゴム４の空洞部５に充填するプラスチック材料６としては、引張り降伏応力が２０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ²で、引張り破断伸びが５０％以上の弾塑性的性質を有するものを用いる。
【００１８】
プラスチック材料６の引張り降伏応力が２０ｋｇｆ／ｃｍ²未満でも２００ｋｇｆ／ｃｍ²を超えても降伏剪断応力の要求特性を外れ、十分な減衰特性を得ることができない。また、引張り破断伸びが５０％未満では、積層ゴムの剪断変形時にプラスチック材料６が破壊するおそれがある。
【００１９】
プラスチック材料６の引張り降伏応力は特に、３０〜８０ｋｇｆ／ｃｍ²であることが好ましく、また、引張り破断伸びは１００％以上であることが好ましい。
【００２０】
このようなプラスチック材料としては、例えば、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリイミド等が例示される。
【００２１】
本発明は、このようなプラスチック材料６を積層ゴム４の空洞部５に充填することにより減衰特性を得るものであるが、充填するプラスチック材料６の体積を、プラスチック材料６を充填する前の積層ゴム４の空洞部５の容積に対して若干大きいものとし、プラスチック材料６を圧縮状態で積層ゴム４の空洞部５に充填するのが、安定した減衰特性を得る上で好ましい。この場合、プラスチック材料６の体積Ｖ₁は上記空洞部５の容積Ｖ₂に対して１〜５％大きくＶ ₁＝（１．０１〜１．０５）×Ｖ₂ 、好ましくはＶ₁＝（１．０１〜１．０３）×Ｖ₂である。
【００２２】
従って、例えば、直径Ｄ，長さＬの円筒状の空洞部５に対して、直径がＤで長さが（１．０１〜１．０５）×Ｌの円柱状のプラスチック材料６を充填することにより、良好な減衰特性を得ることができる。
【００２３】
なお、図１に示すような免震構造体１において、積層ゴム４の大きさと、空洞部５の大きさ等にも特に制限はなく、免震構造体の使用目的等に応じて適宜選定されるが、例えば、積層ゴム４の空洞部５の直径Ｄ₁と積層ゴム４の直径Ｄ₂との比、Ｄ₁／Ｄ₂は、０．１〜０．３であることが好ましい。
【００２４】
積層ゴム４を構成する硬質板２の材質としては、金属、セラミックス、プラスチックス、ＦＲＰ、ポリウレタン、木材、紙板、スレート板、化粧板などを用いることができる。
【００２５】
また、軟質板３の材質としては、各種の加硫ゴム、未加硫ゴム、プラスチックなどの有機材料、これらの発泡体、アスファルト、粘土等の無機材質、これらの混合材料が用いられる。本発明においては、プラスチック材料６を用いることで減衰特性を得るものであることから、この軟質板３の材料は天然ゴム等の減衰特性の比較的低いものであっても、減衰特性の高いものであっても良い。高減衰ゴムとしては、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ、ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、クロロプレンゴム（ＣＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）等が挙げられる。これらのうち、特にハロゲン化ブチルゴム、ＥＰＲ、ＥＰＤＭ、ＣＲ、ＮＲ、ＩＲ、ＢＲ、ＳＢＲが好ましく、これらを２種以上ブレンドして用いるのが最も好ましい。
【００２６】
なお、本発明の免震構造体は、その耐候性等の向上を目的として、外表面部を耐候性に優れたゴム材料で被覆するなどの改良を加えることもできる。
【００２７】
この場合、被覆ゴム材料としては、耐候性の優れたゴム状ポリマーが望ましく、例えば、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（ＥＲＰ及び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望ましく、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。
【００２８】
これらのゴム材料は単独で用いても、２種以上をブレンドして用いても良い。また、伸び、その他の物性を改良するために市販ゴム、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、エチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム等とブレンドしても良い。更に、これらのゴム材料には、各種充填剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、オイル等、ゴム材料に一般的な配合剤を混合しても良い。
【００２９】
このような本発明の免震構造体を製造するには、例えば、硬質板と軟質板とを交互に積層して加硫成形した積層ゴムをくり抜いたり、予め中心部の空洞部ができるよう加硫成形された積層ゴムの空洞部に予め成形したプラスチック材料を挿入するか、予め成形したプラスチック材料に中心部をくり抜いた硬質板と軟質板材料とを交互にはさみ込みこれを共加硫する方法が採用される。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、硬質板と軟質板との積層体に空洞部を設け、この空洞部に異種材料を充填することにより減衰特性を高めた免震構造体であって、従来の鉛プラグ内蔵積層ゴムのような製造、設計上の制約や廃棄処分上の問題のない、高特性免震構造体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の免震構造体の実施の形態を示す縦断面図、図２（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１免震構造体
２硬質板
３軟質板
４積層ゴム（積層体）
５空洞部
６プラスチック材料
７，８フランジ

Claims

複数個の剛性を有する硬質板と粘弾性的性質を有する軟質板とを交互に貼り合わせてなる積層体に空洞部を設け、この空洞部にプラスチック材料を充填した免震構造体であって、該プラスチック材料が、引張り降伏応力２０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ²で、引張り破断伸び５０％以上の弾塑性的性質を有する材料であり、
プラスチック材料の体積Ｖ _１は空洞部の容積Ｖ _２に対してＶ _１＝（１．０１〜１．０５×Ｖ _２）であることを特徴とする免震構造体。
請求項１において、前記空洞部は積層体の中心部に積層方向に設けられた筒状の空間部であることを特徴とする免震構造体。