JP3896669B2

JP3896669B2 - 免震構造体

Info

Publication number: JP3896669B2
Application number: JP1266898A
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: JPH11210091A

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、特に水平剛性の鉛直荷重依存性が小さく、性能安定性に優れた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】
ところで、複数の硬質板と軟質板とを交互に貼り合わせた積層体（積層ゴムと通称されている。）の水平剛性は、積層ゴムに作用する鉛直（圧縮）荷重によって影響され、鉛直荷重が増大するに従って水平剛性が低下する傾向があるが、積層ゴムの性能としては、この水平剛性の鉛直荷重依存性が小さいほうが望ましい。
【０００５】
従来、積層ゴムの水平剛性の鉛直荷重依存性を小さくする方法としては、
▲１▼ 軟質板に硬度（弾性率）の高いゴム材料を使用する。
▲２▼ 一層当りの軟質板の厚さを薄くし、多積層構造とする。
▲３▼ 軟質板の総高さ（軟質板一層当りの厚さ×軟質板の層数）を低くする。
といった方法があるが、一般的には、他の設計要因から、▲１▼の如く、硬度（弾性率）の低いゴム材料を使用し、▲２▼又は▲３▼の構造とすることで、水平剛性の鉛直荷重依存性の低減を図っているのが現状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では、水平剛性の鉛直荷重依存性の低減にも限界があり、免震性能の安定性を十分に高めることができなかった。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点を解決し、水平剛性の鉛直荷重依存性のより一層の低減を図ることにより、免震性能の安定性に優れ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を有する免震構造体において、該軟質板を構成する軟質材料のうち、外縁部の軟質材料の硬度が板央部の軟質材料の硬度よりも高い免震構造体であって、板央部の軟質材料の占める面積（横断面積）Ａ _Ａが軟質板の面積（横断面積）Ａ _０に対して５０〜８０％であり、板央部の軟質材料の剪断弾性係数Ｇ _Ａが外縁部の軟質材料の剪断弾性係数Ｇ _Ｃの５０〜８０％であり、軟質板の厚さＤ（ｍ）に対して、軟質板の面積Ａ _０（ｍ ^２）の平方根が６０〜１２０倍であることを特徴とする。
【０００９】
なお、本発明において、軟質材料の硬度は、例えば軟質材料がゴム材料である場合には、ゴム弾性率で表すこともでき、従って、この場合には、ゴム弾性率の大きいゴム材料ほど軟質板の周縁側に配置される。
【００１０】
以下に本発明による水平剛性の鉛直荷重依存性低減の作用機構を説明する。
【００１１】
軟質板の構成材料として単一のゴム材料を用いた従来の積層ゴムの場合、鉛直荷重がゼロのときの水平剛性Ｋ_Hは、Ｋ_H＝Ｇ₀・Ａ₀／Ｈ（Ｇ₀：剪断弾性係数，Ａ₀：断面積，Ｈ：軟質板総高さ）で与えられ、曲げ剛性Ｋτが大きいほど、鉛直荷重増加に伴う水平剛性の低下は小さくなる。
【００１２】
これに対して、本発明に従って、軟質板の板央部に、剪断弾性係数Ｇ_Sの柔らかいゴム材料、周辺部に、剪断弾性係数Ｇ_Hの硬いゴム材料を配した場合、これらの占める断面積をそれぞれＡ_S，Ａ_Hとすると（Ｇ_S＜Ｇ₀＜Ｇ_H，Ａ_S＋Ａ_H＝Ａ₀）、これらの値を適切に設定することで（Ｇ_S・Ａ_S＋Ｇ_H・Ａ_H＝Ｇ₀・Ａ₀）、単一のゴム材料の水平剛性Ｋ_Hと同じ値を得ることができる。しかも、曲げ剛性は、図４及び図５に示すように、軟質板の外縁部に硬いゴム材料を配することで、単一のゴム材料を用いたものに比較して、大きくすることができる（なお、図４，５は各々、本発明の免震構造体及び従来の免震構造体の曲げ剛性を説明する図であって、それぞれ（ａ）図は軟質板の横断面図、（ｂ）図は軟質板と硬質板の縦断面図、（ｃ）図は応力の分布図を示す。）。
【００１３】
従って、本発明によれば、図６に示す如く、同一の水平剛性を保った状態で、その鉛直荷重依存性を低くすることができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１〜３は本発明の免震構造体の実施の形態を示し、図１（ａ），図２（ａ）及び図３は縦断面図、図１（ｂ）及び図２（ｂ）はそれぞれ図１（ａ）及び図２（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００１６】
図１〜３に示す免震構造体１，１Ａ，１Ｂは、いずれも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で構成される。図１〜３中、符号５，６はフランジである。
【００１７】
図１に示す免震構造体１は、各軟質板３を、低硬度ゴム３Ａと高硬度ゴム３Ｃとで構成し、低硬度ゴム３Ａを板央部に配し、高硬度ゴム３Ｃをその周縁部に配したものである。
【００１８】
即ち、低硬度ゴム３Ａの剪断弾性係数Ｇ_Aと高硬度ゴム３Ｃの剪断弾性係数Ｇ_CはＧ_C＞Ｇ_Aである。
【００１９】
このように、２種類のゴム材料を用いた場合、低硬度ゴム３Ａの占める面積（横断面積）Ａ_Ａと高硬度ゴム３Ｃの占める面積（横断面積）Ａ_Ｃとの割合は、低硬度ゴム３Ａの占める面積Ａ_Ａが軟質板３の面積（横断面積）Ａ_０（＝Ａ_Ａ＋Ａ_Ｃ）に対して５０〜８０％とする。この割合が上記範囲よりも多いと本発明による水平剛性の鉛直荷重依存性の低減効果が十分に得られず、少ないと軟質板の剛性が大きく増大してしまう。
【００２０】
また、低硬度ゴム３Ａと高硬度ゴム３Ｃとの硬度差は、低硬度ゴム３Ａの剪断弾性係数Ｇ_Ａが高硬度ゴム３Ｃの剪断弾性係数Ｇ_Ｃの５０〜８０％である。この割合が上記範囲よりも少ないと本発明による水平剛性の鉛直荷重依存性の低減効果が十分に得られず、多いと軟質板の剛性が大きく増大してしまう。
【００２１】
図２に示す免震構造体１Ａは、各軟質板３を、低硬度ゴム３Ａ、中硬度ゴム３Ｂ及び高硬度ゴム３Ｃとで構成し、低硬度ゴム３Ａを板央部に配し、中硬度ゴム３Ｂをその周縁部に配し、更に、高硬度ゴム３Ｃをその周縁部に配したものである。
【００２２】
即ち、低硬度ゴム３Ａの剪断弾性係数Ｇ_A、中硬度ゴム３Ｂの剪断弾性係数Ｇ_B及び高硬度ゴム３Ｃの剪断弾性係数Ｇ_CはＧ_C＞Ｇ_B＞Ｇ_Aである。
【００２３】
このように、３種類のゴム材料を用いた場合においても、低硬度ゴム３Ａの占める面積（横断面積）Ａ_Aと中硬度ゴム３Ｂの占める面積（横断面積）Ａ_Bと高硬度ゴム３Ｃの占める面積（横断面積）Ａ_Cとの割合には特に制限はなく、用いたゴム材料の硬度差や要求特性や使用目的等に応じて適宜決定されるが、通常の場合、低硬度ゴム３Ａの占める面積Ａ_Aが軟質板３の面積（横断面積）Ａ₀（＝Ａ_A＋Ａ_B＋Ａ_C）に対して３０〜５０％、中硬度ゴム３Ｂの占める面積Ａ_Bが軟質板３の面積Ａ₀の３０〜５０％とするのが好ましい。
【００２４】
また、低硬度ゴム３Ａと中硬度ゴム３Ｂと高硬度ゴム３Ｃとの硬度差についても特に制限はないが、低硬度ゴム３Ａの剪断弾性係数Ｇ_Aが高硬度ゴム３Ｃの剪断弾性係数Ｇ_Cの５０〜８０％程度、中硬度ゴム３Ｂの剪断弾性係数Ｇ_Bが高硬度ゴム３Ｃの剪断弾性係数Ｇ_Cの７０〜９０％程度であることが好ましい。
【００２５】
このように、複数のゴム材料よりなる軟質板３は、硬度の異なる未加硫ゴムを金型の所定位置に配置して共加硫する方法等により製造することができる。
【００２６】
なお、本発明に係る軟質板の厚さＤとその面積Ａ_０との関係は、軟質板の厚さＤ（ｍ）に対して、面積Ａ_０（ｍ^２）の平方根が６０〜１２０倍程度となるようにするのが水平剛性の鉛直荷重依存性の低減の上で好ましい。
【００２７】
本発明においては、軟質板をその外縁側ほど硬度の高い軟質材料で構成すれば良く、軟質板を構成する軟質材料は４種以上であっても良い。また、軟質板の材料配置は、すべての軟質板について同一である必要はなく、軟質板毎に異なっていても良い。即ち、図３に示す如く、モーメントが大きくなる免震構造体の上下両端面側（フランジ６，５側）に近づくほど、高硬度ゴム３Ｃの面積割合が多くなるように設計して全体の剛性を高めることもできる。また、単一の軟質材料で構成された軟質板が部分的に積層されていても良い。
【００２８】
なお、軟質板の材料配置は一般的には軟質板の水平断面（横断面）形状に対して同心的かつ相似形に内側の低硬度軟質材料を配置するか、或いは内側の低硬度軟質材料の断面形状が円形となるように配置するのが好ましい。
【００２９】
本発明において、積層ゴム４の形状は免震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。
【００３０】
なお、本発明において、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。
【００３１】
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、プラスチックスなどの有機材料、これらの発泡体、アスファルト、粘土等の無機材質、これらの混合材料など各種のものを用いることができるが、軟質板３としては、高減衰ゴムを用いるのが好ましい。この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。
【００３２】
このようなゴム材料において、硬度の異なる材料を採用するには、硬度の異なる材料を選択するか、或いは、同一のゴム材料において加硫度を高めることにより硬度を高めるなどの方法がある。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の免震構造体によれば、積層ゴムの水平剛性の鉛直荷重依存性がより一層低減され、免震性能の安定性に優れた高性能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１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の免震構造体の別の実施の形態を示す縦断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】図３は本発明の免震構造体の異なる実施の形態を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る免震構造体の曲げ剛性を説明する図であって、図４（ａ）は軟質板の横断面図、図４（ｂ）は軟質板と硬質板の縦断面図、図４（ｃ）は応力の分布図である。
【図５】従来の免震構造体の曲げ剛性を説明する図であって、図５（ａ）は軟質板の横断面図、図５（ｂ）は軟質板と硬質板の縦断面図、図５（ｃ）は応力の分布図である。
【図６】本発明の免震構造体と従来の免震構造体の水平剛性の鉛直荷重依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ免震構造体
２硬質板
３軟質板
３Ａ低硬度ゴム
３Ｂ中硬度ゴム
３Ｃ高硬度ゴム
４積層ゴム（積層体）
５，６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を有する免震構造体において、
該軟質板を構成する軟質材料のうち、外縁部の軟質材料の硬度が板央部の軟質材料の硬度よりも高い免震構造体であって、
板央部の軟質材料の占める面積（横断面積）Ａ _Ａが軟質板の面積（横断面積）Ａ _０に対して５０〜８０％であり、
板央部の軟質材料の剪断弾性係数Ｇ _Ａが外縁部の軟質材料の剪断弾性係数Ｇ _Ｃの５０〜８０％であり、
軟質板の厚さＤ（ｍ）に対して、軟質板の面積Ａ _０（ｍ ^２）の平方根が６０〜１２０倍であることを特徴とする免震構造体。