JP4023696B2 - 鉛封入積層ゴム支承 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、積層ゴム体内に鉛体を封入し、荷重を支持するとともに地震動等の振動エネルギーを鉛体のせん断変形を利用して吸収する免震支持装置いわゆる鉛封入積層ゴム支承に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の鉛封入積層ゴム支承は一般に、ゴム弾性層と補強板とが交互に鉛直方向に積層されてなる積層ゴム体内に柱状の鉛体いわゆる鉛プラグが封入された構成を採る。
しかして、該鉛プラグは周囲の積層ゴム体によって拘束され、支承全体の水平変位に伴う純せん断変形を受けることにより、所期のエネルギー吸収性能を発揮するものである。
【０００３】
しかしながら、従来のこの鉛封入積層ゴム支承の構造によっては、鉛プラグのゴム弾性層への侵入あるいは鉛体の局部変形等が生じ、この結果、純せん断変形が受けられず、所期のエネルギー吸収特性が得られないことがある。この傾向は、ゴム弾性層の厚さが大きいもの、例えば橋梁用積層ゴム支承において顕著である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実情に鑑み、従来の特にゴム弾性層の厚い鉛封入積層ゴム支承の欠点を解消すべくなされたものであり、長期の使用によっても鉛プラグもしくは鉛プラグに相当する部位が所定の純せん断変形特性を維持することのできる鉛封入積層ゴム支承を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の鉛封入積層ゴム支承は上記目的を達成するため、次の構成を採る。
すなわち、ゴム弾性層と補強板とが交互に鉛直方向に積層されてなる積層ゴム体内に鉛体を主体とする塑性変形部が形成されてなる鉛封入積層ゴム支承において、塑性変形部は、積層ゴム体の円孔に密接して配された実質的に円柱状をなす鉛プラグと、該鉛プラグの外周表面に食い込んで配された金属メッシュ筒とからなり、該鉛プラグの外周表面は鉛と金属メッシュ筒が混在一体化されていることを特徴とする。
【０００６】
（作用）
常時においては、積層ゴム体は上部構造の荷重を下部構造に伝達支持する。塑性変形部は荷重支持には実質的には関与しない。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、塑性変形部はその水平変位に追従し、積層ゴム体の水平弾性特性を損なうことがない。また、風荷重あるいは微弱地震力に対しては、塑性変形部の鉛体は初期弾性により抵抗し、水平方向の変位を阻止する。 地震時においては、強制振動力に対して上下部構造が互いに水平方向に急激に相対変位するが、積層ゴム体はこの振動変位に追従するとともに、その水平ばね特性によりこの振動周期の上部構造への伝達を長周期化し、上部構造の免震作用をなす。
また、積層ゴム体内の塑性変形部の鉛体の塑性変形で地震エネルギーを吸収し、上部構造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、鉛体はその外周表面を金属線をもって編成もしくは織成された金属メッシュによって食込み状に拘束されてなるので、一体的に鉛体の形状を保持し、積層ゴム体のゴム弾性層への食込みが阻止され、この結果、鉛体の変形を純せん断変形に維持し、所期のエネルギー吸収特性を発揮する。
また、長期においても、鉛体のゴム弾性層への食込み（膨出）は阻止される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の鉛封入積層ゴム支承の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施の形態の構成）
図１〜図４はその一実施形態の鉛封入積層ゴム支承Ｓを示す。すなわち、図１及び図２はその全体の構成を示し、図３及び図４はその部分の構成を示す。
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。
【０００８】
図１、図２を参照して、本実施形態の鉛封入積層ゴム支承Ｓは、積層ゴム体１を上下の厚肉フランジ鋼板２，３間に挟着保持した本体内に、鉛体を主体とする塑性変形部４が封入されてなるものであり、上部構造Ｇと下部構造Ｂとの間に介装される。
【０００９】
以下、各部の細部の構成を説明する。
積層ゴム体１（図１、図２参照）
積層ゴム体１は外形形状が円柱状をなし、また、その内部には、その中心部に鉛直方向に貫通する円孔１０が形成される。
積層ゴム体１の環状部は、ゴム弾性層１２と補強板１３とが交互に配された構成を採り、これらは加硫接着により強固に一体化される。
しかして、積層ゴム体１はこのゴム弾性層１２と補強板１３とにより、上載荷重Ｐに対しては大きな剛性を示し、横荷重Ｑに対してゴム弾性層１２による可撓性を示す。
該積層ゴム体１の断面積は、上載荷重Ｐを支持しえるように決定される。
ゴム弾性層１２の各ゴム量は同一の水平せん断剛性を得るべく好ましくは等量とされる。
【００１０】
補強板１３は、環状体をなし、本実施例では薄鋼板より形成されるが、帆布、合成樹脂板等を除外するものではない。その外径は所要のかぶりを存して積層ゴム体１の外径よりも小さくされ、その内径は内孔１０の径に等しくされる。なお、場合によっては、内径にかぶりを持たすこともある。
【００１１】
上下厚肉フランジ鋼板２，３（図１、図２参照）
上下厚肉フランジ鋼板２，３は、厚手の円環状の鋼板よりなり、積層ゴム体１の上下部に配され、内部に積層ゴム体の円孔１０に連続する同径の円孔１０が開設される。また、上下端面には、アンカー取付け用のねじ孔１５が円周方向に複数個（本実施形態では４）開設され、該アンカー用ねじ孔１５内に上部構造Ｇ及び下部構造Ｂに埋設設置されるアンカー鋼棒（図示せず）が螺合されて固定される。アンカー鋼棒を溶着する場合においては、ねじ孔１５は省略される。
このフランジ鋼板２，３も積層ゴム体１のゴム弾性層１３と加硫接着をもって一体化される。
【００１２】
塑性変形部４（図３、図４参照）
塑性変形部４は、本実施例において特徴ある構成を採る。
すなわち、該塑性変形部４は、鉛プラグ１７と該鉛プラグ１７の外周表面に被嵌された金属メッシュ筒１８とからなり、一体となって円柱状をなすとともに円孔１０内に密接して封入される。
（鉛プラグ１７）
塑性変形部４の鉛プラグ１７に使用される鉛体として、純鉛は勿論、鉛合金が適用される。
純鉛は、比重が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、容易に塑性変形をうける。
鉛合金としてＰｂ−Ｓｂ系、Ｐｂ−Ｓｎ系あるいはＰｂ−Ｓｂ−Ｓｎ系合金が適用される。このうち、はんだはＳｂ−Ｓｎ合金中に含まれ、その特性が明確なものであり、好適なものとして使用される。
（金属メッシュ筒１８）
金属メッシュ筒１８は、図４（ａ）に示すように、金属線により円筒状に編み上げて成形される。金属線の素材として、銅、銅合金、ステンレス鋼が好適なものとして採用されるが、その他の金属素材を除外するものではない。金属メッシュ筒１８に対する金属線の線径と網目の大きさは、該金属メッシュ筒１８の可撓性と鉛の変形に対する追従性から、線径は数十μｍ〜数ｍｍのものが好ましいものとして採用され、また、網目は１０ｍｍを超えないものであるが、特にこれに限定されない。
金属メッシュ筒１８は叙上のいわゆる編組ワイヤメッシュの態様の外に、図４（ｂ）に示すように、縦糸及び横糸の金属細線を使用して織成をもって形成されるいわゆる織組ワイヤメッシュを金属線方向が斜めになるようにした態様も採るものである。
【００１３】
（金属メッシュ筒１８の被着態様）
金属メッシュ筒１８は、その線材自体の可撓性と相まち、網目の交点でずれ作用を起こし可撓性を示す。
鉛プラグ１７は、この金属メッシュ筒１８の表面に露出しメッシュと混在する態様を採る。
図３に示す塑性変形部４の態様は金属メッシュ筒１８の表面に鉛プラグ１７が露出され、金属メッシュ筒１８が鉛プラグ１７に食込んだものである。
更に図例では、金属メッシュ筒１８を一枚の円筒状のものとして示したが、金属メッシュをシート状とし、該シートを２〜３周捲回したものを使用してもよい。
【００１４】
（塑性変形部４の成形）
金属メッシュ筒１８と鉛プラグ１７とからなる塑性変形部４は以下の方法によって成形される。
1)予め所定の寸法を有する円筒状の金属メッシュ筒を金型内周にインサートし、その後溶融鉛を鋳込む。この態様によれば、鉛は金属メッシュ筒の表面に達するものである。
2)所定の寸法を有する円筒状の金属メッシュ筒を金型内周にインサートし、該金属メッシュ筒の内周に該金属メッシュ筒の内周より若干径の小さい鉛プラグを挿入し、金型内で上下より圧力を加えて塑性変形させ、鉛を金属メッシュ筒の網目に食い込ませる。この態様によれば、上下より加えられる圧力の加減により、鉛の金属メッシュ筒への食い込み加減を調節できる。
【００１５】
本実施例の鉛封入積層ゴム支承Ｓは上部構造Ｇと下部構造Ｂとの間に介装設置される。
すなわち、下部構造Ｂは例えば地盤に設置されるコンクリート基礎であり、上部構造Ｇは全体として剛性を持つ中高層建物であり、本鉛封入積層ゴム支承Ｓはこの上部構造Ｇの荷重を支持する。また、本鉛封入積層ゴム支承Ｓは断面が円形であるので、無方向性を示し、設置方向は自在である。
【００１６】
（実施形態の作用・効果）
この実施形態の鉛封入積層ゴム支承Ｓの作用を図５に基づいて説明する。
常時においては、積層ゴム体１は上部構造Ｇの荷重Ｐを下部構造Ｂに伝達支持する。塑性変形部４は荷重支持には実質的には関与しない。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４はその水平変位に追従し、積層ゴム体１の水平弾性特性を損なうことがない。また、風荷重あるいは微弱地震力ｑに対しては、塑性変形部４の鉛体１７は初期弾性により抵抗し、水平方向の変位を阻止する。
【００１７】
地震時においては、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が、積層ゴム体１はこの振動変位に追従するとともに、その水平ばね特性によりこの振動周期の上部構造Ｇへの伝達を長周期化し、上部構造Ｇの免震作用をなす。
また、積層ゴム体１内の塑性変形部４の鉛体１７の塑性変形で地震エネルギーを吸収し、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。
すなわち、図５において、上部構造Ｇはイ方向へ変位し、これに伴い本鉛封入積層ゴム支承Ｓも全体的にせん断変形を受け、塑性変形部４においては鉛体１７はせん断力による塑性変形を受け、イ方向への変位を制動する。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４の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。
この変位は周期的であり、塑性変形部４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。
【００１８】
この塑性変形部４の鉛体１７の変形において、鉛体１７の外周表面は金属メッシュ筒１８によって拘束されてなるので、鉛体１７の変形は純せん断変形となり、所期のエネルギー吸収特性を発揮する。
【００１９】
本実施例の鉛封入積層ゴム支承Ｓによれば、塑性変形部４は支承Ｓ全体の水平変位とともに純せん断変形を受け、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。
また、塑性変形部４の鉛体１７は周辺の積層ゴム体１のゴム弾性層１２への食込みがなく、長期の使用によっても変形が来さず、性能の劣化がない。
【００２０】
本発明は上記実施の形態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。すなわち、以下の態様は本発明の技術的範囲内に包含されるものである。
1)叙上の実施例では、円柱状の鉛封入積層ゴム支承Ｓを示したが、その他の形状のものを除外するものではない。
図６及び図７はその一例としての橋梁用として採用される四角柱状の鉛封入積層ゴム支承Ｓ１を示す。図において、先の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、この鉛封入積層ゴム支承Ｓ１においては、四角形状の断面の積層ゴム体１に４つの塑性変形部４が配されてなる。
2)塑性変形部４において、図８（ａ）に示すように、鉛プラグ１７の上下端面に金属メッシュ筒１８を食込み状に被着される態様を採ること。図例は上端部分を示すものであり、下端部分も同様とする。
3)塑性変形部４において、図８（ｂ）に示すように、鉛プラグ１４よりも長い金属メッシュ１８を被着し、上下の延出部分をキャップ２０で固定すること。
4)塑性変形部４は更に、円形に限定されず、楕円等円形に近似する形状、あるいは多角形状を採りうるものであり、孔１０もこれに対応する形状を採る。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、塑性変形部は支承全体の水平変位とともに純せん断変形を受け、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。
また、塑性変形部の鉛体は周辺の積層ゴム体のゴム弾性層への過大な食込みがなく、長期の使用によっても鉛体の不都合な変形を来さず、性能の劣化がなく、耐久性と履歴性能が持続する。
更にまた、この結果、積層ゴム体のゴム弾性層を可及的厚くすることができ、設計の自由度を大きく採ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の鉛封入積層ゴム支承の縦断面図（図２のＩ−Ｉ線断面図）。
【図２】 図１のII−II線断面平面図。
【図３】 塑性変形部の拡大断面図。
【図４】 金属メッシュ筒の主体図。
【図５】 この鉛封入積層ゴム支承の作用説明図。
【図６】 本発明の他の実施例の鉛封入積層ゴム支承の縦断面図（図７のVI−VI線断面図）。
【図７】 図６の VII− VII線断面図。
【図８】 金属メッシュ筒の別の態様を示すその上方部分の断面図。
【符号の説明】
Ｓ，Ｓ１…鉛封入積層ゴム支承、１…積層ゴム体、４…塑性変形部、１０…円孔、１２…ゴム弾性層、１３…補強板、１７…鉛プラグ、１８…金属メッシュ筒

Claims (1)

1. ゴム弾性層と補強板とが交互に鉛直方向に積層されてなる積層ゴム体内に鉛体を主体とする塑性変形部が形成されてなる鉛封入積層ゴム支承において、
   前記塑性変形部は、積層ゴム体の円孔に密接して配された実質的に円柱状をなす鉛プラグと、該鉛プラグの外周表面に食い込んで配された金属メッシュ筒とからなり、該鉛プラグの外周表面は鉛と金属メッシュ筒が混在一体化されてなる、ことを特徴とする鉛封入積層ゴム支承。

Images