JP4852552B2 - 負の剛性装置及び該負の剛性装置を備えた免震構造物 - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重力の作用する方向（鉛直方向）に摺動を生じさせ、水平力と水平変位の関係において負の剛性及び摩擦減衰を兼ね合わせ持つ負の剛性装置、並びに該負の剛性及び摩擦減衰を利用した建築又は土木に用いられる免震構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
マンション等の集合住宅、事務所ビル、戸建住宅、及び橋梁等の構造物の耐震設計において、地震、風又は交通振動等の動的入力による構造物、及びその周辺の応答値のうちのいくつかを、振動エネルギ吸収装置により低減し、ある制限値以内に制御する方法が採られている。その中でも、振動エネルギ吸収装置を構造物内又は／及び構造物外に取り付け、該振動エネルギ吸収装置によって地震等の動的入力によって励起された構造物の振動応答を低減しようとする方法が最も有力な手段の一つである。
【０００３】
前記振動エネルギ吸収装置として用いられる従来のダンパーには、エネルギ吸収特性が優れている装置がいくつかあり、また各々特有の特徴がある。例えば、粘性系であるオイルダンパーを例に挙げると、構造物の持つ剛性にダンパーの減衰を付加した場合、このダンパーは、振動速度に比例した減衰力を概略仮定することで、減衰定数という形式で性能を設定することができる。
【０００４】
一方、特許文献１には、構造部材に生ずる応力の大きさを調整したり、制震建物の減衰効果を増加させたり、免震建物における地震外力の絶縁効果を増加させることが可能な負の剛性装置と、この負の剛性装置を使用した建築構造物が開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献２には、抵抗力を受ける構造物、又は、抵抗力と復帰手段の復元力とを受ける免震構造物の部位の剛性を特に大きくしなくてもよい上に、広い占有スペースを必要とせず、小型に構成することのできる振動エネルギ吸収装置等が開示されている。
【０００６】
この振動エネルギ吸収装置は、液体を収容する円筒シリンダ内を２つの室に区画する可動なピストンと、可変オリフィスを介して２室を連通させる連通手段と、ピストンの円筒シリンダに対する相対的な移動方向に基づいて可変オリフィスを選択するとともに、ピストンの円筒シリンダに対する相対的な移動位置に基づいてオリフィス径を決定する選択・決定手段とを具備している。
【０００７】
【特許文献１】
日本特開２００３−２８７０７９号公報
【特許文献２】
日本特開２００４−３０１３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前記振動エネルギ吸収装置として用いられるオイルダンパーは、振動速度に比例した減衰力を概略仮定することで、減衰定数という形式で性能を設定することができるが、その際に構造物の持つ剛性と変位量から求められる水平力に対し、該オイルダンパーのもつ履歴減衰分の水平力が加算され、構造物に生じる水平力が構造物の持つ耐力以上になる可能性がある。
【０００９】
すなわち、ダンパーを付加することによって免震・制振効果を持たせているが、ダンパーを付加することで、剛性力を見かけ上増加させる結果となり、ダンパーを設置した構造物に、より大きな負荷を与える虞がある。従って、構造物の持つ剛性力以上の負荷をダンパーが構造物に与えてしまうという問題が生じている。
【００１０】
一方、特許文献１は、負の剛性を構造物へ付与する負の剛性装置を開示し、この負の剛性装置は、免震構造物として使用する場合には、構造物の剛性を調整する機能を有して効果的であるが、少なくとも減衰機能を有する別の装置が必要である。さらには、この負の剛性装置は、ローラー材の場合は転動し易く、可動部材の場合は線接触のため摺動し易いため、安定して直立位置を保持することができない虞がある。このことは、小さい入力で作動することに他ならないため、応答性の良さを保証するものではあるが、反面、小さな入力で容易に装置の設置中心位置が移動することになり、施工面での工夫が必要となる。
【００１１】
すなわち、特許文献１の負の剛性装置は、免震構造物として、小地震時や、温度変化、風等による比較的小さな入力の場合には、免震構造物が不要な振動を生じないように、通常与えられるトリガー機能を負担することができず、該負の剛性装置を使用した場合には、別途設ける復元力（原点復帰能力）を有する装置及び／又はエネルギ吸収装置にトリガー機能を持たせる必要があった。
［００１２］
また、特許文献２に記載の負の剛性を有する振動エネルギ吸収装置は、免震構造物に使用する際、全体の剛性を特に大きくすることはないという利点があり、免震構物の免震周期を伸ばし、免震効果を高めるという効果がある。その反面、構造そのものが複雑であった。
［００１３］
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、簡単な構成により、一つの装置で負の剛性と摩擦減衰の両方の機能を発揮することができ、該負の剛性により、構造物への過大な入力を防止したり、作用する応力を調整できる上に、復元力を有する装置（例えば、積層ゴム体）の復元力を特に大きくする必要がないため、免震構造物の免震周期を延長することができ、また該摩擦減衰により免震構造物の減衰効果を増加させることができる上、トリガー機能も付与できる装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［００１４］
上記目的を達成するため、本発明は、負の剛性装置であって、下方に開口する凹曲面状溝を有する上部材と、該上部材の凹曲面状溝より曲率の小さい凸曲面状上表面を有し、かまぼこ形に形成された下部材と、前記上部材の凹曲面状溝と同一曲率の凸曲面状上表面を有するとともに、前記下部材の凸曲面状上表面と同一曲率の凹曲面状下表面を有する摺動部材とからなり、該摺動部材の前記凸曲面状上表面が前記上部材の前記凹曲面状溝に当接した状態で、かつ、該摺動部材の前記凹曲面状下表面が前記下部材の凸曲面状上表面に当接した状態で、該摺動部材が前記下部材の凸曲面状上表面を曲率方向に摺動するとともに、前記摺動部材の凸曲面状上表面が前記上部材の凹曲面状溝を摺動して前記摺動部材が前記上部材に対して相対的に回転することにより、負の剛性を有するとともに、摩擦減衰を得ることができることを特徴とする。
［００１５］
そして、本発明によれば、地震等の際に、摺動部材の凹曲面状下表面と下部材の凸曲面状上表面との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動部材が上部材に対して相対的に回転しながら下部材の凸曲面状上表面を摺動して徐々に下降していく。これにより、簡単な構成により、一つの装置で負の剛性と摩擦減衰の両方の機能を発揮することができる。そして、負の剛性により、構造物への過大な入力を防止し、構造物に作用する応力を調整することができる。さらに、復元力を有する装置の復元力を特に大きくする必要がないため、免震構造物の免震周期を延長することができる。また、摩擦減衰作用により、免震構造物の減衰効果を増加させることができる。加えて、摺動部材の静摩擦力を超える水平力が作用しないと、摺動部材が摺動を開始しないため、トリガー機能も付与することができる。
［００１６］
前記負の剛性装置を上下方向に２段にわたって、かつ互いに直交した状態で配置することができる。この負の剛性装置によれば、上述の負の剛性装置の特徴を有するとともに、上部材が中間部材を介して下部材に対して全方向に移動可能な負の剛性装置を実現することができる。
［００１７］
また、本発明は、負の剛性装置であって、上方に開口する凹曲面状溝を有する下部材と、該下部材の凹曲面状溝より曲率の小さい凸曲面状下表面を有し、かまぼこ形に形成された上部材と、前記下部材の凹曲面状溝と同一曲率の凸曲面状下表面を有するとともに、前記上部材の凸曲面状下表面と同一曲率の凹曲面状上表面を有する摺動部材とからなり、該摺動部材の前記凸曲面状下表面が前記下部材の前記凹曲面状溝に当接した状態で、かつ、該摺動部材の前記凹曲面状上表面が前記上部材の凸曲面状下表面に当接した状態で、該摺動部材が前記上部材の凸曲面状下表面を曲率方向に摺動するとともに、前記摺動部材の凸曲面状下表面が前記下部材の凹曲面状溝を摺動して前記摺動部材が前記下部材に対して相対的に回転することにより、負の剛性を有するとともに、摩擦減衰を得ることができることを特徴とする。
［００１８］
本発明によれば、地震等の際に、摺動部材の凹曲面状上表面と上部材の凸曲面状下表面との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動部材が下部材に対して相対的に回転しながら上部材の凸曲面状下表面を曲率方向に摺動する際に、上部材が徐々に下降していく。これにより、簡単な構成で、一つの装置で負の剛性と摩擦減衰の両方の機能を発揮し、負の剛性により構造物への過大な入力を防止し、構造物に作用する応力を調整することができる。また、復元力を有する装置の復元力を特に大きくする必要がないため、免震構造物の免震周期を延長できる。さらに、摩擦減衰作用により、免震構造物の減衰効果を増加させることができ、摺動部材の静摩擦力を超える水平力が作用しないと、摺動部材が摺動を開始しないため、トリガー機能も付与することができる。
［００１９］
前記負の剛性装置を上下方向に２段にわたって、かつ互いに直交した状態で配置することができる。この負の剛性装置によれば、上述の特徴を有する負の剛性装置であって、上部材が中間部材を介して下部材に対して全方向に移動可能な負の剛性装置を実現することができる。
［００２０］
さらに、本発明は、負の剛性装置であって、下方に開口する球面状凹部を有する上部材と、該上部材の球面状凹部より曲率の小さい凸球面状上表面を有する下部材と、前記上部材の球面状凹部と同一曲率の凸球面状上表面を有するとともに、前記下部材の凸球面状上表面と同一曲率の凹球面状下表面を有する摺動部材とからなり、該摺動部材の凸球面状上表面が前記上部材の球面状凹部に当接した状態で、かつ、該摺動部材の凹球面状下表面が前記下部材の凸球面状上表面に当接した状態で、該摺動部材が前記下部材の凸球面状上表面を曲率方向に摺動するとともに、前記摺動部材の凸球面状上表面が前記上部材の球面状凹部を曲率方向に摺動して前記摺動部材が前記上部材に対して相対的に回転することにより、負の剛性を有するとともに、摩擦減衰を得ることができることを特徴とする。
［００２１］
本発明によれば、地震等の際に、摺動部材の凹球面状下表面と下部材の凸球面状上表面との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動部材が上部材に対して相対的に回転しながら上部材とともに下部材の凸球面状上表面を摺動して徐々に下降していく。これにより、簡単な構成で、一つの装置で負の剛性と摩擦減衰の両方の機能を発揮することができ、負の剛性により、構造物への過大な入力を防止し、構造物に作用する応力を調整することができるとともに、免震構造物の免震周期を延長させ、免震構造物の減衰効果を増加させトリガー機能も付与することができる。また、各部材は、球面状の凹部又は凸部で接触するため、上部材が下部材に対して全方向に移動可能となる。
［００２２］
また、本発明は、負の剛性装置であって、上方に開口する球面状凹部を有する下部材と、該下部材の球面状凹部より曲率の小さい凸球面状下表面を有する上部材と、前記下部材の球面状凹部と同一曲率の凸球面状下表面を有するとともに、前記上部材の凸球面状下表面と同一曲率の凹球面状上表面を有する摺動部材とからなり、該摺動部材の凸球面状下表面が前記下部材の球面状凹部に当接した状態で、かつ、該摺動部材の凹球面状上表面が前記上部材の凸球面状下表面に当接した状態で、該摺動部材が前記上部材の凸球面状下表面を曲率方向に摺動するとともに、前記摺動部材の凸球面状下表面が前記下部材の球面状凹部を曲率方向に摺動して前記摺動部材が前記下部材に対して相対的に回転することにより、負の剛性を有するとともに、摩擦減衰を得ることができることを特徴とする。
［００２３］
本発明によれば、地震等の際に、摺動部材の凹球面状上表面と上部材の凸球面状下表面との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動部材が下部材に対して相対的に回転しながら下部材とともに上部材の凸球面状下表面を摺動することにより、上部材が徐々に下降していく。これにより、簡単な構成で、一つの装置で負の剛性と摩擦減衰の両方の機能を発揮することができ、負の剛性により、構造物への過大な入力を防止し、構造物に作用する応力を調整することができるとともに、免震構造物の免震周期を延長させ、免震構造物の減衰効果を増加させトリガー機能も付与することができる。また、各部材は、球面状の凹部又は凸部で接触するため、上部材が下部材に対して全方向に移動可能となる。
［００２４］
また、本発明は、免震構造物であって、前記負の剛性装置を備えた上部工支持装置の少なくともいずれか一つと、復元力特性を有する装置とを備えることを特徴とする。これによって、前記負の剛性装置の負剛性を利用するとともに、地震等の後に構造物の原点復帰が容易となり、余震の際等に作動状況が不安定になることを防止することができる。ここで、復元力特性を有する装置には、ばね装置、積層ゴム支承装置等を用いることができる。
発明の効果
［００２５］
以上のように、本発明によれば、簡単な構成により、一つの装置で負の剛性と摩擦減衰の両方の機能を発揮することができ、トリガー機能も付与できる負の剛性装置、及び該負の剛性装置を備えた免震構造物を提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
［００２６］
本発明にかかる負の剛性装置等の説明に先立ち、まず、負の剛性を有する振動エネルギ吸収装置（ダンパー）の原理について説明する。
［００２７］
図１は、従来の線形ダンパーを説明するためのものであって、例えば、左側のグラフに示すような正の剛性を有する積層ゴムに、真ん中の楕円形状の挙動を示すダンパーを取り付けた場合には、免震システムとして右側に示すような挙動を示すこととなる。ここで、積層ゴムの持つ剛性と変位量から求められる水平力に対し、ダンパーのもつ履歴減衰分の水平力が加算され、システム全体として考えた場合、構造物に生じる水平力が増加し、構造物の持つ耐力以上になるおそれがある。
［００２８］
そこで、図２に示すように、左側のグラフに示すような正の剛性を有する積層ゴムに、真ん中の右下がりの直線と縦軸に平行な直線からなる平行四辺形状の挙動を示すダンパー（滑り型の負剛性ダンパー（以下、単に「負の剛性装置」という）を取り付けると、免震システムとして右側に示すような正方形状の挙動を得ることが可能となる。すなわち、積層ゴムの持つ剛性と変位量から求められる水平力に対し、負の剛性装置のもつ履歴減衰分の水平力が加算されても、システム全体として考えた場合、構造物に生じる水平力が増加することを抑制することができ、構造物の持つ耐力以上になることを防止し得る。
［００２９］
図３は、本発明にかかる負の剛性装置の一実施の形態を示し、この負の剛性装置１は、上部材２と、下部材３と、摺動部材４とで構成され、図４に示すように、上部材２と摺動部材４とが組み合わされた状態で、摺動部材４が上部材２に対して相対的に回転しながら下部材３の上表面を摺動し、これに伴い上部材２が下部材３に対して相対移動する。尚、摺動部材４の摺動表面には所望の摩擦係数に応じ、フッ素樹脂等の樹脂系材料、交織布系材料、ベアリングプレート（固体潤滑剤付きを含む）等を使用することができ、上部材２及び下部材３には、ステンレス鋼材、潤滑皮膜で被覆された鋼材、又はメッキを施した鋼材等を使用することができる。また、上部材２には、構造物の重量に加え、上部材２を上方からばね等で押圧することにより負荷を加え所望の摩擦力を得ることもできる。
［００３０］
上部材２は、下方に開口する凹曲面状溝２ａを有し、下部材３は、上部材２の凹曲面状溝２ａより曲率の小さい（曲率半径の大きい）凸曲面状上表面３ａを有する。また、摺動部材４は、上部材２の凹曲面状溝２ａと同一曲率の凸曲面状上表面４ａを有するとともに、かまぼこ形の下部材３の凸曲面状上表面３ａと同一曲率の凹曲面状下表面４ｂを有する。ここで、図４に示すように、上部材２は上方からの鉛直力Ｗを受けている。尚、下部材３の凸曲面状上表面３ａは曲率半径Ｒを有する。
［００３１］
上記構成により、図４（ａ）に示すように、摺動部材４に左方向の水平力Ｆが付加され、下部材３と摺動部材４との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動部材４は、図４（ｂ）に示すように、上部材２とともに下部材３の凸曲面状上表面３ａ上を左方向に摺動して徐々に下降していく。その過程で、摺動部材４の凸曲面状上表面４ａが上部材２の凹曲面状溝２ａを摺動し、摺動部材４が上部材２に対して相対的に回転する。この際、摺動部材４の変位が大きくなるに従って、摺動部材４には負の負荷が加わることとなるため、図２の真ん中に示したグラフに示すような挙動を取ることとなる。尚、図４（ｃ）に示すように、摺動部材４に右方向の水平力Ｆが加えられた場合も同様である。
［００３２］
尚、上記実施の形態においては、下方に開口する凹曲面状溝２ａを有する上部材２と、上側凸形状でかまぼこ形に形成された下部材３と、摺動部材４とを組み合わせたが、これらを上下方向に反転し、上部材を下側凸形状でかまぼこ形に形成し、下部材に上方に開口する凹曲面状溝を設け、これらの間を摺動部材が摺動するように構成し、上記と同様の作用効果を奏することもできる。
［００３３］
尚、図４に示した負の剛性装置の剛性（−Ｋ）は、曲率半径Ｒと物体の重量Ｗの関係より、（−Ｋ）＝Ｗ／Ｒとして計算され、併用される積層ゴム等の正の剛性Ｋと適宜組み合わせることで、装置全体の剛性を如何様にも調整することができる。
［００３４］
次に、本発明にかかる負の剛性装置の第２の実施の形態について、図５を参照しながら説明する。
［００３５］
この負の剛性装置１１は、上部材１２と、下部材１５と、中間部材１３と、上部材１２と中間部材１３との間で摺動する摺動部材１４と、下部材１５と中間部材１３との間で摺動する摺動部材１６とで構成される。ここで、上部材１２は、図３の上部材２と、中間部材１３及び下部材１５は、図３の下部材３と、摺動部材１４、１６は、図３の摺動部材４と各々同様の形状及び材質を有する。また、摺動部材１４の軸線と、摺動部材１６の軸線とは互いに直交する。
［００３６］
この負の剛性装置１１は、図３及び図４に示した負の剛性装置１を上下方向に２段にわたって、かつ互いに直交した状態で配置したものであって、負の剛性装置１と同様の効果を奏するとともに、上部材１２は、中間部材１３に対して摺動部材１４の軸線に対して垂直な方向に移動可能であり、一方、中間部材１３は下部材１５に対して摺動部材１６の軸線に対して垂直な方向に移動可能となる。これによって、上部材１２は、中間部材１３を介して下部材１５に対して全方向に移動することが可能となる。
［００３７］
尚、上記実施の形態においては、下方に開口する凹曲面状溝を有する上部材１２と、上側凸形状でかまぼこ形に形成された下部材１５と、上側凸形状でかまぼこ形に形成された中間部材１３と、２つの摺動部材１４、１６を組み合わせたが、これらを上下方向に反転し、上部材を下側凸形状でかまぼこ形に形成し、下部材に上方に開口する凹曲面状溝を設け、これらの間に中間部材を設け、２つの摺動部材を組み合わせることによって、上記の負の剛性装置と同様の作用効果を奏するように構成することもできる。
［００３８］
次に、本発明にかかる負の剛性装置の第３の実施の形態について、図６を参照しながら説明する。
［００３９］
この負の剛性装置２１は、上部材２２と、下部材２３と、上部材２２と下部材２３との間で摺動する摺動部材２４とで構成される。
［００４０］
上部材２２は、下方に開口する球面状凹部２２ａを有し、下部材２３は、上部材２２の球面状凹部２２ａより曲率の小さい（曲率半径の大きい）凸球面状上表面２３ａを有する。また、摺動部材２４は、上部材２２の球面状凹部２２ａと同一曲率の凸球面状上表面２４ａを有するとともに、下部材２３の凸球面状上表面２３ａと同一曲率の凹球面状下表面２４ｂを有する。
［００４１］
図６（ｃ）に示すように、上部材２２と、摺動部材２４と、下部材２３とを組み合わせ、上部材２２の上方から鉛直力Ｗを付加する。そして、地震等により、摺動部材２４に右方向の水平力Ｆが付加され、摺動部材２４と下部材２３との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動部材２４は、上部材２２とともに下部材２３の凸球面状上表面２３ａ上を右方向に摺動して徐々に下降していく。その過程で、摺動部材２４の凸球面状上表面２４ａが上部材２２の球面状凹部２２ａを右方向に摺動し、摺動部材２４が上部材２２に対して相対的に回転する。この際、摺動部材２４の変位が大きくなるに従って、摺動部材２４には負の負荷が加わることとなるため、前述の図２の真ん中に示したグラフに示すような挙動を取ることとなる。また、本実施の形態においては、各構成部材が、球面状凹部又は凸球面状上表面等を有し、互いに球面で接触しているため、上部材２２は、下部材２３に対して全方向に摺動することができる。
【００４２】
尚、上記実施の形態においては、下方に開口する球面状凹部２２ａを有する上部材２２と、凸球面状上表面２３ａを有する下部材２３と、摺動部材２４とを組み合わせたが、これらを上下方向に反転し、上部材を凸球面状下表面を有するように形成し、下部材に上方に開口する球面状凹部を設け、これらの間を摺動部材が摺動するように構成し、上記と同様の作用効果を奏することもできる。
【００４３】
次に、本発明にかかる負の剛性装置を用いた免震構造物の一実施の形態について、図７を参照しながら説明する。
【００４４】
この免震構造物３０は、構造物３１に、図３及び図４に示した負の剛性装置１と、積層ゴム３２を設置することにより構成される。
【００４５】
積層ゴム３２は、そのせん断剛性が線形ではなく、歪が大きいとハードニング現象により剛性が高くなる。そのため、本発明にかかる負の剛性装置１と組み合わせることにより、免震構造物全体の特性として広い範囲で線形性を有する剛性と、併せて減衰を得ることが可能となる。
【００４６】
また、地震発生後は、構造物３１を所定の位置、すなわち構造物の原点に復帰させるにあたって、負の剛性装置１は抵抗力として作用する。そのため、復元力特性を有する積層ゴム３２によって原点復帰を行う。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来の線形ダンパーを用いた構造物全体の水平力−変位履歴を説明するための図である。
【図２】本発明にかかる負の剛性装置を用いた構造物全体の水平力−変位履歴を説明するための図である。
【図３】本発明にかかる負の剛性装置の第１の実施の形態を示す分解斜視図である。
【図４】図３の負の剛性装置の動作説明図である。
【図５】本発明にかかる負の剛性装置の第２の実施の形態を示す斜視図である。
【図６】本発明にかかる負の剛性装置の第３の実施の形態を示す図であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は分解一部断面図、（ｃ）は動作説明図である。
【図７】本発明にかかる負の剛性装置と、復元力特性を有する装置とを組み合わせた免震構造物の一実施の形態を示す一部断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 負の剛性装置
２ 上部材
２ａ 凹曲面状溝
３ 下部材
３ａ 凸曲面状上表面
４ 摺動部材
４ａ 凸曲面状上表面
４ｂ 凹曲面状下表面
１１ 負の剛性装置
１２ 上部材
１３ 中間部材
１４ 摺動部材
１５ 下部材
１６ 摺動部材
２１ 負の剛性装置
２２ 上部材
２２ａ 球面状凹部
２３ 下部材
２３ａ 凸球面状上表面
２４ 摺動部材
２４ａ 凸球面状上表面
２４ｂ 凹球面状下表面
３０ 免震構造物
３１ 構造物
３２ 積層ゴム
【０００１】
本発明は、重力の作用する方向（鉛直方向）に摺動を生じさせ、水平力と水平変位の関係において負の剛性及び摩擦減衰を兼ね合わせ持つ負の剛性装置、並びに該負の剛性及び摩擦減衰を利用した建築又は土木に用いられる免震構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
マンション等の集合住宅、事務所ビル、戸建住宅、及び橋梁等の構造物の耐震設計において、地震、風又は交通振動等の動的入力による構造物、及びその周辺の応答値のうちのいくつかを、振動エネルギ吸収装置により低減し、ある制限値以内に制御する方法が採られている。その中でも、振動エネルギ吸収装置を構造物内又は／及び構造物外に取り付け、該振動エネルギ吸収装置によって地震等の動的入力によって励起された構造物の振動応答を低減しようとする方法が最も有力な手段の一つである。
【０００３】
前記振動エネルギ吸収装置として用いられる従来のダンパーには、エネルギ吸収特性が優れている装置がいくつかあり、また各々特有の特徴がある。例えば、粘性系であるオイルダンパーを例に挙げると、構造物の持つ剛性にダンパーの減衰を付加した場合、このダンパーは、振動速度に比例した減衰力を概略仮定することで、減衰定数という形式で性能を設定することができる。
【０００４】
一方、特許文献１には、構造部材に生ずる応力の大きさを調整したり、制震建物の減衰効果を増加させたり、免震建物における地震外力の絶縁効果を増加させることが可能な負の剛性装置と、この負の剛性装置を使用した建築構造物が開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献２には、抵抗力を受ける構造物、又は、抵抗力と復帰手段の復元力とを受ける免震構造物の部位の剛性を特に大きくしなくてもよい上に、広い占有スペースを必要とせず、小型に構成することのできる振動エネルギ吸収装置等が開示されている。
【０００６】
この振動エネルギ吸収装置は、液体を収容する円筒シリンダ内を２つの室に区画する可動なピストンと、可変オリフィスを介して２室を連通させる連通手段と、ピストンの円筒シリンダに対する相対的な移動方向に基づいて可変オリフィスを選択するとともに、ピストンの円筒シリンダに対する相対的な移動位置に基づいてオリフィス径を決定する選択・決定手段とを具備している。
【０００７】
【特許文献１】
日本特開２００３−２８７０７９号公報
【特許文献２】
日本特開２００４−３０１３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前記振動エネルギ吸収装置として用いられるオイルダンパーは、振動速度に比例した減衰力を概略仮定することで、減衰定数という形式で性能を設定することができるが、その際に構造物の持つ剛性と変位量から求められる水平力に対し、該オイルダンパーのもつ履歴減衰分の水平力が加算され、構造物に生じる水平力が構造物の持つ耐力以上になる可能性がある。
【０００９】
すなわち、ダンパーを付加することによって免震・制振効果を持たせているが、ダンパーを付加することで、剛性力を見かけ上増加させる結果となり、ダンパーを設置した構造物に、より大きな負荷を与える虞がある。従って、構造物の持つ剛性力以上の負荷をダンパーが構造物に与えてしまうという問題が生じている。
【００１０】
一方、特許文献１は、負の剛性を構造物へ付与する負の剛性装置を開示し、この負の剛性装置は、免震構造物として使用する場合には、構造物の剛性を調整する機能を有して効果的であるが、少なくとも減衰機能を有する別の装置が必要である。さらには、この負の剛性装置は、ローラー材の場合は転動し易く、可動部材の場合は線接触のため摺動し易いため、安定して直立位置を保持することができない虞がある。このことは、小さい入力で作動することに他ならないため、応答性の良さを保証するものではあるが、反面、小さな入力で容易に装置の設置中心位置が移動することになり、施工面での工夫が必要となる。
【００１１】
すなわち、特許文献１の負の剛性装置は、免震構造物として、小地震時や、温度変化、風等による比較的小さな入力の場合には、免震構造物が不要な振動を生じないように、通常与えられるトリガー機能を負担することができず、該負の剛性装置を使用した場合には、別途設ける復元力（原点復帰能力）を有する装置及び／又はエネルギ吸収装置にトリガー機能を持たせる必要があった。
［００１２］
また、特許文献２に記載の負の剛性を有する振動エネルギ吸収装置は、免震構造物に使用する際、全体の剛性を特に大きくすることはないという利点があり、免震構物の免震周期を伸ばし、免震効果を高めるという効果がある。その反面、構造そのものが複雑であった。
［００１３］
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、簡単な構成により、一つの装置で負の剛性と摩擦減衰の両方の機能を発揮することができ、該負の剛性により、構造物への過大な入力を防止したり、作用する応力を調整できる上に、復元力を有する装置（例えば、積層ゴム体）の復元力を特に大きくする必要がないため、免震構造物の免震周期を延長することができ、また該摩擦減衰により免震構造物の減衰効果を増加させることができる上、トリガー機能も付与できる装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［００１４］
上記目的を達成するため、本発明は、負の剛性装置であって、下方に開口する凹曲面状溝を有する上部材と、該上部材の凹曲面状溝より曲率の小さい凸曲面状上表面を有し、かまぼこ形に形成された下部材と、前記上部材の凹曲面状溝と同一曲率の凸曲面状上表面を有するとともに、前記下部材の凸曲面状上表面と同一曲率の凹曲面状下表面を有する摺動部材とからなり、該摺動部材の前記凸曲面状上表面が前記上部材の前記凹曲面状溝に当接した状態で、かつ、該摺動部材の前記凹曲面状下表面が前記下部材の凸曲面状上表面に当接した状態で、該摺動部材が前記下部材の凸曲面状上表面を曲率方向に摺動するとともに、前記摺動部材の凸曲面状上表面が前記上部材の凹曲面状溝を摺動して前記摺動部材が前記上部材に対して相対的に回転することにより、負の剛性を有するとともに、摩擦減衰を得ることができることを特徴とする。
［００１５］
そして、本発明によれば、地震等の際に、摺動部材の凹曲面状下表面と下部材の凸曲面状上表面との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動部材が上部材に対して相対的に回転しながら下部材の凸曲面状上表面を摺動して徐々に下降していく。これにより、簡単な構成により、一つの装置で負の剛性と摩擦減衰の両方の機能を発揮することができる。そして、負の剛性により、構造物への過大な入力を防止し、構造物に作用する応力を調整することができる。さらに、復元力を有する装置の復元力を特に大きくする必要がないため、免震構造物の免震周期を延長することができる。また、摩擦減衰作用により、免震構造物の減衰効果を増加させることができる。加えて、摺動部材の静摩擦力を超える水平力が作用しないと、摺動部材が摺動を開始しないため、トリガー機能も付与することができる。
［００１６］
前記負の剛性装置を上下方向に２段にわたって、かつ互いに直交した状態で配置することができる。この負の剛性装置によれば、上述の負の剛性装置の特徴を有するとともに、上部材が中間部材を介して下部材に対して全方向に移動可能な負の剛性装置を実現することができる。
［００１７］
また、本発明は、負の剛性装置であって、上方に開口する凹曲面状溝を有する下部材と、該下部材の凹曲面状溝より曲率の小さい凸曲面状下表面を有し、かまぼこ形に形成された上部材と、前記下部材の凹曲面状溝と同一曲率の凸曲面状下表面を有するとともに、前記上部材の凸曲面状下表面と同一曲率の凹曲面状上表面を有する摺動部材とからなり、該摺動部材の前記凸曲面状下表面が前記下部材の前記凹曲面状溝に当接した状態で、かつ、該摺動部材の前記凹曲面状上表面が前記上部材の凸曲面状下表面に当接した状態で、該摺動部材が前記上部材の凸曲面状下表面を曲率方向に摺動するとともに、前記摺動部材の凸曲面状下表面が前記下部材の凹曲面状溝を摺動して前記摺動部材が前記下部材に対して相対的に回転することにより、負の剛性を有するとともに、摩擦減衰を得ることができることを特徴とする。
［００１８］
本発明によれば、地震等の際に、摺動部材の凹曲面状上表面と上部材の凸曲面状下表面との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動部材が下部材に対して相対的に回転しながら上部材の凸曲面状下表面を曲率方向に摺動する際に、上部材が徐々に下降していく。これにより、簡単な構成で、一つの装置で負の剛性と摩擦減衰の両方の機能を発揮し、負の剛性により構造物への過大な入力を防止し、構造物に作用する応力を調整することができる。また、復元力を有する装置の復元力を特に大きくする必要がないため、免震構造物の免震周期を延長できる。さらに、摩擦減衰作用により、免震構造物の減衰効果を増加させることができ、摺動部材の静摩擦力を超える水平力が作用しないと、摺動部材が摺動を開始しないため、トリガー機能も付与することができる。
［００１９］
前記負の剛性装置を上下方向に２段にわたって、かつ互いに直交した状態で配置することができる。この負の剛性装置によれば、上述の特徴を有する負の剛性装置であって、上部材が中間部材を介して下部材に対して全方向に移動可能な負の剛性装置を実現することができる。
［００２０］
さらに、本発明は、負の剛性装置であって、下方に開口する球面状凹部を有する上部材と、該上部材の球面状凹部より曲率の小さい凸球面状上表面を有する下部材と、前記上部材の球面状凹部と同一曲率の凸球面状上表面を有するとともに、前記下部材の凸球面状上表面と同一曲率の凹球面状下表面を有する摺動部材とからなり、該摺動部材の凸球面状上表面が前記上部材の球面状凹部に当接した状態で、かつ、該摺動部材の凹球面状下表面が前記下部材の凸球面状上表面に当接した状態で、該摺動部材が前記下部材の凸球面状上表面を曲率方向に摺動するとともに、前記摺動部材の凸球面状上表面が前記上部材の球面状凹部を曲率方向に摺動して前記摺動部材が前記上部材に対して相対的に回転することにより、負の剛性を有するとともに、摩擦減衰を得ることができることを特徴とする。
［００２１］
本発明によれば、地震等の際に、摺動部材の凹球面状下表面と下部材の凸球面状上表面との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動部材が上部材に対して相対的に回転しながら上部材とともに下部材の凸球面状上表面を摺動して徐々に下降していく。これにより、簡単な構成で、一つの装置で負の剛性と摩擦減衰の両方の機能を発揮することができ、負の剛性により、構造物への過大な入力を防止し、構造物に作用する応力を調整することができるとともに、免震構造物の免震周期を延長させ、免震構造物の減衰効果を増加させトリガー機能も付与することができる。また、各部材は、球面状の凹部又は凸部で接触するため、上部材が下部材に対して全方向に移動可能となる。
［００２２］
また、本発明は、負の剛性装置であって、上方に開口する球面状凹部を有する下部材と、該下部材の球面状凹部より曲率の小さい凸球面状下表面を有する上部材と、前記下部材の球面状凹部と同一曲率の凸球面状下表面を有するとともに、前記上部材の凸球面状下表面と同一曲率の凹球面状上表面を有する摺動部材とからなり、該摺動部材の凸球面状下表面が前記下部材の球面状凹部に当接した状態で、かつ、該摺動部材の凹球面状上表面が前記上部材の凸球面状下表面に当接した状態で、該摺動部材が前記上部材の凸球面状下表面を曲率方向に摺動するとともに、前記摺動部材の凸球面状下表面が前記下部材の球面状凹部を曲率方向に摺動して前記摺動部材が前記下部材に対して相対的に回転することにより、負の剛性を有するとともに、摩擦減衰を得ることができることを特徴とする。
［００２３］
本発明によれば、地震等の際に、摺動部材の凹球面状上表面と上部材の凸球面状下表面との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動部材が下部材に対して相対的に回転しながら下部材とともに上部材の凸球面状下表面を摺動することにより、上部材が徐々に下降していく。これにより、簡単な構成で、一つの装置で負の剛性と摩擦減衰の両方の機能を発揮することができ、負の剛性により、構造物への過大な入力を防止し、構造物に作用する応力を調整することができるとともに、免震構造物の免震周期を延長させ、免震構造物の減衰効果を増加させトリガー機能も付与することができる。また、各部材は、球面状の凹部又は凸部で接触するため、上部材が下部材に対して全方向に移動可能となる。
［００２４］
また、本発明は、免震構造物であって、前記負の剛性装置を備えた上部工支持装置の少なくともいずれか一つと、復元力特性を有する装置とを備えることを特徴とする。これによって、前記負の剛性装置の負剛性を利用するとともに、地震等の後に構造物の原点復帰が容易となり、余震の際等に作動状況が不安定になることを防止することができる。ここで、復元力特性を有する装置には、ばね装置、積層ゴム支承装置等を用いることができる。
発明の効果
［００２５］
以上のように、本発明によれば、簡単な構成により、一つの装置で負の剛性と摩擦減衰の両方の機能を発揮することができ、トリガー機能も付与できる負の剛性装置、及び該負の剛性装置を備えた免震構造物を提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
［００２６］
本発明にかかる負の剛性装置等の説明に先立ち、まず、負の剛性を有する振動エネルギ吸収装置（ダンパー）の原理について説明する。
［００２７］
図１は、従来の線形ダンパーを説明するためのものであって、例えば、左側のグラフに示すような正の剛性を有する積層ゴムに、真ん中の楕円形状の挙動を示すダンパーを取り付けた場合には、免震システムとして右側に示すような挙動を示すこととなる。ここで、積層ゴムの持つ剛性と変位量から求められる水平力に対し、ダンパーのもつ履歴減衰分の水平力が加算され、システム全体として考えた場合、構造物に生じる水平力が増加し、構造物の持つ耐力以上になるおそれがある。
［００２８］
そこで、図２に示すように、左側のグラフに示すような正の剛性を有する積層ゴムに、真ん中の右下がりの直線と縦軸に平行な直線からなる平行四辺形状の挙動を示すダンパー（滑り型の負剛性ダンパー（以下、単に「負の剛性装置」という）を取り付けると、免震システムとして右側に示すような正方形状の挙動を得ることが可能となる。すなわち、積層ゴムの持つ剛性と変位量から求められる水平力に対し、負の剛性装置のもつ履歴減衰分の水平力が加算されても、システム全体として考えた場合、構造物に生じる水平力が増加することを抑制することができ、構造物の持つ耐力以上になることを防止し得る。
［００２９］
図３は、本発明にかかる負の剛性装置の一実施の形態を示し、この負の剛性装置１は、上部材２と、下部材３と、摺動部材４とで構成され、図４に示すように、上部材２と摺動部材４とが組み合わされた状態で、摺動部材４が上部材２に対して相対的に回転しながら下部材３の上表面を摺動し、これに伴い上部材２が下部材３に対して相対移動する。尚、摺動部材４の摺動表面には所望の摩擦係数に応じ、フッ素樹脂等の樹脂系材料、交織布系材料、ベアリングプレート（固体潤滑剤付きを含む）等を使用することができ、上部材２及び下部材３には、ステンレス鋼材、潤滑皮膜で被覆された鋼材、又はメッキを施した鋼材等を使用することができる。また、上部材２には、構造物の重量に加え、上部材２を上方からばね等で押圧することにより負荷を加え所望の摩擦力を得ることもできる。
［００３０］
上部材２は、下方に開口する凹曲面状溝２ａを有し、下部材３は、上部材２の凹曲面状溝２ａより曲率の小さい（曲率半径の大きい）凸曲面状上表面３ａを有する。また、摺動部材４は、上部材２の凹曲面状溝２ａと同一曲率の凸曲面状上表面４ａを有するとともに、かまぼこ形の下部材３の凸曲面状上表面３ａと同一曲率の凹曲面状下表面４ｂを有する。ここで、図４に示すように、上部材２は上方からの鉛直力Ｗを受けている。尚、下部材３の凸曲面状上表面３ａは曲率半径Ｒを有する。
［００３１］
上記構成により、図４（ａ）に示すように、摺動部材４に左方向の水平力Ｆが付加され、下部材３と摺動部材４との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動部材４は、図４（ｂ）に示すように、上部材２とともに下部材３の凸曲面状上表面３ａ上を左方向に摺動して徐々に下降していく。その過程で、摺動部材４の凸曲面状上表面４ａが上部材２の凹曲面状溝２ａを摺動し、摺動部材４が上部材２に対して相対的に回転する。この際、摺動部材４の変位が大きくなるに従って、摺動部材４には負の負荷が加わることとなるため、図２の真ん中に示したグラフに示すような挙動を取ることとなる。尚、図４（ｃ）に示すように、摺動部材４に右方向の水平力Ｆが加えられた場合も同様である。
［００３２］
尚、上記実施の形態においては、下方に開口する凹曲面状溝２ａを有する上部材２と、上側凸形状でかまぼこ形に形成された下部材３と、摺動部材４とを組み合わせたが、これらを上下方向に反転し、上部材を下側凸形状でかまぼこ形に形成し、下部材に上方に開口する凹曲面状溝を設け、これらの間を摺動部材が摺動するように構成し、上記と同様の作用効果を奏することもできる。
［００３３］
尚、図４に示した負の剛性装置の剛性（−Ｋ）は、曲率半径Ｒと物体の重量Ｗの関係より、（−Ｋ）＝Ｗ／Ｒとして計算され、併用される積層ゴム等の正の剛性Ｋと適宜組み合わせることで、装置全体の剛性を如何様にも調整することができる。
［００３４］
次に、本発明にかかる負の剛性装置の第２の実施の形態について、図５を参照しながら説明する。
［００３５］
この負の剛性装置１１は、上部材１２と、下部材１５と、中間部材１３と、上部材１２と中間部材１３との間で摺動する摺動部材１４と、下部材１５と中間部材１３との間で摺動する摺動部材１６とで構成される。ここで、上部材１２は、図３の上部材２と、中間部材１３及び下部材１５は、図３の下部材３と、摺動部材１４、１６は、図３の摺動部材４と各々同様の形状及び材質を有する。また、摺動部材１４の軸線と、摺動部材１６の軸線とは互いに直交する。
［００３６］
この負の剛性装置１１は、図３及び図４に示した負の剛性装置１を上下方向に２段にわたって、かつ互いに直交した状態で配置したものであって、負の剛性装置１と同様の効果を奏するとともに、上部材１２は、中間部材１３に対して摺動部材１４の軸線に対して垂直な方向に移動可能であり、一方、中間部材１３は下部材１５に対して摺動部材１６の軸線に対して垂直な方向に移動可能となる。これによって、上部材１２は、中間部材１３を介して下部材１５に対して全方向に移動することが可能となる。
［００３７］
尚、上記実施の形態においては、下方に開口する凹曲面状溝を有する上部材１２と、上側凸形状でかまぼこ形に形成された下部材１５と、上側凸形状でかまぼこ形に形成された中間部材１３と、２つの摺動部材１４、１６を組み合わせたが、これらを上下方向に反転し、上部材を下側凸形状でかまぼこ形に形成し、下部材に上方に開口する凹曲面状溝を設け、これらの間に中間部材を設け、２つの摺動部材を組み合わせることによって、上記の負の剛性装置と同様の作用効果を奏するように構成することもできる。
［００３８］
次に、本発明にかかる負の剛性装置の第３の実施の形態について、図６を参照しながら説明する。
［００３９］
この負の剛性装置２１は、上部材２２と、下部材２３と、上部材２２と下部材２３との間で摺動する摺動部材２４とで構成される。
［００４０］
上部材２２は、下方に開口する球面状凹部２２ａを有し、下部材２３は、上部材２２の球面状凹部２２ａより曲率の小さい（曲率半径の大きい）凸球面状上表面２３ａを有する。また、摺動部材２４は、上部材２２の球面状凹部２２ａと同一曲率の凸球面状上表面２４ａを有するとともに、下部材２３の凸球面状上表面２３ａと同一曲率の凹球面状下表面２４ｂを有する。
［００４１］
図６（ｃ）に示すように、上部材２２と、摺動部材２４と、下部材２３とを組み合わせ、上部材２２の上方から鉛直力Ｗを付加する。そして、地震等により、摺動部材２４に右方向の水平力Ｆが付加され、摺動部材２４と下部材２３との間の静摩擦力を超える水平力が作用すると、摺動部材２４は、上部材２２とともに下部材２３の凸球面状上表面２３ａ上を右方向に摺動して徐々に下降していく。その過程で、摺動部材２４の凸球面状上表面２４ａが上部材２２の球面状凹部２２ａを右方向に摺動し、摺動部材２４が上部材２２に対して相対的に回転する。この際、摺動部材２４の変位が大きくなるに従って、摺動部材２４には負の負荷が加わることとなるため、前述の図２の真ん中に示したグラフに示すような挙動を取ることとなる。また、本実施の形態においては、各構成部材が、球面状凹部又は凸球面状上表面等を有し、互いに球面で接触しているため、上部材２２は、下部材２３に対して全方向に摺動することができる。
【００４２】
尚、上記実施の形態においては、下方に開口する球面状凹部２２ａを有する上部材２２と、凸球面状上表面２３ａを有する下部材２３と、摺動部材２４とを組み合わせたが、これらを上下方向に反転し、上部材を凸球面状下表面を有するように形成し、下部材に上方に開口する球面状凹部を設け、これらの間を摺動部材が摺動するように構成し、上記と同様の作用効果を奏することもできる。
【００４３】
次に、本発明にかかる負の剛性装置を用いた免震構造物の一実施の形態について、図７を参照しながら説明する。
【００４４】
この免震構造物３０は、構造物３１に、図３及び図４に示した負の剛性装置１と、積層ゴム３２を設置することにより構成される。
【００４５】
積層ゴム３２は、そのせん断剛性が線形ではなく、歪が大きいとハードニング現象により剛性が高くなる。そのため、本発明にかかる負の剛性装置１と組み合わせることにより、免震構造物全体の特性として広い範囲で線形性を有する剛性と、併せて減衰を得ることが可能となる。
【００４６】
また、地震発生後は、構造物３１を所定の位置、すなわち構造物の原点に復帰させるにあたって、負の剛性装置１は抵抗力として作用する。そのため、復元力特性を有する積層ゴム３２によって原点復帰を行う。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来の線形ダンパーを用いた構造物全体の水平力−変位履歴を説明するための図である。
【図２】本発明にかかる負の剛性装置を用いた構造物全体の水平力−変位履歴を説明するための図である。
【図３】本発明にかかる負の剛性装置の第１の実施の形態を示す分解斜視図である。
【図４】図３の負の剛性装置の動作説明図である。
【図５】本発明にかかる負の剛性装置の第２の実施の形態を示す斜視図である。
【図６】本発明にかかる負の剛性装置の第３の実施の形態を示す図であって、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は分解一部断面図、（ｃ）は動作説明図である。
【図７】本発明にかかる負の剛性装置と、復元力特性を有する装置とを組み合わせた免震構造物の一実施の形態を示す一部断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 負の剛性装置
２ 上部材
２ａ 凹曲面状溝
３ 下部材
３ａ 凸曲面状上表面
４ 摺動部材
４ａ 凸曲面状上表面
４ｂ 凹曲面状下表面
１１ 負の剛性装置
１２ 上部材
１３ 中間部材
１４ 摺動部材
１５ 下部材
１６ 摺動部材
２１ 負の剛性装置
２２ 上部材
２２ａ 球面状凹部
２３ 下部材
２３ａ 凸球面状上表面
２４ 摺動部材
２４ａ 凸球面状上表面
２４ｂ 凹球面状下表面
３０ 免震構造物
３１ 構造物
３２ 積層ゴム
Claims (7)
- 下方に開口する凹曲面状溝を有する上部材と、
該上部材の凹曲面状溝より曲率の小さい凸曲面状上表面を有し、かまぼこ形に形成された下部材と、
前記上部材の凹曲面状溝と同一曲率の凸曲面状上表面を有するとともに、前記下部材の凸曲面状上表面と同一曲率の凹曲面状下表面を有する摺動部材とからなり、
該摺動部材の前記凸曲面状上表面が前記上部材の前記凹曲面状溝に当接した状態で、かつ、該摺動部材の前記凹曲面状下表面が前記下部材の凸曲面状上表面に当接した状態で、該摺動部材が前記下部材の凸曲面状上表面を曲率方向に摺動するとともに、前記摺動部材の凸曲面状上表面が前記上部材の凹曲面状溝を摺動して前記摺動部材が前記上部材に対して相対的に回転することにより、負の剛性を有するとともに、摩擦減衰を得ることができることを特徴とする負の剛性装置。 - 請求項１に記載の負の剛性装置を上下方向に２段にわたって、かつ互いに直交した状態で配置したことを特徴とする負の剛性装置。
- 上方に開口する凹曲面状溝を有する下部材と、
該下部材の凹曲面状溝より曲率の小さい凸曲面状下表面を有し、かまぼこ形に形成された上部材と、
前記下部材の凹曲面状溝と同一曲率の凸曲面状下表面を有するとともに、前記上部材の凸曲面状下表面と同一曲率の凹曲面状上表面を有する摺動部材とからなり、
該摺動部材の前記凸曲面状下表面が前記下部材の前記凹曲面状溝に当接した状態で、かつ、該摺動部材の前記凹曲面状上表面が前記上部材の凸曲面状下表面に当接した状態で、該摺動部材が前記上部材の凸曲面状下表面を曲率方向に摺動するとともに、前記摺動部材の凸曲面状下表面が前記下部材の凹曲面状溝を摺動して前記摺動部材が前記下部材に対して相対的に回転することにより、負の剛性を有するとともに、摩擦減衰を得ることができることを特徴とする負の剛性装置。 - 請求項３に記載の負の剛性装置を上下方向に２段にわたって、かつ互いに直交した状態で配置したことを特徴とする負の剛性装置。
- 下方に開口する球面状凹部を有する上部材と、
該上部材の球面状凹部より曲率の小さい凸球面状上表面を有する下部材と、
前記上部材の球面状凹部と同一曲率の凸球面状上表面を有するとともに、前記下部材の凸球面状上表面と同一曲率の凹球面状下表面を有する摺動部材とからなり、
該摺動部材の凸球面状上表面が前記上部材の球面状凹部に当接した状態で、かつ、該摺動部材の凹球面状下表面が前記下部材の凸球面状上表面に当接した状態で、該摺動部材が前記下部材の凸球面状上表面を曲率方向に摺動するとともに、前記摺動部材の凸球面状上表面が前記上部材の球面状凹部を曲率方向に摺動して前記摺動部材が前記上部材に対して相対的に回転することにより、負の剛性を有するとともに、摩擦減衰を得ることができることを特徴とする負の剛性装置。 - 上方に開口する球面状凹部を有する下部材と、
該下部材の球面状凹部より曲率の小さい凸球面状下表面を有する上部材と、
前記下部材の球面状凹部と同一曲率の凸球面状下表面を有するとともに、前記上部材の凸球面状下表面と同一曲率の凹球面状上表面を有する摺動部材とからなり、
該摺動部材の凸球面状下表面が前記下部材の球面状凹部に当接した状態で、かつ、該摺動部材の凹球面状上表面が前記上部材の凸球面状下表面に当接した状態で、該摺動部材が前記上部材の凸球面状下表面を曲率方向に摺動するとともに、前記摺動部材の凸球面状下表面が前記下部材の球面状凹部を曲率方向に摺動して前記摺動部材が前記下部材に対して相対的に回転することにより、負の剛性を有するとともに、摩擦減衰を得ることができることを特徴とする負の剛性装置。 - 請求項１乃至６のいずれかに記載の負の剛性装置の少なくともいずれか一つを備えた上部工支持装置と、
復元力特性を有する装置とを備えることを特徴とする免震構造物。
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