JP5390565B2 - 支承装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば建築物や橋梁等の各種構造物を支承する支承装置に関する。

建築物や橋梁等の構造物の支承装置には、ゴム板と鉄板とを交互に積層し、これらが加硫接着によって相互に接着されて構成されたゴム支承がある（特許文献１参照）。ゴム支承では、ゴムの変位を拘束することで、鉛直バネ剛性を高める工夫や回転追従性能を向上させる工夫がなされている。例えば、ゴム支承では、ゴム板と鉄板とを交互に積層し、これらを加硫接着することによって、ゴムの流動性を低減し、鉛直バネ剛性を高めるようにしている。

また、密閉ゴム支承では、ゴム板が下沓となる金属製ポット内に配置され、ゴム板の上にピストン状の上沓が載置され、ゴム板が非圧縮性の流体的に振る舞うように拘束されることで、回転追従性能が得られるように構成されている（特許文献２参照）。なお、この密閉ゴム支承は、鉛直可撓性がないことから金属支承の扱いとなる。

更に、所謂コンパクト支承では、大きな鉛直荷重を支持するため、上沓と下沓の相対する面にそれぞれ凹部を設け、それぞれの凹部内にゴム層が配設され、鉛直荷重が加わった際にゴムが撓み変形によって半径方向外方に膨出しないようにして、鉛直バネ剛性の向上を図るようにしている（特許文献３参照）。

特開２０００−１８２０号公報 特開２０００−１７８９２１号公報 特開２００９−１３７７３号公報

本発明は、載荷物からの荷重に応じて適度な鉛直可撓性を発現しながら高荷重を支持することが出来る支承装置を提供することを目的とする。

詳しくは、低荷重から高荷重に至る広範な入力適する鉛直バネ性能を発現させることが出来る支承装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、高面圧化させながらも、良好な回転追従性を実現出来る支承装置を提供することを目的とする。

本発明に係る支承装置は、建築物や橋梁等の各種構造物を支承する用途に用いられるものであり、第一剛性体と、第二剛性体と、前記第一剛性体と前記第二剛性体との間に配設される弾性体と、弾性変形した前記弾性体が近接又は当接する位置において、前記弾性体を囲繞する弾性変形拘束体とを備える。前記第一剛性体、前記第二剛性体の何れかには、芯材が設けられ、前記芯材は、上揚防止部と水平変位防止部とを有する。所定以上入力された状態において、前記弾性体は、側面に凸部及び／又は凹部を有し、前記弾性変形拘束体は、変形した前記弾性体が当接及び／又は圧接され、前記弾性体の変形を拘束する。すなわち、所定以上の入力がなされると、前記弾性体が前記凸部と前記凹部とによって作出される隙間の容積を縮小するように弾性変形し、且つ、変形した当該弾性体が拘束体に当接及び／又は圧接して当該弾性体の変形が拘束されるように構成される。例えば、前記弾性体は、前記第一剛性体と前記第二剛性体と前記弾性変形拘束体とによって囲繞されて略密閉状態とされ、前記弾性体への荷重の増大に伴って、より高度な密閉状態へと変化する。このような支承装置において、荷重が入力されたときには、入力の大きさに伴って、前記凸部間の凹部により構成された隙間を埋めるように前記弾性体が変形しながら、前記凸部が前記弾性変形拘束体の拘束面に圧接する程度が増大する。前記弾性変形拘束体は、このような前記弾性体の変形を拘束する。前記弾性体の凸部又は凹部は、例えば、前記弾性体の側面又は前記弾性変形拘束体の拘束面の周回り方向に連続又は断続的に形成することで、前記作用を効果的に実現することが出来る。

ここで、前記芯材は、前記第一剛性体又は前記第二剛性体を貫通して設けることが出来る。例えば、支承装置は、前記芯材を、前記第二剛性体に設け、前記弾性体を前記第二剛性体上に配設し、前記第一剛性体側を前記弾性変形拘束体に設け、前記芯材の先端部が前記第一剛性体の貫通孔に係合して前記上揚防止部となるように構成出来る。

また、前記芯材は、前記第一剛性体又は前記第二剛性体を非貫通とすることが出来る。例えば、支承装置は、前記芯材を、前記第二剛性体に設け、先端部に、前記弾性体が配設される大径部を設け、該大径部の外周部が前記第一剛性体側の前記弾性変形拘束体の端部に係合して前記上揚防止部となるように構成出来る。

ここで、前記弾性体は、内部に補強板を有する弾性層と補強板とが積層された積層構造で構成しても良いし、補強板を含まず単層の弾性層で構成しても良い。前記弾性体を積層構造としたときには、前記補強板の位置又は前記補強板の間の位置の一方に前記凸部又は凹部を形成し、他方に凹部又は凸部を形成すると良い。前記補強板がある場合、前記弾性体は、荷重入力があると、前記補強板の間において、前記弾性体の厚さ方向と略直交する方向に膨出する。前記補強板の間の位置に前記凸部を設けた場合には、弾性変形した前記弾性体の凸部が最初に前記弾性変形拘束体の拘束面に圧接されることで、前記弾性体が変形し過ぎることを防止出来る。またこれによれば、特に、前記補強板間に相当する弾性体周面の局部歪みによる損傷を効果的に防止出来る。

前記補強板は、弾性体内に、円盤状に設けても良く、或いは、リング状を成すように設けても良いし、同心円状を成すように設けても良いし、厚さ方向に起伏した起伏部を設けるように構成しても良い。

前記弾性体の側面と前記弾性変形拘束体の拘束面との間は、凸部が拘束面に当接していることが好ましいが、隙間を形成することも出来る。本発明は、少なくとも、大きい荷重が加わったとき、前記弾性体の凸部が弾性変形拘束体の拘束面に当接するように構成する。なお、支承装置の組立時等において、前記弾性変形拘束体の拘束面と前記弾性体の凸部とが当接する程度とすれば、組立時に、前記弾性変形拘束体内における前記弾性体の位置を容易に所望の位置に設定することが出来る。

前記支承装置は、前記第一剛性体と第一構造物との間及び／又は前記第二剛性体と第二構造物との間に摺滑部材を設けるようにしても良い。

本発明では、弾性体を、第一剛性体と第二剛性体と弾性変形拘束体とで囲繞することで、略密閉された空間部を構成して、密閉ゴム支承のようにして小さな支承面積にして高荷重支承を実現しながら、弾性体又は弾性変形拘束体の拘束面に凸部又は凹部を設けて、隙間を設けることで、鉛直荷重に対する鉛直可撓変位を実現することが出来る。また、回転作用の際には、凸部又は凹部による隙間により弾性体が変形し良好な回転追従性を実現出来る。また、芯材は、上揚防止部として機能し、上揚力によって、第一剛性体と第二剛性体とが乖離することを防止することが出来る。また、芯材は、水平変位防止部として機能し、過剰に第一剛性体と第二剛性体とが水平方向において相対変位することを防止出来る。

また、弾性体又は弾性変形拘束体の拘束面に凸部又は凹部を設けて間隙を設けたことにより、鉛直荷重が大きくなるに連れて鉛直変位量も大きくなるが、その特性は非線形で、鉛直変位に対する鉛直荷重反力の大きさを表すグラフの傾き（拘束度又はバネ定数）は、鉛直変位又は鉛直荷重が大きくなるほど大きくなる。このように、本発明では、弾性変形拘束体の拘束面と弾性体の側面との間に設けた凹部と凸部とによって作出される隙間を設定したことで、荷重が大きくなるほど、鉛直変位量の増加量が小さくなるような特性で、即ち拘束度を可変として、上部構造物を支承することが出来る。また、隙間を小さくするほど、鉛直変位に対する鉛直荷重反力の大きさを表すグラフの傾きの緩やかな範囲（一次勾配）を狭く設定することが出来る。

本発明を適用した支承装置の通常の使用状態を示す断面図である。 本発明を適用した弾性体の斜視図である。 本発明を適用した側面に突起部を設けた弾性体の斜視図である。 本発明を適用した側面に断続的な凸部を設けた弾性体の斜視図である。 鉛直方向の変位量と鉛直荷重との関係を示す特性グラフである。 本発明を適用した芯材が上沓を貫通した支承装置の断面図である。 図６の弾性体の凸部と凹部を逆にした支承装置の断面図である。 図６の変形例であり、弾性変形拘束体を下沓に固定した支承装置の断面図である。 上部構造物と下部構造物との間に設置される前（荷重が加わる前）の支承装置の断面図であって、弾性体側面の凸部と弾性変形拘束体の拘束面との間が非接触の状態を示す。 上部構造物と下部構造物との間に設置される前（荷重が加わる前）の支承装置の断面図であって、弾性体側面の凸部と弾性変形拘束体の拘束面との間が当接した状態を示す。 本発明を適用した芯材が上／下沓の何れも非貫通の支承装置の変形例を示す断面図である。 図１１を更に具体的にした支承装置の断面図である。 弾性変形拘束体の拘束面に凸部又は凹部を設けた支承装置の断面図であり、補強板の位置に凹部を設けた例を示す。 弾性変形拘束体の拘束面に凸部又は凹部を設けた支承装置の断面図であり、補強板の位置に凸部を設けた例を示す。 （Ａ）−（Ｅ）は、積層型弾性体の補強板の変形例を示す断面図である。

以下、本発明に係る弾性体拘束度可変構造が適用された支承装置について図面を参照して説明する。なお、以下、支承装置について、以下の順に沿って説明する。

１．支承装置の説明
２．弾性体及び弾性変形拘束体の説明
３．支承装置の動作説明
４．積層型弾性体の説明
５．支承装置の変形例１
６．支承装置の変形例２
７．支承装置の変形例３
８．補強板の変形例の説明
９．その他の変形例

［１．支承装置の説明］
図１に示すように、支承装置１０は、橋桁等の上部構造物１と橋脚や橋台といった下部構造物２との間に装着して水平荷重や鉛直荷重、回転荷重等の各種の荷重を支えると共に、地震や風、動的又は静的交通荷重等による揺動や振動、応力を吸収、分散しつつ、支承する橋梁用支承装置である。この支承装置１０は、第一剛性体としての上沓１１と第二剛性体としての下沓１２との間に支承体となる弾性体１３が介在されている。また、弾性体１３は、上沓１１又は下沓１２（ここでは上沓１１）に固定された弾性変形拘束体１６によって囲繞されている。

上沓１１は、金属やセラミックス、或いは硬質樹脂やＦＲＰの如くの強化樹脂等の剛性素材によって構成することが好ましいが、必ずしも剛性素材に限定されるものではなく、弾性素材や剛性素材と弾性素材との組合せによって構成される材料によっても構成することが出来る。各種素材から構成される上沓１１は、平面形状が略多角形、略円形、略長円径、略楕円形等の適宜の形状に設定することが出来るが、方形又は円形とすることが製造上、或いは施工上、交換上有利である。なお、上沓１１は、外表面を全体的に弾性体等の被覆層で覆って、耐候性、防錆効果を得るように構成しても良い。

上部構造物１に対する上沓１１の固定手段は、例えばボルト、ナット等の締結手段を用いて上沓１１を上部構造物に対して直接的に固定しても良いが、ここでは、上沓１１よりも広面積の板状をなす上部プレート３を用いて上沓１１を上部構造物１に対して間接的に固定している。上沓１１の上部構造物１への固定方法は、これらの例に限定されるものではない。

なお、可動支承装置として用いるとき等は、上沓１１の上部、例えば上沓１１と上部プレート３との間に摺滑部材４を配設して、上部構造物１と支承装置１０とを相対変位可能に固定しても良い。この摺滑部材４としては、例えば、フッ化炭素樹脂の一種であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の如くの低摩擦係数の表面を有するプレート等を、上沓１１の上面に固定したり、又は上部構造物１や上部構造物１に固定される取付手段側の下面に固定することによって構成することが可能である。

下沓１２は、上沓１１同様、金属やセラミックス、或いは硬質樹脂やＦＲＰの如くの強化樹脂等の剛性素材によって構成することが好ましいが、必ずしも剛性素材に限定されるものではなく、弾性素材や剛性素材と弾性素材との組合せによっても構成される材料によって構成することが出来る。各種素材から構成される下沓１２は、平面形状が略多角形、略円形、略長円径、略楕円形等の適宜の形状に設定することが出来るが、方形又は円形とすることが製造上、又は施工上、交換上で有利である。下沓１２の平面形状等は、必ずしも上沓１１と一致させる必要はないが、各部のサイズと、凸部や凹部の形状や位置等は下沓１２の設定と上沓１１の設定を互いに整合させる必要がある。なお、下沓１２は、外表面を全体的に弾性体等の被覆層で覆って、耐候性、防錆効果を得るように構成することも出来る。

下部構造物に対する下沓１２の固定手段は、例えばボルト、ナット等の締結手段を用いて下沓１２を下部構造物２に対して直接的に固定しても良いが、ここでは、下沓１２よりも広面積の板状をなす下部プレート５の如くの下部固定手段を用いて下沓１２を下部構造物２に対して間接的に固定している。下沓１２の下部構造物２への固定方法は、これらの例に限定されるものではない。

なお、可動支承装置として用いるとき等は、下沓１２の下部、例えば下部プレート５と下沓１２との間に摺滑部材６を配設して、下部構造物２と支承装置１０とを相対変位可能に固定しても良い。この摺滑部材６としては、例えば、ＰＴＦＥの如くの低摩擦係数の表面を有するプレート等を、下沓１２の下面に固定したり、又は下部構造物２や下部構造物２に固定される取付手段側の上面に固定することが可能である。

尚、上沓１１や下沓１２の直接的又は間接的な固定は、着脱可能な方法とするのが好ましく、ボルト、ナット等による締結はその一例である。

［２．弾性体及び弾性変形拘束体の説明］
弾性体１３は、天然ゴムや合成ゴム、熱可塑性エラストマや熱硬化性エラストマを用いることができ、これらの中でも天然ゴムを主成分として使用することが好ましい。具体的なエラストマ成分としては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム（臭素化、塩素化等）、アクリルゴム、ポリウレタン、シリコーンゴム、フッ化ゴム、多硫化ゴム、ハイパロン、エチレン酢酸ビニルゴム、エピクロルヒドリンゴム、エチレン−メチルアクリレート共重合体、スチレン系エラストマ、ウレタン系エラストマ、ポリオレフィン系エラストマ、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体（ＳＩＳ）、エポキシ化天然ゴム、ｔｒａｎｓ−ポリイソプレン、ノルボルネン開環重合体（ポリノルボルネン）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ハイスチレン樹脂、イソプレンゴム等のゴムを一種単独、或いは二種以上を併用することが出来る。

この支承装置１０に用いる弾性体１３は、円柱状をなし、内部に鉄板等の剛性を有する補強板が設けられていない弾性層が一つ（単層）のものでもあって良いし、補強板を用いるものであっても良い。先ず、単層の弾性体１３について説明すると、図２に示す弾性体１３ａは、例えば、円柱状をなし、内部に鉄板といった補強板が設けられていない弾性層が一つ（単層）のものを示している。この弾性体１３ａは、側面に、凸部１４と凹部１５が設けられている。図２に示す例では、厚さ方向に波状を成すように、厚さ方向略中央部に周回り方向に連続した凸部１４が設けられ、凸部１４の上側と下側に周回り方向に連続した凹部１５，１５が設けられ、更に、厚さ方向の上下端に周回り方向に連続した凸部１４，１４が設けられている。

また、図３に示す弾性体１３ｂも、円柱状をなし、内部に補強板が設けられていない弾性層が一つ（単層）のものを示している。この弾性体１３ｂは、側面に、略同じ大きさの突起状の凸部１４が不規則に設けられ、凸部１４が設けられていない領域が凹部１５となっている。なお、突起状の凸部１４は、規則的に設けるようにしても良く、また、大きさや突出方向も様々なものとしても良い。また、図４に示す弾性体１３ｃでは、細長い凸部１４が側面の周回り方向に断続的に等間隔に設けられている。なお、凸部１４は、周回り方向に様々な間隔を空けて設けるようにしても良い。また、厚さ方向の間隔も、等間隔でも、等間隔でなくても良い。なお、以下、弾性層が単層の弾性体を単に弾性体１３とも言う。

以上のような弾性体１３は、図１に示す例では、下沓１２上に配設され、下沓１２によって支持される。弾性体１３は、上沓１１と下沓１２との間を接着して高支圧化しても良いが、接着しないことにより、良好な回転追従性を実現することも可能となる。

また、弾性体１３は、図１に示すように、弾性変形拘束体１６によって囲繞されている。弾性変形拘束体１６は、弾性体１３の外径よりやや大きい内径を有する円筒体であり、上沓１１又は下沓１２の何れか、図１では上沓１１の外周部に固定されている。例えば、上沓１１と弾性変形拘束体１６との結合は、ボルト・ナット等の固定手段１６ｂを用いても良い。なお、固定手段１６ｂとしては、上沓１１と弾性変形拘束体１６の何れか一方に雄ねじを設け、他方に雌ねじを設け、これらを互いに螺合して結合するねじ締結によったり、溶接したり、従来公知の結合方法等で行うことも出来る。弾性変形拘束体１６の下沓１２側の先端部は、下沓１２の外周部の外側に位置し、固定されていない。これにより、上沓１１は、鉛直荷重の入力があっとき、弾性体１３を圧縮しながら鉛直下向きに変位することが出来る。すなわち、弾性変形拘束体１６の下沓１２側の先端部が下沓１２の外周部の外側に位置することで、上沓１１と下沓１２の間に配設される弾性体１３の剪断変形を抑制する機能や、弾性体１３を略密閉状態に拘束して高支圧化させるシリンダの役割を実現する。かくして、下沓１２に支持された弾性体１３は、上面が上沓１１、側面が弾性変形拘束体１６によって包囲され、略密閉された空間に配設されることになる。支承装置１０は、略密閉ゴム支承となり、小さな支承面積にして高荷重を支承することが可能となる。

以上のように、本発明で用いる弾性体１３は、弾性体１３の側面に凸部１４を設け、凸部１４以外を凹部１５とすることによって、弾性体１３に鉛直荷重が加わった際に、鉛直下向きに変位するようにし、更に、弾性変形拘束体１６によって、弾性体の変形量が制限される構成となっている。従って、このような作用を実現出来るのであれば、弾性体１３の側面に設ける凸部１４と凹部１５を設ける位置や大きさは、図２-図４上述の例に限定されるものではない。

また、支承装置１０の上沓１１は、表裏面に貫通した貫通孔１７が穿設されている。貫通孔１７には、上沓１１の上面側から芯材１８が挿入され、芯材１８の先端部が上沓１１の上面から突出することなく、上沓１１が鉛直下向きに変位する分を考慮して、先端部が一段低くなるように収容されている。この貫通孔１７の開口端には、上揚防止片１７ａがフランジ状に形成されている。

貫通孔１７に挿通される芯材１８は、大径部１９となる頭部を有する金属性のボルト状部材からなり、先端部である大径部１９が上沓１１の貫通孔１７の内部に収容可能な大きさに設定されている。この芯材１８は、上沓１１の貫通孔１７より弾性体１３の略中央部に形成された挿通孔２１に挿通され、更に、下沓１２の弾性体１３の支持面側に形成されたネジ穴２２に螺合されることによって固定される。芯材１８は、貫通孔１７より挿入され、ネジ穴２２に固定されたとき、大径部１９が貫通孔１９内に先端部が一段低くなるように収容される。この芯材１８は、下沓１２に固定されることで、上沓１１と下沓１２とが水平方向に相対変位しようとした際に、芯材１８が上揚防止片１７ａの先端面又は貫通孔１７の側面に突き当たり、下沓１２に固定された芯材１８によって上沓１１の変位が制限される。すなわち、芯材１８は、水平変位防止部として機能して、過剰に上沓１１と下沓１２とが水平方向において相対変位することを防止する。更に、芯材１８の大径部１９は、貫通孔１７の上揚防止片１７ａの開口径より大きく、上揚防止片１７ａと係合する。芯材１８は、上沓１１に上揚力、すなわち上沓１１が下沓１２に対して相対的に上揚しようとする力が加わったとき、下沓１２に固定された芯材１８の大径部１９に上揚防止片１７ａが係止されることによって、上沓１１と下沓１２とが乖離することを防止することが出来る。すなわち、大径部１９は、上揚防止部としても機能することになる。

［３．支承装置の動作説明］
以上のような支承装置１０では、上部構造物１と下部構造物２との間に設置されると、図１に示すように、弾性体１３は、通常の使用範囲の荷重（死荷重）によって、圧縮され、弾性体１３の凸部１４は、弾性体１３を囲繞した弾性変形拘束体１６の拘束面１６ａに近接又は当接した位置となる。支承装置１０は、弾性体１３が鉛直荷重の大きさに応じた弾性変形をし、この弾性変形によって側面の凸部１４が凹部１５により構成された隙間を埋めるように変形しながら、弾性変形拘束体１６の拘束面１６ａに圧接される。

このような支承装置１０では、下沓１２に支持された弾性体１３を、上沓１１と弾性変形拘束体１６によって囲繞し、弾性体１３の側面に凸部１４と凹部１５とを設けて、拘束面１６ａとの間に所定の隙間を有する略密閉された空間部を設けて構成することで、荷重入力の初期や低荷重の入力時には、鉛直荷重に対する鉛直可撓変位を可能としながら入力の高荷重化に伴って、徐々に鉛直変位量の増加量が小さくなって弾性率が高くなり、大きな荷重の入力に対しては密閉ゴム支承のように挙動して、小さな支承面積にして高荷重支持を実現する。また、鉛直面内における回転力の作用時には、弾性体１３が弾性変形拘束体１６によって部分的に支持されながらも凸部１４又は凹部１５による隙間により、低荷重から高荷重に亘って弾性体１３がより一層変形し易くなり、弾性体１３への極端な負荷なく、良好な回転追従性を得ることが出来る。

ここで、図５に、鉛直方向の変位量と鉛直荷重との関係を示す。
線１０１・・・弾性変形拘束体１６の内径に対して弾性体１３の外形を小さくし、及び／又は、凹部１５を大きく形成して、拘束面１６ａと弾性体１３の側面との間の隙間を大きくしたときの特性を示す。（隙間大）
線１０２・・・拘束面１６ａと弾性体１３の側面との間の隙間を線１０１の場合より小さくしたときの特性を示す。（隙間中）
線１０３・・・拘束面１６ａと弾性体１３の側面との間の隙間を最も小さくしたときの特性を示す。（隙間小）

図５の例によれば、鉛直荷重が大きくなるに連れて鉛直変位量も大きくなるが、その特性は非線形で、鉛直変位に対する鉛直荷重反力の大きさを表すグラフの傾き（拘束度又はバネ定数）は、鉛直変位又は鉛直荷重反力が大きくなるほど大きくなる。このように、支承装置１０は、拘束面１６ａと弾性体１３の側面との間に凹部と凸部とによる隙間を設けることで、大きな荷重が入力されたときほど、より高度な密閉状態に変化して鉛直変位量の増加量が小さくなるような特性で、すなわち拘束度を可変として、上部構造物１を支承することが出来る。すなわち、この支承装置１０では、適度な鉛直可撓性を有しながら高荷重を支持することが出来る。また、隙間が小さいほど、鉛直変位に対する鉛直荷重反力の大きさを表すグラフの傾きの緩やかな範囲（一次勾配）を狭く設定することが出来る。

［４．積層型弾性体の説明］
この支承装置１０において、支承体となる弾性体１３は、図６に示すように、内部に補強板を設けた積層型の弾性体２３は、内部に補強板２３ａが設けられ、弾性層２３ｂが複数設けられ、補強板２３ａと弾性層２３ｂとが加硫接着によって相互に接着されている。単層の弾性体１３は、荷重が加わると、自由側面が側方に押し出され膨出する。積層型の弾性体２３では、補強板２３ａがあることで、弾性体２３の自由側面の膨出が抑制され、耐荷力が増大する。但し、補強板２３ａの間の弾性層２３ｂの側面も、自由側面であるから荷重の大きさに応じて、側方に膨出する。しかし、支承装置１０では、弾性変形拘束体１６が弾性体１７の変形を拘束するので膨出量は僅かとなる。

つまり、図６に示すように、積層型の弾性体２３、側面において、自由側面の弾性層２３ｂの位置に凸部２４を設け、補強板２３ａの位置に凹部２５を設けるようにしている。この場合、凸部２４は、荷重が加わった際、弾性層２３ｂの自由側面が膨出することで、凹部２５より先に弾性変形拘束体１６の拘束面１６ａに強く圧接されることになる。勿論、本発明では、図７に示すように、補強板２３ａの位置を凸部２４とし、弾性層２３ｂの位置を凹部２５としても良い。この場合、凹部２５となっている弾性層２３ｂの自由側面が僅かに膨出することで、凸部２４と凹部２５の部分が同じように弾性変形拘束体１６の拘束面１６ａと当接され均等に圧接されるようにすることが出来る。積層型の弾性体２３は、従来最も膨出量が多い補強板間位置の弾性部であるが、この部位に凸部２４を設けた上、弾性変形拘束体１６の拘束面１６ａによってこの凸部２４周辺の膨出量が拘束されているので、高荷重が入力されている際でも内部の補強板２３ａの周囲における弾性層２３ｂに対する局部応力が緩和される。また、内部の補強板２３ａが高荷重によってもつぶれにくくなり、補強板２３ａを薄くすることが出来、支承装置１０の全体の厚さの薄型化を実現出来る。

また、上下を逆にして、上沓１１を下沓とし、下沓１２を上沓として用いても良い。また、図８示すように、支承装置１０は、弾性変形拘束体１６を上沓１１ではなく、下沓１２の外周部に固定手段１６ｂによって固定するようにしても良い。この場合、弾性変形拘束体１６の先端部は、上沓１１の外周部の外側に位置し固定されていない。これにより、上沓１１は、鉛直荷重の入力があっとき、弾性体１３を圧縮しながら鉛直下向きに移動することが出来る。弾性体は単層のもの、積層型のものの何れであっても良い。

ここで、弾性体１３と弾性変形拘束体１６との大きさの関係について説明すると、図１の例では，支承装置１０が上部構造物１と下部構造物２との間に設置され、支承装置１０に対して上部構造物１の荷重によって弾性体１３が変形している状態において、弾性体１３の側面の凸部１４が弾性変形拘束体１６の内周面の拘束面１６ａに当接した状態となっている。つまり、図９に示すように、上部構造物１と下部構造物２との間に設置される前は、弾性体１３の側面の凸部１４が弾性変形拘束体１６の内周面の拘束面１６ａとの間が非接触の状態で、隙間が設けられた状態となっており、上部構造物１と下部構造物２との間に設置されると、上部構造物１の死荷重によって、弾性体１３の側面の凸部１４が弾性変形拘束体１６の内周面の拘束面１６ａに当接した状態となる。なお、通常の使用範囲での荷重の際には、弾性体１３の側面の凸部１４が弾性変形拘束体１６の内周面の拘束面１６ａと非接触で、通常の使用範囲を超える高い荷重があった際に、弾性体１３の側面の凸部１４が弾性変形拘束体１６の内周面の拘束面１６ａと当接し、更なる高荷重の入力によって拘束面１６ａに凸部１４、並びに、凹部１５の膨出変形した部分が圧接されるようにしても良い。

更に、図１０に示すように、上部構造物１と下部構造物２との間に設置される前において、弾性体１３の側面の凸部１４が弾性変形拘束体１６の内周面の拘束面１６ａに当接した状態であっても良い。この場合、弾性体１３を弾性変形拘束体１６内に配設する際、弾性変形拘束体１６内における弾性体１３を正確に位置決めすることが出来る。なお、この関係は、図６及び図７に示した積層型弾性体２３との関係での同様である。

［５．支承装置の変形例１］
図１１に示す支承装置３０は、芯材３１が上沓１１と下沓１２とを非貫通としたものである。この支承装置３０は、下沓１２に、芯材３１が取り付けられ、上揚防止部と水平変位防止部とを設けたものである。また、この支承装置３０は、第一剛性体としての上沓１１と第二剛性体としての下沓１２との間に弾性層と補強板とが積層された積層構造の弾性体２３が介在されている。

上沓１１は、弾性体２３の上面に配設されるものであって、外周部に、弾性変形拘束体１６が固定される。例えば、上沓１１と弾性変形拘束体１６との結合は、ボルト・ナット等の固定手段１６ｂを用いて良い。また、固定手段１６ｂとしては、上沓１１と弾性変形拘束体１６の何れか一方に雄ねじを設け、他方に雌ねじを設け、これらを互いに螺合して結合するねじ締結によったり、溶接したり、従来公知の結合方法等で行うことが出来る。弾性変形拘束体１６の下沓１２側の先端部は、フランジ状の上揚防止片３２が内側に張り出して形成されている。

芯材３１は、大径部３３となる頭部を有する金属製のボルト状部材からなり、先端部が下沓１２の弾性体２３の支持面側に形成されたネジ穴３４に螺合されることによって固定される。この芯材３１は、上端部が大径部３３となっており、弾性体２３を支持する支持面となっている。また、この大径部３３は、上沓１１の外周部に固定された弾性変形拘束体１６の上揚防止片３２に係合する。下沓１２に固定された芯材３１の大径部３３は、上揚防止部ともなって、上沓１１に上揚力が加わったとき、上沓１１側の上揚防止片３２が係止されることで、上沓１１と下沓１２とが乖離することを防止する。また、この芯材３１の大径部３３は、弾性変形拘束体１６の拘束面１６ａを摺動するような大きさに形成され、弾性体２３を略密閉状態に拘束して高支圧化させるピストンのように機能して、鉛直方向の変位を許容し、また、水平変位防止部となって、芯材３１で水平方向の変位を制限する。これにより、過剰に上沓１１と下沓１２とが水平方向において相対変位することを防止することが出来る。更に、上揚防止片３２と下沓１２との間は、間隙が設けられており、鉛直下向きに変位して、上沓１１が移動した際に、上揚防止片３２が下沓１２に突き当たらないようにしている。

このような支承装置３０にあっても、上述した支承装置１０と同様に、下沓１２に支持された弾性体２３を、上沓１１と弾性変形拘束体１６によって囲繞することで、略密閉された空間部を構成して、略密閉ゴム支承のようにして小さな支承面積にして高荷重支持を可能としながら、弾性体２３の側面に凸部２４と凹部２５とを設けて、拘束面１６ａとの間に隙間を設けることで、鉛直荷重に応じた鉛直可撓変位を可能とすることが出来る。また、回転作用の際には、凸部２４又は凹部２５による隙間により弾性体２３がより一層変形し易くなり、良好な回転追従性を実現出来る。そして、上記図５で示したように、拘束面１６ａと弾性体２３の側面との間に凹部２５と凸部２４によって隙間を設けることで、大きな入力があったときほど、より高度な密閉状態に変化して鉛直変位量の増加量を小さくすることが出来る。

なお、この支承装置３０において、支承体となる弾性体２３は、弾性層が単層の弾性体１３であっても良い（図２−４参照）。また、上下を逆にして、上沓１１を下沓とし、下沓１２を上沓として用いても良い。更に、上部構造物１と下部構造物２に設置するにあたっては、上述したように、上部プレート３や下部プレート５を介在させて固定しても良いし、更に、摺滑部材４，６を介在させて固定しても良い（図１参照）。

［６．支承装置の変形例２］
図１２に示す支承装置４０は、図１１の支承装置３０を更に変形したものである。この支承装置４０は、下沓１２に、芯材４１が取り付けられ、上揚防止部と水平変位防止部とを設けたものである。この支承装置４０は、第一剛性体としての上沓１１と第二剛性体としての下沓１２との間に弾性層２３ｂと補強板２３ａとが積層された積層構造の弾性体２３が介在されている。

上沓１１は、弾性体２３の上面に配設されるものであって、外周部に、弾性変形拘束体１６が固定される。例えば、上沓１１と弾性変形拘束体１６との結合は、ボルト・ナット等の固定手段１６ｂを用いることが出来る。また、固定手段１６ｂとしては、上沓１１と弾性変形拘束体１６の何れか一方に雄ねじを設け、他方に雌ねじを設け、これらを互いに螺合して結合するねじ締結によったり、溶接したり、従来公知の結合方法等で行うことが出来る。弾性変形拘束体１６の下沓１２側の先端部は、フランジ状の上揚防止片４２が内側に張り出して形成されている。

芯材４１は、ベースプレートとなる下沓１２に下端部が固定される。芯材４１の下端面は、位置決め凸部４１ａが設けられ、位置決め凸部４１ａが下沓１２側の位置決め凹部４１ｂに嵌合されることで、位置決めされる。また、下沓１２には、挿通孔４５ａが形成され、固定ボルト４５ｂが芯材４１の下端部に設けられた固定孔４５ｃに締め付けられることで固定される。芯材４１の上端部には、弾性体２３を支持する支持面となる大径部４３が一体的に設けられる。大径部４３は、裏面中央部にネジ穴４３ａが設けられており、ネジ穴４３ａに、芯材４１の先端部に形成されたネジ部４４が締め付けられることで一体化される。なお、固定ボルト４５ｂのボルト頭部は、下沓１２の挿通孔４５ａと連通した凹部４５ｄに突出することなく収容されている。

芯材４１と一体の大径部４３は、外周部下面が上沓１１の外周部に固定された弾性変形拘束体１６の上揚防止片４２と係合する。下沓１２との一体の芯材４１の大径部４３は、上揚防止部ともなって、上沓１１に上揚力が加わったとき、上沓１１側の上揚防止片４２が係止されることで、上沓１１と下沓１２とが乖離することを防止する。また、この芯材４１の大径部４３は、弾性変形拘束体１６の拘束面１６ａを摺動するような大きさに形成され、弾性体２３を略密閉状態に拘束して高支圧化させるピストンのように機能して、鉛直方向の変位を許容し、また、水平変位防止部となって、芯材２３で水平方向の変位を規制する。これにより、過剰に上沓１１と下沓１２とが水平方向において相対変位することを防止することが出来る。更に、上揚防止片４２と下沓１２との間は、間隙が設けられており、鉛直下向きに変位して、上沓１１が移動した際に、上揚防止片４２が下沓１２に突き当たらないようにしている。

このような支承装置４０にあっても、上述した支承装置１０，３０と同様に、下沓１２に支持された弾性体２３を、上沓１１と弾性変形拘束体１６によって囲繞することで、略密閉された空間部を構成して、密閉ゴム支承のようにして小さな支承面積にして高荷重支承を実現しながら、弾性体２３の側面に凸部２４と凹部２５とを設けて、拘束面１６ａとの間に隙間を設けることで、鉛直荷重に対する鉛直可撓変位を実現することが出来る。また、回転作用の際には、凸部２４又は凹部２５による隙間により弾性体２３がより一層変形し易くなり、良好な回転追従性を実現出来る。そして、上記図７で示したように、拘束面１６ａと弾性体２３の側面との間に凹部２４と凸部２５によって隙間を設けることで、大きな荷重があったときほど、より高度な密閉状態に変化して鉛直変位量の増加量を小さくすることが出来る。

なお、この支承装置４０において、支承体となる弾性体２３は、弾性層が単層の弾性体１３であっても良い（図２−４参照）。また、上下を逆にして、上沓１１を下沓とし、下沓１２を上沓として用いても良い。更に、上部構造物１と下部構造物２に設置するにあたっては、上述したように、上部プレート３や下部プレート５を介在させて固定しても良いし、更に、摺滑部材４，６を介在させて固定しても良い（図１参照）。

［７．支承装置の変形例３］
以上の例では、弾性体１３，２３の側面に凸部１４，２４と凹部１５，２５を設けた場合を説明したが、図１３に示すように、弾性体１３，２３の側面には、凸部１４，２４と凹部１５，２５を設けず、代わりに、弾性変形拘束体１６の拘束面１６ａに凸部５１又は凹部５２を設けるようにしても良い。なお、支承装置の構造は、図１１に示した支承装置３０と同一であるため詳細は省略する。なお、ここでは、一例として、積層型弾性体２３を用いるようにしている。図１３では、弾性変形拘束体１６の下沓１２側の先端部には、フランジ状の上揚防止片３２が内側に張り出すように、ボルト・ナット等の固定手段１６ｃによって固定されている。

図１３に示す弾性変形拘束体１６の拘束面１６ａには、自由側面の弾性層２３ｂの位置に凸部５１を設け、補強板２３ａの位置に凹部５２を設けるようにしている。この場合、凸部５１は、荷重が加わった際、弾性層２３ｂの自由側面が膨出することで、凹部２３より先に、補強板２３ａ，２３ａ間の側方に膨出した側面が圧接されることになる。勿論、本発明では、図１４に示すように、補強板２３ａの位置を凸部５１とし、弾性層２３ｂの位置を凹部５２としても良い。この場合、凹部５２となっている弾性層２３ｂの自由側面が僅かに膨出することで、凸部５１と凹部５２の部分が同じように弾性変形拘束体１６の拘束面１６ａに圧接されるようにすることが出来る。このように、弾性変形拘束体１６の拘束面１６ａに凸部５１と凹部５２を設けた場合にも、弾性体１３，２３の側面に凸部１４，２４と凹部１５，２５を設けた場合と類似した作用効果を得ることが出来るが、弾性変形拘束体１６の内周面側に凸部や凹部を設けて弾性体１３，２３との間に隙間を設けるようにすると、荷重が入力された際に、鉛直変位を生じ、これによって弾性体１３，２３内部に配設された各補強板２３ａの位置が鉛直下方に変位し、補強板２３ａと凸部５１との位置関係が設定位置からズレてしまい所要の性能を発揮できなくなる虞がある上、弾性変形拘束体１６の剛性内周面を加工するのは、弾性体１３，２３の自由側面（弾性周面）を加工するよりも高コスト化するので、凸部や凹部は弾性体１３，２３側に設ける方が好ましい。

［８．補強板の変形例の説明］
積層型の弾性体２３に用いる補強板１７ａは、具体的に、図１５に示すように構成することが出来る。図１５（Ａ）に示す例では、上沓１１の弾性体２３が配設される側の面の中央部に、突出部２６ａを設け、突出部２６ａの周囲に環状の凹部２６ｂを設けている。また、下沓１２の弾性体２３が配設される側の面の中央部に、突出部２７ａを設け、突出部２７ａの周囲に凹部２７ｂを設けている。したがって、上沓１１と下沓１２との間に配設される弾性体２３は、中央部が薄肉部で、周囲が環状に厚肉部となっている。この弾性体２３の内部には、厚肉部となる外周領域に、環状の補強板２３ａが設けられる。この弾性体２３において、側面には、補強板２３ａの位置に凹部２５が設けられ、弾性層２３ｂの位置に凸部２４が連続して又は断続的に設けられている。勿論、補強板２３ａの位置に凸部２４を設け、弾性層２３ｂの位置に凹部２５を設けるようにしても良い。また、弾性体２３の中央部には、拘束度調節のため、空隙部２８ａを設けるようにしても良い。このような弾性体２３は、中央部が薄肉部で、周囲が環状の厚肉部となっているので、回転追従性を向上させることが出来る。

図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）の変形例で、下沓１２の弾性体２３が配設される側の面が平坦に形成され、上沓１１側のみに、突出部２６ａと凹部２６ｂとが設けられている。この弾性体１７では、下沓１２の弾性体２３が配設される側の面が平坦に形成されているので、下沓１２や弾性体２３の形状を簡素化することが出来、加工コストを削減出来る。この例でも、弾性体２３の中央部に、空隙部２８ａを設けるようにしても良い。また、弾性体２３の側面には、補強板２３ａの位置に凹部２５が設けられ、弾性層２３ｂの位置に凸部２４が連続して又は断続的に設けられている。勿論、補強板２３ａの位置に凸部２４を設け、弾性層２３ｂの位置に凹部２５を設けるようにしても良い。

図１５（Ｃ）は、弾性体２３に同心に、環状の複数の補強板２３ａが同心円状に設けられている。この例では、上沓１１と下沓１２の相対する面、すなわち弾性体２３が配設される面は平坦に形成されている。この例では、上沓１１と下沓１２の弾性体２３が配設される面に突出部２６ａ，２７ａや凹部２７ｂ，２７ｂ（図１５（Ａ），（Ｂ）参照）が設けられていないので、構成が簡素化され、加工コストを削減することが出来る。なお、複数の環状の補強板２３ａは、内周側に一つでも良く、また、外周側に一つでも良く、その数も特に限定されるものではない。また、図１５（Ｃ）では、同じ高さに同心に環状の補強板２３ａを複数設けているが、各補強板２３ａの設けられる高さは、必ずしも同じで無くて良い。この例においても更に、弾性体２３の中央部には、空隙部２８ａを設けるようにしても良い。更に、弾性体２３の側面には、補強板２３ａの位置に凸部２４が設けられ、弾性層２３ｂの位置に凹部２５が連続して又は断続的に設けられている。勿論、補強板２３ａの位置に凹部２５を設け、弾性層２３ｂの位置に凸部２４を設けるようにしても良い。

図１５（Ｄ）は、複数の補強板２３ａが互いに離間して平行に設けられている。この例において、補強板２３ａの枚数は一枚でも複数枚でも良い。この例では、側面に、補強板２３ａの位置に凸部２４が設けられ、弾性層２３ｂの位置に凹部２５が連続して又は断続的に設けられている。勿論、補強板２３ａの位置に凹部２５を設け、弾性層２３ｂの位置に凸部２４を設けるようにしても良い。

図１５（E）は、補強板２３ａの表裏に、複数の環状突出部２３ｃが同心円状に設けられている。この例において、補強板２３ａの枚数は一枚でも複数枚でも良い。また、環状突出部２３ｃの数は、特に限定されるものではなく、例えば一つであっても良い。また、環状突出部２３ｃは、連続した突条部ではなく、断続的なものであっても良い。この例では、弾性体２３の側面の補強板２３ａの位置に凸部２４が設けられ、弾性層２３ｂの位置に凹部２５が連続して又は断続的に設けられている。勿論、補強板２３ａの位置に凹部２５を設け、弾性層２３ｂの位置に凸部２４を設けるようにしても良い。また、環状突出部２３ｃは、表裏の何れか一方の面のみに設けても良く、また、補強板２３ａは複数枚設けるようにしても良い。

［９．その他の変形例］
上述の説明では、本発明の支承装置として橋梁用支承装置について説明したが、本発明は橋梁用支承装置に限定されることはなく、各種の構造物の制震、免震用の支承装置として採用することが出来る。

１ 上部構造物、２ 下部構造物、３ 上部プレート、４ 摺滑部材、５ 下部プレート、６ 摺滑部材、１０ 支承装置、１１ 上沓、１２ 下沓、１３ 弾性体、１３ 凸部
１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ） 弾性体、１４ 凸部、１５ 凹部、１６ 弾性変形拘束体、１６ｂ，１６ｃ 固定手段、１７ 貫通孔、１７ａ 上揚防止片、１８ 芯材、１９ 大径部、２１ 挿通孔、２２ネジ穴、２３ 積層型弾性体、２３ａ 補強板、２３ｂ 弾性層、２３ｃ 環状突出部、２４ 凸部、２５ 凹部、２６ａ，２７ａ 突出部、２６ｂ、２７ｂ 凹部，２８ａ 空隙部、３０ 支承装置、３１ 芯材、３２ 上揚防止片、３３ 大径部、３４ ネジ穴、４０ 支承装置、４１ 芯材、４１ａ 位置決め凸部、４１ｂ 位置決め凹部、４２ 上揚防止片、４３ 大径部、４３ａ ネジ穴、４４ ネジ部、４５ａ 挿通孔、４５ｂ 固定ボルト、４５ｃ 固定孔、４５ｄ 凹部、５１ 凸部、５２ 凹部

Claims (13)

1. 第一剛性体と、第二剛性体と、前記第一剛性体と前記第二剛性体との間に配設される弾性体と、弾性変形した前記弾性体の側面が近接又は当接する位置において、前記弾性体を囲繞する弾性変形拘束体とを備え、
   前記第一剛性体、前記第二剛性体の何れかには、芯材が設けられ、
   前記芯材は、上揚防止部と水平変位防止部とを有し、
   所定以上入力された状態において、前記弾性体は、側面に凸部及び／又は凹部を有し、
   前記弾性変形拘束体は、変形した前記弾性体が当接及び／又は圧接され、前記弾性体の変形を拘束することを特徴とする支承装置。
2. 前記弾性体は、前記第一剛性体と前記第二剛性体と前記弾性変形拘束体とによって囲繞されて略密閉状態とされ、
   前記弾性体への荷重の増大に伴って、より高度な密閉状態へと変化することを特徴とする請求項１に記載の支承装置。
3. 前記芯材は、前記第一剛性体又は前記第二剛性体を貫通していることを特徴とする請求項１又は２に記載の支承装置。
4. 前記芯材は、前記第一剛性体又は前記第二剛性体を非貫通であることを特徴とする請求項１又は２に記載の支承装置。
5. 前記弾性体は、内部に補強板を有することを特徴とする請求項１−４の内何れか１項記載の支承装置。
6. 前記補強板は、リング状であることを特徴とする請求項５記載の支承装置。
7. 前記補強板は、前記弾性体内に同心円状に設けられていることを特徴とする請求項５記載の支承装置。
8. 前記補強板は、厚さ方向に突出した突出部を有することを特徴とする請求項５記載の支承装置。
9. 前記芯材は、前記第二剛性体に設けられ、前記弾性体が前記第二剛性体上に配設され、前記第一剛性体側に前記弾性変形拘束体が設けられ、先端部が前記第一剛性体の貫通孔に係合して前記上揚防止部となることを特徴とする請求項３記載の支承装置。
10. 前記芯材は、前記第二剛性体に設けられ、先端部に、前記弾性体が配設される大径部が設けられ、該大径部の外周部が前記第一剛性体側の前記弾性変形拘束体の端部に係合して前記上揚防止部となることを特徴とする請求項４記載の支承装置。
11. 前記弾性体の側面には、前記補強板の位置又は前記補強板の間の位置の一方に前記凸部又は凹部を形成し、他方に凹部又は凸部を形成することを特徴とする請求項５記載の支承装置。
12. 前記弾性体の前記凸部が前記弾性変形拘束体の拘束面に当接していることを特徴とする請求項１−１０の内何れか１項に記載の支承装置。
13. 前記第一剛性体と第一構造物との間及び／又は前記第二剛性体と第二構造物との間には、摺滑部材が設けられていることを特徴とする請求項１−１２記載の内何れか１項記載の支承装置。

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