JP5697004B1 - 免振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】列車走行による横揺れや、建物の風による揺れを軽減して、構造物の一部に集中する材料疲労を軽減し、信頼性が高く、装置の低廉化が図れ、自然復元力を高めた免振装置を提供する。【解決手段】構築物上部構造物と、離反可能な構築物下部構造物と、前記構築物上部構造物と前記構築物下部構造物の間に備えた片持ち梁のバネと、前記構築物上部構造物と前記構築物下部構造物の円弧状の曲面に狭持した球又はコロと、を備えた免振装置。【選択図】図１

Description

本発明は鉛直荷重が、片持ち梁のバネを挿通し転動体を挟持した構築物上下部構造物の接面から、地震時に転動体に移動する軌道及び建物の免振装置に関する。

鉄道車両軌道等の免振対策としては、車体、台車、軌道等の改良や、地震早期検知システムの研究開発等、様々な分野で行われており、鉄道・運輸機構の「運輸分野における基礎的研究推進制度」による「鉄道施設の高耐震性能化と走行性向上のための免震・制振システムの開発」により、その成果報告として、免振支承とトリガー型固定解除装置から成るアダプティブ免振支承が非特許文献１により発表されており、又、特許文献１による応答変位方向を転換する滑り方式免振装置がある。

特開２０１０−１６８７２９号公報（図１）

鉄道・運輸機構 基礎的研究成果発表会 平成２０年１０月１０日 鉄道用免振・制振システム 研究課題名：「鉄道施設の高耐震性能化と走行性向上のための免振・制震システムの開発」プロジェクトリーダー 家村浩和 京都大学名誉教授他３名（図３２／３４頁） 青木 繁 他４６名執筆 機械工学便覧 基礎編α２ 機械力学社団法人 日本機械学会 代表者 会長 長島 昭 発行 ２００４年１２月２０日 初版１刷発行 （３８頁）

鉄道車両軌道等の免振対策として、特許文献１による応答変位方向を転換する滑り方式免振装置は鋼鉄製滑り球が線路方向から所定の角度の範囲内に規制するように、テ―パ面を有する溝により、その移動を規制されて滑動する事により、線路直角方向に働く地震動による変位を線路方向の変位に転換しようとするものであるが、この作用の反作用として下方受け台及び上方受け台に反復ねじり運動を発生させて部材の疲労を早め橋梁桁にも回転運動を発生させ、又隣り合う橋梁桁の間にギャップを設定して橋梁桁同士の衝突を回避する事は、連続する軌道に緊張圧縮の干渉を与える事となり、列車の運行に支障をきたす問題がある。

非特許文献１によると、列車走行性に対する目標として、大規模地振動に対しては、構造物のみで走行安全性を保つように設計する事は困難であり、地震早期検知システムや、軌道からの脱線・逸脱防止施設等の設置等、鉄道システム全体としたリスク軽減手段が必要であるとの設計の考え方が示されている。

一方、超重量物が高速移動するエネルギーは莫大であり、地震早期検知システムの地震報を受信してから制動措置を行って、列車が安全速度まで減速するのに時間を要し、直下型の地震にあっては地震動が到来するまでに安全速度に減速する事は極めて難しく、構造物のみでも走行安全性を保てる設計に努める必要がある。

非特許文献１は、積層ゴム支承とトリガー型固定解除装置から成るアダプティブ免振支承で、平常時の高速運行を図りながら、大地震時にはトリガー型固定解除装置が作動し、又、地震後にトリガー型固定解除装置を復元して、通常運転を行えるようにする免振装置であるが、トリガーの材質と強度設定が難しく又復元に時間を要する。

前記の特許文献１や非特許文献１の鉄道車両軌道の構築物の免振装置では、列車の高速走行により発生する横揺れ防止対策の為に、それぞれ溝テッパー、トリガー型固定装置を必要とするのは免振装置が重量支持体を兼用している為である。

これらの課題は、通常時の鉛直荷重の支持部が、片持ち梁のバネを挿通し転動体を挟持した離反可能な構築物上部構造物と下部構造物間の接面で、地震時は鉛直荷重が転動体を介して下部構造物に掛かる重量支持機構と免振機構を分離する事で可能となる。

前記の免振機構と重量支持機構の分離は、通常時は離反可能な構築物上部構造物と下部構造物の接面が鉛直荷重支持体で、上部構造物と下部構造物の接面に設けた円弧状の曲面に球又はコロから成る転動体を狭持し、地震時に転動体が円弧状の曲面を転動し、上下部構造物の相対移動により上部構造物の鉛直荷重が転動体に掛かる事による免振機構と重量支持機構を分離した免振装置によって解決される。

本発明は、請求項１ないし２に記載したように構成されているので、以下のような効果を奏する。

請求項１の発明のように重量支持機構と免振機構を分離して、片持ち梁のバネを装着する事により、列車軌道及び建物の免振を確実に行う事が出来る。

すなわち、構築物上部構造物と下部構造物の接面の円弧状の曲面に、空洞の頂点部の深さと同等の直径の転動体を挟持し、通常時は上下部構造物接面が上部荷重の支持部となり、さらに上部構造物と下部構造物間を挿通した片持ち梁バネの剛性により、鉄道軌道及び建物の安定した横揺れの無い列車走行や、風による揺れの無い構築物の基礎とする事が出来る。

地震時は、上部構造物と下部構造物に作用する水平荷重により、転動体が曲面を縁辺部に転動して上下部構造物接面が離反して上部荷重が転動体に移動し、上部構造物と下部構造物間を挿通した片持ち梁バネの曲げ剛性を受けながら上下部構造物が相対移動をする事により免振効果を発揮する。

地震終了後は、上部構造物と下部構造物間を挿通した片持ち梁バネの曲げ変形による復元力と、転動体が曲面頂点に復帰しようとする復元力により、復元装置は不要である。

請求項２の発明は、構築物上部構造物と下部構造物間に既存の免振体であるゴム鋼板積層体を備え、請求項１の水平荷重と併せて垂直荷重に対応し、列車軌道及び建物の免振を確実に行う事が出来ると共に、ゴム鋼板積層体の材料疲労を軽減する事が出来る。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

通常時は、図１Ａにおいて構築物上部構造物１と下部構造物２の接面の円弧状の曲面４に、空洞頂点部の深さＨと同等の直径Ｌの転動体６が挟持され、上下部構造物接面３が通常時の上部荷重の支持部となり、さらに上部構造物１と下部構造物２間を挿通した片持ち梁バネ９の剛性により、列車走行による横揺れや、風による建物の揺れを防止し安定している。

地震時は、図１Ｂの様に、構築物上部構造物１と下部構造物２に作用する水平荷重Ｔにより、転動体６が曲面４を縁辺部に転動して上下部構造物接面３が離反して上部荷重が転動体６に移動すると共に、上部構造物１と下部構造物２間を挿通した片持ち梁バネ９の曲げ剛性を受けながら上下部構造物１,２が相対移動をする事により免振効果を発揮する。

地震終了後は、構築物上部構造物１と下部構造物２間を挿通した片持ち梁バネ９の曲げ変形による復元力と、転動体６が曲面頂点に復帰しようとする復元力により、元位置に復元するので、別途の復元装置は不要である。

転動体を狭持する曲面の数量、面積を増減することにより、転動体に掛かる分担荷重を調整でき、軽い建造物から重い建造物や鉄道軌道等の免振装置として幅広く利用出来る。

転動体の直径、使用本数により、転動体の分担荷重を調整でき、上部構造物や進行車両の軽い物から重い物までの免振基礎として幅広く利用出来る。

本装置に使用する転動体の材質は、上部建造物や走行車両の重量や走行速度により、木質系、合成樹脂系から、コンクリート系、金属系及びそれらの複合物又は混合物等用途に応じて材料の選定が可能である。

本免振装置において、１方向の水平荷重に対して免振機能を求める場合は転動体にコロを使用して、コロ長軸に直交する方向に対して水平荷重を減衰するので鉄道軌道や自動車道路等の免振装置に使用する事が出来る。

本免振装置において、全方向の水平荷重に対して免振機能を求める場合は転動体に球を使用して、建物の免振装置に使用する事が出来る。

片持ち梁バネ材質は使用目的により、合成樹脂系・金属系とする事が出来き、上下部構造物の相対移動の制御及び元位置復元力を調整する事が出来る。

片持ち梁バネ形状は使用目的により棒バネ・板バネとする事が出来、形状を折り曲げ加工をする事によっても、上下部構造物の相対移動の制御及び元位置復元力を調整する事が出来る。

片持ち梁のバネの材質、形状による梁の曲げモーメントによる応力は、非特許文献２を参考にする事が出来る。

片持ち梁棒バネを鞘管に納める事や板バネを被覆する事により、上下部構造物への当接面積を増やす事が出来、上下部構造物の損傷を抑え又、バネの損傷も抑える事が出来る。

片持ち梁バネの設置は上下部構造物に埋め込むか、上下部構造物完成後上部構造物天端から落とし込み方式で設置しても良く、落とし込み方式で設置しておけば、後日片持ち梁バネを引き上げて点検する事が出来る。

図２の様にゴム鋼板積層体１１の周縁に突起柱状の鉛直荷重支持体１５を設け通常時の鉛直荷重支持体とし、上部構造物１と下部構造物２間に挿通した片持ち梁バネ９の曲げ剛性により、列車走行による横揺れや、風による建物の揺れを防止し上部構造物１は安定している。

既存の免振体であるゴム鋼板積層体１１の一方を上部構造物１に固定して他の一方を下部構造物２の円弧状の曲面４に備えた転動体６に接して設置し、地震時は上下部構造物１,２の相対移動により免振効果を発揮する。

全方向の水平垂直荷重に対して、列車軌道及び建物の免振を確実に行う事が出来ると共に上部構造物１と下部構造物２間を挿通した片持ち梁バネ９の曲げ剛性を受けながら上下部構造物１,２が相対移動をする事により免振効果を発揮する。

通常時は、ゴム鋼板積層体１１に上部構造物１の荷重が掛からない構造の為、ゴム鋼板積層体１１の材料疲労を軽減し交換時期を遅らす事が出来る。

突起柱状の鉛直荷重支持体１５により上下部構造物１，２の相対移動及び転動体の初期転動を速やかに開始出来る。

上下部構造物間の空間を利用して、施設の点検・監査廊や電気・ガス・水等を供給する線・管類や、排水施設の設置場所として利用出来る。

（応用例１）
図３は請求項１の免振装置をバラスト路床１３の鉄道軌道１２に応用した横断面図で、構築物上部構造物１、下部構造物２に間に転動体にコロ７を挟持して片持ち梁の棒バネ１０を挿通した構造の免振装置の一例である。

コロと平面体は線接触であるので耐荷重が大きく、転がり摩擦抵抗は少なく、又、コロ長軸方向の水平荷重はコロの摩擦力による滑りで上部構造物に減衰して伝達される。

コロを素材として使用する免振装置によって、平地部、盛り土部、高架部、橋梁部、隧道部等の全軌道施設の抜本的対応策が可能である。

軌道直下の上下部構造物間にコロを使用した免振装置により、構造物の簡素化が可能である。

本免振対策工事の実施箇所が免振対策未実施箇所に接続する所にあっては、免振能力削減緩和区間を設けて、免振機能を漸減して接続する事が出来る。

前記の免振機能削減方法として、コロを次第に進行方向に直交する方向に近付けて配置し、転動による上下部工の相対移動量が進行方向に向くようにして、免振効果を漸減する事が出来る。

（応用例２）
図４は請求項２の免振装置を鉄道軌道１２に応用した横断面図で、離反可能な構築物上部構造物１と下部構造物２を片持ち梁のバネ９で挿通し、突起柱状の鉛直荷重支持体１５を設け、前記構築物上部構造物１と、下部構造物２の間にゴム鋼板積層体１１を狭持し、円弧状の曲面４にコロ７から成る転動体を狭持した構造の免振装置の一例である。

本装置は水平垂直方向の荷重に対して免振効果を発揮する。

走行車両の加減速による加速度の反作用として車両進行方向に働く上下部構造物の相対移動は、片持ち梁のバネ９を板バネにする事でさらに制御する事が出来る。

Ａは、離反可能な構築物上下部構造物間に片持ち梁バネを挿通し、上下部構造物間の円弧状の曲面に転動体を挟持し、接面が重量支持体となっている事を示す免振装置の横断面図である。Ｂは、離反可能な構築物上下部構造物間の曲面に挟持する転動体の転動により上下部構造物が離反して転動体が重量支持体となり、片持ち梁バネが変形して上下部工の相対移動を示す免振装置の横断面図である。 離反可能な構築物上部構造物と下部構造物を片持ち梁のバネで挿通し、突起柱状の鉛直荷重支持部を設け、前記構築物上部構造と、下部構造の間にゴム鋼板積層体を狭持し、円弧状の曲面に転動体を狭持した免振装置の横断面図である。 バラスト路床の鉄道軌道横断面図である。 床板路床の鉄道軌道横断面図である。 高架部の鉄道軌道横断面図である。 建物の横断面図である。 ゴム鋼板積層体を使用した建物の横断面図である。 特許文献１の図である。 非特許文献１の図である。

構築物上部構造物と下部構造物間に転動体を挟持し片持ち梁のバネを挿通し、上部構造物の重量支持機構と免振機構を分離した免振装置で、地震等の揺れに対して構造物の揺れを減衰する事が出来る免振装置に関するもので図５は高架部の鉄道軌道に利用した一例の横断面図である。

図５は転動体にコロを使用して列車進行方向に直交方向の荷重に免振効果を発揮し、片持ち梁のバネに棒バネ又は板バネを使用してバネの曲げ剛性により元位置復元力を高め事が出来る。

図６,７は建物に利用した一例の横断面図で、構築物上部構造物と下部構造物間に片持ち梁の棒バネを挿通し、上部構造物の重量支持機構と免振機構を分離した免振装置で、地震等の揺れに対して構造物の揺れを減衰する事が出来る免振装置に関するものである。

図６,７は転動体に球を使用して全方向の水平方向の荷重に免振効果を発揮し、片持ち梁の棒バネ曲げ剛性により元位置復元力を高め、さらに図７はゴム鋼板積層体１１を使用して垂直方向の荷重に対しても免振効果を発揮する免振装置である。

上記に利用可能となるのは、免振機構と重量支持機構を分離し、片持ち梁のバネを挿通し復元力を高めた信頼性の高い、管理が容易である本免振装置の特徴である。

１ 構築物上部構造物
２ 構築物下部構造物
３ 上下部構造物接面
４ 曲面
５ 空洞
６ 転動体
７ コロ
８ 球
９ 片持ち梁バネ
１０ 片持ち梁棒バネ
１１ ゴム鋼板積層体
１２ 鉄道軌道
１３ バラスト路床
１４ 建物
１５ 突起柱状の鉛直荷重支持体
Ｌ 転動体直径
Ｐ 転動体にかかる荷重
Ｔ 水平荷重
Ｈ 空洞頂点部の深さ

Claims (2)

1. 構築物上部構造物と、
   離反可能な構築物下部構造物と、
   前記構築物上部構造物と前記構築物下部構造物の間に備えた片持ち梁のバネと、上下部構造物接面と、
   前記構築物上部構造物と前記構築物下部構造物の円弧状の曲面に狭持した球又はコロと、
   を備えた免振装置。
   
2. 構築物上部構造物と、
   離反可能な構築物下部構造物と、
   前記構築物上部構造物と前記構築物下部構造物の間に備えた片持ち梁のバネと、
   上部又は下部のどちらか一方が前記構築物上部構造物又は前記構築物下部構造物に固定されたゴム鋼板積層体と、
   前記ゴム鋼板積層体に固定されていない側の前記構築物下部構造物又は前記構築物上部構造物の曲面と前記ゴム鋼板積層体に挟持された球又はコロと、
   前記ゴム鋼板積層体の周縁の前記構築物上部構造物又は前記構築物下部構造物のどちらか一方に固定又は一体化され、他方は前記構築物下部構造物又は前記構築物上部構造物と離反可能な突起柱状の鉛直荷重支持体と、
   を備えた免振装置。

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