JP5774266B2 - すべり調心支承およびその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、建造物を保護するための支承において、前記支承はすべり材を有するすべり調心支承として形成されて、第１の凹形すべり面を備えた第１のすべり板と、前記第１のすべり板の前記第１のすべり面とすべり接触するすべりシューとを有し、前記第１のすべり板の前記第１のすべり面は前記すべりシューのための少なくとも一次元的に安定な平衡ポジションを有し、前記すべりシューは外力の作用に起因した変位の後におのずから前記平衡ポジションに復帰するように構成した支承に関する。

土木・建築における支承の使用可能性は多様である。使用分野の１つは耐震保護である。たとえば橋梁建築では、水平弾性支承のためにひずみ式支承が使用される。

耐震保護システムは地震による破壊作用から建造物を保護するために用いられる。そのために、たとえば、建物をその基盤から切離すことを目的とした支承が使用される。この切離しは他の原因による震動からの保護のために設けられていてもよい。

地震は地震学的に活性な地域においても稀にしか生じないことから、上記システムは原理的に、長寿命、堅牢かつ相対的に保守不要に設計されていなければならない。上記システムの要件にはさらに、耐久的な高い垂直荷重吸収能、地盤の水平運動に対する建物の効果的な切離しないし絶縁および、外部からの作用によってもたらされたエネルギーを散逸させるための十分な散逸能が含まれる。しかしながら、これらの要件に少なくとも部分的に対応し得る従来の耐震保護システムのコストはすでに相当程度のものである。建物への耐震保護システムの追加装備および地震によって損傷を蒙ったシステムの修繕は費用と手間を要する。

ある種の耐震保護システムは基礎絶縁を有しており、つまり、建物は地盤の不測の水平方向運動に対して切離される。この場合、公知のシステム、たとえば摩擦揺動支承において、基礎絶縁ないし材料における減衰効果および／または延性効果によってできるだけ高いエネルギー散逸が行われるようにすることが多い。このようにして建造物自体の応力が低減させられる。

ただし、振動減衰による基礎絶縁のエネルギー散逸が高ければ高いほど、このシステムが地震の後にもはや当初の形状に戻らず、それゆえ、結果として機能性が損なわれる危険はそれだけ大きい。余震によって間接被害を受ける可能性と高いシステム修繕コストがその帰結である。

上記の問題を少なくとも部分的に解決するシステムが米国特許第５，８６７，９５１号明細書に記載されている。この特許は、低摩擦の熱可塑性合成樹脂がすべり材として使用される耐震保護用すべり調心支承に関する。この支承において、地震の揺れ後に支承がその当初ポジションに復帰することは保証される。ただし、熱可塑性合成樹脂を使用する場合には、支承要素、たとえば対抗材における比較的わずかな不精性、幾何学的ずれおよび欠陥が早くも支承特性全体に不都合な影響をもたらすことがある。

たとえばすべりシューがそれに比較して相対的に大きく薄いすべり板に接している場合には、すべりシューは比較的小さな荷重作用点で板を押圧することになる。こうして、長い持続的な荷重下で、すべり板の下のコンクリートに沈下窪みが生ずる。その結果として、使用されるすべり材はその対抗面にもはや正確な球面で接するのではなく、スチール材ないし対抗材にめり込んだ窪みを生じている。

上記の沈下の他に、球面をなして互いに密接する双方の面が等しく形成されない弾性ひずみまたは加工不精性が存在することがある。したがって、双方のすべり材の双方のすべり面は精確には合致していない。

これらの要因は結果として過負荷をもたらし、長期的には、特に接触しているすべりシューの端縁領域においてすべり面の破損を生ずる。より大きなすべり面を形成している薄い材料はこれらの箇所で摩耗する。こうして摩擦特性は変化する。その結果、支承は使用時にもはや正しく機能しないことになる。

一方向に弾性復元する従来のひずみ式すべり支承の場合にも、平衡線への正確な復元が行われなければ問題が生ずる。この場合、とりわけ、材料の老化プロセスが一定の役割を果たすことがある。

上記から出発して、本発明の目的は、長寿命で堅牢、保守不要かつ安価で、既存の建物にわずかな費用で追加装備し得る支承を提供することである。この場合、高負荷後ならびに比較的長期の静置期間後にあっても平衡ポジションへのできるだけ正確な復元力が維持されるようにすることが意図されている。

前記課題は請求項１に記載の建造物用支承によって解決される。

本発明による建造物保護用支承はすべり材を有するすべり調心支承として形成されている。これは第１の凹形すべり面を備えた第１のすべり板と、前記第１のすべり板の前記第１の凹形すべり面とすべり接触する接触面を備え前記接触面は前記第１の凹形すべり面の曲率に適合する凸形に形成されるすべりシューとを有している。前記第１のすべり板の前記第１の凹形すべり面は前記すべりシューのための安定な平衡ポジションを有し、前記すべりシューは外力の作用に起因した変位の後におのずから前記平衡ポジションに復帰するように構成されている支承を前提とする。そして前記すべり材は、前記凸形の接触面を形成し、すべり接触する相手材になる前記第１の凹形すべり面よりも柔らかないし弾性があり、ＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）を含み、特に前記第１の凹形すべり面の沈み込み深さに関して、前記第１の凹形すべり面の基準面からの少なくとも０．５ｍｍのずれを補償するのに十分な弾塑性均衡特性を有するすべり材が選択されていることを特徴とする。

前記支承は耐震保護支承として外部からの作用を相殺することができる。震動を引き起こす作用として、たとえば地震が考えられるが、ただし、運動質量（たとえば車両、航空機、船舶）の衝突も考えられる。爆発または爆発の結果として建物に衝突する質量も建物に外力を作用させることがあり、本発明による支承はこの作用も吸収するように意図されている。

すべり調心支承において、地震によってシステム全体にもたらされた運動エネルギーの少なくとも一部は先ず位置エネルギーに変換される。そのため、基盤に対する側方力の作用下で、支承の建物側部分はその平衡ポジション、特に安定な平衡ポジションから外れて運動し、その際、振り子と同様に、運動エネルギーの一部は位置エネルギーに変換される。平衡ポジションからの最大変位（したがって、最大位置エネルギーを有するポジション）に達すると、建物質量は建物基盤に対して相対揺れ戻りを生じ、安定な平衡点を過ぎて反対側に向かって運動する。こうした振動減衰は、質量が、振り子の場合と同様に、供給された初期エネルギーを放出して、平衡ポジションに停止するに至るまで持続する。

すべり調心支承の振動周期は、振り子の場合と同様に、質量に依存している。これにより、耐震保護支承の最適設計が可能である。さらに、いずれにせよ従来のエラストマー支承に比較してコスト上の利点をもたらすこの支承は、軽量の建物および付加荷重の変動する建物への使用にも適している。加えてさらに、このすべり調心支承の全高が低いことにより、既存の建物への追加装備を低コストで実施することができる。このすべり調心支承の構造は全体としてシンプルである。

すべり材の摩擦係数が低いことにより、（従来の技術による摩擦揺動支承とは異なる）すべり調心支承が得られる。すべり調心支承の摩擦が小さければ小さいほど、すべりシューは、エネルギー散逸低下時に、ますます正確に安定な平衡ポジションに復帰することができる。他方、摩擦が大きい場合には、すべりシューは揺動終了後にセンタリングせず、（平衡点周囲の勾配が非常にわずかであるために）支承中心点に復帰しないと推定される。揺れが持続する場合には、場合により、支承の大きさ、特に支承直径が、作用する力を吸収するのにもはや十分ではないという問題が生ずる。優れたエネルギー散逸を主眼とする従来の摩擦支承とは異なり、本発明の場合、摩擦係数は最小に抑止されて、安定な当初ポジションへのシステムの復帰が確実とされているために、本支承は余震に際しても前もっての保守を施す必要なしに新たな対処が可能である。

弾塑性均衡特性を有するすべり材の選択により、さらなる利点が達成される。この材料の軟らかさと適合能とによって不精性を補償することができる。たとえば、弾塑性挙動に際して、幾何的基準値、たとえばすべり面の基準曲率半径からのずれが補償される。したがって、支承の製造ならびに保守に際して、寸法公差を遵守することは容易になる。さらに、製造に起因するものであれ、外部からの作用によって長期的に引き起こされたものであれ、たとえば、すべり面の表面構造の欠陥も補償することが可能である。それゆえ、すべり面の局所的な沈下ならびに曲率半径の誤差が支承特性に不適な効果をもたらすことを防止することができる。

従来の技術に関連して述べた、相対的に大きく薄いすべり板に対するすべりシューの比較的小さな支保面によって形成される沈下は弾塑性部材によって補償することが可能である。この補償は、すべりシューの接触面に配置されたすべり材の変形能が、硬質すべり材の場合にそうであるように、キャリア材料の剛性端縁が対抗面にめり込まない程度のものであるようにして行われる。摩擦特性および摩耗特性が大幅に変化してしまうような、すべり板へのすべり材端縁の押圧が阻止されて、使用時の相対的にスムーズなすべりが補償される。

沈下窪みの影響の他に、球面をなして互いに密接する双方の面（つまり、一方ですべりシューのすべり材の接触面、他方ですべり板のすべり面）のずれ、ならびに、たとえばすべり面の弾性ひずみも、弾塑性均衡特性を有したすべり材によって補正される。したがって、双方のすべり材のすべり面が正確には合致しないとの事態をもたらす影響因子は補償されることができる。こうして、本発明による弾塑性均衡特性を有するすべり材によって、荷重下にあってもすべり材が球面をなしてすべり面にきちんと接することが可能になる。

すべり材の弾塑性均衡特性は、すべり面の沈下深度に関して、０．５ｍｍ、１ｍｍまたは２ｍｍのずれさえも補償することができる。つまり、基準すべり面の基準面からの０．５ｍｍ、好ましくは１ｍｍ、特に好ましくは２ｍｍのずれは材料の弾性特性によって相殺される。

さらに、弾塑性均衡特性を有したすべり材のベッディング挙動は従来の剛性すべり材に比較して優れている。この部材の撓みによってすべり板の変形（たとえば沈下窪み）は相殺される。すべり板の曲率は、荷重作用下の変形を計算に入れる必要なしに、最適調整することができる。これにより支承の設計は全体として容易になる。

この点で、すべり材の弾塑性均衡特性はすべり材の流動性が限定的でしかないことを意味している。すべり材は支承荷重を受ける際に、すべり材がそれらの間に配置されている支承要素間のすべり隙間で流動することは確かである。ただし、この流動は双方の支承要素の直接の接触が懸念される点を越えることはない。

通例、すべり材は互いに相対すべりする支承要素のうち小さい方の接触面を有する支承要素に係合係止されている（つまり、凹所に嵌め込まれて係止されている）。凹所に嵌め込まれたすべり材は凹所縁よりものび上がった突出高さを有しており、この突出高さが隣接する支承要素との間隔、したがってすべり隙間の幅を決定する。すべり材が凹所に係合されている場合にも、弾塑性均衡特性を有した本発明によるすべり材は支承荷重下ですべり隙間内で限定的に流動する。ただしこの流動は一方の支承要素が他方の支承要素に圧接されるよりも十分以前に完了停止するに至るため、いずれにせよ双方の要素の直接の接触は阻止される。

従来のひずみ式すべり支承に代わるものとして本発明によるすべり調心支承が使用される場合にも利点が得られる。

すべり材は特に、すべりシューの少なくとも小さい方のすべり面とすべりシューと接触しているすべり板のすべり面との間に配置されている。弾塑性均衡特性を有するすべり材は、すべり材のためのすべり面として設けられている対抗材よりも柔らかないし弾性がある。軟らかい方の材料が端縁で引っ掛かりを生じたりまたは損傷を被るのを防止するため、小さい方の面に軟らかい素材が必然的に配されなければならない。

すべり材はＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）を含み、特に基本的にＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）からなっている。

ＵＨＭＷＰＥは本発明によって求められているような弾塑性均衡特性を有するすべり材である。このすべり体は、たとえば弾塑性焼結すべり材として製造することが可能である。材料改質またはすべり系の変更によって摩擦を的確に調整することが可能である。ＵＨＭＷＰＥには、少なくとも表面領域に潤滑剤を加えて、低摩擦要件ならびにエネルギー散逸特性のいずれにも配慮した一定の摩擦係数を的確に設定することが可能である。さらに、ＵＨＭＷＰＥはすべり材として、設定された摩擦係数が低温時にも高度に安定的であるという好適な特性を有している。ＵＨＭＷＰＥ材料のさらなる利点は老化が低度である点にある。さらにこの材料は摩耗に強いため、この支承は、たとえば地震が複数回に及んでも耐震保護システムとして使用することが可能である。

ＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）は、揺れ後の当初ポジションへの効果的かつ完全な復帰ないし復元を可能にするすべり特性を有している。したがって、この支承の機能性は揺れ後にも保証されている。さらに、基盤に対する建物の変位が防止される。この支承は揺れ後に基準ポジションに復帰することができる。揺れの間の中央位置の変動は防止されている。

凹所係合によってＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）の流動が制限されていることにより、大きな荷重時にもすべり隙間によるすべり材の流動展延は防止されている。

ＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）は、純粋な形でも、その他の材料との均一な混合物の形でもあるいは異質材料と複合された形でも、すべり材として使用することが可能である。

特に耐震保護システムにおいて、上記の特性を有したＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）を含むすべり支承材料により、従来の技術による公知の支承とは異なって、支承の容易な構造計算、寸法決定ならびに設計が可能である。

好ましい一実施形態において、すべり材は添加成分、特に潤滑剤成分を有している。この成分をすべり材に組み込むことにより、摩擦係数を的確に調整することができる。特に、セレクトされた対抗面との組み合わせによるすべり材の適切なセレクトにより、すべり調心支承の復元挙動を最適化することが可能である。

ただし、当業者によく知られた添加剤を加えることにより材料のその他の物理的特性、たとえば剛性、弾性、安定性または耐久性を改善することも考えられる。

すべり材の少なくとも１つのすべり面には潤滑剤が埋封されていてよい。たとえば、すべり材は多孔質表面構造に潤滑剤が取り込まれた焼結体であってよい。この材料は種々異なった材料成分が均一に分布した均質材料であるかまたは個々の材料成分の濃度が相異する不均質材料として形成されていてよい。

すべり材は好ましくは、摩擦係数と所定の単位面積圧力範囲内の単位面積圧力との積が基本的に不変であるような、すべり支承の単位面積圧力に応じた摩擦係数を有している。摩擦係数と単位面積圧力との積から、すべり支承の（水平力として基本的に水平方向に向いた）摩擦力が算定される。この場合、単位面積圧力は支承に作用する垂直力に相当している。水平力が不変であること、つまり単位面積圧力とは無関係であることの利点は、建物の重量とは関係なく、所定の区間で全く一定のエネルギー量が散逸させられる点にある。したがって、調心支承の場合、それぞれの振動サイクルにおいて全く一定のエネルギー量が支承によって放出される。これは荷重状態が種々相違することのある建物ないし構造物（たとえばタンク）の場合に重要な役割を果たす。さらに、あらかじめ構想された支承を荷重の相違するさまざまな建物に使用することが可能である。支承によって吸収される単位面積圧力への適合化は不要とすることができる。換言すれば、これによって多種多様な構造の建物に標準支承を使用することが可能になる。

すべり材は好ましくは、すべり支承の支承要素間の速度にかかわりなく基本的に不変の摩擦係数を有している。すべり材のこうした特性は、建物部分と基盤とが相互に変位する際の速度が予測困難であることから、耐震保護において特に好適な結果をもたらす。摩擦が速度とは無関係であることにより、速度の影響を顧慮する必要なしに、すべり支承の構造計算と要件に応じた設計とを容易に行うことが可能になる。

支承は好ましくは、金属すべり層、特に硬質クロム、アルマイトまたは化学ニッケル（リン酸ニッケル）を有する金属材料を含んだ、前記すべり材と接触する対抗材を有していてよい。

前記対抗材は、特に研磨ステンレス薄鋼板からなる少なくとも１つの金属薄板を含んでいてもよい。

前記金属薄板は前記すべり板に結合されずに密接し、特に係合係支されていてよい。前記金属薄板が前記すべり板と固着結合されている場合には、薄板を伝播する波が外側に向かって移動し、同所に設けられた固定手段を損傷または解離させることがある。これに対して単に係合係支されているだけの薄板は自由に振動することができ、こうして、一方の支承要素との連結を損傷することなく振動エネルギーを放出することができる。こうした理由から、対抗薄板のいわゆる「浮動式支持」が特に好適である。

支承は、特にポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリテレフタル酸エチレンまたはポリテレフタル酸ブチレンのグループのプラスチックを含んだ、前記すべり材と接触する対抗材を有している。通例、いかなる場合にも、前記対抗材は弾塑性均衡特性を有した前記すべり材と少なくとも同じ硬度を有するかまたはそれ以上の硬度を有している。

前記対抗材は前記平衡ポジションと前記すべり面の端縁との間で変化する摩擦係数を有している。この摩擦係数は特に前記すべり面の端縁に向かって増大してゆく。こうして、絶縁が改善されると、前記すべり面の中央領域におけるすべりシューのセンタリング復元の向上が達成される。摩擦が外側に向かって増大することにより、これらの領域において、支承による地震に起因したエネルギーの散逸の向上が実現される。

支承は特に２％の摩擦係数を有している。従来の技術では高温時でさえも６％の摩擦係数を下回ることはほとんどないが、本発明によってセレクトされたすべり材にあっては低温時にも５％、４％、３％または２％という遥かに良好な値による摩擦が達成される。この場合、良好な摩擦とは、水平力−変位−ヒステリシスループ面と、最大水平力と最大水平方向変位とによる当該矩形面との比として定義された、絶対的に小さい摩擦係数μとして理解される。これは、以下の概略的な図を含む表に基づき、μ＝Ａ／（４＊Ｖ＊Ｄ）による当該変位実験から得られるが、ここでＶは垂直支承荷重を表している。この実験において同じく認められる、各方向変化時ならびに始動時に克服さるべき粘着摩擦の、すべり摩擦に対する高まりは、本発明によってセレクトされた材料にあっては、一般に５０％〜１００％以下、特に１０〜２５％でしかない。

好ましい一実施形態において、支承は、すべりシューとの揺動継手を経てすべりシューに対して相対傾倒ないし相対旋回し得るように配置された支承板を有している。この場合、前記揺動継手は傾倒面を定義するが、この傾倒面はすべりシューとすべり面との間の接触によって定義されるすべり面の上方または下方に配置されていてよい。前記揺動継手は、たとえば球状玉受けを有した玉継手として形成されていてよい。

前記支承板はすべりシューの上側または下側に配置されていてよい。

好ましくはすべり支承は、すべりシューと接触する第２の凹形すべり面を備えた第２のすべり板を有している。

特にすべりシューは、第１のすべり板と第２のすべり板との間に、第１と第２のすべり板にすべり接触して配置されている。

このすべりシューは、第１のすべり板に対しても第２のすべり板に対しても同じく変位可能および／または旋回可能に配置されていてよい。こうして、双方のすべり板はそのコンビネーションによってすべりシューの旋回および変位を可能にする。

第１のすべり面と第２のすべり面とは基本的に同一の曲率を有している。こうして、平衡ポジションからのすべりシューの変位は双方のすべり面に等しく配分される。この実施形態の利点は、安定な平行ポジションからの変位時のすべりシューの傾倒を補償する揺動継手を不要とし得る点にある。さらに、１つのすべり面と固定された揺動継手とによる方式に比較して支承の最大可能変位は倍増される。

別法として、第１のすべり面と第２のすべり面とは異なった曲率を有していてよい。この実施形態において、双方の対抗面への変位の配分は異なったものとなる。

特にすべりシューは、揺動継手を経て連結された２つの部材によって少なくとも二体式に構成されている。この揺動継手により、双方のすべり面の曲率半径が相違していても相互相対傾倒が可能になる。

好ましくは第１のすべり面と第２のすべり面とは異なったすべり特性、特に異なった摩擦係数を有していてよい。このようにして、システムの総摩擦係数に的確な影響を及ぼして、総摩擦係数を調整することができる。

すべりシューは接触面において異なった単位面積圧力を達成するために第１のすべり面と第２のすべり面とに対して大きさの異なる接触面を有していてよい。たとえば、対抗面に接するＵＨＭＷＰＥからなるすべり材の直径は異なって選択することができる。この対策によっても、システムの総特性の最適調整が可能になる。

前記すべり面の少なくとも一方は不変の曲率を有していてよい。

前記すべり面の少なくとも一方は、すべりシューの復元センタリングを向上させるために、緩和曲線、特にクロソイドカーブで形成されていてよい。曲率半径と支承中心点からの距離との間の機能的相関性ないし曲率半径と位置座標との間の機能的相関性により、（その他の数値、たとえば摩擦等との組み合わせで）支承の復元挙動を調整することが可能である。クロソイドカーブは特に好適な復元挙動を実現する。

すべり面の端縁領域には、平衡ポジションに対するすべりシューの変位を制限するための制限体が配置されていてよい。この制限体は、たとえばすべり板の縁に設けられたリブの形で形成されていてよい。これにより、極端な場合にすべりシューがすべり板から外れてしまうことが防止される。複数のすべり板が設けられている場合には、個別にまたはこれらのすべり板すべてに制限体が備えられていてよいことは言うまでもない。

支承はさらに、すべり材がその埋め込まれている凹所縁よりのび上がって、対応するすべり板のすべり面に達するすべり材突出高さの測定によって支承の状態を判定する監視装置を有していてよい。換言すれば、すべりシューと、すべりシューがすべり材を経て密接する当該すべり板のすべり面との間のすべり隙間の大きさが測定される。すべり隙間が十分な大きさであって、地震時におけるすべりシューとすべり面との直接の接触が確実に回避されれば、支承は正常であると見なすことができる。この前提条件がもはや所与でない場合には、支承の保守が行われなければならない。したがって、上記監視装置は簡単な隙間幅測定によって、支承がなお使用可能であるか否かを確実に明らかにすることができる。

多くの場合、簡単な目視検査によっても、支承の状態判定に関する十分な成果がもたらされる。これにより、従来の構造に比較して、保守を簡易化して、目視検査に限定することができる。

すべり面は、平衡ポジションが平衡点であって、変位時の復元センタリングが二次元で行われるように形成されていてよい。特に耐震保護のため、少なくとも１つのすべり面はドーム状であって１つの平衡点を有するように形成されている。したがって、復元力は二次元で作用して、当初ポジションへの復帰が行われる。

本タイプの支承が、たとえばＥＮ１３３７−１、表１、Ｎｏ．１．５に準拠したひずみ式すべり支承に代わるものとして使用される場合には、すべり面は、平衡ポジションが点ではなくて平衡線であって、変位時の復元センタリングが一次元で行われるように形成されていてよい。このすべり面は円筒縦軸と平行な平衡線を有した円筒周面の一部として形成されていてよい。この場合、変位時の復元力は円筒縦軸に対して横向きに作用し、他方で、縦軸に沿って復元モーメントなしの補償運動が可能である。この支承は一軸すべり調心支承と称することができる。従来のひずみ式すべり支承では、原理的に、弾性ゴム変形による一次元の復元が行われる。この弾性復元は本発明にあっては振り子式揺動を通じた平衡ポジションへの復帰によって行われる。他方、支承は第二次元ないし第２の方向には、いずれの場合にも、実際に妨げられることなくすべりを行うことができる。

本発明により、上記支承は、外部からの作用、特に地震による運動および震動に際して地盤と建造物との切離しを行うために使用される。この支承は耐震保護システムの一部として建造物基盤と当該建造物との間に配置されている。特に橋梁建築および地上構築物において耐震保護すべり支承に本発明によるすべり材を使用することにより、長寿命、堅牢かつほとんど保守不要であって、しかも数多くの耐震保護システムに組み込むことのできる支承が実現される。

上記支承の別途使用は土木・建築構造物部分の水平弾性支承に関する。この支承はこうした使用に際して従来のひずみ式支承に代替する。特にこうした使用には、一方向に復元力が働き、他方向には相対的に自由なすべりが可能な、上述した平衡線を有するすべり調心支承が適している。

本発明のその他の特徴および利点は下記の特別な実施例の説明によって明らかになる。

図１ａには、たとえば地上構築物の耐震保護に使用可能なすべり調心支承１が表されている。この支承１は、地震に起因する水平な地震動に対して基盤２から建物３を絶縁するために、建物基盤２と建物３との間に配置されている。

建物３は上側すべり板５と結合されており、この上側すべり板は凹形球面状のすべり面５’を有している。上側すべり板５のすべり面５’には、たとえば金属材料、たとえば硬質クロム、アルマイト、化学ニッケル等の被着が行われている。

特にすべり板５は、すべり面５’を有しかつ前記材料のいずれかを含むまたは前記当該材料からなる独立した部材と結合されていてよい。独立した部材として考えられるのは、金属薄板、たとえば研磨ステンレス鋼薄板である。

特別な一実施形態において、前記の独立した部材はすべり板５の一部でもなくまたそれと結合されてもいず、対応した凹所に係合係止されているだけであり、それにより、前記すべり板５の表面に沿った側方変位が防止されている。ただし、こうした係止が行われる場合には、独立した部材にとって一定の運動の余地が存在するため、前記部材に伝達されて振動を引き起こす外力および震動は係止手段の破損を引き起こすことはない。

下側板６は建物基盤２と結合されている。この下側板６は凹形球面状に形成された部分を有し、該部分は傾倒面６’を含んでいる。

すべり板５と下側板６との間には、すべり面５’ないし傾倒面６’に形状が適合されたすべりシュー４が配置されている。すべりシュー４はすべりシュー４上方に配置されたすべり面５’に接触する上側接触面４ａと、すべりシュー４下方に配置された傾倒面６’に接触する下側接触面４ｂとを有している。すべりシュー４の下側接触面４ｂの領域は、対応する球面状傾倒面６’とほぼ同じ半径で凸形球面状に形成されている。こうして、すべりシュー４は下側板６に対して相対傾倒することができる。

前記すべりシューと接触している傾倒面６’はいずれにせよ、すべりシュー４の傾倒を可能にする対抗材からなっている。特に、図１ａに表されているように、傾倒面６’は下側板６に係合係止された第１のすべり材７によって形成されることができる。第１のすべり材７は任意の適切なすべり材、たとえばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）またはＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）で構成することができる。ただし、このすべり材は、もっぱら傾倒が可能とされる限りで、他の非弾性材料から製造されていてもよい旨強調しておくこととする。

さらに、すべりシュー４は上側接触面４ａを経てすべり板５のすべり面５’とすべり接触している。この場合、すべりシュー４の接触面４ａの曲率はすべり面５’の曲率に適合されている。すべり面５’の曲率は相対的に小さく選択されており、つまり、曲率半径はすべり板５の水平方向長さに比較して大きい。その結果、すべり板５は、たとえば地震による外力の作用時に、すべりシュー４下方に配置された傾倒板６に対して水平方向相対運動を実施することができる。これにより、建物３に対する地震の揺れに起因する基盤２の水平方向震動は吸収ないし相殺されることができる。というのも、建物３は基盤２の水平方向変位時にその慣性力によってその位置を全体として保持するからである。すべり板５に対するすべりシュー４の相対側方変位はすべり面５’の外縁に配された端縁制限体８によって制限される。

本発明にとって重要な点は、前記すべりシューの上側接触面４ａが第２のすべり材９ａによって形成されていることである。第２のすべり材９ａはすべりシュー４に係合係止されている。第２のすべり材９ａは弾塑性均衡特性を有する低摩擦プラスチックのすべり材からなっている。このすべり材は適切な流動性を有している。つまり、この材料は荷重下ですべりシュー４の本体とすべり面５’との間のすべり隙間で一定程度圧縮されるが、ただし、すべり面５’がすべりシュー４の本体に直接接触しない程度に圧縮されるにすぎない。

第２のすべり材９ａ用のすべり材として適しているのは、たとえばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）または、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）および／またはＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）を少なくとも一定割合で含んでいる材料である。特に、すべり材９ａはＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）から焼結によって製造されていてよい。この材料自体には、必要に応じ、潤滑剤または添加剤を混合することができる。したがって、すべり材はその表面に潤滑剤が埋め込まれた多孔質焼結材料として形成されていてよい。すべり材９ａはさらに、すべり面５’に対向する接触面に、潤滑剤を収容するポケットを有していてよい。

すべり材９ａは高い垂直荷重吸収に適している。この材料はさらに、その非剛性相対弾性挙動により、従来の支承において高い単位面積圧力によって生ずることのある圧こんを補償することができる。したがって、この弾性材料は沈下窪みに適合し、すべり面５’の表面性状の不整性またはすべり面５’の曲率半径のずれを補償することができる。すべり面５’の曲率半径は、すべり面５’に生じ得るひずみを顧慮する必要なしに、最適調整することができる。総じて、支承組付け時の製造公差の遵守は容易になる。

さらに本発明により、すべり材９ａの摩擦係数は外気温が低い場合にも従来の支承に比較して低い。これらのすべり材は高度な温度安定性の他に、低度の老化と高度の耐摩耗性によって優れている。したがって、すべり材ＵＨＭＷＰＥにより、長寿命の、堅牢かつ相対的に保守不要の耐震支承が実現される。

接触面４ａとすべり面５’との間の摩擦がわずかであることにより支承の復元挙動が改善される。これが意味するところは、支承１は地震動に応じて揺動し、最終的にすべりシューが相対的に正確にすべり板５の中心（つまり、安定した平衡ポジション）に落ち着くということである。したがって、支承１は震動後に、さらなる調整ないし外部からの干渉なしに、再び震動に対処し得る態勢にある。

本実施例において、（すべり面５’に相当する）すべり面は（傾倒面６’に相当する）すべり面上方に配置されている。ただし、傾倒面がすべりシュー上方に配置され、（前記すべり面に相当する）すべり面がその下方に配置されていてもよいことは当業者には明白である。

図１ａに示したすべり調心支承は安定した平衡ポジションに位置している。これはシステム全体のポテンシャルエネルギーが最小であることを意味している。システムの重心は（少なくとも局所的に）最深のポジションに位置している。

他方、図１ｂは、システムが非平衡状態にある場合を示している。すべり調心支承１において、すべりシュー４はその平衡ポジションｍから大きさｕだけ基本的に水平方向側方に変位している。中心ｍから外側へのすべり面５’の湾曲により、すべりシュー４（ならびにすべりシューによって担持されたすべての要素）の重心も上方へ変位させられた。これにより、地震によって基盤２にもたらされた運動エネルギーは先ず位置エネルギーに変換された。地震の揺れの後、すべりシュー４は再び平衡ポジションの方向に戻り運動し、続いて、揺れによってシステムにもたらされたエネルギーが支承によって逃がされ切るまで揺動する。

システムの振動数は、振り子と同様に、システムの質量とは無関係である。これによって耐震支承の最適設計が可能になる。特に、この支承は軽量の建物にも適している。

復元力はすべり面５’の曲率半径ならびにすべり材９ａのすべり特性に依存している。本発明によれば、弾塑性変形可能な低摩擦部材９ａが使用される。これにより、基盤２に対する建物３の低摩擦による水平方向相対変位が可能とされるだけでなく、変位時に、すべりシュー４とすべり面５’との間の摩擦を克服して、すべりシュー６を安定した当初ポジションに復帰させることのできる高い復元力も有効になる。

前記態様により、地震後の基盤２に対する建物３のずれは実質的に生じないことが保証される。したがって、費用のかかる地震後補修は不要である。さらに、この耐震構造は長期にわたり、特に一定期間に何度かの地震に見舞われても、修繕を要することも機能に支障を生ずることもなく使用することが可能である。保守作業は簡単な支承目視検査に限定される。

図２ａおよび２ｂには、本発明によるすべり調心支承１のさらに別の一実施例が表されている。

建物基盤２と建物３との間に配置された支承１は第１の凹形球面状のすべり面５’を備えた第１のすべり板５を有している。

ただし、前記第１の実施例とは異なり、第２の実施形態の支承１は、傾倒面６’を備えた下側板６に代えて、建物基盤２と結合された第２のすべり面６’を備えた第２のすべり板６を有している。したがって、（図１に示されるような）１つのすべり面と１つの傾倒面とに代えて、２つのすべり面５’，６’が設けられている。すべり面５’，６’は図１ａに関連して述べたすべり面５’と同様に形成、配置されていてよい。面５’，６’はこの実施形態において同一の曲率半径を有している。

すべりシュー４はすべり板５とすべり板６との間に配置されている。すべりシュー４は第１のすべり面５’と接触する第１の接触面４ａと、第２のすべり面６’と接触する第２の接触面４ｂとを有している。

接触面４ａ，４ｂは、この実施例において、第１のすべり材９ａおよび第２のすべり材９ｂの表面によってそれぞれ形成される。すべり体９ａ，９ｂはブロックまたはディスクとして形成されている。図１ａに関連して述べたすべり材９ａと同様に、この実施例のすべり材９ａ，９ｂも適切なすべり材、たとえばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）またはＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）からなり、弾塑性均衡特性ならびに対応する対抗面５’ないし６’に対する比較的低い摩擦を有している。すべり材９ａ，９ｂはすべりシュー４の本体の上側面ないし下側面に係合係止されている。

すべり材９ａおよび９ｂの材料、配置および特性については、図１ａ，１ｂに関連して述べたすべり材９ａに関する記載を参照されたい。これは特に、図１ａないし１ｂのすべり面５’と同様に形成されて、同様に配置されている対抗面５’，６’についても同様である。すべり材９ａ，９ｂは、材料、接触面の大きさ、（たとえば潤滑剤／材料選択によって）調整された摩擦等に関して同一であっても、また相異していてもよい。

図２ａにおいて、支承１は平衡状態で表されている。他方、図２ｂは地震の揺れによって水平方向に最大限に変位した支承１を表している。変位はすべり面５’，６’の外縁に配された制限体８によって制限される。図２ｂから明らかになるように、最大変位ｕは、支承１のその他の寸法が同一であれば、図１ａの場合のおおよそ２倍である。総変位ｕは板５，６に均等に配分されている。

図２ｂの場合、すべりシュー４の傾倒はすべり板５，６が同一の曲率半径を有することによって均衡させられる。第１の板５に対するすべりシュー４の傾倒は第２の板６に対するすべりシュー４の反対向きの同じ傾倒によって均衡させられる。

建物３は地震の揺れに際してその慣性によって当初の位置に留まることから、建物３と基盤２との間に相対変位が生じ、したがって、すべり板５と６との間に相対変位が生ずる。すべり材９ａ，９ｂというすべり支承材料を有したすべり調心支承１により、双方の要素５，６の間に基本的に水平方向の相互相対変位が生ずる。こうして、建造物は地盤から絶縁ないし切離しされる。

地震の揺れに応じて建物３はすべりシュー４と共に中央の平衡ポジションｍを中心にして揺動する。その際、地震の揺れによってシステムにもたらされたエネルギーは摩擦力によって熱に変換されて、支承１を経て逃がされる。こうして、すべり調心支承１の振動は減衰させられる。すべり面５’，６’とすべりシュー４との間に弾塑性均衡特性を有する低摩擦材料からなる支承部材９ａ，９ｂを使用することにより、すべり挙動（中心位置への復元）と沈下挙動が大幅に改善される。

図３は図１ａ，２ａに示した実施形態のコンビネーションを示している。

上述したような２枚のすべり板５，６の間に二体式のすべりシュー４が配置されている。このすべりシューは、図１ａに示したすべりシュー４とほぼ同様に形成された上側部材１０を有している。すべりシュー４は上側接触面４ａによって第１のすべり面５’と接触している。上述したように、すべりシュー４のすべり面４ａは本発明との関連で説明した特性を有した第１のすべり材９ａによって形成されている。

すべりシュー４の第１の部材１０下方に配置された第２の部材１１は第２の接触面４ｂを経て下側すべり板６の下側すべり面６’と接触している。この下側接触面４ｂも本発明によるすべり材の特性を有するすべり材９ｂによって形成されている。

この実施形態において、上側すべり面５’と下側すべり面６’とは異なった曲率半径で形成されており、支承１は技術的必要条件に最適適合されることができる。

この場合、下側すべり板６に対する上側すべり板５の傾倒はすべりシュー４の下側部材１１に対するすべりシュー４の上側部材１０の玉継手状の支持によって実現される。上側部材１０と下側部材１１との間にはすべり材７が配置されていてよいが、ただしこれは本発明の範囲において必ずしも不可欠ではない。すべり材７は図１ａに関連して述べられたすべり材７と同じ特性を有していてよい。

ＥＮ１３３７−１、表１、Ｎｏ．１．５に準拠した従来のひずみ式すべり支承に代わるものとして本すべり調心支承が使用される場合には、本明細書の各図は支承の断面と見なすことができる。他方、支承１は縦方向においては、自由なすべりが可能であるように形成されているであろう。この場合、（たとえば、すべり板がドーム状に形成されている場合のような）平衡点に代えて、平衡線が設けられている。たとえば、すべり板は最低線を有した凹形円筒面として形成されていてよいであろう。これを使用する場合にも、従来のひずみ式すべり支承に比較して、復元センタリングの改善ならびに、要件の点でより正確かつより柔軟な支承設計が実現される。

平衡ポジションにある、本発明によるすべり支承の第１の実施形態を示す図である。 地震に起因した変位時の、図１ａに示した前記すべり支承を示す図である。 平衡ポジションにある、本発明によるすべり支承の第２の実施形態を示す図である。 地震に起因した変位時の、図２ａに示した前記すべり支承を示す図である。 平衡ポジションにある、本発明によるすべり支承の第３の実施形態を示す図である。

Claims (30)

1. 建造物（３）を保護するための支承（１）であって、
   前記支承（１）は、すべり材（９ａ，９ｂ）を有するすべり調心支承として形成されて
   、第１の凹形すべり面（５’）を備えた第１のすべり板（５）と、前記第１の凹形すべり
   面（５’）とすべり接触する接触面（４ａ）を備え前記接触面（４ａ）は前記第１の凹形すべり面（５’）の曲率に適合する凸形に形成されるすべりシュー（４）とを有し、
   前記第１のすべり板（５）の前記第１の凹形すべり面（５’）は前記すべりシュー（４
   ）のための少なくとも一次元的に安定な平衡ポジションを有し、前記すべりシュー（４）
   は外力の作用に起因した変位の後におのずから前記平衡ポジションに復帰するように構成
   されている支承（１）において、
   前記すべり材（９ａ，９ｂ）は、前記凸形の接触面（４ａ）を形成し、すべり接触する相手材になる前記第１の凹形すべり面（５’）よりも柔らかないし弾性があり、ＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）を含み、前記第１の凹形すべり面（５’）の沈み込み深さに関して、前記第１の凹形すべり面（５’）の基準面からの少なくとも０．５ｍｍのずれを補償するのに十分な弾塑性均衡特性を有するすべり材が選択されていることを特徴とする支承（１）。
2. 前記すべりシュー（４）は、上側接触面（４ａ）と、下側接触面（４ｂ）とを有し、前記すべり材（９ａ，９ｂ）は、前記すべりシュー（４）の前記上側及び下側接触面（４ａ，４ｂ）のうち前記下側接触面（４ｂ）と、前記すべりシュー（４）と接触する前記第１のすべり板（５）の前記第１の凹形すべり面（５’）との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の支承（１）。
3. 前記すべり材（９ａ，９ｂ）は、前記第１の凹形すべり面（５’）の基準面からの少なくとも１ｍｍのずれが補償されるような弾塑性均衡特性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の支承（１）。
4. 前記すべり材（９ａ，９ｂ）は潤滑剤成分を有することを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれか１項に記載の支承（１）。
5. 前記すべり材（９ａ，９ｂ）の少なくとも１つのすべり面に潤滑剤が埋封されているこ
   とを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の支承（１）。
6. 前記すべり材（９ａ，９ｂ）は、すべり接触する相手材になる前記第１の凹形すべり面（５’）に対して、摩擦係数と所定の単位面積圧力範囲内の単位面積圧力との積が基本的に一定であるように、すべり支承（１）の単位面積圧力に応じた摩擦係数を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の支承（１）。
7. 前記すべり材（９ａ，９ｂ）は、すべり接触する相手材になる前記第１の凹形すべり面（５’）に対して、すべり支承（１）の支承要素間のすべり速度にかかわりなく基本的に一定の摩擦係数を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の支承（１）。
8. 前記相手材になる前記第１の凹形すべり面（５’）は、硬質クロム、アルマイト、化学ニッケルおよびリン酸ニッケルからなる群から選ばれた金属性すべり層を有する金属材料を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の支承（１）。
9. 前記相手材になる前記第１の凹形すべり面（５’）は少なくとも金属薄板を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の支承（１）。
10. 前記金属薄板は前記第一のすべり板（５）に係合係止されていることを特徴とする請求項９に記載の支承（１）。
11. 前記相手材になる前記第１の凹形すべり面（５’）は、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリテレフタル酸エチレンおよびポリテレフタル酸ブチレンからなる群から選ばれたプラスチックを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の支承（１）。
12. 前記相手材になる前記第１の凹形すべり面（５’）は、前記平衡ポジションと前記第１の凹形すべり面（５’）の端縁との間で変化する摩擦係数を有することを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の支承（１）。
13. 支承（１）は２％以上の最小摩擦係数を有することを特徴とする請求項１〜１２のいず
    れか１項に記載の支承（１）。
14. 支承（１）の静摩擦係数と動摩擦係数との比は１００％以下の値を有することを特徴と
    する請求項１〜１３のいずれか１項に記載の支承（１）。
15. 支承（１）は前記すべりシュー（４）と接触する第２の凹形すべり面（６’）を備えた第２のすべり板（６）を有し、前記すべりシュー（４）は前記第１のすべり板（５）と前記第２のすべり板（６）との間に、前記第１と第２のすべり板（５，６）にすべり接触して配置され、前記第２のすべり板（６）はすべりシュー（４）との球状玉受けを有した玉継手として形成された揺動継手を経て前記すべりシュー（４）に対して相対傾倒ないし相対旋回し得るようにして配置されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の支承（１）。
16. 前記第２のすべり板（６）は前記すべりシュー（４）上方に配置されていることを特徴
    とする請求項１５に記載の支承（１）。
17. 前記第２のすべり板（６）は前記すべりシュー（４）下方に配置されていることを特徴
    とする請求項１５に記載の支承（１）。
18. 前記すべりシュー（４）は前記第１のすべり板（５）に対しても前記第２のすべり板（
    ６）に対しても同じく変位可能および／または旋回可能に配置されていることを特徴とす
    る請求項１５に記載の支承（１）。
19. 前記第１の凹形すべり面（５’）と前記第２の凹形すべり面（６’）とは基本的に同一の曲率を有することを特徴とする請求項１５又は１８に記載の支承（１）。
20. 前記第１の凹形すべり面（５’）と前記第２の凹形すべり面（６’）とは異なる曲率を有することを特徴とする請求項１５又は１８に記載の支承（１）。
21. 前記すべりシュー（４）は、揺動継手を経て連結された２つの部材（１０，１１）によ
    って少なくとも二体式に構成されていることを特徴とする請求項１５，１８〜２０のいずれか１項に記載の支承（１）。
22. 前記第１の凹形すべり面（５’）と前記第２の凹形すべり面（６’）とは異なった摩擦係数を有することを特徴とする請求項１５，１８〜２１のいずれか１項に記載の支承（１）。
23. 前記すべりシュー（４）は接触面において異なった単位面積圧力を達成するために第１
    の凹形すべり面（５’）と第２の凹形すべり面（６’）とに対して大きさの異なる接触面を有していることを特徴とする請求項１５，１８〜２２のいずれか１項に記載の支承（１）。
24. 前記凹形すべり面（５’，６’）の少なくとも一方は不変の曲率を有することを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項に記載の支承（１）。
25. 前記凹形すべり面（５’，６’）の少なくとも一方は、前記すべりシュー（４）の復元センタリングを向上させるためにクロソイドカーブで形成されていることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１項に記載の支承（１）。
26. 前記第１の凹形すべり面（５’）の端縁領域に、前記平衡ポジションに対する前記すべりシュー（４）の変位を制限するための制限体（８）が配置されていることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか１項に記載の支承（１）。
27. 前記凹形すべり面（５’，６’）は、前記平衡ポジションが平衡点であって、変位時の復元センタリングが二次元で行われるように形成されていることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１項に記載の支承（１）。
28. 前記凹形すべり面（５’，６’）は、前記平衡ポジションが平衡線であって、変位時の復元センタリングが一次元で行われるように形成されていることを特徴とする請求項１〜２７のいずれか１項に記載の支承（１）。
29. 請求項１〜２７のいずれか１項に記載の支承（１）を地震による運動および震動に際し
    て地盤（２）と建造物（３）との切離しを実現するために使用する方法。
30. 請求項２８に記載の支承（１）を土木・建築構造物部分の水平一軸弾性支承に使用する
    方法。

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