JP5984012B2

JP5984012B2 - 積層ゴム支承

Info

Publication number: JP5984012B2
Application number: JP2012266626A
Authority: JP
Inventors: 祥江小槻; 中西　啓二; 啓二中西
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2032-12-05
Also published as: JP2014111969A

Description

本発明は、積層ゴム支承に関する。

建築物の免震構造には、下部構造物と上部構造物との間に介在させた積層ゴム支承により上部構造物を支持する構造がある。

積層ゴム支承は、ゴム層と鋼板とを交互に積層した積層ゴムと、積層ゴムにおけるゴム層と鋼板との積層方向の両端に接合された一対のフランジとを備える。この積層ゴム支承は、一対のフランジのうちの一方のフランジが下部構造物に固定され、他方のフランジが上部構造物に固定される。

この種の積層ゴム支承には、減衰性能を付加した高減衰ゴム材料をゴム層に用いた高減衰ゴム系積層ゴム支承がある（例えば特許文献１を参照。）。高減衰ゴム系積層ゴム支承は、ゴム層により地震エネルギーを減衰することで、上部構造物の揺れ幅を小さくするとともに揺れを早期に収束させることができる。

特開２００２−１４６１０６号公報

積層ゴム支承は、水平２方向加力を受けると積層ゴムにねじれモーメントが発生し、ゴム層にねじれ変形が生じる。この際、ゴム層には、せん断変形によるせん断ひずみに、ねじれ変形によるせん断ひずみが付加される。そのため、水平２方向加力を受けると、水平１方向加力により破断するせん断変形量よりも小さなせん断変形量で破断することがある。特に、高減衰ゴム系積層ゴム支承は、減衰性能を付加したことによりゴム層のねじれ変形が大きくなり、ねじれ変形により付加されるせん断ひずみが大きくなることが知られている。そのため、高減衰ゴム系積層ゴム支承を用いた免震構造では、水平２方向の大きな地震力を受けた場合に積層ゴムが早期に破断してしまい、免震性能が低下する恐れがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ねじれ変形による免震性能の低下を防ぐことが可能な積層ゴム支承を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る積層ゴム支承は、複数のゴム層と複数の鋼板とを積層した積層ゴム本体を備え、下部構造物と上部構造物との間に介在させて上部構造物を支持する積層ゴム支承であって、前記積層ゴム本体は、前記ゴム層よりも減衰定数の小さいゴム材料を用いた強化層を有し、前記強化層は、前記積層ゴム本体におけるゴム層と鋼板との積層方向の両端面全域に亘って設けられていることを特徴とする。

本発明に係る積層ゴム支承は、ゴム層と鋼板とを積層した積層ゴムに、ゴム層よりも減衰定数の小さいゴム材料を用いた強化層を設けている。積層ゴムのねじれ変形はゴム層の減衰性能が高いほど大きくなる傾向があるため、強化層はゴム層に比べてねじれ変形が生じにくい。そのため、強化層を有する積層ゴム支承は、ゴム層及び鋼板のみを積層した積層ゴム支承に比べて、ねじれ変形により付加されるせん断ひずみを小さくできる。したがって、本発明に係る積層ゴム支承は、ねじれ変形による早期の破断等で免震性能が低下することを防げる。

図１は、本発明の実施の形態である積層ゴム支承の縦断面図である。図２は、積層ゴム支承のゴム層に用いるゴム材料とねじれによるせん断ひずみとの関係を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る積層ゴム支承の実施の形態を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、本発明の実施の形態である積層ゴム支承の縦断面図である。

本実施の形態の積層ゴム支承１は、免震装置の１種であり、図１に示すように下部構造物２と上部構造物３との間に介在させて上部構造物３を支持するものである。下部構造物２は、建築物の基礎であり、地盤４に固定されている。上部構造物３は、家、ビル、工場等の建物である。なお、下部構造物２と上部構造物３との間には、複数の積層ゴム支承１が所定の間隔で配置されている。

積層ゴム支承１は、積層ゴム１０１と、第１のフランジ１０２と、第２のフランジ１０３とを備える。積層ゴム１０１は、ゴム層１０４ａ，１０４ｂと鋼板１０５とを交互に積層した積層ゴム本体と、積層ゴム本体の外周に設けられた被覆ゴム１０６とからなる。第１のフランジ１０２は、積層ゴム１０１におけるゴム層１０４ａ，１０４ｂと鋼板１０５との積層方向の一端に接合した円板状の金属部材である。第２のフランジ１０３は、積層ゴム１０１における積層方向の他端に接合した円板状の金属部材である。この積層ゴム支承１は、積層ゴム１０１における積層方向が上下方向になり、第１のフランジ１０２が下部構造物２に対向するように下部構造物２と上部構造物３との間に配置している。そして、ボルト５により第１のフランジ１０２を下部構造物２に固定するとともに、第２のフランジ１０３を上部構造物３に固定している。

下部構造物２と上部構造物３との間に積層ゴム支承１を介在させた建築物では、水平地震力を受けると、下部構造物２と積層ゴム支承１の積層ゴム１０１との間、及び積層ゴム１０１と上部構造物３との間でせん断力が伝達される。これにより、積層ゴム１０１がせん断変形し、上部構造物３に伝達する地震力や揺れを軽減できる。

積層ゴム１０１における積層ゴム本体は、上記のようにゴム層１０４ａ，１０４ｂと鋼板１０５とを交互に積層している。なお、積層ゴム１０１における積層方向の両端にあるゴム層１０４ｂは、天然ゴムを用いたゴム層であり、積層ゴム１０１のせん断耐力を強化する強化層として設けている。一方、ゴム層（強化層）１０４ｂを除く他のゴム層１０４ａは、高減衰ゴム材料を用いたゴム層である。

高減衰ゴム材料は、天然ゴムに合成ゴムや配合剤を混合して減衰性能を付加したゴム材料である。そのため、地震力を受けた際にはゴム層１０４ａにより地震エネルギーを減衰でき、上部構造物３の揺れ幅を小さくするとともに揺れを早期に収束させることができる。

一方、天然ゴムを用いたゴム層１０４ｂは、高減衰ゴム材料に比べて減衰定数が小さくほぼ弾性挙動を示す。積層ゴムのねじれ変形はゴム層の減衰性能が高いほど大きくなる傾向があるため、減衰定数の小さいゴム層１０４ｂはねじれ変形が生じにくい。このゴム層１０４ｂを積層ゴム１０１に設けることで、水平２方向の地震力を受けた際のねじれによるせん断ひずみを小さくできる。そのため、ねじれ変形による早期の破断等で免震性能が低下することを防げる。

図２は、積層ゴム支承のゴム層に用いるゴム材料とねじれによるせん断ひずみとの関係を示す図である。

ゴム層に高減衰ゴム材料を用いた高減衰ゴム系積層ゴム支承では、水平２方向加力を受けると、図２に丸印で示したように長軸方向のせん断ひずみγ_ｘが大きくなるとともに、ねじれによる最大せん断ひずみγ_φが大きくなる。また、ゴム層に天然ゴムを用いた天然ゴム系積層ゴム支承も、水平２方向加力を受けると、図２に三角印で示したように長軸方向のせん断ひずみγ_ｘが大きくなるとともに、ねじれによる最大せん断ひずみγ_φが大きくなる。しかしながら、長軸方向のせん断ひずみγ_ｘが同じ値のときには、天然ゴム系積層ゴム支承のほうがねじれによる最大せん断ひずみγ_φが小さい。すなわち、ゴム層に天然ゴムを用いると、高減衰ゴム材料を用いた場合に比べてねじれによるせん断ひずみが発生しにくくなる。

また、ねじれによるせん断ひずみは、積層ゴムにおける積層方向の両端で最大となる。そのため、天然ゴムを用いたゴム層１０４ｂを積層方向の両端に設けることで、ねじれによるせん断ひずみを小さくする効果が高くなる。

このように、本実施の形態の積層ゴム支承１は、減衰性能を持たせた上で、ねじれ変形による免震性能の低下を防ぐことができる。そのため、水平２方向の地震力を受けた場合においても、水平１方向の地震力を受けた場合と同等の免震性能を発揮することができる。

また、積層ゴム支承は、ゴムシートと鋼板とを交互に重ねて高温で加硫して製作する。本実施の形態の積層ゴム１０１は、高減衰ゴム系積層ゴム支承の積層ゴムにおける両端のゴム層を高減衰ゴムから天然ゴムに置き換えたものといえる。そのため、本実施の形態の積層ゴム支承１を製作するときには、積層方向の両端を天然ゴムシートに置き換えるだけでよい。すなわち、本実施の形態の積層ゴム支承１は、既知の方法を用いて製作することが可能である。

また、積層ゴム１０１にねじれ変形が生じた場合、長周期地震動のような継続時間が長く振幅の大きい地震動に対して十分な免震性能を発揮できない恐れがある。本実施の形態の積層ゴム支承１であれば、積層ゴム１０１のねじれ変形を小さくすることができるので、そのような懸念も払拭できる。

なお、天然ゴムを用いたゴム層１０４ｂは、積層ゴム１０１における積層方向の両端部に複数層ずつ設けてもよい。

また、天然ゴムを用いたゴム層１０４ｂは、積層方向の両端に限らず、積層方向のいずれの位置に設けてもよい。しかしながら、ねじれによるせん断ひずみは積層方向の両端で最大となるため、ゴム層１０４ｂは積層ゴム１０１における積層方向の両端を含む両端部に１層から複数層設けることが好ましい。

さらに、積層ゴム１０１に強化層として設けるゴム層は、高減衰ゴムを用いたゴム層１０４ａよりも減衰定数の小さいゴム材料であればよい。すなわち、強化層は、天然ゴムを用いたゴム層１０４ｂに限らず、他のゴム材料を用いたゴム層であってもよい。また、減衰定数が異なる複数種類のゴム層を、積層方向の中央部側から最端に向かうにつれて減衰定数が段階的に小さくなるように設けてもよい。

１積層ゴム支承
１０１積層ゴム
１０２第１のフランジ
１０３第２のフランジ
１０４ａゴム層
１０４ｂゴム層（強化層）
１０５鋼板
１０６被覆ゴム
２下部構造物
３上部構造物
４地盤
５ボルト

Claims

複数のゴム層と複数の鋼板とを積層した積層ゴム本体を備え、下部構造物と上部構造物との間に介在させて上部構造物を支持する積層ゴム支承であって、
前記積層ゴム本体は、前記ゴム層よりも減衰定数の小さいゴム材料を用いた強化層を有し、
前記強化層は、前記積層ゴム本体におけるゴム層と鋼板との積層方向の両端面全域に亘って設けられていることを特徴とする積層ゴム支承。