JP6178029B1 - 構造物用免震支承装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】構造が簡単で、地震エネルギーの減衰効率の高い構造物用免震支承装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の構造物用免震支承装置は、補強鋼板とゴムとを交互に積層した中央積層ゴム体と、中央積層ゴム体に対してリング状空間を形成して配置され補強鋼板とゴムとを交互に積層した外側積層ゴム体と、中央積層ゴム体と外側積層ゴム体との間のリング状空間に配置される断面長方形の板状部材を螺旋状に巻回した板状コイルスプリングとウレタン成形体からなるリング状減衰部材と、外側積層ゴム体の上下に配置される外側上下連結鋼板と、中央積層ゴム体の上下に配置される中央上下連結鋼板と、を備えることを特徴とする。【選択図】 図１
Description
本発明は、建築物、橋梁等の構造物の上部構造と下部構造との間に設置される構造物用免震支承装置に関する。
ビルや橋梁などの構造物において地震の際の揺れを抑制するため、免震支承装置が使用される場合がある。この免震支承装置として、金属などの剛性板とゴムなどの弾性板とを交互に積層した積層弾性体の中央部に円筒状の中空部を形成し、前記中空部に減衰部材として円柱状の鉛体（鉛プラグ）が嵌め込まれるものが提案されている。
このような構造の免震支承装置は、積層されたゴム等の弾性体のせん断変形時に内部の鉛プラグの塑性変形によりエネルギーを吸収することができる。従って、この免震支承装置を構造物と基礎との間に配置しておくことで、地震の際、積層されたゴム等により構造物の固有周期を地震の周期からずらすとともに、減衰部材により縦揺れや横揺れのエネルギーが吸収され、構造物の破壊を防ぐ効果が得られる。
近年、上記のような免震支承装置の減衰部材に関しては、環境負荷の観点から鉛以外の代替材料が望まれる傾向にある。鉛以外の減衰部材として、錫などの降伏点の低い材料からなる減衰部材を用いた免震支承装置が提案されている。
また、鉛プラグ等の金属を用いない免震支承として、特開２００５−２２１０４６号公報には、積層弾性体の中央部に、積層弾性体を貫通する弾性体中空部２８が形成され、弾性体中空部に、素線２９をコイル状に巻き回したエネルギー吸収部材を巻き回し方向とＸ方向とが一致する方向で積層弾性体の内側に密着するように挿入し、弾性体中空部に充填部材を充填する免震支承装置が開示されている。
特開平１１−２７０６２１号公報には、弾性材料層と剛性材料層が軸心方向に交互に積層されてなる積層体の軸心部に軸心方向に沿って貫通するコイル形状の振動エネルギー吸収部材を埋設してなる積層ゴム支承であって、前記振動エネルギー吸収部材が、与えられた応力が弾性限度を超えると塑性変形を起こしその状態を維持しうる弾塑性材料を中空形状にし、その外周を前記積層体の内周面に密着させてなるものであることを特徴とする免震支承装置が開示されている。
しかしながら、従来のコイルスプリングを用いるエネルギー吸収部材は、コイルスプリングの弾性変形のみで地震エネルギーを減衰するもので、コイルの形状が径に比べて高さが高い細長形状であるためコイルの剛性が低く地震エネルギーの減衰効率が十分でないという問題を有している。
本発明は、前記従来技術の持つ問題点を解決する、構造が簡単で、地震エネルギーの減衰効率の高い構造物用免震支承装置を提供することを目的とする。
本発明の構造物用免震支承装置は、前記課題を解決するために、補強鋼板とゴムとを交互に積層した中央積層ゴム体と、中央積層ゴム体に対してリング状空間を形成して配置され補強鋼板とゴムとを交互に積層した外側積層ゴム体と、外側積層ゴム体の上下に配置される外側上下連結鋼板と、中央積層ゴム体の上下に配置される中央上下連結鋼板と、外側上下連結鋼板の内側と中央上下連結鋼板の外側に形成される段部に配置されるリング状の上下押え型枠と、中央積層ゴム体と外側積層ゴム体との間のリング状空間にリング状上下押え型枠により圧縮状態で配置される断面長方形の板状部材を螺旋状に巻回した板状コイルスプリングと硬質粒状物又は硬質粉状体が分散されたウレタン成形体からなるリング状減衰部材と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の構造物用免震支承装置は、ウレタン成形体中に分散される硬質粒状物又は硬質粉状体を、鉄、アルミニウム、セラミックのいずれか１種又は２種以上組み合わせで含有量１〜１８体積％、粒径１〜２０ｍｍとすることを特徴とする。
補強鋼板とゴムとを交互に積層した中央積層ゴム体と、中央積層ゴム体に対してリング状空間を形成して配置され補強鋼板とゴムとを交互に積層した外側積層ゴム体と、外側積層ゴム体の上下に配置される外側上下連結鋼板と、中央積層ゴム体の上下に配置される中央上下連結鋼板と、外側上下連結鋼板の内側と中央上下連結鋼板の外側に形成される段部に配置されるリング状の上下押え型枠と、中央積層ゴム体と外側積層ゴム体との間のリング状空間にリング状上下押え型枠により圧縮状態で配置される断面長方形の板状部材を螺旋状に巻回した板状コイルスプリングと硬質粒状物又は硬質粉状体が分散されたウレタン成形体からなるリング状減衰部材と、を備えることで、板状コイルスプリングの径に対する高さの比が大きく板状なので剛性を大きくすることが可能となり板状コイルスプリングの弾性変形による地震エネルギー減衰性能を向上させることが可能となる。また、板状コイルスプリングの周囲に硬質粒状物又は硬質粉状体が分散されたウレタン成形体で充填されているので、環状空間への雨水等の浸入を防止でき板状コイルスプリングの腐食を防止し長寿命化することが可能になる。さらに、板状コイルスプリングの弾性変形に伴い板状コイルスプリングと硬質粒状物又は硬質粉状体が分散されたウレタン成形体との間に摩擦が発生し地震エネルギーを減衰することが可能となる。
ウレタン成形体中に分散される硬質粒状物又は硬質粉状体を、鉄、アルミニウム、セラミックのいずれか１種又は２種以上組み合わせで含有量が１〜１８体積％、粒径１〜２０ｍｍの硬質粒状物又は硬質粉状体を含むことで、地震時に作用するせん断変形により、硬質粒状材又は硬質粉状材が分散したウレタン成形体中の硬質粒状材又は硬質粉状材がウレタンと摩擦を起こすことで地震エネルギーを減衰することが可能となり、鉄、アルミニウム、セラミックのいずれか１種又は２種以上組み合わせで含有量が１〜１８体積％、粒径１〜２０ｍｍの硬質粒状物又は硬質粉状体を含むことで、硬質粒状材又は硬質粉状材を環境負荷が小さい材料とし、硬質粒状材又は硬質粉状材同士が摩擦、衝突する割合が少ないので硬質粒状材又は硬質粉状材が破壊されないので減衰性能を長期間維持することが可能となり、体積率、粒径の最適化を図り、ウレタン成形体中の応力集中点を多数点在させることにより、積層ゴム体のせん断変形によってウレタン成形体からなる減衰部材全体を均一にせん断変形させることが可能となる。
ウレタン成形体中に分散される硬質粒状物又は硬質粉状体を、鉄、アルミニウム、セラミックのいずれか１種又は２種以上組み合わせで含有量が１〜１８体積％、粒径１〜２０ｍｍの硬質粒状物又は硬質粉状体を含むことで、地震時に作用するせん断変形により、硬質粒状材又は硬質粉状材が分散したウレタン成形体中の硬質粒状材又は硬質粉状材がウレタンと摩擦を起こすことで地震エネルギーを減衰することが可能となり、鉄、アルミニウム、セラミックのいずれか１種又は２種以上組み合わせで含有量が１〜１８体積％、粒径１〜２０ｍｍの硬質粒状物又は硬質粉状体を含むことで、硬質粒状材又は硬質粉状材を環境負荷が小さい材料とし、硬質粒状材又は硬質粉状材同士が摩擦、衝突する割合が少ないので硬質粒状材又は硬質粉状材が破壊されないので減衰性能を長期間維持することが可能となり、体積率、粒径の最適化を図り、ウレタン成形体中の応力集中点を多数点在させることにより、積層ゴム体のせん断変形によってウレタン成形体からなる減衰部材全体を均一にせん断変形させることが可能となる。
本発明の実施形態を図により説明する。図１〜図３は、本発明の構造物用免震支承装置１の一実施形態を示す縦断面図である。
免震支承装置１は、平面視円形の中央積層ゴム体２を備えている。中央積層ゴム体２は、ゴム層３と補強鋼板４を交互に鉛直方向に複数枚積層し、上下に中央上連結鋼板５と中央下連結鋼板６を配置し、加硫成形により一体化して形成する。
中央積層ゴム体２の外側に中央積層ゴム体２に対して所定間隔のリング状空間１０を開けて外側積層ゴム体７を配置する。外側積層ゴム体７は、ゴム層３と補強鋼板４を交互に鉛直方向に複数枚積層し、上下に外側上連結鋼板８と外側下連結鋼板９を配置し、加硫成形により一体化して形成する。
図４（a）（ｂ）に示すように、外側上連結鋼板８の内側に段部８aを形成し、中央上連結鋼板５の外側に段部５aを形成する。外側下連結鋼板９の内側に段部９aを形成し、中央下連結鋼板６の外側に段部６aを形成する。
先ず、外側下連結鋼板９の段部９aと中央下連結鋼板６の段部６aに環状の下押え型枠１１を設置し固定ボルト１５で外側下連結鋼板９と中央下連結鋼板６に固定する。
下押え型枠１１が固定された環状空間１０に、図３に示される断面が長方形の板状部材を螺旋状に巻回した板状コイルスプリング１２を配置する。
板状コイルスプリング１２が配置された環状空間１０に、ウレタン成形体１４を形成するため、ポリオール、イソシアネートの主原料に触媒、発泡剤、整泡剤等の材料をリング状空間１０の上部から投入する。材料の投入が終了すると、外側上連結鋼板８の段部８aと中央上連結鋼板５の段部５aに上押え型枠１３を設置し、固定ボルト１５で外側上連結鋼板８と中央上連結鋼板５に固定する。板状コイルスプリング１２は、上押え型枠１３により圧縮状態になる高さとする。
ウレタン成形体１４は形成工程で材料が膨張するので、板状コイルスプリング１２が配置され上下に上押え型枠１３と下押え型枠１１が固定された密封状態の環状空間１０でウレタン成形体１４が加圧成形される。
このようにして形成がれた構造物用免震支承装置１は、環状空間１０に配置された板状コイルスプリング１２が断面形状長方形の板状部材でスプリングの径と高さの比が大きいので剛性が大きく弾性変形による地震エネルギーの減衰性能が高い。
板状コイルスプリング１２が配置された環状空間１０にはウレタン成形体１４が充填されているので、環状空間１０内への雨水等の浸入が防止され、板状コイルスプリング１２の腐食が防止される。
また、板状コイルスプリング１２が地震の応力により弾性変形する際、板状コイルスプリング１２とウレタン成形体との間に摩擦力が生じ、摩擦減衰で地震エネルギーを吸収することが可能となる。
他の実施形態では、ウレタン成形体１４を形成するため、ポリオール、イソシアネートの主原料に触媒、発泡剤、整泡剤等の材料に加えて、環境負荷の少ない鉄、アルミニウム、セラミックのいずれか１種又は２種以上組み合わせた硬質粒状物又は硬質粉状体を混合した材料をリング状空間１２の上部から投入する。
硬質粒状物又は硬質粉状体のウレタン成形体中の含有率を１〜１８体積％、とする。１体積％未満では、ウレタン成形体１４からなる減衰材の塑性変形能の改善効果が不十分であり、１８体積％超ではウレタン組成物の含有率が減少し、硬質粒状物又は硬質粉状体同士の摩擦により振動エネルギーの減衰効果が十分に得られないためである。
硬質粒状物又は硬質粉状体の粒径を１〜２０ｍｍとする。硬質粒状物又は硬質粉状体の粒径が１ｍｍ未満であると大きさが不十分であり応力集中点として機能しない。一方、硬質粒状物又は硬質粉状体の粒径球体が２０ｍｍ超であるとウレタン成形体１４からなる減衰部材１５に硬質粒状物又は硬質粉状体を均一に分散させることが困難となる。
地震時に作用するせん断変形により減衰部材１５中の硬質粒状材又は硬質粉状材がウレタンと摩擦し地震エネルギーを減衰する。硬質粒状材又は硬質粉状材同士が摩擦、衝突する割合が少ないので、硬質粒状材又は硬質粉状材が破壊しないので長期的に減衰性能を維持することができる。
以上のように構成された構造物用免震支承装置１は、板状コイルスプリング１２の径に対する高さの比が大きく板状なので剛性を大きくすることが可能となり板状コイルスプリング１２の弾性変形による地震エネルギー減衰性能を向上させることが可能となる。また、板状コイルスプリング１２の周囲がウレタン成形体１４で充填されているので、環状空間への雨水等の浸入を防止でき板状コイルスプリング１２の腐食を防止し長寿命化することが可能になる。さらに、板状コイルスプリング１２の弾性変形に伴い板状コイルスプリング１２とウレタン成形体１４との間に摩擦力が発生し地震エネルギーを減衰することが可能となる。
１：構造物用免震支承装置、２：中央積層ゴム体、３：ゴム層、４：補強鋼板、５：中央上連結鋼板、５ａ：段部、６：中央下連結鋼板、６ａ：段部、７：外側積層ゴム体、８：外側上連結鋼板、８ａ：段部、９：外側下連結鋼板、９ａ：段部、１０：環状空間、１１：下押え型枠、１２：板状コイルスプリング、１３：上押え型枠、１４：ウレタン成形体、１５：固定ボルト
Claims (2)
- 補強鋼板とゴムとを交互に積層した中央積層ゴム体と、
中央積層ゴム体に対してリング状空間を形成して配置され補強鋼板とゴムとを交互に積層した外側積層ゴム体と、
外側積層ゴム体の上下に配置される外側上下連結鋼板と、
中央積層ゴム体の上下に配置される中央上下連結鋼板と、
外側上下連結鋼板の内側と中央上下連結鋼板の外側に形成される段部に配置されるリング状の上下押え型枠と、
中央積層ゴム体と外側積層ゴム体との間のリング状空間にリング状上下押え型枠により圧縮状態で配置される断面長方形の板状部材を螺旋状に巻回した板状コイルスプリングと硬質粒状物又は硬質粉状体が分散されたウレタン成形体からなるリング状減衰部材とを備えることを特徴とする構造物用免震支承装置。 - ウレタン成形体中に分散される硬質粒状物又は硬質粉状体を、鉄、アルミニウム、セラミックのいずれか１種又は２種以上組み合わせで含有量１〜１８体積％、粒径１〜２０ｍｍとすることを特徴とする請求項１に記載の構造物用免震支承装置。
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