JP6853725B2 - 免震支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、二つの構造物間に配されて両構造物間の相対的な水平振動のエネルギを吸収し、構造物への振動加速度を低減するための装置、特に地震エネルギを減衰して地震入力加速度を低減し、建築物、橋梁等の構造物の損壊を防止する免震支持装置に関する。

交互に積層された弾性層及び剛性層並びにこれら弾性層及び剛性層の内周面で規定された中空部を有する積層体と、この積層体の中空部に配置された鉛プラグとを具備した免震支持装置は、知られている。

斯かる免震支持装置は、構造物の鉛直荷重を積層体及び鉛プラグで支持すると共に地震に起因する積層体の積層方向の一端に対しての構造物の水平方向の振動を鉛プラグの塑性変形（剪断変形）で減衰させる一方、同じく地震に起因する積層体の積層方向の一端の水平方向の振動の構造物への伝達を積層体の弾性変形（剪断変形）で抑制するようになっている。

特開平９−１０５４４１号公報 特開２００９−８１８１号公報 特開２０１３−２１７４８３号公報

ところで、この種の免震支持装置では、鉛プラグを得るべく積層体の中空部に鉛が圧入、充填されるが、圧入、充填されて積層体の剛性層及び弾性層の内周面に取り囲まれた鉛プラグは、弾性層の弾性により部分的に押し戻されることになるが、この押し戻により鉛プラグには内圧が発生する。

この発生した鉛プラグの内圧が弾性層の剛性との関連で充分でないと、免震支持装置の免震動作において、鉛プラグの外周面と剛性層及び弾性層の内周面との間に隙間が生じて、鉛プラグで効果的に振動を減衰させることができなくなる虞が生じる。

斯かる問題は、鉛プラグにおいて顕著に生じるのであるが、斯かる鉛プラグに限らず、塑性変形で振動エネルギを吸収する鉛、錫又は非鉛系低融点合金等の減衰材料からなる振動減衰体でも生じ得る。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、従来の免震支持装置と比較して、積層体の中空部に配置された振動減衰体をより隙間なしに拘束し得る結果、より安定な免震特性を得ることができ、加えて積層体の弾性層及び振動減衰体の疲労、損壊を回避することができ、耐久性及び免震効果並びに製造性により優れた免震支持装置を提供することを目的とする。

本発明による免震支持装置は、交互に積層された弾性層及び剛性層を有する積層体と、積層体の上端面及び下端面に取付けられた上板及び下板と、弾性層及び剛性層並びに上板及び下板で取り囲まれていると共に上板の下面から下板の上面まで積層方向に伸びた中空部に配置された振動減衰体とを具備していると共に上板に加わる積層方向の荷重を積層体及び振動減衰体で支持するようになっており、支持する積層方向の荷重に基づく振動減衰体からの上板への面圧Ｐｒと当該荷重に基づく積層体の荷重に対する受圧面での面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００）となり、且つ、中空部に配置された振動減衰体の体積Ｖｐと振動減衰体が未配置であって積層体に積層方向の荷重が加えられた状態での中空部の容積Ｖｅとの比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２以上（比Ｖｐ／Ｖｅ≧１．０２）となるように振動減衰体が中空部に配されているである。

本発明による免震支持装置は、また、交互に積層された弾性層及び剛性層を有する積層体と、積層体の上端面及び下端面に取付けられた上板及び下板と、弾性層及び剛性層並びに上板及び下板で取り囲まれていると共に上板の下面から下板の上面まで積層方向に伸びた中空部に当該弾性層及び剛性層並びに上板及び下板に対して隙間なしに配置された振動減衰体とを具備していると共に上板に加わる積層方向の荷重を積層体及び振動減衰体で支持するようになっており、支持する積層方向の荷重に基づく振動減衰体からの上板への面圧Ｐｒと当該荷重に基づく積層体の荷重に対する受圧面での面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００）となり、且つ、中空部に配置された振動減衰体の体積Ｖｐと振動減衰体が未配置であって積層体に積層方向の荷重が加えられた状態での中空部の容積Ｖｅとの比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２以上（比Ｖｐ／Ｖｅ≧１．０２）となるように振動減衰体が中空部に配されている。

本発明による免震支持装置は、更にまた、交互に積層された弾性層及び剛性層を有する積層体と、積層体の上端面及び下端面に取付けられた上板及び下板と、弾性層及び剛性層並びに上板及び下板で取り囲まれていると共に上板の下面から下板の上面まで積層方向に伸びた中空部に配置された振動減衰体とを具備していると共に上板に加わる積層方向の荷重を積層体及び振動減衰体で支持すると共に下板に対しての上板の積層方向に直交する方向の振動を振動減衰体の塑性変形で減衰させる一方、下板の積層方向に直交する方向の振動の上板への伝達を積層体の剪断弾性変形で抑制するようになっており、支持する積層方向の荷重に基づく振動減衰体からの上板への面圧Ｐｒと当該荷重に基づく積層体の荷重に対する受圧面での面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００）となり、且つ、中空部に配置された振動減衰体の体積Ｖｐと振動減衰体が未配置であって積層体に積層方向の荷重が加えられた状態での中空部の容積Ｖｅとの比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２以上（比Ｖｐ／ＶＰｅ≧１．０２）以上となるように振動減衰体が中空部に配されている。

加えて、本発明による免震支持装置は、交互に積層された弾性層及び剛性層を有する積層体と、積層体の上端面及び下端面に取付けられた上板及び下板と、弾性層及び剛性層並びに上板及び下板で取り囲まれていると共に上板の下面から下板の上面まで積層方向に伸びた中空部に当該弾性層及び剛性層並びに上板及び下板に対して隙間なしに配置された振動減衰体とを具備していると共に上板に加わる積層方向の荷重を積層体及び振動減衰体で支持すると共に下板に対しての上板の積層方向に直交する方向の振動を振動減衰体の塑性変形で減衰させる一方、下板の積層方向に直交する方向の振動の上板への伝達を積層体の剪断弾性変形で抑制するようになっており、支持する積層方向の荷重に基づく振動減衰体からの上板への面圧Ｐｒと当該荷重に基づく積層体の荷重に対する受圧面での面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００）となり、且つ、中空部に配置された振動減衰体の体積Ｖｐと振動減衰体が未配置であって、積層体に積層方向の荷重が加えられた状態での中空部の容積Ｖｅとの比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２以上（比Ｖｐ／Ｖｅ≧１．０２）となるように振動減衰体が中空部に配されている。

本発明は、支持する構造物から上板に加えられた荷重（鉛直荷重）で弾性層が積層方向（鉛直方向）において圧縮されて中空部の高さ（積層方向の長さ）が低く（短く）なると、振動減衰体が弾性層の内周面を押圧して部分的に弾性層に積層方向に直交する方向（水平方向、即ち、剪断方向）に張り出し、この張り出しに基づいて、言い換えると、振動減衰体による弾性層の内周面への押圧に起因する弾性層の弾性反力に基づいて振動減衰体に生じる内圧であって振動減衰体からの上板への面圧Ｐｒと当該荷重に基づく積層体の荷重に対する受圧面での面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０及び中空部に配置された振動減衰体の体積Ｖｐと中空部に振動減衰体を配置する前であって積層体に積層方向の荷重を加えた状態での中空部（以下、縮小中空部という）の容積Ｖｅとの比Ｖｐ／Ｖｅが夫々一定の関係になって振動減衰体が中空部に配される免震支持装置では、振動減衰体が積層体に対してより隙間なしに拘束され得、しかも、耐久性及び免震効果並びに製造性が特に優れるという知見に基づいてなされたものである。

斯かる知見に基づく本発明の免震支持装置では、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００）、好ましくは、１．００を超える（比Ｐｒ／Ｐ０＞１．００）ように、より好ましくは、１．０９以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．０９）、更により好ましくは、２．０２以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧２．０２）、最も好ましくは、２．５０以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧２．５０）となるように、しかも、比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２以上（比Ｖｐ／Ｖｅ≧１．０２）となるように、好ましくは、１．０７以下（比Ｐｒ／Ｐ０≦１．０７）となるように、振動減衰体が中空部に配されていると、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００よりも小さい一方、比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２以上又は比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２よりも小さい一方、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上となるように振動減衰体が中空部に配されている場合と比較して、積層方向に直交する方向の積層体の剪断弾性変形においても、中空部に配置された振動減衰体をより隙間なしに弾性層及び剛性層並びに上板及び下板で拘束し得る結果、より安定な免震特性を得ることができ、加えて弾性層及び振動減衰体の疲労、損壊をより回避することができ、耐久性及び免震効果並びに製造性により優れた免震支持装置を提供することができる。

縮小中空部の容積Ｖｅは、積層体に加えられる鉛直方向荷重である弾性層と剛性層との積層方向の荷重によって、換言すれば、免震支持装置が支持する構造物の重量によって増減し、また、縮小中空部の容積Ｖｅに対して１．００倍を越える体積の振動減衰体が配置された状態における中空部の容積とも異なる。

ところで、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００よりも小さく（比Ｐｒ／Ｐ０＜１．００）、且つ、比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２よりも小さく（Ｖｐ／Ｖｅ＜１．０２）なるように振動減衰体を中空部に配した場合には、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００よりも小さい一方、比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２以上又は比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２よりも小さい一方、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上となるように振動減衰体を中空部に配した場合と比較して、中空部を規定する弾性層及び剛性層並びに上板及び下板と、これらに接する振動減衰体の外周面との間に隙間がより生じ易くなり、したがって免震支持装置の作動中に、すなわち免震支持装置に繰り返し横方向力が加わっている間に、容易に積層体の内周面と振動減衰体の外周面との間に隙間が生じ、不安定な免震特性を示すことになる。これは、振動減衰体が積層体に少なくとも剪断方向（水平方向）において隙間なく拘束されず、振動減衰体に剪断変形以外の変形を生じることによるものと推測される。

一方、振動減衰体を縮小中空部の容積Ｖｅの１．１２倍よりも多く（比Ｖｐ／Ｖｅ＞１．１２）配した場合又は比Ｐｒ／Ｐ０が５．９０よりも大きい（比Ｐｒ／Ｐ０＞５．９０）場合には、振動減衰体が大きく弾性層に食い込んで、弾性層での積層体の内周面が過度に凹面になり、この部位の近傍での弾性層と剛性層との間の剪断応力が大きくなり過ぎ、このように過度に剪断応力が生じた状態であると、弾性層の劣化を早め、耐久性が劣ることになる上に、振動減衰体を縮小中空部の容積の１．１２倍より多く圧入するには又は比Ｐｒ／Ｐ０が５．９０よりも大きい免震支持装置を製造するには、振動減衰体の中空部への圧入力を極めて大きくしなければならない上に、圧入により積層体の弾性層を損壊してしまう虞があり、免震支持装置の製造が困難であることも判った。

本発明において、振動減衰体は、好ましい例では、塑性変形で振動エネルギを吸収する減衰材料からなり、斯かる減衰材料は、鉛、錫又は非鉛系低融点合金（例えば、錫−亜鉛系合金、錫−ビスマス系合金及び錫−インジウム系合金より選ばれる錫含有合金であって、具体的には、錫４２〜４３重量％及びビスマス５７〜５８重量％を含む錫−ビスマス合金等）からなっていてもよい。

本発明において、上板及び積層方向において最上位の剛性層に関して、好ましい例では、上板は、上部貫通孔を有した上部フランジ板と、この上部貫通孔において上部フランジ板に固着された上部閉塞板とを具備しており、振動減衰体の積層方向の上端面は、上部閉塞板の積層方向の下端面に隙間なしに接触しており、振動減衰体の積層方向の上端部の外周面は、上部貫通孔を規定する上部フランジ板の内周面に隙間なしに接触しており、他の好ましい例では、積層方向において最上位の剛性層は、その上面で開口していると共に積層方向における中空部の上部の径よりも大きな径をもって当該中空部の上部に連通した第一の凹所を有しており、上板は、その下面で開口していると共に第一の凹所の径と同一の径をもって積層方向において第一の凹所に対面した第二の凹所を有した上部フランジ板と、この第二の凹所において上部フランジ板に嵌着されている一方、第一の凹所において最上位の剛性層に嵌着されている上部剪断キーとを具備しており、振動減衰体の積層方向の上端部の外周面は、中空部の上部を規定する最上位の剛性層の内周面に隙間なしに接触している。

本発明において、下板及び積層方向において最下位の剛性層に関して、好ましい例では、下板は、下部貫通孔を有した下部フランジ板と、この下部貫通孔において下部フランジ板に固着された下部閉塞板とを具備しており、振動減衰体の積層方向の下端面は、下部閉塞板の積層方向の上端面に隙間なしに接触しており、振動減衰体の積層方向の下端部の外周面は、下部貫通孔を規定する下部フランジ板の内周面に隙間なしに接触しており、他の好ましい例では、積層方向において最下位の剛性層は、その下面で開口していると共に積層方向における中空部の下部の径よりも大きな径をもって当該中空部の下部に連通した第三の凹所を有しており、下板は、その上面で開口していると共に第三の凹所の径と同一の径をもって積層方向において第三の凹所に対面した第四の凹所を有した下部フランジ板と、この第四の凹所において下部フランジ板に嵌着されている一方、第三の凹所において最下位の剛性層に嵌着されている下部剪断キーとを具備しており、振動減衰体の積層方向の下端部の外周面は、中空部の下部を規定する最下位の剛性層の内周面に隙間なしに接触している。

上部フランジ板及び下部フランジ板は、外縁が円形若しくは楕円形であっても、これに代えて、外縁が矩形若しくは方形であってもよい。

本発明では、弾性層の素材としては、天然ゴム、シリコンゴム、高減衰ゴム、ウレタンゴム又はクロロプレンゴム等を挙げることができるが、好ましくは天然ゴムであり、弾性層の各層は、好ましくは、無負荷状態（支持する積層方向の荷重が上板に加えられていない状態）において１ｍｍ〜３０ｍｍ程度の厚みを有しているが、これに限定されず、また、剛性層の素材としては、鋼板、炭素繊維、ガラス繊維若しくはアラミド繊維等の繊維補強合成樹脂板又は繊維補強硬質ゴム板等を挙げることができ、剛性層の各層は、１ｍｍ〜６ｍｍ程度の厚みを有していても、また、最上位及び最下位の剛性層は、１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の厚みを有していてもよいが、これらに限定されず、加えて、弾性層及び剛性層は、その枚数においても特に限定されず、支持する構造物の荷重、剪断変形量（水平方向歪量）、弾性層の弾性率、予測される構造物への振動加速度及び振動周期の大きさの観点から、安定な免震特性を得るべく、弾性層及び剛性層の材質及び枚数を決定すればよい。

また、本発明では、弾性体及び振動減衰体は、円環状体及び円柱状体が好ましいが、他の形状のもの、例えば楕円若しくは方形体及び楕円若しくは方形体のものであってもよく、中空部は、一つでもよいが、これに代えて、免震支持装置は、複数の中空部を有していてもよく、この複数の中空部にそれぞれ振動減衰体を配して免震支持装置を構成してもよく、これら複数の中空部の夫々に関して、比Ｐｒ／Ｐ０及び比Ｖｐ／Ｖｅが同一である必要はなく、比Ｐｒ／Ｐ０及び比Ｖｐ／Ｖｅがそれぞれ異なっていてもよく、また、これら複数の中空部の夫々に関して比Ｐｒ／Ｐ０及び比Ｖｐ／Ｖｅが上記の通り、１．００以上及び１．０２以上であることが好ましいが、複数の中空部の一部に関してのみ比Ｐｒ／Ｐ０及び比Ｖｐ／Ｖｅが１．００以上及び１．０２以上であってもよい。

本発明の好ましい例では、剛性層は、積層体におけるその各端面側にそれぞれ配置された厚肉剛性板を具備しており、振動減衰体の一端部は、一方の厚肉剛性板の内周面によって規定された中空部の一端部に密に配されており、振動減衰体の他端部は、他方の厚肉剛性板の内周面によって規定された中空部の他端部に密に配されている。

本発明によれば、積層体の中空部に配置された振動減衰体を所定に隙間なしに拘束し得る結果、安定な免震特性を得ることができ、加えて積層体の弾性層及び振動減衰体の疲労、損壊を回避することができ、耐久性及び免震効果並びに製造性に特に優れた免震支持装置を提供することができる。

図１は、本発明の好ましい実施の形態の例の図２のＩ−Ｉ線矢視断面説明図である。 図２は、図１に示す例の一部断面平面説明図である。 図３は、図１に示す例の一部拡大断面説明図である。 図４は、本発明の好ましい実施例１の水平変位と水平応力との履歴特性の試験結果説明図である。 図５は、本発明の好ましい実施例２の水平変位と水平応力との履歴特性の試験結果説明図である。 図６は、本発明の好ましい実施例３の水平変位と水平応力との履歴特性の試験結果説明図である。 図７は、比較例１の水平変位と水平応力との履歴特性の試験結果説明図である。 図８は、比較例２の水平変位と水平応力との履歴特性の試験結果説明図である。

以下、本発明及びその実施の形態を、図に示す好ましい具体例に基づいて説明する。なお、本発明は本具体例に何等限定されないのである。

図１から図３に示す本例の免震支持装置１は、交互に積層された複数の弾性層２及び剛性層３に加えて、弾性層２及び剛性層３の円筒状の外周面４及び５を被覆した円筒状の被覆層６を有する円筒状の積層体７と、積層体７の積層方向（本例では、鉛直方向でもある）Ｖの円環状の上端面８及び下端面９に取付けられた上板１０及び下板１１と、弾性層２及び剛性層３並びに上板１０及び下板１１で取り囲まれていると共に上板１０の下面１２から下板１１の上面１３まで積層方向Ｖに伸びた中空部１４に、当該弾性層２の内周面１５及び剛性層３の円筒状の内周面１６並びに上板１０の下面１２及び下板１１の上面１３に対して隙間なしに配置された振動減衰体としての鉛プラグ１７とを具備している。

厚さｔ１＝２．５ｍｍの天然ゴム製の円環状のゴム板からなる弾性層２の夫々は、積層方向Ｖにおいて対面する剛性層３の積層方向Ｖの上面及び下面に加硫接着されている。

剛性層３において、積層方向Ｖにおいて最上位及び最下位の剛性層３の夫々は、厚さｔ２＝２０ｍｍの円環状の互いに同一の鋼板からなり、最上位の剛性層３は、その上面２１で開口していると共に円筒状の内周面２２で規定された凹所２３と、同じく上面２１で開口していると共に円周方向Ｒにおいて等角度間隔に配置された複数個の螺子穴２４とを有しており、積層方向Ｖにおける中空部１４の上部２５を規定する最上位の剛性層３の内周面１６の径よりも大きな径をもった内周面２２で規定された凹所２３は、当該中空部１４の上部２５に連通しており、最下位の剛性層３は、その下面２６で開口していると共に内周面２２と同径の円筒状の内周面２７で規定された凹所２８と、同じく下面２６で開口していると共に円周方向Ｒにおいて等角度間隔に配置された複数個の螺子穴２９とを有しており、積層方向Ｖにおける中空部１４の下部３０を規定する最下位の剛性層３の内周面１６の径よりも大きな径をもった内周面２７で規定された凹所２８は、当該中空部１４の下部３０に連通しており、積層方向Ｖにおいて最上位の剛性層３と最下位の剛性層３と間に配置された剛性層３の夫々は、最上位及び最下位の剛性層３よりも薄い厚さｔ３＝１．６ｍｍの円環状の互いに同一の鋼板からなる。

厚さ５ｍｍ程度であって弾性層２と同一の天然ゴムからなると共に円筒状の外周面３１並びに円環状の上端面３２及び下端面３３を有した被覆層６は、その円筒状の内周面３４で外周面４及び５に加硫接着されている。

上板１０は、凹所２３の径と同一の径をもって積層方向Ｖにおいて凹所２３に対面した凹所４１を下面４２に有した円板状の上部フランジ板４３と、凹所４１において上部フランジ板４３に嵌着されている一方、凹所２３において最上位の剛性層３に嵌着されていると共に円形の下面４４を有した上部剪断キー４５とを具備しており、円筒状の外周面４６を有した上部フランジ板４３は、凹所４１に加えて、積層方向Ｖにおいて複数個の螺子穴２４に対応して円周方向Ｒにおいて等角度間隔に配置された複数個の貫通孔４７と、外周面４６の近傍に円周方向Ｒにおいて等角度間隔に配置された複数個の貫通孔４８とを有しており、貫通孔４７の夫々に挿入されて螺子穴２４の夫々において最上位の剛性層３に螺合されたボルト４９を介して最上位の剛性層３に固定される一方、支持する上部の構造物に貫通孔４８に挿入されるアンカーボルトを介して固定されるようになっている。

而して、上部フランジ板４３と上部剪断キー４５とを具備した上板１０の下面１２は、下面４２と下面４４とからなり、上面２１と上端面３２とからなる上端面８は、下面１２における下面４２に隙間なしに接触しており、鉛プラグ１７は、その円形の上端面５１で下面１２における下面４４に隙間なしに接触しており、上部２５に配置された鉛プラグ１７の積層方向Ｖの上端部５２の外周面５３は、最上位の剛性層３の内周面１６に隙間なしに接触している。

下板１１は、凹所２８の径と同一の径をもって積層方向Ｖにおいて凹所２８に対面した凹所６１を上面６２に有した円板状の下部フランジ板６３と、凹所６１において下部フランジ板６３に嵌着されている一方、凹所２８において最下位の剛性層３に嵌着されていると共に円形の上面６４を有した下部剪断キー６５とを具備しており、円筒状の外周面６６を有した下部フランジ板６３は、凹所６１に加えて、積層方向Ｖにおいて複数個の螺子穴２９に対応して円周方向Ｒにおいて等角度間隔に配置された複数個の貫通孔６７と、外周面６６の近傍に円周方向Ｒにおいて等角度間隔に配置された複数個の貫通孔６８とを有しており、貫通孔６７の夫々に挿入されて螺子穴２９の夫々において最下位の剛性層３に螺合されたボルト６９を介して最下位の剛性層３に固定される一方、載置される下部の構造物に貫通孔６８に挿入されるアンカーボルトを介して固定されるようになっている。

而して、下部フランジ板６３と下部剪断キー６５とを具備した下板１１の上面１３は、
上面６２と上面６４とからなり、下面２６と下端面３３とからなる下端面９は、上面１３における上面６２に隙間なしに接触しており、鉛プラグ１７は、その円形の下端面７１で上面１３における上面６４に隙間なしに接触しており、下部３０に配置された鉛プラグ１７の積層方向Ｖの下端部７２の外周面７３は、最下位の剛性層３の内周面１６に隙間なしに接触している。

塑性変形で振動エネルギを吸収する減衰材料であって純度９９．９％以上の純粋度をもった鉛からなる鉛プラグ１７は、下面４４、内周面１５及び１６並びに上面６４によって規定された中空部１４に圧入、充填されており、斯かる圧入、充填で鉛プラグ１７は、支持する上部の構造物からの積層方向Ｖの荷重Ｗが上板１０に加えられていない状態（無荷重下）でも、当該下面４４、外周面４及び５並びに上面６４に対して隙間なしに配されていると共に弾性層２の弾性力に抗して弾性層２に向って水平方向（剪断方向）Ｈに張り出して弾性層２に若干食い込み、弾性層２の内周面１５を凹面８１にする結果、内周面１５及び１６からなる積層体７の内周面８２は、当該弾性層２の内周面１５の位置で凹面８１になっている一方、剛性層３の位置で凸面８３になっており、支持する上部の構造物からの積層方向Ｖの荷重Ｗが上板１０に加えられた状態（荷重下）では、弾性層２が積層方向Ｖにおいて圧縮されて弾性層２の厚みｔ１が２．５ｍｍよりも小さくなって免震支持装置１の高さｈが低くなる結果、中空部１４に圧入、充填された鉛プラグ１７は、弾性層２の弾性力に抗して当該弾性層２により水平方向Ｈに張り出して弾性層２に食い込み、弾性層２の内周面１５をより大きく水平方向（剪断方向）Ｈに凹んだ凹面８１にする。

鉛プラグ１７は、支持する上部の構造物からの積層方向Ｖの荷重（積層方向Ｖの下向きの力）Ｗが上板１０に加えられた状態での鉛プラグ１７からの上板１０の上部剪断キー４５への反力（積層方向Ｖの上向きの力）Ｆｒによる面圧Ｐｒ（＝Ｆｒ／Ｓｒ（鉛プラグ１７の上端面５１の面積）：Ｎ／ｍ^２、但しＮはニュートン、以下、同じ）と当該荷重Ｗによる積層体７の受圧面での面圧Ｐ０（＝Ｗ／Ｓ０（積層体７の荷重Ｗに対する受圧面積）：Ｎ／ｍ^２）との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上となり、且つ、鉛プラグ１７の体積Ｖｐと鉛プラグ１７が未配置であって積層体７に積層方向Ｖの荷重Ｗが加えられた状態での中空部１４の容積Ｖｅとの比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２以上になるように、中空部１４に密に配されている。

以上の免震支持装置１は、下部フランジ板６３が貫通孔６８に挿入されたアンカーボルトを介して下部の構造物に、上部フランジ板４３が貫通孔４８に挿入されたアンカーボルトを介して上部の構造物に夫々固定されて下部及び上部の構造物間に配され、上部の構造物の荷重Ｗを受けて、上板１０に加わる積層方向Ｖの荷重Ｗを積層体７及び鉛プラグ１７で支持すると共に下板１１に対しての上板１０の水平方向Ｈの振動を鉛プラグ１７の塑性変形で減衰させる一方、下板１１の水平方向Ｈの振動の上板１０への伝達を積層体７の水平方向Ｈの剪断弾性変形で抑制するようになっている。

免震支持装置１を製造する場合には、まず、弾性層２となる円環状の厚さｔ１＝２．５ｍｍの複数枚のゴム板と最上位及び最下位の剛性層３間の剛性層３となる円環状の厚さｔ３＝１．６ｍｍの複数枚の鋼板とを交互に積層して、その下面及び上面に最上位及び最下位の剛性層３となる円環状の厚さｔ２＝２０ｍｍの鋼板を配置し、型内における加圧下での加硫接着等によりこれらを相互に固定してなる積層体７を形成し、その後、ボルト６９を介して下部剪断キー６５及び下部フランジ板６３からなる下板１１を最下位の剛性層３に固定し、次に、鉛プラグ１７が未配置であって積層体７に積層方向Ｖの荷重Ｗが加えられた状態での中空部１４の容積Ｖｅを計量し、この計量後、鉛プラグ１７を中空部１４に形成すべく、１．０２×Ｖｅ以上の体積Ｖｐをもった純度９９．９％以上の鉛を中空部１４に圧入する。鉛の圧入は、鉛プラグ１７が積層体７により中空部１４において隙間なしに拘束されるように、鉛を中空部１４に油圧ラム等により押し込んで行い、鉛の圧入後、ボルト４９を介して上部フランジ板４３と上部剪断キー４５とからなる上板１０を最上位の剛性層３に固定する。なお、型内における加圧下での加硫接着による積層体７の形成において、弾性層２及び剛性層３の外周面４及び５を覆って被覆層６となるゴムシートを外周面４及び５に捲き付け、該加硫接着と同時に、弾性層２及び剛性層３の外周面４及び５に加硫接着された被覆層６を形成してもよい。また斯かる形成において、弾性層２となるゴム板の内周側の一部が流動して、剛性層３の内周面１６を覆って、被覆層６の厚さ２ｍｍよりも充分に薄い被覆層が形成されてもよい。

製造された免震支持装置１が面圧Ｐｒと面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上であることを確認するために、言い換えると、面圧Ｐｒと面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上である免震支持装置１を製造するために、上部フランジ板４３と上部剪断キー４５に相当すると共に凹所４１及び凹所２３に嵌着された上部剪断キー４５よりも薄い仮の上部剪断キーとの間にロードセル（圧力センサ）を介在させ、ロードセルからのリード線を上部フランジ板４３に形成された細孔から導出して、上板１０に本免震支持装置１で支持する予定の荷重Ｗを加えた状態でこの導出されたリード線の電気信号を測定して、この測定した電気信号から面圧Ｐｒを検出し、この検出した面圧Ｐｒと面圧Ｐ０とから比Ｐｒ／Ｐ０を求め、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上である場合には、上板１０への荷重Ｗの負荷を解除して上部フランジ板４３を取り外し、仮の上部剪断キーを上部剪断キー４５に取り換え、再び、上部フランジ板４３を最上位の剛性層３にボルト４９を介して固定し、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００よりも小さい場合には、上板１０への本免震支持装置１で支持する予定の荷重Ｗの負荷を解除して上部フランジ板４３及び仮の上部剪断キーを取り外し、中空部１４に追加の鉛を圧入する。追加の鉛の中空部１４への圧入は、追加の鉛を中空部１４の上部に油圧ラム等により押し込んで行う。追加の鉛の中空部１４への圧入後、上部フランジ板４３と仮の上部剪断キーと、上部フランジ板４３及び仮の上部剪断キー間のロードセル（圧力センサ）とを最上位の剛性層３にボルト４９を介して固定し、ロードセルからの電気信号に基づく面圧Ｐｒと面圧Ｐ０とから比Ｐｒ／Ｐ０を求め、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上である場合には、上記と同様にして仮の上部剪断キーに代えて上部剪断キー４５と上部フランジ板４３とを最上位の剛性層３にボルト４９を介して固定する一方、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００よりも小さい場合には、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上になるまで、以上の追加の鉛の中空部１４への圧入を繰り返す。

なお、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上になる場合には、無荷重（Ｗ＝０）で弾性層２の内周面１５が凹面８１に変形しなくてもよい。

こうして製造された免震支持装置１では、面圧Ｐｒと面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上であって、体積Ｖｐと容積Ｖｅとの比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２以上であるために、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００よりも小さく（比Ｐｒ／Ｐ０＜１．００）、且つ、比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２よりも小さく（Ｖｐ／Ｖｅ＜１．０２）なるように振動減衰体を中空部に配した場合は勿論のこと、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００よりも小さい一方、比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２以上又は比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２よりも小さい一方、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上となるように鉛プラグ１７を中空部１４に配した場合と比較して、中空部１４に配置された鉛プラグ１７をより隙間なしに弾性層２及び剛性層３並びに上板１０及び下板１１で拘束し得る結果、より安定な免震特性を得ることができ、加えて弾性層２及び鉛プラグ１７の疲労、損壊を回避することができ、特に優れた耐久性及び免震効果並びに製造性を得ることができる。

実施例１、２及び３の免震支持装置１
弾性層２：厚さｔ１＝２．５ｍｍ、外周面４の径（外径）＝２５０ｍｍ、変形前の円筒状の内周面１５の径（内径）＝５０ｍｍであって、せん断弾性率＝Ｇ４の天然ゴムからなる円環状のゴム板を２０枚使用
最上位及び最下位の剛性層３：夫々厚さｔ２＝２０ｍｍ、外周面５の径（外径）＝２５０ｍｍ、内周面１６の径（内径）＝５０ｍｍの鋼板を使用
凹所２３及び２８の夫々の深さ＝１０ｍｍ
最上位及び最下位の剛性層３間の剛性層３：厚さｔ３＝１．６ｍｍ、外周面５の径（外径）＝２５０ｍｍ、内周面１６の径（内径）＝５０ｍｍの鋼板を１９枚使用
被覆層６：厚さ＝５ｍｍ
鉛プラグ１７：免震支持装置１において、支持する荷重Ｗ＝８０１ｋＮに対して、実施例１では、比Ｐｒ／Ｐ０＝１．７８及び比Ｖｐ／Ｖｅ＝１．０３となるように、実施例２では、比Ｐｒ／Ｐ０＝２．０３及び比Ｖｐ／Ｖｅ＝１．０４となるように、そして、実施例３では、比Ｐｒ／Ｐ０＝２．４０及び比Ｖｐ／Ｖｅ＝１．０６となるように、中空部１４に鉛を夫々充填して鉛プラグ１７を形成した。

比較例１及び２の免震支持装置
支持する荷重Ｗ＝８０１ｋＮに対して、比較例１では、比Ｐｒ／Ｐ０＝０．５５及び比Ｖｐ／Ｖｅ＝０．９８となるように、そして、比較例２では、比Ｐｒ／Ｐ０＝１．０４及び比Ｖｐ／Ｖｅ＝１．００となるように、中空部１４に鉛を夫々充填して鉛プラグ１７を形成した以外、実施例と同様の免震支持装置を製造した。

実施例１、２及び３の免震支持装置１と比較例１及び２の免震支持装置との夫々の上板１０に荷重Ｗ＝８０１ｋＮを加えた状態で、最大±５ｍｍの水平変位（せん断歪１０％）をもって上板１０に対して下板１１に水平方向Ｈに振動（加振周波数ｆ＝０．５Ｈｚ、加振周期Ｔ＝１／ｆ＝２ｓｅｃ）を加えた場合の水平変位−水平力（水平応力）の履歴特性を測定した結果を、実施例１については図４に、実施例２については図５に、実施例３については図６に、比較例１については図７に、そして、比較例２については図８に夫々示す。図４から図６に示す履歴特性から明らかであるように、実施例１、２及び３の免震支持装置１では、安定な免震特性を得ることができ、トリガ機能を有し、大振幅の地震に対して好ましく対応し得、また、比較例１の免震支持装置では、図７の矢印で示すように凹みが生じて不安定な免震特性となり、トリガ機能を好ましく得ることができず、比較例２の免震支持装置でも、図８に示すように比較例１の免震支持装置と同等の特性を呈していることが判る。なお、比Ｐｒ／Ｐ０が５．９０以下又は比Ｖｐ／Ｖｅが１．０７以下であれば、製造において中空部１４への鉛の圧入が容易であり、それほど困難を伴わないことが判明した。また、比Ｐｒ／Ｐ０が５．９０を超えるように又は比Ｖｐ／Ｖｅが１．１２以上になるように、中空部１４へ鉛を圧入しようとしたが、弾性層２の内周面１５の損壊なしに、これを行うことは困難であることも判明した。

１ 免震支持装置
２ 弾性層
３ 剛性層
４、５ 外周面
６ 被覆層
７ 積層体
８ 上端面
９ 下端面
１０ 上板
１１ 下板
１２ 下面
１３ 上面
１４ 中空部
１５ 内周面
１６ 内周面
１７ 鉛プラグ

Claims (14)

1. 交互に積層された弾性層及び剛性層を有する積層体と、積層体の上端面及び下端面に取付けられた上板及び下板と、弾性層及び剛性層並びに上板及び下板で取り囲まれていると共に上板の下面から下板の上面まで積層方向に伸びた複数の中空部にそれぞれ配置された複数の振動減衰体とを具備していると共に上板に加わる積層方向の荷重を積層体及び振動減衰体で支持するようになっており、支持する積層方向の荷重に基づく振動減衰体からの上板への面圧Ｐｒと当該荷重に基づく積層体の荷重に対する受圧面での面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００）となり、且つ、中空部に配置された振動減衰体の体積Ｖｐと振動減衰体が未配置であって積層体に積層方向の荷重が加えられた状態での中空部の容積Ｖｅとの比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２以上（比Ｖｐ／Ｖｅ≧１．０２）となるように振動減衰体が中空部に配されており、前記複数の振動減衰体は、比Ｐｒ／Ｐ０と、比Ｖｐ／Ｖｅとの少なくとも何れか一方が他と異なる振動減衰体を１つ以上含んでいる免震支持装置。
2. 交互に積層された弾性層及び剛性層を有する積層体と、積層体の上端面及び下端面に取付けられた上板及び下板と、弾性層及び剛性層並びに上板及び下板で取り囲まれていると共に上板の下面から下板の上面まで積層方向に伸びた複数の中空部に当該弾性層及び剛性層並びに上板及び下板に対して隙間なしにそれぞれ配置された複数の振動減衰体とを具備していると共に上板に加わる積層方向の荷重を積層体及び振動減衰体で支持するようになっており、支持する積層方向の荷重に基づく振動減衰体からの上板への面圧Ｐｒと当該荷重に基づく積層体の荷重に対する受圧面での面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００）となり、且つ、中空部に配置された振動減衰体の体積Ｖｐと振動減衰体が未配置であって積層体に積層方向の荷重が加えられた状態での中空部の容積Ｖｅとの比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２以上（比Ｖｐ／Ｖｅ≧１．０２）となるように振動減衰体が中空部に配されており、前記複数の振動減衰体は、比Ｐｒ／Ｐ０と、比Ｖｐ／Ｖｅとの少なくとも何れか一方が他と異なる振動減衰体を１つ以上含んでいる免震支持装置。
3. 交互に積層された弾性層及び剛性層を有する積層体と、積層体の上端面及び下端面に取付けられた上板及び下板と、弾性層及び剛性層並びに上板及び下板で取り囲まれていると共に上板の下面から下板の上面まで積層方向に伸びた複数の中空部にそれぞれ配置された複数の振動減衰体とを具備していると共に上板に加わる積層方向の荷重を積層体及び振動減衰体で支持すると共に下板に対しての上板の積層方向に直交する方向の振動を振動減衰体の塑性変形で減衰させる一方、下板の積層方向に直交する方向の振動の上板への伝達を積層体の剪断弾性変形で抑制するようになっており、支持する積層方向の荷重に基づく振動減衰体からの上板への面圧Ｐｒと当該荷重に基づく積層体の荷重に対する受圧面での面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００）となり、且つ、中空部に配置された振動減衰体の体積Ｖｐと振動減衰体が未配置であって積層体に積層方向の荷重が加えられた状態での中空部の容積Ｖｅとの比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２以上（比Ｖｐ／Ｖｅ≧１．０２）となるように振動減衰体が中空部に配されており、前記複数の振動減衰体は、比Ｐｒ／Ｐ０と、比Ｖｐ／Ｖｅとの少なくとも何れか一方が他と異なる振動減衰体を１つ以上含んでいる免震支持装置。
4. 交互に積層された弾性層及び剛性層を有する積層体と、積層体の上端面及び下端面に取付けられた上板及び下板と、弾性層及び剛性層並びに上板及び下板で取り囲まれていると共に上板の下面から下板の上面まで積層方向に伸びた複数の中空部に当該弾性層及び剛性層並びに上板及び下板に対して隙間なしにそれぞれ配置された複数の振動減衰体とを具備していると共に上板に加わる積層方向の荷重を積層体及び振動減衰体で支持すると共に下板に対しての上板の積層方向に直交する方向の振動を振動減衰体の塑性変形で減衰させる一方、下板の積層方向に直交する方向の振動の上板への伝達を積層体の剪断弾性変形で抑制するようになっており、支持する積層方向の荷重に基づく振動減衰体からの上板への面圧Ｐｒと当該荷重に基づく積層体の荷重に対する受圧面での面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００）となり、且つ、中空部に配置された振動減衰体の体積Ｖｐと、振動減衰体が未配置であって、積層体に積層方向の荷重が加えられた状態での中空部の容積Ｖｅとの比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２以上（比Ｖｐ／Ｖｅ≧１．０２）となるように振動減衰体が中空部に配されており、前記複数の振動減衰体は、比Ｐｒ／Ｐ０と、比Ｖｐ／Ｖｅとの少なくとも何れか一方が他と異なる振動減衰体を１つ以上含んでいる免震支持装置。
5. 比Ｐｒ／Ｐ０が、１．００を超える（比Ｐｒ／Ｐ０＞１．００）ように又は１．０９以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．０９）、２．０２以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧２．０２）若しくは２．５０以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧２．５０）となるように、振動減衰体が中空部に配されている請求項１から４のいずれか一項に記載の免震支持装置。
6. 比Ｐｒ／Ｐ０が、５．９０以下（比Ｐｒ／Ｐ０≦５．９０）となるように、振動減衰体が中空部に配されている請求項１から５のいずれか一項に記載の免震支持装置。
7. 比Ｖｐ／Ｖｅが１．０７以下（比Ｖｐ／Ｖｅ≦１．０７）となるように、振動減衰体が中空部に配されている請求項１から６のいずれか一項に記載の免震支持装置。
8. 振動減衰体は、塑性変形で振動エネルギを吸収する減衰材料からなる請求項１から７のいずれか一項に記載の免震支持装置。
9. 減衰材料は、鉛、錫又は非鉛系低融点合金からなる請求項８に記載の免震支持装置。
10. 中空部を規定する積層体の内周面は、振動減衰体が弾性層に食い込んで、当該弾性層の位置で凹面になっている請求項１から９のいずれか一項に記載の免震支持装置。
11. 中空部を規定する積層体の内周面は、振動減衰体が弾性層に食い込んで、剛性層の位置で凸面になっている請求項１から１０のいずれか一項に記載の免震支持装置。
12. 積層方向において最上位の剛性層は、その上面で開口していると共に中空部の上部の径よりも大きな径をもって当該中空部の上部に連通した第一の凹所を有しており、上板は、第一の凹所の径と同一の径をもって積層方向において第一の凹所に対面した第二の凹所を下面に有した上部フランジ板と、この第二の凹所において上部フランジ板に嵌着されている一方、第一の凹所において最上位の剛性層に嵌着されている上部剪断キーとを具備しており、振動減衰体の上端部の外周面は、中空部の上部を規定する最上位の剛性層の内周面に隙間なしに接触している請求項１から１１のいずれか一項に記載の免震支持装置。
13. 積層方向において最下位の剛性層は、その下面で開口していると共に中空部の下部の径よりも大きな径をもって当該中空部の下部に連通した第三の凹所を有しており、下板は、第三の凹所の径と同一の径をもって積層方向において第三の凹所に対面した第四の凹所を上面に有した下部フランジ板と、この第四の凹所において下部フランジ板に嵌着されている一方、第三の凹所において最下位の剛性層に嵌着されている下部剪断キーとを具備しており、振動減衰体の下端部の外周面は、中空部の下部を規定する最下位の剛性層の内周面に隙間なしに接触している請求項１から１２のいずれか一項に記載の免震支持装置。
14. 剛性層は、積層体におけるその各端面側にそれぞれ配置された厚肉剛性板を具備しており、振動減衰体の一端部は、一方の厚肉剛性板の内周面によって規定された中空部の一端部に密に配されており、振動減衰体の他端部は、他方の厚肉剛性板の内周面によって規定された中空部の他端部に密に配されている請求項１から１３のいずれか一項に記載の免震支持装置。

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