JP7312101B2 - 免震構造体および免震装置 - Google Patents

Description

本発明は、免震構造体および免震装置に関する。

従来の免震技術には、建築物（上部構造物）と免震構造体（免震層）との間に減衰装置を備え、前記免震構造体に設けられた積層ゴムのハードニングにより、当該免震構造体の変位を低減可能とした、免震構造がある（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の技術によれば、免震構造体の変位を抑えつつ、建築物の変形を抑えることができる。

特許第６１６４４７３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、免震構造体の具体的な形状に着目することによって、当該免震構造体の変位を抑制するものではない。したがって、特許文献１に記載の技術は、くびれ部を有した免震構造体の変位を、最適なハードニングによって抑制することが困難であった。

本発明の目的は、くびれ部が設けたことによって求められる最適なハードニング条件を得ることが可能な免震構造体および免震装置を提供することである。

本発明に係る免震構造体は、硬質材料層と軟質材料層とを交互に配置してなる免震構造体であって、前記免震構造体は、くびれ部を有しており、前記免震構造体の幅Ｗ１に対する、前記くびれ部の幅Ｗ２の比Ｒｗは、０．７≦Ｒｗ≦０．８２５の範囲内にあり、前記免震構造体の高さＨ１に対する、前記くびれ部の高さＨ２の比Ｒｈは、０．６≦Ｒｈ≦０．８の範囲内にある。本発明に係る免震構造体によれば、くびれ部が設けたことによって求められる最適なハードニング条件を得ることが可能となる。

本発明に係る免震構造体において、前記軟質材料層の、初期剛性Ｋ１に対する、二次剛性Ｋ２の比Ｒｋは、２≦Ｒｋ≦８であることが好ましい。この場合、この場合、容易に耐久性を向上させることができる。

本発明に係る免震構造体において、比Ｒｋは、４＜Ｒｋ≦８であることがさらに好ましい。この場合、さらに耐久性を向上させることができる。

本発明に係る免震装置は、上記のいずれかに記載された免震構造体と、前記免震構造体の上端および下端に配置された、２つのプレートと、を備える。本発明に係る免震装置によれば、くびれ部が設けたことによって求められる最適なハードニング条件を得ることが可能となる。

本発明によれば、くびれ部が設けたことによって求められる最適なハードニング条件を得ることが可能な免震構造体および免震装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る免震装置を概略的に示す断面図である。 円筒形の免震構造体を軸直方向に変位させたときの状態と、当該変位状態において前記免震構造体に生じるせん断ひずみとの関係を模式的に示す図である。 くびれ部を有した免震構造体を軸直方向に変位させたときの状態と、当該変位状態において前記免震構造体に生じるせん断ひずみとの関係を模式的に示す図である。 ゴムの一般的なハードニング特性を、せん断ひずみとせん断応力との関係で示すハードニング特性図である。 くびれ部を有した免震構造体を軸直方向に変位させたときの、当該免震構造体の各軟質材料層に生じるせん断ひずみを算出し、当該算出値をプロットしたグラフである。 軟質材料層のハードニング特性を同一にしたときの、くびれ部を有した免震構造体と、円筒形の免震構造体との、せん断ひずみ比Ｒδを算出し、当該算出値をプロットしたグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る免震構造体および当該免震構造体を備えた免震装置について説明をする。以下の説明において、軸方向とは、免震構造体の中心軸Ｏが延びている方向をいい、本実施形態では、鉛直方向（上下方向）の意味も含む。また、軸直方向とは、軸方向に対して直交する方向をいい、本実施形態では、幅方向（径方向）の意味も含む。実質的に同一の事項は、同一の符号を使用することにより、その説明を省略する。

図１中、符号１は、本発明の一実施形態に係る免震装置である。免震装置１は、免震構造体１０と、免震構造体１０の両端に配置されたプレート２０と、を備えている。

本実施形態において、免震装置１は、上下方向に延びる中心軸Ｏを有し、当該中心軸Ｏを鉛直軸に沿って起立させることができる。

本実施形態では、プレート２０は、軸方向一方側（下側）端に配置されたプレート２０ａと、軸方向他方側（上側）端に配置されたプレート２０ｂと、を含む。本実施形態において、プレート２０ａは、下部プレートである。プレート２０ａは、例えば、前記構造物を支える基礎（図示省略）に固定することができる。また、本実施形態において、プレート２０ｂは、上部プレートである。プレート２０ｂは、ビル、橋、家等の構造物（図示省略）に固定することができる。本実施形態では、プレート２０は、円形の鋼板で形成されている。本実施形態では、プレート２０の中心軸は、免震装置１の中心軸Ｏと同軸である。

免震構造体１０は、硬質材料層１１と軟質材料１２層とを交互に配置してなる。

硬質材料層１１は、剛性を有する層である。本実施形態では、硬質材料層１１は、円形の金属板、具体的には、円形の鋼板からなる。本実施形態では、硬質材料層１１の中心軸は、免震装置１の中心軸Ｏと同軸である。

また、本実施形態では、軟質材料層１２は、弾性を有する層である。本実施形態では、円形の弾性板、具体的には、円形のゴム板である。本実施形態では、軟質材料層１２の中心軸は、免震装置１の中心軸Ｏと同軸である。

本実施形態では、硬質材料層１１及び軟質材料層１２は、同一の厚さを有している。ただし、硬質材料層１１及び軟質材料層１２の厚さは、適宜変更することができる。更に、本実施形態では、硬質材料層１１の幅方向外縁１１ｅは、軟質材料層１２と共に外層１３によって被覆されている。外層１３は、円筒形のゴム板である。ただし、外層１３は、省略することができる。

免震構造体１０は、くびれ部Ｒ２を有している。

本実施形態では、図１の一点鎖線に示すように、免震構造体１０は、くびれ部Ｒ２と、くびれ部Ｒ２の上側及び下側に位置する、２つの末端部Ｒ３と、によって区画されている。具体的には、末端部Ｒ３は、くびれ部Ｒ２の下端に隣接して配置された下側末端部Ｒ３ａと、くびれ部Ｒ２の上端に隣接して配置された上側末端部Ｒ３ｂと、によって区画されている。ここで、くびれ部Ｒ２は、免震構造体１０の上下方向中央に位置する仮想の領域をいう。また、下側末端部Ｒ３ａは、免震構造体１０の下端から上方向に連続する仮想の領域をいう。さらに、上側末端部Ｒ３ｂは、免震構造体１０の上端から下方向に連続する仮想の領域をいう。

ここで、くびれ部Ｒ２および末端部Ｒ３の区画の一例を、仮想の境界線Ｌ１およびＬ２を用いて説明する。

境界線Ｌ１は、プレート２０と、免震構造体１０との境界線である。本実施形態では、境界線Ｌ１は、プレート２０と、プレート２０と隣接する軟質材料層１２との固定面を通る線である。本実施形態では、境界線Ｌ１は、免震構造体１０の下端（最も下側の軟質材料層１２の下端）とプレート２０ａの上端との境界線Ｌ１Ａと、免震構造体１０の上端（最も上側の軟質材料層１２の上端）とプレート２０ｂの下端との境界線Ｌ１Ｂと、を含んでいる。

境界線Ｌ２は、くびれ部Ｒ２と、末端部Ｒ３との境界線である。本実施形態では、境界線Ｌ２は、末端部Ｒ３の、プレート２０から軸方向に最も遠い軟質材料層１２と、末端部Ｒ３の軟質材料層１２と隣接する、くびれ部Ｒ２の硬質材料層１１との固定面を通る線である。本実施形態では、境界線Ｌ２は、くびれ部Ｒ２の下端（最も下側の硬質材料層１１の下端）と下側末端部Ｒ３ａの上端（最も上側の軟質材料層１２の上端）との境界線Ｌ２Ａと、くびれ部Ｒ２の上端（最も上側の硬質材料層１１の上端）と上側末端部Ｒ３ｂの下端（最も下側の軟質材料層１２の下端）との境界線Ｌ２Ｂと、を含んでいる。

くびれ部Ｒ２は、軸方向において、２つの境界線Ｌ２（境界線Ｌ２Ａと境界線Ｌ２Ｂ）によって区画されている。また、末端部Ｒ３は、軸方向において、境界線Ｌ１と境界線Ｌ２とによって区画されている。本実施形態では、下側末端部Ｒ３ａは、軸方向において、境界線Ｌ１Ａと境界線Ｌ２Ａとによって区画されている。また、本実施形態では、上側末端部Ｒ３ｂは、軸方向において、境界線Ｌ１Ｂと境界線Ｌ２Ｂとによって区画されている。

また、くびれ部Ｒ２には、少なくとも１つの硬質材料層１１２が配置されている。本実施形態では、くびれ部Ｒ２は、複数（本実施形態では、１０個）の硬質材料層１１２を有している。本実施形態では、硬質材料層１１２は、同一の軸直方向幅Ｗ１２を有している。本実施形態では、硬質材料層１１２は、直径φ１２の鋼板である。本実施形態では、硬質材料層１１２は、免震装置１の中心軸Ｏと同軸に配置されている。したがって、本実施形態では、硬質材料層１１２の幅方向外縁１２ｅは、それぞれ、中心軸Ｏまでの軸直方向（径方向）距離が等しい。

また、末端部Ｒ３には、少なくとも１つの硬質材料層１１３が配置されている。本実施形態では、末端部Ｒ３は、複数（本実施形態では、２個）の硬質材料層１１３を有している。本実施形態では、硬質材料層１１３は、軸直方向幅Ｗ１３を有している。本実施形態では、硬質材料層１１３は、直径φ１３の鋼板である。本実施形態では、硬質材料層１１３の軸直方向幅Ｗ１３（直径φ１３）は、くびれ部Ｒ２に近づくにしたがって小さくなっている。本実施形態では、硬質材料層１１３は、免震装置１の中心軸Ｏと同軸に配置されている。したがって、本実施形態では、硬質材料層１１３の幅方向外縁１３ｅは、くびれ部Ｒ２に向かうに従って、中心軸Ｏまでの軸直方向（径方向）距離が近くなる。

言い換えれば、くびれ部Ｒ２の硬質材料層１１２の軸直方向幅Ｗ１２は、軸方向において同一であり、末端部Ｒ３の硬質材料層１１３の軸直方向幅Ｗ１３は、軸方向においてくびれ部Ｒ２からプレート２０に向かうに従って末広がりに広がっていく。

本実施形態では、末端部Ｒ３の硬質材料層１１３の幅方向外縁１１３ｅは、くびれ部Ｒ２の硬質材料層１１２の幅方向外縁１１２ｅよりも幅方向外側に位置している。このため、免震構造体１０が大きく軸直方向に弾性変形したときでも、末端部Ｒ３の硬質材料層１１３がくびれ部Ｒ２の硬質材料層１１２を支えることによって、当該免震構造体１０の座屈を抑制することができる。

ところで、図１の免震構造体１０の上下端を軸直方向逆向きに変位させたときのせん断ひずみに着目した場合、図２Ａに示すように、円筒形の免震構造体５０に生じるせん断ひずみε０は、軸方向に均等な大きさであるが、図２Ｂに示すように、くびれ部Ｒ２を有した免震構造体１０に生じるせん断ひずみε１は、くびれ部Ｒ２に集中する。

一方、弾性材料（軟質材料）は、図３に示す一般的なゴムのように、せん断ひずみεが所定の値に達すると、せん断応力σが急激に上昇する。即ち、弾性材料の剛性Ｋ（＝σ／ε）は、せん断ひずみεが前記所定の値に達すると急激に大きくなる。図３を参照すれば、弾性材料のハードニング特性は、１次剛性（初期剛性）Ｋ１に対する二次剛性Ｋ２の比Ｒｋ（＝Ｋ２／Ｋ１）で表される。このハードニング特性は、弾性材料に固有の特性である。

そこで、本願発明者は、くびれ部Ｒ２を有した免震構造体１０において、軟質材料層１２のハードニング特性を制御することによって、くびれ部Ｒ２に生じるせん断ひずみεが、図２Ａに示すように、軸方向に均等な大きさになるようにすることを思い立った。

図４は、くびれ部Ｒ２を有した免震構造体１０の上下端を軸直方向逆向きに変位させたときの、当該免震構造体１０の各軟質材料層１２に生じるせん断ひずみεを算出し、当該算出値をプロットしたグラフである。

図４において、縦軸の上下端は、免震構造体１０の下端から上端に対応する。図４中、□（白四角）は、Ｒｋ＝１としたときの免震構造体１０の各軟質材料層１２に生じるせん断ひずみである。■（黒四角）は、Ｒｋ＝２としたときの免震構造体１０の各軟質材料層１２に生じるせん断ひずみである。○（白丸）は、Ｒｋ＝４としたときの免震構造体１０の各軟質材料層１２に生じるせん断ひずみである。●（黒丸）は、Ｒｋ＝８としたときの免震構造体１０の各軟質材料層１２に生じるせん断ひずみである。

図４を参照すると、軟質材料層１２がＲｋの大きいハードニング特性を有するようにすれば、くびれ部Ｒ２と末端部Ｒ３との間に生じるせん断ひずみεの差は、小さくすることができることがわかる。なお、図４に示すせん断ひずみεの特性は、軟質材料層１２の層数ｎ＝３０（枚）、４０（枚）、５０（枚）も同様である。このため、軟質材料層１２の層数ｎは、図４に示すせん断ひずみεの特性に大きな影響を与えないと考えられる。

一方、図５は、軟質材料層のハードニング特性を同一にしたときの、くびれ部を有した免震構造体と、円筒形の免震構造体との、せん断ひずみ比Ｒε（＝δ_Ｓ／δ_ｏ）を算出し、当該算出値をプロットしたグラフである。

本実施形態では、δ_Ｓは、免震構造体１０（のくびれ部Ｒ２）のせん断変形量である。また、本実施形態では、δ_ｏは、円筒形の免震構造体５０のせん断変形量である。本実施形態では、せん断変形量は、破断限界の変形量である。

図５を参照すれば、軟質材料層１２がＲｋ＝２以上のハードニング特性を有する場合、せん断ひずみ比Ｒε（＝δ_Ｓ／δ_ｏ）は、０．９付近で安定する。なお、図５中、●（黒丸）は、軟質材料層１２の層数ｎ＝３０（枚）の場合である。また、■（黒四角）は、軟質材料層１２の層数ｎ＝４０（枚）の場合である。さらに、▲（黒三角）は、軟質材料層１２の層数ｎ＝５０（枚）の場合である。これらを参照すると、軟質材料層１２の層数ｎは、Ｒｋに対するせん断ひずみ比Ｒδの特性に大きな影響を与えないと考えられる。

ところで、図１を参照すれば、免震構造体１０の幅Ｗ１は、免震構造体１０の最大幅Ｗ１maxである。本実施形態では、免震構造体１０の幅Ｗ１は、境界線Ｌ１での免震構造体１０の軸直方向幅である。即ち、本実施形態では、免震構造体１０の幅Ｗ１は、免震構造体１０の軸方向端の軸直方向幅で規定されている。本実施形態では、免震構造体１０の軸方向端は、免震構造体１０の下端ｅ１と、免震構造体１０の下端ｅ２と、を含む。本実施形態では、免震構造体１０の下端ｅ１の軸直方向幅と、免震構造体１０の下端ｅ２の軸直方向幅とは、同一の幅Ｗ１である。本実施形態では、免震構造体１０の幅Ｗ１は、免震構造体１０の最も軸方向外側の軟質材料層１２の軸直方向幅である。

また、図１を参照すれば、くびれ部Ｒ２の幅Ｗ２は、免震構造体１０の最小幅Ｗ１minである。本実施形態では、くびれ部Ｒ２の幅Ｗ２は、境界線Ｌ２での免震構造体１０の軸直方向幅である。即ち、本実施形態では、くびれ部Ｒ２の幅Ｗ２は、くびれ部Ｒ２の軸方向側端の軸方向幅で規定されている。本実施形態では、くびれ部Ｒ２の幅Ｗ２は、くびれ部Ｒ２の軟質材料層１２の軸直方向幅と、軟質材料からなる外層１３の軸直方向幅と、を含む幅である。本実施形態では、くびれ部Ｒ２の軸直方向幅は、軸方向に沿って同一の幅Ｗ２である。

また、図１を参照すれば、免震構造体１０の高さは、Ｈ１で規定されている。また、本実施形態では、くびれ部Ｒ２の高さは、Ｈ２で規定されている。また、本実施形態では、末端部Ｒ３の高さは、Ｈ３で規定されている。さらに、本実施形態では、２つの末端部Ｒ３のうちの、下側末端部Ｒ３ａの高さは、Ｈ３ａで規定されている。また、本実施形態では、２つの末端部Ｒ３のうちの、上側末端部Ｒ３ｂの高さは、Ｈ３ｂで規定されている。即ち、図１の免震構造体１０の高さＨ１は、くびれ部Ｒ２の高さＨ２と、下側末端部Ｒ３ａの高さＨ３ａと、上側末端部Ｒ３ｂの高さＨ３ｂとの和（Ｈ１＝Ｈ２＋Ｈ３ａ＋Ｈ３ｂ）によって規定されている。なお、本実施形態では、下側末端部Ｒ３ａの高さＨ３ａと、上側末端部Ｒ３ｂの高さＨ３ｂとは、同一の高さである。

さらに、図１を参照すれば、免震構造体１０の高さＨ１は、免震構造体１０の、２つの軸方向端の間の高さで規定されている。本実施形態では、免震構造体１０の高さＨ１は、免震構造体１０の下端ｅ１（境界線Ｌ１Ａ）と、免震構造体１０の下端ｅ２（境界線Ｌ１Ｂ）の間の高さである。本実施形態では、免震構造体１０の高さＨ１は、免震構造体１０の最も軸方向外側に配置された、２つの軟質材料層１２の軸方向外側端の間の高さである。

また、図１を参照すれば、くびれ部Ｒ２の高さＨ２は、２つの境界線Ｌ２（境界線Ｌ２Ａおよび境界線Ｌ２Ｂ）の間の高さである。本実施形態では、くびれ部Ｒ２高さＨ２は、くびれ部Ｒ２の最も軸方向外側の硬質材料層１１の軸方向外側端の間の高さである。

以下の表１は、Ｒｋ（＝Ｋ２／Ｋ１）を、免震構造体１０の幅Ｗ１に対する、くびれ部Ｒ２の幅Ｗ２の比Ｒｗ（α＝Ｗ２／Ｗ１）と、免震構造体１０の高さＨ１に対する、くびれ部Ｒ２の高さＨ２の比Ｒｈ（β＝Ｈ２／Ｈ１）と、の関係で特定したものである。

表１を参照すれば、薄灰色で示した領域は、免震構造体１０の幅Ｗ１とくびれ部Ｒ２の幅Ｗ２との差が大きすぎる場合、言い換えれば、免震構造体１０がくびれすぎている場合である。この場合、軟質材料層１２のハードニングにより、せん断ひずみεの差を縮めても、大きな効果を得ることができない。また、濃灰色で示した領域は、免震構造体１０の幅Ｗ１とくびれ部Ｒ２の幅Ｗ２との差が小さすぎる場合、言い換えれば、免震構造体１０がほとんどくびれていない場合である。この場合、円筒形の免震構造体５０とほとんど変わらず、軟質材料層１２のハードニングを行う必要がない。

したがって、表１を参照すれば、くびれ部Ｒ２が設けたことによって求められる最適なハードニング条件は、ゴム層１２の剛性比Ｒｋが、以下の関係を満たすことである。

２≦Ｒｋ≦８・・・（１）

表１を参照すれば、ゴム層１２の剛性比Ｒｋが上記（１）の範囲を満たす場合、免震構造体１０の幅Ｗ１と、くびれ部Ｒ２の幅Ｗ２とは、以下の関係を満たすことが好ましい。

０．７≦（Ｗ２／Ｗ１）≦０．８２５・・・（２）

また、表１を参照すれば、ゴム層１２の剛性比Ｒｋが上記（１）の範囲を満たす場合、免震構造体１０の高さＨ１と、くびれ部Ｒ２の高さＨ２とは、以下の関係を満たすことが好ましい。

０．６≦（Ｈ２／Ｈ１）≦０．８・・・（３）

即ち、表１を参照すれば、くびれ部Ｒ２を有する免震構造体１０において、くびれ部Ｒ２が設けたことによって求められる最適なハードニング条件を得るためには、当該免震構造体１０は、当該免震構造体１０の幅Ｗ１に対する、くびれ部Ｒ２の幅Ｗ２の比αは、０．７≦α≦０．８２５の範囲内にあり、かつ、免震構造体１０の高さＨ１に対する、くびれ部Ｒ２の高さＨ２の比βは、０．６≦β≦０．８の範囲内にあるように形作られていることが好ましい。

図１の免震構造体１０は、上記（２）および（３）のいずれの条件も満たすように形成されている。この場合、上述のとおり、免震構造体１０が軸直方向に変位したときにくびれ部Ｒ２に生じ得るせん断ひずみεの局所的な集中を抑制することができる。したがって、本実施形態に係る免震構造体１０によれば、くびれ部Ｒ２が設けたことによって求められる最適なハードニング条件を得ることが可能となる。

なお、本実施形態では、免震構造体１０は、中心軸Ｏを中心とする円筒にくびれ部Ｒ２を設けたものである。本実施形態では、免震構造体１０の幅Ｗ１は、免震構造体１０の直径φ１である。また、くびれ部Ｒ２の幅Ｗ２は、免震構造体１０の直径φ２である。即ち、本実施形態において、免震構造体１０の幅Ｗ１に対する、くびれ部Ｒ２の幅Ｗ２の比αは、免震構造体１０の直径φ１に対する、免震構造体１０の直径φ２の比（φ２／φ１）と置き換えることができる。

ただし、免震構造体１０は、円筒にくびれ部Ｒ２を設けたものに限定されることなく、多角形等の異形の角筒にくびれ部Ｒ２を設けたものを採用することができる。この場合、免震構造体１０の幅Ｗ１およびくびれ部Ｒ２の幅Ｗ２は、免震構造体１０の外接円の直径とすることができる。

なお、免震構造体１０の幅Ｗ１は、複数の硬質材料層１１３のうち、プレート２０に最も近い硬質材料層１１３の軸直方向幅Ｗ１３（＝φ１３）に置き換えることができる。即ち、免震構造体１０の幅Ｗ１は、複数の硬質材料層１１３のうちの、最も幅Ｗ１３が大きい硬質材料層１１３の軸直方向幅Ｗ１３とすることができる。また、くびれ部Ｒ２の幅Ｗ２は、くびれ部Ｒ２の硬質材料１１２の軸直方向幅Ｗ１２（＝φ１２）に置き換えることができる。これらの置き換えが可能な理由は、せん断ひずみεに最も影響を与える部分であるためである。

上述のとおり、図１の免震構造体１０は、くびれ部Ｒ２を有することにより、当該免震構造体１０の上下端が軸直方向逆向きに変位したときに生じ得る座屈を抑制することができる。加えて、図１の免震構造体１０は、αが上記（２）の範囲を満たすとともにβが上記（３）の範囲を満たすように形作られている。この場合、表１に示すように、剛性比Ｒｋを上記（１）の範囲内に収めれば、免震構造体１０の上下端が軸直方向逆向きに変位したときにくびれ部Ｒ２に生じ得るせん断ひずみεの局所的な集中を抑制することができる。

そこで、本実施形態に係る免震構造体１０において、軟質材料層１２の、剛性比Ｒｋは、２≦Ｒｋ≦８であることが好ましい。この場合、免震構造体１０の上下端が軸直方向逆向きに変位したときに生じ得る座屈を抑制しつつ、くびれ部Ｒ２に生じ得るせん断ひずみεの局所的な集中を抑制することができる。したがって、この場合、容易に耐久性を向上させることができる。

さらに、本実施形態に係る免震構造体１０において、剛性比Ｒｋは、４＜Ｒｋ≦８であることがさらに好ましい。この場合、この場合、より免震構造体１０の耐久性を向上させることができる。特に、剛性比Ｒｋ＝８の場合、さらに免震構造体１０の耐久性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る免震装置１は、上記免震構造体１０と、当該免震構造体１０の上端および下端に配置された、２つのプレート２０と、を備えている。本実施形態に係る免震装置１によれば、くびれ部Ｒ２が設けたことによって求められる最適なハードニング条件を得ることが可能となる。

上述のとおり、本発明によれば、くびれ部Ｒ２が設けたことによって求められる最適なハードニング条件を得ることが可能な免震構造体および免震装置を提供することができる。

なお、本実施形態に係る免震構造体１０において、硬質材料１１３の幅方向外縁１１３ｅと、硬質材料１１３の幅方向外縁１１２ｅを連ねてなる、仮想稜線Ｌは、図１に示すように、免震装置１の軸方向断面視において、上下方向に対してなす鋭角側の角度Ａが、４５°～８０°であるものとすることができる。角度Ａが４５°に満たない場合、座屈を抑制する効果が小さい。角度Ａが８０°を超える場合、座屈を抑制する効果が小さく、硬質材料１１３の幅方向外縁１１３ｅの圧縮側に局部的な剥離が生じやすい。本実施形態によれば、仮想稜線Ｌは、免震装置１の軸方向断面視において、上下方向に対してなす鋭角側の角度Ａが、４５°～８０°である。このため、本実施形態によれば、座屈改善効果が特に高い。

また、末端部Ｒ３の硬質材料１１３の軸直方向幅Ｗ１３に対する、くびれ部Ｒ２の硬質材料１１２の軸直方向幅Ｗ１２の比α１（＝Ｗ１２／Ｗ１３）は、以下の関係（４）を満たすことが好ましい。

０．６≦（Ｗ１２／Ｗ１３）≦０．９７・・・（４）

本実施形態では、硬質材料１１は、円形の板である。また、本実施形態では、硬質材料１１は、中心軸Ｏ上を同軸に配置されている。本実施形態では、硬質材料１３の軸直方向幅Ｗ１３、硬質材料１１２の軸直方向幅Ｗ１２は、硬質材料１１の直径である。即ち、本実施形態において、末端部Ｒ３の硬質材料１１３の軸直方向幅Ｗ１３に対する、くびれ部Ｒ２の硬質材料１１２の軸直方向幅Ｗ１２の比α１は、硬質材料１１３の直径φ１３に対する、硬質材料１１２の直径φ１２の比（φ１２／φ１３）と置き換えることができる。

なお、硬質材料１１も、円形の板に限定されることなく、多角形等の異形の板を採用することができる。この場合、硬質材料１１３の軸直方向幅Ｗ１３、硬質材料１１２の軸直方向幅Ｗ１２は、硬質材料１１の外接円の直径とすることができる。また、比α１（＝Ｗ１２／Ｗ１３）は、０．６以上であることが好ましい。より好ましくは、α１＝０．７～０．９２の値である。この場合、免震性能を十分確保することができる。硬質材料１１が複数である場合、Ｗ１３は、硬質材料１１３のうちの最大幅、Ｗ１２は、硬質材料１１２の最小幅とする。

また、末端部Ｒ３の硬質材料１１３の軸直方向幅Ｗ１３およびくびれ部Ｒ１の硬質材料１１２の軸直方向幅Ｗ１２の具体例としては、Ｗ１２／Ｗ１３＝０．６～０．９７が挙げられる。

上記の場合、末端部Ｒ３の硬質材料１１３は、くびれ部Ｒ２の硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅよりも幅方向外側に位置する幅方向外縁１１３ｅを有しているため、免震構造体１０が急激に弾性変形したときでも、末端硬質材料１１３が硬質材料１１２を支えることによって、当該免震構造体１０の座屈の原因となる、圧縮側の部分（末端領域Ｒ１）に生じる局所的な応力集中を抑制することができる。

一方、末端部Ｒ３の硬質材料１１３の軸直方向幅Ｗ１３のみを単純に大きく確保した場合、座屈特性が向上する。しかしながら、単純にＷ１３を大きくしただけでは建築物等の構造物の固有振動周期が短くなるため、本来の免震性能を発揮できない課題がある。そこで、末端部Ｒ３の硬質材料１１３の軸直方向幅Ｗ１３を大きく確保した場合、くびれ部Ｒ２の硬質材料１１２の軸直方向幅Ｗ１２を小さくすれば、前記構造物の固有振動周期が短くなる現象を抑制できる。具体的には、末端部Ｒ３の硬質材料１１３の軸直方向幅Ｗ１３に対する、くびれ部Ｒ２の硬質材料１１２の軸直方向幅Ｗ１２の比α１は、０．９７以下である場合、前記構造物の固有振動周期を長く保ちつつ、座屈特性を向上させる。このため、免震構造体１０において、α１を、０．９７以下とすれば、座屈性能を向上させつつ、要求される免震性能を損なうことがない。また、比α１を０．６未満とした場合、くびれ部Ｒ２の硬質材料１１２の軸直方向幅Ｗ１２が小さくなり座屈性能や荷重支持能力が低下する。これに対し、α１を０．６以上とすれば、座屈性能改善効果が得られ、荷重支持能力も低下しない。

加えて、本実施形態において、末端部Ｒ３には、複数の硬質材料層１１３が配置されており、当該複数の硬質材料層１１３の幅方向外縁１１３ｅがくびれ部Ｒ２の硬質材料１１２の幅方向外縁１１２ｅよりも幅方向外側にあり、かつ、硬質材料層１１３の幅Ｗ１３が免震構造体１０の軸方向端に向かう従って拡大しているため、免震構造体１０が大きく弾性変形したときも、末端部Ｒ３の硬質材料１１３の幅方向外縁１１３ｅの圧縮側に、局部的な剥離が生じない。

要するに、水平剛性が等しく、α１が０．９７を超える免震構造体と比較した場合、本実施形態に係る免震構造体１０は、耐座屈性能が向上する。また、末端部Ｒ３硬質材料１１３の軸直方向幅Ｗ１３が同一で、α１が０．９７を超える免震構造体と比較した場合、本実施形態は、より固有振動周期を長くできる。更に、くびれ部Ｒ２の硬質材料１１２の軸直方向幅Ｗ１２が同一で、α１が０．９７を超える免震構造体と比較した場合、本実施形態は、末端部Ｒ３の硬質材料１１３の幅方向外縁１１３ｅの圧縮側に生じる、局部的な剥離を抑制できる。

従って、硬質材料層１１を上記のように配列すれば、要求される免震性能を損なうことなく、荷重支持能力を維持しつつ、耐座屈性能及び耐久性に優れた、免震構造体および免震装置となる。

上述したところは、本発明のいくつかの実施形態を開示したにすぎず、特許請求の範囲に従えば、様々な変更が可能となる。例えば、本発明によれば、免震構造体および免震装置は、プラグ（芯材）を備えていてもよい。具体的には、本実施形態において、免震構造体１０の中心部に、中心軸Ｏに沿って延在するプラグを貫通させることができる。前記プラグは、鉛、錫等の金属によって形成されていることが好ましい。

（解析）
硬質材料層１１の配列に関する効果を確認するため、Ｗ１２／Ｗ１３に基くＦＥＭ（Finite Element Method）解析（以下、「幅比率に基くＦＥＭ解析」ともいう。）と、仮想稜線Ｌの角度Ａに基くＦＥＭ解析（以下、「角度に基くＦＥＭ解析」ともいう。）と、の２種類の解析を行った。前記ＦＥＭ解析では、座屈ひずみ、破断ひずみおよび固有振動周期について検証した。前記ＦＥＭ解析には、MSCソフトウェア製のMarc解析ソフトを使用した。

上記ＦＥＭ解析では、本実施形態に係る免震構造体１０の輪郭形状を再現した解析モデルを使用した。前記幅比率に基くＦＥＭ解析では、６つの解析モデルを作成した。また、前記角度に基くＦＥＭ解析では、５つの解析モデルを作成した。これらのＦＥＭ解析で使用した入力荷重は、１３００ｋNである。

硬質材料のメッシュは、１層当り１辺５０～１２０ｍｍ程度の四面体、メッシュ数を５４個とした。軟質材料のメッシュは、１層当り１辺５０～１２０ｍｍの四面体、メッシュ数を５４個とした。また、以下の［表２］には、解析モデルのパラメータを示す。

以下の［表３］には、前記幅比率に基くＦＥＭ解析の結果を基に評価した、座屈性能、耐久性能（破断性能）および免震性能を示す。ここで、「座屈ひずみ」とは、解析モデルに座屈が生じたときのひずみ（％）であって、当該ひずみは、主として末端領域に生じる。また、「改善座屈ひずみ」とは、本実施形態に係る免震構造体１０の数値範囲を含まない従来の免震構造体（この解析では、関連する性能がＲ＝１の免震構造体）の座屈ひずみを１００としたときの、解析対象となっている解析モデルの座屈ひずみ（％）の割合である。したがって、この評価では、改善座屈ひずみの値が大きいほど、座屈を生じ難く、座屈性能が良好であると判定している。また、「破断ひずみ」とは、軟質材料層に破断が生じたときのひずみ（％）であって、当該ひずみは、主として末端部Ｒ３に生じる。したがって、この評価では、破断ひずみの値が大きいほど、破断を生じ難く、破断性能が良好であると判定している。なお、「ＮＡ」は、利用不可値である。また、「１００％等価周期」Ｔは以下のように求める。免震構造体の変位（ｘ）－荷重（ｙ）グラフを描いた時、通常ループ状になる。ここでループ上の最も＋（プラス）の変位ｘの位置と、最も－（マイナス）の変位ｘの位置と、を直線で結んだ時の、この直線の傾きをｋとする。そしてＴ＝2π√(m/k)で求められる（ｍは免震構造体の質量）。したがって、この評価では、１００％等価周期の値が大きいほど、免震性能が良好であると判定している。［表３］においては、座屈ひずみが４００％以上の場合は◎で、良好との評価である。また、従来構造より１５％以上改善された場合は○で、おおむね良好との評価である。さらに、×はそれ以外で、改善の余地があるとの評価である。

表３を参照すれば、Ｗ１２／Ｗ１３＝０．５５の解析モデルでは、耐久性能および免震性能の評価として、改善の余地が認められる一方、０．６≦Ｗ１２／Ｗ１３の解析モデルでは、耐久性能および免震性能が良好な性能であることが認められた。また、Ｗ１２／Ｗ１３＝０．９８以上の解析モデルでは、座屈性能の評価として、改善の余地が認められる一方、Ｗ１２／Ｗ１３≦０．９７の解析モデルでは、座屈性能が良好な性能であることが認められた。したがって、これらの評価結果から、０．６≦Ｗ１２／Ｗ１３≦０．９７の範囲の解析モデルであれば、座屈性能、耐久性能（破断性能）および免震性能のいずれも、良好な性能であることが明らかである。

また、以下の［表４］には、前記角度に基くＦＥＭ解析の結果を基に評価した、座屈性能を示す。ここで、「座屈ひずみ」および「改善座屈ひずみ」は、［表３］と同様である。また、「端部引張ひずみ」とは、末端部Ｒ３のプレート２０に隣接する硬質材料層１１３の幅方向端部に接する軟質材料層１２にかかるひずみの事を言う。この値が小さい程、良好である。さらに、［表４］においては、◎、○および×で示した評価も、［表３］と同様である。

表４を参照すれば、仮想稜線Ｌの角度Ａが４０°以下の解析モデルおよび角度Ａが８５°の解析モデルでは、座屈性能および捲れ上がり性能の評価として、改善の余地が認められる一方、仮想稜線Ｌの角度Ａが４５°～８０°の解析モデルでは、座屈性能および捲れ上がり性能が良好な性能であることが認められた。したがって、これらの評価結果から、仮想稜線Ｌの角度Ａが４０°～８５°の範囲の解析モデルであれば、座屈性能が、良好な性能であることが明らかである。

１：免震装置， １０：免震構造体， １１：硬質材料層， １１２：くびれ部の硬質材料層， １１３：末端部の硬質材料層， １１２ｅ：くびれ部の硬質材料層の幅方向外縁， １１３ｅ：末端部の硬質材料の幅方向外縁， １２：軟質材料層， Ａ：角度， Ｈ１：免震構造体の高さ， Ｈ２：くびれ部の高さ， Ｌ：仮想稜線， Ｒ２：くびれ部， Ｒ３：末端部， Ｗ１：免震構造体の幅， Ｗ２：くびれ部の幅

Claims (4)

1. 硬質材料層と軟質材料層とを交互に配置してなる免震構造体であって、
   前記免震構造体は、くびれ部を有しており、
   前記免震構造体の幅Ｗ１に対する、前記くびれ部の幅Ｗ２の比Ｒｗは、０．７≦Ｒｗ≦０．８２５の範囲内にあり、
   前記免震構造体の高さＨ１に対する、前記くびれ部の高さＨ２の比Ｒｈは、０．６≦Ｒｈ≦０．８の範囲内にある、免震構造体。
2. 前記軟質材料層の、初期剛性Ｋ１に対する、二次剛性Ｋ２の比Ｒｋは、２≦Ｒｋ≦８である、請求項１に記載された免震構造体。
3. 前記比Ｒｋは、４＜Ｒｋ≦８である、請求項２に記載された免震構造体。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載された免震構造体と、
   前記免震構造体の両端に配置された、２つのプレートと、
   を備える、免震装置。
   

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