JP7333334B2 - Seismic isolation device - Google Patents
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Description
本発明は、免震装置に関する。 The present invention relates to a seismic isolation device.
従来の免震装置には、硬質材料と軟質材料とを上下方向に交互に配置してなる積層構造体を備え、当該積層構造体の、上側及び下側の少なくとも一方の末端領域に配置した末端硬質材料の幅方向外縁を、当該積層構造体の中央領域に配置した中央硬質材料よりも幅方向外側に延ばしたものがある(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1に記載の免震装置によれば、前記積層構造体が水平方向に弾性変形したときでも、前記末端硬質材料が前記中央硬質材料を支えることによって、当該積層構造体の座屈の原因となる、圧縮側の部分(前記末端領域)に生じる局所的な応力集中を抑制することができる。 A conventional seismic isolation device includes a laminated structure in which hard materials and soft materials are alternately arranged in the vertical direction, and an end portion disposed in at least one of the upper and lower end regions of the laminated structure. There is one in which the widthwise outer edge of the hard material is extended to the outside in the widthwise direction from the central hard material arranged in the central region of the laminate structure (see, for example, Patent Document 1). According to the seismic isolation device described in
一方、免震装置は、固有振動周期を長くすることにより、免震性能を高めて当該構造物を保護している。 On the other hand, the seismic isolation device increases the seismic isolation performance and protects the structure by lengthening the natural vibration period.
特許文献1に記載の免震装置によれば、前記末端硬質材料の幅が大きいほど、座屈改善の効果が大きい。しかしながら、前記末端硬質材料の幅が大きすぎると、前記積層構造体が大きく弾性変形した場合、前記末端硬質材料の幅方向外縁が応力集中により前記軟質材料に
対して剥離し易く、耐久性の面で改善の余地があった。更に、座屈改善効果は上下末端硬質材料の幅に大きく依存するが、特許文献1に記載の免震装置では、前記構造物の固有振動周期が短くなる虞もあった。According to the seismic isolation device described in
本発明の目的は、要求される免震性能を損なうことなく、耐座屈性能及び耐久性に優れた免震装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a seismic isolation device that is excellent in buckling resistance and durability without impairing the required seismic isolation performance.
本発明に係る免震装置は、硬質材料と軟質材料とを上下方向に交互に配置してなる積層構造体を備えた、免震装置であって、前記積層構造体は、それぞれ上側及び下側に位置する、2つの末端領域と、前記2つの末端領域の間に位置する、中央領域と、前記中央領域と前記末端領域との間で前記中央領域と前記末端領域に隣接して位置する、2つの中間領域と、に区画されており、前記末端領域に配置された硬質材料は、少なくとも1つの末端硬質材料であり、前記中央領域に配置された硬質材料は、少なくとも1つの中央硬質材料であり、前記中間領域に配置された硬質材料は、少なくとも1つの中間硬質材料であり、前記末端硬質材料の幅方向外縁は、前記中央硬質材料の幅方向外縁よりも幅方向外側に位置しており、かつ、前記中間硬質材料の幅方向外縁は、前記中央硬質材料の幅方向外縁よりも幅方向外側かつ前記末端硬質材料の幅方向外縁よりも幅方向内側に位置しており、更に、前記末端硬質材料の幅方向外縁間の幅W1に対する、前記中央硬質材料の幅方向外縁間の幅W2の比(W2/W1)は、0.6≦(W2/W1)≦0.97である。本発明に係る免震装置によれば、要求される免震性能を損なうことなく、耐座屈性能及び耐久性に優れた免震装置となる。 A seismic isolation device according to the present invention is a seismic isolation device provided with a laminated structure formed by alternately arranging hard materials and soft materials in a vertical direction, wherein the laminated structures are provided on an upper side and a lower side, respectively. a central region located between said two terminal regions and located between said central region and said terminal region and adjacent to said central region and said terminal region; two intermediate regions, wherein the hard material located in the end regions is at least one terminal hard material, and the hard material located in the central region is at least one central hard material. and the hard material arranged in the intermediate region is at least one intermediate hard material, and the widthwise outer edge of the terminal hard material is positioned outside the widthwise outer edge of the central hard material. and the widthwise outer edge of the intermediate hard material is positioned widthwise outside the widthwise outer edge of the central hard material and widthwise inside the widthwise outer edge of the terminal hard material; The ratio (W2/W1) of the width W2 between the widthwise outer edges of the central hard material to the width W1 between the widthwise outer edges of the hard material (W2/W1) is 0.6≦(W2/W1)≦0.97. According to the seismic isolation device according to the present invention, the seismic isolation device is excellent in buckling resistance and durability without impairing the required seismic isolation performance.
本発明に係る免震装置は、前記中間領域には、複数の前記中間硬質材料が配置されており、当該複数の中間硬質材料の幅は、前記末端領域側から前記中央領域側に向かうに従い小さくなることが好ましい。この場合、末端領域に生じる局所的な応力集中をより抑制し、耐久性をより向上させることができる。 In the seismic isolation device according to the present invention, the plurality of intermediate hard materials are arranged in the intermediate region, and the width of the plurality of intermediate hard materials decreases from the terminal region side toward the central region side. It is preferable to be In this case, local stress concentration occurring in the end region can be further suppressed, and durability can be further improved.
本発明に係る免震装置は、前記中央領域には、複数の前記中央硬質材料が配置されており、当該複数の中央硬質材料の幅は、同一であることが好ましい。この場合、中央硬質材料が複数であっても、要求される免震性能をより確実に発揮することができる。 In the seismic isolation device according to the present invention, it is preferable that a plurality of central hard materials are arranged in the central region, and widths of the plurality of central hard materials are the same. In this case, even if there are a plurality of central hard materials, the required seismic isolation performance can be exhibited more reliably.
本発明に係る免震装置は、前記末端領域には、複数の末端硬質材料が配置されており、当該複数の末端硬質材料の幅は、同一である。この場合、末端領域に生じる局所的な応力集中をより抑制し、耐座屈性能及び耐久性をより向上させることができる。 In the seismic isolation device according to the present invention, a plurality of terminal hard materials are arranged in the terminal region, and the widths of the plurality of terminal hard materials are the same . In this case, the local stress concentration occurring in the end region can be further suppressed, and the buckling resistance and durability can be further improved.
参考例としての免震装置は、前記末端領域には、複数の末端硬質材料が配置されており、当該複数の末端硬質材料の幅は、前記中央領域側から前記末端領域側に向かうに従い大きくなるものとすることができる。 In the seismic isolation device as a reference example , a plurality of terminal hard materials are arranged in the terminal region, and the width of the plurality of terminal hard materials increases from the central region side toward the terminal region side. can be
本発明に係る免震装置において、免震装置の上下方向断面視において、前記中間硬質材料に隣接する前記末端硬質材料、前記中間硬質材料、及び、前記中間硬質材料に隣接する前記中央硬質材料の、それぞれの幅方向外縁を連ねてなる仮想稜線が、上下方向に対してなす鋭角側の角度Aは、45°~80°であるものとすることができる。この場合、座屈を生じ難くすることができる。 In the seismic isolation device according to the present invention, in a vertical cross-sectional view of the seismic isolation device, the end hard material adjacent to the intermediate hard material, the intermediate hard material, and the central hard material adjacent to the intermediate hard material , and an imaginary ridge formed by connecting the respective widthwise outer edges, the acute angle A formed with respect to the vertical direction can be 45° to 80°. In this case, buckling can be made difficult to occur.
本発明に係る免震装置では、免震装置の上下方向断面視において、前記仮想稜線は、直線状であるものとすることができる。この場合、更に座屈を生じ難くすることができる。 In the seismic isolation device according to the present invention, the imaginary ridge line can be linear in a vertical cross-sectional view of the seismic isolation device. In this case, buckling can be made more difficult to occur.
本発明に係る免震装置において、前記積層構造体の上下方向高さH0に対する、前記中間領域の上下方向高さH3の比(H3/H0)は、0.01~0.1であるものとすることができる。この場合、末端硬質材料の幅方向外縁が応力集中により軟質材料に対して剥離しにくく、耐久性が改善される。 In the seismic isolation device according to the present invention, the ratio (H3/H0) of the vertical height H3 of the intermediate region to the vertical height H0 of the laminated structure is 0.01 to 0.1. can do. In this case, the widthwise outer edge of the terminal hard material is less likely to separate from the soft material due to stress concentration, and durability is improved.
本発明に係る免震装置において、前記積層構造体の外面形状は、免震装置の上下方向断面視において、直線形状を組み合わせたものとすることができる。この場合、外面が湾曲形状のものと比較して軟質材料が占める割合を減少させる事ができるので、免震性能を良くすることができる。 In the seismic isolation device according to the present invention, the outer surface shape of the laminated structure may be a combination of linear shapes in a vertical cross-sectional view of the seismic isolation device. In this case, the ratio of the soft material can be reduced compared to when the outer surface has a curved shape, so the seismic isolation performance can be improved.
本発明によれば、要求される免震性能を損なうことなく、耐座屈性能及び耐久性に優れた免震装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the seismic isolation apparatus excellent in buckling-resistant performance and durability can be provided, without impairing the required seismic isolation performance.
以下、図面を参照して、本発明の様々な実施形態に係る免震装置について説明をする。以下の説明において、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。 Hereinafter, seismic isolation devices according to various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, substantially the same items will be omitted by using the same reference numerals.
図1中、符号1Aは、本発明の、第1の実施形態に係る免震装置である。免震装置1Aは、積層構造体10を備えている。積層構造体10は、硬質材料11と軟質材料12とを上下方向(鉛直方向)に交互に配置してなる。免震装置1A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。 In FIG. 1,
積層構造体10の下端には、下部プレート20が固定されている。下部プレート20は、ビル、橋、家等の構造物(図示省略)を支える基礎(図示省略)に固定することができる。積層構造体10の上端には、上部プレート30が固定されている。上部プレート30は、例えば、前記構造物に固定することができる。本実施形態では、下部プレート20及び上部プレート30は、円形の鋼板で形成されている。 A
硬質材料11は、剛性を有する層である。本実施形態では、硬質材料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、軟質材料12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、硬質材料11及び軟質材料12は、同一の厚さを有している。しかしながら、硬質材料11及び軟質材料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11の幅方向外縁11eは、軟質材料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。しかしながら、外層13は、省略することができる。 The
図1の破線領域に示すように、積層構造体10は、それぞれ上側及び下側に位置する、2つの末端領域R1と、2つの末端領域R1の間に位置する、中央領域R2と、前記中央領域R2と前記末端領域R1との間で前記中央領域R2と前記末端領域R1に隣接して位置する、2つの中間領域R3と、に区画されている。ここで、末端領域R1は、積層構造体10の上端から下方向に連続する仮想の領域、または、積層構造体10の下端から上方向に連続する仮想の領域の、少なくともいずれか一方の仮想の領域をいう。また、中央領域R2は、積層構造体10の上下方向中央に位置する仮想の領域をいう。さらに、中間領域R3は、上側の末端領域R1の下端から下方向に連続する仮想の領域、または、下側の末端領域R1の上端から上方向に連続する仮想の領域の、少なくともいずれか一方の仮想の領域であって、中央領域R2を含まない仮想の領域をいう。 As shown in the dashed area in FIG. 1, the laminated
例えば、末端領域R1、中央領域R2及び中間領域R3は、それぞれ、末端領域R1の一方の上下方向高さH1及び他方の上下方向高さH1´、中央領域R2の上下方向高さH2、中間領域R3の一方の上下方向高さH3及び他方の上下方向高さH3´で規定する。この場合、積層構造体10の上下方向高さH0は、H0=H1+H1´+H2+H3+H3´で規定される。具体例としては、H1/H0=0.01~0.24、H1´/H0=0.01~0.24、H2/H0=0.5~0.96、H3/H0=0.01~0.24、H3´/H0=0.01~0.24が挙げられる。 For example, the terminal region R1, the central region R2, and the intermediate region R3 are respectively the vertical height H1 on one side of the terminal region R1 and the vertical height H1′ on the other side, the vertical height H2 of the central region R2, and the intermediate region It is defined by one vertical height H3 and the other vertical height H3' of R3. In this case, the vertical height H0 of the laminated
更に、積層構造体10では、末端領域R1に配置された硬質材料は、少なくとも1つの末端硬質材料111である。また、積層構造体10では、中央領域R2に配置された硬質材料は、少なくとも1つの中央硬質材料112である。さらに、積層構造体10では、中間領域R3に配置された硬質材料は、少なくとも1つの中間硬質材料113である。本実施形態に係る免震装置1Aは、末端硬質材料111として、1つの末端硬質材料を有している。また、免震装置1Aは、中央硬質材料112として、複数(本実施形態では、10個)の中央硬質材料を有している。本実施形態では、中央硬質材料112は、同一の中央硬質材料である。更に、免震装置1Aは、中間硬質材料113として、1つの中間硬質材料を有している。 Furthermore, in the
また、積層構造体10では、末端硬質材料111の幅方向外縁111eと、中間硬質材料113の幅方向外縁113eと、中央硬質材料112の幅方向外縁112eとの、幅方向位置の関係は、以下の関係(1)を満たす。 In the
末端硬質材料111の幅方向外縁111e>中間硬質材料113の幅方向外縁113e>中央硬質材料112の幅方向外縁112e・・・(1) Widthwise
詳細には、末端硬質材料111は、いかなる場合も中央硬質材料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111eを有している。例えば、末端硬質材料111が複数である場合、幅方向外縁111eの最も幅方向内側に位置する末端硬質材料111の当該幅方向外縁111eが中央硬質材料112の幅方向外縁112eよりも幅方向外側に位置させる。さらに、中央硬質材料112が複数である場合、幅方向外縁111eの最も幅方向内側に位置する末端硬質材料111の当該幅方向外縁111eは、いずれの中央硬質材料112の幅方向外縁112eよりも幅方向外側に位置させる。また、中間硬質材料113は、いかなる場合も中央硬質材料112の幅方向外縁112eよりも幅方向外側かつ末端硬質材料111の幅方向外縁111eよりも幅方向内側に位置する幅方向外縁113eを有している。例えば、中間硬質材料113が複数である場合、幅方向外縁113eが最も幅方向内側に位置する中間硬質材料113の当該幅方向外縁113eが中央硬質材料112の幅方向外縁112eよりも幅方向外側に位置させる。さらに、中央硬質材料112が複数である場合、幅方向外縁113eの最も幅方向内側に位置する中間硬質材料113の当該幅方向外縁113eは、いずれの中央硬質材料112の幅方向外縁112eよりも幅方向外側に位置させる。また、中間硬質材料113が複数である場合、幅方向外縁113eの最も幅方向外側に位置する中間硬質材料113の当該幅方向外縁113eが末端硬質材料111の幅方向外縁111eよりも幅方向内側に位置させる。さらに、末端硬質材料111が複数である場合、幅方向外縁113eの最も幅方向外側に位置する中間硬質材料113の当該幅方向外縁113eは、いずれの末端硬質材料111の幅方向外縁111eよりも幅方向内側に位置させる。 In particular, the terminal
更に、末端硬質材料111の幅方向外縁111eの間の幅をW1(以下、「末端硬質材料111の幅W1」ともいう。)とし、中央硬質材料112の幅方向外縁112eの間の幅をW2(以下、「中央硬質材料112の幅W2」ともいう。)としたとき、末端硬質材料111の幅W1に対する、中央硬質材料112の幅W2の比α(=W2/W1)は、以下の関係(2)を満たす。 Further, the width between the widthwise
0.6≦(W2/W1)≦0.97・・・(2) 0.6≦(W2/W1)≦0.97 (2)
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、末端硬質材料111、中間硬質材料113及び中央硬質材料112は、中心軸O上を同軸に配置されている。本実施形態では、末端硬質材料111の幅W1、中央硬質材料112の幅W2、中間硬質材料113の幅方向外縁113e間の幅W3(以下、「中間硬質材料113の幅W3」ともいう。)は、硬質材料11の直径である。即ち、本実施形態において、末端硬質材料111の幅W1に対する、中央硬質材料112の幅W2の比αは、末端硬質材料111の直径φ1に対する、中央硬質材料112の直径φ2の比(φ2/φ1)と置き換えることができる。 In this embodiment, the
なお、硬質材料11は、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、末端硬質材料111の幅W1、中央硬質材料112の幅W2、中間硬質材料113の幅W3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α(=W2/W1)は、0.6以上であることが好ましい。より好ましくは、α=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。硬質材料が複数である場合、W1は、末端硬質材料111のうちの最大幅、W2は、中央硬質材料112の最小幅とする。 In addition, the
また、末端硬質材料111の幅W1、中央硬質材料112の幅W2及び中間硬質材料113の幅W3の具体例としては、W2/W1=0.6~0.97、W3/W1=0.61~0.96が挙げられる。 Specific examples of the width W1 of the terminal
本実施形態に係る免震装置によれば、末端硬質材料111は、中央硬質材料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111eを有しているため、積層構造体10が急激に弾性変形したときでも、末端硬質材料111が中央硬質材料112を支えることによって、当該積層構造体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。 According to the seismic isolation device according to the present embodiment, since the terminal
一方、本願発明者は、末端硬質材料111の幅W1のみを単純に大きく確保した場合、座屈特性が向上することを確かめた。しかしながら、単純にW1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、本願発明者は、鋭意、試験・研究の結果、末端硬質材料111の幅W1を大きく確保した場合、中央硬質材料112の幅W2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ことを認識するに至った。具体的には、末端硬質材料111の幅W1に対する、中央硬質材料112の幅W2の比α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とを確かめた。このため、本実施形態に係る免震装置1Aによれば、末端硬質材料111の幅W1に対する、中央硬質材料112の幅W2の比αは、0.97以下であるため、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、末端硬質材料111の幅W1に対する、中央硬質材料112の幅W2の比αを0.6未満とした場合、中央硬質材料112の幅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、末端硬質材料111の幅W1に対する、中央硬質材料112の幅W2の比α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。 On the other hand, the inventors of the present application have confirmed that the buckling characteristic is improved when only the width W1 of the terminal
加えて、本実施形態に係る免震装置1Aによれば、中央領域R2と末端領域R1との間で中央領域R2と末端領域R1に隣接して位置する、2つの中間領域R3に中間硬質材料113を配置し、当該中間硬質材料113が中央硬質材料112の幅方向外縁112eよりも幅方向外側かつ末端硬質材料111の幅方向外縁111eよりも幅方向内側に位置する幅方向外縁113eを有しているため、積層構造体10が大きく弾性変形したときも、中間硬質材料113に隣接する末端硬質材料111の幅方向外縁111eの圧縮側に、局部的な剥離が生じない。 In addition, according to the
要するに、水平剛性が等しく、αが0.97を超える免震装置と比較した場合、本実施形態に係る免震装置1Aは、耐座屈性能が向上する。また、末端硬質材料111の幅W1が同一で、αが0.97を超える免震装置と比較した場合、本実施形態に係る免震装置1Aは、より固有振動周期を長くできる。更に、中央硬質材料112の幅W2が同一で、αが0.97を超える免震装置と比較した場合、本実施形態に係る免震装置1Aは、末端硬質材料111の幅方向外縁111eの圧縮側に生じる、局部的な剥離を抑制できる。 In short, the buckling resistance performance of the
従って、本実施形態に係る免震装置1Aによれば、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装置となる。 Therefore, according to the
ところで、上述のとおり、本実施形態では、末端領域R1には、1つの末端硬質材料111が含まれている。中央領域R2には、複数の中央硬質材料112が含まれている。本実施形態では、中央硬質材料112の幅W2は、それぞれ、同一である。中間領域R3には、1つの中間硬質材料113が含まれている。 By the way, as described above, in this embodiment, one terminal
但し、本発明によれば、免震装置1は、末端領域R1に、末端硬質材料111として、少なくとも1つの末端硬質材料を有することができる。この場合、各末端硬質材料111の幅方向外縁111eは、中央硬質材料112の幅方向外縁112eよりも幅方向外側に位置させる。更に各末端硬質材料111は、それぞれ、当該末端硬質材料111の幅W1が中間領域R3側に向かうに従い小さくなることが好ましい。 However, according to the invention, the
また、免震装置1は、中央領域R2に、中央硬質材料112として、少なくとも1つの中央硬質材料を有するものとすることができる。この場合、各中央硬質材料112は、同一の中央硬質材料であることが好ましい。 Also, the
更に、免震装置1は、中間領域R3に、中間硬質材料113として、少なくとも1つの中間硬質材料を有するものとすることができる。この場合、各中間硬質材料113は、中央硬質材料112の幅方向外縁112eよりも幅方向外側かつ末端硬質材料111の幅方向外縁111eよりも幅方向内側に位置することが好ましい。更に、中間硬質材料113は、当該中間硬質材料113の幅W3が末端領域R1側から中央領域R2側に向かうに従い小さくなることが好ましい。 Furthermore, the
また、末端硬質材料111の枚数N1、中央硬質材料112の枚数N2及び中間硬質材料113の枚数N3の具体例としては、N1は1~10枚、N3は1~3枚が挙げられる。 Specific examples of the number N1 of terminal
ここで、図1を参照して、末端領域R1、中央領域R2及び中間領域R3を、それぞれ、上下方向断面視(免震装置の中心軸を含む断面で視た状態)における、仮想の区画線L1A~L3A及び仮想の区画線L1B~L3Bを用いて説明する。 Here, referring to FIG. 1 , imaginary partition lines in a vertical cross-sectional view (a cross section including the central axis of the seismic isolation device) of each of the end region R1, the central region R2, and the intermediate region R3. Description will be made using L1A to L3A and virtual partition lines L1B to L3B.
区画線L1Aは、下部プレート20と当該下部プレート20と隣接する軟質材料12との固定面を通る区画線である。区画線L3Aは、下側の末端硬質材料111と当該末端硬質材料111と隣り合う中間硬質材料113との間の軟質材料12を通り、当該軟質材料12を上下2つに分割する区画線である。区画線L2Aは、最も下側の中央硬質材料112の下端面を通る区画線である。 The demarcation line L1A is a demarcation line that passes through the fixed surfaces of the
区画線L1Bは、上部プレート30と当該上部プレート30と隣接する軟質材料12との固定面を通る区画線である。区画線L3Bは、上側の末端硬質材料111と当該末端硬質材料111と隣り合う中間硬質材料113との間の軟質材料12を通り、当該軟質材料12を上下2つに分割する区画線である。区画線L2Bは、最も上側の中央硬質材料112の上端面を通る区画線である。 The demarcation line L1B is a demarcation line passing through the fixing surface between the
2つの末端領域R1は、次のように区画されている。下側の末端領域R1は、区画線L1A及び区画線L3Aによって区画されている。上側の末端領域R1は、区画線L1B及び区画線L3Bによって区画されている。 The two terminal regions R1 are partitioned as follows. The lower end region R1 is demarcated by a demarcation line L1A and a demarcation line L3A. The upper end region R1 is demarcated by a demarcation line L1B and a demarcation line L3B.
中央領域R2は、区画線L2A及び区画線L2Bによって区画されている。 Central region R2 is demarcated by demarcation line L2A and demarcation line L2B.
2つの中間領域R3は、次のように区画されている。下側の中間領域R3は、区画線L3A及び区画線L2Aによって区画されている。上側の中間領域R3は、区画線L3B及び区画線L2Bによって区画されている。 The two intermediate regions R3 are partitioned as follows. The lower intermediate region R3 is demarcated by demarcation lines L3A and L2A. The upper intermediate region R3 is demarcated by demarcation lines L3B and L2B.
本実施形態に係る免震装置1Aは、中央領域R2には、複数の中央硬質材料112が配置されており、当該複数の中央硬質材料112の幅W2は、同一であることが好ましい。本実施形態では、上述のとおり、複数の中央硬質材料112の幅W2は、同一である。この場合、中央硬質材料112が複数であっても、要求される免震性能をより確実に発揮することができる。 In the
また、本実施形態に係る免震装置1Aでは、積層構造体10の上下方向高さH0に対する、中間領域R3の上下方向高さH3の比β(=H3/H0)は、0.01~0.1であるものとすることができる。βが0.01に満たない場合、またβが0.1を超える場合、座屈を抑制する効果が小さい。本実施形態では、βは0.01~0.1の範囲の数値である。このため、本実施形態によれば、より座屈を生じ難くすることができる。 Further, in the
なお、中央領域R2の上下方向高さH2は、H2/H0=0.5~0.96とすることが好ましい。この場合、十分な免震機能を果たすことができる。また、この場合、積層構造体10は、H2が、(0.5~0.96)×H0の領域を中央領域R2、中間領域R3の上下方向高さH3(H3´)が、(0.01~0.1)×H0の領域を中間領域R3、これらの外側の領域を末端領域R1として、これら領域R1~R3それぞれに、末端硬質材料111、中央硬質材料112及び中間硬質材料113を配置させることが好ましい。より好ましくは、H2が、0.5~0.96×H0の領域を中央領域R2、H3(H3´)が、0.01~0.1×H0の領域を中間領域R3、H1(H1´)が、0.01~0.24×H0の領域を末端領域R1とする。 The vertical height H2 of the central region R2 is preferably H2/H0=0.5 to 0.96. In this case, a sufficient seismic isolation function can be achieved. Further, in this case, in the
次に、図2中、符号1Bは、本発明の、第2の実施形態に係る免震装置である。本実施形態では、末端領域R1には、複数(本実施形態では、2個)の末端硬質材料111が含まれている。本実施形態では、末端硬質材料111は、同一の末端硬質材料であり、当該末端硬質材料111の幅W1は、それぞれ、同一である。中央領域R2には、複数(本実施形態では、10個)の中央硬質材料112が含まれている。本実施形態では、中央硬質材料112は、同一の中央硬質材料であり、当該中央硬質材料112の幅W2は、それぞれ、同一である。中間領域R3には、複数(本実施形態では、2個)の中間硬質材料113が含まれている。本実施形態では、中間硬質材料113の幅W3は、末端領域R1側から中央領域R2側に向かうに従い小さくなる。本実施形態では、各中間硬質材料113の幅方向外縁113eは、中央硬質材料112の幅方向外縁112eよりも幅方向外側かつ末端硬質材料111の幅方向外縁111eよりも幅方向内側に位置する。 Next, in FIG. 2,
本実施形態に係る免震装置1Bは、中間領域R3には、複数の中間硬質材料113が配置されており、当該複数の中間硬質材料113の幅W3は、末端領域R1側から中央領域R2側に向かうに従い小さくなることが好ましい。本実施形態では、複数の中間硬質材料113の幅W3は、末端領域R1側から中央領域R2側に向かうに従い小さくなる。この場合、末端領域R1に生じる局所的な応力集中をより抑制し、耐久性をより向上させることができる。 In the
本実施形態に係る免震装置1Bは、末端領域R1には、複数の末端硬質材料111が配置されており、当該複数の末端硬質材料111の幅W1は、同一であることが好ましい。本実施形態では、複数の末端硬質材料111の幅W1は、同一である。この場合、末端硬質材料111を複数としたため、末端領域R1に生じる局所的な応力集中をより抑制し、耐座屈性能及び耐久性をより向上させることができる。 In the
本実施形態に係る免震装置1Bにおいて、中間硬質材料113に隣接する末端硬質材料111、2つの中間硬質材料113、及び、中間硬質材料113に隣接する中央硬質材料112の、それぞれの幅方向外縁111e,113e,112eを連ねてなる、仮想稜線Lは、免震装置1Bの上下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、末端硬質材料111の幅方向外縁111e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1Bの上下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。本実施形態では、角度Aは、45°~80°の範囲の数値である。このため、本実施形態によれば、座屈改善効果が特に高い。 In the
特に、本実施形態に係る免震装置1Bでは、当該免震装置1Bの上下方向断面視において、仮想稜線Lは、直線状である。この場合、更に座屈を生じ難くすることができる。 In particular, in the
上述のとおり、本発明の各実施形態によれば、耐要求される免震性能を損なうことなく、座屈性能及び耐久性に優れた免震装置を提供することができる。 As described above, according to each embodiment of the present invention, a seismic isolation device excellent in buckling performance and durability can be provided without impairing the required seismic isolation performance.
本実施形態において、積層構造体10の外面形状(輪郭形状)は、免震装置の上下方向断面視において、直線形状を組み合わせたものである。この場合、上下方向断面視において、積層構造体10の輪郭形状は、末端硬質材料111の幅方向外縁111eと中央硬質材料112の幅方向外縁112eとの差が大きな形状、即ち、図1に示すように、中心軸Oに向かってえぐられた形状となる。したがって、本実施形態によれば、外面が湾曲形状のものと比較して軟質材料が占める割合を減少させる事ができるので、免震性能を良くすることができる。ただし、本発明に係る、他の免震装置としては、免震装置の上下方向断面視において、中間硬質材料113に隣接する末端硬質材料111の幅方向外縁111e、中間硬質材料113の幅方向外縁113e、及び、中間硬質材料113に隣接する中央硬質材料112の幅方向外縁112eを連ねてなる仮想稜線が中心軸Oに向かって凸の曲線状となるものがある。即ち、本発明によれば、当該免震装置の上下方向断面視において、積層構造体10の外面形状が、断面円弧状、円弧類似形状等の中心軸Oに向かって凸の湾曲形状となるものも含まれる。 In the present embodiment, the outer surface shape (contour shape) of the
固有振動周期は、軟質材料12が占める割合が多くなるほど、短くなる。このため、軟質材料12が占める割合は、抑えることが好ましい。本発明に従う免震装置によれば、免震装置の上下方向断面視において、積層構造体10の輪郭形状が、中心軸Oに向かって凸の湾曲形状となるだけの、免震装置よりも、軟質材料12が占める割合が減少する。したがって、本発明に従う免震装置によれば、外面が湾曲形状となる免震装置よりも、より免震性能を発揮させることができる。 The natural vibration period becomes shorter as the ratio of the
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、免震装置は、プラグ(芯材)を備えていてもよい。具体的には、各実施形態において、積層構造体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。上述した各実施形態に採用された様々な構成は、相互に適宜、置き換えることができる。例えば、第2の実施形態に係る免震装置1Bにおいて、複数の末端硬質材料111の幅W1は、同一であるが、当該複数の末端硬質材料111の幅W1は、当該第2の実施形態に係る中間硬質材料113と同様、末端領域R1側から中央領域R2側に向かうに従い小さくなることができる。即ち、本発明の参考例によれば、末端領域R1に、複数の末端硬質材料111が配置されている場合、当該複数の末端硬質材料111の幅W1は、中央領域R2側から末端領域R1側に向かうに従い大きくなるようにすることもできる。
The foregoing merely discloses some embodiments of the present invention, and various modifications are possible within the scope of the claims. For example, according to the invention, the seismic isolation device may comprise a plug (core). Specifically, in each embodiment, a plug extending along the central axis O can penetrate through the central portion of the
(解析)
本発明に係る免震装置の効果を確認するため、W2/W1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。(analysis)
In order to confirm the effect of the seismic isolation device according to the present invention, FEM (Finite Element Method) analysis based on W2/W1 (hereinafter also referred to as "FEM analysis based on width ratio") and the angle A of the virtual ridgeline L Two types of analysis were performed: FEM analysis based on angle (hereinafter also referred to as "FEM analysis based on angle"). In the FEM analysis, buckling strain, breaking strain and natural vibration period were verified. Marc analysis software manufactured by MSC Software was used for the FEM analysis.
上記FEM解析では、本発明の第1実施形態に係る積層構造体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。 In the FEM analysis, an analysis model that reproduces the contour shape of the
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1]には、解析モデルのパラメータを示す。 The mesh of the hard material was a tetrahedron with a side of about 50 to 120 mm per layer, and 54 meshes. The meshes of the soft material were tetrahedrons with sides of 50 to 120 mm per layer, and the number of meshes was 54. [Table 1] below shows the parameters of the analysis model.
以下の[表2]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、本発明に係る免震装置の数値範囲を含まない従来の積層構造体(この解析では、関連する性能がR=1の積層構造体)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、主として末端領域に生じる。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。積層構造体の変位(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は積層構造体の質量)。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2]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。
[Table 2] below shows the buckling performance, durability performance (breaking performance), and seismic isolation performance evaluated based on the results of the FEM analysis based on the width ratio. Here, the "buckling strain" is the strain (%) when buckling occurs in the analysis model, and the strain mainly occurs in the terminal region. In addition, "improved buckling strain" refers to the buckling strain of a conventional laminated structure (in this analysis, a laminated structure with a related performance of R = 1) that does not include the numerical range of the seismic isolation device according to the present invention. is the ratio of the buckling strain (%) of the analytical model to be analyzed when is set to 100. Therefore, in this evaluation, the larger the value of the improved buckling strain, the less buckling occurs and the better the buckling performance. Also, the "breaking strain" is the strain (%) when the soft material breaks, and the strain mainly occurs in the end region. Therefore, in this evaluation, the larger the value of the breaking strain, the more difficult it was to break, and the better the breaking performance. Note that "NA" is an unusable value. Also, the "100% equivalent period" T is obtained as follows. When a displacement (x)-load (y) graph of a laminated structure is drawn, it usually forms a loop. Here, when the position of the most + (plus) displacement x on the loop and the position of the most - (minus) displacement x are connected by a straight line, let the slope of this straight line be k. Then, it is obtained by T=2π√(m/k) (m is the mass of the laminated structure). Therefore, in this evaluation, the larger the value of the 100% equivalent period, the better the seismic isolation performance. In [Table 2], when the buckling strain is 400% or more, it is evaluated as ⊚ and good. In addition, when it is improved by 15% or more from the conventional structure, it is evaluated as ◯, which is generally good. In addition, x is an evaluation that there is room for improvement other than the above.
表2を参照すれば、W2/W1=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≦W2/W1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、W2/W1=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、W2/W1≦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≦W2/W1≦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。 Referring to Table 2, in the analysis model with W2/W1 = 0.55, there is room for improvement in the evaluation of durability performance and seismic isolation performance. Performance and seismic isolation performance were found to be good. In addition, in the analysis model with W2/W1 = 0.98 or more, there is room for improvement in the evaluation of buckling performance, while in the analysis model with W2/W1 ≤ 0.97, the buckling performance is good. One thing was recognized. Therefore, from these evaluation results, if the analysis model is in the range of 0.6≦W2/W1≦0.97, all of buckling performance, durability performance (breaking performance) and seismic isolation performance are good. One thing is clear.
また、以下の[表3]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2]と同様である。また、「端部引張ひずみ」とは、最外側(中心部と反対側)の末端硬質材料端部に接する軟質材料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3]においては、◎、○および×で示した評価も、[表2]と同様である。 [Table 3] below shows the buckling performance evaluated based on the results of the FEM analysis based on the angle. Here, "buckling strain" and "improved buckling strain" are the same as in [Table 2]. The term "end tensile strain" refers to the strain applied to the soft material in contact with the end of the hard material on the outermost side (opposite to the center). The smaller this value, the better. Furthermore, in [Table 3], the evaluations indicated by ⊚, ◯ and × are also the same as in [Table 2].
表3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。 Referring to Table 3, in the analysis model in which the angle A of the imaginary ridge line L is 40° or less and the analysis model in which the angle A is 85°, there is room for improvement in the evaluation of the buckling performance and the curling performance. It was confirmed that the analytical model in which the angle A of the imaginary ridge line L was 45° to 80° had good buckling performance and rolling-up performance. Therefore, from these evaluation results, it is clear that an analysis model in which the angle A of the imaginary ridgeline L is in the range of 40° to 85° has good buckling performance.
1A:免震装置(第1の実施形態), 1B:免震装置(第2の実施形態), 10:積層構造体, 11:硬質材料, 111:末端硬質材料, 112:中央硬質材料, 113:中間硬質材料, 111e:末端硬質材料の幅方向外縁, 112e:中央硬質材料の幅方向外縁, 113e:中間硬質材料の幅方向外縁, 12:軟質材料, A:角度, H0:積層構造体の上下方向高さ, H3:中間領域の上下方向高さ, L:仮想稜線, ΔL1:末端硬質材料の幅方向外縁と、中間硬質材料の幅方向外縁との間の差, ΔL2:中間硬質材料の幅方向外縁と、中央硬質材料の幅方向外縁との間の差, R1:末端領域, R2:中央領域, R3:中間領域, W1:末端硬質材料の幅方向外縁間の幅, W2:中央硬質材料の幅方向外縁間の幅 1A: seismic isolation device (first embodiment), 1B: seismic isolation device (second embodiment), 10: laminated structure, 11: hard material, 111: end hard material, 112: central hard material, 113 : Intermediate
Claims (7)
前記積層構造体は、それぞれ上側及び下側に位置する、2つの末端領域と、前記2つの末端領域の間に位置する、中央領域と、前記中央領域と前記末端領域との間で前記中央領域と前記末端領域に隣接して位置する、2つの中間領域と、に区画されており、
前記末端領域に配置された硬質材料は、少なくとも1つの末端硬質材料であり、
前記中央領域に配置された硬質材料は、少なくとも1つの中央硬質材料であり、
前記中間領域に配置された硬質材料は、少なくとも1つの中間硬質材料であり、
前記末端硬質材料の幅方向外縁は、前記中央硬質材料の幅方向外縁よりも幅方向外側に位置しており、かつ、前記中間硬質材料の幅方向外縁は、前記中央硬質材料の幅方向外縁よりも幅方向外側かつ前記末端硬質材料の幅方向外縁よりも幅方向内側に位置しており、更に、
前記末端硬質材料の幅方向外縁間の幅W1に対する、前記中央硬質材料の幅方向外縁間の幅W2の比(W2/W1)は、
0.6≦(W2/W1)≦0.97であり、
前記末端領域には、複数の末端硬質材料が配置されており、当該複数の末端硬質材料の幅は、同一である、免震装置。 A seismic isolation device comprising a laminated structure in which hard materials and soft materials are alternately arranged in the vertical direction,
The laminated structure comprises two end regions located respectively on the upper side and the lower side, a central region located between the two end regions, and the central region between the central region and the end regions. and two intermediate regions located adjacent to said terminal regions,
the rigid material disposed in the terminal region is at least one terminal rigid material;
the hard material disposed in the central region is at least one central hard material;
the hard material disposed in the intermediate region is at least one intermediate hard material;
The widthwise outer edges of the terminal hard materials are located on the widthwise outer side of the widthwise outer edges of the central hard material, and the widthwise outer edges of the intermediate hard materials are positioned further than the widthwise outer edges of the central hard material. is located on the widthwise outer side and on the widthwise inner side of the widthwise outer edge of the terminal hard material, and
The ratio (W2/W1) of the width W2 between the widthwise outer edges of the central hard material to the width W1 between the widthwise outer edges of the terminal hard materials is
0.6≦(W2/W1)≦0.97 ,
A seismic isolation device, wherein a plurality of terminal hard materials are arranged in the terminal region, and the widths of the plurality of terminal hard materials are the same.
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