JPH02269276A - 構造物用エネルギー吸収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ１１発明目的 〔産業上の利用分野〕 この発明は、建築物等の上部構造と基礎等の下部構造と
の間に介装されて構造系に作用する地震・風荷重等の振
動エネルギーを吸収するいわゆる構造物用エネルギー吸
収装置に関し、更に詳しくは、鉛の望外変形を利用した
エネルギー吸収装置に関する。

〔従来の技術〕

鉛の塑性変形を利用したエネルギー吸収装置は、例えば
特公昭５８−３０４７０号公報により公知である。

この公知技術によれば、シリンダと、このシリンダ内の
軸心方向に沿って貫通状に挿通されたロッドと、該シリ
ンダとロッドとの空所に封入された鉛とからなり、シリ
ンダとロッドとの相対移動により空所部に形成された断
面縮小部を通過することによって鉛がぜん断変形され、
このときのエネルギー消費によって周期エネルギーを吸
収するものである。

しかしながら、上記公知技術においては、■相対変位す
る対象物の変位がそのま＼ロッドに伝わる構成になって
いるので、ロッド表面と鉛との摩擦力が支配的となって
鉛を塑性流動化するための所定の力を得ることができな
い場合があり、このため有効な減衰性能を発揮できない
でいる。■変位量に合わせたロッドの移動量（ストロー
ク）を確保する必要があり、大変位になるとその変位量
に見合うロッド長さが必要となり、また座屈強度の観点
よりロッド径が大きくなり、その結果摩擦力が増大する
。■シリンダー構造であるので、所定のストロークに対
し、装置の寸法は該ストロークの数倍（通常４倍以上）
の長さとなり、装置が徒らに大型化する、等の問題点が
ある。

一方、容器内に封入された鉛を回転体によって流動化さ
せ、この流動化した鉛を断面縮小部いわゆるオリフィス
部を通過させてその際のエネルギー吸収により周期エネ
ルギーを吸収する提案もなされているが、該技術におい
ては鉛の流動化に伴う内圧の急激な増大に対抗する容器
の密封化・耐圧化に問題がある。

また、上記のいずれの技術においても一方向の変位に適
用されるものであり、全方向に変位する構造物系には適
していない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上述した実情に鑑み、′この種エネルギー吸収
装置において、方向に対して制約を受けず全方向への変
位に対しても適用され、かつエネルギー吸収能が均等化
され、高い密封性を要求されない構造物用エネルギー吸
収装置を得ることを目的とするものである。

本発明は更に、このようにして得たエネルギー吸収装置
を利用し、かつ、このエネルギー吸収装置に適合する免
震構造を得ることもその目的の一つとする。

口１発明の構成 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は上述した目的を達成するべく、以下の技術手段
（構成）を採る。すなわち、相対変位する上部構造と下
部構造との間に介装されるエネルギー吸収装置であって
、前記上部構造の下面に取り付けられ１、鉛直下方に向
かって開口するシリンダ穴を有する上部ハウジングと、
前記上部ハウジングのシリンダ穴内に摺動自在に嵌装さ
れるとともにそれ自体で揺動自在な玉継手と、前記玉継
手の揺動体に連動し、下方に一体的に延設されるととも
に、下端部に切欠き面をもって切り欠かれた大径の球体
部を有する揺動腕と、前記揺動腕の球体部を凹部内に揺
動自在に抱持し、該凹部の周壁面と底面と前記球体部の
下面の切欠き面とで囲まれた密閉された作動室を形成し
、下部構造に取り付けられる下部ハウジングと、前記作
動室内に密封される金属塑性物質と、からなることを特
徴とする。

この構成において、作動室は球体部の動きによっても容
積を変化させないものとされる。

〔作用〕

構造物間に地震動・風荷重などの強大な周期エネルギー
が作用して構造物間に相対的変位が生じると、揺動腕は
上部ハウジング及び玉継手を介してこの相対的変位の方
向に追従して振動し、その下部の球体部の下面の作動室
の容積形態を変化させる。

作動室の容積形態の変化に伴い該作動室内の鉛は塑性変
形を受け、このときのエネルギー消費によって周期エネ
ルギーを吸収する。

しかして、この周期エネルギーの吸収作用により本装置
に連動する構造物間の相対変位、換言すれば地震動等に
よる構造物の振動を吸収する。

〔実施例〕

本発明の構造物用エネルギー吸収装置の実施例を図面に
基づいて説明する。

（第１実施例） 第１図はその一実施例を示す。

図において、Ｇは建築物等の上部構造、Ｂは該上部構造
Ｇを適宜の支装置を介して支える基礎等の下部構造であ
る。

本実施例の構造物用エネルギー吸収装置Ｓはこれらの上
部構造Ｇと下部構造Ｂとの間に介装され、上部構造Ｇに
作用する振動を吸収する機能を主体とするものであり、
上部構造Ｇの荷重を支持する機能はない。

本エネルギー吸収装置Ｓは、上部構造Ｇに取り付けられ
る上部ハウジング１と、該上部ハウジング１に連動して
摺動自在に装着されるとともにそれ自体で揺動自在な玉
継手３と、該玉継手３に連動するとともにその下部に球
体部６を有する揺動腕５と、該揺動腕５の球体部６を回
転自在に泡持し、内部に作動室７を有するとともに下部
構造Ｂに取り付けられる下部ハウジング８と、該下部ハ
ウジング８の作動室７内に密封状態で封入されている鉛
Ｐと、を含む。

以下、各部の詳細構造を説明する。

上部ハウジング１は、平板体１０ａと該平板体１０ａか
ら垂設される円筒状のシリンダ部１０ｂとを有する上部
取付は体１０と、該シリンダ部１Ｏｂ内に固設される円
筒状のすべり軸受１１とからなり、上部取付は体１０は
平板体１０ａの外周のフランジ１２に穿設されたアンカ
ー挿通孔１２ａを介して、上部構造Ｇに埋設固定された
アンカーボルト１３に螺合されるナツト１４を締め付け
て固定される。すべり軸受１１の内面は固体潤滑剤等を
もってすべり加工されてなる。

玉継手３は、揺動体としての下部１６と、該下部１６を
抱持しかつ回転自在に支承する軸受体１７とからなり、
上部ハウジング１のすべり軸受ｌｌ内に装入される。

もっと詳しくは、下部１６は球体状の五本体１６ａの下
部から雄ねじ部１６ｂが突設されてなり、軸受体１７は
五本体１６ａをその上下から抱持するため２分割され、
外軸受体１８と内軸受体１９とからなる。

外及び内輪受体１８．１９の凹面１８ａ、１９ａは五本
体１６ａの球面に合致し、内輪受体１９はその雄ねじ部
１９ｂをもって外輪受体１日の雌ねじ１８ｂに螺合され
る。

しかして、外軸受体１８の外周面２０はすべり軸受１１
の内面に摺動嵌合される。本実施例ではこのため、玉継
手３はすべり軸受け１１を内面内をすべることになり、
すべり軸受１１の内面がシリンダ穴を形成する。

揺動腕５は全体的に剛体に形成され、その上部の棒体部
２２の上端に形成されたねじ凹部２２ａに玉継手３の雄
ねじ部１６ｂが螺入され、両者は一体となる。なお、玉
継手３と棒体部２２との一体化はその他の適宜手段、例
えば溶接等によることは自由である。

揺動腕５の下部の球体部６は下部の一部を切断面２３を
もって切断されたいわゆる切欠き（切頭）球形状をなす
。球体部６の半径は十分に大きくされ、かつ、該切断面
２３は振動腕５の軸心に直交する。

下部ハウジング８は、上軸受体２５と下軸受体２６とか
らなり、これらは取付はボルト２７をもって一体とされ
るとともに、下軸受体２６のフランジ部２８に穿設され
たアンカー挿入孔２８ａを介して、下部構造Ｂに埋設固
定されたアンカーボルト２９に螺合されるナツト３０を
締め付けて固定される。

上軸受体２５の円筒状をなす本体部の内面には球体部６
の上半部の曲率に合致する凹部３２が形成され、また、
下軸受体２６の中央部に凹設される凹部３３はその周壁
面３３ａが球体部６の曲率に合致し、底面３３ｂは平面
とされる。該底面３３ｂは揺動する球体部６の移動を許
容するとともに、可及的大きな面積となるようにして形
成される。

これによって、球体部６は上軸受体２５及び下軸受体２
６の凹面３２及び３３ａによって揺動自在に抱持される
。

また、作動室７は球体部６の下面２３と下軸受体２６の
凹面３３ａ及び底面３３ｂによって囲まれる空間をもっ
て形成される。留意されるべくは、作動室７は球体部６
が揺動することにより空間態様は変化するが、その容積
は一定である。

エネルギー吸収体としての鉛Ｐはこの作動室７内に充填
される。該鉛Ｐは、溶融した状態（融点３２７．５°Ｃ
）で作動室７内に鋳込まれるか、もしくは予め鋳型で鋳
造されたものを装入する方法が採られる。この使用され
る鉛Ｐとしては純粋鉛の他に、鉛合金、あるいは鉛その
他の物質との混合物を含む。

なお、球体部６の下面２３に臨む側面には環状の溝が形
成され、該漠に金属製のシール体３５が装着される。

このように構成された本実施例のエネルギー吸収装置Ｓ
は、次のように作動する。

地震あるいは風荷重等の強制振動力を受けて上部構造Ｇ
が揺れると、この揺動運動は上部構造Ｇの動きに追従し
て揺動する揺動腕５の下端の球体部６の回転運動となっ
てあられれる。

今、上部構造Ｇが、第２図で左方向（イ方向）に平行に
変位したとすると、本装置Ｓは実線で示す状態となる。

すなわち、玉継手３は上部構造Ｇと一体の上部ケーシン
グ１内にすべり軸受１１とは上下動自在となっており、
かつ、下部１６′は軸受体１７内に揺動自在となってい
るので、上部構造Ｇの水平移動に追従して移動する。ま
た、揺動腕５は剛体で、その下端の球体部６は下部ケー
シング８によって回転のみを許容して拘束されているの
で、揺動腕５は球体部６の球心を中心として反時計方向
に回転し、また、球体部６も回転する。

この球体部６の回転により、作動室７は容積形態を変化
させ、これに伴い作動室７内の鉛Ｐは塑性変形を受ける
。この塑性変形が始まると鉛Ｐは回復と組織の再結晶化
との相互作用により絶えず復元しようとし、このときの
変形によりエネルギーが消費され、運動エネルギーが吸
収される。これにより、上部構造Ｇの左方向への運動に
制動がかか、る。

上部構造Ｇが第２図の右方向（口方向）に変位すると、
本装置Ｓは破線で示すように、揺動腕５に並びに球体部
６は上述の逆の回転変位となり、鉛Ｐは逆方向に変形し
、右方向の運動に制動がかかる。

このようにして、上部構造Ｇの左右方向の揺れは急速に
減してゆく０前後方向の揺れも含む。

このような本装置Ｓの作動において、鉛Ｐを変形させる
偶力は玉継手３の下部１６の球中心と球面体６の球中心
との距離ｒに依存するものであり、該偶力は大きな力で
あって鉛Ｐの変形は容易である。

また、本実施例装置Ｓでは、鉛Ｐの変形は断面縮小部を
持たず作動室７の容積形態の変化によるものであるので
、内圧の急激な増大が起こらず、均等なエネルギー吸収
となる。従って、その結果、上部構造Ｇの揺れの制動特
性は滑らかなものとなる。

（第２実施例） 第３図及び第４図に本発明の他の実施例（第２実施例）
の構造物用エネルギー吸収装置を示す。

図において、先の第１実施例と同等の部材については同
一の符号が付されている。

本実施例のエネルギー吸収装置ｌｔＴにおいては、揺動
腕５の中間に互いに衝接する上部及び下部フランジ４０
．４１を介して、上部フランジ４０より上部は第１実施
例の構成に準じ、下部フランジ４１より下部は、−鉛直
平面に沿って動く構造とされていることを特徴とする。

すなわち、下部フランジ４１に連接する揺動腕５Ａは角
柱形状をなし、該揺動腕５Ａの下端に両側面４２が平行
状に平面とされた球体部６Ａが一体的に固設される。４
３は該球体部６Ａの曲面部である。該球体部６Ａは球体
の両側面を裁断した形態のものであっても、また、通常
の円板体であってもよい。

下部ハウジング８Ａにおいて、上軸受体２５Ａ及び下軸
受体２６Ａの前後の内面は、球体部６Ａの曲面部４３の
曲率に合致する凹部３２，３３とされるが、側面４４．
４５は球体部６Ａの側面に当接する平面とされる。下軸
受体２６Ａの凹部の底面３３ｂが平板面であることは先
の実施例に変わることがなく、また、作動室７の容積が
一定であることも先の実施例に準じる。

以上の構成から明らかなように、揺動腕５Ａひいては球
体部６Ａは、該球体部６Ａの両側方向への動きは規制さ
れ、球体部６Ａの曲面方向すなわち前後方向への動きを
許容しうる。

従って、本実施例装置Ｔの設置において、一方向への移
動性を示す上部構造Ｇ、例えば壁構造、橋桁等において
は、該構造物Ｇの移動方向と揺動腕５Ａの移動方向とが
一致するように設置される。

また、全方向への移動性を示す上部構造Ｇであっても、
本実施例装置Ｔを適用することにより、方向のみの移動
を選択することができ、該選択された方向と異なる方向
への移動を規制することができる。

このエネルギー吸収装置Ｓは構造物を支承する積層ゴム
支承と併用して免震システムを構成する。

すなわち、積層体よりなり、鉛直荷重に対しては高い剛
性を示すが、水平変位に対しては容易に変形するもので
あり、本装置Ｓと積属ゴム支承とは建築物の基礎部に両
者を対として、あるいは独立して配される。

この免震システムによれば、上部構造の荷重は積層ゴム
で支承され、上部構造の振動は木製１置Ｓによって吸収
され、両者は互いにその機能を補い合って良好な免震シ
ステムを構成する。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更が可能である
。すなわち、以下の態様は本発明の技術的範囲内に包含
されるものである。

（Ａ）上部ハウジング１のすべり軸受１１を省略し、シ
リンダ部１０ｂの内面にすべり加工を施し、この面と玉
継手３とを摺接する態様を採ることができる。この場合
シリンダ部１０ｂの内面がシリンダ穴を形成する。

（Ｂ）　エネルギー吸収体として、鉛のほか、■錫、亜
鉛、アルミニウム、ナトリウム、銅などの金属、■鉛−
錫合金、亜鉛−アルミニウムー銅などの超塑性合金が使
用される。更に、鉛、あるいは上記■及び■の物質が選
ばれる場合は、これらの物質の２以上の組合わせも可能
である。

上記■及び■の物質をエネルギー吸収体として使用する
場合においては、これらの物質は船体と同じくその塑性
流動化に伴うエネルギー吸収により減衰がなされる。

ハ０発明の効果 本発明の構造物用エネルギー吸収装置は、以下の特有の
効果を有する。

０本装置によれば、水平方向の全方向の変位に対処でき
、構造物系への適用範囲が拡大する。

■作動室内の容積形態の変化による鉛体の塑性変形が行
われるので内圧の急激な高まりがなく、エネルギー吸収
が均等化し、従って、制動作用が比較的穏やかに行われ
る。

■上記■と相まって、内圧の急激な高まりがないことか
ら、密封化が比較的簡単に行われ、それだけ製造に対す
る費用が低減できる。

■揺動腕の腕長を適宜に変えることによ°す、本装置の
エネルギー吸収特性を容易に変更することができ、設計
の自由度が増大する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の構造物エネルギー吸収装置の実施例を示
し、第１図はその一実施例（第１実施例）の全体構造を
示す断面図、第２図はその作動状態を示す断面図、第３
図は他の実施例（第２実施例）の構造を示す断面図、第
４図は第３図のＸ−Ｘ線断面図である。 Ｇ・・・上部構造、Ｂ・・・下部構造、１・・・上部ハ
ウジング、３・・・玉継手、５・・・揺動腕、６・・・
球体部、７・・・作動室、８・・・下部ハウジング、２
３・・・切欠き面、３２．３３・・・凹部、Ｐ・・・鉛

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）相対変位する上部構造と下部構造との間に介装され
   るエネルギー吸収装置であって、 前記上部構造の下面に取り付けられ、鉛直下方に向かっ
   て開口するシリンダ穴を有する上部ハウジングと、 前記上部ハウジングのシリンダ穴内に摺動自在に嵌装さ
   れるとともにそれ自体で揺動自在な玉継手と、 前記玉継手の揺動体に連動し、下方に一体的に延設され
   るとともに、下端部に切欠き面をもって切り欠かれた大
   径の球体部を有する揺動腕と、 前記揺動腕の球体部を凹部内に揺動自在に抱持し、該凹
   部の周壁面と底面と前記球体部の下面の切欠き面とで囲
   まれた密閉された作動室を形成し、下部構造に取り付け
   られる下部ハウジングと、 前記作動室内に密封される金属塑性物質と、からなるこ
   とを特徴とする構造物用エネルギー吸収装置。 ２）相対変位する上部構造と下部構造との間にエネルギ
   ー吸収装置と支承とが介装され、 前記エネルギー吸収装置は、前記上部構造の下面に取り
   付けられ、鉛直下方に向かって開口するシリンダ穴を有
   する上部ハウジングと；前記上部ハウジングのシリンダ
   穴内に摺動自在に嵌装されるとともにそれ自体で揺動自
   在な玉継手と；前記玉継手の揺動体に連動し、下方に一
   体的に延設されるとともに、下端部に切欠き面をもって
   切り欠かれた大径の球体部を有する揺動腕と；前記揺動
   腕の球体部を凹部内に揺動自在に抱持し、該凹部の周壁
   面と底面と前記球体部の下面の切欠き面とで囲まれた密
   閉された作動室を形成し、下部構造に取り付けられる下
   部ハウジングと；前記作動室内に密封される金属塑性物
   質と；からなり、 前記支承装置はゴム板と鋼板との積層体からなるゴム支
   承である、 ことを特徴とする免震構造。