JPH0663378B2 - 構造物用免震装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、建築物等の構造物と基礎（地盤も含む）と
の間に介装されて構造物に作用する振動を吸収する構造
物用免震装置に関する。

［従来の技術］ 積層ゴム支承で構造物を支持する免震構法においては、
地震発生時に構造物と基礎との間に生じる大きな水平変
位を吸収するために当該変位を吸収する装置、いわゆる
ダンパを該積層ゴム支承と併置させて用いられる。

この免震構法に用いられるダンパとしては従来より、粘
性体（油）の流動抵抗を利用したオイルダンパ、あるい
は、金属の弾塑性変形時のエネルギ吸収、すなわち履歴
減衰を利用したヒステレティックダンパなどがある。

しかしながら、前者のオイルダンパは速度依存性がある
ため地震のように長い周期の振動に対してはその効果が
減少し、また吸収能に方向性を有することから、任意の
方向に生じる地震に対して有効にエネルギを吸収するた
めには複雑な取付け機構と複数のダンパを必要とすると
いう欠点がある。また後者のヒステレティックダンパに
おいて、金属として軟質金属を使用したものにおいては
地震エネルギの吸収能は増大されるものの、強風等の短
周期の振動が構造物に作用した場合、軟質金属が比較的
小さい外力に対しても弾塑性変形するため、構造物が予
想以上に揺れるなどの問題がある。更に、構造物が重量
車輌などの交通の激しい地域に建設される場合には、当
該車輌の交通により生じる縦振動を考慮に入れる必要が
あり、この縦振動を吸収する別途のダンパを設置する必
要を生じる。

［本発明の技術的課題］ 本発明は上記実情に鑑み、上記従来技術の有する問題を
解決すべくなされたものであって、金属の弾塑性変形に
よる地震エネルギの吸収能を有効に利用するとともに重
量車輌の交通によって構造物に生じる縦振動をも吸収で
きる構造物用免震装置を提供することを目的とするもの
である。本発明はこのため、弾塑性変形エネルギ吸収特
性に加えて粘性せん断抵抗によるエネルギ吸収特性を付
加することに着目してなされたものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の構造物用免震装置は上記目的を達成するため、
次の構成（技術的手段）を採る。

すなわち、構造物側の基礎と地盤側の基礎との間に配
置され、弾塑性変形抵抗部と該弾塑性変形抵抗部に結合
される粘性せん断抵抗部とからなる免震装置であって、
前記弾塑性変形抵抗部は棒状の弾塑性部材からなり、
前記粘性せん断抵抗部は、中央突出部を備えたケーシ
ングと該中空突出部内に該突出部の鉛直方向に移動自在
にかつ該突出部の内面と微小間隙をもって配される可動
抵抗体と該中空突出部内に充填される粘性体とからな
り、前記弾塑性部材の一端は前記基礎のいずれか一方
に固定され、該粘性せん断抵抗部は該弾塑性部材の他端
に結合されるとともに前記他方の基礎に固定されてい
る、ことを特徴とする。

上記構成において、棒状の弾塑性部材は所定の外力によ
り所定の弾性変形を経て塑性変形するものであり、鋼棒
その他の適宜の材料が使用される。

本装置の取付け態様については、粘性せん断抵抗部のケ
ーシングは地盤にの基礎に固定され、可動抵抗体は一端
が構造物側の基礎に固定された弾塑性部材の他端に結合
固定されているか、粘性せん断抵抗部のケーシングは一
端が地盤側の基礎に固定された弾塑性部材の他端に結合
固定され、可動抵抗体は構造物側の基礎に固定されてい
る。

ケーシング内に充填される粘性体としては通常の粘性
体、例えばシリコン油の他に、特に減衰特性の向上を図
るべく高粘度粘性体、例えばポリイソブチレン、ポリプ
ロピレン、ポリブテンなどの高分子粘性体、あるいはア
スファルトなどが使用される。

［作用］ （１）重量車輌の交通等により基礎（地盤）を介して、
もしくは直接的に構造物に縦振動が伝播されると、構造
物と基礎との間に相対変位が生じ、両者間に介装された
本装置に伝達される。本装置は上下移動が自由となって
いるので、上記相対変位は粘性せん断抵抗部に相対変位
となって現われる。この相対変位によって当該抵抗部に
は粘性せん断抵抗力が生じ、該抵抗力によって上記縦振
動は吸収されることになる。粘性せん断抵抗は微小な振
動に対しても良好な応答性を示し、この振動は迅速に吸
収される。

（２）次に、構造物に地震等の強力かつ急激な水平振動
が作用すると、この振動は構造物と基礎との間に介装さ
れた本装置に伝達され、本装置の弾塑性部材の弾塑性変
形抵抗により吸収される。

（３）なお、弾塑性部材の温度変化による伸縮変位はそ
の度合が緩慢であるので粘性せん断抵抗部において抵抗
なく許容し、弾塑性部材に座屈の要因となる圧縮応力を
与えることはない。

［効果］ 本発明の構造物用免震装置は、以下の特有の効果を有す
る。

重量車輌の交通等により構造物に作用する微小な縦振
動は本装置の粘性せん断抵抗部に生ずる粘性せん断抵抗
によって迅速に吸収される。このため、構造物に悪影響
を与える共振現象はこの装置によって可及的に防止され
る。従ってまた、構造物の振動周期に対する設計上の自
由度が増大する。

地震等により構造物に作用する水平振動は本装置の弾
塑性変形部を構成する棒状弾塑性部材の弾塑性変形抵抗
力によって吸収される。この棒状弾塑性部材は地震等の
強力かつ急激な力に対して十分な吸収力を発揮するもの
である。

本装置は上記及びの相乗効果により、構造物に作
用する振動に対し、良好な減衰作用をなす。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図及び第２図は本発明の構造物用免震装置の一実施
例（第１実施例）を示す。図において、Ｇは建築物等の
構造物側の基礎、Ｂは地盤側の基礎である。

本実施例の構造物用免震装置Ｈは構造物Ｇと基礎Ｂとの
間に介装され、構造物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、構造物Ｇの荷重を支持する機
能はない。

本装置Ｈは上位に配された弾塑性変形抵抗部１０と下位
に配された粘性せん断抵抗部３０とからなる。

弾塑性変形抵抗部１０は、構造物Ｇの下面に直接固定さ
れた固定板１２と該固定板１２の下面に固定された補強
リブ１３と該補強リブ１３に固定された取付け板１４と
からなる上部取付け部１１と、一端が該取付け板１４に
固定され他端が下方に垂下する棒状弾塑性部材１５とか
ら構成されている。該固定板１２は構造物Ｇに埋設固定
されたアンカーボルトにナットを螺合して固定するなど
適宜の方法で構造物Ｇに固定される。

棒状の弾塑性部材１５は鋼棒が使用され、その一端に形
成された螺子部１５ａを前記上部取付け部１１の取付け
板１４にナットを螺合することによって固定される。

該弾塑性部材１５の下端には拡径された連結部１６が一
体に形成されている。

粘性せん断抵抗部３０は、基礎Ｂに固定されたケーシン
グ３１と該ケーシング３１内に配される可動抵抗体４０
と該ケーシング３１内に充填される粘性体５０とを含
む。

該ケーシング３１は、底板３２と、該底板３２の上面に
設けられた中空突出部３３と、該中空突出部３３の開口
部に設けられた中央に円筒突出部３４を備えた上板３５
とから形成されている。該円筒突出部３４の内面には軸
受３６が固定されている。該軸受３６には前記一端を上
部取付け部１１の取付け板１４に螺合固定された弾塑性
部材１５の他端拡径連結部１６が挿通され、該軸受３６
は該弾塑性部材１５の上下方向の摺動を案内している。
中空突出部３３の内面は粘性せん断抵抗面の一方を構成
するもので、平滑に仕上げられている。

可動抵抗体４０はその外面を前記ケーシング３１の中空
突出部３３内面との間に微小間隙Ｓを保って配され、前
記弾塑性部材１５の下端と拡径連結部１６に取付け部材
４１を介して結合固定されている。該可動抵抗体４０の
外面は粘性せん断抵抗面の他方を構成するもので、平滑
に仕上げられている。取付け部材４１には適宜数の孔４
１ａが穿設されるが、これは可動抵抗体４０が粘性流体
５０中を変位するとき該取付け部材４１による流体抵抗
を減ずるためのものである。

可動抵抗体４０の外面にはすべり材４５が固定されてい
る。このすべり材４５は可動抵抗体４０に転倒モーメン
トが生じた際、該モーメント荷重を前記ケーシング３１
の開口部に設けられた軸受３６と協働して支持するよう
に配されるとともに、該可動抵抗体４０の外面とケーシ
ング３１の中空突出部３３の内面との間の微小間隙Ｓを
保持するスペーサの役割を果たす。

ここで、すべり材４５としては、銅合金、薄鋼板上に黒
鉛を含有した銅系焼結合金層を一体に被着形成した複層
材、あるいは耐摩耗性の合成樹脂素材などが使用され、
これらは可動抵抗体４０の外面に溶接、接着あるいは一
部を突出させて埋設するなどの方法によって固定され
る。

粘性体５０は少なくとも上記微小間隙Ｓを満たすように
ケーシング３１内に充填される。

しかして、ケーシング３１内には中空突出部３３の内面
と可動抵抗体４０の外面とこれらの間の微小間隙Ｓと該
間隙Ｓに介在する粘性体５０とで「粘性せん断抵抗発生
部」が構成される。

なお、この実施例において、ケーシング３１の中空突出
部３３は円筒もしくは方形に形成されており、該中空突
出部３３内に配される可動抵抗体４１は該中空突出部３
３に対応して円筒もしくは方形に形成されている。

上述した実施例において、粘性せん断抵抗発生部に生ず
る粘性せん断力は、一般に粘性体の粘性係数、粘性体を
介して相対運動を行う二面間の面積及びその相対速度に
それぞれ比例し、二面間の隙間距離に反比例する。

しかして、本免震装置においては二面の隙間距離は微小
隙間に形成され、かつ板面による相対面積が大きいの
で、二面間に働く抵抗力は極めて大きく、構造物間の急
激な運動は直ちに拘束される。そして、粘性体に高粘度
の高分子粘性体を用いるとき、上述した傾向は一層顕著
になる。すなわち、この粘性体は非ニュートン流体特
性、すなわち擬塑性流体特性（流体の速度が大きくなる
程高粘度から低粘度に変化して流動し易く、抵抗力の増
加の度合が小さくなる現象。抵抗力は速度のほぼ0.5〜
0.6乗に比例する。）を示し、その抵抗力の発生は同一
速度であれば変位振幅、振動数によらず一定であり、一
定速度が与えられると該抵抗力は矩形波的な立上りを示
すので、振動に対し極めて敏感であり、即答性に優れた
特徴を有する。

第３図は他の実施例（第２実施例）を示す。図におい
て、第１実施例と同等の部材については同一の符合が付
されている。

この実施例においては、上位に粘性せん断抵抗部３０が
配され、下位に弾塑性変形抵抗部１０が配されている。
すなわち、弾塑性部材１５の一端は地盤側の基礎Ｂに固
定されたベースプレート５５に螺合固定され、該弾塑性
部材１５の他端は粘性せん断抵抗部３０を構成するケー
シング３１に固定された取付け板５６に螺合固定され
る。また、該ケーシング３１の中空突出部３３内に配さ
れた可動抵抗体４０を構造物側の基礎Ｇに固定された連
結部材５６に固定される。

この第２実施例のものは、免震作用上、第１実施例と同
等の作用効果を奏する。

第４図及び第５図は更に他の実施例（第３，４実施例）
を示す。これらの実施例の免震装置は、粘性せん断抵抗
部３０に水平せん断抵抗部を付加したものである。

第４図（第３実施例）において、粘性せん断抵抗部３０
は水平せん断抵抗部６０と鉛直せん断抵抗部７０と回転
抑止部８０とを含む。

水平せん断抵抗部６０は基礎Ｂに固定されたケーシング
６１と該ケーシング６１内に配された水平抵抗板６２と
該ケーシング６１内に充填された粘性体６３とからな
る。ケーシング６１の底板の上面と水平抵抗板６２とは
微小間隙Ｓ１をもって対置され、この部分に介在する粘
性体６３により粘性せん断抵抗発生部が構成される。

鉛直せん断抵抗部７０は上記水平抵抗板６２の上面に固
設された筒状体７１と該筒状体７１内に配された連結部
材１６に固定された可動抵抗体７２と該筒状体７１内に
充填された粘性体７３とからなる。可動抵抗体７２の外
面にはすべり材７４が固設される。筒状体７１の内面と
可動抵抗体７２の外面とは微小間隙Ｓ２をもって対置さ
れ、この部分に介在する粘性体７３により粘性せん断抵
抗発生部が構成される。

また、回転抑止部８０はケーシング６１の開口部側に固
定された上板８１と該上板８１に該上板８１上面との間
に空所８２を存して固定された枠体８３と内面が前記筒
状体７１外面に固定され外面が該空所８２内に突出して
配され支持板８４と該空所８２内に相対向して固定され
該支持板８４を挟持しかつ該支持板８４の移動を案内す
る軸受８５，８５とで構成されている。この回転抑止部
８０は粘性せん断抵抗部３０に転倒モーメントにより生
じる回転変位を拘束する。

第５図（第４実施例）においては、回転抑止部８０が連
結部材１６に直接取り付けられるとともに、水平抵抗板
６２の下面にすべり材６４が配された態様を採る。

第３，４実施例の免震装置においては、粘性せん断抵抗
部３０は方向性を持たず自由となるので、総ての方向か
らの振動変位に対応することができ、このため地震力に
対しても一定範囲内でこの粘性せん断抵抗部で地震力を
吸収でき、これを超える分については弾塑性変形抵抗部
で吸収することになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の構造物用免震装置の実施例を示し、第１
図はその一実施例（第１実施例）縦断面図、第２図は第
１図のＩ−Ｉ線断面図、第３図は他の実施例（第２実施
例）を示す縦断面図、第４図、第５図はそれぞれ更に他
の実施例（第３，４実施例）を示す縦断面図である。 Ｈ…免震装置、Ｇ…構造物側基礎、Ｂ…基礎（地盤）、
１０…弾塑性変形抵抗部、１５…棒状弾塑性部材、３０
…粘性せん断抵抗部、３１…ケーシング、３３…中空突
出部、４０…可動抵抗体、５０…粘性体、Ｓ…微小間
隙、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荻野 伸行 千葉県浦安市北栄４−17−34 パークハイ ム北栄105 (72)発明者 松本 浩司 埼玉県上尾市原市2072−６ (72)発明者 多田 博 神奈川県横浜市南区永田山王台23−18 (72)発明者 伊関 治郎 東京都世田谷区砧８−31−３ (72)発明者 下田 郁夫 神奈川県藤沢市円行1449−４ (72)発明者 細野 幸弘 神奈川県座間市相模が丘６−４−７ (72)発明者 持丸 昌己 神奈川県大和市下和田970

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構造物側の基礎と地盤側の基礎との間に配
   置され、弾塑性変形抵抗部と該弾塑性変形抵抗部に結合
   される粘性せん断抵抗部とからなる免震装置であって、 前記弾塑性変形抵抗部は棒状の弾塑性部材からなり、 前記粘性せん断抵抗部は、中央突出部を備えたケーシン
   グと該中空突出部内に該突出部の鉛直方向に移動自在に
   かつ該突出部の内面と微小間隙をもって配される可動抵
   抗体と該中空突出部内に充填される粘性体とからなり、 前記弾塑性部材の一端は前記基礎のいずれか一方に固定
   され、該粘性せん断抵抗部は該弾塑性部材の他端に結合
   されるとともに前記他方の基礎に固定されている、 ことを特徴とする構造物用免震装置。
2. 【請求項２】弾塑性部材の一端は構造物側の基礎に固定
   され、他端は地盤側の基礎に固定された粘性せん断抵抗
   部を構成するケーシングの中空突出部内に配された可動
   抵抗体に結合固定されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の構造物用免震装置。
3. 【請求項３】弾塑性部材の一端は地盤側の基礎に固定さ
   れ、他端は粘性せん断抵抗部を構成するケーシングに固
   定され、ケーシングの中空突出部内に配された可動抵抗
   体は構造物側の基礎に固定された連結部材に結合固定さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の構造物用免震装置。