JPH0663380B2 - 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。

［本発明の構成］ 本発明の構造物用免震装置は上記目的を達成するため、
弾塑性変形抵抗部と粘性せん断抵抗部とを含み、該弾塑
性変形抵抗部は揺動自在とする構成（技術的手段）を基
本的技術思想とする。

本発明は更に具体的には次の構成を採る。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
変形抵抗部は小なくとも一本の棒状の弾塑性部材からな
り、前記粘性せん断抵抗部は、中空突出部を備えたケ
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
方に固定もしくは揺動自在に結合され、他端は前記粘性
せん断抵抗部に固定もしくは揺動自在に結合されてお
り、前記粘性せん断抵抗部は前記他方の基礎に固定され
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。そして、該弾塑性部
材はその外周面が一様な円筒面もしくは一端から他端に
かけて先細りとなる円錐面に形成されている。

本装置の取付け態様については、該弾塑性部材の一端は
地盤側の基礎に固定もしくは該基礎に固定された玉継手
に揺動自在に結合されるか、構造物側の基礎に固定さ
れ、他端は粘性せん断抵抗部を構成するケーシングに固
定もしくは該ケーシングに固定された玉継手に揺動自在
に結合される。粘性せん断抵抗部は前記弾塑性部材に結
合されるとともに前記基礎のいずれか一方に位置せしめ
られ、ケーシングの中空突出部内に配される可動抵抗体
は連結部材を介して弾塑性部材もしくは構造物側の基礎
に固定される。

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（地盤）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
上下方向の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
強大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。

弾塑性部材の一端は揺動自在に結合されているので、
両端を剛に結合されたものよりも水平変形量を大きくと
ることができる。

弾塑性部材として、特にその外周面が上端から下端に
かけて先細りとなる円錐部に形成された弾塑性部材を使
用したものは、上記の効果に加えて塑性部分が該部材
の全長にわたって平均化されるので疲労強度、変形能を
高めることができる。

本装置は弾塑性変形抵抗部と粘性せん断抵抗部との相
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図ないし第３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。

本実施例の棒状の弾塑性部材１５は外周面がその長さ方
向にわたって一様な円筒面に形成された鋼棒が使用さ
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の下端は円柱状の連結部材１７に固定
された玉継手１８に揺動自在に結合されている。

この継手１８は第３図に示すように、雄ねじ部１９を備
えたシャンク２０と、該シャンク２０に一体に形成され
た玉部２１と、凹部２２を有するハウジング２３と、該
玉部２１をハウジング２３の凹部２２内で抱持しかつ支
承する上部軸受２４及び下部軸受２５と、該下部軸受の
下面に配されたゴム弾性体２６と、該ハウジング２３の
開口部側に螺合固定されたロックナット２７とから構成
されている。そして、該シャンク２０の雄ねじ部１９を
前記弾塑性部材１５の下面に構成された雌ねじ部１５ｂ
に螺合固定することにより、該弾塑性部材１５は連結部
材１７に揺動自在に結合される。

なお、上記構成を有する玉継手は弾塑性部材１５を揺動
自在に結合するための一手段であって、他の揺動部材を
適用することは自由である。

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
固定されており、該軸受３６には前記玉継手１８を固定
した連結部材１７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３
３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の下端と玉継手１８を介して結合した
連結部材１７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４１ａが穿設されるが、これは
可動抵抗体４１が粘性体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するためのものである。

可動抵抗体４０の外面にはすべり材６０が固定されてい
る。このすべり材６０は可動抵抗体４１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と協同して支持するよう
に配されるとともに、該可動抵抗体４０の外面とケーシ
ングの中空突出部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６０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。

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３
３内に配される可動抵抗体４１は該中空突出部３３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、二面間の間隙距離に反比例する。

しかして、本免震装置においては二面の間隙距離は微小
間隙に形成され、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４図は本発明の構造物用免震装置の他の実施例（第２
実施例）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合が付され、その説明を省略す
る。

この実施例のものは、弾塑性部材として、外周面が上端
から下端にかけて先細りとなる円錐面に形成された弾塑
性部材１５を使用した例である。該弾塑性部材１５の上
端には螺子部１５ａ′が形成され、取付け部１１にナッ
トをもって取り付けられる。その他の構成については第
１実施例と同等であり、同等の作用効果を奏する。

第５図及び第６図は更に他の実施例（第３実施例）を示
す。符合については前記に準じる。

この実施例のものは、複数個（図では４本）の弾塑性部
材１５を使用した例であり、該弾塑性部材１５は適宜数
使用されるものである。複数個使用したことにより弾塑
性部材１５による抵抗力は増大する。このため、粘性せ
ん断抵抗部３０も大きな抵抗力を発生すべく大容量に形
成されている。なお、第２実施例に準じて、弾塑性部材
１５を円錐形状とすることは自由である。

第７図及び第８図は更に他の実施例（第４，５実施例）
を示す。

第７図（第４実施例）のものは、弾塑性部材１５の一端
が地盤側の基礎Ｂに固定されたベースプレート７０に螺
合固定され、該弾塑性部材１５の他端には玉継手１８を
介して粘性せん断抵抗部を構成するケーシング３１が固
定され、該ケーシング３１の中空突出部３３内に配され
る可動抵抗体４０を構造物側の基礎Ｇに固定された連結
部材１７に固定した態様を示す。

第８図（第５実施例）のものは、弾塑性部材１５の一端
が地盤側の基礎Ｂに固定された玉継手１８に揺動自在に
結合され、他端は粘性せん断抵抗部３０を構成するケー
シング３１に固定された取付板８０に螺合固定され、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１７に結
合固定した態様を示すものである。

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。

玉継手１８は揺動手段の一態様として開示されたもの
であり、その他の適宜な揺動手段を採用することは自由
である。

玉継手１８のハウジング２３に十分な強度が期待でき
るときには、該ハウジング２３を連結部材１７に兼ねる
態様を採ることができる。

棒状弾塑性部材１５を上部取付け部１１あるいはベー
スプレート７０を介さず、直接に構造物Ｇ側あるいは地
盤Ｂ側の基礎に埋設固定することができる。

【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すもの
で、第１図はその一実施例（第１実施例）の縦断面図、
第２図は第１図のＩ−Ｉ線断面図、第３図は玉継手を示
す縦断面図、第４図は他の実施例（第２実施例）を示す
縦断面図、第５図は更に他の実施例（第３実施例）を示
す縦断面図、第６図は第５図のII−II線断面図、第７
図、第８図はそれぞれ他の（第４，５実施例）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…地盤側基礎、１
０…弾塑性変形抵抗部、１５…棒状弾塑性部材、１８…
玉継手、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 神谷 吉男 埼玉県志木市幸町１−８−40−611 (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 (6)

【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小なくとも一本の棒状の弾塑性
   部材からなり、 前記粘性せん断抵抗部は、中空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
   もしくは揺動自在に結合され、他端は前記粘性せん断抵
   抗部に固定もしくは揺動自在に結合されており、前記粘
   性せん断抵抗部は前記他方の基礎に固定される、 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
   抵抗体を固定した連結部材に玉継手を介して揺動自在に
   結合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
   定された玉継手に揺動自在に結合されており、該ケーシ
   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。
4. 【請求項４】弾塑性部材の一端は地盤側の基礎に固定さ
   れた玉継手に揺動自在に結合され、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ており、該ケーシ
   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項記載の構造物用免震装
   置。
5. 【請求項５】弾塑性部材はその外周面が一様な円筒面に
   形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第４項のいずれかに記載の構造物用免震装置。
6. 【請求項６】弾塑性部材はその外周面が一端から他端に
   かけて先細りとなる円錐面に形成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに
   記載の構造物用免震装置。