JPH0663381B2 - 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、
次の構成（技術的手段）を採る。すなわち、構造物と
基礎との間に介装され、上位に配される弾塑性変形抵抗
部と、下位に配される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構造物用免震装置であっ
て、前記弾塑性変形抵抗部は、一端が前記構造物に結
合固定され、他端が連結部材に揺動自在に結合された少
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、前記基礎に固定されたケーシングと該
ケーシングの底板上に該底板上面と微小間隙を存しかつ
水平方向に移動域を存して配された水平抵抗板と該ケー
シング内に充填された粘性体とからなる水平抵抗部と、
該水平抵抗板上に固定された筒状体と該筒状体内に該筒
状体内面と微小間隙を存して鉛直方向に移動可能に配さ
れているとともに前記連結部材に固定された可動抵抗体
と該筒状体内に充填された粘性体とからなる鉛直抵抗部
とで構成されている、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。そして、該弾塑性部
材はその外周面が一様な円筒面に形成されたもの、ある
いは上端から下端にかけて漸次先細りとなる円錐面に形
成されたものが使用され、一端が構造物に結合固定さ
れ、他端は連結部材に固定された玉継手に揺動自在に結
合される。

粘性せん断抵抗部において、ケーシングの底板上面と水
平抵抗板の下面との微小間隙及び筒状体の内面と可動抵
抗体の外面との微小間隙にはそれぞれ粘性体が介在して
そこに粘性せん断抵抗発生部が構成されている。

ケーシング及び筒状体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。

粘性せん断抵抗部はケーシングの開口部側と鉛直抵抗部
側との間に設けられた回転抑止部によって当該抵抗部に
生じる転倒モーメントによる回転が拘束されている。

［作用］ （１）重量車輌の交通等により基礎（地盤）を介して、
もしくは強風等により直接に構造物に微小振動が伝播さ
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。本装置は上下移動及
び水平方向に移動可能となっているので、上記相対変位
は結局、粘性せん断抵抗部の粘性せん断抵抗発生部の相
対変位となって現われる。この相対変位によって当該抵
抗発生部には粘性せん断抵抗力が生じ、該抵抗力によっ
て上記微小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、構造物が地震等の強力かつ急激な外力を受
けて強制振動を起こすと、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る。この強制振動が一
定の範囲内であれば、上記（１）に準じて粘性せん断抵
抗発生部における粘性せん断抵抗力により振動は吸収さ
れる。

強制振動が一定の範囲を超えるとき、粘性せん断抵抗力
を超える分について弾塑性変形抵抗部に負担される。し
かして、弾塑性変形抵抗部の弾塑性部材はその弾塑性特
性により地震エネルギを吸収する。

（３）上記（１）及び（２）の振動中において、転倒モ
ーメントが作用したとき、回転抑止部により粘性せん断
抵抗部の回転変位は阻止される。

（４）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。

構造物に作用する振動が比較的小さいとき（重量車輌
の交通、強風等の風荷重、小地震等により生じる。）は
粘性せん断抵抗部で当該振動を吸収し、大きな振動のと
きには粘性せん断抵抗力を超える分を弾塑性変形抵抗部
で当該振動を吸収するので合理的な設計ができる。

一端が構造物に結合固定された弾塑性部材の他端は連
結部材に揺動自在に結合されているので、両端を構造物
及び基礎に剛に結合固定されたものに比べ、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
かけて漸次先細りとなる円錐面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。

［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、Ｂは基礎である。

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の弾塑性部材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１６に固定
された玉継手２０に揺動自在に結合されている。

この玉継手２０は第２図に示すように、雄ねじ部２１を
備えたシャンク２２と、該シャンク２２に一体に形成さ
れた玉部２３と、凹部２４を有するハウジング２５と、
該玉部２３をハウジング２５の凹部２４内で抱持しかつ
支承する上部軸受２６及び下部軸受２７と、該下部軸受
２７の下面に配されたゴム弾性体２８と、該ハウジング
２５の開口部側に螺合固定されたロックナット２９とか
ら構成されている。そして、該玉継手２０は該シャンク
２２の雄ねじ部２１を前記弾塑性部材１５の下面に形成
された雌ねじ部１７に螺合固定することにより該弾塑性
部材１５に結合され、該弾塑性部材１５は連結部材１６
に玉継手２０を介しては揺動自在に結合される。

なお、上記構成を有する玉継手２０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。

以上により弾塑性変形抵抗部１０が構成されている。

粘性せん断抵抗部３０は、水平抵抗部３４と鉛直抵抗部
３９と回転抑止部４０とを含む。水平抵抗部３４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
に配された水平抵抗板３２と該ケーシング３１内に充填
された粘性体３３とからなる水平抵抗部３４とから構成
され、鉛直抵抗部３９は、該水平抵抗板３２の上面に固
設された筒状体３５と該筒状体３５内に配され前記連結
部材１６に取付け部材３６を介して固定された可動抵抗
体３７と該筒状体３５内に充填された粘性体３８とから
なる鉛直抵抗部３９とから構成されている。

以下、この粘性せん断抵抗部３０の詳細構造について説
明する。

ケーシング３１は底板３１１と該底板３１１の上面に設
けられた中空突出部３１２とから形成されている。水平
抵抗板３２は該ケーシング３１の中空突出部３１２内に
移動域を存して配されるとともに該水平抵抗板３２の下
面は該ケーシング３１の底板３１１上面との間に微小間
隙S1を存して配されている。しかして、該ケーシング３
１内には該ケーシング底板３１１上面と該底板３１１と
微小間隙S1を存して配された水平抵抗板３２下面と該微
小間隙S1に介在する粘性体３３とで水平方向の「粘性せ
ん断抵抗発生部」が形成される。

可動抵抗体３７はその外周面が該筒状体３５の内面との
間に微小間隙S2を保って配されており、該筒状体３５内
には該筒状体３５内面と該筒状体３５内に微小間隙S2を
存して配された可動抵抗体３７と該微小間隙S2に介在す
る粘性体３８とで鉛直方向の「粘性せん断抵抗発生部」
が形成される。なお、取付け部材３６には適宜数の孔３
６ａが穿設されるが、これは可動抵抗体３７が粘性体３
８中を変位するとき該取付け部材３６による流体抵抗を
減ずるためのものである。

回転抑止部４０は、ケーシング３１の開口部側に固定さ
れた上板４１と、該上板４１に該上板４１上面との間に
空所４２を存して固定された枠体４３と、内面が前記筒
状体３５外面に固定され外面が該空所４２内に突出して
配された支持板４４と、該空所４２内に相対向して固定
され該支持板４４を挟持しかつ該支持板４４の移動を案
内する軸受４５，４５とで構成されている。該回転抑止
部４０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。

該筒状体３５の開口部には保持板５０が固定され、該保
持板５０は中央部に突出部５１を備えており、該突出部
５１の内面には軸受５２が固定されている。該軸受５２
は前記連結部材１６の上下方向の移動を案内している。

可動抵抗体３７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３７に転倒モーメン
トが生じた際、該モーメント荷重を前記筒状体３５の開
口部に固定された保持板５０の突出部５１内に設けられ
た軸受５２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３７の外面と筒状体３５の内面との間
の微小間隙S2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３７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。

この実施例においては、水平抵抗板３２の下面とケーシ
ング３１の底板上面との微小間隙S1は該水平抵抗板３２
に固設された筒状体３５が回転抑止部４０において該筒
状体３５に固定された支持板４４を軸受４５，４５で支
承せしめることによって保持されている。

なお、この実施例において、筒状体３５は円筒もしくは
方形に形成されており、筒状体３５内に配される可動抵
抗体３７は筒状体３５に対応して円筒もしくは方形に形
成されている。しかしながら、筒状体３５及び可動抵抗
体３７は他の多角形状を採りうる。また、ケーシング３
１と水平抵抗板３２とは任意の形状を採りうる。

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。

上述した構成からなる構造物用免震装置の作用は次のと
おりである。重量車輌の交通等により基礎（地盤）Ｂ
を介して、もしくは強風等により直接構造物Ｇに微小振
動が伝播されると、構造物Ｇと基礎Ｂとの間に相対変位
が生じ、両者間に介装された本装置Ｈに伝達される。本
装置Ｈは上下方向及び水平方向に移動可能となっている
ので、上記相対変位は結局、粘性せん断抵抗部３０の粘
性せん断抵抗発生部の相対変位となって現れる。この相
対変位により、該発生部には粘性せん断抵抗力が生じ、
該抵抗力により上記微小振動は迅速に吸収される。構
造物Ｇが地震等の強力かつ急激な外力を受けて強制振動
を起こすと、この振動は構造物Ｇと基礎Ｂとの間に介装
された本装置Ｈに伝達される。この強制振動が一定の範
囲内であれば、上記に準じて粘性せん断抵抗発生部に
おける粘性せん断抵抗力により振動は吸収される。強制
振動が一定の範囲を超えるとき、粘性せん断抵抗力を超
える分について弾塑性変形抵抗部１０に負担される。し
かして、弾塑性変形抵抗部１０の弾塑性部材１５はその
弾塑性特性により地震エネルギを吸収する。上記及
びの振動中において、転倒モーメントが作用したと
き、回転抑止部４０により粘性せん断抵抗部３０の回転
変位は阻止される。

第３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。

この実施例の特徴は、弾塑性部材として、外周面が上端
から下端にかけて漸次先細りとなる円錐面に形成された
弾塑性部材１５′を使用したことにある。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。

弾塑性部材として、外周面が円錐面に形成された弾塑性
部材１５′を使用してものは、前述した実施例における
作用に加えて、塑性部分が全長にわって平均化されるた
め、当該部材の疲労強度、変形能を高めるという作用効
果を奏する。

第４図は、本発明の構造物用免震装置の粘性せん断抵抗
部の他の実施例（第３実施例）を示す。この実施例にお
いても先の２つの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。

すなわち、この粘性せん断抵抗部３０は、基礎Ｂに固定
される底板３１１と該底板３１１の上面に設けられた中
空突出部３１２とからなるケーシング３１と該ケーシン
グ３１の中空突出部３１２内に移動域を存しかつ底板３
１１上面との間にすべり材６５を介して微小間隙S1をも
って配された水平抵抗板３２と該ケーシング３１の中空
突出部３１２内に充填された粘性体３３とからなる水平
抵抗部３４と、該水平抵抗板３２の上面に固定された筒
状体３５と該筒状体３５内に該筒状体内面との間に微小
間隙S1を存して配され連結部材１６に固定された可動抵
抗体３７と該筒状体３５内に充填された粘性体３８とか
らなる鉛直抵抗部３９とから構成されている。

ケーシング３１の開口部側には、該開口部に固定された
上板４１と該上板４１に該上板４１上面との間に空所４
２を存して固定された枠体４３と内面に筒状凸部７１を
有するとともに該凸部内面に軸受７２を固定し、外面が
前記空所４２内に突出して配された支持板７０と該空所
４３内に相対向して固定され該支持板７０を挟持しかつ
移動を案内する軸受７３，７３とで構成された回転抑止
部４０が設けられている。

この実施例においては、該ケーシング３１の底板３１１
上面と水平抵抗板３２下面との間の微小間隙S1は該水平
抵抗板３２の下面に該下面より突出して固定されたすべ
り材６０によって保持されている。

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。

弾塑性部材を１本使用した態様に限られず、塑性部材
を複数本使用すること。

玉継手２０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２０のハウジング２５に十分な強度が期待でき
るときには、該ハウジング２５を連結部材１６に兼ねる
態様を採ることができる。

棒状弾塑性部材１５，１５′を上部取付け部１１を介
さず、直接に構造物Ｇ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図は玉継手を示す縦断面図、第３図は他の実施例
（第２実施例）を示す縦断面図、第４図は更に他の実施
例（第３実施例）を示す縦断面図である。 Ｈ…免震装置、Ｇ…構造物、Ｂ…基礎（地盤）、１０…
弾塑性変形抵抗部、１５…棒状弾塑性部材、１６…連結
部材、２０…玉継手、３０…粘性せん断抵抗部、３１…
ケーシング、３２…水平抵抗板、３３，３８…粘性体、
３５…筒状体、３７…可動抵抗体、Ｓ１，Ｓ２…微小間
隙、４０…回転抑止部

───────────────────────────────────────────────────── 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の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】構造物と基礎との間に介装され、上位に配
   される弾塑性変形抵抗部と、下位に配される該弾塑性変
   形抵抗部に結合される粘性せん断抵抗部とからなる構造
   物用免震装置であって、 前記弾塑性変形抵抗部は、一端が前記構造物に結合固定
   され、他端が連結部材に揺動自在に結合された少なくと
   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、前記基礎に固定されたケーシ
   ングと該ケーシングの底板上に該底板上面と微小間隙を
   存しかつ水平方向に移動域を存して配された水平抵抗板
   と該ケーシング内に充填された粘性体とからなる水平抵
   抗部と、該水平抵抗板上に固定された筒状体と該筒状体
   内に該筒状体内面と微小間隙を存して鉛直方向に移動可
   能に配されているとともに前記連結部材に固定された可
   動抵抗体と該筒状体内に充填された粘性体とからなる鉛
   直抵抗部とで構成されている、 ことを特徴とする構造物用免震装置。
2. 【請求項２】棒状の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項に記載の構造物用免震装置。
3. 【請求項３】棒状の弾塑性部材はその外周面が一端から
   他端にかけて漸次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項に記載の構造物
   用免震装置。
4. 【請求項４】棒状の弾塑性部材は連結部材に固定された
   玉継手に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項ないし第３項のいずれかに記載の構
   造物用免震装置。
5. 【請求項５】ケーシングの底板上面と水平抵抗板との微
   小間隙は該水平抵抗板の下面に該下面より突出して固定
   されたすべり材によって保持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】粘性せん断抵抗部はケーシングの開口部側
   に固定された上板と該上板に該上板上面との間に空所を
   存して固定された枠体と内面が鉛直抵抗部側に結合され
   外面が該空所内に突出するとともに空所において軸受に
   支持された支持板とで構成された回転抑止部によって回
   転が拘束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６項のいずれかに記載の構造物用免震装
   置。