JPH0792111B2 - 振動エネルギ吸収装置 - Google Patents

振動エネルギ吸収装置

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JPH0792111B2
JPH0792111B2 JP60133439A JP13343985A JPH0792111B2 JP H0792111 B2 JPH0792111 B2 JP H0792111B2 JP 60133439 A JP60133439 A JP 60133439A JP 13343985 A JP13343985 A JP 13343985A JP H0792111 B2 JPH0792111 B2 JP H0792111B2
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energy absorbing
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隆史 藤田
川上  崇
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Oiles Corp
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Oiles Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00Springs
    • F16F1/36Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
    • F16F1/371Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers characterised by inserts or auxiliary extension or exterior elements, e.g. for rigidification

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Springs (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は,構造物の防振あるいは免震に供される振動エ
ネルギ吸収装置に係り,特に,材料の塑性変形を利用し
て振動エネルギを吸収するようにした振動エネルギ吸収
装置の改良に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来,地震力によって構造物が破壊されるのを防止する
ために,たとえは基礎と構造物本体との間に各種の振動
エネルギ吸収装置を挿設することが行われている。
このような振動エネルギ吸収装置は,エネルギ吸収メカ
ニズムから分類して,流体あるいは粘弾性体の粘性を利
用した粘性方式のものと,材料同志の摩擦を利用した摩
擦方式のもと,材料の塑性変形を利用した塑性方式のも
のとに大別される。
上記の振動エネルギ吸収装置のうち,塑性方式を採用し
たものは,金属材料の塑性変形を利用したものが多く,
他の方式のものに比べて構造が簡単で,低価格であると
言う利点を備えている。エネルギ吸収に直接供される弾
塑性部材としては通常,鉄材,鉛あるいは鉛系合金材が
使用されている。このうち,特ち,鉛系の材料は過疎性
に優れており,大変位を伴う振動においても充分な追随
特性を有している。
ところで,材料の剪断変形による弾塑性特性を利用した
従来の振動エネルギ吸収装置は,一般に,第5図,第6
図あるいは第8図に示すように構成されている。すなわ
ち,第5図に示すものは,対象とする2つの構造物の部
材1,2にそれぞれ固定板3,4を互いに対面する関係に固定
し,これら固定板3,4間に,たとえば鉛系材料を円柱状
に加工してなる弾塑性部材5を介挿した構造となってい
る。なお,各固定板3,4と弾塑性部材5とはろう接着等
によって接合されている。また,第6図に示すものは,
弾塑性部材5の両端部を各固定板3,4に形成された凹部
6,7に嵌入させ,この嵌合によって弾塑性部材5と各固
定板3,4とを結合させるようにしている。さらに,第8
図に示すものは,固定板3,4間に,部材1に対して部材
2を支持させるための弾性支持体,たとえばラバーベア
リング8を介在させるとともにラバーベアリング8に軸
方向に延びる貫通孔9を設け,この貫通孔9内に螺旋状
コイル10で巻かれた弾塑性部材5を収容したものとなっ
ている。なお,ラバーベアリング8は,64金属板11とゴ
ム板12とを交互に積層接合したものとなっている。
これらの振動エネルギ吸収装置にあって,地震等によっ
て構造物が振動して,部材1,2間に対向方向と直交する
方向に相対変位が生じようとすると,部材1,2間に存在
している弾塑性部材5が強制変位を受ける。この時,弾
塑性部材5が塑性変形すると,その塑性変形に必要な仕
事量に等しいエネルギ損失が生じ,この結果として部材
1,2間の振動エネルギが吸収され,構造物全体の振動応
答が減少される。
しかしながら,上記のように構成された従来の振動エネ
ルギ吸収装置にあっては次のような問題があった。
すなわち,第5図および第6図に示したものにあって
は,部材1,2の図中横方向の相対変位によって弾塑性部
材5が繰り返し横方向の変形を受けると,固定板3,4と
弾塑性部材5との間の局部的拘束に伴う固定板3,4に近
い部分と中央部分との間の曲げおよび引張り状態の相違
により,弾塑性部材5は比較的少ない繰り返し回数で第
7図に示すように固定板3,4に近い部分Xがくびれ,中
央部分Yが膨出した形状となる。このため,塑性変形に
要する抵抗力が次第に小さくなり,エネルギ吸収能力が
減少する。そして,最終的にはくびれ部分で弾塑性部材
5が破断して,エネルギ吸収装置としての機能を喪失す
る問題があった。一方,第8図に示すものは,弾塑性部
材5の外周に螺旋状コイル10を巻き付けているので,第
7図で説明したような問題は少なくなる。しかし,この
ような構造であると,構造物の支持材であるラバーベア
リング8内に弾塑性部材5を収容するようにしているの
で,エネルギ吸収装置全体の保守あるいは交換が非常に
面倒なものとなり,弾塑性部材5のエネルギ吸収性能低
下による耐震性の脆弱に速やかに対応できない問題があ
る。すなわち,何度かの地震あるいは振動により弾塑性
部材5が塑性変形を繰り返すと,弾塑性部材5の組織が
変化してエネルギ吸収能力が低下する。したがって,一
般的には,エネルギ吸収装置全体を検査し,所定の場合
には取り換える必要がある。このような交換を行なわな
いと,次回の地震の場合に所定の耐震性および信頼性が
得られず,構造物の安全性に重大な影響を及ぼす。しか
し,第8図に示す構造であると,エネルギ吸収装置全体
がラバーベアリング8内に位置しているので,エネルギ
吸収装置の特性を簡単に検査することができない。この
ため,交換のタイミングを誤る虞れが多分にあった。ま
た,弾塑性部材5の径方向の変形を拘束するとともに剪
断変形を許すために,螺旋状コイル10を弾塑性部材5の
外周に巻回しているのであるが,このような構造である
と,原理的にはくびれの発生が起こり得る。また,部材
1,2間の相対変位で弾塑性部材5が相対的な変形力を受
けて変形したとき,螺旋状コイル10もそれぞれのコイル
間で相対変形を受ける。この場合,螺旋状コイル10は連
続しているので,この螺旋状コイル10にねじり力が作用
することになる。前述のように螺旋状コイル10は弾塑性
部材5の径方向の変形力を受持っているので,結局,こ
の力と上述したねじり力とを加えた過大な力が螺旋状コ
イル10に作用することになり,螺旋状コイル10が破断す
るこ虞れがある。もし破断した場合には径方向の変形に
対しての拘束力がなくなるので,第5図および第6図に
示した装置と同様の問題が発生することになる。
〔発明の目的〕
本発明は,このような事情に鑑みてなされたもので,そ
の目的とするところは,エネルギ吸収に供される弾塑性
部材のエネルギ吸収機能をより長期に亙って持続させる
ことができるとともに保守点検あるいは交換の容易な振
動エネルギ吸収装置を提供することにある。
(発明の概要) 上記目的を達成するために,本発明は2つの部材が対向
方向と直交する方向に相対運動しようとしたときの運動
エネルギを吸収する振動エネルギ吸収装置において,前
記2つの部材間に挿設されて運動エネルギの吸収に供さ
れる可塑性を有した弾塑性部材と,それぞれが前記弾性
部材より剛性および材料強度の大きい材料で形成され,
上記弾塑性部材の外周にそれぞれの内周面全体を上記弾
塑性部材の外周面に密接させ,かつ軸方向に隣接するも
の同士を接触させて積層状態に装着された複数のリング
とを具備してなることを特徴としている。
〔発明の効果〕 地震等のように2つの部材間に対向方向と直交する方向
に相対変位が生じるような振動力が加わると,弾塑性部
材は上記2つの部材間の相対変位位置に応じた塑性変形
を繰り返し受ける。この時,弾塑性部材には,両端部に
くびれ部を,また中央部に膨出部を形成させる力が作用
する。しかし,弾塑性部材の外周には前記関係にリング
が装着されているので,これらリングが互いに滑って弾
塑性部材の剪断変形は許すが弾塑性部材の径方向の変形
を拘束してくびれ部膨出部の発生を防止する。このよう
に,5弾塑性部材の両端部にくびれ部が発生するのを防止
できるので,このくびれ部の発生によって少ない繰り返
し数で弾塑性部材が破断するのを防止でき,結局,長期
間い亙って弾塑性部材に良好なエネルギ吸収機能を発揮
させることができる。この場合,各リングは軸方向には
独立しているので,弾塑性部材が塑性変更したとき,各
リングには弾塑性部材の径方向の変形力以外の力はほど
んど加わらない。したがって,結果的に,各リングの強
度を増加させることができ,なお一層の長寿命化を図る
ことができる。また,各リングを軸方向に積層状態,つ
まり各リング間に隙間のほとんどない状態に装着してい
るので,塑性変形時に各リング間から弾塑性部材の一部
がいわゆる流れ出すこともない。また,他の要素とは独
立して設置することができるので,地震終了時に弾塑性
部材の現在の状態や特性を検査することが容易となり,
この結果,交換のタイミングの誤り防止にも寄与でき
る。さらに,他の装置,たとえばラバーベアリングのよ
うな荷重支持装置とは独立して設置することができるの
で,装置の交換の容易化にも寄与できる。
〔発明の効果〕
以下,本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
第1図は,本発明の一実施例に係る振動エネルギ吸収装
置を実際に対象とする2つの構造物の部材21,22間に設
置した例の側面図である。すなわち,このエネルギ吸収
装置は,部材21,22に固定板23,24を互いに対面する関係
に図示しないボルト等で固定するとともに上記固定板2
3,24間に,第2図に示すようにたとえば鉛で円柱状に形
成された弾塑性部材25を挿設している。そして,弾塑性
部材25と各固定板23,24とは,たとえばろう接着によっ
て接合されている。
弾塑性部材25の外周には第2図にも示すように,それぞ
れの内周面全体を弾塑性部材25の外周面に密接させ,か
つ軸方向に隣接するもの同士を接触させて積層状態に複
数のリング26が装着されている。これらリング26は,こ
の実施例の場合,弾塑性部材25を構成している鉛より引
張り強度の大きい鉄で,かつ弾塑性部材25の径方向の変
形に坑することができる肉厚で,しかも軸方向の厚みが
比較的薄く形成されたものが用いられている。
このような構成であると,地震等によって部材21,22間
に図中横方向の相対変位が生じると,各リング26が互い
に径方向に滑り,弾塑性部材25は,第3図に示すような
変形を繰り返し受ける。このため,弾塑性部材25内で塑
性変形に必要なエネルギ消費が起こり,このエネルギ消
費によって振動エネルギ吸収装置としての機能が発揮さ
れる。
そして,この場合には,繰り返し変形によって弾塑性部
材25にくびれ部や膨出部が発生しようとしても,この発
生力が各リング26によって抑えられるので,結局,6くび
れ部や膨出部の発生が抑制される。このように,特に,
弾塑性部材25の両端部に起こり易いくびれの発生を防止
できるので,短期間に弾塑性部材25が破断するのを防止
でき,エネルギ吸収機能を長期に亙って良好に発揮させ
ることができる。また,各リング26は軸方向には独立し
ているので,弾塑性部材25が塑性変形したとき,各リン
グ26には弾塑性部材25の径方向の変形力以外の力は加わ
らない。このため,変形防止材として螺旋状コイルを用
いたものに比べて,結果的にリング26の強度を増加させ
ることができ,なお一層の長寿命化を図ることができ
る。また,各リング26が軸方向に積層状態,つまり各リ
ング26間に隙間のほとんどない状態に装着されているの
で,塑性変形時に各リング間から弾塑性部材の一部がい
わゆる流れ出すこともない。また,このエネルギ吸収装
置を実際に設置するときには他の要素とは無関係に設置
することができる。このため,地震が収まった時点で速
やかに点検,特性検査等を行うことができるので,交換
のタイミングの誤り防止にも寄与できる。さらに,他の
要素とは独立して設置することができるので,交換の容
易化にも寄与でき,結局,前述した効果を発揮させるこ
とができる。
なお,本発明は,上述した実施例に限定されるものでは
なく,種々変形することができる。すなわち,上述した
実施例では,弾塑性部材25の両端面を各固定板23,24に
ろう接着等で固定しているが,第4図に示すように各固
定板23,24にそれぞれ凹部27,28を設け,これら凹部27,2
8に弾塑性部材25の両端部を,この両端部外周に装着さ
れたリングと一体に嵌入させるさせることによって弾塑
性部材25と各固定板23,24との接合を行うようにしても
よい。このようにすると,両者の接合をより強固なもの
にでき,装置としての信頼性を向上させることができ
る。また,弾塑性部材25の形状は円柱状に限らず角柱状
でも良く,その径および長さはこのエネルギ吸収装置を
実際に設置するときの総数,対象とする構造物の質量,
構造物の剛性,必要とされるエネルギ吸収量および使用
する弾塑性部材の塑性特性によって決定されることは勿
論である。また,弾塑性部材を形成する材料も鉛に限ら
ず,鉛塑性系合金鉄等を使用できることは勿論である。
さらに,上述した実施例では荷重支持手段について格別
触れていないが,ラバーヘアリングのように振動変形時
も含めて荷重支持時に縮む荷重支持機構を用いる場合に
は,2つの固定板の何れかと,これが支持される部材との
間に縮み分を吸収する手段,たとえば弾性機構を介在さ
せるか,縮み分に相当する隙間を設けるようにすればよ
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る振動エネルギ吸収装置
を実際に2つの部材間に設置したときの側面図,第2図
は同装置だけを取り出して示す縦断面図,第3図は同装
置がエネルギ吸収動作を行っているときの断面図,第4
図は本発明の他の実施例に係る振動エネルギ吸収装置の
縦断面図,第5図および第6図はそれぞれ従来の振動エ
ネルギ吸収装置の縦断面図,第7図は上記従来装置の問
題点を説明するための図,第8図は従来の振動エネルギ
吸収装置のさらに別の例の縦断面図である。 21,22……部材,23,24……固定板,25……弾塑性部材,26
……リング。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川上 崇 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭52−49609(JP,A) 特開 昭59−62742(JP,A) 実公 昭37−1429(JP,Y1)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2つの部材が対向方向と直交する方向に相
    対運動しようとしたときの運動エネルギを吸収するため
    のものであって、前記2つの部材間に挿設されて運動エ
    ネルギの吸収に供される可塑性を有した弾塑性部材と,
    それぞれが前記弾塑性部材より剛性および材料強度の大
    きい材料で形成され,上記弾塑性部材の外周にそれぞれ
    の内周面全体を上記弾塑性部材の外周面に密接させ,か
    つ軸方向に隣接するもの同士を接触させて積層状態に装
    着された複数のリングとを具備してなることを特徴とす
    る振動エネルギ吸収装置。
  2. 【請求項2】前記弾塑性部材は,鉛,鉛系合金,鉄のう
    ちから選ばれた1種で形成されたものであることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の振動エネルギ吸収装
    置。
JP60133439A 1985-06-19 1985-06-19 振動エネルギ吸収装置 Expired - Lifetime JPH0792111B2 (ja)

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JPS61294234A JPS61294234A (ja) 1986-12-25
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