JPH0821484A

JPH0821484A - 鉛封入積層ゴム支承

Info

Publication number: JPH0821484A
Application number: JP18059094A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Shimoda; 郁夫下田
Original assignee: Oiles Industry Co Ltd
Current assignee: Oiles Industry Co Ltd
Priority date: 1994-07-08
Filing date: 1994-07-08
Publication date: 1996-01-23
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JP3568586B2

Abstract

(57)【要約】【目的】積層ゴム体内に鉛プラグの塑性変形部が封入
された鉛封入積層ゴム支承において、鉛プラグのバウイ
ング作用を生じさせず、その球頭化現象を防止し、長期
の使用によっても鉛プラグの拘束性が保持され、所期の
純せん断変形特性を維持することのできること。【構成】柱状の塑性変形部の中間部は純鉛（Ｐｂ）体よ
るなる変形部が形成され、上部及び下部の端部には、前
記変形部に連なってＳｎ−Ｐｂ合金、銅（Ｃｕ）あるい
は錫（Ｓｎ）の金属よりなる保形部が所定の剛性を保持
する厚さをもって配されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】Ａ. 発明の目的 (1) 産業上の利用分野この発明は、積層ゴム体内に鉛体を封入し、荷重を支持
するとともに地震動等の振動エネルギーを鉛体のせん断
変形を利用して吸収する免震支持装置いわゆる鉛封入積
層ゴム支承に関する。

【０００２】(2) 従来の技術この種の鉛封入積層ゴム支承は一般に、ゴム弾性層と補
強板とが交互に鉛直方向に積層されてなる積層ゴム体内
に柱状の鉛体いわゆる鉛プラグが封入された構成を採
る。しかして、該鉛プラグは上下の取付け鋼板及び周囲
の積層ゴム体によって拘束され、支承全体の水平変位に
伴う純せん断変形を受けることにより、所期のエネルギ
ー吸収性能を発揮するものである。しかしながら、鉛プ
ラグの直径に比べて高さの低い鉛封入積層ゴム支承にお
いては、支承の水平変位の繰返しにより、同時に変形を
受ける鉛プラグの上下端部で水平変形に付随して生じる
モーメントにより回転運動を起こし、これが恒常化して
端面部に変形（球頭化）が生じることが認められる。

【０００３】図９はこの球頭変形の発生を模式的に示す
ものである。図において、１００は鉛封入ゴム支承であ
って、ゴム弾性層１０２と補強板１０４とが交互に積層
された積層ゴム体１０６と、該積層ゴム体１０６内に封
入された鉛プラグ１０８とからなる。１１０は上部取付
け鋼板、１１２は下部取付け鋼板である。ここに、Ｈは
積層ゴム体１０６の高さ、ｄは鉛プラグ１０８の直径を
示す。ゴム支承１００の水平変位の繰返しにおいて、
今、(a) 図に示すように、鉛封入ゴム支承１００が左方
向すなわちイ方向に変位したとき、同時に変形を受ける
鉛プラグ１０８の上面の右部では上部取付け鋼板１１０
の拘束を受け、左部では取付け鋼板１１０の拘束から外
れ、積層ゴム体１０６と間に空隙が生じる。鉛プラグ１
０８の下面ではこの逆の態様となる。次いで、イ方向の
逆変位に移ると、鉛プラグ１０８の上面の右部で空隙が
生じ、下面では左部で空隙が生じる。これをバウイング
(bowing)作用と称する。このようにして結局、(b) 図に
示すように鉛プラグ１０８の上下面１０８ａ，１０８ｂ
が球頭状となる。しかして、この球頭化現象により、鉛
プラグ１０８の被拘束性が失われ、当初の純せん断変形
を仮定して設計された履歴特性曲線からずれることにな
る。すなわち、図５において当初の履歴特性曲線を示す
実線より破線で示される曲線となり、性能が低下する。
換言すれば、純せん断変形特性の喪失を現わすものであ
る。本発明者らの考察結果によれば、この現象は、ｄ／
Ｈ≧１／３において発現し易いことが確かめられた。

【０００４】(3) 発明が解決しようとする問題点本発明は上記知見に基づき、従来の鉛封入積層ゴム支承
における鉛プラグのバウイング作用を生じさせず、その
球頭化現象を防止する一提案をなすものであり、長期の
使用によっても鉛プラグの拘束性が保持され、所期の純
せん断変形特性を維持することのできる鉛封入積層ゴム
支承を得ることを目的とする。

【０００５】Ｂ．発明の構成 (1) 問題点を解決するための手段本発明の鉛封入積層ゴム支承は上記目的を達成するた
め、次の構成を採る。すなわち、上下端部の厚肉補強板
間にゴム弾性層と薄肉補強板とが交互に鉛直方向に積層
され、かつ前記上下端部の厚肉補強板において上下の取
付け板に結合されてなる積層ゴム体と、該積層ゴム体内
に封入された鉛体を主体とする円柱状の塑性変形部とか
らなる鉛封入積層ゴム支承において、前記円柱状の塑性
変形部は、純鉛体からなるせん断変形部と、該せん断変
形部の上下端部に所定の厚さをもって一体結合された該
せん断変形部よりも高強度の金属からなる保形部とで形
成され、前記塑性変形部の保形部は前記積層ゴム体の厚
肉補強板に実質的に拘束されてなることを特徴とする。
上記構成において、厚肉補強板が保形部を実質的に拘束
する態様として、変形部と保形部との接合面が厚肉補強
板の板面に一致する態様を含め、以下の実施例で示され
る。

【０００６】(2) 作用常時においては、積層ゴム体は上部構造の荷重を下部構
造に伝達支持する。塑性変形部は荷重支持には実質的に
は関与しない。そして、温度差に基づく上部構造の緩慢
な伸縮変位に対しては、塑性変形部はその水平変位に追
従し、積層ゴム体の水平弾性特性を損なうことがない。
また、風荷重あるいは微弱地震力に対しては、塑性変形
部の鉛体は初期弾性により抵抗し、水平方向の変位を阻
止する。地震時においては、強制振動力に対して上下部
構造が互いに水平方向に急激に相対変位するが、積層ゴ
ム体はこの振動変位に追従するとともに、その水平ばね
特性によりこの振動周期の上部構造への伝達を長周期化
し、上部構造の免震作用をなす。また、積層ゴム体内の
塑性変形部の鉛体の塑性変形で地震エネルギーを吸収
し、上部構造の変位加速度を減衰させるとともに相対変
位を抑制し、減衰作用をなす。この塑性変形部のせん断
変形部の鉛体の変形において、当該せん断変形部に連設
する上下端部の保形部は、その支圧強度が鉛体よりも大
きく、それ自体の剛性と若干の弾性とにより一定厚を保
持し、また、当該保形部とせん断変形部との接合面は合
金化により強固に結合したものであるので、せん断変形
部の上下端面を一定面に保形する。これにより、せん断
変形部のバウイング作用が惹起されず、せん断変形部の
鉛体は純せん断変形を持続することになる。

【０００７】(3) 実施例本発明の鉛封入積層ゴム支承の実施例を図面に基づいて
説明する。（実施例の構成）図１〜図３はその一実施例の鉛封入積
層ゴム支承Ｓを示す。すなわち、図１及び図２はその全
体の構成を示し、図３はその部分構成を示す。図におい
て、Ｇは建築構造物としての上部構造、Ｂは該上部構造
Ｇを支持する基礎としての下部構造である。

【０００８】本実施例の鉛封入積層ゴム支承Ｓは、積層
ゴム体１と該積層ゴム体１内に封入された鉛体を主体と
する円柱状の塑性変形部２とを上下の取付け板３，４に
よって一体的に挟着したものであり、上部構造Ｇと下部
構造Ｂとの間に介装される。

【０００９】以下、各部の細部の構成を説明する。積層ゴム体１積層ゴム体１は外形形状において円柱状をなし、また、
その内部には、その中心部に鉛直方向に貫通する円孔１
０が形成される。図中、Ｈはこの積層ゴム体１の高さ、
ｄは円孔１０の径を示す。積層ゴム体１の環状部は、ゴ
ム弾性層１２と補強板１３とが交互に配された構成を採
り、これらは加硫接着により強固に一体化される。しか
して、積層ゴム体１はこのゴム弾性層１２と補強板１３
とにより、上載荷重Ｐに対しては大きな剛性を示し、横
荷重Ｑに対してゴム弾性層１２による可撓性を示す。該
積層ゴム体１の断面積は、上載荷重Ｐを支持しえるよう
に決定される。ゴム弾性層１２のゴム量は同一の水平せ
ん断剛性を得るべく好ましくは等量とされる。

【００１０】補強板１３は鋼板の環状体をなし、上下に
厚肉補強板１３ａが、中間部には薄肉補強板１３ｂが配
される。鋼板以外には帆布、合成樹脂板等が使用されう
る。その外径は所要のかぶりを存して積層ゴム体１の外
径よりも小さく、また、肉厚補強板１３ａの内径孔１０
ａ、薄肉補強板１３ｂの内径孔１０ｂはともに同径
（ｄ）とされる。厚肉鋼板１３ａは本実施例ではゴム弾
性層１２を介して取付け板３，４に臨むものであるが、
直接的に取付け板３，４に当接もしくは固設されてもよ
い。

【００１１】塑性変形部２塑性変形部２は円柱状をなし、積層ゴム体１の円孔１０
内に装入され、その外側を積層ゴム体１に拘束されると
ともに、その上下面はそれぞれ上下部取付け板３，４に
当接されて拘束される。しかして、この塑性変形部２
は、中間のせん断変形部１５と、該せん断変形部１５の
上下端に連設する保形部１６（上部保形部１６Ａ、下部
保形部１６Ｂ）とからなることを特徴とする。１７はせ
ん断変形部１５と保形部１６との接合面である。せん断
変形部１５は変形によるエネルギー吸収機能を有し、保
形部１６は円柱体の全体の保形をなす。なお、積層ゴム
体１の円孔１０は、この保形部１６とせん断変形部１５
とに対応して、保形部の円孔１０ａとせん断変形部の円
孔１０ｂとに区別される。そして、円孔１０ａは肉厚補
強板１３ａによって規定され、円孔１０ｂは薄肉補強板
１３ｂによって規定される。

【００１２】もっと詳しくは、せん断変形部１５は、円
柱部の大半を占め、純鉛（Ｐｂ）よりなる。純鉛は、密
度（g/cm³)が１１．３６、融点が３２７．４℃を示し、
機械的性質としては、弾性率１３，６３１ＭPa、弾性限
１．６６ＭPa、引張強さ１４ＭPa、伸び４０〜５０％、
圧縮強さ４９ＭPa、硬さ３〜７ＨＢＳを示す。このよう
に、純鉛は展延性に富み、容易に塑性変形をうける。保
形部１６は、一定の厚さをもってせん断変形部１５の上
下に連設され、円柱体の上下端部を構成する。該保形部
１６は、Ｓｎ−Ｐｂ合金、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）ある
いは銅系焼結体の金属素材から選択される。Ｓｎ−Ｐｂ
合金はいわゆるはんだ（半田）を代表とし、その特性が
明確なものであり、好ましいものとして使用される。銅
は、密度（g/cm³)が８．９６、融点が１０８３°Ｃを示
し、その機械的性質は純度や加工条件によって、また、
鋳物の場合には、溶解方法や鋳造技術によって著しく違
うが、一般に展延性に富む。錫は、密度が７．２９８、
融点が２３１．９°Ｃを示す。錫は鉛に次いで軟らかい
金属で、展延性が良く、また、常温で再結晶するため、
加工してもほとんど硬化しない。その機械的性質とし
て、弾性率（ＭＰａ）３９２２６〜４９０３３、引張強
さ（ＭＰａ）２９〜３９、伸び（％）４０、絞り（％）
７５、硬さ（ＨＢＳ）５〜１０を示す。これらの保形部
１６に使用される金属によれば、純鉛よりも支圧強度が
大きく、かつ、鉛との馴染みが良好で、その境界面では
合金化による強固な接合力を発現し、接合面１７を形成
する。保形部１６の厚さは、その機能との関係において
決定されるものであり、それ自体で所定の剛性を保持す
る。この保形部１６は、取付け板３，４に当接するとと
もに、補強板１３の最上下部に位置する厚肉補強板１３
ａ内に位置し、この厚肉補強板１３ａの拘束作用を受け
る。本実施例では接合面１７は厚肉補強板１３ａの板面
に一致するものであるが、その拘束作用を保持する限り
において、若干の位置の変更は許容される。

【００１３】上下部取付け板３，４上下部取付け板３，４は、ともに所定厚の円板状の鋼板
よりなる。上部取付け板３においては、その縁部にアン
カー取付け用のねじ孔１８が円周方向に複数箇所（本実
施例では８）にわたって開設され、該ねじ孔１８にアン
カー鋼棒１９が螺合される。下部取付け板４において
は、その縁部にアンカー取付け用のねじ孔２０が開設さ
れ、該ねじ孔２０にアンカー鋼棒２１が螺合される。ア
ンカー鋼棒１９，２１を溶着する場合においては、ねじ
孔１８，２０は省略される。

【００１４】本実施例の鉛封入積層ゴム支承Ｓは上部構
造Ｇと下部構造Ｂとの間に介装設置される。すなわち、
下部構造Ｂは例えば地盤に設置されるコンクリート基礎
であり、上部構造Ｇは全体として剛性を持つ中高層建物
であり、本鉛封入積層ゴム支承Ｓはこの上部構造Ｇの荷
重を支持する。また、本鉛封入積層ゴム支承Ｓは断面が
円形であるので、無方向性を示し、設置方向は自在であ
る。

【００１５】（実施例の作用・効果）この実施例の鉛封
入積層ゴム支承Ｓの作用を図４に基づいて説明する。常
時においては、積層ゴム体１は上部構造Ｇの荷重Ｐを下
部構造Ｂに伝達支持する。塑性変形部２は荷重支持には
実質的には関与しない。そして、温度差に基づく上部構
造の緩慢な伸縮変位に対しては、塑性変形部２はその水
平変位に追従し、積層ゴム体１の水平弾性特性を損なう
ことがない。また、風荷重あるいは微弱地震力ｑに対し
ては、塑性せん断変形部２の変形部１５の鉛体は初期弾
性により抵抗し、水平方向の変位を阻止する。

【００１６】地震時においては、強制振動力Ｑに対して
上下部構造Ｇ，Ｂが互いに水平方向に急激に相対変位す
るが、積層ゴム体１はこの振動変位に追従するととも
に、その水平ばね特性によりこの振動周期の上部構造Ｇ
への伝達を長周期化し、上部構造Ｇの免震作用をなす。
また、積層ゴム体１内の塑性変形部２のせん断変形部１
５の鉛体の塑性変形で地震エネルギーを吸収し、上部構
造Ｇの変位加速度を減衰させるとともに相対変位を抑制
し、減衰作用をなす。すなわち、図４において、上部構
造Ｇはイ方向へ変位し、これに伴い本鉛封入積層ゴム支
承Ｓも全体的にせん断変形を受け、塑性変形部２におい
ては、せん断変形部１５の鉛体はせん断力による塑性変
形を受け、イ方向への変位を制動する。続いで、上部構
造Ｇはイ方向と逆方向に変位するが、同様に塑性変形部
２の鉛体の塑性変形により地震エネルギーを吸収し、こ
の変位を制動する。この変位は周期的であり、塑性変形
部２のエネルギー吸収作用により速やかに該振動を減衰
させる。

【００１７】この塑性変形部２のせん断変形部１５の鉛
体の変形において、当該せん断変形部１５に接合面１７
を介して連設する上下端部の保形部１６は、その支圧強
度は鉛体よりも大きく、それ自体の剛性と若干の弾性と
により一定厚を保持し、また、当該保形部１６とせん断
変形部１５との接合面は合金化により強固に結合したも
のであるので、せん断変形部１５の上下端面を保形す
る。これにより、せん断変形体１５のバウイング作用が
惹起されず、せん断変形部１５の鉛体は純せん断変形を
持続することになる。

【００１８】図５における実線はこの鉛封入積層ゴム支
承Ｓの履歴特性を示す。この特性曲線によれば、純せん
断変形を現わすとともに、変形の繰り返しによっても当
初の特性曲線を持続する。すなわち、従来のもののよう
に劣化を示す破線の特性曲線が現れない。

【００１９】本実施例の鉛封入積層ゴム支承Ｓによれ
ば、塑性変形部２のせん断変形部１５は保形部１６の働
きにより支承Ｓ全体の水平変位とともに純せん断変形を
受け、かつ、バウイング作用が阻止されることにより、
球頭化現象が防止されることになる。従って、設計仕様
に伴う所期のエネルギー吸収特性を発揮し、設計の標準
化が達成される。

【００２０】本実施例では、塑性変形部２のせん断変形
部１５と保形部１６とは同一直径にされているが、保形
部１６の径（１０ａ）をせん断変形部１５の径（１０
ｂ）よりも大径とすることができる。図６はこの態様の
一例を示すものであって、厚肉補強板１３ａの円孔１０
ａを大径としたものである。この態様によれば、保形部
１６の保形効果がより増大する。また、本実施例では塑
性変形部２の保形部１６は厚肉補強板１３ａの全厚にわ
たって形成され、接合面１７が厚肉補強板１３ａの板面
に一致するが、当該接合面１７が厚肉補強板１３ａ内に
あり、例えば、厚肉補強板１３ａの厚さの中間部に位置
してもよい。更に、この態様の一例として、厚肉補強板
１３ａの円孔１０ａが一部で大径にされ、他はせん断変
形部１５に連なる小径とされるものも含む。要は、保形
部１６はせん断変形部１５を保持する厚さとされる。

【００２１】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。叙上の実施例では、円柱状の鉛封入積層ゴム支承Ｓ
を示したが、その他の形状のものを除外するものではな
い。図７及び図８はその一例としての四角柱状の鉛封入
積層ゴム支承Ｓ１を示す。図において、先の実施例と同
等の部材については同一の符号が付されている。すなわ
ち、この鉛封入積層ゴム支承Ｓ１においては、四角形状
の断面の積層ゴム体１に５つの塑性変形部２が配されて
なる。

【００２２】Ｃ. 発明の効果本発明によれば、塑性変形部の純鉛よりなるせん断変形
部は該せん断変形部と合金化した接合面を介して連設し
かつ一定厚を保持する保形部の働きにより、支承全体の
水平変位とともに純せん断変形を受け、かつ、バウイン
グ作用が阻止されることにより、球頭化現象が防止され
ることになる。従って、設計仕様に伴う所期のエネルギ
ー吸収特性を発揮し、設計の標準化が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鉛封入積層ゴム支承の一実施例の縦断
面図（図２のＩ−Ｉ線断面図）。

【図２】図１のII−II線断面平面図。

【図３】塑性変形部の拡大図。

【図４】この鉛封入積層ゴム支承の作用説明図。

【図５】履歴特性曲線図。

【図６】塑性変形部の他の態様を示す図。

【図７】本発明の他の実施例の鉛封入積層ゴム支承の縦
断面図（図７のVI−VI線断面図）。

【図８】図６の VIII − VIII 線断面図。

【図９】(a) 従来の鉛封入積層ゴム支承の縦断面図。 (b) 塑性変形部の拡大図。

【符号の説明】

Ｓ，Ｓ１…鉛封入積層ゴム支承、１…積層ゴム体、２…
塑性変形部、１２…ゴム弾性層、１３…補強板、１３ａ
…肉厚補強板、１３ｂ…薄肉補強板、１５…せん断変形
部、１６…保形部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下端部の厚肉補強板間にゴム弾性層と薄
肉補強板とが交互に鉛直方向に積層され、かつ前記上下
端部の厚肉補強板において上下の取付け板に結合されて
なる積層ゴム体と、該積層ゴム体内に封入された鉛体を
主体とする円柱状の塑性変形部とからなる鉛封入積層ゴ
ム支承において、前記円柱状の塑性変形部は、純鉛体からなるせん断変形
部と、該せん断変形部の上下端部に所定の厚さをもって
一体結合された該せん断変形部よりも高強度の金属から
なる保形部とで形成され、前記塑性変形部の保形部は前記積層ゴム体の厚肉補強板
に実質的に拘束されてなる、ことを特徴とする鉛封入積
層ゴム支承。
【請求項２】塑性変形部の保形部の直径はせん断変形部
の直径と同径である請求項１に記載の鉛封入積層ゴム支
承。
【請求項３】塑性変形部の保形部の直径はせん断変形部
の直径より大径である請求項１に記載の鉛封入積層ゴム
支承。
【請求項４】保形部を形成する金属は、銅、銅合金、
錫、錫鉛合金あるいは銅系焼結体である請求項１ないし
３のいずれかに記載の鉛封入積層ゴム支承。