JPH0860746A - 鉛封入積層ゴム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉛プラグの断面比率の大きい鉛封入積層ゴム
支承において、長期の繰り返し変位によっても鉛プラグ
が所定の純せん断変形特性を維持すること。 【構成】 上、下部厚肉フランジ鋼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、ゴム弾性層
と薄肉補強板との間隔は上下部で密にし、中間部では間
隔を疎にしてなる。

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
層ゴムに関する。

【０００２】(2) 従来の技術 この種の鉛封入積層ゴムは一般に、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てなる積層ゴム体内
に柱状の鉛体いわゆる鉛プラグを封入された構成を採
る。しかして、該鉛プラグは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、従来のこの鉛封入積層ゴム
の構造においては、支承の水平変位の繰り返しに伴い、
鉛プラグのゴム弾性層への侵入あるいは鉛体の局部変形
等の有害な変形が生じ、この結果、純せん断変形が受け
られず、所期のエネルギー吸収特性が得られないことが
ある。

【０００３】本発明者らは、この現象を研究する過程に
おいて、積層ゴム体の横断面積に対する鉛プラグの横断
面積比率の大きさ（あるいは積層ゴム体の直径に対する
鉛プラグの直径の大きさ）と上、下部厚肉フランジ鋼板
近傍のゴム弾性層での局部的ひずみの発生との間に相関
性があることを見出すとともに、更には、現状の鉛封入
積層ゴムにおける積層ゴム体の薄肉補強板の間隔が一定
であること、換言すればゴム弾性層の厚さが一定である
ことがその原因であるとの知見を得た。すなわち、上下
部におけるゴム弾性層の応力集中が他の部分に比べて大
きく、均等な層厚ではこの応力集中に耐えられず、歪み
の発生を惹起するものと言える。しかして、水平変位の
繰り返しに伴うこの歪みの発生により、鉛プラグがゴム
弾性層に食い込み、鉛プラグが変形することにより所期
のエネルギー吸収特性が失われるという事態に立ち至
る。

【０００４】(3) 発明が解決しようとする問題点 本発明は上記実情に鑑み、鉛プラグの積層ゴム体の横断
面積に対する横断面積比率の大きい鉛封入積層ゴムにお
いて、長期の繰り返し変位によっても鉛プラグが所定の
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
ムを得ることを目的とする。本発明はこのため、前記し
た知見を適用し、上下部肉厚フランジ鋼板近傍のゴム弾
性層の応力集中部に改変を加えることによりこの目的を
達成したものである。

【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は具体的には次の構成を採る。
すなわち、上、下部厚肉フランジ鋼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てなる円柱状
積層ゴム体内に鉛体を主体とする塑性変形部材が柱状に
封入された鉛封入積層ゴムにおいて、前記円柱状積層ゴ
ム体にはその中央部に該積層ゴム体の直径の１／３以上
２／３以下の直径を有する中心孔が鉛直方向に形成さ
れ、前記中心孔には鉛体を主体とする塑性変形部材が封
入され、前記積層ゴム体の上、下部厚肉フランジ鋼板近
傍の該ゴム弾性層と薄肉補強板とはその鉛直方向に間隔
を密にして積層されているとともに中間部の該ゴム弾性
層と薄肉補強板とはその鉛直方向に間隔を疎にして積層
されてなることを特徴とする。

【０００６】(2) 作用 常時においては、本鉛封入積層ゴムの積層ゴム体は上部
構造の荷重を下部構造に伝達支持する。塑性変形部材は
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
部材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、塑性変形部材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材の鉛体の塑性
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。本鉛封入積層ゴムは塑性変形部材の横断面積の積層
ゴム体のそれに対する断面比率が大きく、エネルギー吸
収量が大きい。そして、鉛封入積層ゴムの変位に伴う積
層ゴム体の繰返し変形において、上、下部厚肉フランジ
鋼板近傍では薄肉補強板の鉛直方向の間隔が密となり、
そのゴム弾性層の厚みは小さいので、当該部分に生じる
応力集中に対抗し、ゴム弾性層のひずみが小さい。

【０００７】(3) 実施例 本発明の鉛封入積層ゴム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
その部分の構成を示す。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Ｓは、積層ゴム
体１を上、下の厚肉フランジ鋼板２，３間に挟着保持し
た本体内に、鉛体を主体とする塑性変形部材４を封入し
たものであり、当該塑性変形部材４はその横断面積が積
層ゴム体の横断面積に対して大きく、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
０ａが形成される。積層ゴム体１の環状部は、ゴム弾性
層１２と薄肉補強板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と薄肉補強板
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の横断面積は、上載荷重Ｐを十分に
支持し得るように決定される。

【００１０】薄肉補強板１３は環状体をなし、本実施例
では薄鋼板より形成されるが、帆布、合成樹脂板等を除
外するものではない。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、その内径も若
干のかぶりをもって円孔１０ａの径よりも大きくされ
る。なお、この内側のかぶりは必須のものではなく、直
接円孔１０ａに臨む態様を採りうる。

【００１１】上、下部厚肉フランジ鋼板２，３ 上、下部厚肉フランジ鋼板２，３は、厚手の円環状の鋼
板よりなり、積層ゴム体１の上下部に配され、内部に積
層ゴム体１の円孔１０ａに連続する同径の円孔１０ｂが
開設される。また、上下端面には、円孔１０ｂに臨んで
拡径孔１５が形成されるとともに、アンカー孔１６が円
周方向に複数個（本実施例では４）開設される。このフ
ランジ鋼板２，３も積層ゴム体１のゴム弾性層１３と加
流接着をもって一体化される。

【００１２】塑性変形部材４ 塑性変形部材４は、鉛体を主体とし、積層ゴム体１の円
孔１０ａ及び上、下部厚肉フランジ鋼板２，３の円孔１
０ｂ内に、密着状態をもって封入される。該塑性変形部
材４は円柱断面をなすとともに、積層ゴム体１の横断面
積に対する横断面積比率が大きくなっている。塑性変形
部材４に使用される鉛体として、純鉛は勿論、鉛合金が
適用される。純鉛は、比重が１１．３６、融点が３２
７．４℃を示し、機械的性質としては、弾性率１３，６
３１ＭPa、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。鉛合金としてＰｂ−Ｓｂ系、Ｐｂ−Ｓｎ
系あるいはＰｂ−Ｓｂ−Ｓｎ系合金が適用される。この
うち、はんだはＳｂ−Ｓｎ合金中に含まれ、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。

【００１３】本実施例においては、塑性変形部材４の横
断面積が積層ゴム体のそれに対する断面比率が大きいこ
と（具体的には塑性変形部材４の直径が積層ゴム体１の
直径の１／３以上２／３以下）と相まって、積層ゴム体
１におけるゴム弾性層１２と薄肉補強板１３との配列に
特徴を有する。すなわち、配列の大部分を占める中間部
と該中間部の上、下換言すれば上、下部厚肉フランジ鋼
板の近傍に連設される上、下部とに区分される。図３は
このゴム弾性層１２と薄肉補強板１３との配列の態様を
取り出して示したものである。中間部のゴム弾性層１２
においては、その層厚αは所定の一定の厚さ（本実施例
では１０mm）をもって、かつ、所定の層数以上、少なく
とも３層以上（本実施例では１８層）の層数に形成され
る。層厚αは、５〜１４mmの範囲を採る。上下部のゴム
弾性層１２においては、その層厚βは中間部の層厚αの
半分を目安とされる（本実施例では４mm）。また、その
層数は３〜７層の範囲とされる（本実施例では５層）。
すなわち、中間部の層数が少ないときには下限値の３
層、中間部の層数が多いときには上限値の７層を採る。
薄肉補強板１３の厚さｔは中間部及び上下部ともに同厚
とされる（本実施例では３mm）。上下部のゴム弾性層１
２の層厚の低減によりせん断変形量が大きく低減する。

【００１４】本積層ゴムＳの諸元の１例について説明す
る。全体の高さＨは３２２mm、全体の外径Ｄは５２０m
m、フランジ鋼板２，３並びに薄肉補強板１３の外径は
５００mm、それらの内径すなわち円孔１０の径ｄは２２
０mm、フランジ鋼板２，３の厚さは３０mm、であって、
薄肉補強板１３の厚さは３mm、ゴム弾性層１２の厚さは
中間部でα＝１０mm、上下部でβ＝４mmを採る。従っ
て、この場合、鉛プラグの横断面積の積層ゴム体の横断
面積に占める断面積比率は１８％（積層ゴム体と鉛プラ
グとの直径比で４２％）となる。

【００１５】本実施例の鉛封入積層ゴム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低層建物であ
り、本鉛封入積層ゴム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。

【００１６】（実施例の作用・効果）この実施例の鉛封
入積層ゴム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。塑性変形部材４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、塑性変形部材４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、塑性変形部材４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。

【００１７】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内の塑性変形部材４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Ｓも全体的にせん断
変形を受け、塑性変形部材４においては鉛体はせん断力
による塑性変形を受け、イ方向への変位を制動する。続
いて、上部構造Ｇはイ方向と逆方向に変位するが、同様
に塑性変形部材４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、
塑性変形部材４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。

【００１８】本鉛封入積層ゴムＳは塑性変形部材４の横
断面積比率が積層ゴム体の横断面積に対し大きく（塑性
変形部材４の直径は積層ゴム体１の直径の１／３以上２
／３以下）、剛性が大きくなっており、大きな地震動に
対応する。そして、鉛封入積層ゴムＳの変位に伴う積層
ゴム体１の繰返し変形において、上下部分では薄肉補強
板１３の間隔が密となり、そのゴム弾性層１２の厚みは
小さいので、当該部分に生じる応力集中に対抗し、ゴム
弾性層１２のひずみは小さいものとなる。

【００１９】本実施例の鉛封入積層ゴムＳによれば、塑
性変形部材４の横断面積比率が積層ゴム体の横断面積に
対して大きく、大きな地震動に対応でき、積層ゴム体１
の上下部のゴム弾性層１２での局部的歪みの発生が防止
され、長期の繰り返し変位によっても塑性変形部材４が
所定の純せん断変形特性を維持することができる。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。更に、塑性変形部材４
の上下部は厚肉フランジ鋼板２，３の円孔１０ｂ内に拘
束され、定着抱持されたものとなっているので、円柱状
の塑性変形部材４の全体が折れ曲げ変形を受けることが
ない。

【００２０】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、フランジ鋼板２，３に円孔１０
ｂを形成したが、円孔を形成せず、塑性変形部材４を積
層ゴム体１の円孔１０ａ内にのみ封入する態様を採るこ
とができる。

【００２１】Ｃ. 発明の効果 本発明によれば、塑性変形部材の横断面積比率の大きい
鉛封入積層ゴムにおいて、積層ゴム体の上下部のゴム弾
性層での局部的歪みの発生が防止され、長期の繰り返し
変位によっても塑性変形部材が所定の純せん断変形特性
を維持することができる。これにより、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】積層ゴム体の部分拡大図。

【図４】この鉛封入積層ゴムの作用説明図。

【符号の説明】

Ｓ…鉛封入積層ゴム、１…積層ゴム体、４…塑性変形部
材、１２…ゴム弾性層、１３…薄肉補強板、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上、下部厚肉フランジ鋼板間にゴム弾性層
   と薄肉補強板とが交互に鉛直方向に積層されてなる円柱
   状積層ゴム体内に鉛体を主体とする塑性変形部材が柱状
   に封入された鉛封入積層ゴムにおいて、 前記円柱状積層ゴム体にはその中央部に該積層ゴム体の
   直径の１／３以上２／３以下の直径を有する中心孔が鉛
   直方向に形成され、 前記中心孔には鉛体を主体とする塑性変形部材が封入さ
   れ、 前記積層ゴム体の上、下部厚肉フランジ鋼板近傍の該ゴ
   ム弾性層と薄肉補強板とはその鉛直方向に間隔を密にし
   て積層されているとともに中間部の該ゴム弾性層と薄肉
   補強板とはその鉛直方向に間隔を疎にして積層されてな
   る、ことを特徴とする鉛封入積層ゴム。