JPH09105440A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定な免震特性を得ることができ、加えて弾
性体の弾性材料層及び柱状鉛の疲労、損壊を回避するこ
とができ、耐久性及び免震効果並びに製造性に特に優れ
た免震装置を提供する。 【解決手段】 弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層
されてなる弾性体３と、弾性体３の内周面９で規定され
る中空部１２に配された柱状鉛４とを具備した免震装置
５であって、中空部１２に配された柱状鉛４の体積Ｖｐ
と、柱状鉛４が未挿入であって、弾性体３に荷重が加え
られた状態での中空部１２の容積Ｖｅとの比Ｖｐ／Ｖｅ
が１．０２〜１．１２である免震装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二つの構造物間に
配されて両構造物間の相対的な水平振動のエネルギを吸
収し、構造物への振動加速度を低減するための装置、特
に地震エネルギを減衰して地震入力加速度を低減し、建
築物、橋梁等の構造物の損壊を防止する免震装置に関す
る。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】振動エネルギ吸収体と
しては、例えば、特公昭６１−１７９８４号公報に記載
のものが知られており、この振動エネルギ吸収体は、二
つの構造物間に固定されていて剪断力を加えることによ
って塑性変形する鉛部材を有している。このような振動
エネルギ吸収体の鉛部材は、疲労等を生じることなしに
その塑性変形において振動エネルギを好ましく吸収する
が、変形後も、通常のばねと異なり吸収したエネルギを
構造物に戻さず、その変形した状態を維持し、構造物の
元の位置への復帰を行わせ難いものである。

【０００３】弾性材料層を構成するゴム等からなる弾性
板と剛性材料層を構成する金属板とを交互に積層し、こ
れらを互いに加硫接着等して相互に固着してなる免震装
置としての弾性体は、地震入力加速度を低減し、構造物
を地震の破壊力から一応保護するが、振動エネルギ吸収
能力が低く、これを単独で免震装置として用いた場合に
は、上記の鉛部材と比較して、地震動を受けた構造物の
地震後の振動が鎮るまでに長時間を要する等の地震工学
及び振動工学の観点から実用上種々の問題がある。

【０００４】そこで、鉛部材の塑性変形における振動エ
ネルギ吸収能と、弾性体の地震入力加速度の低減能及び
復元能とを合せ持つべく、弾性体と、この弾性体を貫通
して配された柱状鉛とを具備した免震装置も前記公報に
提案されている。

【０００５】図１及び図２に示す免震装置５は、弾性材
料層を構成するゴム等からなる弾性板１と剛性材料層を
構成する環状の剛性板２とを交互に積層して相互に固定
してなる環状の弾性体３と、弾性体３の円筒状の内周面
９で規定される中空部１２に配された円柱状鉛４と、円
柱状鉛４の下面及び上面にそれぞれ当接して弾性体３の
下面及び上面のそれぞれにボルト等により取り付けられ
たフランジプレート１８及び１９とを具備し、例えば、
フランジプレート１８側が基礎等の一方の構造物に固定
されて、フランジプレート１９側に建築物等の他方の構
造物が載置されて、フランジプレート１９を介して建築
物等から鉛直荷重Ｘを受けるように、用いられる。

【０００６】このような免震装置５において、中空部１
２に配された円柱状鉛４が弾性体３に隙間なく拘束され
ていないと、地震による横方向力（水平方向力）Ｆが生
じた場合、弾性体３の内周面９と、これに接する円柱状
鉛４の円筒状の外周面との間に隙間が生じて、図３に示
す横方向力（水平方向力）Ｆと横変位（水平方向変位）
δとの関係において、履歴曲線２１で示すような弾性体
３による効果が主となり、円柱状鉛４による効果をほと
んど得ることができず、所望の免震効果を得ることが困
難となる。一方、弾性体３により必要以上に円柱状鉛４
を拘束すると、地震による横方向力Ｆでの円柱状鉛４の
塑性変形において、弾性体３の弾性材料層が過度に圧縮
され、これによっても弾性体３の弾性材料層の早期の劣
化を招来し、耐久性に問題が生じる。また、円柱状鉛４
を形成するために、弾性体３の中空部１２に圧入する鉛
の量には限度があり、一定量以上の鉛を弾性体３の中空
部１２に圧入することは困難であり、無理にこれを行う
と弾性体３自体が損壊してしまう虞がある。

【０００７】そして、図１及び図２に示す免震装置５で
は、数度の地震により繰り返して横方向変位が生じる
と、円柱状鉛４の上下面の周縁部が丸み付けされて、当
該周縁部と弾性体３との間に環状間隙が生じる虞もあ
る。

【０００８】本発明は、前記諸点に鑑みてなされたもの
であって、弾性体の中空部に配された柱状鉛を所定に隙
間なしに拘束し得る結果、安定な免震特性を得ることが
でき、加えて弾性体の弾性材料層及び柱状鉛の疲労、損
壊を回避することができ、耐久性及び免震効果並びに製
造性に特に優れた免震装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、柱状鉛と、弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層
されてなる弾性体と、少なくともこの弾性体の内周面で
規定されており、柱状鉛が密に配された中空部とを具備
した免震装置であって、中空部に配された柱状鉛の体積
Ｖｐと、柱状鉛が未挿入であって、弾性体に荷重が加え
られた状態での中空部の容積Ｖｅとの比Ｖｐ／Ｖｅが
１．０２〜１．１２である免震装置によって達成され
る。

【００１０】本発明は、中空部に配された柱状鉛の体積
Ｖｐと、弾性体の内周面で規定される中空部の容積、具
体的には、柱状鉛を配する前、換言すれば柱状鉛を形成
するための鉛を圧入する前であって、弾性体に荷重を加
えた状態での中空部（以下、縮小中空部という）の容積
Ｖｅとが一定の関係にある免震装置では、耐久性及び免
震効果並びに製造性に特に優れているという知見に基づ
いてなされたものである。

【００１１】すなわち本発明の免震装置では、中空部に
配された柱状鉛の体積Ｖｐと、縮小中空部の容積Ｖｅと
の比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２〜１．１２である。縮小中空
部の容積Ｖｅは、弾性体に加えられる鉛直方向荷重、換
言すれば免震装置が支持する構造物の重量によって増減
し、また縮小中空部の容積Ｖｅに対して１．００倍を越
える体積の柱状鉛が配された状態における中空部の容積
とも異なる。縮小中空部の容積Ｖｅに対して１．００倍
を十分越える体積の柱状鉛を中空部に配してなる免震装
置では、図４に示す例のように、中空部１２を規定する
弾性体３の内周面９は、円柱状鉛４が弾性体３の弾性材
料層を構成するゴム等からなる弾性板１に食い込んで、
当該弾性板１の位置では環状の凹面３１になり、剛性材
料層を構成する環状の剛性板２の位置では環状の凸面３
２になる。

【００１２】ところで円柱状鉛４を縮小中空部の容積の
１．００倍（比Ｖｐ／Ｖｅ＝１．００）よりも少なく配
した場合には、弾性体３の内周面９と、内周面９に対面
してこれに接する円柱状鉛４の外周面との間に隙間が生
じ易くなり、したがって免震装置５の作動中に、すなわ
ち免震装置５に繰り返し横方向力Ｆが加わっている間
に、容易に弾性体３の内周面９と円柱状鉛４の外周面と
の間に隙間が生じ、履歴曲線２１で示すような不安定な
免震特性を示すことになる。これは、円柱状鉛４が弾性
体３に少なくとも剪断方向において隙間なく拘束され
ず、剪断変形以外の変形を生じ、円柱状鉛４が設計剪断
降伏応力（通常、純度９９．９％以上の純粋度の鉛の場
合には、設計値として８５ｋｇ／ｃｍ² ）を現出しない
ことにもよる、と推測される。

【００１３】一方、円柱状鉛４を縮小中空部の容積の
１．１２倍（比Ｖｐ／Ｖｅ＝１．１２）よりも多く配し
た場合には、円柱状鉛４が大きく弾性板１に食い込ん
で、図４の符号４１で示すように、弾性体３の内周面９
が過度に凹面になり、この部位の近傍での弾性板１と剛
性板２との間の剪断応力が大きくなり過ぎることとな
る。このように過度に応力が生じた状態であると、弾性
板１の劣化を早め、耐久性が劣ることになる。また、免
震装置５の製造において、中空部１２に円柱状鉛４を形
成するために、鉛を縮小中空部の容積の１．１２倍より
多く圧入することは、その圧入力を極めて大きくしなけ
ればならない上に、圧入により弾性体３を損壊してしま
う虞があり、困難であることも判った。

【００１４】なお、以下の実施例からも明らかであるよ
うに、小さな振動入力では、高い剛性を示し、大きな振
動入力では、低い剛性を示す機能、いわゆるトリガ機能
が特に要求され、かつ大振幅の地震動に特に好ましく対
応し得るためには、比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２以上である
ことがよい。また、比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２〜１．０７
の範囲内であると、製造性に極めて優れる。

【００１５】本発明ではまた、剛性材料層は、弾性体に
おけるその各端面側にそれぞれ配された厚肉剛性板を具
備しており、柱状鉛の一端部は、一方の厚肉剛性板の内
周面によって規定された中空部の一端部に密に配されて
おり、柱状鉛の他端部は、他方の厚肉剛性板の内周面に
よって規定された中空部の他端部に密に配されている。
図２に示す免震装置５では、前述のとおり、数度の地震
が加わることにより、円柱状鉛４の上下面の周縁部と弾
性体３との間に環状の隙間が生じ、長期の使用によりこ
の環状隙間により免震特性が不安定となるが、本発明
は、上記のように、柱状鉛の両端部のそれぞれを、各厚
肉剛性板の内周面で規定される中空部の各端部に密に配
して、環状隙間の発生を防止し、免震特性の劣化を防止
しようとするものである。

【００１６】本発明において、弾性材料層の素材として
は、天然ゴム、シリコンゴム、高減衰ゴム、ウレタンゴ
ム又はクロロプレンゴム等を挙げることができるが、好
ましくは天然ゴムである。弾性材料層の各層の厚みとし
ては、無負荷状態において１ｍｍ〜３０ｍｍ程度のもの
が好ましいが、これに限定されない。また、剛性材料層
の素材としては、鋼板、炭素繊維、ガラス繊維若しくは
アラミド繊維等の繊維補強合成樹脂板又は繊維補強硬質
ゴム板等を挙げることができ、その厚みは、各厚肉剛性
板には１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度、それ以外の各層には１
ｍｍ〜６ｍｍ程度のものが好ましいが、これに限定され
ず、更にその枚数においても特に限定されない。弾性体
及び柱状鉛は、円環状体及び円柱状体が好ましいが、他
の形状のもの、例えば楕円若しくは方形体及び楕円若し
くは方形体のものであってもよい。柱状鉛は、一つでも
よいが、これに代えて、一つの弾性体に複数の中空部を
形成し、この複数の中空部にそれぞれ柱状鉛を配して免
震装置を構成してもよい。なお、これら複数の中空部の
各柱状鉛を比Ｖｐ／Ｖｅに関して同一の上記条件下で配
する必要はなく、それぞれ異なる条件下で配してもよ
く、また、各柱状鉛が比Ｖｐ／Ｖｅに関して上記条件を
満足しているのが好ましいが、複数個の柱状鉛の内の一
部の柱状鉛を、比Ｖｐ／Ｖｅに関して上記条件を満足し
ないようにして配してもよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明及び本発明の実施の
形態を、好ましい実施例に基づいて更に説明する。

【００１８】

【実施例】図５に示す本例の免震装置５は、環状の弾性
板１からなる弾性材料層並びに環状の薄肉剛性鋼板２及
び厚肉剛性鋼板１５、１６からなる剛性材料層とが交互
に積層されてなる環状の弾性体３と、少なくとも弾性体
３の内周面９で規定される中空部１２に密に配された円
柱状鉛４と、鋼板１５及び１６にぞれぞれボルト１７を
介して連結されたフランジプレート１８及び１９と、円
柱状鉛４の下面及び上面においてフランジプレート１８
及び１９と鋼板１５及び１６とを互いに剪断方向（Ｆ方
向）に固定する剪断キー２０とを具備しており、円柱状
鉛４が密に配された中空部１２は、内周面９に加えて、
下方の剪断キー２０の上面２１と上方の剪断キー２０の
下面２２とによって規定されている。免震装置５におい
て、鋼板１５及び１６は、弾性体３の上下端面側の弾性
材料層に埋め込まれて配されており、円柱状鉛４の下端
部２３は、鋼板１５の内周面によって規定される中空部
１２の下端部に密に配されており、円柱状鉛４の上端部
２４は、鋼板１６の内周面によって規定される中空部１
２の上端部に密に配されている。本免震装置５は、フラ
ンジプレート１８側が基礎１０に、フランジプレート１
９側が構造物１１にそれぞれ連結されて用いられる。本
例においては、弾性材料層を形成するために、厚さ５ｍ
ｍの天然ゴム製の環状の弾性板１を２５枚使用し、剛性
材料層を形成するために、厚さ２．３ｍｍの環状の鋼板
２を２２枚と、厚さ３１ｍｍの環状の鋼板１５及び１６
とを使用した。

【００１９】本発明の免震装置５を製造する場合には、
まず、環状の弾性板１と鋼板２とを交互に積層して、そ
の下面及び上面に環状の鋼板１５及び１６を配置し、型
内における加圧下での加硫接着等によりこれらを相互に
固定してなる環状の弾性体３を準備し、その後、円柱状
鉛４を中空部１２に形成すべく、弾性体３の中空部１２
に鉛を圧入する。鉛の圧入は、円柱状鉛４が弾性体３に
より中空部１２において隙間なしに拘束されるように、
鉛を中空部１２に油圧ラム等により押し込んで行う。鉛
の圧入後、剪断キー２０並びにフランジプレート１８及
び１９を取り付ける。なお、型内における加圧下での加
硫接着による弾性体３の形成において、鋼板２、１５及
び１６の外周面を覆って、円筒状被覆層２５が形成され
るようにするとよい。本例の被覆層の厚みは、１０ｍｍ
であった。また上記形成において、弾性板１の内周側の
一部が流動して、鋼板２、１５及び１６の内周面を覆っ
て、円筒状被覆層２５と同様であるがそれよりも極めて
薄い円筒状被覆層が形成されてもよい。

【００２０】図５に示すような無負荷状態における弾性
体３の高さが２４０ｍｍの免震装置５であって、鋼板
２、１５及び１６の外径を５００ｍｍ、内径を９０ｍｍ
とした免震装置５に対して、鉛直荷重５７ｔｏｎｆ（面
圧３０ｋｇｆ／ｃｍ² ）〜３４２ｔｏｎｆ（面圧１８０
ｋｇｆ／ｃｍ² ）を加えて、水平方向の変位と水平方向
力との関係を実験により求めた。これを図６〜図９に示
す。図６〜図９において、（ａ）は、免震装置５の全弾
性板１自体の横変位（水平方向変位）が１０％の場合、
（ｂ）及び（ｃ）は、同じく５０％及び１００％の場合
である。図６に示す鉛直荷重５７ｔｏｎｆ（面圧３０ｋ
ｇｆ／ｃｍ² ）を加えた場合における比Ｖｐ／Ｖｅは
１．０３、図７に示す鉛直荷重１１４ｔｏｎｆ（面圧６
０ｋｇｆ／ｃｍ² ）を加えた場合における比Ｖｐ／Ｖｅ
は１．００、図８に示す鉛直荷重２２８ｔｏｎｆ（面圧
１２０ｋｇｆ／ｃｍ² ）を加えた場合における比Ｖｐ／
Ｖｅは１．０２及び図９に示す鉛直荷重３４２ｔｏｎｆ
（面圧１８０ｋｇｆ／ｃｍ² ）を加えた場合における比
Ｖｐ／Ｖｅは１．１１であった。

【００２１】図６、図８及び図９から明らかであるよう
に、比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２以上では、トリガ機能が特
に要求され、大振幅の地震に対して好ましく対応し得る
ことが判る。また、図７から明らかであるように、比Ｖ
ｐ／Ｖｅが１．００〜１．０２未満の場合には、トリガ
機能を好ましく得ることができないといえる。なお、比
Ｖｐ／Ｖｅが１．０７以下であれば、製造において中空
部１２への鉛の圧入が容易であり、それほど困難を伴わ
ないことが判明した。また、比Ｖｐ／Ｖｅが１．１２以
上になるように、中空部１２へ鉛を圧入しようとした
が、弾性体３の損壊なしに、これを行うことは困難であ
ることが判明した。

【００２２】なお、免震装置５では、鋼板１５及び１６
とフランジプレート１８及び１９とを別体で形成した
が、フランジプレート１８及び１９に、厚肉剛性板を一
体に形成して、免震装置を具体化してもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、弾性体の
中空部に配された柱状鉛を所望に拘束し得る結果、安定
な免震特性を得ることができ、しかも、トリガ機能を有
して、大振幅の地震動に好ましく対応し得、加えて弾性
体の弾性材料層及び柱状鉛の劣化を回避することがで
き、耐久性及び免震効果並びに製造性に特に優れた免震
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る免震装置の斜視図である。

【図２】図１に示す免震装置の断面図である。

【図３】免震装置の動作説明図である。

【図４】図１に示す免震装置の一部拡大断面図である。

【図５】本発明の好ましい一実施例の断面図である。

【図６】図５に示す実施例の効果を示す図である。

【図７】図５に示す実施例の効果を示す図である。

【図８】図５に示す実施例の効果を示す図である。

【図９】図５に示す実施例の効果を示す図である。

【符号の説明】 １ 弾性板 ２ 剛性鋼板 ３ 弾性体 ４ 円柱状鉛 ５ 免震装置 １２ 中空部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柱状鉛と、弾性材料層及び剛性材料層が
   交互に積層されてなる弾性体と、少なくともこの弾性体
   の内周面で規定されており、柱状鉛が密に配された中空
   部とを具備した免震装置であって、中空部に配された柱
   状鉛の体積Ｖｐと、柱状鉛が未挿入であって、弾性体に
   荷重が加えられた状態での中空部の容積Ｖｅとの比Ｖｐ
   ／Ｖｅが１．０２〜１．１２である免震装置。
2. 【請求項２】 比Ｖｐ／Ｖｅが１．０２〜１．０７であ
   る請求項１に記載の免震装置。
3. 【請求項３】 中空部を規定する弾性体の内周面は、柱
   状鉛が弾性体の弾性材料層に食い込んで、当該弾性材料
   層の位置で凹面になっている請求項１又は２に記載の免
   震装置。
4. 【請求項４】 中空部を規定する弾性体の内周面は、柱
   状鉛が弾性体の弾性材料層に食い込んで、剛性材料層の
   位置で凸面になっている請求項１から３に記載の免震装
   置。
5. 【請求項５】 剛性材料層は、弾性体におけるその各端
   面側にそれぞれ配された厚肉剛性板を具備しており、柱
   状鉛の一端部は、一方の厚肉剛性板の内周面によって規
   定された中空部の一端部に密に配されており、柱状鉛の
   他端部は、他方の厚肉剛性板の内周面によって規定され
   た中空部の他端部に密に配されている請求項１から４に
   記載の免震装置。