JPH09310533A - 免震装置とその反力機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 免震装置に対し、所定値以上の荷重が負荷さ
れたときに構造物の拘束を解いて構造物に所定値以上の
反力が加わることを防止し、さらに、荷重に応じて構造
物等の固有振動数を変化させて構造物の共振を防止する
作用を奏せしめること。 【解決手段】 構造物Ｓと基礎Ｆとのあいだに並列に介
装された、直列に接続された切り離し部材２３と弾性部
材２２とを備えた複数個の反力機構要素２１から構成さ
れ、各反力機構要素２１における切り離し部材２３が、
それぞれ異なる荷重によって切り離されるように構成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は免震装置およびその
反力機構に関する。さらに詳しくは、ビルディングや橋
梁等の構造物とその基礎とのあいだおよび／または二つ
の構造物のあいだに介装して構造物の免震・制振を図る
ための免震装置において、構造物と基礎との実質的に水
平方向の相対変位および／または二つの構造物の実質的
に水平方向の相対変位を拘束および解放するための反力
機構であって、装着対象構造物に加わる振動による荷重
が所定値を超えないようにする反力機構および、かかる
反力機構を備えた免震装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】免震装置は、免震作用の点からのみいう
と、理想的には基礎の振動が基礎の上に構築される構造
物に伝達されないように、基礎と建造物との水平方向の
力学的関係を絶つものであるのがよい。そうすることに
よって、加振力が構造物に負荷されず、何らの損傷も生
じないからである。

【０００３】しかし、現実には、他の条件による制限も
あってかかる構造は不可能に近く、振動時における基礎
と建造物との水平方向の相対変位をできるだけ大きくと
れるような支承を目指しているのが現状である。

【０００４】従来、建造物等の免震装置として、図１６
および図１７に示すように、建造物の鉛直荷重を受ける
滑り支承と建造物の水平方向移動（振動等による変位）
を弾力的に抑制する反力機構とが別体に構成されたもの
が知られている。

【０００５】図１６の免震装置５１における滑り支承５
２は、構造物Ｓ側に固設された上側シュー５２ａと基礎
Ｂ側に固設された下側シュー５２ｂとの当接面にテフロ
ンコーティング等が施されて摺動自在にされている。反
力機構５３は、上下端がそれぞれ建造物Ｓ側と基礎Ｂ側
とに固定された上下の取り付け部材５４ａ、５４ｂと、
これら取り付け部材間に固定されたゴム部材５５等から
構成されており、構造物Ｓの鉛直荷重はほとんど受けな
いように取り付けられている。以下、この免震装置５１
を従来技術１と呼ぶ。

【０００６】図１７の免震装置５６における滑り支承５
７は前記図１６における滑り支承５２とほぼ同一構造の
ものである。また、反力機構５８は、一対の金属製の円
環部材５８ａ、５８ｂが用いられ、各円環部材それぞれ
の一端側が建造物Ｓ側に固定され、他端側が基礎Ｂ側に
固定されたものである。すなわち、ゴムの弾性に代えて
金属製の円環部材の弾性によって水平方向の変位を吸収
しようといものである。以下、この免震装置５６を従来
技術２と呼ぶ。

【０００７】これら免震装置５１、５６以外には、高減
衰性積層ゴムからなる反力機構を用い、この反力機構が
建造物の鉛直荷重をも支持することによって、滑り支承
を別途に備える必要性を無くした免震装置も知られてい
る（以下、この免震装置を従来技術３と呼ぶ）。

【０００８】さらに、特開平２−１０７８４３号公報に
は、滑り支承を別に設けたうえで、反力機構として基礎
と建造物との間に圧縮コイルバネを介装した免震装置が
開示されている（以下、この免震装置を従来技術４と呼
ぶ）。

【０００９】また、特開平１−８３７４４号公報には、
滑り支承を設けずに、水平方向の反力機構と鉛直方向の
反力機構とをまかなうことを期待して、建造物と基礎と
のあいだに水平方向と鉛直方向とに磁力が作用する複数
の磁石を介装した免震装置が開示されている（以下、こ
の免震装置を従来技術５と呼ぶ）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、叙上の
従来技術１〜５のいずれも、一定のバネ定数を有する一
つの弾性部材（ゴム、金属環または磁石の磁力）によっ
て構造物を基礎にいわば固定するものである。一方、構
造物には加振力にほぼ比例した荷重が負荷されるため、
たとえば大地震等によっては建造物にその許容値以上の
応力が発生して損傷、損壊するという事態が生じるおそ
れがある。

【００１１】また、前述のように一定のバネ定数を有す
る一つの弾性部材によって固定された構造物と基礎とか
らなる一つの振動系は一定の固有振動数を有している。
したがって、たとえば発生する地震波の特性によっては
前記振動系が共振し、構造物の振動が増幅されて構造物
に許容値を超える応力が発生することがあり、前述のよ
うに構造物の損傷、損壊を招くおそれがある。

【００１２】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたものであり、免震装置における反力機構に所定値以
上の荷重によって切り離される切り離し部材を設けるこ
とにより、振動によって基礎と構造物とからおよび／ま
たは二つの構造物から所定値以上の相互反力が負荷され
たときに構造物の拘束を解いて構造物に所定値以上の反
力が加わることを防止したものである。かかる構成によ
り、地震等による構造物の損傷、損壊を効果的に防止し
ようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の反力機構は、構
造物と基礎とのあいだおよび／または二つの構造物のあ
いだに介装される、構造物と基礎との実質的に水平方向
の相対変位および／または二つの構造物の実質的に水平
方向の相対変位を拘束および解放するための反力機構で
あって、前記相対変位に伴う所定値以上の荷重によって
切り離される切り離し部材と、前記相対変位に応じて自
ら変位しつつ反力を生じる弾性部材とを備えてなること
を特徴としている。

【００１４】したがって、構造物に加えられた振動のエ
ネルギを弾性部材が吸収することはもとより、実質的に
水平方向の相対変位に起因して構造物に加わる荷重（基
礎または下側構造物からの反力）が所定値に達すると、
切り離し部材が切り離されるため、理論的に構造物には
振動による荷重が加わらなくなる。前記所定値の荷重を
切り離し部材の設定荷重と呼ぶと、かかる所定荷重を構
造物にとっての許容荷重に設定することによって構造物
の損傷を防止しうる。また、反力機構全体のうち、破断
する部位が定まるため、メインテナンスが容易となり、
反力機構の再使用も容易となる。

【００１５】また、実質的に水平方向の前記相対変位を
弾力的に拘束し、また該弾力的拘束を解放しうるよう
に、前記切り離し部材と前記弾性部材とが、前記相対変
位に伴う相互反力を直列状で伝達するように構成された
反力機構にあっては、構造物に加えられた振動のエネル
ギを先ずは弾性部材が吸収することによって構造物の振
動応答倍率を低下せしめるが、さらに、振動荷重が設定
荷重に達すると切り離し部材が切り離されるため、構造
物に振動荷重が加わることを防止する。かかる設定荷重
を、構造物にとっての許容荷重に設定することによって
構造物の損傷を防止しうる。

【００１６】また、実質的に水平方向の前記相対変位を
剛に拘束、また該拘束を解放して弾力的に拘束しうるよ
うに、前記切り離し部材と前記弾性部材とが、前記相対
変位に伴う相互反力を並列状で伝達するように構成され
た反力機構にあっては、構造物に加えられた振動を先ず
は剛体の切り離し部材が受けるので、たとえば、切り離
し部材の設定荷重を適切に選ぶことにより、平常時の風
荷重や交通機関等に起因する振動を、通常の免震装置を
有さない構造物と同程度に防止することができる。一
方、地震等による大きな振動が加わって前記設定荷重を
超えたときに切り離し部材が切り離され、剛体の切り離
し部材に代わって弾性部材が荷重を受けることにより当
該荷重を緩和する。また、反力機構を含めた構造物の固
有振動数が低下し、構造物の応答倍率の上昇や共振が防
止される。

【００１７】さらに、前記相対変位に伴う相互反力を直
列状で伝達する前記切り離し部材と前記弾性部材とが反
力機構要素を構成しており、複数個の該反力機構要素
が、構造物と基礎とのあいだおよび／または二つの構造
物間に並列状に介装されており、各反力機構要素におけ
る切り離し部材がそれぞれ異なる荷重によって切り離さ
れるように構成されてなる反力機構にあっては、振動が
大きくなった場合、最小の切り離し荷重に設定された切
り離し部材が先ず切り離される。その結果、複数個の該
反力機構要素のうちの一個が作用しなくなって反力機構
のバネ定数が低下する。すなわち、振動による構造物と
基礎との相対変位が大きくなるほどバネ定数が低下して
いくといえる。つまり、前記一個の切り離し部材が先ず
切り離されることによって反力機構と構造物とからなる
振動系の固有振動数が低下するため、万が一構造物が共
振して構造物の応答倍率が増加しようとしても固有振動
数の変化によって共振が解消される。したがって、複数
個の該反力機構要素の各設定荷重のうちの最大値を、構
造物の許容荷重に設定しておけば、前述の作用を奏しう
るとともに、許容荷重以下に相当する振動に対しても好
適に損傷を防止することができる。また、反力機構要素
の個数を増加させれば多数段階に固有振動数が変化しう
るので、どのような振動数特性の加振力にも対応するこ
とができる。

【００１８】かかる反力機構に対して、一個の前記切り
離し部材が、構造物と基礎とのあいだおよび／または二
つの構造物間に並列状に介装された前記複数個の反力機
構要素に対し、並列状に介装されたものにあっては、反
力機構要素の個数を増加させることによって多数段階に
固有振動数を変化させうることはもとより、前記一個の
前記切り離し部材が平常時の風荷重や交通機関等に起因
する振動を防止するという作用も奏する。

【００１９】また、前記相対変位に伴う相互反力を直列
状で伝達する前記反力機構が、装着対象構造物における
平面視の少なくとも直交二方向に取り付けられており、
各反力機構要素における、構造物との連結部および基礎
との連結部のうち少なくとも一方の連結部が、構造物と
反力機構要素との当接方向に垂直な方向への相対変位に
対して拘束されない連結となるように構成された反力機
構にあっては、各反力機構にはほぼ圧縮力と引っ張り力
だけが作用することとなるため、装置の計画が容易とな
る。かかる構成は、たとえば、反力機構の連結部を基礎
または構造物の平坦面に当接させておくだけでもよく、
また、Ｔ字断面の臍と溝とからなる、いわばスプライン
結合に似た連結によっても達成される。

【００２０】加えて、前記相対変位に伴う相互反力を並
列状で伝達する前記切り離し部材と前記弾性部材とが反
力機構要素を構成しており、複数個の該反力機構要素が
構造物と基礎とのあいだおよび／または二つの構造物間
に直列状に介装されており、各反力機構要素における切
り離し部材がそれぞれ異なる荷重によって切り離される
ように構成された反力機構にあっては、反力機構要素の
個数を増加させることによって多数段階に固有振動数を
変化させうることはもとより、平常時の風荷重や交通機
関等に起因する振動を防止するという作用も奏する。

【００２１】本発明の免震装置は、叙上のうちのいずれ
かの反力機構と、構造物と基礎とのあいだおよび／また
は二つの構造物のあいだに介装されて構造物を水平方向
に滑動可能にその荷重を支持するための滑り支承とを備
えている。

【００２２】かかる免震装置によれば、基礎上および／
または下側構造物上の構造物に過大な水平荷重が負荷さ
れることが効果的に防止される。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に記載の実施形態
を参照しつつ本発明の免震装置の反力機構を説明する。

【００２４】図１は本発明の免震装置が適用される橋梁
の概略図であり、（ａ）は免震装置が橋脚と基礎構造物
とのあいだに介装された状態を示し、（ｂ）は免震装置
が橋桁と橋脚とのあいだに介装された状態を示す、図２
は本発明の反力機構の一実施形態を示す概略正面図、図
３は図２の反力機構における切り離し部材の一例を示す
正面図、図４は図２の反力機構における切り離し部材の
他の例を示す正面図、図５は本発明の反力機構の他の実
施形態を示す概略正面図、図６は本発明の反力機構のさ
らに他の実施形態を示す概略正面図、図７は本発明の実
施形態に係る反力機構の配置例を示す概略平面図、図８
は本発明の反力機構のさらに他の実施形態を示す概略正
面図、図９は本発明の反力機構のさらに他の実施形態を
示す概略正面図、図１０は本発明の反力機構のさらに他
の実施形態を示す概略正面図、図１１は本発明の反力機
構のさらに他の実施形態を示す概略正面図、図１２は図
１１の反力機構における切り離し部材の他の例を示す断
面図、図１３は図１１の反力機構における切り離し部材
のさらに他の例を示す断面図、図１４は本発明の反力機
構のさらに他の実施形態を示す概略正面図、図１５は地
震に対する構造物の応答加速度を示すグラフであり、
（ａ）は入力たる地震の時間に対する加速度変化を示
し、（ｂ）は本発明の実施形態に係る反力機構を適用し
た橋梁の免震特性シミュレーション結果を示し、（ｃ）
は従来の反力機構を適用した橋梁の免震特性シミュレー
ション結果を示す。

【００２５】図１（ａ）に示す橋梁Ｂには橋脚Ｐと基礎
Ｆとのあいだに免震装置１が装着されており、図１
（ｂ）に示す橋梁Ｂには橋桁Ｒと橋脚Ｐとのあいだに免
震装置１が装着されている。

【００２６】図２には前記図１（ａ）に示す免震装置１
が示されている。この免震装置１は、橋梁Ｂを水平方向
に滑動可能にその荷重を支持する滑り支承２と、地震等
の振動による基礎Ｆとの相対変位を弾力的に拘束する反
力機構３とから構成されている。

【００２７】滑り支承２は、橋脚Ｐに固定される上部材
４と基礎Ｆに固定される下部材５とから構成され、上部
材４および下部材５のあいだには滑り面４ａが形成され
ている。両滑り面４ａはともに公知のテフロン加工され
た面４ｂや滑らかな面に仕上げられたステンレス鋼５ａ
等から形成されている。

【００２８】反力機構３は、基礎Ｆ側に形成された反力
壁６と橋脚Ｐ側に形成された第一弾性部材７とを備えて
おり、反力壁６には第二弾性部材８が形成されている。
第一弾性部材７は橋脚Ｐと基礎Ｆとの相対変位によって
伸縮しうる公知の免震ゴムまたは積層免震ゴム７ａおよ
び反力壁６との連結金具７ｂとを備えている。反力壁６
と第一弾性部材７との連結は切り離し部材９によってな
されている。一方、第二弾性部材８は公知の免震ゴムま
たは積層免震ゴム８ａおよび橋梁との当接部８ｂを備え
ている。

【００２９】図３に示すように、切り離し部材９はいわ
ばシェアーピンの機能を奏するように、その一部に断面
積が縮小された剪断部９ａを有するボルトから構成され
ている。この剪断部９ａの断面積によって剪断荷重を設
定する。図中、１０はナットであり、１１はナット１０
をロックするため、また、切断されて二分割されたボル
トを相互に離間させるためのリングバネである。

【００３０】図４にも同様の切り離し部材１２が示され
ている。この切り離し部材１２には、相対変位による剪
断力のみがその剪断部１２ａに作用するように滑りやす
いスペーサ１３が配設されている。

【００３１】図２において、基礎Ｆ側から地震等の振動
が橋梁Ｂに伝われば、反力壁６と第一弾性部材７とが従
来の反力機構と同様に防振作用する。しかし、地震強度
が大きいか、または、免震装置１と橋梁とからなる振動
系が地震に共振したときに、基礎Ｆと橋脚Ｐとの相対変
位が増大して切り離し部材９、１２（以下、９で代表す
る）に加わる過大な荷重によって剪断部９ａが剪断す
る。そうすると、第一弾性部材７は作用しなくなって第
二弾性部材８が前記相対変位を弾力的に拘束することと
なり、橋梁の振動を引き続き減衰させる。さらに、かか
る場合のために、第二弾性部材８の免震ゴムまたは積層
免震ゴム８ａの弾性率を第一弾性部材７の免震ゴムまた
は積層免震ゴム７ａのそれと相違させておけば、前記振
動系の固有振動数が変化するので橋梁の共振が解消され
る。

【００３２】図２において、第二弾性部材８における当
接部８ｂと橋脚Ｐとのあいだに所定寸法の空間Ｈを設け
ることもできる。そうすることにより、破断後、空間Ｈ
部分では橋梁には摩擦力のみが作用することとなり、橋
梁への作用力が大幅に緩和される。

【００３３】もちろん、本発明ではとくにかかる空間Ｈ
を設けることに限定されることはなく、最初から当接部
８ｂと橋脚Ｐとを当接させておいてもよい。その場合、
剪断部９ａの破断前では、第一弾性部材７と第二弾性部
材８とが一体で作用するため、反力機構のバネ定数はそ
れら７、８の合計値となり、剪断部９ａの破断後は第二
弾性部材８のみのバネ定数となる。したがって、前記空
間Ｈの有無に応じて各弾性部材７、８のバネ定数を設定
すればよい。

【００３４】図５に示す反力機構２１は、弾性部材２２
と切り離し部材２３とから構成される反力機構要素２１
１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７
が並列に七個装備されたものである。本発明では、もち
ろん七個に限定されず、七個未満であっても七個を超え
る個数であってもよい。

【００３５】本反力機構２１の利点は、必要に応じて各
反力機構２１における切り離し部材２３の設定荷重を互
いに異なる値に設定できることである。たとえば、全反
力機構要素の弾性部材２２１、２２２、２２３、２２
４、２２５、２２６、２２７ののバネ定数を同一にし、
最下段の反力機構要素２１７における切り離し部材２３
７の設定荷重を橋梁の許容荷重Ｗａに設定し、順次上方
へ切り離し部材２３６、２３５・・２３２、２３１の設
定荷重の値をＷａ／２、Ｗａ／３・・・Ｗａ／６、Ｗａ
／７と減じるよう設定すれば、発生する地震の強度に応
じて好適に反力機構のバネ定数、引いては振動系の固有
振動数を変化させうるため、共振を効果的に防止しう
る。また最終的に、最下段の反力機構要素２１７によっ
て橋梁の許容荷重を超える力が橋梁に加わることを防止
することができる。

【００３６】本発明においては、とくに設定荷重の大き
さの順に反力機構要素を配列する必要はない。また、必
ずしも全反力機構要素の弾性部材のバネ定数を同一にす
る必要はない。たとえば、橋梁と基礎とのあいだで大き
な相対振動が許容できる場合は、反力機構要素間で適宜
そのバネ定数を大きく相違させて共振点から大きくずら
すことにより免震効果を向上させることもできる。

【００３７】図６に示す反力機構２５は、それ自体図５
の反力機構２１と同様の構成であるが、橋脚Ｐと橋桁Ｒ
とのあいだに設置されているものである。すなわち、高
架高速道路や高架鉄道等の路床の免震等に好適なもので
ある。図５の反力機構２１との相違は、その反力壁２６
が上部側たる橋桁Ｒに固設されており、弾性部材２７が
下部側たる橋脚Ｐに固設されている点である。主要な構
成およびその作用は図５の反力機構２１と同じであるの
で説明を省略する。

【００３８】叙上の各反力機構３、２１、２５は通常、
図７（ａ）に示すように装着対象構造物Ｓの平面視直交
二方向Ｘ、Ｙの二箇所に形成する。しかし、図２に示す
反力機構３のように、第二弾性部材８が構造物に固定さ
れていない場合、また、図７（ｂ）に示すように、各弾
性部材８が構造物Ｓに固定されておらず、弾性部材８が
構造物Ｓの当接面に沿って滑動または摺動するように構
成されている場合は平面視直交二方向Ｘ、Ｙの四箇所に
形成するのが望ましい。この場合、各弾性部材にはほぼ
純粋な圧縮力が加わることになる。

【００３９】つぎに、図８に示す免震装置２８は、その
滑り支承２９の周囲に反力機構３０が配設されたもので
あり、また、各弾性部材３１は橋梁Ｒと橋脚Ｐとのあい
だに鉛直方向に延設されている。本免震装置２８におい
ても、各切り離し部材３２に異なる設定荷重を設定すれ
ば前述の反力機構２１（図３）、２５（図４）と同様の
優れた作用を奏する。図中、滑り支承２９の円柱部２９
ａの下端が下部材３３に固設され、円柱部２９ａの上端
面がテフロンコート２９ｂされて上部材３４の滑り面３
４ａとのあいだで相対滑動するように構成されている。
もちろん、滑動面は円柱部２９ａの上端面部に限定され
ることはなく、下端面であっても、円柱部２９ａの中間
に設けてもよい。

【００４０】つぎに、図９〜１４を参照しつつ、平常時
の風荷重や交通機関等に起因する振動を防止する作用を
も奏しうる構造を有する反力機構を説明する。

【００４１】図９に示す反力機構３５は、図２の反力機
構３における第一弾性部７に代えて剛体の支持部材３６
を採用したものである。この支持部材３６と反力壁６と
のあいだには図２におけると同じく切り離し部材９が装
着されている。かかる反力機構３５では、加わる振動は
先ず剛体である支持部材３６と切り離し部材９と反力壁
６とが受けるため、前記風荷重や交通機関等に起因する
振動を、免震装置を有さない従来の構造物と同程度に防
止することができる。また、地震等による大きな振動が
加わった場合には、第二弾性部８が作用して前述の反力
機構３（図２）と同様に免震作用が奏される。

【００４２】図１０に示す反力機構３７は、図５の反力
機構２１における最上段の第一弾性部２２１に代えて剛
体の支持部材３８を採用したものである。この支持部材
３８と反力壁６とのあいだには図５におけると同じく切
り離し部材２３１が装着されている。かかる反力機構３
７でも、加わる振動は先ず剛体である支持部材３８と切
り離し部材２３１と反力壁６とが受けるため、前記風荷
重や交通機関等に起因する振動を、免震装置を有さない
従来の構造物と同程度に防止することができる。また、
地震等による大きな振動が加わった場合には、前述の反
力機構２１（図５）と同様に免震作用が奏される。

【００４３】図１１に示す反力機構３９は前記反力機構
３５（図９）と同等の作用を奏するものである。この反
力機構３９は免震ゴム部材４０と切り離し部材４１とか
ら構成されており、これら４０、４１が橋桁Ｒと橋脚Ｐ
とのあいだに並列に介装されるものである。この免震ゴ
ム部材４０は橋桁Ｒと橋脚Ｐ物とのあいだにボルト４２
によって固定されており、橋桁Ｒの荷重は図２に示され
るような滑り支承２（図１１には示さず）を併設するこ
とによって支持している。しかし、前記滑り支承２を設
けずに、免震ゴム部材４０の上下の一方の面を滑り状態
に配設し、この免震ゴム部材４０によって上方の構造物
の荷重を支持してもよい。また、前記切り離し部材４１
は鉛直方向の荷重を受けないように、橋桁Ｒの下面に固
定されたガイド部材４１ａと、橋脚Ｐの上面に固定され
たシェアピン４１ｂとから構成されている。シェアピン
４１ｂは橋桁Ｒと橋脚Ｐとの間隔の変動に応じてガイド
部材４１ａの空洞４１ｃ内を摺動しうるようにされてい
る。ガイド部材４１ａとシェアピン４１ｂとは、上下逆
側に固定してもよい。

【００４４】本反力機構３９によれば、平常時の風荷重
や交通機関等に起因する振動は剛体である切り離し部材
４１が拘束して防止し、地震等による大きな荷重によっ
てシェアピン４１ｂが剪断した後は免震ゴム部材４０が
構造物全体の固有振動数を低下せしめて振動を減衰させ
る。

【００４５】前記切り離し部材４１に代わる他の構造の
切り離し部材が図１２および図１３に示されている。

【００４６】図１２の切り離し部材４２はそのシェアピ
ン４２ａが固定部材４２ｂを介して基礎Ｆに固定されて
いる。シェアピン４２ａは固定部材４２ｂの凹所４２ｃ
内に嵌合されているだけであるため、シェアピン４２ａ
の取り替えが容易である。

【００４７】図１３の切り離し部材４３はそのシェアピ
ン４３ａが管状を呈したものであるため、シェアピンが
軽くなるため搬送が容易になり、また、メンテナンスも
容易となる。

【００４８】図１４に示される反力機構４４は、図１１
に示す反力機構３９を反力機構要素とし、これを橋脚Ｐ
と基礎Ｆとのあいだに直列状に複数段配設するものであ
る。かかる反力機構４４によれば、平常時の風荷重や交
通機関等に起因する振動は剛体である複数段の切り離し
部材４１が一体で防止する。地震などによって少なくと
もいずれか一の切り離し部材４１が切り離されれば、そ
の切り離し部材４１と対になった免震ゴム部材４０が構
造物全体の固有振動数を低下せしめて振動を減衰させ
る。

【００４９】また、各反力機構要素３９における切り離
し部材４１の設定荷重を互いに異なる値に設定すれば、
たとえば、前述の図５の反力機構２１と同様に全反力機
構要素３９の免震ゴム部材４０のバネ定数を同一にし、
最下段の反力機構要素３９における切り離し部材の設定
荷重を橋梁の許容荷重に設定し、上方の切り離し部材の
設定荷重の値を順次減じるよう設定すれば、発生する地
震の強度に応じて好適に反力機構のバネ定数、引いては
振動系の固有振動数を変化させうるため、共振を効果的
に防止しうる。また最終的に、最下段の反力機構要素に
よって橋梁の許容荷重を超える力が橋梁に加わることを
防止することができる。

【００５０】かかる作用効果は図５の反力機構２１や図
１０の反力機構３７と同様のものである。

【００５１】また、本発明では、反力機構における切り
離し部材と弾性部材とを、基礎側および構造物側のいず
れに固設してもよい。

【００５２】

【実施例】叙上の免震装置１を図１（ａ）に示す橋梁Ｂ
に適用したものをモデルとし（以下、実施例という）、
これに過去に実績のある地震を基礎側から加えた場合の
応答加速度を算出した。さらに、従来の免震装置（一個
の弾性部材のみを有し、切り離し部材を備えないもので
あり、以下、比較例という）を図１（ａ）に示す橋梁Ｂ
に適用したものについても、前記と同一地震を加えた場
合の応答加速度を算出した。その結果を図１５に示す。

【００５３】図１５（ａ）は入力となる前記地震波を示
し、図１５（ｂ）は本実施例の免震装置１を装備した橋
梁の応答波を示し、図１５（ｃ）は比較例の免震装置を
装備した橋梁の応答波を示している。

【００５４】ここで、本実施例に係る反力機構３の、第
一弾性部材７のバネ定数ｋ１を２．６２×１０⁷ Ｎ／ｍ
とし、第二弾性部材８のバネ定数ｋ２を１０⁴ Ｎ／ｍと
し、損失係数（ゴム等の部材の内部摩擦の大きさを表す
値）ηを０．３とし、切り離し部材９の剪断部９ａの設
定荷重を５．９×１０⁵ Ｎとした。

【００５５】また、比較例の弾性部材は、バネ定数ｋ１
のみで２．６２×１０⁷ Ｎ／ｍとし、損失係数ηは０．
３とした。

【００５６】図示のとおり、比較例（図１５（ｃ））で
は橋梁の応答加速度は、入力たる地震波にほぼ応じた波
形であり、応答加速度も最大１０ｍ／ｓ² に達した。

【００５７】一方、本実施例（図１５（ｂ））では、地
震荷重によって前記剪断部９ａが破断した後は加速度の
ピークが抑えられるために上部構造物によっては最大加
速度が５ｍ／ｓ² に満たない。本実施例では、破断力を
相当加速度２．５ｍ／ｓ² に設定した。そして、破断時
に弾性部材に保存されたエネルギのため、破断時は設定
荷重より大きくなるが、破断以降はそれ以下の加速度し
か生じていない。

【００５８】なお、前記比較例では橋梁の共振は起こっ
ていないが、万が一、比較例において共振が起こるよう
な条件であっても、本実施例では剪断部９ａの破断によ
って橋梁Ｂと免震装置１とからなる振動系の固有振動数
が変化する（本例の場合は低下する）ため、共振は免れ
ることとなる。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、反力機構に所定値以上
の荷重によって切り離される切り離し部材を設けたの
で、振動によって構造物から所定値以上の荷重が負荷さ
れたときに構造物の拘束を解いて構造物に所定値以上の
反力が加わることが防止され、地震等による構造物の損
傷、損壊が効果的に防止される。

【００６０】また、弾性部材と切り離し部材とを並列に
配備することによって平常時の小さな振動を防止するこ
とができる。

【００６１】また、複数個の反力機構要素を装備すれ
ば、振動荷重に応じて切り離し部材が先ず切り離される
ので、その都度、反力機構のバネ定数が低下するととも
に、反力機構と構造物とからなる振動系の固有振動数が
低下する。したがって、どのような振動数特性の加振力
にも共振時の大きな振動を構造物に生じさせることなく
対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の免震装置が適用される橋梁の概略図で
あり、図１（ａ）は免震装置が橋脚と基礎構造物とのあ
いだに介装された状態を示し、図１（ｂ）は免震装置が
橋桁と橋脚とのあいだに介装された状態を示す。

【図２】本発明の反力機構の一実施形態を示す概略正面
図である。

【図３】図２の反力機構における切り離し部材の一例を
示す正面図である。

【図４】図２の反力機構における切り離し部材の他の例
を示す正面図である。

【図５】本発明の反力機構の他の実施形態を示す概略正
面図である。

【図６】本発明の反力機構のさらに他の実施形態を示す
概略正面図である。

【図７】本発明の実施形態に係る反力機構の配置例を示
す概略平面図である。

【図８】本発明の反力機構のさらに他の実施形態を示す
概略正面図である。

【図９】本発明の反力機構のさらに他の実施形態を示す
概略正面図である。

【図１０】本発明の反力機構のさらに他の実施形態を示
す概略正面図である。

【図１１】本発明の反力機構のさらに他の実施形態を示
す概略正面図である。

【図１２】図１１の反力機構における切り離し部材の他
の例を示す断面図である。

【図１３】図１１の反力機構における切り離し部材のさ
らに他の例を示す断面図である。

【図１４】本発明の反力機構のさらに他の実施形態を示
す概略正面図である。

【図１５】地震に対する構造物の応答加速度を示すグラ
フであり、（ａ）は入力たる地震の時間に対する加速度
変化を示し、（ｂ）は本発明の実施例に係る反力機構を
適用した橋梁の免震特性シミュレーション結果を示し、
（ｃ）は従来の反力機構を適用した橋梁の免震特性シミ
ュレーション結果を示す。

【図１６】従来の免震装置の一例を示しており、図１６
（ａ）はその平面図であって図１６（ｂ）はその正面図
である。

【図１７】従来の免震装置の他の例を示しており、図１
７（ａ）はその平面図であって図１７（ｂ）はその正面
図である。

【符号の説明】

１、２８・・・免震装置 ２、２９・・・滑り支承体 ３、２１、２５、３０、３５、３７、３９、４４・・・
反力機構 ７・・・第一弾性部材 ８・・・第二弾性部材 ９、１２、２３、３２、４１、４２、４３・・・切り離
し部材 ９ａ・・・剪断部 ２２、２７、３１・・・弾性部材 ４０・・・免震ゴム部材 Ｆ・・・基礎 Ｐ・・・橋脚 Ｒ・・・橋桁

フロントページの続き (72)発明者 兼田 哲男 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 坂井 藤一 東京都江東区南砂２丁目11番１号 川崎重 工業株式会社東京設計事務所内 (72)発明者 小川 一志 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物と基礎とのあいだおよび／または
   二つの構造物のあいだに介装される、構造物と基礎との
   実質的に水平方向の相対変位および／または二つの構造
   物の実質的に水平方向の相対変位を拘束および解放する
   ための反力機構であって、前記相対変位に伴う所定値以
   上の荷重によって切り離される切り離し部材と、前記相
   対変位に応じて自ら変位しつつ反力を生じる弾性部材と
   を備えてなることを特徴とする免震装置の反力機構。
2. 【請求項２】 実質的に水平方向の前記相対変位を弾力
   的に拘束し、また該弾力的拘束を解放しうるように、前
   記切り離し部材と前記弾性部材とが、前記相対変位に伴
   う相互反力を直列状で伝達するように構成されてなる請
   求項１記載の反力機構。
3. 【請求項３】 実質的に水平方向の前記相対変位を剛に
   拘束し、また該拘束を解放して弾力的に拘束しうるよう
   に、前記切り離し部材と前記弾性部材とが、前記相対変
   位に伴う相互反力を並列状で伝達するように構成されて
   なる請求項１記載の反力機構。
4. 【請求項４】 前記相対変位に伴う相互反力を直列状で
   伝達する前記切り離し部材と前記弾性部材とが反力機構
   要素を構成しており、複数個の該反力機構要素が、構造
   物と基礎とのあいだおよび／または二つの構造物間に並
   列状に介装されており、各反力機構要素における切り離
   し部材がそれぞれ異なる荷重によって切り離されるよう
   に構成されてなる請求項２記載の反力機構。
5. 【請求項５】 一個の前記切り離し部材が、構造物と基
   礎とのあいだおよび／または二つの構造物間に並列状に
   介装された前記複数個の反力機構要素に対し、並列状に
   介装されてなる請求項４記載の反力機構。
6. 【請求項６】 前記相対変位に伴う相互反力を直列状で
   伝達する前記反力機構が、装着対象構造物における平面
   視の少なくとも直交二方向に取り付けられており、各反
   力機構における、構造物との連結部および基礎との連結
   部のうち少なくとも一方の連結部が、構造物と反力機構
   との当接方向に垂直な方向への相対変位に対して拘束さ
   れない連結である請求項２、４または５記載の反力機
   構。
7. 【請求項７】 前記相対変位に伴う相互反力を並列状で
   伝達する前記切り離し部材と前記弾性部材とが反力機構
   要素を構成しており、複数個の該反力機構要素が構造物
   と基礎とのあいだおよび／または二つの構造物間に直列
   状に介装されており、各反力機構要素における切り離し
   部材がそれぞれ異なる荷重によって切り離されるように
   構成されてなる請求項３記載の反力機構。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のうちいずれか一項に記載
   の反力機構と、構造物と基礎とのあいだおよび／または
   二つの構造物のあいだに介装されて構造物を水平方向に
   滑動可能にその荷重を支持するための滑り支承とを備え
   てなる免震装置。