JPH10267077A - 鋼棒入り鉛円柱ダンパー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 過大な地震動に対する減衰力及び水平拘束力
を共に大きく発揮でき、かつ、減衰力と水平拘束力の大
きさを別個に設定でき、所望の水平拘束力の得られる断
面を従来の鉛ダンパーより大幅に小さくでき、鋼棒ダン
パーの如く大きなスペースを占有せず、装置の小型化等
により取付作業を容易にでき、後発的追加施工も簡単に
行い得る鋼棒入り鉛円柱ダンパーを提供する。 【解決手段】 鉛円柱１３の中心部分に開けた穴に、当
該鉛円柱１３の高さ寸法に略対応した長さ寸法を有する
鋼棒１４を挿入してなる。また、前記鉛円柱１３の上下
両端部に、前記鋼棒１４に一体に結合された鋼板を配設
してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤と一体である
基礎と、この基礎に支持される構造物との間に介設さ
れ、又は機械の支持体と、この支持体に支持される被支
持体との間に介設され、地震時の振動エネルギーや機械
的な振動エネルギー等を吸収すると共に水平変位を抑制
する鋼棒入り鉛円柱ダンパーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、地震時において構造物に生じる振
動を制御する手段として制震装置が用いられているが、
この制震装置は、基礎と構造物との間に介設され、構造
物の鉛直荷重を常時支持すると共に、構造物の固有周期
を長くし、地震時の構造物による慣性力を低減させ、振
動エネルギーを吸収して当該構造物に生じる振動を制御
しようとするものである。かかる制震装置のうち、金属
材料の塑性域での履歴特性を利用して振動エネルギーを
吸収するタイプのものとして、鉛ダンパー及び鋼棒ダン
パーがある。

【０００３】このうち、鉛ダンパーは、例えば、ゴム支
承を用いた建屋と基礎との間に介設されるもので、建屋
から基礎へと伝達される振動エネルギーを吸収し又は応
答を小さくする力（以下、減衰力という）が比較的大き
いという利点を有している。

【０００４】即ち、鉛ダンパーによれば、地震動による
慣性力（以下、地震力という）の伝達が振動エネルギー
の吸収により制限されるため、地震力が基礎に与える負
担を低減することができると共に、建屋の固有周期と地
震動の周期との一致によって振動が異常に増幅する所謂
共振現象が回避されるため、基礎のみならず、建屋に与
える負担も低減することができる。

【０００５】しかしながら、鉛ダンパーを用いる場合に
は、建屋の固有周期を短くしないようにする観点から、
基礎に対する建屋の水平変位を拘束する力（以下、水平
拘束力という）をできる限り小さくしなければならな
い。従って、鉛ダンパーを、例えば橋梁の橋脚と桁との
間等に用いる場合には、減衰力に比して水平拘束力を著
しく小さく設定することになるので、地震動が予定して
いた以上に過大であれば、桁の水平変位を拘束しきれな
くなり、桁が橋脚に掛かる部分から外れ、橋脚から落下
するという事態を招いてしまう。また、かかる事態を回
避すべく所望の水平拘束力を得ようとすれば、鉛ダンパ
ーの断面を著しく大きくしなければならず、かかる大断
面の鉛ダンパーでは、設置スペースを広くとるために桁
や橋脚の構造形式を変更しなければならず不経済である
ばかりか、取り付けの際の取り扱いが著しく困難となっ
てしまう。更に、大地震対策として、既存の構造物の補
強のために後発的に追加施工を行うことが必要になって
も、上記大断面の鉛ダンパーでは、設置スペースがとれ
なかったり、一基が重くなりすぎて人力による取り付け
が困難になったりして、追加施工をすること自体が不可
能になるという結果を招いてしまう。

【０００６】また、鋼棒ダンパーも、例えば、鉛ダンパ
ーと同様に建屋と基礎との間に介設されるもので、鋼棒
の履歴減衰を利用したものである。

【０００７】しかしながら、鋼棒ダンパーでは、橋梁の
桁の落橋防止装置として用いた場合、装置が大型になっ
てしまい、かかる大きなスペースを占有する大型の鋼棒
ダンパーの取り扱いは困難性を伴うものであることか
ら、施工がきわめて煩雑になってしまう。

【０００８】一方、減衰力の大きさと水平拘束力の大き
さとを別個独立に自在に設定し得るダンパーを開発でき
れば、従来において対策がなく問題とされていた種類の
振動、例えば、橋梁上において停車中の自動車内のドラ
イバーに不安感を与える所謂交通振動や、エンジンの振
動等に起因する機械的振動等をも効果的に解消すること
が可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、過
大な地震動に対する減衰力及び水平拘束力を共に大きく
発揮でき、かつ、減衰力の大きさと水平拘束力の大きさ
とを別個独立に設定でき、しかも、所望の水平拘束力を
得るための断面を従来の鉛ダンパーに比して大幅に小さ
くでき、鋼棒ダンパーの如く大きなスペースを占有しな
くてすみ、よって、装置の小型化、軽量化による取付作
業の容易化を図ることができ、後発的追加施工も簡単に
行い得る鋼棒入り鉛円柱ダンパーを提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明に係る鋼棒
入り鉛円柱ダンパーは、鉛円柱の中心部分に開けた穴
に、当該鉛円柱の高さ寸法に略対応した長さ寸法を有す
る鋼棒を挿入してなることを特徴とするものである。

【００１１】このような技術的手段において、より水平
拘束力を大きくして落橋防止等に役立てる観点からすれ
ば、前記鉛円柱は、上下両端部に、前記鋼棒に一体に結
合された鋼板を配設してなることが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す実施の形態
に基づいてこの発明を詳細に説明する。

【００１３】◎実施の形態１ 図１は本実施の形態１に係る鋼棒入り鉛円柱ダンパーが
適用された単純桁橋の概略側面図を示している。同図に
おいて、符号１は左岸に本単純桁橋の基礎として構築さ
れている左岸橋台、符号２は右岸に本単純桁橋の基礎と
して構築されている右岸橋台、符号３は左岸橋台１と右
岸橋台２との中間部分に構築されている橋脚、符号４は
左岸橋台１と橋脚３との間に架設されている第一桁、符
号５は橋脚３と右岸橋台２との間に架設されている第二
桁、符号６は橋脚３と第一桁４又は右岸橋台２と第二桁
５との間に介設されているヒンジ支承、符号７は左岸橋
台１と第一桁４又は橋脚３と第二桁５との間に介設され
ているローラー支承である。

【００１４】本実施の形態１では、ローラー支承７は、
図２のＡ−Ａ断面矢視図に示すように、第一桁４の横断
方向の両側に係る部位に配設される第一ローラー支承７
ａと、第二ローラー支承７ｂとで構成されており、ま
た、第一ローラー支承７ａと第二ローラー支承７ｂとの
間には、第一ダンパー８ａと第二ダンパー８ｂとで構成
される鋼棒入り鉛円柱ダンパー８が配設されている。

【００１５】次に、これらの鋼棒入り鉛円柱ダンパー８
うち、例えば、第一ダンパー８ａについて図３及び図４
を用いて説明する。

【００１６】図３は第一ダンパー８ａの側断面図を示し
ており、図４は当該第一ダンパー８ａのＢ−Ｂ断面矢視
図、及びＣ−Ｃ断面矢視図を示している。第一ダンパー
８ａは、これらの図に示すように、円柱形状の本体鉛円
柱部分１１（図４Ｃ−Ｃ断面矢視図参照）と、本体鉛円
柱部分１１の上下両端に形成される当該本体鉛円柱部分
１１より外径の大きい円柱形状の取付鉛円柱部分１２
（図４Ｂ−Ｂ断面矢視図の上部取付鉛円柱部分１２ａ参
照、下部取付鉛円柱部分１２ｂも同様）とからなる鉛円
柱１３の中心部分に開けた穴に、当該鉛円柱１３の高さ
寸法に略対応した長さ寸法を有する鋼棒１４を挿入して
なるものである。尚、本実施の形態１に係る鉛円柱１３
は、本体鉛円柱部分１１と取付鉛円柱部分１２との外径
が変化する部分がＲ形状を呈するよう加工されている。

【００１７】また、ダンパー取付金物１５（上部ダンパ
ー取付金物１５ａ、下部ダンパー取付金物１５ｂ）は、
前記取付鉛円柱部分１２より径の大きい円板部分１６
と、この円板部分１６表面から垂直方向に延設され、か
つ、取付鉛円柱部分１２が挿嵌されている円筒部分１７
と、この円筒部分１７の先端部分から円板部分１６と平
行に延設され、かつ、円筒部分１７に挿嵌される取付鉛
円柱部分１２の本体鉛円柱部分１１側に係る面に当接し
て固止する鍔部分１８とを有しており、本実施の形態１
では、ダンパー取付金物１５と取付鉛円柱部分１２とが
予め一体に製造されている。

【００１８】かかるダンパー取付金物１５の円板部分１
６には、円筒部分１７の外側の全周に亘って略等間隔で
複数のボルト挿通穴１８ａが設けられる一方、左岸橋台
１及び第一桁４のダンパー取付金物１５の取付部分であ
って、前記ボルト挿通穴１８ａに対応する部位には、ア
ンカーボルト２０の取り外しが自在である袋ナット埋設
アンカー穴１９が設けられている。

【００１９】本実施の形態１において、かかる第一ダン
パー８ａの左岸橋台１及び第一桁４への取付作業は、そ
のダンパー取付金物１５の上下の円板部分１６に穿設さ
れた各ボルト挿通穴１８ａが、左岸橋台１及び第一桁４
の各袋ナット埋設アンカー穴１９の位置に合致するよう
に、第一ダンパー８ａを左岸橋台１上に載置した上で、
アンカーボルト２０を各ボルト挿通穴１８ａを通じて各
袋ナット埋設アンカー穴１９に螺着し、かつ、螺着され
たアンカーボルト２０に更にナット２１を螺着してこれ
を締結するというものである。

【００２０】次に、本実施の形態１に係る第一ダンパー
８ａの作用について図３を用いて説明する。

【００２１】先ず、地震が発生すると、地盤と一体であ
る左岸橋台１は、地盤の振動に応答して振動しはじめる
と共に、左岸橋台１と橋脚３を介して振動する第一桁４
との間で相対的な水平方向の移動が生ずる結果、第一桁
４に固着される上部ダンパー取付金物１５ａと左岸橋台
１に固着される下部ダンパー取付金物１５ｂとの位置関
係にズレが生じる。

【００２２】すると、第一ダンパー８ａが、図２の想像
線２２に示すように、上記位置関係のズレに追従して塑
性変形を起こすことから、第一桁４の橋軸水平方向の振
動エネルギーの多くが吸収され、地震力による第一桁４
の振動振幅は小さくなる。このため、橋脚３に伝達され
る第一桁４の慣性力が低下し、橋脚３への負担が大幅に
抑制される。

【００２３】この時、第一ダンパー８ａの構成要素のう
ち、鉛円柱１３は主として減衰力を大きく発揮すること
により、振動エネルギーを吸収するように作用し、同時
に、鋼棒１４は主として水平拘束力を大きく発揮して第
一桁４の水平変位を制御することにより、第一桁４が左
岸橋台１から落橋しないように作用する。第二ダンパー
８ｂの作用も同様である。

【００２４】次に、本実施の形態１に係る鋼棒入り鉛円
柱ダンパー８の地震時における性能について、図５に示
す各供試体、即ち、当該鋼棒入り鉛円柱ダンパー８と略
同一構成に係る供試体Ａ、供試体Ａと同一鋼棒の供試体
Ｂ、及び従来型の鉛ダンパーに係る供試体Ｃについて実
験を行って調べたところ、図６（供試体Ａ）、図７（供
試体Ｂ）、及び図８（供試体Ｃ）に示す結果が得られ
た。

【００２５】尚、図６〜図８においては、履歴曲線によ
って囲まれている面積（吸収されるエネルギー＝減衰
力）が直接比較できるよう、水平荷重と水平変位のスケ
ールを同一にしている。

【００２６】図６及び図７によれば、水平荷重に関して
は、供試体Ａの方が供試体Ｂより大きい（最大値だけを
比較すれば供試体Ａの方が供試体Ｂより僅かに大きい）
ことが把握されるのに対し、吸収されるエネルギーに関
しては、供試体Ａの方が供試体Ｂよりかなり大きいこと
が把握される。

【００２７】よって、供試体Ａと略同一構成に係る本実
施の形態１に係る鋼棒入り鉛円柱ダンパー８は、地震時
において、鋼棒と比較して、略同等以上の水平拘束力を
発揮し、かつ、かなり大きい減衰力を発揮することを確
認した。

【００２８】一方、図６び図８によれば、水平荷重に関
しては、供試体Ａの方が供試体Ｃよりかなり大きいこと
が把握され、また、吸収されるエネルギーに関しても、
供試体Ａの方が供試体Ｃよりかなり大きいことが把握さ
れる。

【００２９】よって、供試体Ａと略同一構成に係る本実
施の形態１に係る鋼棒入り鉛円柱ダンパー８は、従来型
の鉛円柱ダンパーと比較して、地震時における水平拘束
力及び減衰力が共にかなり大きいことを確認した。

【００３０】即ち、過大な地震動に対しても、水平拘束
力及び減衰力が共に大きく発揮されることに加え、所望
の水平拘束力を得るための断面が従来型の鉛円柱ダンパ
ーの場合に比して大幅に小さくなることが把握される。

【００３１】従って、本実施の形態１によれば、従来型
の鉛円柱ダンパーの小型化、軽量化を実現することがで
きるので、取り付け作業を容易化することができ、新設
の構造物のみならず、既存の構造物の補強のために後発
的に追加施工を行うような場合にも、簡単に取り付ける
ことが可能である。

【００３２】◎実施の形態２ 図９は、実施の形態２に係る鋼棒入り鉛円柱ダンパー４
１の側断面図を示している。尚、実施の形態１と同様な
構成要素については実施の形態１と同様な符号を付して
ここではその詳細な説明を省略する。

【００３３】この実施の形態２に係る鋼棒入り鉛円柱ダ
ンパー４１の基本構成は実施の形態１に係る鋼棒入り鉛
円柱ダンパー８と略同様であるが、鉛円柱１３の上下両
端部に配設される円板部分１６と前記鋼棒１４とを溶接
部分４２を設けて一体に結合しており、ダンパー取付金
物１５を構成する円板部分１６が鋼棒入り鉛円柱ダンパ
ー４１の構成要素になっている点で、実施の形態１と異
なっている。即ち、本実施の形態２に係る鋼棒入り鉛円
柱ダンパー４１は、鉛円柱１３の上下両端部に、鋼棒１
４に一体に結合された鋼板たる円板部分１６を配設して
なるものである。

【００３４】かかる鋼棒入り鉛円柱ダンパー４１の地震
時における性能について、この鋼棒入り鉛円柱ダンパー
４１と略同一構成を有する供試体Ｄ（図１０）について
再度実験を行って調べたところ、図１１に示す結果が得
られた。図１１における水平荷重と水平変位のスケール
は、図６〜図８と同一にしている。

【００３５】図１１及び図７によれば、水平荷重に関し
ては、供試体Ｄの方が供試体Ｂより大きいことが把握さ
れ、また、吸収されるエネルギーに関しても、供試体Ｄ
の方が供試体Ｂよりかなり大きいことが把握される。

【００３６】ここで、供試体Ｄ及び供試体Ｂが同一の鋼
棒を使用したにも拘わらず、供試体Ｂより供試体Ｄの水
平荷重が大きくなったのは、供試体Ｄは、塑性変形する
過程において鋼棒が鉛に拘束されていることから、供試
体Ｂの鋼棒とは異なった変形形状となったことに起因す
ると考えられる。

【００３７】よって、供試体Ｄと略同一構成に係る本実
施の形態２に係る鋼棒入り鉛円柱ダンパー４１は、鋼棒
と比較して、地震時における水平拘束力を大きく発揮で
き、かつ、減衰力はかなり大きく発揮できることを確認
した。

【００３８】一方、図１１及び図８によれば、水平荷重
に関しては、供試体Ｄの方が供試体Ｃよりかなり大きい
ことが把握され、また、吸収されるエネルギーに関して
も、供試体Ｄの方が供試体Ｃよりかなり大きいことが把
握される。

【００３９】よって、供試体Ｄと略同一構成に係る本実
施の形態２に係る鋼棒入り鉛円柱ダンパー４１は、従来
型の鉛円柱ダンパーと比較して、地震時における水平拘
束力及び減衰力を共にかなり大きく発揮できることを確
認した。

【００４０】また、図１１及び図６によれば、実施の形
態２は、実施の形態１と比較しても、かなり大きな水平
拘束力及び減衰力を発揮できることが把握され、このこ
とは、鋼棒１４と円板部分１６との取付方法を溶接結合
とするか、フリーとするかによって、水平拘束力の調整
が可能であることを意味している。尚、鋼棒１４とし
て、硬めの材料を用いるか、軟らかめの材料を用いるか
によっても、水平拘束力の調整が可能である。また、水
平拘束力の調整とは別個に、鉛円柱１３の断面の大きさ
を適当に変えることにより、減衰力の調整も可能であ
る。

【００４１】尚、図１１及び図６によれば、実施の形態
２は、水平変位が大きくなり、鋼棒１４が破断した後に
おいても、実施の形態１と同程度の水平拘束力及び減衰
力が得られることを確認できる。

【００４２】即ち、本実施の形態によれば、構造形式、
目的に応じて水平拘束力及び減衰力の調整を別個独立し
て行うことができ、それゆえ、従来において対策がなか
った交通振動や機械的振動等をも効果的に解消されるよ
う設計することが可能となる一方、構造形式、目的に合
致した無駄のない設計をも可能となる。例えば、橋梁の
落橋防止の目的のために水平拘束力を大きくし、かつ、
減衰力を増加させるような場合に効果的である。

【００４３】尚、実施の形態１及び実施の形態２におい
ては、本発明に係る鋼棒入り鉛円柱ダンパーを基礎と構
造物との間に介設して地震による振動エネルギーを吸収
する場合に用いることとしたが、この場合に限られず、
例えば、ブロック工法等のブロック間に跨設して地震時
にブロック間で発生する滑りに対抗させる場合や、上記
した交通振動や、機械的振動に対する対策としてこれら
の振動エネルギーを吸収する場合に用いることも効果的
である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
鉛円柱の中心部分に開けた穴に、当該鉛円柱の高さ寸法
に略対応した長さ寸法を有する鋼棒を挿入したので、過
大な地震動に対しても減衰力及び水平拘束力を共に大き
く発揮でき、かつ、減衰力の大きさと水平拘束力の大き
さとを別個独立に設定でき、しかも、所望の水平拘束力
の得られる断面を従来の鉛ダンパーより大幅に小さくで
き、鋼棒ダンパーの如く大きなスペースを占有しなくて
すむから、装置の小型化、軽量化を通じて取付作業の容
易化を図ることができ、よって、後発的追加施工も簡単
に行うことが可能である。

【００４５】また、鋼棒と鋼板との取付方法や鋼棒の硬
さ、鉛円柱の断面の大きさを適宜変更すれば、構造形式
や目的に応じた水平拘束力及び減衰力の調整を別個独立
して行うことができ、例えば、前記鉛円柱の上下両端部
に、前記鋼棒に一体に結合された鋼板を配設すれば、減
衰力及び水平拘束力のうち、特に水平拘束力を大きくす
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る鋼棒入り鉛円柱ダ
ンパーが適用された単純桁橋の概略側面図である。

【図２】本発明の実施の形態１に係る鋼棒入り鉛円柱ダ
ンパーが適用された単純桁橋の断面矢視図である。

【図３】本発明の実施の形態１に係る第一ダンパーの側
断面図である。

【図４】本発明の実施の形態１に係る第一ダンパーの断
面矢視図である。

【図５】実験に用いる供試体の側断面図である。

【図６】実験結果（供試体Ａ）を示すグラフである。

【図７】実験結果（供試体Ｂ）を示すグラフである。

【図８】実験結果（供試体Ｃ）を示すグラフである。

【図９】本発明の実施の形態２に係る鋼棒入り鉛円柱ダ
ンパーの側断面図である。

【図１０】実験に用いる供試体の側断面図である。

【図１１】実験結果（供試体Ｄ）を示すグラフである。

【符号の説明】

１…左岸橋台 ２…右岸橋台 ３…橋脚 ４…第一桁 ５…第二桁 ６…ヒンジ支承 ７…ローラー支承 ８…鋼棒入り鉛円柱ダンパー ８ａ…第一ダンパー ８ｂ…第二ダンパー １１…本体鉛円柱部分 １２…取付鉛円柱部分 １２ａ…上部取付鉛円柱部分 １２ｂ…下部取付鉛円柱部分 １３…鉛円柱 １４…鋼棒 １５…ダンパー取付金物 １５ａ…上部ダンパー取付金物 １５ｂ…下部ダンパー取付金物 １６…円板部分 １７…円筒部分 １８…鍔部分 １８ａ…ボルト挿通穴 １９…袋ナット埋設アンカー穴 ２０…アンカーボルト ２１…ナット ２２…想像線 ４１…鋼棒入り鉛円柱ダンパー ４２…溶接部分

フロントページの続き (72)発明者 作宮 一新 東京都中央区日本橋本町一丁目６番１号 東邦亜鉛株式会社内 (72)発明者 野寄 剋彦 東京都中央区日本橋本町一丁目６番１号 東邦亜鉛株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉛円柱の中心部分に開けた穴に、当該鉛
   円柱の高さ寸法に略対応した長さ寸法を有する鋼棒を挿
   入してなることを特徴とする、鋼棒入り鉛円柱ダンパ
   ー。
2. 【請求項２】 前記鉛円柱は、上下両端部に、前記鋼棒
   に一体に結合された鋼板を配設してなることを特徴とす
   る、請求項１に記載の鋼棒入り鉛円柱ダンパー。