JPH1161737A - 道路の柱用の地震衝撃減衰装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 柱および支持構造体の両方を地震の力および
モーメントから保護するために既存の柱に改装すること
ができる地震減衰装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 橋、高架高速道路または大型構造体を支
持するのに使用される柱のような荷重支持柱に使用する
のに特に適した地震衝撃減衰装置。この減衰装置は構造
体に対する損傷の大きさを低減することにより、構造体
に伝達される地震の周波数を遮断し且つ低減することに
より、構造体の課せられる力および加速度を低減するこ
とにより、および構造体に加えられる水平方向および垂
直方向の変位を低減することにより構造体の耐地震性を
向上する。この減衰装置は雌受け部と、この雌受け部内
に設定される雄プラグとよりなり、雌受け部は雄プラグ
と雌受け部との間の隙間を完全に或いは部分的に埋める
比較的可撓性の衝撃挿入体により雌受け部から分離され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は地震衝撃減衰装置に関
し、より詳細には、橋、高架高速道路または他の大きい
構造体を支持するのに使用される荷重支持柱に使用する
のに適した地震衝撃減衰装置に関する。

【０００２】

【従来技術および発明が解決しようとする課題】荷重支
持柱に支持された橋、高架高速道路または他の大きい構
造体はしばしば構造体のための地震保護が必要とされる
地域に建設される。これらの構造体の構造保全性は地震
中に課せられる応力から破壊されずに残るように荷重支
持柱の容量に非常に依存している。構造体は１つまたは
それ以上の荷重支持柱の損失に耐えることができるのが
よいが、各破損は構造体の残部に作用する荷重を増大
し、且つ構造体全体を破損させるようにしがちである。
かくして、地震中、柱内に発生される力およびモーメン
ト下で荷重支持柱が破損しないようにすることが重要で
ある。これらの荷重は水平および垂直の力ならびに捩じ
りモーメントおよび曲げモーメントを含む。

【０００３】これまで、ビル用の地震保護装置の開発は
主として構造体を基礎から遮断する方法に集中してい
た。基部遮断はこれらの方法に付けられた名称である。
基部遮断装置により支持されたビルはその基礎上に浮遊
（フロート）している。更に、構造が発生させるいずれ
の運動をも減少させるのに減衰装置も使用されている。
一般に、米国特許第 3,606,704号（デントン）、米国特
許第 3,794,227号（スメドレイ等) 、米国特許第 4,86
0,507号（ガーザ─タマズ) 、米国特許第 5,386,671号
（ヒュー等) を参照せよ。基部遮断はビルを地震荷重か
ら保護する効果的な方法であることが証明されている。
基部遮断を使用したビルは比較的大きい領域（足跡）を
有する基礎により支持され、代表的なビルは正方形また
は矩形の形状を有し、且つ４つの外部荷重支持壁部を有
している。かくして、地震力は大きい領域にわたって散
開される。更に、基礎遮断装置上のものでも、ビルはほ
とんどの荷重下で安定である。ビルは、その重心（ほぼ
ビルの幾何学的中心）が外部荷重支持壁部のうちの１つ
の壁部の垂直平面の外側になるように移動されると、不
安定になるだけである。ビルは不安定になると、傾く
が、代表的なビルはこれをぐらつかせるのに必要な距
離、ビルの重心を移動させるのに必要な力を発する負荷
から助かることができそうにもない。

【０００４】ビル用の地震減衰装置を開発する際の経過
にかかわらず、橋、高架高速道路または同様な大型構造
体用に開発され、荷重支持柱自身に使用するのに効果的
であると証明されたいずれの地震減衰装置も無かった。
更に、代表的な構成方法はクロスビームまたは橋脚頭を
支持するのに単一の柱または単一列の柱を使用してい
る。基部遮断の形態として作用する幾つかの地震保護装
置が開発されてきた。これらの装置は橋のクロスビーム
または橋脚頭とガーダー構造体との間に設置されてい
た。米国特許第 3,986,222号（ミヤザキ等）および米国
特許第 4,729,882号（ガロ）を参照せよ。ビームまたは
橋脚とガーダー構造体との間に位置決めされた地震保護
装置はガーダー構造体のいくらかの保護を行うかも知れ
ないが、荷重支持柱およびクロスビームまたは橋脚、基
礎と衝撃減衰装置との間に位置決めされた不可欠な構造
部材は未保護のままにされている。

【０００５】これらの柱用の地震保護装置の設計および
構成はビル用の保護装置の設計および構成より困難であ
る。この難点は柱と構造体との下記の相違（１）〜
（４）のために生じる。（１）ビルにおける地震荷重は
橋用の少ない数と比較して多い数の荷重支持部材のわた
って散開される、（２）ビルにおける地震荷重は柱の小
さい横断面と比較して比較的大きい領域にわたって散開
され、（３）構造体は柱と比較して大きい範囲の安定性
を有しており、（４）構造体はビルとその基礎との間に
装着された基部遮断装置に浮遊（フロート）することが
でき、代表的な柱は適切な支持のためにそれらの基礎に
固定されなければならない。荷重支持柱用の地震保護は
現在のところ、柱を地震中の発生する力およびモーメン
トすべてに耐えるように設計することよりなる。地震力
およびモーメントに耐えるように柱を設計するのは、幾
つかの欠点がある。この解決策に伴う主な問題は、
（ａ）より強い柱を構築する付加コスト、および（ｂ）
地震荷重に耐えるように全構造体を設計して構築する付
加コスト、または地震減衰装置または遮断装置をクロス
ビームまたは橋脚頭と構造体の残部との間に設置するコ
ストである。また、クロスビームまたは橋脚頭と構造体
との間に使用するように開発された地震減衰装置／遮断
装置は主に単一方向においてのみ地震荷重の減衰を行う
が、地震力は普通、多方向、例えば、水平方向および垂
直方向の両方に発生する。米国特許第 4,720,882号（ガ
ロ）および米国特許第 3,986,222号（ミヤザキ等）を参
照せよ。

【０００６】不運にも、最近の地震は「地震防止」大型
構造体の既存方法の欠陥を実証し、その結果地震中、荷
重支持柱を破損から保護する必要を示した。かくして、
新規な柱に使用することができ、方向にかかわらず、柱
および支持構造体の両方を地震の力およびモーメントか
ら保護するために既存の柱に改装されることができる地
震減衰装置／遮断装置が必要である。

【０００７】

【課題を解決する手段】本発明は上記問題を解決したも
のであり、広くは荷重支持柱用の地震衝撃制御装置より
なる。単一の開口を有する雌受け部が設けられている。
雌受け部の底部に心だしされた半球形の窪みに摩擦ロッ
カーが載っている。摩擦ロッカーの上方で雌受け部の開
口に嵌入するように雄プラグが形成されており、雄プラ
グと雌受け部および頂摩擦ロッカーとの間に隙間を残し
ている。これらの隙間は代表的には、ポリウレタンで埋
められる。雌受け部および雄プラグを荷重支持柱に取付
けるために取付け手段が設けられている。

【０００８】

【実施例】

ａ．構造 図１は本発明による地震衝撃減衰装置１０を示してい
る。衝撃減衰装置のこの実施例は比較的軽い荷重、代表
的には５００ポンド／平方インチより非常に小さい荷重
に耐えるように設計された柱に使用するようになってい
る。衝撃減衰装置１０は雌受け部２０と、隙間７０を残
して雌受け部２０の内側に嵌合する雄プラグ４０と、雄
プラグ４０と雌受け部２０との間の隙間７０を完全に或
いは部分的に埋める衝撃挿入体６０とを備えている。第
１グループのリバー部材１００が雌受け部２０に取付け
られ、第２グループのリバー部材１０２が雄プラグ４０
に取付けらており、これらのリバー部材は衝撃減衰装置
１０を強化コンクリート柱に連結するように機能する。

【０００９】雌受け部２０は頂縁部２２と、この頂縁部
２２を外側底面２６に接合する外側受け部表面２４と、
頂縁部２２を内側底面３０に接合する雌円錐形表面２８
とを備えている。雄プラグ４０は頂面４２と、頂面４２
を底縁部４６に接合する外側プラグ表面４４と、底縁部
４６をプラグ底部５０に接合する雄円錐形表面４８とを
備えている。雄プラグ４０は、これが雌受け部２０に一
般に接触しないように隙間７０を残して雌受け部の内側
に嵌まる。好ましくは、雌受け部２０と雄プラグ４０と
の間のこの空間を完全に埋めるのは衝撃挿入体６０であ
る。しかしながら、或る用途では、衝撃挿入体６０は雌
受け部２０と雄プラグ４０との間の空間を部分的にしか
埋めない。例えば、衝撃挿入体６０は雌受け部２０の雌
円錐形表面２８と雄プラグ４０の雄円錐形表面４８との
間の空間を埋めるかも知れない。或いは、衝撃挿入体６
０は雌受け部２０の雌円錐形表面２８と雄プラグ４０の
雄円錐形表面４８との間の空間および雌受け部２０の頂
縁部２２と雄プラグ４０の底縁部４６との間の空間を埋
めてもよい。衝撃挿入体６０により埋められた空間の範
囲の選択は特定の荷重支持柱についての規格、技術者の
判断および後述の有限要素分析の結果により決まる。

【００１０】下記対の表面は互いにほぼ平行である。
ａ）頂面４２および底面２６、ｂ）底縁部４６および頂
縁部２２、ｃ）雄円錐形表面４８および雌円錐形表面２
８、ｄ）プラグ底部５０および内側底面３０。しかしな
がら、これらの対の表面は平行である必要がないが、こ
れらの表面が平行である場合、衝撃挿入体６０はより均
一に負荷される。更に、平行表面は、地震中、追加のモ
ーメントを衝撃減衰装置１０に加えることなしに雌受け
部２０に対して雄プラグ４０の一様な水平変位を促進す
る。しかしながら、構造技師が衝撃挿入体の不均一な負
荷および特定の用途について衝撃減衰装置１０内のモー
メントの発生を必要とするような幾つかの用途がある。
更に、代表的な柱については、下記対の表面間の距離が
ほぼ等しいことが好ましい。ａ）底縁部４６および頂縁
部二十二、ｂ）雄円錐形表面４８および雌円錐形表面、
およびｃ）プラグ底部５０および内側底面３０。対向表
面すべての間の等しい距離により、衝撃挿入体６０に均
一な厚さをもたらし、衝撃挿入体６０の均一な負荷を促
進する。しかしながら、構造の規格により、異なる対の
表面がそれらの間に異なる間隔を有することを必要とす
るような幾つかの用途がある。かくして、衝撃挿入体６
０は、特定の用途について、必要なら厚さが変化するこ
とができる。下記の表面が交差するようなコーナが鋭角
であることができるが、下記コーナは１．２７ｃｍ〜
３．８１ｃｍ（０．５〜１．５インチ）ｎｏ半径を有す
ることが好ましい。ａ）頂縁部２２および雌円錐形表面
２８、ｂ）ｍｅｓｕ円錐形表面２８および内側底面３
０、ｃ）底縁部４６および雄円錐形表面４８、および
ｄ）雄円錐形表面４８およびプラグ底部５０。半径の必
要および半径の量は衝撃挿入体６０用の選択される材
料、衝撃減衰装置１０に対する荷重および衝撃減衰装置
１０が受け入れるような水平変位の量により決まる。各
コーナの半径は衝撃挿入体６０の切込み、引裂き、また
は他の損傷を防ぐのに十分大きいべきである。

【００１１】雌円錐形表面２８および雄円錐形表面４８
の好適な傾斜は衝撃減衰装置１０に対する荷重、衝撃挿
入体６０用に選択される材料、衝撃減衰装置１０が受け
入れる水平変位の量および衝撃減衰装置１０の堅さによ
り変化し得る。しかしながら、６度の角度がほとんどの
用途について作用するものと思われる。この角度を後述
の設計法における特定の用途に最適化することができ
る。第１グループのリバー部材１００は雌受け部２０に
取付けられており、第２グループのリバー部材１０２は
雄プラグ４０に取付けられている。この取付けは特定な
用途について十分な強度で任意の手段により行い得る。
幾つかの例をあげると、雄プラグ４０の頂面４２または
雌受け部２０の外側底面２６への溶接、締結または接
着、リバー部材１００、１０２のまわりへの雌プラグ２
０および／または雄プラグ４０の鋳込み（これらの部材
は適当な距離で鋳造物に挿入される）があるが、これら
の例に限定されない。リバーの数、間隔、等級、材料お
よび大きさは、衝撃減衰装置１０を橋、高架高速道路ま
たは同様な構造体を支持する強化コンクリート柱に容易
に組入れることができるように、構造体／橋の技師によ
り定められ、且つ特定される。

【００１２】図１に示す地震衝撃減衰装置を通る２─２
に沿った水平断面図である図２Ａを参照すると、衝撃減
衰装置１０ａの外面２４ａが円形横断面を有するように
形成された衝撃減衰装置１０ａの第１実施例が示されて
いる。本発明による地震衝撃減衰装置の他の実施例を通
る水平横断面図である図２ｂを参照すると、雌受け部２
０の外面２４ｂが正方形の横断面を有する衝撃減衰装置
１０ｂの実施例が示されている。しかしながら、雄プラ
グ４０の外側プラグ表面４４および雌受け部２０の外側
受け部表面２４は横断面が任意の形状であることができ
る。代表的には、雌受け部２０の外面２４および雄プラ
グ４０の外面４４の両方は同じ横断面を有しており、こ
の横断面は衝撃減衰装置１０を用いた柱の横断面に合致
する。

【００１３】図３は、図１に示すものと概ね同様である
が、雌受け部２０の内側底部３０に心だしされた凹形の
半球状窪み３２と、雄プラグ４０のプラグ底部５０に心
だしされた対応する凸形の半球状隆起部５２とが設けら
れた地震衝撃減衰装置を通る水平横断面を示している。
窪み３２の半径および隆起部５２の半径は橋／構造体の
技師が望む再整合力の量により決まる。これらの半径は
好ましくは、窪み３２と隆起部５２との間に距離が一定
のままであり、且つ内側底面３０とプラグ底部５０との
間の距離に略等しいように選択される。この均一な間隔
により、衝撃挿入体６０のより均一な負荷をもたらす。
しかしながら、この距離は特定な橋／構造体の特定な設
計要件を満たすように変化することができる。発生され
る再整合力の量は衝撃挿入体６０の材料特性および窪み
３２および隆起部５２用に選択された実際の半径により
決まる。更に、雌受け部２０の凹形半球状窪み２１を凸
形半教条隆起部と代え、且つ雄プラグ４０の凸形半教条
隆起部５２を凹形半球状窪みと代えることによって同じ
種類の再整合力を発生させることができる。

【００１４】図３に示す衝撃減衰装置１０の変形例は以
上で図１に付いて論述した衝撃挿入体６０の変形例を有
する。衝撃挿入体６０が雌受け部２０の窪み３２と雄プ
ラグ４０の隆起部５２との間の空間を埋めない場合、窪
み３２および隆起部５２は互いに接触しているべきであ
り、また必要とされる再整合力を発生させるのに適した
半径を有している。隆起部５２の構成および半径は図４
に示す後述の摩擦ロッカー８０の低端部８６の半径と同
じようにして定められる。同様に、窪み３２の構成およ
び半径は図４にも示す後述の摩擦ロッカー座１４０の窪
み１４４の半径と同じようにして定められる。図４は図
１に示すもの概ね同様な地震衝撃減衰装置を通る垂直横
断面の斜視図を示しており、この地震衝撃減衰装置で
は、摩擦ロッカー８０、衝撃プラグ１２０および摩擦ロ
ッカー座１４０が設けられている。この実施例は荷重が
５００ポンド／平方インチを越えるような柱用の一般に
好適な実施例である。図４でわかるように、雄プラグ４
１は図１に示す構造から変更されており、更に、この雄
プラグ４１はそのプラグ底部５０に心だしされた円筒形
キャビティ５４を備えている。円筒形キャビティ５４は
側壁部５６および上端面５８を有している。

【００１５】雌受け部２１も変更されている。更に、雌
受け部２１もは座キャビティ３４を有している。この座
キャビティ３４は摩擦ロッカー座１４０を受入れのに十
分大きく、摩擦ロッカー差１４０が雌受け部２０の内側
底部３０および窪み３２の両方を交換するように設置さ
れている。座キャビティ３４は底面３８と、雌円錐形表
面２８を底面３８に接合する側面３６とを有している。
摩擦ロッカー座１４０を特定の用途に使用しない場合、
雌受け部２０は上記のように変更されない。摩擦ロッカ
ー８０は雄プラグ４１の円筒形キャビティ５４に摺動可
能に挿入され、円筒形キャビティ５４の下端部から突出
している。摩擦ロッカー８０は横断面が概ね円筒形であ
り、また上端部分８２と、下端部分８６と、上端部分８
２を下端部分８６に連結するステム８４とを有してい
る。下端部分８６は中央の半球形に湾曲した支持面９０
と、管状の半球形に湾曲した縁面８８とを有している。
半球形に湾曲した支持面９０は摩擦ロッカー８０の下端
部分８６上に心だしされており、管状の半球形に湾曲し
た縁面８８は半球形に湾曲した支持面９０をステム８４
の外面に接合している。管状の半球形に湾曲した縁面８
８と半球形に湾曲した支持面９０との交差部に角度の著
しい変化があってもよいが、この交差部は滑らかである
ことが好ましい。代表的には、管状の半球形に湾曲した
縁面８８および半球形に湾曲した支持面９０は異なる半
径を有しているが、或る用途では、管状の半球形に湾曲
した縁面８８および半球形に湾曲した支持面９０の両方
の半径は同じであることができる。

【００１６】変更例として、摩擦ロッカー８０の下端部
分８６はロッカー支持体およびソケットから形成しても
よい。ロッカー支持体は形状が概ね球状である。支持体
の一方の半球はソケットに存在し、半球状に湾曲した支
持面は荷重に接触しこの荷重を摩擦ロッカーから雌受け
部２０または摩擦ロッカー座１４０へ移送する。ロッカ
ー支持体およびソケットの直径は発生された摩擦を最小
にするように設計されている。更に、これらの半球の変
形は下端部分８６の縁面８８および半球形に湾曲した支
持面９０の半径と同じようにして定められる。これらの
半径を定める方法を以下に説明する。雄プラグ４０の円
筒形キャビティ５２は摩擦ロッカー８０をわずかな即ち
最小の摩擦で円筒形キャビティ５２内で摺動させるのに
十分な大きい直径を有している。円筒形キャビティ５２
の直径は摩擦ロッカー８０が円筒形キャビティ５２内で
中心をあまりにも遠くずれるのを防ぐのに十分小さくな
ければならなく、そうでなければ、摩擦ロッカー８０が
これが載置している表面と協働して作用して所望の再整
合力を発生させるの妨げてしまう。

【００１７】摩擦ロッカー８０と雄プラグ４１の円筒形
キャビティ５２の上端面５８との間には、衝撃プラグ１
２０が位置しており、この衝撃プラグ１２０は摩擦ロッ
カー８０と上端面５８との間の空間を完全に埋めてい
る。衝撃プラグ１２０は荷重の大部分を雄プラグ４１か
ら摩擦ロッカー８０へ移送する。しかも、衝撃プラグ１
２０は地震力を減衰し、且つ吸収し、また摩擦ロッカー
８０から衝撃プラグ１２０を通って雄プラグ４１へ伝達
されたこれらの力の周波数を低下させる。衝撃プラグ１
２０は好ましくは衝撃挿入体６０と同じ材料から製造さ
れている。更に、衝撃プラグ１２０は好ましくは衝撃挿
入体６０と同じ厚さである。しかしながら、衝撃挿入体
６０および衝撃プラグ１２０の材料および厚さの両方は
特定の構造の規格を満たすように用いられるのがよい。
衝撃プラグ１２０を製造するための可能な材料は衝撃挿
入体６０用に挙げたものと同じである。

【００１８】摩擦ロッカー８０は摩擦ロッカー座１４０
に載っている。この座１４０はなさつロッカー８０に課
せられた垂直荷重を雌受け部２１へ移送する。摩擦ロッ
カー座は内側底面１４２と、凹形の半球形窪み１４４
と、底面１４８とを有している。凹形の半球形窪み１４
４は内側底面１４２に心だしされており、上記雌受け部
２０の窪み３２として本質的に同じ機能を果たす。座１
４０の窪みを取り囲んでいるのは内側底面１４２であ
る。或る用途では、窪み１４４の半径および衝撃減衰装
置１１の大きさによっては、内側底面１４２は必要とさ
れたり、望まれたりしない。しかしながら、一般には、
側壁部１４６が内側底面１４２を底面１４８に連結す
る。摩擦ロッカー座１４０および雌受け部２１の両方の
材料と適合する任意の方法により摩擦ロッカー座１４０
を雌受け部２１に接合することができ、好適な方法は締
り嵌めか、或いは鋳造前に摩擦ロッカー座１４０を雌受
け部２１用の型に入れることによる。

【００１９】摩擦ロッカー座１４０は摩擦ロッカーの下
端８６により課せられる局部応力が雌受け部２０用に選
択された材料の降伏応力を越えるような用途に必要とさ
れるだけである。摩擦ロッカー座１４０の不在の場合、
摩擦ロッカー８０は雌受け部２０の凹形半球形窪み３２
に位置する。更に、小さい再整合力のみを必要とする或
る用途では、雌受け部２０の凹形半球形窪み３２も、摩
擦ロッカー座１４０の窪み１４４も必要とされない。窪
み１４４または窪み３２の不在の場合、摩擦ロッカー８
０の下端部８６は、どの実施例を用いるかに応じて、摩
擦ロッカー座１４０の内側底面１４２にか、或いは雌受
け部２０の内側底面３０に直接位置する。摩擦ロッカー
８０の下端部８６の半球形に湾曲した支持表面９０の半
径は雌受け部２０の窪み３２または摩擦ロッカー座１４
０の窪み１４４の半径と同じである。摩擦ロッカー８０
の環状の半球形に湾曲した縁面８８と摩擦ロッカー座１
４０の窪み１４４または雌受け部２０の窪み３２との半
径の差は下記式により側／再整合力を発生する。 〔数１〕 但し、Ｆ_SR ＝２つの半径の差から望まれる側／再整合
力 Ｆ_P ＝柱に作用する垂直荷重 ｄ＝雌受け部２０に対する雄プラグ４０の水平変位 Ｒ₁ ＝摩擦ロッカー座１４０の窪み１４４または雌受け
部２０の窪み３２の半径 Ｒ₂ ＝摩擦ロッカー８０の環状の半球形に湾曲した縁面
８８の半径 表１は上記式のプロットであり、Ｒ₁ ＝６０．９６ｃｍ
（２４インチ）、およびＲ₂ ＝３０．４８ｃｍ（１２イ
ンチ）。

【００２０】上記式は、摩擦ロッカー座１４０の窪み１
４４が平らであるか、或いはこれを使用しないなら、す
なわち、摩擦ロッカー座１４０の内側底面１４２が摩擦
ロッカー座１４０の全上面をなすなら、適用できない。
この場合、Ｆ_SRはゼロに等しい。更に、摩擦ロッカー８
０の半球形に湾曲した支持面９０はほぼ平らであり、摩
擦ロッカー８０の環状の半球形に湾曲した縁面８８は平
らでもよいし、湾曲していてもよい。この実施例では、
摩擦ロッカー８０の下端部８６がこれが載っている表面
を損傷しないようにするために縁面が或る半径を有する
のが好ましい。この表面は摩擦ロッカー座１４０の内側
底面１４２でもよいし、或いは雌受け部２０の内側底面
３０でもよい。発生された全側／再整合力（Ｆ_S ）は下
記式から求められる。

【００２１】Ｆ_S ＝Ｆ_SR＋Ｆ_SI 式中、Ｆ_SI＝衝撃挿入体６０により発生される側／再整
合力 Ｆ_SIは衝撃挿入体６０用に選択された材料による。表２
は９５の硬度ジュロメータを有するウレタンを使用して
発生されたＦ_SIのプロット例である。Ｆ_S は規格におい
て橋／構造体の技師が設けるパラメータのうちの１つで
ある。図５は強化コンクリート柱の初めの構成中に装着
される衝撃減衰装置１１ａを示す図４の地震衝撃減衰装
置の垂直横断面図である。対照的に、図６は、地震衝撃
減衰装置１１ｂの実施例の垂直横断面を示しており、こ
の実施例では、衝撃減衰装置１１ｂを逆嵌合地震保護体
としての既存の柱に取りつけるためのカラー１１０およ
びカラー１１２が設けられており、摩擦ロッカー座１４
０の不在を示している。逆嵌合衝撃減衰装置１１ｂは、
（１）工事されている柱から荷重を除去するように構造
体を支持し、（２）カラー１１０、１１２なしで衝撃減
衰装置１１ｂを装着すのに十分大きい柱の一部を切取
り、すなわち、除去し、（３）切り取られた柱の各端部
ごとに１つずつの２つのカラー１１０、１１２を装着
し、（４）衝撃減衰装置１１ｂを柱における空間に挿入
し、（５）カラー１１０を雌受け部に、またカラー１１
２を雄プラグに取付け、（６）カラー１１０、１１２を
柱に取付けることによって装着される。カラー１１０、
１１２は好ましくは、複数のねじ留め具により、或いは
溶接により衝撃減衰装置１１ｂに取付けられる。カラー
１１０、１１２は柱およびカラー１１０、１１２に使用
される材料と適合する任意の適当な手段により柱に取付
けられる。 ｂ．作動 本発明により構成された地震減衰装置はこれを通って伝
達された地震力の大きさを減衰し、且つその周波数を低
下させる。これらの作用の両方は主として下記（１）お
よび（２）の結果である。（１）衝撃減衰装置に課せら
れる力に応じて雌受け部を雄プラグに対して水平に変位
させる際に衝撃挿入体を雄プラグのまわりに流す衝撃挿
入体の能力、および（２）衝撃挿入体および衝撃プラグ
を通って伝達された地震の周波数を吸収したり、濾過し
たり、低下させたりする衝撃挿入体および衝撃プラグ両
方の能力。また、衝撃挿入体の変位により、衝撃減衰装
置が地震中に発生される力または他の摂動力を吸収する
ことができる。これらの衝撃減衰装置の自己整合能力に
より、衝撃減衰装置は繰り返し地震衝撃の後でも設計通
りに機能し続ける。更に、この衝撃減衰装置によれば、
その下方の柱を、柱のこの部分が損傷される場合に離脱
させることができる。衝撃減衰装置のこの能力は離脱柱
が支持された構造体の残部を引き下げるのを防ぐ。 ｃ．材料／作製 雌受け部２０および雄プラグ４０は特定の用途について
十分な強度および適当な弾性係数を有する任意の材料で
製造することができる。可能性のある材料を挙げると、
鉄、鋼、アルミニウム、他の金属、およびケブラー（Ke
vlar) 、炭素繊維、Ｓ−ガラス、およびＥ─ガラスをエ
ポキシ、ビニルエステルまたはポリエステル樹脂に埋設
したような複合体があるが、材料はこれらのものに限定
されない。雌受け部２０および雄プラグ４０用の好適な
材料はフェライト構造体の耐腐蝕性ニッケル合金化ダク
タイル鋳鉄である（米国特許第 4,702,886 (ケント)
）。この鋳鉄はほとんどの用途について適切な強度お
よび耐腐蝕性を有している。更に、この材料は比較的安
価であり、加工容易である。雌受け部２０および雄プラ
グ４０の両方は好ましくは砂鋳造により形成される。衝
撃挿入体６０と接触している表面、すなわち、頂縁部２
２、雌円錐形表面２８、内側底部３０、底縁部４６、雄
円錐形表面４８および底部５０は衝撃挿入体６０用に選
択された材料と適合する表面仕上げ剤を有していなけれ
ばならない。これらの表面用の好適な仕上げ剤は２５０
仕上げ剤である。或る用途、特に、高荷重用途は、より
滑らかな仕上げ剤および／またはシリコーン、テフロン
のような皮膜、または他の潤滑性／底摩擦皮膜を必要と
することもある。

【００２２】衝撃挿入体６０は特定の用途で適当な応力
歪曲線および十分な粘度を有する任意の比較的可撓性の
材料から製造されるのがよい。衝撃挿入体６０用の好適
な材料は特定の用途で適切なジュロメータを有するウレ
タン（ポリウレタン）である。衝撃挿入体６０は好まし
くは雄プラグ４０と雌受け部２０との間の特定の距離で
雌受け部２０を雌受け部２０に支持することによって形
成される。この距離はウレタン（ポリウレタン）の硬化
中のウレタン（ポリウレタン）予期収縮を考慮して衝撃
挿入体６０の仕上げ厚さプラス追加の量により定められ
る。適切なジュロメータのウレタン（ポリウレタン）を
混合し、次いで雌受け部２０と雄プラグ４０との間の空
間に注入する。ウレタンが硬化したら、雄プラグ４０を
もはや支持する必要がない。図４に示す衝撃減衰装置１
１を構成すると、まず、ウレタンワッシャを摩擦ロッカ
ー８０のまわりで雄プラグ４１のプラグ底部５０と摩擦
ロッカー座１４０の内側底部１４２または雌受け部２０
の内側底部３０との間の空間に設置する。このワッシャ
はウレタンが空気空間１５０（図４）に流入しないよう
にする。ウレタンが空気空間１５０に流入すると、ウレ
タンが摩擦ロッカー８０の作動に影響する可能性があ
る。或る用途では、この可能性のある作用は許容される
こともあり、かくしてウレタンワッシャは使用されな
い。このワッシャは、残りのうれたんを注入すると、衝
撃挿入体６０の一体的な一部となる。

【００２３】摩擦ロッカー８０十分な強度および硬度
（雌受け部２０および雄プラグ４０に付いての上記リス
トを参照せよ）を有する任意の材料から製造し得る。好
適な材料は摩擦ロッカー８０の下端部分８６が６０〜６
５のロックウェル硬度まで硬化されるASTM A 325、対応
3、グレード Bの高強度底合金体腐蝕性鋼である。更
に、摩擦ロッカー８０が電解腐蝕または他の腐蝕の種類
が起こらないように雄受け部用に選択された材料と適合
できることが好ましい。しかも、或る用途では、テフロ
ンまたはシリコーンのような摩擦低減皮膜の使用が性能
を高めるために望まれるか、或いは衝撃減衰装置１１の
適切な性能を得るために必要とされる。摩擦ロッカー座
１４０は十分な強度および硬度（雌受け部２０および雄
プラグ４０用の上記リストを参照せよ）を有する任意の
材料から製造し得る。好適な材料は９０〜９５のロック
ウェル硬度まで硬化され且つ摩擦ロッカー８０と適合で
きる工具鋼である。摩擦ロッカー座１４０は衝撃減衰装
置が適切に機能するように摩擦ロッカー８０より硬いこ
とが好ましい。更に、或る用途では、内側底面１４２お
よび窪み１４４はテフロンまたはシリコーンにような摩
擦低減皮膜で被覆されるのがよい。これらの皮膜は性能
を高めるために望まれ、或いは衝撃減衰装置の適切な性
能を得るために必要とされる。 ｄ．摺動シュー実施例 図７および図８は衝撃減衰装置組立体２００を示してお
り、この衝撃減衰装置組立体２００はその雄部材とおよ
び雌部材との間で種々の荷重の一部を移送するための摩
擦インターフェースがあると言う点で図４および図５に
示すものと幾らか同 様である。しかしながら、この
場合、（上記ロッカー座の大きい窪みと対向するよう
に）２つの部材間に平らな平面状インターフェースがあ
り、シュー地震が比較的小さい半球形ソケットに揺動可
能に設けられている。

【００２４】従って、図７でわかるように、上記雄およ
び雌部材に概ね相当する雄プラグ部材２１０および雌受
け部材２１３が設けられている。尚、図７および図８で
は、これらの部材は図１ないし図６の図と比較した逆の
配向出示されており、これは単に設計の選択の問題であ
る。雌受け部材２１２の内面には、概ね水平な方向に整
合された実質的に平らな平面状の基表面２１４が設けら
れている。また、雄プラグ部材２１０の上端部には、受
け部の基表面２１４に摺動で当接する平らな実質的に平
面状の上面２１８を有する摺動シュー部材２１６が設け
られている。図８でもわかるように、シュー部材は支持
カップ２２４の対応する半球形ソケット２２２内に受入
れられる半球形の底面２２０を有しており、支持カップ
２２４は雄プラグ部材のテーパな上端部の開口２２６に
設けられている。荷重をプラグ部材の端部に供給するた
めに、カップ２２４の環状の荷重支持ショルダー２２８
プラグ部材の対応リップ２３０に係合している。シュー
部材を支持するために別体の支持カップ２２４を使用す
ることにより、このシュー部材を高強度工具高で製造す
ることができ、プラグ部材全体をこの材料で製造しなけ
れなならない（これは余りにも高価である）ことはな
い。

【００２５】最後に、ウレタン衝撃挿入体２４０は上記
と本質的に同じようにプラグ２１０と受け部２１２との
間に形成される。図７でわかるように、頂部の摺動シュ
ー組立体を含めて雄プラグ部材の高さは、好ましくは、
挿入体の変形が起こると妨げられない移動を許容するよ
うに挿入体の可撓性材料で埋められる垂直隙間２４２が
受け部のリップ２４４とプラグの基部２４７との間に形
成されるような高さである。上記のように、挿入体は適
切には、部材間に流動される可撓性ウレタン挿入体であ
るのがよい。しかしながら、受け部の底部は好ましくは
シューぶああいを基表面２１４畳を自由に摺動させるポ
ケット２４８を形成するようにウレタンまたは他の材料
から自由に保たれる。図示の実施例では、雄プラグ部材
および雌受け部材は、柱または同様な構造体に衝撃減衰
装置組立体を取付けるために強化ロッド２５２が延びて
いる基部フランジ２５０ａ、２５０ｂに取付けられてい
る。しかしながら、上記のように、ロッド部材に加え
て、あるいはそれに代えて、他の適当な取付け手段を用
いてもよく、例えば、柱の諸部分の端部にスリーブまた
は他の手段により取付けられる対応するフランジ（図示
せず）に図７に示す基部フランジ２５０ａ、２５０ｂを
ボルト止めしたり、或いは他の方法で取付けることがで
きる。

【００２６】地震の場合、衝撃減衰装置組立体の作動は
図４および図５に示す組立体のものと概ね同様であり、
雌受け部をプラグに対して水平方向に変位させるように
衝撃挿入体が雄プラグのまわりを流動する。しかしなが
ら、図７に示す実施例では、シュー部材および雌受け部
上の平らな支持表面の摺動係合により側─側運動が許容
され、図７に矢印で示すように、半球形支持表面２２０
により、柱の上部分と下部分との間の軸方向整合の変化
を受け入れるようにシューを傾動させたり揺動させたり
する。また、図７および図８に示す実施例は特に転動型
地震を受ける領域で使用するように構成されているが、
特に垂直方向における地震力の追加の減衰／吸収を行う
ために、上記のもの（衝撃プラグ１２０参照）と実質的
に同様な衝撃挿入体／プラグをシュー／カップ組立体２
１６、２２４の下に組み入れてもよい。

【００２７】図７および図８に示す実施例についての設
計の考慮問題、変更要素の構成および材料の選択は上記
のものと実質的に同様である。しかしながら、この実施
例では、（上記のASTM A 325 タイプ 3、グレード Bの
高強度硬化鋼のような）高強度材料で形成された支持表
面を有すること、および組立体の性能を高めるようにテ
フロンまたはシリコーンのような適当な低摩擦および／
または潤滑性材料で少なくともシュー部材を被覆するこ
とが特に好ましいことがわかるであろう。また、図７お
よび図８に示す実施例の摺動支持表面がすべて実質的に
平らであるか、或いは半球形であるので、加工コストが
最小にされることがわかるであろう。更に、望むなら、
半球形摺動シュー部材の表面にのみ塗布することによっ
て低摩擦／潤滑性皮膜材料の量を最小にすることができ
る。 ｄ．設計 各衝撃減衰装置は橋／構造体を設計する構造技師により
課せられる規格を満たすように設計しなければならな
い。技師は、下記の事（ａ）〜（ｇ）、すなわち、
（ａ）構造体を支持するのに使用される柱の数、（ｂ）
柱の形状寸法、（ｃ）柱の横方向等方性材料特性、
（ｄ）衝撃減衰装置の必要とされる堅さ、（ｅ）衝撃減
衰装置の予想位置、（ｆ）所望される最大の水平振れ、
および（ｇ）各柱の水平方向および垂直方向の設計荷重
を規定する。衝撃減衰装置の設計は MARC ANALYSIS^TMの
ような有限要素分析プログラムを使用することにより立
証される。下記の情報（ａ）〜（ｅ）、すなわち、
（ａ）衝撃減衰装置の各部片の寸法形状、（ｂ）雌受け
部２０または２１、雄プラグ４０または４１、摩擦ロッ
カー８０（図４に示す）、摩擦ロッカー座１４０（図４
に示す）およびカラー１１０、１１２（図６に示す）の
ような比較的剛性な部品についての弾性係数（Ｅ）およ
びポアソン被（ν）、（ｃ）衝撃挿入体６０用に選択さ
れた材料の応力歪曲線および／または粘度および／また
はジュロメータ、（ｄ）橋の技師により提供される情報
（注、橋の技師により提供される情報のすべてが各部品
の各分析に関係するわけではなく、有限要素分析プログ
ラムと関係する技師がどの情報を必要とするかを知って
いる）、および（ｅ）周辺条件をプログラムにインプッ
トする。有限要素プログラムは下記情報（ａ）〜
（ｂ）、すなわち、（ａ）各部品に作用する応力、
（ｂ）雌受け部２０／２１と雄プラグ４０／４１との間
の相対移動量および衝撃挿入体６０の変形を与える。こ
の設計の評価は反復方法であり、特定の用途で設計を最
適にするように変化を行うごとに繰り返さなかればなら
ない。代表的な設計は有限要素分析プログラムを通して
１０回ほどの実施後に終了することができるべきであ
る。各データ実施後、技師は選択した材料が衝撃減衰装
置内に特定の用途で必要とされる材料特性を有すること
を保証しなければならない。

【００２８】この衝撃減衰装置を荷重支持柱におけるい
ずれの箇所にも装着することができる。代表的には、衝
撃減衰装置を柱のモーメントがゼロの箇所に装着する。
しかしながら、特定の位置は構造体／柱の技師による分
析により定められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による道路用の地震衝撃減衰装置を通る
垂直横断面図であり、本発明は雌受け部と、この雌受け
部の内側にある雄プラグとを備えており、雄プラグはこ
れと雌受け部との間に空間を残すように形成されてお
り、この空間は衝撃吸収挿入体で埋められている。

【図２】図１に示す地震衝撃減衰装置を通る２─２に沿
った水平横断面図である。

【図３】雄プラグの底部に半球形に成形された隆起部が
形成されており、雌受け部の内側底部に対応する半球形
の窪みが形成されている本発明による地震衝撃減衰装置
を通る図１と同様な垂直横断面図である。

【図４】摩擦ロッカーが雌受け部の内側にあり、雄プラ
グがこれと雌受け部および摩擦ロッカーの上端部分との
間に空間が残るように形成されておりこれらの空間が衝
撃吸収挿入体で埋められている本発明により示された道
路の柱用の地震衝撃減衰装置を通る図１とおおよそ同様
な垂直横断面斜視図である。

【図５】元の構成の一部として柱に装着された図４の地
震衝撃減衰装置を通る垂直横断面図である。

【図６】既存の柱に改装された図４の地震衝撃減衰装置
を通る垂直横断面図である。

【図７】雄部材と雌部材との間の垂直荷重移送を行うた
めの摩擦インターフェースが半球形ソケット内に揺動可
能に構成された摺動シューにより設けられている、本発
明の他の実施例による地震衝撃減衰装置を通る垂直横断
面図である。

【図８】図７の衝撃減衰装置の雄部分および雌ソケッ
ト、および雄プラグ部材に嵌入する摺動シューおよびソ
ケット部材を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１０ 地震衝撃減衰装置 ２０ 雌受け部 ３２ 凸形の半球状窪み ４０ 雄プラグ ５２ 凹形の半球状隆起部 ６０ 衝撃挿入体 ７０ 隙間 ８０ 摩擦ロッカー １００ リバー部材 １０２ リバー部材 １２０ 衝撃プラグ １４０ 摩擦ロッカー座 １４４ 窪み

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地震中、荷重支持柱およびこれにより破
   損しないように支持される構造体を保護するための地震
   衝撃減衰装置において、 ａ）頂縁部、内側底面、および上記頂縁部を上記内側底
   面に連結する雌表面を有する雌受け部材と、 ｂ）底縁部、プラグ端面、および上記底縁部を上記プラ
   グ端面に連結する雄表面を有する雄プラグ部材と、 ｃ）上記雌受け部材および上記雄プラグ部材を分離する
   衝撃挿入体とを備え、上記衝撃挿入体は上記雌受け部材
   および上記プラグ部材の両方に締り嵌めしていることを
   特徴とする地震衝撃減衰装置。
2. 【請求項２】 ａ）上記雌受け部材を上記柱に取付ける
   ための手段と、 ｂ）上記雄プラグを上記柱に取付けるための手段とを更
   に備えたことを特徴とする請求項１に記載の地震衝撃減
   衰装置。
3. 【請求項３】 荷重を上記プラグ部材と上記受け部材と
   の間で概ね垂直な方向に伝達するための摩擦支持手段を
   更に備えたことを特徴とする請求項２に記載の地震衝撃
   減衰装置。
4. 【請求項４】 上記摩擦支持手段は ａ）上記雄プラグ部材の上記プラグ端面に設けられた第
   １摩擦部分と、 ｂ）摺動係合状態で上記第１摩擦部分に圧接可能に上記
   雌受け部材の上記内側底面に設けられた第２摩擦部分と
   よりなることを特徴とする請求項３に記載の地震衝撃減
   衰装置。
5. 【請求項５】 上記第２摩擦部分は上記受け部材の上記
   内側底面に形成された概ね平らな水平の第２支持表面で
   あり、上記第１摩擦部分は上記第２支持表面に対する平
   らな荷重支持インターフェースを形成するために上記プ
   ラグ部材の上記端面に形成された概ね平らな第１支持表
   面と、上記プラグ部材および受け部材の相対移動中、上
   記平らな荷重支持インターフェースが保持されるように
   上記第１支持表面を上記プラグ部材上で傾動させること
   ができる手段とよりなることを特徴とする請求項４に記
   載の地震衝撃減衰装置。
6. 【請求項６】 上記第１摩擦支持手段は、上記プラグ部
   材の上記端面に取付けられ、上記第１支持表面をその第
   １側部に形成したことを特徴とする請求項５に記載の地
   震衝撃減衰装置。
7. 【請求項７】 上記第１支持表面を上記プラグ部材上で
   傾動させることができる手段は、上記第１支持表面が上
   記第２支持表面と平面当接状態で上記受け部材に位置す
   るように上記シュー部材を上記プラグ部材の先端部に枢
   着する手段よりなることを特徴とする請求項６に記載の
   地震衝撃減衰装置。
8. 【請求項８】 上記支持部材を上記プラグ部材の上記先
   端部に枢着する手段は、上記シュー部材の第２側部に形
   成された第１の実質的に半球形の支持表面と、上記シュ
   ー部材を上記プラグの上記先端部上で傾動させることが
   できるように上記第１版球形表面と合致するように上記
   プラグ部材の上記先端部に形成された第２の実質的に半
   球形の支持表面とを備えたことを特徴とする請求項７に
   記載の地震衝撃減衰装置。
9. 【請求項９】 上記第１半球形支持表面は上記シュー部
   材の上記第２側部の凸形に湾曲したドーム表面であり、
   上記第２半球形支持表面は上記プラグ部材の上記先端部
   の凹形に湾曲したカップ表面であることを特徴とする請
   求項８に記載の地震衝撃減衰装置。
10. 【請求項１０】 上記第１摩擦部分は上記プラグ部材の
    上記端面に設けられた第１湾曲支持表面よりなり、上記
    第２摩擦部分は上記受け部材の上記底面に設けられた第
    ２湾曲支持表面よりなり、上記第２支持表面は湾曲支持
    インターフェースを形成するように上記第１支持表面に
    対応し、且つこれに係合するように構成されていること
    を特徴とする請求項４に記載の地震衝撃減衰装置。
11. 【請求項１１】 上記第１湾曲支持表面は上記プラグ部
    材の上記端面に設けられた凸形に湾曲したドーム部分で
    あり、上記第２湾曲支持表面は上記受け部材の上記内側
    底面に設けられた凹形に湾曲した皿部分よりなることを
    特徴とする請求項１０に記載の地震衝撃減衰装置。
12. 【請求項１２】 上記第１摩擦部分と上記プラグ部材と
    の中間に設けられ、上記プラグと受け部材との間の概ね
    垂直な衝撃荷重を吸収するための衝撃吸収手段を更に備
    えたことを特徴とする請求項４に記載の地震衝撃減衰装
    置。
13. 【請求項１３】 上記衝撃吸収手段は上記第１摩擦部材
    を上記プラグ部材に連結する弾性降伏体よりなることを
    特徴とする請求項１２に記載の地震衝撃減衰装置。
14. 【請求項１４】 上記衝撃挿入体は可撓性降伏材より形
    成された挿入体よりなることを特徴とする請求項１２に
    記載の地震衝撃減衰装置。
15. 【請求項１５】 上記可撓性降伏材は可撓性ウレタン材
    料よりなることを特徴とする請求項１２に記載の地震衝
    撃減衰装置。