JPS6237471A - 構造体の振動減衰装置 - Google Patents

構造体の振動減衰装置

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JPS6237471A
JPS6237471A JP17410185A JP17410185A JPS6237471A JP S6237471 A JPS6237471 A JP S6237471A JP 17410185 A JP17410185 A JP 17410185A JP 17410185 A JP17410185 A JP 17410185A JP S6237471 A JPS6237471 A JP S6237471A
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JP
Japan
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elastic body
friction
vibration damping
damping device
friction damper
Prior art date
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Pending
Application number
JP17410185A
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English (en)
Inventor
雅樹 栗原
笠井 洋昭
政之 重田
吉隆 園田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、構造体の振動絶縁装置に関し、特に、過大相
対変位全防止するのに好適な構造体の振動減衰装置に関
するものである。
〔発明の背景〕
従来からの耐震設計としては、地震入力に対(〜で構造
体を剛にするような設計法が採られているが、例えば特
開昭52−5917号公報に記載されているように、構
造体の基礎部に弾性体、例えば何枚かのゴム板と鉄板を
交互に積層した積層ゴムで支持する免震設計法が採用さ
れつつあるー。
免震方式は、構造体と積層ゴムからなる振動系の固有振
動数f l Ih以下にして、構造体に伝わる地震エネ
ルギを小さくするものである。つまり、地震入力に対し
て振動絶縁することになり、したがって、免震方式は構
造体の地震応答加速度を大幅に低減できる利点をもつ。
しかしながら、応答の相対変位が大きくなるため、配管
や積層ゴム等が破断したり、周囲と衝突するなどの問題
点があるO この対策として、特開昭56−142864号公報に記
載されているように、積層ゴムなどの弾性体と並列に摩
擦ダンパを設けることによって、応答の相対変位を低減
することができる。
このような構造において摩擦ダンパは、一方の摩擦板を
基礎部側からばねで、構造体側に固定される他方の摩擦
板に押し付ける構造になっている。
そして(摩擦力/構造体重量)×重力加速度程度以上の
応答加速度になるまで、摩擦ダンパは作動せず構造体は
動かない(これヲトリガー効果という)。トリガー効果
のため免震装置が働かない範囲では、免震効果が損なわ
れる。応答の相対変位金車さくするために、摩擦力を大
きくするほど、この傾向が大きくなる。また、摩擦力の
方向が切り変わる際、摩擦力が大きいほど免震系の固有
振動数より高い振動数成分が大きくなり、免震支持され
た構造体内にある機器系を共振させる恐れがある。
地震時、摩擦ダンパ全もつ免震系に高振動数成分が発生
°T/)理由は、第8図Vこ示される摩擦ダンパの履歴
特性において、免震系の応答速度の方向が変わると同時
に、)4優ダンパのせん断力(最大摩擦力)の方向が急
激に変イヒするためである。また、上記した従来構造に
おける#擦ダンパにおいて、摩擦板を支持している支持
部材と基礎部に固定されている下部架台との間に、支持
部材が横方向に動けるようなギャップがある場合には、
単振ダンパの履#:特性は、第9図のようになる。この
場合は第8図の場合よシ免^系の応答速度の方向の変化
と同時に変わるせん断力の大きさは半分になるが、やは
り、免震系に発生する高振動数成分を十分に抑制するこ
とは、困難である。しかしながら、摩擦ダンパの履歴特
性が第10図に示すごとく、すベシ方向が逆転して、次
のすベジがはじまる前に、ばねが動くようにすることに
よって、免震系の応答速反の方向が変わっても、せん断
力の大きさが急激に変化しないため、高振動数成分の発
生を抑えることができる。
ところで、上述した特開昭52−5917号公報記載の
免震装置は、第11図に示すごとく積層ゴム30と摩擦
板31.32から構成されており、第10図に示した弾
塑性型の履歴特性をもつ。そこで、次に、この免震装置
が免震系に有効な弾塑性型の摩擦ダンパとして適用でき
るかについて述べるQ 免震構造において、通常、免震系の横方向の固有振動数
はfu=0.5〜1.OHz程度に設定され。
また弾塑性型の履歴特性をもつダンパのパラメータとし
ては、一般に、摩擦力F(t)が(0,01〜0.1)
W、圧縮ばね定数Kz (t/m)が(0,005〜0
.25 )W、横ばね定数Kx (t 7cm )が(
0,02〜0.2 ) W 。
の値が適当であると考えられている。なお上記において
Wは免震支持装置が支持する構造体の重量である。
この値において、圧縮ばね定数Kzと横ばね定数KXの
比は、およそ01025〜12.5程度となる。
一方、一般に円柱状の積層ゴムの横(せん断)ばね定数
KHと圧縮ばね定数Kvは次式で与えられる。
K H= −−=−−−−−川・・・・・川・・・・ 
(11t G Kv =−(3+4.93582) −−’  (2)
xt ただし、 A:ゴムの断面積、G:ゴムの横断性係数。
n:ゴムの段数、t:ゴムの厚さ。
S:ゴムの形状係数 (1) t (2)式から、積層ゴムの圧縮はね定数と
横ばね定数の比KV/Kl(は次式で与えられる。
Kv −= 3 + 4.935 S2  ・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・ (3)H 通常の積層ゴムの形状係数Sは5〜20程度であるので
、積層ゴムの圧縮ばね定数と横ばね定数の比KV/Ko
は次のようになる。
Kv −中126〜1977・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・ (4)H 従って、(4)式から、前述のKz / Kxを満足す
る積層ゴムを作ることは一般に困難であることが示さv
5る。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、すべり時の摩擦力Fとすべらない時の
その横剛性kx f独立(−で調整できる免震用の振動
減衰装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の免震用振動減衰装置である摩擦ダンパは、構造
体の反力全利用して二つの摩擦部材間に圧縮荷重を与え
る第1の弾性体と、この第1の弾性体とは別に少なくと
も一方の摩擦部材と基礎との間に横剛性を与える第2の
弾性体を設けることを特徴とした摩擦ダンパである。こ
の摩擦ダンパの原理を第1図に示す。第1図において、
Kzは第1の弾性体のばね定数、Kxは第2の弾性体の
ばね定数、Fは二つの摩擦部材間の摩擦力である。
この摩擦力Fは、第1の弾性体による圧縮力N(N=K
z・αZまただしα2は第1の弾性体のたわみ)と摩優
部材の摩擦係数μで決まる。また、本発明の摩擦ダンパ
のすべり時の摩擦力Fの安定化を図るために、一般に第
1の弾性体のばね定数kz f小さくする必要がある。
また、この摩擦ダンパの第2の弾性体−のばね定数kx
は免震系の水平剛性に寄与するため、免3%特性上の性
能により、kxとkz とを独立に設定する必要がある
。本発明はこれらの必要全満足させることを可能にする
〔発明の実施例」 以下、本発明の一実施例金策2図及び第3図により説明
する。
第2図は積層ゴム等の弾性体と本発明の振動減衰装置で
ある摩擦ダンパからなる免震支持装置を構造体に実施し
た縦断面図である。地盤2上に基礎盤3全設け、基礎盤
3上に前述の免震支持装置を設置する第1の基礎部4f
t配置する。そして弾性体6と摩擦ダンパ7からなる免
震支持装置上に、第2の基礎部5をもつ構造体1が据え
付けられる。
第3図は、第1図における本発明の振動減衰装置である
摩擦ダンパ7を示す縦断面図で、第1図と同一符号のも
のは同じもの、もしくは相当するもの?表わしている。
第3図において、下部架台8は、第1の基礎部4上に固
定され、この下部架台8の中央に第1の弾性体としての
皿ばね9が1枚もしくは複数枚必要に応じて積み重ねら
れる。
皿ばね9のうちの最上部の皿ばね9aには、第2の弾性
体として上下両面が鉄板などで補強されたゴム板15が
設置される。このゴム板15の上下両面の鉄板はその中
央に円柱状の凸部15a全有する。前述の下部架台8の
中央には、円筒8aが設けらnており、これは第1の弾
性体である皿ばね9の中央に開いている穴部に装置し、
この皿ばね9の内周面と係合し、皿はね9の横方向の変
形全防止する係止部材として作用している。ゴム板15
の下面の凸部1.5aは第1の弾性体である皿ばf19
が所定の圧縮たわみを与えられる時、下部架台8の円筒
8a内におさまる。
この工うな構造にすることによって、地震時等に本発明
の摩擦ダンパ7に発生する横方向の摩擦力が皿ばね9に
作用することを防ぐ。また、ゴム板15の上面の凸部1
5bは、支持部材10の下面の凹部にはめ合わせらnる
。この支持部材10には、第1の摩擦部材11が取り付
けられる。この第1の摩擦部材11と共にすべり面?形
成する第2の摩擦部材12は、上部架台13に取り付け
られ、この上部架台13は前述の構造体1の第2の基礎
部5に支持さnる。
また、本摩擦ダンパ7の据え付け、交換などを容易にす
るため、第1の弾性体である皿ばね9の所定の圧縮たわ
みが保持できるようなストッパを設けることは便利であ
る。そして、ストッパの一例として、下部架台8に数本
のストッパ部材としてのボルト16がねじ込まれるねじ
部が設けられ、下部架台8に取り付けられたストッパ部
材であるボルト16の他端部は、支持部材10のつば部
に設けられた、例えば、U字形に切断された溝におさま
り、かつナツトで支持部材10を締め付けられるように
ねじが切られているう なお、第1の弾性体として用いる皿ばね9は熱処理され
て硬度が大きいので、下部架台8及び第2の弾性体とし
て用いられるゴム板15の補強用の下部鉄板との接触部
には、熱処理したスペーサ17.18f設けることが望
まし7い。
次に、第2図及び第3図に示した構造の作動原理は以下
のようになる。
地震入力によって、まず構造体1を支持している弾性体
6が変形しだし、その際、第2の弾性体であるゴム板1
5を変形する。第2の弾性体であるゴム板15と弾性体
6の水平方向のばね力の和が、摩擦ダンパ7の/1!擦
板間に動く摩違力に達1゛ると、第1の111m部材1
】及び第2の摩擦部材12間にすべりが生じ、地jエネ
ルギ全吸収す、bことになる。
すでに述べに、ように、地震時に免震系の応答速度の方
向が変わっても摩擦ダンパによる抵β′L力(ぜん断力
)の大きさは、tiに変化しかいたの、高振動数成分の
発生?防ぐことができる。
本R1擦ダンパの据え付は方法、地震後の残留変形処理
及び交換方法について以下に説明づ“る。
据え付は方法については、まづ°、摩4ダンパ7・全外
部で油圧ジヤツキ等金用いて、あらかじめ第1の弾性体
である皿ばね9に所定より若干太き目の圧縮たわみ金与
えて、下部架台8にねじ込まれたストッパ部材であるボ
ルト16企用いて、下部架台8と支持一部材10のつば
間を固定する。次に、現場の所定の位置に摩擦ダンパ7
の下部架台8奮第1の基礎部4に固定し、上部架台13
を構造体1の第2の基礎部5に固定1゛る。そして支持
部材10のつば部上のスペースに数台の油圧ジヤツキや
)を配置し、構造体1を反力として、油圧ジヤツキによ
りストッパ部材であるボルト16の上端部のナツトが取
りはずせる程度に第1の弾性体である皿はね9を圧縮し
て、ストッパ部材であるボルト16を摩擦ダンパ7よす
取9外丁か、摩擦ダンパ7の作動時に邪魔にならないよ
うにする。そして、油圧ジヤツキの圧力を解放して、第
1の摩擦部材11と第2の摩擦部材12を接触させ、正
規の状態にする○ m震後、摩擦ダンパ7に残留変形が発生した場合には、
ストッパ部材であるボルト16と油圧ジヤツキ全開いて
、第1の摩擦部材11と第2の摩擦部材12の間の摩擦
力を解除すn id 、弾性体6の復元力で残留変形処
理り除くことができる。また、万一、摩擦ダンパ7を交
換する場合も上述と同様な方法が用いられる。
次に、本発明の別の実施例の縦断面図を第4図〜第7図
に示す。こ1.らの発明は原理的には第2図及び第3図
(で示した実施例と、同様であり、荷に第1の弾性体と
第2の弾性体として、各種のばね要Aを用いた場合の例
でめる〇 また、第4図〜第6図では第1の弾性体としての皿ばね
の代りにコイルばね20k)4Jい、第7図では積層ゴ
ム21を用いた例でわる。[凱第4図と第7図において
、第2の弾性体としては、はI)状の捧22、第5図で
は積層ゴム等のゴム部材23、第6図では皿ばQ24t
−用いた例である。
当然ながら、各実施例で示した第1の弾性体と第2の弾
性体との組合せは、前述した第2図〜第7図以外にも多
数者えらnる。また、第1の弾性体と第2の弾性体を基
礎側ではなく%構造体側に設けることも可能であり、必
要ならば両側に設けても構わない。
なお、第4図〜第7図におけるストッパ部材は、g2図
2第3図に示すようなボルトではなく、棒の両端に板を
設けた部材250例で、下部架台8と支持部材y、0と
9間f4を保持する5つ〔発14りの効果」 以上説明t、fC,ように本発明Kl:f1.ば、過大
な相対液位及び高振動数成分の発生を防止できるので、
信頼性の高い構造体の振動減衰装置全提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の振動減衰装置の原理?説明づる図、第
21図(状体発明の振動減衰装置全構造体に実施した概
略縦断面図、第:う図は第2図における摩擦ダンパの一
例の縦断面図、第4図〜第7図は本発明の振動減衰装d
の他の実施例の縦断面図、第8図は従来の摩擦ダンパの
減技力の履歴特性を示す図、第9図は従来の摩擦ダンパ
の減衰力の履歴特性を示゛す図、第10図は従来の振動
減衰装置の一例の減訳刀の履歴特性を示す図、第11図
は従来のすべり要素音もつ免震装置の縦@j図である。 1・・・溝道体、2・・・地盤、3・・・基礎盤、4第
1の基礎部、5・・・第2の基礎部、6・・・弾性体、
7・・・摩擦ダンパ(振動減衰装置)、8・・・下部架
台、9・・・第1の弾性体である皿ばね、10・・・支
持部材、】1・・・第1の摩擦部材512・・・第2の
摩擦部材、13・・・上部架台、15・・・第2の弾性
体であるゴム板、16・・ストッパ部材であるポル)、
17.18・・・スペーサっ 代理人弁理士 小 川 −男 −ン″ 第2m 第31刀 栴4図 病5′■ 第61の 第8(2) 第81′71 地+01ffl 菓111図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1の基礎部と第2の基礎部の間に相対面する第1
    の摩擦部材と第2の摩擦部材を設け、これら相対する第
    1の摩擦部材と第2の摩擦部材に摩擦力を与える圧縮さ
    れた第1の弾性体を備えた構造体の振動減衰装置におい
    て、前記第1の弾性体が取り付けられた少なくとも一つ
    に摩擦部材の摩擦面方向の動きに対して、ばね剛性を付
    加する第2の弾性体を設けたことを特徴とする構造体の
    振動減衰装置。 2、圧縮された第1の弾性体ののびを規制するストッパ
    部材を前記第1の弾性体が取り付けられた基礎部に着脱
    自在に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の構造体の振動減衰装置。 3、第1の弾性部材としては1枚もしくは複数枚積層さ
    れた皿ばねで構成されており、この第1の弾性体の横方
    向の変形を防止する係止部材を前記第1の弾性体が取り
    付けられた基礎部に設けたことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項又は第2項記載の構造体の振動減衰装置。
JP17410185A 1985-08-09 1985-08-09 構造体の振動減衰装置 Pending JPS6237471A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0389241U (ja) * 1989-12-27 1991-09-11
JPH11227912A (ja) * 1998-02-13 1999-08-24 Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd ラック用免震装置
JP2000199541A (ja) * 1999-01-05 2000-07-18 Nippon Steel Corp 振動抑制装置
JP2017166664A (ja) * 2016-03-18 2017-09-21 三菱Fbrシステムズ株式会社 免震装置

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