KR100409274B1 - Vibration isolating apparatus and vibration isolating system - Google Patents
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Abstract
탄성재료층 및 강성재료층이 번갈아 적층되어서 이루어진 탄성체와, 이 탄성체를 관통하여서 형성된 적어도 하나의 기둥형상 납을 구비하고 있고, 당해 기둥형상 납의 전단항복하중 Qd가 기둥형상 납의 전단면의 면적 ap와 설계전단 항복응력 σpd와의 곱이 되도록, 기둥형상 납이 그 전단방향에서 탄성체에 빈틈없이 구속되어 있는 면진장치로서, 기둥형상 납의 전단면의 총면적 Σap와 탄성체의 하중면의 면적 Ar과의 비 Σap/Ar이 0.01∼0.12이고, 기둥형상 납이 형성되는 중공부를 규정하는 탄성체의 내주면은, 기둥형상 납이 탄성체의 탄성재료층을 파고들어서, 당해 탄성재료층의 위치에서 오목면으로 되어 있는 면진장치이다.And an elastic body formed by alternating elastic material layers and rigid material layers, and at least one columnar lead formed through the elastic body, wherein the shear yield load Qd of the columnar lead is the area ap of the shear surface of the columnar lead. A seismic isolator in which columnar lead is tightly constrained to the elastic body in its shear direction so as to be multiplied by the design shear yield stress σpd, and the ratio between the total area Σap of the shear surface of the columnar lead and the area Ar of the load surface of the elastic body Σap / Ar The inner circumferential surface of the elastic body defining the hollow portion where the columnar lead is formed is 0.01 to 0.12, and the columnar lead penetrates the elastic material layer of the elastic body and becomes a concave surface at the position of the elastic material layer.
Description
본 발명은, 2개의 구조물 사이에 배설되어 양 구조물 사이의 상대적인 수평진동의 에너지를 흡수하고, 구조물로의 진동가속도를 감소시키기 위한 장치, 특히 지진에너지를 감쇄하여 지진입력가속도를 감소시켜, 건축물, 교량 등의 구조물의 손괴를 방지하는 면진장치 및 이 면진장치를 1개 이상 사용한 시스템에 관한 것이다.The present invention is disposed between two structures to absorb the energy of the relative horizontal vibration between the two structures, and to reduce the earthquake input acceleration by reducing the vibration acceleration to the structure, in particular seismic energy, building, The present invention relates to a seismic isolator for preventing damage to a structure such as a bridge and a system using at least one of this isolator.
진동에너지 흡수체로서는, 예를 들어 일본국 특공소 61-17984호 공보에 기재된 것이 알려져 있으며, 이 진동에너지 흡수체는, 2개의 구조물 사이에 고정되어 전단력을 가함으로써 소성변형하는 납부재를 가지고 있다. 이와 같은 진동에너지 흡수체의 납부재는, 그 소성변형에 있어서, 균열 등을 발생시키는 일 없이 진동에너지를 바람직하게 흡수하지만, 변형 후에도, 통상의 스프링과 달리 흡수한 에너지를 구조물로 되돌리지 않고 그 변형된 상태를 유지하여, 구조물의 원래 위치로 복귀하도록 하기가 어려운 것이다.As a vibration energy absorber, what is described, for example in Unexamined-Japanese-Patent No. 61-17984 is known, This vibration energy absorber has a lead member fixed by two structures and plastically deformed by applying a shear force. The lead member of such a vibration energy absorber preferably absorbs vibration energy without causing cracks or the like in its plastic deformation. However, unlike deformation, the lead member of the vibration energy absorber does not return the absorbed energy to the structure without returning it. It is difficult to maintain the state and return to the original position of the structure.
탄성재료층을 구성하는 고무 등으로 이루어진 탄성판과 강성재료층을 구성하는 금속판을 번갈아 적층하고, 이들 서로에 황을 가하여 접착함으로써 상호 고정되어 이루어지는 면진장치로서의 탄성체는, 지진입력가속도를 감소시켜, 구조물을 지진의 파괴력으로부터 일단 보호하지만, 진동에너지 흡수능력이 낮고, 이것을 단독으로 면진장치로서 사용하는 경우, 상기의 납부재에 비하여, 지진의 진동을 받은 구조물이 지진후의 진동이 진정될 때까지 장시간을 요하는 등의 지진공학 및 진동공학의 관점에서 실용상 여러가지의 문제가 있다.An elastic body as an earthquake isolation device formed by alternately laminating an elastic plate made of rubber or the like constituting the elastic material layer and a metal plate constituting the rigid material layer and applying sulfur to each other to reduce the seismic input acceleration, When the structure is once protected from the earthquake's destructive force, but the vibration energy absorption capacity is low and it is used alone as a seismic isolation device, compared with the above lead member, the structure subjected to the earthquake vibrates for a long time until the vibration after the earthquake calms down. There are various practical problems in terms of seismic engineering and vibration engineering.
그리하여, 납부재의 소성변형에 있어서의 진동에너지 흡수능력과, 탄성체의 지진입력가속도의 감소능력 및 복원능력을 갖추기 위하여, 탄성체와, 이 탄성체를 관통하여 배설된 기둥형상의 납을 구비한 면진장치도 상기 공보에 제안되어 있다.Thus, the seismic isolator having an elastic body and a columnar lead disposed through the elastic body in order to have vibration energy absorbing capacity in plastic deformation of the lead member, and to reduce and restore the seismic input acceleration of the elastic body is also provided. It is proposed in the above publication.
도 1 및 도 2에 도시한 면진장치(5)는, 탄성재료층을 구성하는 고무 등으로 이루어진 탄성판(1)과 강성재료층을 구성하는 고리형상의 강성판(2)을 번갈아 적층하고 상호 고정하여 이루어진 고리형상의 탄성체(3)와, 탄성체(3)의 원통형상의 내주면(9)으로 규정되는 중공부(中空部:12)에 형성된 원주형상 납(4)과, 원주형상 납(4)의 하면 및 상면에 각각 맞닿아서 탄성체(3)의 하면 및 상면의 각각에 볼트 등에 의하여 부착된 플랜지 플레이트(18 및 19)를 구비하며, 예를 들어 플랜지 플레이트(18) 쪽이 기초 등의 한쪽 구조물에 고정되고, 플랜지 플레이트(19) 쪽에 건축물 등의 다른쪽 구조물이 얹어놓여서, 플랜지 플레이트(19)를 통하여 건축물 등으로부터 연직방향 하중(X)을 받도록 하여 사용된다.The base isolation device 5 shown in FIGS. 1 and 2 alternately stacks an elastic plate 1 made of rubber or the like constituting the elastic material layer and an annular rigid plate 2 constituting the rigid material layer. Cylindrical lead 4 formed in a hollow portion 12 defined by a ring-shaped elastic body 3 formed by fixing, a hollow inner peripheral surface 9 of the elastic body 3, and cylindrical lead 4 A flange plate 18 and 19 attached to a lower surface and an upper surface of the elastic body 3 by bolts or the like, respectively, in contact with the lower surface and the upper surface, respectively. It is fixed to a structure, and the other structure, such as a building, is mounted on the flange plate 19 side, and is used so that it may receive a vertical load X from a building etc. via the flange plate 19. FIG.
이와 같은 면진장치(5)에 있어서, 중공부(12)에 형성된 원주형상 납(4)이 탄성체(3)에 빈틈없이 구속되어 있지 않으면, 지진에 의한 가로방향 힘(수평방향 힘) F가 발생한 경우, 탄성체(3)의 내주면(9)과, 여기에 접하는 원주형상 납(4)의 원통형상의 외주면과의 사이에 틈새가 생겨, 가로방향 힘 F와 가로변위(수평방향변위) δ와의 관계에 있어서, 도 5의 이력곡선(履歷曲線)(21)으로 나타낸 바와 같은 불안정한 특성으로 되어, 원주형상 납(4)에 의한 효과를 그다지 얻을 수 없으며, 바라는 바의 면진효과를 얻기가 곤란하게 된다. 한편 탄성체(3)에 의하여 필요 이상으로 원주형상 납(4)을 구속하면, 지진에 의한 가로방향 힘 F에서의 원주형상 납(4)의 소성변형에 있어서, 탄성체(3)의 탄성재료층이 과도하게 압축되고, 이에 의해서도 탄성체(3)의 탄성재료층의 조기 열화(劣化)를 초래하여, 내구성에 문제가 생긴다. 또 원주형상 납(4)을 형성하기 위하여, 탄성체(3)의 중공부(12)에 압축하여 넣는 납의 양에는 한도가 있으며, 일정량 이상의 납을 탄성체(3)의 중공부(12)에 압축하여 넣는 것은 곤란하며, 무리하게 이것을 행하면 탄성체(3) 자체가 파손되어 버릴 염려가 있다.In such a seismic isolator 5, when the cylindrical lead 4 formed in the hollow part 12 is not restrained tightly by the elastic body 3, the horizontal force (horizontal force) F by an earthquake generate | occur | produced. In this case, a gap is formed between the inner circumferential surface 9 of the elastic body 3 and the cylindrical outer circumferential surface of the columnar lead 4 in contact with the elastic body 3, and the relation between the horizontal force F and the horizontal displacement (horizontal displacement) δ In this case, it becomes unstable as shown by the hysteresis curve 21 in FIG. 5, so that the effect of the columnar lead 4 is hardly obtained, and it is difficult to obtain the desired vibration isolation effect. On the other hand, when the columnar lead 4 is restrained by the elastic body 3 more than necessary, in the plastic deformation of the columnar lead 4 in the lateral force F caused by the earthquake, the elastic material layer of the elastic body 3 It is excessively compressed, and this also causes premature deterioration of the elastic material layer of the elastic body 3, resulting in problems in durability. In addition, in order to form the columnar lead 4, there is a limit to the amount of lead compressed into the hollow portion 12 of the elastic body 3, and a predetermined amount or more of lead is compressed into the hollow portion 12 of the elastic body 3 It is difficult to put, and there is a possibility that the elastic body 3 itself will be damaged if this is forcibly performed.
그리고, 도 1 및 도 2에 도시한 면진장치(5)에서는, 수회의 지진에 의해 되풀이해서 가로방향변위가 생기면, 원주형상 납(4)의 상하면의 둘레가장자리부가 둥굴게 되어, 그 둘레가장자리부와 탄성체(3)의 사이에 고리형상의 틈새가 생길 염려도 있다.In the base isolation device 5 shown in Figs. 1 and 2, when the horizontal displacement occurs repeatedly by several earthquakes, the peripheral edges of the upper and lower surfaces of the cylindrical lead 4 are rounded, and the peripheral edge thereof is rounded. There exists a possibility that a ring-shaped clearance may arise between and the elastic body 3.
또, 상기의 면진장치(5)에 대하여 지진에 의한 가로방향 힘 F가 생긴 경우의 당해 가로방향 힘 F와 가로변위 δ의 관계는, 대각선 방향의 강성인 대각강성 Ker과 탄성체(3)의 가로방향(수평방향)의 강성 Kr이 같은 정도인 경우, 바꾸어 말하면 탄성체(3)로 틈새없이 구속된 원주형상 납(4)의 전단항복하중 Au에 기초한 전단항복하중 특성치 Qd(이 Qd와 전단항복하중 Au의 사이에, 설계에서는 이력곡선을 바이리니어특성으로 나타낸 경우, 편의상 Qd=0.8·Au의 관계를 가지게 하고 있으며, 본 발명에서는 Qd를 전단항복하중이라고 함)가 작아질 경우에는, 도 3에 도시한 바와 같은 이력곡선을 그리고, 대각강성 Ker이 강성 Kr에 비하여 클 경우, 환언하면 탄성체(3)로 틈새없이 구속된 원주형상 납(4)의 전단항복하중 Qd가 커질 경우에는, 도 4에 도시한 바와 같은 이력곡선을 그리게 된다. 여기서 전단항복하중 Qd는, 다음식 (1)로 표시된다.The relationship between the transverse force F and the transverse displacement δ when the transverse force F is generated due to an earthquake with respect to the base isolation device 5 described above is the diagonal stiffness Ker and the elastic body 3 in the diagonal direction. In the case where the stiffness Kr of the (horizontal direction) is about the same, in other words, the shear yield load characteristic value Qd based on the shear yield load Au of the cylindrical lead (4) constrained without gaps by the elastic body 3 (this Qd and the shear yield load Au) In the design, when the hysteresis curve is represented by the bilinear characteristic, it has a relationship of Qd = 0.8 · Au for convenience, and in the present invention, when Qd becomes a shear yield load), it is shown in FIG. When the hysteresis curve as described above is drawn and the diagonal stiffness Ker is larger than the rigid Kr, in other words, when the shear yield load Qd of the columnar lead 4 restrained without gaps by the elastic body 3 becomes large, it is shown in Fig. 4. The hysteresis curve Liege is. Shear yield load Qd is represented by following Formula (1) here.
Qd = ap·σpd ……… (1)Qd = ap? … … (One)
식 (1)에 있어서, ap는 원주형상 납(4)의 전단면의 면적(본 발명에서는 강성재료층의 안둘레로 둘러싸인 원주형상 납(4)의 횡단면적으로 정의함)으로서, 면진장치(5)에 가해지는 가로방향 힘 F에 대한 원주형상 납(4)의 전체 단면의 면적에 상당하며, σpd는 탄성체(3)에 의해 틈새없이 구속되어 있지 않은 원주형상 납(4) 자체의 전단항복응력(이하, 이것을 "설계전단항복응력"이라고 함)이고, 순수한 납(순도 99.9% 이상)의 경우 0.5Hz 진동이고 또 50% 이상의 왜진폭(歪振幅)에서는, 설계치로서 85kg/cm2이다.In the formula (1), ap is the area of the front end face of the columnar lead 4 (in the present invention, defined as the cross sectional area of the columnar lead 4 surrounded by the inner circumference of the rigid material layer), and the base isolation device ( 5) corresponds to the area of the entire cross-section of the columnar lead 4 with respect to the transverse force F applied to it, and σpd is the shear yield of the columnar lead 4 itself, which is not constrained without gap by the elastic body 3. Stress (hereinafter referred to as "design shear yield stress"), 0.5 Hz vibration in the case of pure lead (purity of 99.9% or higher), and 85 kg / cm 2 as the design value at 50% or more distortion.
그런데, 도 3에 도시한 바와 같은 이력곡선을 그리는 면진장치(5)에서는, 지진에 있어서, 그것에 대한 면진효과는 뛰어나지만, 그것에 얹어놓여 있는 구조물과 기초의 상대변위가 크고, 또 지진후의 후진이 비교적 길게 이어지며, 장주기성분이 큰 지진 진동에서는 공진할 염려가 있고, 또한 태풍시와 같은 강풍시에는, 얹어놓인 구조물이 크게 요동하는 경우가 있다.By the way, in the seismic isolator 5 drawing a hysteresis curve as shown in Fig. 3, in the earthquake, the seismic isolation effect is excellent, but the relative displacement between the structure and the foundation on which it is placed is large, It is relatively long, and there is a fear of resonating in a seismic vibration having a long period component, and in a strong wind such as during a typhoon, the mounted structure may fluctuate greatly.
한편, 면진장치(5)에 의한 동적 고유진동주기는, 도 3 및 도 4에 도시한 대각강성 Ker로 주어지는데, 도 4에 도시한 바와 같은 이력곡선을 그리는 면진장치 (5)에서는, 강성 Kr이 비교적 작더라도, 대각강성 Ker이 클 경우에는, 원주형상 납 (4)의 전단항복하중 Qd가 커지고, 면진효과를 발휘하는 데에 충분한 장주기화가 곤란하게 되며, 결과적으로 면진효과가 나빠진다.On the other hand, the dynamic natural vibration period by the base isolation device 5 is given by the diagonal stiffness Ker shown in Figs. 3 and 4, but in the base isolation device 5 which draws the hysteresis curve as shown in Fig. 4, the rigid Kr Even if this is relatively small, when the diagonal stiffness Ker is large, the shear yield load Qd of the columnar lead 4 becomes large, and it becomes difficult to make the long period sufficient to exert the vibration isolation effect, and as a result, the vibration isolation effect worsens.
또, 식 (1)에 따른 원주형상 납(4)의 전단항복하중 Qd를 보장하는 요건으로서는, 탄성체를 구성하는 탄성재료층과 강성재료층에 원주형상 납(4)이 그것에 주기적인 전단변형이 생기고 있는 동안 및 그 후에도 틈새없이 구속되어 있는 것이다.In addition, as a requirement for ensuring the shear yield load Qd of the columnar lead 4 according to Equation (1), the cylindrical lead 4 in the elastic material layer and the rigid material layer constituting the elastic body has a periodic shearing strain. They are constrained without gaps during and after they occur.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 탄성체의 중공부에형성된 기둥형상 납을 정해진 바에 따라 틈새없이 구속할 수 있는 결과, 안정된 면진특성을 얻을 수 있으며, 또한 탄성체의 탄성재료층 및 기둥형상 납의 피로, 손괴를 회피할 수 있고, 내구성과 면진효과 및 제조성에 뛰어난 면진장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above problems, and as a result of being able to restrain the columnar lead formed in the hollow portion of the elastic body without any gap as defined, it is possible to obtain stable seismic isolation properties, and also to the elastic material layer and the columnar shape of the elastic body. It is an object of the present invention to provide a seismic isolator which can avoid lead fatigue and crush, and which is excellent in durability, seismic effect and manufacturability.
또한, 본 발명은, 전단항복하중 Qd와, 이하에 기술하는 탄성체의 지지하중 W의 관계에 착안하여, 이 관계에서 얻어지는 기둥형상 납의 전단면의 면적 ap와, 탄성체의 하중면의 면적 Ar의 비를 소정의 범위내로 함으로써, 면진효과가 뛰어난 이외에, 구조물과 기초의 상대변위를 작게 할 수 있고, 또 지진후의 후진도 조기에 감쇄시킬 수 있으며, 태풍시와 같은 강풍시에도 얹어놓인 구조물의 가로요동을 적게 할 수 있고, 더구나 면진효과를 발휘하는 데에 충분한 장주기화를 도모할 수 있어서 장주기성분의 지진동이라도 공진의 염려가 없는 면진장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention focuses on the relationship between the shear yield load Qd and the support load W of the elastic body described below, and the ratio of the area ap of the shear surface of the columnar lead obtained in this relationship to the area Ar of the load surface of the elastic body is obtained. By setting the within a predetermined range, the relative displacement between the structure and the foundation can be reduced, the reverse displacement after the earthquake can be reduced early, and the horizontal fluctuations of the structure mounted during a strong wind such as during a typhoon can be achieved. It is an object of the present invention to provide a seismic isolator which can reduce the number of the elements, and can achieve a long period sufficient to exhibit the seismic isolation effect, so that there is no fear of resonance even with long-term component earthquake motion.
또한, 본 발명에서는 상기와 같은 면진장치를 적어도 1개 사용한 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a system using at least one base isolation device as described above.
도 1은, 본 발명에 관계된 면진장치의 사시도,1 is a perspective view of a seismic isolator according to the present invention;
도 2는, 도 1에 나타낸 면진장치의 단면도,2 is a cross-sectional view of the base isolation device shown in FIG. 1;
도 3은, 면진장치의 동작설명도,3 is an explanatory view of the operation of the base isolation device;
도 4는, 면진장치의 동작설명도,4 is an operation explanatory diagram of a base isolation device;
도 5는, 면진장치의 동작설명도,5 is an operation explanatory diagram of a base isolation device;
도 6은, 도 1에 나타낸 면진장치의 일부 확대단면도,FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view of the base isolation device shown in FIG. 1;
도 7은, 본 발명의 바람직한 1실시예의 단면도,7 is a cross-sectional view of one preferred embodiment of the present invention;
도 8은, 도 7에 나타낸 실시예의 효과를 나타낸 도면,8 is a view showing the effect of the embodiment shown in FIG.
도 9는, 도 7에 나타낸 실시예의 효과를 나타낸 도면,9 is a view showing the effect of the embodiment shown in FIG.
도 10은, 도 7에 나타낸 실시예의 효과를 나타낸 도면,10 is a view showing the effect of the embodiment shown in FIG.
도 11은, 도 7에 나타낸 실시예의 효과를 나타낸 도면11 is a view showing the effect of the embodiment shown in FIG.
도 12는, 도 7에 나타낸 실시예의 효과를 나타낸 도면이다.FIG. 12 is a diagram showing the effect of the embodiment shown in FIG. 7. FIG.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
1 : 탄성판 2 : 강성판1: elastic plate 2: rigid plate
3 : 탄성체 4 : 원주형상 납3: elastic body 4: columnar lead
5 : 면진장치 9 : 내주면5: seismic isolation device 9: inner peripheral surface
12 : 중공부 17 : 볼트12: hollow part 17: bolt
18,19 : 플랜지 플레이트 20 : 전단키18,19 flange plate 20 shear key
21 : 상면 22 : 하면21: upper face 22: lower face
23 : 하단부 24 : 상단부23: lower part 24: upper part
25 : 원통형상 피복층 31 : 오목면25 cylindrical coating layer 31 concave surface
32 : 볼록면32: convex surface
본 발명에 의하면 상기 목적은, 탄성재료층 및 강성재료층이 번갈아 적층되어서 이루어진 탄성체와, 이 탄성체를 관통하여서 형성된 적어도 하나의 기둥형상 납을 구비하고 있고, 당해 기둥형상 납의 전단항복하중 Qd가 기둥형상 납의 전단면의 면적 ap와 설계전단 항복응력 σpd와의 곱이 되도록, 기둥형상 납이 그 전단방향에서 탄성체에 빈틈없이 구속되어 있는 면진장치로서, 기둥형상 납의 전단면의 총면적 Σap와 탄성체의 하중면의 면적 Ar과의 비 Σap/Ar이 0.01∼0.12이고, 기둥형상 납이 형성되는 중공부를 규정하는 탄성체의 내주면은, 기둥형상 납이 탄성체의 탄성재료층을 파고들어서, 당해 탄성재료층의 위치에서 오목면으로 되어 있는 면진장치에 의해 달성된다.According to the present invention, the above object includes an elastic body in which an elastic material layer and a rigid material layer are alternately stacked, and at least one columnar lead formed through the elastic body, and the shear yield load Qd of the columnar lead is a column. As a seismic isolator in which columnar lead is tightly constrained to the elastic body in its shear direction so that the area ap of the shear surface of the shaped lead is multiplied by the design shear yield stress σpd, the total area of the shear surface of the columnar lead Σap and the load surface of the elastic body In the inner circumferential surface of the elastic body defining the hollow portion where the ratio Σap / Ar with the area Ar is 0.01 to 0.12 and the columnar lead is formed, the columnar lead penetrates the elastic material layer of the elastic body, and concave at the position of the elastic material layer. Achieved by a cotton isolation device.
또한, 본 발명에 의하면 상기 목적은, 탄성재료층 및 강성재료층이 번갈아 적층되어서 이루어진 탄성체와, 이 탄성체를 관통하여 형성된 적어도 하나의 기둥형상 납을 구비하고 있고, 기둥형상 납의 전단항복하중 Qd가 당해 기둥형상 납의 전단면의 면적 ap와 설계전단 항복하중 σPd와의 곱이 되도록, 기둥형상 납이 그 전단방향에서 탄성체에 빈틈없이 구속되어 있는 면진장치를 1개 이상 가진 면진시스템으로서, 기둥형상 납의 전단면의 총면적 Σap와 탄성체의 하중면의 총면적 ΣAr과의 비 Σap/ΣAr이 0.01∼0.12이고, 기둥형상 납이 형성되는 중공부를 규정하는 탄성체의 내주면은, 기둥형상 납이 탄성체의 탄성재료층을 파고들어서, 당해 탄성재료층의 위치에서 오목면으로 되어 있는 면진시스템에 의해 달성된다.In addition, according to the present invention, the above object includes an elastic body formed by alternately stacking an elastic material layer and a rigid material layer, and at least one columnar lead formed through the elastic body, and the shear yield load Qd of the columnar lead is A seismic isolation system having at least one seismic isolator in which columnar lead is tightly constrained to an elastic body in its shear direction such that the area ap of the shear surface of the columnar lead is multiplied by the design shear yield load σPd. In the inner circumferential surface of the elastic body defining the hollow portion where the total area Σap and the total surface area Σap of the elastic load surface of the elastic body and the total surface area ΣAr is 0.01 to 0.12, and the columnar lead is formed, the columnar lead penetrates the elastic material layer of the elastic body This is achieved by an isolating system that is concave at the position of the elastic material layer.
상기 양 면진장치에 있어서, 강성재료층이, 탄성체에 있어서의 그 각 끝단면쪽에 각각 형성된 두꺼운 강성판을 구비하고, 기둥형상 납의 한 끝단부가, 한쪽의 두꺼운 강성판의 내주면에 의하여 규정되는 중공부의 한 끝단부에 밀착하여 형성되어 있고, 기둥형상 납의 다른 끝단부가, 다른쪽의 두꺼운 강성판의 내주면에 의하여 규정되는 중공부의 다른 끝단부에 밀착하여 형성되어 있으면 좋다.In both of the above-mentioned vibration isolation apparatuses, the rigid material layer includes thick rigid plates formed on each end surface side of the elastic body, and one hollow end of the columnar lead is defined by an inner peripheral surface of one thick rigid plate. It is formed in close contact with one end, and the other end of the columnar lead may be formed in close contact with the other end of the hollow portion defined by the inner circumferential surface of the other thick rigid plate.
본 발명은, 중공부에 배설된 기둥형상 납의 체적 Vp와, 탄성체의 내주면으로규정되는 중공부의 용적, 구체적으로는, 기둥형상 납을 형성하기 전, 바꿔말해서 기둥형상 납을 형성하기 위한 납을 압축하여 넣기전으로서, 탄성체에 하중을 가한 상태에서의 중공부(이하, "축소중공부"라고 함)의 용적 Ve가 일정한 관계에 있는 면진장치에서는, 내구성 및 면진효과 및 제조성에 특히 뛰어나다고 하는 발견에 기초하여서 하게 된 것이다.The present invention compresses the volume Vp of columnar lead disposed in the hollow portion and the volume of the hollow portion defined by the inner circumferential surface of the elastic body, specifically, the lead for forming the columnar lead before forming the columnar lead. In the seismic isolator in which the volume Ve of the hollow portion (hereinafter referred to as the "reduced hollow portion") in a state where a load is applied to the elastic body is constant, it is found to be particularly excellent in durability, seismic effect and manufacturability. Based on that.
즉 본 발명의 면진장치에서는, 중공부에 형성된 기둥형상 납의 체적 Vp와, 축소중공부의 용적 Ve와의 비 Vp/Ve가 1.01∼1.12이다. 축소중공부의 용적 Ve는, 탄성체에 가해지는 연직방향 하중, 바꿔 말하면 면진장치가 지지하는 구조물의 중량에 따라서 증감되고, 또 축소중공부의 용적 Ve에 대하여 1.00배를 넘는 체적의 기둥형상 납이 형성된 상태에 있어서의 중공부의 용적과도 다르다. 축소중공부의 용적 Ve에 대하여 1.00배를 충분히 넘는 체적의 기둥형상 납을 중공부에 형성하여 이루어지는 면진장치에서는, 도 6에 도시한 예와 같이, 중공부(12)를 규정하는 탄성체(3)의 내주면(9)은, 원주형상 납(4)이 탄성체(3)의 탄성재료층을 구성하는 고무 등으로 이루어진 탄성판(1)에 파고들어서, 당해 탄성판(1)의 위치에서는 고리형상의 오목면(31)으로 되고, 강성재료층을 구성하는 고리형상의 강성판(2)의 위치에서는 고리형상의 볼록면(32)으로 된다.That is, in the base isolation device of the present invention, the ratio Vp / Ve between the volume Vp of the columnar lead formed in the hollow portion and the volume Ve of the reduced hollow portion is 1.01 to 1.12. The volume Ve of the reduced hollow portion is increased or decreased depending on the vertical load applied to the elastic body, that is, the weight of the structure supported by the seismic isolation device, and a columnar lead having a volume of more than 1.00 times the volume Ve of the reduced hollow portion is applied. It is also different from the volume of the hollow part in the formed state. In the seismic isolation device formed by forming the hollow lead having a volume of more than 1.00 times the volume Ve of the reduced hollow portion, the elastic body 3 defining the hollow portion 12 as shown in FIG. 6. The inner circumferential surface 9 of the circumferentially shaped lead 4 penetrates into the elastic plate 1 made of rubber or the like constituting the elastic material layer of the elastic body 3, and at the position of the elastic plate 1 is annular. It becomes the concave surface 31, and becomes the annular convex surface 32 in the position of the annular rigid plate 2 which comprises a rigid material layer.
그런데 원주형상 납(4)을 축소중공부의 용적의 1.00배(비 p/Ve= 1.00) 보다 적게 형성한 경우에는, 탄성체(3)의 내주면(9)과, 내주면(9)에 대면하여 이것에 접하는 원주형상 납(4)의 외주면과의 사이에 틈새가 생기기 쉬워지고, 따라서 면진장치(5)의 작동중에, 즉 면진장치(5)에 되풀이해서 가로방향 힘 F가 가해지고 있는동안에, 용이하게 탄성체(3)의 내주면(9)과 원주형상 납(4)의 외주면과의 사이에 틈새가 생겨, 이력곡선(21)으로 나타낸 바와 같은 불안정한 면진특성을 나타내게 된다. 이것은 원주형상 납(4)이 탄성체(3)에 적어도 전단방향에 있어서 틈새없이 구속되지 않아, 전단변형 이외의 변형을 낳고, 원주형상 납(4)이 설계전단항복응력 (통상, 순도 99.9% 이상의 순수한 납인 경우에는, 설계치로서 85kg/cm2)을 나타내지 않는 것에도 의한다고 추측된다.However, when the cylindrical lead 4 is formed to be less than 1.00 times the volume of the reduced hollow portion (ratio p / Ve = 1.00), it faces the inner circumferential surface 9 and the inner circumferential surface 9 of the elastic body 3. A gap is easily formed between the outer peripheral surface of the cylindrical lead 4 in contact with it, and thus, during the operation of the base isolation device 5, that is, while the lateral force F is repeatedly applied to the base isolation device 5, it is easy. Clearly, a gap is formed between the inner circumferential surface 9 of the elastic body 3 and the outer circumferential surface of the columnar lead 4, thereby exhibiting unstable vibration isolation characteristics as indicated by the hysteresis curve 21. This is because the cylindrical lead 4 is not constrained to the elastic body 3 at least in the shear direction without any gap, resulting in deformations other than shear deformation, and the cylindrical lead 4 has a design shear yield stress (normally, purity of 99.9% or more). In the case of pure lead, it is presumed to be based on not showing 85 kg / cm 2 ) as a design value.
한편, 원주형상 납(4)을 축소중공부의 용적의 1.12배(비 Vp/Ve= 1.12)보다 많이 형성한 경우에는, 원주형상 납(4)이 크게 탄성판(1)으로 파고들어서, 도 6의 부호 (41)로 나타낸 바와 같이, 탄성체(3)의 내주면(9)이 과도하게 오목면으로 되고, 이 위치 근방에서의 탄성판(1)과 강성판(2) 사이의 전단응력이 지나치게 커지게 된다. 이와 같이 과도하게 응력이 생긴 상태이면, 탄성판(1)의 열화를 앞당기고, 내구성이 떨어지게 된다. 또 면진장치(5)의 제조에 있어서, 중공부(12)에 원주형상 납(4)을 형성하기 위하여, 납을 축소중공부의 용적의 1.12배보다 많이 밀어넣는 것은, 그 밀어넣는 힘을 매우 크게 하지 않으면 안됨은 물론, 밀어넣음에 의해 탄성체(3)를 파손하게 될 염려가 있어서 곤란하다는 것도 알 수 있었다.On the other hand, when the cylindrical lead 4 is formed to be larger than 1.12 times the volume of the reduced hollow portion (ratio Vp / Ve = 1.12), the cylindrical lead 4 largely penetrates into the elastic plate 1, and FIG. As indicated by the numeral 41 of 6, the inner circumferential surface 9 of the elastic body 3 becomes excessively concave, and the shear stress between the elastic plate 1 and the rigid plate 2 in this vicinity is excessive. It becomes bigger. In such a state that excessive stress is generated, the deterioration of the elastic plate 1 is advanced, and durability is inferior. In the manufacture of the base isolation device 5, in order to form the columnar lead 4 in the hollow portion 12, pushing lead more than 1.12 times the volume of the reduced hollow portion greatly reduces the pushing force. It should be understood that the elastic body 3 may be damaged by pushing, and of course, it is difficult.
또한, 이하의 실시예에서도 분명한 바와 같이, 작은 진동입력에서는 높은 강성을 나타내고, 큰 진동입력에서는 낮은 강성을 나타내는 기능, 소위 트리거기능이 특히 요구되며, 또한 큰 진폭의 지진동에 특히 바람직하게 대응할 수 있기 위해서는, 비 Vp/Ve가 1.02 이상인 것이 좋다. 또 비 Vp/Ve가 1.02∼1.07의 범위이면,제조성에 매우 뛰어나다.In addition, as is apparent from the following embodiments, a function that exhibits high stiffness at a small vibration input and a low stiffness at a large vibration input, a so-called trigger function, is particularly required, and it is particularly preferable to respond to a large amplitude earthquake movement. In order to achieve this, the ratio Vp / Ve is preferably 1.02 or more. If the ratio Vp / Ve is in the range of 1.02 to 1.07, it is very excellent in manufacturing.
그리고, 도 2에 나타낸 바와 같은 면진장치(5)에서는, 상술한 바와 같이, 몇번의 지진이 가해짐으로써 원주형상 납(4)의 상하면의 둘레가장자리와 탄성체(3)의 사이에 고리형상 틈새가 생기고, 장기간의 사용에 의해 이 고리형상 틈새에 의한 면진특성이 불안정하게 될 수 있는데, 본 발명은 기둥형상 납의 양 끝단부의 각각을, 각 두꺼운 강성판의 내주면으로 규정되는 중공부의 각 끝단부에 밀착형성함으로써, 고리형상 틈새의 발생을 방지하여, 면진특성의 열화를 방지하고자 하는 것이다.In the seismic isolator 5 as shown in FIG. 2, as described above, a plurality of earthquakes are applied to the annular gap between the upper and lower circumferential edges of the columnar lead 4 and the elastic body 3. The seismic isolation characteristics due to the annular gap may become unstable due to long-term use, and the present invention is in close contact with each end of the hollow part defined as the inner circumferential surface of each thick rigid plate. By forming, it is intended to prevent the occurrence of annular clearance and to prevent degradation of the base isolation characteristics.
또, 본 발명은, 기둥형상 납이 탄성체에 의해 틈새없이 구속되어, 기둥형상 납의 전단항복하중 Qd가 당해 기둥형상 납의 전단면의 면적 ap와 설계전단항복응력 σpd의 곱이 되는 면진장치에 있어서는, 그 요구되는 특성을, 기둥형상 납의 전단항복하중 Qd와 얹어놓인 구조물에 대한 탄성체의 지지하중 W의 비로 평가할 수 있는 것에 착안하여, 전단항복하중 Qd와 지지하중 W의 비 Qd/W가 0.02보다 작을 경우에는, 얹어놓인 구조물과 기초의 상대변위가 크고, 또 지진후의 후진이 비교적 길게 이어지며, 장주기성분이 큰 지진동에서는 공진할 염려가 있고, 태풍시와 같은 강풍시에는 얹어놓인 구조물이 크게 요동할 염려가 있는 한편, 비 Qd/W가 0.08보다 클 경우에는, 장주기화가 곤란하게 되어, 결과적으로 면진효과가 나빠진다는 지식에 기초하여 이루어진 것이다.In the present invention, in the seismic isolator in which columnar lead is restrained without a gap by an elastic body and the shear yield load Qd of the columnar lead is the product of the area ap of the shear surface of the columnar lead and the design shear yield stress σpd. Considering that the required properties can be evaluated by the ratio of the shear yield load Qd of columnar lead to the support load W of the elastic body on the structure, the ratio Qd / W of the shear yield load Qd and the support load W is less than 0.02. There is a possibility that the relative displacement between the structure and the foundation on which it is placed is relatively long, and the reversal after the earthquake is relatively long, and the earthquake movement with a long period component may resonate, and the structure that is placed during a strong wind such as a typhoon may fluctuate greatly. On the other hand, when the ratio Qd / W is larger than 0.08, it is made based on the knowledge that the long period becomes difficult and consequently the base isolation effect is worsened.
면진장치(5)에 있어서는, 원주형상 납(4)의 전단항복하중 Qd는, 상기의 식 (1)에서 주어지고, 또, 탄성체(3)의 지지하중 W는,In the base isolation device 5, the shear yield load Qd of the columnar lead 4 is given by the above formula (1), and the support load W of the elastic body 3 is
W = Ar·P ……… (2)W = Ar · P... … … (2)
로 주어진다. 여기에서 Ar은, 탄성체(3)의 하중면의 면적으로서, 면진장치 (5)에 가해지는 연직방향하중 X, 즉 지지하중 W에 대한 탄성체(3)의 압력을 받는 면적에 상당하고, P는 면진장치(5)에 가해지는 연직방향하중 X에 대한 탄성체(3)의 평균압축응력으로서, 면진장치의 설계에서는, 통상 60kg/cm2∼130kg/cm2정도의 값이 취해진다.Is given by Here, Ar is the area of the load surface of the elastic body 3, and corresponds to the vertical load X applied to the seismic isolator 5, that is, the area subjected to the pressure of the elastic body 3 to the supporting load W, and P is an average compressive stress of the seismic isolation device 5, the elastic body 3 with respect to the vertical direction, the load X applied to, the design of the seismic isolation device, taken in the normal 60kg / cm 2 value of about ~130kg / cm 2.
그런데, 비 Qd/W는,By the way, the non Qd / W,
로 표시되며, 여기에서 σpd=80kg/cm2, P=130kg/cm2로 하면, 비 Qd/W의 상한치, 다시 말해 ap/Ar의 상한치는 약 0.12가 되고, σpd=100kg/cm2, P=60kg/cm2로 하면, 비 Qd/W의 하한치, 다시 말해 ap/Ar의 하한치는 약 0.01이 된다. 또한 상기 σpd의 값은 0.5Hz 진동이고 또한 50% 이상의 왜진폭(歪振幅)에서의 값이다.In this case, when σpd = 80kg / cm 2 and P = 130kg / cm 2 , the upper limit of the ratio Qd / W, that is, the upper limit of ap / Ar is about 0.12, and σpd = 100kg / cm 2 , P When = 60 kg / cm 2 , the lower limit of the ratio Qd / W, that is, the lower limit of ap / Ar is about 0.01. The value of sigma pd is a 0.5 Hz vibration and a value at a distortion amplitude of 50% or more.
즉, 기둥형상 납의 전단면의 면적 ap와, 탄성체의 하중면의 면적 Ar과의 비 ap/Ar을 0.01∼0.12의 범위내로 함으로써, 면진효과가 뛰어나고, 구조물과 기초의 상대변위를 작게 할 수 있으며, 또 지진후의 후진도 조기에 감쇄할 수 있고, 태풍시와 같은 강풍시라도 얹어놓인 구조물의 가로요동을 적게 할 수 있고, 이에 더하여 장주기화를 도모할 수 있어서 장주기성분의 지진동이라도 공진의 염려가 없다고 할 수 있는 것이다.In other words, by setting the ratio ap / Ar between the area ap of the shear surface of the columnar lead and the area Ar of the load surface of the elastic body within the range of 0.01 to 0.12, the vibration isolation effect is excellent and the relative displacement of the structure and the foundation can be reduced. In addition, reversal after earthquake can be attenuated prematurely, and even the strong winds such as typhoons can reduce the horizontal fluctuations of the mounted structures, and in addition, long periods can be achieved. It can be said that.
또한, 이하의 실시예에서도 분명한 바와 같이, 비 ap/Ar을 0.02∼0.07로 함으로써, 더욱 바람직한 결과를 얻을 수 있고, 비 ap/Ar을 0.03∼0.06으로 함으로써, 보다 더욱 바람직한 결과를 얻을 수 있는 것이 판명되었다.Further, as is clear from the following examples, more preferable results can be obtained by setting the ratio ap / Ar to 0.02 to 0.07, and more preferable results can be obtained by setting the ratio ap / Ar to 0.03 to 0.06. It turned out.
하나의 탄성체에 복수개의 기둥형상 납이 배설되는 경우도 마찬가지로서, 본 발명에서는 이 경우도 포함하여, 기둥형상 납의 전단면의 총면적 Σap와 탄성체의 하중면의 면적 Ar과의 비 Σap/Ar가 상기의 범위내에 들어간다.The same applies to the case where a plurality of columnar lead is disposed in one elastic body, and in the present invention, the ratio Σap / Ar between the total area Σap of the shear surface of the columnar lead and the area Ar of the load surface of the elastic body is also described above. It falls within the range of.
또한 본 발명은, 상기의 기둥형상 납의 체적 Vp와 축소중공부의 용적 Ve를 상기의 일정한 관계로 함으로써, 탄성체를 구성하는 탄성재료층과 강성재료층에 기둥형상 납을 틈새없이 구속하는 결과, 식 (1)에 따른 기둥형상 납의 전단항복하중 Qd가 보증되고, 그리고 상기 효과에 더하여 내구성 및 면진효과 및 제조성에 특히 뛰어난 면진장치를 제공할 수 있다고 하는 지식에 기초하여 이루어진 것이다.In addition, the present invention is the result of confining the columnar lead to the elastic material layer and the rigid material layer constituting the elastic body without any gap by forming the volume Vp of the columnar lead and the volume Ve of the reduced hollow portion as described above. The shear yield load Qd of the columnar lead according to (1) is assured, and on the basis of the knowledge that in addition to the above effects, a seismic isolator which is particularly excellent in durability, seismic effect and manufacturability can be provided.
즉 본 발명의 면진장치에서는, 상기 면적비율에 더하여, 중공부에 배설된 기둥형상 납의 체적 Vp와, 축소중공부의 용적 Ve의 비 Vp/Ve가 1.02∼1.12이다. 본 면진장치에 있어서도, 기둥형상 납을 탄성체의 탄성재료층에 파고들게 하여, 중공부를 규정하는 탄성체의 내주면을, 탄성재료층의 위치에서 오목면으로 되게 하고, 강성재료층의 위치에서 볼록면으로 되도록 하여도 좋다.That is, in the base isolation device of the present invention, in addition to the area ratio, the ratio Vp / Ve of the columnar lead disposed in the hollow portion and the volume Ve of the reduced hollow portion is 1.02 to 1.12. Also in the present base isolation apparatus, columnar lead is made to penetrate into the elastic material layer of the elastic body, so that the inner circumferential surface of the elastic body defining the hollow portion is concave at the position of the elastic material layer, and from the position of the rigid material layer to the convex surface. You may make it possible.
본 발명에 있어서, 탄성재료층의 소재로서는, 천연고무, 실리콘고무, 고감쇠 (高減衰)고무, 우레탄고무 또는 클로로프렌고무 등을 들수 있는데, 바람직하기는 천연고무이다. 탄성재료층의 각층의 두께로서는, 무부하상태에 있어서 1mm∼30mm 정도의 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않는다. 또 강성재료층의 소재로서는,강성판, 탄소섬유, 유리섬유 또는 아라미드섬유 등의 섬유보강 합성수지판 또는 섬유보강 경질고무판 등을 들 수 있고, 그 두께는 각 두꺼운 강성판으로 10mm∼50mm 정도, 그 이외의 각 층에는 1mm∼6mm 정도의 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않으며, 또한 그 매수에 있어서도 특히 한정되지 않는다. 탄성체 및 기둥형상 납은, 둥근 고리형상체 및 원주형상체가 바람직하지만, 다른 형상의 것, 예를 들면 타원 또는 사각형체의 것이라도 좋다. 탄성체를 관통하여 형성하는 기둥형상 납은 하나라도 좋으나, 이것 대신에 하나의 탄성체에 복수의 중공부를 형성하고, 이 복수의 중공부에 각각 기둥형상 납을 형성하여 면진장치를 구성하여도 좋다. 또한 이들 복수의 중공부의 각 기둥형상 납을 비 Vp/Ve에 관하여 동일한 상기 조건하에서 형성할 필요는 없고, 각각 다른 조건하에서 형성하여도 좋으며, 또 각 기둥형상 납이 비 Vp/Ve에 관하여 상기 조건을 만족하고 있는 것이 바람직하지만, 복수개의 기둥형상 납중의 일부의 기둥형상 납을, 비 Vp/Ve에 관하여 상기 조건을 만족하지 않도록 하여 형성해도 좋다.In the present invention, examples of the material of the elastic material layer include natural rubber, silicone rubber, high attenuation rubber, urethane rubber, chloroprene rubber, and the like, preferably natural rubber. As thickness of each layer of an elastic material layer, although about 1 mm-about 30 mm are preferable in a no-load state, it is not limited to this. Examples of the material of the rigid material layer include a fiber-reinforced synthetic resin plate or a fiber-reinforced hard rubber plate such as a rigid plate, carbon fiber, glass fiber or aramid fiber, and the thickness thereof is about 10 mm to 50 mm in each thick rigid plate. Although about 1 mm-about 6 mm is preferable for each layer other than this, it is not limited to this, Furthermore, it is not specifically limited also in the number of sheets. The elastic body and the columnar lead are preferably round annular bodies and columnar bodies, but may be of other shapes, for example, elliptical or rectangular. The columnar lead formed through the elastic body may be one. Alternatively, a plurality of hollow portions may be formed in one elastic body, and columnar lead may be formed in each of the plurality of hollow portions to form an isolator. Moreover, it is not necessary to form each columnar lead of these some hollow part under the same said conditions with respect to ratio Vp / Ve, and may form under different conditions, and each said columnar lead has said conditions regarding ratio Vp / Ve. Although it is preferable to satisfy | fill, the columnar lead of some columnar lead may be formed so that the said conditions may not be satisfied regarding ratio Vp / Ve.
또 본 발명은, 탄성재료층 및 강성재료층이 번갈아 적층되어 이루어진 탄성체와, 이 탄성체의 내주면으로 규정되는 적어도 하나의 중공부에 배설된 기둥형상 납을 구비한 상술의 면진장치를 1개 이상, 바람직하기로는 복수개 구조물과 기초의 사이에 형성하는 시스템에도 적용할 수 있고, 이 경우에 기둥형상 납의 전단항복하중 Qd가 기둥형상 납의 전단면의 면적 ap와 설계전단항복응력 σpd와의 곱이 되도록, 기둥형상 납이 대응의 탄성체에 틈새없이 구속되어, 기둥형상 납의 전단면의 총면적 Σap와 탄성체의 하중면의 총면적 ΣAr의 비 Σap/ΣAr이 0.01∼0.12이면좋고, 또 기둥형상 납의 전단면의 총면적 Σap와 탄성체의 하중면의 총면적 ΣAr의 비 Σap/ΣAr이 0.01∼0.12이고, 중공부에 배설된 기둥형상 납의 체적 Vp와, 기둥형상 납이 미삽입되고 탄성체에 하중이 가해진 상태에서의 중공부(축소중공부)의 용적 Ve와의 비 Vp/Ve가 1.02∼1.12이면, 상술한효과를 마찬가지로 얻을 수 있다. 또 본 시스템에 있어서도, 비 Σap/ΣAr을, 0.02∼0.07로 함으로써, 더욱 바람직한 결과를 얻을 수 있고, 비 Σap/ΣAr을, 0.03∼0.06으로 함으로써, 보다 더욱 바람직한 결과를 얻을 수 있는 한편, 비 Vp/Ve가 1.02∼1.07이면, 바람직한 제조성을 얻을 수 있다.In addition, the present invention provides at least one of the above-described seismic isolator comprising an elastic body formed by alternately stacking an elastic material layer and a rigid material layer, and columnar lead disposed in at least one hollow portion defined by the inner circumferential surface of the elastic body. Preferably, the present invention can also be applied to a system formed between a plurality of structures and a foundation. In this case, the column-like lead shear yield load Qd is a product of the area ap of the shear surface of the columnar lead and the design shear yield stress σpd. Lead is constrained to the corresponding elastic body without any gap, and the ratio Σap / ΣAr of the total area Σap of the shear surface of the columnar lead and the total surface area ΣAr of the load surface of the elastic body is 0.01 to 0.12, and the total area Σap of the shear surface of the columnar lead Σap and the elastic body Ratio Σap / ΣAr of the total surface area ΣAr of the surface of the load surface is 0.01 to 0.12, and the volume Vp of the columnar lead disposed in the hollow portion and the columnar lead are not inserted and the load is applied to the elastic body. Ve is the volume ratio Vp / Ve is 1.02 to 1.12 with the hollow part made (reduction of the study) in a state can be obtained, like the above-described effect. Also in this system, a more preferable result can be obtained by setting the ratio Σap / ΣAr to 0.02 to 0.07, and even more preferable results can be obtained by setting the ratio Σap / ΣAr to 0.03 to 0.06, while the ratio Vp If / Ve is 1.02 to 1.07, preferable manufacturability can be obtained.
또한, 본 시스템의 면진장치에 있어서, 중공부를 규정하는 탄성체의 내주면은, 기둥형상 납이 탄성체의 탄성재료층에 파고들어서, 당해 탄성재료층의 위치에서 오목면으로 되고, 강성재료층의 위치에서 볼록면으로 되어 있어도 좋다. 또한 복수의 면진장치를 배설하는 시스템에 있어서, 이들 복수의 면진장치를 비 Vp/Ve에 관하여 동일한 상기 조건하에서 형성할 필요는 없고, 각각 다른 조건하에서 형성하여도 좋으며, 또 비 Vp/Ve에 관하여 각 면진장치가 상기 조건을 만족하고 있는 것이 바람직하지만, 복수개의 면진장치 중의 일부의 면진장치를, 비 Vp/Ve에 관하여 상기 조건을 만족하지 않도록 하여서 형성하여도 좋다.Further, in the seismic isolator of the present system, the inner circumferential surface of the elastic body defining the hollow portion has a columnar lead penetrating into the elastic material layer of the elastic body to become a concave surface at the position of the elastic material layer, and at the position of the rigid material layer. It may be a convex surface. Further, in a system for disposing a plurality of seismic isolators, the plurality of seismic isolators need not be formed under the same conditions as for the non-Vp / Ve, and may be formed under different conditions, and for the non-Vp / Ve. Although it is preferable that each seismic isolator satisfies the above conditions, some of the seismic isolators may be formed so as not to satisfy the above conditions with respect to the ratio Vp / Ve.
또한, 기둥형상 납을 구비한 면진장치를 1개 이상 구조물과 기초의 사이에 배설하는 상술의 시스템에 있어서, 탄성재료층 및 강성재료층이 번갈아 적층되어 이루어지고, 중공부를 갖지 않은 중앙이 채워진 탄성체를 구비한 적어도 1개의 다른 면진장치를, 기둥형상 납을 구비한 면진장치와 함께 구조물과 기초의 사이에 형성하여도 좋다.Further, in the above-described system for disposing a seismic isolator with columnar lead between one or more structures and a foundation, an elastic body filled with an elastic material layer and a rigid material layer alternately stacked and filled with a center having no hollow portion is provided. At least one other seismic isolator provided with a seismic isolator with columnar lead may be formed between the structure and the base.
기둥형상 납을 구비한 적어도 1개의 면진장치와, 기둥형상 납을 구비하지 않고, 중앙이 채워진 탄성체를 구비한 적어도 1개의 면진장치를 구조물과 기초의 사이에 형성하여 이루어진 이러한 시스템에 있어서는, 탄성체의 하중면의 총면적 ΣAr에, 기둥형상 납을 구비하지 않은 면진장치의 중앙이 채워진 탄성체의 하중면을 포함하여, 비 Σap/ΣAr이 상기 조건을 만족하도록, 각 면진장치를 구성한다.In such a system in which at least one isolating device having columnar lead and at least one isolating device having a center-filled elastic body without the columnar lead is formed between the structure and the base, Each seismic isolation device is configured such that the ratio? Ap / ΣAr satisfies the above conditions, including the load surface of the elastic body filled in the center of the seismic isolation device without columnar lead in the total area ΣAr of the load surface.
본 발명에 의하면, 탄성체의 중공부에 형성된 기둥형상 납을 바라는 대로 구속할 수 있는 결과, 안정된 면진특성을 얻을 수 있고, 더구나 트리거기능이 있기 때문에, 큰 진폭의 지진동에 바람직하게 대응할 수 있으며, 또한 탄성체의 탄성재료층 및 기둥형상 납의 열화를 회피할 수 있기 때문에, 내구성 및 면진효과 및 제조성에 특히 뛰어난 면진장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, as a result of being able to restrain columnar lead formed in the hollow portion of the elastic body as desired, stable seismic isolation characteristics can be obtained, and furthermore, since it has a trigger function, it can suitably cope with large amplitude earthquake movements. Since the deterioration of the elastic material layer of the elastic body and the columnar lead can be avoided, the seismic isolator excellent in durability, seismic isolation effect, and manufacturability can be provided.
또, 본 발명에 의하면, 기둥형상 납의 전단면의 총면적 Σap와, 탄성체의 하중면의 면적 Ar과의 비 Σap/Ar을 소정의 범위내로 하기 때문에, 면진효과에 뛰어나고, 구조물과 기초와의 상대변위를 작게 할 수 있으며, 또한 지진후의 후진도 조기에 감쇄할 수 있고, 태풍시와 같은 강풍시라도 얹어놓인 구조물의 가로요동을 적게 할 수 있으며, 더구나 면진효과를 발휘하는 데에 충분한 장주기화를 도모할 수 있기 때문에 장주기성분의 지진동이라도 공진의 염려가 없는 면진장치를 제공할 수 있다.Further, according to the present invention, since the ratio Σap / Ar between the total area Σap of the shear surface of the columnar lead and the area Ar of the load surface of the elastic body is within a predetermined range, it is excellent in the vibration isolation effect and has a relative displacement between the structure and the foundation. Also, it is possible to reduce the reversal after an earthquake at an early stage, and to reduce the lateral fluctuation of the mounted structure even during strong winds such as during a typhoon. In this way, a seismic isolator can be provided without fear of resonance even with long-term earthquake motion.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더 상세히 설명한다. 이로써 상기 발명 및 목적 및 기타의 발명 및 목적이 더욱 명확해질 것이다. 또한본 발명은 이들 실시예에 하등 한정되지 않는 것이다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described a preferred embodiment of the present invention in more detail. This will make the invention and object and other inventions and objects more apparent. In addition, this invention is not limited to these Examples at all.
[실시예]EXAMPLE
도 7에 나타낸 본 예의 면진장치(5)는, 고리형상의 탄성판(1)으로 이루어진 탄성재료층 및 고리형상의 얇은 강성판(2) 및 고리형상의 두꺼운 강성판(15,16)으로 이루어진 강성재료층이 번갈아 적층되어 이루어진 고리형상의 탄성체(3)와, 적어도 탄성체(3)의 내주면(9)으로 규정되는 중공부(12)에 밀착형성된 원주형상 납 (4)과, 강성판(15 및 16)에 각각 볼트(17)를 통하여 연결된 플랜지 플레이트(18 및 19)와, 원주형상 납(4)의 하면 및 상면에서 플랜지 플레이트(18 및 19)와 강성판 (15 및 16)을 서로 전단방향(F방향)으로 고정하는 전단키(20)를 구비하고 있으며, 원주형상 납(4)이 밀착배치된 중공부(12)는, 내주면(9)에 더하여, 아래편의 전단키 (20)의 상면(21)과 위편의 전단키(20)의 하면(22)에 의하여 규정되어 있다. 면진장치(5)에 있어서, 강성판(15) 및 (16)은, 탄성체(3)의 상하 끝단면쪽의 탄성재료층에 묻혀서 배설되어 있고, 원주형상 납(4)의 하단부(23)는, 강성판(15)의 내주면에 의하여 규정되는 중공부(12)의 하단부에 밀착형성되어 있으며, 원주형상 납(4)의 상단부(24)는, 강성판(16)의 내주면에 의하여 규정되는 중공부(12)의 상단부에 밀착형성되어 있다. 본 면진장치(5)는 플랜지 플레이트(18)쪽이 기초(10)에, 플랜지 플레이트(19)쪽이 구조물(11)에 각각 연결되어 사용된다. 본 예에 있어서는, 탄성재료층을 형성하기 위하여, 두께 5mm의 천연고무제인 고리형상의 탄성판 (1)을 25장 사용하고, 강성재료층을 형성하기 위하여, 두께 2.3mm인 고리형상의 강성판(2)을 22장, 두께 31mm인 고리형상의 강성판(15 및 16)을 사용하였다.The seismic isolator 5 of the present example shown in FIG. 7 is composed of an elastic material layer made of an annular elastic plate 1, an annular thin rigid plate 2, and an annular thick rigid plate 15, 16. Ring-shaped elastic body 3 formed by alternately stacking rigid material layers, cylindrical lead 4 formed in close contact with hollow portion 12 defined at least by inner circumferential surface 9 of elastic body 3, and rigid plate 15 And flange plates 18 and 19 connected to bolts 17 through bolts 17, respectively, and flange plates 18 and 19 and rigid plates 15 and 16 at the lower and upper surfaces of columnar lead 4, respectively. The hollow part 12 which has the shear key 20 fixed in the direction (F direction), and the cylindrical lead 4 was closely arranged, the upper surface of the lower shear key 20 in addition to the inner peripheral surface 9 ( 21 and the lower surface 22 of the shear key 20 above. In the base isolation device 5, the rigid plates 15 and 16 are buried in the elastic material layer on the upper and lower end faces of the elastic body 3, and the lower end 23 of the columnar lead 4 is disposed. Is formed in close contact with the lower end of the hollow portion 12 defined by the inner circumferential surface of the rigid plate 15, and the upper end 24 of the columnar lead 4 is hollow defined by the inner circumferential surface of the rigid plate 16. It is formed in close contact with the upper end of the portion 12. The seismic isolator 5 is used by connecting the flange plate 18 to the base 10 and the flange plate 19 to the structure 11, respectively. In this example, in order to form an elastic material layer, 25 annular elastic plates (1) made of a natural rubber having a thickness of 5 mm are used, and an annular rigid plate having a thickness of 2.3 mm is used to form a rigid material layer. 22 sheets of (2) were used, and annular rigid plates 15 and 16 having a thickness of 31 mm were used.
본 발명의 면진장치(5)를 제조할 경우에는, 먼저 고리형상의 탄성판(1)과 강성판(2)을 번갈아 적층하여, 그 하면 및 상면에 고리형상의 강성판(15 및 16)을 배치하고, 틀 안에 있어서의 가압하에서의 가황접착 등에 의해 이들을 상호 고정하여 이루어지는 고리형상의 탄성체(3)를 준비하고, 그 후에 원주형상 납(4)을 중공부 (12)에 형성하기 위하여, 탄성체(3)의 중공부(12)에 납을 밀어넣는다. 납의 밀어넣음은, 원주형상 납(4)이 탄성체(3)에 의해 중공부(12)에서 틈새없이 구속되도록, 납을 중공부(12)에 유압램 등에 의해 밀어넣어 행한다. 납의 압입후, 전단키(20) 및 플랜지 플레이트(18 및 19)를 부착한다. 또한 틀 안에 있어서의 가압하에서의 가황접착에 의한 탄성체(3)의 형성에 있어서, 강성판(2,15 및 16)의 외주면을 덮어, 원통형상 피복층(25)이 형성되도록 하면 좋다. 본 예의 피복층의 두께는 10mm였다. 또 상기 형성에 있어서, 탄성판(1)의 내주쪽의 일부가 유동하여, 강성판(2, 15 및 16)의 내주면을 덮고, 원통형상 피복층(25)과 같은 모양이지만 그 보다 매우 얇은 원통형상 피복층이 형성되어도 좋다.When manufacturing the base isolation device 5 of the present invention, first, the annular elastic plate 1 and the rigid plate 2 are alternately laminated, and the annular rigid plates 15 and 16 are disposed on the lower surface and the upper surface thereof. And an annular elastic body 3 formed by fixing them to each other by vulcanization and the like under pressure in a mold, and then forming the cylindrical lead 4 in the hollow portion 12. Push lead into the hollow part 12 of 3). The lead is pushed into the hollow part 12 by a hydraulic ram or the like so that the cylindrical lead 4 is restrained by the elastic body 3 from the hollow part 12 without any gap. After the lead indentation, the shear key 20 and the flange plates 18 and 19 are attached. In the formation of the elastic body 3 by vulcanization under pressure in the mold, the outer peripheral surfaces of the rigid plates 2, 15 and 16 may be covered to form the cylindrical coating layer 25. The thickness of the coating layer of this example was 10 mm. In the above formation, a portion of the inner circumferential side of the elastic plate 1 flows to cover the inner circumferential surfaces of the rigid plates 2, 15, and 16, and has the same shape as the cylindrical coating layer 25, but a much thinner cylindrical shape. A coating layer may be formed.
무부하상태에 있어서의 탄성체(3)의 높이가 240mm인 도 7에 도시한 바와 같은 면진장치(5)에 있어서, 비 ap/Ar을 변화시켜, 각 비 ap/Ar에서의 기초(10)의 진동에너지 Eb에 의한 구조물(11)로의 진동에너지 Es를 구하였다. 얻어진 비 ap/Ar과 면진장치(5)에 의한 에너지전달율 Es/Eb의 관계를 도 8에 도시한다.In the seismic isolator 5 as shown in FIG. 7 in which the height of the elastic body 3 in a no-load state is 240 mm, the ratio ap / Ar is changed to vibrate the base 10 at each ratio ap / Ar. The vibration energy Es to the structure 11 by the energy Eb was calculated | required. The relationship between the ratio ap / Ar obtained and the energy transfer rate Es / Eb by the base isolation device 5 is shown in FIG. 8.
또한, 이 에너지전달율은, 이상의 각 값에 더하여, 면진장치(5)의 면압을 80 kg/cm2로 하고, 탄성판(1)의 전단탄성율 G를 6kg/cm2로 하고, 입력으로서, 엘센트로지진파, 십승충(十勝沖) 지진파, 팔호(八戶) 지진파 및 TAFT 지진파를 사용하고, 이것에 통계적 처리를 시행하여 구하였다.In addition, the energy transfer rate is, in addition to the above values, the surface pressure of the base isolation device 5 is 80 kg / cm 2 , the shear modulus G of the elastic plate 1 is 6 kg / cm 2 , Centro earthquake wave, ten-earthquake earthquake wave, paho lake earthquake wave and TAFT earthquake wave were used, and statistical analysis was performed on this.
도 8에서 분명한 바와 같이, 비 ap/Ar이 0.01∼0.12의 범위내이면, 에너지전달율 Es/Eb가 1/2 이하가 되고, 기초(10)의 진동에너지가 충분히 감쇄되어 구조물 (11)에 전달되는 것을 알 수 있다. 또 비 ap/Ar이 0.12를 넘으면, 응답가속도비(응답/입력)가 약 50% 이상이 되는 것을 확인할 수 있었다. 또 비 ap/Ar이 0.01 미만이면, 구조물(11)과 기초(10)와의 상대변위가, 예를 들면 바람직한 비 ap/Ar =0.05에 있어서의 그것의 2∼3배 이상이나 생기고, 실용적이 아닌 것을 알 수 있었다.As apparent from FIG. 8, when the ratio ap / Ar is in the range of 0.01 to 0.12, the energy transfer rate Es / Eb is 1/2 or less, and the vibration energy of the foundation 10 is sufficiently attenuated and transmitted to the structure 11. It can be seen that. When the ratio ap / Ar exceeds 0.12, the response acceleration ratio (response / input) is found to be about 50% or more. If the ratio ap / Ar is less than 0.01, the relative displacement between the structure 11 and the base 10 is, for example, two to three times more than that at the preferable ratio ap / Ar = 0.05, which is not practical. I could see that.
또, 비 ap/Ar이 0.02∼0.07의 범위내의 경우 및 0.03∼0.06의 범위내의 경우는, 도 8에서 분명한 바와 같이, 각각 더욱 바람직한 에너지전달율 Es/Eb를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.In addition, when the ratio ap / Ar is in the range of 0.02 to 0.07 and in the range of 0.03 to 0.06, as can be seen from FIG. 8, it can be seen that more preferable energy transfer rate Es / Eb can be obtained, respectively.
한편, 도 7에 도시한 면진장치(5)로서, 강성판(2,15 및 16)의 외경을 500mm, 내경을 90mm로 한 면진장치(5)에 대해, 연직하중 57tonf(면압30kgf/cm2)∼342tonf(면압 180kgf/cm2)를 가하고, 수평방향의 변위와 수평방향 힘의 관계를 실험에 의해 구하였다. 이것을 도 9∼도 12에 나타낸다. 도 9∼도 12에 있어서, (a)는 면진장치 (5)의 전 탄성판(1) 자체의 가로변위(수평방향변위)가 10%인 경우, (b) 및 (c)는 마찬가지로 50% 및 100%인 경우이다. 도 9에 도시한 연직하중 57tonf (면압 30kgf /cm2)를 가한 경우에 있어서의 비 Vp/Ve는 1.03, 도 10에 도시한 연직하중 114tonf(면압 60kgf/cm2)를 가한 경우에 있어서의 비 Vp/Ve는 1.00, 도 11에 도시한 연직하중 228tonf(면압 120kgf/ cm2)를 가한 경우에 있어서의 비 Vp/Ve는 1.02 및 도 12에 도시한 연직하중 342tonf(면압 180kgf/cm2)를 가한 경우에 있어서의 비 Vp/Ve는 1.11이었다. 이상의 경우에 있어서의 비 ap/Ar은 0.03이었다.On the other hand, as the seismic isolator 5 shown in FIG. 7, the vertical load 57tonf (face pressure 30 kgf / cm 2 ) with respect to the seismic isolator 5 whose outer diameter of the rigid plates 2, 15 and 16 was 500 mm and the inner diameter was 90 mm. ) To 342tonf (surface pressure 180kgf / cm 2 ) were applied, and the relationship between the horizontal displacement and the horizontal force was experimentally determined. This is shown in FIGS. 9-12. 9 to 12, (a) shows that when the horizontal displacement (horizontal displacement) of the front elastic plate 1 itself of the base isolation device 5 is 10%, (b) and (c) are similarly 50%. And 100%. The ratio Vp / Ve in the case of applying the vertical load 57tonf (surface pressure 30kgf / cm 2 ) shown in FIG. 9 is 1.03, and the ratio in the case of applying the vertical load 114tonf (surface pressure 60kgf / cm 2 ) shown in FIG. 10. Vp / Ve is 1.00 and the ratio Vp / Ve when the vertical load 228tonf (surface pressure 120kgf / cm 2 ) shown in FIG. 11 is 1.02 and the vertical load 342tonf (surface pressure 180kgf / cm 2 ) shown in FIG. The ratio Vp / Ve in the case of addition was 1.11. The ratio ap / Ar in the above case was 0.03.
도 9, 도 11 및 도 12에서 분명한 바와 같이, 비 Vp/Ve가 1.02 이상에서는, 트리거기능이 특히 요구되고, 큰 진폭의 지진에 대하여 바람직하게 대응할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또 도 10에서 분명한 바와 같이, 비 Vp/Ve가 1.00∼1.02 미만인 경우에는, 트리거기능을 바람직하게 얻을 수 없다고 할 수 있다. 또한 비 Vp/Ve가 1.07 이하이면, 제조에 있어서 중공부(12)로의 납의 밀어넣기가 용이하여, 그다지 곤란을 수반하지 않는다는 것이 판명되었다. 또 비 Vp/Ve가 1.12 이상이 되도록 중공부(12)에 납을 압입하려고 하였으나, 탄성체(3)의 손괴없이, 이것을 행하는 것은 곤란하다는 것이 판명되었다.As is clear from Figs. 9, 11, and 12, it can be seen that when the ratio Vp / Ve is 1.02 or more, a trigger function is particularly required, and it can suitably cope with a large amplitude earthquake. As apparent from Fig. 10, when the ratio Vp / Ve is less than 1.00 to 1.02, it can be said that the trigger function cannot be obtained preferably. In addition, when the ratio Vp / Ve is 1.07 or less, it has been found that the lead is easily pushed into the hollow portion 12 in production, and does not involve any difficulties. Moreover, although lead was pressed in the hollow part 12 so that ratio Vp / Ve might be 1.12 or more, it turned out that it is difficult to do this without damaging the elastic body 3.
또한, 면진장치(5)에서는, 강성판(15 및 16)과 플랜지 플레이트(18 및 19)를 별개체로 형성하였으나, 플랜지 플레이트(18 및 19)에 두꺼운 강성판을 일체로 형성하여, 면진장치를 구체화하여도 좋다.In addition, in the isolation device 5, the rigid plates 15 and 16 and the flange plates 18 and 19 are formed separately, but the thick plates are integrally formed on the flange plates 18 and 19, so that the isolation plates are integrally formed. May be specified.
본 발명에 의하면, 탄성체의 중공부에 형성된 기둥형상 납을 바라는 대로 구속할 수 있는 결과, 안정된 면진특성을 얻을 수 있고, 더구나 트리거기능이 있기때문에, 큰 진폭의 지진동에 바람직하게 대응할 수 있으며, 또한 탄성체의 탄성재료층 및 기둥형상 납의 열화를 회피할 수 있기 때문에, 내구성 및 면진효과 및 제조성이 뛰어나다.According to the present invention, as a result of being able to constrain the columnar lead formed in the hollow portion of the elastic body as desired, stable seismic isolation characteristics can be obtained, and furthermore, since the trigger function, it is possible to suitably respond to large amplitude seismic movements. Since the deterioration of the elastic material layer of the elastic body and the columnar lead can be avoided, it is excellent in durability, seismic isolation effect, and manufacturability.
또, 본 발명에 의하면, 기둥형상 납의 전단면의 총면적 Σap와, 탄성체의 하중면의 면적 Ar과의 비 Σap/Ar을 소정의 범위내로 하기 때문에, 면진효과에 뛰어나고, 구조물과 기초와의 상대변위를 작게 할 수 있으며, 또한 지진후의 후진도 조기에 감쇄할 수 있고, 태풍시와 같은 강풍시라도 얹어놓인 구조물의 가로요동을 적게 할 수 있으며, 더구나 면진효과를 발휘하는 데에 충분한 장주기화를 도모할 수 있기 때문에 장주기성분의 지진동이라도 공진의 염려가 없게 된다.Further, according to the present invention, since the ratio Σap / Ar between the total area Σap of the shear surface of the columnar lead and the area Ar of the load surface of the elastic body is within a predetermined range, it is excellent in the vibration isolation effect and has a relative displacement between the structure and the foundation. Also, it is possible to reduce the reversal after an earthquake at an early stage, and to reduce the lateral fluctuation of the mounted structure even during strong winds such as during a typhoon. Therefore, there is no fear of resonance even with long-term earthquake motion.
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1996
- 1996-07-30 KR KR10-2001-7005620A patent/KR100409274B1/en active IP Right Review Request
- 1996-08-22 TW TW085109406A patent/TW352399B/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100792244B1 (en) | 2006-08-04 | 2008-01-07 | 주식회사 에스코알티에스 | Reinforced elastomeric seismic isolation bearing and method for fabricating the same, and bridge having the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW352399B (en) | 1999-02-11 |
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