TWI623693B - Anti-shock device - Google Patents

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TWI623693B
TWI623693B TW104133905A TW104133905A TWI623693B TW I623693 B TWI623693 B TW I623693B TW 104133905 A TW104133905 A TW 104133905A TW 104133905 A TW104133905 A TW 104133905A TW I623693 B TWI623693 B TW I623693B
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rigid
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Osamu Kochiyama
Kazunori Inaba
Shuhei Kaneko
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Oiles Industry Co Ltd
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Abstract

本發明之防震裝置1係具備：上部凸緣板2，其連結於上部構造；下部凸緣板3，其連結於下部構造；積層橡膠體7，其設置於上部凸緣板2及下部凸緣板3之間，且具有於垂直方向V上交互積層之橡膠彈性材料層4及剛性材料層5；柱狀孔8，其設置於積層橡膠體7上；及振動能量吸收體9，其配置於柱狀孔8中。

Description

防震裝置
本發明係關於一種具備使包含橋樑以及大廈、獨立式住宅及倉庫等建築物等構造物免於地震振動之積層橡膠體之防震裝置。
例如於專利文獻1中，提出了一種積層橡膠型防震裝置，其係為了緩和在積層橡膠體中變形集中產生在接近連結於建築物之上部構造之上部凸緣板及連結於建築物之下部構造之下部凸緣板之各者之部分，而具備一種設置於上部凸緣板與下部凸緣板之間，並使於水平方向上延伸之複數個橡膠板層與複數個鋼板層於上下方向上交互積層而形成之積層橡膠體；且藉由使上述複數個橡膠板層之材質及厚度彼此相同，而該等橡膠板層之面積不同，來使該等橡膠板層之剛性隨著從上述積層橡膠體之上端及下端朝中央部遞減。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平11-141180號公報
然而，於具備積層橡膠體之防震裝置中，因上部構造及下部構造之間之相對水平振動而造成水平方向變形時，在接近上部凸緣板及下部凸緣板之各者之積層橡膠體之部分(裙部)容易產生應力集中，期望 有消除可能成為挫曲之原因之上述應力集中之裝置，且另一方面期望可發揮原本具有之防震功能。
本發明係鑑於上述各點而完成者，其目的在於提供一種防震裝置，其不僅可消除在接近上部凸緣板及下部凸緣板之各者之積層橡膠體之部分所產生之應力集中，還可發揮原本具有之防震功能。
本發明之防震裝置係具備：上部凸緣板，其連結於上部構造；下部凸緣板，其連結於下部構造；及積層橡膠體，其設置於上部凸緣板及下部凸緣板之間，且具有於垂直方向上交互積層之橡膠彈性材料層及剛性材料層；且剛性材料層係具備：至少一個上部剛性材料層，其與上部凸緣板接近配置；至少一個下部剛性材料層，其與下部凸緣板接近配置；及複數個中間部剛性材料層，其於垂直方向上並排配置於上部剛性材料層與下部剛性材料層之間；且上部剛性材料層及下部剛性材料層之至少一方，係以相對於鄰接於該一方之複數個中間部剛性材料層中之鄰接中間部剛性材料層，於水平方向上較長之方式而形成，鄰接中間部剛性材料層係以相對於在垂直方向上較該鄰接中間部剛性材料層位於中央側之複數個中間部剛性材料層中之中央側中間部剛性材料層，於水平方向上成為相等長度或較短之方式而形成。
根據本發明之防震裝置，尤其由於上部剛性材料層及下部剛性材料層之至少一方，係以相對於鄰接於該一方之複數個中間部剛性材料層中之鄰接中間部剛性材料層，於水平方向上較長之方式而形成，故可消除於接近上部凸緣板及下部凸緣板之各者之積層橡膠體之部分(裙部)所產生之應力集中；且由於鄰接中間部剛性材料層係以相對於在垂直方向上較該鄰接中間部剛性材料層位於中央側之複數個中間部剛性材料層中之中央側中間部剛性材料層，於水平方向上成為相等長度或較短之方式而形成，故可發揮原本具有之反覆應力之耐久性，於 扭轉方向上亦可發揮防震功能等，不需使裝置大型化而可發揮該裝置原本具有之防震功能。
於本發明之防震裝置中，剛性材料層亦可具備於垂直方向上各者彼此並排配置，且於水平方向上各者彼此具有相等長度之複數個上部剛性材料層。
於本發明之防震裝置中，剛性材料層具備於垂直方向上各者彼此並排配置之複數個上部剛性材料層，且複數個上部剛性材料層中之最接近上部凸緣板而配置之最上部剛性材料層，亦可以相對於複數個上部剛性材料層中之除了最上部剛性材料層以外之其他上部剛性材料層，於水平方向上較長之方式而形成。根據如此之防震裝置，即便於積層橡膠體之水平方向變形時，於複數個上部剛性材料層亦難以產生塑性變形，藉此可使水平方向之剛性穩定，可消除基於裙部之應力集中而產生挫曲等之虞。
於本發明之防震裝置中，剛性材料層亦可具備於垂直方向上各者彼此並排配置，且於水平方向上各者彼此具有相等長度之複數個下部剛性材料層。
於本發明之防震裝置中，剛性材料層具備於垂直方向上各者彼此並排配置之複數個下部剛性材料層，且複數個下部剛性材料層中之最接近下部凸緣板而配置之最下部剛性材料層，亦可以相對於複數個下部剛性材料層中之除了最下部剛性材料層以外之其他下部剛性材料層，於水平方向上較長之方式而形成。根據如此之防震裝置，即便於積層橡膠體之水平方向變形時，於複數個下部剛性材料層亦難以產生塑性變形，藉此可使水平方向之剛性穩定，可消除基於裙部之應力集中而產生挫曲等之虞。
於本發明之防震裝置中，積層橡膠體亦可進而具備硫化接著於剛性材料層之外周緣，且與橡膠彈性材料層成為一體之筒狀之被覆層； 且被覆層中之覆蓋上述上部剛性材料層及下部剛性材料層之至少一方之被覆部，亦可相對於該被覆層中之覆蓋中間部剛性材料層之被覆部於水平方向上突出。
於本發明之防震裝置中，上部剛性材料層及下部剛性材料層之至少一方，亦可具有較複數個中間部剛性材料層之外周緣位於水平方向外側之圓形外周緣。
於本發明之防震裝置中，複數個中間部剛性材料層亦可具有圓形外周緣，且上部剛性材料層及下部剛性材料層之至少一方之圓形外周緣，亦可較複數個中間部剛性材料層之圓形外周緣直徑更大。
於本發明之防震裝置中，上部剛性材料層及下部剛性材料層之至少一方，亦可具有較複數個中間部剛性材料層之外周緣位於水平方向外側之多邊形外周緣。
於本發明之防震裝置中，亦可具備設置於積層橡膠體之至少一個之柱狀孔、及配置於該至少一個之柱狀孔之振動能量吸收體。
根據本發明，可提供一種防震裝置，其不僅可消除於接近上部凸緣板及下部凸緣板之各者之積層橡膠體之部分所產生之應力集中，還可發揮原本具有之防震功能。
1‧‧‧防震裝置
2‧‧‧上部凸緣板
3‧‧‧下部凸緣板
4‧‧‧橡膠彈性材料層
5‧‧‧剛性材料層
6‧‧‧被覆層
7‧‧‧積層橡膠體
8‧‧‧柱狀孔
9‧‧‧振動能量吸收體
10‧‧‧封閉構件
11‧‧‧封閉構件
12‧‧‧內周面
13‧‧‧下表面
14‧‧‧上表面
15‧‧‧圓柱狀鉛
16‧‧‧外周緣
21‧‧‧上部剛性鋼板
22‧‧‧上部剛性鋼板
23‧‧‧下部剛性鋼板
24‧‧‧下部剛性鋼板
25‧‧‧中間部剛性鋼板
26‧‧‧中間部剛性鋼板
27‧‧‧中間部剛性鋼板
28‧‧‧中間部剛性鋼板
31‧‧‧圓形外周緣
32‧‧‧圓形外周緣
33‧‧‧圓形外周緣
34‧‧‧圓形外周緣
35‧‧‧圓形外周緣
41‧‧‧被覆部
42‧‧‧被覆部
43‧‧‧被覆部
53‧‧‧下部剛性鋼板
54‧‧‧下部剛性鋼板
55‧‧‧多邊形外周緣
H‧‧‧水平方向
H1‧‧‧水平方向
O‧‧‧軸心
V‧‧‧垂直方向
圖1係本發明之實施形態例之剖面說明圖。
圖2係圖1所示之例之剖面放大說明圖。
圖3係圖1所示之例之主要剛性材料層之說明圖。
圖4係圖1所示之例之剖面放大說明圖。
圖5係圖1所示之例之動作說明圖。
圖6係本發明之實施形態之其他例之剖面放大說明圖。
圖7係本發明之實施形態之進一步之其他例之主要剛性材料層之 說明圖。
接著就本發明之實施形態，基於圖中所示之理想之例進行進一步之詳細說明。此外，本發明絲毫不限定於該等例。
圖1至圖4中，本例之防震裝置1係具備：上部凸緣板2，其連結於建築物之上部構造；下部凸緣板3，其連結於包含基礎等之下部構造；積層橡膠體7，其係設置於上部凸緣板2及下部凸緣板3之間，且具有於垂直方向V上交互積層之包含天然橡膠或有衰減特性之高衰減橡膠等之圓環狀之橡膠彈性材料層4及圓環狀之剛性材料層5、以及硫化接著於剛性材料層5之外周緣16且與橡膠彈性材料層4成為一體之圓筒狀之被覆層6；至少一個柱狀孔8，其係設置於積層橡膠體7上，於本例中為一個；振動能量吸收體9，其配置於柱狀孔8中；及圓盤上之一對封閉構件10及11，該等係於振動能量吸收體9之下表面及上表面，固定於上部凸緣板2及下部凸緣板3上而封閉柱狀孔8。
柱狀孔8除了積層橡膠體7之內周面12，還受上方之封閉構件10之下表面13與下方之封閉構件11之上表面14限制，於水平方向H上配置於積層橡膠體7之中央。振動能量吸收體9係包含密集配置於柱狀孔8之鉛、錫、錫合金或熱塑性樹脂製之塑性體，例如圓柱狀鉛15。圓柱狀鉛15係藉由塑性變形來吸收振動能量。
剛性材料層5係具備：二片圓環狀之上部剛性鋼板21及22，該等作為於垂直方向V上與上部凸緣板2接近配置之至少一個上部剛性材料層；二片圓環狀之下部剛性鋼板23及24，該等作為與下部凸緣板3接近配置之至少一個下部剛性材料層；及複數個圓環狀之中間部剛性鋼板25，其作為於垂直方向V上並排配置於上部剛性鋼板21及22與下部剛性鋼板23及24之間之複數個中間部剛性材料層。上部剛性鋼板21及22、下部剛性鋼板23及24、以及複數個中間部剛性鋼板25之各者， 係具有相同之軸心O。
上部剛性鋼板21及22係於垂直方向V上各者彼此並排配置，下部剛性鋼板23及24係於垂直方向V上各者彼此並排配置，上部剛性鋼板21及22、下部剛性鋼板23及24、以及複數個中間部剛性鋼板25係於垂直方向V上各者彼此具有相等間隔而配置，且各者彼此具有相等之壁厚。藉由如此地將具有相等壁厚之鋼板以等間隔配置，使得橡膠彈性材料層4亦會成為各者彼此以相等壁厚而等間隔地配置。
上部剛性鋼板21及22中之作為最接近上部凸緣板2而配置之最上部剛性材料層之上部剛性鋼板21，係以相對於上部剛性鋼板22於水平方向H上較長之方式而形成，且上部剛性鋼板21之圓形外周緣31係較上部剛性鋼板22之圓形外周緣32直徑更大而位於水平方向外側。上部剛性鋼板21之圓形外周緣31及上部剛性鋼板22之圓形外周緣32，係較複數個中間部剛性鋼板25之圓形外周緣35直徑更大而位於水平方向外側。
下部剛性鋼板23及24中之作為最接近下部凸緣板3而配置之最下部剛性材料層之下部剛性鋼板23，係以相對於下部剛性鋼板24於水平方向H上較長之方式而形成，且下部剛性鋼板23之圓形外周緣33較下部剛性鋼板24之圓形外周緣34直徑更大而位於水平方向外側，下部剛性鋼板23之圓形外周緣33及下部剛性鋼板24之圓形外周緣34，係較複數個中間部剛性鋼板25之圓形外周緣35直徑更大而位於水平方向外側。
於本例中，上部剛性鋼板21及下部剛性鋼板23係各者彼此同樣地形成，且上部剛性鋼板22及下部剛性鋼板24係各者彼此同樣地形成。於以上剛性材料層5中，上部剛性鋼板21及22之各者係以相對於複數個中間部剛性鋼板25中之作為鄰接於上部剛性鋼板22之鄰接中間部剛性材料層之中間部剛性鋼板26，於水平方向H上較長之方式而形成；且 下部剛性鋼板23及24之各者係以相對於複數個中間部剛性鋼板25中之作為鄰接於下部剛性鋼板24之鄰接中間部剛性材料層之中間部剛性鋼板27，於水平方向H上較長之方式而形成。
複數個中間部剛性鋼板25於本例中係各者彼此同樣地形成，藉此，該等各者彼此於水平方向H上具有相等長度，中間部剛性鋼板26及27係相對於作為較該等於垂直方向V上位於中央側之中央側中間部剛性材料層之中間部剛性鋼板28，於水平方向H上具有相等長度。又，於本例中，雖然複數個中間部剛性鋼板25各者彼此同樣地形成，但亦可以例如中間部剛性鋼板26及27相對於在垂直方向V上較該中間部剛性鋼板26及27位於中央側之中間部剛性鋼板28，於水平方向H上較短之方式而形成，來取代該構成。
被覆層6係具備：大直徑圓環狀之被覆部41，其覆蓋上部剛性鋼板21及22；大直徑圓環狀之被覆部42，其覆蓋下部剛性鋼板23及24；及圓環狀之被覆部43，其覆蓋複數個中間部剛性鋼板25。被覆部41一體連結於被覆部43之上緣，且被覆部42一體連結於被覆部43之下緣。被覆部41及42係相對於被覆部43於水平方向H上突出。
製造防震裝置1之情形，首先，使橡膠彈性材料層4與剛性材料層5交互積層而形成積層體，於該積層體之上表面及下表面上配置上部凸緣板2及下部凸緣板3，準備利用型內之加壓下之硫化接著等而將該等相互固定而成之積層橡膠體7，之後，為了將圓柱狀鉛15形成於柱狀孔8，將鉛壓入至柱狀孔8中。鉛之壓入係以利用積層橡膠體7將圓柱狀鉛15於柱狀孔8中無間隙地束縛之方式，利用液壓油缸等將鉛壓入柱狀孔8而進行。將鉛壓入後，安裝封閉構件10及11。又，於利用型內之加壓下之硫化接著形成積層橡膠體7之過程中，最好覆蓋剛性彈性材料層5之外周緣16而形成圓筒狀之被覆層6。
當發生地震等而造成下部構造於水平方向H上振動時，如圖5所 示，於以上之防震裝置1中積層橡膠體7於水平方向H上彈性變形，藉此使上部構造免於下部構造之水平方向H之振動，並且，使圓柱狀鉛15中產生塑性變形，而吸收下部構造對上部構造之振動能量，而使該振動衰減。一旦積層橡膠體7如此地於水平方向H上彈性變形，中間部剛性鋼板28就會相對於中間部剛性鋼板27於水平方向H1上水平位移，中間部剛性鋼板27則會相對於下部剛性鋼板23及24於水平方向H1上水平位移，並且，下部剛性鋼板24相對於下部剛性鋼板23於水平方向H1上水平位移。此時，由於下部剛性鋼板23及24支撐中間部剛性鋼板25，且主要支撐中間部剛性鋼板27，故可使於接近積層橡膠體7之下部凸緣板3之壓縮側之部分(裙部)難以產生應力集中，而可消除挫曲之虞，且另一方面，以將具有足夠之橫截面積之複數個中間部剛性鋼板25及橡膠彈性材料層4交互積層而得之部分(中間部)，可發揮原本具有之防震功能，並且，由於在如此之彈性變形時，下部剛性鋼板23仍可支撐下部剛性鋼板24，故可使積層橡膠體7之塑性變形及水平方向之剛性更穩定。上部剛性鋼板21及22亦在與中間部剛性鋼板26及28之關係中，於積層橡膠體7之彈性變形時，與下部剛性鋼板23及24同樣地作用。
根據本例之防震裝置1，係具備：上部凸緣板2，其連結於上部構造；下部凸緣板3，其連結於下部構造；及積層橡膠體7，其設置於上部凸緣板2及下部凸緣板3之間，且具有於垂直方向V上交互積層之橡膠彈性材料層4及剛性材料層5；且剛性材料層5係具有：上部剛性鋼板21及22，該等作為與上部凸緣板2接近配置之至少一個上部剛性材料層；下部剛性鋼板23及24，該等作為與下部凸緣板3接近配置之至少一個下部剛性材料層；及中間部剛性鋼板25，其作為於垂直方向V上並排配置於上部剛性鋼板21及22與下部剛性鋼板23及24之間之複數個中間部剛性材料層；且上部剛性鋼板21及22以及下部剛性鋼板23及24，係以相對於鄰接於該等之複數個中間部剛性鋼板25中之作為鄰接中間 部剛性材料層之中間部剛性鋼板26及27，於水平方向H上較長之方式而形成，中間部剛性鋼板26及27係以相對於在垂直方向V上較該中間部剛性鋼板26及27位於中央側之複數個中間部剛性鋼板25中之作為中央側中間部剛性材料層之中間部剛性鋼板28，於水平方向H上成為相等長度或較短之方式而形成，故可消除於接近上部凸緣板2及下部凸緣板3之各者之積層橡膠體7之部分(裙部)所產生之應力集中，並且，可發揮原本具有之反覆應力之耐久性，於扭轉方向上亦可發揮防震功能等，不需使裝置大型化而可發揮該裝置原本具有之防震功能。
根據防震裝置1，剛性材料層5係具備於垂直方向V上各者彼此並排配置之複數個上部剛性鋼板21及22，上部剛性材料層21及22中之作為最接近上部凸緣板2而配置之最上部剛性材料層之上部剛性鋼板21，係以相對於上部剛性鋼板22於水平方向H上較長之方式而形成，故即便於積層橡膠體7之水平方向變形時，於複數個上部剛性鋼板21及22亦難以產生塑性變形，藉此可使水平方向H之剛性穩定，可消除基於裙部之應力集中而產生挫曲等之虞。
根據防震裝置1，剛性材料層5係具備於垂直方向V上各者彼此並排配置之複數個下部剛性鋼板23及24，下部剛性材料層23及24中之作為最接近下部凸緣板3而配置之最下部剛性材料層之下部剛性鋼板23，係以相對於下部剛性鋼板24於水平方向H上較長之方式而形成，故即便於積層橡膠體7之水平方向變形時，於複數個下部剛性鋼板23及24亦難以產生塑性變形，藉此可使水平方向H之剛性穩定，可消除基於裙部之應力集中而產生挫曲等之虞。
又，如例如圖6所示，防震裝置1之剛性材料層5亦可具備作為於垂直方向V上各者彼此並排配置，且於水平方向H上各者彼此具有相等長度之複數個下部剛性材料層之下部剛性鋼板53及54，來取代下部剛性鋼板23及24。又，剛性材料層5係與上述同樣地，亦可具備於垂直方 向V上各者彼此並排配置，且於水平方向H上各者彼此具有相等長度之複數個上部剛性材料層(未圖示)，來取代上部剛性鋼板21及22。
雖然上部剛性鋼板21及22以及下部剛性鋼板23及24係分別具有圓形外周緣31、32、33及34，但亦可如例如圖7所示，具有較複數個中間部剛性鋼板25之外周緣16位於水平方向外側之多邊形外周緣55來取代之。外周緣16可為如上所述般之圓形外周緣，又，亦可為多邊形外周緣。於該情形，被覆層6亦可為多邊筒狀。
防震裝置1雖於本例中具備振動能量吸收體9，但亦可省略該構成，於該情形，亦可將橡膠彈性材料層4及剛性材料層5之各者形成圓板狀，並將積層橡膠體7形成為圓柱狀。

Claims (7)

  1. 一種防震裝置，其係包含：上部凸緣板，其連結於上部構造；下部凸緣板，其連結於下部構造；及積層橡膠體，其設置於上部凸緣板及下部凸緣板之間，且具有於垂直方向上交互積層之複數個橡膠彈性材料層及複數個剛性材料層；且複數個橡膠彈性材料層中之最上部之橡膠彈性材料層係硫化接著於上部凸緣板；複數個橡膠彈性材料層中之最下部之橡膠彈性材料層係硫化接著於下部凸緣板；且複數個剛性材料層係包含：複數個上部剛性材料層，其與上部凸緣板接近配置；複數個下部剛性材料層，其與下部凸緣板接近配置；及複數個中間部剛性材料層，其於垂直方向上並排而分別配置於複數個上部剛性材料層與複數個下部剛性材料層之間；且複數個上部剛性材料層及複數個下部剛性材料層之各者，係以相對於與上述各者鄰接之複數個中間部剛性材料層中之上部及下部之鄰接中間部剛性材料層，於水平方向上較長之方式而形成；上部及下部之鄰接中間部剛性材料層係以相對於在垂直方向上被該上部及下部之鄰接中間部剛性材料層夾著的複數個中間部剛性材料層中之複數個中央側中間部剛性材料層，於水平方向上成為相等長度之方式而形成； 複數個上部剛性材料層之各者係於垂直方向上彼此並排配置，且於水平方向上彼此具有相等長度；複數個下部剛性材料層之各者係於垂直方向上彼此並排配置，且於水平方向上彼此具有相等長度。
  2. 如請求項1之防震裝置，其中積層橡膠體進而包含筒狀之被覆層，其分別以內周面硫化接著於複數個剛性材料層之外周緣、以上表面與下表面硫化接著於上部凸緣板及下部凸緣板之各者，並以該內周面與複數個橡膠彈性材料層成為一體，且被覆層中之覆蓋複數個上部剛性材料層及複數個下部剛性材料層之各者之被覆部，相對於該被覆層中之覆蓋複數個中間部剛性材料層之被覆部，於水平方向上突出。
  3. 如請求項1或2之防震裝置，其中複數個上部剛性材料層及複數個下部剛性材料層之各者，具有較上部及下部之鄰接中間部剛性材料層以及複數個中央側中間部剛性材料層之各者之圓形外周緣位於水平方向外側之圓形外周緣。
  4. 如請求項3之防震裝置，其中複數個上部剛性材料層及複數個下部剛性材料層之各者之圓形外周緣，係較上部及下部之鄰接中間部剛性材料層以及複數個中央側中間部剛性材料層之各者之圓形外周緣直徑更大。
  5. 如請求項1或2之防震裝置，其中複數個上部剛性材料層、複數個下部剛性材料層、上部之鄰接中間部剛性材料層、下部之鄰接中間部剛性材料層、以及複數個中央側剛性材料層之各者，係具有同一軸心。
  6. 如請求項1或2之防震裝置，其中複數個上部剛性材料層及複數個下部剛性材料層之各者，具有較複數個中間部剛性材料層之外周緣位於水平方向外側之多邊形外周緣。
  7. 如請求項1或2之防震裝置，其包含設置於積層橡膠體之至少一個之柱狀孔、及配置於該至少一個之柱狀孔中之振動能量吸收體。
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