TWI739861B - 層疊橡膠支承 - Google Patents

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Abstract

本發明的課題為提供一邊維持著通常地震時的層疊橡膠支承的性能，並在長時間地震時抑制能源吸收性能的降低。

其解決手段為層疊橡膠支承(1)，具備：層疊橡膠體(6)，在交替層疊橡膠層(2)與強化板(3)的層疊橡膠部具有貫穿上下方向的至少一個貫穿孔，及至少一支衰減體插塞(鉛插塞)(9)，封入貫穿孔，在貫穿孔封入有在垂直方向分割成複數的衰減體插塞，配置使衰減體插塞的各外圍面與強化板的各內周圍面抵接或接近。設強化板的總厚度為TS，設橡膠層的總厚度為TR，在層疊橡膠體上面顯示圓形的場合為直徑；上面顯示正方形的場合為一邊的長度；或上面顯示長方形的場合為短邊的長度設成D的場合，TS≧26×TR×D-0.5。

Description

層疊橡膠支承
本發明是關於層疊橡膠支承，尤其是關於具備在交替層疊橡膠層與強化板的層疊橡膠體內吸收塑性金屬或摩擦材等的振動能時伴隨發熱的衰減體的層疊橡膠支承。
作為上述層疊橡膠支承的一例，如第3圖表示，存在有層疊橡膠支承41係由：交替層疊橡膠層42與強化板43，上下具有厚壁鋼板44、45的層疊橡膠體46；分別安裝於上下構造物的安裝用鋼板47、48；在安裝用鋼板47、48與厚壁鋼板44、45之間傳遞水平力，並在層疊橡膠體46的貫穿孔46a具備封入鉛插塞49用的剪力鍵50、51；緊固安裝用鋼板47、48與厚壁鋼板44、45的螺栓53、54；及將安裝用鋼板47、48安裝於上下構造物用的孔55、56所構成。
具有上述構成的層疊橡膠支承41是配置在上部構造物與下部構造物之間，根據地震時等的擾動因上部構造物與下部構造物的水平相對位移而產生剪切變形時，動作使得水平荷重因橡膠層42的彈性變形與鉛插塞49的塑 性變形而衰減。
但是，上述層疊橡膠支承41因長週期地震運動等承受多數次的重複變形時，藉吸收的能源使得鉛插塞49發熱，成為溫度上升的主因而確認為層疊橡膠支承41之能源吸收性能的降低。能源吸收性能的降低一旦產生時，造成上述構造物之反應位移的加大，會有對建築物功能的維持造成問題等之虞。
為此，本發明是鑒於上述習知的層疊橡膠支承的問題點所研創而成，提供一種一邊維持通常地震時的性能，並在長時間地震時可抑制能源吸收性能的降低的層疊橡膠支承為目的。
為達成上述目的，本發明的層疊橡膠支承，具備：層疊橡膠體，在交替層疊橡膠層與強化板的層疊橡膠部具有貫穿上下方向的至少一個貫穿孔，及至少一支衰減體插塞，封入上述貫穿孔，其特徵為：將垂直方向分割成複數的衰減體插塞封入上述貫穿孔，並配置使該衰減體插塞的各外圍面與上述強化板的各內周圍面抵接或接近。
根據本發明，在貫穿孔分別封入垂直方向被分割成複數的衰減體插塞，並配置使插塞的各外圍面與各 強化板的內周圍面抵接或接近，因此儲存於各插塞的熱可透過強化板有效地排出至外部，而可抑制長時間地震時之插塞的溫度上升。藉此，可一邊維持著通常地震時的層疊橡膠支承的性能，並抑制層疊橡膠支承的能源吸收性能的降低。
上述層疊橡膠支承中，設上述強化板的總厚度為TS，設上述橡膠層的總厚度為TR，在上述層疊橡膠體上面顯示圓形的場合為直徑；上面顯示正方形的場合為一邊的長度；或上面顯示長方形的場合為短邊的長度設成D的場合，TS≧26×TR×D-0.5。由於設強化板的總厚度大於一般所使用層疊橡膠支承之強化板的總厚度，因此熱容量變大，且強化板的板厚增大的量，可有效將儲存在衰減體插塞的熱排出至外部。
並且，使上述垂直方向分割成複數的衰減體插塞在上面顯示彼此不重疊，使得衰減體插塞均等配置於層疊橡膠支承，可有效將儲存在各插塞的熱透過強化板排出至外部。
此外，位在上述衰減體插塞的垂直方向中央部的強化板的板厚形成比其他的強化板大，可將上述各衰減體插塞的一端插入穿設於該板厚大的強化板的孔。藉此，可以使強化板的熱容量變大，且強化板的板厚增大的量，可有效將儲存在衰減體插塞的熱排出至外部。
又，也可以塑性變形進行振動能之吸收的衰減材料形成上述衰減體插塞，此衰減材料是例如可使用 鉛、錫、鋅、鋁、銅、鎳或該等的合金或非鉛系低熔點合金。
此外，也可以塑性流動進行振動能之吸收的衰減材料形成上述衰減體插塞，此衰減材料是例如可使用含熱硬化性樹脂與橡膠粉的材料。
如以上說明，根據本發明，提供一種層疊橡膠支承，可一邊維持著通常地震時的性能，並在長時間地震時可抑制能源吸收性能的降低。
1‧‧‧層疊橡膠支承
2‧‧‧橡膠層
3‧‧‧強化板
4、5‧‧‧厚壁鋼板
6‧‧‧層疊橡膠體
6a‧‧‧孔
7、8‧‧‧安裝用鋼板
9‧‧‧鉛插塞
10、11‧‧‧剪力鍵
13、14‧‧‧螺栓
15、16‧‧‧螺孔
21‧‧‧層疊橡膠支承
22‧‧‧橡膠層
23、23a‧‧‧強化板
23b‧‧‧孔
24、25‧‧‧厚壁鋼板
26‧‧‧層疊橡膠體
26a‧‧‧孔
27、28‧‧‧安裝用鋼板
29‧‧‧鉛插塞
30、31‧‧‧剪力鍵
33、34‧‧‧螺栓
35、36‧‧‧螺孔
第1圖表示本發明的層疊橡膠支承的第1實施形態，(a)為上視圖，(b)為(a)的A-A線剖面圖。
第2圖表示本發明的層疊橡膠支承的第2實施形態，(a)為上視圖，(b)為(a)的B-B線剖面圖。
第3圖表示習知的層疊橡膠支承的一例，(a)為上視圖，(b)為(a)的C-C線剖面圖。
接著，針對實施本發明用的形態一邊參閱圖示並詳細說明。
第1圖是表示本發明的層疊橡膠支承的第1實 施形態，該層疊橡膠支承1係由：交替層疊橡膠層2與強化板3，上下具有厚壁鋼板4、5的層疊橡膠體6；分別安裝於上下構造物的安裝用鋼板7、8；在安裝用鋼板7、8與厚壁鋼板4、5之間傳遞水平力，並作為封入穿設於層疊橡膠體6的8處之孔6a的衰減體插塞的鉛插塞9；為了在安裝用鋼板7、8與厚壁鋼板4、5之間傳遞水平力所具備的剪力鍵10、11；緊固安裝用鋼板7、8與厚壁鋼板4、5的螺栓13、14；及將安裝用鋼板7、8安裝於上下構造物用的螺孔15、16所構成。
強化板3是以鋼板等形成，層疊橡膠體6的垂直方向中央部的強化板3a的板厚形成比其他強化板3的板厚大。其他的強化板3的板厚相同。在此，設橡膠層2的總厚度為TR、層疊橡膠體6的直徑為D的場合，設定強化板3的總厚度TS為TS≧26×TR×D-0.5而較標準的強化板的總厚度大。此數式是考慮強化板3的厚度以根據橡膠層2的一層厚度來決定最小厚度，針對現在商品化的層疊橡膠支承而以層疊橡膠體6的直徑D基準化後實驗性導出的數式。並將各個強化板3的內周圍面抵接在鉛插塞9的外圍面。
層疊橡膠體6的垂直方向中央部的強化板3a的板厚，在設強化板3a的厚度為ts，強化板3a產生的最大應力強度為σm，作用於層疊橡膠體6的垂直面壓為σc，一層橡膠層2的厚度為tr的場合，設定成為ts≧3.3tr/((σm/σc)-2)。將各個鉛插塞9的一端插入穿設於強化板3a的孔3b。如上述，本實施形態的特徵為：具有在垂直方向分割鉛插塞， 跨兩段將複數(本實施形態總計為8個)鉛插塞9設置於層疊橡膠體6，及將垂直方向中央部的強化板3a的板厚形成比其他強化板3的板厚大以使得強化板3的總厚度TS比習知的大。
具有上述構成的層疊橡膠支承1是配置在上述構造物與下部構造物之間，根據地震時等的擾動因上部構造物與下部構造物的水平相對位移而產生剪切變形時，動作使得水平荷重藉橡膠層2的彈性變形與8個鉛插塞9的塑性變形而衰減。
在此，上述層疊橡膠支承1是在8個孔6a設置垂直方向分割的總計8個鉛插塞9，將各個鉛插塞9的一端插入垂直方向中央部的厚的強化板3a的孔3b，藉此與上述習知的層疊橡膠支承41比較，即使8個鉛插塞9整體的體積與鉛插塞49相同，仍可有效將儲存在鉛插塞9的熱透過厚的強化板3a排出至外部。並且，強化板3的總厚度TS比習知的大，不但使強化板3整體的熱容量變大，且板厚加大的量，可有效將儲存在鉛插塞9的熱排出至外部，因此可抑制長時間地震時之鉛插塞9的溫度上升。藉此，可一邊維持著通常地震時的層疊橡膠支承1的性能，並抑制層疊橡膠支承1的能源吸收性能的降低。
第2圖是表示本發明的層疊橡膠支承的第2實施形態，該層疊橡膠支承21係由：交替層疊橡膠層22與強化板23，上下具有厚壁鋼板24、25的層疊橡膠體26；分別安裝於上下構造物的安裝用鋼板27、28；在安裝用鋼板 27、28與厚壁鋼板24、25之間傳遞水平力，並為了將鉛插塞29封入層疊橡膠體26的孔26a而具備的剪力鍵30、31；作為封入穿設於層疊橡膠體26的10處之孔26a的衰減體插塞的鉛插塞29；緊固安裝用鋼板27、28與厚壁鋼板24、25的螺栓33、34；及將安裝用鋼板37、38安裝於上下構造物用的螺孔35、36所構成。
層疊橡膠體26的垂直方向中央部的強化板23a的板厚ts是形成比其他強化板23的板厚大，設定滿足上述ts≧3.3tr/((σm/σc)-2)的值。並且，設定強化板23的總厚度為TS為TS≧26×TR×D-0.5而較標準的強化板的總厚度大。將各個鉛插塞29的一端插入穿設於強化板23a的孔23b。如上述，本實施形態的特徵為：具有在垂直方向分割鉛插塞，跨兩段將總計10個鉛插塞29設置於層疊橡膠體26，及將垂直方向中央部的強化板23a的板厚形成比其他強化板23的板厚大以使得強化板23的總厚度TS比習知的大。
具有上述構成的層疊橡膠支承21是配置在上述構造物與下部構造物之間，根據地震時等的擾動因上部構造物與下部構造物的水平相對位移而產生剪切變形時，動作使得水平荷重藉橡膠層22的彈性變形與10個鉛插塞29的塑性變形而衰減。
在此，上述層疊橡膠支承21中，設置10個鉛插塞29，將各個鉛插塞29的一端插入垂直方向中央部的厚的強化板23a的孔23b，藉此與如第1圖表示的層疊橡膠支 承1具備8個鉛插塞9的場合比較，即使10個鉛插塞29整體的體積與鉛插塞9相同，仍可有效將儲存在鉛插塞29的熱透過強化板23a排出至外部，因此可進一步有效抑制長時間地震時之鉛插塞29的溫度上升。
再者，上述第1、第2實施形態中，垂直方向分割成複數的鉛插塞9、29雖在上面顯示為彼此重疊，但是將該等配置在上面顯示不彼此重疊，可更均等地將鉛插塞9、29配置在層疊橡膠體6、26內，可更為有效透過強化板3、23將儲存在鉛插塞9、29的熱排出至外部。
又，上述第1、第2實施形態中，鉛插塞9、29的剪切部份的長寬比(H/Dp：H為剪切部份的高度，Dp為剪切部份的直徑)變小，有助於磁滯形狀的穩定性、散熱特性的改善。
再者，上述實施形態中，雖是在穿設於8處或10處的孔封入垂直方向分割成兩個的衰減體插塞，但也可以在層疊橡膠支承穿設一個貫穿孔，封入兩分割後的衰減體插塞，也可穿設複數貫穿孔，在各貫穿孔封入兩分割後的衰減體插塞。並且，也可以在穿設於8處或10處以外的複數部位的孔(非貫穿孔)封入兩分割後的衰減體插塞。又，每一個貫穿孔的衰減體的分割數不限於兩個。
又，上述的實施形態雖是將強化板與鉛插塞抵接，但是在強化板與鉛插塞或者該等附近的部份形成包覆層的場合，配置使強化板與鉛插塞接近。並且，也可以使用錫或該等的合金等的彈塑性金屬或摩擦材等構成的衰 減體插塞來取代鉛插塞。
另外，雖使得位在衰減體插塞的垂直方向中央部的強化板的板厚比其他強化板的板厚大，但並非有使位於中央部之強化板的板厚大的必要，所有的強化板也可皆為相同的厚度，且非一片強化板，也可以使兩片以上的複數片強化板的板厚大於其他的強化板。雖是將各衰減體插塞的一端插入穿設於強化板的孔，但也可不設置孔而僅將強化板與衰減體插塞的一端抵接，或接近。並且，雖設強化板的總厚度比習知厚的TS，但也可以與習知同樣的總厚度。
接著，針對本發明的層疊橡膠支承的試驗例說明。
以第3圖、第4圖表示的層疊橡膠支承41作為比較例，並以第1圖、第2圖表示的層疊橡膠支承1、21作為實施例1、2。將各層疊橡膠支承的詳細構成顯示於表1。又，將試驗條件顯示於表2。本試驗例是進行實驗與解析，由於解析結果與實驗結果極為一致，因此在以下顯示解析結果作為試驗例。
將上述試驗結果顯示於表3。從同表可得知滿足上述TS≧26×TR×D-0.5的實施例與比較例比較各總能源吸收量分別增大61.4%、62.6%，相對於初始屈服應力之試驗結束時的屈服應力的比例分別大22.6%、22.9%。
接著，針對上述層疊橡膠支承1、21、41，在 進行利用假設東海‧東南海地震之東海地區的長週期地震三的圓形波的試驗時，顯示於表4的結果。從同表可得知實施例與比較例比較各總能源吸收量分別增大16.6%、17.0%，相對於初始屈服應力之試驗結束時的屈服應力的比例分別大10.3%、10.2%。
如以上說明，從試驗結果，根據本發明的層疊橡膠支承，也可一邊維持著通常地震時的性能，並在長時間地震時抑制能源吸收性能的降低。
1‧‧‧層疊橡膠支承
2‧‧‧橡膠層
3‧‧‧強化板
3a‧‧‧強化板
3b‧‧‧孔
4‧‧‧厚壁鋼板
5‧‧‧厚壁鋼板
6‧‧‧層疊橡膠體
6a‧‧‧孔
7‧‧‧安裝用鋼板
8‧‧‧安裝用鋼板
9‧‧‧鉛插塞
10‧‧‧剪力鍵
11‧‧‧剪力鍵
13‧‧‧螺栓
14‧‧‧螺栓
15‧‧‧螺孔
16‧‧‧螺孔

Claims (7)

  1. 一種層疊橡膠支承，具備：層疊橡膠體，在交替層疊橡膠層與強化板的層疊橡膠部具有貫穿上下方向的至少一個貫穿孔，及衰減體插塞，在垂直方向分割成複數個，且封入上述貫穿孔，其特徵為：在垂直方向分割成複數的上述衰減體插塞在上面顯示彼此不重疊，並配置使該衰減體插塞的各外圍面與上述強化板的各內周圍面抵接或接近。
  2. 如請求項1記載的層疊橡膠支承，其中，設上述強化板的總厚度為TS，設上述橡膠層的總厚度為TR，在上述層疊橡膠體上面顯示圓形的場合為直徑；上面顯示正方形的場合為一邊的長度；或上面顯示長方形的場合為短邊的長度設成D的場合，TS≧26×TR×D-0.5(TS、TR、D的單位為mm)。
  3. 如請求項1或2記載的層疊橡膠支承，其中，位在上述衰減體插塞的垂直方向中央部的強化板的板厚形成比其他的強化板大，可將上述各衰減體插塞的一端插入穿設於該板厚大的強化板的孔。
  4. 如請求項1或2記載的層疊橡膠支承，其中，上述衰減體插塞是以塑性變形進行振動能之吸收的衰減材料所構成。
  5. 如請求項4記載的層疊橡膠支承，其中，上述衰減材料為鉛、錫、鋅、鋁、銅、鎳或該等的合金或 非鉛系低熔點合金所構成。
  6. 如請求項1或2記載的層疊橡膠支承，其中，上述衰減體插塞是由塑性流動進行振動能之吸收的衰減材料所構成。
  7. 如請求項6記載的層疊橡膠支承，其中，上述衰減材料包括熱硬化性樹脂與橡膠粉。
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