WO1997006372A1

WO1997006372A1 - Dispositif pour isoler des vibrations

Info

Publication number: WO1997006372A1
Application number: PCT/JP1996/002146
Authority: WO
Inventors: Tsukasa Kishizono; Ikuo Shimoda; William Henry Robinson
Original assignee: Oiles Corporation
Priority date: 1995-08-04
Filing date: 1996-07-30
Publication date: 1997-02-20
Also published as: CN1080850C; CN1158155A; NZ313289A; ITRM960550A1; MY115738A; ITRM960550A0; US5761856A; KR970705712A; KR100316196B1; IT1284199B1

Description

明細免震装置技術分野本発明は、二つの構造物間に配されて両構造物間の相対的な水平振動のエネルギを吸収し、構造物への振動加速度を低減するための装置、特に地震エネルギを減衰して地震入力加速度を低減し、建築物、橋梁等の構造物の損壊を防止する免震装置及びこの免震装置を一個以上使用したシステムに関する。背景技術振動エネルギ吸収体としては、例えば、特公昭 6 1 — 1 7 9 8 4 号公報に記載のものが知られており、この振動ェネルギ吸収体は、二つの構造物間に固定されていて剪断力を加えることによって塑性変形する鉛部材を有している。このような振動エネルギ吸収体の鉛部材は、その塑性変形において、亀裂等を生じることなしに振動エネルギを好ましく吸収するが、変形後も、通常のばねと異なり吸収したエネルギを構造物に戻さず、その変形した状態を維持し、構造物の元の位置への復帰を行わせ難いものである。

弾性材料層を構成するゴム等からなる弾性板と剛性材料層を構成する金属板とを交互に積層し、これらを互いに加硫接着等して相互に固着してなる免震装置としての弾性体は、地震入力加速度を低減し、構造物を地震の破壊力から一応保護するが、振動エネルギ吸収能力が低く、これを単独で免震装置として用いた場合、上記の鉛部材と比較して，地震動を受けた構造物の地震後の振動が鎮るまでに長時間を要する等の地震工学及び振動工学の観点から実用上種々の問題がある。

そこで、鉛部材の塑性変形における振動エネルギ吸収能と、弾性体の地震入力加速度の低減能及び復元能とを合せ持つべく、弾性体と、この弾性体を貫通して配された柱状鉛とを具備した免震装置も前記公報に提案されている。

図 1 及び図 2 に示す免震装置 5 は、弾性材料層を構成するゴム等からなる弾性板 1 と剛性材料層を構成する環状の剛性板 2 とを交互に積層して相互に固定してなる環状の弾性体 3 と、弾性体 3 の円筒状の内周面 9 で規定される中空部 1 2 に配された円柱状鉛 4 と、円柱状鉛 4 の下面及び上面にそれぞれ当接して弾性体 3 の下面及び上面のそれぞれにポルト等により取り付けられたフランジプレート 1 8 及び 1 9 とを具備し、例えば、フランジプレート 1 8 側が基礎等の一方の構造物に固定され、フランジプレート 1 9 側に建築物等の他方の構造物が載置されて、フランジプレート 1 9 を介して建築物等から鉛直方向荷重 X を受けるようにして、用レられる。

このような免震装置 5 において、中空部 1 2 に配された円柱状鉛 4 が弾性体 3 に隙間なく拘束されていないと、地震による横方向力（水平方向力） F が生じた場合、弾性体 3 の内周面 9 と、これに接する円柱状鉛 4 の円筒状の外周面との間に隙間が生じて、横方向力 F と横変位（水平方向変位） δ との関係において、図 5 の履歴曲線 2 1 で示すような不安定な特性となり、円柱状鉛 4 による効果をそれ程得ることができず、所望の免震効果を得ることが困難となる。一方、弾性体 3 により必要以上に円柱状鉛 4 を拘束すると、地震による横方向力 F での円柱状鉛 4 の塑性変形において、弾性体 3 の弾性材料層が過度に圧縮され、これによっても弾性体 3 の弾性材料層の早期の劣化を招来し、耐久性に問題が生じる。また、円柱状鉛 4 を形成するために、弾性体 3 の中空部 1 2 に圧入する鉛の量には限度があり、一定量以上の鉛を弾性体 3 の中空部 1 2 に圧入することは困難であり、無理にこれを行うと弾性体 3 自体が損壊してしまう虞がある。そして、図 1 及び図 2 に示す免震装置 5 では、数度の地震により繰り返して横方向変位が生じると、円柱状鉛 4 の上下面の周縁部が丸み付けされて、当該周縁部と弾性体 3 との間に環状隙間が生じる虞もある。

また、上記の免震装置 5 に対して地震により横方向力 F が生じた場合の当該横方向力 F と横変位 <5 との関係は、対角剛性 K e r と弾性体 3 の横方向（水平方向）の剛性 K r とが同程度の場合、換言すれば弾性体 3 で隙間なく拘束された円柱状鉛 4 の剪断降伏荷重 A u に基づく剪断降伏荷重特性値 Q d ( この Q d と剪断降伏荷重 A u との間には、設計では、履歴曲線をバイリニア特性で表わした場合、便宜上、 Q d = 0. 8 · Α υ の関係をもたせており、本発明では Q d を剪断降伏荷重という）が小さくなる場合には、図 3 に示すような履歴曲線を描き、対角剛性 K e r が剛性 K r に比較して大きい場合、換言すれば弾性体 3 で隙間なく拘束された円柱状鉛 4 の剪断降伏荷重 Q d が大きくなる場合には、図 4 に示すような履歴曲線を描くこととなる。ここで、剪断降伏荷重 Q d は、次式（ 1 ) で表される。

Q d = a p · a p d ( 1 ) 式（ 1 ) において、 a p は、円柱状鉛 4 の剪断面の面積 (本発明では剛性材料層の内周で囲まれる円柱状鉛 4 の横断面積で定義する）で、免震装置 5 に加わる横方向力 F に対する円柱状鉛 4 の剪断面の面積に相当し、 o p d は、弾性体 3 により隙間なしに拘束されていない円柱状鉛 4 自体の剪断降伏応力（以下、これを設計剪断降伏応力という）であり、純粋鉛（純度 9 9. 9 %以上）の場合、 0. 5 H z 振動でかつ 5 0 %以上の歪振幅では、設計値として 8 5 k g Z c m ²である。

ところで、図 3 に示すような履歴曲線を描く免震装置 5 では、地震において、それに対する免震効果は優れるものの、これに載置される構造物と基礎との相対変位が大きく，また地震後の後揺れが比較的長く続き、長周期成分の大きな地震動では共振する虞を有し、更に、台風時のような強風時には、載置された構造物が大きく揺れる場合がある。一方、免震装置 5 による動的固有振動周期は、図 3 及び図 4 に示す対角剛性 K e r で与えられるが、図 4 に示すような履歴曲線を描く免震装置 5 では、剛性 K r が比較的小さくても、対角剛性 K e r が大きい場合には、円柱状鉛 4 の剪断降伏荷重 Q d が大きくなり、免震効果を発揮するに十分な長周期化が困難となり、結果として、免震効果が悪くなる。

また、式（ 1 ) に従った円柱状鉛 4 の剪断降伏荷重 Q d を保証する要件としては、弾性体を構成する弾性材料層と剛性材料層とに円柱状鉛 4 がそれに周期的な剪断変形が生じている間及びその後も隙間なく拘束されていることである。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、弾性体の中空部に配された柱状鉛を所定に隙間なしに拘束し得る結果、安定な免震特性を得ることができ、加えて弾性体の弾性材料層及び柱状鉛の疲労、損壊を回避することができ、耐久性及び免震効果並びに製造性に優れた免震装置を提供することを目的とする。

また本発明は、剪断降伏荷重 Q d と、以下述べる弾性体の支持荷重 Wとの関係に着目して、この関係から得られる柱状鉛の剪断面の面積 a p と、弾性体の荷重面の面積 A r との比を所定の範囲内にすることにより、免震効果に優れる上に、構造物と基礎との相対変位を小さくすることができ、また地震後の後揺れも早期に減衰することができ、台風時のような強風時でも載置された構造物の横揺れを少なくし得、加えて免震効果を発揮するに十分な長周期化を計り得て長周期成分の地震動でも共振の虞がない免震装置を提供することを目的とする。

更に本発明では上記のような免震装置を少なくとも一個使用したシステムを提供することを目的とする。発明の開示本発明によれば前記目的は、柱状鉛と、弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されてなる弾性体と、少なくともこの弾性体の内周面で規定されており、柱状鉛が密に配された中空部とを具備した免震装置であって、剛性材料層は，弾性体におけるその各端面側にそれぞれ配された厚肉剛性板を具備しており、柱状鉛の一端部は、一方の厚肉剛性板の内周面によって規定された中空部の一端部に密に配されており、柱状鉛の他端部は、他方の厚肉剛性板の内周面によって規定された中空部の他端部に密に配されており、中空部に配された柱状鉛の体積 V p と、柱状鉛が未挿入であつて、弾性体に荷重が加えられた状態での中空部の容積 V e との比 V p / V e が 1. 0 2 〜 1. 1 2 である免震装置によって達成される。

また本発明によれば前記目的は、弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されてなる弾性体と、この弾性体を貫通して配された少なくとも一つの柱状鉛とを具備しており、当該柱状鉛の剪断降伏荷重 Q d が柱状鉛の剪断面の総面積 a p と設計剪断降伏応力 a p d との積となるように、柱状鉛が弾性体にその剪断方向において隙間なしに拘束されている免震装置であって、柱状鉛の剪断面の総面積 ∑ a p と弾性体の荷重面の面積 A r との比 ∑ a p / A r が 0. 0 1 〜 0. 1 2 である免震装置によって達成される。更に本発明によれば前記目的は、少なくとも一つの柱状鉛と、弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されてなる弾性体と、少なくともこの弾性体の内周面で規定されており、柱状鉛が密に配された少なくとも一つの中空部とを具備した免震装置であって、柱状鉛の剪断面の総面積 ∑ a p と弾性体の荷重面の面積 A r との比 S a p Z A r が 0. 0

1 〜 0. 1 2 であり、中空部に配された柱状鉛の体積 V p と、柱状鉛が未挿入であって、弾性体に荷重が加えられた状態での中空部の容積 V e との比 V p Z V e が 1. 0 2 〜

1. 1 2 である免震装置によっても達成される。

上記両免震装置においても、剛性材料層が、弾性体におけるその各端面側にそれぞれ配された厚肉剛性板を具備し、柱状鉛の一端部が、一方の厚肉剛性板の内周面によって規定される中空部の一端部に密に配されており、柱状鉛の他端部が、他方の厚肉剛性板の内周面によって規定される中空部の他端部に密に配されているとよい。

本発明は、中空部に配された柱状鉛の体積 V p と、弾性体の内周面で規定される中空部の容積、具体的には、柱状鉛を配する前、換言すれば柱状鉛を形成するための鉛を圧入する前であって、弾性体に荷重を加えた状態での中空部

(以下、縮小中空部という）の容積 V e とが一定の関係にある免震装置では、耐久性及び免震効果並びに製造性に特に優れているという知見に基づいてなされたものである。すなわち本発明の免震装置では、中空部に配された柱状鉛の体積 V p と、縮小中空部の容積 V e との比 V p Z V e が 1 . 0 2 〜： I . 1 2 である。縮小中空部の容積 V e は、弾性体に加えられる鉛直方向荷重、換言すれば免震装置が支持する構造物の重量によって増減し、また縮小中空部の容積 V e に対して 1 . 0 0 倍を越える体積の柱状鉛が配された状態における中空部の容積とも異なる。縮小中空部の容積 V e に対して 1 . 0 0 倍を十分越える体積の柱状鉛を中空部に配してなる免震装置では、図 6 に示す例のように、中空部 1 2 を規定する弾性体 3 の内周面 9 は、円柱状鉛 4 が弾性体 3 の弾性材料層を構成するゴム等からなる弾性板 1 に食い込んで、当該弾性板 1 の位置では環状の凹面 3 1 になり、剛性材料層を構成する環状の剛性板 2 の位置では環状の凸面 3 2 になる。

ところで円柱状鉛 4 を縮小中空部の容積の 1 . 0 0 倍 (比 V p / V e = 1 . 0 0 ) よりも少なく配した場合には、弾性体 3 の内周面 9 と、内周面 9 に対面してこれに接する円柱状鉛 4 の外周面との間に隙間が生じ易くなり、したがつて免震装置 5 の作動中に、すなわち免震装置 5 に繰り返し横方向力 F が加わっている間に、容易に弾性体 3 の内周面 9 と円柱状鉛 4 の外周面との間に隙間が生じ、履歴曲線 2 1 で示すような不安定な免震特性を示すことになる。これは、円柱状鉛 4 が弾性体 3 に少なくとも剪断方向において隙間なく拘束されず、剪断変形以外の変形を生じ、円柱状鉛 4 が設計剪断降伏応力（通常、純度 9 9. 9 %以上の純粋度の鉛の場合には、設計値として 8 5 k g Z c m ²) を現出しないことにもよる、と推測される。

一方、円柱状鉛 4 を縮小中空部の容積の 1. 1 2 倍（比 V p / V e = 1. 1 2 ) よりも多く配した場合には、円柱状鉛 4 が大きく弾性板 1 に食い込んで、図 6 の符号 4 1 で示すように、弾性体 3 の内周面 9 が過度に凹面になり、この位置の近傍での弾性板 1 と剛性板 2 との間の剪断応力が大きくなり過ぎることとなる。このように過度に応力が生じた状態であると、弾性板 1 の劣化を早め、耐久性が劣ることになる。また、免震装置 5 の製造において、中空部 1 2 に円柱状鉛 4 を形成するために、鉛を縮小中空部の容積の 1. 1 2 倍より多く圧入することは、その圧入力を極めて大きくしなければならない上に、圧入により弾性体 3 を損壊してしまう虞があり、困難であることも判った。

なお、以下の実施例からも明らかであるように、小さな振動入力では、高い剛性を示し、大きな振動入力では、低い剛性を示す機能、いわゆるトリガ機能が特に要求され、かつ大振幅の地震動に特に好ましく対応し得るためには、比 V p V e が 1 . 0 2 以上であることがよい。また、比 V / e ti气 1 . 0 2 〜 1 . 0 7 の範囲であると、製造性に極めて優れる。

そして、図 2 に示すような免震装置 5 では、前述のとおり、数度の地震が加わることにより、円柱状鉛 4 の上下面の周縁部と弾性体 3 との間に環状隙間が生じ、長期の使用によりこの環状隙間により免震特性が不安定となり得るが、本発明は、柱状鉛の両端部のそれぞれを、各厚肉剛性板の内周面で規定される中空部の各端部に密に配して、環状隙間の発生を防止し、免震特性の劣化を防止しょうとするものである。

また、本発明は、柱状鉛が弾性体により隙間なく拘束されて、柱状鉛の剪断降伏荷重 Q d が当該柱状鉛の剪断面の面積 a p と設計剪断降伏応力 σ p d との積となる免震装置においては、その要求される特性を、柱状鉛の剪断降伏荷重 Q d と載置される構造物に対する弾性体の支持荷重 W との比で評価することができることに着目し、剪断降伏荷重 Q d と支持荷重 W との比 Q d Z Wが 0 . 0 2 よりも小さい場合には、載置される構造物と基礎との相対変位が大きく、また地震後の後揺れが比較的長く続き、長周期成分の大きな地震動では共振する虞を有し、台風時のような強風時には載置された構造物が大きく揺れる虞がある一方、比 Q d Wが 0. 0 8 よりも大きい場合には、長周期化が困難となり、結果として、免震効果が悪くなる、という知見に基づいてなされたものである。

免震装置 5 においては、円柱状鉛 4 の剪断降伏荷重 Q d は、上記の式（ 1 ) で与えられ、また、弾性体 3 の支持荷重 Wは、

W = A r - P ( 2 ) で与えられる。ここで、 A r は、弾性体 3 の荷重面の面積で、免震装置 5 に加わる鉛直方向荷重 X、すなわち支持荷重 Wに対する弾性体 3 の受圧面積に相当し、 P は、免震装置 5 に加わる鉛直方向荷重 X に対する弾性体 3 の平均圧縮応力で、免震装置の設計では、通常、 6 0 k g Z c m ²〜 l 3 0 k g Z c m ²程度の値がとられる。

ところで、比 Q d / Wは、

Q d a p · σ p d

= 0. 0 2 0. 0 8

W A r P

で表され、ここで、 o p d = 8 0 k g Z c m ²、 P = 1 3 0 k g / c m ²とすると、比 Q d Z Wの上限値は、換言すれば a p Z A r の上限値は、約 0. 1 2 となり、ひ p d = 1 0 0 k g / c τη P = 6 0 k g / c m ²とすると、比 Q d / Wの下限値は、換言すれば a p A r の下限値は、約 0. 0 1 となる。なお、上記のひ p d の値は、 0. 5 H z 振動でかつ 5 0 %以上の歪振幅での値である。

すなわち、柱状鉛の剪断面の面積 a p と、弾性体の荷重面の面積 A r との比 a p / A r を 0. 0 1 〜 0. 1 2 の範囲内にすることにより、免震効果が優れ、構造物と基礎との相対変位を小さくすることができ、また地震後の後揺れも早期に減衰することができ、台風時のような強風時でも載置された構造物の横揺れを少なくし得、加えて長周期化を計り得て長周期成分の地震動でも共振の虞がないといえるのである。

なお、以下の実施例からも明らかであるように、比 a p Z A r を、 0. 0 2 〜 0. 0 7 にすることにより、更に好ましい結果が得られ、比 a p Z A r を、 0. 0 3 〜 0. 0 6 にすることにより、更により好ましい結果が得られることが判明した。

一つの弾性体に複数個の柱状鉛が配される場合も同様であって、本発明では、この場合をも含めて、柱状鉛の剪断面の総面積 ∑ a p と弾性体の荷重面の面積 A r との比 ∑ a p / A r が上記の範囲内にされる。

更にまた本発明は、上記の柱状鉛の体積 V p と縮小中空部の容積 V e とを上記の一定の関係にすることにより、弾性体を構成する弾性材料層と剛性材料層とに柱状鉛が隙間なしに拘束される結果、式（ 1 ) に従った柱状鉛の剪断降伏荷重 Q d が保証され、而して上記効果に加えて耐久性及び免震効果並びに製造性に特に優れた免震装置を提供し得るとレゝぅ知見に基づいてなされたものである。

すなわち本発明の免震装置では、前記面積比率に加えて，中空部に配された柱状鉛の体積と、縮小中空部の容積 V e との比 V p Z V e が 1. 0 2 〜： 1 , 1 2 である。本免震装置においても、柱状鉛を弾性体の弾性材料層に食い込ませて、中空部を規定する弾性体の内周面を、弾性材料層の位置で凹面となし、剛性材料層の位置で凸面となるようにしてもよい。

本発明において、弾性材料層の素材としては、天然ゴム、シリコンゴム、高減衰ゴム、ウレタンゴム又はクロロプレンゴム等を挙げることができるが、好ましくは天然ゴムである。弾性材料層の各層の厚みとしては、無負荷状態において 1 m m〜 3 0 m m程度のものが好ましいが、これに限定されない。また、剛性材料層の素材としては、鋼板、炭素繊維、ガラス繊維若しくはァラミド繊維等の繊維補強合成樹脂板又は繊維補強硬質ゴム板等を挙げることができ、その厚みは、各厚肉剛性板には 1 0 m m〜 5 0 m m程度、それ以外の各層には l m m〜 6 m m程度のものが好ましいが、これに限定されず、更にその枚数においても特に限定されない。弾性体及び柱状鉛は、円環状体及び円柱状体が好ましいが、他の形状のもの、例えば楕円若しくは方形体及び楕円若しくは方形体のものであってもよい。弾性体を貫通して配される柱状鉛は、一つでもよいが、これに代えて、一つの弾性体に複数の中空部を形成し、この複数の中空部にそれぞれ柱状鉛を配して免震装置を構成してもよい _c なお、これら複数の中空部の各柱状鉛を比 V p Z V e に関して同一の上記条件下で配する必要はなく、それぞれ異なる条件下で配してもよく、また、各柱状鉛が比 V p Z V e に関して上記条件を満足しているのが好ましいが、複数個の柱状鉛の内の一部の柱状鉛を、比 V p V e に関して上記条件を満足しないようにして配してもよい。

また本発明は、弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されてなる弾性体と、この弾性体の内周面で規定される少なくとも一つの中空部に配された柱状鉛とを具備した上述の免震装置を一個以上、好ましくは複数個構造物と基礎との間に配するシステムにも適用することができ、この場合、柱状鉛の剪断降伏荷重 Q d が柱状鉛の剪断面の面積 a p と設計剪断降伏応力 σ p d との積となるように、柱状鉛が対応の弾性体に隙間なく拘束されて、柱状鉛の剪断面の総面積 ∑ a p と弾性体の荷重面の総面積 ∑ A r との比 ∑ a p / ∑ A r が 0 . 0 1 〜 0 . 1 2 であればよく、また、柱状鉛の剪断面の総面積 ∑ a p と弾性体の荷重面の総面積∑ A r との比∑ a p Z∑ A r が 0. 0 1 〜 0. 1 2 であり、中空部に配された柱状鉛の体積 V p と、柱状鉛が未挿入であつて、弾性体に荷重が加えられた状態での中空部（縮小中空部）の容積 V e との比 V p ZV e が 1. 0 2 〜： L. 1 2 であれば、上述の効果を同様に得ることができる。また、本システムにおいても、比∑ a p Z∑ A r を、 0. 0 2 〜 0. 0 7 にすることにより、更に好ましい結果が得られ、比 ∑ a p ∑ A r を、 0. 0 3 〜 0. 0 6 にすることにより、更により好ましい結果が得られる一方、比 V p Z V e が 1. 0 2 〜 1. 0 7 であると、好ましい製造性を得ることがでさる。

加えて、本システムの免震装置において、中空部を規定する弾性体の内周面は、柱状鉛が弾性体の弾性材料層に食い込んで、当該弾性材料層の位置で凹面になり、剛性材料層の位置で凸面になっていてもょレなお、複数の免震装置を配するシステムにおいて、これら複数の免震装置を比 V p / V e に関して同一の上記条件下で配する必要はなく、それぞれ異なる条件下で配してもよく、また、比 V p / V e に関して各免震装置が上記条件を満足しているのが好ましいが、複数個の免震装置の内の一部の免震装置を、比 V p Z V e に関して上記条件を満足しないようにして配してもよい。

更に、柱状鉛を具備した免震装置を一個以上構造物と基礎との間に配する上述のシステムにおいて、弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されてなり、中空部を有さない中実の弾性体を具備した少なくとも一個の他の免震装置を, 柱状鉛を具備した免震装置と共に構造物と基礎との間に配してもよい。

柱状鉛を具備した少なくとも一個の免震装置と、柱状鉛を具備しなく、中実の弾性体を具備した少なくとも一個の免震装置とを構造物と基礎との間に配してなるこのようなシステムにおいては、弾性体の荷重面の総面積 ∑ A r に、柱状鉛を具備しない免震装置の中実の弾性体の荷重面を含めて、比 ∑ a p Z∑ A r が上記条件を満足するように、各免震装置を構成する。

本発明によれば、弾性体の中空部に配された柱状鉛を所望に拘束し得る結果、安定な免震特性を得ることができ、しかも、トリガ機能を有して、大振幅の地震動に好ましく対応し得、加えて弾性体の弾性材料層及び柱状鉛の劣化を回避することができ、耐久性及び免震効果並びに製造性に特に優れた免震装置を提供することができる。

また、本発明によれば、柱状鉛の剪断面の総面積 ∑ a p と、弾性体の荷重面の面積 A r との比 ∑ a r / A r を所定の範囲内にするため、免震効果に優れ、構造物と基礎との相対変位を小さくすることができ、また地震後の後揺れも早期に減衰することができ、台風時のような強風時でも載置された構造物の横揺れを少なくし得、加えて免震効果を発揮するに十分な長周期化を計り得て長周期成分の地震動でも共振の虞がない免震装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施例を更に詳細に説明する。これにより上記発明及び目的並びにその他の発明及び目的が更に明らかとなるであろう。なお、本発明はこれら実施例に何等限定されないのである。図面の簡単な説明図 1 は、本発明に係る免震装置の斜視図、

図 2 は、図 1 に示す免震装置の断面図、

図 3 は、免震装置の動作説明図、

図 4 は、免震装置の動作説明図、

図 5 は、免震装置の動作説明図、

図 6 は、図 1 に示す免震装置の一部拡大断面図、図 7 は、本発明の好ましい一実施例の断面図、

図 8 は、図 7 に示す実施例の効果を示す図、

図 9 は、図 7 に示す実施例の効果を示す図、図 1 0 は、図 7 に示す実施例の効果を示す図、

図 1 1 は、図 7 に示す実施例の効果を示す図、及び図 1 2 は、図 7 に示す実施例の効果を示す図である。実施例図 7 に示す本例の免震装置 5 は、環状の弾性板 1 からなる弾性材料層並びに環状の薄肉剛性鋼板 2 及び環状の厚肉剛性鋼板 1 5、 1 6 からなる剛性材料層とが交互に積層されてなる環状の弾性体 3 と、少なくとも弾性体 3 の内周面 9 で規定される中空部 1 2 に密に配された円柱状鉛 4 と、鋼板 1 5 及び 1 6 にぞれぞれポルト 1 7 を介して連結されたフランジプレート 1 8 及び 1 9 と、円柱状鉛 4 の下面及び上面においてフランジプレート 1 8 及び 1 9 と鋼板 1 5 及び 1 6 とを互いに剪断方向（ F方向）に固定する剪断キ一 2 0 とを具備しており、円柱状鉛 4 が密に配された中空部 1 2 は、内周面 9 に加えて、下方の剪断キ一 2 0 の上面 2 1 と上方の剪断キー 2 0 の下面 2 2 とによって規定されている。免震装置 5 において、鋼板 1 5 及び 1 6 は、弾性体 3 の上下端面側の弾性材料層に埋め込まれて配されており、円柱状鉛 4 の下端部 2 3 は、鋼板 1 5 の内周面によつて規定される中空部 1 2 の下端部に密に配されており、円柱状鉛 4 の上端部 2 4 は、鋼板 1 6 の内周面によって規定される中空部 1 2 の上端部に密に配されている。本免震装置 5 は、フランジプレート 1 8 側が基礎 1 0 に、フランジプレート 1 9 側が構造物 1 1 にそれぞれ連結されて用いられる。本例においては、弾性材料層を形成するために、厚さ 5 m mの天然ゴム製の環状の弾性板 1 を 2 5 枚使用し、剛性材料層を形成するために、厚さ 2. 3 m mの環状の鋼板 2 を 2 2 枚と、厚さ 3 1 mmの環状の鋼板 1 5 及び 1 6 とを使用した。

本発明の免震装置 5 を製造する場合には、まず、環状の弾性板 1 と鋼板 2 とを交互に積層して、その下面及び上面に環状の鋼板 1 5 及び 1 6 を配置し、型内における加圧下での加硫接着等によりこれらを相互に固定してなる環状の弾性体 3 を準備し、その後、円柱状鉛 4 を中空部 1 2 に形成すべく、弾性体 3 の中空部 1 2 に鉛を圧入する。鉛の圧入は、円柱状鉛 4 が弾性体 3 により中空部 1 2 において隙間なしに拘束されるように、鉛を中空部 1 2 に油圧ラム等により押し込んで行う。鉛の圧入後、剪断キー 2 0 並びにフランジプレート 1 8 及び 1 9 を取り付ける。なお、型内における加圧下での加硫接着による弾性体 3 の形成において、鋼板 2、 1 5 及び 1 6 の外周面を覆って、円筒状被覆層 2 5 が形成されるようにするとよレ ^。本例の被覆層の厚みは、 1 0 m mであった。また上記形成において、弾性板 1 の内周側の一部が流動して、鋼板 2、 1 5 及び 1 6 の内周面を覆って、円筒状被覆層 2 5 と同様であるがそれよりも極めて薄い円筒状被覆層が形成されてもょレ

無負荷状態における弾性体 3 の高さが 2 4 0 m mの図 7 に示すような免震装置 5 において、比 a p Z A r を変化させて、各比 a p Z A r での基礎 1 0 の振動エネルギ E b による構造物 1 1 への振動エネルギ E s を求めた。得られた比 a p / A r と免震装置 5 によるエネルギ伝達率 E s / E b との関係を図 8 に示す。

なお、このエネルギ伝達率は、以上の各値に加えて、免震装置 5 の面圧を 8 0 k g / c m ²とし、弾性板 1 の剪断弾性率 G を 6 k g / c m ²とし、入力として、エルセントロ地震波、十勝沖地震波、八戸地震波及び T A F T地震波を用い、これに統計的処理を施して、求めた。

図 8 力ら明らかなように、比 a p A r が 0. 0 1 〜 0. 1 2 の範囲内であれば、エネルギ伝達率 E s E b が 1 2 以下となり、基礎 1 0 の振動エネルギが十分に減衰されて構造物 1 1 に伝達されることが判る。また、比 a p / A r が 0. 1 2 を越えると、応答加速度比（応答ノ入力）が約 5 0 %以上になることを確認し得た。また、比 a p Z A r が 0. 0 1 未満であると、構造物 1 1 と基礎 1 0 との相対変位が、例えば好ましい比 a p / A r = 0. 0 5 におけるそれの 2 〜 3 倍以上も生じ、実用的でないことが判った, また、比 a p Z A r が 0. 0 2 〜 0. 0 7 の範囲内の場合及び 0. 0 3 〜 0. 0 6 の範囲内の場合は、図 8 から明らかなように、ぞれぞれ更に好ましいエネルギ伝達率 E s / E b が得られることが判る。

一方、図 7 に示す免震装置 5 であって、鋼板 2、 1 5 及び 1 6 の外径を 5 0 0 m m、内径を 9 0 m mとした免震装置 5 に対して、鉛直荷重 5 7 t o n f (面圧 3 0 k g f Z c m ²) 3 4 2 t 0 n f (面圧 1 8 0 k g f Z c m ²) を加えて、水平方向の変位と水平方向力との関係を実験により求めた。これを図 9 〜図 1 2 に示す。図 9 〜図 1 2 において、（ a ) は、免震装置 5 の全弾性板 1 自体の横変位 (水平方向変位）が 1 0 %の場合、（ b ) 及び（ c ) は、同じく 5 0 %及び 1 0 0 %の場合である。図 9 に示す鉛直荷重 5 7 t o n f (面圧 3 0 k g f / c m ²) を加えた場合における比 V p V e は 1. 0 3、図 1 0 に示す鉛直荷重

4 t o n f (面圧 6 0 k g f / c m ²) を加えた場合における比 V p Z V e は 1. 0 0、図 1 1 に示す鉛直荷重 2 2 8 t o n f (面圧 1 2 0 k g f / c m ²) を加えた場合における比 V p Z V e は 1. 0 2 及び図 1 2 に示す鉛直荷重 3 4 2 t 0 n f (面圧 1 8 0 k g f Z c m ²) を加えた場合における比 V p / V e は 1 . 1 1 であった。以上の場合における比 a p ノ A r は、 0 . 0 3 であった。

図 9、図及び図 1 2 カゝら明らかであるように、比 V p / V e が 1 . 0 2 以上では、トリガ機能が特に要求され, 大振幅の地震に対して好ましく対応し得ることが判る。また図 1 0 カゝら明らかであるように、比 V p Z V e が 1 . 0 0 〜 1 . 0 2 未満の場合には、トリガ機能を好ましく得ることができなレゝといえる。なお、比 V p / V e が 1 . 0 7 以下であれば、製造において中空部 1 2 への鉛の圧入が容易であり、それほど困難を伴わないことが判明した。また，比 V p / V e が 1 . 1 2 以上になるように、中空部 1 2 へ鉛を圧入しょうとしたが、弾性体 3 の損壊なしに、これを行うことは困難であることが判明した。

なお、免震装置 5 では、鋼板 1 5 及び 1 6 とフランジブレート 1 8 及び 1 9 とを別体で形成したが、フランジプレート 1 8 及び 1 9 に、厚肉剛性板を一体に形成して、免震装置を具体化してもよい。

Claims

請求の範囲

1. 柱状鉛と、弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されてなる弾性体と、少なくともこの弾性体の内周面で規定されており、柱状鉛が密に配された中空部とを具備した免震装置であって、剛性材料層は、弾性体におけるその各端面側にそれぞれ配された厚肉剛性板を具備しており、柱状鉛の一端部は、一方の厚肉剛性板の内周面によって規定された中空部の一端部に密に配されており、柱状鉛の他端部は、他方の厚肉剛性板の内周面によって規定された中空部の他端部に密に配されており、中空部に配された柱状鉛の体積 V p と、柱状鉛が未挿入であって、弾性体に荷重が加えられた状態での中空部の容積 V e との比 V p / V e が 1. 0 2 〜： L . 1 2 である免震装置。

2. 比 V p Z V e が 1. 0 2 〜： L . 0 7 である請求の範囲 1 に記載の免震装置。

3. 中空部を規定する弾性体の内周面は、柱状鉛が弾性体の弾性材料層に食い込んで、当該弾性材料層の位置で凹面になっている請求の範囲 1 又は 2 に記載の免震装置。

4. 中空部を規定する弾性体の内周面は、柱状鉛が弾性体の弾性材料層に食い込んで、剛性材料層の位置で凸面になっている請求の範囲 1 から 3 のいずれか一つに記載の免震装置,

5 . 弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されてなる弾性体と、この弾性体を貫通して配された少なくとも一つの柱状鉛とを具備しており、当該柱状鉛の剪断降伏荷重 Q d が柱状鉛の剪断面の面積 a と設計剪断降伏応力ひ p d との積となるように、柱状鉛がその剪断方向において弾性体に隙間なしに拘束されている免震装置であって、柱状鉛の剪断面の総面積 ∑ a p と弾性体の荷重面の面積 A r との比 S a p Z A r が 0 . 0 1 〜 0 . 1 2 である免震装置。

6 . 比 ∑ a ρ / A r が、 0 . 0 2 〜 0 . 0 7 である請求の範囲 5 に記載の免震装置。

7 . 比 ∑ a p Z A r が、 0 . 0 3 〜 0 0 6 である求の範囲 5 に記載の免震装置。

8 . 剛性材料層は、弾性体におけるその各端面側にそれぞれ配された厚肉剛性板を具備しており、柱状鉛の一端部は、一方の厚肉剛性板の内周面で規定された中空部の一端部に密に配されており、柱状鉛の他端部は、他方の厚肉剛性板の内周面で規定された中空部の他端部に密に配されている請求の範囲 5 から 7 のいずれか一つに記載の免震装

9 . 少なくとも一つの柱状鉛と、弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されてなる弾性体と、少なくともこの弾性体の内周面で規定されており、柱状鉛が密に配された少なくとも一つの中空部とを具備した免震装置であって、柱状鉛の剪断面の総面積 ∑ a p と弾性体の荷重面の面積 A r との比∑ a p Z A r が 0. 0 1 〜 0. 1 2であり、中空部に配された柱状鉛の体積 V p と、柱状鉛が未挿入であつて、弾性体に荷重が加えられた状態での中空部の容積 V e との比 V p Z V e が 1. 0 2 〜 1. 1 2 である免震装置。

1 0. 比∑ a p Z A r が、 0. 0 2 〜 0. 0 7 である請求の範囲 9 に記載の免震装置。

1 1. 比∑ a p Z A r が、 0. 0 3 〜 0. 0 6 である請求の範囲 9 に記載の免震装置。

1 2. 比 V p Z V e が 1. 0 2 〜 1. 0 7 である請求の範囲 9 から 1 1 のいずれか一つに記載の免震装置。

1 3. 中空部を規定する弾性体の内周面は、柱状鉛が弾性体の弾性材料層に食い込んで、当該弾性材料層の位置で凹面になっている請求の範囲 9 から 1 2 のいずれか一つに記載の免震装置。

1 4. 中空部を規定する弾性体の内周面は、柱状鉛が弾性体の弾性材料層に食い込んで、剛性材料層の位置で凸面になっている請求の範囲 9 から 1 3 のいずれか一つに記載の免震装置。

1 5. 剛性材料層は、弾性体におけるその各端面側にそれぞれ配された厚肉剛性板を具備しており、柱状鉛の一端部は、一方の厚肉剛性板の内周面で規定された中空部の一端部に密に配されており、柱状鉛の他端部は、他方の厚肉剛性板の内周面で規定された中空部の他端部に密に配されている請求の範囲 9 から 1 4 のいずれか一つに記載の免

6 弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されてなる弾性体と、この弾性体を貫通して配された少なくとも一つの柱状鉛とを具備しており、柱状鉛の剪断降伏荷重 Q d が当該柱状鉛の剪断面の面積 a p と設計剪断降伏荷重 σ p d との積となるように、柱状鉛がその剪断方向において弾性体に隙間なしに拘束されている免震装置を一個以上有した免震システムであって、柱状鉛の剪断面の総面積 ∑ a P と弾性体の荷重面の総面積 ∑ A r との比 ∑ a ρ Ζ Σ Α r が 0. 0 1 〜 0. 1 2 である免震システム。

1 7. 比∑ a p Z ∑ A r が、 0. 0 2 〜 0. 0 7 である請求の範囲 1 6 に記載の免震システム。

1 8. 比∑ a p ∑ A r が、 0. 0 3 〜 0. 0 6 である請求の範囲 1 6 に記載の免震システム。

1 9. 免震装置において、剛性材料層は、弾性体におけるその各端面側にそれぞれ配された厚肉剛性板を具備しており、柱状鉛の一端部は、一方の厚肉剛性板の内周面で規定された中空部の一端部に密に配されており、柱状鉛の他端部は、他方の厚肉剛性板の内周面で規定された中空部の他端部に密に配されている請求の範囲 1 6 から 1 8 のいずれか一つに記載の免震システム。

2 0. 弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されてなる中実の弾性体を具備した他の免震装置を一個以上更に備えた免震システムであって、弾性体の荷重面の総面積 ∑ A r は、他の免震装置の弾性体の荷重面をも含めた値である請求の範囲 1 6 から 1 9 のいずれか一つに記載の免震システム。

2 1. 弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されてなる弾性体と、この弾性体の内周面で規定される少なくとも一つの中空部に配された柱状鉛とを具備した免震装置を一個以上有した免震システムであって、柱状鉛の剪断面の総面積 ∑ a p と弾性体の荷重面の総面積∑ A r との比 ∑ a p Z ∑ A r が 0. 0 1 〜 0. 1 2 であり、中空部に配された柱状鉛の体積 V p と、柱状鉛が未挿入であって、弾性体に荷重が加えられた状態での中空部の容積 V e との比 V p Z V e が 1. 0 2 〜 1. 1 2 である免震システム。

2 2. 比 ∑ a p ∑ A r が、 0. 0 2 0. 0 7 である請求の範囲 2 1 に記載の免震システム。

2 3. 比 ∑ a p ∑ A r が、 0. 0 3 0 0 6 である請求の範囲 2 1 に記載の免震システム。

2 4. 比 V p Z V e が 1. 0 2 〜； L . 0 7 である請求の範囲 2 1 から 2 3 のいずれか一つに記載の免震システム <

2 5. 免震装置において、中空部を規定する弾性体の内周面は、柱状鉛が弾性体の弾性材料層に食い込んで、当該弾性材料層の位置で凹面になっている請求の範囲 2 1 から 2 4 のいずれか一つに記載の免震システム。

2 6. 免震装置において、中空部を規定する弾性体の内周面は、柱状鉛が弾性体の弾性材料層に食い込んで、剛性材料層の位置で凸面になっている請求の範囲 2 1 から 2 5 のいずれか一つに記載の免震システム。

2 7. 免震装置において、剛性材料層は、弾性体におけるその各端面側にそれぞれ配された厚肉剛性板を具備しており、柱状鉛の一端部は、一方の厚肉剛性板の内周面で規定された中空部の一端部に密に配されており、柱状鉛の他端部は、他方の厚肉剛性板の内周面で規定された中空部の他端部に密に配されている請求の範囲 2 1 から 2 6 のいずれか一つに記載の免震システム。

2 8. 弾性材料層及び剛性材料層が交互に積層されてなる中実の弾性体を具備した他の免震装置を一個以上更に備えた免震システムであって、弾性体の荷重面の総面積 ∑ A r は、他の免震装置の弾性体の荷重面をも含めた値である請求の範囲 2 1 から 2 7 のいずれか一つに記載の免震システム。