JP2000283225A - 弾性支承装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】長期に亘って所期のエネルギー吸収特性を得る
ことができる弾性支承装置を提供する。 【解決手段】弾性材料層９と剛性材料層１０，１１，１
２とが鉛直方向に交互に積層されてなる支承体６を備え
た弾性支承装置１において、支承体６の内部に鉛直方向
に延びる穴８を設け、この穴８に減衰用の多数の粒状体
７を封入したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は弾性支承装置に関
し、さらに詳細には、支承体内部に減衰部材を組み込
み、地震等の振動エネルギーを吸収するようにした支承
装置の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ゴム層と補強板とが鉛直方向に交
互に積層されてなる積層ゴムの内部に、鉛プラグを封入
してなる積層ゴム支承は、地震時の振動エネルギーを吸
収し、減衰させる免震支承装置として広く知られてい
る。この積層ゴム支承に用いられる鉛プラグは、地震時
に上部構造物と下部構造物とが相対変位を起こすと、積
層ゴムの水平変形に伴ってせん断変形することにより、
エネルギー吸収特性を発揮するものである。

【０００３】しかしながら、上記従来の鉛プラグ入り積
層ゴム支承は、以下に記載するような問題点がある。 （１）せん断変形時に鉛がゴム層内に食い込んで、耐久
性に影響を及ぼす有害な損傷を与えたり、鉛プラグの異
常変形のために所期の減衰が得られない場合がある。 （２）鉛プラグは積層ゴムに形成された穴に圧入される
が、圧入に難しさがあり、そのため性能にばらつきが出
やすい。 （３）鉛プラグは繰り返しせん断変形を受けた後、常温
での回復・再結晶を期待するため、純度が９９．９９％
の純鉛を必要とする。

【０００４】（４）実体ゴム支承を用いた大きなせん断
変形試験を行った後、ゴム支承を鉛プラグの軸線方向に
カットしてみたところ、鉛プラグは複数箇所で半径方向
に分断されて、そろばん玉を積み重ねたような形状を呈
していた。このことにより、鉛プラグは、塑性曲げ変形
ではなく、そろばん玉状の鉛塊間に働く摩擦で減衰を引
き出しているものと考えられる。 （５）鉛プラグの常温での回復・再結晶が期待できるの
は、せん断変形が少なく、塑性的に曲げ変形できる範囲
である。したがって、鉛プラグがそろばん玉状になる
と、摩擦面が酸化して所期の回復・再結晶は期待できな
い。 （６）何回も大きなせん断変形を経験すると、鉛がぼろ
ぼろになり、減衰性能が極端に低下する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目
的を達成するものである。

【０００６】この発明の目的は、鉛プラグとは異なる減
衰部材を組み込むことにより、鉛プラグを用いた場合の
問題点を解消し、長期に亘って所期のエネルギー吸収特
性を得ることができる弾性支承装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の発明者は、上
記せん断試験の結果から、次のことを着想するに至っ
た。 （１）鉛プラグは、大きなせん断変形ではそろばん玉状
になってしまうので、必ずしもプラグとする必要はな
い。 （２）常温での回復・再結晶を期待できない以上、純度
の高い鉛を使う必要がなく、また鉛そのものを使わなく
ともよい。 （３）そろばん玉状の鉛塊間に働くと同様の摩擦力を発
生させれば、プラグと同様の減衰を引き出すことが可能
である。

【０００８】この発明は上記着想に基いて完成するに至
ったものであり、次のような手段を採用している。

【０００９】すなわちこの発明は、弾性材料層と剛性材
料層とが鉛直方向に交互に積層されてなる支承体を備え
た弾性支承装置において、前記支承体の内部に鉛直方向
に延びる穴を設け、この穴に減衰用の多数の粒状体を封
入したことを特徴とする弾性支承装置にある。

【００１０】弾性支承装置は上部構造物と下部構造物と
の間に設置され、上部構造物の荷重は支承体を介して下
部構造物に伝達される。地震時において下部構造物に振
動力が入力すると、上下部構造物が水平方向に相対変位
し、これに伴って支承体が弾性せん断変形をするが、支
承体はその弾性特性により入力周期を長周期化して上部
構造物に伝達し、免震作用をなす。一方、積層体がせん
断変形すると、その内部に封入された粒状体群も追従し
てせん断変形する。このせん断変形により、各粒状体は
回転移動して粒状体間に摩擦が発生し、摩擦による減衰
作用が得られる。すなわち、この発明による装置の減衰
作用は、鉛プラグのように塑性変形によるものではな
く、主として摩擦によるものである。

【００１１】摩擦を発生させる粒状体としては、鉛、
鋼、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、亜鉛等の金属又
は合金を使用することができ、さらにプラスチック、ベ
ークライト、セラミックス等の合成物質を使用すること
もできる。鉛を使用する場合は、鉛プラグのように常温
での回復・再結晶を期待しないので、鉛合金としてもよ
い。粒状体の大きさは、好ましくは直径０．１ｍｍから
２０ｍｍ程度である。粒状体を鉛や、鉛合金とした場
合、摩擦熱で溶融し、溶融面が酸化することが考えられ
るが、その溶融面がせん断変形により剥離して摩擦を起
こすので、減衰力が低下することはない。

【００１２】穴に封入されるのが粒状体のみだと、粒状
体間に空隙が生じる。このため、せん断変形時の挙動に
より粒状体群が圧密されて、かさ体積が減少する結果、
鉛直荷重に基づく摩擦力が減少し、所期の減衰力が得ら
れないことも考えられる。したがって、空隙を埋めるべ
く、穴には充填材を充填するとよい。

【００１３】この充填材としては、鉛粉等の金属粉、あ
るいはシリコン・パテ（メチル系シリコンゴムに硼素を
添加してなる変性体）のようなダイラント流体を使用す
ることができる。後者のダイラント流体とは、非ニュー
トン流体の一種で、純粘性流体の中で見掛けの粘度がせ
ん断速度の増加とともに増加する流体のことである。し
たがって、この流体は緩慢な運動に対してはせん断速度
が小さく流動性を示し、衝撃力による運動の場合は、せ
ん断速度が大きく流動することなく剛体として作動す
る。

【００１４】粒状体群を拘束することにより粒状体が弾
性材料層の中に拡散することを防止することができ、そ
のための拘束部材は粒状体群の外周の弾性材料部分に、
粒状体群を取り囲むように埋設される。この拘束部材
は、支承体のせん断変形に伴って水平方向に変形可能な
部材であり、例えばコイルスプリングで構成することが
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照しながら以下に説明する。図１は、この発明による弾
性支承装置を示す縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面
図である。弾性支承装置１は上下部取付板２，３と支承
体６とを備え、上下部取付板２，３を介して上部構造物
４及び下部構造物５間に設置される。ここに、下部構造
物５は例えば地盤に構築されるコンクリート基礎であ
り、上部構造物４は中高層の建築物である。

【００１６】支承体６は、この実施の形態では全体に円
柱状となっていて、その中心部には穴８が形成されてい
る。支承体６は、いずれも環状の弾性材料層であるゴム
層９と、剛性材料層である補強板すなわち厚肉の上下部
補強板１０，１１及び薄肉の中間補強板１２とを交互に
積層してなり、これらのゴム層９と補強板１０，１１，
１２とは加硫接着により一体化される。補強板１０，１
１，１２は上部構造物４の荷重を受けたとき積層ゴムの
膨出を拘束して、弾性支承装置１が圧縮変形するのを防
止するための部材である。

【００１７】ゴム層９の材料としては、天然ゴム、シリ
コンゴム、高減衰ゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴ
ム等を用いることができる。また、補強板１０，１１，
１２の材料としては、鋼板、セラミックス、プラスチッ
クス、ＦＲＰ、炭素繊維等を用いることができる。

【００１８】穴８には、この発明にしたがい、多数の粒
状体７が封入されている。さらに、穴８には各粒状体間
の空隙を埋めるために、鉛粉等の金属粉、あるいはシリ
コン・パテ等からなる充填材２６（図３参照）が充填さ
れている。穴８の底部及び上部には、鋼製の蓋２２，２
３が設けられている。粒状体７及び充填材２６を充填し
た後、穴８の上部が蓋２２により閉鎖される。

【００１９】筒状部２４には、粒状体７群を取り囲むよ
うに拘束部材であるコイルスプリング１３が埋め込まれ
ている。このコイルスプリング１３は、引張及び圧縮方
向に無荷重状態で設置される。コイルスプリング１３
は、耐久性のあるステンレス鋼又はバネ鋼で形成される
が、強化繊維で形成してもよい。

【００２０】上下部取付板２，３は円盤状の鋼板からな
り、中心に有底のボス孔１５が形成されている。支承体
６の上下部補強板１０，１１の中心にも有底のボス孔１
６が形成され、これらのボス孔１５，１６にはせん断キ
ー１７が嵌合される。上下部補強板１０，１１には複数
のボルト孔１８が設けられ、これらのボルト孔１８に螺
着される取付ボルト１９により支承体６と上下部取付板
２，３とが一体的に結合される。上下部取付板２，３に
は複数のボルト孔２０が形成され、これらのボルト孔２
０に螺着されるアンカーボルト２１を介して、上下部取
付板２が上下部構造物４，５に取付けられる。

【００２１】上記弾性支承装置１は、概ね次のようにし
て製造される。穴８を規定する筒状部２４は、ゴム層９
と同一材料からなるゴム体であり、この筒状部２４を別
途未加硫又は半加硫にて成形しておく。その際、筒状部
２４の内部にコイルスプリング１３を埋め込む。成形型
内において、それぞれ環状のゴム層９及び補強板１０，
１１，１２を積層する。その結果、積層体の中心に穴１
４が形成される。この穴１４に筒状部２４を挿入し、こ
れらゴム層９、補強板１０，１１，１２及び筒状部２４
を加硫接着すして支承体６を得る。ゴム層９及び補強板
１０，１１，１２の外周には、耐候性のよいゴム材料か
らなる被覆部２５を設けてもよい。

【００２２】穴８に底蓋２３を取り付け、粒状体７及び
充填材２６を充填し、上蓋２２で閉鎖する。ボス孔１
５，１６にせん断キー１７を取り付け、上下部取付板
２，３を補強板１０，１１に固定する。穴８の容積と粒
状体７及び充填材２６からなる体積との比は１／１であ
り、穴８は完全に満たされる。したがって、粒状体７群
には上部構造物４の荷重が作用する。

【００２３】次に、上述の弾性支承装置１の作用を図４
を参照して説明する。上部構造物４の荷重は支承体６を
介して下部構造物５に伝達される。地震時において下部
構造物５に振動力Ｆが入力すると、上下部構造物４，５
が水平方向に相対変位し、これに伴って支承体６が弾性
せん断変形をするが、支承体６はその弾性特性により入
力周期を長周期化して上部構造物４に伝達し、免震作用
をなす。一方、支承体６のせん断変形に伴って粒状体７
群も全体としてせん断変形し、このせん断変形により、
各粒状体は回転移動して粒状体間に摩擦が発生し、摩擦
による減衰作用が得られる。

【００２４】上記のような支承体６のせん断変形時にお
いて、コイルスプリング１３も追従して水平方向に変形
する。この時、コイルスプリング１３は、支承体６の水
平方向への伸びに同調して伸長し、その結果コイルスプ
リング１３は常に粒状体７群をその長さ方向全体に亘っ
て取り囲んでいることになる。すなわち、粒状体７群は
コイルスプリング１３によって常時拘束され、したがっ
て繰り返しせん断変形を受けても、補強板１０，１１，
１２が粒状体７群へ食い込むことはなく、粒状体７群の
ゴム層内への拡散が防止される。

【００２５】上記実施の形態では、円柱状の支承装置を
示したが、支承装置の形状は角柱状であってもよい。こ
の場合、支承体に適宜間隔をおいて複数の穴を設け、こ
れらの穴のそれぞれに粒状体を封入するようにしてもよ
い。

【００２６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、従来の
鉛プラグのように塑性変形による減衰作用を期待するの
ではなく、主に粒状体の摩擦により減衰を得るので、支
承体が繰り返しせん断変形を受けても、長期に亘って所
期のエネルギー吸収特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の実施の形態を示す縦断面図
である。

【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】図３は、粒状体を拡大して示す図である。

【図４】図４は、作用説明図である。

【符号の説明】

１：弾性支承装置 ２：上部取付版 ３：下部取付版 ４：上部構造物 ５：下部構造物 ６：支承体 ７：粒状体 ８：穴 ９：ゴム層 １０：上部補強板 １１：下部補強板 １２：中間補強板 １３：コイルスプリング １７：せん断キー ２６：充填材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J048 AA02 AC02 AD05 BA08 BE14 BF04 DA01 EA38 3J059 BA01 BA43 BB09 BD01 BD05 GA42

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性材料層と剛性材料層とが鉛直方向に交
   互に積層されてなる支承体を備えた弾性支承装置におい
   て、 前記支承体の内部に鉛直方向に延びる穴を設け、この穴
   に減衰用の多数の粒状体を封入したことを特徴とする弾
   性支承装置。
2. 【請求項２】前記粒状体間の空隙が、充填材で充填され
   ていることを特徴とする請求項１記載の弾性支承装置。
3. 【請求項３】前記粒状体群の外周の弾性材料部分に、粒
   状体群を取り囲む水平方向に変形可能な筒状の拘束部材
   を埋設したことを特徴とする請求項１又は２記載の弾性
   支承装置。
4. 【請求項４】前記拘束部材はコイルスプリングであるこ
   とを特徴とする請求項３記載の弾性支承装置。