JPH03338A - 構造物用エネルギー吸収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ４１発明の目的 〔産業上の利用分野〕 この発明は、建築物・配管等の構造物に作用する地震等
の周期的エネルギーを吸収するいわゆる構造物用エネル
ギー吸収装置、特にはシリンダ型のエネルギー吸収装置
に関し、更に詳しくは、金属塑性物質のせん断変形に伴
うエネルギー吸収作用を利用したエネルギー吸収装置に
関する。

〔従来の技術〕

金属の塑性変形を利用したシリンダ型エネルギー吸収装
置は、特公昭５８−３０４７０号（特開昭４８−７２９
４１号）公報により公知である。

この公知技術によれば、シリンダと、このシリンダ内の
軸心方向に沿って貫通状に挿通されたロッドと、該シリ
ンダとロッドとの空所に封入された鉛とからなり、シリ
ンダとロッドとの相対移動により空所部に形成された断
面縮小部を通過することによって鉛がぜん断変形され、
このときのエネルギー消費によって周期エネルギーを吸
収するものである。

しかしながら、上記公知技術においては、例えばロッド
の突起物と位置がシリンダの中心にある場合と、シリン
ダの両端部の近くにある場合によってエネルギー吸収特
性（荷重−変位曲線）が変わる等、一定の特性を発揮さ
せるためにシリンダーロッド・断面縮小部の諸元を一義
的に決め難く、減衰特性が安定しないという問題点があ
る。

更には、鉛の塑性流動化に伴う内圧の増大に対抗する容
器すなわちシリンダの密封化・耐圧化に問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記実情に鑑み、この種のシリンダ型エネルギ
ー吸収装置において、安定したエネルギー吸収特性が得
られ、かつ、厳密な密封精度を要することなく、長期間
安定した性能を維持できる機構のものを提供することを
目的とする。

口１発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ 本発明の構造物用エネルギー吸収装置は上記目的を達成
するため次の技術手段（構成）を採る。

すなわち、相対変位する構造物間に設定されるエネルギ
ー吸収装置であって、一方の構造物に固定される直円筒
状のシリンダ１と、他方の構造物に固定され、前記シリ
ンダ１内の中心軸に沿って配される円柱状のロッド２と
、前記シリンダ１とロッド２との環状空間に塑性流動物
質を封入したせん断変形室３を介して相対間して配され
てなるゴム体４，５と、前記シリンダ１とロッド２との
間に介装され、該ロッド２をシリンダ１の軸方向の移動
を許容し半径方向の移動を規定する規制手段と、からな
ることを特徴とする。

〔作用〕

構造物間に地震動などの強大な周期エネルギーが作用し
、構造物が揺れると、構造物間の相対変位は本エネルギ
ー吸収装置のシリンダ１とロッド２との軸線方向の相対
変位となる。

このシリンダ１とロッドとの相対変位により、船室３に
封入された鉛Ｐ及び該船室３の両側に配されたゴム体４
．５はそれぞれせん断変形を受け、鉛Ｐのせん断抵抗及
びゴム体４．５の変形抵抗に伴うエネルギー吸収作用に
より周期エネルギーを吸収し、構造物間の揺れを減衰さ
せる。

ゴム体４．５は弾性復元力によりシリンダ１とロッド２
とを原位置に復帰させる。

〔実施例〕

本発明の構造物用エネルギー吸収装置の実施例を図面に
基づいて説明する。

第１図〜第３図はその一実施例を示す。すなわち、第１
図はその全体構造を示し、第２図及び第３図はその部分
を示す。

このエネルギー吸収装置Ｓは、直円筒状のシリンダ１と
、該シリンダ１内の中心軸に沿って一端を突出して配さ
れる円柱状のロッド２と、シリンダ１とロッド２との環
状空間に鉛Ｐを封入した船室３を介して相対向して配さ
れる第１ゴム体４及び第２ゴム体５と、該第１及び第２
ゴム体４５を固定保持する固定リング６．７と、を含み
、また、シリンダ１にはブラケット８が、ロッド２の突
出部にはブラケット９が取り付けられてなる。

以下、各部の細部構造について説明する。

シリンダ１は金属等の硬質体よりなり、その内面におい
て、中央部に所定長さにわたって形成された縮径部１０
を挟んで、両端部に向かって拡径部１１及び雌ねじ部１
２が形成される。雌ねじ部１２の山と由との径すなわち
最小径は拡径部１１の径と等しいか、それよりもわずか
に大きくされる。ｌｌａは縮径部１０と拡径部１１との
段部である。

シリンダ１の中心軸に沿って配されるロッド２は、正規
位置において、上述のシリンダ１の縮径部１０、拡径部
１１、雌ねじ部１２に対応して、その外面にそれぞれ、
拡径部１４、縮径部１５、雄ねし部１６が形成される。

雄ねじ部１６の山と山との径すなわち最大径は縮径部１
５の径と等しいか、それよりもわずかに小さくされる。

１５ａは拡径部１４と縮径部１５との段部である。

ロッド２は一端に突出部１７を有する。

せん断変形室としての船室３は、シリンダ１の縮径部１
０とロッド２の拡径部１４との間隙において、第１ゴム
体４及び第２ゴム体５によって挟まれる閉塞された環状
空間よりなり、該船室３にエネルギー吸収体としての鉛
Ｐが封入される。使用される鉛Ｐは純粋鉛のほかに、鉛
合金あるいは鉛その他の物質との混合物を含む。

ゴム体４．５はともに同一の構成よりなり、外側スリー
ブ１８と、内側スリーブエ９と、これらのスリーブ１８
．１９間に介装されるゴム本体２０とからなり、これら
は加硫接着により一体化されている。外側・内側スリー
ブ１８．１９は所定の厚さを有し、外側スリーブ１８の
外径及び長さはシリンダ１の内側の拡径部１１に等しく
、内側スリーブ１９の内径及び長さはロッド２の外側の
縮径部１５に等しい。これによって、ゴム体４５はその
外側スリーブ１８をもってシリンダ１の拡径部１１に、
また、内側スリーブ１９をもってロッド２の縮径部１５
に密接して嵌合される。

固定リング６．７はともに同一の構成よりなり、外側リ
ング２２と内側リング２３とからなり、外側リング２２
は外側に雄ねじ２２ａが刻設され、シリンダ１の雌ねじ
１２に螺合される。内側リング２３は内面に雌ねじ２３
ａが刻設され、ロッド２の雄ねじ１６に螺合される。外
側リング２２はその鍔部２２ｂの先端がゴム体４．５の
外側スリーブ１８に当接され、内側リング２３はその先
端をゴム体４．５の内側スリーブ１９に当接される。

外側リング２２と内側リング２３とは、互いにその内面
２２ｃと外面２３ｂとで摺接し、軸方向の変位を許容し
、半径方向への動き（ぶれ）は拘束される。

従って、固定リング６．７はゴム体４，５を船室３に向
って押圧するとともに半径方向の動きを規定する機能を
もつものであって、この機能を満足するならば他の適宜
手段を採りうる。

ブラケット８はシリンダ１の後部において、該シリンダ
１嵌合された短筒２５を介して、取り付けられ、ブラケ
ット９はロッド２の突出部１７に嵌合固定によって取り
付けられる。

本実施例のエネルギー吸収装置Ｓの組立てにおいて、シ
リンダ１内に外周面に鉛Ｐを固定したロッド２を挿入し
、ロッド２の両端からゴム体４゜５をロッド２の縮径部
１５に嵌合させる。次いで、ロッド２の両端から固定リ
ング６．８の外側リング２２及び内側リング２３をシリ
ンダ及びロッド２のねじ部１２．１６に螺合させる。外
側・内側リング２２．２３の締込みにより、ゴム体４．
５をその先端面がシリンダｌ及びロッド２の段部ｌｌａ
、１５ａに当接するまで押し込む。

しかる後、ロッド２の突出部１７にブラケット９を取り
付けることにより、組立てが完了する。

（実施例の作用） 本エネルギー吸収装置ｉｓはブラケット８．９を介して
、互いに相対運動する構造物間に設置される。

構造物間が地震動等の強大なエネルギーを受けて相対変
位すると、該変位はシリンダ１とロッド２とに伝達され
る。

シリンダ１とロッド２とは固定リング６．７の機能によ
り軸方向変位が選択され、船室３内の鉛Ｐ及びゴム体４
．５はこの変位に追従して変形させられる。すなわち、
固定リング６．７はそれらの外側リング２２と内側リン
グ２３との摺接作用によって軸方向の動きのみが選択さ
れる。

第４図はこの動きを模式的に示す。今、ロッド２が図中
右方向（またはシリンダ１が左方向）へ移動したとする
と、ゴム体４．５はこの変位に容易に追従するものであ
り、鉛Ｐはこれらのゴム体４．５間に拘束されたもので
あり、ゴム体４，５に押されて変形する。

図示されるように、これらの鉛Ｐ及びコム体３゜４の変
形はせん断変形であって、鉛Ｐはそのせん断変形のため
の抵抗エネルギーを消費し、また、ゴム体４．５はせん
断変形による弾性抵抗エネルギーを消費し、これらのエ
ネルギー消費により、ロッド２の運動に制動がかかる。

ロッド２が左方向へ移動する場合には上述と逆の変形と
なり、この変形に伴う抵抗エネルギーの消費により左方
向への制動がかかり、このようにして、ロッド２の往復
動は急速に減衰される。

第５図はこれらの鉛Ｐ及びゴム体４，５のエネルギー吸
収特性（変位−せん断力履歴曲線）を示す。図において
、破線はゴム体４，５のみの履歴曲線であり、実線は鉛
Ｐとゴム体４，５との複合体の履歴曲線である。

図に示されるように、本複合体は大きなエネルギー吸収
能を示し、また、その勾配（水平剛性）はゴム単体のも
のと同等であり、特性値が確定されている。

従って、このことより、本エネルギー吸収装置の諸元に
対応して本装置ひいては複合体の特性値が確定され、明
確な設計をなすことができる。

本実施例装置Ｓの作動において、ロッド２はシリンダ１
の軸方向にぐら付くことなく移動が案内され、また、ロ
ッド２のねじれを許容するものである。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更が可能である
。すなわち、以下のＢ様は本発明の技術的範囲内に包含
されるものである。

（Ａ）第６図及び第７図にゴム体の他の構造を示す。

第６図に示すゴム体４Ａは、船室３に対面する端面のゴ
ム本体２０の端面２０ａを膨出状としたものである。こ
の態様によれば、膨出端面２０ａはその弾性力で常時鉛
Ｐを予圧し、ゴム体４Ａと鉛Ｐとは一体的に変形し、本
装置のエネルギー吸収特性の応答速度を一層速めること
ができる。

第７図に示すゴム体４Ｂは、ゴム本体部２０を補強板２
７とゴム弾性体２８とを交互に積層したいわゆる積層ゴ
ム構造を採る。補強板２７の端面ば露出され、鉛Ｐに密
着する。この態様によれば、ゴム本体部２０はより一層
せん断変形能が増大し、補強板２７の鉛Ｐへの食込みも
加わって鉛Ｐを確実に把持し、鉛Ｐの鈍せん断変形を促
進させるとともに鉛Ｐに大きな変形能を付与させること
ができる。これにより、本装置としては大きなエネルギ
ー吸収能を発揮させることができる。

（Ｂ）エネルギー吸収体として、鉛のほか、■錫、亜鉛
、アルミニウム、ナトリウム、銅などの金属、■鉛−錫
合金、亜鉛−アルミニウムー銅などの超塑性合金、ある
いは、■ガラスピーズ、金属粉（＠球を含む）、セラミ
ック粒などの粒状物質、が使用される。更に、鉛、ある
いは上記■及び■の物質が選ばれる場合は、これらの物
質の２以上の組合わせも可能である。■においても、２
以上の組合わせも適宜採用される。

上記■及び■の物質をエネルギー吸収体として使用する
場合においては、これらの物質は船体と同じくその塑性
流動化に伴うエネルギー吸収により減衰がなされる。

上記■の粒状物質を使用する場合においては、密に詰め
られた粒状物質相互間の摩擦による減衰機能を利用する
ものである。

ハ１発明の効果 本発明の構造物用エネルギー吸収装置は上記構成よりな
り、作用を奏するものであるので、以下の特有の効果を
有する。

■船室に封入された鉛は全体的に鈍せん断変形を受け、
かつ、ゴム体もせん断変形によるばね弾性特性を示すの
で、エネルギー吸収特性が明確であり、本エネルギー吸
収装置を構成する各部材の諸元により一義的に定まり設
計上の自由度が向上する。

■鉛は鈍せん断変形を受けることにより、上記■と相ま
って、内圧の高まりが小さく、このため密封精度を厳密
にする必要がなく、本装置をかつ安価に製作することが
できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の構造物用エネルギー吸収装置の実施例を
示し、第１図はその一実施例の縦断面図、第２図は第１
図のＡ−Ａ線断面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ線断面図
、第４図はその作用を示す模式図、第５図は本実施例装
置のエネルギー吸収特性図、第６図及び第７図は本装置
に使用されるゴム体の他の態様図である。 １・・・シリンダ、２・・・ロッド、３・・・船室（せ
ん断変形室）、４．５・・・ゴム体、６．７−・・固定
リング（規制手段） Ｐ・・・鉛 （塑性流動物質）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）相対変位する構造物間に設定されるエネルギー吸収
   装置であって、 一方の構造物に固定される直円筒状のシリンダと、 他方の構造物に固定され、前記シリンダ内の中心軸に沿
   って配される円柱状のロッドと、前記シリンダとロッド
   との環状空間に塑性流動物質を封入したせん断変形室を
   介して相対向して配されてなるゴム体と、 前記シリンダとロッドとの間に介装され、該ロッドをシ
   リンダの軸方向の移動を許容し半径方向の移動を規定す
   る規制手段と、 からなることを特徴とする構造物用エネルギー吸収装置
   。 ２）ゴム体は補強板とゴム弾性体とが交互に環状に配さ
   れてなる請求項１に記載の構造物用エネルギー吸収装置
   。 ３）ゴム体のせん断変形室に当接する側面は膨出状に形
   成されてなる請求項１に記載の構造物用エネルギー吸収
   装置。