JPH0336094B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、構造物の免震装置に係り、特に、地
震の規模に応じた免震作用を行なわせることがで
きるようにした免震装置に関する。 〔発明の背景技術とその問題点〕 地震力によつて大型構造物が破壊されるのを防
止するために、従来、各種の免震装置が考えられ
ている。これら免震装置は、一般に、第１図中Ｘ
で示すように構造物１の下面と地盤２上に設けら
れた基礎３との間に複数介挿され、構造物１の荷
重を支持しながら免震作用を発揮するように構成
されている。そして、これら免震装置Ｘは、具体
的には第２図あるいは第３図に示すように構成さ
れている。すなわち、第２図に示すものは、基礎
３の上面に支持台４を固定し、この支持台４と構
造物１の下面との間に支持体５を介在させたもの
となつている。支持体５は、防振ゴムあるいは積
層ゴム等で構成された水平方向に可撓性を有する
弾性材６と、この弾性材６の上，下端に固定され
た上、下端板７，８とで構成されている。そし
て、上端板７が構造物１の下面に、また下端板８
が支持台８の上面にそれぞれ固定されている。一
方、第３図に示すものは、構造物１の下面にすべ
り板９を固定し、このすべり板９の下面に、その
上面をすべり面とした上端板７が圧接するように
支持体５を配置したものとなつている。 しかして、これらの免震装置は、地震力が基礎
３、支持台４に伝わると、第２図に示すものにあ
つては、弾性材６で形成された支持体５が変形
し、その地震エネルギを弾性材６の変形エネルギ
として蓄え、これによつて構造物１に伝わろうと
する地震力を減少させるようにしている。なお、
構造物１と免震装置Ｘとを組合せた系の固有振動
数を構造物自体の固有振動数と異ならせておき、
これによつて共振現象の発生を避けるようにして
いる。したがつて、免震装置Ｘの変形量は大きく
なるが構造物１自体の変形量は小さく抑えられ、
構造物１の耐震性を向上させることができる。 一方、第３図に示す免震装置Ｘでは、小さな地
震力に対しては第２図に示した装置と全く同じ動
作を行なう。そして、ある一定以上の大きな地震
力が伝わつた場合、つまり、構造物１とすべり板
９との間に加わる力がすべり板９の摩擦力（すべ
り板９の静摩擦係数とすべり板９の１個当りにか
かる重量との積）以上になつたとき、すべり板９
と上端板７との間にすべりが生じ、このすべりと
弾性材６の変形とによつて構造物１に伝わろうと
する地震力を減少させるようにしている。上記の
ようにすべり板９と上端板７との間にすべりが生
じている状態では、前述した摩擦力以上の力は構
造物１に伝達されず、また、構造物１に生じる加
速度は、摩擦係数と重力加速度との積以上には増
大しない。また、すべり現象によつて、すべり量
と摩擦力との積に相当する振動エネルギが消散さ
れる。したがつて、全体の振動の低減化に効果を
発揮することになる。なお、第３図に示す免震装
置に加わる水平方向の荷重Ｆと基礎−構造物間の
変位量δとの関係は、たとえば、一定振幅で振動
する場合を考えると第４図に示すようになる。図
中で示す部分が地震力が伝わつた直後に支持体
５が変形する状態を、で示す部分がすべりの生
じた状態を、で示す部分が反対方向に支持体５
が変形している状態を示している。そして、この
図の線で囲まれた部分の面積が振動−周期当りに
消費するエネルギとなる。 しかしながら、上記のように構成された従来の
免震装置にあつては次のような問題があつた。す
なわち、第２図に示したものにあつては、確かに
ある程度の免震効果が得られる。しかし、支持体
５の上端部を構造物１に固定するとともに下端部
を基礎３に固定し、弾性材６の変形によるエネル
ギ吸収だけで免震効果を発揮させるようにしてい
るので、原理上、地震エネルギの吸収に限度があ
る。このため、この装置では、高々、強震程度
の、いわゆる中規模地震までしか免震効果を発揮
させることができない。上記以上の大きな地震の
場合には、弾性材６の変形量が大きくなり、強度
的に上記弾性材６が破壊する可能性がある。構造
物のなかには、その破壊による環境等への影響か
ら、どのような大地震に遭遇しても構造物そのも
のが破壊されるのを防がなければならないものが
ある。このような構造物についてはほとんど適用
できない。 また、第３図に示した免震装置Ｘにあつては、
地震力がある値を越えると、すべり板９と上端板
７との間にすべりが生じるので、激震を越える、
いわゆる巨大地震に遭遇した場合でも構造物その
ものの破壊を防止することができる。しかし、す
べりが生じる地震力の大きさを高く設定すると、
それ以下の地震力の範囲では弾性材６の変形によ
るエネルギ吸収のみによつて免震効果を発揮させ
なければならず、このように設定すると、第２図
に示した装置と同様な問題が生じる。このため、
すべりが生じる地震力の大きさを比較的低く設定
する必要がある。このように低く設定すると、強
震程度の地震でもすべりが生じることになる。す
べりが生じた場合、上述した構造では地震が終了
したとき、必ず、すべりによる変形が生じ構造物
１は初期位置に戻らず、基礎３と構造物１との間
に残留変位が生じる。強震程度の中規模地震は比
較的発生頻度が高いので、このような地震に遭遇
する都度、すべり板９と基礎３との相対位置関係
を元に戻す必要があり、大掛りな復帰作業を行な
わなければならない。したがつて、構造物を含む
システム全体の稼動率の低下や経済的な不利を免
れ得ない。 〔発明の目的〕 本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、原理上、どのよ
うな巨大地震に遭遇した場合でも対象とする構造
物の破壊を防止できる機能をもち、しかも比較的
頻度の高い数10年〜数100年に１回程度の小規模
から中規模地震あるいは数100年〜数1000年に１
回程度の大規模地震終了後でも上記構造物を含む
システム全体の速やかな運転再開に寄与できる構
造物の免震装置を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明によれば、対象とする構造物の下面と基
礎との間に弾性を有する第１の支持機構が設けら
れ、この第１の支持機構と構造物との間に両者間
ですべりを生じさせる第１のすべり手段が設けら
れる。さらに、基礎に固定されて上下方向のみ弾
性を有する第２の支持機構が設けられ、第１の支
持機構の水平方向の変形に対して上記第２の支持
機構にすべりを生じさせる第２のすべり手段が設
けられる。また、第２の支持機構から第２のすべ
り手段へ直接あるいは間接に付与される圧接力を
調整する調整機構が設けられる。 〔発明の効果〕 説明の便宜上、第１のすべり手段は構造物の下
面に固定して設けられた第１のすべり板で構成さ
れ、第２のすべり手段は第１のすべり板と第１の
支持機構との間に上記第１の支持機構に固定して
設けられた第２のすべり板で構成されていると仮
定して説明する。 上記構成であると、第１のすべり板と第２のす
べり板との間の摩擦力F₀と、第２のすべり板と
第２の支持機構との間の摩擦力F₁との設定によ
つて次のような免震作用を行なわせることができ
る。すなわち、今、第１のすべり板と第２のすべ
り板との間に加わる荷重をP₀とし、両板間の摩
擦係数（ただし静摩擦係数と動摩擦係数とが等し
いと仮定する。）をμ₀とし、同じく第２のすべり
板と第２の支持機構との間のそれをP₁，μ₁とす
る。この場合には第１のすべり板と第２のすべり
板との間に構造物の全荷重P₀が加わり、また、
第２のすべり板と第２の支持機構との間上記荷重
P₀を第１の支持機構とで分担した荷重P₁が加わ
るのでP₀＞P₁の関係になる。したがつて上述し
た摩擦力F₀，F₁は、 F₀＝μ₀P₀ F₁＝μ₁P₁ (1) となる。この式から判るようにF₀＞F₁の関係に
設定することは容易である。今、上記関係（F₀
＞F₁）に設定されているものとすると、このよ
うな摩擦力を受けている２個所において構造物が
すべり出す加速度は、それぞれ、 となる。但し、ｇは重力加速度である。上記関係
からα¨₁＜α¨₀である。これらの関係から次のように
伝える。すなわち、地震動の最大加速度がα¨₁未満
の範囲では、基礎から入つた地震動が免震装置を
そのまま通つて構造物に伝えられる。つまりα¨₁未
満の範囲の地震動では、この免震装置は何ら作動
しない。一方、地震動の最大加速度がα¨₁を越え、
構造物自体に生じる加速度がα¨₀未満の範囲では、
第２のすべり板と第２の支持機構との間にすべり
が生じ、同時に第１の支持機構もそのすべり量と
同じだけ変形する。したがつて、この範囲のとき
には第１の支持機構の変形によるエネルギ吸収
と、すべり摩擦によるエネルギ消費との両方で構
造物の振動を抑制することになる。また、地震動
により、構造物に生じる最大加速度がα¨₀を越える
範囲においては、第２のすべり板と第２の支持機
構との間にすべりが生じるとともに第１の支持機
構が上記すべり量と同じ量だけ変形し、さらに第
１のすべり板と第２のすべり板との間にもすべり
が生じる。したがつて、この場合には、両すべり
面でのすべり摩擦によるエネルギ消費および第１
の支持機構の変形によるエネルギ吸収によつて構
造物の振動を抑制することになる。このとき構造
物の加速度はα¨₀以上にはならない。 このように、地震動による地震力に応じた免震
動作を行なわせることができる。このことは、第
２の支持機構の構成との関連において次のような
意味をもつ。すなわち、大型構造物の場合、通
常、強震程度の、いわゆる数10年〜数100年に１
回程度発生する中規模地震に対しては耐えられる
ように設計される。しかし、激震程度の、いわゆ
る数100年〜数1000年に１回程度発生する大規模
地震や今まで経験したことのない、いわゆる数
1000年〜数万年に１回程度しか発生しない巨大地
震に対しては果して耐えられるかどうか不明の点
が多い。したがつて、安全面、経済面等を考慮す
ると、(a)中規模以下の地震では、構造物そのもの
がすでに耐力を備えているので格別、免震装置を
動作させなくても十分であること、(b)強震、激震
等の大規模地震の場合には構造物を保護できると
ともに地震がおさまつた時点から速やかに運転再
開ができることが望ましいこと、(c)今まで経験し
たことのない巨大地震に遭遇したときには少なく
とも構造物の健全性さえ確保できればよいこと、
と云つた考えが成り立つ。特に原子炉建屋のよう
に、その健全性、安全性を厳しく規制された構造
物の場合にはこの考え方が現実的である。 本発明装置は、上述した思想を実現するのに最
も適している。すなわち、前述のように摩擦力
F₀，F₁の設定によつて、加速度α¨₁以下の領域を
中規模地震以下の地震に対応させ、加速度α¨₁を越
えα¨₀未満の領域を大規模地震に対応させ、加速度
α¨₀を越える領域を巨大地震に対応させることが容
易にできる。そして、この場合、構造物の強度は
加速度α¨₀を若干越える加速度に耐え得る構造であ
ればよい。また現実には、発生確率から大規模地
震以下がほとんどであり、この範囲内で構造物の
通常の機能が妨げられないようにすればよい。本
発明装置では、第２のすべり板と第２の支持機構
との間のすべり摩擦によるエネルギ消費と、第１
の支持機構の変形によるエネルギ吸収とを並用さ
せて振動抑制を行なわせるようにしているので、
従来装置のように弾性材の変形だけでエネルギを
吸収させたものに較べて振動抑制の行なえる上限
を拡大することができ、それだけ確実に免震効果
を発揮させることができる。また、大規模地震に
遭遇すると、地震がおさまつた時点において、第
２のすべり板と第２の支持機構との間の摩擦力と
第１の支持機構の復元力とが釣りあつた位置で構
造物が静止し、構造物と基礎との相対位置がずれ
た状態で静止するが、第２の支持機構の圧接力を
調整し、上記圧接力をたとえば零に設定すること
によつて第１の支持機構の復元力で構造物と基礎
との相対位置を元に自動的に戻すことができる。
したがつて従来のすべり機構を備えた装置とは違
つて地震がおさまつた時点から運転再開までに要
する時間およびコストを大幅に短縮することがで
き、対象とする構造物を含むシステムの稼動率を
向上させることができる。一方、発生確率が極端
に小さい破壊的な巨大地震に遭遇した場合には、
第１のすべり板と第２のすべり板との間にすべり
が生じて十分免震されるので構造物自体が破壊さ
れるようなことはなく、したがつて、構造物の安
全性あるいは健全性は十分確保される。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を説明する。 第５図において、図中１１は対象とする構造物
を示し、１２は図示しない地盤上に固定された基
礎を示し、１３は基礎１２の上面に固定された支
持台を示している。 しかして、構造物１１の下面と支持台１３との
間には上記構造物１１の荷重を支持するとともに
免震機能を発揮する免震装置１４が設けられてい
る。なお、図では１つの免震装置しか示されてい
ないが、構造物１１の大きさ等によつて複数設け
られる。 免震装置１４は、大きく分けて構造物１１の下
面に固定された第１のすべり板１５と、この第１
のすべり板１５の下面に接して配置された上記す
べり板１５より小面積の第２のすべり板１６と、
この第２のすべり板１６の下面周縁部とこれに対
向する支持台１３の上面との間に介挿された第１
の支持機構１７と、第２のすべり板１６の下面中
央部に固定された補助すべり板１８とこれに対向
する支持台１３の上面との間に介挿された第２の
支持機構１９とで構成されている。 第１の支持機構１７は、防振ゴムを加工あるい
は積層して筒状に形成された弾性材あるいは円板
状ゴム板と円板状の金属板を交互に積層して形成
された円柱体を周方向に複数配置してなる弾性材
２１によつて構成されており、この弾性材２１の
上端は直接あるいは図示しない固定板を介して第
２のすべり板１６の下面に固定され、また、その
下端は固定板２２を介して支持台１３の上面に固
定されている。 一方、第２の支持機構１９は、開口部を上方に
して支持台１３の上面に固定された有底筒状の案
内筒２３と、この案内筒２３内に上下方向に摺動
自在に装着されたピストン状の摺動体２４と、上
記案内筒２３内に装着され、上記摺動体２４を前
記補助すべり板１８の下面に圧接させる圧接力を
付与する皿ばね２５とで構成されている。そし
て、案内筒２３の底壁内面と皿ばね２５との間に
は、皿ばね２５の圧縮力を制御して前記圧接力を
調整するジヤツキ等の圧接力調整機構２６が設け
られている。また、前記補助すべり板１８の外周
には、一部が下方へ突出する関係にストツプリン
グ２７が装着されており、このストツプリング２
７の内面には緩衝リング２８が装着されている。 しかして、上記のように構成された免震装置１
４は、第１のすべり板１５と第２のすべり板１６
との間の摩擦力F₀に対して補助すべり板１８と
第２の支持機構１９、つまり摺動体２４との間の
摩擦力F₁がF₀＞F₁の関係に設定され、また、第
１のすべり板１５と第２のすべり板１６との間に
すべりが生じる加速度α¨₀に対して補助すべり板１
８と摺動体２４との間にすべりが生じる加速度α¨₁
がα¨₀＞α¨₁の関係に設定される。さらに、詳細に説
明すると、たとえば、上記条件を満し、かつα¨₁を
中規模地震のときの最大加速度を僅かに越える値
に設定し、また、α¨₀を大規模地震のときに構造物
１１が許容し得る最大加速度値に設定して使用に
供される。なお、上記の設定は、すべり面におけ
る静摩擦係数、すべり面に加わる荷重分配等によ
つて行なわれる。また、構造物１の各部は加速度
α¨₀を若干越える加速度に耐えられるように製作さ
れる。 このような構成であると、中規模地震、すなわ
ち、地震動の最大加速度がα¨₁以下の地震に遭遇し
た場合には、第６図ａに示すように免震機能を格
別発揮しない。したがつて、地震動が免震装置１
４を介してそのまま構造物１１に伝達される。前
述のように構造物１１は加速度α¨₀を若干越える加
速度まで耐え得るように製作されているので、上
記地震動によつて構造物１１が破壊されることは
ない。 また、大規模地震、すなわち地震動により、構
造物１１に生じる最大加速度がα¨₁を越えα¨₀未満の
地震に遭遇した場合には、第６図ｂに示すように
補助すべり板１８と摺動体２４との間にすべりが
生じ、これに伴つて弾性材２１も上記すべり量δ₁
と等しい量だけ変形する。したがつて、この場合
にはすべり摩擦によるエネルギ消費と第１の支持
機構１７、つまり弾性材２１の変形によるエネル
ギ吸収とによつて構造物１１の振動が抑制され
る。構造物１１はα¨₀を若干越える加速度まで耐え
られるように製作されているので破壊されること
はない。したがつて、この場合は振動の振幅を抑
制することが主となる。そして、このときに免震
装置１４に加わる水平方向の荷重Ｆと変位量δと
の関係は第７図に示すようになり、図中線で囲ま
れた部分の面積が振動−周期当りのエネルギ消費
量となる。 なお、この場合、地震がおさまつた時点では、
第６図ｂに示した状態に近い状態で安定する可能
性が大きい。したがつて、これを第６図ａに示す
初期相対位置関係に戻す必要がある。この復帰操
作は次のようにして簡単に行なえる。すなわち、
圧接力調整機構２６を操作して摺動体２４の圧接
力を、たとえば零に設定する。このように設定す
ると、摩擦力が零となるので弾性材２１の復元力
によつて構造物１１と基礎１２との相対位置が自
動的に初期の正常関係に戻る。したがつて、この
状態で圧力調整機構２６を再設定すればよく、地
震がおさまつた時点から短時間に構造物１１を含
むシステムを運転再開させることができる。 一方、今まで経験したことのない巨大地震に遭
遇した場合、つまり地震により構造物１１に生じ
た加速度がα¨₀を越える地震に遭遇したときには、
第６図ｃに示すように補助すべり板１８と摺動体
２４との間にすべりが生じるとともに弾性体２１
に変形が生じ、しかも第１のすべり板１５と第２
のすべり板１６との間にすべりが生じ、これらの
すべり摩擦によるエネルギ消費および変形による
エネルギ吸収によつて構造物１１の振動が抑制さ
れる。構造物１１には加速度α¨₀を越える加速度が
生じることがなく、また、構造物１１は加速度α¨₀
を若干越える加速度まで耐えられるように製作さ
れているので、結局、構造物１１が破壊するよう
なことはない。したがつて、この場合には構造物
１１に加速度α¨₀を越える加速度が発生しないよう
に抑制することが主となる。また、このときに免
震装置１４に加わる水平方向の振動−周期当りの
荷重Ｆと変位量δとの関係は第８図に示すように
なる。 このように、数千年〜数万年に１回程度の巨大
地震に遭遇した場合でも対象とする構造物１１の
破壊を確実に防止することができる。また、特
に、大規模地震に遭遇した場合でも構造物１１の
振動を効果的に抑制でき、しかも地震がおさまつ
た後は速やかに運転を再開させることができ、結
局、前述した効果が得られる。 なお、本発明は、上述した実施例に限定される
ものではない。すなわち、実施例においては説明
しなかつたが第２の支持機構１９の圧接力を設定
するためにロードセル等の荷重検出器あるいはば
ねの圧縮量を検出する検出器を設けなければなら
ないことは勿論である。また、圧接力調整機構２
６としては、歯車とねじとを組合せたねじ式ジヤ
ツキや油圧ジヤツキが適している。勿論、これら
は電気的抑制信号に基いて制御されるように構成
される。また、圧接力を付与するものとしては皿
ばねに限らずコイルスプリング、輪ばね、竹のこ
ばねなどの剛性が高く耐久性のあるものが適して
いる。また、第２のすべり板の下面にすべり面に
設定することにより補助すべり板１８を省略する
こともできる。但し、ストツプリング２７および
緩衝リング２８に相当するものは設ける必要があ
る。なお、ストツプリングと第２の支持機構との
間の水平方向のすき間の長さは、第１の支持機構
の変形による強度限界以下の変位量に相当する長
さに設定すればよい。さらに、第１のすべり板１
５は構造物１１の下面形成壁と兼用させてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は構造物と基礎との間に免震装置を介在
させた一般的な例を示す図、第２図および第３図
は従来の免震装置をそれぞれ説明するための断面
図、第４図は第３図に示した装置に加わる荷重と
たわみ量との関係を示す図、第５図は本発明の一
実施例に係る免震装置の縦断面図、第６図ａ，
ｂ，ｃは同装置の地震規模と免震作用との関係を
説明するための図、第７図は第６図ｂに示す形態
において免震装置に加わる荷重と変位量との関係
を示す図、第８図は同じく第６図ｃに示す形態に
おける荷重と変位量との関係を示す図である。 １１…構造物、１２…基礎、１４…免震装置、
１５…第１のすべり板、１６…第２のすべり板、
１７…第１の支持機構、１８…補助すべり板、１
９…第２の支持機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 構造物の下面と基礎との間に介挿された弾性
   を有する第１の支持機構と、前記構造物と前記第
   １の支持機構との間ですべりを生じさせる第１の
   すべり手段と、前記基礎に固定されて上下方向の
   み弾性を有する第２の支持機構と、前記第１の支
   持機構の水平方向の変形に対して前記第２の支持
   機構にすべりを生じさせる第２のすべり手段と、
   前記第２の支持機構から前記第２のすべり手段へ
   直接あるいは間接に付与される圧接力を調整する
   調整機構とを具備してなることを特徴とする構造
   物の免震装置。 ２ 前記第１のすべり手段は前記構造物の下面に
   固定して設けられた第１のすべり板から構成さ
   れ、前記第２のすべり手段は前記第１のすべり板
   と前記第１の支持機構との間に上記第１の支持機
   構に固定して設けられた第２のすべり板から構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の構造物の免震装置。 ３ 常時は、前記第２のすべり板と前記第２の支
   持機構との間の摩擦力より前記第１のすべり板と
   上記第２のすべり板との間の摩擦力が大に設定さ
   れるものであることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載の構造物の免震装置。 ４ 前記第１のすべり板は、前記構造物の下面形
   成壁と兼用されたものであることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の構造物の免震装置。 ５ 前記第２の支持機構は、軸心線を上下方向に
   して前記基礎に固定された案内筒と、この案内筒
   内に摺動自在に装着された摺動体と、前記案内筒
   内に装着されて上記摺動体に前記第２のすべり手
   段への押付け力を与える弾性体とを主体に構成さ
   れたものであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の構造物の免震装置。 ６ 前記第１の支持機構は、防振ゴムまたは積層
   ゴムを主体にして構成されたものであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の構造物の免
   震装置。 ７ 前記第１の支持機構は、水平方向に複数に分
   割されたものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項または第６項記載の構造物の免震装
   置。 ８ 前記第２のすべり板は、この第２のすべり板
   と前記第２の支持機構との間の相対的なすべり量
   を所定範囲に規制する機構を包含したものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の構
   造物の免震装置。