JPH0988012A - 免震装置 - Google Patents

免震装置

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Publication number
JPH0988012A
JPH0988012A JP7271982A JP27198295A JPH0988012A JP H0988012 A JPH0988012 A JP H0988012A JP 7271982 A JP7271982 A JP 7271982A JP 27198295 A JP27198295 A JP 27198295A JP H0988012 A JPH0988012 A JP H0988012A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
seismic isolation
rotating member
shoe
receiving surface
upper shoe
Prior art date
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Pending
Application number
JP7271982A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshihiko Bessho
俊彦 別所
Shinichi Ono
信市 小野
Akihiko Atami
明彦 熱海
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Japan Steel Works Ltd
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Japan Steel Works Ltd filed Critical Japan Steel Works Ltd
Priority to JP7271982A priority Critical patent/JPH0988012A/ja
Publication of JPH0988012A publication Critical patent/JPH0988012A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゴムを主構成要素とする免震装置は、ばね剛
性の温度依存性が高く、使用環境での温度の年較差が大
きい場合には、安定した免震作用を得難いという弱点が
ある。 【解決手段】 上沓2の凹円弧形断面を有する受入面2
aと下沓3の凹円弧形断面を有する受入面3aとを対向
させて上下に配置し、上下の支持面4a,4bがそれぞ
れ凸円弧形断面を有して偏平状をなす回転部材4を両受
入面2a,3aの間に介装させる免震要素1を備え、回
転部材4の回転は、地震によつて上沓2に作用する水平
方向力Hと上沓2に支持される支持部材11の荷重Vと
の合力によつて得られ、上沓2の受入面2aと回転部材
4の上側の支持面4aとの間に生ずる法線力Fの作用線
が、回転部材4の回転中心Oよりも下方を指向しながら
回転部材4が所定角度範囲で回転する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、免震装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術及びその課題】従来の免震装置として、ゴ
ムを使用するものが知られている。この種の免震装置で
は、例えば上板と下板との間にゴムとインサートプレー
トとを交互に積層した構造を有し、基盤上に下板を載置
し、上板上に構造物を支持して使用される。この免震装
置によれば、インサートプレートによつて構造物の荷重
を垂直に支持した状態で地震が発生した際、ゴムによつ
て水平方向のせん断変形を受けてエネルギーが吸収され
る。
【0003】しかしながら、このような従来の免震装置
にあつては、ゴムを主構成要素としているため、ばね剛
性の温度依存性が高く、使用環境での温度の年較差が大
きい場合には安定した免震作用を得難いという技術的課
題を有している。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、その構成
は次の通りである。請求項1の発明は、上沓2の凹円弧
形断面を有する受入面2aと下沓3の凹円弧形断面を有
する受入面3aとを対向させて上下に配置し、上下の支
持面4a,4bがそれぞれ凸円弧形断面を有して偏平状
をなす回転部材4を両受入面2a,3aの間に介装させ
る免震要素1を備え、回転部材4の回転は、地震によつ
て上沓2に作用する水平方向力Hと上沓2に支持される
支持部材11の荷重Vとの合力によつて得られ、上沓2
の受入面2aと回転部材4の上側の支持面4aとの間に
生ずる法線力Fの作用線が、回転部材4の回転中心Oよ
りも下方を指向しながら回転部材4が所定角度範囲で回
転することを特徴とする免震装置である。請求項2は、
免震要素1が、基盤10と支持部材11との間に同一方
向に複数個配置されることを特徴とする請求項1の免震
装置である。
【0005】
【作用】請求項1の発明によれば、地震による水平方向
力が下沓3に一方向に作用すると、水平方向力Hが上沓
2に他方向に作用することになり、上沓2が下沓3に対
して相対移動を開始する。この上沓2の相対移動は、回
転部材4の所定角度範囲の回転を伴いながら連続的に行
われる。回転部材4の回転は、地震によつて上沓2に作
用する水平方向力Hと上沓2に支持される支持部材11
の荷重Vとの合力によつて得られ、上沓2の受入面2a
と回転部材4の上側の支持面4aとの間に生ずる法線力
Fの作用線が、回転部材4の回転中心Oよりも下方を指
向することにより、下沓3の受入面3aと回転部材4の
下側の支持面4bとの間に生ずる法線方向の反力と共働
して生ずる。上沓2が最大長さだけ水平移動すれば、上
沓2が元の鉛直位置から所定高さだけ上昇すると共に、
回転部材4が所定角度だけ回転し、所定高さの1/2だ
け上昇する。
【0006】そして、回転部材4の回転は、所定角度に
なつて法線力Fの作用線が回転部材4の回転中心Oを通
るようになるまで続けられる。このようにして、法線力
Fの作用線が回転部材4の回転中心Oよりも下方を指向
した状態で法線力Fによる力の伝達が生ずる限り、所定
荷重Vが作用する上沓2が橋梁本体11と共に上昇移動
しながら、地震によつて上沓2に作用する水平方向力
H、つまり振動が吸収される。また、各受入面2a,3
aと各支持面4a,4bとの間に存在する摩擦力が、回
転部材4の回転に対する抵抗として作用する。この摩擦
力により、上沓2が最大高さに至るまでにエネルギの吸
収がなされると共に、上沓2の自重による下降移動に際
して回転部材4の反対方向の回転も抑制され、回転部材
4の運動が次第に減衰されることになる。このようにし
て、支持部材11が本来有する振動の固有周期を免震要
素1のばね剛性によつて変化させることになり、地震に
伴つて支持部材11に伝達してくるエネルギ(衝撃力)
を抑え、かつ、共振を防ぐことができる。
【0007】請求項2によれば、基盤10と支持部材1
1との間に複数個の免震要素1を介在させて免震装置を
構成することにより、免震要素1のみによつて支持部材
11を支持した状態で、支持部材11が本来有する振動
の固有周期を免震要素1のばね剛性によつて変化させる
ことになる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1〜図4は、本発明に係
る免震装置を橋梁に適用した1実施の形態を示す。図中
において符号1は免震要素を示し、免震要素1は、図1
に示すように上沓2、下沓3及び所定角度範囲で回転す
る回転部材4を有している。上沓2は、中心O1 を中心
とする半径Rの凹円筒面の一部をなす受入面2aが形成
され、下沓3は中心O2 を中心とする半径Rの凹円筒面
の一部をなす受入面3aが形成され、また回転部材4
は、上下面がそれぞれ半径Rの凸円筒面の一部をなす支
持面4a,4bを形成して偏平状をなしている。
【0009】このような免震要素1は、図2に示すよう
に基盤である基礎10と橋梁本体11との間に介装して
橋梁の支持に使用される。すなわち、下沓3は、受入面
3aが上向きをなすように基礎10上に固設し、橋梁本
体11の下面には、受入面2aが下向きをなすように上
沓2を固設し、上沓2の受入面2aと下沓3の受入面3
aとを対向させて上下に配置する。そして、両受入面2
a,3aに各支持面4a,4bを受入れて回転部材4を
密接に介装させる。このようにして各橋梁本体11が、
複数個(前後左右の4個以上)の免震要素1によつて支
持されて免震装置を構成する。各免震要素1の受入面2
a,3a及び支持面4a,4bの中心軸線は、橋梁本体
11の長手方向(橋軸方向)に合致させてある。
【0010】この上沓2の受入面2a及び下沓3の受入
面3aと回転部材4の各支持面4a,4bとの間の摺動
面には、所定の摩擦係数を与えてある。具体的には、両
受入面2a,3aをPTFE(テフロン(登録商標))
によつて形成し、各支持面4a,4bをステンレス又は
硬質クロムメッキによつて上仕上げして形成してある。
【0011】次に、作用について説明する。地震による
水平方向力H’が、基礎10を介して下沓3に図上にて
左向きに作用すると、水平方向力Hが上沓2に右向きに
作用することになり、上沓2が下沓3に対して右方への
相対移動を開始する。この上沓2の相対移動は、回転部
材4の反時計回り方向の所定角度範囲の回転を伴いなが
ら連続的に行われる。図3に示すように上沓2が長さU
(最大長さ)だけ水平移動すれば、中心O1 が中心O1'
に移動し、上沓2は元の鉛直位置からδだけ上昇する。
δは、中心O1 の上昇長さとして、数式1によつて与え
られる。
【0012】
【数式1】
【0013】一方、上沓2が長さUだけ水平移動すれ
ば、回転部材4は反時計回り方向にα=sin-1(U/
L)だけ回転し、回転中心Oをδ/2だけ上昇させる。
ここで、Lは、上沓2と下沓3の両受入面2a,3aの
曲率中心間距離、つまり中心O1 −O2 間の距離であ
る。
【0014】いま、上沓2及び下沓3と回転部材4との
間の摩擦を無視すれば、橋梁本体11の荷重Vが下向き
に作用する上沓2が図1に示す中立位置から右方へ長さ
Uだけ移動するに際し、両受入面2a,3aにおいて回
転部材4を介して力の伝達がなされる。この力の伝達
は、上沓2の受入面2aの半径Rと回転部材4の上側の
支持面4aの半径Rとが合致し、下沓3の受入面3aの
半径Rと回転部材4の下側の支持面4bの半径Rとが合
致しているので、上沓2の受入面2aの左半部と下沓3
の受入面3aの右半部とでなされる。伝達される力F
は、曲面をなす両受入面2a,3aの法線方向で逆向き
となり、その鉛直方向成分は荷重Vに一致する。また、
上沓2が右方へ長さUだけ移動したときに伝達される力
の右方向の水平方向成分(水平方向力H)は、回転角α
を参照して、数式2に示すようになる。
【0015】
【数式2】
【0016】図4に示すように中立位置にあるときに、
上記法線力F(図4に示す)の水平方向成分(水平方向
力H)が上沓2に載荷される瞬間を考えると、回転部材
4の反時計回り方向の回転モーメントMは数式3に示す
ようになり、回転部材4が回転を始める。
【0017】
【数式3】
【0018】この回転部材4の回転は、図3に示すよう
に角度α=sin-1(U/L)になつて法線力Fの作用
線が回転部材4の回転中心Oを通るようになるまで続け
られる。このようにして、上沓2の受入面2aと回転部
材4の上側の支持面4aとの間に生ずる法線力Fの作用
線が、回転部材4の回転中心Oよりも下方を指向した状
態で法線力Fによる力の伝達が生ずる限り、所定荷重V
が作用する上沓2が橋梁本体11と共に上昇移動しなが
ら、地震によつて上沓2に作用する水平方向力H、つま
り振動が吸収される。かくして、橋梁本体11と基礎1
0との間に複数個の免震要素1を介在させて免震装置を
構成することにより、橋梁が本来有する振動の固有周期
を免震要素1のばね剛性によつて変化させることにな
る。すなわち、橋梁本体11の固有周期を長くして、共
振を防ぎ、地震に伴つて橋梁本体11に伝達してくるエ
ネルギ(衝撃力)を抑えることができる。
【0019】上記の説明では省略したが、実際には、各
受入面2a,3aと各支持面4a,4bとの間に存在す
る摩擦力が、回転部材4の回転に対する抵抗として作用
する。この摩擦力により、上沓2が上昇高さδに至るま
でにエネルギの吸収がなされると共に、上沓2の自重に
よる下降移動に際して回転部材4の時計回り方向の回転
も抑制され、回転部材4の運動が次第に減衰されること
になる。しかして、両受入面2a,3aと回転部材4の
支持面4a,4bとの間に与える摩擦は、静摩擦係数
0.001〜0.3程度が好ましい。
【0020】また、上沓2の受入面2a及び下沓3の受
入面3aが回転部材4の各支持面4a,4bに密接に係
合する状態で、免震要素1のばね剛性又は固有周期に
は、回転部材4の厚さtと半径Rとが関係する。形状定
数C=t/Rとすれば、地震に対する形状定数Cとし
て、C=0.5〜1.0の範囲が好ましい。
【0021】ところで、上記1実施の形態にあつては免
震装置によつて橋梁本体11を支持したが、橋梁に限ら
ず構造物、機械装置等各種の支持部材を支持することが
可能であることは勿論である。また、上沓2の受入面2
a及び下沓3の受入面3a並びに回転部材4の支持面4
a,4bにそれぞれ円筒面を与えたが、両受入面2a,
3aに凹円弧形断面を与え、回転部材4の支持面4a,
4bに凸円弧形断面を与えればよく、両受入面2a,3
aに凹球面を与え、回転部材4の支持面4a,4bに凸
球面を与えることも可能である。これにより、図1上で
の左右方向の相対移動のみならず、前後方向を含む水平
放射方向の全ての相対移動に対し、共振を抑える免震機
能が発揮される。
【0022】
【発明の効果】以上の説明によつて理解されるように、
本発明によれば、ゴムを使用するものと比較して温度依
存性を有しないので、特に寒冷地に適する免震装置とし
て優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施の形態に係る免震要素を示
す図。
【図2】 同じく免震装置を備える橋梁を示す概略図。
【図3】 同じく免震要素の作用説明図。
【図4】 同じく免震要素の作用説明図。
【符号の説明】
1:免震要素、2:上沓、2a:受入面、3:下沓、3
a:受入面、4:回転部材、4a,4b:支持面、1
0:基礎(基盤)、11:橋梁本体(支持部材)、H:
水平方向力、V:支持部材の荷重、F:法線力、O:回
転部材の回転中心。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上沓(2)の凹円弧形断面を有する受入
    面(2a)と下沓(3)の凹円弧形断面を有する受入面
    (3a)とを対向させて上下に配置し、上下の支持面
    (4a,4b)がそれぞれ凸円弧形断面を有して偏平状
    をなす回転部材(4)を両受入面(2a,3a)の間に
    介装させる免震要素(1)を備え、回転部材(4)の回
    転は、地震によつて上沓(2)に作用する水平方向力
    (H)と上沓(2)に支持される支持部材(11)の荷
    重(V)との合力によつて得られ、上沓(2)の受入面
    (2a)と回転部材(4)の上側の支持面(4a)との
    間に生ずる法線力(F)の作用線が、回転部材(4)の
    回転中心(O)よりも下方を指向しながら回転部材
    (4)が所定角度範囲で回転することを特徴とする免震
    装置。
  2. 【請求項2】 免震要素(1)が、基盤(10)と支持
    部材(11)との間に同一方向に複数個配置されること
    を特徴とする請求項1の免震装置。
JP7271982A 1995-09-26 1995-09-26 免震装置 Pending JPH0988012A (ja)

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