JPS61192941A

JPS61192941A - 構造物の免震装置

Info

Publication number: JPS61192941A
Application number: JP60030291A
Authority: JP
Inventors: Noboru Narukawa; 昇成川; Shigeru Fujimoto; 滋藤本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-02-20
Filing date: 1985-02-20
Publication date: 1986-08-27
Anticipated expiration: 2009-06-08
Also published as: JPH0643856B2

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】〔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。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

地震力によっ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８図中×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の荷重を支持しなか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×は
、具体的には第９図あるいは第１０図に示すように構成
されている。すなわち、第９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っている。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
平方向に可燃性を有する弾性材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４の上面にそれぞれ固定されている。一方、
第１０図に示すものは、構造物１の下面にすべり板９を
固定し、とのすべり板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
のとなっている。

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９図に示すものにあっては、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、これ釦よって構造物
１に伝わろうとする地震力を減少させるようＫしている
０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
によって共振現象の発生を避けるようにしている。

したがって、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ｌの耐震性を
向上させることができる。

一方、第１０図に示す免震装置Ｘでは、小さな地震力に
対しては第９図に示した装置と全く同じ動作な行なう。

そして、ある一定以上の大きな地震力が伝わった場合、
つまり、構造物１とすべり板９との間に加わる力がすべ
υ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）以上になったとき、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の変形とによって構造物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
９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
との種以上には増大しないｏｆた、すべり現象によって
、すべり量と摩擦力との積に相当する振動エネルギが消
費される。したがって、全体の振動の低損化に効果を発
揮することになる。なお、第１０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８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１１図に示すようになる。図中■で示す部分が地震力
が伝わった直後に支持体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−周期轟りに消費
するエネルギとなる。

しかし彦から、上記のように構成された従来の免震装置
にあっては次のような問題があった０すなわち、第９図
に示したものにあっては、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
形量が大きく々す、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が妨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０また、第１０図に示した免震装置Ｘにあっては、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っ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９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。すぺ）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【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
があシ、大掛シな復帰作業を行なわなければならない。

したがって、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。

また弾性支持体と摩擦要素を並列に設置する場合にも、
前述のように免震効果を発揮させるため圧は、すべ）が
生じる地震力の大きさを比較的低く設定しておく方が良
い。しかし、このようにすると摩擦力が小さいので、エ
ネルギー消散による振動抑制効果が小ざくなり、構造物
と基礎との相対変位が大きくなってしまう。この結果構
造物と外部との間に設置される接合物、あるいは、弾性
支持体に過大な変形力を与え、これらを破損させる可能
性がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもの
で、その目的は常時起とシうる小規模地震では構造物を
基礎に対して固定し、中規模以上の地震に対しては確実
に作動し、構造物と基礎との相対変位を抑え、システム
全体の健全性を保つことが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、構造物と基礎との間にまず水平方向に
弾性を有した第１の支持体が設けられる。

また、構造物下面あるいは基礎上面のいずれか一方に摩
擦係数の分布が半径方向に異なるすべや摩擦板が固定さ
れる。さらに、先端にこのすべり摩擦板と対面して接す
る摩擦面を有し、その押し付け力の調整が可能な機構を
持つ支持装置を、基礎上面あるいは構造物下面に弾性支
持体と並列に固定することにより、小規模地震では構造
物を基礎に対して固定し、中規模以上の地震に対して確
実に作動して構造物と基礎との相対変位を抑え、システ
ム全体の健全性を保つことができる０〔発明の実施例〕以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。第１
図において、弾性支持体６が上部固定板７および下部固
定板８によりそれぞれ構造物１の下面および支持台４に
固定され、支持台４け基礎３に固定されている。また、
構造物１の下面にはすべ）摩擦板１３が固定されており
、これは中心から半径方向に摩擦係数の大きくなってい
る３種類の摩擦面１４，１５．１６から構成されている
。さらに、摩擦板１６の外周には、ス）ツノ（−１７が
設置しであるｏｆた、先端にすべり摩擦板１３と対面し
て接する摩擦面１１を設け、その押し付け力を任意に設
定できる調整装置１２を備えた支持装置１０が基礎３の
上面に、弾性支持機構５と並列に固定されている。

いま、すべり摩擦板１３を構成する３種類の摩擦面１４
．１５．１６の摩擦係数をそれぞれμｍ、μ２Ｉμ３と
し、その関係がμｍくμ２〈μ３となっており同様に中
心から各摩擦板の外周までの距離を１１゜１２．１３と
する０但し、１３は弾性支持機構５の変位吸収限界より
小さい初期状態として、すべり摩擦面１４と摩擦面１１
が接しており、押し付け力Ｐ１を作用させておく。この
時、摩擦力はＦ１＝μｍ×Ｐ１であり、このＦｌは中規
模地震の最も小さい地震により構造物１に生じる地震力
程度にＰｌを調整する事ができる。

このような構成にしておくと中規模以下の地震、すなわ
ち地震荷重がＦ１以下の場合にはすべりが生じないので
、構造物１は基礎３に固定され、地震力は直接構造物１
に伝えられる。しかし、構造物１は、中規模程度の地震
に対しては十分耐え得るので、通常の機能を停止せずに
稼動させる事ができる。

次に中規模以上の地震に対しては、すべり摩擦板１３と
摩擦面１１との間にすべりが生じ、摩擦による振動エネ
ルギー吸収例より振動が抑制されかつ、免震状態となる
。すなわち構造物１と基礎３との相対変位振幅が！以下
の場合には、摩擦面１１はすべり摩擦面１４内をすべる
。この時、摩擦力Ｆ１および弾性支持体６により生じる
エネルギーの消散及び吸収により、構造物１の振動は抑
制される。この時、免震装置に加わる水平方向の荷重Ｆ
と変位δとの関係は、振幅一定とすると第５図のように
なり、図中で囲まれた部分の面積が一周期あたシに消散
する振動エネルギー量に相当する。

大規模地震に対しては、構造物１はさらに大きく揺れ、
また弾性支持機構５の変位吸収量にも限界があるため変
位振幅を抑制し、振動エネルギーを消散させる必要があ
る。この免震装置によれば相対変位が１１を越えると（
但し１２以下とする）第３図のように摩擦面１１は、す
べり摩擦面１５と接するようになる。この時、摩擦力は
Ｆ２＝μ２×Ｐ１となりＦ　２＞Ｆ　１であシ、このＦ
２が作用した状態ですべりが生じると、Ｆｌの場合以上
によシ大きな振動エネルギーを消散し、相対変位が過大
となることを防ぐことが可能である。この場合の免震装
置に加わる水平方向の荷重Ｆと変位量δとの関係は、第
６図に示すように２段階の履歴を描くことになる。

さらに、今まで経験したことのないような巨大地震が発
生した場合には、構造物１と基礎３との相対変位はｌ！
２を越える可能性がある。この時、摩擦力はＦ３＝μ３
ＸＰ１となシ、前述の原理によってより大きな振動エネ
ルギーを消散し、変位を抑える働きをする。また相対変
位が！３になると、ストッパーが作用し、弾性支持機構
５の変位吸収限界を越えることはない。この場合の免震
装置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３段階の履歴を描くことになる。

また、地震がおさまった時点では、摩擦力と弾性支持機
構５の変形による復元力のつり合いのとれた状態で安定
する可能性がある。この場合には押し付け力調整装置１
２によシ押し付け力を解除することによシ、第１図の初
期状態にもどすことが可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば免震装置の作用を地震動の大きさによシ
段階的に切りかえる事ができるため、特に常時あるいは
発生確率的に大きい地震に対しては構造物と基礎との相
対変位が生ずる事なく、又発生確率の小さい中、大規模
地震に対してはその程度に応じ、振動抑制効果を増しな
がら構造物自体の耐震性を向上させ、構造物の安全性を
高める事ができる。

〔発明の他の実施例〕

本発明は上記実施例に限定させることなく、すべり摩擦
板の構成として任意の種類の摩擦板を組み合わせること
により同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す免震装置の断面図、
第２図乃至第４図は、第１図に示す本発明の免震装置の
作動状態を示す断面図、第５図乃１ｇ７図は、第２図乃
至第４図に示す各状態の荷重−たわみ線図、第８図乃至
第１０図は、従来の免震装置の断面図、第１１図は、第
１Ｏ図に示す免震装置の荷重−たわみ線図である。１・・・構造物、２・・・地盤、３・・・基礎、４・・
・支持台、５・・・弾性支持機構、６・・・弾性体、７
・・・上部固定板、８・・・下部固定板、９・・・すべ
り板、１０・・・支持装置、１１・・・摩擦面、１２・
・・押し付け力調整装置、１３・・・すべり摩擦板、１
４・・・摩擦面１．１５・・・摩擦面２．１６・・・摩
擦面３、ｔ７・・・ストッパー。代理人弁理士　則　近　憲　佑　（ほか１名）第１０図第１１図第７図第８図第９図

Claims

【特許請求の範囲】

構造物と基礎との間に、すべり摩擦板、弾性支持体およ
び支持装置を介挿して構成される構造物の免震装置にお
いて、構造物下面あるいは基礎上面に、摩擦係数の分布
が半径方向に異なるすべり摩擦板を固定し、先端にこの
すべり摩擦板と対面して接する摩擦面を持ち、その押し
付け力の調整が可能である支持装置を、弾性支持体と並
列に基礎上面あるいは構造物下面に固定したことを特徴
とする構造物の免震装置。