JPS61294231A - 振動エネルギ吸収装置 - 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】 （発明の技術分野〕 本発明は、構造物の防振あるいは免震に供される振動エ
ネルギ吸収装置に係り、特に、材料の塑性変形を利用し
て振動エネルギを吸収するようにした振動エネルギ吸収
装置の改良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、地震力によって構造物が破壊されるのを防止する
ために、たとえば°基礎と構造物本体との間に各種の振
動エネルギ吸収装置を挿設することが行われている。

このような振動エネルギ吸収装置は、エネルギ吸収メカ
ニズムから分類して、流体あるいは粘弾性体の粘性を利
用した粘性方式のものと、材料同志の摩擦を利用したＩ
ｌ！擦方式のもと、材料の塑性変形を利用した塑性方式
のものとに大別される。

上記の振動エネルギ吸収装置のうち、塑性方式を採用し
たものは、金属材料の塑性変形を利用したもの、が多く
、他の方式のものに比べて構造が簡単で、低価格である
と言う利点を備えている。エネルギ吸収に直接供される
弾塑性部材としては通常、鉄材、鉛あるいは鉛系合金材
が使用されている。このうち、特に、鉛系の材料は可塑
性に優れており、大変位を伴う撮動においても充分な追
随特性を有している。

ところで、材料の剪断変形による弾塑性特性を利用した
従来の振動エネルギ吸収装置は、一般に。

第５図、第６図あるいは第８図に示すように構成されて
いる。すなわち、第５図に示すものは、対象とする２つ
の構造物の部材１．２にそれぞれ固定板３．４を互いに
対面する関係に固定し、これら固定板３．４間に、たと
えば鉛系材料を円柱状に加工してなる弾塑性部材５を挿
設した構造となっている。なお、各固定板３．４と弾塑
性部材５とはろう接着等によって接合されている。また
。

第６図に示すものは１弾塑性部材５の両端部を各固定板
３．４に形成された凹部６．７に嵌入さゼ。

この嵌合によって弾塑性部材５と各固定板３．４とを結
合させるようにしている。さらに、第８図に示すものは
、固定板３．４間に１部材１に対して部材２を支持させ
るための弾性支持体、たとえばラバーベアリング８を介
在させるとともにラバーベアリング８に軸方向に延びる
貫通孔９を設け。

この貫通孔９内に矩形断面の螺旋状コイル１０で巻かれ
た弾塑性部材５を収容したものとなっている。なお、ラ
バーベアリング８は、金属板１１とゴム板１２とを交互
に積層接合したものとなっている。

これらの振動エネルギ吸収装置にあって、地震等によっ
て構造物が撮動して１部材１，２間に相対変位が生じる
と１部材１．２間に存在している弾塑性部材５が強制変
位を受ける。この時１弾塑性部材５が塑性変形すると、
その塑性変形に必要な仕事量に等しいエネルギ損失が生
じ、この結果として部材１，２間の振動エネルギが吸収
され。

構造物全体の振動応答が減少される。

しかしながら、上記のように構成された従来の振動エネ
ルギ吸収装置にあっては次のような問題があった。

すなわち、第５図および第６図に示したものにあっては
１部材１．２の図中横方向の相対変位によって弾塑性部
材５が繰り返し横方向の変形を受けると、固定板３，４
と弾塑性部材５との間の局部的拘束に伴う固定板３，４
に近い部分と中央部分との間の曲げおよび引張り状態の
相違により。

弾塑性部材５は比較的少ない繰り返し回数で第７図に示
すように固定板３．４に近い部分Ｘがくびれ、中央部分
Ｙが膨出した形状となる。このため。

塑性変形に要する抵抗力が次第に小さくなり、エネルギ
吸収能力が減少する。そして、最終的にはくびれ部分で
弾塑性部材５が破断して１、エネルギ吸収装置としての
機能を喪失する問題があった。

一方、第８図に示すものは１弾塑性部材５の外周に螺旋
状コイル１０を巻き付けているので、第７図で説明した
ような問題は少ない。しかし、このような構造であると
、構造物の支持材であるラバーベアリング８内に弾塑性
部材５を収容するようにしているので、エネルギ吸収装
置全体の保守あるいは交換が非常に面倒なものとなり１
弾塑性部材５のエネルギ吸収性能低下による耐震性の脆
弱化に速やかに対応できない問題がある。すなわち。

何度かの地震あるいは振動により弾塑性部材５が塑性変
形を繰り返すと２弾塑性部材５の組織が変化してエネル
ギ吸収能力が低下する。したがって。

一般的には、エネルギ吸収装置全体を検査し、所定の特
性以下の場合には取り換える必要がある。

このような交換を行なわないと１次回の地震の場合に所
定の耐震性および信頼性が得られず、構造物の安全性に
重大な影響を及ぼす。しかし、第８図に示す構造である
と、エネルギ吸収装置全体がラバーベアリング８内に位
置しているので、エネルギ吸収装置の特性を簡単に検査
することができない。このため、交換のタイミングを誤
る虞れが多分にあった。また９弾塑性部材５の径方向の
変形を拘束するとともに剪断変形を許すために、矩形断
面の螺旋状コイル１０を弾塑性部材５の外周に巻回して
いるのであるが、このような構造であると１部材１，２
間の相対変位で弾塑性部材５が相対的な変形力を受けて
変形したとき、螺旋状コイル１０もそれぞれのコイル間
で相対変形を受ける。この場合、螺旋状コイル１０は連
続しているので、この螺旋状コイル１０にはねじり力が
作用することになる。前述のように螺旋状コイル１０は
弾塑性部材５の径方向の変形力を受持っているので、結
局、この力と上述したねじり力とを加えた過大な力が螺
旋状コイル１０に一作用することになり、螺旋状コイル
１０が破断する虞れがある。

もし破断した場合には径方向の変形に対しての拘束力が
なくなるので、第５図および第６図に示した装置と同様
の問題が発生することになる。

〔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、エネルギ吸収に供される弾塑性
部材のエネルギ吸収機能をより長期に亙って持続させる
ことができるとともに保守点検あるいは交換の容易な振
動エネルギ吸収装置を提供するとことにある。

（発明の概要〕 本発明によれば、相対変位が生じ得る２つの部材にそれ
ぞれ支持された第１および第２の固定板と、それぞれ径
に対する厚みの比が充分に小さい板状に形成され前記第
１および第２の固定板間に交互に積層挿設された複数の
弾塑性部材および上記弾塑性部材より材料強度および剛
性の大きい複数の補強部材とを備えた振動エネルギ吸収
装置が提供される。

〔発明の効果〕

地震等のように２つの部材間に相対変位が生じるような
振動力が加わると、各弾塑性部材（よ上記２つの部材間
の相対変位量に応じた塑性変形を繰り返し受ける。この
とき、一般的には各弾塑性部材に２両端部にくびれ部を
、また中央部に膨出部を形成させる力が作用する。しか
し１本発明では弾塑性部材を、径に対する厚みが充分に
小さい板状に形成し、しかも、この弾塑性部材を材料強
度および剛性の大きい補強板で挟み込み接合する構成を
採用しているので、各弾塑性部材は曲げ、引張りに対し
て大きな抵抗力を持ち、厚み方向と直交する方向の剪断
変形に対しては比較的小さな抵抗力しか持たない特性を
示す。このため、厚み方向と直交する方向の変形力が加
わった場合には剪断変形のみが生じ、厚み方向の両端部
にくびれ部が生じたり、中央部に膨出部が生じたりする
ようなことはほとんどなくなる。このように１弾塑性部
材の両端部にくびれ部が発生するのを防止できるので、
このくびれ部の発生によって少ない繰り返し回数で弾塑
性部材が破断するのを防止でき。

結局、長期間に亙って各弾塑性部材に良好なエネルギ吸
収機能を発揮させることができる。また。

他の要素とは独立して設置することができるので。

地震終了後に弾塑性部材の現在の状態や特性を検査する
ことが容易となり、この結果、交換のタイミングの誤り
防止にも寄与できる。また、他の装置、たとえばラバー
ベアリングのような荷重支持装置とは独立して設置する
ことができるので、装置の交換の容易化にも寄与できる
。

（発明の実施例〕 以下１本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は２本発明の一実施例に係る撮動エネルギ吸収装
置を実際に対象とする２つの構造物の部材２１．２２間
に設置した例を一部切欠して示す側面図である。すなわ
ち、このエネルギ吸収装置は１部材２１．２２に固定板
２３．２４を互いに対面する関係に図示しないボルト等
で固定するとともに上記固定板２３．２４間に円板状に
形成された弾塑性部材２５と、同じく円板状に形成され
た補強部材２６とを交互に積層挿設している。そして、
各弾塑性部材２５と゛各補強部材２６との間および各固
定板２３．２４との間は、たとえばろう接着等によって
接合されている。

各弾塑性部材２５としては、この実施例では鉛で形成さ
れ、かつ径に対する厚みの比が充分小さいものが用いら
れている。また、補強部材２６としては、この実施例の
場合、各弾塑性部材２５を構成している鉛より引張り強
度の大きい鉄で、かつ径に対する厚みの比が充分小さい
ものが用いられている。なお９図中２７．２８は補強板
を示している。

このような構成であると、地震等によって部材２１．２
２間に図中横方向の相対変位が生じると。

各弾塑性部材２５は、第２図に示すような変形を繰り返
し受ける。このため、各弾塑性部材２５内で塑性変形に
必要なエネルギ消費が起こり、このエネルギ消費によっ
て振動エネルギ吸収装置としての機能が発揮される。

このとき、一般的には繰り返し変形によって各弾塑性部
材２５にくびれ部や膨出部が発生しようとする。化かし
、この場合には各１弾塑性部材２５を、径に対する厚み
の比が充分に小さい板状に形成し、しかも、これら弾塑
性部材２５を補強部材２６で挟み込む構成を採用してい
るので、各弾塑性部材２５は補強部材２６間から伝わる
力、すなわち１弾塑性部材２５を変形させる力のうち１
曲げ、引張りに対しては大きな抵抗力を示し、剪断変形
に対する変形以外は生じ難くなる。このため。

各弾塑性部材２５の剪断変形が滑らかに行われ。

その結果、各弾塑性部材２５にくびれ部や膨出部の発生
が抑制される。このように、特に９弾塑性部材２５の両
端部に起こり易いくびれの発生を防止できるので、少な
い繰り返し回数で弾塑性部材２５が破断するのを防止で
き、エネルギ吸収機能を長期に亙って良好に発揮させる
ことができる。

また、このエネルギ吸収装置を実際に設置するときには
他の要素とは無関係に設置することができる。このため
、地震が収まった時点で速やかに点検、特性検査等を行
うことができるので、交換のタイミングの誤り防止にも
寄与できる。さらに。

他の要素とは独立して設置することができるので。

交換の容易化にも寄与でき、結局、前述した効果を発揮
させることができる。

なお２本発明は、上述した実施例に限定されるものでは
なく９種々変形することができる。すなわち、大地震等
に遭遇して部材２１．２２間の相対変位が非常に大きく
なると、各弾塑性部材２５が許容変位層を越えて変位し
、各弾塑性部材２５が破壊する虞れがある。このように
破壊されると構造物に重大な危険を及ぼす可能性がある
。したがって、何らかの対策を必要とするが、この対策
として第３図に示すように構成してもよい。すなわち、
各補強部材２６の周縁部上下面に半径の異なる突周壁２
９，３０を設けるとともに各補強板２７．２８にも同様
な突周壁を設ける。そして。

対応する突周壁の突出方向を一致させて各補強部材２６
を弾塑性部材２５間に介在させる。このようにすると、
下段に位置している補強部材２６の突周壁２９で囲まれ
た空間内に上段に位置している補強部材の突周壁３０が
嵌入した状態が形成され、突周壁３０と突周壁２９との
間に環状の隙間３１が形成される。今、この隙間３１が
各弾塑性部材２５の許容変位量と等しい値に設定されて
いるものとすると２部材２１．２２間の変位がある値を
越えようとすると、第４図に示すように突周壁２９と突
周壁３０とが係合してその変位に拘束する。したがって
、各弾塑性部材２５の破壊を防止することができる。こ
のように構成しても勿論よい。また１弾塑性部材２５の
形状は円板状に限らず角板状でも良く、その径、厚み２
枚数は、このエネルギ吸収装置を実際に設置するときの
総数７対象とする構造物の質ロ、構造物の剛性、必要と
されるエネルギ吸収量および使用する弾塑性部材の塑性
特性によって決定されることは勿論である。

また１弾塑性部材を形成する材料も鉛に限らず。

鉛系合金や鉄等を使用でき、さらに、補強部材は弾塑性
部材より材料強度の充分大きいものが望ましい。さらに
、上述した実施例では荷重支持手段について格別触れて
いないが、ラバーベアリングのように振動変形時も含め
て荷重支持時に縮む荷重支持機構を用いる場合には、２
つの固定板の何れかと、これが支持される部材との間に
縮み分を吸収する手段、たとえば弾性機構を介在させる
か。

縮み分に相当する隙間を設けるようにすればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る振動エネルギ吸収装置
を実際に２つの部材間に設置したときの例を一部切欠し
て示す側面図、第２＠は同装置がエネルギ吸収動作を行
っているときの側面図、第３図は本発明の他の圧倒°に
係る振動エネルギ吸収装置を実際に２゛つの部材間に設
置したときの例を一部切欠して示す側面図、第４図は同
装置が変位拘束動作を行っているときの断面図、第５図
および第６図はそれぞれ従来の振動エネルギ吸収装置の
縦断面図、第７図は上記従来装置の問題点を説明するた
めの図、第８図は従来の振動エネルギ吸収装置のさらに
別の例の縦断面図である。 ２１．２２・・・部材、２３．２４・・・固定板、２５
・・・弾塑性部材、２６・・・補強部材、２９．３０・
・・変位を拘束する係合部として機能する突周壁。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 １ｍ７凶

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つの部材間の相対運動時の運動エネルギを吸収
   するためのものであって、前記各部材にそれぞれ支持さ
   れた第１および第２の固定板と、それぞれ径に対する厚
   みの比が充分小さい板状に形成され前記第１および第２
   の固定板間に交互に積層挿設接合された複数の弾塑性部
   材および上記弾塑性部材より材料強度および剛性の大き
   い複数の補強部材とを具備してなることを特徴とする振
   動エネルギ吸収装置。
2. （２）前記弾塑性部材は、鉛、鉛系合金、鉄のうちから
   選ばれた１種で形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項記載の振動エネルギ吸収装置。