JPS62220735A - 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摩
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、貧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、大変位を伴う振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３図、第４
図あるいは第６図に示すように構成されている。すなわ
ち、第３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を介挿した構造と
なっている。なお、各固定板３．４と弾塑性部材５とは
ろう接層寺によって接合されている。また、第　図に示
すものは、弾塑性部材５０両端部を各固定板３．４に形
成された凹部６，７に嵌入させ、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６図に示すものは、固定板３．４間に、
部材１に対して部材２を支持させるだめの弾性支持体、
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
て構造物が振動して、部材１．２間に相対変位が生じる
と、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、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故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ハる。

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３図および第４図に示したものにあっては
、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シ状態の
相違により、弾塑性部材５は比較的少ない繰シ返し回数
で第５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が膨出しだ形状となる。このため、塑性
変形に要する抵抗力が次第に小さくなυ、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【２て、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６図に示すものは、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５図で説明した
ような問題は少なくなる。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、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、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、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６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
、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、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、原理的にはくびれの発生が起こり得る。また、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１
０は連続しているので、この螺旋状コイル■０にはねじ
シカ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シカとを加えた過大な
力が螺旋状コイル１０に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３図
および第４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１恍させ
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ことにある。

〔発明の概要〕

本発明によれば、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に、その部材間に弾塑性部材を挿設
するエネルギ吸収装置において、弾塑性部材より剛性お
よび材料強度の大きいスラストワッシャおよびガイド棒
に対し、第１の部材に固定された固定板と、第２の部材
との水平方向自由度を拘束された支持板の間にスラスト
ワッシャを初数枚重ね、その内部に密層させて弾塑性部
材を挿入し、固定板、スラストワッシャおよび支持板中
を貫通するガイド棒を具備し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、弾塑性部材は上記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。この時、
弾塑性部材には、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、弾塑性部材の
外周には前記関係に上部支持板、スラストワッシャ、ガ
イド棒等が装置されており、ガイド棒の拘束によシ、順
次にスラストワッシャがすベシ弾塑性部材のせん断変形
は許すが、弾塑性部材の径方向の変形を拘束してくびれ
部や膨出部の発生を防止する。このように、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。この場合、各スラストワッシャは軸方向には独立
しているので、弾塑性部材が塑性変形したとき、スラス
トワッシャには弾塑性部材の径方向の変形力以外の力は
ほとんど加わらない。

なお、本装置は、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シ、この結果、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。

′また、本装置は１部材１，２間のいかなる運動に対し
ても、スラストワッシャは」１下方向の力を受けること
はなく、確実にすべることができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図において、本装置を基礎１に固定する下部固定板
３と弾塑性部材５は、たとえばろう接着により接合され
ており、弾塑性部材５の外周には、それよりも剛性の褐
い材質でできたスラストワッシャ１３が軸方向に装着さ
れている。このスラストワッシャ１３０間には、たとえ
ばテフロンのような低摩擦材１４が挿入されており、ま
た、その最上部には、部材１６によシ構造物２と水平方
向の相対変位を持たないように拘束されている上部支持
板４が緩伺材１７を介して設置されている。

上部支持板４、スラストワッシャ１３、下部固定板３に
は、ガイド孔がおいておシ、弾塑性部材５より剛性の高
い材質でできており、頂部に球面部を有するガイド棒１
５が、その中を貫通している。

また、上部支持板４のガイド孔は球面座となっており、
ガイド棒をピン支持するようにしである。

なお、基礎１にはガイド棒■５のだめのスペース１８が
設けである。

このような構成であると、地震等によって基礎１および
構造物２０間に相対変位が生じると、弾塑性部材５は、
ガイド棒１５、スラストワッシャ１３等の働きにより、
強制的にせん断変形を受け、第２図に示すような変形を
繰シ返し受ける。このため、弾塑性部材５内で、塑性変
形に必要なエネルギ吸収がおこり、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
。

また、スラストワッシャ１３やガイド俸４等によって発
生するガタ振動は緩衝材１７によって構造物２に伝わる
ことはない。

〔発明の他の実施例〕

［７緩衝材　　　　　　　１８　　ガイド棒片スペース
本発明は、上記実施例に限定されることなく、（１）　
　ガイド棒の支持にユニバーサルジヨイントを用いる。

（２）　　ガイド棒を下部固定板で支持する。

以上の方法によっても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に係る振動エネルギ成敗装置
の断面図、第２図は同装置の変形図、第３図、第４図は
従来の振動エネルギ吸収装置の断面図、第５図は上記従
来装置の問題点を説明するための図、第６図は別の従来
の振動エネルギ吸収装置の断面図である。 】・・基礎　　　　　　　２　・構造物３　下部固定板
　　　　４　・上部支持板５・・弾塑性部材　　　　６
　・下部嵌合部７・上部嵌合物　　　　８・・弾性支持
体９　貫通孔　　　　　　１０・・・ら線状コイル１１
・・・弾性体　　　　　　・１２・金属板１３・スラス
トワッシャ　　１４・・低摩擦材１５　　ガイド棒　　
　　　１６・支持部材ａり 代理人　弁理士　　則　　近　　憲　　佑同　　　　　
竹　　花　　喜久男 第８図 第５図 第４図 々 第６図

Claims (4)

【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
   するために、その部材間に弾塑性部材を挿設するエネル
   ギ吸収装置において、弾塑性部材より剛性および材料強
   度の大きいスラストワッシャおよびガイド棒に対し、第
   １の部材に固定された固定板と、第２の部材との水平方
   向自由度を拘束された支持板の間にスラストワッシャを
   複数枚重ね、その内部に密着させて弾塑性部材を挿入し
   、固定板、スラストワッシャおよび支持板中を貫通する
   ガイド棒を具備したことを特徴とする振動エネルギ吸収
   装置。
2. （２）前記ガイド棒の支持方法として、スラストワッシ
   ャの最上部に設置した支持板に設けた球面座によって支
   持した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。
3. （３）前記支持板を、緩衝材を介して、第２の部材に装
   着した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。
4. （４）前記弾塑性部材として鉛、鉛系合金、鉄のうちか
   ら選ばれた１種で形成された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。