(57)【要約】      （修正有）【課題】地震時に構造物に作用する慣性力による下部及び上部構造の変位及び速度を制御し、大きな地震時慣性力の作用による上部構造及び下部構造の負荷を軽減する構造物免震および制震装置と構造物用免震および制震方法を提供する【解決手段】上部又は下部構造の一方に固定される弾性体６と、内側入出力係合部１０ａと、内側入出力部材１０の外側に固定された複数の支持軸８と、支持軸８に回転自在に軸支され一方の端部に前記内側入出力係合部１０ａに移動可能に係合する内側入出力支点９ａと、他方の端部に外側入出力支点９ｂを有するリンク部材からなる慣性力伝達手段９と、上部下部構造の他方に固定され外側入出力支点が移動可能に係合する外側入出力係合部１１ａとを備え、前記慣性力伝達手段の支持軸から外側入出力支点及び内側入出力支点間の距離を異なるように設定し地震時に作用する上部及び下部構造の変位量、速度及び加速度を制御する【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築物や橋梁等の構造物の上部構造又は下部構造の一方に固定される弾性体と、
前記弾性体に一体に固定され内側入出力係合部を形成した内側入出力部材と、
前記内側入出力部材の外側に固定された複数の支持軸と、
前記支持軸に回転自在に軸支され一方の端部に前記内側入出力係合部に移動可能に係合する内側入出力支点と他方の端部に外側入出力支点を有するリンク部材からなる慣性力伝達手段と、
上部構造又は下部構造の他方に固定され前記外側入出力支点が移動可能に係合する外側入出力係合部を形成した外側入出力部材と、
を備え、
前記慣性力伝達手段の支持軸から外側入出力支点及び内側入出力支点間の距離を異なるように設定することにより地震時に作用する慣性力による上部構造及び下部構造の変位量、速度及び加速度を制御することを特徴とする構造物用免震及び制震装置。
【請求項２】
前記内側入出力係合部を前記内側入出力支点の外径とほぼ同じ幅のリング状又は円弧状溝と、前記外側入出力係合部を前記外側入出力支点の外径とほぼ同じ間隔で平行に伸びる部材又は前記外側入出力支点の外径と同じ幅の直線状に伸びる溝とすることを特徴とする請求項１に記載の構造物用免震及び制震装置。
【請求項３】
前記弾性体をゴム又はバネ部材とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物用免震及び制震装置。
【請求項４】
建築物や橋梁等の構造物の上部構造又は下部構造の一方に支持軸に回動自在に軸支されるリンク部材からなる複数の慣性力伝達手段を設け、前記慣性力伝達手段の両端に内側入出力支点と外側入出力支点を配置し、前記内側入出力支点を上部構造又は下部構造の一方に固定される弾性体に一体とされた内側入出力部材に形成した内側入出力係合部に移動可能に係合し、前記外側入出力支点を上部構造又は下部構造の他方に固定され外側入出力部材に形成した外側入出力係合部に移動可能に係合し、前記慣性力伝達手段の支持軸から外側入出力支点及び内側入出力支点間の距離を異なるように設定することにより地震時に作用する慣性力による上部構造及び下部構造の変位量、速度及び加速度を制御することを特徴とする構造物用免震及び制震方法。
【請求項５】
前記内側入出力係合部を前記内側入出力支点の外径とほぼ同じ幅のリング状又は円弧状溝とし、前記外側入出力係合部を前記外側入出力支点の外径とほぼ同じ間隔で平行に伸びる部材又は前記外側入出力支点の外径と同じ幅の直線状に伸びる溝とすることを特徴とする請求項４に記載の構造物用免震及び制震方法。
【請求項６】
前記弾性体をゴム又はバネ部材とすることを特徴とする請求項４又は５に記載の構造物用免震及び制震方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物や橋梁等の構造物の制震および免震装置と構造物用免震および制震方法において、地震時に構造物に作用する慣性力による下部構造又は上部構造の変位量及び速度を制御することが可能な構造物用制震および免震装置と構造物用免震および制震方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
兵庫県南部地震以降、高減衰ゴム系の免震支承や鉛プラグ入り積層ゴム支承等を用いて長周期化と高減衰化により地震力の低減と耐震性の向上を図る免震構造が一般的に採用されるようになってきている。
【０００３】
また、機能分離型の支承構造として、鉛直荷重を受け持つ鉛直荷重支持支承と水平力を受け持つ水平力分散支承を組み合わせた支承構造が採用される事例が増えつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４０９７６号公報
【特許文献２】特開２００１−２２７１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の支承構造は、地震時に建築物や橋梁等の構造物には下部構造に慣性力が作用し、その慣性力が積層ゴムを有する支承装置を介して上部構造３に伝達される。その際、積層ゴム下部構造の慣性力の方向と同じ方向に弾性変形する。上部構造に伝達された地震エネルギーは、加速度成分が加わり大きな地震時慣性力として上部構造に作用する。上部構造に作用する地震時慣性力は、積層ゴムを有する支承を介して下部構造に伝達される。下部構造には、上部構造の地震時慣性力と同方向の大きな慣性力が作用する。上部構造に作用する大きな慣性力により支承装置が破壊されるだけでなく、橋脚、橋台、基礎構造等の下部構造に作用する大きな慣性力により下部構造自体が損傷する恐れがある。また、上部構造には大きな水平変位が発生する。上部構造の大きな水平変位に対してはその変位を吸収するためのダンパーや変位制限装置、落橋防止装置等が必要となる。下部構造に負荷される大きな慣性力により下部構造に損傷を与えないために下部構造の設計強度を大きくする必要がある。下部構造の設計強度を大きくするためには、基礎杭の本数の増加や橋脚や橋台の各種寸法、配筋量等を増加する必要がある。そのため、既存橋梁又は既存建築物の耐震補強のケースにおいても、新設構造物の構築のケースにおいても多くの施工日数と多額の費用が必要となるという問題を有する。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、簡単な構成で地震時に構造物に作用する慣性力による下部構造及び上部構造の変位量及び速度を制御し、大きな地震時慣性力の作用による上部構造及び下部構造の負荷を軽減することが可能な構造物免震および制震装置と構造物用免震および制震方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の構造物用免震および制震装置は、前記課題を解決するために、建築物や橋梁等の構造物の上部構造又は下部構造の一方に固定される弾性体と、前記弾性体に一体に固定される内側入出力係合部を形成した内側入出力部材と、前記内側入出力部材の外側に固定された複数の支持軸と、前記支持軸に回転自在に軸支され一方の端部に前記内側入出力係合部に移動可能に係合する内側入出力支点と、他方の端部に外側入出力支点を有するリンク部材からなる慣性力伝達手段と、上部構造又は下部構造の他方に固定され前記外側入出力支点が移動可能に係合する外側入出力係合部を形成した外側入出力部材と、を備え、前記慣性力伝達手段の支持軸から外側入出力支点及び内側入出力支点間の距離を異なるように設定することにより地震時に作用する慣性力による上部構造及び下部構造の変位量、速度及び加速度を制御することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の構造物用免震および制震装置は、前記内側入出力係合部を前記内側入出力支点の外径とほぼ同じ幅のリング状又は円弧状溝とし、前記外側入出力係合部を前記外側入出力支点の外径とほぼ同じ間隔で平行に伸びる部材又は前記外側入出力支点の外径と同じ幅の直線状に伸びる溝とすることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の構造物用免震および制震装置は、前記弾性体をゴム又はバネ部材とすることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の構造物用免震および制震方法は、建築物や橋梁等の構造物の上部構造又は下部構造の一方に支持軸に回動自在に軸支されるリンク部材からなる複数の慣性力伝達手段を設け、前記慣性力伝達手段の両端に内側入出力支点と外側入出力支点を配置し、前記内側入出力支点を上部構造又は下部構造の一方に固定される弾性体に一体とされた内側入出力部材に形成した内側入出力係合部に移動可能に係合し、前記外側入出力支点を上部構造又は下部構造の他方に固定され外側入出力部材に形成した外側入出力係合部に移動可能に係合し、前記慣性力伝達手段の支持軸から外側入出力支点及び内側入出力支点間の距離を異なるように設定することにより地震時に作用する慣性力による上部構造及び下部構造の変位量、速度及び加速度を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の構造物用免震および制震方法は、前記内側入出力係合部を前記内側入出力支点の外径とほぼ同じ幅のリング状又は円弧状溝とし、前記外側入出力係合部を前記外側入出力支点の外径とほぼ同じ間隔で平行に伸びる部材又は前記外側入出力支点の外径と同じ幅の直線状に伸びる溝とすることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の構造物用免震および制震方法は、前記弾性体をゴム又はバネ部材とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
建築物や橋梁等の構造物の上部構造又は下部構造の一方に固定される弾性体と、前記弾性体に一体に固定される内側入出力係合部を形成した内側入出力部材と、前記内側入出力部材の外側に固定された複数の支持軸と、前記支持軸に回転自在に軸支され一方の端部に前記内側入出力係合部に移動可能に係合する内側入出力支点と他方の端部に外側入出力支点を有するリンク部材からなる慣性力伝達手段と、上部構造又は下部構造の他方に固定され前記外側入出力支点が移動可能に係合する外側入出力係合部を形成した外側入出力部材と、を備え、前記慣性力伝達手段の支持軸から外側入出力支点及び内側入出力支点間の距離を異なるように設定することにより地震時に作用する慣性力による上部構造及び下部構造の変位量、速度及び加速度を制御することで、簡単な構成でみかけの剛性を高めて上部構造又は下部構造の地震力による変位量を抑え、且つ地震力による速度を低減し、地震力による加速度を抑えて上部構造又は下部構造の地震力による負荷を大幅に低減することが可能となる。
内側入出力係合部を内側入出力支点の外径とほぼ同じ幅のリング状又は円弧状溝とし、外側入出力係合部を外側入出力支点の外径とほぼ同じ間隔で平行に伸びる部材又は前記外側入出力支点の外径と同じ幅の直線状に伸びる溝とすることで、リンク部材からなる慣性力伝達手段の長さを短くすることができ構造物用免震及び制震装置を小型化することが可能となる。
弾性体をゴム又はバネ部材とすることで、入手が容易で制作コストを低減することが可能となる。
建築物や橋梁等の構造物の上部構造又は下部構造の一方に支持軸に回動自在に軸支されるリンク部材からなる複数の慣性力伝達手段を設け、前記慣性力伝達手段の両端に内側入出力支点と外側入出力支点を配置し、前記内側入出力支点を上部構造又は下部構造の一方に固定される弾性体に一体とされた内側入出力部材に形成した内側入出力係合部に移動可能に係合し、前記外側入出力支点を上部構造又は下部構造の他方に固定され外側入出力部材に形成した外側入出力係合部に移動可能に係合し、前記慣性力伝達手段の支持軸から外側入出力支点及び内側入出力支点間の距離を異なるように設定することにより地震時に作用する慣性力による上部構造及び下部構造の変位量、速度及び加速度を制御することで、みかけの剛性を高めて上部構造又は下部構造の地震力による変位量を抑え、且つ地震力による速度を低減し、地震力による加速度を抑えて上部構造又は下部構造の地震力による負荷を大幅に低減することが可能となる。
内側入出力係合部を内側入出力支点の外径とほぼ同じ幅のリング状又は円弧状溝とし、外側入出力係合部を外側入出力支点の外径とほぼ同じ間隔で平行に伸びる部材又は前記外側入出力支点の外径と同じ幅の直線状に伸びる溝とすることで、小型化した装置を用いて上部構造又は下部構造の地震力による負荷を大幅に低減することが可能になる。
弾性体をゴム又はバネ部材とすることで、入手が容易で低コストの構造物用免震及び制震方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の構造物免震方法の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の構造物免震方法の実施形態を示す図である。
【図３】（ａ）（ｂ）本発明の構造物免震方法の実施形態を示す図である。
【図４】（ａ）（ｂ）本発明の構造物免震方法の実施形態を示す図である。
【図５】（ａ）（ｂ）本発明の構造物免震方法の実施形態を示す図である。
【図６】本発明の構造物免震方法の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の構造物免震方法の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態を図により説明する。
【００１６】
本発明の構造物制震および免震装置１は、建築物や橋梁等の構造物の下部構造２と上部構造３との間に配置される。図３（ａ）（ｂ）に示すように、下部構造２に固定ボルト５により固定されるベースプレート４の中央部に弾性体６が設置される。弾性体６はゴム又はバネ等である。この実施形態では、ゴムと補強鋼板を鉛直方向に複数交互に積層し加硫一体成形した積層ゴムを用いている。弾性体６上に内側入出力部材１０が一体に固定される。
【００１７】
内側入出力部材１０の表面にはリング状又は円弧状溝からなる内側入出力係合部１０ａが形成される。弾性体６がゴムの場合、内側入出力部材１０を加硫一体成形によりゴムと一体化しても良い。ベースプレート４の弾性体６及び内側入出力部材１０が設置された外側の位置に複数の支持部材７が連結ボルト又は溶接により固定する。支持部材７には支持軸８を螺着するための支持軸用雌ねじ穴７ａが形成される。
【００１８】
支持部材７の支持軸用雌ねじ穴７ａに螺着される支持軸８にリンク部材からなる慣性力伝達手段９が回転自在に軸支される。図５（ａ）（ｂ）に示すようにリンク部材からなる慣性力伝達手段９は、支持軸８に軸支するための貫通穴９ｃが形成され、一方の端部にピン状の内側入出力支点９ａが配置され、他方の端部にピン状の外側入出力支点９ｂが配置される。内側入出力支点９ａと外側入出力支点９bは、慣性力伝達手段９の表面側、裏面側にそれぞれ配置される。図４に示される慣性力伝達手段９は直線状のリンク部材で形成されているが、図７に示すように円弧状のリンク部材でも良く、その他の形状のリンク部材としても良い。
【００１９】
図４（ａ）（ｂ）に示すように上部構造３にセットボルト１２により固定される外側入出力部材１１には、複数のセットボルト用雌ねじ穴１１ｂが形成される。外側入出力部材１１には、上部構造３との間に設置されるせん断キー１３を収容するキー溝１１ｄが形成される。外側入出力部材１１の裏面側には、複数の外側入出力係合部１１ａが配置される。外側入出力係合部１１ａは、慣性力伝達手段９の外側入出力支点９ｂの外径とほぼ同じ間隔で平行に伸びる部材で形成される。外側入出力係合部１１ａを平行に伸びる部材で形成する場合、外側入出力部材１１の裏面とリンク部材からなる慣性力伝達手段９との間に間隔ができるので、外側入出力部材１１の裏面の中央部には、慣性力伝達手段９の内側と当接するリンク押さえ部１１ｃが形成される。
【００２０】
また、外側入出力係合部１１ａを外側入出力部材１１の裏面に形成される外側入出力支点９ｂの外径とほぼ同じ幅の直線状の溝としても良い、その場合は、リンク部材からなる慣性力伝達手段９と外側入出力部材１１の裏面間に隙間が生じないのでリンク押さえ部１１ｃを省略することができる。外側入出力部材１１が上部構造３に予め溶接で固定されるソールプレートとする場合は、セットボルト用雌ねじ穴１１ｂとキー溝１１を省略することができる。
【００２１】
図１、図２には、複数の慣性力伝達手段９を下部構造２と上部構造３との間に設置した状態を示す。支持軸８に軸支されたリンク部材からなる慣性力伝達手段９の内側入出力支点９ａがリング状又は円弧状溝からなる内側入出力係合部１０ａに移動可能に係合する。内側入出力支点９ａの外径と内側入出力係合部１０ａの溝幅をほぼ同じとする。慣性力伝達手段９の外側入出力支点９ｂが外側入出力部材１１の平行に伸びる部材で形成された外側入出力係合部１１ａに移動可能に係合する。リンク部材からなる慣性力伝達手段９の内側部が外側入出力部材１１の裏面に形成したリンク押さえ部１１ｃと当接し、慣性力伝達手段９の支持軸８を軸とした回動を安定して実施することができる。
【００２２】
図６により本発明の構造物用免震及び制震装置１の作用について説明する。慣性力伝達手段９の支持軸８から内側入出力支点９ａ間の距離をｎとし、支持軸８から外側入出力支点９ｂ間の距離をｍとする。ｎとｍは異なる数とする。ｎ及びｍは、上部構造３の変位制限や下部構造２の耐震強度等の設計の際の各種設計要件に応じて設定する。この実施形態ではｎ＞ｍとしている。地震時に下部構造２に作用する慣性力は、弾性体６に伝達され弾性体６を弾性変形させて内側入出力部材１０に伝達される。内側入出力部材１０に伝達された慣性力は、リング状又は円弧状溝からなる内側入出力係合部１０ａと係合する内側入出力支点９ａを介して慣性力伝達手段９に伝達される。
【００２３】
慣性力を伝達された慣性力伝達手段９は、図６の点線の位置から実線の位置に支持軸８を軸として矢印方向に回動する。内側入出力係合部１０ａと係合する内側入出力支点９ａは速度Ｖ１で変位量δ１変位する。一方、外側入出力係合部１１ａと係合する外側入出力支点９ｂは、速度Ｖ２で変位量δ２変位する。
【００２４】
内側入出力支点９ａと外側入出力支点９ｂは、同じ支持軸８を軸として回動する。そのため、変位量δ２＝ｍ／ｎ×δ１、速度Ｖ２＝ｍ／ｎ×Ｖ１となる。この実施形態では、ｎ＞ｍであるから、δ２＜δ１、Ｖ２＜Ｖ１となる。
【００２５】
この実施形態では、内側入出力支点９ａは、下部構造２に固定された弾性体６と一体化された内側入出力部材１０の内側入出力係合部１０ａに係合し、外側入出力支点９ｂは、上部構造３に固定された外側入出力部材１１の外側入出力係合部１１ａに係合している。その結果、地震時に下部構造２から伝達された慣性力は、外側入出力支点９ｂを介して上部構造３に伝達される。
【００２６】
リンク部材からなる慣性力伝達手段９の回転軸からの距離がｎ＞ｍと設定されているため、上部構造３側に係合している外側入出力支点９ｂの変位量δ２と速度Ｖ２は、下部構造２側に係合している内側入出力支点９ａの変位量δ１と速度Ｖ１に比較し、ｍ／ｎだけ小さくなる。
【００２７】
一般的に地震力によって発生する慣性力は、質量と剛性によって変位量と速度が決定する。変位量を抑えるには剛性を高めれば良いが、剛性を高めると加速度が増加する。加速度が増加すると上部構造３の地震時慣性力が増加し、下部構造２の負荷が増加し、下部構造の耐震強度の増加が必要である。加速度を抑えるには速度を抑えることが有効である。
【００２８】
図に示される実施形態では、ｎ＞ｍとすることにより、上部構造３の変位量δ２＝ｍ／ｎ×δ１と減少し、速度Ｖ２＝ｍ／ｎ×Ｖ１と減少する。速度が減少することにより上部構造３の加速度も減少する。上部構造３の変位量が減少することにより、構造物が橋梁の場合、伸縮装置間を狭くすることができる。また、上部構造３の速度を減少することにより、上部構造３の加速度も減少し、上部構造３の地震時慣性力による下部構造２の負荷を軽減することが可能となる。
【００２９】
図に示される実施形態では、内側入出力部材１０を下部構造２側に配置し、外側入出力部材１１を上部構造３側に配置しているが、内側入出力部材１０を上部構造３側に配置し、外側入出力部材１１を下部構造２側に配置しても良い。また、下部構造２の負荷を軽減するために、ｎ＜ｍと図に示される実施形態の逆に設定しても良い。
【００３０】
以上のように、本発明の構造物用免震及び制震装置１と構造物用免震及び制震方法によれば、リンク部材からなる慣性力伝達手段９の支持軸８から下部構造側の入出力係合部及び上部構造側入出力係合部間の距離を異なるように設定することにより、みかけの剛性を高めて上部構造３又は下部構造２の地震力による変位量を抑え、且つ地震力による速度を低減し、地震力による加速度を抑えて上部構造３又は下部構造２の地震力による負荷を大幅に低減することが可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
１：構造物用免震及び制震装置、２：下部構造、３：上部構造、４：ベースプレート、５： 固定ボルト、６：弾性体、７：支持部材、７ａ：支持軸用雌ねじ穴，８：支持軸、９：慣性力伝達手段、９ａ：内側入出力支点、９ｂ：外側入出力支点、９ｃ：貫通穴、１０：内側入出力部材、１０ａ：内側入出力係合部、１１：外側入出力部材、１１ａ：外側入出力係合部、１１ｂ：セットボルト用雌ねじ穴、１１ｃ：リンク押さえ部、１１ｄ：キー溝、１２：セットボルト、１３：せん断キー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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