(57)【要約】【課題】振動エネルギ吸収材料として錫プラグを使って安定な免震特性が得られる免震アイソレータ及び免震構造体を提供する。【解決手段】免震アイソレータは、複数のゴム板１２と複数の金属板１４とが上下方向に交互に積層され、少なくとも１つの中空部１６が上下方向に形成されてなる積層体１８と、中空部１６に圧入された錫プラグ２０とを備え、錫プラグ２０の外径ａと積層体１８の外径ｂとの比ａ／ｂが０．０８以上０．２７未満であるように構成されている。また、免震構造体は、免震アイソレータ２２により構造物２３を支承してなるものであって、構造物２３により、免震アイソレータ２２に加えられている面圧が１５〜３０ＭＰａとされている。【選択図】図１
2006170233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のゴム板と複数の金属板とが上下方向に交互に積層され、少なくとも１つの中空部が上下方向に形成されてなる積層体と、
前記中空部に圧入された高強度非鉛プラグとを備え、
前記高強度非鉛プラグの外径ａと前記積層体の外径ｂとの比ａ／ｂが０．０８以上０．２７未満であることを特徴とする免震アイソレータ。
【請求項２】
複数のゴム板と複数の金属板とが上下方向に交互に積層され、少なくとも１つの中空部が上下方向に形成されてなる積層体と、
前記中空部に圧入された高強度非鉛プラグとを備え、
前記高強度非鉛プラグの外径ａと前記積層体の外径ｂとの比ａ／ｂが０．１２以上０．２０未満であることを特徴とする免震アイソレータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の免震アイソレータにおいて、
前記高強度非鉛プラグは錫又は錫基合金であることを特徴とする免震アイソレータ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の免震アイソレータにより構造物を支承してなる免震構造体であって、
前記構造物により前記免震アイソレータに加えられている面圧が７．５〜３０ＭＰａであることを特徴とする免震構造体。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の免震アイソレータにより構造物を支承してなる免震構造体であって、
前記構造物により前記免震アイソレータに加えられている面圧が１５〜３０ＭＰａであることを特徴とする免震構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の免震等に用いられる免震アイソレータ及び免震構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、建築物、土木構造物、機器等を免震するための免震アイソレータが知られている。すなわち、従来の免震アイソレータにおいては、複数のゴム板と複数の鋼板とを交互に積層してなる積層体の中心に円柱状の中空部を設け、この中空部に、鉛からなる丸棒、すなわち鉛プラグを挿入している。この積層体を基礎や構造物に取付けるために、積層体の両端部に連結鋼板が固設され、この連結鋼板を介してそれぞれフランジ金具を複数の締付ボルトにより固定している。
【０００３】
このような鉛プラグ入りの免震アイソレータは、建物等を安定に支持しながら地震発生時には水平方向に変形して地震エネルギを低減するという、従来の積層ゴムとダンパの両機能を併せ持っている。さらに、設置スペースを削減することができると共に、施工性も向上するという特色がある（特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特公昭６１−１７９８４号公報
【特許文献２】特開平９−１０５４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の技術には、次のような解決すべき課題があった。
鉛プラグ入り免震アイソレータは、有害物質である鉛を使用していることから、環境破壊の懸念が指摘されている。製造時の鉛の取扱いのみでなく、今後建物解体時に生じる鉛入り免震アイソレータの廃棄方法等で問題が生じる惧れがあり、鉛に替わる材料の要求が高まっている。
鉛の代替材料として、幾つかの振動エネルギ吸収材料が挙げられるが、従来から鉛以外の材料を使って鉛と同等以上の減衰効果を奏するエネルギ吸収体を備えた免震アイソレータが本格的に使用された例はない。
【０００５】
図６は鉛と錫との物性比較を示す図である。図６に示すように、錫は、鉛に比べて引張強さ、降伏強度がかなり大きい。
【０００６】
本発明は、振動エネルギ吸収材料として錫プラグを代表例とする高強度非鉛プラグを使って安定な免震特性が得られる免震アイソレータ及び免震構造体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】
本発明の各実施例においては、それぞれ次のような構成により上記の課題を解決する。
〈構成１〉
複数のゴム板と複数の金属板とが上下方向に交互に積層され、少なくとも１つの中空部が上下方向に形成されてなる積層体と、上記中空部に圧入された高強度非鉛プラグとを備え、上記高強度非鉛プラグの外径ａと上記積層体の外径ｂとの比ａ／ｂが０．０８以上０．２７未満であることを特徴とする免震アイソレータ。
【０００８】
ここで、高強度非鉛プラグとは、塑性変形可能な金属プラグであって鉛よりも強度の高いものをいい、典型的には錫及び錫基合金であるが、アルミニウム、銅、亜鉛、及びこれらを基とする合金を含むものである。このような高強度非鉛プラグは単位体積あたりのエネルギ吸収量が大きいことから、従来の鉛プラグを用いる場合に比べ、プラグ外径を小さくすることができる。
【０００９】
免震アイソレータにおけるプラグ外径が小さいと、免震アイソレータに加わる鉛直応力、すなわち面圧（ＭＰａ）の増加に伴う降伏後剛性の低下率が小さくなる。降伏後剛性とは、プラグが塑性変形する状態での免震アイソレータの変位に対する剛性をいい、後述の図２に示す履歴曲線では、履歴曲線の斜め水平部分の傾きに相当する。この傾向はプラグ材質が鉛、錫に限らない。また、これは、降伏後剛性の面圧依存性が小さいことから、建物の目的に応じてバランスのよい免震構造を設計でき、安定な免震特性が得られることになる。
【００１０】
高強度非鉛プラグの外径ａと、積層体の外径ｂとの比ａ／ｂが０．０８より小さいと、高強度非鉛プラグといえども十分なエネルギ吸収効果が得られない。また、ａ／ｂが０．２７より大きすぎると、免震アイソレータの降伏後剛性が過大となるという不具合がある。
【００１１】
〈構成２〉
複数のゴム板と複数の金属板とが上下方向に交互に積層され、少なくとも１つの中空部が上下方向に形成されてなる積層体と、上記中空部に圧入された高強度非鉛プラグとを備え、上記高強度非鉛プラグの外径ａと上記積層体の外径ｂとの比ａ／ｂが０．１２以上０．２０未満であることを特徴とする免震アイソレータ。
【００１２】
構成２のａ／ｂの値は、構成１のａ／ｂの値と比べて、より好ましい範囲である。高強度非鉛プラグを用いることで、この程度の値までプラグ外径を小さくすることが可能となり、かつ優れた特性を発揮する。
【００１３】
〈構成３〉
構成１又は２に記載の免震アイソレータにおいて、上記高強度非鉛プラグは錫又は錫基合金であることを特徴とする免震アイソレータ。
【００１４】
錫プラグ又は錫基合金プラグは、鉛プラグと比べると、引張り強度、降伏強度が２倍程度大きく、またせん断降伏強度も約２倍と大きい。そのため、高強度非鉛プラグとして好適に用いることができる。
【００１５】
〈構成４〉
構成１乃至３のいずれかに記載の免震アイソレータにより構造物を支承してなる免震構造体であって、上記構造物により上記免震アイソレータに加えられている面圧が７．５〜３０ＭＰａであることを特徴とする免震構造体。
【００１６】
ここで、面圧とは免震アイソレータに対する鉛直応力をいう。高強度非鉛プラグを用いることでプラグ外径の割合が小さくなり、面圧の増加に伴う降伏後剛性の低下率が小さくなり、従来の鉛プラグを用いるものに比べ、免震アイソレータに加える適正な面圧が高くなる。したがって、より小型の免震アイソレータによって構造物を支持することが可能となる。構成４の面圧の範囲内だと、降伏後剛性の低下が少なく安定した免震特性が得られる。
【００１７】
〈構成５〉
構成１乃至３のいずれかに記載の免震アイソレータにより構造物を支承してなる免震構造体であって、上記構造物により上記免震アイソレータに加えられている面圧が１５〜３０ＭＰａであることを特徴とする免震構造体。
【００１８】
さらに、高強度非鉛プラグを用いることで、従来の鉛プラグを用いた場合の面圧を大きく越える構成５の範囲の面圧が好適に採用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を実施例ごとに詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、実施例１の免震アイソレータを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
図１に示すように、実施例１の免震アイソレータ２２は、次のように構成された積層体１８と錫プラグ２０とを備えている。積層体１８は、複数の天然ゴムからなるゴム板１２と複数の鋼板からなる金属板１４とを上下方向に交互に積層した、周知の構成をなすものである。積層体１８には、少なくとも１つの円柱状の中空部１６が上下方向に形成されている。この中空部１６に、錫プラグ（錫からなる丸棒）２０が圧入されている。
【００２１】
積層体１８の周囲には必要に応じて合成ゴムからなる保護ゴム１９が施されている。そして、錫プラグ２０の外径ａと積層体１８の外径ｂとの比ａ／ｂが０．０８以上０．２７未満であるように構成されている。より好ましくは、ａ／ｂが０．１２以上０．２０未満であるように構成されている。
【００２２】
このような免震アイソレータ２２は、例えば、次の工程を経て製造される。先ず、それぞれ中心に貫通孔を有する複数のゴム板１２と複数の金属板１４とを上下方向に交互に積層して積層体１８を構成する。各ゴム板１２と金属板１４に中心孔を有することにより、積層体１８の中心の上下方向に円柱状の中空部１６が形成される。この積層体１８の中空部１６に、錫プラグ２０を圧入する。
【００２３】
錫プラグは、圧入されたとき、径方向に膨張して中空部１６の内壁に密着される。このとき、錫プラグ２０の外径ａと積層体１８の外径ｂとの比ａ／ｂが０．０８以上０．２７未満であるように構成される。その後、錫プラグ２０を挿入した積層体１８の受圧面に適度の圧力を印加した状態で、積層体１８に、ゴム総肉厚の２５〜２５０％の範囲のせん断ひずみを加えて最終的な免震アイソレータが製造される。
【００２４】
ゴム総肉厚とは、金属板１４を除き、全てのゴム板１2の肉厚を積算した合計肉厚をいう。積層体１８に所定の鉛直荷重を加えた状態でせん断力を加えることによって、後に鉛直荷重を減らした状態においても良好な免震特性を有することになる。
【００２５】
〔検討〕
ここで、本発明者等は、鉛プラグと錫プラグを使用した免震アイソレータについて比較検討したので、その説明をする。
【００２６】
〔試験体の構成〕
試験体として、図１と同様の構成の免震アイソレータを下記条件で製作した。
先ず、下記条件のゴム板１２を３３枚、金属板１４を３２枚使って中心に中空部１６を有する積層体１８を複数製作した。
中空部１６に、純度９９．９％の錫からなる錫プラグを２００ＭＰａで圧入してなる錫プラグ入り免震アイソレータと、中空部１６に、純度９９．９９％の鉛からなる鉛プラグを６０ＭＰａで圧入してなる鉛プラグ入り免震アイソレータの２種類を製作した。
【００２７】
これらの各免震アイソレータの両端部に、常法によりそれぞれ連結鋼板２４を固設し、この連結鋼板２４に、上下のフランジ金具２６をそれぞれ配置し複数の締付ボルト２９により固定してほぼ同じ大きさの錫プラグ入り免震アイソレータ２２Ａと鉛プラグ入り免震アイソレータ２２Ｂとを製作した。
【００２８】
なお、上記積層体のゴム板１２としては、天然ゴムにより、外径５００ｍｍ、内径７５ｍｍ、肉厚３．７５ｍｍの円環状に形成したものを使用した。金属板１４としては、鋼板により、外径５１０ｍｍ、内径１００ｍｍ、肉厚３．２ｍｍの円環状に形成されたものを使用した。連結鋼板２４は、外径５２０ｍｍ、肉厚１６ｍｍの円環状をなすものであり、上下のフランジ金具２６は、外径８００ｍｍ、肉厚３０ｍｍの円板である。上下のフランジ金具２６の各周囲には、それぞれ内径３５ｍｍの取付孔２７が８箇所に、また、それぞれ内径２０ｍｍの吊りボルト用ねじ孔２８が４箇所に設けられている。免震アイソレータの高さは、約３１０ｍｍである。
【００２９】
〔試験体への加力〕
上記２種類の各試験体に各種条件で加力し、下記（１）、（２）の試験を行い、それぞれの荷重・変位の関係を調べた。
なお、試験条件において、例えば、ゴム板の総肉厚の±１００％のせん断ひずみを加えるために、積層体の両端部を保持した状態で、積層体を構成する金属板とゴム板のうち、金属板を除いた、全てのゴム板の肉厚を合計した総肉厚の１００％のストロークで、両端部にせん断力を加えて水平方向に相対的に往復動させるものとした。免震アイソレータの受圧面に２０ＭＰａの鉛直荷重を加えた状態とは、実際の使用時の建築物等の支持荷重より若干大きい圧力を印加した状態を想定している。
【００３０】
（１）錫プラグ入り免震アイソレータ２２Ａに、その両端部の受圧面に２０ＭＰａの鉛直荷重を加えた状態で、せん断力を加えてゴム板１２の総肉厚の±１００％のせん断ひずみを生じさせた。これを４サイクル実施した。
このときの錫プラグ入り免震アイソレータ２２Ａの荷重・変位の関係を図２に示す。また図２に示された結果から得られたサイクル数毎のエネルギ吸収量の累積値を図３に示す。なお、エネルギ吸収量は、図２に示される各閉ループの面積値と等価である。
【００３１】
（２）鉛プラグ入り免震アイソレータ２２Ｂに、その両端部の受圧面に２０ＭＰａの鉛直荷重を加えた状態で、せん断力を加えてゴム板１２の総肉厚の±１００％のせん断ひずみを生じさせた。これを４サイクル実施した。
このときの鉛プラグ入り免震アイソレータ２２Ｂの荷重・変位の関係を図２に示す。また図２に示された結果から得られたサイクル数毎のエネルギ吸収量の累積値を図３に示す。
【００３２】
図４に、ゴム外径５００ｍｍの積層体に、外径７５ｍｍのプラグと外径１００ｍｍのプラグをそれぞれ挿入してなる２種類の免震アイソレータの、降伏後剛性（降伏後せん断弾性率）のせん断歪み及び面圧との関係を示す。
図４の（ａ）は面圧７．５ＭＰａをかけた状態での、せん断歪みと降伏後剛性との関係を示す図、（ｂ）は１００％のせん断歪みをかけた場合の、面圧と降伏後剛性との関係を示す図である。
図４（ａ）及び（ｂ）では、プラグ径比ａ／ｂ＝７５／５００＝０．１５とプラグ径比ａ／ｂ＝１００／５００＝０．２とを比較して示している。図４（ｂ）では、面圧をｋｇｆ／ｃｍ2で表している。１００ｋｇｆ／ｃｍ2は約１０ＭＰａに相当する。
【００３３】
図４（ａ）に示すように、せん断歪みの増加に伴い降伏後剛性は低下するが、プラグ径比ａ／ｂ＝０．１５としたものは、ａ／ｂ＝０．２のものに比べ、広いせん断歪みにわたって降伏後剛性が安定している。
【００３４】
また、図４（ｂ）に示すように、プラグ径比ａ／ｂ＝０．１５としたものは、ａ／ｂ＝０．２のものに比べ、面圧が７．５ＭＰａ以上の領域において、面圧の増加に対する降伏後剛性の低下の割合が少ない。これは、横方向のバネ定数が面圧の変化に対して安定であることを意味する。地震動により上下方向の加速度が生じ、面圧が変化した場合でも特性の変化が少なく、免震アイソレータを用いた免震設計を行う上で有利かつ使いやすいものとなっている。
【実施例２】
【００３５】
図５は実施例２の免震構造体を示す概略図である。
図５において、この免震構造体３２は、実施例１に示した本発明の免震アイソレータ２２により、構造物２３を支承してなるものであって、構造物２３により免震アイソレータ２２に加わる鉛直応力（面圧）が７．５〜３０ＭＰａである。
【００３６】
すなわち、免震アイソレータ２２は、複数のゴム板と複数の金属板とが上下方向に交互に積層され、少なくとも１つの中空部が上下方向に形成されてなる積層体１８と、中空部１６に圧入された錫プラグ２０とを備え、かつ錫プラグの外径ａと前記積層体の外径ｂとの比ａ／ｂが０．０８〜０．２７である。
【００３７】
上記実施例では、錫プラグの外径ａと前記積層体の外径ｂとの比ａ／ｂを０．１２以上０．２０未満とすることができ、また、免震アイソレータ２２に加わる鉛直応力（面圧）を１５〜３０ＭＰａとすることもできる。このようにすることで高強度非鉛プラグの特性がより発揮され、小型の免震アイソレータによって優れた免震効果を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例１の免震アイソレータを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図２】免震アイソレータの荷重・変位の関係を示す線図である。
【図３】免震アイソレータのエネルギ吸収量を示す線図である。
【図４】同一のプラグ材料でプラグ径比を変えた場合の、降伏後剛性の、せん断歪み及び面圧との関係を示す線図である。
【図５】実施例２の免震構造体を示す概略図である。
【図６】鉛と錫との物性比較を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１２  ゴム板
１４  金属板
１６  中空部
１８  積層体
２０  錫プラグ
２２  免震アイソレータ
２４  連結鋼板
２６  フランジ金具
２８  締付ボルト
３０  鉛プラグ
３２  免震構造体
【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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