(57)【要約】【課題】簡単な構成で上部構造物と下部構造物との接合部分に発生する曲げモーメントを低減することのできるゴム支承及び杭頭構造を提供する。【解決手段】フーチング１の下部に固定された凸型の上支承部１１と、基礎杭２の頭部に固定される凹型の下支承部１２との間に、圧縮復元性に優れたゴム弾性体から成る軸受けゴム１３を配設して成るゴム支承１０において、上記上支承部１１の凸部側面と下支承部１２の凹部内周面とを側受けゴム１４により結合するとともに、上記側受けゴム１４の下端部と上記下支承部１２の凹部底面との間に空隙１４Ｇを設け、更に、上記側受けゴム１４と上支承部１１との接触面におけるすべり摩擦係数を低減するようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部構造物の頭部に固定される凹型の下支承部と、上部構造物またはその基礎の下部に固定される、上記下支承部の凹部内に突出する凸部を有する上支承部と、上記上支承部と下支承部との間に配置されたゴム弾性体とを備えたゴム支承において、上記上支承部の凸部側面と下支承部の凹部内周面とをゴム部材により結合するとともに、上記ゴム部材の下端部と上記下支承部の凹部底面との間に空隙を設け、上記ゴム部材を、上下方向に剪断変形可能としたことを特徴とするゴム支承。
【請求項２】
上記ゴム部材の一端側を上記下支承部の凹部の内周側に固定し、他端側を上記上支承部の凸部の外周側に当接させるか、もしくは、上記ゴム部材の一端側を上記上支承部の凸部の外周側に固定し、他端側を上記下支承部の凹部の内周側に当接させるとともに、上記上支承部と上記ゴム部材との接触面、もしくは、上記下支承部と上記ゴム部材との接触面におけるすべり摩擦係数を低減したことを特徴とする請求項１に記載のゴム支承。
【請求項３】
上記ゴム部材との接触面、及び、ゴム部材表面のいずれか一方または両方に、樹脂コーティング処理を施したことを特徴とする請求項２に記載のゴム支承。
【請求項４】
上記ゴム部材を固定する側に、表面にゴムを加硫接着した鋼材を取付けたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のゴム支承。
【請求項５】
上記ゴムは、上記当接する側にいくにしたがってその断面形状が徐々に小さくなるようなテーパが設けられていることを特徴とする請求項４に記載のゴム支承。
【請求項６】
上記ゴムまたは上記ゴム部材の接触面に、上下方向に延長するスリットを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のゴム支承。
【請求項７】
杭基礎を有する構造物において、上部構造物あるいはその基礎の下部と上記杭基礎の頭部とを、上記請求項１〜請求項６のいずれかに記載のゴム支承を用いて接合したことを特徴とする杭頭構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、耐震・制震・免震対策のため、上部構造物とこれを支持する下部構造物との間に介挿されるゴム支承の構造と杭基礎を有する構造物の杭頭構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、耐震・制震・免震対策のため、建造物や橋桁などの上部構造物とこれを支承する基礎杭や橋脚などの下部構造物とを接合する際には、従来の剛接合に代えて、半剛接合、ピン接合、あるいは転がり支承、すべり支承、密閉ゴム支承などを用いた接合方法が採用されてきている。
図４は、従来の密閉ゴム支承を用いた杭頭構造の概要を示す図で、コンクリート製の基礎杭５１の頭部に、モルタル座５２を介して、凸形の下沓５３を固定し、この上に円板状のゴム弾性体５４を装着するとともに、鉄筋コンクリート製のフーチング（構造物の基礎）５５の上記基礎杭５１の頭部に対向する下部に、上記ゴム弾性体５４を含む凸形の下沓５３の形状に対応する凹形の上沓５６を固定し、この上沓５６と上記下沓５３とを相互に嵌合させて、基礎杭５１の頭部とフーチング５５とを接合するようにしたもので、これにより、地震等により作用する上部構造物と下部構造物との接合部分に発生する曲げモーメントを上記ゴム弾性体５４の変形により吸収するようにしている。なお、５７は上記上沓５６と下沓５３との嵌合部の外周位置、具体的には、下沓５３の外周面で上記ゴム弾性体５４の下面と接触する位置に嵌着され、凸型の下沓５３と凹型の上沓５６との嵌合部に形成される隙間からの上記ゴム弾性体５４の流出（はみ出し）を防止するシールリング材である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の密閉ゴム支承においては、基礎杭５１の頭部とフーチング５５間の曲げモーメントの発生を抑制するためには、凸型の下沓５３あるいは凹型の上沓５６が、同図の矢印に示すような上下方向の回転（上記上沓５６が上記下沓５３に対して傾くような回転）が自由にできるように、上記嵌合部にある程度の隙間を設ける必要がある。しかしながら、上記密閉ゴム支承は、凸型の下沓５３と凹型の上沓５６とを嵌合する構造であるため、上記隙間の設計やシールリング材５７の設置個所などの設定が難しく、回転による曲げモーメントの吸収とゴム弾性体５４の流出防止を同時に達成することが困難であった。
また、図５に示すように、凹形の下沓６１と平板状の上沓６２との間に金属製のピストン６３とゴム弾性体６４とを配置し、下沓６１と上沓６２との間に、下沓６１あるいは上沓６２が上下方向に回転することができる隙間が設けられた構造の密閉ゴム支承６０が従来から提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、上記密閉ゴム支承６０は、ピストン６３やシールリング材６５，６６の取付けなどが必要であり構造が複雑なことや、シールリング材６５，６６をゴム弾性体６４の周縁部に配置する構造のため、ゴム弾性体６４の周縁部が薄くなり、ゴム弾性体６４が劣化しやすいといった問題があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１０７３７７号公報
【特許文献２】
実公昭５６−３３６７号公報
【０００５】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で上部構造物と下部構造物との接合部分に発生する曲げモーメントを低減することのできるゴム支承及び杭頭構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のゴム支承は、下部構造物の頭部に固定される凹型の下支承部と、上部構造物またはその基礎の下部に固定される、上記下支承部の凹部内に突出する凸部を有する上支承部と、上記上支承部と下支承部との間に配置されたゴム弾性体とを備えたゴム支承であって、上記上支承部の凸部側面と下支承部の凹部内周面とをゴム部材により結合するとともに、上記ゴム部材の下端部と上記下支承部の凹部底面との間に空隙を設け、上記ゴム部材を、上下方向に剪断変形可能としたものである。これにより、上記ゴム部材の許容回転角を大きくとることができるので、大地震においても、杭頭に作用する曲げモーメントを確実に低減することが可能となる。
【０００７】
請求項２に記載のゴム支承は、上記ゴム部材の一端側を上記下支承部の凹部の内周側に固定し、他端側を上記上支承部の凸部の外周側に当接させるか、もしくは、上記ゴム部材の一端側を上記上支承部の凸部の外周側に固定し、他端側を上記下支承部の凹部の内周側に当接させるとともに、上記上支承部と上記ゴム部材との接触面、もしくは、上記下支承部と上記ゴム部材との接触面におけるすべり摩擦係数を低減することにより、上記剪断変形状態のゴム部材の当接面におけるすべり発生を可能としたものである。
請求項３に記載のゴム支承は、上記ゴム部材との接触面、及び、ゴム部材表面のいずれか一方または両方に、樹脂コーティング処理を施して、上記すべり摩擦係数を低減させるようにしたものである。
【０００８】
請求項４に記載のゴム支承は、上記ゴム部材を固定する側に、表面にゴムを加硫接着した鋼材を取付けたもので、このゴムが上支承部と下支承部とを結合する上記ゴム部材を構成する。
請求項５に記載のゴム支承は、上記ゴム（ゴム部材）に、上記当接する側にいくにしたがってその断面形状が徐々に小さくなるようなテーパを設けて、上記接着部分の上下端部での引張力を緩和し、上記ゴム部材の耐久性を向上させるようにしたものである。
請求項６に記載のゴム支承は、上記ゴムまたは上記ゴム部材の接触面に、上下方向に延長するスリットを設けたもので、これにより、上記ゴムが円周方向に分離され、剪断に対する動きを単純化できるので、上記ゴムの繰返し寿命を延ばすことが可能となる。
【０００９】
また、請求項７に記載の杭頭構造は、杭基礎を有する構造物において、上部構造物あるいはその基礎の下部と上記杭基礎の頭部とを、上記請求項１〜請求項６のいずれかに記載のゴム支承を用いて接合したもので、これにより、地震時等において上部構造物と下部構造物との接合部分に発生する曲げモーメントを大幅に低減することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を示す図で、同図において、１は建物の上部構造物の基礎であるフーチング、２は下部構造物である基礎杭、１０は上記フーチング１の下部に固定される凸型の上支承部１１と、基礎杭２の頭部に固定される凹型の下支承部１２と、上記上支承部１１の凸部と下支承部１２の凹部との間に配設された、圧縮復元性に優れたゴム弾性体から成る円柱状または円筒状の軸受けゴム１３と、上支承部１１の凸部外周面と下支承部１２の凹部内周面との間に配設され側受けゴム１４とを備えたゴム支承である。
上記軸受けゴム１３の上面側及び下面側は、上，下の鋼板１５，１５にそれぞれ加硫接着されており、この鋼板１５，１５を上支承部１１の凸部及び下支承部１２の凹部にそれぞれ埋設・固定することにより、上記軸受けゴム１３を上支承部１１と下支承部１２との間に固定する。
【００１１】
また、本例では、下支承部１２の凹部の内周側に、表面にゴムを加硫接着した接合用鋼材１６を取付け、このゴムにより、上支承部１１の凸部側面と下支承部１２の凹部内周面とを結合する上記側受けゴム１４を構成する。このとき、上記側受けゴム１４の下端部と、下支承部１２の凹部底面との間に空隙１４Ｇを設け、上記ゴム部材を、上下方向に剪断変形可能としている。
上記側受けゴム１４は、具体的には、図２（ａ），（ｂ）に示すように、板状の接合用鋼材１６の片面にゴムを加硫接着し、下支承部１２の凹部の内周側に円筒状に巻き込んで作製する。本例では、上記側受けゴム１４の表面（上記接合用鋼材１６とは反対側の面）を上支承部１１の凸部側面に当接させるとともに、上記側受けゴム１４の表面、上支承部１１の上記側受けゴム１４との接触面とを、それぞれ、鏡面仕上げしたり、テフロンコーティングを施したりするなどして、上記上支承部１１と上記側受けゴム１４との接触面におけるすべり摩擦係数を低減し、上記側受けゴム１４が剪断変形したときに、上記側受けゴム１４と上支承部１１の凸部側面との間でのすべり発生を可能としている。なお、上支承部１１の上記側受けゴム１４との接触面にテフロン材を介装するなどして上記接触面におけるすべり摩擦係数を低減するようにしてもよい。
【００１２】
また、上記側受けゴム１４の断面形状は、図２（ａ）にも示すように、上支承部１１の凹部側面方向の幅が狭くなるようなテーパをつけた台形状とすることが好ましい。一般に、地震時に大きな水平力が作用して上記側受けゴム１４が撓むと、ゴムが両側に流れ（膨らむように変形し）、上記側受けゴム１４と接合用鋼材１６との接着部分の上下端部に引張力による引き剥がし力が生じるが、本例では、上記側受けゴム１４にテーパが設けてあるので、上記引張力が分散される。したがって、接着部分の上下端部に作用する上記引き剥がし力は緩和されるので、剥離の恐れがない。また、剪断変形した場合、一端側には引き伸ばし力、他端側には圧縮力が作用するが、この場合にも、上記テーパにより、接着部分の上下端部への影響は少なくなる。したがって、上記側受けゴム１４の断面形状を台形状とすることにより、圧縮すべりに対しての耐久性を向上させることができる。
【００１３】
また、本例では、図２（ｂ）に示すように、側受けゴム１４の接触面に、上下方向に延長するスリット１４Ｓを設けている。これにより、上記側受けゴム１４が円周方向に分離されるので、水平剪断力による側受けゴム１４の荷重分布が平均化される。したがって、回転時における剪断に対する動きを単純化できるので、側受けゴム１４の疲労が小さくなり、繰返し寿命が延長される。
【００１４】
地震時においては、上部構造物には回転力と慣性力（水平荷重）が作用するが、本例では、図１に示すように、軸受けゴム１３により、上記フーチング１と基礎杭２の頭部との接合部分での回転方向の曲げ変形（以下、回転変形という）を吸収することができるので、上記接合部分に作用する曲げモーメントＭを小さくすることができる。一方、水平力Ｆは、上記側受けゴム１４を介して基礎杭２の頭部に伝達されるが、上記水平力Ｆは上記側受けゴム１４の圧縮による変形により効果的に吸収できる。
また、上記軸受けゴム１３の回転変形に伴い、上記側受けゴム１４には水平剪断力が発生する。本例では、図３（ａ）にも示すように、側受けゴム１４の下端部と下支承部１２の凹部底面との間に空隙１４Ｇを設けているので、上記側受けゴム１４の許容回転角を大きくすることができる。したがって、図３（ｂ）に示すように、下支承部１２が相対的に回転した場合でも、側受けゴム１４は上記回転に伴って上下方向に剪断変形できるので、下支承部１２への応力集中を分散させて吸収することができるとともに、下支承部１２へ作用する曲げモーメントを確実に低減することができる。
また、本例では、上記上支承部１１と上記側受けゴム１４との接触面におけるすべり摩擦係数を低減しているので、図３（ｃ）に示すように、上記側受けゴム１４が剪断変形したときに、上記上支承部１１と上記側受けゴム１４との間ですべりを発生させることができる。したがって、大地震の場合でも、側受けゴム１４は剪断変形しながらすべることができるので、フーチング１と基礎杭２の頭部との間の許容回転角を大きくすることができ、上記曲げモーメントを確実に低減することができる。
【００１５】
このように、本実施の形態では、フーチング１の下部に固定された凸型の上支承部１１と、基礎杭２の頭部に固定される凹型の下支承部１２との間に、圧縮復元性に優れたゴム弾性体から成る軸受けゴム１３を配設して成るゴム支承１０において、上記上支承部１１の凸部側面と下支承部１２の凹部内周面とを側受けゴム１４により結合するとともに、上記側受けゴム１４の下端部と上記下支承部１２の凹部底面との間に空隙１４Ｇを設けて上下方向の剪断変形を可能としたので、上記側受けゴム１４の許容回転角を大きくすることができる。また、上記側受けゴム１４の表面と、上支承部１１の上記側受けゴム１４との接触面におけるすべり摩擦係数を低減して、上記側受けゴム１４は上支承部１１との間でのすべり発生を可能としたので、大地震においても、杭頭に作用する曲げモーメントを確実に低減することができる。
【００１６】
なお、上記実施の形態では、下支承部１２の凹部の内周側に、表面に側受けゴム１４となるゴムを加硫接着した接合用鋼材１６を取付け、このゴムを上支承部１１の凸部側面に当接させるようにしたが、上支承部１１の凸部側面に、表面に側受けゴム１４となるゴムを加硫接着した接合用鋼材１６を取付け、このゴムを下支承部１２の凹部の内周側に当接させるようにしてもよい。
また、上記例では、側受けゴム１４として、鋼板１５にゴムを加硫した単層ゴムを用いたが、ゴム部材を直接下支承部１２の凹部内面に取付けてもよい。但し、加硫接着しない場合には、大地震時における水平力に抵抗できず、また、繰返しの回転により、ゴム部材の位置が戻らない場合があるので、本例のように、加硫接着することが好ましい。また、積層ゴムを用いてもよいが、積層ゴムの加硫接着は困難であり、コストアップにもなるので、特殊な場合を除いては本例のように、単層ゴムを用いるほうがよい。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、凸型の上支承部と、凹型の下支承部との間にゴム弾性体が配置されたゴム支承において、上記上支承部の凸部側面と下支承部の凹部内周面とをゴム部材により結合するとともに、上記ゴム部材の下端部と上記下支承部の凹部底面との間に空隙を設けて、上記ゴム部材を剪断変形可能としたので、上記ゴム部材の許容回転角を大きくとることができる。したがって、大地震においても、杭頭に作用する曲げモーメントを確実に低減することができる。
また、杭基礎を有する構造物の上部構造物あるいはその基礎の下部と上記杭基礎頭部とを上記構成のゴム支承を用いて接合することにより、接合部分に発生する曲げモーメントを確実に低減することのできる杭頭構造を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】本実施の形態に係わる側受けゴムの一構成例を示す図である。
【図３】本実施の形態に係わるゴム支承の動作を示す図である。
【図４】従来の杭頭構造を示す図である。
【図５】従来のゴム支承の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  フーチング、２  基礎杭、１０  ゴム支承、１１  上支承部、
１２  下支承部、１３  軸受けゴム、１４  側受けゴム、１４Ｇ  空隙、
１４Ｓ  スリット、１５  鋼板、１６  接合用鋼材。
【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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