(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震中、荷重支持柱およびこれにより破損しないように支持される構造体を保護するための地震衝撃減衰装置において、
ａ）頂縁部、内側底面、および上記頂縁部を上記内側底面に連結する雌表面を有する雌受け部材と、
ｂ）底縁部、プラグ端面、および上記底縁部を上記プラグ端面に連結する雄表面を有する雄プラグ部材と、
ｃ）上記雌受け部材および上記雄プラグ部材を分離する衝撃挿入体とを備え、上記衝撃挿入体は上記雌受け部材および上記雄プラグ部材の両方に締り嵌めしていることを特徴とする地震衝撃減衰装置。
【請求項２】
ａ）上記雌受け部材を上記柱に取付けるための手段と、ｂ）上記雄プラグを上記柱に取付けるための手段とを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の地震衝撃減衰装置。
【請求項３】
荷重を上記雄プラグ部材と上記雌受け部材との間で概ね垂直な方向に伝達するための摩擦支持手段を更に備えたことを特徴とする請求項２に記載の地震衝撃減衰装置。
【請求項４】
上記摩擦支持手段はａ）上記雄プラグ部材の上記プラグ端面に設けられた第１摩擦部分と、ｂ）摺動係合状態で上記第１摩擦部分に圧接可能に上記雌受け部材の上記内側底面に設けられた第２摩擦部分とよりなることを特徴とする請求項３に記載の地震衝撃減衰装置。
【請求項５】
上記第２摩擦部分は上記雌受け部材の上記内側底面に形成された概ね平らな水平の第２支持表面であり、上記第１摩擦部分は上記第２支持表面に対する平らな荷重支持インターフェースを形成するために上記雄プラグ部材の上記端面に形成された概ね平らな第１支持表面と、上記雄プラグ部材および雌受け部材の相対移動中、上記平らな荷重支持インターフェースが保持されるように上記第１支持表面を上記雄プラグ部材上で傾動させることができる手段とよりなることを特徴とする請求項４に記載の地震衝撃減衰装置。
【請求項６】
上記第１摩擦支持手段は、上記雄プラグ部材の上記端面に取付けられ、上記第１支持表面をその第１側部に形成したシュー部材を有することを特徴とする請求項５に記載の地震衝撃減衰装置。
【請求項７】
上記第１支持表面を上記雄プラグ部材上で傾動させることができる手段は、上記第１支持表面が上記第２支持表面と平面当接状態で上記受け部材に位置するように上記シュー部材を上記雄プラグ部材の先端部に枢着する手段よりなることを特徴とする請求項６に記載の地震衝撃減衰装置。
【請求項８】
上記支持部材を上記雄プラグ部材の上記先端部に枢着する手段は、上記シュー部材の第２側部に形成された第１の実質的に半球形の支持表面と、上記シュー部材を上記雄プラグの上記先端部上で傾動させることができるように上記第１半球形表面と合致するように上記雄プラグ部材の上記先端部に形成された第２の実質的に半球形の支持表面とを備えたことを特徴とする請求項７に記載の地震衝撃減衰装置。
【請求項９】
上記第１半球形支持表面は上記シュー部材の上記第２側部の凸形に湾曲したドーム表面であり、上記第２半球形支持表面は上記プラグ部材の上記先端部の凹形に湾曲したカップ表面であることを特徴とする請求項８に記載の地震衝撃減衰装置。
【請求項１０】
上記第１摩擦部分は上記雄プラグ部材の上記端面に設けられた第１湾曲支持表面よりなり、上記第２摩擦部分は上記雌受け部材の上記底面に設けられた第２湾曲支持表面よりなり、上記第２支持表面は湾曲支持インターフェースを形成するように上記第１支持表面に対応し、且つこれに係合するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の地震衝撃減衰装置。
【請求項１１】
上記第１湾曲支持表面は上記雄プラグ部材の上記端面に設けられた凸形に湾曲したドーム部分であり、上記第２湾曲支持表面は上記雌受け部材の上記内側底面に設けられた凹形に湾曲した皿部分よりなることを特徴とする請求項１０に記載の地震衝撃減衰装置。
【請求項１２】
上記第１摩擦部分と上記雄プラグ部材との中間に設けられ、上記雄プラグと受け部材との間の概ね垂直な衝撃荷重を吸収するための衝撃吸収手段を更に備えたことを特徴とする請求項４に記載の地震衝撃減衰装置。
【請求項１３】
上記衝撃吸収手段は上記第１摩擦部材を上記雄プラグ部材に連結する弾性降伏体よりなることを特徴とする請求項１２に記載の地震衝撃減衰装置。
【請求項１４】
上記衝撃挿入体は可撓性降伏材より形成された挿入体よりなることを特徴とする請求項１２に記載の地震衝撃減衰装置。
【請求項１５】
上記可撓性降伏材は可撓性ウレタン材料よりなることを特徴とする請求項１２に記載の地震衝撃減衰装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は地震衝撃減衰装置に関し、より詳細には、橋、高架高速道路または他の大きい構造体を支持するのに使用される荷重支持柱に使用するのに適した地震衝撃減衰装置に関する。
【０００２】
【従来技術および発明が解決しようとする課題】
荷重支持柱に支持された橋、高架高速道路または他の大きい構造体はしばしば構造体のための地震保護が必要とされる地域に建設される。これらの構造体の構造保全性は地震中に課せられる応力から破壊されずに残るように荷重支持柱の容量に非常に依存している。構造体は１つまたはそれ以上の荷重支持柱の損失に耐えることができるのがよいが、各破損は構造体の残部に作用する荷重を増大し、且つ構造体全体を破損させるようにしがちである。かくして、地震中、柱内に発生される力およびモーメント下で荷重支持柱が破損しないようにすることが重要である。これらの荷重は水平および垂直の力ならびに捩じりモーメントおよび曲げモーメントを含む。
【０００３】
これまで、ビル用の地震保護装置の開発は主として構造体を基礎から遮断する方法に集中していた。基部遮断はこれらの方法に付けられた名称である。基部遮断装置により支持されたビルはその基礎上に浮遊（フロート）している。更に、構造が発生させるいずれの運動をも減少させるのに減衰装置も使用されている。一般に、米国特許第 3,606,704号（デントン）、米国特許第 3,794,227号（スメドレイ等) 、米国特許第 4,860,507号（ガーザ─タマズ) 、米国特許第 5,386,671号（ヒュー等) を参照せよ。基部遮断はビルを地震荷重から保護する効果的な方法であることが証明されている。基部遮断を使用したビルは比較的大きい領域（足跡）を有する基礎により支持され、代表的なビルは正方形または矩形の形状を有し、且つ４つの外部荷重支持壁部を有している。かくして、地震力は大きい領域にわたって散開される。更に、基礎遮断装置上のものでも、ビルはほとんどの荷重下で安定である。ビルは、その重心（ほぼビルの幾何学的中心）が外部荷重支持壁部のうちの１つの壁部の垂直平面の外側になるように移動されると、不安定になるだけである。ビルは不安定になると、傾くが、代表的なビルはこれをぐらつかせるのに必要な距離、ビルの重心を移動させるのに必要な力を発する負荷から助かることができそうにもない。
【０００４】
ビル用の地震減衰装置を開発する際の経過にかかわらず、橋、高架高速道路または同様な大型構造体用に開発され、荷重支持柱自身に使用するのに効果的であると証明されたいずれの地震減衰装置も無かった。更に、代表的な構成方法はクロスビームまたは橋脚頭を支持するのに単一の柱または単一列の柱を使用している。基部遮断の形態として作用する幾つかの地震保護装置が開発されてきた。これらの装置は橋のクロスビームまたは橋脚頭とガーダー構造体との間に設置されていた。米国特許第 3,986,222号（ミヤザキ等）および米国特許第 4,729,882号（ガロ）を参照せよ。ビームまたは橋脚とガーダー構造体との間に位置決めされた地震保護装置はガーダー構造体のいくらかの保護を行うかも知れないが、荷重支持柱およびクロスビームまたは橋脚、基礎と衝撃減衰装置との間に位置決めされた不可欠な構造部材は未保護のままにされている。
【０００５】
これらの柱用の地震保護装置の設計および構成はビル用の保護装置の設計および構成より困難である。この難点は柱と構造体との下記の相違（１）〜（４）のために生じる。（１）ビルにおける地震荷重は橋用の少ない数と比較して多い数の荷重支持部材のわたって散開される、（２）ビルにおける地震荷重は柱の小さい横断面と比較して比較的大きい領域にわたって散開され、（３）構造体は柱と比較して大きい範囲の安定性を有しており、（４）構造体はビルとその基礎との間に装着された基部遮断装置に浮遊（フロート）することができ、代表的な柱は適切な支持のためにそれらの基礎に固定されなければならない。
荷重支持柱用の地震保護は現在のところ、柱を地震中の発生する力およびモーメントすべてに耐えるように設計することよりなる。地震力およびモーメントに耐えるように柱を設計するのは、幾つかの欠点がある。この解決策に伴う主な問題は、（ａ）より強い柱を構築する付加コスト、および（ｂ）地震荷重に耐えるように全構造体を設計して構築する付加コスト、または地震減衰装置または遮断装置をクロスビームまたは橋脚頭と構造体の残部との間に設置するコストである。また、クロスビームまたは橋脚頭と構造体との間に使用するように開発された地震減衰装置／遮断装置は主に単一方向においてのみ地震荷重の減衰を行うが、地震力は普通、多方向、例えば、水平方向および垂直方向の両方に発生する。米国特許第 4,720,882号（ガロ）および米国特許第 3,986,222号（ミヤザキ等）を参照せよ。
【０００６】
不運にも、最近の地震は「地震防止」大型構造体の既存方法の欠陥を実証し、その結果地震中、荷重支持柱を破損から保護する必要を示した。かくして、新規な柱に使用することができ、方向にかかわらず、柱および支持構造体の両方を地震の力およびモーメントから保護するために既存の柱に改装されることができる地震減衰装置／遮断装置が必要である。
【０００７】
【課題を解決する手段】
本発明は上記問題を解決したものであり、広くは荷重支持柱用の地震衝撃制御装置よりなる。単一の開口を有する雌受け部が設けられている。雌受け部の底部に心だしされた半球形の窪みに摩擦ロッカーが載っている。摩擦ロッカーの上方で雌受け部の開口に嵌入するように雄プラグが形成されており、雄プラグと雌受け部および頂摩擦ロッカーとの間に隙間を残している。これらの隙間は代表的には、ポリウレタンで埋められる。雌受け部および雄プラグを荷重支持柱に取付けるために取付け手段が設けられている。
【０００８】
【実施例】
ａ．構造
図１は本発明による地震衝撃減衰装置１０を示している。衝撃減衰装置のこの実施例は比較的軽い荷重、代表的には５００ポンド／平方インチより非常に小さい荷重に耐えるように設計された柱に使用するようになっている。衝撃減衰装置１０は雌受け部２０と、隙間７０を残して雌受け部２０の内側に嵌合する雄プラグ４０と、雄プラグ４０と雌受け部２０との間の隙間７０を完全に或いは部分的に埋める衝撃挿入体６０とを備えている。第１グループのリバー部材１００が雌受け部２０に取付けられ、第２グループのリバー部材１０２が雄プラグ４０に取付けらており、これらのリバー部材は衝撃減衰装置１０を強化コンクリート柱に連結するように機能する。
【０００９】
雌受け部２０は頂縁部２２と、この頂縁部２２を外側底面２６に接合する外側受け部表面２４と、頂縁部２２を内側底面３０に接合する雌円錐形表面２８とを備えている。雄プラグ４０は頂面４２と、頂面４２を底縁部４６に接合する外側プラグ表面４４と、底縁部４６をプラグ底部５０に接合する雄円錐形表面４８とを備えている。雄プラグ４０は、これが雌受け部２０に一般に接触しないように隙間７０を残して雌受け部の内側に嵌まる。好ましくは、雌受け部２０と雄プラグ４０との間のこの空間を完全に埋めるのは衝撃挿入体６０である。しかしながら、或る用途では、衝撃挿入体６０は雌受け部２０と雄プラグ４０との間の空間を部分的にしか埋めない。例えば、衝撃挿入体６０は雌受け部２０の雌円錐形表面２８と雄プラグ４０の雄円錐形表面４８との間の空間を埋めるかも知れない。或いは、衝撃挿入体６０は雌受け部２０の雌円錐形表面２８と雄プラグ４０の雄円錐形表面４８との間の空間および雌受け部２０の頂縁部２２と雄プラグ４０の底縁部４６との間の空間を埋めてもよい。衝撃挿入体６０により埋められた空間の範囲の選択は特定の荷重支持柱についての規格、技術者の判断および後述の有限要素分析の結果により決まる。
【００１０】
下記対の表面は互いにほぼ平行である。ａ）頂面４２および底面２６、ｂ）底縁部４６および頂縁部２２、ｃ）雄円錐形表面４８および雌円錐形表面２８、ｄ）プラグ底部５０および内側底面３０。しかしながら、これらの対の表面は平行である必要がないが、これらの表面が平行である場合、衝撃挿入体６０はより均一に負荷される。更に、平行表面は、地震中、追加のモーメントを衝撃減衰装置１０に加えることなしに雌受け部２０に対して雄プラグ４０の一様な水平変位を促進する。しかしながら、構造技師が衝撃挿入体の不均一な負荷および特定の用途について衝撃減衰装置１０内のモーメントの発生を必要とするような幾つかの用途がある。更に、代表的な柱については、下記対の表面間の距離がほぼ等しいことが好ましい。ａ）底縁部４６および頂縁部二十二、ｂ）雄円錐形表面４８および雌円錐形表面、およびｃ）プラグ底部５０および内側底面３０。対向表面すべての間の等しい距離により、衝撃挿入体６０に均一な厚さをもたらし、衝撃挿入体６０の均一な負荷を促進する。しかしながら、構造の規格により、異なる対の表面がそれらの間に異なる間隔を有することを必要とするような幾つかの用途がある。かくして、衝撃挿入体６０は、特定の用途について、必要なら厚さが変化することができる。下記の表面が交差するようなコーナが鋭角であることができるが、下記コーナは１．２７ｃｍ〜３．８１ｃｍ（０．５〜１．５インチ）ｎｏ半径を有することが好ましい。ａ）頂縁部２２および雌円錐形表面２８、ｂ）ｍｅｓｕ円錐形表面２８および内側底面３０、ｃ）底縁部４６および雄円錐形表面４８、およびｄ）雄円錐形表面４８およびプラグ底部５０。半径の必要および半径の量は衝撃挿入体６０用の選択される材料、衝撃減衰装置１０に対する荷重および衝撃減衰装置１０が受け入れるような水平変位の量により決まる。各コーナの半径は衝撃挿入体６０の切込み、引裂き、または他の損傷を防ぐのに十分大きいべきである。
【００１１】
雌円錐形表面２８および雄円錐形表面４８の好適な傾斜は衝撃減衰装置１０に対する荷重、衝撃挿入体６０用に選択される材料、衝撃減衰装置１０が受け入れる水平変位の量および衝撃減衰装置１０の堅さにより変化し得る。しかしながら、６度の角度がほとんどの用途について作用するものと思われる。この角度を後述の設計法における特定の用途に最適化することができる。
第１グループのリバー部材１００は雌受け部２０に取付けられており、第２グループのリバー部材１０２は雄プラグ４０に取付けられている。この取付けは特定な用途について十分な強度で任意の手段により行い得る。幾つかの例をあげると、雄プラグ４０の頂面４２または雌受け部２０の外側底面２６への溶接、締結または接着、リバー部材１００、１０２のまわりへの雌プラグ２０および／または雄プラグ４０の鋳込み（これらの部材は適当な距離で鋳造物に挿入される）があるが、これらの例に限定されない。リバーの数、間隔、等級、材料および大きさは、衝撃減衰装置１０を橋、高架高速道路または同様な構造体を支持する強化コンクリート柱に容易に組入れることができるように、構造体／橋の技師により定められ、且つ特定される。
【００１２】
図１に示す地震衝撃減衰装置を通る２─２に沿った水平断面図である図２Ａを参照すると、衝撃減衰装置１０ａの外面２４ａが円形横断面を有するように形成された衝撃減衰装置１０ａの第１実施例が示されている。
本発明による地震衝撃減衰装置の他の実施例を通る水平横断面図である図２ｂを参照すると、雌受け部２０の外面２４ｂが正方形の横断面を有する衝撃減衰装置１０ｂの実施例が示されている。しかしながら、雄プラグ４０の外側プラグ表面４４および雌受け部２０の外側受け部表面２４は横断面が任意の形状であることができる。代表的には、雌受け部２０の外面２４および雄プラグ４０の外面４４の両方は同じ横断面を有しており、この横断面は衝撃減衰装置１０を用いた柱の横断面に合致する。
【００１３】
図３は、図１に示すものと概ね同様であるが、雌受け部２０の内側底部３０に心だしされた凹形の半球状窪み３２と、雄プラグ４０のプラグ底部５０に心だしされた対応する凸形の半球状隆起部５２とが設けられた地震衝撃減衰装置を通る水平横断面を示している。窪み３２の半径および隆起部５２の半径は橋／構造体の技師が望む再整合力の量により決まる。これらの半径は好ましくは、窪み３２と隆起部５２との間に距離が一定のままであり、且つ内側底面３０とプラグ底部５０との間の距離に略等しいように選択される。この均一な間隔により、衝撃挿入体６０のより均一な負荷をもたらす。しかしながら、この距離は特定な橋／構造体の特定な設計要件を満たすように変化することができる。発生される再整合力の量は衝撃挿入体６０の材料特性および窪み３２および隆起部５２用に選択された実際の半径により決まる。更に、雌受け部２０の凹形半球状窪み２１を凸形半教条隆起部と代え、且つ雄プラグ４０の凸形半教条隆起部５２を凹形半球状窪みと代えることによって同じ種類の再整合力を発生させることができる。
【００１４】
図３に示す衝撃減衰装置１０の変形例は以上で図１に付いて論述した衝撃挿入体６０の変形例を有する。衝撃挿入体６０が雌受け部２０の窪み３２と雄プラグ４０の隆起部５２との間の空間を埋めない場合、窪み３２および隆起部５２は互いに接触しているべきであり、また必要とされる再整合力を発生させるのに適した半径を有している。隆起部５２の構成および半径は図４に示す後述の摩擦ロッカー８０の低端部８６の半径と同じようにして定められる。同様に、窪み３２の構成および半径は図４にも示す後述の摩擦ロッカー座１４０の窪み１４４の半径と同じようにして定められる。
図４は図１に示すもの概ね同様な地震衝撃減衰装置を通る垂直横断面の斜視図を示しており、この地震衝撃減衰装置では、摩擦ロッカー８０、衝撃プラグ１２０および摩擦ロッカー座１４０が設けられている。この実施例は荷重が５００ポンド／平方インチを越えるような柱用の一般に好適な実施例である。図４でわかるように、雄プラグ４１は図１に示す構造から変更されており、更に、この雄プラグ４１はそのプラグ底部５０に心だしされた円筒形キャビティ５４を備えている。円筒形キャビティ５４は側壁部５６および上端面５８を有している。
【００１５】
雌受け部２１も変更されている。更に、雌受け部２１もは座キャビティ３４を有している。この座キャビティ３４は摩擦ロッカー座１４０を受入れのに十分大きく、摩擦ロッカー差１４０が雌受け部２０の内側底部３０および窪み３２の両方を交換するように設置されている。座キャビティ３４は底面３８と、雌円錐形表面２８を底面３８に接合する側面３６とを有している。摩擦ロッカー座１４０を特定の用途に使用しない場合、雌受け部２０は上記のように変更されない。
摩擦ロッカー８０は雄プラグ４１の円筒形キャビティ５４に摺動可能に挿入され、円筒形キャビティ５４の下端部から突出している。摩擦ロッカー８０は横断面が概ね円筒形であり、また上端部分８２と、下端部分８６と、上端部分８２を下端部分８６に連結するステム８４とを有している。下端部分８６は中央の半球形に湾曲した支持面９０と、管状の半球形に湾曲した縁面８８とを有している。半球形に湾曲した支持面９０は摩擦ロッカー８０の下端部分８６上に心だしされており、管状の半球形に湾曲した縁面８８は半球形に湾曲した支持面９０をステム８４の外面に接合している。管状の半球形に湾曲した縁面８８と半球形に湾曲した支持面９０との交差部に角度の著しい変化があってもよいが、この交差部は滑らかであることが好ましい。代表的には、管状の半球形に湾曲した縁面８８および半球形に湾曲した支持面９０は異なる半径を有しているが、或る用途では、管状の半球形に湾曲した縁面８８および半球形に湾曲した支持面９０の両方の半径は同じであることができる。
【００１６】
変更例として、摩擦ロッカー８０の下端部分８６はロッカー支持体およびソケットから形成してもよい。ロッカー支持体は形状が概ね球状である。支持体の一方の半球はソケットに存在し、半球状に湾曲した支持面は荷重に接触しこの荷重を摩擦ロッカーから雌受け部２０または摩擦ロッカー座１４０へ移送する。ロッカー支持体およびソケットの直径は発生された摩擦を最小にするように設計されている。更に、これらの半球の変形は下端部分８６の縁面８８および半球形に湾曲した支持面９０の半径と同じようにして定められる。これらの半径を定める方法を以下に説明する。
雄プラグ４０の円筒形キャビティ５２は摩擦ロッカー８０をわずかな即ち最小の摩擦で円筒形キャビティ５２内で摺動させるのに十分な大きい直径を有している。円筒形キャビティ５２の直径は摩擦ロッカー８０が円筒形キャビティ５２内で中心をあまりにも遠くずれるのを防ぐのに十分小さくなければならなく、そうでなければ、摩擦ロッカー８０がこれが載置している表面と協働して作用して所望の再整合力を発生させるの妨げてしまう。
【００１７】
摩擦ロッカー８０と雄プラグ４１の円筒形キャビティ５２の上端面５８との間には、衝撃プラグ１２０が位置しており、この衝撃プラグ１２０は摩擦ロッカー８０と上端面５８との間の空間を完全に埋めている。衝撃プラグ１２０は荷重の大部分を雄プラグ４１から摩擦ロッカー８０へ移送する。しかも、衝撃プラグ１２０は地震力を減衰し、且つ吸収し、また摩擦ロッカー８０から衝撃プラグ１２０を通って雄プラグ４１へ伝達されたこれらの力の周波数を低下させる。衝撃プラグ１２０は好ましくは衝撃挿入体６０と同じ材料から製造されている。更に、衝撃プラグ１２０は好ましくは衝撃挿入体６０と同じ厚さである。しかしながら、衝撃挿入体６０および衝撃プラグ１２０の材料および厚さの両方は特定の構造の規格を満たすように用いられるのがよい。衝撃プラグ１２０を製造するための可能な材料は衝撃挿入体６０用に挙げたものと同じである。
【００１８】
摩擦ロッカー８０は摩擦ロッカー座１４０に載っている。この座１４０はなさつロッカー８０に課せられた垂直荷重を雌受け部２１へ移送する。摩擦ロッカー座は内側底面１４２と、凹形の半球形窪み１４４と、底面１４８とを有している。凹形の半球形窪み１４４は内側底面１４２に心だしされており、上記雌受け部２０の窪み３２として本質的に同じ機能を果たす。座１４０の窪みを取り囲んでいるのは内側底面１４２である。或る用途では、窪み１４４の半径および衝撃減衰装置１１の大きさによっては、内側底面１４２は必要とされたり、望まれたりしない。しかしながら、一般には、側壁部１４６が内側底面１４２を底面１４８に連結する。摩擦ロッカー座１４０および雌受け部２１の両方の材料と適合する任意の方法により摩擦ロッカー座１４０を雌受け部２１に接合することができ、好適な方法は締り嵌めか、或いは鋳造前に摩擦ロッカー座１４０を雌受け部２１用の型に入れることによる。
【００１９】
摩擦ロッカー座１４０は摩擦ロッカーの下端８６により課せられる局部応力が雌受け部２０用に選択された材料の降伏応力を越えるような用途に必要とされるだけである。摩擦ロッカー座１４０の不在の場合、摩擦ロッカー８０は雌受け部２０の凹形半球形窪み３２に位置する。更に、小さい再整合力のみを必要とする或る用途では、雌受け部２０の凹形半球形窪み３２も、摩擦ロッカー座１４０の窪み１４４も必要とされない。窪み１４４または窪み３２の不在の場合、摩擦ロッカー８０の下端部８６は、どの実施例を用いるかに応じて、摩擦ロッカー座１４０の内側底面１４２にか、或いは雌受け部２０の内側底面３０に直接位置する。
摩擦ロッカー８０の下端部８６の半球形に湾曲した支持表面９０の半径は雌受け部２０の窪み３２または摩擦ロッカー座１４０の窪み１４４の半径と同じである。摩擦ロッカー８０の環状の半球形に湾曲した縁面８８と摩擦ロッカー座１４０の窪み１４４または雌受け部２０の窪み３２との半径の差は下記式により側／再整合力を発生する。
〔数１〕
但し、ＦSR  ＝２つの半径の差から望まれる側／再整合力
ＦP ＝柱に作用する垂直荷重
ｄ＝雌受け部２０に対する雄プラグ４０の水平変位
Ｒ1 ＝摩擦ロッカー座１４０の窪み１４４または雌受け部２０の窪み３２の半径
Ｒ2 ＝摩擦ロッカー８０の環状の半球形に湾曲した縁面８８の半径
表１は上記式のプロットであり、Ｒ1 ＝６０．９６ｃｍ（２４インチ）、およびＲ2 ＝３０．４８ｃｍ（１２インチ）。
【００２０】
上記式は、摩擦ロッカー座１４０の窪み１４４が平らであるか、或いはこれを使用しないなら、すなわち、摩擦ロッカー座１４０の内側底面１４２が摩擦ロッカー座１４０の全上面をなすなら、適用できない。この場合、ＦSRはゼロに等しい。更に、摩擦ロッカー８０の半球形に湾曲した支持面９０はほぼ平らであり、摩擦ロッカー８０の環状の半球形に湾曲した縁面８８は平らでもよいし、湾曲していてもよい。この実施例では、摩擦ロッカー８０の下端部８６がこれが載っている表面を損傷しないようにするために縁面が或る半径を有するのが好ましい。この表面は摩擦ロッカー座１４０の内側底面１４２でもよいし、或いは雌受け部２０の内側底面３０でもよい。
発生された全側／再整合力（ＦS ）は下記式から求められる。
【００２１】
ＦS ＝ＦSR＋ＦSI
式中、ＦSI＝衝撃挿入体６０により発生される側／再整合力
ＦSIは衝撃挿入体６０用に選択された材料による。表２は９５の硬度ジュロメータを有するウレタンを使用して発生されたＦSIのプロット例である。ＦS は規格において橋／構造体の技師が設けるパラメータのうちの１つである。
図５は強化コンクリート柱の初めの構成中に装着される衝撃減衰装置１１ａを示す図４の地震衝撃減衰装置の垂直横断面図である。対照的に、図６は、地震衝撃減衰装置１１ｂの実施例の垂直横断面を示しており、この実施例では、衝撃減衰装置１１ｂを逆嵌合地震保護体としての既存の柱に取りつけるためのカラー１１０およびカラー１１２が設けられており、摩擦ロッカー座１４０の不在を示している。逆嵌合衝撃減衰装置１１ｂは、（１）工事されている柱から荷重を除去するように構造体を支持し、（２）カラー１１０、１１２なしで衝撃減衰装置１１ｂを装着すのに十分大きい柱の一部を切取り、すなわち、除去し、（３）切り取られた柱の各端部ごとに１つずつの２つのカラー１１０、１１２を装着し、（４）衝撃減衰装置１１ｂを柱における空間に挿入し、（５）カラー１１０を雌受け部に、またカラー１１２を雄プラグに取付け、（６）カラー１１０、１１２を柱に取付けることによって装着される。カラー１１０、１１２は好ましくは、複数のねじ留め具により、或いは溶接により衝撃減衰装置１１ｂに取付けられる。カラー１１０、１１２は柱およびカラー１１０、１１２に使用される材料と適合する任意の適当な手段により柱に取付けられる。
ｂ．作動
本発明により構成された地震減衰装置はこれを通って伝達された地震力の大きさを減衰し、且つその周波数を低下させる。これらの作用の両方は主として下記（１）および（２）の結果である。（１）衝撃減衰装置に課せられる力に応じて雌受け部を雄プラグに対して水平に変位させる際に衝撃挿入体を雄プラグのまわりに流す衝撃挿入体の能力、および（２）衝撃挿入体および衝撃プラグを通って伝達された地震の周波数を吸収したり、濾過したり、低下させたりする衝撃挿入体および衝撃プラグ両方の能力。また、衝撃挿入体の変位により、衝撃減衰装置が地震中に発生される力または他の摂動力を吸収することができる。これらの衝撃減衰装置の自己整合能力により、衝撃減衰装置は繰り返し地震衝撃の後でも設計通りに機能し続ける。更に、この衝撃減衰装置によれば、その下方の柱を、柱のこの部分が損傷される場合に離脱させることができる。衝撃減衰装置のこの能力は離脱柱が支持された構造体の残部を引き下げるのを防ぐ。
ｃ．材料／作製
雌受け部２０および雄プラグ４０は特定の用途について十分な強度および適当な弾性係数を有する任意の材料で製造することができる。可能性のある材料を挙げると、鉄、鋼、アルミニウム、他の金属、およびケブラー（Kevlar) 、炭素繊維、Ｓ−ガラス、およびＥ─ガラスをエポキシ、ビニルエステルまたはポリエステル樹脂に埋設したような複合体があるが、材料はこれらのものに限定されない。雌受け部２０および雄プラグ４０用の好適な材料はフェライト構造体の耐腐蝕性ニッケル合金化ダクタイル鋳鉄である（米国特許第 4,702,886 (ケント) ）。この鋳鉄はほとんどの用途について適切な強度および耐腐蝕性を有している。更に、この材料は比較的安価であり、加工容易である。雌受け部２０および雄プラグ４０の両方は好ましくは砂鋳造により形成される。衝撃挿入体６０と接触している表面、すなわち、頂縁部２２、雌円錐形表面２８、内側底部３０、底縁部４６、雄円錐形表面４８および底部５０は衝撃挿入体６０用に選択された材料と適合する表面仕上げ剤を有していなければならない。これらの表面用の好適な仕上げ剤は２５０仕上げ剤である。或る用途、特に、高荷重用途は、より滑らかな仕上げ剤および／またはシリコーン、テフロンのような皮膜、または他の潤滑性／底摩擦皮膜を必要とすることもある。
【００２２】
衝撃挿入体６０は特定の用途で適当な応力歪曲線および十分な粘度を有する任意の比較的可撓性の材料から製造されるのがよい。衝撃挿入体６０用の好適な材料は特定の用途で適切なジュロメータを有するウレタン（ポリウレタン）である。衝撃挿入体６０は好ましくは雄プラグ４０と雌受け部２０との間の特定の距離で雌受け部２０を雌受け部２０に支持することによって形成される。この距離はウレタン（ポリウレタン）の硬化中のウレタン（ポリウレタン）予期収縮を考慮して衝撃挿入体６０の仕上げ厚さプラス追加の量により定められる。適切なジュロメータのウレタン（ポリウレタン）を混合し、次いで雌受け部２０と雄プラグ４０との間の空間に注入する。ウレタンが硬化したら、雄プラグ４０をもはや支持する必要がない。図４に示す衝撃減衰装置１１を構成すると、まず、ウレタンワッシャを摩擦ロッカー８０のまわりで雄プラグ４１のプラグ底部５０と摩擦ロッカー座１４０の内側底部１４２または雌受け部２０の内側底部３０との間の空間に設置する。このワッシャはウレタンが空気空間１５０（図４）に流入しないようにする。ウレタンが空気空間１５０に流入すると、ウレタンが摩擦ロッカー８０の作動に影響する可能性がある。或る用途では、この可能性のある作用は許容されることもあり、かくしてウレタンワッシャは使用されない。このワッシャは、残りのうれたんを注入すると、衝撃挿入体６０の一体的な一部となる。
【００２３】
摩擦ロッカー８０十分な強度および硬度（雌受け部２０および雄プラグ４０に付いての上記リストを参照せよ）を有する任意の材料から製造し得る。好適な材料は摩擦ロッカー８０の下端部分８６が６０〜６５のロックウェル硬度まで硬化されるASTM A 325、対応 3、グレード Bの高強度底合金体腐蝕性鋼である。更に、摩擦ロッカー８０が電解腐蝕または他の腐蝕の種類が起こらないように雄受け部用に選択された材料と適合できることが好ましい。しかも、或る用途では、テフロンまたはシリコーンのような摩擦低減皮膜の使用が性能を高めるために望まれるか、或いは衝撃減衰装置１１の適切な性能を得るために必要とされる。
摩擦ロッカー座１４０は十分な強度および硬度（雌受け部２０および雄プラグ４０用の上記リストを参照せよ）を有する任意の材料から製造し得る。
好適な材料は９０〜９５のロックウェル硬度まで硬化され且つ摩擦ロッカー８０と適合できる工具鋼である。摩擦ロッカー座１４０は衝撃減衰装置が適切に機能するように摩擦ロッカー８０より硬いことが好ましい。更に、或る用途では、内側底面１４２および窪み１４４はテフロンまたはシリコーンにような摩擦低減皮膜で被覆されるのがよい。これらの皮膜は性能を高めるために望まれ、或いは衝撃減衰装置の適切な性能を得るために必要とされる。
ｄ．摺動シュー実施例
図７および図８は衝撃減衰装置組立体２００を示しており、この衝撃減衰装置組立体２００はその雄部材とおよび雌部材との間で種々の荷重の一部を移送するための摩擦インターフェースがあると言う点で図４および図５に示すものと幾らか同    様である。しかしながら、この場合、（上記ロッカー座の大きい窪みと対向するように）２つの部材間に平らな平面状インターフェースがあり、シュー地震が比較的小さい半球形ソケットに揺動可能に設けられている。
【００２４】
従って、図７でわかるように、上記雄および雌部材に概ね相当する雄プラグ部材２１０および雌受け部材２１３が設けられている。尚、図７および図８では、これらの部材は図１ないし図６の図と比較した逆の配向出示されており、これは単に設計の選択の問題である。
雌受け部材２１２の内面には、概ね水平な方向に整合された実質的に平らな平面状の基表面２１４が設けられている。また、雄プラグ部材２１０の上端部には、受け部の基表面２１４に摺動で当接する平らな実質的に平面状の上面２１８を有する摺動シュー部材２１６が設けられている。図８でもわかるように、シュー部材は支持カップ２２４の対応する半球形ソケット２２２内に受入れられる半球形の底面２２０を有しており、支持カップ２２４は雄プラグ部材のテーパな上端部の開口２２６に設けられている。荷重をプラグ部材の端部に供給するために、カップ２２４の環状の荷重支持ショルダー２２８プラグ部材の対応リップ２３０に係合している。シュー部材を支持するために別体の支持カップ２２４を使用することにより、このシュー部材を高強度工具高で製造することができ、プラグ部材全体をこの材料で製造しなけれなならない（これは余りにも高価である）ことはない。
【００２５】
最後に、ウレタン衝撃挿入体２４０は上記と本質的に同じようにプラグ２１０と受け部２１２との間に形成される。図７でわかるように、頂部の摺動シュー組立体を含めて雄プラグ部材の高さは、好ましくは、挿入体の変形が起こると妨げられない移動を許容するように挿入体の可撓性材料で埋められる垂直隙間２４２が受け部のリップ２４４とプラグの基部２４７との間に形成されるような高さである。上記のように、挿入体は適切には、部材間に流動される可撓性ウレタン挿入体であるのがよい。しかしながら、受け部の底部は好ましくはシューぶああいを基表面２１４畳を自由に摺動させるポケット２４８を形成するようにウレタンまたは他の材料から自由に保たれる。
図示の実施例では、雄プラグ部材および雌受け部材は、柱または同様な構造体に衝撃減衰装置組立体を取付けるために強化ロッド２５２が延びている基部フランジ２５０ａ、２５０ｂに取付けられている。しかしながら、上記のように、ロッド部材に加えて、あるいはそれに代えて、他の適当な取付け手段を用いてもよく、例えば、柱の諸部分の端部にスリーブまたは他の手段により取付けられる対応するフランジ（図示せず）に図７に示す基部フランジ２５０ａ、２５０ｂをボルト止めしたり、或いは他の方法で取付けることができる。
【００２６】
地震の場合、衝撃減衰装置組立体の作動は図４および図５に示す組立体のものと概ね同様であり、雌受け部をプラグに対して水平方向に変位させるように衝撃挿入体が雄プラグのまわりを流動する。しかしながら、図７に示す実施例では、シュー部材および雌受け部上の平らな支持表面の摺動係合により側─側運動が許容され、図７に矢印で示すように、半球形支持表面２２０により、柱の上部分と下部分との間の軸方向整合の変化を受け入れるようにシューを傾動させたり揺動させたりする。また、図７および図８に示す実施例は特に転動型地震を受ける領域で使用するように構成されているが、特に垂直方向における地震力の追加の減衰／吸収を行うために、上記のもの（衝撃プラグ１２０参照）と実質的に同様な衝撃挿入体／プラグをシュー／カップ組立体２１６、２２４の下に組み入れてもよい。
【００２７】
図７および図８に示す実施例についての設計の考慮問題、変更要素の構成および材料の選択は上記のものと実質的に同様である。しかしながら、この実施例では、（上記のASTM A 325  タイプ 3、グレード Bの高強度硬化鋼のような）高強度材料で形成された支持表面を有すること、および組立体の性能を高めるようにテフロンまたはシリコーンのような適当な低摩擦および／または潤滑性材料で少なくともシュー部材を被覆することが特に好ましいことがわかるであろう。また、図７および図８に示す実施例の摺動支持表面がすべて実質的に平らであるか、或いは半球形であるので、加工コストが最小にされることがわかるであろう。更に、望むなら、半球形摺動シュー部材の表面にのみ塗布することによって低摩擦／潤滑性皮膜材料の量を最小にすることができる。
ｄ．設計
各衝撃減衰装置は橋／構造体を設計する構造技師により課せられる規格を満たすように設計しなければならない。技師は、下記の事（ａ）〜（ｇ）、すなわち、（ａ）構造体を支持するのに使用される柱の数、（ｂ）柱の形状寸法、（ｃ）柱の横方向等方性材料特性、（ｄ）衝撃減衰装置の必要とされる堅さ、（ｅ）衝撃減衰装置の予想位置、（ｆ）所望される最大の水平振れ、および（ｇ）各柱の水平方向および垂直方向の設計荷重を規定する。衝撃減衰装置の設計は MARC ANALYSISTMのような有限要素分析プログラムを使用することにより立証される。下記の情報（ａ）〜（ｅ）、すなわち、（ａ）衝撃減衰装置の各部片の寸法形状、（ｂ）雌受け部２０または２１、雄プラグ４０または４１、摩擦ロッカー８０（図４に示す）、摩擦ロッカー座１４０（図４に示す）およびカラー１１０、１１２（図６に示す）のような比較的剛性な部品についての弾性係数（Ｅ）およびポアソン被（ν）、（ｃ）衝撃挿入体６０用に選択された材料の応力歪曲線および／または粘度および／またはジュロメータ、（ｄ）橋の技師により提供される情報（注、橋の技師により提供される情報のすべてが各部品の各分析に関係するわけではなく、有限要素分析プログラムと関係する技師がどの情報を必要とするかを知っている）、および（ｅ）周辺条件をプログラムにインプットする。有限要素プログラムは下記情報（ａ）〜（ｂ）、すなわち、（ａ）各部品に作用する応力、（ｂ）雌受け部２０／２１と雄プラグ４０／４１との間の相対移動量および衝撃挿入体６０の変形を与える。この設計の評価は反復方法であり、特定の用途で設計を最適にするように変化を行うごとに繰り返さなかればならない。代表的な設計は有限要素分析プログラムを通して１０回ほどの実施後に終了することができるべきである。各データ実施後、技師は選択した材料が衝撃減衰装置内に特定の用途で必要とされる材料特性を有することを保証しなければならない。
【００２８】
この衝撃減衰装置を荷重支持柱におけるいずれの箇所にも装着することができる。代表的には、衝撃減衰装置を柱のモーメントがゼロの箇所に装着する。しかしながら、特定の位置は構造体／柱の技師による分析により定められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による道路用の地震衝撃減衰装置を通る垂直横断面図であり、本発明は雌受け部と、この雌受け部の内側にある雄プラグとを備えており、雄プラグはこれと雌受け部との間に空間を残すように形成されており、この空間は衝撃吸収挿入体で埋められている。
【図２】図１に示す地震衝撃減衰装置を通る２─２に沿った水平横断面図である。
【図３】雄プラグの底部に半球形に成形された隆起部が形成されており、雌受け部の内側底部に対応する半球形の窪みが形成されている本発明による地震衝撃減衰装置を通る図１と同様な垂直横断面図である。
【図４】摩擦ロッカーが雌受け部の内側にあり、雄プラグがこれと雌受け部および摩擦ロッカーの上端部分との間に空間が残るように形成されておりこれらの空間が衝撃吸収挿入体で埋められている本発明により示された道路の柱用の地震衝撃減衰装置を通る図１とおおよそ同様な垂直横断面斜視図である。
【図５】元の構成の一部として柱に装着された図４の地震衝撃減衰装置を通る垂直横断面図である。
【図６】既存の柱に改装された図４の地震衝撃減衰装置を通る垂直横断面図である。
【図７】雄部材と雌部材との間の垂直荷重移送を行うための摩擦インターフェースが半球形ソケット内に揺動可能に構成された摺動シューにより設けられている、本発明の他の実施例による地震衝撃減衰装置を通る垂直横断面図である。
【図８】図７の衝撃減衰装置の雄部分および雌ソケット、および雄プラグ部材に嵌入する摺動シューおよびソケット部材を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１０          地震衝撃減衰装置
２０          雌受け部
３２          凸形の半球状窪み
４０          雄プラグ
５２          凹形の半球状隆起部
６０          衝撃挿入体
７０          隙間
８０          摩擦ロッカー
１００        リバー部材
１０２        リバー部材
１２０        衝撃プラグ
１４０        摩擦ロッカー座
１４４        窪み
【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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【図８】
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