(57)【要約】【課題】繰り返しの変形に伴う鉛部材の温度上昇を抑制してエネルギー吸収能の低下を抑えることのできる鉛ダンパーおよびこれを備える免震装置を提供する。【解決手段】断面形状が実質的に円形で、湾曲した形状の湾曲部１６を有する鉛部材１８からなる免震装置用鉛ダンパー１０において、湾曲部１６の上端部および下端部の少なくとも一方の表面２６の温度を監視する温度監視手段２８と、この温度監視手段２８により監視された温度に基づいて監視位置に対応した箇所の温度上昇を抑制する温度上昇抑制手段３０とを備えるようにする。【選択図】図１
2016211331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面形状が実質的に円形で、湾曲した形状の湾曲部を有する鉛部材からなる免震装置用鉛ダンパーにおいて、
湾曲部の上端部および下端部の少なくとも一方の表面の温度を監視する温度監視手段と、この温度監視手段により監視された温度に基づいて監視位置に対応した箇所の温度上昇を抑制する温度上昇抑制手段とを備えることを特徴とする鉛ダンパー。
【請求項２】
温度上昇抑制手段を、水を流す配管と、この配管の出口に設けられ、監視位置に対応した箇所に放水可能な放水口と、配管の流量を調整する弁とを含んで構成したことを特徴とする請求項１に記載の鉛ダンパー。
【請求項３】
免震装置が設置された建物に備わる地震計が所定の地震動を観測することをトリガーとして、温度監視手段および温度上昇抑制手段の少なくとも一方の駆動用電源が起動するように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の鉛ダンパー。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の鉛ダンパーを備える免震装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば免震建物の免震層などに設置される免震装置用鉛ダンパーおよびこれを備える免震装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図２に示すような免震建物１の免震層２に設置される符号３の免震装置用鉛ダンパーが知られている（例えば、特許文献１を参照）。鉛ダンパーの設置目的は、地震によるエネルギーを吸収して、免震構造に減衰性能を付与し、上部構造の応答加速度を抑える免震システムの効果を阻害することなく、免震層の過大な変形を抑制することにある。
【０００３】
この鉛ダンパーは、図３に示すように、略くの字状に湾曲した純度９９．９９％の密実な鉛からなる鉛鋳造部４と、この鉛鋳造部４の上下に位置する補強部５と、鋼製の固定フランジ６とからなる。補強部５と固定フランジ６は、溶接面に少量の錫と亜鉛を溶かして異種材料間の親和性を高めたホモゲン溶接によって固着されている。ダンパー上下の固定フランジ６に相対水平変位が生じると、鉛鋳造部４が塑性変形してエネルギーを吸収する。相対水平変形が繰り返されると、塑性変形が累積していき、形状が元の状態から変化することになり、図４（１）に示す初期状態から、最終的には図４（２）に示すような態様で鉛鋳造部が破断する。
【０００４】
図５は、繰り返し正弦波加振時における鉛ダンパーの水平方向荷重変形関係の一例を示したものである。この図に示すように、水平変形の繰り返しにより鉛ダンパーの荷重値は低減する。これは、荷重変形曲線が囲む面積が低下することを意味し、水平変形の繰り返しによって初期状態からエネルギー吸収能が低下する。
【０００５】
ところで、文部科学省の地震調査研究推進本部は、海溝型地震の発生による「長周期地震動予測地図」を発表しており、この中で特に堆積層の厚い平野部において、固有周期の長い構造物の応答が大きくなり、揺れの継続時間が長くなるとしている。このような地震を受けた場合、構造物は多数回の水平変形の繰り返しを受けることとなり、免震装置の減衰性能が低下する。よって、免震装置用鉛ダンパーのエネルギー吸収能の低下抑制策が望まれる。
【０００６】
免震装置用鉛ダンパーのエネルギー吸収能低下の原因の一つは、鉛の温度上昇による力学特性の変化である。繰り返しの相対水平変形により、鉛ダンパーは地震によるエネルギーを蓄積していく。そのエネルギーにより鉛鋳造部の温度が上昇する。実験結果より、鉛鋳造部の湾曲部の上下端にて温度上昇が激しいことが確認されている。図６（１）は加振中の鉛ダンパーの外観写真、（２）はサーモグラフィによる加振中の鉛ダンパーの表面温度分布を示したものである。鉛の力学特性（応力−ひずみ曲線）は図７（非特許文献１より引用）に示されるような温度依存性を有しており、温度が上昇するにつれ応力−ひずみ曲線が低下していく傾向にある。
【０００７】
なお、エネルギー吸収能低下のもう一つの原因は、図４（２）でも示したように、鉛の形状変化が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３２９２２４４号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｊ．Ａ．Ｂａｉｌｅｙ,  Ａ.  Ｒ.Ｅ  Ｓｉｎｇｅｒ,  Ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  Ｓｔｒａｉｎ  Ｒａｔｅ  ａｎｄ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｏｎ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｔｏ  Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ,  Ｔｗｏ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  Ａｌｌｏｙｓ,  ａｎｄ  Ｌｅａｄ,  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  ｍｅｔａｌｓ,  ｖｏｌ.  ９２,  ｐｐ.４０４−４０８,  １９６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このため、繰り返しの変形に伴う鉛鋳造部（鉛部材）の温度上昇を抑制してエネルギー吸収能の低下を抑える技術の開発が望まれていた。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、繰り返しの変形に伴う鉛部材の温度上昇を抑制してエネルギー吸収能の低下を抑えることのできる鉛ダンパーおよびこれを備える免震装置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】
【００１２】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る鉛ダンパーは、断面形状が実質的に円形で、湾曲した形状の湾曲部を有する鉛部材からなる免震装置用鉛ダンパーにおいて、湾曲部の上端部および下端部の少なくとも一方の表面の温度を監視する温度監視手段と、この温度監視手段により監視された温度に基づいて監視位置に対応した箇所の温度上昇を抑制する温度上昇抑制手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る他の鉛ダンパーは、上述した発明において、温度上昇抑制手段を、水を流す配管と、この配管の出口に設けられ、監視位置に対応した箇所に放水可能な放水口と、配管の流量を調整する弁とを含んで構成したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る他の鉛ダンパーは、上述した発明において、免震装置が設置された建物に備わる地震計が所定の地震動を観測することをトリガーとして、温度監視手段および温度上昇抑制手段の少なくとも一方の駆動用電源が起動するように構成したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る免震装置は、上述した鉛ダンパーを備える免震装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る鉛ダンパーによれば、断面形状が実質的に円形で、湾曲した形状の湾曲部を有する鉛部材からなる免震装置用鉛ダンパーにおいて、湾曲部の上端部および下端部の少なくとも一方の表面の温度を監視する温度監視手段と、この温度監視手段により監視された温度に基づいて監視位置に対応した箇所の温度上昇を抑制する温度上昇抑制手段とを備える。このため、繰り返しの変形に伴う温度上昇が顕著な発熱部の表面の温度が所定温度を超えた場合に、この発熱部の温度上昇を温度上昇抑制手段で抑制することが可能となる。これにより、繰り返しの変形に伴う鉛部材の温度上昇を従来よりも抑制して、温度による鉛部材の力学特性の変化を従来のものよりも小さくすることができる。したがって、エネルギー吸収能の低下を抑えることができるという効果を奏する。
【００１７】
また、本発明に係る他の鉛ダンパーによれば、温度上昇抑制手段を、水を流す配管と、この配管の出口に設けられ、監視位置に対応した箇所に放水可能な放水口と、配管の流量を調整する弁とを含んで構成したので、発熱部の表面の温度が所定温度を超えた場合に、弁を開けて放水口よりこの発熱部に向けて例えば常温の水を放水すれば、発熱部からの熱が付着した水へと移動し、発熱部の温度上昇を抑制することが可能となる。水の気化熱を利用すれば、鉛部材に対する吸熱効果がより高められる。これにより、繰り返しの変形に伴う鉛部材の温度上昇を従来よりも抑制して、温度による鉛部材の力学特性の変化を従来のものよりも小さくすることができる。したがって、エネルギー吸収能の低下を抑えることができるという効果を奏する。
【００１８】
また、本発明に係る他の鉛ダンパーによれば、免震装置が設置された建物に備わる地震計が所定の地震動を観測することをトリガーとして、温度監視手段および温度上昇抑制手段の少なくとも一方の駆動用電源が起動するように構成したので、温度監視手段および温度上昇抑制手段の少なくとも一方の駆動用電源を常時オンさせておく必要はない。このため、温度監視および温度上昇抑制の少なくとも一方に係る消費電力を節減することができるという効果を奏する。
【００１９】
また、本発明に係る免震装置によれば、上述した鉛ダンパーを備える免震装置であるので、鉛ダンパーが多数回の繰り返しの変形を受けても、エネルギー吸収能の低下が抑えられる。このため、免震装置の減衰性能の低下を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明に係る鉛ダンパーおよびこれを備える免震装置の実施の形態を示す側面図である。
【図２】図２は、従来の免震建物の概略側面図である。
【図３】図３は、従来の鉛ダンパーの概略側面図である。
【図４】図４は、従来の鉛ダンパーの一例を示す写真図であり、（１）は初期状態、（２）は漸増連続正弦波加振３０サイクル目における状態を示す図である。
【図５】図５は、繰り返し正弦波加振時における鉛ダンパーの水平方向荷重変形関係を示す図である。
【図６】図６は、鉛ダンパーの表面温度分布測定状況図であり、（１）は加振中の鉛ダンパーの外観写真図、（２）はサーモグラフィによる加振中の鉛ダンパーの表面温度分布図である。
【図７】図７は、鉛の応力−ひずみ曲線の温度依存性を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る鉛ダンパーおよびこれを備える免震装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る鉛ダンパー１０は、上下に対向配置された上部構造物１２、下部構造物１４間に設けられる免震装置用鉛ダンパーである。鉛ダンパー１０の上端面は上部構造物１２に、下端面は下部構造物１４に連結固定されている。
【００２３】
この鉛ダンパー１０は、断面形状が実質的に円形で、略くの字状に湾曲した形状の湾曲部１６を有する純度９９．９９％の密実な鉛からなる鉛鋳造部１８（鉛部材）と、この鉛鋳造部１８の上下に位置する補強部２０と、鋼製の固定フランジ２２とからなる。また、本実施の形態に係る免震装置１００は、この鉛ダンパー１０を備えたものである。補強部２０と固定フランジ２２は、溶接面に少量の錫と亜鉛を溶かして異種材料間の親和性を高めたホモゲン溶接によって固着されている。鉛ダンパー１０上下の固定フランジ２２に相対水平変位が生じると、鉛鋳造部１８が塑性変形してエネルギーを吸収する。
【００２４】
なお、この鉛ダンパー１０は、上記の従来の特許文献１と同様に、補強部２０と湾曲部１６の境界部分に湾曲の向きが変わる変曲部２４があり、この変曲部２４の断面の直径は湾曲部１６の断面の直径よりも小さく、湾曲部１６の断面の直径が変曲部２４に向かって滑らかに減少する構成となっている。変曲部２４の断面の直径としては、隣接する湾曲部１６の断面の最大直径の５０〜９５％とすることができる。
【００２５】
この鉛ダンパー１０は、湾曲部１６の上端部および下端部の表面２６の温度を監視する温度監視手段２８と、この温度監視手段２８により監視された温度に基づいて監視位置に対応した箇所の温度上昇を抑制する温度上昇抑制手段３０とを備えている。温度監視手段２８および温度上昇抑制手段３０は、それぞれ上部構造物１２に固定された支持部材３２により支持されている。
【００２６】
なお、図においては、湾曲部１６の上端部に対する温度監視手段２８および温度上昇抑制手段３０を備える構成について図示しており、湾曲部１６の下端部に対する温度監視手段２８および温度上昇抑制手段３０については図示を省略している。
【００２７】
温度監視手段２８は、表面２６から放射される赤外線を分析し、表面２６の温度変化を赤外線量の変化として取得可能なサーモグラフィー装置により構成することができる。なお、温度監視手段２８は、サーモグラフィー装置に限るものではなく、表面２６の温度変化を監視可能な装置であればいかなる装置で構成してもよい。
【００２８】
温度上昇抑制手段３０は、水を流す配管３４と、この配管３４の出口に設けられ、監視位置に対応した箇所に放水可能なシャワーノズルからなる放水口３６と、配管３４の流量を調整する弁３８とにより構成されている。なお、温度上昇抑制手段３０は、こうした放水手段に限るものではなく、温度監視手段２８による監視位置に対応した箇所の温度上昇を抑制する手段であればいかなる手段で構成してもよい。
【００２９】
上記構成の動作および作用の一例を説明する。
温度監視手段２８が、繰り返し加力時に周囲に比べて高温となる湾曲部１６の上端部および下端部の表面２６の温度を監視する。監視された温度が高温状態となった場合、すなわち例えば監視温度が予め設定した所定温度を超過した場合にこれを図示しない制御手段が判定すると、警報信号を発信する。この警報信号を受信した温度上昇抑制手段３０は、配管３４に設置された弁３８を開放して、配管３４に例えば常温の水を流し、放水口３６から湾曲部１６の上端部および下端部の表面２６に向けてシャワー水を放出する。
【００３０】
このように、発熱部の表面の温度が所定温度を超えた場合に、弁３８を開けて放水口３６よりこの発熱部に向けて放水すれば、高温の発熱部からの熱が付着した水へと移動し、発熱部の温度上昇を抑制することが可能となる。水の気化熱を利用すれば、鉛鋳造部１８に対する吸熱効果がより高められる。これにより、繰り返しの変形に伴う鉛鋳造部１８の温度上昇を従来よりも抑制して、温度による鉛鋳造部１８の力学特性の変化を従来のものよりも小さくすることができる。したがって、エネルギー吸収能の低下を抑えることができる。
【００３１】
また、本実施の形態によれば、温度監視手段２８および温度上昇抑制手段３０を、既設の免震装置に備わる鉛ダンパーの周囲に追加することで容易に実現可能であり、既設の鉛ダンパーの減衰性能劣化を比較的簡便に抑制することができる。
【００３２】
また、上記の実施の形態において、免震装置が設置された建物に備わる地震計が所定の地震動を観測することをトリガーとして、温度監視手段２８および温度上昇抑制手段３０の少なくとも一方の駆動用電源が起動するように構成してもよい。このようにすれば、温度監視手段２８および温度上昇抑制手段３０の少なくとも一方の駆動用電源を常時オンさせておく必要はない。このため、温度監視および温度上昇抑制の少なくとも一方に係る消費電力を節減することができる。
【００３３】
なお、上記の実施の形態においては、湾曲部１６の上端部および下端部に対する温度監視手段２８および温度上昇抑制手段３０を備える構成について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、湾曲部１６の上端部または下端部のいずれか一方に対する温度監視手段２８および温度上昇抑制手段３０を備えた構成とすることもできる。
【００３４】
また、温度上昇抑制手段３０として上述の配管３４、放水口３６を備える構成の場合には、放水口３６から出た水は表面２６に当たった後、下方に流れ落ちて湾曲部１６の下端部に到達し得るため、温度監視手段２８および温度上昇抑制手段３０は湾曲部１６の上端部に対してのみ設置して、湾曲部１６の下端部に対する設置を省略することも可能である。
【００３５】
以上説明したように、本発明に係る鉛ダンパーによれば、断面形状が実質的に円形で、湾曲した形状の湾曲部を有する鉛部材からなる免震装置用鉛ダンパーにおいて、湾曲部の上端部および下端部の少なくとも一方の表面の温度を監視する温度監視手段と、この温度監視手段により監視された温度に基づいて監視位置に対応した箇所の温度上昇を抑制する温度上昇抑制手段とを備える。このため、繰り返しの変形に伴う温度上昇が顕著な発熱部の表面の温度が所定温度を超えた場合に、この発熱部の温度上昇を温度上昇抑制手段で抑制することが可能となる。これにより、繰り返しの変形に伴う鉛部材の温度上昇を従来よりも抑制して、温度による鉛部材の力学特性の変化を従来のものよりも小さくすることができる。したがって、エネルギー吸収能の低下を抑えることができる。
【００３６】
また、本発明に係る他の鉛ダンパーによれば、温度上昇抑制手段を、水を流す配管と、この配管の出口に設けられ、監視位置に対応した箇所に放水可能な放水口と、配管の流量を調整する弁とを含んで構成したので、発熱部の表面の温度が所定温度を超えた場合に、弁を開けて放水口よりこの発熱部に向けて例えば常温の水を放水すれば、発熱部からの熱が付着した水へと移動し、発熱部の温度上昇を抑制することが可能となる。水の気化熱を利用すれば、鉛部材に対する吸熱効果がより高められる。これにより、繰り返しの変形に伴う鉛部材の温度上昇を従来よりも抑制して、温度による鉛部材の力学特性の変化を従来のものよりも小さくすることができる。したがって、エネルギー吸収能の低下を抑えることができる。
【００３７】
また、本発明に係る他の鉛ダンパーによれば、免震装置が設置された建物に備わる地震計が所定の地震動を観測することをトリガーとして、温度監視手段および温度上昇抑制手段の少なくとも一方の駆動用電源が起動するように構成したので、温度監視手段および温度上昇抑制手段の少なくとも一方の駆動用電源を常時オンさせておく必要はない。このため、温度監視および温度上昇抑制の少なくとも一方に係る消費電力を節減することができる。
【００３８】
また、本発明に係る免震装置によれば、上述した鉛ダンパーを備える免震装置であるので、鉛ダンパーが多数回の繰り返しの変形を受けても、エネルギー吸収能の低下が抑えられる。このため、免震装置の減衰性能の低下を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明に係る鉛ダンパーおよびこれを備える免震装置は、免震建物の免震層などに設置される免震装置用鉛ダンパーおよびこれを備える免震装置に有用であり、特に、繰り返しの変形に伴う鉛部材の温度上昇を抑制してエネルギー吸収能の低下を抑え、鉛ダンパーの繰り返し劣化特性を改善するのに適している。
【符号の説明】
【００４０】
１０  鉛ダンパー
１２  上部構造物
１４  下部構造物
１６  湾曲部
１８  鉛鋳造部（鉛部材）
２０  補強部
２２  固定フランジ
２４  変曲部
２６  表面
２８  温度監視手段
３０  温度上昇抑制手段
３２  支持部材
３４  配管
３６  放水口
３８  弁
１００  免震装置
【図１】
2016211331.tif 000003
【図２】
2016211331.tif 000004
【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図４】
2016211331.tif 000008
【図６】
2016211331.tif 000009