(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の構造体に固定される筒状体と、
他方の構造体に固定され、かつ前記筒状体の内部に延びて、前記筒状体との間でその軸線方向に相対変位可能な接合プレートと、
この接合プレートの面と前記筒状体の内面との間に固定された振動エネルギーを吸収するための柱状ゴムであって、その軸線と前記接合プレート及び前記筒状体の各面とが略直交するように配置された柱状ゴムとを備え、
前記柱状ゴムは、その軸線方向の中央部に中央硬質プレートを有し、該中央硬質プレート部分において前記接合プレートに設けた穴に嵌合されていることを特徴とする制振ダンパ装置。
【請求項２】
前記柱状ゴムは、ゴム層と硬質プレートとを交互に積層してなる積層ゴムからなり、内部に軸線方向に沿って鉛プラグが封入されていることを特徴とする請求項１記載の制振ダンパ装置。
【請求項３】
前記柱状ゴムは高減衰ゴムからなることを特徴とする請求項１記載の制振ダンパ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、制振ダンパ装置に関し、さらに詳細には、土木、建築及び機械構造物等の分野において、地震、台風、機械及び交通振動等の動的荷重を受けて振動する構造物の振動抑制を行うためのダンパ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の制振ダンパ装置として、油圧ダンパ、粘弾性ダンパ、鋼材ダンパ及び鉛ダンパなどが知られている。また、積層ゴムを利用したものとして、鉛入り積層ゴムや高減衰積層ゴムによる免震装置が知られている。
【０００３】
この鉛入り積層ゴムや高減衰積層ゴムによる免震装置は、建物の基礎部に設置され、上部構造物の重量を支えるとともに、地震時には水平方向にせん断変形することにより、建物の振動を抑制する。すなわち、積層ゴムに内蔵された鉛プラグや高減衰ゴムが、せん断変形することにより、振動エネルギーを吸収し、熱として発散する。このような免震装置は振動エネルギー吸収効果が大きく、有効な装置として施工実績も多い。
【０００４】
しかしながら、これらの免震装置をそのまま建造物の制振ダンパとして使用する場合、以下のような問題がある。
（１）免震装置の場合、上部からの大きな鉛直荷重が装置自体を拘束しているため、装置の高さ方向の形状の安定性が高く、繰り返しせん断変形に対しても、性能の安定性が高い。
しかしながら、この免震装置を制振装置として、建造物の壁面などに使用する場合は、上記のような大きな拘束力は得られにくい。したがって、装置の高さ方向に変形が進行する。特に、鉛プラグを使用する場合には、鉛への拘束力も弱まるため、鉛が変形していまい、所期の減衰効果を得ることができない。
【０００５】
（２）構造物が予想外の変形を生じた場合、安全装置が付いていないと、装置自体も変形に追随して破断する。その結果、構造物の安全性が低下し、変形発生時の装置のチェックの重要性も高まってしまう。
（３）通常、建造物の制振装置は、建造物の梁幅（200〜300ｍｍ）内に納まるようにすると、建造物の有効床面積が減少することなく、経済性で有利であり、意匠上も好まれる。したがって、複雑な付属装置を取り付けて、装置の形状を大きくすることは問題が生ずる場合が多い。
【０００６】
（４）建造物の上部壁面は、地震時などには面内の変形に加えて、壁面に直交方向の変形を受ける。したがって、装置には、面内・面外のせん断変形及び曲げ変形を同時に受けるため、これらの変形に対する追随性が必要となる。
（８）積層ゴムの場合、ゴム層の直交方向では、許容圧縮力は高いが許容引張力は小さく、確実性に欠ける。したがって、積層ゴムに加わる引張力は最小限にとどめておくのが望ましい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、従来の免震装置を制振用として使用する場合の種々の問題点を解決することができる制振ダンパー装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、一方の構造体に固定される筒状体と、
他方の構造体に固定され、かつ前記筒状体の内部に延びて、前記筒状体との間でその軸線方向に相対変位可能な接合プレートと、
この接合プレートの面と前記筒状体の内面との間に固定された振動エネルギーを吸収するための柱状ゴムであって、その軸線と前記接合プレート及び前記筒状体の各面とが略直交するように配置された柱状ゴムとを備え、
前記柱状ゴムは、その軸線方向の中央部に中央硬質プレートを有し、該中央硬質プレート部分において前記接合プレートに設けた穴に嵌合されていることを特徴とする制振ダンパ装置にある。
【０００９】
前記柱状ゴムは、ゴム層と硬質プレートとを交互に積層してなる積層ゴムからなり、内部に軸線方向に沿って鉛プラグが封入されている。前記柱状ゴムは高減衰ゴムで構成することもできる。前記柱状ゴムは、その軸線方向の中央部に中央硬質プレートを有し、該中央硬質プレート部分において前記接合プレートに設けた穴に嵌合されている。この発明の制振ダンパ装置は、座屈防止用のブレース材として知られるアンボンドブレース材に組み込むこともでき、この場合、前記筒状体及び前記接合プレートは、それぞれアンボンドブレース材の鋼管及びブレース芯鋼板によって構成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明の実施の形態を示す鉛直方向断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図２のＢ−Ｂ線拡大断面図である。この発明による制振ダンパ１装置は、下部構造体２に固定される筒状体３と、上部構造体４に固定される接合プレート５と、筒状体３に内蔵される鉛プラグ入り積層ゴム６とを備えている。
【００１１】
筒状体３は、この実施の形態では矩形断面の鋼管からなっている。下部構造体２のベースプレート７には接合ボルト８により取付プレート９が固定され、この取付プレート９の上面に筒状体３が溶接により固定されている。上部構造体４のベースプレート１０にも接合ボルト１１により取付プレート１２が固定され、この取付プレート１２に接合プレート５の上端が溶接により固定されている。
【００１２】
接合プレート５の下端は筒状体３の内部に延び、この接合プレート５の両側端と筒状体３の内側面との間及び下端と取付プレート９との間には、所定大きさの間隙Ｃ1 ，Ｃ2 （図２参照）が形成されている。
【００１３】
積層ゴム６は円柱状のものであって、それぞれ厚肉の両側鋼板１３，１３、中央鋼板１４及び薄肉の中間鋼板１５からなる硬質プレートとゴム層１６とを交互に積層してなり、内部には軸線方向に沿って鉛プラグ１７が封入されている。積層ゴム６は接合プレート５に形成された穴１８に、中央鋼板１４部分において嵌合され、さらに両側鋼板１３，１３が筒状体３の内面に接合ボルト１９により固定されている。すなわち、積層ゴム６は、その軸線と接合プレート５及び筒状体３の各面とが直交するように配置されている。なお、接合プレート５と中央鋼板１４とは緩み止めボルト２０により固定されている。
【００１４】
上記制振ダンパ装置は次のように作用する。構造物が地震等により振動すると、下部構造体２と上部構造体４との間で変位が生じ、これによって接合プレート５が筒状体３との間で軸線方向に変位を生じると、積層ゴム６が同一面内で上下方向及び左右方向にせん断変形する。このせん断変形に伴って鉛プラグ１７が塑性変形して振動エネルギーを吸収し、振動を速やかに減衰させる。
【００１５】
積層ゴム６の内部に封入された鉛プラグ１７は、上記のように振動エネルギーを吸収し、振動を減衰させるためのものである。積層ゴム６のゴム材料として高減衰ゴムを使用することもでき、この場合ゴム自体が減衰効果を発揮するので、鉛プラグは必ずしも封入しなくともよい。この場合、鉛プラグの拘束機能を持つ中間鋼板１５も省略することができる。
【００１６】
上記制振ダンパ装置によれば次のような効果が得られる。
（１）積層ゴム６を筒状体３に内蔵しているため、筒状体３が積層ゴム６の軸線方向（免震装置に使用される場合の高さ方向）に引っ張られる変形を拘束する。したがって、鉛プラグ入り積層ゴム及び高減衰ゴムの場合ともに安定した性能を確保できる。
【００１７】
（２）筒状体３と接合プレート５との間隙Ｃ1 ，Ｃ2 が、装置の稼働範囲となる。したがって、構造物が予想外の大変形を生じた場合、接合プレート５が筒状体３に接触して変位を規制され、積層ゴム６の変形は停止する。これ以上の外力は、上部構造体４から下部構造体２にそのまま伝達され、構造物の安全性が確保される。
【００１８】
（３）積層ゴム６をその軸線が水平方向となるように配置することにより、装置幅のコンパクト化が可能である。レベル２地震時には、構造物は階高の1/150 〜1/200 程度の変形を生ずる可能性があり、例えば、階高350cm の場合で、層間変位は1.75〜2.3cm となる。したがって、積層ゴムのレベル２における変形を100〜150％にすれば、接合プレート５の片側に必要なゴムの総厚は2.3cm(=2.3/1) 前後となり、鋼板１３，１４，１５などの厚さを加えても十分10cm以内に納めることができる。また、積層ゴムの中央部に厚肉の中央鋼板１４を設け、接合プレート５に嵌合させることにより、装置の厚みをより薄くすることができる。
【００１９】
（４）構造物の面内変形については、積層ゴム６の変形により上下左右に追随することができる。そのため、装置の面内の曲げを受けても、積層ゴム６には引張力は発生しない。装置が面外の変形を受けた場合、筒状体３が外力を負担する。その結果、面外変形は接合プレート５及び上下部構造体２，４の変形により吸収され、積層ゴム部分には大きな変形を発生しない。したがって、積層ゴム部分は、損傷を免れることができる。
（５）簡単な機構により、積層ゴムの軸線方向（高さ方向）の変形を拘束し、装置の安定性を高めることができ、また経済性にも優れている。
【００２０】
図４及び図５は、上記制振ダンパ装置の適用例を示す正面図であり、いずれも制振ダンパ装置１は構造物の柱２１及び梁２２ａ，２２ｂにより構成される壁面に適用されている。図５に示す例では、制振ダンパ装置１は上下梁２２ａ，２２ｂの中間部に設けた間柱２３，２３（上部構造体及び下部構造体）間に設置されている。また、図５に示す例では、制振ダンパ装置１は上梁２２ａと下梁２２ｂからのブレース２５との間に設置されている。
【００２１】
上記各適用例において、上下の梁２２ａ，２２ｂが水平に層間変位を生ずると、積層ゴム６がせん断変形を生じ、鉛プラグ１７が降伏して減衰効果を発揮する。この積層ゴムのせん断変形は、梁間の上下の変形や面外変形にも対応する。さらに変形が進んだ場合、装置の接合プレート５が筒状体３に拘束されて変形が止まり、上下の間柱２３あるいはブレース２５の耐力が発揮される。すなわち中小変形時には鉛プラグ１７による制振効果、大変形時には間柱２３あるいはブレース２５による耐震効果が期待できる。
【００２２】
この発明による制振ダンパ装置は、地震力や風力等の水平力に抵抗させる構造要素として知られている座屈拘束アンボンドブレース材に組み込むことも可能である。図６以下は、その実施の形態を示し、図６は軸線方向断面図、図７は図６のＣ−Ｃ線断面図、図８は図７のＤ−Ｄ線拡大断面図、図９は図７のＥ−Ｅ線拡大断面図である。
【００２３】
アンボンドブレース材３０においては、断面矩形の鋼管３１内にブレース芯鋼板３２が配置され、ブレース芯鋼板３２と鋼管３１との間には充填モルタル３３が充填されている。鋼管３１内のブレース芯鋼板３２にはアンボンド材（付着防止材）３４が被覆され、ブレース芯鋼板３２は座屈防止部材である鋼管３１及び充填モルタル３３の影響を受けずに自由に軸線方向に変形し、これによってアンボンドブレース材３０は耐震部材として機能する。
【００２４】
この実施の形態は、鋼管３１及びブレース芯鋼板３２のそれぞれを、この発明でいう筒状体及び接合プレートとして利用し、鋼管３１に鉛プラグ入り積層ゴム６を内蔵させて制振ダンパ装置１としたものである。積層ゴム６は、この実施の形態では、四角柱状のものからなり、鋼管３１の一方の端部側に配置されている。そして、積層ゴム６の厚肉の上下鋼板３５，３５が、接合ボルト３６により鋼管３１及びブレース芯鋼板３２にそれぞれ固定されている。
【００２５】
鋼管３１の他方の端部側においては、ブレース芯鋼板３２はスタッド３７を介して充填モルタル３３と一体化されている。積層ゴム６におけるブレース芯鋼板３２の軸線方向両側には、充填モルタル３３に代えて発泡材３８が充填されている（単に間隙としてもよい）。これにより、ブレース芯鋼板３２が軸線方向に変形すると、それに伴って積層ゴム６がせん断変形可能となる。
【００２６】
図１０は、制振ダンパ装置１を組み込んだ上記アンボンドブレース材３０を構造物の柱２１及び梁２２ａ，２２ｂにより構成される壁面に適用した例である。構造物が地震力や風力を受けて層間変形を生ずる場合、ブレース芯鋼板３２が軸方向力を受けて伸縮する。すなわち、ブレース芯鋼板３２は、鋼材の弾性範囲にある間は、エネルギー吸収効果はない。したがって、降伏強度をレベル２地震時に構造物が受ける外力以上に設定した場合、それ以下の地震や風の外力においては、ブレース芯鋼板３２のエネルギー吸収効果を期待できない。
【００２７】
これに対し、上記実施の形態のものによれば、積層ゴム６がブレース芯鋼材３２の伸縮に伴って、その伸縮量に応じたせん断変形を生じ、積層ゴム６に内蔵された鉛プラグ１７が塑性変形して、エネルギーを吸収する。鉛プラグ１７は、比較的微少なせん断変形においてもエネルギー吸収効果があり、また、せん断変形を受けても、純度の高い鉛の場合は再結晶することにより、その品質、耐久性を確保できる。
【００２８】
したがって、ブレース芯鋼材３２と鉛プラグ１７とを組み合わせることにより、台風や小地震に対しては積層ゴム６に内蔵された鉛プラグ１７により振動エネルギーの吸収を行い、構造物の振動を抑制することができる。一方、大地震時には、許容耐力の大きなブレース芯鋼材３２が降伏することにより、振動エネルギーの吸収を行う。このように、信頼性の高い鋼材と減衰性能の良い鉛プラグを用いた複合的な制振ダンパが得られる。
【００２９】
なお、この実施の形態においても、鉛プラグ入り積層ゴムに代えて高減衰ゴムあるいは高減衰積層ゴムを用いることも可能である。また、上記２つの実施の形態とも、この出願人が特開平１０−１７６３０８号で提案したような、コイルスプリングで拘束される鉛プラグを用いると耐久性が向上し、好適である。
【００３０】
上記実施の形態は例示にすぎす、この発明は種々の改変が可能である。例えば上記実施の形態では接合プレート５に設けた穴１８に１つの積層ゴム６を嵌合させる構造としたが、嵌合させることなく接合プレート５の両側にそれぞれ１つずつの積層ゴムを配置する構造としてもよい。しかしながら、装置をコンパクトにするという観点からは上述したように、上記実施の形態で示した構造を採用することが好ましい。また、積層ゴムの形状は、円柱状や四角柱状に限らず、これ以外の多角柱状にすることもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、振動エネルギーを吸収するための柱状ゴムを筒状体に内蔵し、そのせん断変形を許容しつつも、筒状体によって拘束する構造としたので、安定した減衰効果が得られ、また安全性も確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の実施の形態を示す鉛直方向断面図である。
【図２】図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は図２のＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【図４】図４は、この発明による制振ダンパ装置の適用例を示す正面図である。
【図５】図５は、別の適用例を示す正面図である。
【図６】図６は、この発明による制振ダンパ装置を座屈拘束アンボンドブレース材に組み込んだ実施の形態を示す断面図である。
【図７】図７は図６のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】図８は図７のＤ−Ｄ線拡大断面図である。
【図９】図９は図７のＥ−Ｅ線拡大断面図である。
【図１０】図１０は、制振ダンパ装置を組み込んだアンボンドブレース材の適用例を示す正面図である。
【符号の説明】
１：制振ダンパ装置
２：下部構造体
３：筒状体
４：上部構造体
５：接合プレート
６：積層ゴム
１３：両側鋼板
１４：中央鋼板
１５：中間鋼板
１６：ゴム層
１７：鉛プラグ
１８：穴
【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】
0004282199.tif 000009
【図９】
0004282199.tif 000010
【図１０】
0004282199.tif 000011