近年，免震建物の高層化とともに免震部材の大型化が進んでおり，天然ゴム系積層ゴムについては，ゴム直径 500～1800mmの部材が実用に供している．一方，天然ゴム系積層ゴムの水平性能に関する既往の実験1)~5)など では，  1000mm以上や，風荷重に対して想定されるせん断ひずみ10%以下の微小振幅領域を取り扱った実験がほとんど行われていない（図1）．
本研究では，2023年に竣工したE-Isolationを活用し，天然ゴム系積層ゴムの水平載荷実験を行い，微小振幅領域を含めた復元力特性を確認する．また，  650，  1100，  1200の実大試験体と  300の縮小試験体の実験結果を比較し，各種依存性や終局特性に対して寸法の違いが及ぼす影響を検討する．なお，本論文では，せん断ひずみとして10%以 下 を 微 小 振 幅 ，10%～100%を 小 振 幅 ，100%～200%を中振幅，200%以上を大振幅とする．

実機
直径範囲

各種依存性

終局特性

ゴム 風荷重 地震荷重
直径(mm)
小振幅 中振幅
1500
微小振幅

終局挙動

：静的実験
：動的実験

大振幅

 11001000

寸法効果500

 300
載荷振幅 (%)

00100

200300 300-5.1300

試験体
ゴム直径
中心孔径 [mm]全ゴム層厚 [mm]400

 650-5.1

500

 1100-5.1

 1100-4.37  1200-4.84

1100

650

58.5
33.3

一次形状係数
二次形状係数
基準面圧 [MPa]

55

127.4

215.8
335.1
15

せん断弾性係数 [N/mm2]
鉛直剛性 [×103kN/m]
水平剛性 [×103kN/m]
総高さ [mm]
微小振幅 ( ≦ 10%)
小振幅 (10% < ≦ 100%)
中振幅 (100% < ≦ 200%)
大振幅 (200% < )

251.6
35.3
4.37
11.2

248
35.8
4.84
13.1

20035.86150.391430
0.471803060
1.02251.4

5170
1.73
442.5

3600
1.48
472.8

4370
1.78
460

5420
2.21385.6〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇

試験機
上接続プレート 1200-6

1200-

ロードセル
反力梁

ロードセル 反力治具

荷重計測
リンク

全ねじ棒

2P(-)

2P(+)

試験体の一覧と実験パラメータを表1に示す．試
験体は，天然ゴム系積層ゴムであり， 300，  650を1体ずつ，  1100，  1200を2体ずつ，計6体を用意した．形状係数は表1に示す通り試験体ごとにそれぞれ異なる．試験体名称は，ゴム直径，二次形状係数の順に区別できるように設定している．

水平アクチュエータ

積層ゴム

P(-)

中間プレート

試験体

加振台

ロードセル

PC鋼棒

油圧ジャッキベアリング下接続プレート

N [MPa]70

実 験 装 置 を 図2に 示 す ．  300-5.1，  650-5.1では，微小振幅領域における繊細な制御を行うために図(a)に示す小型免震部材用実験装置を用い， 1100-5.1，  1100-4.37，  1200-4.84，  1200-6では図(b)に 示 すE-Isolationを 用 い て 実 験 を 行 っ た ． なお，  300-5.1についてはE-Isolationでも実験を実施している．試験体のセットアップおよび計測計画の詳細は既往文献6)~8)を参照されたい．
実験パラメータは振幅と面圧である．ただし，E-Isolationでの実験における振幅は正弦波として 与 え ， 最 大 速 度vを1.5，15，25，50kineの4段 階に変化させている．E-Isolationでは，ゴム直径が大きい試験体に対しても基準面圧を超える面圧を付与した状態で水平方向の載荷を行うことが可能である．したがって，積層ゴムの振幅および面圧依存性を広く検討するため，図3に示す限界性能曲線を用いてパラメータを決定する．図の縦軸は面圧 650積層ゴム

P(+)
積層ゴム

605040302010 [%]00100200300400であり，横軸は振幅  である．限界性能曲線および基準面圧の一例をそれぞれ黒色と赤色の実線で示す．載荷は，まず面圧を基準面圧（図3中①）まで与えた状態で，0%<  ≦200%の範囲（以下，PhaseⅠ）の小さい振幅から順に与える（図中の●）．
その後，面圧を図3中の②～⑥の順序で変化させ，それぞれの面圧下で同様に小さい振幅から順に与える．次いで，Phase Ⅱとして200%<  ≦350%の範囲で設定した振幅に対して，Phase Ⅰと同様の順

序で振幅，面圧を変化させて載荷を行った．このとき，繰返し載荷による水平剛性の低下率を把握するため，図中の●で示すパラメータを実施した後に基準載荷（●）を行う．なお，基準載荷は基準面圧，振幅100%，最大速度1.5kineの条件で実施する．

ト径，フランジプレートの厚さの違いが影響しているものと考えられる．
水平剛性の振幅依存性を図4(b)に示す．図の縦軸は水平剛性Khを振幅100%時の水平剛性Kh( =100%)で除して基準化した値であり，横軸は振幅  である．実験結果は，二次形状係数が5.1の試験体を塗り潰しにて，それ以外を白抜きにて区別してプロットしている．振幅が大きくなるにつれて，水平剛性が低下する傾向にある．基準載荷時の水平剛性と比べて，振幅10%以下の微小振幅では最大約25%の 上 昇 が ， 振 幅250%の 大 振 幅 で は 最 大 約15%の低下が確認できる．つまり，微小振幅領域に比べ，大振幅領域における水平剛性の変化は小さいといえる．

弾性領域における各種性能を把握するため，微小振幅領域から大振幅領域（振幅250%まで）の実験結果について考察する．実験から得られた復元力特性を図4(a)に示す．図の上段から振幅10%以下の微小振幅，振幅100%の小振幅，振幅200%の中振幅の結果を表している．図の縦軸は水平荷重Pであり，横軸は水平変形hである．復元力特性は，E-Isolationでの実験結果を黒色で，小型免震部材用実験装置での実験結果を青色で示している．図中には，最小二乗法による線形近似を用いて算出した水平剛性を破線で示している．また，図の右下には，水平剛性と線形近似に対する決定係数の値を示している．決定係数R2が0.99以上であることから，縮小試験体と実大試験体ともに振幅10%以下の微小振幅から振幅200%の中振幅まで高い線形性を有することがわかる．ただし，縮小試験体の中振幅における履歴曲線（図4(a)3段目）は，小型免震部材用実験装置にて実験した場合に早期にハードニングが生じ，履歴曲線の面積が大きくなっている．これは，実験方法の違いや取付ボル

P [kN]

1h [mm]0-5050-50110.50.553

1.055x10 kN/m

0.497x10 kN/m
22R =0.9961

R =0.9982-5000P [kN]

40010152002551015202530h/Kh( =15MPa)

1.5h/Kh(v =1.5kine)

1.5

300
200

10-50

5h/Kh( =100%)

1.5

P [kN]

200

 [MPa] [%]-230h/Kh( =15MPa)

1.5h [mm]3-1h/Kh( =100%)

1.5

P [kN]

52

水平剛性の面圧依存性を図4(c)に示す．図の縦軸 は 水 平 剛 性Khを 面 圧15MPa時 の 水 平 剛 性Kh(=15MPa) で除して基準化した値であり，横軸は面圧 である．いずれの振幅においても，面圧が高くなるにつれて水平剛性が低下する傾向にある．また，2.5MPa時に対する30MPa時の水平剛性の低下
率 は ， 微 小 振 幅 領 域 で は 約56%で あ る の に 対 して ， 中 ・ 大 振 幅 で は 約34%と な っ て い る ． つ まり，微小振幅領域に比べ，中・大振幅領域における水平剛性に対する面圧の影響は小さいといえる．

100h [mm]0-1050-200-1000-100

100-200

1.820x10 kN/m

3R2=0.9978

-20

10.5

0.50.5R2=0.9992-300 [%]-400-301200
30.455x10 kN/m

1h [mm]00P [kN]

50100v [kine]00h/Kh( =100%)

1.5

P [kN]

 [MPa]0051015202530h/Kh( =15MPa)

1.5010203040304050h/Kh(v =1.5kine)

1.550

500-100-500h [mm]050

100-400-200

3-50

0200

1

10.5

0.50.5400
30.396x10 kN/m
R2=0.9973

1

h [mm]01.702x10 kN/m

-500

R2=0.9980

 [%]0 [MPa]0050

100150200250

v [kine]00510152025300102050

水平剛性の速度依存性を図4(d)に示す．図の縦軸は水平剛性Khを最大速度1.5kine時の水平剛性Kh(v=1.5kine) で除して基準化した値であり，横軸は最大速度v である．小振幅，中・大振幅において，基準載荷時の水平剛性に対する上昇率は最大で約5%に収まっている．したがって，速度の影響は振幅や面圧に比べると小さいといえる．
最後に，各種依存性を示した図4(b)～(d)にてゴ
ム直径の違いを考察する．いずれの依存性についても，二次形状係数が5.1と等しい試験体（  3005.1，  1100-5.1）はほぼ同様の結果を示している．
すなわち，同じ形状係数を有する場合，水平剛性の各種依存性に対する寸法の違いによる影響は小さいといえる．

大振幅領域の実験結果について考察する．基準載荷における水平剛性の推移を図5に示す．図の縦軸は基準載荷における水平剛性Khを初期の基準載荷 時 の 水 平 剛 性Khperで 除 し て 基 準 化 し た 値 で あり，横軸は累積変形量  である．  300-5.1の結果
を●で，  1100-5.1の結果を●で示す．いずれも累積変形量の増加に対して水平剛性がほぼ直線的に低下しており，累積変形量が損傷の指標となり得ることを示唆している．また，両試験体の低下の程度は概ね同様であることから，損傷の蓄積に対する寸法の違いによる影響は小さいといえる．
面圧がハードニングに及ぼす影響を考察する．
各面圧における包絡曲線の比較を図6(a)に示す．図の縦軸は水平荷重Pであり，横軸は振幅  である．
面圧5～30MPaの結果を面圧の高い順に濃い色で示
し て い る ． な お ， 前 述 し た 通 り 振 幅200%以 降 のPhase Ⅱでは，繰返し載荷による影響が大きい．そのため，Phase Ⅱにて得られた履歴曲線は，荷重を各面圧の振幅200%時に対する水平剛性の低下率で割り戻している．面圧が増加するとともに水平荷重が低下しており，その傾向は高面圧になるほど

次 に ， 面 圧5，15，25MPaに お け る 振 幅350%時の復元力特性を図8(a)に示す．図の縦軸は水平荷重Pを振幅350%時の水平荷重P ( =350%)で除して基準化
h hper[%]10050

 [%]
005x105P/P( =250%)

Keq/Keq( =100%)

1.5

P [kN]顕著になっている．
ここで，等価剛性の振幅依存性を図6(b)に示す．
図 の 縦 軸は 等 価剛 性Keqを 振 幅100%時 の 等 価 剛性Keq( =100%)で除して基準化した値であり，横軸は振幅gである．振幅250%までは3.2節で述べたように等価剛性は振幅に対してほぼ直線的に増減している．一方，振幅250%以上では等価剛性の上昇がみられ，その傾向は低面圧になるほど顕著である．
これはハードニングによるものであり，ハードニングは振幅250%以上で表れるといえる．
次に，試験体の違いによる影響を考察する．形状係数が等しく，ゴム直径が異なる試験体の基準面圧下における包絡曲線の比較を図7(a)に示す．
図の縦軸は水平荷重Pを振幅250%時の水平荷重P(=250%) で除して基準化した値であり，横軸は振幅  である．縮小試験体  300-5.1と実大試験体  1100-5.1の包絡曲線に大きな違いはみられない．ここで，振 幅250%の 割 線 剛 性 をK1， 振 幅250%か ら350%程度の割線剛性をK2とし，両者の比K2/K1を面圧  との関係として図7(b)に示す．本実験の結果を白抜きで，既往実験1)~5)の結果を塗りつぶしで示している．既往実験と比較して本実験のK2/K1は低くなっており，これは繰返し載荷の影響であると考えられる．したがって，ハードニング領域においては，それまでの累積変形量が影響するといえる．

1x10K2/K1

3.5

1.5632.5112500.5 [%]00100200300

40001.5● 5MPa● 10MPa● 15MPa● 20MPa● 25MPa● 30MPa

01000.5

10.5

 [%]
200300

4000

 [%]
0100

2003004000 [MPa]051015202530

1

W [kN.m]

P/P( =350%)

0.5

 [%]
00100

200

300

400

 [x10-6]150ー

200 PB[kN]ー● 5MPa● 10MPa● 15MPa● 20MPa● 25MPa● 30MPa

5200

100

1005050

 [%]
00100

200

300

400

した値であり，横軸は振幅  である．面圧が高くなるにつれて，履歴面積が大きくなっている．ここで，各振幅の1サイクルあたりの履歴吸収エネル
ギー Wの推移を図8(b)に示す．ほぼ線形弾性挙動を示す振幅250%程度以下では，振幅に対して Wは概ね比例的に増加している（図の青色破線）．
一 方 ， 振 幅250%程 度 以 上 で は Wが 急 増 し て おり，その傾向は高面圧になるほど顕著である．したがって，天然ゴム系積層ゴムはハードニング領
域では高面圧になるほど荷重上昇は緩やかとなるが，履歴曲線は大きく膨らむ性質を有しているといえる．
最後に，各振幅における最大ひずみの推移を図9に示す．図9(a)の縦軸はフランジプレートのひず
み  ，図9(b)の縦軸は取付ボルトのひずみから求めた軸力PBであり，横軸を振幅  である．フランジプレートのひずみは，両試験体とも振幅の増加とともに大きくなる傾向にあり，大きな違いはない．
一方，ボルト軸力は，実大試験体 1100-5.1では振幅350%時に約90kNが生じているのに対して，縮小試験体  300-5.1では振幅350%までボルト軸力がほとんど生じていない．ここで，ゴム直径が異なる積層ゴムの寸法の比較を図10に示す．図の縦軸は 1100の部材寸法に対する比率であり，横軸はゴム直径である．図10より，縮小試験体では取付ボルトが実大試験体に比べて相対的に太くなっていることがわかる．したがって，取付ボルト径の違いにより，  300-5.1の取付ボルトには導入張力以上の応力が生じなかったものと考えられる．
本論文では，微小振幅領域から大振幅領域における天然ゴム系積層ゴムアイソレータの各種性能に及ぼす影響について検討した．水平剛性に対する振幅・面圧依存性は，大振幅領域に比べて微小振幅領域での増減が大きくなるが，振幅250%以上
ではハードニングの影響が表れた．このハードニングによる荷重上昇は高面圧になるほど緩やかと

0＋150＋

 [%]

 [%]
0100200300

40000100200比率[-]

中間鋼板1層厚

300400比率[-]

ゴム1層厚

総高さ

110.50.5

連結鋼板厚
フランジPL厚
取付ボルト間距離
連結ボルト
全断面積Ac

フランジPL
断面積APLゴム直径
フランジプレート外径

取付ボルト
全断面積AB

ゴム直径 [mm]0050010000

ゴム直径 [mm]05001000

なるが，履歴吸収エネルギーの増加は高面圧になるほど顕著であった．一方，縮小試験体と実大試
験体における取付ボルト径の違いにより，ハードニング時には局所的な差異が生じた．縮小試験体と実大試験体は，取付ボルトなどの周辺部材や中間鋼板厚において寸法が比例していないため，積層ゴム本体部および接合部の部材寸法に着目した追加の検討が必要である．
1) 高山峯夫：免震構造用天然ゴム系積層ゴムアイソ
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3) 安井健治，矢花修一，大鳥靖樹，平田和太，松田泰治：積層ゴム免震要素の線形限界に関する検討（その2 試験結果），日本建築学会学術講演梗概集，pp.693-694，1996.94) 鈴木政美，瓜生満，高山峯夫：高面圧下における積層ゴムアイソレータの実大実験（その4 800 積層ゴムの基本性能とその評価），日本建築学会学術講演梗概集，pp.703-704，1996.95) 瓜生満，中山一彦，高山峯夫：高面圧下における積層ゴムアイソレータの実大実験（その5 800 積層ゴムの限界性能とその評価），日本建築学会学術講演梗概集，pp.705-706，1996.96) 小 林 真 帆 ， 酒 井 一 至 ， 黒 澤 未 來 ， 吉 敷 祥 一 ：EIsolationを 活 用 し た 天 然 ゴ ム 系 積 層 ゴ ム の 実 験 研究 ，日本 地震 工学シ ンポジウ ム，Day2-G416-09，2023.117) 小林真帆，酒井一至，黒澤未來，吉敷祥一，東山孝治，味野朋裕：高鉛直荷重下の水平荷重測定において摩擦力と慣性力から解放された実大動的免震実験装置の開発と実現 その13：積層ゴムの微小変形下における挙動，日本建築学会学術講演梗概集，pp.521-522，2023.98) 小林真帆，黒澤未來，吉敷祥一：小振幅下における天然ゴム系積層ゴムの各種依存性，日本建築学会関東支部研究報告集，pp.489-492，2023.2