JP2008121228A - 免震構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】建築物と地盤との間に配置され、ゴム層と硬質板層とをそれぞれ複数個、交互にかつ地盤表面に水平に積層してなる免震構造体であって、下記の等価剛性Keq及び等価減衰定数Heqに関する特性を有することを特徴とする免震構造体。
Keq(1サイクル目)/Keq(3サイクル目)<1.20、かつ、
Heq(1サイクル目)/Heq(3サイクル目)>0.90
【選択図】図1
Description
このような免震構造体の作用効果は、コンクリートのような剛体建物と基礎土台との間に、横方向に柔らかい、即ちせん断剛性率の小さい免震構造体を配置することにより、コンクリート建物の固有周期を地震の周期からずらすことによる。このため、免震構造体を建物と土台との間に配置する免震設計により、地震により建物が受ける加速度は非常に小さくなる。
(1)同一振幅で繰り返し加力を実施した場合に、第1サイクルと例えば第3サイクルの特性(Gやtanδ)を比較すると、両者には30〜50%程度の差があった。
(2)大変形(例えば、せん断歪250%)を与える前と後で、特性が約50%変動した。
(3)(2)の大変形後、時間の経過とともに特性は次第に回復するが、大変形を与える前と後の中間レベルまでしか回復しない。
また、(1)〜(3)のように、荷重の履歴順序、繰り返し数、荷重経験後の経時的な変化などがあり、免震ゴムとしての設計用特性値を定義するのが困難であり、設計精度に問題があった。また、地震応答解析用のモデル化も困難であった。
本発明の免震構造体は、建築物と地盤との間に配置され、ゴム層と硬質板層とをそれぞれ複数個、交互にかつ地盤表面に水平に積層してなる免震構造体であって、下記の特性を有することを特徴としている。
等価剛性Keq;
Keq(1サイクル目)/Keq(3サイクル目)<1.20
(ただし、Keq(1サイクル目)は、製造後変形させない状態から±100%変形させた時のKeqであり、Keq(3サイクル目)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた時の3度目のKeqである。)
かつ
等価減衰定数Heq;
Heq(1サイクル目)/Heq(3サイクル目)>0.90
(ただし、Heq(1サイクル目)は、製造後変形させない状態から±100%変形させた時のHeqであり、Heq(3サイクル目)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた時の3度目のHeqである。)
等価剛性Keq;
Keq(250%経験前 100%)/Keq(250%経験後 100%)<1.50
(ただし、Keq(250%経験前 100%)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた時の3度目のKeqであり、Keq(250%経験後 100%)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた後、さらに±250%3度変形させた後さらに±100%3度変形させた時の3度目のKeqである。)
かつ
等価減衰定数Heq;
Heq(250%経験前 100%)/Heq(250%経験後 100%)>0.9
(ただし、Heq(250%経験前 100%)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた時の3度目のHeqであり、Heq(250%経験後 100%)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた後、さらに±250%3度変形させた後さらに±100%3度変形させた時の3度目のHeqである。)
回復特性;
Keq’/Keq>0.9 かつHeq’/Heq<1.1
(ただし、Keqは、大変形前の±100%加力時の3サイクル目の等価剛性であり、Keq’は、大変形(250%)経験後、1週間経過したのちの±100%加力時の3サイクル目のKeqである。また、Heqは、大変形前の±100%加力時の3サイクル目の等価減衰定数であり、Heq’は、大変形(250%)経験後、1週間経過したのちの±100%加力時の3サイクル目の等価減衰定数である。)
等価剛性Keq及び等価減衰定数Heqに関し、<1>及び<2>の特性を有することを特徴とする免震構造体。
等価剛性Keq及び等価減衰定数Heqに関し、<1>ないし<3>の全ての特性を有することを特徴とする免震構造体。
前記ゴム層が、エチレンオキサイドが付加された芳香族オリゴマーとゴム成分とを含むことを特徴とする<1>ないし<5>のいずれかに記載の免震構造体。
前記芳香族オリゴマーが、前記ゴム成分100質量部当たり、2〜60質量部含有されていることを特徴とする<6>に記載の免震構造体。
前記芳香族オリゴマーの数平均分子量が、100〜2000であることを特徴とする<6>または<7>に記載の免震構造体。
前記ゴム層が、さらに、樹脂を含有することを特徴とする<6>ないし<8>のいずれかに記載の免震構造体。
前記樹脂が、フェノール樹脂、ロジン樹脂、DCPD樹脂、C5系石油樹脂、C9系石油樹脂、脂環系石油樹脂、C5系石油樹脂とC9系石油樹脂とを共重合させた樹脂、キシレン樹脂、テルペン樹脂、ケトン樹脂、ポリエステルポリオール樹脂およびこれらの樹脂の変性樹脂からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂であることを特徴とする<9>に記載の免震構造体。
前記樹脂が、前記ゴム成分100質量部当たり、5〜60質量部含有されていることを特徴とする<9>又は<10>に記載の免震構造体。
図1に示す免震構造体1は、複数個の剛性を有する硬質板層2と粘弾性的性質を有するゴム層3とを交互に貼り合わせてなる円柱状の積層体(以下、積層ゴムという。)4の中心部に円筒状の空洞部(空間部)5を設け、この空洞部5内に充填材料6を充填したものである。なお、図中、符号7,8はフランジである。
ここで、等価剛性Keq及び等価減衰定数Heqについて図2を参照して説明する。図2は、高減衰ゴムの履歴復元力特性の一例をグラフで示す図である。横軸は水平変位δを示し、縦軸は水平荷重Qを示す。Keq及びHeqは次式で与えられる。
Keq=Geq・A/H
Heq=ΔW/(2πKeqδ0 2)
上記式中、各変数は以下の通りである。
Geq:せん断弾性率
A:せん断面積
H:せん断厚み
ΔW:図2のグラフにおいて、ループで囲まれた面積
Keq(1サイクル目)/Keq(3サイクル目)・・・(1)
(ただし、Keq(1サイクル目)は、製造後変形させない状態から±100%変形(せん断変形)させた時のKeqであり、Keq(3サイクル目)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた時の3度目のKeqである。)
(ただし、Heq(1サイクル目)は、製造後変形させない状態から±100%変形させた時のHeqであり、Heq(3サイクル目)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた時の3度目のHeqである。)
Keq(1サイクル目)/Keq(3サイクル目)<1.20
Heq(1サイクル目)/Heq(3サイクル目)>0.90
Keq(250%経験前 100%)/Keq(250%経験後 100%)・・・(3)
(ただし、Keq(250%経験前 100%)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた時の3度目のKeqであり、Keq(250%経験後 100%)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた後、さらに±250%3度変形させた後さらに±100%3度変形させた時の3度目のKeqである。)
(ただし、Heq(250%経験前 100%)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた時の3度目のHeqであり、Heq(250%経験後 100%)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた後、さらに±250%3度変形させた後さらに±100%3度変形させた時の3度目のHeqである。)
Keq(250%経験前 100%)/Keq(250%経験後 100%)<1.50
Heq(250%経験前 100%)/Heq(250%経験後 100%)>0.9
Keq’/Keq・・・(5)
(ただし、Keqは、大変形前の±100%加力時の3サイクル目の等価剛性であり、Keq’は、大変形(250%)経験後、1週間経過したのちの±100%加力時の3サイクル目のKeqである。)
(ただし、Heqは、大変形前の±100%加力時の3サイクル目の等価減衰定数であり、Heq’は、大変形(250%)経験後、1週間経過したのちの±100%加力時の3サイクル目の等価減衰定数である。)
Keq’/Keq>0.9
Heq’/Heq<1.1
本発明において、積層ゴム4の形状、積層ゴム4の空洞部5及び充填材料6の形状は免震効果、減衰効果を有効に発揮し得る形状であればよく、例えば、積層ゴムの形状は円柱状に限らず、角柱状であっても良い。なお、空洞部5の形状は円筒状などの筒状であることが好ましい。
前記「芳香族オリゴマー」とは、多環芳香族でない芳香族、すなわち、単環であるベンゼン環を1以上含むオリゴマーをいう。このような芳香族オリゴマーは多環芳香族を含有しないため、毒性に関する問題が生じず、作業性を向上させることができる。前記芳香族オリゴマーには、エチレンオキサイドが付加されている。エチレンオキサイドが付加されていることで、マリンズ効果(繰り返し変形において弾性率が低下する現象)を低減させることができる。これは、当該オリゴマーが、カーボンとポリマー、樹脂とカーボン、樹脂とポリマーの分散を向上させることにより、繰り返しせん断によるゴム内部の構造破壊を抑制しているためと推察される。
前記高減衰ゴム材料は、シート状に成形し、これを所望の形状に打ち抜いてゴム層3として使用することができる。
(高減衰ゴム材料の作製)
下記成分をバンバリーミキサーにより混練し、ゴム組成物を製造した。得られたゴム組成物を、ゴム圧延用ロールを用いて1.6mm厚に圧延しゴムシート(ゴム層)を製造した。そして、得られたゴムシートを、直径225mmの円板状に打ち抜いた。
天然ゴム:100質量部
カーボン:65質量部
ポリエステルポリオール樹脂:10質量部
ジシクロペンタジエン(クイントン1325):20質量部
芳香族オリゴマー(L5):20質量部
アロマオイル:5質量部
亜鉛華混合硫黄:2質量部
促進剤CZ:1質量部
「ゴム成分」である天然ゴムは、RSS#4を使用した。「無機充填剤」であるカーボンブラックは、旭#80−N(旭カーボン(株)製)を使用した。「促進剤」である促進剤CZは、ノクセラーCZ(大内新興化学工業(株)製)を使用した。「架橋剤」である亜鉛華混合硫黄は、Z硫黄(鶴見化学製)を使用した。アロマオイルとしては、ダイナナプロセスオイルAH−58(出光興産(株)製)を使用した。
・面圧(鉛直方向の圧力)σ=13.0MPa
・せん断歪γ=50%、100%、150%、200%、250%
・各歪での繰り返しサイクル数:3
・加振周波数:f=0.33Hz、正弦波
・試験時温度:20℃
一方、せん断歪γ=±100%におけるせん断弾性率Geq及び等価減衰定数Heqの数値を下記表1に示す。
また、実施例1の免震構造体の履歴復元力特性を図4に示す。
実施例1においた使用したゴムシート(ゴム層)を変更したこと以外は実施例1と同様にして比較例1の免震構造体を作製した。
次いで、各せん断歪において、初期値、20日後のせん断弾性率Geq及び等価減衰定数Heqを測定した。それぞれのせん断弾性率Geq及び等価減衰定数Heqを図5に示す。
また、比較例1の免震構造体の履歴復元力特性を図6に示す。
ゴム層の配合成分を表2に、条件式(1)〜(6)の値を含む物性値を表3に示した。
2 硬質板層
3 ゴム層
4 積層体
5 空洞部
6 充填材料
7,8 フランジ
Claims (11)
- 建築物と地盤との間に配置され、ゴム層と硬質板層とをそれぞれ複数個、交互にかつ地盤表面に水平に積層してなる免震構造体であって、下記特性を有することを特徴とする免震構造体。
等価剛性Keq;
Keq(1サイクル目)/Keq(3サイクル目)<1.20
(ただし、Keq(1サイクル目)は、製造後変形させない状態から±100%変形させた時のKeqであり、Keq(3サイクル目)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた時の3度目のKeqである。)
かつ
等価減衰定数Heq;
Heq(1サイクル目)/Heq(3サイクル目)>0.90
(ただし、Heq(1サイクル目)は、製造後変形させない状態から±100%変形させた時のHeqであり、Heq(3サイクル目)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた時の3度目のHeqである。) - 建築物と地盤との間に配置され、ゴム層と硬質板層とをそれぞれ複数個、交互にかつ地盤表面に水平に積層してなる免震構造体であって、下記特性を有することを特徴とする免震構造体。
等価剛性Keq;
Keq(250%経験前 100%)/Keq(250%経験後 100%)<1.50
(ただし、Keq(250%経験前 100%)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた時の3度目のKeqであり、Keq(250%経験後 100%)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた後、さらに±250%3度変形させた後さらに±100%3度変形させた時の3度目のKeqである。)
かつ
等価減衰定数Heq;
Heq(250%経験前 100%)/Heq(250%経験後 100%)>0.9
(ただし、Heq(250%経験前 100%)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた時の3度目のHeqであり、Heq(250%経験後 100%)は、製造後変形させない状態から±100%3度変形させた後、さらに±250%3度変形させた後さらに±100%3度変形させた時の3度目のHeqである。) - 建築物と地盤との間に配置され、ゴム層と硬質板層とをそれぞれ複数個、交互にかつ地盤表面に水平に積層してなる免震構造体であって、下記特性を有することを特徴とする免震構造体。
回復特性;
Keq’/Keq>0.9 かつHeq’/Heq<1.1
(ただし、Keqは、大変形前の±100%加力時の3サイクル目の等価剛性であり、Keq’は、大変形(250%)経験後、1週間経過したのちの±100%加力時の3サイクル目のKeqである。また、Heqは、大変形前の±100%加力時の3サイクル目の等価減衰定数であり、Heq’は、大変形(250%)経験後、1週間経過したのちの±100%加力時の3サイクル目の等価減衰定数である。) - 前記等価剛性Keq及び等価減衰定数Heqに関し、請求項1及び請求項2の特性を有することを特徴とする免震構造体。
- 前記等価剛性Keq及び等価減衰定数Heqに関し、請求項1ないし請求項3の全ての特性を有することを特徴とする免震構造体。
- 前記ゴム層が、エチレンオキサイドが付加された芳香族オリゴマーとゴム成分とを含むことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の免震構造体。
- 前記芳香族オリゴマーが、前記ゴム成分100質量部当たり、2〜60質量部含有されていることを特徴とする請求項6に記載の免震構造体。
- 前記芳香族オリゴマーの数平均分子量が、100〜2000であることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の免震構造体。
- 前記ゴム層が、さらに、樹脂を含有することを特徴とする請求項6ないし請求項8のいずれか一項に記載の免震構造体。
- 前記樹脂が、フェノール樹脂、ロジン樹脂、DCPD樹脂、C5系石油樹脂、C9系石油樹脂、脂環系石油樹脂、C5系石油樹脂とC9系石油樹脂とを共重合させた樹脂、キシレン樹脂、テルペン樹脂、ケトン樹脂、ポリエステルポリオール樹脂およびこれらの樹脂の変性樹脂からなる群から選択される少なくとも1種の樹脂であることを特徴とする請求項9に記載の免震構造体。
- 前記樹脂が、前記ゴム成分100質量部当たり、5〜60質量部含有されていることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の免震構造体。
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