JP3710237B2

JP3710237B2 - 鉛プラグ入積層ゴム支承

Info

Publication number: JP3710237B2
Application number: JP32159596A
Authority: JP
Inventors: 幸夫中村; 元佐藤
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2016-12-02
Also published as: JPH10159897A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は上下に間隔を隔てた２つの部材間に取付けられ、これらの２つの部材間の相対的な変位による運動エネルギを吸収するエネルギ吸収体、特に橋梁、ビル、家屋等の土木建築物の免振構造であって、外部からの地震動等の振動エネルギを材料の塑性変形エネルギとして吸収させて上部構造体を地震動等の振動から保護する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、免振装置としての「鉛プラグ入積層ゴム支承」が知られているが、これは、エネルギ吸収材である円柱形状の鉛プラグを変形させるのに積層ゴムの剪断変形を利用するものである。鉛プラグは、ゴムと中間鋼板とを交互に積層したゴム積層体の中央部に上下方向に貫く空孔を開け、この空孔の中に鉛プラグを流し込みや圧入で封入したものである。ゴムと中間鋼板の積層体は、土木建築物の基礎部分や中間部分を鉛直方向には比較的硬いが、水平方向についての二次元の移動には自由度があり、剪断力に対して弾性的な変形を許容する作用をする。一方、エネルギ吸収材としての鉛プラグはダンパーとして機能を果たし、剪断方向の振動エネルギを吸収して振動を抑制する作用をする。この種の「鉛プラグ入積層ゴム支承」は、特開昭５２−４９６０９号公報に「周期的剪断エネルギー吸収体」として開示されている。
【０００３】
ゴム積層体の空孔に鉛プラグを封入する際、空孔の体積より鉛の体積を数％程度大きくしておき、鉛プラグに対して圧力を加えることにより中間鋼板が鉛に食い込むように「インターロック」させることが、鉛の塑性変形による減衰効果を発揮させる上で重要な要素となる。
このようにして構成された「鉛プラグ入積層ゴム支承」は、比較的小さな数10％程度の剪断歪みの範囲内では安定したエネルギ吸収材として機能するが、剪断歪の大きさは＋／−100 ％程度が限界であり、無理に大きな剪断歪みを与えると繰り返し変形の間に鉛プラグにヒビ割れが入って破壊するに至り、エネルギ吸収能力を喪失するという欠点があった。ゴム自体は400 ％以上の剪断歪みまで変形可能であるが、金属の鉛はこのような大きな剪断歪みに耐えきれずに徐々に柔らかいゴム層に入り込んで初期の形とかけ離れた形状になり破断にいたる。これを防ぐために、中間鋼板の枚数を20〜40枚程度に増やすことが行われている。
【０００４】
鉛プラグが繰り返し変形を受ける間にヒビ割れが生じたり、エネルギ吸収能力を喪失するという問題に対処するために、特開昭５９−６２７４２号公報の「エネルギ吸収装置」、特開昭６１−１７６７７６号公報の「周期的せん断エネルギー吸収装置」には、鉛プラグの周囲にこの鉛プラグの変形を許容する可撓性の壁で構成された拘束手段を設けることが提案されている。しかしながら、これらの拘束手段は、鉛プラグの周囲に螺旋状に巻かれた帯材からなるもので、剪断歪みが非常に大きい場合には対応困難であった。
【０００５】
一方、鉛プラグをゴム積層体に挿入するのではなく、鉛自体の塑性変形によるエネルギ吸収効果を利用して、鉛プラグ単体でダンパーとして使うことも行われている。この場合も、鉛の塑性変形による破壊を防止する為に内部に補強材を埋め込んだり（特開昭６１−２９０２４５号公報）、表面を螺旋状のワイヤで被覆したり（特開昭６１−２９４２３０号公報）、外周を径方向の相対移動を規制する鋼製リングで覆ったり（特開昭６１−２９４２３２号公報）、外周を密接して複数の鋼体リングで積層状態に装着したり（特開昭６１−２９４２３４号公報）、外周を断面がＳ字形の帯鋼板を螺旋状に巻き付けたり（特開昭６２−２７４１２４号公報）することが提案されている。しかしながら、いずれも、長期間にわたって鉛を破断防止するには到っておらず、若干の延命効果を得るレベルに留まっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の「鉛プラグ入積層ゴム支承」に関する上記の問題を解決することを課題とする。
即ち、本発明は、（１）鉛の剪断変形能力を、ゴム層の剪断歪みにして200 ％以上に向上させる為に、（２）鉛のゴム層への食い込みを防止し、これによって、（３）ダンピンク性能を向上させ、且つ（４）鉛の破断を防止する、ことを目的とする鉛プラグ入積層ゴム支承を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明では、ゴムと中間鋼板とを上下方向に交互に積層して成る積層ゴム部と、該積層ゴム部を上下方向に貫通して設けられた孔に挿入された、鉛からなる弾塑性材料と、該弾塑性材料の周囲を設けられた拘束部とから成る、上下に間隔を隔てた２つの部材間の運動エネルギを吸収する、鉛プラグ入積層ゴム支承において、前記拘束部は、鉛以上の降伏応力を持つ材料から成り且つ前記孔を規定する開口を有する複数の囲い板を上下方向に積層した構造を有し、該囲い板は隣接する囲い板との間に、所定の剪断変形時にも重なり代を有する摺動部が設けられ、且つ前記囲い板は剪断変形時に前記中間鋼板と機械的に連動するように該中間鋼板との間で位置関係を保って配置され、前記囲い板の少なくとも幾つかは、前記中間鋼板とは一体に形成されていることを特徴とする鉛プラグ入積層ゴム支承が提供される。
【０００８】
本発明の鉛プラグ入積層ゴム支承が剪断変形を受けると、積層ゴム部は弾性変形し、一方で鉛の弾塑性部材は塑性変形する。その場合において、囲い板は中間鋼板と機械的に連動するように中間鋼板との間で位置関係を保って配置されているので、鉛の弾塑性部材も積層ゴム部と共に剪断方向に一様な変形を生じる。拘束部を構成している囲い板は、その摺動部が所定の剪断変形時にも重なり代を有するので、剪断歪みが所定値近くの大きな値となった場合においても、鉛の封じ込め作用を十分に維持し、また、拘束部は多数の囲い板の積層構造であるので、鉛の弾塑性部材との接触個所を上下方向に数多くとることができ、後述のようにエネルギ吸収効率（ＳＥＤ）を大きくすることができる。したがって、囲い板と鉛の弾塑性部材の表面との間では滑りが少なく、弾性変形する積層ゴム部の弾性復元力を利用して変形後の鉛の弾塑性部材を元の形状に復帰させることが可能となる。「所定の剪断変形時にも重なり代を有する」とは、剪断歪みが２５０％に達した時でも、鉛の弾塑性部材を封じ込めておくように、囲い板が隣接する囲い板との間で重なり代を有して互いに接触している状態である。
【０００９】
また、本発明では、前記囲い板と前記中間鋼板とは一体又はわずかに間隔を持たせて構成されていることを特徴とする。これにより、囲い板と中間鋼板との間の機械的な連動性を一層確実なものとし、剪断変形時に鉛の弾塑性部材を積層ゴム部と一体的に剪断方向に均一な変形とすることができる。
更に本発明は、前記囲い板の幾つかは、前記中間鋼板と平行で且つ該中間鋼板より短いフィンと一体に形成されたフィン付囲い板であることを特徴とする。この場合において、前記フィン付囲い板と、前記中間鋼板と一体となった囲い板とが交互に積層されていることを特徴とする。これにより、ゴム積層体のゴムと中間鋼板とのピッチと、拘束部における囲い板のピッチとを適宜選定することができる。
【００１０】
更に、本発明は、前記囲い板積層部の上下端の少なくとも一方にバネ要素を直列に配置し、上下方向に弾性特性を与えるようにしたことを特徴とする。これにより、水平方向のの変形に対応可能であるばかりでなく、鉛直方向の歪みに対応可能となる。
また、本発明は、前記囲い板の開口は、弾塑性材料との接触部分の角が面取りされていることを特徴とする。鉛の弾塑性部材が囲い板の開口の面取り部分に食い込むことりにより、前記インターロック機構を確実にするとともに剪断変形時に鉛の囲い板と接触する部分が傷つけられることが防止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
まず、図１〜図３において、鉛プラグの機械的性質についての実験を行ったので、本発明の原理との関連で説明する。
弾塑性材料として用いる鉛は、常温でｎ結晶・結晶粒の成長が起き、ポアソン比が0.4 以上のいわゆる非圧縮材料(imcompressible materials)に近い珍しい金属材料である。したがって、適切な圧力で密着させた状態で変形させた後に元の形状に戻してやると幾度も再結晶と結晶粒の成長を起こして破断せずに長寿命を実現することができる。
【００１２】
ここで、エネルギ吸収効率を表現する指標として「ＳＥＤ： Specific Energy Dissipation」を使用して説明する。このＳＥＤは、力と変位の履歴曲線の一周あたりの吸収エネルギを「体積：Ｖ」と「剪断歪み: γ」を使って規格化したもので、単位体積当りのエネルギ吸収効率を表す。
図１は円柱状の鉛１の両端をカラー２で支持して固定し、この状態で中央部のカラー３を矢印Ａ方向に繰り返し振った（ａ）後に、鉛プラグ１が変形する状態（ｂ）を示したものである。この場合、鉛の剪断歪みγ＝0.25〜0.5 に対し、ＳＥＤ＝18.1〜22.1となる。このように、裸の鉛プラグの場合は、局部的な変形にとどまる為にＳＥＤ＝２０程度となる。
【００１３】
図２は円柱状の鉛１を広幅のカラー４を連続的に７個並べたものの中に鉛プラグを封じ込め、前記と同様に両端を固定し中央部を矢印Ａ方向に繰り返し振った（ａ）後に、鉛プラグ１が変形する状態（ｂ）を示したものである。この場合、鉛の剪断歪みγ＝0.25〜0.5 に対し、ＳＥＤ＝39.8〜48.2となり、ＳＥＤは最大値が５０程度となり、やや不規則な変形が見られる。
【００１４】
図３は円柱状の鉛１を薄いワッシャリング５を連続的に８個ずつ計１６個並べたものの中に封じ込め、前記と同様に両端を固定し中央部を矢印Ａ方向に繰り返し振った（ａ）後に、鉛１が変形する状態（ｂ）を示したものである。この場合、鉛の剪断歪みγ＝0.25〜0.5 に対し、ＳＥＤ＝67.2〜94.5となり、連続的で比較的規則的な変形をしており、ＳＥＤは最大値が９０以上となる。
【００１５】
このように、図１〜３の実験から明らかなように、剪断変形に対応する鉛プラグ内の滑り面を増やすと、ＳＥＤが増加する傾向が観察された。またこの実験では、変形後の鉛プラグは塑性変形の為に元の形状には復帰せず、変形し易い個所のみに変形が集中することがわかった。
上記の実験結果を踏まえ、本発明では、弾塑性材料である鉛に対し変形が集中するのを避けて一様な分布で変形を生じさせ、更に元の形状に復帰させるのに、鉛よりも降伏力応力が大きな金属で鉛プラグを囲うだけでなく、ゴムと中間鋼板とを交互に積層した積層ゴムの弾性復元力を有効に利用するために、鉛よりも降伏力応力が大きい金属から成る多数の囲い板を積層状態にして鉛を封じ込めることが有効である、との原理に基づいている。
【００１６】
図４（ａ）は本発明の鉛プラグ入積層ゴム支承の第１実施形態を示す。鉛プラグ入積層ゴム支承１０は上下に間隔を隔てた２つの部材間の運動エネルギを吸収する為に使用されるもので、橋梁、ビル等の土木建築物の基礎や中間部分と上物構築物との間に固定して取付けられる。即ち、下フランジ１１は構築物の基礎（図示せず）に例えばボルト等で固定され、上フランジ１２は上物構築物（図示せず）にボルト等で固定される。
【００１７】
下フランジ１１と上フランジ１２との間には、積層ゴム部１３があり、この積層ゴム部１３はゴム１４と中間鋼板１５とを上下方向に交互に積層して成るものである。中間鋼板１５としては、鉛よりも降伏力応力が大きな金属、典型的には鉄鋼材の平板で構成され、ゴムと一体的な積層体として構成される。積層ゴム部１３は主として水平方向の剪断歪みによる弾性変形を受け持つものである。
【００１８】
積層ゴム部１３には上下方向に貫通した孔１６が設けられ、この孔１６の中に周囲が拘束部１７によって囲われた鉛プラグ１が挿入される。この実施例では拘束部１７は中間鋼板１５と一体的に鉄鋼材で構成されている。即ち、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、正方形の薄い板状の周囲部は中間鋼板１５として形成され、中心部の厚肉の円形部分は拘束部となる囲い板１７として形成されている。
【００１９】
この囲い板１７は、中心に鉛プラグ１の入る貫通孔１６を規定する開口１８を有すると共に、この囲い板１７を積層した際、隣接する囲い板との間に、相互に密に接触して鉛プラグを拘束するための平滑面の摺動部１９が設けられる。この実施例では、摺動部１９は、図８に示すように、囲い板１７の所定の厚さｔを持った厚肉部分の半径方向の寸法Ｗ（図８）の部分の表面で、隣接する囲い板との接触可能領域である。
【００２０】
囲い板１７の開口１８の内壁の上下縁にＲ形ないし丸形ないしはテーパの面取り部２０が形成されている。この面取り部２０は、後述のように、鉛プラグ１が囲い板１７の面取り部２０に食い込んでいることにより、図７に示すような剪断変形を受けた際に鉛プラグ１が囲い板１７と接触する部分において９０度の角度で接触して鉛プラグの表面が傷つけられること、即ち集中した局部変形を受けるのを防止するためである。
【００２１】
囲い板１７の半径方向外側の上下縁部２１、即ち中間鋼板１５との接続部分も滑らかなＲ形状又は丸形ないしはテーパの形状で中間鋼板１５の表面と接続していることが望ましい。この上下の接続部分２１は、ゴム１４に接触しているため、図７に示すような剪断変形を受けた際に接続部分２１に近接するゴム１４の部分が局部的に大きな変形を受けることを防止するためである。また、これらの接続部分２１には予め離型剤等を塗布した上でゴムと一体化する等の処理により、接続部分２１とその近傍のゴムの部分とが機械的な固着接合を絶ち、非接着の状態となっているのが望ましい。
【００２２】
そして、中間鋼板１５と一体型の囲い板１７は積層される。即ち、厚肉の囲い板１７の部分は、摺動部１９が隣接する囲い板の摺動部と接触するように積層され、一方薄肉の中間鋼板１５の部分は隣接する中間鋼板との間にゴム１４が積層される間隔を規定する。
このようにした一体化された積層ゴム部１３と拘束部１７において、囲い板１７の開口１８によって規定される上下方向の貫通孔１６に鉛１が挿入される。囲い板１７に面取り部２０がない場合は、円筒状の鉛を貫通孔１６内に圧入することも可能であるが、囲い板１７に面取り部２０があって、面取り部２０によって形成される内周溝の中にも十分に鉛を行き渡るようにするには、溶融した鉛を貫通孔１６に注入し、冷却して固化することが望ましい。この鉛プラグ１は鉛プラグ入積層ゴム支承が剪断変形を受けた場合に、塑性変形をし、その塑性エネルギにより主としてダンパーとして機能する部分である。
【００２３】
図６は下フランジ１１及び上フランジ１２の形状を示すものである。下フランジ１１は最下の囲い板１７と接触し、上フランジ１２は最上の囲い板１７と接触し、協働して鉛プラグ１を密閉的に封じ込める作用をする。したがって、下フランジ１１及び上フランジ１２の囲い板１７と接触する部分には、囲い板１７の摺動部１９と同様な摺動部１９ａを有するように設計する。即ち、囲い板１７の摺動部１９に対応する部分を、囲い板１７と中間鋼板１５の段差に相当する寸法だけ盛り上げ、囲い板１７の摺動部１９の同じ半径方向の寸法だけ平らな接触部分を形成すると共に、開口部の上下縁を面取りした形状とする。
【００２４】
図４（ｂ）は、この第１実施形態において、下フランジ１１と上フランジとの間で剪断方向の変位を生じた状態を示す。前述のように、鉛プラグ入積層ゴム支承が剪断変形を受けると、積層ゴム部１３は弾性変形をし、図示のように規則的な傾斜状態となる。これは、積層ゴム部１３がゴム１４と中間鋼板１５とを上下方向に交互に略等しいピッチで積層されていて、上下方向の変位に対しては比較的固く、一方で水平方向の変位を許容するような形態に構成されているからである。
【００２５】
したがって、中間鋼板１５と一体で且つ積層されている囲い板１７は弾塑性部材である鉛プラグ１と一緒に図示のように傾斜し、個々の囲い板１７はそれらの摺動部１９において順次等しい寸法だけずれることとなる。このため、囲い板１７によって密閉状態に保持されている鉛プラグ１は上下方向に比較的一様な変形を生じ、裸の鉛プラグに見られる上下端の球頭化も防止できる。
【００２６】
図８において、囲い板１７の摺動部１９は所定の剪断変形時にも半径方向のずれ量ｄに対して重なり代ｅを有するので、例えば、剪断歪みが250 ％に達した時でも、鉛プラグ１を密閉状態に封じ込めておくように、Ｗの寸法を設定しておけばよい。したがって、囲い板１７と鉛プラグ１との接触表面では、鉛プラグ１の滑りを少なくでき、積層ゴム部１３が弾性変形により元の状態に復元した際には、鉛プラグ１は元の円柱の状態に復帰することができる。
【００２７】
図８において、所定の剪断変形時にも半径方向のずれ量ｄに対して重なり代ｅを得るための条件について説明する。図８において、
Ｗ：囲い板の摺動部の半径方向の寸法（滑り代）
ｄ：隣接する２つの囲い板の滑り距離
ｅ：隣接する２つの囲い板が滑り距離ｄだけ変位した時の重なり代
ｔ_S：中間鋼板の1 枚の厚さ
ｔ_r：中間鋼板間のゴム一層の厚さ
ｔ：中間鋼板の1 枚とゴム層１枚の厚さの和（ｔ＝ｔ_S＋ｔ_r）
γ ：鉛の剪断歪み（γ＝ｄ／ｔ）
γ_max：鉛の剪断歪み限界（例えば、＝250 ％）
と定義した場合、Ｗ＝ｄ＋ｅが成立する式で、γ＝γ_maxにおいて、ｅ＞０が成立することが必要である。
【００２８】
また、γ＝ｄ／ｔで定義される鉛の剪断歪み式で、γ_maxは30％以上、300 ％以下の範囲の設定とし、好ましくは100 〜250 ％とする。
更に、ｔ＝ｔ_S＋ｔ_rで定義される中間鋼板の1 枚とゴム層１枚の厚さの和の範囲は、２mm以上、100 mm以下と設定し、好ましくは２mm〜30mmとする。
図９（ａ）は本発明の鉛プラグ入積層ゴム支承の第２実施形態を示す。下フランジ１１及び上フランジ１２は第１実施例と同じである。第１実施形態では、すべての囲い板１７が中間鋼板１５と一体型のものであった。この第２実施形態においては、積層ゴム部１３がゴム１４と、囲い板１７と一体の中間鋼板１５とを上下方向に交互に積層して成る点では第１実施形態と同じであるが、１つおきに中間鋼板が退化していて、外周方向の長さが短くなったフィン３１として形成されている。また、囲い板１７’の部分も厚さが、中間鋼板１５と一体型の囲い板１７と異なる例である。
【００２９】
しかし、囲い板１７’の中心部に設けてある鉛プラグ１の入る開口は、中間鋼板１５と一体型の囲い板１７の開口１８と同じ内径を有し、摺動部１９についても全く同様である。更にまた、開口１８の内壁の上下縁の面取り部２０及びフィン３１との接続部分２１における形状も中間鋼板１５と一体型の囲い板１７と全く同じである。
【００３０】
このように、中間鋼板１５と一体型の囲い板１７とフィン３１と一体型の囲い板１７’とを交互に積層して鉛プラグ１の拘束部を形成することにより、積層ゴム部１３における中間鋼板１５の間隔ないしピッチを余り小さくしないで、積層される囲い板１７（１７’）の上下方向のピッチを小さくし、囲い板をより密に配置することで、図９（ｂ）のように剪断変形した時において、鉛プラグ１の塑性変形をより滑らかな変形とすることができる。その半面、積層ゴム部１３における中間鋼板１５の間隔ないしピッチを余り小さくしないので、弾性変形を生じさせるゴム層１４の上下方向の幅が大幅に小さくなることはないので、剪断方向の十分な弾性変形を許容し得ることとなる。
【００３１】
フィン３１の大きさは適当な大きさとされるが、囲い板１７’と一体に構成されているので、中間鋼板１５と一体型の囲い板１７と同様、積層ゴム部１３の剪断方向の弾性変形を鉛プラグ１に円滑に伝えることができる。他の構造及び作用については、第１実施形態の場合と同様である。
図１０（ａ）は本発明の鉛プラグ入積層ゴム支承の第３実施形態を示す。第１及び第２実施形態では、中間鋼板又はフィンと一体型の囲い板の部分を厚肉にして鉛プラグ１を封じ込めていたが、この第３実施形態では、鉛プラグ１を更に密な積層体により封じ込めるために、厚肉部を設けない形態とした。即ち、一様な厚さを有する囲い板兼用の中間鋼板３２を飛び飛びに配置し、この間にリング状の囲い板３３を配置した形態である。例えば、図示のように、囲い板兼用の中間鋼板３２の間に、この中間鋼板３２と同じ厚さのリング状の囲い板３３を２枚ずつ配置した構成である。
【００３２】
このような構造によると、図１０（ｂ）に示すように剪断変形を生じた際、積層ゴム部１３における中間鋼板３２の水平方向の動きに応じて、これと接触するリング状の囲い板３３も中間鋼板３２の動きに追随して同様な水平方向の動きを生じ、これにより鉛プラグ１を滑らかに塑性変形させることができる。
中間鋼板３２と隣接する中間鋼板３２との間に配置されるリング状の囲い板３３の数を余り多くすると、中間鋼板３２から離れたリング状の囲い板３３が中間鋼板３２に十分追随して動作できなくなる恐れがあるので、リング状の囲い板３３の追随性が良好で、且つ積層ゴム部１３におけるゴム層１４の厚さが十分な剪断歪みを許容できる程度とする。
【００３３】
例えば、中間鋼板３２とリング状の囲い板３３の厚さを各々１〜10mmの範囲とし、望ましくは２〜５mm程度とし、中間鋼板３２の枚数を２〜50枚とし、２枚の隣合う中間鋼板３２間に挿入されるリング状の囲い板３３の枚数を１〜12枚とするのが適当である。
中間鋼板３２とリング状の囲い板３３の厚さを等しく（＝ｔ）とした場合、隣合う板どうしの相対変位がｄの時、鉛プラグの剪断歪み（γ）は、
γ＝ｄ／ｔ
で近似され、この値の下限が30％以上、上限が300 ％以下になるように設計値をとる。
【００３４】
図１１（ａ）は第３実施形態と類似する第４実施形態を剪断歪みを受けた状態で示したものである。第３実施形態と異なる点は、囲い板兼用の中間鋼板３２とリング状の囲い板３３の開口の内周壁の上下縁をテーパ状とした点である。このテーパ面３５の角度は、剪断歪み限界を250 ％とした場合には、250 ％の歪みを与えて変形させた場合において、中間鋼板３２とリング状の囲い板３３のテーパ面３５が一直線状に並ぶような角度或いはその近傍に設定することが望ましい。また、剪断歪み限界を300 ％とする場合には、300 ％の歪みを与えて変形させた状態において中間鋼板３２とリング状の囲い板３３のテーパ面３５が一直線状に並ぶような角度又はその近傍に設定すべきであることは言うまでもない。
【００３５】
また、図１１（ａ）に示す第４実施形態においては、中間鋼板３２とリング状の囲い板３３で構成される積層体の開口孔には、円柱状の鉛プラグを打ち込みによって圧入しても、鉛プラグ１の表面がテーパ面３５に密着しないので、溶かし込みにより、溶融状態の鉛を注入した後冷却固化することにより、鉛プラグ１をテーパ面３５に密着させる。したがって、剪断変形する前の鉛プラグ１は図１１（ｂ）に示すような状態となり、外周面にテーパ面３５と対応する多数のテーパ状の凹凸面３６を有する。
【００３６】
図１２は本発明の本発明の鉛プラグ入積層ゴム支承の第５実施形態を示す。この実施形態は、図４（ａ）に示す第１実施形態と同様の形態であるが、囲い板１７から成る拘束部の上下端にバネ要素を直列に配し、上下方向の弾性特性を与えるようにしている点で第１実施形態と相違する。
ゴムと中間鋼板とを上下方向に交互に積層した積層ゴム部により鉛直方向の剛性を保つようにしている従来の支承構造では、鉛直方向の剛性は水平方向の剛性に対して1000〜2000倍の剛性を有する。上述した本発明の第１〜第４実施形態のように、ゴム１４と中間鋼板１５とを交互に積層した積層ゴム部１３に加えて、囲い板１７の積層部によって、鉛直方向の剛性を保つ構造では、鉛直方向の剛性が水平方向の剛性に対して更に大きくなる。
【００３７】
このような場合においても、鉛直方向の剛性を低くしたい状況も考えられる。このため、第５実施形態においては、上下フランジ１１、１２の囲い板１７と接触する部分を独立したリング状部材４０として構成すると共に、このリング状部材４０と嵌合するリング状溝４１を上下フランジ１１、１２に形成し、このリング状溝４１の中にバネ要素４２を挿入した後リング状部材４０を挿入する。
【００３８】
また、リング状部材４０はリング状溝４１に挿入された状態で、囲い板１７と接触する摺動部４０ａが上下フランジ１１、１２の対向面から突出して囲い板１７の摺動部１９に接触するようにする。バネ要素４２としては、大荷重を支持する関係上、エラストマ等のゴム状の弾性体が考えられる。
図１３は本発明の鉛プラグ入積層ゴム支承において拘束部にバネ要素を直列に配し、上下方向の弾性特性を与えるようにした別態様のものを示す。この実施形態では、上フランジ１２を橋梁やビル等の上物の荷重支持を行う積層ゴム部１３に対応する周囲部１２ａと、鉛プラグ１を封じ込める拘束部１７に対応する中心部１２ｂの２つに分割する。即ち、周囲部１２ａには、鉛の拘束部を形成している囲い板１７の径に対応する径の貫通孔４４を設け、この貫通孔４４に中心部１２ｂを挿入した後エラストマー等からなるバネ要素４５を挿入する。中心部１２ｂは周囲部１２ａの下面から下方に突出して囲い板１７の摺動部１９に接触するリング状の摺動部４６を有し、この摺動部４６は囲い板１７の摺動部１９に対応する形状を有する。
【００３９】
この実施形態では、バネ要素４５を鉛プラグ入積層ゴム支承に対して着脱可能に構成することができる。したがって、建設現場等において、建築物に応じて例えば弾性率の異なる他の種類のバネ要素を挿入したり、交換することにより上下方向の弾性特性を調整することができる。
図１４は、本発明の鉛プラグ入積層ゴム支承（図１１の実施形態に相当する支承）において、鉛の拘束部にバネ要素を直列に配し、上下方向の弾性特性を与えるようにした更に別態様のものを示す。この実施形態では、前述と同様に、上フランジ１２を積層ゴム部１３に対応する周囲部１２ａと、鉛プラグ１を封じ込める拘束部１７に対応する中心部１２ｂの２つに分割する。そして周囲部１２ａに設けた貫通孔４４に中心部１２ｂを挿入し、皿バネ４６を挿入する。中心部１２ｂは拘束部を構成している最上位の囲い板１７に接触する。この実施形態においても、建築物に応じて皿バネ４６により鉛直方向の剛性を調整し得ることは言うまでもない。
【００４０】
なお、図１２及び図１３の実施形態では、第１実施形態に相当する鉛プラグ入積層ゴム支承について説明し、また図１４の実施形態では、第４実施形態に相当する鉛プラグ入積層ゴム支承について図示したが、これらの実施形態における鉛直方向の弾性変形を得る構成は、本発明の鉛プラグ入積層ゴム支承の各実施形態に対して適用可能であること留意すべきである。
【００４１】
以上、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能であることに留意すべきである。
例えば、上述の実施形態では、拘束部を構成する囲い板１７を中間鋼板１５と一体構成とすることにより、剪断変形時に中間鋼板１５と囲い板１７とが機械的に連動するように構成したが、囲い板１７と中間鋼板１５とを別体として構成し、囲い板１７を中間鋼板１５の周囲に近接して配置するだけでも、鉛直方向の剛性が剪断方向の剛性に対し極めて高いことから、機械的に連動させることが可能である。
【００４２】
なお、図４（ａ），（ｂ）、図７、図９（ａ），（ｂ）、図12及び図13は鉛プラグ１の部分を明瞭に示すために、ゴム14及び中間鋼板15の部分を短く示しているが、実際は横方向に長いことに留意すべきである。
【００４３】
【発明の効果】
以上に説明したような、本発明によれば、鉛のポアソン比が0.44前後という殆ど非圧縮性材料に近い性質を有することを利用して、鉛プラグを密閉状態に近い状態に保ちつつ、剪断変形を受ける時は、鉛プラグの塑性エネルギを利用し、その際、剪断歪みが250 ％に達した時も鉛プラグを封じ込めるように囲い板の重なり代を設けることにより、極めて大きな剪断歪みを伴う地震動に対しても対応可能となり、また、このような大きな剪断歪みを受ける場合においても、鉛プラグを封じ込めた状態に維持することにより鉛のゴム層への食い込みを防止され、減衰効率が良好で且つ鉛の破断を防止した長寿命の鉛プラグ入積層ゴム支承が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉛プラグを裸の状態で機械的性質の実験を行った状態（ａ）、及び実験後の鉛プラグの変形（ｂ）を示す。
【図２】鉛プラグを広幅のカラーで支持して機械的性質の実験を行った状態（ａ）、及び実験後の鉛プラグの変形（ｂ）を示す。
【図３】鉛プラグを多数のリング状のワッシャで支持して機械的性質の実験を行った状態（ａ）、及び実験後の鉛プラグの変形（ｂ）を示す。
【図４】本発明の第１実施形態に係る鉛プラグ入積層ゴム支承の縦断面図（ａ）及び剪断歪みを受けた状態の縦断面図（ｂ）である。
【図５】本発明の第１実施形態において用いる中間鋼板と一体型の囲い板の断面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。
【図６】上下フランジの断面図（ａ）及び囲い板の断面図（ｂ）である。
【図７】本発明の第１実施形態において鉛プラグが剪断歪みを受けた状態の断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態において囲い板の寸法を示す断面図（ａ）、剪断歪みを受けた状態における囲い板の寸法を示す断面図（ｂ）である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る鉛プラグ入積層ゴム支承の縦断面図（ａ）及び剪断歪みを受けた状態の縦断面図（ｂ）である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る鉛プラグ入積層ゴム支承の縦断面図（ａ）及び剪断歪みを受けた状態の縦断面図（ｂ）である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る鉛プラグ入積層ゴム支承の剪断歪みを受けた状態の縦断面図（ａ）及び変形前の鉛プラグの形状を示す図（ｂ）である。
【図１２】本発明の鉛プラグ入積層ゴム支承において鉛直方向の弾性変形を許容する形態を示す断面図である。
【図１３】本発明の鉛プラグ入積層ゴム支承において鉛直方向の弾性変形を許容する他の形態を示す断面図である。
【図１４】本発明の鉛プラグ入積層ゴム支承において鉛直方向の弾性変形を許容する更に他の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１…鉛プラグ（弾塑性材料）
１０…鉛プラグ入積層ゴム支承
１１…下フランジ
１２…上フランジ
１３…積層ゴム部
１４…ゴム
１５…中間鋼板
１６…貫通孔
１７…拘束部（囲い板）
１８…開口
１９…摺動部
２０…面取り部
２１…接続部
３１…フィン
３２…中間鋼板
３３…リング状囲い板
３５…テーパ面
４０…リング状部材
４１…リング状溝
４２…バネ要素
４４…貫通孔
４５…バネ要素
４６…皿バネ

Claims

ゴムと中間鋼板とを上下方向に交互に積層して成る積層ゴム部と、該積層ゴム部を上下方向に貫通して設けられた孔に挿入された、鉛からなる弾塑性材料と、該弾塑性材料の周囲に設けられた拘束部とから成る、上下に間隔を隔てた２つの部材間の運動エネルギを吸収する、鉛プラグ入積層ゴム支承において、
前記拘束部は、鉛以上の降伏応力を持つ材料から成り且つ前記孔を規定する開口を有する複数の囲い板を上下方向に積層した構造を有し、該囲い板は隣接する囲い板との間に、所定の剪断変形時にも重なり代を持つ摺動部を有し、且つ前記囲い板の少なくとも幾つかは、剪断変形時に前記中間鋼板と機械的に連動するように該中間鋼板との間で位置関係を保って配置され、前記囲い板の少なくとも幾つかは、前記中間鋼板とは一体に形成されていることを特徴とする鉛プラグ入積層ゴム支承。
前記囲い板の他の少なくとも幾つかは、前記中間鋼板と平行で且つ該中間鋼板より、該囲い板から外周方向へ延びる距離の短いフィンと一体に形成されたフィン付囲い板であることを特徴とする請求項１に記載の鉛プラグ入積層ゴム支承。
前記フィン付囲い板と、前記中間鋼板と一体となった囲い板とが交互に積層されていることを特徴とする請求項２に記載の鉛プラグ入積層ゴム支承。
前記囲い板積層部の上下端の少なくとも一方にバネ要素を直列に配置し、上下方向に弾性特性を与えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の鉛プラグ入積層ゴム支承。
前記囲い板の開口の内壁は、前記弾塑性材料との接触部分の角が面取りされていることを特徴とする請求項１に記載の鉛プラグ入積層ゴム支承。