JP3960491B2 - 衝撃緩衝体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋脚と橋桁間等の構造物間に設置する免震構造用、港湾にける大型浮体構造物等の広い分野に用いることができる衝撃緩衝体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば橋脚と橋桁間には、鉛直方向には安定したばね剛性と振動の吸収効果を発揮するゴム単体もしくはゴムの内部に鋼板を埋設して水平方向に多層積層した免震構造用の緩衝材が設置してある。
また、橋脚の側壁と橋桁の長手方向の側面との間には、橋桁を設置するときに双方の破損を防止するために使用されるゴムパッドがそのままの状態で設置されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、兵庫県南部地震では、今までの耐震設計基準で設計された構造物に対して破壊が多発した。
上記した従来のゴムを主体とした緩衝材では破壊点が明確でないために地震のような巨大な荷重が作用した場合には緩衝材よりもその反力により構造物を破損させるという二次破壊現象が発生するという問題があり、また、発生荷重が設計荷重を下回る小規模な地震の場合でも緩衝材や構造物に変位が発生し、その変位を復元させる必要が生じるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする手段】
そこで本発明は、構造物を構成する構造体間に設置する衝撃緩衝体であって、織布や不織布による積層材を弾性材中に弾性材と交互になるように埋設積層して構成した座屈変形可能な弾性体部材と剛性体部材とよりなり、剛性体部材の高さが弾性体部材の高さ以上となるように一方の構造体に、剛性体部材を弾性体部材の係止底部に取り付けて一体にして取り付けたことを特徴とする。
また、上記構成において、剛性体部材の高さが弾性体部材の高さ以上となるように一方の構造体に両部材を別々に取り付けたことを特徴とする。
このように構成することにより、発生荷重が構造物の設計荷重以下の場合においては、変位の少ない剛性体部材で負担して構造物の変位を設計許容量範囲内とし、大地震のような設計荷重を上回る荷重に対しては、まず剛性体部材が破壊し、その後に弾性体部材が座屈変形して荷重を受けて荷重を低減化させ、これによって質量の小型化、分散化をはかって大質量物の荷重によって構造物の基本的な部分の破壊を防ぐものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は第１形態例の説明図、図２は弾性体部材の断面説明図、図３は第２形態例の説明図、図４は第３形態例の説明図、図５は第４形態例の説明図、図６は第５形態例の説明図、図７は使用例の説明図、図８は取り付け例の説明図、図９は機能状態を示すグラフであり、図において、１は弾性体部材であり、図２に示す如く、天然繊維、化学繊維、金属繊維もしくはこれらの混合繊維による織布や不織布による積層材が、天然ゴム、合成ゴムもしくは合成樹脂等の弾性材３と交互になるように埋設積層されている。
【０００６】
この積層は圧縮方向に直交する方向に配置するもので、その圧縮方向のばねに関する因子は、積層材２の積層間隔、積層材２の材質および弾性材３の材質であるが、積層間隔がより大きな因子となる。
形状は角形、丸形等どのような断面形状でもよく、本実施の形態は略逆Ｖ形であり、係止底部には固定用に鉄板等の補強板４が埋設してある。
【０００７】
５は剛性体部材であり、合成樹脂、ＦＲＰもしくは金属等の剛体製であり、その形状は自由であって、上記弾性体部材１と複合して衝撃緩衝装置１１を構成するものであり、その複合状態は弾性体部材１と剛性体部材５と一体に構成してもよくまた別体として構成してもよいもので、それらの具体例について以下に説明するが、いずれの場合でも剛性体部材５の高さは弾性体部材１の高さと同じかそれより高い状態としておく。
【０００８】
図１は剛性体部材５を弾性体部材１に一体に取り付けた例であり、略逆Ｖ形の弾性体部材１を覆うように断面形状を門形に形成した剛性体部材５を重ねて複合状態としたもので、剛性体部材５の図示における上部６内面は弾性体部材１の図示における上面７に当接しておいてもよく、また図示する如く離れた状態としておいてもよい。
【０００９】
また、必要に応じて図３に示す如く剛性体部材５の図示における両側壁８面に線状に溝や連続する孔等による破壊部９を形成しておいてもよい。この場合、両側壁の破壊限界の荷重は構造物の設計荷重と同等かそれを少し上回る程度としてもよいが、安全を考慮すると設計荷重を下回る方がよい。これによって破壊部９で構造物の設計荷重以下で破壊することができることになる。
【００１０】
また、剛性体部材５の門形の形状は上記に限るものではなくどのような形状でもよいもので、例えば図４に示す如く弾性体部材１の外形に沿った形状の略逆Ｖ形でもよい。
さらには、図５に示す如く、門形の上部のない両側壁８だけの状態でもよく、さらには、その側壁８の代わりに図６に示す如く、弾性体部材１に沿って断面形状任意の支柱１０を並べてもよい。
【００１１】
なお、上記した如く上記の各例において図６に示す例以外は剛性体部材５は弾性体部材１と一体の構成となっているが必ずしもその必要はなく、剛性体部材５の両側壁を弾性体部材１の外側にして弾性体部材１を囲むようにした別体構造としてもよく、また図６に示す例も各支柱１０を弾性体部材１と別体構造ではなく一体となるように弾性体部材１の係止底部に取り付けた構成としてもよい。
【００１２】
上記した剛性体部材５の高さは、弾性体部材１に対して過剰に高い場合には、剛性体部材５の圧縮作用によるモーメントが作用して破壊されるため、急激な衝撃力が発生し、例えば橋桁移動および橋桁と橋脚の破壊が発生する可能性があるために高さの設定は考慮する必要がある。
したがって、剛性体部材５と弾性体部材１の変位と荷重が一致してから剛性体部材５と弾性体部材１の両方がその後の荷重を負担することとなり高いエネルギー吸収となる。
【００１３】
弾性体部材１はばね特性を向上させることと座屈破壊点を明確にするために、図２に示す如く、積層材２が弾性材３と交互になるように埋設積層した構造とすることによりエネルギーの吸収量を増大させ、かつ上記の座屈破壊点を大きくし、しかも積層材２の調整によって選択的に座屈破壊点を明確にできる。
このように弾性体部材１に弾性材３に積層材２を埋設した材料を用いることにより、弾性体部材１の変位の進行は弾性材３に埋設された積層材２の一部に伸び破壊が発生することにより連鎖的に破断が進行し、最終的には完全に弾性体部材１が破壊されることとなり、最初の積層材２が破断した時点の反力が最大で積層材２の破断と共に荷重は低減する。
【００１４】
この弾性体部材１では吸収エネルギーは弾性材３の歪みエネルギーに加えて積層材２の破断エネルギーが加算されることとなり、大きな吸収エネルギーを発揮し、しかも反力の最大値も明確にすることができる。
このように構成した衝撃緩衝体１１は、構造物を構成する構造体間に設置するもので、例えば図７に示す如く、橋梁における橋脚１２の側壁１３の内側に橋桁１４に向けて取り付け、図８に示す如く、衝撃緩衝体１１の先部（上記上部６）が橋桁１４に当接するか隙間を形成する状態でアンカーやボルト等の固定具１５によって固定する。なお、隙間を形成した場合にはその隙間にライナー等を挟んでもよい。
【００１５】
このように衝撃緩衝体１１は、構造物（橋梁）の構造体間（橋脚１２と橋桁１４間）に設置されると、構造物に地震等の荷重がかかると、橋脚１２に取り付けられた衝撃緩衝体１１に橋桁１４が衝突し、衝撃緩衝体１１の剛性体部材５にまず衝突して破壊する。
そこで、初期に作用した荷重は、剛性体部材５が負担することになるが、発生する変位は小さい。つぎに、剛性体部材５が破壊点に到達した場合には、剛性体部材５が破壊しながら荷重を低下させて変位が少しずつ進行することになる。
【００１６】
この時の変位量は、衝撃緩衝体１１を設置している構造物の許容変位量に対応することになるため、少なくとも弾性体部材１は構造物材の弾性率から産出されるばねと同程度にする必要があり、そのため弾性体部材１では弾性が不足することになり、剛性体部材５の作用によってそれを補うものである。
例えば、地震のような大きな衝撃荷重が作用した場合について説明する。
【００１７】
その地震が設計震度以内の場合は、橋桁１４が振動して本衝撃緩衝体１１に当接し、その伝搬した外力は剛性体部材５が座屈や破壊をすることなく弾性変形で負担し、地震が終われば直ちに復元する。したがって、地震の終了によって直ちに列車等の運行は再開することができる。
つぎに、設計震度を上回る震度の場合は、図９に示す如く、剛性体部材５が弾性変形するＡ区間と剛性体部材５の破壊するＸ点、剛性体部材５が破壊する過程のＢ区間と弾性体部材１が荷重を負担するＹ点、弾性体部材１が座屈変形するＣ区間と弾性体部材１が破壊するＺ点、弾性体部材１が完全破壊するまでのＤ区間に分かれ、設計地震以内では弾性変形で対応し、設計地震以上の場合には衝撃緩衝体１１が自己破壊することにより構造物の被害を最小限にすることを可能とし、弾性材等の緩衝材にない機能を発揮することになる。
【００１８】
したがって、橋梁に用いた場合、橋桁１４の運動を剛性体部材５の座屈エネルギーと座屈変形による高吸収エネルギーに加えて弾性体部材１内部の積層材２の破壊エネルギーをも加えて吸収して橋桁の運動の収束および破壊を大幅に減少させることにより当該個所の損傷を最小限にすることができる。
また、衝撃緩衝体１１の破壊荷重は構造物の許容荷重よりも低く設計し、かつその荷重に対する破壊点が明確であることから構造物やそれを構成する構造体の損傷を最小限にすることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳細に説明した本発明によると、発生荷重が構造物の設計荷重以下の場合においては、変位の少ない剛性体部材で負担して構造物の変位を設計許容量範囲内とすることができる効果を有し、大地震のような設計荷重を上回る荷重に対しては、まず剛性体部材が破壊し、その後に弾性体部材が座屈変形して荷重を受けて荷重を低減化させ、これによって質量の小型化、分散化をはかって大質量物の荷重によって構造物の基本的な部分の破壊を防ぐことができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１形態例の説明図
【図２】弾性体部材の断面説明図
【図３】第２形態例の説明図
【図４】第３形態例の説明図
【図５】第４形態例の説明図
【図６】第５形態例の説明図
【図７】使用例の説明図
【図８】取り付け例の説明図
【図９】機能状態のグラフ
【符号の簡単な説明】
１ 弾性体部材
２ 積層材
３ 弾性材
４ 補強板
５ 剛性体部材
６ 上部
７ 上面
８ 側壁
９ 破壊部
１０ 支柱
１１ 衝撃緩衝体
１２ 橋脚
１３ 側壁
１４ 橋桁

Claims (2)

1. 構造物を構成する構造体間の設置する衝撃緩衝体であって、
   織布や不織布による積層材を弾性材中に弾性材と交互になるように埋設積層して構成した座屈変形可能な弾性体部材と剛性体部材とよりなり、
   一方の構造体の表面からの剛性体部材の高さが一方の構造体の表面からの弾性体部材の高さ以上となるように一方の構造体に、剛性体部材を弾性体部材の係止底部に取り付けて一体にして取り付けたことを特徴とする衝撃緩衝体。
2. 構造物を構成する構造体間の設置する衝撃緩衝体であって、
   織布や不織布による積層材を弾性材中に弾性材と交互になるように埋設積層して構成した座屈変形可能な弾性体部材と剛性体部材とよりなり、
   一方の構造体の表面からの剛性体部材の高さが一方の構造体の表面からの弾性体部材の高さ以上となるように一方の構造体に両部材を別々に取り付けたことを特徴とする衝撃緩衝体。

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