JP4431808B2

JP4431808B2 - 免震構造物

Info

Publication number: JP4431808B2
Application number: JP2000155368A
Authority: JP
Inventors: 豊牧口; 浩介佐々木
Original assignee: Oiles Corp
Current assignee: Oiles Corp
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2020-05-25
Also published as: JP2001336571A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁の橋脚、事業用ビル、事務所ビル、マンション等の集合住宅等、特に高層の上部構造物を免震支持する免震構造物に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
上部構造物と基礎等の下部構造物との間に免震装置を介在させて上部構造物を免震化する技術が種々提案されているが、免震装置としては、通常、剛性層とゴム層とを交互に積層してなる積層ゴムが用いられており、この積層ゴムのゴム層は、剛性層を構成する鋼板に加硫接着して一体化されている。
【０００３】
斯かる積層ゴムにおいては、それに上部構造物の鉛直方向（積層方向）の荷重が加わるようにして用いられるために、地震又は風等による横方向の変位では、すなわち水平方向の剪断歪みでは、鋼板とゴム層との間の相互接着が外れて、鋼板とゴム層とが分離されるようなことはなく、また、このような横方向の変位の力に耐え得るような鋼板とゴム層との相互接着を得ることはそれ程困難ではない。
【０００４】
ところで、地震又は風圧により上部構造物には転倒方向の回転モーメント（これを本発明では転倒方向回転モーメントという）も生じるのであるが、アスペクト比（高さ／横幅比）が小さい通常では高さの低い上部構造物では、転倒方向回転モーメントとは逆方向であって、その重量により生じる回転モーメント（これを本発明では復帰方向回転モーメントという）で転倒方向回転モーメントを打ち消して、上部構造物の下面片側の浮き上がりが防止されるのであるが、アスペクト比が大きい通常では高さの高い上部構造物では、復帰方向回転モーメントよりも転倒方向回転モーメントの方が相対的に大きくなり、上部構造物の下面片側が浮き上がろうとする。この転倒方向回転モーメントの大きさは、アスペクト比の大小に加えて、地震加速度の大小又は風圧の大小によって決定されるので、アスペクト比が大きい高い上部構造物では、小さな地震加速度又は低い風圧でも下面片側が浮き上がろうとする。
【０００５】
積層ゴムを用いないアスペクト比が大きい高い上部構造物の場合には、この浮き上がり力をアンカーボルト等で受けて上部構造物の下面片側の浮き上がりを防止するのであるが、アスペクト比が大きい高い上部構造物を積層ゴムにより免震支持しようとする場合には、上記の浮き上がり力をアンカーボルト等で受けて浮き上がりを防止することができず、斯かる浮き上がり力を積層ゴムで受けざるを得なくなり、したがって、この浮き上がりに基づくほぼ鉛直方向の引っ張り力に耐えるだけの積層ゴムにおける鋼板とゴム層との間の接着力及びゴム層の強度が要求されることとなる。
【０００６】
そして、小さな地震加速度又は低い風圧でもアスペクト比が大きくなればなるほど鉛直方向の引っ張り力が大きくなるので、斯かる鉛直方向の引っ張り力に耐えるだけの鋼板とゴム層との間の接着力及びゴム層の強度を得ることは困難であって、通常は、アスペクト比が３以上の高い上部構造物には、極めて優れた特性を有するにも拘わらず、鋼板とゴム層とを交互に積層してなる積層ゴムを用いて免震化を図ることはあまりなされていない。
【０００７】
また、上部構造物のアスペクト比の大小に拘わらず、上部構造物に加わる転倒方向回転モーメントにより積層ゴムのゴム層に積層方向の圧縮が生じて、これがために上部構造物がロッキングする場合があり、斯かるロッキングが生じまたそれが長く続くと上部構造物に亀裂等の損傷を与える虞があり、また、マンション等の居住者に不安、不快な気分を与えることになる。
【０００８】
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、転倒方向回転モーメントに基づく免震装置への上部構造物の浮き上がり力の負荷を小さくできて、免震装置に加わる積層方向の引っ張り力を低減でき、加えて、上部構造物のロッキングを低減できると共に、ロッキングが生じたとしても、早期にそれを減衰させることができる免震構造物を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様の免震構造物は、橋軸方向に直交する方向において並置された一対の支柱、この一対の支柱を橋軸方向に直交する方向において互いに橋絡した上部及び下部横部材を具備している上部構造物としての橋脚と、下部構造物としての土台又は基礎と、橋脚の各支柱の下面と土台又は基礎の上面との間に介在されて、土台又は基礎上において橋脚を免震支持するように、剛性層及びゴム層が鉛直方向に交互に積層されてなると共に積層方向の上端面が支柱の下面に、積層方向の下端面が土台又は基礎の上面に固定された積層ゴムを具備している一対の免震装置と、一端部が橋脚の各支柱に、他端部が土台又は基礎に夫々回動自在に連結されて、土台又は基礎上における橋脚の橋軸方向に直交する方向のロッキングを減衰する伸縮自在な一対のダンパとを具備しており、ダンパは、橋脚の土台又は基礎からの浮き上がりに抗する抵抗力を発生すると共に、橋脚のロッキングにおいて伸縮して当該橋脚のロッキングエネルギを吸収するようになっている。
【００１０】
第一の態様の免震構造物によれば、上部構造物と下部構造物とを連結するダンパが上部構造物の下部構造物からの浮き上がりに抗する抵抗力を発生すると共に、上部構造物のロッキングにおいて伸縮してロッキングエネルギを吸収するようになっているために、転倒方向回転モーメントに基づく上部構造物の浮き上がり力の一部をダンパで負担でき、而して、転倒方向回転モーメントに基づく免震装置に加わる積層方向の引っ張り力を低減でき、しかも、上部構造物にロッキングが生じたとしても、ダンパにより早期にそれを減衰させることができる。
【００１１】
上部構造物としては、特に高層の上部構造物であって、好ましくは、アスペクト比が３以上のものであり、また、事業用ビル、事務所ビル又は集合住宅を参考として例示でき、更に、６メータ以上の高さを有しているものを挙げることができるが、これらに特に限定されない。
【００１２】
免震装置としては、好ましくは、上記のように剛性層とゴム層とが鉛直方向に交互に積層されてなる積層ゴムを具備しているものを挙げることができるが、この積層ゴムに鉛プラグ（鉛支柱）が埋め込まれたものであってもよく、要は、上部構造物に対しては免震機能を発揮するが、ロッキングを生じさせる積層ゴムを具備した免震装置であればよい。
【００１３】
ダンパは、好ましい例では、摩擦減衰履歴特性を有しており、また、シリンダと、このシリンダの内部を二室に画成すると共に当該二室を互いに連通するオリフィスが形成されたピストンと、シリンダの内部の二室に充填された流体とを有しているか、シリンダと、このシリンダの内部において膨大部を有していると共に、シリンダの両端閉塞部を貫通しているロッドと、シリンダの内部に充填された鉛とを有している。
【００１４】
本発明では、下部構造物としては、地盤上に形成された上記の土台又は基礎を挙げることができるが、参考としてはその他の構造物であってもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に本発明及びその実施の形態を、図に示す好ましい例を参照して更に詳細に説明する。なお、本発明はこの例に何等限定されないのである。
【００１６】
図１及び図２において、本例の免震構造物１は、上部構造物としての橋脚２と、下部構造物としての基礎３と、橋脚２と基礎３との間に介在されて、基礎３上において橋脚２を免震支持する免震装置としての積層ゴム４と、一端部５が橋脚２に、他端部６が基礎３に夫々回動自在に連結されて、基礎３上における橋脚２のロッキング、すなわち橋軸方向に直交する方向であるＲ方向の揺動を減衰するＡ方向に伸縮自在なダンパ７とを具備している。
【００１７】
本例の橋脚２は、６メータ以上の高さを有して、そのアスペクト比が３以上であり、橋軸方向に直交する方向において並置された一対の支柱１１と、支柱１１を橋軸方向に直交する方向において互いに橋絡した上部及び下部横部材１２及び１３と、筋交い１４及び１５とを具備しており、上部に載置された橋桁１６を支持している。一対の支柱１１の夫々には、ダンパ７の一端部５を回動自在に連結するための取り付け部材１７が溶接又はアンカーボルト等により固着されている。
【００１８】
コンクリート製の基礎３は、図示しない地盤に杭等により固定されて当該地盤上に設置されており、基礎３には、ダンパ７の他端部６を回動自在に連結するための取り付け部材１８がアンカーボルト等により固着されている。
【００１９】
一対の支柱１１の夫々に設けられた積層ゴム４の夫々は、積層ゴム本体２１と、積層ゴム本体２１の上下面に取り付けられた上部及び下部取り付け板２２及び２３とを具備しており、積層ゴム本体２１は、剛性層を構成する鋼鈑とゴム層とが鉛直方向に交互に積層されてなり、斯かる鋼鈑とゴム層とは、ゴム層が鋼鈑に加硫接着されて、相互に固着されており、上部及び下部取り付け板２２及び２３の夫々は、積層ゴム本体２１のゴム層に加硫接着されるか又はこれと共に積層ゴム本体２１の最上部及び最下部の鋼鈑にボルト等により固着されている。各積層ゴム４は、その下部取り付け板２３の下面２４で基礎３の上面２５にアンカーボルト等を介して固定されており、その上部取り付け板２２の上面２６で対応の支柱１１の下端面２７にボルト等を介して固定されており、而して、各積層ゴム４は、各支柱１１の下面と基礎３の上面２５との間に介在されて、基礎３上において橋脚２を免震支持するように、剛性層及びゴム層が鉛直方向に交互に積層されてなると共に積層方向の上端面が支柱１１の下面に、積層方向の下端面が基礎３の上面２５に固定されている。
【００２０】
一対の支柱１１に夫々設けられたダンパ７の夫々は、両端面が閉塞部としての閉塞部材３１及び閉塞部３２により閉塞されたシリンダ３３と、シリンダ３３の内部を二室３４及び３５に画成すると共に当該二室３４及び３５を互いに連通するオリフィス３６が形成されたピストン３７と、二室３４及び３５に充填されたシリコン系の流体３８と、閉塞部材３１及び閉塞部３２をＡ方向に摺動自在に貫通すると共に、ピストン３７が固着されたピストンロッド３９と、シリンダ３３の一端部に固着された取り付け部材４０と、ピストンロッド３９の一端部に固着された取り付け部材４１とを具備しており、取り付け部材４１が軸部材４２を介して取り付け部材１７に、取り付け部材４１が軸部材４３を介して取り付け部材１８に回動自在に連結されており、こうして、ダンパ７は、その一端部５が橋脚２の支柱１１に、その他端部６が基礎３に夫々Ｒ方向に回動自在に連結されている。
【００２１】
ダンパ７の夫々は、そのＡ方向の伸縮でピストン３７がシリンダ３３の内部でＡ方向に移動され、この移動で流体３８がオリフィス３６を通って二室３４及び３５に出入することにより、図３の曲線５０で示すような等価的に摩擦減衰履歴特性を呈するようになっており、そして、例えば初期の引っ張りと伸びとの摩擦減衰履歴は、曲線５１で示すように、一定以上の引っ張り力を加えて初めて伸びが生じるようになっている。またダンパ７の夫々は、橋脚２にＲ方向の転倒方向回転モーメントが生じる際に、対応の積層ゴム４にその積層方向の引っ張り最大耐力以上の引っ張り力が加わらないように、当該転倒方向回転モーメントに基づく引っ張り力を分担して受けるようになっている。
【００２２】
なお、上記例では、橋脚２の揺動がＲ方向にのみ生じるものとして、ダンパ７の一端部５及び他端部６を夫々、軸部材４２及び４３を介して橋脚２及び基礎３に夫々回動自在に連結したが、橋脚２の揺動がＲ方向を含めて図１の紙面に直交する方向、すなわち橋軸方向にも揺動する場合には、ダンパ７の一端部５及び他端部６を夫々、ボールジョイント等を介して橋脚２及び基礎３に夫々回動自在に連結してもよい。
【００２３】
以上の免震構造物１において、橋脚２は、積層ゴム４を介して基礎３上に支持されており、地震により基礎３が水平方向に振動すると、積層ゴム４は、水平方向に剪断弾性変形されて、基礎３の水平方向の振動の橋脚２への伝達を低減して地震振動を免震する。
【００２４】
そして免震構造物１では、地震又は風などにより橋脚２にＲ方向の転倒方向回転モーメントが生じる際には、ダンパ７は、この転倒方向回転モーメントに基づく橋脚２の基礎３からの浮き上がりに抗する抵抗力を発生し、橋脚２にＲ方向の揺動を生じないようにする。
【００２５】
更に免震構造物１では、積層ゴム４に積層方向の弾性伸縮を生じさせると共に、ダンパ７をＡ方向に伸縮させるような大きな転倒方向回転モーメントが橋脚２へ付加されて、橋脚２にＲ方向のロッキングが生じる場合には、曲線５０で示すようなダンパ７の摩擦減衰履歴特性により、ロッキングエネルギが吸収されて、斯かるロッキングが早期に減衰されるようになっている。
【００２６】
このように免震構造物１によれば、橋脚２と基礎３とを連結するダンパ７が橋脚２の基礎３からの浮き上がりに抗する抵抗力を発生すると共に、橋脚２のＲ方向のロッキングにおいてＡ方向に伸縮してロッキングエネルギを吸収するようになっているために、転倒方向回転モーメントに基づく橋脚２の浮き上がり力の一部をダンパ７で負担でき、而して、転倒方向回転モーメントに基づく積層ゴム４に加わる積層方向の引っ張り力を低減でき、しかも、橋脚２にロッキングが生じたとしても、ダンパ７により早期にそれを減衰させることができる。
【００２７】
上記の免震構造物１では、オリフィス３６が形成されたピストン３７と、二室３４及び３５に充填された流体３８とを具備したダンパ７を用いたが、これに代えて、図４に示すようなダンパ６１を用いてもよい。ダンパ６１は、前記のシリンダ３３と、閉塞部材３１及び閉塞部３２をＡ方向に摺動自在に貫通すると共に、シリンダ３３の内部において膨大部６２を有したロッド６３と、シリンダ３３の内部に充填された鉛６４と、シリンダ３３に固着された前記の取り付け部材４０と、ロッド６３の一端部に固着された前記の取り付け部材４１とを具備しており、ダンパ７と同様にその一端部５が橋脚２に、その他端部６が基礎３に夫々回動自在に連結されている。
【００２８】
ダンパ６１は、そのＡ方向の伸縮でロッド６３の膨大部６２がシリンダ３３の内部でＡ方向に移動され、この移動で鉛６４がシリンダ３３の内部で流動することにより、図３の曲線５０で示すような等価的に摩擦減衰履歴特性を呈するようになっており、そして、例えば初期の引っ張りと伸びとの摩擦減衰履歴は、曲線５１で示すように、一定以上の引っ張り力を加えて初めて伸びが生じるようになっている。またダンパ６１は、ダンパ７と同様に、橋脚２にＲ方向の転倒方向回転モーメントが生じる際に、対応の積層ゴム４にその積層方向の引っ張り最大耐力以上の引っ張り力が加わらないように、当該転倒方向回転モーメントに基づく引っ張り力を分担して受けるようになっている。
【００２９】
斯かるダンパ６１を用いた免震構造物１でも、転倒方向回転モーメントに基づく橋脚２の浮き上がり力の一部をダンパ６１で負担でき、而して、転倒方向回転モーメントに基づく積層ゴム４に加わる積層方向の引っ張り力を低減でき、しかも、橋脚２にロッキングが生じたとしても、ダンパ６１により早期にそれを減衰させることができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、転倒方向回転モーメントに基づく免震装置への上部構造物の浮き上がり力の負荷を小さくできて、免震装置に加わる積層方向の引っ張り力を低減でき、加えて、上部構造物のロッキングを低減できると共に、ロッキングが生じたとしても、早期にそれを減衰させることができる免震構造物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態の例の正面図である。
【図２】図１に示す例のダンパの断面図である。
【図３】図１に示す例のダンパの伸び量及び縮み量−引っ張り力及び縮み力特性曲線図である。
【図４】本発明の好ましい実施の形態の他の例の正面図である。
【符号の説明】
１免震構造物
２橋脚
３基礎
４積層ゴム
７ダンパ

Claims

橋軸方向に直交する方向において並置された一対の支柱、この一対の支柱を橋軸方向に直交する方向において互いに橋絡した上部及び下部横部材を具備している上部構造物としての橋脚と、下部構造物としての土台又は基礎と、橋脚の各支柱の下面と土台又は基礎の上面との間に介在されて、土台又は基礎上において橋脚を免震支持するように、剛性層及びゴム層が鉛直方向に交互に積層されてなると共に積層方向の上端面が支柱の下面に、積層方向の下端面が土台又は基礎の上面に固定された積層ゴムを具備している一対の免震装置と、一端部が橋脚の各支柱に、他端部が土台又は基礎に夫々回動自在に連結されて、土台又は基礎上における橋脚の橋軸方向に直交する方向のロッキングを減衰する伸縮自在な一対のダンパとを具備しており、ダンパは、橋脚の土台又は基礎からの浮き上がりに抗する抵抗力を発生すると共に、橋脚のロッキングにおいて伸縮して当該橋脚のロッキングエネルギを吸収するようになっている免震構造物。
ダンパは、シリンダと、このシリンダの内部を二室に画成すると共に当該二室を互いに連通するオリフィスが形成されたピストンと、シリンダの内部の二室に充填された流体と、ピストンが固着されていると共に、シリンダの両端閉塞部を貫通しているピストンロッドとを具備している請求項１に記載の免震構造物。
ダンパは、シリンダと、このシリンダの内部において膨大部を有していると共に、シリンダの両端閉塞部を貫通しているロッドと、シリンダの内部に充填された鉛とを有している請求項１に記載の免震構造物。