JP5330485B2 - 支承装置 - Google Patents
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Description
σmin=0.36logWmax−1.96±0.05・・・(1)
2.弾性体及び拘束体の説明
3.支承装置の動作説明
4.積層型弾性体の説明
5.補強板の変形例の説明
6.支承装置の変形例1
7.支承装置の変形例2
8.支承装置の変形例3
9.支承装置の変形例4
10.隙間容積の説明
10−1.最大許容荷重が500kNの支承装置について
10−2.最大許容荷重が1000kNの支承装置について
10−3.最大許容荷重が3000kNの支承装置について
10−4.最大許容荷重が10000kNの支承装置について
10−5.総括
11.その他の変形例
図1に示すように、支承装置10は、橋桁等の上部構造物1と橋脚や橋台といった下部構造物2との間に装着して水平荷重や鉛直荷重、回転荷重等の各種の荷重を支えると共に、地震や風、動的又は静的交通荷重等による揺動や振動、応力を吸収、分散しつつ、支承する橋梁用支承装置である。この支承装置10は、第一剛性体としての上沓11と第二剛性体としての下沓12との間に支承体となる弾性体13が介在されている。また、弾性体13は、上沓11又は下沓12(ここでは上沓11)に固定された拘束体16によって囲繞されている。
弾性体13は、天然ゴムや合成ゴム、熱可塑性エラストマや熱硬化性エラストマを用いることができ、これらの中でも天然ゴムを主成分として使用することが好ましい。具体的なエラストマ成分としては、例えば、天然ゴム(NR)、ポリイソプレンゴム(IR)、ポリブタジエンゴム(BR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、エチレン−プロピレンゴム、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム(臭素化、塩素化等)、アクリルゴム、ポリウレタン、シリコーンゴム、フッ化ゴム、多硫化ゴム、ハイパロン、エチレン酢酸ビニルゴム、エピクロルヒドリンゴム、エチレン−メチルアクリレート共重合体、スチレン系エラストマ、ウレタン系エラストマ、ポリオレフィン系エラストマ、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体(SIS)、エポキシ化天然ゴム、trans−ポリイソプレン、ノルボルネン開環重合体(ポリノルボルネン)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ハイスチレン樹脂、イソプレンゴム等のゴムを一種単独、或いは二種以上を併用することが出来る。
以上のような支承装置10では、上部構造物1と下部構造物2との間に設置されると、図1に示すように、弾性体13が、通常の使用範囲の荷重(例えば死荷重や死荷重+車両通行時の活荷重)によって、圧縮され、弾性体13の凸部14は、弾性体13を囲繞した拘束体16の拘束面16aに近接又は当接した位置となる。支承装置10は、弾性体13が鉛直荷重の大きさに応じた弾性変形をし、この弾性変形によって側面の凸部14が凹部15により構成された隙間を埋めるように変形しながら、拘束体16の拘束面16aに圧接される。すなわち、弾性体13の変位量は、拘束体16によって制限される。
線A・・・密閉ゴム支承ではなく、荷重が加わった際の変位が拘束されていないゴム支承。
線B・・・拘束体16の内径(ポット部の内径)に対して弾性体13の外形を小さくし、凸部14と凹部15を大きく形成して、拘束面16aと弾性体13の側面との間の隙間を大きくしたときの特性を示す。(隙間大)
線C・・・拘束面16aと弾性体13の側面との間の隙間を線Bの場合より小さくしたときの特性を示す。(隙間中)
線D・・・拘束面16aと弾性体13の側面との間の隙間を最も小さくしたときの特性を示す。(隙間小)
線E・・・拘束面16aと弾性体13の側面との間の隙間を設けない密閉ゴム支承。回転追従性能を有するが、鉛直方向の弾性変位はほとんど無く、金属支承の扱いとなる。
以上の例では、弾性層が単層の弾性体13を用いた支承装置10を説明したが、弾性体13としては、図8に示すように、弾性層と補強板とが積層された積層構造の弾性体17であっても良い。弾性体17は、内部に補強板17aが設けられ、弾性層17bが複数設けられ、補強板17aと弾性層17bとが加硫接着によって相互に接着されている。単層の弾性体13は、荷重が加わると、自由側面が側方に押し出され、特に厚さ方向の中央部を中心として膨出する。積層型の弾性体17では、補強板17aがあることで、弾性体17の自由側面の膨出が抑制され、耐荷力が増大する。但し、補強板17aの間の弾性層17bの側面も、自由側面であるから荷重の大きさに応じて、側方に僅かに膨出する。しかし、支承装置10では、拘束体16が弾性体17の変形を拘束するので膨出量は僅かとなる。
積層型の弾性体17に用いる補強板17aは、具体的に、図10に示すように構成することが出来る。図10(A)に示す例では、上沓11の弾性体17が配設される側の面の中央部に、突出部21aを設け、突出部21aの周囲に環状の凹部21bを設けている。また、下沓12の弾性体17が配設される側の面の中央部に、突出部22aを設け、突出部22aの周囲に凹部21bを設けている。したがって、上沓11と下沓12との間に配設される弾性体17は、中央部が薄肉部で、周囲が環状に厚肉部となっている。この弾性体17の内部には、厚肉部となる外周領域に、環状の補強板17aが設けられる。この弾性体17において、側面には、補強板17aの位置に凹部19が設けられ、弾性層17bの位置に凸部18が連続して又は断続的に設けられている。勿論、補強板17aの位置に凸部18を設け、弾性層17bの位置に凹部19を設けるようにしても良い。また、弾性体17の中央部には、拘束度調節のため、空隙部23aを設けるようにしても良い。このような弾性体17は、中央部が薄肉部で、周囲が環状の厚肉部となっているので、回転追従性を向上させることが出来る。
図11に示す支承装置30は、下沓12に、芯材31が取り付けられ、上揚防止部と水平変位防止部とを設けたものである。また、この支承装置30は、第一剛性体としての上沓11と第二剛性体としての下沓12との間に弾性層と補強板とが積層された積層構造の弾性体17が介在されている。支承装置30の上沓11は、表裏面に貫通した貫通孔32が穿設されている。貫通孔32には、上沓11の上面側から芯材31が挿入され、芯材31の先端部が上沓11の上面から突出することなく、上沓11が鉛直下向きに変位する分を考慮して、先端部が一段低くなるように収容されている。この貫通孔32の開口端には、上揚防止片32aがフランジ状に形成されている。
図13に示す支承装置40は、芯材41が上沓11と下沓12とを非貫通としたものである。この支承装置40は、下沓12に、芯材41が取り付けられ、上揚防止部と水平変位防止部とを設けたものである。また、この支承装置40は、第一剛性体としての上沓11と第二剛性体としての下沓12との間に弾性層と補強板とが積層された積層構造の弾性体17が介在されている。
図14に示す支承装置50は、図13の支承装置40を更に変形したものである。この支承装置50は、下沓12に、芯材51が取り付けられ、上揚防止部と水平変位防止部とを設けたものである。この支承装置50は、第一剛性体としての上沓11と第二剛性体としての下沓12との間に弾性層17bと補強板17aとが積層された積層構造の弾性体17が介在されている。
以上の例では、弾性体13,17の側面に凸部14,18と凹部15,19を設けた場合を説明したが、図15に示すように、弾性体13,17の側面には、凸部14,18と凹部15,19を設けず、代わりに、拘束体16の拘束面16aに凸部61又は凹部62を設けるようにしても良い。なお、支承装置の構造は、図13に示した支承装置40と同一であるため詳細は省略する。なお、ここでは、一例として、積層型弾性体17を用いるようにしている。図15では、拘束体16の下沓12側の先端部には、フランジ状の上揚防止片52が内側に張り出すように、ボルト・ナット等の固定手段16cによって固定されている。
以下、隙間容積について説明する。具体的に、最大許容荷重毎に、弾性体13の側面と拘束体16の拘束面16aとの間の隙間の容積を異ならせて、上沓11又は下沓12の何れかと拘束体16とによって構成された弾性体13を収納するポット部16dに対する隙間容積の割合(以下、隙間容積率とも言う。)を異ならせた支承装置10を作製し、作製した支承装置10について、鉛直荷重を付加して鉛直撓み量を測定した。なお、ここでは、図4に示すような側面に凸部14や凹部15を有しない弾性体13を用いた。
最大許容荷重が500kNの支承装置10において、下記表1に示すように、弾性体13の側面と拘束体16の拘束面16aとの間の隙間容積率を異ならせたサンプル1−5の支承装置10を作製し、作製した支承装置10について、鉛直荷重を付加して鉛直撓み量を測定した。
y=1.74x2.49・・・(2)
最大許容荷重が1000kNの支承装置10において、上記表1に示すように、弾性体13の側面と拘束体16の拘束面16aとの間の隙間容積率を異ならせたサンプル6−11の支承装置10を作製し、作製した支承装置10について、鉛直荷重を付加して鉛直撓み量を測定した。
y=1.01x2.13・・・(3)
最大許容荷重が3000kNの支承装置10において、上記表1に示すように、弾性体13の側面と拘束体16の拘束面16aとの間の隙間容積率を異ならせたサンプル12−17の支承装置10を作製し、作製した支承装置10について、鉛直荷重を付加して鉛直撓み量を測定した。
y=0.46x2.85・・・(4)
最大許容荷重が10000kNの支承装置10において、上記表1に示すように、弾性体13の側面と拘束体16の拘束面16aとの間の隙間容積率を異ならせたサンプル18−24の支承装置10を作製し、作製した支承装置10について、鉛直荷重を付加して鉛直撓み量を測定した。
y=0.10x2.98・・・(5)
最大許容荷重が500kNの支承装置10における最小隙間容積率である0.36%と、最大許容荷重が1000kNの支承装置10における最小隙間容積率である0.55%と、最大許容荷重が3000kNの支承装置10における最小隙間容積率である0.98%と、最大許容荷重が10000kNの支承装置10における最小隙間容積率である1.42%とから、図25に示すように、最大許容荷重と最小隙間容積率の関係は、近似曲線を用いて、下記(6)式に示すように表すことが出来る。
σmin=0.36log(Wmax)−1.92・・・(6)
ここで、Wmaxは、最大許容荷重[kN]を示し、σminは、隙間容積率[%]を示している。
σmin=0.36log(Wmax)−1.92±0.05・・・(7)
ここで、Wmaxは、最大許容荷重[kN]を示し、σminは、隙間容積率[%]を示している。
上述の説明では、本発明の支承装置として橋梁用支承装置について説明したが、本発明は橋梁用支承装置に限定されることはなく、各種の構造物の制震、免震用の支承装置として採用することが出来る。
Claims (19)
- 第一剛性体と、第二剛性体と、前記第一剛性体と前記第二剛性体との間に配設される弾性体と、前記弾性体を囲繞する拘束体とを備え、
前記拘束体と前記弾性体との間には、隙間が設けられており、
前記拘束体と何れかの剛性体で構成される前記弾性体を収納するポット部の容積に対する前記隙間の隙間容積率は、0.28〜5.01%であり、
所定以上入力されると、前記拘束体は、変形した前記弾性体が当接及び/又は圧接され、前記弾性体の変形を拘束することを特徴とする支承装置。 - 前記隙間の隙間容積率の最小値は、下記(1)式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の支承装置。
σmin=0.36log(Wmax)−1.92±0.05・・・(1)
ここで、Wmaxは、最大許容荷重[kN]を示し、σminは、隙間容積率[%]を示している。 - 最大許容荷重が500kNの場合、前記隙間容積率は、0.28〜5.01%であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の支承装置。
- 前記隙間容積率は、1.20〜3.54%を満たすことを特徴とする請求項3に記載の支承装置。
- 最大許容荷重が1000kNの場合、前記隙間容積率は、0.53〜3.32%であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の支承装置。
- 前記隙間容積率は、0.76〜2.83%であることを特徴とする請求項5に記載の支承装置。
- 最大許容荷重が3000kNの場合、前記隙間容積率は、0.93〜4.97%であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の支承装置。
- 前記隙間容積率は、0.99〜2.93%であることを特徴とする請求項7に記載の支承装置。
- 最大許容荷重が10000kNの場合、前記隙間容積率は、1.36〜4.00%であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の支承装置。
- 前記隙間容積率は、1.62〜2.68%であることを特徴とする請求項9に記載の支承装置。
- 前記弾性体は、前記第一剛性体と前記第二剛性体と前記拘束体とによって囲繞されて略密閉状態とされ、
前記弾性体への荷重の増大に伴って、より高度な密閉状態へと変化することを特徴とする請求項1−10の何れかに記載の支承装置。 - 前記弾性体は、弾性層と補強板とが積層された積層構造で構成されていることを特徴とする請求項1−11の何れかに記載の支承装置。
- 前記弾性体の側面又は前記拘束体の拘束面には、前記補強板の位置又は前記補強板の間の位置の一方に凸部又は凹部を形成し、他方に凹部又は凸部を形成することを特徴とする請求項12に記載の支承装置。
- 前記弾性体は、単層の弾性層で構成されていることを特徴とする請求項1−11の何れかに記載の支承装置。
- 前記弾性体の側面又は前記拘束体の拘束面には、凸部及び/又は凹部が形成されることを特徴とする請求項14に記載の支承装置。
- 前記凸部又は凹部は、前記弾性体の側面又は前記拘束体の拘束面の周回り方向に連続及び/又は断続的に形成されていることを特徴とする請求項13又は15に記載の支承装置。
- 前記弾性体の前記凸部が前記拘束体の拘束面に当接することを特徴とする請求項13,15,16の何れかに記載の支承装置。
- 前記拘束体は、前記第一剛性体と一体的に設けられていることを特徴とする請求項1−17の何れかに記載の支承装置。
- 前記拘束体は、前記第二剛性体と一体的に設けられていることを特徴とする請求項1−17の何れかに記載の支承装置。
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