JP6694195B1 - バネ式制震ダンパー - Google Patents
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Abstract
Description
第1の公知技術については、油を充填したシリンダに軸を含む断面が凸字形をなすピストンを摺動自在に嵌合すると共に上記ピストンの小径部が嵌合する円筒体をシリンダの一方の端部に嵌合固定して、ピストンが上記端部に向かって移動するとき閉鎖する逆止弁を具備した油孔とピストンの大径部における両側を連通する微小の油孔とを該ピストンに形成し、かつピストンの小径部が前記円筒体に嵌合したとき該円筒体の内部に形成される密閉油室をシリンダとピストンの小径部との間に形成される円筒状の油室に連通する微小の油路を設けたオイルダンパー、である(特許文献1参照)。
しかしながら、オイルダンパーは、地震エネルギーを吸収することはできるが復元力を持っていないため、地震時に生じた上・下構造物の相対変位に対して元の状態に戻すことができず、積層ゴム免震装置の弾性変形力で戻すことになり、積層ゴム免震装置への負担が大きくなって、免震ゴムが過大変形して破壊されるという問題点を有している。また、オイルダンパーは火災時に高温を受けると爆発して建造物を破壊する危険性もある。
また、ロッドの挿入孔にはオイル等の流体漏れを防止するOリング等のシール部材を設けることが不可欠であるため、やはり装置としてコスト高になる。仮に、液体(オイル)に替えて気体(空気)にして空気ダンパーとしても、同様に気体漏れのシーリングが必要であるから、同様にコスト高になるという問題点を有する。
1.バネと弾性緩衝材との間に遊間部を設けることによって、上部構造と基礎構造との地震による相対変位(相対間距離の伸びまたは縮み)が遊間部を越えない範囲であれば、免震装置の弾性変形可能な範囲内でフリーに水平変形をすることによって、上部構造への地震力が非常に小さくなり上部構造が地震の影響を受けない状態となる。要するに、中小地震時には、通常の積層ゴム型免震装置が水平変形能力を持っているため対応できるのである。従って、中小地震では、積層ゴム型免震装置の復元力を活かして地震後の免震建物を元の状態に復元させることによって、バネ式制震ダンパーのバネの巻き数や直径および強さ等を低減させることができると共に、バネ式制震ダンパーその物の大きさとコストの低減を図ることができるのである。
2.大地震時による上部構造と基礎構造との相対変位(相対間距離の伸びまたは縮み)が遊間部を越えと、バネが弾性緩衝材に当接して圧縮されることによってバネに弾性反力が生ずる。この弾性反力によって地震エネルギーを吸収するという機能が得られる。続いて、相対変量が所定値に達するとコイルバネが圧縮密着される状態になり、シリンダ内におけるピストンの相対移動がストップされることによって、上部構造と基礎構造との相対変位が制限され、免震装置の過大変形を防止するというストッパー機能が得られる。さらに、地震による上部構造と基礎構造との相対変位および免震装置のゴム変形に対し、コイルバネの圧縮によって生じたバネ弾性反力によって、地震後の免震建物の変形を速やかに復元するという変形復元機能が得られる。つまり、従来技術のように、ストッパーとダンパーの両方を設置する必要がなく、一つの装置に地震エネルギー吸収機能、免震装置の過大変形を防ぐストッパー機能および変形復元機能という三つの機能を備えた制震ダンパーになる。なお、上記所定値とは、積層ゴム免震装置の限界変形許容値とすることが好ましい。
3.また、上記の変形復元機能とは、バネの圧縮により弾性反力(復元力)が発生することである。大地震時に、上部構造と基礎構造との相対変位が遊間部を越えて、積層ゴム免震装置が大きく変形する際に、バネの圧縮により弾性反力を発生させて抑制させるのである。要するに、大地震時に、積層ゴム免震装置が受ける大変形をバネの復元力によって抑制し、変形が遊間部まで小さくなれば免震装置自体の弾性復元力で復元させることができ、積層ゴム免震装置が繰り返しの水平力を受けても、免震装置の積層ゴムが荷重疲労による劣化を防止できるのであり、免震装置の使用寿命を長くすることができるのである。
4.さらに、遊間部を積層ゴム型免震装置の限界変形許容値の70〜80%とし、且つ、上部構造と基礎構造との相対変位が免震装置の限界変形許容値に達する直前に、バネが密着するようにしてあることによって、設計上で想定した巨大地震に対して余裕をもって対応できるばかりでなく、想定外の巨大地震が発生した場合でも、免震装置の過大変形を抑制して免震装置自体の破損を防止して、免震建物構造全体の安全性を大幅に高めることができる。
5.座屈防止材が設置されることによって、繰り返し地震や強風を受けでも、バネが座屈や先端撓みでシリンダの軸方向に伸縮不能となることを防ぐことができる。とくに、片持ち梁形式で取り付けられたバネでも座屈や先端撓みを防止することができる。
6.さらに、オイル等の流体を一切使用しないことにより、シリンダの端板にロッドが貫通できる孔を設けるだけで良いので、オイルや気体漏れ対策を講じる必要がなく、構成が簡単で安価に提供できる。
なお、緩衝材29は、バネ19が密着するまで弾性滑らかに圧縮されるように設けられるものであり、従来の緩衝材と同様である。また、ゴムやバネ等としてもよい。
また、座屈防止材20の固定については、図5に示したようにネジ式でも良いが、図6に示したように座金27を介してナット28による締め付け固定でもよい。
なお、本願発明でいう免震装置の限界変形許容値とは、免震装置7が弾性範囲内の最大水平変形量とする。従って、巨大地震が発生した後にも、免震装置が復元する能力を保持している状態にすることとする。
まず、(a)図は相対変位が矢印aで示した方向(相対間距離が伸びる方向)に変形して所定値に達した状態を示し、(b)図は設置状態におけるコイルバネ19c、19dの不作用(相対変位がない)状態を示し、(c)図は相対変位が矢印bで示した方向(相対間距離が縮む方向)に変形して所定値に達した状態を示すものである。
例えば、免震構造物は通常想定している地震力に対して免震装置7が設置されており、想定内の場合は、免震装置7における積層ゴムの弾性変形によって元の状態に戻るが、想定を超えた大地震の場合に、積層ゴムが過大変形して免震装置7が破壊されてしまうのである。
2 上部構造
3 地盤
4 基礎杭
5 ラップル基礎
6 マットスラブ
7 積層ゴム免震装置
8 フーチング
9 大梁(地中梁)
10 柱
11 バネ式制震ダンパー
12 支持台
13 支持台
14、15 取付基部
16、17 連結ピン
18 シリンダ
19、19c、19d コイルバネ
20 座屈防止材
21 ピストン
22 ロッド(ピストンロッド)
23、24 端板
25 孔または螺子孔
26 挿通孔
27 座金
28 ナット
29 緩衝材
30 空間部
31 挿通孔
32 遊間部
a、b 矢印
Claims (4)
- 上部構造と基礎構造との間に、免震装置を介在させてある免震建物構造に使用されるダンパーであって、
前記ダンパーは、両端に端板が設けられたシリンダと、該シリンダ内に摺動自在に配設され一端にピストンが取り付けられたロッドと、ピストンの両側にそれぞれ設けられた一対のバネと、両端板の内側にそれぞれ設置された弾性緩衝材とからなり、
前記バネの一端部がピストンに固定され、他端部と前記弾性緩衝材との間に遊間部が設けられ、
前記上部構造と基礎構造との相対変位が前記遊間部を超えると、前記バネの圧縮によって生じた弾性反力で地震エネルギーを吸収する機能と、免震装置の過大変形を防止するストッパー機能と、地震後の免震建物の変形を復元する機能とを有する構成にしたこと
を特徴とするバネ式制震ダンパー。 - 前記遊間部を前記免震装置の限界変形許容値の70〜80%とし、且つ、前記相対変位が前記免震装置の限界変形許容値に達する直前に、前記バネが密着するようにしてあること
を特徴とする請求項1に記載のバネ式制震ダンパー。 - 前記バネをコイルバネとし、該バネの内側に所要の隙間をもって複数の座屈防止材をシリンダ全長に亘って設置されること
を特徴とする請求項1または2に記載のバネ式制震ダンパー。 - 前記バネが少なくとも二つの異なるバネ係数を一連に長さ方向に組み合わせたものとすること
を特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のバネ式制震ダンパー。
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