JP7288559B1 - 受衝装置、調整方法、および摩擦ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】せん断変形による弾性体の損傷を防止でき、且つ衝突面の向きの違いに弾性体が追従できる受衝装置等を提供する。
【解決手段】受衝装置２は、例えば、免震建物の下部構造に設けられた摩擦ダンパと、上部構造との衝突を緩和するために、摩擦ダンパに設けられる。受衝装置２は、摩擦ダンパの衝突面に設けられた弾性体２２と、衝突直交方向における弾性体２２の変形を制限するために、上記衝突面において、弾性体２２の衝突直交方向の側方に配置された規制部材２５と、を有する。規制部材２５と弾性体２２の間には、クリアランス２８が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、部材同士の衝突を緩和する受衝装置等に関する。

免震建物では、地震時に変位する建物躯体を受衝装置を介して擁壁等に衝突させることで、建物躯体の変位を一定範囲内に収めることがある。受衝装置には、衝突を緩和するためゴム等の弾性体が用いられることが多い。

例えば特許文献１では、受衝装置として、多数のゴムチップをバインダーにより集成させたものが記載されている。また特許文献２には、受衝装置として、ゴム部材と、ゴム部材の変形を抑制する拘束材を組み合わせたものが記載されている。

特開2022-63715号公報 特開2022-7100号公報

地震動は、建物躯体と擁壁等とを結ぶ衝突方向だけでなく、衝突方向と平面視で直交する方向（衝突直交方向）にも同時に生じる。建物躯体と擁壁等の間に衝突直交方向の相対変位がある場合、受衝装置には、衝突方向の圧縮力だけでなく衝突直交方向のせん断力も加わる。例えば特許文献１の受衝装置では、上記のせん断力により弾性体が過度にせん断変形し、損傷する恐れがある。

また、建物躯体と擁壁等との衝突時において、建物躯体の衝突面と擁壁等の衝突面は常に平行というわけでは無く、両衝突面の向きが異なる場合もある。特許文献２の受衝装置は、ゴム部材に拘束材を組み合わせることでゴム部材が外側に膨らむのを防止し、圧縮荷重の増大を図るものであるが、拘束材によってゴム部材の曲げ剛性が大きくなるため、建物躯体と擁壁等の衝突面の向きが異なる場合に、弾性体がその向きの違いに追従して変形する能力が低下し、受衝装置側に作用する曲げ応力が大きくなる恐れがある。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、せん断変形による弾性体の損傷を防止でき、且つ衝突面の向きの違いに弾性体が追従できる受衝装置等を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための第１の発明は、部材同士の衝突を緩和するために、衝突する一方の部材に設けられる受衝装置であって、前記一方の部材の衝突面に設けられた弾性体と、衝突直交方向における前記弾性体の変形を制限するために、前記衝突面において、前記弾性体の衝突直交方向の側方に配置された規制部材と、を有し、前記規制部材と前記弾性体の間に、クリアランスが設けられたことを特徴とする受衝装置である。

本発明の受衝装置は、弾性体の側方に設けた規制部材により弾性体の過度なせん断変形を防止でき、地震等の振動により部材同士が衝突する際、部材間に衝突直交方向の相対変位がある場合に、せん断変形による弾性体の損傷を防止できる。且つ、規制部材と弾性体の間にはクリアランスが設けられているので、規制部材が弾性体の曲げ剛性に影響を与えることもない。そのため、弾性体は、部材同士が衝突する際に、両部材の衝突面の向きが異なる場合にも、その向きの違いに追従して変形可能である。

前記弾性体の他方の部材側に滑り材が設けられることが望ましい。
これにより、地震等の振動により部材同士が衝突する際、部材間に衝突直交方向の相対変位がある場合に、衝突対象の部材（他方の部材）を滑り材上で滑らせ、受衝装置に加わる衝突直交方向のせん断力を小さくすることができる。

前記弾性体の他方の部材側に当接板が設けられ、前記当接板が前記規制部材に当接することで、前記弾性体の衝突直交方向の変形が制限されることが望ましい。
これにより、弾性体がせん断変形により規制部材に直接当たるのを避けることができ、弾性体の損傷を防止できる。

前記弾性体は、第１の板材の開口に配置される第２の板材上に設けられ、前記規制部材は、前記第１の板材上で、前記開口の縁部に、前記開口側に張り出すように設けられることが望ましい。
この場合、弾性体等のメンテナンスや交換を行う際に、弾性体等を設けた第２の板材のみを第１の板材から分離して取り外せばよく、その作業が容易になる。第２の板材は、上記のように第１の板材の開口の縁部に設けた規制部材により当該開口内で保持できる。

前記弾性体および前記規制部材が、設置板上に設けられ、第１の発明の受衝装置は、前記設置板から前記衝突面までの距離を調整するための調整機構を有することが望ましい。
これにより、地震等の振動後に、受衝装置と衝突対象の部材との間隔が広がった場合に、その間隔を振動前の値へと容易に戻すことができる。

前記調整機構は、前記設置板を前記衝突面に締結するボルトおよびナットと、前記設置板と前記衝突面の間に配置する１または複数の調整板と、を含むことが望ましい。
これにより、受衝装置の設置板から衝突面までの距離の調整を簡単に行うことができる。

第２の発明は、一方の部材に設けられた前記受衝装置と、前記一方の部材に衝突する他方の部材との間隔の調整方法であって、いずれかの部材が振動して前記一方の部材と前記他方の部材とが衝突し、振動後の前記間隔が、振動前の前記間隔よりも広がった場合に、前記設置板から前記衝突面までの距離を大きくすることで、前記間隔を振動前の値に戻すことを特徴とする調整方法である。
第２の発明は、第１の発明の受衝装置の調整機構を用いた、受衝装置と衝突対象の部材との間隔の調整方法である。

第３の発明は、免震建物の振動時に衝突対象の部材と衝突する際に、免震建物の振動エネルギーを吸収する摩擦ダンパであって、第１の発明の受衝装置が設けられたことを特徴とする摩擦ダンパである。
これにより、第１の発明の受衝装置を設けた摩擦ダンパを用い、地震等の振動エネルギーを吸収することができる。

本発明により、せん断変形による弾性体の損傷を防止でき、且つ衝突面の向きの違いに弾性体が追従できる受衝装置等を提供することができる。

摩擦ダンパ１を示す図。 受衝装置２を示す図。 弾性体２２が変形した状態を示す図。 受衝装置２の取付け、取外しの方法について説明する図。 上部構造４と摩擦ダンパ１の間隔の調整方法について説明する図。 調整板６を示す図。 規制部材２５の例。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る受衝装置２を有する摩擦ダンパ１を示す図である。図１（ａ）は摩擦ダンパ１を側方から見た図であり、図１（ｂ）は摩擦ダンパ１を上から見た図である。

摩擦ダンパ１は、免震建物の下部構造３に設けられ、地震等の振動で免震建物の上部構造４が変位し衝突した際に、摩擦により振動エネルギーの吸収を行う。下部構造３と上部構造４は、それぞれ建物基礎の立ち上がり部と建物躯体であり、RC（鉄筋コンクリート）造等のコンクリートからなる構造体とするが、これに限ることはない。

摩擦ダンパ１は、筒状の外殻部１１の内側に、外殻部１１の軸方向に進退可能な摺動部１２を挿入した部材（一方の部材）である。摺動部１２の一方の端部は、外殻部１１から上部構造４側に突出し、この突出部分の先端に、上部構造４が衝突する板状の受衝部１３が設けられる。

受衝部１３に衝突対象の上部構造４（他方の部材）が衝突すると、摺動部１２が外殻部１１内へと衝突方向に進入する。この際、外殻部１１内に設けた摩擦材（不図示）上を摺動部１２が摺動することで、摺動時の摩擦により振動エネルギーが吸収される。衝突方向は図１（ａ）、（ｂ）の左右方向に対応する。

本実施形態の受衝装置２は、摩擦ダンパ１の受衝部１３の上部構造４側の面（摩擦ダンパ１の衝突面）に設けられる。なお、上部構造４の摩擦ダンパ１側の面（上部構造４の衝突面）には受衝板４１が設けられる。

図２は受衝装置２を示す図である。図２（ａ）は受衝装置２の水平方向の断面を示したものであり、図２（ｂ）は受衝装置２を上部構造４側から見た正面図である。図２（ａ）は図２（ｂ）の線ａ－ａによる断面に対応する。

本実施形態の受衝装置２は、摩擦ダンパ１の受衝部１３の上部構造４側（図２（ａ）の左側に対応する）の面に設置板２１を設け、設置板２１の上に、弾性体２２、当接板２３、滑り材２４をこの順に上部構造４側へと積層した構成を有する。

弾性体２２は、弾性を有する部材であり、本実施形態ではゴムから形成される板状の部材とするが、これに限ることはない。例えば各種のバネ等であってもよい。

当接板２３は、後述する規制部材２５に当接させるための板状の部材であり、本実施形態では金属板とするが、これに限ることはない。

滑り材２４は、上部構造４を表面上で滑らせるための部材であり、本実施形態ではPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の樹脂によるシート状の部材とする。なお、滑り材２４としては、PTFEのほか、表面の摩擦係数が弾性体２２や当接板２３よりも小さい種々の材料を用いることができ、樹脂に限ることもない。

設置板２１は、その外周部にロ字状に配置される外側の板材２１１（第１の板材）と、板材２１１の開口に嵌め込んで配置される内側の板材２１２（第２の板材）から構成される。上記の弾性体２２、当接板２３、滑り材２４は、内側の板材２１２上に積層される。板材２１１、２１２は金属板とするが、これに限ることはない。

外側の板材２１１は、ボルト２６とナット２７により受衝部１３に締結される。すなわち、板材２１１と受衝部１３の対応する位置にボルト２６を挿通するための孔（不図示）が設けられており、これらの孔に通したボルト２６に対し、板材２１１側と受衝部１３側の双方からナット２７を締め込むことで、板材２１１が受衝部１３に固定される。

また、弾性体２２、当接板２３、滑り材２４（弾性体２２等という）の衝突直交方向の側方には、衝突直交方向における弾性体２２の変形を制限するための規制部材２５が設けられる。衝突直交方向は、衝突方向と平面視で直交する方向であり、図２（ａ）の上下方向、図２（ｂ）の左右方向に対応する。なお、規制部材２５は枠状の部材であり、弾性体２２等の衝突直交方向の側方だけでなく、弾性体２２等の上側および下側にも配置される。

規制部材２５は、外側の板材２１１上に設けられる。規制部材２５は、当該板材２１１の開口の縁部に、開口側（板材２１２側）に張り出すように溶接等で固定される。また規制部材２５と弾性体２２等の間には、所定幅のクリアランス２８が設けられる。

図３は、地震等の振動により上部構造４が変位して摩擦ダンパ１の受衝部１３に衝突し、受衝部１３に設けた受衝装置２の弾性体２２が変形した状態を図２（ａ）と同様の断面で示す図である。この例では、上部構造４が、衝突方向だけでなく矢印ｂに示す衝突直交方向にも変位するものとし、且つ、上部構造４と摩擦ダンパ１の受衝部１３との衝突時に、両部材の衝突面が平行でないものとする。

この場合、受衝装置２では、弾性体２２が両部材の衝突面の向きの違いに合わせて厚さ方向に変形することで、受衝装置２側に生じる曲げ応力が小さくなる。結果、摩擦ダンパ１に生じる偏心曲げモーメントも低減される。また、上部構造４の受衝板４１と滑り材２４との間に生じる摩擦力は小さく、上部構造４（受衝板４１）が滑り材２４上を滑るため、受衝装置２に生じる衝突直交方向のせん断力が小さくなる。さらに、弾性体２２の衝突直交方向のせん断変形は、当接板２３が規制部材２５に当接することで制限されるため、弾性体２２が過度なせん断変形により損傷することもない。

図４は、受衝装置２の取付け、取外しの方法について、図２（ａ）と同様の断面により説明する図である。

受衝装置２の取付時は、図４（ａ）の矢印ｃに示すように、板材２１１の開口Ａに、弾性体２２、当接板２３、滑り材２４を積層した板材２１２を嵌め込んで配置した後、図４（ｂ）に示すように、これらの板材２１１、２１２を摩擦ダンパ１の受衝部１３に配置することができる。この後、前記したようにボルト２６とナット２７を用いて板材２１１を受衝部１３に締結することで、図２（ａ）に示すように受衝装置２を摩擦ダンパ１の受衝部１３に取付けることができる。内側の板材２１２は、外側の板材２１１に設けた枠状の規制部材２５により保持され、受衝部１３から脱落することはない。

メンテナンスや点検のため摩擦ダンパ１から弾性体２２等を取外す際には、図４（ｃ）に示すように、ナット２７を緩めて板材２１１から受衝部１３までの距離を大きくし、その隙間から、弾性体２２等を設けた内側の板材２１２のみを、外側の板材２１１から分離して取外すことができる。これにより、弾性体２２等のメンテナンスや点検の作業が容易になる。

また図５（ａ）は上部構造４の衝突前の摩擦ダンパ１を側方から見たものであるが、免震建物の振動時に上部構造４が摩擦ダンパ１に衝突すると、図５（ｂ）に示すように摺動部１２が外殻部１１内に進入する。この状態が免震建物の振動後も変わらなければ、元の位置に戻った上部構造４と受衝装置２の間隔ｄ２が、振動前の間隔ｄ１よりも広がり、次回地震等が生じた際に、免震層の別の部位同士が先に衝突したり、摩擦ダンパ１による振動エネルギーの吸収効果が発揮できなかったりする恐れがある。

これを防止するためには、摩擦ダンパ１を下部構造３から一旦取り外して工場等に運搬したうえで、摺動部１２を外殻部１１から引き出し、摩擦ダンパ１を下部構造３に再設置することや、摩擦ダンパ１を新しいものに交換することが考えられるが、作業に手間が掛かる。一方、本実施形態では、前記のボルト２６およびナット２７と、後述する調整板とを用い、上部構造４と受衝装置２の間隔を元の値に容易に戻すことができるので、以下その手順を説明する。

すなわち、本実施形態では、図５（ｃ）に示すように、ナット２７を緩めることで、受衝装置２の設置板２１から摩擦ダンパ１の受衝部１３までの距離を広げ、その間に１または複数の調整板６を挿入し、再度ナット２７を締め直す。これにより、図５（ｄ）に示すように、受衝装置２を上部構造４側に移動させ、上部構造４と受衝装置２の間隔を元の値ｄ１へと簡単に戻すことができる。

上記の調整作業ではボルト２６、ナット２７を完全に外す必要がなく、調整板６も人力で扱える重量なので、調整作業を現地で簡単に実施することができる。ボルト２６、ナット２７、および調整板６は、本発明において、受衝装置２の設置板２１から摩擦ダンパ１の受衝部１３までの距離を調整するための調整機構を構成する。

図６は調整板６の立面を示す図である。図６に示すように、調整板６の立面はＴ字状であり、その上部の張出部分６１をボルト２６に引掛けることで、調整板６を、ボルト２６の位置を避け、受衝部１３と設置板２１の間で容易に設置することができる。ただし、調整板６の形状はこれに限らず、ボルト２６を利用し、ボルト２６の位置を避けて配置できるものであればよい。

さらに、ボルト２６以外の手段を用いて調整板６を設置することも可能であり、例えば調整板６に設けたフック（不図示）を設置板２１や受衝部１３に引掛けて調整板６を配置することも可能である。この場合、調整板６はボルト２６の位置を避けて配置できる形状であれば十分である。

以上説明したように、本実施形態の受衝装置２は、弾性体２２の側方に設けた規制部材２５により弾性体２２の過度なせん断変形を防止でき、地震等の振動により上部構造４と摩擦ダンパ１が衝突する際、上部構造４と摩擦ダンパ１に衝突直交方向の相対変位がある場合に、せん断変形による弾性体２２の損傷を防止できる。

さらに、規制部材２５と弾性体２２の間にはクリアランス２８が設けられているので、規制部材２５が弾性体２２の曲げ剛性に影響を与えることもない。そのため、弾性体２２は、上部構造４と摩擦ダンパ１が衝突する際に、両部材の衝突面の向きが異なる場合にも、その変形により衝突面の向きの違いに追従可能であり、受衝装置２側に生じる曲げ応力が小さくなる。

また本実施形態では、弾性体２２の上部構造４側に滑り材２４が設けられるので、地震等の振動により上部構造４と摩擦ダンパ１が衝突する際、上部構造４と摩擦ダンパ１に衝突直交方向の相対変位がある場合に、上部構造４を滑り材２４上で滑らせ、受衝装置２に加わる衝突直交方向のせん断力を小さくすることができる。

また本実施形態では、当接板２３が規制部材２５に当接することで、弾性体２２の衝突直交方向の変形が制限されるので、弾性体２２がせん断変形により規制部材２５に直接当たるのを避けることができ、弾性体２２の損傷を防止できる。

また本実施形態では、設置板２１を内外の板材２１１、２１２に分割することで、弾性体２２等のメンテナンスや交換を行う際には、弾性体２２等を設けた板材２１２のみを取り外せばよく、その作業が容易になる。また内側の板材２１２は、前記のように外側の板材２１１の開口の縁部に設けた規制部材２５により当該開口内で保持できる。

また、受衝装置２では、摩擦ダンパ１の受衝部１３と設置板２１の間の距離が調整可能なので、地震等の振動後に上部構造４と受衝装置２の間隔が大きくなった場合に、上部構造４と受衝装置２の間隔を振動前の値へと現地で容易に戻すことができ、摩擦ダンパ１自体を交換したり、摩擦ダンパ１の摺動部１２を引き出したりする必要が無い。また上記距離の調整は、ボルト２６およびナット２７と調整板６により前記したように簡単に行うことができ、人力による調整作業を軽減できる。

また本実施形態の受衝装置２は摩擦ダンパ１の衝突面に設けられており、地震等の振動エネルギーを摩擦ダンパ１により吸収することが可能である。

しかしながら、本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば上記の実施形態では、摩擦ダンパ１を設ける下部構造３が建物基礎であるが、下部構造３はこれに限らず、例えば擁壁であってもよい。また上部構造４も建物躯体に限定されることはない。

また、上記の実施形態では摩擦ダンパ１を下部構造３に設けているが、上部構造４に設けても良い。この場合も、地震等が生じた際に、上部構造４の変位による摩擦ダンパ１と下部構造３との衝突を受衝装置２により緩和することができる。

また本実施形態では摩擦ダンパ１を免震建物に適用しているが、摩擦ダンパ１の適用対象が免震建物に限ることはない。摩擦ダンパ１は、地震等の振動時の変位により衝突が生じる箇所であれば適用可能である。

また本実施形態の受衝装置２は摩擦ダンパ１に取り付けて用いているが、受衝装置２の適用対象も摩擦ダンパ１に限ることはない。例えば摩擦ダンパ１以外のダンパに適用することもできる。また地震等の振動時の変位により衝突が生じる部材間であれば、受衝装置２を単独で（摩擦ダンパ１に取り付けずに）適用することも可能である。振動後の部材間の間隔が振動前よりも大きくなるような箇所であれば、図５等で説明した調整方法も有効である。

また規制部材２５も枠状のものに限らず、図７（ａ）に示すように、弾性体２２等の衝突直交方向（図７（ａ）の左右方向に対応する）の側方のみに線状の規制部材２５を配置してもよいし、図７（ｂ）に示すように、規制部材２５を、弾性体２２等の四隅に当たる位置のみに配置してもよい。これらの場合にも、弾性体２２等と規制部材２５の間にはクリアランス２８が設けられる。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１：摩擦ダンパ
２：受衝装置
３：下部構造
４：上部構造
６：調整板
１１：外殻部
１２：摺動部
１３：受衝部
２１：設置板
２２：弾性体
２３：当接板
２４：滑り材
２５：規制部材
２６：ボルト
２７：ナット
２８：クリアランス
２１１、２１２：板材

Claims (8)

1. 部材同士の衝突を緩和するために、衝突する一方の部材に設けられる受衝装置であって、
   前記一方の部材の衝突面に設けられた弾性体と、
   衝突直交方向における前記弾性体の変形を制限するために、前記衝突面において、前記弾性体の衝突直交方向の側方に配置された規制部材と、
   を有し、
   前記規制部材と前記弾性体の間に、クリアランスが設けられたことを特徴とする受衝装置。
2. 前記弾性体の他方の部材側に滑り材が設けられたことを特徴とする請求項１記載の受衝装置。
3. 前記弾性体の他方の部材側に当接板が設けられ、
   前記当接板が前記規制部材に当接することで、前記弾性体の衝突直交方向の変形が制限されることを特徴とする請求項１記載の受衝装置。
4. 前記弾性体は、第１の板材の開口に配置される第２の板材上に設けられ、
   前記規制部材は、前記第１の板材上で、前記開口の縁部に、前記開口側に張り出すように設けられたことを特徴とする請求項１記載の受衝装置。
5. 前記弾性体および前記規制部材が、設置板上に設けられ、
   前記設置板から前記衝突面までの距離を調整するための調整機構を有することを特徴とする請求項１記載の受衝装置。
6. 前記調整機構は、
   前記設置板を前記衝突面に締結するボルトおよびナットと、
   前記設置板と前記衝突面の間に配置する１または複数の調整板と、
   を含むことを特徴とする請求項５記載の受衝装置。
7. 一方の部材に設けられた請求項５または請求項６記載の受衝装置と、前記一方の部材に衝突する他方の部材との間隔の調整方法であって、
   いずれかの部材が振動して前記一方の部材と前記他方の部材とが衝突し、振動後の前記間隔が、振動前の前記間隔よりも広がった場合に、前記設置板から前記衝突面までの距離を大きくすることで、前記間隔を振動前の値に戻すことを特徴とする調整方法。
8. 免震建物の振動時に衝突対象の部材と衝突する際に、免震建物の振動エネルギーを吸収する摩擦ダンパであって、
   請求項１記載の受衝装置が設けられたことを特徴とする摩擦ダンパ。

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