JPH05141464A - 積層ゴム支承及び該積層ゴム支承を用いた構造物の振動制御装置 - Google Patents
積層ゴム支承及び該積層ゴム支承を用いた構造物の振動制御装置Info
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- JPH05141464A JPH05141464A JP3300409A JP30040991A JPH05141464A JP H05141464 A JPH05141464 A JP H05141464A JP 3300409 A JP3300409 A JP 3300409A JP 30040991 A JP30040991 A JP 30040991A JP H05141464 A JPH05141464 A JP H05141464A
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- F16F1/36—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
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- E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
- E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
- E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
- E04H9/0215—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings involving active or passive dynamic mass damping systems
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16F1/36—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
- F16F1/373—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers characterised by having a particular shape
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 長周期で、大きな水平変形能力を有し、かつ
座屈が生じない積層ゴム支承、及び該積層ゴム支承を用
いた長周期の構造物に適し、騒音等の問題の少ない振動
制御装置を提供する。 【構成】 リング状に形成した中空のゴム２に、リング
状の鋼板３を水平に複数枚埋め込み、中空の積層ゴム１
を形成する。中空の積層ゴム１を、接合プレート６を介
して、上下方向に複数段積み重ね、所定の低せん断剛性
の積層ゴム支承を形成する。
座屈が生じない積層ゴム支承、及び該積層ゴム支承を用
いた長周期の構造物に適し、騒音等の問題の少ない振動
制御装置を提供する。 【構成】 リング状に形成した中空のゴム２に、リング
状の鋼板３を水平に複数枚埋め込み、中空の積層ゴム１
を形成する。中空の積層ゴム１を、接合プレート６を介
して、上下方向に複数段積み重ね、所定の低せん断剛性
の積層ゴム支承を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は構造物の振動を抑制する
ための免震構造あるいはダイナミックダンパー等の振動
制御装置に用いるための積層ゴム支承及び該積層ゴム支
承を用いた構造物の振動制御装置に関するものである。
ための免震構造あるいはダイナミックダンパー等の振動
制御装置に用いるための積層ゴム支承及び該積層ゴム支
承を用いた構造物の振動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、上部構造等への地震入力の低減を
図るための免震構造として、積層ゴム支承を用いた構造
が種々開発されている（「開花宣言した“免震ビル”モ
デル施設がいっせいに登場」、日経アーキテクチュア１
９８６年７月１４日号、第５４頁〜第７５頁参照）。従
来の積層ゴム支承として最も一般的なものは、鋼板とゴ
ムを交互に重ね、上部構造または基礎等の下部構造に据
え付けるための接合プレートを上下に設けたものであ
る。この他、高減衰ゴムを使用したものや、鉛プラグの
ダンパーを内在させたもの等がある。
図るための免震構造として、積層ゴム支承を用いた構造
が種々開発されている（「開花宣言した“免震ビル”モ
デル施設がいっせいに登場」、日経アーキテクチュア１
９８６年７月１４日号、第５４頁〜第７５頁参照）。従
来の積層ゴム支承として最も一般的なものは、鋼板とゴ
ムを交互に重ね、上部構造または基礎等の下部構造に据
え付けるための接合プレートを上下に設けたものであ
る。この他、高減衰ゴムを使用したものや、鉛プラグの
ダンパーを内在させたもの等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、免震構造に用い
られている中実の積層ゴムは高さと同程度の変形能力が
得られるが、せん断剛性を低くするためには径を非常に
小さくしなければならず、大変形と低せん断剛性の両者
を同時に実現することは困難であった。
られている中実の積層ゴムは高さと同程度の変形能力が
得られるが、せん断剛性を低くするためには径を非常に
小さくしなければならず、大変形と低せん断剛性の両者
を同時に実現することは困難であった。
【０００４】また、図１５に示すように、積層ゴム１を
リング状に形成し、その内部を中空とすることにより、
せん断剛性が低く、変形能力が大きくなるようにしたも
のも考えられている。この場合、長周期で、せん断剛性
の低い積層ゴムが可能となるが、中空とすることで座屈
耐力が低くなるという問題がある。
リング状に形成し、その内部を中空とすることにより、
せん断剛性が低く、変形能力が大きくなるようにしたも
のも考えられている。この場合、長周期で、せん断剛性
の低い積層ゴムが可能となるが、中空とすることで座屈
耐力が低くなるという問題がある。
【０００５】さらに、通常の積層ゴムを小型化した小要
素積層ゴムを、上下の接合プレートを介して多段に連結
することで、変形能力が大きく、かつせん断剛性の低い
積層ゴム支承を実現する機構が知られているが、要素数
が非常に多くなるという問題がある。
素積層ゴムを、上下の接合プレートを介して多段に連結
することで、変形能力が大きく、かつせん断剛性の低い
積層ゴム支承を実現する機構が知られているが、要素数
が非常に多くなるという問題がある。
【０００６】また、免震構造以外の用途としては、例え
ばダイナミックダンパー等の受動型の振動制御装置（以
下、ＤＤと呼ぶ）におけるバネ要素、さらにアクチュエ
ーターの油圧力あるいは電磁力等による制御力を加え、
構造物の振動を能動的に抑制する能動型の振動制御装置
におけるバネ要素あるいは支持装置として、積層ゴムを
用いることが考えられる。これらの振動制御装置におい
ては、通常、バネの固有周期を構造物の固有周期に同調
させるか、あるいは構造物の固有周期より長い周期（支
持装置として用いる場合等）に設定しており、またコン
パクトな装置で大きな制振効果を得るためには大きなス
トロークが必要となる。例えば、特開平１−２７５８６
６公報に記載された能動型の振動制御装置では、建物の
固有周期より長い周期を得るため、支持装置としてのバ
ネの代わりに吊り材を用いて重りを吊り支持し、これを
地震等に対する建物の応答に応じてアクチュエーターで
加振する構成としている。しかし、吊り方式ではストロ
ークが大きくなると、上下方向の動きも大きくなるとい
う問題がある。また、制振の対象となる構造物の固有周
期が長くなると、上述したようにそれに見合う周期を持
った積層ゴムの使用が難しくなる。さらに、能動型の振
動制御装置のようにアクチュエーターで重りを振動させ
る場合、その駆動に起因する振動が構造物に伝わり、振
動制御装置設置階近傍では騒音や不快な振動が伝わると
いった問題もある。
ばダイナミックダンパー等の受動型の振動制御装置（以
下、ＤＤと呼ぶ）におけるバネ要素、さらにアクチュエ
ーターの油圧力あるいは電磁力等による制御力を加え、
構造物の振動を能動的に抑制する能動型の振動制御装置
におけるバネ要素あるいは支持装置として、積層ゴムを
用いることが考えられる。これらの振動制御装置におい
ては、通常、バネの固有周期を構造物の固有周期に同調
させるか、あるいは構造物の固有周期より長い周期（支
持装置として用いる場合等）に設定しており、またコン
パクトな装置で大きな制振効果を得るためには大きなス
トロークが必要となる。例えば、特開平１−２７５８６
６公報に記載された能動型の振動制御装置では、建物の
固有周期より長い周期を得るため、支持装置としてのバ
ネの代わりに吊り材を用いて重りを吊り支持し、これを
地震等に対する建物の応答に応じてアクチュエーターで
加振する構成としている。しかし、吊り方式ではストロ
ークが大きくなると、上下方向の動きも大きくなるとい
う問題がある。また、制振の対象となる構造物の固有周
期が長くなると、上述したようにそれに見合う周期を持
った積層ゴムの使用が難しくなる。さらに、能動型の振
動制御装置のようにアクチュエーターで重りを振動させ
る場合、その駆動に起因する振動が構造物に伝わり、振
動制御装置設置階近傍では騒音や不快な振動が伝わると
いった問題もある。
【０００７】本発明は上述のような問題の解決を図った
ものであり、長周期（低せん断剛性）とすることがで
き、大きな水平変形能力を有し、かつ座屈が生じ難い積
層ゴム支承、及び該積層ゴム支承を用いた構造物の振動
制御装置を提供するものである。
ものであり、長周期（低せん断剛性）とすることがで
き、大きな水平変形能力を有し、かつ座屈が生じ難い積
層ゴム支承、及び該積層ゴム支承を用いた構造物の振動
制御装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の積層ゴム支承
は、水平断面をリング状に形成して内部を中空とした中
空積層ゴムを、水平な連結プレートを介して、上下方向
に複数段連結したものである。積層ゴムは各段１個の場
合と、各段複数個の場合とがある。各段複数個の場合
は、平面的に複数個配置した積層ゴムの上下に水平な連
結プレートを取り付け、これを上下方向に複数段連結す
る。
は、水平断面をリング状に形成して内部を中空とした中
空積層ゴムを、水平な連結プレートを介して、上下方向
に複数段連結したものである。積層ゴムは各段１個の場
合と、各段複数個の場合とがある。各段複数個の場合
は、平面的に複数個配置した積層ゴムの上下に水平な連
結プレートを取り付け、これを上下方向に複数段連結す
る。
【０００９】中空の積層ゴムは中実の積層ゴムと比べ、
せん断剛性の低く、かつ変形能力が大きいという利点が
ある。従って、中空の積層ゴムを複数段連結すること
で、従来の中実の積層ゴムを積層ゴム上下の接合プレー
トあるいは水平な連結プレートを介して多段に連結した
ものと比べ、より少ない要素数及び段数で、所定の低せ
ん断剛性及びストロークを実現することができる。
せん断剛性の低く、かつ変形能力が大きいという利点が
ある。従って、中空の積層ゴムを複数段連結すること
で、従来の中実の積層ゴムを積層ゴム上下の接合プレー
トあるいは水平な連結プレートを介して多段に連結した
ものと比べ、より少ない要素数及び段数で、所定の低せ
ん断剛性及びストロークを実現することができる。
【００１０】なお、各段の積層ゴムは同一径としてもよ
いし、例えば上方の積層ゴムの外径を下方の積層ゴムの
外径より小さくしてもよい。上方の積層ゴムの外径を小
さく、下方の積層ゴムの外径を大きくした場合、より安
定した支承となり、座屈耐力もさらに向上させることが
できる。また、積層ゴムは全て中空のものとすることが
可能であるが、一部、中実の積層ゴムを使用した場合
も、他の積層ゴムを中空とすることで、全部が中実の場
合に比べ、少ない要素数で所定の低せん断剛性（長周期
化）及びストロークの増大を実現することができる。
いし、例えば上方の積層ゴムの外径を下方の積層ゴムの
外径より小さくしてもよい。上方の積層ゴムの外径を小
さく、下方の積層ゴムの外径を大きくした場合、より安
定した支承となり、座屈耐力もさらに向上させることが
できる。また、積層ゴムは全て中空のものとすることが
可能であるが、一部、中実の積層ゴムを使用した場合
も、他の積層ゴムを中空とすることで、全部が中実の場
合に比べ、少ない要素数で所定の低せん断剛性（長周期
化）及びストロークの増大を実現することができる。
【００１１】本発明の振動制御装置は受動型または能動
型の振動制御装置において、上述した積層ゴム支承を、
バネ要素あるいは支持装置（中立位置を保つためのバネ
等）として用いたものである。
型の振動制御装置において、上述した積層ゴム支承を、
バネ要素あるいは支持装置（中立位置を保つためのバネ
等）として用いたものである。
【００１２】ＤＤに用いる場合、制振の対象となる構造
物の所定位置に、積層ゴム支承（通常、複数）を設置
し、積層ゴム支承の上に所定質量ｍd の付加質量体を載
置することで、ＤＤを構成することができる。付加質量
体の質量ｍd は通常、構造物の質量ｍ1 の１／５０〜１
／１００程度とされる。中空積層ゴムを複数段連結した
積層ゴム支承を用いることで、構造物の固有周期に応じ
た長周期で、水平方向に変形能力の大きなバネ（バネ定
数ｋd ）が形成され、高層の建物等にも適用可能とな
る。
物の所定位置に、積層ゴム支承（通常、複数）を設置
し、積層ゴム支承の上に所定質量ｍd の付加質量体を載
置することで、ＤＤを構成することができる。付加質量
体の質量ｍd は通常、構造物の質量ｍ1 の１／５０〜１
／１００程度とされる。中空積層ゴムを複数段連結した
積層ゴム支承を用いることで、構造物の固有周期に応じ
た長周期で、水平方向に変形能力の大きなバネ（バネ定
数ｋd ）が形成され、高層の建物等にも適用可能とな
る。
【００１３】能動型の振動制御装置としては、例えば以
下のようなタイプが挙げられる。
下のようなタイプが挙げられる。
【００１４】 質量ｍ1 の構造物と、所定の質量ｍd
を有する付加質量体との間に、構造物の振動に応じた制
御力ｕ(t) を加えるためのアクチュエーターを介在した
もの（以下、ＡＭＤと呼ぶ）。
を有する付加質量体との間に、構造物の振動に応じた制
御力ｕ(t) を加えるためのアクチュエーターを介在した
もの（以下、ＡＭＤと呼ぶ）。
【００１５】 上記の構成において、構造物と付加
質量体との間に所定のバネ定数ｋd を有するバネを介在
させ、付加質量体を自由振動させた場合の周期を構造物
の固有周期と同調させたもの（以下、ＨＭＤと呼ぶ）。
質量体との間に所定のバネ定数ｋd を有するバネを介在
させ、付加質量体を自由振動させた場合の周期を構造物
の固有周期と同調させたもの（以下、ＨＭＤと呼ぶ）。
【００１６】 ＤＤの構成において、所定質量ｍa の
付加質量体（第１の付加質量体）に対し、さらに所定質
量ｍb の第２の付加質量体を設け、第１の付加質量体と
第２の付加質量体の間に制御力ｕ(t) を作用させるよう
にしたもの（例えば特開昭６３−１５６１７１号公報参
照）や、さらに第１の付加質量体及び第２の付加質量体
の周期をバネ（バネ定数ｋb ）を用いて構造物の固有周
期に同調させたもの等、ＤＤとＡＭＤまたはＨＭＤを二
重に重ね合わせたような構成を有するもの（以下、ＤＭ
Ｄと呼ぶ）。
付加質量体（第１の付加質量体）に対し、さらに所定質
量ｍb の第２の付加質量体を設け、第１の付加質量体と
第２の付加質量体の間に制御力ｕ(t) を作用させるよう
にしたもの（例えば特開昭６３−１５６１７１号公報参
照）や、さらに第１の付加質量体及び第２の付加質量体
の周期をバネ（バネ定数ｋb ）を用いて構造物の固有周
期に同調させたもの等、ＤＤとＡＭＤまたはＨＭＤを二
重に重ね合わせたような構成を有するもの（以下、ＤＭ
Ｄと呼ぶ）。
【００１７】能動型の振動制御装置の場合も、ＤＤの場
合のように、制振の対象となる構造物の所定位置に、中
空積層ゴムを複数段連結した積層ゴム支承（通常、複
数）を設置し、積層ゴム支承の上に所定質量ｍd （また
はｍa ）の付加質量体を載置する。ＡＭＤの場合は、積
層ゴム支承が付加質量体を上下方向に支持するととも
に、水平方向については中立位置を保つためのバネとし
て機能し、制御力ｕ(t) を作用させる際の障害とならな
いよう、構造物の固有周期より十分長い周期のものを用
いる。
合のように、制振の対象となる構造物の所定位置に、中
空積層ゴムを複数段連結した積層ゴム支承（通常、複
数）を設置し、積層ゴム支承の上に所定質量ｍd （また
はｍa ）の付加質量体を載置する。ＡＭＤの場合は、積
層ゴム支承が付加質量体を上下方向に支持するととも
に、水平方向については中立位置を保つためのバネとし
て機能し、制御力ｕ(t) を作用させる際の障害とならな
いよう、構造物の固有周期より十分長い周期のものを用
いる。
【００１８】ＨＭＤは制御力にバネに相当する項を加え
ることで、付加質量体に作用する慣性力の一部をキャン
セルし、少ない制御力で付加質量体を振動させられるよ
うにしたものであり、この場合、積層ゴム支承の周期を
構造物の固有周期に合わせる。
ることで、付加質量体に作用する慣性力の一部をキャン
セルし、少ない制御力で付加質量体を振動させられるよ
うにしたものであり、この場合、積層ゴム支承の周期を
構造物の固有周期に合わせる。
【００１９】また、ＤＭＤも第１の付加質量体に対して
は、構造物の固有周期に合わせた積層ゴム支承（バネ定
数ｋa ）で支持し、第２の付加質量体に制御力を加える
ことで、小さな制御力で大きな振動抑制効果が得られ
る。
は、構造物の固有周期に合わせた積層ゴム支承（バネ定
数ｋa ）で支持し、第２の付加質量体に制御力を加える
ことで、小さな制御力で大きな振動抑制効果が得られ
る。
【００２０】なお、アクチュエーターを用いる能動型の
振動制御装置では、駆動に伴う騒音や振動の問題がある
が、付加質量体が積層ゴム支承で支持されていること
で、設置階近傍における騒音、振動の問題が軽減され
る。
振動制御装置では、駆動に伴う騒音や振動の問題がある
が、付加質量体が積層ゴム支承で支持されていること
で、設置階近傍における騒音、振動の問題が軽減され
る。
【００２１】
【実施例】次に、図示した実施例について説明する。
【００２２】図１は本発明の積層ゴム支承の一実施例を
示したもので、中空の積層ゴム１を上下の接合プレート
６を介して、ボルト７で３段連結し、一つの積層ゴム支
承Ａを形成している。なお、連結プレートとしての２枚
の接合プレート６をボルト接合する代わりに、積層ゴム
１間に水平な連結プレートを挟み込み、複数の積層ゴム
１とその間の連結プレートを予め一体化した形で作るこ
ともできる。
示したもので、中空の積層ゴム１を上下の接合プレート
６を介して、ボルト７で３段連結し、一つの積層ゴム支
承Ａを形成している。なお、連結プレートとしての２枚
の接合プレート６をボルト接合する代わりに、積層ゴム
１間に水平な連結プレートを挟み込み、複数の積層ゴム
１とその間の連結プレートを予め一体化した形で作るこ
ともできる。
【００２３】同じ高さあるいはせん断剛性の支承を単一
の積層ゴムで作ろうとすると、高さが大きいため積層ゴ
ムに座屈が生じ、大きなストロークが得られない。これ
に対し、複数の中空積層ゴム１を上下方向に多段に連結
することで、各々の変形能力を十分活用した、低剛性で
ストロークの大きい積層ゴム支承が得られる。また、中
空の積層ゴム１を使用しているため、中実の積層ゴムを
多段に連結する場合に比べ、支承として少ない段数で大
きなストロークが得られ、段数も少ないため、全体の高
さも低く抑えることができ、実用的な長周期の積層ゴム
支承Ａが形成される。図１６は(a) の中実の積層ゴム
１’と、(b) の中空の積層ゴム１の変形能力を比較した
もので、中空とすることにより同じゴム断面積に対し
て、中実の積層ゴム１’における１段当りの変位量δ0
に対し、中空の積層ゴム１では変位量をδ1 まで大きく
することができる。なお、図中、Ｄ0 は中実の場合の積
層ゴム１’の外径、Ｄ1 は中空の場合の積層ゴム１の外
径を示す。
の積層ゴムで作ろうとすると、高さが大きいため積層ゴ
ムに座屈が生じ、大きなストロークが得られない。これ
に対し、複数の中空積層ゴム１を上下方向に多段に連結
することで、各々の変形能力を十分活用した、低剛性で
ストロークの大きい積層ゴム支承が得られる。また、中
空の積層ゴム１を使用しているため、中実の積層ゴムを
多段に連結する場合に比べ、支承として少ない段数で大
きなストロークが得られ、段数も少ないため、全体の高
さも低く抑えることができ、実用的な長周期の積層ゴム
支承Ａが形成される。図１６は(a) の中実の積層ゴム
１’と、(b) の中空の積層ゴム１の変形能力を比較した
もので、中空とすることにより同じゴム断面積に対し
て、中実の積層ゴム１’における１段当りの変位量δ0
に対し、中空の積層ゴム１では変位量をδ1 まで大きく
することができる。なお、図中、Ｄ0 は中実の場合の積
層ゴム１’の外径、Ｄ1 は中空の場合の積層ゴム１の外
径を示す。
【００２４】図２は本発明の積層ゴム支承の他の実施例
を示したもので、図１の支承Ａでは各段とも径の等しい
中空積層ゴム１を使用していたのに対し、本実施例では
上方の積層ゴム１の外径が下方の積層ゴムの外径より小
さくなるようにしている。上部の積層ゴム１の外径が小
さいことで、水平方向に変形したときも、曲げ変形の少
ない状態で鉛直荷重が伝達され、積層ゴム支承Ａとして
の安定性、座屈耐力の向上が図れる。
を示したもので、図１の支承Ａでは各段とも径の等しい
中空積層ゴム１を使用していたのに対し、本実施例では
上方の積層ゴム１の外径が下方の積層ゴムの外径より小
さくなるようにしている。上部の積層ゴム１の外径が小
さいことで、水平方向に変形したときも、曲げ変形の少
ない状態で鉛直荷重が伝達され、積層ゴム支承Ａとして
の安定性、座屈耐力の向上が図れる。
【００２５】図３及び図４はさらに他の実施例を示した
ものである。本実施例では中空の積層ゴム１を平面的に
各段複数個配置し、各積層ゴム１を連結可能な大きさの
水平な連結プレート８を介して、上下方向に複数段連結
している。各段の積層ゴム１どうしが大きな連結プレー
ト８を介して連結されているため、各積層ゴム１に水平
変位が生じたときでも、各段ごとの水平が保たれ、全体
として非常に安定した構造の積層ゴム支承Ａが形成され
る。
ものである。本実施例では中空の積層ゴム１を平面的に
各段複数個配置し、各積層ゴム１を連結可能な大きさの
水平な連結プレート８を介して、上下方向に複数段連結
している。各段の積層ゴム１どうしが大きな連結プレー
ト８を介して連結されているため、各積層ゴム１に水平
変位が生じたときでも、各段ごとの水平が保たれ、全体
として非常に安定した構造の積層ゴム支承Ａが形成され
る。
【００２６】図５〜図８は上述した積層ゴム支承を用い
た構造物の振動制御装置の実施例を示したものである。
た構造物の振動制御装置の実施例を示したものである。
【００２７】図５の実施例はＤＤの場合であり、構造物
１０上に４本の積層ゴム支承Ａ（図では手前の２本のみ
を示している）を介して付加質量体１１を支持したもの
である。積層ゴム支承Ａは単一の積層ゴム１を上下方向
に複数段重ね合わせることで、構造物の固有周期に対応
する長周期で、ストロークの大きい支承を実現してい
る。
１０上に４本の積層ゴム支承Ａ（図では手前の２本のみ
を示している）を介して付加質量体１１を支持したもの
である。積層ゴム支承Ａは単一の積層ゴム１を上下方向
に複数段重ね合わせることで、構造物の固有周期に対応
する長周期で、ストロークの大きい支承を実現してい
る。
【００２８】装置が設置される構造物１０の質量を
ｍ1 、付加質量体１１の質量をｍd 、構造物１０本体の
バネ定数をｋ1 、積層ゴム支承Ａによるバネ定数を
ｋd 、減衰係数をｃd と表した場合、主振動系を構成す
る構造物１０の固有角振動数は、 ω1 ＝（ｋ1 ／ｍ1 ）1/2 で与えられる。
ｍ1 、付加質量体１１の質量をｍd 、構造物１０本体の
バネ定数をｋ1 、積層ゴム支承Ａによるバネ定数を
ｋd 、減衰係数をｃd と表した場合、主振動系を構成す
る構造物１０の固有角振動数は、 ω1 ＝（ｋ1 ／ｍ1 ）1/2 で与えられる。
【００２９】吸振系を構成する付加質量体１１の質量ｍ
d は、構造物１０の質量ｍ1 との比が、 μ＝ｍd ／ｍ1 ≧０．０１ 程度となるよう設計され、このとき、吸振系の固有角振
動数は、 ωd ＝（１／１＋μ）ω1 となり、減衰係数ｃd 及び減衰定数ｈd は、 ｃd ＝２ｍd ωd ｈd ｈd ＝〔３μ／８（１＋μ）〕1/2 と表現される。
d は、構造物１０の質量ｍ1 との比が、 μ＝ｍd ／ｍ1 ≧０．０１ 程度となるよう設計され、このとき、吸振系の固有角振
動数は、 ωd ＝（１／１＋μ）ω1 となり、減衰係数ｃd 及び減衰定数ｈd は、 ｃd ＝２ｍd ωd ｈd ｈd ＝〔３μ／８（１＋μ）〕1/2 と表現される。
【００３０】図６の実施例は同じくＤＤの場合であり、
本実施例においてはＤＤのバネ要素としての隣り合う積
層ゴム支承Ａの上下接合プレート６間を、鋼板等からな
る連結プレート９で水平方向に連結し、図３及び図４に
示した積層ゴム支承Ａと同様の安定性の高い構造として
いる。
本実施例においてはＤＤのバネ要素としての隣り合う積
層ゴム支承Ａの上下接合プレート６間を、鋼板等からな
る連結プレート９で水平方向に連結し、図３及び図４に
示した積層ゴム支承Ａと同様の安定性の高い構造として
いる。
【００３１】図７の実施例はＡＭＤまたはＨＭＤの場合
であり、積層ゴム１を多段に形成した積層ゴム支承Ａ上
に載置した付加質量体１１に対し、アクチュエーター１
２の油圧力あるいは電磁力等による制御力ｕ(t) を加
え、構造物の振動を能動的に抑制する。
であり、積層ゴム１を多段に形成した積層ゴム支承Ａ上
に載置した付加質量体１１に対し、アクチュエーター１
２の油圧力あるいは電磁力等による制御力ｕ(t) を加
え、構造物の振動を能動的に抑制する。
【００３２】ＡＭＤにおいては構造物１０本体と振動制
御装置を構成する付加質量体１１との間のバネ（積層ゴ
ム１）を柔らかい状態、例えば、 ωd ≦（１／２）ω1 とし、制御力ｕ(t) を、例えば次式のような形で与え
る。
御装置を構成する付加質量体１１との間のバネ（積層ゴ
ム１）を柔らかい状態、例えば、 ωd ≦（１／２）ω1 とし、制御力ｕ(t) を、例えば次式のような形で与え
る。
【００３３】 ｕ(t) ＝Ｇ1 （ｄｘ1 ／ｄｔ）＋Ｇ2 （ｄｘd ／ｄｔ） ここで、ｘ1 は構造物１０の変位、ｘd は第１付加質量
体の変位である。また、Ｇ1 は構造物の応答速度に対す
るＡＧＣ回路等を含む回路のゲインであり、大入力から
小入力までの対応を図ったものである。また、上式の第
２項は付加質量体側の振動速度にゲインＧ2 （負符号）
をかけたものを制御力に加えることにより、付加質量体
側にも減衰性を与え、安定化を図ったものである。
体の変位である。また、Ｇ1 は構造物の応答速度に対す
るＡＧＣ回路等を含む回路のゲインであり、大入力から
小入力までの対応を図ったものである。また、上式の第
２項は付加質量体側の振動速度にゲインＧ2 （負符号）
をかけたものを制御力に加えることにより、付加質量体
側にも減衰性を与え、安定化を図ったものである。
【００３４】ＨＭＤとする場合には、バネ定数ｋd を付
加質量体１１の振動が構造物１０の振動と同期するよ
う、すなわち、 ωd ＝ω1 となるよう設定し、制御力ｕ(t) を例えば次式の形で与
える。
加質量体１１の振動が構造物１０の振動と同期するよ
う、すなわち、 ωd ＝ω1 となるよう設定し、制御力ｕ(t) を例えば次式の形で与
える。
【００３５】 ｕ(t) ＝Ｇ1 （ｄｘ1 ／ｄｔ）＋Ｇ2 （ｄｘd ／ｄｔ）
＋Ｇ3 （ｘ1 −ｘd ） ここで、Ｇ3 は負の符号を持つゲインであり、上式の第
３項により振動時に付加質量体１１に作用する慣性力の
一部をキャンセルし、少ない制御力で付加質量体１１を
振動させられるようにする。
＋Ｇ3 （ｘ1 −ｘd ） ここで、Ｇ3 は負の符号を持つゲインであり、上式の第
３項により振動時に付加質量体１１に作用する慣性力の
一部をキャンセルし、少ない制御力で付加質量体１１を
振動させられるようにする。
【００３６】図８はＤＭＤの場合であり、所定質量ｍa
の付加質量体１１に対し、さらに所定質量ｍb の第２の
付加質量体１３を設け、第１の付加質量体１１と第２の
付加質量体１３の間のアクチュエーター１４により、制
御力ｕ(t) を加え、構造物の振動を能動的に抑制する。
ＤＭＤは、ＤＤとＡＭＤまたはＨＭＤを二重に構成した
ものに相当し、小さな制御力で大きな振動抑制効果が得
られる。このような構成において、付加質量体１１を中
空の積層ゴム１を多段に重ねた積層ゴム支承Ａで支持す
ることで、長周期の構造物への適用が可能であり、また
変形能力も大きいため、効果的な振動制御が行なえる。
の付加質量体１１に対し、さらに所定質量ｍb の第２の
付加質量体１３を設け、第１の付加質量体１１と第２の
付加質量体１３の間のアクチュエーター１４により、制
御力ｕ(t) を加え、構造物の振動を能動的に抑制する。
ＤＭＤは、ＤＤとＡＭＤまたはＨＭＤを二重に構成した
ものに相当し、小さな制御力で大きな振動抑制効果が得
られる。このような構成において、付加質量体１１を中
空の積層ゴム１を多段に重ねた積層ゴム支承Ａで支持す
ることで、長周期の構造物への適用が可能であり、また
変形能力も大きいため、効果的な振動制御が行なえる。
【００３７】図９〜図１４は本発明の積層ゴム支承に用
いる中空の積層ゴムについての変形例を示したものであ
る。
いる中空の積層ゴムについての変形例を示したものであ
る。
【００３８】図９〜図１１のタイプの積層ゴムは、積層
ゴム１を構成するゴム２をリング状に形成して内部を中
空とし、内側及び外側の少なくとも一方について、上下
方向中央部から上下方向両端部にかけて水平断面におけ
る幅が徐々に増大するよう上下方向に変断面としたもの
（以下、変断面タイプという）である。据え付け状態に
おいて大きな曲げモーメントの作用する上下方向両端部
に向かって、積層ゴム１の幅が内側または外側に広がる
ことで、積層ゴム１としての座屈耐力が増し、中空の積
層ゴム１の変形能力を十分活用することができる。
ゴム１を構成するゴム２をリング状に形成して内部を中
空とし、内側及び外側の少なくとも一方について、上下
方向中央部から上下方向両端部にかけて水平断面におけ
る幅が徐々に増大するよう上下方向に変断面としたもの
（以下、変断面タイプという）である。据え付け状態に
おいて大きな曲げモーメントの作用する上下方向両端部
に向かって、積層ゴム１の幅が内側または外側に広がる
ことで、積層ゴム１としての座屈耐力が増し、中空の積
層ゴム１の変形能力を十分活用することができる。
【００３９】図９の例はリング状に形成した中空のゴム
２に、リング状の鋼板３を水平に複数枚埋め込み、中空
の積層ゴム１を形成したもので、外側を変断面としてい
る。すなわち、積層ゴム１の外側を上下方向中央部から
上下方向両端部にかけて連続的に広げている。上下端に
は鋼板等からなる接合プレート６が一体的に取り付けら
れており、据え付けに際し、下部構造体及び上下構造体
と接合される。図示しないが、接合プレートにボルト孔
を形成することで、下部構造体及び上下構造体に対しボ
ルト接合により固定することができる。同様に、図１０
では内側を変断面とし、図１１では内外とも変断面とし
ている。図９及び図１０では積層ゴム１として水平断面
における外形が円の場合のみ示しているが、図１１(c)
には外形が矩形の場合を示している。外形が円の場合、
全方向についてせん断剛性が同一であるのに対し、積層
ゴム１の外形を矩形あるいは楕円形等とすることによ
り、方向によってせん断剛性を変えることができる。例
えば、免震あるいは制振の対象となる構造物の固有周期
が方向によって大きく異なる場合等に、方向によってせ
ん断剛性を変えることで、効果的な免震、制振が可能と
なる。図９の内側変断面、図１０の外側変断面の場合に
ついても、積層ゴム１の外形を矩形あるいは楕円形と
し、方向性のある積層ゴム１とすることができる。
２に、リング状の鋼板３を水平に複数枚埋め込み、中空
の積層ゴム１を形成したもので、外側を変断面としてい
る。すなわち、積層ゴム１の外側を上下方向中央部から
上下方向両端部にかけて連続的に広げている。上下端に
は鋼板等からなる接合プレート６が一体的に取り付けら
れており、据え付けに際し、下部構造体及び上下構造体
と接合される。図示しないが、接合プレートにボルト孔
を形成することで、下部構造体及び上下構造体に対しボ
ルト接合により固定することができる。同様に、図１０
では内側を変断面とし、図１１では内外とも変断面とし
ている。図９及び図１０では積層ゴム１として水平断面
における外形が円の場合のみ示しているが、図１１(c)
には外形が矩形の場合を示している。外形が円の場合、
全方向についてせん断剛性が同一であるのに対し、積層
ゴム１の外形を矩形あるいは楕円形等とすることによ
り、方向によってせん断剛性を変えることができる。例
えば、免震あるいは制振の対象となる構造物の固有周期
が方向によって大きく異なる場合等に、方向によってせ
ん断剛性を変えることで、効果的な免震、制振が可能と
なる。図９の内側変断面、図１０の外側変断面の場合に
ついても、積層ゴム１の外形を矩形あるいは楕円形と
し、方向性のある積層ゴム１とすることができる。
【００４０】また、図示した例では鋼板３もリング状と
して、中空のゴム２内に埋め込んでいるが、リング状の
鋼板ではなく、孔のない円盤状の鋼板を用い、ゴム２内
の中空部４を仕切るようにしてもよい。積層ゴム１の鋼
板を全て円盤状の鋼板とすることも考えられるが、リン
グ状の鋼板の間に数枚おきに円盤状の鋼板を用いてもよ
い。円盤状の鋼板を介在させることで、局部的な変形が
生じ難く、より安定した構造となることが考えられる。
して、中空のゴム２内に埋め込んでいるが、リング状の
鋼板ではなく、孔のない円盤状の鋼板を用い、ゴム２内
の中空部４を仕切るようにしてもよい。積層ゴム１の鋼
板を全て円盤状の鋼板とすることも考えられるが、リン
グ状の鋼板の間に数枚おきに円盤状の鋼板を用いてもよ
い。円盤状の鋼板を介在させることで、局部的な変形が
生じ難く、より安定した構造となることが考えられる。
【００４１】図１２〜図１４のタイプの積層ゴムは、積
層ゴム１を構成するゴム２をリング状に形成して内部を
中空とし、内周面及び外周面の少なくとも一方に上下方
向の突条５を複数条形成したもの（以下、突条タイプと
いう）である。上下方向の突条５は積層ゴム１の座屈に
対する補剛リブ的な役割を果たし、これにより中空の積
層ゴム１の変形能力を十分活用することができる。
層ゴム１を構成するゴム２をリング状に形成して内部を
中空とし、内周面及び外周面の少なくとも一方に上下方
向の突条５を複数条形成したもの（以下、突条タイプと
いう）である。上下方向の突条５は積層ゴム１の座屈に
対する補剛リブ的な役割を果たし、これにより中空の積
層ゴム１の変形能力を十分活用することができる。
【００４２】図１２の例は中空の積層ゴム１の内周面
に、上下方向の複数の突条５を形成したもので、突条５
が座屈に対する補剛リブ的な役割を果たしている。この
ように座屈耐力を向上させることで、せん断剛性の低い
中空積層ゴム１の変形能力を十分活用できるようにした
ものである。同様に、図１３では外周面に複数条の突条
５を形成し、図１４では内外周面とも突条５を形成して
いる。図１２及び図１３では積層ゴム１として水平断面
における外形が円の場合のみ示しているが、図１４(c)
には外形が矩形の場合を示している。図１２の内周面に
突条５を設けた場合、図１３の外周面に突条５を設けた
場合についても、積層ゴム１の外形を矩形あるいは楕円
形とし、方向性のある積層ゴム１とすることができる。
また、図９〜図１１の変断面タイプの場合と同様、リン
グ状の鋼板ではなく、孔のない円盤状の鋼板を用い、ゴ
ム２内の中空部４を仕切るようにしてもよい。
に、上下方向の複数の突条５を形成したもので、突条５
が座屈に対する補剛リブ的な役割を果たしている。この
ように座屈耐力を向上させることで、せん断剛性の低い
中空積層ゴム１の変形能力を十分活用できるようにした
ものである。同様に、図１３では外周面に複数条の突条
５を形成し、図１４では内外周面とも突条５を形成して
いる。図１２及び図１３では積層ゴム１として水平断面
における外形が円の場合のみ示しているが、図１４(c)
には外形が矩形の場合を示している。図１２の内周面に
突条５を設けた場合、図１３の外周面に突条５を設けた
場合についても、積層ゴム１の外形を矩形あるいは楕円
形とし、方向性のある積層ゴム１とすることができる。
また、図９〜図１１の変断面タイプの場合と同様、リン
グ状の鋼板ではなく、孔のない円盤状の鋼板を用い、ゴ
ム２内の中空部４を仕切るようにしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】 本発明の積層ゴム支承は中空の積層
ゴムを連結プレートを介して多段に重ね合わせたこと
で、せん断剛性が低い、長周期の積層ゴムが可能とな
る。
ゴムを連結プレートを介して多段に重ね合わせたこと
で、せん断剛性が低い、長周期の積層ゴムが可能とな
る。
【００４４】 中空の積層ゴムを多段に連結すること
で、中実の積層ゴムを多段に連結する場合に比べ、支承
として少ない段数で大きなストロークが得られ、段数も
少なくなるため、全体の高さも低く抑えることができ、
実用的な長周期の積層ゴム支承が形成される。
で、中実の積層ゴムを多段に連結する場合に比べ、支承
として少ない段数で大きなストロークが得られ、段数も
少なくなるため、全体の高さも低く抑えることができ、
実用的な長周期の積層ゴム支承が形成される。
【００４５】 上下方向に積む積層ゴムの個数で、水
平方向のバネ定数を容易に調整できる。
平方向のバネ定数を容易に調整できる。
【００４６】 複数の積層ゴムユニットを上下方向に
積むことで支承を構成することができ、製作が容易であ
る。
積むことで支承を構成することができ、製作が容易であ
る。
【００４７】 本発明の振動制御装置においては、上
記積層ゴム支承の使用により、長周期でストロークの大
きいバネ要素または支持装置が得られ、高層ビル等、長
周期の構造物に対する受動型、能動型の振動制御装置の
適用が可能となる。
記積層ゴム支承の使用により、長周期でストロークの大
きいバネ要素または支持装置が得られ、高層ビル等、長
周期の構造物に対する受動型、能動型の振動制御装置の
適用が可能となる。
【００４８】 また、本発明の振動制御装置において
は、付加質量体がバネ要素または支持装置としての積層
ゴム支承で支持されていることで、設置階近傍に対する
騒音、振動の影響が軽減される。
は、付加質量体がバネ要素または支持装置としての積層
ゴム支承で支持されていることで、設置階近傍に対する
騒音、振動の影響が軽減される。
【００４９】 積層ゴム支承を用いることで、摩擦の
小さい振動制御装置が構成され、長周期の構造物に適し
た振動制御装置が得られる。
小さい振動制御装置が構成され、長周期の構造物に適し
た振動制御装置が得られる。
【００５０】 バネ要素または支持装置としての積層
ゴム支承を用いることで、振動制御装置の構成が単純化
され、設置が容易である。また、吊り方式のように大き
な設置スペースを必要としない。
ゴム支承を用いることで、振動制御装置の構成が単純化
され、設置が容易である。また、吊り方式のように大き
な設置スペースを必要としない。
【図１】本発明の積層ゴム支承の一実施例を示す正面図
である。
である。
【図２】本発明の積層ゴム支承の他の実施例を示す正面
図である。
図である。
【図３】本発明の積層ゴム支承のさらに他の実施例を示
す正面図である。
す正面図である。
【図４】図３の実施例における水平断面図である。
【図５】本発明の積層ゴム支承を用いた構造物の振動制
御装置の一実施例を示す概要図である。
御装置の一実施例を示す概要図である。
【図６】本発明の積層ゴム支承を用いた構造物の振動制
御装置の他の実施例を示す概要図である。
御装置の他の実施例を示す概要図である。
【図７】本発明の積層ゴム支承を用いた構造物の振動制
御装置のさらに他の実施例を示す概要図である。
御装置のさらに他の実施例を示す概要図である。
【図８】本発明の積層ゴム支承を用いた構造物の振動制
御装置のさらに他の実施例を示す概要図である。
御装置のさらに他の実施例を示す概要図である。
【図９】変断面タイプの中空積層ゴムの一実施例を示し
たもので、(a) は鉛直断面図、(b) は上下方向中央部の
水平断面図である。
たもので、(a) は鉛直断面図、(b) は上下方向中央部の
水平断面図である。
【図１０】変断面タイプの中空積層ゴムの他の実施例を
示したもので、(a)は鉛直断面図、(b) は上下方向中央
部の水平断面図である。
示したもので、(a)は鉛直断面図、(b) は上下方向中央
部の水平断面図である。
【図１１】変断面タイプの中空積層ゴムのさらに他の実
施例を示したもので、(a) は鉛直断面図、(b) は上下方
向中央部の水平断面図、(c) は矩形とした場合の上下方
向中央部の水平断面図である。
施例を示したもので、(a) は鉛直断面図、(b) は上下方
向中央部の水平断面図、(c) は矩形とした場合の上下方
向中央部の水平断面図である。
【図１２】突条タイプの中空積層ゴムの一実施例を示し
たもので、(a) は鉛直断面図、(b) は上下方向中央部の
水平断面図である。
たもので、(a) は鉛直断面図、(b) は上下方向中央部の
水平断面図である。
【図１３】突条タイプの中空積層ゴムの他の実施例を示
したもので、(a) は鉛直断面図、(b) は上下方向中央部
の水平断面図である。
したもので、(a) は鉛直断面図、(b) は上下方向中央部
の水平断面図である。
【図１４】突条タイプの中空積層ゴムのさらに他の実施
例を示したもので、(a) は鉛直断面図、(b) は上下方向
中央部の水平断面図、(c)は矩形とした場合の上下方向
中央部の水平断面図である。
例を示したもので、(a) は鉛直断面図、(b) は上下方向
中央部の水平断面図、(c)は矩形とした場合の上下方向
中央部の水平断面図である。
【図１５】従来の中空積層ゴムを示したもので、(a) は
鉛直断面図、(b) は上下方向中央部の水平断面図であ
る。
鉛直断面図、(b) は上下方向中央部の水平断面図であ
る。
【図１６】従来の中空積層ゴムにおける変形能力の増大
を説明するための説明図であり、(a) は中実の積層ゴム
の場合、(b) は中空の積層ゴムの場合である。
を説明するための説明図であり、(a) は中実の積層ゴム
の場合、(b) は中空の積層ゴムの場合である。
Ａ…積層ゴム支承、１…積層ゴム、２…ゴム、３…鋼
板、４…中空部、５…突条、６…接合プレート、７…ボ
ルト、８…連結プレート、９…連結プレート、１０…構
造物、１１…付加質量体、１２…アクチュエーター、１
３…第２付加質量体、１４…アクチュエーター、１５…
バネ
板、４…中空部、５…突条、６…接合プレート、７…ボ
ルト、８…連結プレート、９…連結プレート、１０…構
造物、１１…付加質量体、１２…アクチュエーター、１
３…第２付加質量体、１４…アクチュエーター、１５…
バネ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 勝康 東京都港区元赤坂１丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 大類 哲 東京都港区元赤坂１丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内
Claims (10)
- 【請求項１】 積層ゴムを構成するゴムの水平断面をリ
ング状に形成して内部を中空とした積層ゴムを、水平な
連結プレートを介して、上下方向に複数段連結したこと
を特徴とする積層ゴム支承。 - 【請求項２】 前記積層ゴムを、各段平面的に複数個配
置し、水平な連結プレートを介して、上下方向に複数段
連結した請求項１記載の積層ゴム支承。 - 【請求項３】 前記積層ゴムの内側及び外側の少なくと
も一方について、上下方向中央部から上下方向両端部に
かけて水平断面における幅が徐々に増大するよう上下方
向に変断面とした請求項１または２記載の積層ゴム支
承。 - 【請求項４】 前記積層ゴムの内周面及び外周面の少な
くとも一方に上下方向の突条を複数条形成した請求項１
または２記載の積層ゴム支承。 - 【請求項５】 上方の積層ゴムの外径を下方の積層ゴム
の外径より小さくした請求項１、２、３または４記載の
積層ゴム支承。 - 【請求項６】 複数連結した積層ゴムのうち一部は中空
部のない中実の積層ゴムである請求項１、２、３、４ま
たは５記載の積層ゴム支承。 - 【請求項７】 主振動系を構成する質量ｍ1 の構造物に
対し、吸振系として所定の質量ｍd を有する付加質量体
を所定のバネ定数ｋdを有するバネを介して連結し、主
振動系の固有周期と同調する周期を持たせたダイナミッ
クダンパーにおいて、前記構造物の所定位置に、前記バ
ネとして請求項１、２、３、４、５または６記載の積層
ゴム支承を設置し、該積層ゴム支承の上に前記付加質量
体を載置したことを特徴とする構造物の振動制御装置。 - 【請求項８】 質量ｍ1 の構造物と、所定の質量ｍd を
有する付加質量体との間に、前記構造物の振動に応じた
制御力ｕ(t) を加えるためのアクチュエーターを介在し
てなる能動型の振動制御装置において、前記構造物の所
定位置に、請求項１、２、３、４、５または６記載の積
層ゴム支承を設置し、該積層ゴム支承の上に前記付加質
量体を載置してあることを特徴とする構造物の振動制御
装置。 - 【請求項９】 前記積層ゴム支承の周期を前記構造物の
固有周期より十分長く設定してある請求項８記載の構造
物の振動制御装置。 - 【請求項１０】 前記積層ゴム支承の周期を前記構造物
の固有周期と同調するように設定してある請求項９記載
の構造物の振動制御装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3300409A JPH05141464A (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 積層ゴム支承及び該積層ゴム支承を用いた構造物の振動制御装置 |
| US07/976,496 US5339580A (en) | 1991-11-15 | 1992-11-13 | Laminated rubber building support and vibration damping device |
| EP92310451A EP0545571B1 (en) | 1991-11-15 | 1992-11-16 | Combination comprising a structure and a vibration control device for the structure, using laminated rubber support |
| DE69208432T DE69208432T2 (de) | 1991-11-15 | 1992-11-16 | Kombination einer Struktur und einer Vorrichtung zur Schwingungskontrolle an der Struktur unter Verwendung einer Lagerung aus Gummilaminat |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3300409A JPH05141464A (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 積層ゴム支承及び該積層ゴム支承を用いた構造物の振動制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05141464A true JPH05141464A (ja) | 1993-06-08 |
Family
ID=17884454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3300409A Pending JPH05141464A (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 積層ゴム支承及び該積層ゴム支承を用いた構造物の振動制御装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
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| US (1) | US5339580A (ja) |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19950822 |