JP2001227191A

JP2001227191A - 制振ダンパ装置

Info

Publication number: JP2001227191A
Application number: JP2000037266A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Sugisawa; 充杉沢; Kazunori Ogura; 一記小倉
Original assignee: Kawaguchi Metal Industries Co Ltd
Current assignee: Kawaguchi Metal Industries Co Ltd
Priority date: 2000-02-15
Filing date: 2000-02-15
Publication date: 2001-08-24
Anticipated expiration: 2020-02-15
Also published as: JP4282199B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の免震装置を制振用として使用する場合の
種々の問題点を解決することができる制振ダンパー装置
を提供する。【解決手段】一方の構造体２に固定される筒状体３と、
他方の構造体４に固定され、かつ筒状体３の内部に延び
て、筒状体３との間でその軸線方向に相対変位可能な接
合プレート５と、この接合プレート５の面と筒状体３の
内面との間に固定された振動エネルギーを吸収するため
の柱状ゴム６であって、その軸線と接合プレート５及び
筒状体３の各面とが略直交するように配置された柱状ゴ
ム６とを備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、制振ダンパ装置
に関し、さらに詳細には、土木、建築及び機械構造物等
の分野において、地震、台風、機械及び交通振動等の動
的荷重を受けて振動する構造物の振動抑制を行うための
ダンパ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の制振ダンパ装置として、
油圧ダンパ、粘弾性ダンパ、鋼材ダンパ及び鉛ダンパな
どが知られている。また、積層ゴムを利用したものとし
て、鉛入り積層ゴムや高減衰積層ゴムによる免震装置が
知られている。

【０００３】この鉛入り積層ゴムや高減衰積層ゴムによ
る免震装置は、建物の基礎部に設置され、上部構造物の
重量を支えるとともに、地震時には水平方向にせん断変
形することにより、建物の振動を抑制する。すなわち、
積層ゴムに内蔵された鉛プラグや高減衰ゴムが、せん断
変形することにより、振動エネルギーを吸収し、熱とし
て発散する。このような免震装置は振動エネルギー吸収
効果が大きく、有効な装置として施工実績も多い。

【０００４】しかしながら、これらの免震装置をそのま
ま建造物の制振ダンパとして使用する場合、以下のよう
な問題がある。（１）免震装置の場合、上部からの大きな鉛直荷重が装
置自体を拘束しているため、装置の高さ方向の形状の安
定性が高く、繰り返しせん断変形に対しても、性能の安
定性が高い。しかしながら、この免震装置を制振装置と
して、建造物の壁面などに使用する場合は、上記のよう
な大きな拘束力は得られにくい。したがって、装置の高
さ方向に変形が進行する。特に、鉛プラグを使用する場
合には、鉛への拘束力も弱まるため、鉛が変形していま
い、所期の減衰効果を得ることができない。

【０００５】（２）構造物が予想外の変形を生じた場
合、安全装置が付いていないと、装置自体も変形に追随
して破断する。その結果、構造物の安全性が低下し、変
形発生時の装置のチェックの重要性も高まってしまう。（３）通常、建造物の制振装置は、建造物の梁幅（200
〜300ｍｍ）内に納まるようにすると、建造物の有効床
面積が減少することなく、経済性で有利であり、意匠上
も好まれる。したがって、複雑な付属装置を取り付け
て、装置の形状を大きくすることは問題が生ずる場合が
多い。

【０００６】（４）建造物の上部壁面は、地震時などに
は面内の変形に加えて、壁面に直交方向の変形を受け
る。したがって、装置には、面内・面外のせん断変形及
び曲げ変形を同時に受けるため、これらの変形に対する
追随性が必要となる。（８）積層ゴムの場合、ゴム層の直交方向では、許容圧
縮力は高いが許容引張力は小さく、確実性に欠ける。し
たがって、積層ゴムに加わる引張力は最小限にとどめて
おくのが望ましい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目
的を達成するものである。この発明の目的は、従来の免
震装置を制振用として使用する場合の種々の問題点を解
決することができる制振ダンパー装置を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を達
成するために、次のような手段を採用している。すなわ
ち、この発明は、一方の構造体に固定される筒状体と、
他方の構造体に固定され、かつ前記筒状体の内部に延び
て、前記筒状体との間でその軸線方向に相対変位可能な
接合プレートと、この接合プレートの面と前記筒状体の
内面との間に固定された振動エネルギーを吸収するため
の柱状ゴムであって、その軸線と前記接合プレート及び
前記筒状体の各面とが略直交するように配置された柱状
ゴムとを備えてなる制振ダンパ装置にある。

【０００９】前記柱状ゴムは、ゴム層と硬質プレートと
を交互に積層してなる積層ゴムからなり、内部に軸線方
向に沿って鉛プラグが封入されている。前記柱状ゴムは
高減衰ゴムで構成することもできる。前記柱状ゴムは、
その軸線方向の中央部に中央硬質プレートを有し、該中
央硬質プレート部分において前記接合プレートに設けた
穴に嵌合されている。この発明の制振ダンパ装置は、座
屈防止用のブレース材として知られるアンボンドブレー
ス材に組み込むこともでき、この場合、前記筒状体及び
前記接合プレートは、それぞれアンボンドブレース材の
鋼管及びブレース芯鋼板によって構成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図面を参
照しながら以下に説明する。図１は、この発明の実施の
形態を示す鉛直方向断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面
図、図３は図２のＢ−Ｂ線拡大断面図である。この発明
による制振ダンパ１装置は、下部構造体２に固定される
筒状体３と、上部構造体４に固定される接合プレート５
と、筒状体３に内蔵される鉛プラグ入り積層ゴム６とを
備えている。

【００１１】筒状体３は、この実施の形態では矩形断面
の鋼管からなっている。下部構造体２のベースプレート
７には接合ボルト８により取付プレート９が固定され、
この取付プレート９の上面に筒状体３が溶接により固定
されている。上部構造体４のベースプレート１０にも接
合ボルト１１により取付プレート１２が固定され、この
取付プレート１２に接合プレート５の上端が溶接により
固定されている。

【００１２】接合プレート５の下端は筒状体３の内部に
延び、この接合プレート５の両側端と筒状体３の内側面
との間及び下端と取付プレート９との間には、所定大き
さの間隙Ｃ₁ ，Ｃ₂ （図２参照）が形成されている。

【００１３】積層ゴム６は円柱状のものであって、それ
ぞれ厚肉の両側鋼板１３，１３、中央鋼板１４及び薄肉
の中間鋼板１５からなる硬質プレートとゴム層１６とを
交互に積層してなり、内部には軸線方向に沿って鉛プラ
グ１７が封入されている。積層ゴム６は接合プレート５
に形成された穴１８に、中央鋼板１４部分において嵌合
され、さらに両側鋼板１３，１３が筒状体３の内面に接
合ボルト１９により固定されている。すなわち、積層ゴ
ム６は、その軸線と接合プレート５及び筒状体３の各面
とが直交するように配置されている。なお、接合プレー
ト５と中央鋼板１４とは緩み止めボルト２０により固定
されている。

【００１４】上記制振ダンパ装置は次のように作用す
る。構造物が地震等により振動すると、下部構造体２と
上部構造体４との間で変位が生じ、これによって接合プ
レート５が筒状体３との間で軸線方向に変位を生じる
と、積層ゴム６が同一面内で上下方向及び左右方向にせ
ん断変形する。このせん断変形に伴って鉛プラグ１７が
塑性変形して振動エネルギーを吸収し、振動を速やかに
減衰させる。

【００１５】積層ゴム６の内部に封入された鉛プラグ１
７は、上記のように振動エネルギーを吸収し、振動を減
衰させるためのものである。積層ゴム６のゴム材料とし
て高減衰ゴムを使用することもでき、この場合ゴム自体
が減衰効果を発揮するので、鉛プラグは必ずしも封入し
なくともよい。この場合、鉛プラグの拘束機能を持つ中
間鋼板１５も省略することができる。

【００１６】上記制振ダンパ装置によれば次のような効
果が得られる。（１）積層ゴム６を筒状体３に内蔵しているため、筒状
体３が積層ゴム６の軸線方向（免震装置に使用される場
合の高さ方向）に引っ張られる変形を拘束する。したが
って、鉛プラグ入り積層ゴム及び高減衰ゴムの場合とも
に安定した性能を確保できる。

【００１７】（２）筒状体３と接合プレート５との間隙
Ｃ₁ ，Ｃ₂ が、装置の稼働範囲となる。したがって、構
造物が予想外の大変形を生じた場合、接合プレート５が
筒状体３に接触して変位を規制され、積層ゴム６の変形
は停止する。これ以上の外力は、上部構造体４から下部
構造体２にそのまま伝達され、構造物の安全性が確保さ
れる。

【００１８】（３）積層ゴム６をその軸線が水平方向と
なるように配置することにより、装置幅のコンパクト化
が可能である。レベル２地震時には、構造物は階高の1/
150〜1/200 程度の変形を生ずる可能性があり、例え
ば、階高350cm の場合で、層間変位は1.75〜2.3cm とな
る。したがって、積層ゴムのレベル２における変形を10
0〜150％にすれば、接合プレート５の片側に必要なゴム
の総厚は2.3cm(=2.3/1)前後となり、鋼板１３，１４，
１５などの厚さを加えても十分10cm以内に納めることが
できる。また、積層ゴムの中央部に厚肉の中央鋼板１４
を設け、接合プレート５に嵌合させることにより、装置
の厚みをより薄くすることができる。

【００１９】（４）構造物の面内変形については、積層
ゴム６の変形により上下左右に追随することができる。
そのため、装置の面内の曲げを受けても、積層ゴム６に
は引張力は発生しない。装置が面外の変形を受けた場
合、筒状体３が外力を負担する。その結果、面外変形は
接合プレート５及び上下部構造体２，４の変形により吸
収され、積層ゴム部分には大きな変形を発生しない。し
たがって、積層ゴム部分は、損傷を免れることができ
る。（５）簡単な機構により、積層ゴムの軸線方向（高さ方
向）の変形を拘束し、装置の安定性を高めることがで
き、また経済性にも優れている。

【００２０】図４及び図５は、上記制振ダンパ装置の適
用例を示す正面図であり、いずれも制振ダンパ装置１は
構造物の柱２１及び梁２２ａ，２２ｂにより構成される
壁面に適用されている。図５に示す例では、制振ダンパ
装置１は上下梁２２ａ，２２ｂの中間部に設けた間柱２
３，２３（上部構造体及び下部構造体）間に設置されて
いる。また、図５に示す例では、制振ダンパ装置１は上
梁２２ａと下梁２２ｂからのブレース２５との間に設置
されている。

【００２１】上記各適用例において、上下の梁２２ａ，
２２ｂが水平に層間変位を生ずると、積層ゴム６がせん
断変形を生じ、鉛プラグ１７が降伏して減衰効果を発揮
する。この積層ゴムのせん断変形は、梁間の上下の変形
や面外変形にも対応する。さらに変形が進んだ場合、装
置の接合プレート５が筒状体３に拘束されて変形が止ま
り、上下の間柱２３あるいはブレース２５の耐力が発揮
される。すなわち中小変形時には鉛プラグ１７による制
振効果、大変形時には間柱２３あるいはブレース２５に
よる耐震効果が期待できる。

【００２２】この発明による制振ダンパ装置は、地震力
や風力等の水平力に抵抗させる構造要素として知られて
いる座屈拘束アンボンドブレース材に組み込むことも可
能である。図６以下は、その実施の形態を示し、図６は
軸線方向断面図、図７は図６のＣ−Ｃ線断面図、図８は
図７のＤ−Ｄ線拡大断面図、図９は図７のＥ−Ｅ線拡大
断面図である。

【００２３】アンボンドブレース材３０においては、断
面矩形の鋼管３１内にブレース芯鋼板３２が配置され、
ブレース芯鋼板３２と鋼管３１との間には充填モルタル
３３が充填されている。鋼管３１内のブレース芯鋼板３
２にはアンボンド材（付着防止材）３４が被覆され、ブ
レース芯鋼板３２は座屈防止部材である鋼管３１及び充
填モルタル３３の影響を受けずに自由に軸線方向に変形
し、これによってアンボンドブレース材３０は耐震部材
として機能する。

【００２４】この実施の形態は、鋼管３１及びブレース
芯鋼板３２のそれぞれを、この発明でいう筒状体及び接
合プレートとして利用し、鋼管３１に鉛プラグ入り積層
ゴム６を内蔵させて制振ダンパ装置１としたものであ
る。積層ゴム６は、この実施の形態では、四角柱状のも
のからなり、鋼管３１の一方の端部側に配置されてい
る。そして、積層ゴム６の厚肉の上下鋼板３５，３５
が、接合ボルト３６により鋼管３１及びブレース芯鋼板
３２にそれぞれ固定されている。

【００２５】鋼管３１の他方の端部側においては、ブレ
ース芯鋼板３２はスタッド３７を介して充填モルタル３
３と一体化されている。積層ゴム６におけるブレース芯
鋼板３２の軸線方向両側には、充填モルタル３３に代え
て発泡材３８が充填されている（単に間隙としてもよ
い）。これにより、ブレース芯鋼板３２が軸線方向に変
形すると、それに伴って積層ゴム６がせん断変形可能と
なる。

【００２６】図１０は、制振ダンパ装置１を組み込んだ
上記アンボンドブレース材３０を構造物の柱２１及び梁
２２ａ，２２ｂにより構成される壁面に適用した例であ
る。構造物が地震力や風力を受けて層間変形を生ずる場
合、ブレース芯鋼板３２が軸方向力を受けて伸縮する。
すなわち、ブレース芯鋼板３２は、鋼材の弾性範囲にあ
る間は、エネルギー吸収効果はない。したがって、降伏
強度をレベル２地震時に構造物が受ける外力以上に設定
した場合、それ以下の地震や風の外力においては、ブレ
ース芯鋼板３２のエネルギー吸収効果を期待できない。

【００２７】これに対し、上記実施の形態のものによれ
ば、積層ゴム６がブレース芯鋼材３２の伸縮に伴って、
その伸縮量に応じたせん断変形を生じ、積層ゴム６に内
蔵された鉛プラグ１７が塑性変形して、エネルギーを吸
収する。鉛プラグ１７は、比較的微少なせん断変形にお
いてもエネルギー吸収効果があり、また、せん断変形を
受けても、純度の高い鉛の場合は再結晶することによ
り、その品質、耐久性を確保できる。

【００２８】したがって、ブレース芯鋼材３２と鉛プラ
グ１７とを組み合わせることにより、台風や小地震に対
しては積層ゴム６に内蔵された鉛プラグ１７により振動
エネルギーの吸収を行い、構造物の振動を抑制すること
ができる。一方、大地震時には、許容耐力の大きなブレ
ース芯鋼材３２が降伏することにより、振動エネルギー
の吸収を行う。このように、信頼性の高い鋼材と減衰性
能の良い鉛プラグを用いた複合的な制振ダンパが得られ
る。

【００２９】なお、この実施の形態においても、鉛プラ
グ入り積層ゴムに代えて高減衰ゴムあるいは高減衰積層
ゴムを用いることも可能である。また、上記２つの実施
の形態とも、この出願人が特開平１０−１７６３０８号
で提案したような、コイルスプリングで拘束される鉛プ
ラグを用いると耐久性が向上し、好適である。

【００３０】上記実施の形態は例示にすぎす、この発明
は種々の改変が可能である。例えば上記実施の形態では
接合プレート５に設けた穴１８に１つの積層ゴム６を嵌
合させる構造としたが、嵌合させることなく接合プレー
ト５の両側にそれぞれ１つずつの積層ゴムを配置する構
造としてもよい。しかしながら、装置をコンパクトにす
るという観点からは上述したように、上記実施の形態で
示した構造を採用することが好ましい。また、積層ゴム
の形状は、円柱状や四角柱状に限らず、これ以外の多角
柱状にすることもできる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、振動
エネルギーを吸収するための柱状ゴムを筒状体に内蔵
し、そのせん断変形を許容しつつも、筒状体によって拘
束する構造としたので、安定した減衰効果が得られ、ま
た安全性も確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の実施の形態を示す鉛直方向
断面図である。

【図２】図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】図３は図２のＢ−Ｂ線拡大断面図である。

【図４】図４は、この発明による制振ダンパ装置の適用
例を示す正面図である。

【図５】図５は、別の適用例を示す正面図である。

【図６】図６は、この発明による制振ダンパ装置を座屈
拘束アンボンドブレース材に組み込んだ実施の形態を示
す断面図である。

【図７】図７は図６のＣ−Ｃ線断面図である。

【図８】図８は図７のＤ−Ｄ線拡大断面図である。

【図９】図９は図７のＥ−Ｅ線拡大断面図である。

【図１０】図１０は、制振ダンパ装置を組み込んだアン
ボンドブレース材の適用例を示す正面図である。

【符号の説明】

１：制振ダンパ装置２：下部構造体３：筒状体４：上部構造体５：接合プレート６：積層ゴム１３：両側鋼板１４：中央鋼板１５：中間鋼板１６：ゴム層１７：鉛プラグ１８：穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の構造体に固定される筒状体と、他方の構造体に固定され、かつ前記筒状体の内部に延び
て、前記筒状体との間でその軸線方向に相対変位可能な
接合プレートと、この接合プレートの面と前記筒状体の内面との間に固定
された振動エネルギーを吸収するための柱状ゴムであっ
て、その軸線と前記接合プレート及び前記筒状体の各面
とが略直交するように配置された柱状ゴムとを備えてな
る制振ダンパ装置。
【請求項２】前記柱状ゴムは、ゴム層と硬質プレートと
を交互に積層してなる積層ゴムからなり、内部に軸線方
向に沿って鉛プラグが封入されていることを特徴とする
請求項１記載の制振ダンパ装置。
【請求項３】前記柱状ゴムは高減衰ゴムからなることを
特徴とする請求項１記載の制振ダンパ装置。
【請求項４】前記柱状ゴムは、その軸線方向の中央部に
中央硬質プレートを有し、該中央硬質プレート部分にお
いて前記接合プレートに設けた穴に嵌合されていること
を特徴とする請求項１，２又は３記載の制振ダンパ装
置。
【請求項５】前記筒状体及び前記接合プレートは、それ
ぞれアンボンドブレース材の鋼管及びブレース芯鋼板に
よって構成されることを特徴とする請求項１，２又は３
記載の制振ダンパ装置。