JP5886721B2

JP5886721B2 - 構造物用制振ダンパー

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Publication number: JP5886721B2
Application number: JP2012211778A
Authority: JP
Inventors: 合田　裕一; 裕一合田
Original assignee: Miwa Tech Co Ltd
Current assignee: Miwa Tech Co Ltd
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2032-09-26
Also published as: JP2014066300A

Description

本発明は、建築物や橋梁等の構造物の地震時の振動を抑制する構造物用制振ダンパーに関し、特に地震の際の構造物の大きな変位に対して効率良く地震エネルギーを吸収することが可能なぶれ防止及びエアークッション機能を備えた構造物用制振ダンパーに関する。

構造物用制振ダンパーとしてオイルダンパーや粘弾性ダンパー等が知られている。

特許第２５４１０７３号公報特許第２５６６８３３号公報

従来のオイルダンパーは、構造が複雑であり、コストも高く、点検、補修、部品取り換え等のメンテナンスの回数が多いという問題を有する。粘弾性ダンパー等の弾性体の変形による振動吸収機能を有する制振ダンパーは、構造が簡単でメンテナンスも容易であるという利点を有する。しかし、地震時に構造物には方向の異なる大きな変位が作用し、構造物の相対変位する２つの構造にそれぞれ一端を固定したシリンダ部材とピストン部材の軸方向の変位にぶれが生じ、その結果、装置の一部に荷重が集中して装置自体を破壊する恐れがある。

本発明は、従来技術の持つ問題を解決する、構造が簡単で、地震時の方向の異なる大きな変位に対して、２つの部材の相対変位がぶれることなく軸方向に正確に変位させ、効率良く地震エネルギーを吸収可能なぶれ防止及びエアークッション機能を備えた構造物用制振ダンパーを提供することを目的とする。

本発明の構造物用制振ダンパーは、前記課題を解決するために、相対変位する一方の構造体に固定される筒体と、他方の構造体に固定され、前記筒体の内部に伸び、前記筒体との間で相対変位可能に配置され、先端から軸方向に所定長さ伸びる有底ガイド穴が形成された棒体と、前記筒体の内壁面と前記棒体の外周面間に固定され振動エネルギーを吸収するゴム体と、前記筒体の一方の端部に一端が固定され、他端が前記棒体に形成された有底ガイド穴に相対変位可能に嵌挿される先端外周部に前記有底ガイド穴の内壁と摺接する弾性シールリングを取り付けたガイドロッドと、を備え、前記筒体と前記棒体の相対変位に対して、前記有底ガイド穴に嵌挿されたガイドロッドが前記棒体及び前記筒体の相対変位の際のぶれを防止すると共に、前記有底ガイド穴と前記ガイドロッド先端間との間に存在する密封空間がエアークッション機能を果たすことを特徴とする。

また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記筒体の他方の端部に前記棒体の相対変位をガイドするガイド部材を固定することを特徴とする。

また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記ゴム体を高減衰性ゴムとすることを特徴とする。

また、本発明の構造物用制振ダンパーは、軸方向に所定間隔をおいて複数のゴム体を配置することを特徴とする。

相対変位する一方の構造体に固定される筒体と、他方の構造体に固定され、前記筒体の内部に伸び、前記筒体との間で相対変位可能に配置され、先端から軸方向に所定長さ伸びる有底ガイド穴が形成された棒体と、前記筒体の内壁面と前記棒体の外周面間に固定され振動エネルギーを吸収するゴム体と、前記筒体の一方の端部に一端が固定され、他端が前記棒体に形成された有底ガイド穴に相対変位可能に嵌挿される先端外周部に前記有底ガイド穴の内壁と摺接する弾性シールリングを取り付けたガイドロッドと、を備え、前記筒体と前記棒体の相対変位に対して、前記有底ガイド穴に嵌挿されたガイドロッドが前記棒体及び前記筒体の相対変位の際のぶれを防止すると共に、前記有底ガイド穴と前記ガイドロッド先端間との間に存在する密封空間がエアークッション機能を果たすことで、地震時の構造物に作用する大きな変位に対して筒体と棒体がぶれることなく軸方向に正確に相対変位してゴム体を弾性変形させるので、荷重が一部の部分に作用することなく効率良く地震エネルギーを吸収することが可能となる。また、ガイドロッド先端と有底ガイド穴との間の密封空間内の空気の圧縮、膨張により相対変位に伴う衝撃力を緩和することが可能となり、有底ガイド穴とガイドロッド先端間の空間の密封性が向上し衝撃力緩和性能を向上することが可能となる。
筒体の他方の端部に棒体の相対変位をガイドするガイド部材を固定することで、２か所で棒体の相対変位をガイドうることで相対変位に伴うぶれをより抑制するこが可能となる。
ゴム体を高減衰性ゴムとすることで、地震エネルギーの吸収性能を向上することが可能となる。
軸方向に所定間隔をおいて複数のゴム体を配置することで、減衰性能に応じて適切にゴム体を配置することが可能となる。

本発明の実施形態を示す図である。（ａ）（ｂ）本発明の実施形態を示す図である。（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）本発明の実施形態を示す図である。（ａ）（ｂ）本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。（ａ）（ｂ）本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。（ａ）（ｂ）（ｃ）本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。

本発明の構造物用制振ダンパーの実施の携帯を図により説明する。図１は、構造物用制振ダンパーの一実施形態を示す図である。

構造物用制振ダンパー１は、建築物や橋梁等の構造物の一方の構造体に連結される筒体２と、他方の構造体に連結する棒体３を備えている。筒体２は、断面円形の中空の部材で、その一端には、一方の構造体に連結するための取付部材４が固定される。取付部材４は、図２（ａ）（ｂ）に示されるように、一方の構造体とピン連結するためのクレビス４ａと、筒体２の端部の内周面に形成した雌ねじと螺着するための雄ねじ４ｂを外周に形成した固定部４ｃを備えている。また、取付部材４の固定部４ｃには、図３に示される一端に雄ねじ５ａを形成したガイドロッド５と螺着するための雌ねじ穴４ｄが形成される。

筒体２の他端には、図４（ａ）（ｂ）に示すように、棒体３の相対変位の際のぶれを防止するためのガイド穴６ａを形成し、外周に雄ねじ部６ｂを形成したガイド部材６が、筒体２の他端部内部に形成した雌ねじ部に螺着される。

棒体３は、筒体２の端部に固定されたガイド穴６ａを有するガイド部材６を通して筒体２の内部に伸び、筒体２との間で相対変位可能に配置される。図５に示されるように、棒体３の一方の端部には雄ねじ３ａが形成される。図６に示される建築物や橋梁等の構造物の他方の構造体に連結するための取付部材７は、他方の構造体に連結するためのプレート状の連結部７ａと、カプラー８を介して棒体３と連結するための外周に雄ねじ７ｃを形成した固定部７ｂを備えている。棒体３の一方の端部に形成された雄ねじ部３ａと、取付部材７の固定部７ｂに形成した雄ねじ部７ｃが雌ねじ部を形成したカプラー８に螺着される。

棒体３の他方の端部には軸方向に所定長さ伸びる有底ガイド穴３ｂが形成される。有底ガイド穴３ｂには、筒体２の一端に固定された取付部材４の固定部４ｃに形成された雌ねじ穴４ｄに一端を螺着されたガイドロッド５が軸方向に相対変位可能に嵌挿される。ガイドロッド５の断面形状と有底ガイド穴３ｂの断面形状を相似形とし、ガイドロッド５の外径と有底ガイド穴３ｂの内径をほぼ同じとする。その結果、有底ガイド穴３ｂとガイドロッド５の先端部間に密封された空気の充填された空間が形成される。図３（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、ガイドロッド５の先端部外周に有底ガイド穴３ｂの内壁面と摺接するシリコンゴム等からなる弾性シールリング５ｂを固定することにより、有底ガイド穴３ｂとガイドロッド５の先端部間の空間の密封性を向上することが可能となる。

筒体２の内壁と棒体３の外周との環状空間に所定長さのゴム体９が固定される。ゴム体９としては、天然ゴム、高減衰性ゴム等が使用される。ゴム体９は、筒体２の内壁面と棒体３の外周面と加硫一体成形により固定する。ゴム体９を加硫一体成形により固定することで、鋼材とゴムとの接着部の劣化が防止され、ゴム体９の長寿命化を実現することが可能となる。

ゴム体９として高減衰性ゴムを用いる場合、一般的に高減衰性ゴム材料には、ひずみ依存性、振動数依存性、温度依存性があり、制振ダンパーの使用地域や構造物の適用場所等の条件に適応した制振性能を発揮させるため、適切な材料を選択する。

図７は、本発明の構造物用制振ダンパー１の他の実施形態を示す図である。

この実施形態では、筒体２の内周面と棒体３の外周面に固定されるゴム体９を、軸方向に複数個配置する点で、図１に示される実施形態と構成が相違する。他の構成は、図１に示される実施形態と同様であるので説明を省略する。軸方向に複数個配置されるゴム体９の温度依存性等の性質の異なるゴム体９を適切に配置することで、適用条件を拡張することが可能になる。

図８（ａ）（ｂ）（ｃ）により本発明の構造物用制振ダンパーの作用について説明する。

図８（ａ）は、構造物用制振ダンパー１が無負荷状態で筒体２と棒体３は中立位置にある場合を示す。この状態で棒体３に形成された有底ガイド穴３ｂとガイドロッド５の先端との間に形成される密封された空間の長さはＬとなる。

図８（ｂ）は、地震時に構造物に大きな変位が作用し、棒体３が筒体２に対して矢印の方向に変位した状態を示す。棒体３は、筒体２の端部に固定されたガイド部材６と、ガイドロッド５と有底ガイド穴３ｂとの係合によりぶれることなく軸方向に正確に相対変位する。図８（ｂ）の状態では、棒体３に引張方向の力が作用し、ゴム体９は図８（ｂ）のように弾性変形して地震エネルギーを吸収する。この状態で棒体３に形成された有底ガイド穴３ｂとガイドロッド５の先端との間に形成される密封された空間の長さはＬ１となる。

図８（ｃ）は、地震時に構造物に大きな変位が作用し、棒体３が筒体２に対して矢印の方向に変位した状態を示す。棒体３は、筒体２の端部に固定されたガイド部材６と、ガイドロッド５と有底ガイド穴３ｂとの係合によりぶれることなく軸方向に正確に相対変位する。図８（ｃ）の状態では、棒体３に圧縮方向の力が作用し、ゴム体９は図８（ｃ）のように弾性変形して地震エネルギーを吸収する。この状態で棒体３に形成された有底ガイド穴３ｂとガイドロッド５の先端との間に形成される密封された空間の長さはＬ２となる。

中立状態での有底ガイド穴３ｂとガイドロッド５の先端との間に形成される密封された空間の長さはＬと、棒体３に引張方向の力が作用する状態での棒体３に形成された有底ガイド穴３ｂとガイドロッド５の先端との間に形成される密封された空間の長さはＬ１と、棒体３に圧縮方向の力が作用する状態での棒体３に形成された有底ガイド穴３ｂとガイドロッド５の先端との間に形成される密封された空間の長さはＬ２とは、Ｌ１＜Ｌ＜Ｌ２となる。

地震時に構造物に作用する大きな変位に対して、筒体２と棒体３は、ガイド部材６及びガイドロッド５と有底ガイド穴３ｂとの係合によりぶれることなく軸方向に正確に相対変位し、一部に偏荷重の負荷がかかること無く、ゴム体５を弾性変形させ、効率良く地震エネルギーを吸収することが可能となる。

地震時の大きな変位による筒体２と棒体３との相対変位に伴い、棒体３に引張方向の力が作用した場合、棒体３に形成された有底ガイド穴３ｂとガイドロッド５の先端との間に形成される密封された空間の長さはＬ１は、中立状態の場合の空間の長さＬより長くなり、空間内の空気は膨張し負圧を生じ、棒体３に引張方向と逆方向の力、すなわち棒体３を引き戻す方向の力が作用する。また、地震時の大きな変位による筒体２と棒体３との相対変位に伴い、棒体３に圧縮方向の力が作用した場合、棒体３に形成された有底ガイド穴３ｂとガイドロッド５の先端との間に形成される密封された空間の長さはＬ２は、中立状態の場合の空間の長さＬより短くなり、空間内の空気は圧縮されて反撥力が生じ、棒体３を押し戻す方向の力が作用する。その結果、地震時の大きな変位による筒体２と棒体３の相対変位に伴う衝撃力が密封された空間内の空気で緩和することが可能となる。

図９は、本発明の構造物用制振ダンパー１を橋梁の用いた例を示す。橋台１０上に支承装置１２により支持される主桁１１と橋台１０の間に構造物用ダンパー１を配置し、地震時の主桁１１に作用する水平変位を緩衝し、主桁１１と橋台１０の衝突による破壊を防止する。

図１０は、本発明の構造物用制振ダンパー１を建築物の柱１４と梁１３間に設置した例を示す。構造物用制振ダンパー１の一端を柱１４と梁１３とのコーナー部にガセットプレート１５を介して連結し、他端を上部梁１３に固定したガセットプレート１５を介して連結する。地震時に建築物に作用する変位に対して構造物用制振ダンパー１がそのエネルギーを吸収し、建築物の破壊を防止する。

以上のように、本発明の構造物用制振ダンパー１によれば、地震時の構造物に作用する大きな変位に対して筒体２と棒体３がぶれることなく軸方向に正確に相対変位してゴム体９を弾性変形させるので、荷重が一部の部分に作用することなく効率良く地震エネルギーを吸収することが可能となる。また、ガイドロッド５先端と有底ガイド穴３ｂとの間の密封された空間内の空気の圧縮、膨張により相対変位に伴う衝撃力を緩和することが可能となる。

１：構造物用制振ダンパー、２：筒体、３：棒体、３ａ：雄ねじ、３ｂ：有底ガイド穴、４：取付部材、４ａ：クレビス、４ｂ：雄ねじ、４ｃ：固定部、４ｄ：雌ねじ穴、５：ガイドロッド、５ａ：雄ねじ、５ｂ：弾性シールリング、６：ガイド部材、６ａ：ガイド穴、７：取付部材、７ａ：連結部、７ｂ：固定部、７ｃ：雄ねじ、８：カプラー、９：ゴム体、１０：橋台、１１：主桁、１２：支承装置、１３：梁、１４：柱、１５：ガセットプレート

Claims

相対変位する一方の構造体に固定される筒体と、
他方の構造体に固定され、前記筒体の内部に伸び、前記筒体との間で相対変位可能に配置され、先端から軸方向に所定長さ伸びる有底ガイド穴が形成された棒体と、
前記筒体の内壁面と前記棒体の外周面間に固定され振動エネルギーを吸収するゴム体と、
前記筒体の一方の端部に一端が固定され、他端が前記棒体に形成された有底ガイド穴に相対変位可能に嵌挿される先端外周部に前記有底ガイド穴の内壁と摺接する弾性シールリングを取り付けたガイドロッドと、
を備え、
前記筒体と前記棒体の相対変位に対して、前記有底ガイド穴に嵌挿されたガイドロッドが前記棒体及び前記筒体の相対変位の際のぶれを防止すると共に、前記有底ガイド穴と前記ガイドロッド先端間との間に存在する密封空間がエアークッション機能を果たすことを特徴とする構造物用制振ダンパー
前記筒体の他方の端部に前記棒体の相対変位をガイドするガイド部材を固定することを特徴とする請求項１に記載の構造物用制振ダンパー。
前記ゴム体を高減衰性ゴムとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物用制振ダンパー。
軸方向に所定間隔をおいて複数のゴム体を配置することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の構造物用制振ダンパー。