九州大学学術情報リポジトリ
Kyushu University Institutional Repository
積層ゴムを用いた建屋水平免震構造物の耐震設計法 に関する研究
松田, 泰治
https://doi.org/10.11501/3073290
出版情報：Kyushu University, 1993, 博士（工学）, 論文博士 バージョン：
権利関係：
.‘ー
時 - 三年 ゐ+壬ふ
買} 0早 而品開
本研究は地震時の構造物や機器の応答を極力小さくしたいという要求が背ぷーにあるrll、
構造物の基礎部分(支持部)に積層ゴムを設置して、 これにより情造物主要部分の地震時 水平応答を低減する免震柿造物を対象に、 その特性を文配する積附ゴムの故適設計手法お よび力学特性の評価法を臨立する事を目的としたD そのため、 積jdゴムの実鋭校t克明を川
い た静的試験結 果 に 息づく力 学特 性の評価、 設計 手法及 ひモ デル化手法の提案を行い、 実 免震建屋の各極振動試験反び地震観iJlIJ結果と併せて、 応答評価手法の検討を行ったc 本論 文の各章に於いて得られた研究成果を総抗すると以下の:ìlf1りであるc
( 1 ) 積層ゴムの)J学特性評価法
積層ゴムの実規模偵引を月]いた静的力学特性試験に基づき、 形状係数の非常に大きな天 然ゴム系積層ゴム、 鉛入り砧照ゴム、 高減衰積!日ゴムのよ劣化状態に於ける問4性、 及び減 衰に関わる特性値を実験的に町長認した。 大きな形状係数を有する積層ゴム系免漫21 -1;では 既往の設計式より算定した設計11立に対して、 試験結民より得られた水、1'-ばね定数、 m直ば ね定数、 降伏荷量特性.11立寄;の各{直は設計11立に対して二20九の範囲で a致した。 また、 各日)çl;
ゴムに対して、 呉なる2極張iの-rll似伎型を月jいて行った破断試験により、 未劣化状態の杭!?rj ゴム系免逗要素の圧縮せん断破断時の終局耐力、 及び変形を実験的に確認したD 岐|析試験 では、 破l析に至るまでの応力とひずみの関係は相似比に依らず良く一致し、 適!日した相似
則の妥当性もlil'li認したD 実規校模型の破断時の終局耐力、 変形を相似模型をHJいた試験結 果より予iJ!lJすることは有効な手法である事を示した。 ゴムブロ ックの特性評fIllî式及び砧!日 ゴムの特性評Íllli式についても検討し、 新たな提案を行ったコ 水平方向の変位|均数を版物線 で仮定し、 非正*íおの条件をil!li itするよう鉛直方lílJの変位以!数を定め、 エネルギ- i.去を川い て圧縮及びllJIげに対する見掛けの縦型jl性係数の許úlli式を導いたこ 本提案エには�I::} f. %í(1の条fiI:
を厳吃:に満足している点が特長である。 これらの縦IJìjlれ係数の評価式を川いて、 118r i ngxの 理論に基づく積層ゴムの水平ばね定数、 水平変形時のd:ト-i止、 鉛直ばね定数、 水平変位に 依存した鉛直ばね定数の評価式を導いた。 本提案式の内、 水平ばね定数及び水平変形11与の 沈下量の評価式は、 上jÆした1111げに対する見掛けの縦IJìjl 'V!:.係数を用いて換算山げ問IJ'f!1:を求 めた点が既往の提案式と裂なり、 鉛直ばね定数は上.iÆした!五縮に対する見掛けの縦rjììl性係 数を用いた点が既往の提案式と異なるD 水1'-変{立に依存した鉛直ばね定数は比較的1í:J 1史に l出げ及びせん断変形の影響を考慮した評1ùfl 式 である2
( 2 ) 積層ゴムの簡易解析手法の開発
伝達マトリックス法を用いて積層ゴムの力学特性のrjlで最も重妥な水平ばね定数と鉛し.
ばね定数を幾 何学的非 線 形 性を考 慮 して評 価できる解析手法を開発したD 本 手 法の特 長は 235
ある形状(係数)を持つゴム ー!凶のせん断試験による水平方向の物性と、 圧縮 ・ 引仮り試 験による鉛前ノ:Jf何の物nが得られれば、 その特性だけで全杭j百(本の特性を表現できる点に あるc 有限変位梁理論との対比の結果、 本手iEにより簡易に高防J交の幾何学n:J �I:線形解析 が可能と なることを確認した。 また、 既往の試験結以及び�'ffîlli式との比較を行い、 特にせ ん断ひずみの地加に依存した圧縮ひずみの評印liに於いて、 既往の評価式に対する本解析手 法のイ1・効性を町長認した3 この子法を用いて、 前回ゴム全体の何重と変形の関係を算定し、
有限変位梁理論や既往の実験結梨との比較により手法の妥当性を検証した= 本解析手法を f日いたパラメータスタディの結果、 積問ゴムは鉛直此;力が大きな場合やl次形状係数以び 2砂く]f�状係数が小さな場介に剛性が相対的に低下する傾向がある事、 また、 せん断変形の 地加につれてLE紡ひずみ(沈ド足)がI白加する傾向がある事を明らかとした3 従って、 積 肘ゴムをI�;J間正Fで使川する際や防振機能を兼ね備えたもので形状係数の小さな前庖ゴム を使川しする場合は設計時に卜分な配慮を�するD しかし、 通常一般建築の住民水平免震 で使川されているl次形状係数2O. 2次形状係数5視度の積層ゴムは山げ変形の影粋は非常 に少なく水平剛性は安定しており、 且っせん断ひずみの増加による圧縮ひずみの制力11も少 なし、ことも解析(1:)にlリ]らかにした己
( 3 ) 免辺住J.;-i.の振動特性とその行(illi法
鉄筋コンクリート4附住ての免震店屋を対象に、 市H守微動制iWJ、 起振実験&び、 静的加 力実験、 向rh振動実験等を行い、 大変位領域まで含めた笑免渥m屋の振動特性をlリjらかに
した口 免i五iJU長の剛性は、 免震4装置の変形量が小さく、 弾塑性ダンパーが降伏する以前の 領域では、 設計fl!lに比べてl苦いfI立を示すが、 免震装世の変形が大きく、 �ìì(!m.t/j:.ダンパーが 降伏する領域では、 免i五fM(免J長装ì;��の集合体)の力学特性は、 免i長装ì!，j� rj1.休の試験乱lj架 からfiJ!iJされるノJ学特性とほぼ 一致する平をi許認したc また、 免出装11立の変形のNl }jllによ り同イ1・)/iJ JVJがf!l1ひ、 かつI"Jし、減反性能を千fすることを実験(1なに確認したc }也iぷ制iJllJでは、
�ì j( �?l -t/j:.ダンパーの版)常減反効県が十分に先仰されていないものの、 �íぶ5lUiの1 �nの水平
占ItlJÙ止大))11.iili J位の平均此;符倍率はX )JI何で0.68、 y ); II'IJでO. 53となり))11 .iili度低減効果を雌 認した口 ノ.k '1-: ); 1句の応符は人)J地震動の周波数特性に大きく依存するが、 一般住屋のよう な1"1)さ);，1r'IJの11/11 1�1'，îはほとんど認められない事を陥認した。 免辰ill屋がlì�IJ休3v.進苧lll)Jする1 次モードと1mとJ.rd上附が辺位+11で振動し、 3附什近が自↑jとなり、 かつ、 わずかなロ ッキ
ン グをイ'1，う2次モードを地辺倒iJjlJより確認した3 また、 免震装置の相対変位は、 地ぷ到Jの 長J.'iJ 19J 成分の折際となるjtl立大j主&に比例して大きくなり、 免震装置の変形が大きくなると I�J� 'Vj:が低 ドして減点定数が地)JLIする事を確認した= 免)ぷ ill 庄は鉛[亘ノ7向のl次凶有振動数 は免浜法lilJ� ij!.体の試験結果より予出IJ可能である事を臨認したc 地震応答解析では、 免震建 屋に特有の1 i欠モード(剛体的な並進モード〉による免震装置の変形量や応答))11速度は、
質点系モデルを用し、た水平l 方向入力による解析で高情度で評価できる事を示した。 l階
ゃ屋上階で励記される高次振動数成分の中で、 2次モード程度まで考慮した応答量であれ ば質点系モデルを用いた水平l方向入力の概略評価に有効である事を示した。 免震建屋の 応答量を高振動数成分まで考慮して詳細に評価するためには、 FE\Iモデルを用いた水平l方 向入力に加え、 上下方向入力を考慮した解析が有効である事を示したョ
以上が本研究で得られた成果の要約である。
最後に今後に残された課題を以下に示す。
( 1 ) 積 層 ゴムに用いられるゴム材料の基本物性の評価法は、 現状では必ずしも統一 さ れておらず、 使用目的に応 じ て異なる評価法により得 られた物性が用いられているロ 既往 の研究に依れば、 ゴ ム材料の非線形性を高精度で評価可能な手法も提案されているロ また、
ゴム材料はわずかな圧縮性を有しているため、 より高精度で弾性係数等を評価するために は、 比較的簡便で、 かつ精度の高い試験法の整備 ・ 標準化が望まれる=
( 2 ) 積 層 ゴムの力学特性を解析により高精度で評価するためには、 幾何学的非線形の 影響に加え材料非線形の影響を適切に取り入れる必要があるo 1，足・案した解析では、 材料非 線形等は考慮、しておらず、 今後 ゴ ムの材料非線形の影響及び鋼板の変形の影響等を取り込 み、 解析手法の精度向上を図る必要があるc
( 3 )地震応答解析を行った結果、 質点系モデル及びFEMモデルの剛性、 減衰の評価 に関して設計時に考慮される物性と一致しないものもがあった。 今後は地震動のレベルに 応 じ た適切な免震建屋の剛性、 減哀を評価 ・ 検討する必要があるc
以上の結論で得られた純々の矢11見が、 積層ゴムを用いた免戸桃j丘物の|耐震設計法の令脱 化に役立てば幸いであるc
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堤 終始暖かい御指導と御鞭捷を賜った九州大学 工 学部 本研究を遂行するにあたり，
Like， Paper the
Resist the Action of Earthquake and to
Works and Appurtenances 深甚なる謝意を表するものである。
教授に対し、
�o. 325371， Engineering Libra1 y， Stanford Uni versi ty， Slanford. Ca1 ifornia. 1909.
適切な御指導と御助言を賜 論文内容を御討議頂き、
本論文をまとめるにあたり、
また、
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九州大学 工 学部 彦坂 崎野健治教授、
九州大学 工 学部 田村英之教授、
県教授に心から感謝致しますG った九州大学工学部
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藤田隆史教授 第2章の大型免震要素の特性試験につきましては東京大学生産技術研究所
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iso1 ated .\. : F1 ats
nk
\Va1 1 er、・tノ nhU 〆''t、
第3章の伝達マトリックス法による積層 より終始適切なる御指導と御助言を頂きました。
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塩尻弘雄教授より内容の 共同研究者である日本大学理 工 学部
ゴムの解析につきましては、
第4章の免震建屋の振動特性評価に関し 御討議及び適切な御指導と御助言を頂きました。
栄課長及 青柳
増子芳夫主任研究員、
電力中央研究所 共同研究者である (財)
ましては、
安井健治氏より各種振動試験の実 川井伸泰氏、
石井 敏之氏、
治氏、
奥村組 原田 ぴ(株)
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電力rl'央研究所 全般に渡り (財)
施及び地震観測等に於いて御協力を賜りました。
本論文をまとめるにあたりましては、
また、
1988.
、jノ
\3ノ ーj nu ll 円凶d 1lよ 1l
fa1、〆tt、 ，ft、、 ー
心より感謝致し グループリーダーより適切な御指導と御助言及ひ叱時激励を賜りました。
制振構造の現状一高層建物
/I、、 作本ι小， \lノ
ソ一解析等に於きましてíilJ 協力を賜りました 本論文に関わる実験、
ます。 さらに、
1989.
野村幸男氏に心より
安
則隆氏、(株〉電力計算センター 宮脇貞夫氏、
- アール ・ エス
japan struclural of
ーjourna1 Structure
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\. . Harada
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、、，〆l nノIMl /t、、
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Laminated
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IsoJal ed I3ase
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Obscrvation Response
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\1 E C H .� � 1 C S I�
STlnCT仁InL CONFERE.\'CE 0\
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Obscnalion 01' a
F i cl d H. . \\aχda T.
T.，Shjojiri K. ， 1 s h i i
Ha\'aka\\él ( (22)
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El astomer Laminated
:\nalysis of
\umeri乙al 11.
T. .Shiojiri
\lazda ( 10 9 )
Inslilule I�escrch
Tsukuba 門川Bui1ding
o f fl ce -.-\ n
bui Iding Base-lsoJatcd
I.\TER.\.-\TIO.\.�L CO\FERE\CE 0.\ STl\LCTLR.-\L \IEC1I.-\\ICS 12TII
T R A \ S.\ C T I 0 \ S 0 F T 11 [
Ikccn L
\\orkshop on [nternational
Corporation-， Proceedings ()f Okumura
\' 0 Lldl E K 2. 1 9 9 3 . RE:\CTOR TEC11\OLOG\
[ '\
Buildings，l992.
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nH l
Developments 情造工学論
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出f:J;_リL �jF: :伝達マ 松田泰治，
、、，ノハHUl l fk
松田泰治:免J:iN� J.il物の地)ぷ時挙動 1i�尻弘tfL
1ち，
原ff:1 大塚 将，
川井(中泰，
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11本住築学会7� (，fiÏ �昨泌使概�.
川井伸長:免ぷ椛ii!j-物のJ也iぷH午挙到j 立体モデルによる応答解析) • 日本51築γ:会''?Î，t.Ï 講演出概:t.
(そのる に関する研究
免iぷ椛ifja物の 11 本 法築 安井健治，
立体モデルによる応答解析- �.� 2 Hi) Hh帆LI -J、E l l i dì
日ri尻弘�jL 男，
1 9 8 8年 川井fEll奈，
地震時挙1)))に闘する研究(その6 学会学術誌j寅梗概集，
簡易モデルによる応答解析)
安井健治，
大塚 将，
安倍 松11 1 泰治， ( 125)
リー卜造4附51免麗íl屋の信頼性実 士木学会第 41凹年次学Î，t.Ï 講演会講演概要集， 1986年 治他:鉄筋コンクリー卜造4階注免震建屋の信頼性実
上木学会第41回年次学術j�I'�泌会講演概要集，
大塚 将， 安倍 勇， 原旧 治他:免震情造物の 免震摘造物の実証実験及び地震応答観iJ!ljのHll�) [993千r:.
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塩尻弘主IL 松llll完治 i庁JJ< 博史，
日本建築学会大会学術講演梗概集，
1988年 松田泰治，
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tlt実験にI�Iする研究(その1 ) 背Wp 栄.
tlt実験に|則する研究(その2) . 青柳
HHV 日HHγl ，j i 旧，1a rsん 竹内幹W.
松fjl l民的，
j台.
民! EI:l
、、，ノー-l 〆l、
( 1 12)
1986�ド I託尻弘雄，
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松1I1泰dì.
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\ .. Ohtsuka S. : Earthquake H.. Sawada Y.. Harada 0.. Kawai
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\1 az da ( 126)
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REACTOR TECH�OLOGY
高山峯夫:免震構造に関する実物実験
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多田英之， 酒井 竜，
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、、』，，l nぺυー〆't、、
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1987年
出尻弘雄， 松田泰治:免震柿造に関す ( 133)
1989i下
松田泰治:免遅1m造に|主l 日本建築学会学術j誹 ( 134)
i寅使間集，
松島健一一， 林 雅弘，
静的，j京何'ぷ!段、
1989iド
松fFI泰治:免震情造に関する研究(そ 1 1本法築学会学術誌j先便概 加藤真人，
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Y. .Shiojiri Sawada
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Building Constructed on a Soft the Base-Isolated
Dvnamic CharacLcri日Lics ()f
I\TCR\ATIO\AL CO\PCRC\CE 0\ STRLCTLRAL 10TII
G r 0 U n d. T R.\ \ S九C'I'IO\S 0ドTIIE
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