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：
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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
平成5年8月
込，
松田 泰治
目次
第l章 序論 一 一 一一一一一ーーーーー-ー ・ ・ーー・ ---
ーーーーーーーー ーーーーーーーー・ーーーー- - - -ーー ・ーーーーーーーーーーーーーーーー 一一一一一一一一
1. 2. 1 制御エネルギーによる分類、
円ベu phu nhu 1. 1 免震構造の歴史
1.2 振動制御に於ける免震構造の位置付け
1. 2. 2 運動方程式のパラメータによる分類 ーー ー ー ーーーー ーーーーーーーーーーーーーーーー ・ ー ・ ー ---- - 7 1.2.3 その他の分類 ーーーーーーーー ー ーーーーーーー ・ーー ・ ・ ー - - ーーー ー ーーーーーーーーーーーーー ーーーー 『 ーー--ーーーーーーー 8 ト3 免震構造の基本原理と積層ゴム系免震要素の役割l
第2章 積層ゴム系免震要素の力学特性評価 21
2. 1 概要 21
2.2 使用材料の基本的性質と積層ゴムの構造 21
2.2. '1 使用ゴム材料の基本的性質 2.2. 2 積層ゴム系免震要素の械造
21 23
2.4.2 ゴムブロ ックの特性評価法 2. 4. 3 積層ゴムの特性評価法
A斗 A叫‘
にd n/】
円/臼 nKu l-
-
q/u n〆lH n〆b n4U ntu nベU phd Fhu 2.3 積層ゴムの力学特性試験
2. 3. 1 試験概要 2. 3. 2 試験結果
2.4 設計法に関する検討
2. 4. 1 ゴム材料の特性評価法
2.5 まとめ
第3章 伝達マトリックス法による積層ゴムの解析 ー ー ーーーーーーーーーーーーーーーー " ーーーーー ' ーーーー 96
3. 1 概要 司ーーー ー ー ーーー ーーーー ーーーーーーーーーーーーーーー ー ー ーーーー ーー 一一 一 一 一 ー ー ー ーーーーー・ーーーーーーーーー ・ ・ ・ ・ ーーーーー 9 6 3.2 Wt-析手法 ーーーーーーーーーーーー ・ーーーーーーーー ー ー ー ー ー ー ー ーーーーーーーー ーーーーーーーーーーーーーーーーー ーーーー 唱 ーーーーーー - - 96
3.2. 1 基本的関係式の誘導 96
3.2.2 解析手)1凶 104
3.3 有限変位梁理論による理論解との検証 107
3. 3. 1 理論解の誘導 3. 3.2 検証計算
107 109 1 10 111 3.4 既往の実験結果との比較による適用性の検出1:
3. 5 力学特性に与える各種変動要因の影特評{!lIî 3. 5. 1 鉛直応力が力学特性に与える影響 3. 5. 2 1次形状係数が力学特性に与える影科
3.5. 3 2次形状係数が力学特性に与える影科 ( i )
111 111 112
3.6 まとめ 113
第4章 免震建屋の振動特性評価 138
4. 1 概要 138
4.2 免震建屋の構造概要 ーー ' ーーーーーーーーーーーーー ーーー ー ーーーーーーーーーー ー ・ ー ' ーーーーーー -一ー ， ー - - - - 1 38 4.2. 1 上部建屋の構造概要 - ーーーーー ー ー ・ ー ー ・ ーーーーーーーーーー ー ・ ー ・ ーー ・ ・ ・ ーーーー - -ーーーー ー ーーーーーーー 138
4.2.2 免震装置の概要
4.3 免震建屋の振動特性
4. 3. 1 常時微動観測
4. 3. 2 起振実験
4. 3. 3 静的載荷実験
4.3.4 自由振動実験
4. 3. 5 実験結果のまとめ
4.4 免震建屋の地震時挙動 4. 4. 1 地震観測lシステム概要 4. 4.2 観測結果概要
4.4.3 観測結果のまとめ
4.5 免震建屋の地震応答解析
4. 5. 1 質点系モデルによる解析
4. 5. 2 F E \1モデノレによる解析
4. 5. 3 解析結果のまとめ
nxu qu qυ nu --A 1l qu Aq A斗 A斗 Qd il -- qd
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nベU 丹、u η、υ A斗 A守 AU寸 J斗- Aサ A斗 A斗A JUマ に，U
「「U F片u rhJ i l l - I l l i 1 1 1 1 1 1
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4.6 まとめ 157
-"1'-:- ，... �ι 4・L 三・止、
如O早 桁品IIH 2 35
謝辞 ー ー ー ー ー ーーーーー 司 ーーーー 帽 ーー ー ーー ・ - - - ーー ー ・ ーーーーーーーー ー ー 噌ーーーーーーーー一司 - - ーーーーーーーーーーー ーーーーーー ーー ー 238 参考文献 ー ーー ーーーー ーーー ー ーーー ー ーーーーーーーー ー ー ーーーーーーー ー ー ー ーーーーー ー ーーーーーー ー ーーーーーーー ー ー ーーー ー ーーーーーーー 239
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第l章 序論
j!t S!f有数の地浜田であるわが国は、 長い!京').!_のtjlで社会'1:. i百に甚大な被'存をもたらした 大地震を幾度となく経験している。 情造物や機誌のIruJ i.ぷ;支計は、 これらのj'l rnな故主経験 の積み重ねにより発展したと言っても過言ではない .il自治、 川造物や機25のInj.Jぷ�/I:.を倹什 する際(手人命の確保を第ーとし、 椛造物の史以や段以のtJj J'}を卜分に安全なものとなるよ う設計するc これにより建物の倒壊や機器の出似による火災等から人命が守られている しかし、 近年では地長時に，情造(I�Jな11'1 iおを許さないのは、'í然のことながら、 ，U� j_;j-物や機誌 が圧常に機能することが求められるようになったq たとえば、 ↑!?版制の';::J )立化、 複雑化に
，1'1'-い電力、 ガス、 .il宣伝、 令融て手の機関では、 そのql似となる，�I' Wセンターで、 機能停止に
よる社会(I�Jな混乱を附くことがないよう、 i慌しい地μ付策が裂ぶされている l.導体L lbi 等では、 qJ小地以に対してもHí 9官)JIl工の必要性から、 非常に厳しい微振動;1�lj íl1lの叫ぶがあ る。 一般の住宅やオフィスビルでは、 内花する'TI ���咋のむ仔IJによる二次災'山川J出の制点か ら、 地震時の応答;を同力小さくすることがでまれる さらに、 原子力プラン卜咋の胞z没で
は、 大地震11.)'に柿 造物、 機器等に発生する応答を{uì\ ) J小さくして、 交全性、 イaJ州↑/1:，をjl土ノ\
版1t'J上させることが民ポされる9 このような地出1I.j:のI，�;符を小さくしたいという虫ぷがTT 民にある中、 地出動の解明がjffiめられ、 実川(I�Jな免)ぷ�:ぷの1m先と111 IjíI後して、 仙j去物の 基礎部分(文1.'j' t�I) ) に免ぷ�:素を設i丘して、 これにより椛造物主主計II分のl也iニH午のJ，�;字?を 低減する免長打�.ìilの研究開発が進められているc 免J長-tm j立の笑用化に当たっては、 免iぷt.::
ぷのえj学科:件をI@，*なものとする設計 ・ 製作lt';)主のItJJ 1二、 み之び免Zi 設計のためにそのり�I-:
を適切にモデル化した行(Jlli手法の限立が史まれている
本論文はh'i J:，(1ゴムを対象に、 2'f素試験結w:にJ.l�づく)J "}:特'�I::の行Í!lIi、 ，i文，H T 71 �え ひモデ ル化Til�の山本をuい、 *免I�i!t h{のすキ祁振5リ1)，tA!段以ひ地災住IL iJ!lJ *-.'j ;j�と併せて、 J，�;1:;. ，1‘v- Idli
了二法の倹正iを1 j二 ったものであるG 本論文;をNlt成する内科(ま抄くの件立からはり，'，:っている
第l章では、 I!�I内外の免長十，'�造の歴史的事例lを品� 1t . 終llHするとともに、 似10);I;IJ Ùl-îlに於 ける脱届ゴムをJlJl、たill度水平免震情泣の位[泣づけを心したロ また、 娠動論に)，!(づき、 1 rtl点モデルと免i長柿造物の地震H寺挙動を対比させて免iぷ柿j立のjJi本))�illnを述べ、 MJ\イゴム 系免震要素に� ;_}(される機能をlリlらかにして本論文の{点目づけをFした"
第2章では、 伯jFjゴム系免震安� A� (天然ゴム系的lviゴム、 鉛人り的1\づゴム、 I'::j i}，ïX， ú M h'(!
ゴム〉を対象に、 うた別段段:型及びその相|似校)\�を川いた件同のM (I;j ，j主仰試験を11"ったF 何 られた試験結�に法づき、 i制性、 減衰25;の力学特�I-:の待問依存性を主主国!・ 倹んjしたっ けくに、
積層ゴムの力学特性を行fdfiする上て-霊安となるゴムブロ ックの圧縮及び山げに対するμ掛
けの卵性係数評価式を、 エネルギ-i去により呼.き[呪れの行lilli式と比較倹討した J賞後に提 1. 1 免ぷ椛造の慌史 家 した 日írt係数評価式を月]いて、 M'府ゴムの水平ばね定数、 水 平変形時の沈 卜.5i、 鉛直ば
ね定数、 ;1<干変位に依存した鉛11.\ばね定数の各評(d日式を導いた】
第31Zでは、 伝述マトリックス法を用いた積層ゴムの幾何学的非線形性を考慮可能な簡 易解析手法を提案した3 提案した解析手法を川いて、 的関ゴムの荷量と変形の関係を算定 し、 イf限変も1j;{� ilg論に基づく叫論解との検証及び既往の実験結果等との比較を行い、 解析 手法の妥叶nを倹証した。 故後に、 パラメータスタディにより鉛lÜ 応力、 l次形状係数、
2次形状係数がむí J丹ゴムの)]学特性に与える彩粋を倹討したD
ヨ.� 1 :;ltでは、 鉄筋コンクリート4階建ての実花免震住毘を対象に、 常時微動往J! ìJjlJ、 起振
実験>>-び、 日(I�]加力実験、 白山振動実験等を行い、 大変位領域まで合めた実免返住尾の振
�))H"/Ij:をlリ!らかにし、 事前に行われた免民支店単休のjJ "{特性試験結xより定めた設計f�(
と比較倹.Hを行ったc また、 その後同じ免疫建屋を対象に、 地震観測及び地反応答解析に より地ぷH干挙J!))の把梶及びI由民k;符解析jjjつく応答評(11日を行った己
以後に、 ヨ.� 2)江て-本論文で何られたセ�な(I)f究成果をまとめて結論とした~
免法i附造のJZえノJはかなり，1，-くから作作しており、 初WJのtJiのものは、 振動外乱のrl'で も社会Ij�活に与える彩伴が ー需大きい)(1由民を、 繰り返し受けたitI14粁験からせまれたも のが多かったようであるJ わが|主|では、 8世紀ヒ:J[にillてられたとされる法除与の五主t誌を 代表とする木造問時が、 長JmmJm造物であり. .fJLイEのm'�':J 1\'11ビルと|司慌にUlj 造物を長JiiJ mJ化
することにより、 地長)Jを低減するよう配慮されている、 また、 15 I世紀のiリjの時代に住て られた故宮(紫禁城)では、 '1'版部の地ドから柔らかく払Ij 'Vj:.のある[1'(1 7引先凡されており、
これによりI白浜ノJの低減をはかったのではないかとされている これらはいずれも免以桃 造を設計11寺に志識していたか何かはりlらかではないが、 興味深い 'J�例であるコ その後iりjら かに免民間J去を;む�，\ii�したWiJとして、 わがI EIでは189 [11:.に店築雑誌に制SI次されたれ'J合計j説の 地以ノ際ノ〈返却Jヲ受ケザル+Ni込 ，; (1χ|ー1. 1参!!(1，)がある これはノく刊誌やメートルお
なとの振動に対して鋭敏な機却を収納する住物に対する1'，ょについて.i!.liべたものであり、
内容は以下の辿りである=
. H� I慌のFのよ也�Ip，: 1 �に丸太を平行に 、ì�，べたものを1 J:，'1ごとに11'( :)とん司，t'Jに数�l，: iT(ね令わせ、
その1�にセメン卜コンク')一卜裂の)，�慌を1'Jち、 さらにその卜.に也物を地てる，
・ ill物(ま低JEiとしてその 、ドf(ii N� øは�，fíJ }伝とする3
・ill物の回りにほを川り地iii j皮の1ζ怖を!山ぐc
・ 振動に鋭敏な機却をおく子?にはよい怖をつけて川らせる
また、 米|王|では19061ドに夫同人の医師J， A， CalanlaricnLsが特許� ; (1手|ー1， 2参mt)を11'1Kifi しているつ これはill物と)�� G1tのII\Jに出ー石(孟� n)の!刊を設け、 地以lI.fにその付i-りを不1)川し て地ぷんを低減しようとするものであるc ここで、 什: 11すべきはifJ'りにより発生する+11対 変位に対して、 十什什J'イ刊;U; tJ投;没党 h制似仙11山;1 (ガ.ス門配己1符守と排/水'1< :符i白斤1守:) に文丈対、.Jする2変i工� f卜机心ι'1.1岐段以袋i山;1山町rう町J�のJ促必奈までで.なされて
いた"リ.!1i
つていないn さらに、 192811から数11:にわたり、 1'11論反ひ完敗の1，ltj 1(liから、 免戸川jii-の側 先を行なった|刷|時 ーがやげられるぺ lìú)の従来した免ぷ十時.i1f�， . .1 (1χ|ー1， 3参wり は免ぷれと りはれるほ1Mが球1(11状で卜.出がピンfl'li.iilの住を地位とill物のIIUにE没け、 れの回転により系 を長Jt'iJ 19J化すると共に、 ピンhYí .ìiょ:'il�分の川転11与のj李阪による減以を19J?Sするものである， この民-系は1932 tlてにt.\: ，tノFとなり、 その後3つの住物に実際に�草川されているつ 能動的な;1;1)
1J11 )Jを考えたj!えりJの(クIJとしては、 19641f-に11\された1m 111 T不IJの "1 1U) ;jilJ (;fJIによる免ぷ広ーの
研究 弓， (図-1 . -l参Wi. )が千げられる この)j ikはtGぷ- illl正式(サーボ系)の1'110) a�IJ 1J11
系を利川したもので、 J出)ぷ・，nの，;己以をjtに、 ポールベアリング手の水、|λん， r('Jの復元)JのIJ さなもので文持された桃造物を、 j占(i:泣からj又)Jを取ったアクチュエータで;j;1j御するもので ある 以ヒが免ぷ.u�iii:の断史的下f�IJと6Jf究例である勺 次に，没t汁Il.fにむ識して、 免i長打titjーが 実情造物へ適j日された近11'.の研究伊l を示す=
廷に対して耐えられるように設計されている3 しかし、 Cruasのサイトはフランス[EI f人lでは 比較的高地震 帯に属しており、 J.K千五j立:O. 2以上の地f!1の先生が]..怨されたため、 原子炉ill 屋部分に免i孟構造を採川したc 免麗H� hlの採JIJにより、 J'. :'fl) 桃iE-は杭��t H憾で設計されて いる 免長装置にはク口口プレンゴム�のWI:'�iゴムが山川されている、 千I(IÎ形状は500mmx ::1 Pelham Bridge (図-1. 5.図ー1.6参照) 500mm， 高さ66.5mm.内部はj手さ13.5mmのゴムシート3 IrイとI'}さ3mmの鋼板2 1:，(1のWJ刊行t iiEで、
Pelham ßridgc は、 1958年に建設された6径|百j 述続の鉄筋コンクリート造の道路僑であるc両端に惇さ10mmの内フランジがあるロ 原子炉2 )�分のill f.Hをこの的jviゴム1800個で文持し 連続慌では侃度変化により橋桁が橋中111方向に膨張又は収縮する= この時発生する橋脚と橋 ている2 免援系の 固有娠動数は 1 H z.設計相対変位は50mmであるf 免ぷトl� ii!を設計411準化と 桁問のせんN'Jr }Jを緩和して、 相対変位をl吸収する目的で杭届ゴムが設置された。 積層ゴム いう明降なI_:I Ù�Jの下で採川した伊lである。
一般施設に於いて免震情造の適用例は数多く見られる司 ここでは積層ゴムを使用した免 震構造: (子部変位I吸収、 防J辰構造を含む)に限定し、 基本原理の共通するものは適用時期 の早いものを代表例として取り挙げた=
の適用例としては最も占い例である。 5本ある橋脚のうちrl'央�}Hがヒンジ桃造で[�定支持に
なっており、 他の4本の惰脚上に積層ゴムが設置されている3 積層ゴムの特性は水平ばね定 このように例外に於ける実川化の断!とはわが|主|よりも11，く、 使川村験にJLづく免碍装山 数が10 t f i円山で鉛同ばね定数が1000tf jnchである3 の経年変化の特性データ等(まlJl'T(なものが多い
1. 2 振動;I;IJ自lに於ける免出十miliの{立;;IJ'十J'け�; • 1 0; 11: :!;
o . \ 1 b a n y C 0 u r t ，，; (I�I -1. 7. [:x] -1. 8.参照)
:\ 1 b a n y C () U r Lは、 1966年にロンF'ンて・建設された鉄筋コンクリート造のアパー卜で、 地
下鉄のSl. Jamcs' s Park駅の仁に位置しているc このため地下鉄通過時の鉛直方向の交ilú振 免辺情J去をはじめとして、 これに却する，附iti-については、 これまで[rl内外に於て依々な 到Jに対して、 ア/ぞー卜の11人の間性性向上を1=1的とした防振柿造が採用されたっ 装置とし 研究がなされている己 しかし、 その↑直前十jけけ等については研究分針、 情jii-物、 機慌て与の ではマレーシアゴム'1士山者研究協会(\1 R P R r\ )で開発された13Mの杭層ゴムが、 l階の床と 問:;;Jjや脱校、 対象とする振動外乱の利夫n等により災なっており、 現状では |ー分なんilú認識
)I-� I陸部分の11\jに設置されている。 建物に適川された|山振桃造としては最も古いWIJである。 が1'fられていないc 従って、 ここではあらゆる振動外乱を対象として、 川造物、 機慌て平に
防振椛lliを採川した村民、 地下鉄の卓越振動数2211zに対して鉛直方向のl次固有振動数は 十J')JII (凡な装出または機怖を設け、 これによりì�安部分の応答を抑;[;IJ、 ;[;IJ御する椛jヰを;I;IJt反 711zとなり、 地下鉄通過H手に速度で=tl.Omm secあった振動が士O. 3mm! secに低減された。
:t H i日h School in Lambcs(7) (図-1.9参照)
間jti-と定必して、 そのqlでの免出桃ili-の位紅づけをl別協にした『 抑制、 ;[;IJ í白lの対象となる は;;写は)JII .i主位、 :iiliJ丘、 変位のうち、 ひとつもしくは波数である= ー般には絶対))11 .i主jぷと本11 対変仇ちが対象となることが多い2
この尚校の校合はI 978.:íドにマルセイユ近郊のランベスクに地設された3階地ての鉄筋コ
ンクリート・21プレハブ川ja-の住物である= このill物はフランスのν1 \11震度附のぷ}Jr 8での 1. 2. 1 ;I;IJ ûHIエネルギーによる分;_�'j 設計が公ボされているため、 |耐震性の11'J 1二と設計の合とH化を1:1 njに、 免jぷ桃ji!ょが採川され
た。 使川された淡町は、 フランスITI立科学研究センター (Cì\RS)の!)clfosseが開発したGr\ ;[;IJ lhÆ .fIIIJ .iilの分{jlについてはこれまで各的の分刻法が針案されている ここではL(1i Lのぷ PECシステム7;と呼ばれる杭居ゴムで、 100mmの!日l附で住てられた3棟の建物のl附床と法 !猷ちワ. • 1 1); 1 1 ; • 1 .1;を参考に 一自立(J!Jな分1j'[ l:去を不すu この分対法ぽ桃造物、 阪出咋の振動 防:'fl)分の川に合計15211�1の杭jFjゴムが 設j;J.されている3 砧- 居ゴムを耐震性向上を|二1 fl�JにJIJし、 外乱によるj，ê.;答を抑制、 ;[;Ij11-11するため、 外部からの;行IJ訓lエネルギー( :I1IJ仰)J )が必tJか行 た肢 も 111- いf'lIJである日 免疫.fll�mを採用した村民、 住物のl 次の間有周期は長ill 方向O. 18秒、 かによる分対であるc 大日IJすると!χ1 -1. 1 1に示すようなtJ相知が考えられる，
生!i.i立力ーI，"JO. 25秒から1，16 }j向とも1.70秒に長問J9J化されているc
ι Cr u a s \1の'sscil; (1斗-1.10参!l?o't)
C r u a s J)�� [-) J発屯/jJrは、 屯気tU力88 k \\のP\\ I� .1 )，tから.flli成されている:; 1977年にl基ldの 工事が開始され、 1985年に どl基自の工事が終fした= フランスのj反チ力発屯所は徹底した
l受1))(J!J ;I;IJ 1，反(ノぞッシブコントロー/レ)
この)J/去は振動外乱の判rlを十分Y:，' J.'Eして、 rl!j .iil物、 般日;��íj�が共jJâ �íì';の現象を起こさな
いようIJ，J�Yt、 減哀、 質量等をあらかじめ人九(J!Jに訓終するものである この訓千三(まr.め行
tA1i性化が はl られており、 標準仕様のP\\'Rは[1)ド(フランス 電力庁1 により、 水 平震j長0.2の地 なわれるため、 調控後の 系 の 転勤特性はーー定であるつ 系がjJr�動外��'Lにより応符している;段
4 FhJ
"1'には、 :lílJ印!エ ネ ルギーを必jfとせず交動的;nlJ援とりばれる内 免iii、 �jH辰、 除J反等はほと んどがこの受動的;JílJ振に包介される。
x 振動外乱による文刊行jj ()�;飴ffjí分)に付する十11刈変jl'(
ド :!JJ到j外正Lによる外JJ
P : :I;IJ 1111 )J
4 1 ν ホ 44 しにさ /Jノ'、FJJ トJ こ 行 振Jじ一応uh JUl ・4￡U秀 hJ千卜1、 ノ的/を 叶けPJ、AIi :リH
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;i;t1li合� _ìlJ)) ()�J :I;IJ t反(セミアクティブコントロー/レ)
このH7Lはl、のノ'j" iLとj，iJ依に振動外i�'しの特性を卜分考慮して、 情i産物、 彼出て与が共振て17 の現象を起こさないようjJ.JIJ '1/1:、 減哀等を人為的に訓鈍するものであるロ Lの万法と見なる のは、 系がjk�動外孔により}，i:.;才干しているilえll'に11"1 技()なに市IJ íJjl ) Jを}JIIえて、 系の振動特性を 剥将する点である2 訓恨のためにrl\J按的に市IJ íJjl ) Jを必要とするため、 ある広l味では能動的 であるが、 11'(技系に;I;IJ íJ11 ) Jを)jllえるものではないc 従って、 'lの)i rL・に比べると必jfなililJ
臼lエネルギーは少ない この)i法は/ぞワードパッシブとH予ばれる場合もある、
iほイt(I�J :!;IJ j}Jl ( / '\イブリッドコントローノレ〉
このノJ 法は 卜争記Lからミ のJiÿ_去を適切に中IIみ合わせたり、 ある:I;IJ振方式を 4つのiI;IJ振対 象に対してノ�r íro別やモード別に組み合わせることにより、振動外乱に対する.fl� Jli物、 機器 等の応符をイt1'11 ()!Jに1frJ ;lilJ、 illlJ í111するものである口
I . 2. 2 ，ÌjI 1U) )J 1"，1式( }JJ ru) )i f't'. ;.:t )の/.;:ラメータによる分対j � 1 _ . "，;
この分勾'j�Lは十時jむ物、 |定日;;1Jの}Jü 1U)外乱による此;符をili1リ1) )i t't!式で>>.mされるところの どのパラメータを戸時十三することにより}fll ;!JIJ、 :I;IJ ía:11するかによる分知である2 大日IJすると|三|
ー1. 14にぷすような5附江!がJSえられる。 一般に附iiJ-物、 機以写の振動外乱による応手トーをl
1'1' /î.系の，ÌjI1リ1) )J 1''t1式でぶ射すると以下のようになるc
\1 x - C x 守 K x F' P
ここに、 \1 川造物、 除以下の白川
C : U1t.ìil物、 11託部�íj�のh!i '1'1:.減以係数 lベ :附ilj-物、 1jE日誌等のI�Jリt'1:
x : }h� ro)外乱による文作:'iI) (JJ�位;';1)分 にHする+11付加l.ìili)立 x 振動外市しによる文持行1) ()�; I出:m分)に付する相対速度
6
2 ;)，&以を;I;IJ出I . ，制慨するJi式
この)i iLはiJ止到J外乱のt.):YI:.を|分)5- f.在して、 tm j在物、 機慌て与がん似て干のfJ� ({�を起こさな いよう、 減以を人'h(1リに;IiIJ í111・，;")'\J f，去するものである口 この)JiLむ1. 2. Iで&べた分刻によれ ば・、 ;J;IJr白1 )]を必:t:としない場介は受到') ()�J ;IiIJ -t��、 市IJ t1-11ゴJを必:t:とするlJJf介は，(ríj� ro) (I�J :I;IJ iJ(çに 分知'!される
ミFf�IJ n.を;むIJi旧1 • ，ttl桜するノJ式
この)i iLはj}Jl ru)外乱の特性を十分布出して、，Ult .i1ょ物、 殿山tiiがj七似て干の.fJ�訟を起こさな いよう、 附IJ '111ーを人九(I�Jに:I;IJ f�:il・，i'�\J千円するものであるc この方法も1. 2. Iで&べた分却によれ ば:I;IJ iJìl )Jを必�としない以介は受動的;!JIJjh�、 ;J;IJ íJil )Jを必要とする場介はホ能動的;I;IJi)!<に分
対!される
1 jJl� ro)外札を;lilJ iXIl . ，材料する)i;.:t
このhil、は似引j外市Lの引:ド|ーを|分布l，Eして、 Hlt造物、 機日�i �íj"�が)七jJ!� �:/のfJ� ��を起こさな いようfh� !II))外乱を人九(1リに:I;IJ iJil・，i'�\J相するむのである このノj IL(ま1. 2. Iで述べた分対iによ れば、 般的には;IlIJ í�ll ) Jを必�:としないため受動的;!JIJ振に分却される
ミ;I;IJí�ll ) Jを力[1えるんー式
このJi i1�は払之助外乱の4，): t/l:を1-分1;' J.，[..して、 H�jむ物、 機慌て与が )�似て干のJJ�訟を起こさな いよう;J;IJ1111 ) Jを加えるものである 従って1. 2. Iで述べた分知によれば能動的:I;IJ }}�に分対!さ れる
以卜で述べた5阿j:J'iのノJ式は、 12には波数キIIみ介わされて11J l、られることが多いが、
ここでは特にキIl �;せについては分知していない
7
1. 2. 3 その他の分刻，1
先に述べた代よ(I(J 2 つの分{ji万法のほかには、 :f;I] 振装iitLまたは除柿の設世位置の追いに より F内部制 と ー外部型 ー に分けた伊IJもあるっ この分類プ'J 1.よーはill築椛造物に限られ、 人
!日jの}，if flするソ巨/l\Jあるいは物Ill-II等の収存される宅問等のあるところを I^J音1) と定義して いるc また、 ImJJ武安定対策に限れば、 桃泣物 の外形の修正や�Î"z�忘化:�Ií材の配位によりJJIIt辰 ZE気)Jの低減rì1í失を図る 空気)J学(1な対策J と、 剛性、 n品、 減以などをm店物に付加lす ることにより振動の1[fJ ll:低減を図る 附.iil ) J "f: (1ワ対策ー とに分けたfJlJもある二
以仁のような:1;1]伝情泣の分類に於いて、 本論文て・取り抜うh'llçt)ゴムをJ1 1し、た住民Jj(、|ι免 伝情辺ーは、 ;j;1j i旧lエネルギーを必要としない受動的ij;11振に位出十jけられ、 jÆIUJ H程式のノモラ
メータとしては|刑判:と減兵を人為的にHiIJ í1ll . 3��i千三するものとなるJ
1. 3 免辺情j与のjk本以月!とt'iJ日ゴム系免ぷ32J;の役)FIJい1; :' U ;
ここで はまず免伝情j立のjt本原則を、 JE 1]玄j皮地引による必;j;1j振動を受けるl 百点モデル で代ぷさせて，\�� Iリlする勺 |社一1. 15にl質点モデルを、 |芸|一1.16に))[1 .i単位振I�I\'; )とのïE必波地 11)Jを受けた以介のl質点モデルの)J11 .ìili 反応答f;'�半を示す。 ー般に、 振動系である情， 造物、
機器等にとって -吊;厳しいのは、 J辰動外市し(この場合は疋弦波地動〉の伝1UJ数と系の振ifUJ 紋が m致した場介であり、 その場合に共t)��現象が11'=ーずるロ これに対処する)J" 法としては、
系の減以を適切にl制作.して応答を低減させるものと、 系の11' �;:や|司IJtJt�をi@ l))に訓相して系 のl次11111イf 1M到j数をi}]:�ifUJ外正しの振 動数に対して シフト ( ・般的には長)i;J191 íJ!lJへ〕させて系 の山芥をほ減させるものがある8 1χ1 -1. 16 '11では減以半数hを11/11))[1させたよ必イ?と、 11一弘法地 1UJの1JJ� IUJ放と系の11111イf iJâ到J数の比が大き く なる場介にtll 、11する これが児以Nlt.i1lの人!と本と なるlJ;r1'1:である χ|ー1. 17には1940年の1m p c r i a 1 \' a 1 1 c ')地出でl記録されたE I CcnLro出の変
位、 .ìiliJ.i、 )J[1 .if J立の件k:作スペクトルを示す、 �� jぷ出iitは先にjÆべたïF.弘�)主地_i]!)Jに対する 応答低減のJ5・えJiを、 地以のようなランダム振動の人)jに対して拡�J2したもので、 )II�(i�と 地f12の川に免iぷtS J�を投i町することにより、 間ilj-物のl次r!'I�イj振動数を長)，'n J91日!I] (@ ，，:;�. 2 抄からl秒fL，!，}lょ)にシフトさせ、 J白山町J の l;[越1h10)数似域( I'�I -1. 1 2 111で は0.5秒Hj!i: )か ら自立して山74川.if山低減をl刈るものである、 ただし、 この幼介にiì-:意を�:するのは、 系の
長)iìJ 19J化にともはいり�jぷ民主の変形:li:がN11 JJIIするという.，1，1:であ1 るニ このため - 般にはり�í主 主':京を投打する際に系の応答)JII .if J1と免í�tS kの十11対変ドfの[dä (í'をにらんで.i@切な|時1I ，，/1と 減以を:ど め ているべ 免}ぷ柿jiJj-は地)ぷに対して間造物の)rÇ G� �tl)分に免辰袋井?を投 m:して、 こ れにより間造物ì:，安部分の地i淀川の応符を低減する�，'Ii j主である 従 って、 投位される免ぷ
要素にt[ボされる機能はr. i�l)椛造物の�I mを支える文持機能と、 1:. }�!í tmø物の}，Î:_: 7'�を低減 する/.Ì:.:答低減機能である= 応答低減機能はさらに免ぷ化 された系の11，11 (f )，';J WIを11)i，'J 19J化す る同有刷J�IJ対日j機能と. 、 地廷による振動エネルギーを|以収するエネルギーl段以機能に分か れる“ 近年まで、 このような複数の機能を同1I.'fに満足する免長女:京を|泊先することは附雌 とされていた= しかし、 ゴムと銅，阪の接新技術の向上ーにより、 免以川のfù1\，11ゴムの|泊先*
川化がなされた= 前回ゴムそのものは、 !淀川等で陪梁の熱!阪取による変似l以以やill物のド:)j 伝Hlの文JP:として30年以上の長い夫紛があった3 免起用のfJ'íJ同ゴムはゴムンートと制似を うど互にも5み長ね的1f!1H� hlにして、 )JII(v1i 1長打と呼ばれる方法で践27したものであるコ これに よりも� h�1ゴムのliliJIJ tJtをJE*1(1方向に非'I�;íJ"にr:iJく、 せん断万I(IJに非常に低く11文，;1することがで き、 砧lFjゴムで支持権能と応符低減機能を"ï] 11与に満足することがllJ能となった 従って、
これらの段能を技庁|ー将が任ぷに選択するためには、 îü D'( H ItJJの同IIHやJj(十)ijÍIJのjìlJlj 件以び 減長が、 r� :Jいrl�'Jズで行(IIIiできるèj';がITI�となるσ
8 9
断面図
図ー1. 1 河合浩蔵の「地震ノ際大地震ヲ受ケザル構造J 1)
図-1.2 Cal antar ientsの免震構造2 ) 10
{ 望主 Eミ )
図-1. 3
断 面 図
A部断面
岡隆一の免震構造(不動銀行姫路支店) 3 ) 、 . )
11
構造物
構造物
構造物
構造物
構造物
図-1.5 Pelham Bridgeの全景
構造物
1 :上端球鹿.下端球面の支持柱 2:ポールベアリング
3:アクチュエータを含む水平支持材
4:鉛直荷重を支持し，屠せん断力に対して極めて可境的な支持柱
図-1. 6 積層ゴムの設置状況(Pelham Br idge)
図-1. 4 勝目千利の「自動制御による免震;去の研究J 5)
12 l 円ベU
F レ ド 人
図-1.9 High School in Lambesc7)
図-1.7 Albany Courtの全景6 l
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免震装置
積層ゴム
図-1. 8 積層ゴムの設置状況(AI bany Court)
図-1. 10 Cruas-Meysse6l
14 15
主系 汀1 主系の質量
π1 C 主系の減衰
k 主系の同l性 p 制御力
C
i )制援を用いない場合の伝動系(主系)
付加系
i i )受動的制掻
付加系
i v)準能動的制掻
m 付加質量 c 付加減衰
k ' :付加阿佐
k
i i i)能動的制掻
付 加系
v)複合制掻 図-1. 11 制御エネルギーによる分類
16
センサー
f責lfit割 償!!.専
アクチュエータ
E盟国富冨
作小;古乱rJ"f\
図- 1. 1 2 能動的制振システムの概要
制 御 貫 (加速度 ・変位さ事)
i)フィードバyヲ制御
/ I (車書道物 . I!&i苓}
1 1) 7ィード7 i ワード制御
図-1.13 制御回路 17
m 主系の質量
口1 :付加質量
k 主系の陣l性
打1
x 地盤との相対変位
k :付加問l性
. ・
主系 c 主系の減衰
y 地動変{立
打1 C :付加減衰
c
仁E
π1 質量p 需'J御力 c 粘性減衰係数
k ばね定数
C
i )質量を制御 ・ 調整する方式
系m 主
i i )減衰を制御 ・ 調整する方式 :>:J
+!:>>
5:xi i i i)悶!性を制御 ・ 調整する方式
図-1. 1 5 1質点モデル
ω :正弦波地動の振動数 ωo :系の固有円債動数
主系
汀1
C
主系
口1 。
モ州ト
i v)振動外乱を制御 ・ 調整する方式 v)制飼力を加える方式
図-1. 14 運動方程式のパラメータによる分類
1.0 2.0 3.0
ω/ωo
図ー1. 1 6 加速度振幅一定の正弦波地動を受ける
1質点モデルの加速度応答倍率
積層ゴム系免麗35京のjJ学特性評価法 側主主
( }J[I :i単位の 僚とする免震効果
まず設計用地震動に対して|
免震構造物を設計する湯合、
'cu
その後、 地 を設定するコ
(τ積層ゴムの変形長〉
や許容できる椛造物の変形最 低減率等〉
d
その特性を実現可能とするもt i
長 応 答 解析を行い目標値を満足する免震 装置の特性を定め、
MwJゴムの形状と砧jvjゴムに史ぶされる�.J.tJ!: (ばねど 同ゴムの形状設計を行う口 その際、
設三|ー式あるいは詐印li式として格 の関係が担論(1なあるいは実験的に解明され、
i威衰等)
;J'Jr
!lÁ 、
。
。 �.O 5.0 怖されることが重要であるD 本市では杭屑ゴムに使用されるゴム材料のjt木(I(JH白や、
_L
3.0
訊( ; <C ) 間
2.0
L
1.0
れまでに実規模校型及びその相似股引を用いて行った杭開ゴムの)J 学特性試験村民を総合 杭!百ゴムの)J'.';":特性を討(illiするための汗(dfi式の民京を行った2
� G) • :! 7 ; ゴム材料のlE木(I(J性質とM If(]ゴムの椛造2日
使用ゴム材料の基本的性質
同 内 では大きく分刻すると天 然 免震用のも'i JfZiゴムに位川されているゴム材料は、
脱イE、
ιぜ
7ヨ
フランス等ではク口口プレンゴムが川いられているM 以卜-にこれらのゴム材料の基本的性質をまとめて述べる。
5.0
1.0 4.0
天然ゴムの基本的性質
、、目，，，l ftι‘、
3.0 問(sec) 2.0
Â'�
( monomcr)がÎI'i鎖状に約500011，1;1n皮 イソ a柿であるM nド ) ( j L m川 ( 〕 Pl 、3J の
いわゆる鎖状日分子 (chain
引状，i=:J分子はその分f-1"1転によりJI=拾に多くの分子 プレンの化学椛造工にを図-2. Iにがすc
'1 �ゴムのままでは外ノJを取り除いたときにゴムが以形に彼 形態を取る事が可能であるが、
ただ分正鎖が絡み合っただけの状 これは生ゴムでは、
JCするという卵性をや耐えていない=
町一ゅん口旬以『剖コミ
ill1 ';-�;，' このため、
外プJが}JlIわると分子鎖!日]に流動が生じ水久変形が伐るためであるc
!患で、
'f.f� 2章
2. 1
粘性減衰定数
-n
(I(Jに軽自!するとともに、
2. 2
2. 2. 1
高減衰ゴムの2祁郊であり、
ゴム、
(uZ\ご-U)
粘性減衰定数 h:
と呼ばれるl.ì!最休 ( c � I1内)
ゾス結合した荷主合体であり、
天然ゴムはイソプレン 粘性減衰定数
h:
全体とし (先日伐) を行い、
主に硫黄による紙製け は化学反応によりゴムの分子鎖のmJに、
これによりゴ て3次元的制目構造を形成して分子鎖1mの消-りを防止する処l'日が胞される。
臼重に対しても向らの形状を維持する引がIII能となるじ このよう ムは引jl性挙動を発現し、
183911:にふlOdyearにより偶然発見さ この加i流と言う現象は、
. J連の処理を加l(!Iftとu子ぶc
5.0 な
3.0 �.O 矧(5ec 1 1.0 2.0
。
。
問
)J1I fvttの際にはゴム樹の [業発展の基礎となったものであるニ
今日のゴム れたものであり、
老
I[次化剤、
充てん剤、
tllì強剤、
})II硫促進剤、
})ll Mr剤、
制J伎を凝固乾燥させた原料ゴムと、
最大加速度を1 Gに基準化した 図-1. 17
過酸化物をmい })[I fv1t斉IJとしては的指・が代表的であり、
化防止斉iJ等の配合材が使用されるc 1940(NS)のスペクトル
Centro E 1
物性の向上を図るた 加]航時間の短縮、
る場合もある。 加硫促進剤は加侃述度を速めたり、
20
21
め川いる:; fl日強斉IJはゴムの悦さ、 づ1 �長強さ、 モジュラスなどの力学的特性を向上ーさせるた
リ マ ーの ミ クロ 柿iEは トランス1. H，� {tが8 500以t、 シスキJ;合が10%をIIjめ、 他に少;Itの めに川いる， 代ぷ伊lはカ ー ボンブラックである】 充てん斉IJは}J[l [nの改善や熱JJ��長を1[[1え
3. -lあるL、は1. 2 ��i介を?と?白ーする、 分f・t/�.itは比'1史的 掛川nに出み、 リI! ���! (1サな結，\t'，'n:のポリ るために用いるコ 充てん剤としては、 炭酸カルシウム、 ケイソウ土等がある-' '1次化斉IJおよ マーであるc 従って、 ，Mì強剤を配合しない純ゴムでも彼械(I�Jn，lj'が交正しているM また、
び 口J製剤はゴムの分チ 問の刊行?斉IJとして、 出制りH寺の配合剤の混入、 分散を助 けるととも isij兵力も大きいので接着力も強い、 クロロプタ ジエンの化乍情iti-式を1>(1 2. 2に/J�すっ クロ に、 J(延、 fiIlし出し等の成形作業を容易にするD 老化防止斉IJは各段の老化(劣化)を遅延 ロプレンゴムの加航には通常}J[[航斉IJとしてて住民円安化物咋が川いられる、、 天然ゴム同慌に前 または防止するために川いるc 天然ゴムは加備によってゴム仰性を発現するため、 づ|つ長 賞が川いられる場合もある2 配令刑の進いを除けば))[)r�[のメカ ニ スムそのものは天然ゴム
り変形を加 えた後に除仰すると兄 の形状に復元するc しかし、 ゴム材料を ー定 応力 下また とN:本的 に 同 aであるつ クロロプレンゴムは19311ドにアメリ カのデュポン社で開発 さ れた は 。;とひずみ 卜にkl1 ;;とするとクリ ープ又は此;ノJ緩和が起 こ るc これは、 カ ーボンなどで補 ク口口プレンゴムは ー般に各府の外(1:) 環境に対して瓜1ft:tJI:を有しており、 かつ )J 予付tJI:，は 強された})[J rvttゴムq，に、 強[，t1iな化学付介でできた先日的点と、 0�}いi1tw:力でできた物1'11架崎 天然ゴムとほぼ|司令でめるつ しかし、 使 用19J II\J '1'の紙作劣化による)) "t特性変化が天然ゴ
点が混イI�しているためである。 加硫ゴムに若|二の変形を与えると、 化学製橋，Iîは変化しな ムに比べて大きいため、 [EI F人lでは免反則のW )�{1ゴムには広川されていないm いが、 物問集結点は - f;ß結合がはずれた状態になったり、 その詰合位置からすべ って別の
イ12iL1で新たな物1'11会(!借入立が�Lじたりする3 その結果 -定応ノJの場合、 変形が大きくなるク リ ープ現象が生じ、 - �主ひずみ卜・ではk:ブJが小さくなる応力緩和が生じるコ このような現 象が起こると材料特性は変形lìíJのそれとは多少災なった ものとなり、 一部不 nJ i1!.変形が伐 るD この変化の大きさは件材料開有のものであるc また、 ゴム状物11'では変形に際してそ の体的が不変に似たれるという性質()1:) r縮性) があるD このことはかなりλきな変形に 対して も成り立つc
(2 ) 高減去ゴムのJL本(1:) tl_: 'W'
日減衰ゴムのは通常 使月J さ れる天 然ゴムをベースに、 カ ー ボン等の充填剤オイルや樹脂 咋の可制剤、 '1吹化剤を特殊配合して、 材料の減哀性能を高めたものであるa 合成ゴムを新 たにブ レン ドする 場 介もあるD 高 j成 哀ゴムのJ:J，j介 入 1.:'9 ÎIなに 天然ゴムの配合に 了二を加えるた め、 力 ー ボ・ン咋のえ)j よt�により減哀性能は1('J 卜ーしても、 他の機械的性質がぶ 然ゴム に比べ低 ドする場介もあり得る。 免iぷ川に開発された，'::; ì)，&以ゴムはこのようなことがないよう、 M 強方IJて与が適切に配介してあり、 減反:'VI_:能以外は入;然ゴムとI'IJ �干のVI:能をイjーしている_; I �:j (，主主 以ゴムの減民性能は)�Ç本(Jなには天然ゴムのi�&以性能発生機構の延長線上にあると考えられ るc J)II航ゴムの分 了，f，'lt .itiーをJSえた場合、 架怖による3次元の制日間jtJ-の内部にカ ー ボン等 の光山斉Ijの料[-が作在するため、 変形を加|えると、 1�白.子と制H又は網目と制�-Iとの技ftd�背1) で}'tti，.iによるエネルギ- fj'í 1'1が生じるc この他、 配合庁IJとして含まれるオイルや樹脂等か 本米訂する村i れにより、 十J' )1)1 (1サに名|i 性減以効 *が先生すると考えられる= このような機捕 は\1u ) ) i n s �')) *として矢IIられているご ，":J i岐点ゴムはjt|え初によ� [lilで開発 さ れ、 jli 11'， llij内でもゴ
ムメ ー カ ー により材料開発がなされ、 各)j1(11で{史川されるよう にな った=
(3) クロロプレンゴムの店本的 性Y
ク ロロフ。レンゴムは 2 ークロロフ。 タジエン(クロロプレン)のホ モポ リマ ーである3 ポ
2， 2. 2 前回ゴム系免辺12，4�のH��
( 1 )天然ゴム系.W)\'(1ゴム
天然ゴム系杭jvjゴムはフランジ、 内部ゴム、 被桜ゴム、 銅版からなり、 ゴムシートと鋼 板をfT.)\�にしてJJr)防法着したも'iml柿造である3 断!日)f;状は、 in�川は川Jf�、 防 淀川(ま);1� }f;
のものが使)11されており、 いづれも大型の ものは、 川1rvtt 11午の}I�似の流動|切11:や熱(μ呼をな るべく均一化するr 1 ((JでIド!大L :�I)にパが設けてあるD 外川 :�I)にはl人J ��I)の保必を[1 (1なとした被
従ゴムがある= 被�Uゴムは加的1I•1j:に ー体成mする以イ?と後からをき十jけるよるj介がある 1'，
ドのフランジはいjvi休部分と一ー休成形するよ必介と、 金川の�rlプ性等の1'11111から ー休成形す る内フランジと後から取り付ける外フランジに分離してj製作する場合がある。 MJ:'{Îゴムは
ゴム材料が限りなく非J[紡に近く(ポアソン比ν '-c; O. 5) )ド常に大きな休日仰性係数をイjーす る性質を利川した も の で、 ))11 r[Jt j長訴された妓lí- lilíがハ:紺i仰慌を受けた際にゴムのJj彰み11'，し を拘*するため、 鉛，，'( )j I('Jに)1::市にI�:J �、|制性を五脱することがI可能となるu また、 せんl析 仰mに対しては抜イ"í'1 (11はfUJらJ何点�')J �lを先Hlしないため、 ゴムの)1日:;�.に低いせんI析lif�IJYLが 現れる= 天然ゴム系的出ゴムのU� j立をr;<1 -2. 3にノJ'すν
( 2)鉛人り杭!viゴム
îO人り蹴krjゴムは天然ゴム系的jviゴムの'1'火に川れ状の穴を設け、 そこに川十ì-:状の鉛プ ラグを圧人した桃ilIであるJ 天然ゴム系日!?jゴムに後からお}フラグをJl:人する庁lí介卜ー、 フ ランジは|勾フランジと外フランジに分離されている= 鉛人りも'í):'11ゴムは、 鉛プラグが的点 状態で鋼板の到Jきによりせん断変形し、 子ìi以内:の版1ftによりエネルギーを吸収する亡 その
fiiは鉛の断而肢を変えることにより任芯:に設計可能である 鉛入り的!vjゴムのf，'1; j立をは1 2
」にぷす口
( 3 ) ，可減表碕同ゴム
目減反flí J�ゴムは内部ゴムの材質が天然ゴム系杭 府ゴムに比べ、 品ーい減反性能をイミーする れ に 顕詐に現れな いようO. 0111 z以ドとなるよう;I;IJ往îJした? 繰返し数はゴムの)J学特性が川|
点以外は天然ゴム系的jvjゴムとまったくfnJー情造である2 ブJ3 [百|日以降でY._: �とするN.11を�'I.，J7.して4 同とし、 3[1 IJ 11のhむをデータとして採HJした》 また、
2. 3 的!frjゴムの力学特性試験
キ11 í以悦型に対しては|二記の試験に)JIIえ鉛l立'I'III)J P 0の条l'I:で ー3 Ò {)、 ー しj ，】の水、f変位ill�ìl\
の試験を行ったn
免j-[i_情造物を対象にしたも�}((Jゴムの力学特性に関わる実験的研究は、 [EI :外ではDeJJ foss (b)せん断圧縮試験 2ò;， Kclly29l， Robinson.10;の研究があり、 又 国 内では多 旧 :l 1; -J .ì ;、 政Hl .1'); ，1 ');のー述の
せん断圧縮試験ではまず実現悦民 型に一定のオフセットせん断変位を)JIIえた状態で、 研究がある= これまでに、 各間の前回ゴム系免震要素の力学特性や終!日j 挙動等が実験によ 定 の鉛直í�[II力をJJIIえ、 児に疋弦itで変動Ililll )Jを与えた内 鉛前申111jJのパラメータは O. 5 P tl 、 り検討されているd ここでは、 以子ノJ先15所等の重要椛造物を対象に設計された、 大型の -POの2陸封とし変動1['111 )Jは - O. 5Po、 オフセットせんItfr変位のパラメータはO、 O. 05δ。、 δ
日jvjゴム系免援要素の的(I� )J 学特性試験ヨ 0; - ;; ') ;を行い、 その試験結果に法づき、 形状係数 。、 2δ 。の4栂矧としたむ )JlI i辰 11J 数と繰返し数はJ正絹せんl祈試験と|司 憾にO. 01 11 z以ドで411_!]と
の大きな杭jHjゴム系免震22 ;4;の力学特性を検討したD した口 また、 各オフセットせん断変位に対しては、 鉛n'i'l!lh hゼ口から2P 0に主る漸lt/，' ql ，]).';i
2. 3. 1 試験概22 ( 1 ) 試験休航32
s抜荷も行ったコ
(c)破断試験
試験体は��i1f fi/，' 71f(炉をill).i;}:' f.免疫することを目的に試設計された天然ゴム系的層ゴム、 破断試験では+11似悦 !日に対して鉛直中111 プJ-P 0の条内ニて・ノド、f-)f lí，Jにj斬].1/，' qt 訓，1点的して(�!(1析に 鉛人り的!lyjゴム、 目減哀W}fIÎゴム、 3郁夫(jの免逗25素の実脱悦悦)���とその進M "t (I�J +u似校引 至らしめた己 主i}人りW}日ゴムについては鉛直中111力Poの他にPo、 O. 5 P 0、 0、 5P。、 10Poの である。 実現悦悦引は設計向主5 00Lに対して設計変位50cm、 水干)fl，'lJの町布振動数がO. 511 各条件下で同様のハ�.%\(1 y..は引張りせん断破断試験と、 オフセットせん断変位。、 2δ。のケー
z (Jm mJ 2秒)、 鉛lI�i )J I，'IJの1，111 .( f .J:伝子UJ 数が20llzとなるよ う設計したものであるυ これらの試 験体の特徴は設計変位がλきくかっ鉛日ばね定数が大きいため( 1次)形状係数が30� 40科
!え=と 一般建築等に他川されているものに比べて非常に大きいことである= また、 直径に対 するゴム総j手の比(2次形状係数)も7科度と1111げ変形の�t.じにくい非常に安定した構造と なっている2 砧肘ゴム系 免);1 _t:: ，tの)，I�本イ1:掠を表-2. Iに、 各航肘ゴムの;J<.千万110の力学特
性の正義をI::<J -2. 5、l支1 2. 6に ノJ�す.' lí} 0'1:ぱね定数については天然ゴムJ果的!lYjゴムの水、|ιは ね店数とIlïJ慌の正義を川いた 五川悦悦)I;��の11'1}.iii似_t::を1::<1 2. 7に/Fす， また、 十11似悦)1山に
対してはぷ2. 2にノJ'す十11 f以J!iJをM川した= 試験は杭jviゴムの水、ドノ'J lílJの)，!;本(I�Jな)J字特性 を(iúi認するために行った什.tiiiせん断試験(一;i-IIづ|張りを合む)と鉛CI'f )i lílJの)，�本(1な力学特 性をGN認するために行ったせん断川和(1試験および破断に至るまでの不動を雌認するために
行 った岐|析試験の3つに大きく分 けられる， 以 下に 各試験の内 存をボす
( 2 ) ，�A!段ノ'i Yl�
( a)ハ:*wせん断試験
} I� %l(iせんl析試験ではまず、 夫刷版|見出に、 f.との鉛直 ililll )Jを加えた状態で水平万I，'IJに正 位地で強iI;1jせんl析変(立を与えた【 鉛|白'11111 )Jのパラメータは設計(dI �n P 1)に対してO.2 P。、 0、
Poの3Hi矧としたc まfこ、 点、|え変1\[ 1.反I�I"\はゴム総j￥δ。に対して ー 0.25δ tl、 二0. 5δ。、 二 2δ。の4問j3，!とした内 加仮出_i]jJJ数は試験装置の性能の範囲で、 ひずみ�皮の影響が力学と特
2-l
スについて漸1:t/，' ijl. ，]同J史的による引張り破断もf)í'.せて行ったc
以!ニの試験にはすべて( J!t) '，1.1)J中央研究所 我孫[- li)f究所の11It的2次元似断試験公;i1tを 使用した。 的(I:J2 �欠7亡岐I'fJr試験装i丘を図2. 8に示す。 HI' iJ!IJでは、 水平及び鉛[lJ(の各ジャ ッキ
に取り付 けたひずみ式仰 TIt-n， .および試験休の;}:. 干変形 :止を計るインダ クタンス式変仇計 鉛直変形訟を，; ] る ひ ずみ式変付:計を(史川した=
2. 3. 2 試験結リ:
( 3 )天然ゴム系的 lviゴムの)J '�/: l�:性 (a)水平ノゴドIJの)，I�本(1な)J予付tJ!:
圧縮せんl折試験で何られた何重一変位山総を図-2. 9に心すc 同より、 jミ然ゴム系.fJ'I l\'fÎゴ ムでは一般に校It!.で)) 1.在するゴムのせん断ひずみ200川日出以下の飢域で、 水平交N:のJt;f，l))11
につれて復)ê)J (水、|えが'I ;P� )がほぼIÜ紘(I!Jに1'/，' )JIIする， ただし、 わずかにせんl問ひずみに 対する依存性をイjしており、 変形のJt;f，' )JIIにつれ|司IJl/l:が軟化するソフトニングの傾向をぷす 試験で待られたがj {(一変位1111総より求めた水、|ιばね定数K'.を設計11((でjtm化し、 ゴムのせ ん断ひず み 振!日との関係を鉛1([ �!III )Jをパラメータとして'Eね占 きしたものを|χ1 -2. 10にぷす=
形状係数の大きな杭!vjゴムでは、 圧縮IjijJIj性同慌に1111げ附IJ .tJJ.:も非'品・にI�:j � \ため、 せんl析変形 が卓越して山げ変形はほとんと生じなし~ このため;}:. -'1λばね定数の鉛，([中111ブJに対する依イ;:
性はほとんど認められないっ 設計値に対するぱらつきは紋大でI O� 20九程度であるc また、
25
ゴムのせん断ひずみのIW加に従って水平ばね定数が低 トニングの傾向は、
先に1&べたソフ
試験て'w-られた向主一変位1111紘より求めた等 ドしていることからも臨;ぜできるつ 同様に、
(4 )鉛入り硝/1'11ゴムのノJ学特性 鉛11可申111力をパラメータとして主ね
ゴムのせんl析ひずみ振帆のI!4J係を、
fdlîキ，�性減必定数と、
(a)水平方向のJL本的ノJ学特性 天然ゴム系WI:'liゴムのゴムせん断ひずみ20000以
IIにノjミす2 図より、
2 書きにしたものを[�l
鉛入り砧!凶ゴムは外側の杭 圧縮せん断試験て・ 得られた荷重一変位山線をlχ1-2. 16に〆よす=
Fて・のi城公定数は約1--2目。である=
居ゴムの復元ノJと内部の鉛プラグの塑性変形によるエネルギー吸収により復ië )j 特性が定
;式験で得 図のようなほぽ弾塑性ノ〈イリニア引に近い復元)J 特性を不す3
その結果、
(b)鉛11'(万r�IJのJL本(I�] }j学特性 まるD
ゴムのせん断ひず られた荷主一変位111 I線より求めた水平ばね半数K !:を設計fll'[で& :î/'，化し、
天然ゴム系砧肘ゴ ロlより、
がほぼ線形ÎI!) にl';li }JIIす せん断l正紡試験でf�f-られた何�;一変位1111線を図- 2. 12にぷす 、
みJ辰耐とのr�J係をli} 1立中111力をパラメータとして弔ね11?きしたものを|χ1-2. 1 7にぶす 鉛入り (鉛11'((，;j Jl( )
ムでほ設計何不j!i似て.m C11(変位のI付加lにつれて復元)j
水、|えばね fti屑ゴムについても天然ゴム系政局ゴムと|口l依に形状係数が非�i�，"に火きいため、
試験で.i!Jられた荷主一変位1111 鉛II!f向tp�ゼロの近()]では剛性が相対的にほいq
しかし、
るつ
ゴムせん断ひずみに対する依仔性はせんl祈ひず 定数の鉛直車111jJに対する依存性は少ないn
初期条件として与えられたゴムの 線より求めたばね定数しを設計flüで基準化したものと、
この領域では鉛プラグのIJ，JIJnが水、|λばね定数に寄与.するため、 ゴム ドで大きく、
み1 0000以 13に示すっ 天
せんl析ひずみの関係を2片山申111力をパラメータとしててrrねj?きしたものを図-2
-般[こ設計
、l)
だた
せん断ひずみ250011与で水平ばね定数が設計仙に対して20九位!立大きい3 ゴムのせん断ひずみが|司 -のぬ介には鉛lliI '!illlプJの11;�' ))11に従って、
然コ'ム系的!vjゴムでは、
，j立，�1ーilrl で考慮するゴムせんl析ひずみ1 00九，..__ 200九の領域て・は水干ばね定数は安定しており、
鉛IIT 'vllI
ゴムのせんl析ひずみに対する依ι性は、
また、
鉛11'1:ばね定数が約20，..__ 30 Qo Nl ))11する己
同依に試験で何られた荷量一変位1111総より求めた降伏 に対するぱらつきは1 000程度であるc
の場合にはせんl町ひずみがゼ口から20000に11// )JIIするに従って鉛直ばね定数が約 50 )Jが1司
荷主特性値とゴムせんl析ひずみの|対係をお} lll( 'ji[11 ) Jをパラメータとして市ねJ?きしたものを
|司依に試験で何られた向j 'T(一変似山線より求めた3・; flJlî Ni性ìJ，-&， tJ 川日l立低下する傾向をぷす
m II�I中111力をパラメータとして市ねil?き 減反定数とゴムせんl析ひずみの|別係を、
凶-2. 18に、
卜-の;陀l空lでは20日，..__ 500店j立である2 設計でY:; J.'Jr.するゴムせん断ひずみ200川主位以
定数hvは、
鉛入り-h'i 1�14ゴムの減￡半数はゴムせん断ひずみの1';�' ))11に作い にしたものを凶-2.19に示す。
また、 i成哀 これは引ìi Y2性J<イリニア引の復止)Jを有する2J素の特徴でもある竺
減少する3 (c)水平方ItlJの限以特性
降伏1，;j 主n医[ '!ilhプJのi';�' )Jnに十1: �、増加する傾向を持つヲ
定数は鉛直!VIIIプJ依存性も有しており、
ゴムのせん断ひずみ振幅で400九までの圧縮せん断試験で何ーられた荷重一変位llll線を図-2.
章特性11直はゴムせんl析ひずみ1 0000以下ではゴムせん断ひずみの�� })IIに十|川、NI })IIするが、
ゴムせんmrひずみ200目。以ドではほぼ線形の特性をぷ X然ゴム系W Jr'1ゴムでは、
14にぷすじ
，j支t汁fll'( (こ対す 般に設計で�-J，芯するゴムせんIり1ひずみ1 0 0 "0 ..._ 2 0 0 Uoの領域では安定しており、
ゴムせん断ひずみ30000、 400九の訂i h�では/)<.千変形のNl }JIIにつれて辺、激 しているのに対し、
るぱらつきはI 0 no .f'1� 1.正であるc Ji� p.ìをによるl段以エネ
三fこ、
がl'/l ))11するノ、ード‘ニングの似I(IJをJ.'j:つ
、l'〆γれし-rsJ Jhr ap占、ιレム，，r /、、
(こfU )亡)J
ゴムせんl析ひずみが30 天然ゴム系fJ'[lfllゴムで足、
ルギ-liiもこのÍïJ'i J*&ではNl }JIIしている。
( b )鉛11'(ノi I(IJ )，I�本料1'1:
ゴムせん断ひずみ-+0 000 000を，越える似域では/、- 1<'ニングによって水千ばね定以がl'/l ))11し、
鉛人りf.l'i):'11ゴムでは天然ゴ せんl間正1%1(1試験て.i � J.られた州市一変位1111似を|χ1 -2. 20にぷす巳
ゴムせん断ひずみが20000以卜.
また、
で水、|λぽね戸数がI没，il-(p'(に対して約3000Nl ))11している
設計で考慮するまけlI'i '11111 )jがゼ口から定格。;j主ればまでの制域では ム系的jEiゴムと同慌に、
ゴムせ
!出問によるエネルギ一吸収:立がj:，;�， ))11するため以以定数が大きくなり、
の臼'j J或では、
鉛1I'ï向豆
、lu
だた
がほぼ111紘(I�)に附加するつ (鉛[ï'( M 'T� )
鉛11'[変位の.Wl )JIIにつれて復元プJ 11 �桁iせんl却ír政l析試験より何られた似断に
ん|りiひずみ�OO九で減以山政が約-+ 00となっている
試験で何られた向。R一変ii'[ !I!l級より求めた鉛JI'(ばね ゼロの近傍ではjii刑判:が相対的に低い。
天然ゴム系も'1 1:'1/ゴ 2. 15:こ示す，
でるまでのゴムせんIり7ひずみとゴムせんI折応)jの|引所:をは|
卜変仇としてLj-えられたゴムせんl'fJrひずみ伝I�I，J;との 定数K vを設計(úで);� N':.化し、 オフセッ
が急激によ，;�， })IIする特性を
γυ! -rlJ ノド，，
''a κ
' ，，a，、
ドニングによって佐川)J 似l祈，'，'.1: jli院では/'\一
ムは、
鉛人り仙!凶ゴム 主(}直'1'111 jJをパラメータとして重ねλきしたものを161 -2.21に示すっ
1 . 58111 (1) 悦)1;1 関係を、
3. 16相似校�I;'.!、
ーの1(j Îハ:条件で試験を行ったl 111 (以jjlJを�- I.'Jtしてl'íJ
j.'j:つ
鉛ll'(ばね定政 鉛1I'('lilh )Jがj:'/l }JIIするのに従って、
ではゴムせんI所ひずみが|司 -の場合には、
{政l析1I.'j=のゴム 相|似比に依らず同様のjぶノJーひずみ1X\J係がnられたc
の[政l析試験中if�では、
-の場合に ゴムせんl析ひずみに対する依存性は鉛直'Iilll)]が|司
が20九，..__ 3000地}JIIするつ また、
そのばらつきは千均fjl'(に対して二1 000程度であった せんl析ひずみは-+00九，..._. 50000 N伎となり、
ゴムせん断ひずみがゼロから20000に地加するのに従い鉛直ばね定数は約5000低トーする傾 鉛直ぱね定数のMが設計 これらの傾向は天然ゴム系的附ゴムと同様であるが、
向を示す2 そのばらつき は干均値に は、
破院rr1I.'j:のゴムせんl析I，i:，: )Jは 50kgf cmë--7 0kgf cm�となり、
対してこ20九科!主であった3 また、
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