JP7699013B2 - Movement restriction device - Google Patents
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Description
本発明は、移動規制装置に関するものである。 The present invention relates to a movement restriction device.
建物の基礎や、上部構造体と下部構造体とを有する建物の中間層には、地震時に大きく変形する免震層と呼ばれる支持構造が設けられる。免震層は、例えば積層ゴムやバネを用いて構成されている。免震層が設けられていることにより、地震時に免震層が大きく変形することで免震層より上部の建物応答が低減して建物の損傷が抑制される。建物の設計において、通常は想定される地震動に対する免震層の変形を算出して、必要なクリアランスを設定する。 A support structure called a seismic isolation layer, which deforms significantly during an earthquake, is provided on the foundation of a building or on the intermediate layers of a building that has an upper structure and a lower structure. The seismic isolation layer is constructed, for example, using laminated rubber and springs. By providing the seismic isolation layer, the seismic isolation layer deforms significantly during an earthquake, reducing the building response above the seismic isolation layer and suppressing damage to the building. When designing a building, the deformation of the seismic isolation layer in response to expected earthquake motion is usually calculated and the necessary clearance is set.
基礎に免震層が設けられた免震建物では、建物と、基礎側に設けられた擁壁との間に適切なクリアランスが確保され、建物が擁壁に衝突することが防止される。中間層に免震層が設けられた免震建物では、中間層においてエレベーターシャフトや設備の配管には適切なクリアランスが確保される必要がある。 In seismically isolated buildings with a seismic isolation layer installed in the foundation, an appropriate clearance is ensured between the building and the retaining wall installed on the foundation side, preventing the building from colliding with the retaining wall. In seismically isolated buildings with a seismic isolation layer installed in the middle layer, appropriate clearance must be ensured for elevator shafts and equipment piping in the middle layer.
近年では想定を超える地震動に対するフェイルセーフ機構の必要性が高まってきている。とりわけ免震建物では、免震層が過大変形した際に擁壁との衝突や、免震装置が破断することを防止するための過大変形抑制機構が求められている。 In recent years, there has been an increasing need for fail-safe mechanisms against earthquake motions that exceed expectations. In particular, in seismically isolated buildings, there is a demand for mechanisms to suppress excessive deformation in order to prevent the seismic isolation layer from colliding with the retaining wall or breaking the seismic isolation device when the seismic isolation layer deforms excessively.
免震層の過大変形を防止するため、例えば、特許文献１に記載されたフェイルセーフ機構に関する技術が知られている。このフェイルセーフ機構は、ダンパーに並列して固定された板状部材を備え、板状部材は、一端側が円形の孔にピン接合されており、他端側が長孔にピン接合されている。また，建物の擁壁衝突による建物への衝撃緩和のため、ゴムなどを用いた衝突緩衝に関する技術も知られている（例えば、特許文献２から４参照）。
To prevent excessive deformation of the seismic isolation layer, for example, technology related to a fail-safe mechanism described in
特許文献１に記載されたフェイルセーフ機構は、建物の制震用に設計されたダンパーとは別に設けられることが多く、過大な変形を抑制するための棒状部材が別途設けられるなど複雑な機構を有し、コストが増大する。また、特許文献２等に記載された技術のようにゴムなどを用いた衝突緩衝材により過大変形を抑制するためには、非常に多くの台数が必要となると共に、建物規模が大きい場合は衝突緩衝材の配置が困難となる。さらに、この技術によれば、過大変形後に擁壁が降伏する虞があり、建物を継続的に使用することに支障をきたす虞がある。
The fail-safe mechanism described in
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、上部構造体が擁壁などに衝突して建物や擁壁が損傷することを抑制することができる移動規制装置を提供する。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and provides a movement restriction device that can prevent the upper structure from colliding with a retaining wall or the like, causing damage to the building or the retaining wall.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る移動規制装置は、上部構造体と前記上部構造体の下方に配置された下部構造体との間の免震層に設置される移動規制装置であって、前記上部構造体の下部に設けられ、前記上部構造体と連動して移動する第１束材と、前記下部構造体の上部に設けられ、前記下部構造体と連動して移動し、互いに間隔を有して対向して配置された一対の第２束材と、変形部材と、前記第１束材における前記変形部材側を向く面に固定された緩衝部材と、前記第２束材と前記変形部材とを接合するピン接合部と、を備え、前記変形部材は、前記下部構造体に対する前記上部構造体の相対的な移動量が所定量以上となった際に前記緩衝部材を介して前記第１束材に押圧され変形して運動エネルギーを吸収すると共に、前記移動量を前記免震層の限界変位以下に規制し、前記ピン接合部は、前記第２束材に固定され、ボルト孔が形成されたスプライスプレートと、前記変形部材に形成され、一対の前記第２束材が対向する対向方向に長い長孔と、前記ボルト孔及び前記長孔に挿通され、ナットが締結されるボルトと、を備える。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means.
That is, the movement restriction device according to the present invention is a movement restriction device installed in a seismic isolation layer between an upper structure and a lower structure arranged below the upper structure, and includes a first bundle provided at the bottom of the upper structure and moving in conjunction with the upper structure, a pair of second bundles provided at the top of the lower structure and moving in conjunction with the lower structure and arranged opposite each other with a gap between them , a deformable member, a buffer member fixed to a surface of the first bundle facing the deformable member , and a pin joint that joins the second bundle and the deformable member. , wherein when the relative movement of the upper structure with respect to the lower structure becomes equal to or greater than a predetermined amount, the deformable member is pressed against the first bundle member via the cushioning member, deforms to absorb kinetic energy and limits the movement to below the limit displacement of the seismic isolation layer, and the pin joint comprises a splice plate fixed to the second bundle member and having a bolt hole formed therein, a long hole formed in the deformable member and long in the opposing direction in which a pair of the second bundle members face each other, and a bolt inserted into the bolt hole and the long hole and fastened with a nut.
このように構成された移動規制装置では、上部構造体と下部構造体との間の相対的な移動量が生じる際に、第２束材とピン接合部によって接合された変形部材が回転して、変形部材が移動量を免震層の限界変位以下に規制するため、過大な変形により免震装置が損傷・破断すること及び上部構造体が擁壁などに衝突して建物や擁壁が損傷することを防止することができる。 In a movement restriction device configured in this manner, when relative movement occurs between the upper structure and the lower structure, the deformable member connected by the second beam and the pin joint rotates, and the deformable member restricts the amount of movement to below the limit displacement of the seismic isolation layer, preventing damage or breakage of the seismic isolation device due to excessive deformation, and preventing the upper structure from colliding with a retaining wall, etc., causing damage to the building or retaining wall.
また、本発明に係る移動規制装置では、前記変形部材は、前記対向方向に延び、両端が前記第２束材に接合された長尺部材と、前記長尺部材に前記対向方向に間隔を有して固定された複数のリブプレートと、を有していてもよい。 In addition, in the movement restriction device according to the present invention, the deformable member may have a long member extending in the opposing direction and having both ends joined to the second bundle member, and a plurality of rib plates fixed to the long member at intervals in the opposing direction.
このように構成された移動規制装置では、変形部材には、対向方向（長尺部材の延在方向）に間隔を有して複数のリブプレートが固定されている。よって、長尺部材の局部変形を抑制することができる。 In a movement restriction device configured in this way, multiple rib plates are fixed to the deformation member at intervals in the opposing direction (the extension direction of the elongated member). This makes it possible to suppress local deformation of the elongated member.
また、本発明に係る移動規制装置では、前記長尺部材は、ウェブの板面を鉛直方向に向けて配置されたＨ形鋼であり、前記リブプレートは、板面を前記対向方向に向けて配置されていてもよい。 In addition, in the movement restriction device according to the present invention, the long member may be an H-shaped steel with the web surface facing vertically, and the rib plate may be arranged with the surface facing the opposing direction.
このように構成された移動規制装置では、Ｈ形鋼のフランジの間にリブプレートを設ければ変形部材は形成されるため、変形部材を容易に製造することができる。 In a movement restriction device configured in this way, the deformable member can be formed by simply providing a rib plate between the flanges of the H-shaped steel, making it easy to manufacture the deformable member.
また、本発明に係る移動規制装置では、前記変形部材は、交換可能とされていてもよい。 In addition, in the movement restriction device according to the present invention, the deformation member may be replaceable.
このように構成された移動規制装置では、変形部材に残留変形が生じた際には、変形部材を交換することができる。 With a movement restriction device configured in this way, if residual deformation occurs in the deformable member, the deformable member can be replaced.
また、本発明に係る移動規制装置では、前記変形部材は、塑性変形して前記運動エネルギーを吸収してもよい。 In addition, in the movement restriction device according to the present invention, the deformable member may absorb the kinetic energy by plastic deformation.
このように構成された移動規制装置では、変形部材が撓んで塑性変形することにより、下部構造体との間の相対的な移動量が生じる際の運動エネルギーを吸収することができる。 In a movement restriction device configured in this manner, the deformation member bends and plastically deforms, making it possible to absorb kinetic energy when relative movement occurs between the lower structure.
本発明に係る移動規制装置によれば、上部構造体が擁壁などに衝突して建物や擁壁が損傷することを抑制することができる。 The movement restriction device of the present invention can prevent the upper structure from colliding with a retaining wall or the like, causing damage to the building or the retaining wall.
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る移動規制装置の実施形態について説明する。 Below, an embodiment of the movement restriction device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図１に示されるように、建物１は、上部構造体２と、上部構造体２の下方に配置された下部構造体３と、移動規制装置（フェイルセーフストッパー）２０と、を備える。上部構造体２と下部構造体３との間には、免震層１０が設けられている。免震層１０は、下部構造体３に対して上部構造体２を移動自在に支持する。建物１は、例えば、基礎側に免震層１０が設けられた免震建物である。建物１は、中間層に免震層１０が設けられた免震建物であってもよい。
As shown in FIG. 1, the
上部構造体２は、例えば、多層階を有する建築物である。下部構造体３は、建物１が基礎側に免震層１０が設けられた免震建物である場合は、建物１の基礎と一体化した構造体である。下部構造体３は、建物１が中間層に免震層１０が設けられた免震建物である場合は、多層階を有する建築物である。
The
免震層１０には、例えば、弾性部材であるゴム板と鋼板が交互に積層された積層ゴムが設置されている。免震層１０は、地震時に上部構造体２と下部構造体３との間に相対変位が生じた際に弾性変形し、下部構造体３の変位が上部構造体２に伝わりにくくするように構成されている。積層ゴムは、ゴム板の他、金属バネ等他の弾性部材が用いられていてもよい。
The
免震層１０には、下部構造体３に対する上部構造体２の相対的な移動量を規制するが移動規制装置２０設置されている。免震層１０と移動規制装置２０とを合わせて免震構造３０を構成する。
A
図２に示すように、移動規制装置２０は、第１束材２１と、緩衝部材２２と、一対の第２束材２３と、変形部材２４と、ピン接合部２５と、を備えている。ここで、間隔を有して対向して配置された一対の第２束材２３の水平面に沿う対向する方向をＸ方向（対向方向）とする。水平面に沿いＸ方向と直交する方向をＹ方向とする。
As shown in FIG. 2, the
第１束材２１は、上部構造体２（図１参照）の下部に設けられている。第１束材２１は、上部構造体２の下部から下方に突出して形成されている。第１束材２１は、例えば、上部構造体２の下部と一体に形成されている。第１束材２１は、上部構造体２の下部と別体である場合は、十分な強度が確保されるように上部構造体２の下部に固定される。第１束材２１は、上部構造体２と連動して移動する。
The
第１束材２１は、例えば、Ｈ形鋼により形成されている。第１束材２１は、一対の第１フランジ２１１と、第１ウェブ２１２と、下部リブ２１３と、を有している。
The
第１フランジ２１１は、板状に形成されている。第１フランジ２１１の板面は、Ｙ方向を向いている。一対の第１フランジ２１１は、Ｙ方向に対向して配置されている。
The
第１ウェブ２１２は、一対の第１フランジ２１１どうしを連結している。第１ウェブ２１２は、板状に形成されている。第１ウェブ２１２の板面は、Ｘ方向を向いている。
The
下部リブ２１３は、第１ウェブ２１２の下部において、第１ウェブ２１２の板面の両側に設けられている。下部リブ２１３は、一対の第１フランジ２１１を連結するように設けられている。下部リブ２１３は、一対の第１フランジ２１１及び第１ウェブ２１２に溶接等により接合されている。下部リブ２１３は、板状に形成されている。下部リブ２１３は、平面視略矩形状に形成されている。下部リブ２１３の板面は、鉛直方向を向いている。下部リブ２１３は、鉛直方向に間隔を有して複数設けられている。本実施形態では、３枚の下部リブ２１３が設けられている。
The
なお、第１束材２１は、後述する変形部材２４を挟んでＹ方向に対向する位置にもう一つ配置されていてもよい。
In addition, another
緩衝部材２２は、第１束材２１における変形部材２４側を向く面に固定されている。本実施形態では、緩衝部材２２は、第１束材２１の第１フランジ２１１における変形部材２４側を向く面２１１ａに固定されている。緩衝部材２２は、例えば、ゴム等の弾性部材により形成されている。
The cushioning
第２束材２３は、下部構造体３（図１参照）の上部に設けられている。第２束材２３は、下部構造体３の上部から上方に突出して形成されている。第２束材２３は、下部構造体３の上部と一体に形成されている。第２束材２３は、下部構造体３の上部と別体である場合は、十分な強度が確保されるように下部構造体３の上部に固定される。第２束材２３は、下部構造体３と連動して移動する。
The
一対の第２束材２３は、Ｘ方向に間隔を有して配置されている。第２束材２３は、例えば、Ｈ形鋼により形成されている。第２束材２３は、一対の第２フランジ２３１と、第２ウェブ２３２と、一対のカバープレート２３３，２３４と、を有している。
The pair of
第２フランジ２３１は、板状に形成されている。第２フランジ２３１の板面は、Ｙ方向を向いている。一対の第２フランジ２３１は、Ｙ方向に対向して配置されている。
The
第２ウェブ２３２は、一対の第２フランジ２３１どうしを連結している。第２ウェブ２３２は、板状に形成されている。第２ウェブ２３２の板面は、Ｘ方向を向いている。
The
カバープレート２３３は、一対の第２フランジ２３１のＸ方向の中央側（もう一方の第２束材２３に近い側）の端部どうしを連結している。カバープレート２３４は、一対の第２フランジ２３１のＸ方向の端部側（もう一方の第２束材２３側に遠い側）の端部どうしを連結している。カバープレート２３３，２３４は、一対の第２フランジ２３１に溶接等により接合されている。カバープレート２３３，２３４は、板状に形成されている。カバープレート２３３，２３４は、略矩形状に形成されている。カバープレート２３３，２３４の板面は、Ｘ方向を向いている。カバープレート２３３，２３４は、第２束材２３のねじれ応力及び斜め衝突時の梁軸力に抗することができる。カバープレート２３３には、板厚方向に貫通するハンドホール２３３ａが形成されている。
The
図３に示すように、カバープレート２３３の上方には、取付プレート２３５が設けられている。取付プレート２３５は、一対の第２フランジ２３１を連結するように設けられている。取付プレート２３５は、一対の第２フランジ２３１及び第２ウェブ２３２に溶接等により接合されている。取付プレート２３５は、板状に形成されている。取付プレート２３５は、平面視略矩形状に形成されている。取付プレート２３５の板面は、鉛直方向を向いている。
As shown in FIG. 3, a mounting
取付プレート２３５には、板厚方向に貫通するボルト孔２３５ａが複数形成されている。ボルト孔２３５ａは、平面視略円形状をしている。ボルト孔２３５ａの径は、挿通されるボルト２５６（図２参照）の径と対応している。複数のボルト孔２３５ａは、Ｙ方向に間隔を有して配置されている。
The mounting
図２に示すように、変形部材２４は、後述するピン接合部２５によって第２束材２３に接合されている。変形部材２４は、長尺部材２４１と、複数のリブプレート２４６と、を有している。
As shown in FIG. 2, the
長尺部材２４１は、例えばＨ形鋼で形成されている。長尺部材２４１は、Ｘ方向に長い形状をしている。長尺部材２４１は、一対のフランジ２４２と、ウェブ２４３と、を有している。
The
フランジ２４２は、板状に形成されている。フランジ２４２の板面は、Ｙ方向を向いている。一対のフランジ２４２は、Ｙ方向に対向して配置されている。
The
ウェブ２４３は、一対のフランジ２４２どうしを連結している。ウェブ２４３は、板状に形成されている。ウェブ２４３の板面は、鉛直方向を向いている。
The
リブプレート２４６は、ウェブ２４３の上面に設けられている。リブプレート２４６は、一対のフランジ２４２を連結するように設けられている。リブプレート２４６は、一対のフランジ２４２及びウェブ２４３に溶接等により接合されている。リブプレート２４６は、板状に形成されている。リブプレート２４６は、Ｘ方向から見て略矩形状に形成されている。リブプレート２４６の板面は、Ｘ方向を向いている。リブプレート２４６は、Ｘ方向に間隔を有して複数設けられている。リブプレート２４６によって、変形部材２４の局部変形が抑制されている。
The
ピン接合部２５は、第２束材２３と変形部材２４とを接合している。ピン接合部２５は、上側スプライスプレート２５１と、下側スプライスプレート２５２（図４参照）と、変形部材２４のウェブ２４３に形成された長孔（ルーズホール）２４３ａ（図４参照）と、ボルト２５３と、を有している。
The pin joint 25 joins the
図３に示すように、上側スプライスプレート２５１は、第２束材２３の取付プレート２３５の上面と変形部材２４のウェブ２４３のＸ方向（長さ方向）の端部の上面とにまたがって配置されている。
As shown in FIG. 3, the
上側スプライスプレート２５１は、板状に形成されている。上側スプライスプレート２５１の板面は、鉛直方向を向いている。上側スプライスプレート２５１は、鉛直方向から見て矩形状に形成されている。
The
上側スプライスプレート２５１には、板厚方向に貫通する複数のボルト孔２５１ａ，２５１ｂが形成されている。ボルト孔２５１ａは、Ｙ方向に間隔を有して複数形成されている。ボルト孔２５１ｂは、Ｙ方向に間隔を有して複数形成されている。複数のボルト孔２５１ａの列と複数のボルト孔２５１ｂの列とは、Ｘ方向に間隔を有して配置されている。ボルト孔２５１ａの径は、後述するボルト２５３（図５参照）の径に対応した径となっている。ボルト孔２５１ｂの径は、後述するボルト２５６（図２参照）の径に対応した径となっている。
The
図４に示すように、下側スプライスプレート２５２は、第２束材２３に接合されている。例えば、下側スプライスプレート２５２は、第２束材２３の第２フランジ２３１やカバープレート２３３等に溶接等によって接合されている。下側スプライスプレート２５２は、上側スプライスプレート２５１と略同一の形状をしている。下側スプライスプレート２５２は、板状に形成されている。下側スプライスプレート２５２の板面は、鉛直方向を向いている。下側スプライスプレート２５２は、鉛直方向から見て、略矩形状をしている。下側スプライスプレート２５２の一部は取付プレート２３５の下側に配置され、下側スプライスプレート２５２の残りの部分は第２束材２３からＸ方向の中央側に向かって突出している。
As shown in FIG. 4, the
下側スプライスプレート２５２には、上側スプライスプレート２５１のボルト孔２５１ａに対応する位置に、板厚方向に貫通する複数のボルト孔２５２ａが形成されている。ボルト孔２５２ａは、Ｙ方向に間隔を有して複数形成されている。下側スプライスプレート２５２には、上側スプライスプレート２５１のボルト孔ボルト孔２５１ｂに対応する位置に、板厚方向に貫通する複数のボルト孔（不図示）が形成されている。
The
ボルト２５６（図２参照）は、上側スプライスプレート２５１のボルト孔２５１ｂ、取付プレート２３５のボルト孔２３５ａ及び下側スプライスプレート２５２のボルト孔（不図示）に挿通されて不図示のナットに締結されている。これによって、上側スプライスプレート２５１は、第２束材２３の取付プレート２３５及び下側スプライスプレート２５２に固定されている。
The bolts 256 (see FIG. 2) are inserted through the bolt holes 251b of the
変形部材２４のウェブ２４３のＸ方向（長さ方向）の両端部には、板厚方向に貫通する長孔２４３ａが形成されている。長孔２４３ａは、Ｘ方向に長い長孔である。
ボルト２５３（図５参照）は、下側スプライスプレート２５２の下側からボルト孔２５２ａ、変形部材２４のウェブ２４３に形成された長孔２４３ａ及び上側スプライスプレート２５１のボルト孔２５１ａ（図３参照）に挿通され、ナット２５４が締結されている（図２参照）。第２束材２３と変形部材２４との接合は、上側スプライスプレート２５１及び下側スプライスプレート２５２を介したダブルシア接合である。図５に示すように、変形部材２４が第２束材２３に対して回転変形することが可能である。
The bolt 253 (see FIG. 5) is inserted from the underside of the
変形部材２４が回転したときにボルト２５３がＹ方向へ干渉することを防ぐため、ボルト２５３は１列配置とし、ボルト２５３がすべりやすくなるよう本締めは行わず１次締めまでとする。
To prevent the
変形部材２４は、下部構造体３に対する上部構造体２の相対的な移動量が所定以上となった際に緩衝部材２２を介して第１束材２１に押圧される。変形部材２４は、緩衝部材２２を介して第１束材２１に中央付近が押圧されて撓み、弾性変形の範囲を超えた場合に塑性変形する。変形部材２４はピン接合部２５によって第２束材２３と接合されているため、変形部材２４は大きな塑性変形が可能となる。変形部材２４は、塑性変形する際に下部構造体３に対する上部構造体２の相対的な移動により生じる運動エネルギーを吸収する。変形部材２４は、変形時に第１束材２１を受け止めて下部構造体３に対する上部構造体２の相対的な移動量を免震層の限界変位以下に規制する。
The deforming
限界変位とは、例えば、免震層１０の積層ゴムが伸びきって破断する変位量である。限界変位は、例えば、数十センチメートル程度に設定されている。これにより、移動規制装置２０は、下部構造体３に対する上部構造体２の相対的な移動量が数十センチメートル以上の大変形が生じる際に下部構造体３に対する上部構造体２の相対的な移動を規制し、免震層１０が破壊されることを防止することができる。移動規制装置２０は、変形部材２４が直交する方向やその他の方向に更に設けられていてもよい。移動規制装置２０は、複数個が設けられていてもよい。移動規制装置２０は、中間層や基礎に免震層１０が設けられている建物に後付けされてもよい。
The limit displacement is, for example, the amount of displacement at which the laminated rubber of the
次に、変形部材２４の交換方法について説明する。
変形部材２４は第１束材２１との衝突時に塑性変形し、残留変形が生じる。残留変形が生じた変形部材２４は、再度エネルギー吸収能力を確保するため交換する必要がある。
Next, a method for replacing the
The
変形部材２４を交換する際には、まず、図３に示すように、第２束材２３と変形部材２４とを接合するボルト２５３とナット２５４及びボルト２５６と不図示のナットを取り外し、上側スプライスプレート２５１を取り外す。
When replacing the
次に、図４に示すように、変形部材２４を交換して、上側スプライスプレート２５１を取り付ける。なお、上側スプライスプレート２５１の取り外し及び取り付けの際に、第２束材２３のカバープレート２３３のハンドホール２３３ａからボルト施工が可能となる。また、下側スプライスプレート２５２は第２束材２３と接合されていて、交換時の変形部材２４の自重受けとして活用する。
Next, as shown in FIG. 4, the
図６に、長孔とエネルギー吸収部材（以下、「変形部材」を「エネルギー吸収部材」と称することがある）の回転時のボルト２５３の位置の関係図を示す。ここで、最外端ボルト芯距離をＤ、塑性率μは（エネルギー吸収部材の最大塑性変形量／エネルギー吸収部材の弾性変形量）＋１とし、エネルギー吸収部材弾性変形時の端部回転量をθと定義する。
Figure 6 shows the relationship between the long hole and the position of the
両端ピン接合の場合、エネルギー吸収部材のヤング率をＥとおき、断面２次モーメントをＩとおき、中央集中荷重をＰとし、スパンをＬとすると、端部回転量θは次の式（１）で表される。 In the case of pin joints at both ends, if the Young's modulus of the energy absorbing member is E, the second moment of area is I, the central concentrated load is P, and the span is L, the amount of end rotation θ is expressed by the following equation (1).
また、エネルギー吸収部材の全塑性モーメントをＭＰとすると、ＭＰは次の式（２）で表される。 Furthermore, if the total plastic moment of the energy absorbing member is M P , M P is expressed by the following equation (2).
したがって、式（１）及び式（２）から、端部回転量θは次の式（３）に変形できる。 Therefore, from equations (1) and (2), the end rotation amount θ can be transformed into the following equation (3).
エネルギー吸収部材の中央の変形量はスパンＬに対し微小であるため、エネルギー吸収部材の中央の変形量と端部回転角とが比例関係にあると仮定すると、エネルギー吸収部材の最大塑性変形時の端部回転角θＰは次の式（４）で表される。 Since the deformation amount at the center of the energy absorbing member is small compared to the span L, if it is assumed that the deformation amount at the center of the energy absorbing member and the end rotation angle are proportional to each other, the end rotation angle θP at the time of maximum plastic deformation of the energy absorbing member is expressed by the following equation (4).
図６のように、エネルギー吸収部材の最大塑性変形時の最外端ボルトの水平変位δｈは次の式（５）で表され、鉛直変位δＶは次の式（６）で表される。 As shown in FIG. 6, the horizontal displacement δ h of the outermost bolt at the time of maximum plastic deformation of the energy absorbing member is expressed by the following formula (5), and the vertical displacement δ V is expressed by the following formula (6).
ルーズ孔（以下、「長孔」を「ルーズ孔」と称することがある）の長さはボルトがδｈ変形したときに干渉しないよう設定する。また、ボルト孔サイズは通常ボルト直径＋２ｍとなるため、δＶは１ｍｍ以下であればルーズ直交方向（Ｙ方向）も干渉を防ぐことができる。ルーズ直交方向も干渉を防ぐよう、幾何的に定まる塑性率μの最大値は次の式（７）のようになる。 The length of the loose hole (hereinafter, the "long hole" may be referred to as the "loose hole") is set so that there is no interference when the bolt is deformed by δh . In addition, since the bolt hole size is usually the bolt diameter + 2m, if δV is 1mm or less, interference can also be prevented in the loose perpendicular direction (Y direction). The maximum value of the geometrically determined plasticity factor μ is given by the following formula (7) so that interference can also be prevented in the loose perpendicular direction.
例として、表１の条件の場合のルーズ孔長さを算出する。なお，この条件で構造実験を実施しており、その結果についても後述する。 As an example, we will calculate the loose hole length under the conditions in Table 1. Structural experiments were conducted under these conditions, and the results will be described later.
式（３）より、端部回転量θ＝０．００６１が求まる。式（７）より、幾何的に定まるμの最大値は１４．６となる。 From equation (3), the end rotation amount θ = 0.0061 is obtained. From equation (7), the geometrically determined maximum value of μ is 14.6.
式（５）より、μ＝１４．６のときの最外端ボルトの水平変位δｈは１１．３ｍｍとなり、ルーズ孔直線部の必要長さは２倍の２２．６ｍｍとなる。したがって、ルーズ孔直線部長さＬ孔を３０ｍｍとした本条件では、ボルト可動量は問題ないと判断できる。 From formula (5), when μ = 14.6, the horizontal displacement δh of the outermost bolt is 11.3 mm, and the required length of the straight part of the loose hole is twice as long, 22.6 mm. Therefore, under the present condition where the straight part length L of the loose hole is 30 mm, it can be determined that there is no problem with the bolt movement amount.
次に、構造実験によりエネルギー吸収部材の塑性変形性能及び簡易ピン接合の回転変形量を確認する。実験条件は表１に表した通りで、エネルギー吸収部材の中央をジャッキで漸増載荷した。 Next, a structural experiment was conducted to confirm the plastic deformation performance of the energy absorbing member and the amount of rotational deformation of the simple pin joint. The experimental conditions are as shown in Table 1, and a jack was used to gradually increase the load on the center of the energy absorbing member.
図７に、エネルギー吸収部材の中央変形量と荷重の関係を示す。図中、降伏荷重計算値は、式（２）で計算されるＰ（中央集中荷重）の値である。ひずみ硬化の影響や、端部簡易ピン接合が完全ピンではなくある程度固定度を有していること等により、降伏荷重計算値より大きな荷重まで荷重が増加したのち降伏した。最大変形量は、１０１ｍｍとなった。弾性変形量δ＝ＰＬ３／４８ＥＩ＝４．９ｍｍであり、塑性率は約２０まで確認できた。 Figure 7 shows the relationship between the central deformation and load of the energy absorbing member. In the figure, the calculated yield load is the value of P (central concentrated load) calculated by formula (2). Due to the effects of strain hardening and the fact that the end simple pin joint is not a complete pin but has a certain degree of fixation, the load increased to a load greater than the calculated yield load and then yielded. The maximum deformation was 101 mm. The elastic deformation δ = PL 3 /48EI = 4.9 mm, and the plasticity factor was confirmed to be up to about 20.
図８に、エネルギー吸収部材の端部回転量と荷重の関係を示す。最大端部回転量は０．１１１ｒａｄとなった。幾何的に定まる最大端部回転量μθ＝０．０９を超過しているが、この原因はルーズ部のめり込み変形やボルトせん断変形の影響である。 Figure 8 shows the relationship between the load and the amount of end rotation of the energy absorbing member. The maximum amount of end rotation was 0.111 rad. This exceeds the geometrically determined maximum amount of end rotation μθ = 0.09, but this is due to the effects of the embedding deformation of the loose part and the shear deformation of the bolt.
以上のように，構造実験によりエネルギー吸収部材の塑性変形量や簡易ピン接合の回転変形量が設計変形量や設計回転変形量を上回っており，所定のエネルギー吸収性能を有していることを確認した。 As described above, the structural experiments confirmed that the amount of plastic deformation of the energy absorbing member and the amount of rotational deformation of the simple pin joint exceeded the design amount and the design rotational deformation amount, and that the specified energy absorption performance was achieved.
次に、解析結果について説明する。
図９に示されるように、建物１の中間層に免震層１０が設けられたモデルを例示する。建物１は、例えば、４６層に設定されている。免震層１０は、建物１の３４層と３５層との間に設けられている。建物１の１次固有周期はＸ方向が６．８５秒，Ｙ方向が６．７７秒である。
Next, the analysis results will be explained.
As shown in Fig. 9, a model is illustrated in which a
建物１に入力される地震波は、例えば、告示波が神戸位相レベル２に設定されている。告示波とは、時刻歴計算に用いる模擬地震波である。告示波は、平成１２年建設省告示第１４６１号に規定されている。告示波は、減衰定数５％の加速度応答スペクトル（告示スペクトル）が定められている。
The earthquake waves input to building 1 are, for example, notification waves set to
建物１は、先ず移動規制装置２０がない状態において応答が解析される。建物１に入力される地震波は、移動規制装置２０がない状態で中間層免震の最大変形が７５ｃｍとなるよう１．５７５倍にスケーリングした波に設定されている。
The response of building 1 is first analyzed without the
以下では、免震フェイルセーフストッパーが無い「ストッパーなし」モデル、本免震フェイルセーフストッパー（移動規制装置２０）を設置した「ストッパーあり」モデル及びストッパーを剛体（擁壁衝突をモデル化）とした「ストッパー剛」モデルの３種類に対し、地震動を入力したときの最大層間変形および最大加速度をそれぞれ示す。なお，ストッパーありモデルとストッパー剛モデルは，いずれも免震層最大変形を７００ｍｍとなるよう設定した。 Below, we show the maximum inter-story deformation and maximum acceleration when earthquake motion is input for three types of models: a "no stopper" model without a seismic isolation fail-safe stopper, a "with stopper" model with this seismic isolation fail-safe stopper (movement restriction device 20), and a "rigid stopper" model in which the stopper is a rigid body (modeling a retaining wall collision). Note that for both the model with stopper and the rigid stopper model, the maximum deformation of the seismic isolation layer was set to 700 mm.
図１０及び図１１より、ストッパー剛モデルでは免震層の衝突に伴い免震層に大きな加速度が生じ、免震層上部の層間変形角や加速度応答が増大している。一方、ストッパーありモデルは、ストッパーなしモデルより免震層上部の層間変形角や加速度応答がわずかに増加しているものの、ストッパー剛モデルに比べると増加量は小さい。したがって、衝突緩衝ゴムおよびエネルギー吸収部材の効果で衝突荷重が小さくなり、効果的に免震フェイルセーフストッパーとしての効果を発揮している。 Figures 10 and 11 show that in the rigid stopper model, a large acceleration occurs in the seismic isolation layer when the layer hits it, and the inter-story deformation angle and acceleration response at the top of the seismic isolation layer increase. On the other hand, in the model with stopper, the inter-story deformation angle and acceleration response at the top of the seismic isolation layer increase slightly more than in the model without stopper, but the increase is smaller than in the rigid stopper model. Therefore, the impact load is reduced due to the effect of the impact cushioning rubber and energy absorbing member, and the model effectively functions as a seismic isolation fail-safe stopper.
このように構成された移動規制装置２０では、上部構造体２と下部構造体３との間の相対的な移動量が生じる際に、第２束材２３とピン接合部２５によって接合された変形部材２４が回転して、変形部材２４が移動量を免震層１０の限界変位以下に規制するため、過大な変形により免震装置が損傷・破断すること及び上部構造体２が擁壁などに衝突して建物１や擁壁が損傷することを防止することができる。
In the
また、変形部材２４には、Ｘ方向に間隔を有して複数のリブプレート２４６が固定されている。よって、長尺部材２４１の局部変形を抑制することができる。
In addition,
また、Ｈ形鋼のフランジ２４２の間にリブプレート２４６を設ければ変形部材２４は形成されるため、変形部材２４を容易に製造することができる。
In addition, the
また、免震フェイルセーフストッパーとして効果を発揮した後に変形部材２４に残留変形が生じた際には、変形部材２４を交換することができる。
In addition, if residual deformation occurs in the
また、変形部材２４が撓んで塑性変形することにより、下部構造体３との間の相対的な移動量が生じる際の運動エネルギーを吸収することができる。
In addition, the
また、変形部材２４の端部を簡易なピン接合部２５で第２束材２３と接合することで、クレビスやピンなどを使用せず安価で大きな回転変形能力を確保できる。
In addition, by joining the end of the
また、ストッパーが剛体（擁壁衝突時を想定）である場合よりも、免震層１０の上部の層間変形応答や加速度応答の増大を防ぐことが可能である。
In addition, it is possible to prevent an increase in interlayer deformation response and acceleration response in the upper part of the
なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The assembly procedures and the shapes and combinations of the components shown in the above-mentioned embodiments are merely examples, and may be modified in various ways based on design requirements, etc., without departing from the spirit of the present invention.
２ 上部構造体
３ 下部構造体
１０ 免震層
２０ 移動規制装置
２１ 第１束材
２２ 緩衝部材
２３ 第２束材
２４ 変形部材
２５ ピン接合部
２４１ 長尺部材
２４２ フランジ
２４３ ウェブ
２４３ａ 長孔
２４６ リブプレート
２５１ 上側スプライスプレート（スプライスプレート）
２５２ 下側スプライスプレート（スプライスプレート）
２５３ ボルト
２５４ ナット
252 Lower splice plate (splice plate)
253
Claims (5)
前記上部構造体の下部に設けられ、前記上部構造体と連動して移動する第１束材と、
前記下部構造体の上部に設けられ、前記下部構造体と連動して移動し、互いに間隔を有して対向して配置された一対の第２束材と、
変形部材と、
前記第１束材における前記変形部材側を向く面に固定された緩衝部材と、
前記第２束材と前記変形部材とを接合するピン接合部と、を備え、
前記変形部材は、前記下部構造体に対する前記上部構造体の相対的な移動量が所定量以上となった際に前記緩衝部材を介して前記第１束材に押圧され変形して運動エネルギーを吸収すると共に、前記移動量を前記免震層の限界変位以下に規制し、
前記ピン接合部は、
前記第２束材に固定され、ボルト孔が形成されたスプライスプレートと、
前記変形部材に形成され、一対の前記第２束材が対向する対向方向に長い長孔と、
前記ボルト孔及び前記長孔に挿通され、ナットが締結されるボルトと、を備える移動規制装置。 A movement restriction device installed in a seismic isolation layer between an upper structure and a lower structure disposed below the upper structure,
A first bundle provided at a lower portion of the upper structure and moving in conjunction with the upper structure;
A pair of second bundles are provided on the upper portion of the lower structure, move in conjunction with the lower structure, and are arranged opposite to each other with a gap therebetween ;
A deformable member;
A cushioning member fixed to a surface of the first bundle facing the deformable member ;
A pin joint portion that joins the second bundle and the deformable member,
When the amount of relative movement of the upper structure with respect to the lower structure becomes equal to or greater than a predetermined amount, the deformation member is pressed against the first bundle via the buffer member to deform and absorb kinetic energy, and the amount of movement is restricted to equal to or less than the limit displacement of the seismic isolation layer,
The pin joint is
a splice plate fixed to the second bundle and having a bolt hole formed therein;
A long hole formed in the deformable member and elongated in a direction in which the pair of second bundles face each other;
A movement restriction device comprising: a bolt that is inserted through the bolt hole and the long hole and has a nut fastened thereto.
前記対向方向に延び、両端が前記第２束材に接合された長尺部材と、
前記長尺部材に前記対向方向に間隔を有して固定された複数のリブプレートと、を有する請求項１に記載の移動規制装置。 The deformation member is
A long member extending in the opposing direction and having both ends joined to the second bundle;
The movement restricting device according to claim 1 , further comprising a plurality of rib plates fixed to the elongated member at intervals in the opposing direction.
前記リブプレートは、板面を前記対向方向に向けて配置されている請求項２に記載の移動規制装置。 The long member is an H-shaped steel arranged with the plate surface of the web oriented vertically,
The movement restricting device according to claim 2 , wherein the rib plate is disposed with a plate surface facing the opposing direction.
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