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JPH0562179B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0562179B2
JPH0562179B2 JP61287563A JP28756386A JPH0562179B2 JP H0562179 B2 JPH0562179 B2 JP H0562179B2 JP 61287563 A JP61287563 A JP 61287563A JP 28756386 A JP28756386 A JP 28756386A JP H0562179 B2 JPH0562179 B2 JP H0562179B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sliding surface
curvature
spherical
radius
spherical concave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP61287563A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6448953A (en
Inventor
Ei Zayasu Uikutaa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oiles Industry Co Ltd
Original Assignee
Oiles Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oiles Industry Co Ltd filed Critical Oiles Industry Co Ltd
Priority to JP28756386A priority Critical patent/JPS6448953A/en
Publication of JPS6448953A publication Critical patent/JPS6448953A/en
Publication of JPH0562179B2 publication Critical patent/JPH0562179B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 イ 産業上の利用分野 本発明は、ビルデイング、その他の構造物を支
持するための土台に関し、さらに詳細には、構造
物を地震から保護するための土台に関するもので
ある。
[Detailed Description of the Invention] A. Field of Industrial Application The present invention relates to a foundation for supporting buildings and other structures, and more particularly to a foundation for protecting structures from earthquakes. .

ロ 従来技術 現代の技術設計専門家は、ビルデイングに損害
を与える要因は主として地震の水平振動であると
いうことにほぼ意見が一致している。ビルデイン
グは構造上垂直荷重を主に支持するように設計さ
れ、また、重力静荷重および動荷重に対する安全
率は垂直地震荷重を十分に考慮して考えられてい
る。また、通常、垂直地震運動はあまり大きくな
く、ビルデイングに及ぼす影響は少ない。
B. Prior Art Modern engineering design experts generally agree that earthquake horizontal vibrations are primarily responsible for damaging buildings. The building is structurally designed to primarily support vertical loads, and the safety factors for static gravity loads and dynamic loads are designed with full consideration of vertical seismic loads. Also, vertical seismic motion is usually not very large and has little effect on buildings.

過酷な地震振動は中規模地震の震源地の極めて
近辺に、また、大規模地震の震源地からより離れ
たところに発生する。例えば、震源から5マイル
以下の中規模地震(5.5から6.6の範囲のRichterマ
グニチユード)については、ピーク水平加速度は
50%から125%g(gは重力加速度)の範囲で測定
された。中規模地震の震源から5から25マイルの
範囲の地域においては、ピーク加速度は10%から
50%gであつた。大規模地震の震源地近くの地域
での加速度データは限られているが、大規模地震
はより広い地域に影響を及ぼし、持続時間が長
く、いくぶん大きな加速度を有する。
Severe seismic vibrations occur very close to the epicenter of medium-sized earthquakes and further away from the epicenter of large-scale earthquakes. For example, for a moderate earthquake (Richter magnitude ranging from 5.5 to 6.6) less than 5 miles from the epicenter, the peak horizontal acceleration is
Measurements were made in the range of 50% to 125% g (g is gravitational acceleration). In areas between 5 and 25 miles from the epicenter of a moderate earthquake, peak accelerations range from 10% to
It was 50%g. Although acceleration data in areas near the epicenter of large earthquakes is limited, large earthquakes affect larger areas, have longer durations, and have somewhat larger accelerations.

建築基準は、一般のビルデイングが線型弾性条
件をもとに設計しなければならない最小水平地震
力の大きさおよび分布を規定している。線型弾性
方式による動的地震力に抵抗すべきビルデイング
の強度設計はよく理解され、また定量化しうる標
準構造手続きによる設計によつて満足される。建
築基準に規定された最小水平地震力は5%g程度
のピーク加速度をもつ地震によつて発生する力に
相当し、これは比較的小さい地震振動に相当す
る。線型弾性強度条件にもとづく、より大きな並
のもしくは過酷な大地振動に対する設計は構造物
の費用を相当に増大させる。したがつて、建築基
準は最小水平地震力に基づく設計を認めている。
Building standards stipulate the magnitude and distribution of the minimum horizontal seismic force that general buildings must be designed based on linear elastic conditions. The strength design of buildings to resist dynamic seismic forces using linear elastic methods is well understood and can be satisfied by design using quantifiable standard structural procedures. The minimum horizontal seismic force specified in the building code corresponds to the force generated by an earthquake with a peak acceleration of about 5% g, which corresponds to a relatively small seismic vibration. Designing for larger moderate or severe ground vibrations based on linear elastic strength conditions significantly increases the cost of the structure. Therefore, the building code allows design based on minimum horizontal seismic forces.

しかしそれは、構造物が生命をおびやかす崩壊が
発生しない程度の並のまたは過酷な大地振動の運
動およびエネルギを吸収するのに十分な柔軟性を
有しているときのみである。
But only if the structure is flexible enough to absorb the motion and energy of moderate or severe ground vibrations without life-threatening collapse.

ビルデイングを設計するときの従来の方法は、
地震の運動およびエネルギを吸収するように、十
分な柔軟性およびエネルギ吸収能力を有する全構
造物を設計することにより行われる。従来の建物
の柔軟性についてのアプローチは、構造物にわた
つて非弾性変形を分布することによつて決まり、
構造形状および細部の構成の大きな変化によつて
複雑化する。構造物の柔軟性およびエネルギ吸収
能力は、定量化および明瞭な設計をするのに困難
な構造上の要素および荷重の複雑な相互作用を含
んでいる。これらの複雑な相互作用は標準の構造
形状および要素と接続部との細部の柔軟性を釣り
合わした構造設計を共同させることによつて最も
よく用いられる。ビルデイングの設計強度は、ビ
ルデイングの柔軟性に基づき、厳しい地震運動に
よつて生じる水平地震力以下に減少される。地震
力に比例した設計強度の低減は減少係数Rであ
る。係数Rは定量化が困難であり、通常は概算さ
れるだけである。ビルデイングおよびビルデイン
グの収容物に対する損害が並の過酷な振動に対し
て予測されるが、しかし、ビルデイングの崩壊は
避けられる。
The traditional method when designing a building is
This is done by designing the entire structure with sufficient flexibility and energy absorption capacity to absorb the motion and energy of an earthquake. Traditional approaches to building flexibility depend on distributing inelastic deformations across the structure;
Complicated by large variations in structural shape and configuration of details. The flexibility and energy absorption capacity of structures involves complex interactions of structural elements and loads that are difficult to quantify and clearly design. These complex interactions are best handled through a combination of standard structural shapes and structural design that balances flexibility of element and connection details. The design strength of the building is reduced below the horizontal seismic forces produced by severe seismic motions, based on the flexibility of the building. The reduction in design strength proportional to the seismic force is the reduction factor R. The factor R is difficult to quantify and is usually only approximated. Damage to the building and its contents is expected for moderately severe vibrations, but collapse of the building is avoided.

柔軟性のアプローチは、過去の地震時の標準形
状および柔軟性を有するビルデイングの満足すべ
き性能に基づいている。大部分の建築基準は、慣
用的でないビルデイングを設計するときに、最小
地震力を適用することを明瞭に排除している。従
来の地震時のいくつかのビルデイング形式の公知
の欠陥によつて、ほとんどのビルデイング設計専
門家は、非対称設計、分割レベル、構造要素の大
きな不連続性、多階オープン・スペース、柔軟な
1階、傾斜構造方法、過剰に穴を明けた剪断壁、
極度にガラスを嵌めた外壁、または複雑なビルデ
イング要素および構造要素をもつ構造物に対して
反対している。従来の柔軟性へのアプローチで
は、不規則構造物の適切な実施および定量化は困
難である。定量化されていない係数Rの使用は適
切ではない。ビルデイングの崩壊は危険になる。
慣用的でないビルデイングの適切な設計は、要素
および全体の組立体の柔軟性およびエネルギ吸収
能力の個々の測定を伴う。
The flexibility approach is based on the satisfactory performance of standard geometry and flexible buildings during past earthquakes. Most building codes explicitly exclude the application of minimum seismic forces when designing unconventional buildings. Due to the known deficiencies of several conventional earthquake building types, most building design professionals are unable to avoid asymmetric designs, split levels, large discontinuities in structural elements, multi-storey open spaces, flexible ground floors, etc. , sloped structure method, over-perforated shear wall,
It is opposed to structures with extremely glazed exterior walls or complex building and structural elements. With traditional approaches to flexibility, proper implementation and quantification of irregular structures is difficult. The use of an unquantified coefficient R is not appropriate. Building collapse becomes dangerous.
Proper design of unconventional buildings involves individual measurements of the flexibility and energy absorption capacity of the elements and the entire assembly.

厳しい地震振動による水平力は、建築基準によ
つて要求される最小水平地震力よりも10倍から20
倍大きい。このような大きな相違のために係数R
の定量化が困難になり、3以上の係数Rは非常に
注意深く調査して確かめなければならない。さら
に、厳しい振動中に、構造物ならびに非構造ビル
デイング要素および収容物に対する相当の損害が
予想される。これらは、地震後の処置を必要とし
ている施設(病院,消防署、交番、通信施設、都
市行政センタ等)に深刻な結果をもたらすことも
ある。任意のビルデイングに対して、長期間にわ
たる機能の喪失および大規模な損失(これらは大
きな経済的損失につながる)という重大な危険性
がある。基礎絶縁による解決策においては、構造
物が、地震衝撃の運動およびエネルギを吸収する
ように特別に設計されている装置上に支持されて
いる。基礎絶縁は、地震に対する有効な保護とし
ての認識を得つつある観念的に単純な解決策であ
る。不幸にして、従来有効であつた基礎絶縁装置
は、従来のビルデイング構造物に取り付けること
が困難で費用がかかつた。さらに、一般振動から
機器を絶縁するように用いられる振動絶縁装置
は、それらが通常小荷重容量を有し、小振幅運動
のみを吸収し、垂直運動からの振動絶縁を含み、
複雑な機械的、液体、空気支持装置をしばしば組
み込むので、ビルデイングには適用できなかつ
た。
Horizontal forces due to severe seismic vibrations are 10 to 20 times greater than the minimum horizontal seismic forces required by building codes.
twice as big. Due to such a large difference, the coefficient R
becomes difficult to quantify, and coefficients R greater than 3 must be investigated and confirmed very carefully. Furthermore, during severe vibrations, considerable damage to structures and non-structural building elements and contents can be expected. These can have serious consequences for facilities that require post-earthquake treatment (hospitals, fire stations, police stations, communication facilities, city administrative centers, etc.). For any building, there is a serious risk of long-term loss of functionality and large-scale losses, which lead to large economic losses. In basic insulation solutions, the structure is supported on equipment that is specifically designed to absorb the motion and energy of seismic shocks. Basic insulation is a conceptually simple solution that is gaining recognition as an effective protection against earthquakes. Unfortunately, previously effective basic insulation systems have been difficult and expensive to install in conventional building structures. In addition, vibration isolators used to isolate equipment from general vibrations typically have a small load capacity, absorb only small amplitude motions, and include vibration isolation from vertical motions.
They often incorporate complex mechanical, liquid, and air support systems, making them impractical for building applications.

復元力を有していないビルデイング用基礎絶縁
装置は十分ではない。それらは周波数応答がゼロ
であり、極端に大きい変位を受けやすい。これら
の装置は、地盤の歪または沈下によつて生じる地
盤の回転または傾斜による抑制されない変位に傷
つきやすい。復元力用の独立ばねを組み込んだ装
置は、水平移動を許しながら垂直支持用の別個の
手段を与えなければならない邪魔物のために複雑
化する傾向がある。電気的帰還およびサーボ制御
装置と共同する能動装置は非常に複雑で、十分な
信頼性がなく、過剰な保守を必要とする。
Basic insulation systems for buildings that do not have resilience are not sufficient. They have zero frequency response and are susceptible to extremely large displacements. These devices are susceptible to uncontrolled displacement due to ground rotation or tilting caused by ground distortion or subsidence. Devices incorporating independent springs for restoring force tend to be complicated by obstructions that must provide separate means for vertical support while allowing horizontal movement. Active devices in conjunction with electrical feedback and servo control devices are very complex, not sufficiently reliable, and require excessive maintenance.

ゴム・パツド土台を用いる基準装置はある程度
制約されるが、ビルデイングには有用である。現
在のゴム・パツドは、垂直剛性を増加するために
ゴムおよび鋼材の薄層を採用している。これらの
ゴム・パツドは、ゴム層内の剪断歪により水平変
位を吸収する。ゴム・パツドの水平剛性は、固有
の不安定特定を構成する増大した垂直荷重と増大
した水平変位とともに減少する。これらの不安定
特性は、吸収されうる水平変位を制限する。パツ
ド支持装置の水平剛性特性は、水平抵抗の中心と
ビルデイングの重心との間に偏心が生じることが
予測されるため、ねじれ応答運動を包含する。ね
じれ運動は、絶縁パツドが吸収しなければならな
い必要変位および歪を2倍にする。そして、実際
の寸法を有するパツドの安定限度を超えずに、こ
の必要歪を吸収することは困難である。大水平変
位を吸収するのに十分な高さを有するゴムベアリ
ングは、安定性および垂直剛性を低下させる。低
下した垂直剛性は増幅を受けやすい周期を有する
ロツキングモードを生じ、垂直モード周期をより
ロツキングを受けやすい範囲に増大させる。パツ
ドの接続板の局部的回転がパツドの歪および不安
定を加える。これらの回転および水平変位の不安
定は、パツド上の剛構造枠と周縁基礎壁とを組み
付けることによつて制御されるが、しかし、これ
はこの装置を用いる費用を相当に増大させた。
Reference devices using rubber pad foundations have some limitations, but are useful for building. Current rubber pads employ thin layers of rubber and steel to increase vertical stiffness. These rubber pads absorb horizontal displacements due to shear strains within the rubber layer. The horizontal stiffness of the rubber pad decreases with increased vertical load and increased horizontal displacement, which constitutes an inherent instability characteristic. These instability characteristics limit the horizontal displacement that can be absorbed. The horizontal stiffness characteristics of the pad support system include torsional response motion due to the expected eccentricity between the center of horizontal resistance and the center of gravity of the building. Torsional motion doubles the required displacement and strain that the insulating pad must absorb. It is difficult to accommodate this required strain without exceeding the stability limits of the pad with its actual dimensions. Rubber bearings with sufficient height to absorb large horizontal displacements reduce stability and vertical stiffness. The reduced vertical stiffness creates a rocking mode with a period that is susceptible to amplification, increasing the vertical mode period to a range that is more susceptible to rocking. Local rotation of the connecting plate of the pad adds distortion and instability to the pad. These rotational and horizontal displacement instabilities are controlled by assembling a rigid frame on the pad and a peripheral foundation wall, but this has considerably increased the cost of using this device.

いくつかの制約を受けるが、有用な用途を有す
る基礎絶縁装置の別のものは、ローラまたは揺動
ベアリングである。ローラまたは揺動ベアリング
装置用の多くの変更が提案される。一般に、この
装置は復元力を有するが以下の実際の制約を有す
る。すなわち、各ローラベアリングの支持容量は
小接触面積によつて制限され、それらは実施する
のに不便であり、また、それらは別個のエネルギ
吸収機能を必要とする。
Another type of basic insulator that has useful application, although subject to some limitations, is the roller or rocker bearing. Many modifications for roller or rocker bearing devices are proposed. In general, this device is resilient but has the following practical limitations. That is, the supporting capacity of each roller bearing is limited by the small contact area, which are inconvenient to implement, and they require a separate energy absorption function.

ほとんど認識も注意も払われていなかつた基礎
絶縁装置は振子装置である。この種のビルデイン
グ用のいくつかの装置は、小振幅運動を拘束する
ように着脱自在機構を有する振り床枠および吊棹
からなつている。吊棹は横運動容量を与えるよう
に、振子腕として作用する。しかし、揺り床枠、
吊棹、着脱機構はめんどうであり、実施が困難
で、荷重支持容量が制約され、信頼性に疑問があ
つた。
A basic insulating device that has received little recognition or attention is the pendulum device. Some equipment for this type of building consists of a swing frame and a hanging rod with removable mechanisms to restrain small amplitude movements. The sling acts as a pendulum arm, providing lateral movement capacity. However, the rocking frame,
The hanging rod and attachment/detachment mechanism were cumbersome and difficult to implement, limited load-bearing capacity, and had questionable reliability.

ビルデイング用の別の提案コラム土台は、ハン
ガ・ロツドによつて吊り下げられる基台を含んで
いる。ハンガ・ロツドの長さが相当に短すぎる比
率になつており、明瞭な減衰がないので、その装
置は提案どおりには有効に作用しない。その装置
は正しく比率の振子長さおよび揺れを容易に調整
できず、低支持容量で、制作費が嵩み、装置が複
雑であるので、実用的ではない。
Another proposed column foundation for building includes a base suspended by hanger rods. Since the length of the hanger rod is proportioned to be too short and there is no appreciable damping, the device does not work as effectively as proposed. The device is impractical because it cannot easily adjust the pendulum length and swing of the correct ratio, has a low support capacity, is expensive to manufacture, and is complex.

別の土台装置は、剛振子リンクから吊り下げら
れ、粘性ダンパを取り付けられた電気的装置用の
地震保護プラツトホームを備えている。その装置
は、基礎絶縁装置として有効に用いられる公知の
予測しうる周期を有している。しかし、吊棹プラ
ツトホームによる解決策は、ビルデイングにとつ
ては実用的ではない。さらに振子リンクの必要長
さは約1.2m以上であり、ビルデイングに適用す
るのに実際上の困難さを伴う。
Another foundation system includes an earthquake protection platform for electrical equipment suspended from rigid pendulum links and fitted with viscous dampers. The device has a known and predictable period that makes it useful as a basic insulation device. However, the suspension platform solution is not practical for building. Furthermore, the required length of the pendulum link is approximately 1.2 m or more, which poses practical difficulties in applying it to buildings.

従来の公知の枢軸滑動土台は、基礎絶縁に適し
た方法で設計されていなかつた。それらは滑動面
よりも上に支点を有し、低い荷重支持能力を有
し、信頼性のある履歴摩擦減衰を達成する手段を
含んでいない。この種の1つの構成は、固定土台
および滑動土台の組合せを採用した3点基礎装置
を含んでいる。この一般的ではない基礎装置は、
地表の垂直方向の波状の変形およびビルデイング
の下の地表の裂け目を吸収するように設計されて
いた。滑動機構の2つの実施例は土台との間の相
対的な水平方向の大地のねじれを吸収するように
用いられ、凹形面上に枢着シユーを採用してお
り、この目的において満足すべき働きをするよう
に見える。1つの実施例における固定土台が滑動
シユーと組合つて用いられ、また、固定土台は水
平力を吸収し、シユー土台に水平方向の安定性を
与える。別の実施例におけるその構造は、滑動土
台の下に高周波小振幅運動を吸収するゴム状のブ
ツシングを有している。ゴム・プツシングは大き
な水平慣性力から滑動シユーを保護するように設
計された場合に、初期の基礎絶縁手段として働
く。
Previously known pivot sliding foundations were not designed in a manner suitable for basic insulation. They have a fulcrum above the sliding surface, have a low load-bearing capacity, and do not include a means to achieve reliable hysteretic friction damping. One such configuration includes a three-point foundation system employing a combination of fixed and sliding foundations. This uncommon basic device is
It was designed to accommodate vertical wavy deformations of the ground and cracks in the ground beneath the building. Two embodiments of the sliding mechanism are used to accommodate the torsion of the ground relative to the base in the horizontal direction, employing a pivoting shoe on a concave surface, which is satisfactory for this purpose. Looks like it's working. A fixed base in one embodiment is used in conjunction with the sliding shoe, and the fixed base absorbs horizontal forces and provides horizontal stability to the shoe base. In another embodiment, the structure includes a rubber-like bushing below the sliding base that absorbs high frequency, small amplitude motion. Rubber pushing serves as an initial base insulation measure when designed to protect sliding shoes from large horizontal inertia forces.

もし、枢着シユーが固定土台なしで、また、適
切なゴム・ブツシングなしですべての土台の下に
用いられると、深刻な困難が起こるであろう。シ
ユーは、大きな慣性力と、水平地震振動による速
い速度の変位運動を直接に受ける。滑動面より上
の支点の高さのために、ビルデイングにかける水
平力に滑動面から上の支点の高さを掛け合わせた
積に等しい転覆モーメントをシユーが受ける。こ
の転覆モーメントは、シユーを押し倒し、不安定
を招き、不規則な滑動運動を招く。
Serious difficulties would occur if the pivot shoe were used without a fixed base and without proper rubber bushings underneath all bases. Shoes are directly subjected to large inertial forces and high-speed displacement movements caused by horizontal seismic vibrations. Because of the height of the fulcrum above the sliding surface, the shoe experiences an overturning moment equal to the product of the horizontal force on the building times the height of the fulcrum above the sliding surface. This overturning moment pushes down the shoe, causing instability and irregular sliding motion.

枢着シユーの設計は、滑動面からの支点の高さ
が滑動面の曲率半径の17%から33%の範囲にある
ようになされる。さらに、シユーの傾斜位置にあ
るとき、支点の高さがビルデイングの重量の合成
ベクトルを生じ、これは支点においてシユーの一
方の縁に向けてずれる。この重量のずれはビルデ
イングの重量によつて与えられる安定化モーメン
トを減少させ、シユーの荷重作用縁を支持面内に
食い込ませる。この食い込み(gouging)は摩擦
抵抗を増加させ、さらにシユーを倒す働きをす
る。
The design of the pivoting shoe is such that the height of the fulcrum above the sliding surface is in the range of 17% to 33% of the radius of curvature of the sliding surface. Furthermore, when the shoe is in a tilted position, the height of the fulcrum creates a resultant vector of the weight of the building, which is offset toward one edge of the shoe at the fulcrum. This weight shift reduces the stabilizing moment provided by the weight of the building and causes the load-applying edge of the shoe to dig into the support surface. This gouging increases frictional resistance and further serves to knock down the shoe.

垂直圧力の不均等によつて、滑動運動にステイ
ツクスリツプ現象を引き起こす。さらに、高速非
潤滑滑りを受けた場合、表面は冷間溶着現象によ
つて互いに焼きつく。最も重要なことは、シユー
と凹形面との滑動面は、高圧接触による数年経過
後に互いに粘着する傾向があり、したがつて、必
要なときには滑らない。
The uneven vertical pressure causes a stick-slip phenomenon in sliding motion. Furthermore, when subjected to high speed unlubricated sliding, the surfaces seize together due to the phenomenon of cold welding. Most importantly, the sliding surfaces of the shoe and the concave surface tend to stick to each other after years of high pressure contact and therefore do not slip when needed.

ロツキングが大きいときには、支持されたビル
デイングはロツキング運動を受ける。このロツキ
ング運動は個々のシユーの一時的な上昇を引き起
こす。シユーそれ自体は、上昇後、ビルデイング
に関してシユーを回転させる水平加速運動を受け
る。その結果、シユーはビルデイングの下から飛
び出す方向に回転し、その結果不適正な整合にな
り、滑動面と再接触するときに受け入れられない
不安定を招くことになる。
When rocking is large, the supported building undergoes rocking motion. This locking movement causes a temporary rise in individual shots. The shoe itself, after being raised, undergoes a horizontal acceleration movement which rotates the shoe with respect to the building. As a result, the shoe rotates out from under the building, resulting in improper alignment and unacceptable instability when re-contacting the sliding surface.

これらの制約は、支点が滑動面より相当はなれ
た距離にある枢軸滑動土台に適用される。無潤滑
装置におけるこれらの制約は摩擦内面用に不適切
な材料が使用されたときに悪化する。潤滑装置に
ついては、無滑動状態が長期間続いたときに十分
な摺動面の潤滑を維持することは困難である。滑
動面からの支点の高さはまた、支点およびシユー
滑動面に関するビルデイングの水平・垂直変位を
引き起こす。したがつて、ビルデイングは凹形面
の形状にならつた水平・垂直運動関係には従わな
い水平・垂直運動を示す。
These constraints apply to pivot sliding platforms where the fulcrum is at a considerable distance from the sliding surface. These limitations in non-lubricated devices are exacerbated when unsuitable materials are used for the friction interior surface. Regarding lubrication devices, it is difficult to maintain sufficient lubrication of sliding surfaces when a non-slip state continues for a long period of time. The height of the fulcrum above the sliding surface also causes horizontal and vertical displacements of the building with respect to the fulcrum and the sliding surface. Therefore, the building exhibits horizontal and vertical motions that do not follow the horizontal and vertical motion relationships that follow the shape of the concave surface.

ハ 問題点を解決するための手段 ある観点においては、本発明はビルデイングま
たはその他の荷重用の土台を提供する。この土台
は所定の曲率中心と所定の曲率半径とを有する球
形凹形滑動面を備えた部材を有する。土台はさら
に球形凹形滑動面から間隔をあけて該部材に対し
て相対移動自在に位置し、該球形凹形滑動面に対
向する所定の曲率中心を有する球形くぼみを有す
る荷重受け要素を含んでいる。土台はさらに前記
球形凹形滑動面の曲率半径と同一の曲率半径から
なり、該球形凹形滑動面に沿つて移動可能に摺接
する凸形滑動面を有するとともに、前記荷重受け
要素の球形くぼみの曲率中心と一致する曲率中心
を有し、該球形くぼみに傾動可能に摺接する凸形
関節面に有するスライダを含んでいる。球形くぼ
みの曲率中心は、前記球形凹形滑動面の曲率半径
の90%を超える距離だけ前記球形凹形滑動面の曲
率中心から離れた位置に設定されている。
C. Means for Solving the Problems In one aspect, the present invention provides a foundation for a building or other load. The base has a member with a spherical concave sliding surface having a predetermined center of curvature and a predetermined radius of curvature. The base further includes a load receiving element spaced apart from the spherical concave sliding surface and movable relative to the member and having a spherical recess having a predetermined center of curvature opposite the spherical concave sliding surface. There is. The base further has a convex sliding surface having the same radius of curvature as the radius of curvature of the spherical concave sliding surface, movably sliding along the spherical concave sliding surface, and having a radius of curvature of the spherical concave sliding surface of the load receiving element. The slider includes a slider having a convex articular surface having a center of curvature coincident with the center of curvature and slidably contacting the spherical recess in a tiltable manner. The center of curvature of the spherical recess is set at a position separated from the center of curvature of the spherical concave sliding surface by a distance exceeding 90% of the radius of curvature of the spherical concave sliding surface.

本発明の好ましい態様として、前記球形くぼみ
の曲率中心が前記部材の球形凹形滑動面に位置す
る。
In a preferred embodiment of the invention, the center of curvature of the spherical recess is located on the spherical concave sliding surface of the member.

本発明の他の好ましい態様として、前記部材の
球形凹形滑動面の曲率半径が0.9mから15mの範
囲の長さを有する。
In another preferred embodiment of the invention, the radius of curvature of the spherical concave sliding surface of said member has a length in the range from 0.9 m to 15 m.

さらに他の好ましい態様として、前記スライダ
の凸形滑動面には、前記部材の球形凹形滑動面と
の摺動により所定の摩擦減衰を与える減衰部材が
形成されており、該減衰部材は所定の摩擦係数を
有する乾式軸受部材にて形成されている。
In still another preferred embodiment, a damping member is formed on the convex sliding surface of the slider, and the damping member provides a predetermined friction damping by sliding with the spherical concave sliding surface of the member, and the damping member has a predetermined friction damping effect. It is made of a dry bearing member that has a coefficient of friction.

さらに他の好ましい態様として、前記部材と前
記荷重受け要素との間には、両者の相対移動に抵
抗する圧縮性粘弾性部材が配置されている。
In yet another preferred embodiment, a compressible viscoelastic member is arranged between the member and the load receiving element to resist relative movement therebetween.

さらに他の好ましい態様として、前記荷重受け
要素は入れ子式に配置された第1および第2垂直
延長管を有し、該第2垂直延長管内には圧縮性粘
弾性部材が配置されている。
In yet another preferred embodiment, the load-receiving element has first and second vertical extension tubes arranged in a nested manner, and a compressible viscoelastic member is disposed within the second vertical extension tube.

さらに他の好ましい態様として、前記部材の球
形凹形滑動面の曲率半径は前記荷重受け要素の球
形くぼみの曲率半径よりも大きく形成されてお
り、前記スライダの高さは前記荷重受け要素の球
形くぼみの曲率半径の2倍よりも小さい。
In yet another preferred embodiment, the radius of curvature of the spherical concave sliding surface of the member is larger than the radius of curvature of the spherical recess of the load receiving element, and the height of the slider is greater than the radius of curvature of the spherical recess of the load receiving element. is smaller than twice the radius of curvature of

ニ 作用 本発明を実施する土台においては、荷重の重量
はスライダ、および大地振動に応答してスライダ
に関連して並進運動をする球形凹形滑動面を介し
て支持される。スライダは球形凹形滑動面と完全
に接触するように並進運動中に枢動する。スライ
ダが枢動する支点は、球形凹形滑動面の曲率半径
の90%を越える距離だけ球形滑動面の曲率中心か
ら離れて位置されており、スライダと球形凹形滑
動面との接触面、またはその付近にある。その結
果、スライダはすべての動的荷重に対して固有的
に安定であり、有効な履歴摩擦減衰を与え、高い
荷重支持能力を有している。支持ビルデイングま
たはその他の構造物の合成動的応答は振子のそれ
となる。スライダと球形凹形滑動面との滑動面の
接触圧力は滑動中に均等に分布され、有効な履歴
減衰を可能にし、食い込みを避ける。土台は、信
頼性があり予測し得る応答を示し、高い荷重支持
能力を有するので、地震運動およびエネルギを高
い効率で吸収する。土台は機械的に単純であり、
従来のビルデイング構造に容易に取り付けられ、
基礎の安定および回転を許容し、余震に対して効
果的である。支点が球形凹形滑動面に配置される
場合には、合成運動は、球形凹形滑動面の曲率半
径がその固有周期を決定するようになつている。
D. Effect In a platform embodying the present invention, the weight of the load is supported through a slider and a spherical concave sliding surface that translates in relation to the slider in response to ground vibrations. The slider pivots during translation into full contact with the spherical concave sliding surface. The fulcrum on which the slider pivots is located away from the center of curvature of the spherical concave sliding surface by a distance exceeding 90% of the radius of curvature of the spherical concave sliding surface, and is located at the contact surface between the slider and the spherical concave sliding surface, or It's near there. As a result, the slider is inherently stable under all dynamic loads, provides effective hysteretic friction damping, and has high load carrying capacity. The resultant dynamic response of a supporting building or other structure is that of a pendulum. The sliding surface contact pressure between the slider and the spherical concave sliding surface is evenly distributed during sliding, allowing effective hysteresis damping and avoiding digging. The foundation exhibits a reliable and predictable response and has a high load-bearing capacity, so it absorbs seismic motion and energy with high efficiency. The base is mechanically simple;
Easily attached to conventional building structures,
It allows the foundation to stabilize and rotate, and is effective against aftershocks. If the fulcrum is placed on a spherical concave sliding surface, the resultant motion is such that the radius of curvature of the spherical concave sliding surface determines its natural period.

ホ 実施例 地震保護土台は、有効な基礎絶縁を達しうる柔
軟でかつエネルギ吸収可能なコラム結合になつて
いる。第1図において、支持構造物10は地震保
護土台によつて支持基礎11上に支持される。図
には完全支持構造物の一部のみがしめされている
が、構造物の他の部分も同様に支持される。球形
凹形滑動面1は、第1図で曲率半径Rの特定の長
さを有する実質的な球面になつている。これは後
に詳述するが、面1の曲率中心は第1図で文字C
で表される。関節スライダ2は、球形凹形滑動面
1と同じ曲率半径Rの球面の凸形滑動面3を有す
る。凸形滑動面3は、球形凹形滑動面1にそつて
並進運動をするようにつくられている。
E. Example Earthquake protection foundations have flexible and energy-absorbing column connections that can achieve effective basic insulation. In FIG. 1, a support structure 10 is supported on a support foundation 11 by an earthquake protection foundation. Although only a portion of the fully supported structure is shown in the figure, other portions of the structure may be supported as well. The spherical concave sliding surface 1 is essentially a spherical surface with a certain length of radius of curvature R in FIG. This will be explained in detail later, but the center of curvature of surface 1 is the letter C in Figure 1.
It is expressed as The joint slider 2 has a spherical convex sliding surface 3 with the same radius of curvature R as the spherical concave sliding surface 1 . The convex sliding surface 3 is made for translational movement along the spherical concave sliding surface 1.

関節スライダ2は、凸形滑動面3と、この凸形
滑動面3と一体のユニツトとして動くすべての要
素とからできている。関節スライダ2は、球形の
滑動面となる凸形関節面4を有している。関節ス
ライダ2が凹形滑動面1にそつて並進すると同時
に凸形関節面4は支点6を中心にスライダ2を回
転させる。支点6はスライダ・ハウジング5に関
して一定の幾何学的位置を常に維持する。第1図
に示すように、支点6は凸形滑動面3の中心に配
置される。スライダ・ハウジング5は、関節スラ
イダ2と支持コラム8とを接続する荷重受け要素
の一部となる。スライダ・ハウジング5は凹形関
節面を有する。この面は支持構造物10の全垂
直・水平荷重を支持コラム8から関節スライダ2
の凸形関節面4まで伝達させる。支持コラム8
は、スライダ・ハウジング5および支持構造物1
0に剛に接続される。支持コラム8は適当な長さ
でよく、また、支持構造物10の一体品となつて
いてもよい。構造物接続板9およびそのボルト
が、支持構造物10への支持コラム8の1つの可
能な適当な接続体として図示されている。
The articulated slide 2 consists of a convex sliding surface 3 and all the elements that move as an integral unit with this convex sliding surface 3. The joint slider 2 has a convex joint surface 4 that is a spherical sliding surface. As the articulating slider 2 translates along the concave sliding surface 1, the convex articulating surface 4 rotates the slider 2 about the fulcrum 6. The fulcrum 6 always maintains a constant geometrical position with respect to the slider housing 5. As shown in FIG. 1, the fulcrum 6 is located in the center of the convex sliding surface 3. The slider housing 5 forms part of the load-bearing element connecting the articulated slider 2 and the support column 8. The slider housing 5 has a concave articulation surface. This surface transfers all vertical and horizontal loads of the support structure 10 from the support column 8 to the articulated slider 2.
It is transmitted to the convex articular surface 4 of. Support column 8
is the slider housing 5 and the support structure 1
Rigidly connected to 0. Support column 8 may be of any suitable length and may be an integral part of support structure 10. A structure connection plate 9 and its bolts are illustrated as one possible suitable connection of support column 8 to support structure 10.

支持構造物10、支持コラム8、スライダ・ハ
ウジング5は、スライダ・ハウジング5と支持構
造物10との間に生じる無視しうる変形をもつた
一体ユニツトとして働く。スライダ・ハウジング
5に関する関節スライダ2の回転運動によつて、
凸形滑動面3が並進運動中に球形凹形滑動面1と
の完全接触状態になる。さらに、凸形滑動面3は
支点6のまわりで常に中心に維持される。したが
つて、凸形滑動面3は支持構造物10の重量がか
かつた状態で常に安定して維持される。
Support structure 10, support column 8, and slider housing 5 act as an integral unit with negligible deformation occurring between slider housing 5 and support structure 10. By the rotational movement of the articulated slider 2 with respect to the slider housing 5,
The convex sliding surface 3 comes into full contact with the spherical concave sliding surface 1 during translational movement. Furthermore, the convex sliding surface 3 always remains centered around the fulcrum 6. Therefore, the convex sliding surface 3 is always maintained stably under the weight of the support structure 10.

球形凹形滑動面1は皿12の内面であり、なめ
らかな面に形成される。皿12はまた、側面13
とリツプ14とを有している。可撓性の粘弾性カ
バー15は、リツプ14の周囲に連続して接続さ
れかつシールされ、また、支持コラム8の周囲に
も同様になされている。側面13およびリツプ1
4ならびに皿12、可撓性粘弾性カバー15、支
持コラム8はシールユニツトを構成し、このユニ
ツトは周囲の要素から球形凹形滑動面1と関節ス
ライダ2とを保護する。
The spherical concave sliding surface 1 is the inner surface of the dish 12 and is formed into a smooth surface. The plate 12 also has a side surface 13
and a lip 14. A flexible viscoelastic cover 15 is continuously connected and sealed around the lip 14 and likewise around the support column 8. Side 13 and lip 1
4 as well as the dish 12, the flexible viscoelastic cover 15 and the support column 8 constitute a sealing unit which protects the spherical concave sliding surface 1 and the articulation slide 2 from surrounding elements.

保護カバー16は、粘弾性カバー15を剛的に
保護し、また、防火用に構成される。保護カバー
16は、検査の目的でその取外しができるように
支持コラム8に接続され、リツプ14によつて支
持されるが、リツプ14または可撓性の粘弾性カ
バー15には接続されない。
The protective cover 16 rigidly protects the viscoelastic cover 15 and is configured for fire prevention. The protective cover 16 is connected to the support column 8 so that it can be removed for inspection purposes and is supported by the lip 14, but is not connected to the lip 14 or to the flexible viscoelastic cover 15.

皿ハウジング17は、皿12、側面13、リツ
プ14を保持し、支持基礎11に接続される。皿
ハウジング17は用途に応じて種々の形状および
形体に構成され、支持基礎11の一体部品ともな
る。水平変位ストツパ18は、支持コラム8の水
平変位が最大値を超えないようにする皿ハウジン
グの一部となる。上昇ストツパ19は、皿ハウジ
ング17に埋め込み固定され、かつ支持構造物1
0に接続された鋼製ケーブルである。上昇ストツ
パ19の眼玉の内径は、支持構造物10に眼玉を
接続させるボルトの外径よりも大きい。この直径
差は、上昇ストツパ19が必要になるような不測
の事態において、衝撃力を緩衝する役割をする。
Pan housing 17 holds pan 12, sides 13, lip 14 and is connected to support foundation 11. The pan housing 17 can be configured in various shapes and configurations depending on the application, and can also be an integral part of the support foundation 11. The horizontal displacement stop 18 forms part of the pan housing which prevents the horizontal displacement of the support column 8 from exceeding a maximum value. The lift stopper 19 is embedded and fixed in the dish housing 17 and is attached to the support structure 1.
A steel cable connected to 0. The inner diameter of the eye of the lifting stopper 19 is larger than the outer diameter of the bolt connecting the eye to the support structure 10. This diameter difference serves to dampen impact forces in the unlikely event that the lift stopper 19 is required.

関節スライダ2、スライダ・ハウジング5、支
持コラム8、接続板9の主要本体は、構造鋼から
経済的につくられている。皿12および保護カバ
ー16はステンレス鋼から経済的につくられる。
特別の用途のために、その他の好ましい強度を有
する材料が鋼に代えて用いられてもよい。粘弾性
カバー15は、粘性エラストラまたは合成もしく
は天然ゴム混合物から作られる。
The main bodies of the articulated slider 2, slider housing 5, support column 8 and connecting plate 9 are economically made from structural steel. Dish 12 and protective cover 16 are economically constructed from stainless steel.
Other suitable strength materials may be used in place of steel for special applications. The viscoelastic cover 15 is made from a viscous elastomer or a synthetic or natural rubber mixture.

第2図は、関節スライダ2およびスライダ・ハ
ウジング5の詳細を示す。凸形関節面4は、完全
な球体の一部である。その面積は同じ半径をもつ
完全球体の面積の約45%である。凸形滑動面3は
凸形球面形状および円形周縁を有している。凸形
滑動面3は摩擦内面層20の外面となる。この層
20は、関節スライダ2の本体に機械的に固着さ
れている。
FIG. 2 shows details of the articulated slider 2 and slider housing 5. The convex articular surface 4 is part of a complete sphere. Its area is approximately 45% of the area of a perfect sphere with the same radius. The convex sliding surface 3 has a convex spherical shape and a circular periphery. The convex sliding surface 3 becomes the outer surface of the frictional inner layer 20. This layer 20 is mechanically fixed to the body of the articulated slider 2.

摩擦内面層20の重要な特性としては、無潤滑
状態で数年間接触した後でも鋼製球形凹形滑動面
1に粘着しないこと、0m/secから0.9m/secま
での速度範囲の間で摩擦係数に信頼性があるこ
と、70.4Kg/cm2から2112Kg/cm2までの範囲の荷重
支持能力があることである。最も有効な摩擦係数
は0.05から0.2の範囲内であり、また、滑りなし
の接触で数年経過後、約0.4を超えてはならない
ことである。いくつかの適当な材料は、機械、航
空機、人工衛星等の構造物の無潤滑摺動面用の乾
式軸受材料のうちから選択される。そのような材
料は摩擦物理学関係刊行物に記載されている。例
えば、EvaneおよびSeniorによる「Self−
Lubricating Materials for Plain Bearings」が
有用な資料を提供している。異なる用途のため
に、特別の材料組成が所望の摩擦係数を得るよう
に選ばれる。あらゆる用途に適した2材料組成
は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)繊維
と強化繊維との交織布、PTFEと鉛充填多孔質青
銅がある。
The important characteristics of the friction inner layer 20 are that it does not stick to the steel spherical concave sliding surface 1 even after several years of contact without lubrication, and that it has no friction between the speed range of 0 m/sec to 0.9 m/sec. The coefficient should be reliable and the load bearing capacity should be in the range of 70.4Kg/cm 2 to 2112Kg/cm 2 . The most effective coefficient of friction is in the range 0.05 to 0.2 and should not exceed about 0.4 after several years of non-slip contact. Some suitable materials are selected from dry bearing materials for non-lubricated sliding surfaces of structures such as machines, aircraft, satellites, etc. Such materials are described in tribophysics publications. For example, “Self−
Lubricating Materials for Plain Bearings provides useful material. For different applications, specific material compositions are chosen to obtain the desired coefficient of friction. Two-material compositions suitable for all applications include polytetrafluoroethylene (PTFE) fibers interwoven with reinforcing fibers, PTFE and lead-filled porous bronze.

軸受内面層21は軸受材料から構成され、組立
前に一旦潤滑される。潤滑室22は、支持構造物
10の耐用期間中、あらゆる予測しうる関節運動
を潤滑するのに十分な潤滑剤を収容する。潤滑剤
は非変質の黒鉛またはシリコン系のものでよい。
内側シール23は潤滑剤を保持しかつ内側関節面
の気密シールをつくる。外側スライダ・シール7
は機械的に接続され、また、スライダ・ハウジン
グ5および関節スライダ2の周囲を連続的にシー
ルする。スライダ・シール7は、関節運動を吸収
する凹凸のある弾性体である。関節スライダの延
長リツプ24はスライダ・シール7の取付け面を
つくり、関節スライダ2の回転ストツパとして機
能する。
The bearing inner layer 21 is made of bearing material and is once lubricated before assembly. Lubrication chamber 22 contains sufficient lubricant to lubricate all foreseeable joint movements during the life of support structure 10. The lubricant may be non-altering graphite or silicon based.
Inner seal 23 retains lubricant and creates an airtight seal of the inner articular surface. Outer slider seal 7
are mechanically connected and also provide a continuous seal around the slider housing 5 and the articulated slider 2. The slider seal 7 is an elastic body with irregularities that absorbs joint motion. The extension lip 24 of the articulated slider forms a mounting surface for the slider seal 7 and serves as a rotational stop for the articulated slider 2.

第3図は土台の水平面からみた横断面図であ
る。皿ハウジング17はビルデイング用地に注入
されたコンクリートから構成され、外周に垂直な
側面を形成することは一般に容易なことである。
皿12、側面13、リツプ14、関節スライダ
2、粘弾性カバー15、保護カバー16、支持コ
ラム8、接続板9を含む完全シール・ユニツト
は、単独の予組立ユニツトとして構造物用地に配
送され、次いで適当位置に固定される。皿ハウジ
ング17のコンクリートが打ち込まれ、皿ユニツ
トを取り囲んで埋める。保護カバー16は配送、
装着、組立のためにリツプ14に一時的に固定さ
れ、次いで固定が解除される。
Figure 3 is a cross-sectional view of the foundation viewed from the horizontal plane. The pan housing 17 is constructed from concrete poured into the building site, and it is generally easy to form vertical sides on the outer periphery.
The complete sealed unit, including plate 12, sides 13, lip 14, articulating slide 2, viscoelastic cover 15, protective cover 16, support column 8 and connecting plate 9, is delivered to the construction site as a single pre-assembled unit; It is then fixed in place. Concrete for the pan housing 17 is poured, surrounding and filling the pan unit. The protective cover 16 is delivered,
It is temporarily fixed to the lip 14 for installation and assembly, and then released.

動作においては、地震保護土台装置は、支持構
造物に伝達される水平力の最大値を支持構造物の
比例弾性強さ以下に低下させる。地震の大地振動
中の地震保護土台の動作は、第1図に最もよく示
されている。水平方向の大地振動からの横方向力
が限界力レベルを超えたとき、支持構造物10が
皿ハウジング17に関して水平方向に動く。支持
コラム8、スライダ・ハウジング5、関節スライ
ダ2、保護カバー16は支持構造物10と一体に
水平方向に動く。粘弾性カバー15は、通常は数
インチだけの横変位を吸収するように延びる。粘
弾性カバー15は、最大水平変位を吸収するさい
に、その最初の長さの2倍まで延びる。所望の大
きさの水平変位容量は本装置によつて吸収されう
る。
In operation, the seismic protection foundation device reduces the maximum horizontal force transmitted to the support structure below the proportional elastic strength of the support structure. The behavior of seismic protection foundations during large ground vibrations of an earthquake is best illustrated in Figure 1. When the lateral force from the horizontal ground vibration exceeds a critical force level, the support structure 10 moves horizontally with respect to the dish housing 17. The support column 8, slider housing 5, articulated slider 2, and protective cover 16 move horizontally together with the support structure 10. The viscoelastic cover 15 typically extends to accommodate only a few inches of lateral displacement. The viscoelastic cover 15 extends up to twice its original length when absorbing the maximum horizontal displacement. Any desired amount of horizontal displacement capacity can be absorbed by the device.

支持構造物10は関節スライダ2によつて支持
される。関節面4および凸形滑動面3の大軸受面
は本装置に大構造荷重を支持できるようにする。
関節スライダ2が固有的に安定であるということ
は特に重要である。垂直および水平力の任意の組
合せについて、構造荷重の合成力のベクトルは関
節面4に垂直に働き、支点6を通過する。関節ス
ライダ2にいかなる荷重がかかつたときでも、こ
の合成ベクトルは下方向きの成分を有していなけ
ればならず、また、関節スライダ2の転覆を生じ
ることはできない。また、関節面4に接して作用
することはできない。また、関節面4に接して作
用する摩擦力(表面が潤滑されているので小さ
い)はまた関節スライダ2に任意の転覆回転に抵
抗する復元力として働く。さらに、合成力が支点
6を通つて作用するので(支点は凸形滑動面3の
中心でもある)、凸形滑動面3に作用する垂直圧
力が均等に分布する。これは、この層と球形凹形
滑動面との間の食い込み(gouging)を避けかつ
摩擦内面層20にかかる応力と摩耗とを低下させ
るのに特に重要である。
The support structure 10 is supported by the articulated slider 2 . The large bearing surfaces of the articular surface 4 and the convex sliding surface 3 enable the device to support large structural loads.
It is particularly important that the articulating slide 2 is inherently stable. For any combination of vertical and horizontal forces, the resultant force vector of the structural loads acts perpendicular to the articular surface 4 and passes through the fulcrum 6. No matter what load is applied to the joint slider 2, this resultant vector must have a downward component, and the joint slider 2 cannot overturn. Moreover, it cannot act in contact with the articular surface 4. Furthermore, the frictional force acting in contact with the joint surface 4 (which is small since the surface is lubricated) also acts as a restoring force on the joint slider 2 to resist any overturning rotation. Furthermore, since the resultant force acts through the fulcrum 6 (which is also the center of the convex sliding surface 3), the vertical pressure acting on the convex sliding surface 3 is evenly distributed. This is particularly important to avoid gouging between this layer and the spherical concave sliding surface and to reduce stress and wear on the frictional inner layer 20.

支持構造物10の水平・垂直変位関係は、支点
6のそれとまつたく同じである。支点6は球形凹
形滑動面1の球面にそつて滑るように拘束され
る。球形凹形滑動面1によつて与えられる支点6
の運動拘束は、振子腕によつて与えられる運動拘
束と同じである。振子腕は凹形滑動面1の曲率半
径Rの長さと等しい長さである。振子腕の支持端
が球形凹形滑動面1の曲率中心にあり、かつ、重
量端が支点6にある場合には、振子腕の重量端が
凹形滑動面1に正確になる球面にそつて動くよう
に拘束される。地震保護土台の構造物の重量は支
点6に作用するので、すべり支持と振子支持の等
価性が示される。振子の運動はこの運動関係と重
力の加速度gの関数になる。関節スライダ2の摩
擦は振子の継手の摩擦と等価である。
The horizontal/vertical displacement relationship of the support structure 10 is exactly the same as that of the fulcrum 6. The fulcrum 6 is constrained to slide along the spherical surface of the spherical concave sliding surface 1. A fulcrum 6 provided by a spherical concave sliding surface 1
The motion constraint of is the same as that given by the pendulum arm. The pendulum arm has a length equal to the radius of curvature R of the concave sliding surface 1. When the supporting end of the pendulum arm is at the center of curvature of the spherical concave sliding surface 1 and the weight end is at the fulcrum 6, the weight end of the pendulum arm is aligned with the spherical surface exactly on the concave sliding surface 1. restrained from moving. The weight of the structure of the earthquake protection foundation acts on the fulcrum 6, thus demonstrating the equivalence of sliding support and pendulum support. The motion of the pendulum is a function of this motion relationship and the acceleration of gravity g. The friction of the joint slider 2 is equivalent to the friction of a pendulum joint.

地震保護土台の振動の横方向固有周期が下記の
振子方程式から決定される。
The lateral natural period of vibration of the earthquake protection foundation is determined from the pendulum equation below.

T=2π√ ただし、は曲率半径R(振子の等価長さ)の
長さであり、gは重力加速度である。この方程式
は45度までの振子運動については正確であり、こ
の45度という角度は地震保護土台に生じる角度よ
りもずつと大きい。その周期は支持構造物の質量
または重量によつて決まらないことに注意すべき
である。横方向周期は曲率半径の長さを特定する
ことによつて簡単に選ばれるので、これは地震保
護土台の設計において特に価値がある。したがつ
て、任意の支持重量は同じ周期を有し、構造物の
すべての部分が同じ周期で振動するさいに互いに
共同し、構造物の応答が重量の変化または再分布
によつて影響を受けない。
T=2π√where, is the length of the radius of curvature R (equivalent length of the pendulum), and g is the gravitational acceleration. This equation is accurate for pendulum motion up to 45 degrees, which is significantly larger than the angle encountered in seismic protection foundations. It should be noted that the period is not determined by the mass or weight of the support structure. This is of particular value in the design of seismic protection foundations, since the lateral period is easily selected by specifying the length of the radius of curvature. Therefore, any supported weight has the same period, all parts of the structure cooperate with each other in vibrating with the same period, and the response of the structure is influenced by changes or redistribution of the weight. do not have.

さらに、各土台の水平方向の剛性は次のように
なる。
Furthermore, the horizontal rigidity of each base is as follows.

K=W/ ここで、Wは構造物の重量である。したがつ
て、この剛性は重量に直接に比例する。水平剛性
の中心が常に重心と一致するので、これは地震保
護土台にとつて主な利点である。したがつて、ね
じれ運動の振動がない。質量偏心を有するビルデ
イングの隅土台に生じる水平変位は、ばねまたは
ゴム・パツドを有するその他のベース絶縁装置に
くらべて、50%程度低下される。その結果、地震
保護土台は非対称構造に特に適している。
K=W/ where W is the weight of the structure. This stiffness is therefore directly proportional to weight. This is a major advantage for earthquake protection foundations, since the center of horizontal stiffness always coincides with the center of gravity. Therefore, there are no torsional vibrations. Horizontal displacements occurring in corner foundations of buildings with mass eccentricity are reduced by as much as 50% compared to other base insulation devices with springs or rubber pads. As a result, earthquake protection foundations are particularly suitable for asymmetric structures.

支点6が球形凹形滑動面1に配置されたとき、
上記運動特性及び応力分布が正確に満足される。
支点6が球形凹形滑動面1の曲率中心Cに向かう
かあるいは曲率中心Cから離れるかして、球形凹
形滑動面1から離れて位置されるときに、これら
の特性から偏差が増大する。支点6が曲率中心C
に接近して位置するときに、ゴージングとスライ
ダの安定性に逆効果を与える。支点6が曲率中心
Cに向かつて凹形滑動面の曲率半径の長さの10%
(又は凸形滑動面の直径の50%)程度に位置する
とき、すなわち凹形滑動面の曲率半径の90%程
度、曲率中心Cから離れて位置するときには、本
装置の応答に深刻な逆効果を与える。しかしなが
ら、支点6の位置が曲率中心Cから更に離れて動
かされたとき、すなわち凹形滑動面に向かつて、
凹形滑動面の曲率半径の90%を越える距離だけ曲
率中心Cから離れたときには、滑動中に凸形滑動
面3の接続縁にかかる垂直応力が先導縁にかかる
応力よりも大きくなる。この配置距離が曲率半径
Rの長さの1%(又は凸形滑動面3の直径の10
%)になるとき、すなわち支点6が曲率中心Cか
ら凹形滑動面の曲率半径の99%に相当する距離だ
け離れたときには、接続縁にかかる垂直応力は先
導縁にかかる応力よりも10%大きい。これは、ゴ
ージングに対する追加の保護としての利点があ
る。本装置の他の特性についてのわずかな再配置
の効果は無視されうる。
When the fulcrum 6 is placed on the spherical concave sliding surface 1,
The above motion characteristics and stress distribution are precisely satisfied.
The deviation from these properties increases when the fulcrum 6 is located further away from the spherical concave sliding surface 1, either towards or away from the center of curvature C of the spherical concave sliding surface 1. The fulcrum 6 is the center of curvature C
has an adverse effect on gouging and slider stability when located close to the 10% of the length of the radius of curvature of the concave sliding surface until the fulcrum 6 faces the center of curvature C.
(or 50% of the diameter of the convex sliding surface), i.e., approximately 90% of the radius of curvature of the concave sliding surface, and when located away from the center of curvature C, there is a serious adverse effect on the response of the device. give. However, when the position of the fulcrum 6 is moved further away from the center of curvature C, i.e. toward the concave sliding surface,
At a distance from the center of curvature C of more than 90% of the radius of curvature of the concave sliding surface, the normal stress on the connecting edge of the convex sliding surface 3 during sliding becomes greater than the stress on the leading edge. This arrangement distance is 1% of the length of the radius of curvature R (or 10% of the diameter of the convex sliding surface 3).
%), that is, when the fulcrum 6 is separated from the center of curvature C by a distance corresponding to 99% of the radius of curvature of the concave sliding surface, the normal stress on the connecting edge is 10% greater than the stress on the leading edge. . This has the advantage of additional protection against gouging. Minor relocation effects on other properties of the device can be ignored.

曲率半径Rの長さは、入力運動の周波数特性に
もとづいて、0.9mから15m(3から50ft)の地震
運動範囲から有効な保護を与える。短かい曲率半
径は、岩盤上の代表的な地震運動であるように、
1秒以下の主要な周期をもつ地震入力運動に対し
て適している。長い曲率半径は、深い沖積期の土
砂堆積にかかる地震運動について生じるように、
長い固有周期をもつ地震入力運動について適して
いる。曲率半径の長さの選定は、振子運動の原理
および地震の特性の関数となり、支持構造物の寸
法または重量によつては決まらない。このこと
は、支持構造物の寸法または重量の直接の関数と
して土台要素の寸法が選定される従来の構造物、
機械または基礎絶縁要素の設計とは著しく相違す
る。
The length of the radius of curvature R provides effective protection from a seismic motion range of 0.9 m to 15 m (3 to 50 ft), depending on the frequency characteristics of the input motion. A short radius of curvature is a typical seismic motion on rock;
Suitable for seismic input motions with a dominant period of less than 1 second. Long radii of curvature, as occurs for seismic movements during deep alluvial sediment deposition,
It is suitable for seismic input motions with long natural periods. The selection of the length of the radius of curvature is a function of the pendulum principle and seismic characteristics, and is not determined by the size or weight of the support structure. This applies to conventional structures where the dimensions of the foundation elements are selected as a direct function of the dimensions or weight of the supporting structure;
Significantly different from the design of mechanical or basic insulation elements.

地震保護土台の特性は、手動計算またはコンピ
ユータ解析によつて、構造物の解析モデルおよび
予測を容易にする。水平力H対水平変位△につい
ての履歴ループが第4図に示されている。限界摩
擦力がμWになる。μは摩擦係数である。地震保
護土台についての大部分の減衰は摩擦履歴減衰で
ある。摩擦履歴減衰はループ内の面積に等しい。
摩擦履歴減衰は変位に従属し、耐久構造要素の履
歴減衰と同様に動的応答に同じ効果を有してい
る。しかし、摩擦特性は予測が容易でかつ種々の
構造形状の耐久能力よりも信頼性がある。摩擦力
の方向の可逆性は、耐久構造要素における非弾性
降伏力の可逆性に対応する。本装置の自由振動応
答は、装置の変数の代表的な値について厳密に減
衰される。
The properties of seismic protection foundations facilitate analytical modeling and prediction of structures by manual calculation or computer analysis. A history loop for horizontal force H versus horizontal displacement Δ is shown in FIG. The critical frictional force becomes μW. μ is the friction coefficient. Most of the damping for seismic protection foundations is friction hysteresis damping. Friction hysteresis damping is equal to the area within the loop.
Friction hysteresis damping is displacement dependent and has the same effect on the dynamic response as hysteresis damping of durable structural elements. However, frictional properties are easier to predict and more reliable than the durability capabilities of various structural shapes. The reversibility of the direction of the frictional forces corresponds to the reversibility of the inelastic yield forces in durable structural elements. The free vibrational response of the device is tightly damped for representative values of the device variables.

μW以下の力の振幅において、入力運動の周波
数について土台にかかる相対運動はない。スライ
ダ振子の安定調和応答は、μW以上の力の振幅お
よびTo/√2以下の周期を有する入力振動が伝
達力および変位の減少によつて吸収されるように
なつている。構造物に伝達される最大力は剛基礎
接続によつて構造物に伝達される力よりも相当に
小さく、等しいエネルギ吸収をもつ粘性減衰基礎
絶縁装置によつて伝達される力よりも相当に小さ
い。
At force amplitudes below μW, there is no relative motion on the foundation for the frequency of the input motion. The stable harmonic response of the slider pendulum is such that input vibrations with force amplitudes greater than μW and periods less than To/√2 are absorbed by a reduction in transmitted force and displacement. The maximum force transmitted to the structure is significantly less than the force transmitted to the structure by a rigid foundation connection and significantly less than the force transmitted by a viscous damping foundation insulation device with equal energy absorption. .

入力振動がTo/√2よりも大きい周期を有し、
かつ1.27μg以下の加速度振幅を有しているとき
は、スライダが過渡相対運動を減衰し、調和運動
の増幅は生じない。これらの長周期大地加速度が
1.0μg以下の振幅を有するとき、絶縁物にかかる
相対運動はない。長周期の地震運動は低い加速度
振幅を有する。さらに、地震保護土台は任意の固
有周期を有するように容易に設計されているの
で、装置の変数Toおよびμはすべての長周期相
対運動を排除するように選定されうる。これらの
レベルを超える予測できない高い長周期振動が起
きた場合には、これらのレベルを超えた入力エネ
ルギーが粘性減衰によつて吸収される。粘性減衰
は粘弾性カバー15、ビルデイング要素および運
動によつて与えられる。
The input vibration has a period larger than To/√2,
When the slider has an acceleration amplitude of 1.27 μg or less, the slider damps the transient relative motion and no amplification of the harmonic motion occurs. These long-period ground accelerations
When the amplitude is less than 1.0 μg, there is no relative motion on the insulator. Long-period seismic motions have low acceleration amplitudes. Furthermore, since seismic protection foundations are easily designed to have arbitrary natural periods, the device variables To and μ can be chosen to eliminate all long-period relative motions. In the event of unpredictable high long period vibrations exceeding these levels, the input energy above these levels will be absorbed by viscous damping. Viscous damping is provided by the viscoelastic cover 15, building elements and movement.

摩擦係数μは、摩擦内面層20に用いられる特
別の乾式軸受材料のために、一定の信頼性のある
大きさになる。μの大きさは、工具を関節スライ
ダ2に簡単に取り付けかつその垂直軸のまわりに
それを回転させることによつて、構造物の耐用期
間中に定期的に点検される。摩擦内面層20のエ
ネルギ吸収容量は、公知のほとんどの地震の中で
最も過酷な地震に対して必要とされるエネルギ吸
収容量よりも数倍大きい。
The coefficient of friction μ has a certain reliable magnitude due to the particular dry bearing material used for the friction inner layer 20. The magnitude of μ is checked periodically during the life of the structure by simply mounting a tool on the articulated slide 2 and rotating it about its vertical axis. The energy absorption capacity of the friction inner surface layer 20 is several times greater than that required for the most severe of most known earthquakes.

35%から125%gの範囲内にあるピーク加速度
を有する地震振動について、時間履歴コンピユー
タ解析を用いた数値研究によれば、地震保護土台
におけるスライダ2の最大変位は代表的な装置変
数について、3.8から24cm(1.5から9.5
For seismic vibrations with peak accelerations in the range 35% to 125% g, numerical studies using time history computer analysis show that the maximum displacement of slider 2 in the seismic protection foundation is 3.8 for typical equipment variables. to 24cm (1.5 to 9.5

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 所定の曲率中心と所定の曲率半径とを有する
球形凹形滑動面を備えた部材と、 前記部材の球形凹形滑動面から間隔をあけて該
部材に対して相対移動自在に位置し、該球形凹形
滑動面に対向する所定の曲率中心を有する球形く
ぼみを有する荷重受け要素と、 前記球形凹形滑動面の曲率半径と同一の曲率半
径からなり、該球形凹形滑動面に沿つて移動可能
に摺接する凸形滑動面を有するとともに、前記荷
重受け要素の球形くぼみの曲率中心と一致する曲
率中心を有し、該球形くぼみに傾動可能に摺接す
る凸形関節面を有するスライダとからなり、 前記球形くぼみの曲率中心が、前記球形凹形滑
動面の曲率半径の90%を超える距離だけ前記球形
凹形滑動面の曲率中心から離れた位置に設定され
ていることを特徴とした地震保護土台。 2 前記球形くぼみの曲率中心が前記部材の球形
凹形滑動面に位置することを特徴とした特許請求
の範囲第1項に記載の地震保護土台。 3 前記部材の球形凹形滑動面の曲率半径が
0.9mから15mの範囲の長さを有することを特徴
とした特許請求の範囲第1項に記載の地震保護土
台。 4 前記スライダの凸形滑動面には、前記部材の
球形凹形滑動面との摺動により所定の摩擦減衰を
与える減衰部材が形成されており、該減衰部材は
所定の摩擦係数を有する乾式軸受部材にて形成さ
れていることを特徴とした特許請求の範囲第1項
に記載の地震保護土台。 5 前記部材と前記荷重受け要素との間には、両
者の相対移動に抵抗する圧縮性粘弾性部材が配置
されていることを特徴とした特許請求の範囲第1
項に記載の地震保護土台。 6 前記荷重受け要素は入れ子式に配置された第
1および第2垂直延長管を有し、該第2垂直延長
管内には圧縮性粘弾性部材が配置されていること
を特徴とした特許請求の範囲第1項に記載の地震
保護土台。 7 前記部材の球形凹形滑動面の曲率半径は前記
荷重受け要素の球形くぼみの曲率半径よりも大き
く形成されており、前記スライダの高さは前記荷
重受け要素の球形くぼみの曲率半径の2倍よりも
小さいことを特徴とした特許請求の範囲第1項に
記載の地震保護土台。
[Scope of Claims] 1. A member having a spherical concave sliding surface having a predetermined center of curvature and a predetermined radius of curvature, and a relative movement relative to the member at a distance from the spherical concave sliding surface of the member. a load receiving element having a spherical recess freely positioned and having a predetermined center of curvature facing the spherical concave sliding surface; a convex articular surface having a convex sliding surface movably sliding along the sliding surface, having a center of curvature that coincides with the center of curvature of the spherical recess of the load receiving element, and slidingly contacting the spherical recess in a tiltable manner; and the center of curvature of the spherical recess is set at a position away from the center of curvature of the spherical concave sliding surface by a distance exceeding 90% of the radius of curvature of the spherical concave sliding surface. Earthquake protection foundation featuring 2. The earthquake protection foundation according to claim 1, wherein the center of curvature of the spherical recess is located on the spherical concave sliding surface of the member. 3 The radius of curvature of the spherical concave sliding surface of the member is
Earthquake protection foundation according to claim 1, characterized in that it has a length ranging from 0.9 m to 15 m. 4 A damping member is formed on the convex sliding surface of the slider and provides a predetermined friction damping by sliding with the spherical concave sliding surface of the member, and the damping member is a dry bearing having a predetermined coefficient of friction. The earthquake protection foundation according to claim 1, characterized in that it is formed of a member. 5. Claim 1, characterized in that a compressible viscoelastic member is disposed between the member and the load receiving element to resist relative movement therebetween.
Earthquake protection foundations as described in Section. 6. The load-receiving element has first and second vertical extension tubes arranged in a nested manner, and a compressible viscoelastic member is disposed within the second vertical extension tube. Earthquake protection foundations as described in Scope 1. 7. The radius of curvature of the spherical concave sliding surface of the member is larger than the radius of curvature of the spherical recess of the load receiving element, and the height of the slider is twice the radius of curvature of the spherical recess of the load receiving element. Earthquake protection foundation according to claim 1, characterized in that it is smaller than.
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