[发明专利]负刚性装置以及具备该负刚性装置的免震结构物

说明书

技术领域

本发明涉及在重力的作用方向(铅直方向)上产生滚动、在水平力与水平位移的关系上产生负刚性的负刚性装置、以及利用该负刚性的使用于建筑或土木领域的免震(隔震)结构物。 

背景技术

作为防止向公寓等多层住宅、写字楼、独栋住宅以及桥梁等结构物过大地输入的方案，提出了各种附加于结构物的装置。例如，振子型的滑动摩擦装置通过由滑动曲面的圆弧求得的周期来免震，防止过大的输入作用在上部结构物上。但是，各种提出的装置几乎都是具有正刚性的类型，所述振子型的滑动摩擦装置也一样，其滑动机构向与重力作用的方向相反的方向滑动(伴随着水平变形向上方移动)，所以产生正刚性。 

另外，由金属材料构成的弹塑性免震器由于加工硬化、另外由粘性体材料构成的粘性免震器由于在高频率区域产生的弹性特性的刚性(弹簧)，一般具有正刚性。另外，利用了在水平面上滑动的滑动机构的免震器虽说刚性为零，但不能使力的变形的增量的方向变化。换言之，不能对结构物整体的刚性进行控制。 

作为解决这样的问题的方案，在专利文献1中，公开了调整在结构构件上产生的应力的大小或者增加制震建筑物的衰减(阻尼)效果、能够增加免震建筑物的地震外力的绝缘效果的负刚性装置、以及使用该负刚性装置的建筑结构物。 

专利文献1：日本特开2003-287079号公报 

发明内容

上述专利文献1所记载的负刚性装置、以及使用该负刚性装置的建筑结构物，适用于有效降低对结构物的过大输入的结构，具有通过将在免震层中使用的层叠橡胶、衰减装置组合起来、能够对结构物赋予所希望的刚性的优点。但是，在地震等的动态输入作用结束时，对于向规定的位置即结构物的原点的恢复，负刚性装置作为阻力而起作用，所以具有地震后的残留变形保持原样的危险，会有在余震、以后的地震时的工作状况变得不稳定的危险。 

另外，上述装置是一直向赋予负刚性的方向作用的装置，所以即使是较小的输入也容易作用，从该方面来看可以说是响应性良好，但相反，相对于由温度变化等引起的日常产生的间断的动作也同样产生负刚性，具有表现出了免震结构物所不优选的举动的问题。 

因此，本发明是鉴于上述以往的技术的问题点而完成的，其目的在于提供一种地震等之后结构物的原点恢复容易、防止余震等时工作状况变得不稳定、并且具有负刚性的装置，其中，能够调整负刚性的程度，使得相对于日常产生的间断的动作不产生负刚性或者仅限于发挥很少的负刚性，并且能够通过与复合使用的层叠橡胶体等的刚性的组合，调整免震结构物的免震效果。 

为达成上述目的，本发明的负刚性装置，其特征在于，包括：具备辊子或轮子的上构件；和形成为上侧凸起且具有一定曲率的半圆柱形(かまぼこ状：鱼糕状，纵切圆柱而得的形状，中间拱起的形状)、在包含该上侧凸起部的顶点的规定范围内曲率比其他范围小的下构件；所述上构件的辊子或轮子沿着所述下构件的上侧表面滚动，由此在超过所述规定的范围的所述上构件的变形时负刚性变化。 

从而，根据本发明，在地震等时，上构件的辊子或轮子沿着下构件的包含顶点的规定范围的上侧表面滚动，然后，当离开规定范围时，变为沿着曲率比该规定范围大的下构件的上侧表面滚动，所以在所述上构件的超过所述规定范围的变形时，负刚性变化。即，在下构件的包含顶点的规定 范围内，赋予较小的负刚性，在超过规定的范围时，能够赋予较大的负刚性，能够通过简单的结构，使振动(位移)的周期变化，调整免震结构物的免震效果。 

例如，当综合考虑复合使用的层叠橡胶体的应变依存(依赖)时，该层叠橡胶的剪切刚性不是线性，详细地说在应变较大时由于硬化现象而刚性变高，所以通过与本发明所涉及的负刚性装置组合，能够通过简单的结构、在大范围内得到线性。 

进而，在本发明中，由于在包含上侧凸起部的顶点的规定范围内将曲率形成得比其他范围小，所以相对于由于温度变化等而导致日常产生的间断的动作，能够使负刚性几乎不发挥效力，或者使得负刚性变小。另外，由于在包含上侧凸起部的顶点的规定范围内将曲率形成得比其他范围小，所以能够减小对原点恢复力的影响。 

另外，本发明的负刚性装置，其特征在于，包括：具备辊子或轮子的上构件；和形成为上侧凸起且具有一定曲率的半圆柱形、在包含该上侧凸起部的顶点的规定范围内为平面的下构件；所述上构件的辊子或轮子沿着所述下构件的上侧表面滚动，由此在超过所述规定范围的所述上构件的变形时负刚性变化。