JP2000002018A - 構造物制振装置 - Google Patents
構造物制振装置Info
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Abstract
ル相互間で構造物の揺れを効果的に低減させ、大地震発
生時に、構造物の大変位を許容させる。 【解決手段】 隣接する構造物としてのビル11 ,
12 ,13 同士を、油圧シリンダ4を内蔵した伸縮ケー
シング2で連結する。油圧シリンダ4と伸縮ケーシング
2の内側筒体との間にロック機構を介在させる。各ビル
11 ,12 ,13 に、上記伸縮ケーシング2の連結位置
と同じ高さ位置付近に変位検出器101 ,10 2 ,10
3 を設置する。ビル11 ,12 ,13 の変位を変位検出
器101 ,10 2 ,103 で検出し、その値を基に制御
器11から油圧シリンダ4に制御指令を与えるようにす
るか、又は、ロック機構にロック解除指令を与えるよう
にする。
Description
ある構造物相互の主として強風による揺れを抑えるよう
にするための構造物制振装置に関するものである。
対策の一つとして、火災発生時に隣接するビルへ避難で
きるようにするために、隣接するビル間に連絡橋を架設
するようにしている場合がある。
のビルの振動を抑える工夫が行われているものもある。
その一例を示すと、図13(イ)(ロ)に示す如く、隣
接する一方のビルaから他方のビルbへ向けて連絡橋c
を張り出させるように架け、且つビルb側に固定されて
連絡橋cを移動可能に支持するようにした支持台dと、
連絡橋cの張り出し端部との間にオイルダンパeを介在
させ、振動発生時にビルa,bの振動エネルギーをオイ
ルダンパeで吸収することができるようにしてある(実
開昭63−45810号公報)。
(イ)(ロ)に示すものの場合、上記オイルダンパeで
はビルa,b間の大きな相互変位を瞬時に吸収すること
はできないので、大地震時に発生するビルa,b間の大
きな相互変位を許容することができず、そのため、オイ
ルダンパe自体やビルa,bが損傷を受ける可能性があ
る。
さな地震発生時には制振機能を最大限に発揮させること
ができると共に、大地震発生時には構造物の大きな相互
変位を許容することができるようにしようとするもので
ある。
決するために、隣接する構造物同士を、外側筒体に内側
筒体を挿入してテレスコープ状に組み立ててなる伸縮ケ
ーシングにより連結して、該伸縮ケーシング内位置にて
外側筒体と内側筒体との間にアクティブ型動吸振機を装
備させ、且つ該アクティブ型動吸振機と内側筒体との間
にロック機構を介在させ、更に、上記構造物に揺れ検知
センサーを設置すると共に、該揺れ検知センサーからの
信号を基に上記アクティブ型動吸振機への制御指令と上
記ロック機構へのロック解除指令を送る制御器を備えた
構成とする。
造物の揺れが揺れ検知センサーにて検出され、その値を
基に、制御器から構造物を押し引きする制御指令がアク
ティブ型動吸振機に送られるため、構造物の揺れが効果
的に抑えられる。一方、大地震が発生して構造物に大き
な相対変位が発生した場合には、制御器からロック機構
へロック解除指令が送られることによりアクティブ型動
吸振機と内側筒体とのロックが解かれるため、伸縮ケー
シングは自由に伸縮できることになり、構造物の大きな
相対変位を許容することができる。
ンダを用いるようにした構成とすることにより、伸縮ケ
ーシングの伸縮制御を高精度に行わせることができる。
内側筒体を挿入してテレスコープ状に組み立ててなる伸
縮ケーシングにより連結して、該伸縮ケーシング内位置
にて外側筒体と内側筒体との間に、パッシブ型動吸振機
を介在させ、且つ該パッシブ型動吸振機と内側筒体との
間にロック機構を装備させ、更に、上記構造物に揺れ検
知センサーを設置すると共に、該揺れ検知センサーから
の信号を基に上記ロック機構へロック解除指令を送る制
御器を備えた構成とした場合は、パッシブ型動吸振機の
減衰係数を最適に選定しておくことによって、強風時等
の構造物の揺れを効果的に減衰させることができる。
パを用いるようにした構成とすることによって、より簡
単な構成とすることができる。
体を介在させ、伸縮ケーシングを多段伸縮構造とした構
成とすることによって、構造物のより大きな相対変位を
許容できるようになる。
キ、メカニカルブレーキ又は電磁式ブレーキを用いるよ
うにした構成とすることにより、ロック機構の作動を確
実なものとすることができる。
に、球面軸受、自在継手又は緩衝部材を介在させるよう
にした構成とすることにより、連結部に作用するあらゆ
る方向の力を吸収することができる。
を参照して説明する。
(ロ)、図3(イ)(ロ)は本発明の実施の一形態を示
すもので、構造物としての3つのビル11 ,12 ,13
が3角形の配置に並んでいる場合について示す。斜め左
右方向に隣接するビル11 と12、12 と13 の相対向
するコーナー部同士を、アクティブ型動吸振機を内蔵さ
せた伸縮ケーシング2にて連結し、且つ上記アクティブ
型動吸振機の制御装置を設ける。
(ロ)に詳細を示す如く、外側筒体2aに内側筒体2b
を挿入してテレスコープ状に組み立ててなり、長手方向
の両端となる外側筒体2aの基端と内側筒体2bの先端
とを、それぞれ球面軸受3を介してビル11 ,12 ,1
3 の外壁部の所要高さ位置に水平に取り付けるようにし
てある。
の形態では油圧シリンダ4としてあり、伸縮ケーシング
2内において、外側筒体2aの基端部に、ヘッド側部分
を、取付部材5を介して長手方向に沿うようカンチレバ
ー式に取り付けると共に、ピストンロッド4aの先端部
を、コンロッド14及びロック機構6を介して内側筒体
2bの内側部に着脱可能に連結した構成としてある。
は油圧式ブレーキを採用しており、内側筒体2bの内壁
上下部に長手方向に沿うよう固設したブレーキ板7と、
該上下のブレーキ板7を両側から挾持するようにしたブ
レーキシュー8と、上記油圧シリンダ4側のコンロッド
14の先端部に取り付けて上記上下の各ブレーキシュー
8を保持するようにしたブレーキ本体フレーム9とから
なる構成としてある。なお、ブレーキシュー8は、圧油
を抜くことにより内蔵したばねが開いてブレーキ力が解
除されるようにしてあり、制御装置からの指令及び停電
時に圧油が抜かれるようにしてある。
ル11 ,12 ,13 の伸縮ケーシング2連結レベルと同
一レベル付近に設置した揺れ検知センサーとしての変位
検出器101 ,102 ,103 と、該変位検出器1
01 ,102 ,103 で検出した変位を比較して変位の
小さい方のビル11 又は12 、12 又は13 を基準に変
位の大きい方のビル12 又は11 、13 又は12 を押し
引きするように上記油圧シリンダ4へ制御力u1 ,u2
の信号を送る制御器11を備えた構成としてある。な
お、図2(イ)(ロ)において、12は外側筒体2aと
内側筒体2bとの間に設けられた伸縮作動用のガイドロ
ーラ、13はブレーキ本体フレーム9と内側筒体2bと
の間に設けられた摺動ガイド機構を示す。
生した場合、各ビル11 ,12 ,1 3 に設置してある変
位検出器101 ,102 ,103 で変位が検出され、隣
接するビル11 と12 、12 と13 の変位が制御器11
に入れられて比較された後、変位の小さい方のビル11
又は12 、12 又は13 を基準に変位の大きい方のビル
12 又は11 、13 又は12 を押し引きするように油圧
シリンダ4が駆動される。油圧シリンダ4が駆動される
と、ピストンロッド4aの先端にコンロッド14を介し
て連結してあるロック機構6が内側筒体2bにロックさ
れているため、ピストンロッド4aの移動力が内側筒体
2bに伝えられる結果、伸縮ケーシング2が伸縮させら
れ、その力がビル11 ,12 ,13 に与えられる。この
場合、ビル11 ,12 ,13 の変位は、それぞれビル1
1 ,12 ,13 に作用する外力によって変化するので、
一つのビル11 又は12 又は13 を基準として見れば、
油圧シリンダ4により引張り力と押し力の二つの状態が
発生する。よって、この力により隣接するビル11 と1
2 、12 と13 相互間の揺れを効果的に低減させること
ができる。なお、本発明では、予め、ビル11 ,12 ,
13 に作用する予想の外力(中小地震まで)により油圧
シリンダ4の最大ストロークが設定してある。
1 と12 、12 と13 への連結部には、球面軸受3が介
在しているため、連結部に作用するあらゆる方向の力を
吸収することができる。
(ハ)において、各ビル11 ,12 ,13 の変位検出器
101 ,102 ,103 で検出した変位信号を基に、制
御器11で各伸縮ケーシング2内の油圧シリンダ4への
制御力u1 ,u2 が算出される。この制御力u1 ,u2
はLQ制御理論あるいはH∞制御理論を用いることによ
って算出される。
に示す。なお、x1 〜xn はビル1 1 〜1n の変位、X
1 〜Xn はビル11 〜1n の速度、k11〜knnは定数を
示す。 油圧シリンダ4を力制御で駆動する場合、制御力は力の
次元をもつので、右辺のフィードバックゲイン行列は、
それぞればね定数、減衰係数となる。したがって、この
(1) 式の右辺を最適化し、油圧シリンダ4の制御力
u1 ,u2 …un を求めることにより、ビル11 ,12
…1n の揺れを低減させることができる。
12 ,13 は共振すると大きく揺れ、油圧シリンダ4に
設定してある最大ストロークよりも大きな変位となって
しまうことになる。このような場合は、変位検出器10
1 ,102 ,103 により検出された値が制御器11に
て大変位と判断され、制御器11からロック機構6にロ
ック解除指令が送られることになる。すなわち、伸縮ケ
ーシング2の外側筒体2aと内側筒体2bとの間のロッ
ク機構6として設けられている油圧式ブレーキのブレー
キシュー8に対する圧油が抜かれることになり、その結
果、伸縮ケーシング2の外側筒体2aと内側筒体2bと
は互いに縁が切られてフリーな状態となる。そのため、
上記隣接するビル11 と12 、12 と13 が互いに離れ
る方向に大きく変位する場合には、図3(イ)に示す如
く、伸縮ケーシング2の内側筒体2bは外側筒体2aよ
り引き出され、逆に、隣接するビル11 と12 、12 と
1 3 が互いに接近する方向に大きく変位する場合は、図
3(ロ)に示す如く、伸縮ケーシング2の内側筒体2b
は外側筒体2a内に押し込まれることになる。したがっ
て、伸縮ケーシング2及び油圧シリンダ4は、隣接する
ビル11 と12 、1 2 と13 間の大きな相対変位を許容
することができ、これにより、伸縮ケーシング2の取付
部において、伸縮ケーシング2や油圧シリンダ4が損傷
を受けてしまうことを防ぐことができる。
て、ロック機構6の他の例を示すものである。すなわ
ち、油圧シリンダ4のピストンロッド4aに連結してあ
るコンロッド14の先端に、長手方向の中央部を仕切り
板15で仕切った角筒状のベースフレーム16を、伸縮
ケーシング2の長手方向に沿うよう連設し、該ベースフ
レーム16内に互いに逆向きに調整用ジャッキ17を組
み入れ、又、上記ベースフレーム16の上下面のそれぞ
れ前半部及び後半部に、上記調整用ジャッキ17の作動
により長手方向へのみ所要量移動できるようにスライド
プレート18を水平に組み付け、且つ該各スライドプレ
ート18上に、長手方向で対向するようにロック用ジャ
ッキ19を設置すると共に、該ロック用ジャッキ19の
先端部に、ロック爪21aを有する操作リンク21の後
端部をピン連結して、該操作リンク21の中間部を、ス
ライドプレート18上に固設したブラケット20に回動
自在に連結し、更に、内側筒体2bの内側面における前
後の操作リンク21と対応する位置に、爪受ブロック2
2をそれぞれ固設した構成としてある。図2(イ)
(ロ)と同一部分には同一符号が付してある。
で対向するロック用ジャッキ19を伸長作動させると、
操作リンク21の回動を介しロック爪21aがそれぞれ
外側に張り出て爪受ブロック22の長手方向で対向する
側の面に当接し、これにより、内側筒体2bの移動を拘
束することができる。又、制御器11からロック解除指
令が出されると、ロック用ジャッキ19が収縮作動させ
られることにより、ロック爪21が爪受ブロック22か
ら離反させられて内側に退避させられるため、内側筒体
2bは長手方向に自由に動くことができる。なお、ロッ
ク爪21aを爪受ブロック22に当接させる初期設定作
業、あるいは、大地震が起きた後の復旧作業は、調整用
ジャッキ17の伸縮作動でスライドプレート18を長手
方向へスライドさせて、前後のスライドプレート18の
間隔を調整することにより容易に実施することができ
る。
他の実施の形態を示すもので、図4に示すロック機構6
の構成を、内外で逆に構成したものである。すなわち、
長手方向の前後に所要間隔を隔てて配置した端面板23
aと該前後の端面板23aの間を連結する連結板23b
とからなるロックフレーム23を、ピストンロッド4a
の先端に連結してあるコンロッド14の先端に連設し
て、上記前後の端面板23aの対向部上下位置に爪受ブ
ロック22をそれぞれ取り付け、一方、内側筒体2bの
内側上下面部には、長手方向に沿うようベースフレーム
24を取り付けると共に、該ベースフレーム24の内側
前後部に、調整用ジャッキ17の作動によってガイド機
構25を介し長手方向へのみ移動できるようにした左右
一対のスライドプレート18をそれぞれ幅方向を立てて
配置し、且つ該各左右のスライドプレート18間に、ロ
ック用ジャッキ19を対向するように設置し、各ロック
用ジャッキ19の先端部に、上記爪受ブロック22に対
応させて、ロック爪21aを有する操作リンク21をピ
ン連結し、操作リンク21を左右のスライドプレート1
8間にそれぞれ枢着したものである。
場合も、図4に示すロック機構と同様な作用効果を奏し
得る。
に他の実施の形態として、図5の変形例を示すものであ
る。すなわち、図5に示したものと同様な構成におい
て、ベースフレーム24を不要とし、且つロックフレー
ム23には、端面板23aの下側部のみに爪受ブロック
22を一体形成し、更に、スライドプレート18のガイ
ド機構として、スライドプレート18自体の前後部にガ
イド輪26を設けたものである。
と、ロック機構6の構造を簡略化することができる。
すもので、上記各実施の形態と同様な構成において(図
では図2の実施の形態に対応させた場合を示す)、アク
ティブ型動吸振機としての油圧シリンダ4に代えて、パ
ッシブ型動吸振機としてオイルダンパ27を採用したも
のである。
シング2を、図1(イ)(ロ)に示したと同様に設置し
たとすると、ビル11 と12 を対象に一自由度系を考え
た場合、ビル11 ,12 の応答はそれぞれ図8(イ)
(ロ)のようになる。これを合成すると図9の如くなる
(但し、f1 <f2 とする)。図9において、P,Q
は、理論的に知られているP,Q点法の最適点である。
上記(1) 式における右辺のフィードバックゲイン行列の
一部が零で、且つすべての要素が正の値をとることであ
る。したがって、P,Q法で得られた最適点P,Qを通
る応答曲線を求めて、P,Q点を通るようにオイルダン
パ27の減衰係数を最適化することによって、ビル
1 1 ,12 の揺れを効果的に抑えることができる。又、
オイルダンパ27の場合、油圧シリンダ4のような圧油
制御が不要であるから全体を安価に製作することができ
る。
いて特定したが、n個のビルについては同様な手法より
n個存在する最適点を求め、これらn個を通る応答曲線
を求めて、n個の応答点を通るようにオイルダンパ27
を決定すればよい。
態を示すもので、上記各実施の形態において(図では図
4の実施の形態に対応させた場合を示す)、伸縮ケーシ
ング2を、外側筒体2aと内側筒体2bとの間に、中間
筒体2cを介在させて多段(3段)伸縮構造としたもの
である。なお、中間筒体2cを複数設けて4段以上の多
段伸縮構造としてもよい。
ビル11 と12 、12 と13 間の更に大きな変位を許容
吸収することができる。
11 ,12 ,13 のコーナー部同士を連結する場合を示
したが、ビルの並び方によっては、図11に示す如く、
ビル11 〜112が整列している場合に各ビルの側壁部同
士を連結するようにしてもよいこと、又、ビル11 と伸
縮ケーシング2の連結部について示す図12のように各
ビルと伸縮ケーシング2との連結部には、積層ゴム28
の如き緩衝部材や自在継手を介在させるようにしてもよ
いこと、更に、伸縮ケーシング2の内側筒体2bと動吸
振機との間には、メカニカルブレーキや電磁式ブレーキ
等をロック機構6として介在させるようにしてもよいこ
と、更に又、ビルの揺れ検知センサーとしては変位検出
器に代えて、検出した速度を1回積分して変位を求める
ようにした速度検出器や、検出した加速度を2回積分し
て変位を求めるようにした加速度検出器を用いてもよ
く、油圧シリンダ4の制御は速度あるいは加速度の大小
で行うようにしてもよいこと、更に、ビル以外の構造物
についても同様に採用できること、その他本発明の要旨
を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは
勿論である。
置によれば、次の如き優れた効果を発揮する。 (1) 隣接する構造物同士を、外側筒体に内側筒体を挿入
してテレスコープ状に組み立ててなる伸縮ケーシングに
より連結して、該伸縮ケーシング内位置にて外側筒体と
内側筒体との間にアクティブ型動吸振機を装備させ、且
つ該アクティブ型動吸振機と内側筒体との間にロック機
構を介在させ、更に、上記構造物に揺れ検知センサーを
設置すると共に、該揺れ検知センサーからの信号を基に
上記アクティブ型動吸振機への制御指令と上記ロック機
構へのロック解除指令を送る制御器を備えた構成として
あるので、強風や中小の地震が発生して構造物が揺れた
場合に、各構造物の変位を基にアクティブ型動吸振機を
駆動することによって、隣接する構造物相互の揺れを効
果的に低減することができ、各構造物に制振装置を単独
で設置する場合よりもコストパフォーマンスがよくて、
省エネ化を図ることができ、又、大地震が発生したよう
な場合は、ロック機構を解除して伸縮ケーシングの伸縮
をフリーにすることができることにより、構造物の大変
位を許容することができ、伸縮ケーシング及び動吸振機
の損傷を防ぐことができる。 (2) アクティブ型動吸振機として油圧シリンダを用いる
ようにした構成とすることにより、構造物の揺れを精度
よく抑えることができる。 (3) 隣接する構造物同士を、外側筒体に内側筒体を挿入
してテレスコープ状に組み立ててなる伸縮ケーシングに
より連結して、該伸縮ケーシング内位置にて外側筒体と
内側筒体との間に、パッシブ型動吸振機を介在させ、且
つ該パッシブ型動吸振機と内側筒体との間にロック機構
を装備させ、更に、上記構造物に揺れ検知センサーを設
置すると共に、該揺れ検知センサーからの信号を基に上
記ロック機構へロック解除指令を送る制御器を備えた構
成とすることにより、パッシブ型動吸振機の減衰係数を
隣接する構造物に合わせて最適化しておくことによっ
て、構造物の揺れを効果的に低減することができる。 (4) パッシブ型動吸振機としてオイルダンパを用いるよ
うにした構成とすることにより、構造がシンプルでメン
テナンスが容易となるため、装置全体を安価に製作する
ことができる。 (5) 外側筒体と内側筒体との間に中間筒体を介在させ、
伸縮ケーシングを多段伸縮構造とした構成とすることに
よって、大地震発生時の構造物間の大きな変位を許容す
ることができる。 (6) ロック機構として、油圧式ブレーキ、メカニカルブ
レーキ又は電磁式ブレーキを用いるようにした構成とす
ることにより、ロック機構によるロック解除を確実に行
うことができる。 (7) 伸縮ケーシングの構造物への連結部に、球面軸受、
自在継手又は緩衝部材を介在させるようにした構成とす
ることにより、連結部に作用するあらゆる方向の力を吸
収することができる。
もので、(イ)は概略平面図、(ロ)は概略側面図、
(ハ)は制御ブロック図である。
(イ)は切断正面図、(ロ)は(イ)のA−A方向矢視
図である。
グが伸長した状態の、又、(ロ)は伸縮ケーシングが収
縮した状態の概要図である。
る。
(イ)は切断正面図、(ロ)は(イ)のB−B方向矢視
図である。
(イ)は切断正面図、(ロ)は(イ)のC−C方向矢視
図、(ハ)は(イ)の部分拡大図である。
ので、(イ)は一つの構造物の応答倍率と周波数との関
係の一例を示す図、(ロ)は隣接する構造物の応答倍率
と周波数との関係の一例を示す図である。
である。
ある。
図である。
を介在させた状態の概略図である。
もので、(イ)は概略側面図、(ロ)は(イ)のD部拡
大図である。
ー) 11 制御器 27 オイルダンパ(パッシブ型動吸振機) 28 積層ゴム
Claims (7)
- 【請求項1】 隣接する構造物同士を、外側筒体に内側
筒体を挿入してテレスコープ状に組み立ててなる伸縮ケ
ーシングにより連結して、該伸縮ケーシング内位置にて
外側筒体と内側筒体との間にアクティブ型動吸振機を装
備させ、且つ該アクティブ型動吸振機と内側筒体との間
にロック機構を介在させ、更に、上記構造物に揺れ検知
センサーを設置すると共に、該揺れ検知センサーからの
信号を基に上記アクティブ型動吸振機への制御指令と上
記ロック機構へのロック解除指令を送る制御器を備えた
構成を有することを特徴とする構造物制振装置。 - 【請求項2】 アクティブ型動吸振機として油圧シリン
ダを用いるようにした請求項1記載の構造物制振装置。 - 【請求項3】 隣接する構造物同士を、外側筒体に内側
筒体を挿入してテレスコープ状に組み立ててなる伸縮ケ
ーシングにより連結して、該伸縮ケーシング内位置にて
外側筒体と内側筒体との間に、パッシブ型動吸振機を介
在させ、且つ該パッシブ型動吸振機と内側筒体との間に
ロック機構を装備させ、更に、上記構造物に揺れ検知セ
ンサーを設置すると共に、該揺れ検知センサーからの信
号を基に上記ロック機構へロック解除指令を送る制御器
を備えた構成を有することを特徴とする構造物制振装
置。 - 【請求項4】 パッシブ型動吸振機としてオイルダンパ
を用いるようにした請求項3記載の構造物制振装置。 - 【請求項5】 外側筒体と内側筒体との間に中間筒体を
介在させ、伸縮ケーシングを多段伸縮構造とした請求項
1、2、3又は4記載の構造物制振装置。 - 【請求項6】 ロック機構として、油圧式ブレーキ、メ
カニカルブレーキ又は電磁式ブレーキを用いるようにし
た請求項1、2、3、4又は5記載の構造物制振装置。 - 【請求項7】 伸縮ケーシングの構造物への連結部に、
球面軸受、自在継手又は緩衝部材を介在させるようにし
た請求項1、2、3、4、5又は6記載の構造物制振装
置。
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JP17002498A JP3876532B2 (ja) | 1998-06-17 | 1998-06-17 | 構造物制振装置 |
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1998
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