JP2000064221A - 構造物、制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、フラップの制御を容易にすること
ができる構造物、制御装置及び制御方法を提供する。 【解決手段】 橋軸方向に沿って橋桁１の側方に設けら
れた軸方向回りに回動可能なフラップ２と、このフラッ
プ２の傾き角度を制御する制御装置と、この制御装置か
らの制御信号に基づきフラップ２を駆動するフラップ駆
動装置２３（駆動手段）とを備えた橋梁である。フラッ
プ２と橋桁１とがゴム板３（可撓性部材）により接続さ
れている。ゴム板３は、橋桁１のフェアリング１ａとフ
ラップ２を挟み込むように２枚使用しており、両端は接
着剤を用いて固定している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物の制御装置
及び制御方法に係り、特に、制振可能な橋梁、制御装置
及び制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】桁の振動を抑制するための手段として種
々のものが開発提供されている。その中で、近年、注目
されているもののひとつとしてフラップによる振動抑制
方法がある。当該方法は、桁の側方に沿設されたフラッ
プの傾き角を変化させることにより風の流れを変化させ
て桁の振動を抑制するものである。フラップの制御方法
の一例としては特開平８−１５８３１４号公報記載の発
明がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術を
もってしても、フラップの制御は非常に困難であった。
その為、各企業において膨大な資金と時間を費やし、フ
ラップの制御方法について研究・開発を進めた。現在の
制御技術（ハード及びソフト）を持ってすれば制御可能
と思われていたが、一向にフラップの制御は困難であっ
た。そこで、本発明者は、まずフラップの制御を困難に
させている原因を解明することからはじめた。長期にわ
たる風洞実験・解析を試み、ようやく制御を困難にして
いる原因を突き止めた。その原因は、フラップと橋桁の
間に隙間が存在するため、風速があがると図１０に示す
ように風の流れのパターンが変わり、ある瞬間桁に作用
する揚力とモーメント力が急変することにあった。な
お、図１０において上側と下側とは風速の高低における
状態を示しているものではない。実験でも、風速が高い
ときに上側であったり、下側であったりした。この現象
は、風速はもちろんのこと、橋桁やフラップの傾き角に
も依存するため、非常に複雑な現象であり、従来技術を
用いても、フラップの傾き角を制御するのが困難であっ
た。すなわち、前記隙間の存在により、より一層フラッ
プの制御を困難にさせていることを発見したものであ
る。

【０００４】本発明は斯かる過程を経て案出されたもの
であり、その目的とするところは、フラップの制御を容
易にすることができる構造物、制御装置及び制御方法を
提供する点にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
すべく以下に掲げる構成とした。請求項１記載の発明の
要旨は、橋軸方向に沿って構造物の側方に設けられた軸
方向回りに回動可能なフラップと、該フラップの傾きを
制御する制御装置と、該制御装置からの制御信号に基づ
きフラップを駆動する駆動手段とを備えた構造物であっ
て、前記フラップと前記構造物とが可撓性部材により接
続されていることを特徴とする構造物に存する。請求項
２記載の発明の要旨は、請求項１記載のフラップの制御
装置であって、前記構造物の振動を検出する振動検出手
段と、風速を検出する風速検出手段と、前記フラップの
傾きを検出する傾き検出手段と、前記制御手段、前記風
速検出手段、及び前記傾き検出手段からの出力信号をデ
ィジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変
換手段から出力されたディジタル信号が取り込まれるコ
ントローラとを備え、該コントローラはデータ部と演算
部とを有し、該データ部には、風速と前記フラップの傾
きを変えたときに作用する揚力とモーメント力の大きさ
についての関係が保存されており、前記演算部では、前
記データ部に保存されている前記関係と、前記ディジタ
ル信号とから振動を抑制するのに最適な力を計算し、前
記フラップの回転角を決定し、該回転角はＤ／Ａ変換手
段を介して、前記フラップ傾きを変える駆動手段に入力
され、前記フラップが回転することを特徴とする制御装
置に存する。請求項３記載の発明の要旨は、 請求項１
記載のフラップの制御方法であって、構造物の振動、風
速、前記フラップの傾きを検出し、検出されたデータの
出力信号をディジタル信号に変換し、 該ディジタル信
号と、風速と前記フラップの傾きを変えたときに作用す
る揚力とモーメント力の大きさについての関係とから振
動を抑制するのに最適な力を計算し、前記フラップの回
転角を決定し、該回転角をＤ／Ａ変換し、該Ｄ／Ａ変換
した値を、前記フラップの傾きを変える駆動手段に入力
し、前記フラップを回転させることを特徴とするフラッ
プの制御方法に存する。請求項４記載の発明の要旨は、
請求項３記載の制御方法を実行可能なプログラムが記憶
された記録媒体に存する。

【０００６】なお、本発明において「可撓性部材」と
は、ゴム板、プラ板、薄肉鋼板、不透気性膜材等、本発
明を実施する上で好適なものにすることができる。

【０００７】また、「構造物」とは、橋梁、タワー、煙
突の如き細長いもの等、本発明を実施する上で好適なも
のをいう。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、本実施
の形態に係る橋梁は、橋軸方向に沿って橋桁１の側方に
設けられた軸方向回りに回動可能なフラップ２と、この
フラップ２の傾き角度を制御する制御装置と、この制御
装置からの制御信号に基づきフラップ２を駆動するフラ
ップ駆動装置２３（駆動手段）とを備えた橋梁である。
図２にも示すように、フラップ２と橋桁１とがゴム板３
（可撓性部材）により接続されている。ゴム板３は、橋
桁１のフェアリング１ａとフラップ２を挟み込むように
２枚使用しており、両端は接着剤を用いて固定してい
る。

【０００９】制御装置は、橋桁１の振動を検出する振動
センサー１０（振動検出手段）と、風速を検出する風速
計１１（風速検出手段）と、フラップ２の傾きを検出す
る傾きポテンショメータ１２（傾き検出手段）と、振動
センサー１０、風速計１１及びポテンショメータ１２か
らの出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
２０と、Ａ／Ｄ変換器２０から出力されたディジタル信
号が取り込まれるコントローラ２１とを備えている。

【００１０】コントローラ２１はデータ部２１ｂと演算
部２１ａを有し、データ部２１ｂには、風速とフラップ
２の傾きを変えたときに作用する揚力とモーメント力の
大きさについての関係が保存されている。演算部２１ａ
では、データ部２１ｂに保存されている関係と、ディジ
タル信号とから振動を抑制するのに最適な力を計算し、
フラップ２の回転角を決定する。

【００１１】さらに、この回転角をＤ／Ａ変換する、Ｄ
／Ａ変換器２２も備えている。

【００１２】次に、フラップの制御方法を図３を用いて
説明する。

【００１３】（ステップ１）振動センサ１０に検出され
た振動に係る出力信号が、Ａ／Ｄ変換器２０によりディ
ジタル信号に変換する、コントローラ２１に入力され
る。

【００１４】（ステップ２）風速計１０に検出された風
速に係る出力信号が、Ａ／Ｄ変換器２０によりディジタ
ル信号に変換され、コントローラ２１にデジタル値とし
て入力される。

【００１５】（ステップ３）ポテンショメータ１２によ
り検出された現在のフラップ２の傾きに係る出力信号
が、Ａ／Ｄ変換器２０によりディジタル信号に変換さ
れ、コントローラ２１にデジタル値として入力される。

【００１６】（ステップ４）ステップ１より現在の橋桁
１の状態が分かるので、それをもとに振動を抑制するの
に最適な力（鉛直方向、回転方向）を計算する。

【００１７】（ステップ５）ステップ４で求めた力を発
生させるために必要なフラップ２の回転角を、データ部
２１ｂを参照しながら計算する。

【００１８】（ステップ６）ステップ５で計算した回転
角を実現するための司令をＤ／Ａ変換器２２を介してフ
ラップ駆動装置２３に送り、フラップ２を回転させる。

【００１９】以上のステップによりフラップ２を制御
し、橋桁１を制振することができる。

【００２０】本実施の形態に係る橋梁、制御装置及び制
御方法は上記の如く構成されているので、以下に掲げる
効果を奏する。

【００２１】以上のように制御することで、風の流れの
パターンは図８に示すように一定となる。すなわち、従
来技術においてはＶ２においてフェアリング１ａの下側
から上側に風が巻き込まれるが、本実施の形態では当該
巻き込みが無くなる。

【００２２】その結果、図５に示すごとく、桁に作用す
る揚力とモーメント力が連続的に変化することとなる
（図４に示す従来技術では非連続である）。

【００２３】また、風速を利用することで効率的にフラ
ップ２を制御することができる。

【００２４】また、図４及び図５に示すように従来技術
に比べて線形性が強くなるので、制御プログラム等が簡
便ですむ。

【００２５】上記実施の形態の橋桁１を用いた実験結果
を、フラップ２の角度が異なる場合の、風速と、揚力・
モーメント力との関係を図６及び図７に示しておく。

【００２６】なお、以上、橋梁について本願発明を説明
したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、フ
ラップ等の制振機構を具備する一般構造物に適用するこ
とが可能である。例えば、背の高い細身の煙突等につい
ても好適である。

【００２７】また、フェアリング１ａが設けられた橋桁
１に用いたが、フェアリング１ａが設けられていない橋
梁（橋桁）にも適用することができる。

【００２８】また、上記実施の形態においては可撓性部
材を２枚用いたが、本発明はそれに限定されず、１枚で
あってもよい。

【００２９】また、図９に示すようにフェアリング自体
を可撓性部材３０で製作しても良い。

【００３０】また、上記実施の形態においては可撓性部
材を接着しているが、ボルト固定、挟着、溶着等、本発
明を実施する上で好適な方法で固定することができる。

【００３１】また、上記構成部材の数、位置、形状等は
上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好
適な数、位置、形状等にすることができる。

【００３２】なお、各図において、同一構成要素には同
一符号を付している。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、風速が変
わっても風の流れのパターンは一定となり、従来困難で
あったフラップの制御を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る制御装置の概念図で
ある。

【図２】図１に示す橋桁の平面図である。

【図３】図１に示す制御装置の制御フローを示す図であ
る。

【図４】従来技術に係る、フラップが設けられた桁に作
用する揚力とモーメント力を示す図である。

【図５】図１に示す制御装置が設けられた図である。

【図６】風速と揚力との関係を示す図である。

【図７】モーメント力と風速との関係を示す図である。

【図８】図１に示す橋桁と従来技術に係る橋桁とにおけ
る風の流れを示す概念図である。

【図９】本発明の他の実施の形態を示す概念図である。

【図１０】従来技術に係るフラップにおける風の流れを
示す図である。

【符号の説明】

１：橋桁（構造物） １ａ：フェアリング ２：フラップ ３：ゴム板 １０：振動センサ １１：風速計 １２：ポテンショメータ ２０：Ａ／Ｄ変換器 ２１：コントローラ ２１ａ：演算部 ２１ｂ：データ部 ２２：Ｄ／Ａ変換器 ２３：フラップ駆動装置 ３０：可撓性部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 橋軸方向に沿って構造物の側方に設けら
   れた軸方向回りに回動可能なフラップと、該フラップの
   傾きを制御する制御装置と、該制御装置からの制御信号
   に基づきフラップを駆動する駆動手段とを備えた構造物
   であって、前記フラップと前記構造物とが可撓性部材に
   より接続されていることを特徴とする構造物。
2. 【請求項２】 請求項１記載のフラップの制御装置であ
   って、 前記構造物の振動を検出する振動検出手段と、 風速を検出する風速検出手段と、 前記フラップの傾きを検出する傾き検出手段と、 前記制御手段、前記風速検出手段、及び前記傾き検出手
   段からの出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変
   換手段と、 該Ａ／Ｄ変換手段から出力されたディジタル信号が取り
   込まれるコントローラとを備え、 該コントローラはデータ部と演算部とを有し、該データ
   部には、風速と前記フラップの傾きを変えたときに作用
   する揚力とモーメント力の大きさについての関係が保存
   されており、前記演算部では、前記データ部に保存され
   ている前記関係と、前記ディジタル信号とから振動を抑
   制するのに最適な力を計算し、前記フラップの回転角を
   決定し、該回転角はＤ／Ａ変換手段を介して、前記フラ
   ップ傾きを変える駆動手段に入力され、前記フラップが
   回転することを特徴とする制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のフラップの制御方法であ
   って、 構造物の振動、風速、前記フラップの傾きを検出し、 検出されたデータの出力信号をディジタル信号に変換
   し、 該ディジタル信号と、風速と前記フラップの傾きを変え
   たときに作用する揚力とモーメント力の大きさについて
   の関係とから振動を抑制するのに最適な力を計算し、前
   記フラップの回転角を決定し、 該回転角をＤ／Ａ変換し、該Ｄ／Ａ変換した値を、前記
   フラップの傾きを変える駆動手段に入力し、前記フラッ
   プを回転させることを特徴とするフラップの制御方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の制御方法を実行可能なプ
   ログラムが記憶された記録媒体。