JP2000096514A - 高架橋の上下振動の制振装置 - Google Patents

高架橋の上下振動の制振装置

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JP2000096514A
JP2000096514A JP10263260A JP26326098A JP2000096514A JP 2000096514 A JP2000096514 A JP 2000096514A JP 10263260 A JP10263260 A JP 10263260A JP 26326098 A JP26326098 A JP 26326098A JP 2000096514 A JP2000096514 A JP 2000096514A
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JP
Japan
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bridge girder
lever
tmd
reaction
vibration
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JP10263260A
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English (en)
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Hisaaki Otsuka
久哲 大塚
Takeyasu Suzuki
猛康 鈴木
Homare Kaneko
誉 金子
Fujita Katsukawa
藤太 勝川
Mamoru Izawa
衛 井澤
Taro Tonegawa
太郎 利根川
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Nippon Steel Corp
Kumagai Gumi Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Kumagai Gumi Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 橋桁中央部にTMDを設置するとともに、橋
脚や橋台以外から反力を取れるようにし、交通振動によ
る橋桁の上下振動を最も効果的に制振する。 【解決手段】 橋桁1の両端を橋脚2,2が支承し、こ
の橋桁1の下方部に橋桁1と略平行に反力梁3を設置す
る。橋桁1及び反力梁3の略中央部から夫々対峙する方
向へロッド4,5を突設し、該橋桁1と反力梁3間に上
下回動可能な梃子6を介装する。梃子6の一端部に反力
梁のロッド5を連結し、梃子6の一端部に近い位置に橋
桁のロッド4を連結する。更に、動吸振器(TMD)1
0を梃子6の他端部に連結する。橋桁1から外力が反力
梁3に伝わると、反力梁3は反力を梃子6に返す。その
反力は梃子6を介してTMD10を振動させる。その結
果生じたTMD10の慣性力は梃子6により増幅された
後、橋桁1に制御力として作用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高架橋の上下振動の
制振装置に関するものであり、特に、動吸振器を設置し
て橋桁の上下振動を低減させる制振装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】道路高
架橋や鉄道橋の交通振動対策の一つとして、重錘と、該
重錘を支持するばねと、該重錘の上下振動エネルギーを
吸収するためのダンパとからなる動吸振器(Tuned Mass
Damper、以下「TMD」という)を橋桁中央部に設置
する方法が試みられている。
【0003】しかし、タワーのような高層の建築物の最
上階にTMDを設置する場合のように、該TMDの振動
が効果的に構造物の制振に寄与する構造系と異なり、前
記橋桁の上下振動の制振では、比較的大きな重錘を採用
しても著しい制振効果を得ることが困難である。このた
め、TMDによる制振効果は数値解析、実験を通じて確
認されてはいるものの、実用化までには至っていない。
【0004】TMDによる制振効果を高めるには、TM
Dの重錘を大きくするか、或いは電気や油圧モータを用
いて重錘を強制的に振動させるアクティブ制御を取り入
れる必要がある。しかし、前者の場合は、装置の設置ス
ペースやコストの点から現実的には実用化が困難であ
り、また、後者の場合は、制振効果はあるものの、メン
テナンスに多大なコストが掛かるので、一般には採用さ
れにくい。
【0005】一方、地震時に橋桁の水平振動を低減する
目的で、橋台または橋脚と橋桁との相対変位或いは反力
を梃子にて数倍に増幅させ、前記橋桁に可動状態で設置
したTMDを強制的に振動させる制振装置が提案されて
いる(特開平8-120619号公報)。該公報記載の制振装
置は、比較的小さな重錘でも地震の非定常振動に対して
大きな制振効果を発揮する。
【0006】また、該公報記載の制振装置は、TMDを
強制的に加振させるために反力を必要とするが、橋梁の
地震時の振動では橋桁全体が橋軸方向へ並進する振動モ
ードが卓越するため、TMDを橋桁のどの位置に設置し
ても同一の制振効果を得ることができ、橋桁の端部に於
いて橋台または橋脚から反力が取れる位置にTMDを設
置できる。しかし、交通振動による橋桁の上下振動(撓
み)では、前述したように橋桁中央部で制振装置を作用
させる必要があり、橋脚や橋台から最も遠い位置になる
ため、TMDの反力を得ることが極めて困難である。
【0007】そこで、橋桁中央部にTMDを設置すると
ともに、橋脚や橋台以外から反力を取れるようにし、交
通振動による橋桁の上下振動を最も効果的に制振するた
めに解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発
明はこの課題を解決することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために提案されたものであり、橋脚や橋台に支承さ
れた橋桁と略平行に反力梁を設置し、該橋桁及び反力梁
の略中央部から夫々対峙する方向へロッドを突設して、
該橋桁と反力梁間に上下回動可能な梃子を介装し、該梃
子の一端部に前記反力梁のロッドを連結するとともに、
該梃子の一端部に近い位置に前記橋桁のロッドを連結
し、更に、重錘と、該重錘を支持するばねと、該重錘の
上下振動エネルギーを吸収するためのダンパとからなる
動吸振器を設け、該動吸振器を前記梃子の他端部に連結
した高架橋の上下振動の制振装置を提供するものであ
る。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に従って詳述する。図1は高架橋の制振装置の模式図
であり、橋桁1の両端を橋脚2,2が支承し、この橋桁
1と略平行に反力梁3を設置してある。本実施の形態で
は、反力梁3はトラス構造であり、橋桁1の下方或いは
側方に該橋桁1と同じ支間長Lで単純支持されている。
【0010】そして、橋桁1及び反力梁3の略中央部か
ら夫々対峙する方向へロッド4,5を突設し、該橋桁1
と反力梁3間に上下回動可能な梃子6を介装する。該梃
子6の一端部に前記反力梁のロッド5を連結するととも
に、該梃子6の一端部に近い位置に前記橋桁のロッド4
を連結する。更に、重錘7と、該重錘7を支持するばね
8と、該重錘7の上下振動エネルギーを吸収するための
ダンパ9とからなる動吸振器(以下、TMDという)1
0を設け、このTMD10を前記梃子6の他端部に連結
する。尚、rL は梃子比率である。
【0011】ここで、高架橋を通過する車両により橋桁
1の撓み振動(交通振動)が発生する。この振動は前記
ロッド4を介して梃子6に伝わり、ロッド5の取付け位
置を中心として該梃子6を回転振動させるため、橋桁振
動のrL 倍の振幅でTMD10を振動させることができ
る。その結果生じたTMD10の慣性力が梃子6の先端
に伝わると、反力梁3から反力が得られるので、TMD
10の慣性力のrL 倍に増幅して前記橋桁1に制御力と
して作用する。
【0012】図2は橋桁−TMD系の力学モデルを示
し、モデル化に際して橋桁、TMD、反力梁を夫々1自
由度系に置換する。各質点は梃子により相互に拘束され
る。同図の梃子に於いて、TMD設置部は力点、反力梁
設置部は支点、橋桁との連結部は作用点となる。
【0013】次に、橋桁に荷重が作用した場合の系の運
動方程式を示す。
【0014】
【数1】 ここに、mS :橋桁の曲げ1次振動モードの換算質量、
R :反力梁の曲げ1次振動モードの換算質量、mT :T
MDの質量、kS :橋桁の曲げ1次振動モードの換算ば
ね定数、kR :反力梁の曲げ1次振動モードの換算ばね
定数、kr :TMDのばね定数、cS :橋桁の曲げ1次振
動モードの換算減衰係数、cR :反力梁の曲げ1次振動
モードの換算減衰係数、cT :TMDの減衰係数、uS :
橋桁の変位、uR :反力梁の変位、uT :TMDの変位、
r :梃子先端(TMD設置部)上の仮想質点の変位、
尚uS ・uR ・uT 上のドットは時間微分を表す。ま
た、1式に於いて、梃子比率をrL =1とおくと反力ト
ラスに関する項がすべて消え、橋桁−在来型TMDの2
自由度振動系運動方程式となる。
【0015】前記1式に基づいて理論解析を行うに際
し、表1に示すようなパラメータを設定する。在来型T
MDは梃子がないので梃子比率rL =1であり、本発明
に用いるTMDは梃子比率rL =5とする。
【0016】
【表1】 ここに、μ´:橋桁に対する反力梁の質量、ν´:橋桁に
対する反力梁の固有振動数比、λ:橋桁に対する調和外
力の固有振動数比(外力振動数比)である。また、橋桁
・反力梁の減衰定数はともにゼロとしている。
【0017】次に、橋桁に対する反力梁の剛性比κを2
式にて定義する。
【0018】
【数2】 2式に於いてμ´を一定とすれば、ν´が大きくなるほ
どκも大きくなる。
【0019】図3は在来型TMDを設置した橋桁、或い
は、本発明の装置に於けるTMDを設置した橋桁等に、
夫々表1の条件下で調和外力が作用した場合の共振曲線
を示し、ν´以外のパラメータを固定し、ν´をν´→
∞(kR →∞)から小さくしていくと、橋桁の動的応答
倍率(DMF)の最大値は大きくなることがわかる。表
1の条件下では、ν´を3.1以上にすることにより、
DMFの最大値を在来型TMDよりも小さくすることが
できる。このとき剛性比κは14%以上が必要になる。
【0020】また、ν´=4.0にすると、本発明の装
置に於けるTMDは、DMFの最大値を在来型TMDの
それより50%小さくすることができる。このとき、剛
性比κは24%となる。即ち、反力梁の剛性が元の橋桁
の2割程度の剛性で、最も大きな制振効果を発揮し、非
定常振動に対しても橋桁の振動を1/2〜1/10に低
減できる。
【0021】図4は無制振の橋桁と、表1のパラメータ
を有する在来型TMDを設置した橋桁及び本発明の装置
に於けるTMDを設置した橋桁とに、夫々振動加速度波
形を入力したときの橋桁の変位応答を示すものである。
この結果を比較してみれば、無制振の橋桁及び在来型T
MDを設置した橋桁より本発明の装置に於けるTMDを
設置した橋桁が、全体的に変位応答を低減でき、且つ、
最大応答変位の低減率も向上されていることが分かる。
【0022】尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない
限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該
改変されたものに及ぶことは当然である。
【0023】
【発明の効果】本発明は上記一実施の形態に詳述したよ
うに、橋桁と略平行に反力梁を設置し、橋桁及び反力梁
の略中央部にTMDを設けて、反力梁とTMDを梃子で
連結することにより、反力梁の撓み振動を許容しつつ、
橋桁と反力梁との相対変位を梃子で数倍に増幅させてい
る。このように、反力梁にある程度の剛性を持たせてそ
れ自体も撓む梁とすることにより、橋桁に反力梁を建設
することが現実的に実施可能となった。
【0024】そして、本発明の制振装置では、油圧装置
や電気装置などの外部からのエネルギーを使用せず、反
力梁から反力を取ることにより、従来のTMDでは不十
分であった橋桁の交通振動による上下振動を最も効果的
に制振できる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の一実施の形態を示すものである。
【図1】高架橋の制振装置の模式図。
【図2】橋桁−TMD系の力学モデルを示す解説図。
【図3】在来型TMDを設置した橋桁或いは本発明の装
置に於けるTMDを設置した橋桁等に調和外力が作用し
た場合の共振曲線のグラフ。
【図4】無制振の橋桁と在来型TMDを設置した橋桁と
本発明の装置に於けるTMDを設置した橋桁に振動加速
度波形を入力したときの橋桁の変位応答を示すグラフ。
【符号の説明】
1 橋桁 2 橋脚 3 反力梁 4,5 ロッド 6 梃子 7 重錘 8 ばね 9 ダンパ 10 動吸振器(TMD)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 猛康 茨城県つくば市大字鬼ケ窪1043 株式会社 熊谷組技術研究所内 (72)発明者 金子 誉 茨城県つくば市大字鬼ケ窪1043 株式会社 熊谷組技術研究所内 (72)発明者 勝川 藤太 茨城県つくば市大字鬼ケ窪1043 株式会社 熊谷組技術研究所内 (72)発明者 井澤 衛 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 利根川 太郎 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 Fターム(参考) 2D059 AA05 BB37 GG13 GG14

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 橋脚や橋台に支承された橋桁と略平行に
    反力梁を設置し、該橋桁及び反力梁の略中央部から夫々
    対峙する方向へロッドを突設して、該橋桁と反力梁間に
    上下回動可能な梃子を介装し、該梃子の一端部に前記反
    力梁のロッドを連結するとともに、該梃子の一端部に近
    い位置に前記橋桁のロッドを連結し、更に、重錘と、該
    重錘を支持するばねと、該重錘の上下振動エネルギーを
    吸収するためのダンパとからなる動吸振器を設け、該動
    吸振器を前記梃子の他端部に連結したことを特徴とする
    高架橋の上下振動の制振装置。
JP10263260A 1998-09-17 1998-09-17 高架橋の上下振動の制振装置 Withdrawn JP2000096514A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100829489B1 (ko) * 2006-10-27 2008-05-19 삼성중공업 주식회사 모듈형 동조질량감쇠기
CN111809508A (zh) * 2020-07-29 2020-10-23 广州大学 一种低频杠杆式调谐质量阻尼器
CN114411522A (zh) * 2022-03-10 2022-04-29 江苏旭辰交通科技发展有限公司 一种装配式组合箱梁及其施工方法

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Effective date: 20060110