JP2001003982A - Non-resonant semi-active base isolating structure and base isolating method - Google Patents

Non-resonant semi-active base isolating structure and base isolating method

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JP2001003982A
JP2001003982A JP11175018A JP17501899A JP2001003982A JP 2001003982 A JP2001003982 A JP 2001003982A JP 11175018 A JP11175018 A JP 11175018A JP 17501899 A JP17501899 A JP 17501899A JP 2001003982 A JP2001003982 A JP 2001003982A
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rigidity
seismic isolation
switching device
support structure
resonant
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Genichi Takahashi
元一 高橋
Tadashi Nasu
正 那須
Akihiro Kunimatsu
晃寛 國末
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Kajima Corp
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Kajima Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To allow a base isolating layer to efficiently exhibit its base-isolating effect by preventing resonance through simple control even in the event of long-term earthquake motions, and reducing energy. SOLUTION: A rigidity changeover device 4 is provided in parallel with a base isolating device 3 which forms a base isolating layer between a support part 1 and an upper structure 2. Based on earthquake motions detected by a sensor 5 installed on the support structure part 1, a control device 6 calculates in real-time the expected response of the upper structure 2 and indicates the rigidity changeover device 4 to switch to the rigidity at which resonance will not occur.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本願発明は、地震などの振動
外乱に対し、振動を遮断する免震層を形成することで上
部構造の応答を低減するようにした免震建物、免震橋
梁、免震床などの免震構造について、免震層の性能を入
力される地震動などに応じて変化させ、より制震機能を
高めた非共振セミアクティブ免震構造および非共振セミ
アクティブ免震方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a base-isolated building, a base-isolated bridge, and a base-isolated bridge that reduce the response of a superstructure by forming a base-isolated layer that blocks vibration against vibration disturbance such as an earthquake. Non-resonant semi-active seismic isolation structure and non-resonant semi-active seismic isolation method with improved seismic isolation function, such as a floor of a building, by changing the performance of the seismic isolation layer according to the input earthquake motion etc. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】地震や風などの振動外乱に対する構造物
の応答を低減するための従来技術としては、免震構造や
制震構造と呼ばれるものがあり、免震構造そのものは、
従来、制震構造のうちの一つであるパッシブ制震に分類
されている。
2. Description of the Related Art Conventional techniques for reducing the response of a structure to vibration disturbances such as earthquakes and winds include what is called a seismic isolation structure or a damping structure.
Conventionally, it is classified as passive damping, which is one of the damping structures.

【0003】しかし、最近では、免震構造の性能を改善
する目的でアクティブな機能を付加した、免震層の性能
を能動的に制御するアクティブ免震構造も開発されてい
る。例えば、特許第2794418号掲載公報には、免
震層に可変減衰装置(減衰力可変ダンパー)を設置し、
支持構造部(基盤)と上部構造(構造物)にそれぞれ設
置した振動センサーからの情報により、可変減衰装置の
応答特性をリアルタイムに無段階、連続的にアクティブ
制御する免震方法が記載されている。
However, recently, an active seismic isolation structure has been developed in which an active function is added for the purpose of improving the performance of the seismic isolation structure, and the performance of the seismic isolation layer is actively controlled. For example, in Japanese Patent No. 2794418, a variable damping device (a damping force variable damper) is installed in a seismic isolation layer,
A seismic isolation method is described, in which the response characteristics of the variable damping device are continuously and continuously controlled in real time based on information from vibration sensors installed on the support structure (base) and the upper structure (structure). .

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】免震構造の場合、その
周期は通常の構造物に比べて一般的に長い。これによ
り、短周期成分の卓越する地震動に対しては共振を避け
ることにより応答を低減することができる。
In the case of a seismic isolation structure, its period is generally longer than that of a normal structure. As a result, the response to the predominant short-period ground motion can be reduced by avoiding resonance.

【0005】しかしながら、軟弱地盤や堆積平野におい
て予想されるような長周期地震動に対しては共振を避け
ることができず応答が増大し、構造物の応答や免震層の
変形が許容値以内に収まらなくなる等、安全で信頼性の
高い構造物を設計する上で困難な場合があった。
[0005] However, for long-period ground motions expected in soft ground or sedimentary plains, resonance cannot be avoided and the response increases, and the response of the structure and the deformation of the seismic isolation layer fall within the allowable values. There were cases where it was difficult to design a safe and reliable structure, for example, because it could not fit.

【0006】これに対し、上述した特許第279441
8号掲載公報記載のアクティブ免震では、可変減衰装置
の発生する減衰力を制御し、免震効果をできるだけ劣化
させることなく、免震層の応答変形をできるだけ小さく
することに主眼が置かれている。
On the other hand, the above-mentioned Japanese Patent No. 279441 described above.
The active seismic isolation system described in Japanese Patent Publication No. 8 is focused on controlling the damping force generated by the variable damping device and minimizing the response deformation of the seismic isolation layer without deteriorating the seismic isolation effect as much as possible. I have.

【0007】また、センサーを支持構造部と上部構造の
双方に設置し、フィードバック制御の形で、振動の卓越
周期、最大加速度、最大速度、最大変位などに最適な減
衰応答出力信号をリアルタイムに演算処理するといった
方法が採られている。
In addition, sensors are installed on both the supporting structure and the upper structure, and in the form of feedback control, the optimal damping response output signal for the dominant period of vibration, maximum acceleration, maximum speed, maximum displacement, etc. is calculated in real time. A method such as processing is adopted.

【0008】しかし、上記方法は、本願による非共振化
による入力エネルギー低減の考え方と異なり、可変減衰
装置を使用した制御により入力した地震のエネルギーを
吸収しようとするものであり、共振により入力してしま
ったエネルギーを装置により吸収するため、装置が大型
化する難があった。
However, the above-mentioned method is different from the concept of reducing the input energy by non-resonance according to the present invention, in that it attempts to absorb the energy of the earthquake input by control using a variable damping device. Since the absorbed energy is absorbed by the device, there is a difficulty in increasing the size of the device.

【0009】また、可変減衰装置の減衰力を連続的に制
御するには、油圧装置であれば、流量制御弁の弁開度を
精度よく調整する必要があり、このためのコントローラ
が必要となり、装置の機構およびその扱いが複雑にな
る。
In order to continuously control the damping force of the variable damping device, if the device is a hydraulic device, it is necessary to precisely adjust the valve opening of the flow control valve, and a controller for this is required. The mechanism of the device and its handling are complicated.

【0010】従って、装置自体が高コストになり、また
メンテナンスなども大変となる。これに対して、本願で
は装置は基本的にオン、オフの切り換えでよいため、機
構が単純化し、その扱いも容易となる。従って、低コス
ト、容易なメンテナンスにつながるのである。
[0010] Therefore, the cost of the apparatus itself is high, and maintenance is also difficult. On the other hand, in the present application, since the device can be basically switched on and off, the mechanism is simplified and the handling is easy. Therefore, it leads to low cost and easy maintenance.

【0011】本願発明は従来の技術における上述のよう
な課題の解決を図ったものであり、長周期の地震動など
に対しても簡単な制御で非共振化でき、入力エネルギー
を低減し、免震層における免震効果を効率良く発揮する
ことができる非共振セミアクティブ免震構造および免震
方法を提供することを目的としたものである。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the prior art, and it is possible to make a non-resonant state by a simple control even for a long-period seismic motion, etc., to reduce input energy, It is an object of the present invention to provide a non-resonant semi-active seismic isolation structure and a seismic isolation method capable of efficiently exhibiting a seismic isolation effect in a layer.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本願の請求項1に係る非
共振セミアクティブ免震構造は、支持構造部と上部構造
との間に免震装置を介在させて免震層を形成してなる免
震構造において、前記免震装置と並列に配置され前記支
持構造部と上部構造とを連結する剛性を可変とした剛性
切換装置と、地震動または支持構造部の振動を検知する
センサーと、センサーから入力される地震動または支持
構造部の振動の情報をもとに、前記剛性切換装置の剛性
に応じて支持構造部に対する上部構造の応答をリアルタ
イムに計算し、剛性切換装置に対して非共振となる剛性
への切換を指示する制御装置とを設けたことを特徴とす
るものである。
A non-resonant semi-active seismic isolation structure according to claim 1 of the present application is formed by forming a seismic isolation layer with a seismic isolation device interposed between a support structure and an upper structure. In the seismic isolation structure, a rigidity switching device arranged in parallel with the seismic isolation device and having a variable rigidity connecting the support structure and the upper structure, a sensor for detecting seismic motion or vibration of the support structure, and a sensor Based on the input seismic motion or vibration information of the supporting structure, the response of the superstructure to the supporting structure is calculated in real time according to the rigidity of the rigidity switching device, and the resonance is not resonant with the rigidity switching device. And a control device for instructing switching to rigidity.

【0013】請求項2は、請求項1に係る非共振セミア
クティブ免震構造において、前記剛性切換装置が、剛性
の高い状態と低い状態の2段階または3段階以上の多段
階の状態に切り換え可能としたものである場合を限定し
たものである。
According to a second aspect, in the non-resonant semi-active seismic isolation structure according to the first aspect, the rigidity switching device can switch between a high rigidity state and a low rigidity state in two or three or more stages. Is limited to the case where

【0014】図10は、従来のアクティブ免震構造と本
願発明に係る非共振セミアクティブ免震構造の原理を力
学モデルの形で比較したものである。(a) の従来のアク
ティブ免震構造では、支持構造部と上部構造(質量M)
をつなぐ免震層の積層ゴムなどからなる免震装置(水平
バネK)と並列に可変減衰装置を配置し、その減衰力F
を制御することで、上部構造の応答ができるだけ小さく
なるような形で最適制御を行っている。
FIG. 10 compares the principle of the conventional active seismic isolation structure with the principle of the non-resonant semi-active seismic isolation structure according to the present invention in the form of a dynamic model. In the conventional active seismic isolation structure shown in (a), the supporting structure and superstructure (mass M)
A variable damping device is arranged in parallel with a seismic isolation device (horizontal spring K) made of laminated rubber etc. for the seismic isolation layer that connects
, Optimal control is performed in such a way that the response of the superstructure becomes as small as possible.

【0015】これに対し、(b) に示す本願発明の非共振
セミアクティブ免震構造では、免震装置(水平バネK)
と並列に剛性切換装置を設け、剛性切換装置の剛性k
(k1,k2 ,…)を切り換えることで、支持構造部に
対する上部構造の固有周期を変化させ、例えば長周期の
地震動が入力した場合には、剛性を高めて構造系を短周
期化して共振を避け、結果として上部構造の応答を低減
させることができる。
On the other hand, in the non-resonant semi-active seismic isolation structure of the present invention shown in (b), the seismic isolation device (horizontal spring K) is used.
And a rigidity switching device is provided in parallel with the rigidity switching device.
By switching (k 1 , k 2 ,...), The natural period of the superstructure with respect to the supporting structure is changed. For example, when a long-period seismic motion is input, the rigidity is increased and the structural system is shortened. Resonance can be avoided and consequently the response of the superstructure can be reduced.

【0016】すなわち、支持構造物に対する上部構造の
振動特性は、免震層本来の水平バネによる剛性Kと剛性
切換装置の剛性kとの和で決まり、剛性切換装置部分の
剛性kを変化させることにより、支持構造部に対する上
部構造の振動特性が変化し、非共振化が可能となる。
That is, the vibration characteristic of the upper structure with respect to the support structure is determined by the sum of the rigidity K of the seismic isolation layer due to the horizontal spring and the rigidity k of the rigidity switching device. Accordingly, the vibration characteristics of the upper structure with respect to the support structure change, and non-resonance becomes possible.

【0017】(a) の従来のアクティブ免震構造の場合、
最適制御の効果を実現するためには、通常、支持構造部
と上部構造の双方にセンサーを設け、フィードバックに
よる制御を行っているが、(b) の本願発明の場合、免震
構造本来の非共振による入力エネルギーの低減を図って
おり、入力地震動に対し非共振となるように剛性を切り
換えるフィードフォワードの制御で十分であり、そのた
め支持構造部側にセンサーを設置する構成となってい
る。
In the case of the conventional active seismic isolation structure of (a),
In order to achieve the optimal control effect, sensors are usually provided in both the support structure and the upper structure, and control is performed by feedback.However, in the case of the present invention shown in FIG. The input energy is reduced by the resonance, and the feedforward control that switches the stiffness so as to be non-resonant with the input seismic motion is sufficient. Therefore, the sensor is installed on the support structure side.

【0018】また、剛性切換装置は、基本的には、オ
ン、オフで剛性の高い状態と低い状態で2段階で切り換
えたり、あるいは数段階程度の剛性の切り換えで十分と
考えられ、請求項2はその場合を限定したものである。
In addition, it is considered that the rigidity switching device is basically switched on or off in two stages between a high rigidity state and a low rigidity state, or switching the rigidity in several stages is sufficient. Is limited to that case.

【0019】剛性切換装置の具体的な構造としては、例
えば特開平3−186602号公報に記載されているよ
うな、制御装置からの指示で油封式のダンパーをロック
状態とロック解除状態の2段階で切り換え可能としたも
のや、あるいはバルブの開度を調整することにより剛性
を可変とした可変減衰装置形式のものが考えられる。請
求項3はその場合を限定したものである。
As a specific structure of the rigidity switching device, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-186602, the oil-sealed damper can be locked in two stages, ie, in a locked state and in an unlocked state, according to an instruction from a control device. And a variable damping device of which rigidity is variable by adjusting the opening of the valve. Claim 3 limits that case.

【0020】また、請求項4は剛性切換装置がER流体
またはMR流体を封入したダンパーからなる場合を限定
したものであり、それぞれ、電場または磁場の強さを変
化させることによって、支持構造部と上部構造間での剛
性を可変としたものを用いることもできる。
Further, the present invention limits the case in which the rigidity switching device comprises a damper in which an ER fluid or an MR fluid is sealed. A structure in which the rigidity between the upper structures is variable can also be used.

【0021】その他、摩擦ダンパー形式の装置で、2段
階あるいは複数段階に調整可能としたものなどを用いる
こともできる。請求項5は、請求項1、2、3または4
に係る非共振セミアクティブ免震構造において、前記支
持構造部と上部構造との間に、前記剛性切換装置と直列
にバネ要素を接続してある場合である。
In addition, a friction damper type device which can be adjusted in two or more stages can be used. Claim 5 is Claim 1, 2, 3, or 4.
In the non-resonant semi-active seismic isolation structure according to (1), a spring element is connected in series with the rigidity switching device between the support structure and the upper structure.

【0022】剛性切換装置の種類や機構によって、所期
の剛性が実現できない場合は、バネ要素を介在させて剛
性を調整することが考えられる。バネ要素は請求項5の
ように直列に介在させるのが容易である。
If the desired rigidity cannot be realized due to the type and mechanism of the rigidity switching device, it is conceivable to adjust the rigidity by interposing a spring element. It is easy to interpose the spring elements in series as in claim 5.

【0023】請求項6に係る非共振セミアクティブ免震
方法は、支持構造部と上部構造との間に免震層を形成す
る免震装置と、前記支持構造部と上部構造とを連結する
剛性を可変とした剛性切換装置とを並列に配置し、セン
サーによって検知した地震動または支持構造部の振動の
情報をもとに、前記剛性切換装置の剛性に応じて予想さ
れる上部構造の応答をリアルタイムに計算し、剛性切換
装置に対して非共振となる剛性への切換を指示する制御
装置とを設けたことを特徴とするものである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a non-resonant semi-active seismic isolation method, wherein a seismic isolation device for forming a seismic isolation layer between a support structure and an upper structure, and rigidity for connecting the support structure and the upper structure. A variable rigidity switching device is arranged in parallel, and based on the information of the seismic motion detected by the sensor or the vibration of the supporting structure, the response of the superstructure expected according to the rigidity of the rigidity switching device is performed in real time. And a control device for instructing the rigidity switching device to switch to non-resonant rigidity.

【0024】基本的には、地震動をもとにフィードフォ
ワードの形で剛性切換装置を2段階あるいは複数段階に
切り換える場合を想定しており、上部構造自体の剛性や
振動特性、免震層の免震装置本体の剛性(水平バネ定
数)や振動特性、さらには剛性切換装置を切り換えたと
きの振動特性もあらかじめ分かっているので、これらが
制御装置としてのコンピュータ等に記憶されている状態
で、センサーからの振動の情報が入力されれば、直ちに
非共振となる剛性を選択し、剛性切換装置に指示を送る
ことができる。
Basically, it is assumed that the rigidity switching device is switched in two or more stages in the form of feedforward based on seismic motion, and the rigidity and vibration characteristics of the upper structure itself and the isolation of the seismic isolation layer are assumed. Since the rigidity (horizontal spring constant) and vibration characteristics of the main body of the vibration device and the vibration characteristics when the rigidity switching device is switched are known in advance, the sensors are stored in a computer or the like as a control device. As soon as the vibration information is input, the stiffness that becomes non-resonant can be selected and an instruction can be sent to the stiffness switching device.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】図1は、本願発明の非共振セミア
クティブ免震構造を建物の免震に適用した場合の一実施
形態を示したものである。
FIG. 1 shows an embodiment in which the non-resonant semi-active seismic isolation structure of the present invention is applied to the seismic isolation of a building.

【0026】免震構造としては、通常の免震建物におけ
る基礎側の支持構造部1と建物本体としての上部構造2
との間に、積層ゴムなどの免震手段3(通常、弾塑性ダ
ンパーなどが併用される)を配置して、免震層が形成さ
れている。
As the seismic isolation structure, a support structure 1 on the foundation side of an ordinary seismic isolation building and an upper structure 2 as a building body are used.
A seismic isolation means 3 such as laminated rubber (usually combined with an elasto-plastic damper or the like) is arranged between them to form a seismic isolation layer.

【0027】本願発明では、免震手段3と並列に支持構
造部1と上部構造2をつなぐ形で、剛性切換装置4を配
置し、支持構造部1側に設置したセンサー5で検知した
振動の情報をコンピュータ等の制御装置6で判断し、剛
性切換装置4部分の剛性を制御する。
In the present invention, the rigidity switching device 4 is arranged in such a manner that the support structure 1 and the upper structure 2 are connected in parallel with the seismic isolation means 3, and the vibration detected by the sensor 5 installed on the support structure 1 side. The information is determined by the control device 6 such as a computer, and the rigidity of the rigidity switching device 4 is controlled.

【0028】すなわち、一般の免震構造においては、入
力地震動の卓越周期として比較的短い周期を想定してい
るが、入力地震動の卓越周期が長く上部構造が共振する
恐れがある場合等には、剛性切換装置4部分で剛性を高
くして、上部構造の固有周期を短い方へ移行させること
で共振を避ける形で、上部構造への入力エネルギーを減
少させることができる。
That is, in the general seismic isolation structure, a relatively short period is assumed as the dominant period of the input seismic motion. However, when the dominant period of the input seismic motion is long and the upper structure may resonate, etc. By increasing the rigidity in the rigidity switching device 4 and shifting the natural period of the superstructure to a shorter one, it is possible to reduce the input energy to the superstructure in a form to avoid resonance.

【0029】あるいは、剛性切換装置4が数段階の剛性
を実現可能なものであれば、入力地震動に対し上部構造
が共振する恐れがある場合に、剛性切換装置4部分の剛
性を低くし、上部構造の固有周期をさらに長い方へ移行
させるということもあり得る。
Alternatively, if the rigidity switching device 4 can realize several levels of rigidity, the rigidity of the rigidity switching device 4 can be reduced by reducing the rigidity of the rigidity switching device 4 when there is a possibility that the upper structure will resonate with the input seismic motion. It is possible to shift the natural period of the structure to a longer one.

【0030】免震手段3としては、上述した通常の積層
ゴムの他、鉛入り積層ゴム、高減衰積層ゴム、滑り支
承、コロ支承などがあり、何れの場合も本願発明を適用
することが可能である。
The seismic isolation means 3 includes, in addition to the ordinary laminated rubber described above, lead-containing laminated rubber, high-damping laminated rubber, sliding bearings, roller bearings, and the like, and in any case, the present invention can be applied. It is.

【0031】また、本実施形態では、センサー5を支持
構造部1に設置し、支持構造部1の応答をもとに制御す
る構成となっているが、通信網を利用して免震建物の近
傍あるいは近傍および遠方の地震センサー等によって検
知される地震動の情報をもとに、剛性切換装置4部分で
の機械的な制御遅れを補償する形で制御することも可能
である。
In the present embodiment, the sensor 5 is installed on the support structure 1 and controlled based on the response of the support structure 1. However, the sensor 5 is installed on a base-isolated building using a communication network. It is also possible to perform control in such a manner as to compensate for mechanical control delay in the rigidity switching device 4 based on information on seismic motion detected by near or near and far seismic sensors.

【0032】図2は、本願発明の非共振セミアクティブ
免震構造を免震橋梁に適用した場合の一実施形態を示し
たものである。基本的な考え方は、図1の免震建物の場
合と同じであり、支持構造部1としての橋脚と、上部構
造2としての橋桁との間に免震手段3としての積層ゴム
支承が設けられ、さらに橋脚と橋桁をつなぐ形で剛性切
換装置4が設置されている。
FIG. 2 shows an embodiment in which the non-resonant semi-active seismic isolation structure of the present invention is applied to a seismic isolation bridge. The basic concept is the same as in the case of the seismic isolation building shown in FIG. 1, in which a laminated rubber bearing as seismic isolation means 3 is provided between the pier as the support structure 1 and the bridge girder as the superstructure 2. Further, a rigidity switching device 4 is provided so as to connect the pier and the bridge girder.

【0033】橋脚の頂部に設置したセンサー5からの振
動の情報を、制御装置6で判断し、剛性切換装置4の剛
性を切り換えることで、入力地震動によらず非共振化す
ることができる。
The vibration information from the sensor 5 installed on the top of the pier is judged by the control device 6 and the stiffness of the stiffness switching device 4 is switched so that non-resonance can be achieved irrespective of the input seismic motion.

【0034】図3は、本願発明の非共振セミアクティブ
免震構造を建物の免震に適用した場合の他の実施形態を
示したものである。この例では、図1の実施形態におけ
る剛性切換装置4と直列にバネ要素7を接続している。
これは、前述したように、剛性切換装置の種類や機構に
よって、所期の剛性が実現できない場合の調整を行うた
めであり、バネ要素としては、ゴム、鋼製のコイルバ
ネ、その他特に限定されない。
FIG. 3 shows another embodiment in which the non-resonant semi-active seismic isolation structure of the present invention is applied to the seismic isolation of a building. In this example, a spring element 7 is connected in series with the rigidity switching device 4 in the embodiment of FIG.
This is because, as described above, adjustment is performed when the desired rigidity cannot be achieved depending on the type and mechanism of the rigidity switching device, and the spring element is not particularly limited to rubber, a coil spring made of steel, or the like.

【0035】図4は、本願発明で用いる剛性切換装置4
の一例として、油封式のダンパー形式の剛性切換装置を
示したものである。構成としては、内部に油圧室を設け
たシリンダ4aが、クレビス8を介して支持構造部1側
に連結され、シリンダ4aに対し出入するピストンロッ
ド4bが上部構造2側に連結され、油路に設けた流量切
換弁を開閉する(2段階切換えの場合)か、あるいは開
度を調整する(複数段階切換えの場合)ことにより、上
部構造2の振動特性を2段階または複数段階に切り換え
ることができる。
FIG. 4 shows a rigidity switching device 4 used in the present invention.
As an example, an oil-sealed damper-type rigidity switching device is shown. As a configuration, a cylinder 4a having a hydraulic chamber therein is connected to the support structure 1 side via a clevis 8, a piston rod 4b that enters and exits the cylinder 4a is connected to the upper structure 2 side, and the By opening and closing the provided flow switching valve (in the case of two-stage switching) or adjusting the opening degree (in the case of multiple-stage switching), the vibration characteristic of the upper structure 2 can be switched between two or more stages. .

【0036】図5は、本願発明で用いる剛性切換装置4
の他の例として、可変摩擦装置による剛性切換装置を示
したものである。構成としては、鋼製の摩擦板4cどう
しが中央でサーボモータ等を備えた摩擦力調整器4dを
介して接続されており、オン、オフによる接合力の調整
により、実質的な剛性を可変としている。
FIG. 5 shows the rigidity switching device 4 used in the present invention.
As another example, a rigidity switching device using a variable friction device is shown. As a configuration, steel friction plates 4c are connected to each other via a frictional force adjuster 4d provided with a servomotor or the like at the center, and the rigidity is made variable by adjusting the joining force by turning on and off. I have.

【0037】図6は、本願発明で用いる剛性切換装置4
のさらに他の例として、図4の装置にバネ要素7を加え
た場合の剛性切換装置を示したものである。この例では
バネ要素7として、複数のゴム板7aを鋼板7b間に挟
み込んだものを示しているが、バネ要素7としてはこれ
に限定されず、種々の材料、形式のものを用いることが
できる。
FIG. 6 shows the rigidity switching device 4 used in the present invention.
5 shows a rigidity switching device in which a spring element 7 is added to the device shown in FIG. In this example, a plurality of rubber plates 7a sandwiched between steel plates 7b are shown as the spring elements 7, but the spring element 7 is not limited to this, and various materials and types can be used. .

【0038】図7〜図9は、それぞれ免震層内における
剛性切換装置4の平面配置例を示したものである。剛性
切換装置4を複数配置する場合は、同じ切換え特性を有
する装置を複数配置する場合と、異なる切換え特性を有
する装置を複数分散配置する場合が考えられる。
FIGS. 7 to 9 show examples of the plane arrangement of the rigidity switching device 4 in the seismic isolation layer, respectively. When arranging a plurality of rigidity switching devices 4, a case where a plurality of devices having the same switching characteristics are arranged and a case where a plurality of devices having different switching characteristics are dispersedly arranged are considered.

【0039】図7は2段階切換えの剛性切換装置4Aを
4隅にそれぞれ2方向に配置した場合を想定している。
図8は2段階切換えの剛性切換装置4Aと、剛性切換装
置4Aとは異なる剛性の2段階切換えの剛性切換装置4
Bを4隅と中央にそれぞれ分散配置した場合を想定して
いる。
FIG. 7 assumes a case in which two-stage switching rigidity switching devices 4A are arranged at four corners in two directions.
FIG. 8 shows a rigidity switching device 4A for two-stage switching, and a rigidity switching device 4 for two-stage switching having a different rigidity from the rigidity switching device 4A.
It is assumed that B is distributed at the four corners and the center.

【0040】図9は3段階切換えで、かつ調整用のバネ
要素を備えた剛性切換装置4Cを4隅にそれぞれ2方向
に配置した場合を想定している。以上は単なる例示的列
挙であり、この他、種々の組み合わせが考えられる。
FIG. 9 assumes a case in which the rigidity switching device 4C having three-stage switching and having a spring element for adjustment is arranged at each of four corners in two directions. The above is merely an exemplary list, and various other combinations are conceivable.

【0041】[0041]

【発明の効果】本願発明によれば、通常の比較的周期
の短い地震入力だけでなく、免震構造の安全性で最も懸
念されるやや長周期の地震入力による共振に対しても、
上部構造の応答を、非共振化することで効果的に低減す
ることができる。
According to the present invention, not only the ordinary relatively short-period earthquake input but also the resonance caused by the rather long-period earthquake input, which is the most concerned with the safety of the seismic isolation structure,
By making the resonance of the upper structure non-resonant, the response can be effectively reduced.

【0042】これにより、建物や構造物自身、あるい
は免震床などの構造体の応答を減少させるとともに、免
震層の変形も減らすことができる。 従来のアクティブ免震では、応答の低減を主に減衰装
置によるエネルギー吸収でまかなっていたため、装置に
かかる負担が大きかったが、本願発明では構造物に入力
するエネルギー自体を減少させることができるので、装
置にかかる負担が小さい。
Thus, it is possible to reduce the response of the building or the structure itself or the structure such as the base-isolated floor, and to reduce the deformation of the base-isolated layer. In the conventional active seismic isolation, the response was reduced mainly by energy absorption by the damping device, so the load on the device was large, but in the present invention, the energy itself input to the structure can be reduced, The burden on the device is small.

【0043】剛性切換装置としては、基本的にはオ
ン、オフの単純な機構のもので十分であり、また制御も
単純となるため、制御の信頼性が高く、メンテナンスも
容易である。
As the rigidity switching device, one having a simple mechanism of ON and OFF is basically sufficient, and the control is simple, so that the control is highly reliable and the maintenance is easy.

【0044】既存の免震構造物や免震床にも適用可能
である。 システムに必要なセンサーは、地震動または支持構造
物の振動を検知するのみでよい(上部構造には必要な
い)。
The present invention is also applicable to existing seismic isolation structures and floors. The sensors required for the system need only detect seismic motion or vibration of the supporting structure (not required for superstructures).

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本願発明の一実施形態における免震層部分の
正面図である。
FIG. 1 is a front view of a base isolation layer according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本願発明の他の実施形態における免震層部分
の正面図である。
FIG. 2 is a front view of a seismic isolation layer according to another embodiment of the present invention.

【図3】 本願発明のさらに他の実施形態における免震
層部分の正面図である。
FIG. 3 is a front view of a base isolation layer according to still another embodiment of the present invention.

【図4】 剛性切換装置の一例を示す正面図である。FIG. 4 is a front view showing an example of a rigidity switching device.

【図5】 剛性切換装置の他の例を示す正面図である。FIG. 5 is a front view showing another example of the rigidity switching device.

【図6】 剛性切換装置のさらに他の例を示したもの
で、(a) は正面図、(b) はそのA−A断面図である。
FIGS. 6A and 6B show still another example of the rigidity switching device, wherein FIG. 6A is a front view and FIG. 6B is a sectional view taken along line AA.

【図7】 免震層内における剛性切換装置の配置例を示
す平面図である。
FIG. 7 is a plan view showing an arrangement example of a rigidity switching device in the seismic isolation layer.

【図8】 免震層内における剛性切換装置の他の配置例
を示す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing another arrangement example of the rigidity switching device in the seismic isolation layer.

【図9】 免震層内における剛性切換装置のさらに他の
配置例を示す平面図である。
FIG. 9 is a plan view showing still another arrangement example of the rigidity switching device in the seismic isolation layer.

【図10】 従来の能動制御型の免震構造物と本願発明
の免震構造物の原理を比較したものであり、(a) が従来
の能動制御型免震構造物の力学モデル図、(b) が本願発
明の非共振セミアクティブ免震構造物の力学モデル図で
ある。
FIG. 10 compares the principle of a conventional active control type seismic isolation structure with the principle of the seismic isolation structure of the present invention. FIG. 10 (a) is a mechanical model diagram of the conventional active control type seismic isolation structure. b) is a mechanical model diagram of the non-resonant semi-active seismic isolation structure of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…支持構造部、2…上部構造、3…免震手段、4…剛
性切換装置、4a…シリンダ、4b…ピストンロッド、
4c…摩擦板、4d…摩擦力調整器、5…センサー、6
…制御装置、7…バネ要素、7a…ゴム板、7b…鋼板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Support structure part, 2 ... Upper structure, 3 ... Seismic isolation means, 4 ... Rigidity switching device, 4a ... Cylinder, 4b ... Piston rod,
4c: friction plate, 4d: friction force adjuster, 5: sensor, 6
... Control device, 7 ... Spring element, 7a ... Rubber plate, 7b ... Steel plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 國末 晃寛 東京都港区元赤坂1丁目2番7号 鹿島建 設株式会社内 Fターム(参考) 3J048 AA02 AC04 AC05 AD05 BA08 BE03 CB23 EA38  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Akihiro Kunisue 1-2-7 Moto-Akasaka, Minato-ku, Tokyo Kashima Construction Co., Ltd. F-term (reference) 3J048 AA02 AC04 AC05 AD05 BA08 BE03 CB23 EA38

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 支持構造部と上部構造との間に免震装置
を介在させて免震層を形成してなる免震構造において、
前記免震装置と並列に配置され前記支持構造部と上部構
造とを連結する剛性を可変とした剛性切換装置と、地震
動または支持構造部の振動を検知するセンサーと、セン
サーから入力される地震動または支持構造部の振動の情
報をもとに、前記剛性切換装置の剛性に応じて支持構造
部に対する上部構造の応答をリアルタイムに計算し、剛
性切換装置に対して非共振となる剛性への切換を指示す
る制御装置とを設けたことを特徴とする非共振セミアク
ティブ免震構造。
In a seismic isolation structure, a seismic isolation layer is formed by interposing a seismic isolation device between a support structure and a superstructure.
A rigidity switching device arranged in parallel with the seismic isolation device and having a variable rigidity for connecting the support structure and the upper structure, a sensor for detecting seismic motion or vibration of the support structure, and a seismic motion input from the sensor. Based on the vibration information of the support structure, the response of the superstructure to the support structure is calculated in real time according to the rigidity of the rigidity switching device, and switching to the non-resonant rigidity for the rigidity switching device is performed. A non-resonant semi-active seismic isolation structure characterized by providing a control device for instructing.
【請求項2】 前記剛性切換装置は、剛性の高い状態と
低い状態の2段階または3段階以上の多段階の状態に切
り換え可能としたものである請求項1記載の非共振セミ
アクティブ免震構造。
2. The non-resonant semi-active seismic isolation structure according to claim 1, wherein the rigidity switching device is capable of switching between a high rigidity state and a low rigidity state in two or three or more stages. .
【請求項3】 前記剛性切換装置が油封式のダンパーか
らなり、前記制御装置からの指示で、バルブの開度を調
整することにより、前記支持構造部と上部構造間での剛
性を可変としたものである請求項1または2記載の非共
振セミアクティブ免震構造。
3. The rigidity switching device is formed of an oil-sealed damper, and the rigidity between the support structure and the upper structure is made variable by adjusting the opening degree of a valve according to an instruction from the control device. 3. The non-resonant semi-active seismic isolation structure according to claim 1 or 2.
【請求項4】 前記剛性切換装置がER流体またはMR
流体を封入したダンパーからなり、電場または磁場の強
さを変化させることによって、前記支持構造部と上部構
造間での剛性を可変としたものである請求項1または2
記載の非共振セミアクティブ免震構造。
4. The apparatus according to claim 1, wherein the rigidity switching device is an ER fluid or an MR.
3. A stiffness between the support structure and the upper structure is variable by changing a strength of an electric or magnetic field, comprising a damper filled with a fluid.
Non-resonant semi-active seismic isolation structure described.
【請求項5】 前記支持構造部と上部構造との間に、前
記剛性切換装置と直列にバネ要素を接続してある請求項
1、2、3または4記載の非共振セミアクティブ免震構
造。
5. The non-resonant semi-active seismic isolation structure according to claim 1, wherein a spring element is connected in series with the rigidity switching device between the support structure and the upper structure.
【請求項6】 支持構造部と上部構造との間に免震層を
形成する免震装置と、前記支持構造部と上部構造とを連
結する剛性を可変とした剛性切換装置とを並列に配置
し、センサーによって検知した地震動または支持構造部
の振動の情報をもとに、前記剛性切換装置の剛性に応じ
て予想される上部構造の応答をリアルタイムに計算し、
剛性切換装置に対して非共振となる剛性への切換を指示
する制御装置とを設けたことを特徴とする非共振セミア
クティブ免震方法。
6. A seismic isolation device for forming a seismic isolation layer between a support structure and an upper structure, and a rigidity switching device having a variable rigidity connecting the support structure and the upper structure are arranged in parallel. Then, based on the information of the seismic motion or the vibration of the support structure detected by the sensor, calculate the response of the superstructure expected according to the rigidity of the rigidity switching device in real time,
A non-resonant semi-active seismic isolation method, comprising: a control device for instructing the rigidity switching device to switch to non-resonant rigidity.
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