JP2003042227A - 建造物の制振装置および制振装置システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】少ない部品数でコンパクトに構成でき、また面
倒で時間のかかる固有振動数の調整が不要で、製作や取
付けを容易に行なえる建造物の制振装置を提供する。 【解決手段】建造物の上下振動を減衰させる制振装置で
あって、建造物に固定される支持台21と、この支持台21
の上に配置されるウェイト23と、ばね定数による変形能
力と変形に依存するエネルギー吸収能力とをもつ複数の
ワイヤロープ螺旋巻式緩衝装置10とを具備し、支持台21
およびウェイト23には、水平に対して４５°の角度で傾
斜して互いに対向する傾斜面22，24をそれぞれ設け、前
記複数の緩衝装置10をその傾斜面の対向間に均等的に設
け、これら複数の緩衝装置10を介してウェイト23を支持
台21の上に支持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、橋梁やビル等の建
造物に発生する上下振動を抑える制振装置および制振装
置システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】橋梁等の建造物の床に発生する上下振動
を抑制する装置として、従来、図６および図７に示すよ
うな上下方向の動吸振器（Tuned Mass Damper、以下こ
れをTMDと言う。）を用いたものが一般に知られてい
る。

【０００３】図６は、橋梁に適用された上下振動抑制用
のTMDの一例を示してある。51は橋梁の箱桁、52は箱桁5
1の上に支持された床版、53は上下振動抑制用のTMDであ
る。

【０００４】TMD53は、箱桁51内の高さ方向の中間位置
において支持部54を介して一端が支持された水平方向に
延びるキャンチレバー55と、このキャンチレバー55の先
端側の端部に設けられたウェイト(振動体)56と、キャン
チレバー55と床支持部57との間に縦に配置されてそれら
に接続されたオイルダンパー58およびコイルばね59とか
らなる。

【０００５】そしてオイルダンパー58の減衰能力を高く
設定することにより、ウェイト56の上下振幅を小さく
し、箱桁51内の狭いスペースの中で振動するウェイト56
が橋梁の橋桁51等に衝突しないように構成されている。

【０００６】TMD53の固有振動数は、ウェイト56をキャ
ンチレバー55の長さ方向に移動させることで橋梁の上下
振動数に同調するよう調整され、橋梁の箱桁51や床版52
の揺れに対し、TMD53を90°に近い位相差を持って振動
させることにより橋梁の上下振動を減衰するようになっ
ている。

【０００７】図７は、他の建造物に適用された床上下振
動抑制用のTMDの一例を示してある。61は空間部62を有
する建造物の床、63は空間部62内に設けられた床上下振
動抑制用のTMDである。

【０００８】TMD63は、例えば5トン程度の小型のウェイ
ト64を左右一対の板ばね65と粘性ダンパー66とでガタの
でないように支持してなる。このTMD63は、建造物の広
い床に分散配置され、各配置位置で生じる床の固有振動
数に対応するように、各位置のTMD63における板ばね65
の長さと強さ、粘性ダンパー66の減衰力が調整され、建
造物の床61の揺れに対しTMD63を90°に近い位相差を持
って振動させることにより建造物の床61の上下振動を減
衰するようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、これら従来
のTMD53，63は、ウェイト支持機構、ばね、粘性ダンパ
ー等の多種多様の部材により構成されており、このため
構造が複雑で小型化し難い。また、橋梁等の建造物の上
に多数個分散して装着する場合には、設置場所毎の建造
物側の固有振動数に適応するようTMD53，63の固有振動
数を現場で調整し、あるいは予め個別に調整可能なもの
を製作して取付ける必要があるため、製作、取付け、お
よび固有振動数の調整に時間とコストがかかり、設備費
が嵩むという問題がある。

【００１０】本発明は、このような点に着目してなされ
たもので、その目的とするところは、少ない部品数でコ
ンパクトに構成でき、また面倒で時間のかかる固有振動
数の調整が不要で、製作や取付けを容易に行なえる建造
物の制振装置および制振装置システムを提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１に記載の発明は、建造物の上下振動
を減衰させる制振装置であって、建造物に固定される支
持台と、この支持台の上に配置されるウェイトと、ばね
定数による変形能力と変形に依存するエネルギー吸収能
力とをもつ複数の緩衝装置とを具備し、前記支持台およ
びこの支持台の上に配置するウェイトには、水平に対し
て４５°の角度で傾斜して互いに対向する傾斜面をそれ
ぞれ設け、前記複数の緩衝装置をその傾斜面の対向間に
均等的に設け、これら複数の緩衝装置を介して前記ウェ
イトを前記支持台の上に支持するようにしたものであ
る。

【００１２】そして、請求項２に記載の発明において
は、ばね定数による変形能力と変形に依存するエネルギ
ー吸収能力とを併せもつ各緩衝装置が、ワイヤロープを
螺旋状に巻回してなるワイヤロープ螺旋巻式とされてい
ることを特徴としている。

【００１３】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
に記載の制振装置を複数、建造物の定位置に組み合わせ
て設置してシステム化したことを特徴としている。

【００１４】

【発明の実施形態】以下、本発明の実施形態について図
１乃至図５を参照して説明する。図１および図２には、
本発明の一実施形態に係る制振装置としての床上下振動
抑制用のTMD20を示してある。

【００１５】このTMD20は、建造物上に固定される支持
台21を備えている。この支持台21は、平面視が正方形や
矩形等の方形(図では正方形)をなす皿型状に形成されて
いる。

【００１６】この支持台21は、各辺の隅部にそれぞれ水
平に対して内向きに45°の角度で傾斜する傾斜面22を有
している。そしてこの支持台22の上方にウェイト23(一
例として静荷重500kg)が設けられている。

【００１７】このウェイト23は、平面形状が支持台21よ
りやや小さい相似形をなし、下側の各角部にはそれぞれ
水平に対して外向きに45°の角度で傾斜する傾斜面24が
形成されている。

【００１８】ウェイト23の各傾斜面24は支持台21の各傾
斜面22に対向し、その各対向面間にそれぞれヘリカルア
イソレータと呼ばれる周知のワイヤロープ螺旋巻式の金
属製緩衝装置10が設けられている。

【００１９】これら緩衝装置10は、図３および図４に示
すように、上下２枚に重なるアルミ合金製の板材からな
るリテーナ11の間にステンレス製のワイヤロープ12を螺
旋状に通してユニット化したもので、ワイヤロープ12の
螺旋の弾性的な径方向の変形によりこれに加わる荷重を
緩衝するようになっている。

【００２０】リテーナ11は、図４に示すように、互いに
対向するように一対設けられ、これらリテーナ11の板材
間にワイヤロープ12が通されている。なお、13はリテー
ナ11を締め付けてワイヤロープ12を固定する締付ボル
ト、14はリテーナ11の両端部に外向きに形成されたユニ
ット取付用のねじ孔であり、またLは緩衝装置10の長
さ、Wは幅、Hは高さである。

【００２１】このワイヤロープ螺旋巻式の緩衝装置10
は、個体であって、ばね定数(K)による変形能力と、変
形に依存するエネルギー吸収能力(C)とを備え、ワイヤ
ロープ12の直径、長さ、巻数などを変えることにより緩
衝特性が変化し、小さいサイズで大きい緩衝効果が得ら
れる特徴をもっている。

【００２２】このようなワイヤロープ螺旋巻式の緩衝装
置10としては、緩衝すべき荷重の大きさに応じて使用で
きる各サイズのものが一般に提供され、これまで、人工
衛星、ミサイル、航空機、艦船などの輸送手段に搭載さ
れる機器類の緩衝、振動の緩和に主に使用されてきてい
る。

【００２３】図１および図２に示す本発明の実施形態に
おいては、このようなワイヤロープ螺旋巻式の緩衝装置
10を支持台21の傾斜面22とウェイト23の傾斜面24との間
に設けるようにしている。

【００２４】緩衝装置10は、支持台21およびウェイト23
の各辺の中間部に配置され、それぞれその一方のリテー
ナ11がねじ孔14に挿入されたねじを介して支持台21の傾
斜面22に固定され、他方のリテーナ11がねじ孔14に挿入
されたねじを介してウェイト23の傾斜面24に固定されて
支持台21とウェイト23との間に支持されている。

【００２５】ウェイト23を500kg重量に構成する場合、
ウェイト23の長さ、幅、高さは、それぞれ次のような大
きさに選択することができる。

【００２６】ウェイト形状例 100cm×100cm×6.4cm 70cm×70cm×13cm 50cm×50cm×25.5cm 本発明においては、既存の特定サイズのワイヤロープ螺
旋巻式緩衝装置10を対象とし、その復元力特性試験(径
方向の加力)で計測した等価ばね定数Kと変形X、等価減
衰係数Cと変形Xの関係をベースに、TMD20の振動特性の
推定を行なった。すなわち、 K=8.5X ^{−０．２４０３}・(A/B) Cω=2.17X ^{−０．８８１７}・(A/B) ここで、 A：TMD20に使用するワイヤロープ螺旋巻式緩衝装置10の
45°方向の定格ばね定数 B：前記ワイヤロープ螺旋巻式緩衝装置10の径方向のば
ね定数(=15.5kg/cm) ω：TMD20の固有円振動(=2πf) である。

【００２７】上述したTMD20の振動特性は、次の表１の
通りとなる。

【００２８】

【表１】

【００２９】この表１の欄には、左から螺旋巻式緩衝装
置10のサイズ、使用数量、TMDの諸元、振動振幅(0.25c
m、0.5cm、1.5cm)、および備考を示してある。一定サイ
ズの螺旋巻式緩衝装置10を使用する時、備考欄に上から
順に示した床固有振動数7Hz、6Hz、5Hz、4Hzの各場合に
おいて、TMDの諸元値(K：等価ばね定数、C：等価減衰係
数、f：振動数、h：TMDの減衰定数)は、振動振幅(0.25c
m、0.5cm、1.5cm)の各欄に示す数値となり、螺旋巻式緩
衝装置10は数量欄に示す数が必要になる。また、TMD
は、建造物の床の固有振動数で加振されるものとして下
式によりTDMによる付加減衰Δhを推定した。

【００３０】Δh=(hd×μ×fd/fs)/[｛(fd/fs)^２−１｝
^２+4hd^２(fd/fs)^２] ここで、 μ：マス比(TMD/床=0.01) hd：TMDの減衰定数 fd：TMDの振動数 fs：床の振動数 である。

【００３１】建造物の床の振動数に対するTMDの振幅の
変化は、次の表２の通りとなる。

【００３２】

【表２】

【００３３】この表２に示されるように、マス比を１%
とした場合、TMDの振幅が変わっても極端な性能の低下
は見られない。また、マス比を３%程度にすれば、付加
減衰Δhも３倍になるから、振動数4Hzから7Hzまでの床
振動をカバーできる上下振動抑制用のTMDを実現するこ
とが可能となる。

【００３４】この構成によるTMD20においては、支持台2
1とウェイト23とをその四辺部の45°の傾斜面22，24間
に配置する螺旋巻式緩衝装置10により接続して支持する
ことにより、最少数の螺旋巻式の緩衝装置10だけでウェ
イト23の水平移動を抑えながら、上下方向の床振動力を
吸収し減衰させることができる。

【００３５】このとき、TMD20は、支持台21と、複数個
の同一サイズの螺旋巻式緩衝装置10と、ウェイト23だけ
で構成されるため、部材数が減少し、構成が単純化し、
装置全体がコンパクトな構成になる。特にTMD20の全体
の高さが減少するため、装置を狭い空間内に容易に取付
けることができる。

【００３６】また、ウェイト23の上下振動の緩衝に、予
め加振荷重と振動数に応じて対応できる緩衝力一定の螺
旋巻式の緩衝装置10を使用するため、TMD20の製作、取
付時に固有振動数を調整する必要がなく、装置の製作取
付けが著しく容易になり、設備費の低減を図ることがで
きる。

【００３７】図５には本発明の他の実施形態を示してあ
る。この実施形態においては、一つのTMDを一つの単位
体20ｎとし、設置すべき位置の床構造体の固有振動数お
よび加振力に応じ、異なる規模あるいは同一の規模の複
数のTMD単位体20ｎを定位置に組み合わせて設置して必
要規模の制振装置システム30を構成している。

【００３８】図５においては、二つのTMD単位体20ｎを
定位置に互いに隣接して設けて制振装置システム30を構
成している。TMD単位体20ｎは、いくつかの異なったウ
ェイト重量、振動減衰能力および大きさを標準単位とし
て常用できるようにし、同一規模のTMD単位体20ｎ、ま
たは異なる規模のTMD単位体20ｎを複数組み合わせて設
け、必要な緩衝吸収力、振動減衰能力をもつ制振装置シ
ステム30とする。

【００３９】このような制振装置システム30によれば、
一つの橋梁やビル等の建造物の床構造の多数の個所に異
なった大きさの衝撃吸収力、振動減衰能力の制振装置を
必要とするときに、標準化された最少の種類のTMD単位
体20ｎで規模の大きな制振装置システムを構成すること
ができる。

【００４０】なお、前記各実施形態においては、支持台
およびウェイトの四辺に１個ずつ緩衝装置を設け、４個
の緩衝装置でウェイトを支持するようにしたが、このよ
うな構成の場合に限らず、例えば支持台およびウェイト
の互いに対応する二辺に２個ずつ緩衝装置を設けたり、
あるいはウェイトを大型に構成するような場合には、４
個以上の緩衝装置でそのウェイトを支持するようにして
もよい。要は、支持台上に配置するウェイトを複数の緩
衝装置で均等的に支持するようにすればよい。

【００４１】また、緩衝装置としては、ワイヤロープ螺
旋巻式のものを用いる場合のほか、ワイヤロープ螺旋巻
式のものと同じように、ばね定数による変形能力と変形
に依存するエネルギー吸収能力とを併せもつ防振ゴム等
を用いることも可能である。

【００４２】さらに、支持台やウェイトの形状も正方形
に限らず、他の形状とすることが可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、少
ない部品数でコンパクトに構成でき、また面倒で時間の
かかる固有振動数の調整が不要で、製作や取付けを容易
に行なえる建造物の制振装置および制振装置システムを
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る制振装置を示す断面
図。

【図２】その制振装置の平面図。

【図３】その制振装置における緩衝装置を示す平面図。

【図４】その緩衝装置の正面図。

【図５】本発明の他の実施形態に係る制振装置システム
を示す平面図。

【図６】従来の制振装置の一例を示す側面図。

【図７】従来の制振装置の他の例を示す側面図。

【符号の説明】

10…緩衝装置 12…ワイヤロープ 20…TMD（動吸振器） 21…支持台 22…傾斜面 23…ウェイト 24…傾斜面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 立山 壮平 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内 (72)発明者 久保 充司 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内 Ｆターム(参考） 2D059 AA05 GG05 GG14 GG17 GG61 3J048 AA01 BC02 BC10 DA01 DA02 EA38

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】建造物の上下振動を減衰させる制振装置で
   あって、 建造物に固定される支持台と、この支持台の上に配置さ
   れるウェイトと、ばね定数による変形能力と変形に依存
   するエネルギー吸収能力とを併せもつ複数の緩衝装置と
   を具備し、 前記支持台およびこの支持台の上に配置するウェイトに
   は、水平に対して４５°の角度で傾斜して互いに対向す
   る傾斜面がそれぞれ設けられ、前記複数の緩衝装置がそ
   の傾斜面の対向間に均等的に設けられ、これら複数の緩
   衝装置を介して前記ウェイトが前記支持台の上に支持さ
   れていることを特徴とする建造物の制振装置。
2. 【請求項２】ばね定数による変形能力と変形に依存する
   エネルギー吸収能力とを併せもつ各緩衝装置は、ワイヤ
   ロープを螺旋状に巻回してなるワイヤロープ螺旋巻式で
   あることを特徴とする請求項１に記載の建造物の制振装
   置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の制振装置を複数、建造物
   の定位置に組み合わせて設置してなる制振装置システ
   ム。