JP2008285897A - 塔状構造物の制振方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄塔や照明柱など上下方向に長い塔状構造物の制振方法および装置に関する。
【解決手段】制振しようとする塔状部材の上端部に制振装置を取り付ける塔状部材の制振方法であって、前記制振装置は、取り付け個所を支点とする、力学的に単振り子に置換することが可能な部材で、例えば、底部が開放されている傘状部材で、その頂部には、制振しようとする塔状部材が挿通する開口部と、前記開口部の外周部に取り付けられ、前記傘状部材を前記塔状部材の材軸中心まわりに回転可能とし、且つ、前記頂部を支点とする力学的な単振り子運動を可能とする環状の回転機構を有し、前記塔状部材に回転可能に取り付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は鉄塔や照明柱など上下方向に長い塔状構造物の制振方法および装置に関する。

煙突、アンテナ、照明、標識支柱や鉄塔など上下方向に長い塔状構造物には、風や交通振動もしくは地震時の共振現象に起因する大きな揺れが発生し、損傷や破壊、疲労亀裂が発生する。

従来、これらを防止する方法として（１）煙突、アンテナ、照明・標識支柱や鉄塔の剛性を増大させて変形を小さくする。もしくは構造物に使用する素材の板厚を増大させて応力を低下させる。

（２）煙突、アンテナ、照明・標識支柱や鉄塔の応答に支配的なモードの固有振動数と外力の卓越振動数（もしくはパワーの大きな周波数帯）を一致させないように煙突、アンテナ、照明・標識支柱や鉄塔の剛性を調整する。一般的には剛性を増大させて固有振動数を大きくする。（３）対象構造物に制振装置を取り付ける。等が個別または総合的に用いられてきた。

特許文献１は上下方向に長い塔状構造物の制振装置に関し、塔状構造物の上端部付近の外側に、フロアフレームを水平方向へ張り出させるように設け、その上に錘を水平方向へ移動自由に載置し、当該錘は、フロアフレームの下方に設けた支持台との間でばねにより連結される制振装置が記載されている。

また、特許文献１には、煙突の頂部に吊架台を前後左右に張り出して、環状の錘をロープで吊り下げ、更に前記環状の錘と煙突の間にダンパを介在させる制振装置が従来技術として記載されている。

特許文献２はビルや塔などに設置する自己同調型制振装置に関し、ケースの中に球を回転可能に挿入し、制御対象物の振動に同調した球の円運動で、振動を抑制するものが記載されている。風などの定常的な外力に対しては球の円運動により、地震などの過渡的な入力に対しては球とケースの衝突的な運動により振動を抑制する。

また、特許文献２には、塔状構造物の外周部に取り付けた環状の支持具に、下端部に錘を取り付けたバネを吊り下げ、錘には球が挿入される溝が設けられた柱状構造物用制振装置が従来技術として記載されている。
特開２００３−２７８８２７号公報 特開２００３−１４０３６号公報

ところで、上下方向に長い塔状構造物が揺れる場合、左右方向や前後方向に直線的に揺れる場合の他に、左右方向や前後方向の揺れが合成されて、その上端部がある半径を有して回転する、いわゆる、振れ回りが生じる場合がある。

振れ回りが生じた場合、直線的な揺れに対応するように取り付けられた制振装置では、制振効果が得られない。そのため、特許文献１には、煙突の左右方向と前後方向の各ー側に制震装置を各１台ずつ設置したり、左右方向と前後方向の各両側に各１台ずつ設置したり、各両側に各複数台ずつ設置することが記載されている。

しかしながら、特許文献１記載の方法ではいずれの場合でも制振装置を複数台取り付けることになり、経済的でなく、また外観も損なうなどの問題を生じる。

また、上述した剛性を増大させる、もしくは応力を下げる方法は、鋼材など構造物の重量が大きくなるため不経済となる。

そして、固有振動数を変化させる方法は、一般的には剛性を上げる方向に設計しなお
すため不経済となるとともに、外力の卓越振動数に応じて、対象物の固有振動数を変更していくのは実用的でない。

そこで、本発明は、鉄塔や照明柱などの塔状構造物を対象として、風、地震、交通振動による共振現象に起因するあらゆる方向の揺れを低減する、構造が簡易で経済的な制振装置を提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段により達成可能である。
１．制振しようとする塔状部材の上端部に制振装置を取り付ける塔状部材の制振方法であって、前記制振装置は、取り付け個所を支点とする、力学的に単振り子に置換することが可能な部材で、前記取り付け個所において前記塔状部材の材軸中心が回転中心となるように、前記塔状部材に回転可能に取り付けられていることを特徴とする塔状部材の制振方法。
２．前記制振装置は、底部が開放されている傘状部材で、その頂部には、制振しようとする塔状部材が挿通する開口部と、前記開口部の外周部に取り付けられ、前記傘状部材を前記塔状部材の材軸中心まわりに回転可能とし、且つ、前記頂部を支点とする力学的な単振り子運動を可能とする環状の回転機構を有していることを特徴とする１記載の塔状部材の制振方法。
３．前記制振装置は、円錐台状の骨組み構造であって、下端部には複数の錘が点対称となるように取り付けられ、その頂部には、制振しようとする塔状部材が挿通する開口部と、前記開口部の外周部に取り付けられ、前記塔状部材の材軸中心まわりに回転可能とし、且つ、前記頂部を支点とする力学的な単振り子運動を可能とする環状の回転機構を有していることを特徴とする１記載の塔状部材の制振方法。
４．更に、前記制振装置と前記塔状部材は、前記制振装置の下端部において、前記塔状部材が挿通して、その材軸中心まわりに回転可能な環状回転部材と、前記制振装置の下端部に点対称となるように取り付けた複数の錘が弾性体を介して結合されていることを特徴とする３記載の塔状部材の制振方法。
５．傘状部材からなる制振装置で、前記制振装置は底部が開放され、頂部には、制振しようとする塔状部材が挿通する開口部と、前記開口部の外周部に取り付けられ、前記傘状部材を前記塔状部材の材軸中心まわりに回転可能とし、且つ、前記頂部を支点とする力学的な単振り子運動を可能とする環状の回転機構を有していることを特徴とする制振装置。
６．円錐台状の骨組み構造部材からなる制振装置で、前記制振装置は底部が開放され、下端部には複数の錘が点対称となるように取り付けられ、頂部には、制振しようとする塔状部材が挿通する開口部と、前記開口部の外周部に取り付けられ、前記円錐台状の骨組み構造部材を前記塔状部材の材軸中心まわりに回転可能とし、且つ、前記頂部を支点とする力学的な単振り子運動を可能とする環状の回転機構を有していることを特徴とする制振装置。
７．更に、前記制振装置は開放された底部の中心部に、点対称となるように取り付けた複数の錘と弾性体を介して結合された環状回転部材を有し、前記環状回転部材は制振しようとする塔状部材が挿通して、その材軸中心まわりに回転可能であることを特徴とする６記載の制振装置。
８．環状の回転機構に、更に減衰機構を付加したことを特徴とする２乃至４のいずれか一つに記載の制振方法。
９．環状の回転機構に、更に減衰機構を付加したことを特徴とする５乃至７のいずれか一つに記載の制振装置。

本発明によれば、上下方向に長い塔状構造物の振れ回りを効果的に減衰可能な簡易な機構の制振方法及び装置を提供することができ、産業上極めて有用である。

本発明に係る制振方法は、取り付け個所を支点とする力学的に単振り子に置換することが可能な制振装置を、制振しようとする塔状部材の上部に、当該取り付け個所において塔状部材の材軸中心まわりに回転可能に取り付けていることを特徴とする。以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る制振装置で、図において１は傘状部材、２は回転機構、３は制振しようとする塔状部材（被制振材）、１ａは傘状部材１の頂部にある、塔状部材３が挿通する開口部、１ｂは傘状部材１の開放された底部を示す。

制振装置は、外観が円錐台をなす底部１ｂが開放されている傘状部材１と当該傘状部材１を塔状部材３に取り付ける環状の回転機構２で構成される。

傘状部材１の頂部には、制振しようとする塔状部材３が挿通する開口部１ａが設けられ、塔状部材３と傘状部材１は当該開口部１ａで環状の回転機構２を介して結合される。

回転機構２は、塔状部材３の前後、左右方向の直線的な動きに対して、当該回転機構２を支点として傘状部材１が単振り子と力学的に等価な動きが可能となる機構と、更に傘状部材１を塔状部材３の材軸中心まわりに回転可能とする機構を備える。これらの機構を備えることにより、塔状部材３が振れ回りを生じた際の制振が可能となる。

回転機構２は例えば環状のゴム状部材とベアリングを同心円状に配置して構成し、塔状部材３側に設けた溝に装着する。

図２は、図１で示した制振装置の働きを説明する模式図で、塔状部材３に取り付けた傘状部材１は、取り付け部を支点２０とし、重心位置１０を振り子とする力学的に等価な単振り子として示される。

単振り子の周期Ｔｍは、l：振り子長さ（支点２０から重心位置１０までの距離）、g:重力加速度として（１）式で、振動数Ｆｍは（２）式で求められる。

振動数Ｆｍが対象構造物に対して最適同調となるように(２)式よりl：振り子長さ（支点２０から重心位置１０までの距離）を調節すればよく、傘状部材１を設計する際は、その重心位置と頂部までの距離を、制振しようとする塔状部材３に対して最適同調が得られるように選定すれば良い。

図３は、本発明の他の実施例に係る制振装置を示し、図１の制振装置における傘状部材を、円錐台状の外観をなす骨組み構造とした場合を示す。

図示した制振装置１は、回転機構２を備えた環状部材１４からなる上端部と複数の錘１１が点対称となるように取り付けられた環状部材１２からなる下端部を連結した構造で、環状部材１４と環状部材１２は、錘１１と環状部材１４を棒状部材１３で連結することで一体化される。

また、本発明に係る制振装置は、上述した単振り子型で周期を調整することが困難な場合において、重心位置と塔状部材間にバネ要素を付加して最適同調が得られるように調整するものである。

図４は図３に示した制振装置と塔状部材間にバネ要素を付加した制振装置を示し、中心部を塔状部材が挿通する環状のベアリング５を、環状部材１２と同じ高さとなるように塔状部材３に取り付け、環状のベアリング５と錘１１はバネ４を介して連結する。塔状部材の振れ回りが生じた場合、ベアリング５が回転することにより錘１１は塔状部材の周りを回転し、ねじれが防止される。

図示した制振装置は、バネ４により制振装置の振動数を高めたもので、目標振動数が高く、配置の制約などにより、図３に示す振り子状の制振装置では最適同調が達成できない場合に用いる。

この場合の制震装置の最適同調の条件は（３）式で与えられる。

また、最適減衰は（４）式で与えられるので、制振装置の支点部の減衰をこのように調整する。

本発明では、制振装置による制振効果を更に向上させる場合、制振装置の支点部に摩擦ダンパーなどの減衰要素を付加する。図６は図４に示した制振装置の支点部において塔状部材と制振装置間に摩擦ダンパーを組み込んだ状態を示す外観模式図、図７は摩擦ダンパーの構造を説明する概略断面図である。

これらの図において、３１は塔状部材で制振装置の支点となる部分に設けられた球状部、
６は上部環状部材、７は下部環状部材、６１は上部環状部材６の一部を成す球面部、７１は下部環状部材７の一部を成す球面部、８は上部環状部材６と下部環状部材７を締結する締結部材、８１はナット、８２は締結用ボルトを示し、図４と同符号のものは同じものを指すものとする。

摩擦ダンパーは塔状部材の球状部３１を上部環状部材６の球面部６１と下部環状部材７の球面部７１で上下から挟み込むように配置し、上部環状部材６と下部環状部材７を締結部材８で連結する。

摩擦ダンパーの減衰効果は、締結部材８の締結用ボルト８２に螺着するナット８１により、球状部３１を上部環状部材６の球面部６１と下部環状部材７の球面部７１で締め付ける力を調整して行う。図５は、図３に示した制振装置の支点部に、上述した摩擦ダンパーを取り付けた状態を示す。尚、本発明で摩擦ダンパーは、回転機構２が備える機能を満足しなければならず、塔状部材の材軸中心周りに制振装置が回転可能なように、締め付け力が調整される。

本発明に係る制振方法は図１、図3、図４、図５、図６、図７で例示した制振装置を塔状部材の上端部に単数または複数個を取り付けて制振を行う。複数個を取り付ける場合は同一構造のものでも、異なる構造のものでも良い。

図８は、本発明に係る制振方法を説明する図で、（ａ）は、図１、（ｂ）は図３、（ｃ）は図４に示した制振装置を取り付けた場合、（ｄ）は図４で例示した制振装置を上下方向に複数個を取り付けた場合、（ｅ）は図６で例示した制振装置を取り付けた場合を示す。

本発明例。 本発明のメカニズムを説明する図。 本発明例。 本発明例。 本発明例。 本発明例。 本発明例。 本発明に係る制振装置を塔状部材に取り付けた状態を示す図で、（ａ）は、図１、（ｂ）は図３、（ｃ）は図４に示した制振装置を取り付けた場合、（ｄ）は図４で例示した制振装置を上下方向に複数個を取り付けた場合、（ｅ）は図６で例示した制振装置を取り付けた場合を示す。

符号の説明

１ 傘状部材
１ａ 開口部
１ｂ 底部
２ 回転機構
３ 塔状部材（被制振材）
４ バネ
５ ベアリング
６ 上部環状部材
７ 下部環状部材
８ 締結部材
１０ 重心位置
１１ 錘
１２、１４ 環状部材
１３ 棒状部材
２０ 支点
３１ 球状部
６１ 球面部
７１ 球面部
８１ ナット
８２ 締結用ボルト

Claims (9)

1. 制振しようとする塔状部材の上端部に制振装置を取り付ける塔状部材の制振方法であって、前記制振装置は、取り付け個所を支点とする、力学的に単振り子に置換することが可能な部材で、前記取り付け個所において前記塔状部材の材軸中心が回転中心となるように、前記塔状部材に回転可能に取り付けられていることを特徴とする塔状部材の制振方法。
2. 前記制振装置は、底部が開放されている傘状部材で、その頂部には、制振しようとする塔状部材が挿通する開口部と、前記開口部の外周部に取り付けられ、前記傘状部材を前記塔状部材の材軸中心まわりに回転可能とし、且つ、前記頂部を支点とする力学的な単振り子運動を可能とする環状の回転機構を有していることを特徴とする請求項１記載の塔状部材の制振方法。
3. 前記制振装置は、円錐台状の骨組み構造であって、下端部には複数の錘が点対称となるように取り付けられ、その頂部には、制振しようとする塔状部材が挿通する開口部と、前記開口部の外周部に取り付けられ、前記塔状部材の材軸中心まわりに回転可能とし、且つ、前記頂部を支点とする力学的な単振り子運動を可能とする環状の回転機構を有していることを特徴とする請求項１記載の塔状部材の制振方法。
4. 更に、前記制振装置と前記塔状部材は、前記制振装置の下端部において、前記塔状部材が挿通して、その材軸中心まわりに回転可能な環状回転部材と、前記制振装置の下端部に点対称となるように取り付けた複数の錘が弾性体を介して結合されていることを特徴とする請求項３記載の塔状部材の制振方法。
5. 傘状部材からなる制振装置で、前記制振装置は底部が開放され、頂部には、制振しようとする塔状部材が挿通する開口部と、前記開口部の外周部に取り付けられ、前記傘状部材を前記塔状部材の材軸中心まわりに回転可能とし、且つ、前記頂部を支点とする力学的な単振り子運動を可能とする環状の回転機構を有していることを特徴とする制振装置。
6. 円錐台状の骨組み構造部材からなる制振装置で、前記制振装置は底部が開放され、下端部には複数の錘が点対称となるように取り付けられ、頂部には、制振しようとする塔状部材が挿通する開口部と、前記開口部の外周部に取り付けられ、前記円錐台状の骨組み構造部材を前記塔状部材の材軸中心まわりに回転可能とし、且つ、前記頂部を支点とする力学的な単振り子運動を可能とする環状の回転機構を有していることを特徴とする制振装置。
7. 更に、前記制振装置は開放された底部の中心部に、点対称となるように取り付けた複数の錘と弾性体を介して結合された環状回転部材を有し、前記環状回転部材は制振しようとする塔状部材が挿通して、その材軸中心まわりに回転可能であることを特徴とする請求項６記載の制振装置。
8. 環状の回転機構に、更に減衰機構を付加したことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一つに記載の制振方法。
9. 環状の回転機構に、更に減衰機構を付加したことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一つに記載の制振装置。

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