JP2009019383A - Base-isolating system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上下部構造間に設けられて上部構造に対する免震効果および応答を制御可能とした免震システムに関するものである。 The present invention relates to a seismic isolation system which is provided between upper and lower structures and can control the seismic isolation effect and response to the upper structure.
近年、地震に対して構造物の安全性を確保するために、当該構造物の基礎部分や中間階に設けた免震層に、積層ゴムや滑り支承による免震装置を介装して地震等によって地盤から構造物に伝播しようとする振動を緩和させるとともに、さらに上下部構造間に、粘弾性ダンパーやオイルダンパー等の減衰ダンパーを介装して、上記振動を積極的に減衰させる各種のパッシブ免震システムが適用されている。 In recent years, in order to ensure the safety of structures against earthquakes, earthquakes, etc. are installed on bases of the structures and seismic isolation layers provided on intermediate floors with laminated rubber and seismic isolation devices using sliding bearings. In addition to alleviating vibrations that are about to propagate from the ground to the structure, various passives are also used to actively dampen the vibrations by interposing damping dampers such as viscoelastic dampers and oil dampers between the upper and lower structures. Seismic isolation system is applied.
ところで、上記減衰ダンパーにおける減衰力を設定するに際して、上記免震層における上下部構造間の相対変位と、上部構造の加速度応答には、相反する関係がある。
すなわち、上記減衰力を高く設定すると、免震層における相対変位を小さくすることができるものの、上部構造への振動伝達率が大きくなって加速度応答が増大してしまう。これに対して、上記減衰力を低く設定すると、上部構造の加速度応答を低減させることはできるが、反面上記免震層における相対変位が大きくなり、この結果、上部構造と周囲との間に大きなクリアランスを設定する必要が生じてしまう。
By the way, when setting the damping force in the damping damper, there is a conflicting relationship between the relative displacement between the upper and lower structures in the seismic isolation layer and the acceleration response of the upper structure.
That is, if the damping force is set high, the relative displacement in the seismic isolation layer can be reduced, but the vibration transmissibility to the superstructure increases and the acceleration response increases. On the other hand, if the damping force is set low, the acceleration response of the superstructure can be reduced, but on the other hand, the relative displacement in the seismic isolation layer becomes large. As a result, there is a large gap between the superstructure and the surroundings. It becomes necessary to set the clearance.
したがって、敷地が狭く、充分な上記クリアランスを確保することが難しい構造物や、長周期地震動に対する上下部構造間の相対変位を抑制することを目的とした構造物等において、上記減衰力を高く設定した場合には、頻度の高い中小地震に対しても加速度応答の低減性能が悪くなってしまうという問題点があった。 Therefore, the damping force is set high for structures where the site is small and it is difficult to ensure sufficient clearance, or structures that aim to suppress relative displacement between the upper and lower structures against long-period ground motion. In such a case, there is a problem that the performance of reducing acceleration response deteriorates even for frequent small and medium earthquakes.
このため、速度2乗比例の減衰装置を用いた免震システムも開発されており、当該免震システムによれば、発生する減衰力が速度の2乗に比例するために、頻度の高い中小地震に対しては、減衰力を小さくして高い免震効果を発揮させ、かつ速度の大きな大地震に対しては、減衰力を増大させることにより、免震効果は小さくなるものの、上下部構造間の相対変位が過多になることを抑制することができる。 For this reason, a seismic isolation system using a damping device proportional to the square of speed has also been developed. According to the seismic isolation system, since the generated damping force is proportional to the square of the speed, frequent small and medium earthquakes However, for large earthquakes with a large velocity, the seismic isolation effect can be reduced by increasing the damping force. It is possible to suppress an excessive relative displacement of.
しかしながら、上記従来の免震システムにあっては、上下部構造間に大きな相対変位が生じた場合においても、減衰装置の変位速度Vが小さい領域においては減衰力が小さく設定されてしまうために、上述した上部構造に生じる過度の変位を抑制することができないという問題点がある。
また、減衰装置の特性曲線が、上記変位速度と減衰力との関係によって規定されてしまうために、中小地震時と大地震時とにおける減衰性能を自由に設定することが難しいという問題点もある。
However, in the conventional seismic isolation system, even when a large relative displacement occurs between the upper and lower structures, the damping force is set small in the region where the displacement speed V of the damping device is small. There is a problem that an excessive displacement generated in the above-described superstructure cannot be suppressed.
In addition, since the characteristic curve of the damping device is defined by the relationship between the displacement speed and the damping force, there is a problem that it is difficult to freely set the damping performance at the time of a small and large earthquake. .
このような問題点を解決するために、例えば下記特許文献1においては、指令値にしたがって抵抗値を多段階に又は連続的に変えられる可変減衰装置であって、前記指令値による抵抗値の可変制御の手段として、当該減衰装置の変位量を計測する変位計が設置されており、前記変位計が計測した変位信号Xに基づいて、演算装置が先ず微分演算により速度Vを計算して求め、定数ωを用いた次式、I=√{X2+(V/ω)2}により指標Iが求められ、前記指標Iに基づいて指令値Cが算出され、抵抗値が制御されることを特徴とする可変減衰装置が提案されている。
In order to solve such a problem, for example, in
また、本発明者等は、先に下記特許文献2において、構造物の上下部構造間に介装された減衰力が可変な減衰装置を有する免震手段の上記減衰力を制御するための免震制御方法であって、予め上記上下部構造間における基準振幅値を設定するとともに、上記構造物に振動が作用した際の上記上下部構造間の相対的な振幅値および速度を測定し、これら振幅値および速度から上記振動の一定時間後の予測振幅値を算出し、次いで上記予測振幅値と上記基準振幅値との相異に基づいて、上記減衰力を制御することを特徴とする免震制御方法を提案した。
In addition, the inventors previously described in
上記免震制御方法によれば、構造物に振動が作用した際の上下部構造間の相対的な振幅値および速度を測定し、これらから上記振動の一定時間後の予測振幅値を算出して、得られた予測振幅値と上記基準振幅値との相異に基づいて上記減衰力を制御しているので、例えば当該予測振幅値が予め設定した基準振幅値よりも大きい場合に上記減衰力を増加させ、上記予測振幅値が上記基準振幅値よりも小さい場合に上記減衰力を減少させる等の制御を行うことにより、大地震のような構造物が非線形化する振動に対しても、当該構造物の応答変位が過大になることを確実に防止することができるという効果が得られる。
ところが、上記免震制御方法にあっても、センサ等によって上下部構造間の相対的な振幅値および速度を時々刻々測定して、これらから上記振動の一定時間後の予測振幅値を常時算出しておく必要があるために、大地震時における制御の信頼性やコストの観点から問題があり、より一層簡易で、しかも保守・信頼性に優れたセミアクティブ免震システムに代わる免震システムの開発が望まれている。 However, even in the above-mentioned seismic isolation control method, the relative amplitude value and speed between the upper and lower structures are measured from time to time using a sensor or the like, and the predicted amplitude value after a certain time of the vibration is constantly calculated from these. Development of a seismic isolation system that replaces the semi-active seismic isolation system that is even easier and more maintenance-reliable. Is desired.
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、演算装置や複雑な制御装置等を要することなく、簡易な設備によって地震時に高い振動減衰効果を発揮させることができ、かつ大地震時等には上下部構造間に過度の相対変位を生じることを防ぐことができるセミアクティブ免震システムに代わる免震システムを提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and without requiring an arithmetic device or a complicated control device, it is possible to exhibit a high vibration damping effect at the time of an earthquake with simple equipment, and at the time of a large earthquake, etc. An object of the present invention is to provide a seismic isolation system that replaces the semi-active seismic isolation system that can prevent excessive relative displacement between the upper and lower structures.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明に係る免震システムは、建物の上下部構造間に介装されるとともに減衰係数を2段階または3段階に切り換える切換手段が設けられた可変減衰ダンパーと、上記下部構造に対する上記上部構造の応答を検出する応答検出手段と、上記応答検出手段からの検出信号に基づいて上記切換手段を作動させる制御手段とを備えてなり、上記制御手段は、地震発生時に上記可変減衰ダンパーの減衰係数を最小にし、かつ上記応答検出手段がその設定値を超える上記上部構造の応答量を検出した際に、上記切換手段を作動させて上記可変減衰ダンパーの減衰係数を上げて減衰力を増大させ、少なくとも地震時は当該減衰係数をそのままに維持することを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the seismic isolation system according to the invention described in
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、上記応答検出手段が、上記下部構造に対する上記上部構造の応答を検出して、当該応答量が上記設定値を超えた際に上記制御手段に上記切換手段を作動させるトリガー信号を発するスイッチであることを特徴とするものである。
ここで、上記上部構造の応答とは、下部構造に対する上部構造の変位量、速度、加速度、可変減衰ダンパーの駆動部分における相対変位量、相対速度、相対加速度、減衰力、流体ダンパーにおける内部圧力等を包含するものである。
The invention according to
Here, the response of the upper structure means the displacement amount, speed, acceleration of the upper structure relative to the lower structure, the relative displacement amount in the driving portion of the variable damping damper, the relative speed, the relative acceleration, the damping force, the internal pressure in the fluid damper, etc. Is included.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、地震の発生を検知する感震手段を備え、かつ上記可変減衰ダンパーは、平常時に最大の減衰係数に設定されているとともに、上記制御手段は、上記感震手段からの地震の検知信号に基づいて上記切換手段を作動させ、上記可変減衰ダンパーの減衰係数を下げて減衰力を低減させることを特徴とするものである。
The invention according to claim 3 is the invention according to
さらに、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、上記感震手段が、地震によるS波が到達する前に、上記建物における地震の震度および/または加速度の大きさを検知可能であるとともに、検知した上記地震の震度および/または加速度が設定値を超えた際に、上記制御手段に上記切換手段を作動させるトリガー信号を発するように設定されていることを特徴とするものである。
Furthermore, the invention according to
また、請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、上記可変減衰ダンパーが、可変減衰オイルダンパーであり、かつ上記切換手段が、当該可変減衰オイルダンパーへの作動油の流路を切り換える電磁弁であるとともに、上記電磁弁が、非通電時に当該可変減衰オイルダンパーの減衰係数が最大値となるように設けられていることを特徴とするものである。
The invention according to
さらに、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、上記制御手段には、上記感震手段からの地震の検知信号を受信して一定時間経過した後に、上記電磁弁への通電を切るタイマーが設けられていることを特徴とするものである。
Further, the invention according to
請求項1〜6のいずれかに記載の発明によれば、制御手段によって、地震発生時に可変減衰ダンパーの減衰係数が最小に設定されているために、上部構造への振動の伝達率を落として地震により発生する上部構造の加速度応答を低減させることができる。この際に、下部構造に対する上部構造の相対変位は大きくなるが、応答検出手段によって検出された下部構造に対する上記上部構造の応答量が設定値を超えた際に、上記切換手段を作動させて可変減衰ダンパーの減衰力を増大させることにより、上部構造の相対変位量を抑制することができる。
According to the invention described in any one of
したがって、演算装置や複雑な制御装置等を要することなく、簡易な設備によって地震時に高い振動減衰効果を発揮させることができ、かつ大地震時等には上下部構造間に過度の相対変位を生じることを防ぐことができる。 Therefore, it is possible to exert a high vibration damping effect at the time of an earthquake with a simple facility without requiring an arithmetic device or a complicated control device, and an excessive relative displacement occurs between the upper and lower structures at the time of a large earthquake. Can be prevented.
また、特に請求項3に記載の発明によれば、地震の発生を検知する感震手段を有しているために、平常時に可変減衰ダンパーを最大の減衰係数に設定しておき、地震発生時に、初めて上記感震手段からの地震の検知信号に基づいて上記切換手段を作動させて上記可変減衰ダンパーの減衰力を低減させ、免震効果を高めることができる。 In particular, according to the invention described in claim 3, since it has a seismic sensing means for detecting the occurrence of an earthquake, the variable damping damper is set to the maximum attenuation coefficient in normal times, and when an earthquake occurs For the first time, it is possible to increase the seismic isolation effect by actuating the switching means based on the earthquake detection signal from the seismic sensing means to reduce the damping force of the variable damping damper.
ここで、上記感震手段としては、請求項4に記載の発明のように、上記建物やその近傍の地面に設置したP波センサや、気象庁の緊急地震情報のような、地震によるS波が上記建物に到達する前に上記地震の発生を知らせる手段を用いることが好ましい。
また、上記感震手段が地震の発生を検知した際に、即上記切換手段を作動させて可変減衰ダンパーの減衰力を低減させてもよいが、検知した上記地震の震度や加速度が設定値を超えた際に、上記制御手段に切換手段を作動させるトリガー信号を発するように設定しておけば、上記切換手段が頻繁に作動することが無く、よって当該切換手段や可変減衰ダンパーにおける保守や信頼性を一層向上させることができる。
Here, as the seismic means, an S wave caused by an earthquake such as a P wave sensor installed on the ground in the vicinity of the building or an emergency earthquake information of the Japan Meteorological Agency as in the invention described in
When the seismic sensing means detects the occurrence of an earthquake, the switching means may be actuated immediately to reduce the damping force of the variable damping damper. If the control means is set to issue a trigger signal for operating the switching means, the switching means will not operate frequently, and therefore maintenance and reliability of the switching means and the variable damping damper are avoided. Property can be further improved.
さらに、上記可変減衰ダンパーや切換手段としては、請求項5に記載の発明のように、汎用の可変減衰オイルダンパーや電磁弁を用いることができるとともに、特に上記電磁弁を、非通電時に減衰力が最大値となるように設ければ、平常時に電源を供給する必要がないために、経済性や取扱性にも優れる。
Further, as the variable damping damper and the switching means, a general-purpose variable damping oil damper or a solenoid valve can be used as in the invention described in
加えて、請求項6に記載の発明のように、上記感震手段からの地震の検知信号を受信して一定時間経過した後に、上記電磁弁への通電を切るタイマーを設ければ、地震後においても、何等の操作を行うことなく、再び電磁弁を平常時における設定に戻すことができる。
In addition, as in the invention described in
図1〜図6は、本発明に係る免震システムの一実施形態およびその変形例を示すものである。
この免震システムは、建物の下部構造1と上部構造2との間に形成された免震層3に介装された積層ゴム支承による免震装置3aおよび可変減衰オイルダンパー(可変減衰ダンパー)4と、地震の発生を検知する感震手段5と、上記地震による下部構造1に対する上部構造2の相対変位量(応答)を検出するリミットスイッチ(応答検出手段)6と、感震手段5およびリミットスイッチ6からの検出信号に基づいて可変減衰オイルダンパー4の減衰力を増減させるリレー回路(制御手段)7とから概略構成されている。
1-6 shows one Embodiment of the seismic isolation system which concerns on this invention, and its modification.
This seismic isolation system includes a seismic isolation device 3 a and a variable damping oil damper (variable damping damper) 4, which are provided with a laminated rubber support interposed in a seismic isolation layer 3 formed between a
ここで、可変減衰オイルダンパー4は、オイルが充填されたシリンダ4aと、このシリンダ4aに往復動自在に設けられた出力軸4bと、内部のオイルの流路を切り換えることにより減衰係数を2段階に切り換える電磁弁(切換手段)4cとから構成されたもので、出力軸4bが下部構造1に固定されるとともに、シリンダ4aが上部構造2に固定されている。そして、この可変減衰オイルダンパー4においては、電磁弁4cがノーマルクローズであり、この結果非通電(電源OFF)時に減衰係数が大きく(Cmax)、通電(電源ON)時に減衰係数が小さく(Cmim)なるように設定されている。
Here, the variable damping
また、感震手段5としては、下部構造1あるいは近傍の地面に設置された地震計や、気象庁の緊急地震情報等の受信装置を用いることができる。ちなみに、上記緊急地震情報によれば、地震到達前に、この建物位置における震度や加速度の大きさを予測することができる。そして、この感震手段5には、上記地震計または受信装置から受信した地震の規模(本実施形態においては、震度または加速度)が予め設定された値(例えば、震度であれば1程度、加速度であれば数Gal)を超えた際に、トリガー信号を送る出力ライン8が接続されている。ちなみに、上記地震計を用いる場合には、このようなトリガー信号の設定が可能なP波センサが好適である。
As the seismic sensing means 5, a seismometer installed on the
そして、免震層3内における上下部構造1、2間に、相対変位量を検出するための上記リミットスイッチ6が設けられている。
このリミットスイッチ6は、図3に示すように、上部構造2に垂設されて先端部9aが金属を検知可能な近接スイッチ9と、この近接スイッチ9の下方に臨む下部構造1上に取り付けられた検知板10とから構成されている。
The
As shown in FIG. 3, the
この検知板10は、平常時における近接スイッチ9の下方を中心とした円形部分が非鉄金属板10aによって形成されるとともに、その外周に金属板10bが設けられている。そして、この非鉄金属板10aの半径が、下部構造1に対する上部構造2の相対変位量の設定値になっている。そして、近接スイッチ9には、これが金属板10bの上方に位置して金属を検知した際に、当該検知信号をトリガー信号として送出する出力ライン11が接続されている。
The
他方、リレー回路7は、ソリッドステートリレー回路であり、当該リレー回路には、電源からの入力ライン12、電磁弁への電源出力ライン13、感知手段5およびリミットスイッチ6の近接スイッチ9からのトリガー信号の出力ライン8、11が接続されるとともに、感知手段5からの出力ライン8には、タイマー14が介装されている。
On the other hand, the
そして、リレー回路7は、平常時において電源の入力ライン12と電磁弁4cへの電源出力ライン13との間のスイッチ7aをOFFに保持するとともに、感震手段5から発せられたトリガー信号が出力ライン8を介して入力された際に、上記スイッチ7aをONにして電磁弁4cへ通電させ、さらにリミットスイッチ6から発せられたトリガー信号が出力ライン11を介して入力された際に、再びスイッチ7aをOFFにするように組まれている。また、タイマー14は、感震手段5からのトリガー信号を受信して一定時間(例えば、12時間あるいは24時間等)経過した後に、リレー回路7にスイッチ7aをOFFにする信号を発するように設定されている。
The
以上の構成からなる免震システムにおいては、図2および図4に示すように、リレー回路7によって、平常時には電磁弁4cへの電源が非通電になっているために、可変減衰オイルダンパー4の減衰係数はCmaxに設定されている。
そして、予め設定されている値を超える規模の地震が発生した際には、これを検知した感震手段5からのトリガー信号が入力され、スイッチ7aがONに切り替わることにより、電磁弁4cに通電される。
In the seismic isolation system having the above configuration, as shown in FIG. 2 and FIG. 4, since the power to the electromagnetic valve 4 c is normally de-energized by the
When an earthquake exceeding the preset value occurs, a trigger signal is input from the seismic sensing means 5 that detects this, and the
この結果、可変減衰ダンパー4の減衰係数がCminに切り替わり、減衰力が増大することにより、上下部構造1、2間に生じる相対変位を効果的に吸収して、振動を減衰させることができる。
また、これにより下部構造1に対する上部構造2における相対変位量が大きくなるが、上部構造2に垂設した近接スイッチ9の先端部9aが、下部構造1に設けた検知板10の金属板10bの上方まで上部構造2が相対変位すると、金属を検知した近接スイッチ9からのトリガー信号が出力ライン11からリレー回路7に入力される。
As a result, the damping coefficient of the variable damping
This also increases the amount of relative displacement in the
すると、リレー回路7にスイッチ7aが再びOFFに切り替わり、電磁弁4cが非通電状態となって、可変減衰オイルダンパー4の減衰係数がCmaxになる。これにより、振動減衰効果は低減するものの、上部構造2における過度の相対変位を抑制することができる。また、発生した地震が中小規模であって、最終的にリミットスイッチ6からのトリガー信号が発せられなかった場合においても、感震手段5からの地震の検知信号を受信して一定時間経過した後に、タイマー14が作動して電磁弁4cへの通電が切られるために、何等の操作を行うことなく、再び電磁弁4cを平常時における非通電状態に戻すことができる。
Then, the
したがって、減衰係数を2段階に切り換える本免震システムによれば、演算装置や複雑な制御装置等を要することなく、簡易な設備によって地震時に高い振動減衰効果を発揮させることができ、かつ大地震時等には上下部構造1、2間に過度の相対変位を生じることを防ぐことができる。また、可変減衰オイルダンパー4の電磁弁4cを、非通電時に減衰力が大きく(減衰係数;Cmax)なるように設け、地震発生時に通電して減衰力が小さく(減衰係数;Cmin)なるようにしているために、平常時には電源を供給する必要がなく、よって経済性や取扱性にも優れる。
Therefore, according to the seismic isolation system that switches the damping coefficient in two stages, it is possible to exhibit a high vibration damping effect during an earthquake with a simple facility without requiring an arithmetic device or a complicated control device, and a large earthquake. In some cases, excessive relative displacement between the upper and
さらに、感震手段5が地震の発生を検知した際にも、検知した上記地震の震度や加速度が設定値を超えた際に、初めてリレー回路7にスイッチ7aをONに切り換えるためのトリガー信号を発するように設定しているために、平常時において発生する交通機関や強風に起因する振動や極小さな地震によって当該リレー回路7が頻繁に作動することが無く、よって電磁弁4cや可変減衰オイルダンパー4における保守・信頼性も一層向上させることができる。
Furthermore, when the seismic sensing means 5 detects the occurrence of an earthquake, when the detected seismic intensity or acceleration exceeds the set value, a trigger signal for turning on the
なお、上記実施の形態においては、応答検出手段として近接スイッチ9を用いたリミットスイッチ6を適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば図5または図6に示すような、変位スイッチ15およびドック16を用いたリミットスイッチ17、18を使用することもできる。
In the above embodiment, the case where the
すなわち、図5に示すリミットスイッチ17は、可変減衰オイルダンパー4の出力軸4bに、シリンダ4aの下方まで延出する取付板19が設けられ、この取付板19の先端部に変位スイッチ15が取り付けられている。この変位スイッチ15は、シリンダ4a側に向けて突設されており、先端部に感知部15aが水平方向へ揺動自在に設けられている。他方、この変位スイッチ15の上方に位置するシリンダ4aの底面に、ドック16が設けられている。
That is, the
このドック16は、平常時における変位スイッチ15の位置の上方が凹状に形成されるとともに、その外周に水平方向に向けて漸次下方に突出する傾斜面16aが形成されている。そして、地震発生時にシリンダ4a(上部構造2)と出力軸4b(下部構造1)との間に設定値を超える水平方向の相対変位が生じた際に、感知部15aがドック16の傾斜面16aに当接して揺動することにより、検知信号をトリガー信号として上述した出力ライン11からリレー回路7へと送信するようになっている。
The
また、図6に示すリミットスイッチ18は、シリンダ4a(上部構造2)側に取付板20を設け、この取付板20の先端部に変位スイッチ15を、感知部15aを下方に向けて設けるとともに、この変位スイッチ15と対向する下部構造1の上面に上記ドック16を固定したものである。
このようなリミットスイッチ17、18によっても、上記リミットスイッチ6を用いた場合と同様の作用効果を得ることができる。
Further, the
次に、本発明に係る免震システムの作用効果を確認するために、免震建物解析モデルを用いて、中小地震から大地震時までの地震応答解析を実施した。
先ず、上記免震システムを用いた建物として、図7に示すように、鉄骨造9階建ての小規模建物(上部構造の固有周期1.2秒)の基礎部に、積層ゴム+可変減衰オイルダンパーで構成する免震システムを適用したモデルを想定した。
Next, in order to confirm the effect of the seismic isolation system according to the present invention, the seismic response analysis from the small and medium earthquake to the large earthquake was performed using the seismic isolation building analysis model.
First, as shown in FIG. 7, a building using the above-mentioned seismic isolation system has laminated rubber + variable damping oil on the foundation of a 9-story small steel building (natural period of superstructure 1.2 seconds). A model that applies a seismic isolation system composed of dampers is assumed.
ここで、免震建物全体の1次固有周期を3秒に設定し,可変減衰オイルダンパーとして,図8に示すような、減衰係数がCmax=19kN/kine、Cmin=5.6kN/kineの2段階切り替えタイプのものを用いた。なお、免震層における擁壁との免震クリアランスは15cmとし、リミットスイッチを免震層の変形が8cmを超えた場合に作動させる設定とした。また、可変減衰オイルダンパーは、リミットスイッチが作動するまでは減衰係数をCminに設定し、リミットスイッチが作動した場合は減衰係数をCmaxに切り替え、地震の揺れが治まるまで減衰係数をCmaxに維持した。 Here, the primary natural period of the entire seismic isolation building is set to 3 seconds, and as a variable damping oil damper, as shown in FIG. 8, the damping coefficients are Cmax = 19 kN / kine and Cmin = 5.6 kN / kine 2 A step switching type was used. The seismic isolation clearance with the retaining wall in the seismic isolation layer was 15 cm, and the limit switch was set to operate when the deformation of the seismic isolation layer exceeded 8 cm. In addition, the variable damping oil damper sets the damping coefficient to Cmin until the limit switch is activated, switches the damping coefficient to Cmax when the limit switch is activated, and maintains the damping coefficient at Cmax until the shaking of the earthquake subsides. .
図9および図10は、それぞれ上記モデルに対して、エルセントロNS波の入力加速度を25cm/s2ピッチで増加させた場合の入力加速度と建物頂部加速度(図9)および免震層変位(図10)の関係を示す解析結果である。なお、図中には,減衰係数をCmax=19kN/kineおよびCmin=5.6kN/kineの一定値に固定したパッシブダンパーの結果についても併せて示している。
9 and 10 show the input acceleration, the building top acceleration (FIG. 9), and the seismic isolation layer displacement (FIG. 10) when the input acceleration of the El Centro NS wave is increased at a pitch of 25 cm /
これらの解析結果を示す図9および図10によれば、減衰係数をCminに固定したパッシブダンパーおいては、頂部の加速度応答は小さいものの、300cm/s2程度の入力加速度で免震層の変形が15cmを超えて擁壁と衝突してしまうことが判る。一方、減衰係数をCmaxに固定したパッシブダンパーにおいては、免震層の応答は大地震時においても15cm以内におさまっているが、中小地震においても頂部加速度が減衰係数をCminに固定した場合に比べて大きくなってしまうことが判る。 According to FIGS. 9 and 10 showing these analysis results, in the passive damper with the damping coefficient fixed to Cmin, although the acceleration response at the top is small, the seismic isolation layer is deformed at an input acceleration of about 300 cm / s2. It can be seen that it collides with the retaining wall beyond 15 cm. On the other hand, in the passive damper with the damping coefficient fixed at Cmax, the response of the seismic isolation layer is kept within 15 cm even during a large earthquake, but compared with the case where the top acceleration is fixed at the damping coefficient Cmin even during a small and medium earthquake. It turns out that it will become big.
これに対して、本発明に係る免震システムにおいては、入力レベルが小さいうちは、減衰係数をCminに固定した場合と同等の加速度応答を示し、入力レベルが大きくなるに連れて応答値は減衰係数をCmaxに固定した場合に漸近している。そして、200cm/s2程度まで減衰係数がCminに維持されるため、中小地震に対する加速度低減性能が優れており、さらに200cm/s2を超えた際に、減衰係数がCmaxに切り替わるため、大地震時においても免震層の応答を15cm以下に治まっている。
以上より、最大応答値に着目すると、本発明に係る免震システムは、実用上十分な性能が得られることが確認された。
On the other hand, in the seismic isolation system according to the present invention, while the input level is small, the acceleration response is equivalent to the case where the attenuation coefficient is fixed to Cmin, and the response value attenuates as the input level increases. It is asymptotic when the coefficient is fixed at Cmax. And since the attenuation coefficient is maintained at Cmin up to about 200 cm / s2, the acceleration reduction performance for small and medium earthquakes is excellent, and when it exceeds 200 cm / s2, the attenuation coefficient switches to Cmax. However, the response of the seismic isolation layer has been subsided to 15 cm or less.
From the above, when focusing on the maximum response value, it was confirmed that the seismic isolation system according to the present invention can provide practically sufficient performance.
なお、上記実施の形態および実施例においては、いずれも可変減衰ダンパーとして可変減衰オイルダンパー4を用い、かつ切換手段として電磁弁5を用いた場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、各種の可変減衰ダンパーおよび当該ダンパーの減衰力を切り換えるための切換手段を適用することができる。また、減衰係数の切換段階についても、上述した2段階に限らず、3段階に切り換えられるものを用いても良い。
In the above embodiments and examples, only the case where the variable damping
さらに、上記感震手段5およびタイマー14を省略するとともに、平常時に常時電磁弁5に通電を行うことにより減衰係数をCminに設定しておくこともできる。この場合には、常時通電を行う必要があるが、その他については、上記実施の形態に示したものと同様の作用効果を得ることができる。
Further, the seismic sensing means 5 and the
1 下部構造
2 上部構造
3 免震層
4 可変減衰オイルダンパー(可変減衰ダンパー)
4a シリンダ
4b 出力軸
4c 電磁弁(切換手段)
5 感震手段
6、17、18 リミットスイッチ(応答検出手段)
7 リレー回路(制御手段)
7a スイッチ
1
5 Seismic sensing means 6, 17, 18 Limit switch (response detection means)
7 Relay circuit (control means)
7a switch
Claims (6)
上記制御手段は、地震発生時に上記可変減衰ダンパーの減衰係数を最小にし、かつ上記応答検出手段がその設定値を超える上記上部構造の応答量を検出した際に、上記切換手段を作動させて上記可変減衰ダンパーの減衰係数を上げて減衰力を増大させ、少なくとも地震時は当該減衰係数をそのままに維持することを特徴とする免震システム。 A variable damping damper interposed between the upper and lower structures of the building and provided with switching means for switching the damping coefficient to two or three stages; response detecting means for detecting the response of the upper structure to the lower structure; Control means for operating the switching means based on a detection signal from the response detection means,
The control means activates the switching means to minimize the damping coefficient of the variable damping damper when an earthquake occurs and the response detecting means detects a response amount of the superstructure that exceeds the set value. A seismic isolation system characterized by increasing the damping coefficient of the variable damping damper to increase the damping force and maintaining the damping coefficient as it is at least during an earthquake.
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