JP2010025241A - 免震装置と制振装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡易な構造により所望の免震性能または制振性能を発揮できる装置とその装置を構成する要素の諸元を容易に設定できる免震装置と制振装置とを提供しようとする。
【解決手段】
従来の免震装置・制振装置にかわって、N個のバネ付き粘性マスダンパーを、備え、前記バネ付き粘性マスダンパーが粘性マスダンパーと前記バネ要素とを直列接続された系であり、前記バネ付き粘性マスダンパーが弾性係数kbと慣性質量mとに対応するダンパー固有振動数ωと減衰係数cとを持ち、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーが特定方向の相対変位に対応して同位相または半位相のうちの一方で同期して互いに相対変位する様に対象構造体に各々に取り付けられ、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる、ものとした。
【選択図】 図1

Description

本発明は、対象構造物の振動を免震する免震装置、または制振する制振装置に係る。特に、地震等によって揺すられた対象構造物の振動エネルギーを免震する免震装置、または制振する制振装置に関する。
地震が発生すると、建物、構造物等の対象構造物が水平、垂直に揺すられる。
地震等による加速度レベルが大きいと、対象構造物が損傷をうけたり、対象構造物の中にあるものが予想を越えて加速度を受けたり、予想を超える変位をうけたりする。
そこで、基礎から対象構造物へ伝達する振動エネルギーを減少させて振動を免震する免震装置、または対象構造物が振動した際に振動エネルギーを吸収し振動レベルを小さくして振動を制振する制振装置として各種の構造の装置が試されている。
構造とその構造を構成する要素の諸元を適正に設定することにより、所望の免震性能や制振性能を発揮できる。
特開平10−100945号 特開平10−184757号 特開2000−017885号 特開2003−138784号 特開2004−239411号 特開2005−180492号 特開2005−207547号 斉藤賢二、外2名、「慣性接続要素を使用した線形粘性ダンパーによる一質点構造の最適応答制御とKelvinモデル手法に関する考察」、「構造工学論文集」、社団法人日本建築学会、平成19年3月20日、VOl.53B、P.53−56 斉藤賢二、外1名、「慣性接続要素を利用した粘性ダンパーをもつ制振構造の最適応答制御に関する一考察 −最適設計システムにおける線形粘性要素の等価非線形粘性要素への置換法−」、日本建築学会技術報告集、第26号、2007.12 斉藤賢二、外3名、「慣性接続要素と最適化された柔バネ要素と粘性要素を有する一層応答制御システムの振動実験」、構造工学論文集、Vol.54B、日本建築学会。p.623-634,2008.3 斉藤賢二、外2名、「慣性接続要素を利用した粘性ダンパーによる制振構造の応答制御に関する一考察」、構造工学論文集、Vol.54B、日本建築学会,p.635-648、2008.3 斉藤賢二、外3名、「慣性接続要素を利用した線形粘性ダンパーと支持部材を直列結合した一層最適設計システムの振動実験(その1 実験概要)」、日本建築学会大会学術講演梗概集、B-2,2007.8 中南滋樹、外3名、「慣性接続要素を利用した線形粘性ダンパーと支持部材を直列結合した一層最適設計システムの振動実験(その2 調和加振に対する応答性状」、日本建築学会大会学術講演梗概集、B-2、2007.8 木田英範、外3名、「慣性接続要素を利用した線形粘性ダンパーと支持部材を直列結合した一層最適設計システムの振動実験(その3 ランダム加振に対する応答性状)」、日本建築学会大会学術講演梗概集、B-2、2007.8 中南滋樹、外1名、「慣性接続要素を利用した線形粘性ダンパーと支持部材を直列結合した一層最適設計システムの振動特性」、三井住友建設技術研究所報告、2007.9
しかし、所望の免震性能または制振性能を発揮するための構造とその構造を構成する要素の諸元を適正に設定することは容易ではなかった。
本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出されたもので、簡易な構造により所望の免震性能または制振性能を発揮できる装置とその装置を構成する要素の諸元を容易に設定できる免震装置と制振装置とを提供しようとする。
上記目的を達成するため、本発明に係る支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物の振動を免震する免震装置または制振する制振装置を、2個以上であるN個のバネ付き粘性マスダンパーを、備え、前記バネ付き粘性マスダンパーが振動に伴って発生する特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性接続要素と特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生するバネ要素と特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生するダンパー要素とを有して前記慣性接続要素と前記ダンパー要素とを並列接続した系である粘性マスダンパーと前記バネ要素とを直列接続された系であり、前記バネ付き粘性マスダンパーが前記バネ要素の弾性係数kbと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量mとに対応するダンパー固有振動数ωと前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値に対応する減衰係数cとを持ち、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーが特定方向の相対変位に対応して同位相または半位相のうちの一方で同期して互いに相対変位する様に対象構造体に各々に取り付けられ、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる、ものとした。
上記発明の構成により、前記バネ付き粘性マスダンパーが前記慣性接続要素と前記ダンパー要素とを並列接続した系である粘性マスダンパーと前記バネ要素とを直列接続された系である。慣性接続要素が振動に伴って発生する特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する。バネ要素が特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生する。ダンパー要素が特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生する。ダンパー固有振動数ωが前記バネ要素の弾性係数kbと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量mとに対応する。減衰係数cが前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値に対応する。N個の前記バネ付き粘性マスダンパーが対象構造体に各々に取り付けられる。N個の前記バネ付き粘性マスダンパーが特定方向の相対変位に対応して同位相または半位相のうちの一方で同期して互いに相対変位する。N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる。
その結果、異なるダンパー固有振動数を持つN個の前記バネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の振動エネルギーをより広い周波数帯域に分散し応答を低下させる。
上記目的を達成するため、本発明に係る支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物の振動を免震する免震装置または制振する制振装置を、2個以上であるN個のバネ付き粘性マスダンパーを、備え、前記バネ付き粘性マスダンパーが雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と該回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを持つ粘性マスダンパーと弾性体を持つバネ要素とを有し前記粘性ダンパーと前記バネ要素とを直列接続された系であり、前記バネ付き粘性マスダンパーが前記バネ要素を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を前記相対距離で割った値である弾性係数kbと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに前記直動方向に作用する反力を前記相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量mとに対応するダンパー固有振動数ωと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を一定の相対速度で直動させた際に前記直動方向に作用する反力を前記相対速度で割った値に対応する減衰係数cとを持ち、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーが特定方向の相対変位に対応して同位相または半位相のうちの一方で同期して互いに前記直動方向に相対変位する様に対象構造体に各々に取り付けられ、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる、ものとした。
上記発明の構成により、前記バネ付き粘性マスダンパーが前記粘性ダンパーと前記バネ要素とを直列接続された系である。前記粘性マスダンパーが、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と該回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを持つ。前記バネ要素が、弾性体を持つ。前記ダンパー固有振動数ωが、前記バネ要素を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を前記相対距離で割った値である弾性係数kbと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに前記直動方向に作用する反力を前記相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量mとに対応する。前記減衰係数cが、前記粘性マスダンパーの前記直動軸を一定の相対速度で直動させた際に前記直動方向に作用する反力を前記相対速度で割った値に対応する。N個の前記バネ付き粘性マスダンパーが対象構造体に各々に取り付けられる。N個の前記バネ付き粘性マスダンパーが特定方向の相対変位に対応して同位相または半位相のうちの一方で同期して互いに前記直動方向に相対変位する。N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる。
その結果、異なるダンパー固有振動数を持つN個の前記バネ付き粘性マスダンパーが、対象構造物の振動エネルギーをより広い周波数帯域に分散し応答を低下させる。
以下に、本発明の実施形態に係る免震装置または制振装置を説明する。本発明は、以下に記載した実施形態のいずれか、またはそれらの中の二つ以上が組み合わされた態様を含む。
また、本発明の実施形態に係る免震装置または制振装置は、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に略一致し、ここで、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上でN個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる少なくとも(N+1)個の定点での値が略等しくなり、前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である動的応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
上記発明に係る実施形態の構成により、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に略一致する。加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上でN個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる少なくとも(N+1)個の定点での値が略等しくなる。前記応答倍率は、動的応答倍率、変位応答倍率、または加速度応答倍率のうちのひとつである。動的応答倍率が、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である。変位応答倍率が、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である。加速度応答倍率が、支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である。
その結果、(N+1)個の定点での値が等しくなるので、(N+1)個の定点に対応する周波数の付近での応答倍率を均等にして、応答倍率のピークを下げることができる。
さらに、本発明の実施形態に係る免震装置または制振装置は、 N個の前記減衰係数cがN個の最適減衰係数に各々に略一致する値である、ここで、N個の前記減衰係数cがN個の前記最適減衰係数に各々に一致すると仮定したとき(N+1)個の前記定点での値が各々に実質的に略極大になる。
上記発明に係る実施形態の構成により、N個の前記減衰係数cj(j=1〜N)がN個の最適減衰係数に各々に略一致する。(N+1)個の前記定点での値が各々に実質的に略極大になる。
その結果、(N+1)個の定点での応答倍率が極大値をもつピークになり、全体の応答倍率をピークでの応答倍率を調整できる。
さらに、本発明の実施形態に係る免震装置または制振装置は、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に略一致し、ここで、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で極大値を持つ(N+1)個のピーク点での各々の応答倍率のばらつきが所定範囲内に納まり、前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である動的応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
上記発明に係る実施形態の構成により、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に略一致する。加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で極大値を持つ(N+1)個のピーク点での各々の応答倍率のばらつきが所定範囲内に納まる。
前記応答倍率は、動的応答倍率、変位応答倍率、または加速度応答倍率のうちのひとつである。動的応答倍率が、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である。変位応答倍率が、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である。加速度応答倍率が、支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である。
その結果、極大値をもつ(N+1)個のピーク点での各々の応答倍率のばらつきが所定範囲内に納まり、ピーク点の付近での応答倍率を均一にできる。
さらに、本発明の実施形態に係る免震装置または制振装置は、N個の前記減衰係数cj(j=1〜N)がN個の最適減衰係数に各々に略一致する値であり、ここで、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記減衰係数cj(j=1〜N)がN個の前記最適減衰係数に各々に一致すると仮定するときに前記応答倍率を示す線の上で極大値をもつN個のピーク点での各々の応答倍率の平均値が略最小となる。
上記発明に係る実施形態の構成により、N個の前記減衰係数cj(j=1〜N)がN個の前記最適減衰係数に各々に略一致する。前記応答倍率を示す線の上でN個の前記ピーク点での各々の応答倍率の平均値が略最小となる。
その結果、極大値をもつ(N+1)個のピーク点での各々の応答倍率のばらつきが所定範囲内に納まる範囲で、ピークの付近での応答倍率を下げられる。
さらに、本発明の実施形態に係る免震装置または制振装置は、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に略一致し、ここで、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で極少値を持つN個のピーク点での各々の応答倍率の平均値が略最小となり、前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である動的応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
上記発明に係る実施形態の構成により、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に前記最適同調振動数の各々に略一致する。加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で極少値を持つN個のピーク点での各々の応答倍率の平均値が略最小となる。前記応答倍率は、動的応答倍率、変位応答倍率、または加速度応答倍率のうちのひとつである。動的応答倍率が、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である。変位応答倍率が、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である。加速度応答倍率が、支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である。
その結果、極少値を持つN個のピーク点での各々の応答倍率の平均値が略最小となり、N個のピーク点の付近の応答倍率を下げられ、全体の応答倍率を下げられる。
さらに、本発明の実施形態に係る免震装置または制振装置は、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に略一致し、ここで、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で所定の幅の加振周波数pでの応答倍率の平均が略最小となり、前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である動的応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
上記発明に係る実施形態の構成により、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に略一致する。加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で所定の幅の加振周波数pでの応答倍率の平均が略最小となる。前記応答倍率は、動的応答倍率、変位応答倍率、または加速度応答倍率のうちのひとつである。動的応答倍率が、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である。変位応答倍率が、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である。加速度応答倍率が、支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である。
その結果、所定の幅の加振周波数pでの応答倍率の平均が略最小となり、所定の幅の加振周波数pの付近での応答倍率を下げられる。
さらに、本発明の実施形態に係る免震装置または制振装置は、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方の前記ダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数よりさらに低い値であり、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方の前記ダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数に略一致または僅かにずれ、ここで、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上でN個の前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値であるN個の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる(N+1)個の定点での値が略等しくなり、
前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である動的応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
上記発明に係る実施形態の構成により、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方の前記ダンパー固有振動数ωjがN個の前記最適同調振動数のうちの低い方の前記最適同調振動数よりさらに低い値である。N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方の前記ダンパー固有振動数ωjがN個の前記最適同調振動数のうちの高い方の前記最適同調振動数に略一致または僅かにずれる。N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上でN個の前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値であるN個の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる(N+1)個の定点での値が略等しくなる。前記応答倍率は、動的応答倍率、変位応答倍率、または加速度応答倍率のうちのひとつである。動的応答倍率が、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である。変位応答倍率が、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である。加速度応答倍率が、支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である。
その結果、(N+1)個の定点に対応する周波数に比べより拡がった付近での応答倍率を均等にして、応答倍率を調整できる。
さらに、本発明の実施形態に係る免震装置または制振装置は、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方の前記ダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数よりさらに低い値であり、ここで、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上でN個の前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値であるN個の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる(N+1)個の定点での値が略等しくなり、前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である動的応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
上記発明に係る実施形態の構成により、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方の前記ダンパー固有振動数ωjがN個の前記最適同調振動数のうちの低い方の前記最適同調振動数よりさらに低い値である。N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上でN個の前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値であるN個の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる(N+1)個の定点での値が略等しくなる。前記応答倍率は、動的応答倍率、変位応答倍率、または加速度応答倍率のうちのひとつである。動的応答倍率が、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である。変位応答倍率が、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である。加速度応答倍率が、支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である。
その結果、(N+1)個の定点に対応する周波数に比べ低い側がより低い側へ拡がった付近での応答倍率を均等にして、応答倍率を調整できる。
さらに、本発明の実施形態に係る免震装置または制振装置は、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方の前記ダンパー固有振動数ωjがN個の前記最適同調振動数のうちの高い方の前記最適同調振動数よりさらに高い値であり、ここで、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上でN個の前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値であるN個の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる(N+1)個の定点での値が略等しくなり、前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である動的応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
上記発明に係る実施形態の構成により、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方の前記ダンパー固有振動数ωjがN個の前記最適同調振動数のうちの高い方の前記最適同調振動数よりさらに高い値である。N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上でN個の前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値であるN個の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる(N+1)個の定点での値が略等しくなる。前記応答倍率は、動的応答倍率、変位応答倍率、または加速度応答倍率のうちのひとつである。動的応答倍率が、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である。変位応答倍率が、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である。加速度応答倍率が、支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である。
その結果、(N+1)個の定点に対応する周波数に比べ低い側がより高い側へ拡がった付近での応答倍率を均等にして、応答倍率を調整できる。
さらに、本発明の実施形態に係る免震装置または制振装置は、N個の前記減衰係数cがN個の最適減衰係数に略一致し、ここで、N個の前記減衰係数cがN個の前記最適減衰係数に各々に一致すると仮定したとき(N+1)個の前記定点での値が各々に実質的に略極大になる。
上記発明に係る実施形態の構成により、N個の前記減衰係数cがN個の前記最適減衰係数に略一致する。(N+1)個の前記定点での値が各々に実質的に略極大になる。
その結果、(N+1)個の定点の近傍での応答倍率が極大値をもつピーク点になり、全体の応答倍率をピーク点での応答倍率を調整できる。
さらに、本発明の実施形態に係る免震装置または制振装置は、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)の各々の前記ダンパー固有振動数ωjがN個の所定値に略一致し、ここで、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の所定値に各々に一致すると仮定すると、前記固有振動数ωsが最小固有振動数ωminと最大固有振動数ωmaxとの間の値をとったときの前記応答倍率を示す線上での最大値Pmaxが、前記固有振動数ωsが最小固有振動数ωminであるときの最大値Pmaxより低くかつ前記固有振動数ωsが最大固有振動数ωmaxであるときの最大値Pmaxより低くなる。
上記発明に係る実施形態の構成により、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)の各々の前記ダンパー固有振動数ωjがN個の所定値に略一致する。前記応答倍率を示す線上での最大値Pmaxが、前記固有振動数ωsが最小固有振動数ωminと最大固有振動数ωmaxとの間で連続的に変化すると仮定するときに、前記固有振動数ωsが最小固有振動数ωminであるときの最大値Pmaxより低くかつ前記固有振動数ωsが最大固有振動数ωmaxであるときの最大値Pmaxより低く、
その結果、主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsが変化した際に、応答倍率の変化を調整できる。
さらに、本発明の実施形態に係る免震装置または制振装置は、 2個以上であるN個の前記バネ付き粘性マスダンパーであるN個の第一バネ付き粘性マスダンパーを有する第一バネ付き粘性マスダンパー組と、2個以上であるN個の前記バネ付き粘性マスダンパーであるN個の第二バネ付き粘性マスダンパーを有する第二バネ付き粘性マスダンパー組と、
を備え、N個の第一バネ付き粘性マスダンパーのダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なり、N個の第二バネ付き粘性マスダンパーのダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なり、N個の第一バネ付き粘性マスダンパーの減衰係数cj(j=1〜N)が互いに異なり、N個の第二バネ付き粘性マスダンパーの減衰係数cj(j=1〜N)が互いに異なり、N個の前記第一バネ付き粘性マスダンパーの各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)とN個の前記第二バネ付き粘性マスダンパーの各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)とが1対毎に略一致し、N個の前記第一バネ付き粘性マスダンパー(j=1〜N)の各々の前記減衰係数cj(j=1〜N)とN個の前記第二バネ付き粘性マスダンパー(j=1〜N)の各々の減衰係数cj(j=1〜N)とが1対毎に略一致し、N個の第一バネ付き粘性マスダンパーとN個の第二バネ付き粘性マスダンパーとが対象構造物の剛心を基準に1対毎に各々に点対称になる様に又は対称構造体の剛心を貫く仮想線を基準に1対毎に各々に線対称になる様に、N個の第一バネ付き粘性マスダンパーとN個の第二バネ付き粘性マスダンパーとが支持体と対象構造物との間または対象構造体の内部に各々に取り付けられる。
上記発明に係る実施形態の構成により、第一バネ付き粘性マスダンパー組が2個以上であるN個の前記バネ付き粘性マスダンパーであるN個の第一バネ付き粘性マスダンパーを有する。第二バネ付き粘性マスダンパー組が、2個以上であるN個の前記バネ付き粘性マスダンパーであるN個の第二バネ付き粘性マスダンパーを有する。N個の第一バネ付き粘性マスダンパーのダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる。N個の第一バネ付き粘性マスダンパーのダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる。N個の第二バネ付き粘性マスダンパーのダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる。N個の第一バネ付き粘性マスダンパーの減衰係数cj(j=1〜N)が互いに異なり、N個の第二バネ付き粘性マスダンパーの減衰係数cj(j=1〜N)が互いに異なり、N個の前記第一バネ付き粘性マスダンパーの各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)とN個の前記第二バネ付き粘性マスダンパーの各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)とが1対毎に略一致する。N個の前記第一バネ付き粘性マスダンパー(j=1〜N)の各々の前記減衰係数cj(j=1〜N)とN個の前記第二バネ付き粘性マスダンパー(j=1〜N)の各々の減衰係数cj(j=1〜N)とが1対毎に略一致する。N個の第一バネ付き粘性マスダンパーとN個の第二バネ付き粘性マスダンパーとが対象構造物の剛心を基準に1対毎に各々に点対称になる様に又は対象構造物の剛心を貫く仮想線を基準に1対毎に各々に線対称になる様に、N個の第一バネ付き粘性マスダンパーとN個の第二バネ付き粘性マスダンパーとが支持体と対象構造物との間または対象構造体の内部に各々に取り付けられる。
その結果、バネ付き粘性マスダンパーの反力により主架構と対象構造物とで構成される系にねじれ動誘導が生じるの抑制し、ねじれ振動を誘発するエネルギーを免震または制振できる。
さらに、本発明の実施形態に係る免震装置または制振装置は、2個以上のN個の前記バネ付き粘性マスダンパーを各々に有する複数組のバネ付き粘性マスダンパー組を備え、
同じ組のバネ付き粘性マスダンパー組に属するN個の前記バネ付き粘性マスダンパーの前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が各々に異なり、同じ組のバネ付き粘性マスダンパー組に属するN個の前記バネ付き粘性マスダンパーの前記減衰係数cj(j=1〜N)が各々に異なり、複数のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの全体から異なる組に属する1個のバネ付き粘性マスダンパーを選択して組み合わせた複数の前記バネ付き粘性マスダンパーの各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が各々に略一致し、複数のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの全体から異なる組に属する1個のバネ付き粘性マスダンパーを選択して組み合わせた複数の前記バネ付き粘性マスダンパーの各々の前記減衰係数cj(j=1〜N)が各々に略一致し、異なる組のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個のバネ付き粘性マスダンパーの発生する反力により対象構造物の剛心の周りに作用する各々の回転モーメントが一つの組毎に各々に相殺する様に複数組のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個のバネ付き粘性マスダンパーが支持体と対象構造物との間または対象構造体の内部に各々に取り付けられる。
上記発明に係る実施形態の構成により、複数組のバネ付き粘性マスダンパー組が、2個以上のN個の前記バネ付き粘性マスダンパーを各々に有する。同じ組のバネ付き粘性マスダンパー組に属するN個の前記バネ付き粘性マスダンパーの前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が各々に異なる。同じ組のバネ付き粘性マスダンパー組に属するN個の前記バネ付き粘性マスダンパーの前記減衰係数cj(j=1〜N)が各々に異なる。複数のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの全体から異なる組に属する1個のバネ付き粘性マスダンパーを選択して組み合わせた複数の前記バネ付き粘性マスダンパーの各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が各々に略一致する。複数のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの全体から異なる組に属する1個のバネ付き粘性マスダンパーを選択して組み合わせた複数の前記バネ付き粘性マスダンパーの各々の前記減衰係数cj(j=1〜N)が各々に略一致する。異なる組のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個のバネ付き粘性マスダンパーの発生する反力により対象構造物の剛心の周りに作用する各々の回転モーメントが一つの組毎に各々に相殺する様に複数組のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個のバネ付き粘性マスダンパーが支持体と対象構造物との間または対象構造体の内部に各々に取り付けられる。
その結果、バネ付き粘性マスダンパーの反力により主架構と対象構造物とで構成される系にねじれ動誘導が生じるの抑制し、ねじれ振動を誘発するエネルギーを免震または制振できる。
以上説明したように、本発明に係る免震装置は、その構成により、以下の効果を有する。
振動に伴って発生する特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性接続要素と前記ダンパー要素とを並列接続した系である粘性マスダンパーと前記バネ要素とを直列接続された系である前記バネ付き粘性マスダンパーを複数用意し、複数の前記バネ付き粘性マスダンパーを対象構造体に各々に取り付け、複数のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる様にしたので、異なるダンパー固有振動数を持つN個の前記バネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の振動エネルギーをより広い周波数帯域に分散し応答を低下させる。
直動軸と直動軸にねじ込まれた回転体と回転体とフレームとの隙間に封入された粘性流体とで構成された粘性マスダンパーと前記バネ要素を直列接続した系であるの前記バネ付き粘性マスダンパーを複数用意し、複数の前記バネ付き粘性マスダンパーを対象構造体に各々に取り付け、複数のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる様にしたので、異なるダンパー固有振動数を持つN個の前記バネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の振動エネルギーをより広い周波数帯域に分散し応答を低下させる。
また、p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で複数の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる少なくとも(N+1)個の定点での値が略等しくなる様にN個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)を設定されているので、(N+1)個の定点での値が等しくなるので、(N+1)個の定点に対応する周波数の付近での応答倍率を均等にして、応答倍率のピークを下げることができる。
また、(N+1)個の前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にN個の前記減衰係数cを設定されているので、(N+1)個の定点での応答倍率が極大値をもつピークになり、全体の応答倍率を調整できる。
また、p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で極大値を持つ(N+1)個のピーク点での各々の応答倍率のばらつきが所定範囲内に納まる様に、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)を設定されているので、極大値をもつ(N+1)個のピーク点での各々の応答倍率のばらつきが所定範囲内に納まり、ピーク点の付近での応答倍率を調整できる。
また、前記応答倍率を示す線の上で極大値をもつN個のピーク点での各々の応答倍率の平均値が略最小となる様にN個の前記減衰係数cj(j=1〜N)を設定されているので、極大値をもつ(N+1)個のピーク点での各々の応答倍率のばらつきが所定範囲内に納まる範囲で、ピークの付近での応答倍率を調整できる。
また、p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で極少値を持つN個のピーク点での各々の応答倍率の平均値が略最小となる様に、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)を設定されているので、極少値を持つN個のピーク点での各々の応答倍率の平均値が略最小となり、N個のピーク点の付近の応答倍率を下げられ、全体の応答倍率を調整できる。
また、p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で所定の幅の加振周波数pでの連続した応答倍率の平均が略最小となる様に、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)を設定されているので、所定の幅の加振周波数pでの連続した応答倍率の平均が略最小となり、所定の幅の加振周波数pの付近での応答倍率を調整できる。
また、p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上でN個の前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値であるN個の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる(N+1)個の定点での値が略等しくなるN個の最適同調振動数よりも、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方の前記ダンパー固有振動数ωjをさらに低い値に設定し、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方の前記ダンパー固有振動数ωjを略一致する値に設定されているので、(N+1)個の定点に対応する周波数に比べより拡がった付近での応答倍率を均等にして、応答倍率を調整できる。
また、p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上でN個の前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値であるN個の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる(N+1)個の定点での値が略等しくなるN個の最適同調振動数よりも、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方の前記ダンパー固有振動数ωjをさらに低い値に設定され、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方の前記ダンパー固有振動数ωjを略一致する値に設定されているので、(N+1)個の定点に対応する周波数に比べ低い側がより低い側へ拡がった付近での応答倍率を均等にして、応答倍率を調整できる。
また、p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上でN個の前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値であるN個の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる(N+1)個の定点での値が略等しくなるN個の最適同調振動数よりも、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方の前記ダンパー固有振動数ωjをさらに高い値に設定され、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方の前記ダンパー固有振動数ωjを略一致する値に設定されているので、(N+1)個の定点に対応する周波数に比べ低い側がより高い側へ拡がった付近での応答倍率を均等にして、応答倍率を調整できる。
また、(N+1)個の前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にN個の前記減衰係数cを設定されているので、(N+1)個の定点での応答倍率が極大値をもつピークになり、全体の応答倍率をピークでの応答倍率を調整できる。
また、前記固有振動数ωsが最小固有振動数ωminと最大固有振動数ωmaxとの間の値をとったときの前記応答倍率を示す線上での最大値Pmaxが、前記固有振動数ωsが最小固有振動数ωminであるときの最大値Pmaxより低くかつ前記固有振動数ωsが最大固有振動数ωmaxであるときの最大値Pmaxより低くなる様に、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)を設定されているので、主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsが変化した際に、応答倍率の変化を調整できる。
また、互いに諸元の一致するバネ付き粘性マスダンパーを持つ第一バネ付き粘性マスダンパー組の各々のバネ付き粘性マスダンパーとN個の第二バネ付き粘性マスダンパー組のバネ付き粘性マスダンパーとを対称構造体の剛心を中心として1対毎に点対称または剛心を含む仮想線を基準に線対称になるように配したので剛心の周りの各々の回転モーメントとが各々に相殺される。
その結果、バネ付き粘性マスダンパーの反力により主架構と対象構造物とで構成される系にねじれ動誘導が生じるの抑制し、ねじれ振動を誘発するエネルギーを免震または制振できる。
また、互いに諸元の一致するバネ付き粘性マスダンパーの属する複数のバネ付き粘性ダンパー組に各々属するN個のバネ付き粘性マスダンパーの発生する反力により生ずる剛心の周りの回転モーメントとが組毎に各々に相殺する様に、複数のバネ付き粘性マスダンパーを支持体と対象構造物との間または対象構造体の内部に各々に取り付けられる。
その結果、バネ付き粘性マスダンパーの反力により主架構と対象構造物とで構成される系にねじれ動誘導が生じるの抑制し、ねじれ振動を誘発するエネルギーを免震または制振できる。
従って、簡易な構造により所望の免震性能または制振性能を発揮できる装置とその装置を構成する要素の諸元を容易に設定できる免震装置と制振装置とを提供できる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
説明の便宜のために、地震の加速度が建物を揺する場合を例に、説明する。
最初に、本発明の実施形態に係る免震装置または制振装置を、図を基に、説明する
図1は、本発明の実施形態に係る免震装置・制振装置の概念図である。
免震装置は、 支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物の振動を免震する装置である。例えば、免震装置は、支持体と対象構造帯とに取り付けられ、支持体の振動を対象構造部に伝達しにくくする。
制振装置は、支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物の振動を制振する装置である。例えば、制振装置は、対象構造物に取り付けられ、振動する対象構造体の振動レベルを押さえる。
免震装置または制振装置は、2個以上であるN個のバネ付き粘性マスダンパーを設けられる。
N個のバネ付き粘性マスダンパーが特定方向の相対変位に対応して同位相または半位相のうちの一方で同期して互いに相対変位する様に対象構造体に各々に取り付けられる。
例えば、N個のバネ付き粘性マスダンパーの両端を剛体と見なせる構造体に固定すれば、N個のバネ付き粘性マスダンパーが特定方向の相対変位に対応して同位相または半位相のうちの一方で同期して互いに相対変位する。
バネ付き粘性マスダンパーは、振動に伴って発生する特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性接続要素と特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生するバネ要素と特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生するダンパー要素とを有して慣性接続要素とダンパー要素とを並列接続した系である粘性マスダンパーとバネ要素とを直列接続された系である。
バネ付き粘性マスダンパーは、バネ付き粘性マスダンパーがバネ要素の弾性係数kbと慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量mとに対応するダンパー固有振動数ωとダンパー要素の減衰抵抗力を相対速度で割った値に対応する減衰係数cとを持つ。
N個のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる。
免震装置または制振装置は、2個以上であるN個のバネ付き粘性マスダンパーで構成される。
N個のバネ付き粘性マスダンパーが特定方向の相対変位に対応して同位相または半位相のうちの一方で同期して互いに直動方向に相対変位する様に対象構造体に各々に取り付けられる。
バネ付き粘性マスダンパーは、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と該回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを持つ粘性マスダンパーと弾性体を持つバネ要素とを有し粘性ダンパーとバネ要素とを直列接続された系である。
バネ付き粘性マスダンパーは、バネ要素を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を相対距離で割った値である弾性係数kbと粘性マスダンパーの直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに直動方向に作用する反力を相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量mとに対応するダンパー固有振動数ωと粘性マスダンパーの直動軸を一定の相対速度で直動させた際に直動方向に作用する反力を相対速度で割った値に対応する減衰係数cとを持つ。
N個のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる。
免震装置または制振装置の特性が、N個のバネ付き粘性マスダンパーの持つ互いに異なる各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)の組合せにより決定される。
バネ付き粘性マスダンパーは慣性質量と粘性ダンパーとバネ要素とから構成されるため、固有振動数ωを持つ。
例えば、異なる固有振動数を持つN個のバネ付き粘性マスダンパーで複数のグループを構成する。複数のグループに属するN個のバネ付き粘性マスダンパーを支持体と対象構造物との間、または対象構造物のなかに配置し取り付ける。
N個のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が同じであるタイプに比べ、より高い免震性能または制振性能を発揮できる。
以下では、N個のバネ付き粘性マスダンパーの各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)、減衰係数、慣性質量が全て同じであるタイプの免震装置または制振装置を「単一型装置」と、本願発明にかかる免震装置または制振装置を「多段調製型装置」と呼称する。
特に断らないかぎり、以下で説明する単一型装置に備えられるN個のバネ付き粘性マスダンパーの慣性質量の総和と多段調整型装置に備えられるN個のバネ付き粘性マスダンパーの慣性質量の総和とは等しい。
図1は、支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物にN個のバネ付き粘性マスダンパーを付加された振動系のモデルを示している。
支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物のモデルを主系と呼称する。
ここで、
uは、主系の特定方向の相対変位である。
Msは、主系の特定方向の相対変位にかかる慣性質量である。
Ksは、主系の特定方向の相対変位にかかる弾性係数である。
Csは、主系の特定方向の相対変位にかかる減衰係数である。
ωsは、主系の特定方向の相対変位にかかる固有振動数である。
mj(j=1〜N)は、バネ付き粘性マスダンパーのみかけの慣性質量である。
kbj(j=1〜N)は、バネ付き粘性マスダンパーの弾性係数である。
cj(j=1〜N)は、バネ付き粘性マスダンパーの減衰係数である。
ωj(j=1〜N)が、バネ付き粘性マスダンパーの固有振動数である。
バネ付き粘性マスダンパーの固有振動数をダンパー固有振動数と呼称する。
免震装置の免震性能、または制振装置の制振性能を評価するのに応答倍率を用いる。
例えば、振動の程度を評価するための応答倍率は、動的応答倍率、変位応答倍率、または加速度応答倍率である。
動的応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である。
変位応答倍率は、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である。
加速度応答倍率は、支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である。
バネ付き粘性マスダンパーの一例を、図を基に説明する。
図39は、本発明の実施形態に係る粘性マスダンパーの一例を示す断面図である。
図40は、本発明の実施形態に係るバネ要素の一例を示す断面図である。
粘性マスダンパー100は、直動軸120と回転体130とフレーム140と粘性流体150とで構成される。
直動軸120は、雄ねじを設けられた軸体である。
直動軸120の両端のうち少なくとも1端は後述するフレーム140の外部へ露出する。
回転体130は、雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた部材である。
回転体130は、ねじナット131と回転円筒132とで構成される。
ねじナット131は、後述するフレーム140に回転自在に支持され、雄ねじに嵌め合う雌ねじを設けられる。雄ねじと雌ねじとは、一列に並んだベアリング球を介して嵌め合っていてもよい。
回転円筒132は、後述するフレーム140に回転自在に支持された中空の円筒部材である。
ねじナット131と回転円筒132とは、各々の回転中心を一致させて連結される。
ねじナット131が回転すると、回転円筒132も回転する。
フレーム140は、回転体を回転自在に支持する部材であり、ねじナットフレーム141と回転円筒フレーム142と軸受143とで構成される。
ねじナットフレーム141は軸受143と介してねじナット131を回転自在に支持する。回転円筒フレーム142は、軸受143を介して回転円筒132を回転自在に支持する。
粘性流体150は、フレーム140の内面と該回転体との隙間に封入された液体である。
例えば、粘性流体150は、フレーム140の内面と該回転体の外周との隙間に封入される。
粘性マスダンパー100は、「慣性接続要素とダンパー要素とを並列接続した系」に相当する。
フレーム140と直動軸120との軸心の回りの回転を拘束した状態で、直動軸120を直動方向に相対変位させると、回転体130が雄ねじと雌ねじのねじの傾斜角に対応した回転角だけ回転する。
慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量mは、直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに直動方向に作用する反力を相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量mに一致する。
回転体130が回転する際に、回転円筒132と回転円筒フレーム142との隙間に封入された粘性流体150が、回転円筒に132に粘性力を作用させる。
ダンパー要素の特定方向の相対速度に対応して減衰抵抗力は、その粘性力により直動軸120の直動方向に作用する力に一致する。
ダンパー要素の減衰抵抗力を相対速度で割った値である減衰係数cは、粘性マスダンパーの直動軸120を相対速度で直動させた際に直動方向に作用する反力を相対速度で割った値である減衰係数cに一致する。
バネ要素200は、弾性体210を有する要素である。
例えば、バネ要素200は、弾性体210と弾性体を間に挟んだ第一部材220と第二部材230とを有する要素である。
弾性体210は、弾性変形する要素である。
例えば、弾性体210は、剪断力を受けて弾性変形する柔軟材料性の板形状の部材である。
第一部材220は、フランジ221とフランジに固定された一対の弾性体支持部材222とで構成される。
第二部材230は、フランジ231とフランジに固定された弾性体支持部材232とで構成される。
弾性体支持部材222と弾性体支持部材232とが弾性体210を挟む。
第一部材220と第二部材230とが、互いに離間する方向へ移動すると、弾性体に剪断力が発生する。
バネ要素は、第一部材220と第二部材230とが互いに離間する方向を特定方向に一致させる。
バネ要素200は、「バネ要素」に相当する。
バネ要素40の弾性係数kbは、バネ要素200を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を相対距離で割った値である弾性係数kbに一致する。
クレビス300は、2つの機械要素の間に介在し、2つの要素を繋ぐ向きに直交する軸の回りに回転自在になった機械要素である。
例えば、クレビズ300は、粘性マスダンパー100のフレーム140と支持体5との間に介在する。
例えば、クレビス300は、粘性マスダンパー100の直動軸120とバネ要素200との間に介在する。
図41は、本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーの取付構造の一例を示す概念図である。
粘性マスダンパーとバネ要素200が直列接続されたバネ付き粘性マスダンパーが支持体と対象構造物との間、または対象構造物の中間部に取り付けられる。
粘性マスダンパーの直動軸の長手方向が対象構造物が振動に伴って発生する特定方向に一致する。
以下に、本発明の実施形態に係る免震装置または制振装置を、N個のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる様に設定する各種の手法に則して、説明する。
式中に現れると減衰定数hと減衰係数cの関係は以下の通りである。
c=2hωm
最適減衰定数に対応する減衰係数を最適減衰係数と呼称する。
最初に、本発明の第一の実施形態に係る免震装置または制振装置を説明する。
図2は、本発明の第一の実施形態に係る装置の最適同調振動数比のグラフである。図3は、本発明の第一の実施形態に係る装置の最適減衰定数のグラフである。
本発明の第一の実施形態に係る免震装置または制振装置は、変位応答倍率を評価基準として用いて諸元を決定し設定する。
N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)はN個の最適同調振動数に各々に略一致する。
ここで、N個の最適同調振動数は、N個のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上でN個のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる少なくとも(N+1)個の定点での値が略等しくなる様なN個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)である。
さらに、 N個の減衰係数cがN個の最適減衰係数に各々に略一致する。
ここで、N個の最適減衰係数は、N個の減衰係数cがN個の最適減衰係数に各々に一致すると仮定したとき(N+1)個の定点での値が各々に実質的に略極大になる様なN個の減衰係数cである。
以下で、2個のバネ付き粘性マスダンパーの諸元を決定する場合を例に説明する。
特に断らないかぎり、2個のバネ付き粘性マスダンパーの各々のみかけの慣性質量mj(j=1、2)は等しいものとする。
諸元は、固有振動数ω、みかけの慣性質量m、減衰係数cである。
p/ωsを横軸とし対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、変位応答倍率を示す線の上で2個のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の減衰係数c1、c2の値のいかんにかかわらず一定値となる少なくとも3個の定点での値が略等しくなる条件式は以下の通りである。
Figure 2010025241
上記の2つの式を満足する2個のバネ付き粘性マスダンパーの各々のダンパー固有振動数ω1、ω2が最適同調振動数である。
変位応答倍率は以下の式により求められる。
Figure 2010025241

上記の式を用いて、3個の定点での値が各々に実質的に略極大になる条件を求める。
例えば、上記の式より極大値を求め、求めた極大値が等しくなるh1、h2の組み合わさせをパラメータスタディにより求める。
例えば、上記の式の微分式から定点が極大となる減衰定数h1、h2を求める。
Figure 2010025241
上記の条件を満足する2個のバネ付き粘性マスダンパーの各々の減衰定数h1、h2が最適減衰定数である。
変位応答倍率を評価基準としたとき、2個のバネ付き粘性マスダンパーの最適同調振動数、最適減衰定数を、図を基に、説明する。
図2は、本発明の第一の実施形態に係る装置の最適同調振動数比のグラフである。図3は、本発明の第一の実施形態に係る装置の最適減衰定数のグラフである。
図2は、質量比を変化させたときの最適同調振動数比を示す。
図3は、質量比を変化させたときの最適減衰定数を示す。
質量比は、N個のバネ付き粘性マスダンパーの各々の慣性質量の総和Σmjと主系の質量Msの比である。
最適同調振動数比は、最適同調振動数ωjと主系の固有振動数ωsとの比である。
図2における2つのカーブは、2個のバネ付き粘性マスダンパーの最適同調振動数を各々に表す。質量比を決定すると、2つの最適同調振動数のどちらかを選択できる。
2つの最適同調振動数のうち、最適同調振動数比が小さい方の最適同調振動数を「柔らかい方」と呼称し、最適同調振動数比が大きい方の最適同調振動数を「硬い方」と呼称する。
図3における2つのカーブは、2個のバネ付き粘性マスダンパーの最適減衰定数を各々に表す。質量比を決定すると、2つの最適減衰定数のどちらかを選択できる。
2つの最適減衰定数のうち、値が小さい方の最適減衰定数を「柔らかい方」と呼称し、値が大きい方の最適減衰定数を「硬い方」と呼称する。
2つのバネ付き粘性マスダンパー共に、「硬い方」の最適同調振動数比と最適減衰定数または「柔らかい方」の最適同調振動数比と最適減衰定数の一方を選ぶことができる。
すなわち、1つのバネ付き粘性マスダンパーが「硬い方」の最適同調振動数比と最適減衰定数を選択し、他方のバネ付き粘性マスダンパーが「柔らかい方」の最適同調振動数比と最適減衰定数を選択すると、条件式を満足できない。
理論式から導いた最適同調振動数比νと最適減衰定数hとを得る近似式は、以下の通りである。
Figure 2010025241
条件式を解析的に解くのは容易でないが、上記の近似式を用いることにより、簡便に採点同調振動数と最適減衰定数を選ぶことができる。
2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)を2個の最適同調振動数に各々に略一致する値にした時の、変位応答倍率を、図を基に説明する。
図4は、単一型装置の変位応答倍率のグラフである。図5は、本発明の第一の実施形態に係る装置の変位応答倍率のグラフである。図6は、本発明の第一の実施形態に係る装置の最大変位応答倍率のグラフである。図7は、本発明の第一の実施形態に係る装置の減衰定数−最大変位応答倍率グラフ1である。図8は、本発明の第一の実施形態に係る装置の減衰定数−最大変位応答倍率グラフ2である。
図4は、比較のための単一型装置の変位応答倍率を示す。
単一型装置では、諸元の同一の2個のバネ付き粘性マスダンパーを用い、加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の変位応答倍率を縦軸としたとき、変位応答倍率を示す線の上でバネ付き粘性マスダンパーの持つ減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる少なくとも2個の定点での値が略等しくなる様にダンパー固有振動数を選定し、その2個の定点が極大値となる様に減衰係数を選択する。
単一側装置は、多段調整型装置と同様に、「硬い方」と「柔らかい方」とのうちの一方の諸元を選定できる。
図5は、2個のバネ付き粘性マスダンパー各々のダンパー固有振動数ωjを2個の最適同調振動数比に対応する最適同調振動数に各々に略一致させ、2個の減衰係数を2個の最適減衰定数に対応する減衰係数に各々に略一致させたときの系の変位応答倍率を質量比をパラメータとしてグラフ化したものを示す。
図4、図5のなかで、1〜5、または1〜7の符号がふられた上のカーブが「柔らかい方」の最適同調振動数比と最適減衰定数を設定した場合の応答倍率を表し、1〜5、または1〜7の符号がふられた下のカーブが「硬い方」の最適同調振動数比と最適減衰定数を設定した場合の応答倍率を表す。
図5のなかで、薄い線は4段調整型装置の変位応答倍率をしめす。
4段調整型装置は、特定方向の振動を抑制するのに諸元の異なる4個のバネ付き粘性マスダンパーを用いて主系の応答倍率を低下させる免震装置または制振装置である。
図6は、質量比と変位応答倍率の最大値の関係を示している。
以下、変位応答倍率の最大値を最大変位応答倍率と呼称する。
sψsは、「柔らかい方」の諸元を設定した単一型装置の最大変位応答倍率である。
Hψsは、「硬い方」の諸元を設定した単一型装置の最大変位応答倍率である。
sψdは、「柔らかい方」の諸元を設定した多段調整型装置の最大変位応答倍率である。
Hψdは、「硬い方」の諸元を設定した多段調整型装置の最大変位応答倍率である。
図7、図8は、付加系の減衰定数の変動係数と変位応答倍率の最大値の変化の関係を示す。
図7は、柔らかい方の単一型装置と2段調整型装置の応答倍率を示す。
図8は、硬い方の単一型装置と2段調整型装置の応答倍率を示す。
図2〜図8から、以下のことがわかる。
(1)単一型装置の応答倍率と多段調整型装置の応答倍率に、有意な差がある。
(2)特に、多段調整型装置の応答倍率は、単一型装置の応答倍率に比べ、主系の固有振動数の周辺で顕著に小さくなる。
(3)「柔らかい方」の最適同調振動数比と最適減衰定数を設定した場合、質量比0.2以下で、多段調整型装置の変位応答倍率が単一型装置の変位応答倍率より一様に小さくなる。
(4)「硬い方」の最適同調振動数比と最適減衰定数を設定した場合、全ての質量比で、多段調整型装置の変位応答倍率が単一型装置の変位応答倍率より一様に小さくなる。
(5)多段調製型の装置は、同等の変位応答倍率を得るのに単一型装置より小さな減衰係数を設定できる。
(6)多段調製型の装置は、同じ応答倍率を得ることのできる固有振動数の幅が単一型装置のそれよりも広い。
(7)多段調製型の装置は、単一型装置に比較してより大きな質量比を設定できる。例えば、単一型での質量比は0.25以下であり、多段調整型装置での質量比は0.352以下である。
(8)免震効果、制振効果が主系の固有振動数の変動の影響を受けにくい。例えば、「柔らかい方」の多段調整型装置では、特に質量比0.2以下で主系のバネ定数の変動0.9以上で、単一型装置よりも有利である。「硬い方」の多段調整型装置では、全ての質量比において単一型装置よりも有利である。
上記において、一般的に、質量比は0%〜10%の誤差を含み、主系のバネ定数の変動は±5%の誤差を含む。
次に、本発明の第二の実施形態にかかる免震装置または制振装置を説明する。
図9は、本発明の第二の実施形態に係る装置の最適同調振動数比のグラフである。図10は、本発明の第二の実施形態に係る装置の最適減衰定数のグラフである。
本発明の第二の実施形態に係る免震装置または制振装置は、加速度応答倍率を評価基準として諸元を設定する。
N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)はN個の最適同調振動数に各々に略一致する。
ここで、N個の最適同調振動数は、N個のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上でN個のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる少なくとも(N+1)個の定点での値が略等しくなる様なN個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)である。
さらに、N個の減衰係数cがN個の最適減衰係数に略一致する。
ここで、N個の最適減衰係数は、N個の減衰係数cがN個の最適減衰係数に各々に一致すると仮定したとき(N+1)個の定点での値が各々に実質的に略極大になる様なN個の減衰係数cである。
以下で、2個のバネ付き粘性マスダンパーの諸元を決定する場合を例に説明する。
特に断らないかぎり、2個のバネ付き粘性マスダンパーの各々のみかけの慣性質量mj(j=1、2)は等しいものとする。
諸元は、固有振動数、みかけの慣性質量、減衰係数である。
p/ωsを横軸とし対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、加速度応答倍率を示す線の上で2個のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の減衰係数c1、c2の値のいかんにかかわらず一定値となる少なくとも3個の定点での値が略等しくなる条件式は以下の通りである。
Figure 2010025241
上記の2つの式を満足する2個のバネ付き粘性マスダンパーの各々のダンパー固有振動数ω1、ω2が最適同調振動数である。
加速度応答倍率は以下の式により求められる。
Figure 2010025241
上記の式を用いて、3個の定点での値が各々に実質的に略極大になる条件を求める。
例えば、上記の式より極大値を求め、求めた極大値が等しくなるh1、h2の組み合わせをパラメータスタディにより求める。
例えば、上記の式の微分式から定点が極大となる減衰定数h1、h2を求める。
Figure 2010025241
上記の条件を満足する2個のバネ付き粘性マスダンパーの各々の減衰定数が最適減衰定数である。
加速度応答倍率を評価基準としたとき、2個のバネ付き粘性マスダンパーの最適同調振動数、最適減衰定数を、図を基に、説明する。
図9は、本発明の第二の実施形態に係る装置の最適同調振動数比のグラフである。図10は、本発明の第二の実施形態に係る装置の最適減衰定数のグラフである。
図9は、質量比を変化させたときの最適同調振動数比を示す。
図10は、質量比を変化させたときの最適減衰定数を示す。
質量比は、N個のバネ付き粘性マスダンパーの各々の慣性質量の総和Σmjと主系の質量Msの比である。
最適同調振動数比は、最適同調振動数ωjと主系の固有振動数ωsとの比である。
理論式から導いた最適同調振動数比と最適減衰定数とを得る近似式は、以下の通りである。
Figure 2010025241
条件式を解析的に解くのは容易でないが、上記の近似式を用いることにより、簡便に最適同調振動数νと最適減衰定数hを選ぶことができる。
2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)を2個の最適同調振動数に各々に略一致させ、2個の減衰係数を最適減衰係数に一致させたときの加速度応答倍率を、図を基に、単一側と比較して、説明する。
図11は、単一側の装置の加速度応答倍率のグラフである。図12は、本発明の第二の実施形態に係る装置の加速度応答倍率のグラフである。図13は、本発明の第二の実施形態に係る装置の最大加速度応答倍率のグラフである。図14は、本発明の第二の実施形態に係る装置の減衰定数−最大加速度応答倍率グラフである。
図11は、比較のための単一型装置の加速度応答倍率を示す。
単一型装置では、諸元の同一の2個のバネ付き粘性マスダンパーを用い、加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の加速度応答倍率を縦軸としたとき、加速度応答倍率を示す線の上でバネ付き粘性マスダンパーの持つ減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる少なくとも2個の定点での値が略等しくなる様にダンパー固有振動数を選定し、その2個の定点が極大値となる様に減衰係数を選択する。
図12は、2個のバネ付き粘性マスダンパー各々のダンパー固有振動数ωjと減衰定数とを最適同調振動数と最適減衰定数とに各々に略一致させたときの系の加速度応答倍率を質量比をパラメータとしてグラフ化したものを示す。
図13は、質量比と加速度応答倍率の最大値の関係を示している。
以下、加速度応答倍率の最大値を最大加速度応答倍率と呼称する。
ψ’sは、単一型装置の最大加速度応答倍率である。
ψ’dは、多段調整型装置の最大加速度応答倍率である。
図14は、付加系の減衰定数の変動係数と加速度応答倍率の最大値の変化の関係を示す。
図9〜図14から、以下のことがわかる。
(1)単一型装置の応答倍率と多段調整型装置の応答倍率に、有意な差がある。
(2)特に、多段調整型装置の応答倍率は、単一型装置の応答倍率に比べ、主系の固有振動数の周辺で顕著に小さくなる。
(3)質量比0.1以下で、多段調整型装置の変位応答倍率が単一型装置の加速度応答倍率より一様に小さくなる。
(4)多段調製型の装置は、同等の変位応答倍率を得るのに単一型装置より小さな減衰係数を設定できる。
(5)多段調製型の装置は、同じ応答倍率を得ることのできる固有振動数の幅が単一型装置のそれよりも広い。
(6)多段調製型の装置は、単一型装置に比較してより大きな質量比を設定できる。例えば、単一型での質量比は0.499以下であり、多段調整型装置での質量比は0.992以下である。
(7)免震効果、制振効果が主系の固有振動数の変動の影響を受けにくい。特に質量比0.1以下で主系のバネ定数の変動0.98〜1.02の範囲で、単一型装置よりも有利である。
上記において、一般的に、質量比は0%〜10%の誤差を含み、主系のバネ定数の変動は±5%の誤差を含む。
以下に、第一または第二の実施形態で説明したバネ付き粘性マスダンパーの諸元の決定する方法とは異なる方法を説明する。
本発明の第三の実施形態にかかる免震装置または制振装置を説明する。
第三の実施形態にかかる免震装置または制振装置は、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に略一致する値とする。
N個の最適同調振動数は、N個のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上で極大値を持つ(N+1)個のピーク点での各々の応答倍率のばらつきが所定範囲内に納まる様になったN個のダンパー固有振動数である。
また、N個の減衰係数cj(j=1〜N)がN個の最適減衰係数に各々に略一致する。
N個の最適減衰係数は、N個のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の減衰係数cj(j=1〜N)がN個の最適減衰係数に各々に一致すると仮定するときに応答倍率を示す線の上で極大値をもつN個のピーク点での各々の応答倍率の平均値が略最小となるN個の減衰係数である。
以下に、「応答倍率を示す線の上で極大値を持つ(N+1)個のピーク点での各々の応答倍率のばらつきを」を演算する関数式Gと「応答倍率を示す線の上で極大値をもつN個のピーク点での各々の応答倍率の平均値」を演算する関数式Hを示す。
Figure 2010025241
ここで、Pmaxは、応答倍率の極大値となる点である。
諸元の異なるN個のバネ付き粘性マスダンパーを備える場合、(N+1)個の極大値が発生する。
N個のバネ付き粘性マスダンパーのダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)と減衰係数cj(j=1〜N)と質量比μ=Σmj/Msとを任意に選択して、関数Gが所定の値以下になり、関数Hが最小となる条件を決定する。
N個のバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる条件では、関数Hが小さくなると関数Gが大きくなる傾向を有するので、関数Gの値を比較する所定の値の設定により求められる条件が変化する。
次に、本発明の第四の実施形態にかかる免震装置または制振装置を説明する。
N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に略一致する値とする。
N個の最適同調振動数は、N個のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上で極少値を持つN個のピーク点での各々の応答倍率の平均値が略最小となる様になった、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)である。
以下に、「応答倍率を示す線の上で極少値を持つN個のピーク点での各々の応答倍率の平均値」を演算する関数式を示す。
Figure 2010025241
ここで、Pmimは、応答倍率の極小値となる点である。
N個のバネ付き粘性マスダンパーを備える場合、N個の極小値が発生する。
次に、本発明の第五の実施形態にかかる免震装置または制振装置を説明する。
N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に略一致する。
N個の最適同調振動数は、N個のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上で所定の幅の加振周波数pでの連続した応答倍率の平均が略最小となる様になった、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)である。
次に、N個のバネ付き粘性マスダンパーの配置方法と取付方法とを説明する。
例えば、 2個以上であるN個のバネ付き粘性マスダンパーを有する第一バネ付き粘性マスダンパー組と、2個以上であるN個のバネ付き粘性マスダンパーを有する第二バネ付き粘性マスダンパー組とを備える。
第一バネ付き粘性マスダンパー組に属するN個のバネ付き粘性マスダンパーをN個の第一バネ付き粘性マスダンパーと呼称する。
第二バネ付き粘性マスダンパー組に属するN個のバネ付き粘性マスダンパーをN個の第二バネ付き粘性マスダンパーと呼称する。
N個の第一バネ付き粘性マスダンパーのダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なり、N個の第二バネ付き粘性マスダンパーのダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる。
N個の第一バネ付き粘性マスダンパーの減衰係数cj(j=1〜N)が互いに異なり、N個の第二バネ付き粘性マスダンパーの減衰係数cj(j=1〜N)が互いに異なる。
N個の第一バネ付き粘性マスダンパーの各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)とN個の第二バネ付き粘性マスダンパーの各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)とが1対毎に略一致し、N個の第一バネ付き粘性マスダンパー(j=1〜N)の各々の減衰係数cj(j=1〜N)とN個の第二バネ付き粘性マスダンパー(j=1〜N)の各々の減衰係数cj(j=1〜N)とが1対毎に略一致する。
N個の第一バネ付き粘性マスダンパーとN個の第二バネ付き粘性マスダンパーとが対象構造物の剛心を基準に1対毎に各々に点対称になる様に又は対称構造体の剛心を貫く仮想線を基準に1対毎に各々に線対称になる様に、N個の第一バネ付き粘性マスダンパーとN個の第二バネ付き粘性マスダンパーとが支持体と対象構造物との間または対象構造体の内部に各々に取り付けられる。
例えば、2個以上のN個のバネ付き粘性マスダンパーを各々に有する複数組のバネ付き粘性マスダンパー組を備える。
同じ組のバネ付き粘性マスダンパー組に属するN個のバネ付き粘性マスダンパーのダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が各々に異なり、同じ組のバネ付き粘性マスダンパー組に属するN個のバネ付き粘性マスダンパーの減衰係数cj(j=1〜N)が各々に異なる。
複数のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個のバネ付き粘性マスダンパーの全体から異なる組に属する1個のバネ付き粘性マスダンパーを選択して組み合わせた複数のバネ付き粘性マスダンパーの各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が各々に略一致し、複数のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個のバネ付き粘性マスダンパーの全体から異なる組に属する1個のバネ付き粘性マスダンパーを選択して組み合わせた複数のバネ付き粘性マスダンパーの各々の減衰係数cj(j=1〜N)が各々に略一致する。
異なる組のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個のバネ付き粘性マスダンパーの発生する反力により対象構造物の剛心の周りに作用する各々の回転モーメントが一つの組毎に各々に相殺する様に複数組のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個のバネ付き粘性マスダンパーが支持体と対象構造物との間または対象構造体の内部に各々に取り付けられる。
以下に、本発明の実施形態にかかるダンパー配置を、図を基に、詳述する。
最初に、本発明の第一の実施形態にかかるダンパー配置を、図を基に、説明する。
図15は、本発明の第一の実施形態に係るダンパー配置の概念図である。
本発明の第一の実施形態にかかる免震装置または制振装置は、3個のバネ付き粘性マスダンパーを各々に有する4組のバネ付き粘性マスダンパー組を備える。
4組のバネ付き粘性マスダンパー組は、3個のバネ付き粘性マスダンパーを各々に持つ。
4組のバネ付き粘性マスダンパー組を、「第一バネ付き粘性マスダンパー組」。「第二バネ付き粘性マスダンパー組」、「第三バネ付き粘性マスダンパー組」、「第四バネ付き粘性マスダンパー組」と呼称する。
第一〜第四バネ付き粘性マスダンパー組に属するバネ付き粘性マスダンパーを各々に、第一〜第四バネ付き粘性マスダンパーと呼称する。
図中で、3個のバネ付き粘性マスダンパーは、Type−1,Type−2、Type−3と各々に表される。
Type番号の異なるバネ付き粘性マスダンパーは異なる諸元を持つ。
例えば、Type番号の異なるバネ付き粘性マスダンパーは互いに異なるダンパー固有振動数ωをもつ。
例えば、Type番号の異なるバネ付き粘性マスダンパーは互いに異なる弾性係数kbをもつ。
例えば、Type番号の異なるバネ付き粘性マスダンパーは互いに異なる減衰係数cをもつ。
例えば、Type番号の異なるバネ付き粘性マスダンパーは互いに異なる慣性質量mをもつ。
Type番号の同一のバネ付き粘性マスダンパーは同一の諸元を持つ。
例えば、Type番号の同一のバネ付き粘性マスダンパーは同一のダンパー固有振動ω、同一の弾性係数kb、同一の減衰係数c、同一の慣性質量mを持つ。
3個の第一バネ付き粘性マスダンパーと3個の第二バネ付き粘性マスダンパーとが対象構造物の剛心を基準に1対毎に点対称になる様に、支持体と対象構造体との間または対象構造体の各フロアーの間に配される。
3個の第三バネ付き粘性マスダンパーと3個の第四バネ付き粘性マスダンパーとが対象構造物の剛心を基準に1対毎に点対称になる様に、支持体と対象構造体との間または対象構造体の各フロアーの間に配される。
この様にするので、異なる組のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個のバネ付き粘性マスダンパーの発生する反力により対象構造物の剛心の周りに作用する各々の回転モーメントが一つの組毎に各々に相殺する。
従って、バネ付き粘性マスダンパーの発生する反力により対象構造体にねじりが作用することを抑制できる。
次に本発明の第二の実施形態にかかるダンパー配置を、図を基に、説明する。
図16は、本発明の第二の実施形態に係るダンパー配置の平面図である。
本発明の第二の実施形態にかかる免震装置または制振装置は、2個のバネ付き粘性マスダンパーを各々に有する2組のバネ付き粘性マスダンパー組を備える。
対象構造体は、2つの背のたかい対象構造体をエキスパンションで繋いだ構造をする。
2組のバネ付き粘性マスダンパー組は、2個のバネ付き粘性マスダンパーを各々に持つ。
2組のバネ付き粘性マスダンパー組を、「第一バネ付き粘性マスダンパー組」。「第二バネ付き粘性マスダンパー組」と呼称する。
第一バネ付き粘性マスダンパー組は、2個のバネ付き粘性マスダンパーで構成される。
第二バネ付き粘性マスダンパー組は、2個のバネ付き粘性マスダンパーで構成される。

第一バネ付き粘性マスダンパー組に属するバネ付き粘性マスダンパーを第一バネ付き粘性マスダンパーと呼称する。
第二バネ付き粘性マスダンパー組に属するバネ付き粘性マスダンパーを第二バネ付き粘性マスダンパーと呼称する。
図中で、2個の第一〜第二バネ付き粘性マスダンパーは、Type−1,Type−2と各々に表させる。
Type番号の異なるバネ付き粘性マスダンパーは異なる諸元を持つ。
例えば、Type番号の異なるバネ付き粘性マスダンパーは互いに異なるダンパー固有振動数ωをもつ。
例えば、Type番号の異なるバネ付き粘性マスダンパーは互いに異なる弾性係数kbをもつ。
例えば、Type番号の異なるバネ付き粘性マスダンパーは互いに異なる減衰係数cをもつ。
例えば、Type番号の異なるバネ付き粘性マスダンパーは互いに異なる慣性質量mをもつ。
Type番号の同一のバネ付き粘性マスダンパーは同一の諸元を持つ。
例えば、Type番号の同一のバネ付き粘性マスダンパーは同一のダンパー固有振動ω、同一の弾性係数kb、同一の減衰係数c、同一の慣性質量mを持つ。
2個の第一バネ付き粘性マスダンパーと2個の第二バネ付き粘性マスダンパーとが対象構造物の剛心を貫く仮想線を基準に1対毎に各々に線対称になる様に、N個の第一バネ付き粘性マスダンパーとN個の第二バネ付き粘性マスダンパーとが支持体と対象構造物との間または対象構造体の内部に各々に取り付けられる。
すなわち、Type番号の同一のバネ付き粘性マスダンパーが1対毎に対象構造物の剛心を貫く仮想線を基準に1対毎に線対称になる様に、支持体と対象構造体との間または対象構造体の各フロアーの間に配される。
この様にするので、異なる組のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個のバネ付き粘性マスダンパーの発生する反力により対象構造物の剛心の周りに作用する各々の回転モーメントが一つの組毎に各々に相殺する様になる。
従って、バネ付き粘性マスダンパーの発生する反力により対象構造体にねじりが作用することを抑制できる。
最初に、本発明の第三の実施形態にかかるダンパー配置を、図を基に、説明する。
図17は、本発明の第三の実施形態に係るダンパー配置の概念図である。
本発明の第三の実施形態にかかる免震装置または制振装置は、2個のバネ付き粘性マスダンパーを各々に有する2組のバネ付き粘性マスダンパー組を備える。
対象構造体は、ラーメン構造をしている。
バネ付き粘性マスダンパーがラーメン構造に斜め材として配置される。
2組のバネ付き粘性マスダンパー組を備える。
2組のバネ付き粘性マスダンパー組を、「第一バネ付き粘性マスダンパー組」。「第二バネ付き粘性マスダンパー組」と呼称する。
第一バネ付き粘性マスダンパー組は、2個のバネ付き粘性マスダンパーを持つ。
第二バネ付き粘性マスダンパー組は、2個のバネ付き粘性マスダンパーを持つ。
第一〜第二バネ付き粘性マスダンパー組に属するバネ付き粘性マスダンパーを、各々、第一〜第二バネ付き粘性マスダンパーと呼称する。
図中で、2個の第一〜第二バネ付き粘性マスダンパーは、Type−1,Type−2と各々に表させる。
Type番号の異なるバネ付き粘性マスダンパーは異なる諸元を持つ。
例えば、Type番号の異なるバネ付き粘性マスダンパーは互いに異なるダンパー固有振動数ωをもつ。
例えば、Type番号の異なるバネ付き粘性マスダンパーは互いに異なる弾性係数kbをもつ。
例えば、Type番号の異なるバネ付き粘性マスダンパーは互いに異なる減衰係数cをもつ。
例えば、Type番号の異なるバネ付き粘性マスダンパーは互いに異なる慣性質量mをもつ。
Type番号の同一のバネ付き粘性マスダンパーは同一の諸元を持つ。
例えば、Type番号の同一のバネ付き粘性マスダンパーは同一のダンパー固有振動ω、同一の弾性係数kb、同一の減衰係数c、同一の慣性質量mを持つ。
2個の第一バネ付き粘性マスダンパーと2個の第二バネ付き粘性マスダンパーとが対象構造物の剛心を貫く仮想線を基準に1対毎に線対称になる様に、対象構造帯のフロアとフロアとの間に配されえる。
すなわち、Type番号の同一のバネ付き粘性マスダンパーが1対毎に対象構造物の剛心を貫く仮想線を基準に1対毎に線対称になる様に、支持体と対象構造体との間または対象構造体の各フロアーの間に配される。
この様にするので、異なる組のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個のバネ付き粘性マスダンパーの発生する反力により対象構造物の剛心の周りに作用する各々の回転モーメントが一つの組毎に各々に相殺する。
従って、バネ付き粘性マスダンパーの発生する反力により対象構造体にねじりが作用することを抑制できる。
次に、本発明の実施形態にかかるダンパー取付構造を説明する。
最初に、本発明の第一の実施形態にかかるダンパー取付構造を、図を基に、説明する。
図19は、本発明の第一の実施形態に係るダンパー取付構造の側面図である。
図19に、バネ付き粘性マスダンパーを対象構造体のフロアの間に配置する場合の取付構造を示す。
バネ付き粘性マスダンパーの構造は先に説明したものと同じなので、説明を省略する。
図19(A)では、粘性ダンパーとバネ要素を直接接続したものを直動軸の長手方向の水平方向に沿わせて配置する。
バネ付き粘性マスダンパーの一端が下のフロアに固定される。
バネ付き粘性マスダンパーの他端が上のフロアから下方に伸びた構造部材に固定される。
図19(B)では、粘性ダンパーとバネ要素との間にトルクキャンセル機構を設けた構造を示している。その他の構造は(A)で示したものと同じである。
この様に取り付けると、上下のフロアの水平方向を特定方向とする相対変位を伴う振動を免震、または制振できる。
次に、本発明の第二の実施形態にかかるダンパー取付構造を、図を基に、説明する。
図20は、本発明の第二の実施形態に係るダンパー取付構造の側面図である。
図20に、バネ付き粘性マスダンパーを対象構造体のフロアの間に配置する場合の取付構造を示す。
バネ付き粘性マスダンパーの構造は先に説明したものと同じなので、説明を省略する。
図19(A)では、粘性ダンパーを上から懸垂した板状のバネ構造に直列接続され、直動軸を水平方向に沿わせて配置する。
粘性マスダンパーの一端が下のフロアに固定される。
粘性マスダンパーの他端が上のフロアから下方に伸びた板状のバネ要素に固定される。
図19(B)では、粘性ダンパーとバネ要素との間にトルクキャンセル機構を設けた構造を示している。その他の構造は(A)で示したものと同じである。
この様に取り付けると、上下のフロアの水平方向を特定方向とする相対変位を伴う振動を免震、または制振できる。
次に、本発明の第三の実施形態にかかるダンパー取付構造を、図を基に、説明する。
図21は、本発明の第三の実施形態に係るダンパー取付構造の側面図である。
図21に、バネ付き粘性マスダンパーを対象構造体のフロアの間に斜めに配置する場合の取付構造を示す。
バネ付き粘性マスダンパーの構造は先に説明したものと同じなので、説明を省略する。
図21では、粘性ダンパーとバネ要素を直接接続したものを直動軸の長手方向の斜め方向に沿わせて配置する。
バネ付き粘性マスダンパーの一端が下のフロアに固定される。
バネ付き粘性マスダンパーの他端が上のフロアに固定される。
この様に取り付けると、斜め方向を特定方向とする相対変位を伴う振動を免震、または制振できる。
次に、本発明の第四の実施形態にかかるダンパー取付構造を、図を基に、説明する。
図22は、本発明の第四の実施形態に係るダンパー取付構造の側面図である。
図22に、バネ付き粘性マスダンパーを対象構造体のフロアの間に垂直に配置する場合の取付構造を示す。
バネ付き粘性マスダンパーの構造は先に説明したものと同じなので、説明を省略する。
図22では、粘性ダンパーとバネ要素を直接接続したものを直動軸の長手方向を垂直方向に沿わせて配置する。
バネ付き粘性マスダンパーの一端が下のフロアに固定される。
バネ付き粘性マスダンパーの他端が上のフロアに固定される。
この様に取り付けると、上下のフロアの垂直方向を特定方向とする相対変位を伴う振動を免震、または制振できる。
次に、本発明の第五の実施形態にかかるダンパー取付構造を、図を基に、説明する。
図23は、本発明の第五の実施形態に係るダンパー取付構造の側面図である。
図23に、バネ付き粘性マスダンパーを対象構造体のフロアの間に水平に配置する場合の取付構造を示す。
バネ付き粘性マスダンパーの構造は先に説明したものと直動軸と回転体とがフレームの両端に設けられる点を異にし、その他の構造が同じである。
図23では、粘性ダンパーを直動軸の長手方向を垂直方向に沿わせて配置する。
粘性ダンパの中央部が上のフロアから降りてきた弾性部材に固定される。
バネ付き粘性マスダンパーの両端が下のフロアに固定される。
この様に取り付けると、上下のフロアの水平方向を特定方向とする相対変位を伴う振動を免震、または制振できる。
先に説明した構造とは異なる構造をしたバネ付き粘性マスダンパーを説明する。
図25は、本発明の第六の実施形態に係るダンパー取付構造の側面図である。
先に説明したバネ付き粘性マスダンパーと異なる点を説明する。
回転体が円板形状をし、粘性流体が円板の側面とフレームとの間に封入される。
次に、第一の実施形態にかかる免震装置または制振装置において、主系の振動特性が変化した場合の免震性能または制振性能について、図を基に、説明する。
図26は、本発明の第一の実施形態に係る装置の最大変位応答倍率の変化を示すグラフ1である。
図26は、変位応答倍率を最適化する「柔らかい方」のダンパー固有振動数をもつ免震装置または制振装置において、主系のバネ定数が変化した際の変位応答倍率の最大値を示している。
グラフにおいて、横軸は、主系の変化したバネ定数と最適応答倍率を求めた際の主系のバネ定数の比を示す。縦軸は、変位応答倍率の最大値を示す。
比較のために単一型装置の場合のデータも示した。
図26から、以下のことが言える。
(1)2段調整型装置では、全体的に単一側装置にくらべ最大変位応答倍率の変化がすくなくなる傾向がある。
(2)特に、2段調整型装置の免震性能または制振性能は、質量比が0.2以下でバネ定数の変動比が0.9以上において、単一型装置よりも主系の固有振動数の変化の影響を受けにくい。
(3)特に2段調整型装置の免震性能または制振性能は、質量比が0.2以下でバネ定数の変動比が0.9以上において、減衰係数の変動の影響を受けにくい。
上記において、一般的に、質量比は0%〜10%の誤差を含み、主系のバネ定数の変動は±5%の誤差を含む。
図27は、本発明の第一の実施形態に係る装置の最大変位応答倍率の変化を示すグラフ2である。
図27は、変位応答倍率を最適化する「硬い方」のダンパー固有振動数をもつ免震装置または制振装置において、主系のバネ定数が変化した際の変位応答倍率の最大値を示している。
グラフにおいて、横軸は、主系の変化したバネ定数と最適応答倍率を求めた際の主系のバネ定数の比を示す。縦軸は、変位応答倍率の最大値を示す。
比較のために単一型装置の場合のデータも示した。
図27から、以下のことが言える。
(1)2段調整型装置では、全体的に単一側装置にくらべ最大変位応答倍率の変化がすくなくなる傾向がある。
(2)特に、2段調整型装置の免震性能または制振性能は、全ての質量比で、単一型装置よりも主系の固有振動数の変化の影響を受けにくい。
(3)特に2段調整型装置の免震性能または制振性能は、全ての質量比において、減衰係数の変動の影響を受けにくい。
次に、第二の実施形態にかかる免震装置または制振装置において、主系の振動特性が変化した場合の免震性能または制振性能について、図を基に、説明する。
図28は、本発明の第二の実施形態に係る装置の最大加速度応答倍率の変化を示すグラフ1である。
図28は、加速度応答倍率を最適化するダンパー固有振動数をもつ免震装置または制振装置において、主系の固有振動数が変化した際の加速度応答倍率の最大値を示している。
グラフにおいて、横軸は、主系の変化したバネ定数と最適応答倍率を求めた際の主系のバネ定数の比を示す。縦軸は、加速度応答倍率の最大値を示す。
比較のために単一型装置の場合のデータも示した。
図28のグラフから、以下のことが言える。
(1)2段調整型装置では、全体的に単一型装置にくらべ最大変位応答倍率の変化がすくなくなる傾向がある。
(2)特に、2段調整型装置の免震性能または制振性能は、質量比が0.1以下でバネ定数が0.98〜1.02の変化幅において、単一型装置よりも主系の固有振動数の変化の影響を受けにくい。
(3)特に2段調整型装置の免震性能または制振性能は、質量比が0.1以下でバネ定数が0.98〜1.02の変化幅において、減衰定数の変動の影響を受けにくい。
上記において、一般的に、質量比は0%〜10%の誤差を含み、主系のバネ定数の変動は±5%の誤差を含む。
次に、本発明の第六の実施形態にかかる免震装置または制振装置を説明する。
N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数よりさらに低い値である。
または、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数よりさらに低い値であり、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数に略一致する。
また、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数よりさらに低い値であり、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数より僅かにずれた値である。
または、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数よりさらに低い値であり、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数よりさらに高い値である。
N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数よりさらに高い値である。
または、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数に略一致し、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数よりさらに高い値である。
または、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数より僅かにずれた値であり、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数よりさらに高い値である。
「高い方」とは、「全体の内で高い方」の意味である。
「低い方」とは「全体の内で低い方」の意味である。
例えば、「高い方」とは「平均より高い方」の意味である。
例えば、「低い方」とは「平均より低い方」の意味である。
ここで、N個の最適同調振動数は、N個のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上でN個のダンパー要素の減衰抵抗力を相対速度で割った値であるN個の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる(N+1)個の定点での値が略等しくなる様なN個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)の値である。
また、N個の減衰係数cがN個の最適減衰係数に略一致する。
ここで、最適減衰係数は、N個の減衰係数cがN個の最適減衰係数に各々に一致すると仮定したとき(N+1)個の定点での値が各々に実質的に略極大になる様なN個の減衰係数である。
以下に、本発明の第六の実施形態にかかる免震装置または制振装置の特性を、複数のケースの演算例を基に、説明する。
以下で、ダンパー固有振動数から最適固有振動数を差し引いた値を最適固有振動数で割った値を「ずらし量」と呼称する。
また、主系の固有振動数の変動を主系のバネ定数の変動として説明する。主系の質量の変動についても同等である。
図29は、本発明の第六の実施形態に係るケース1の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。
ケース1は、質量比が0.1の場合に、2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjが2個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数よりさらに低い値であり、2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjが2個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数よりさらに高い値である。
低い方へのずらし量と高い方へのずらし量の比が1:1である。
この結果から以下のことが分かる。
(1)主系のバネ定数の変動が0.7〜1.3の範囲で変化すると想定される場合
変動0.7、変動1.3で応答倍率の最大値が下がる。
硬いバネの方が同じずらし量で応答倍率の低減効果が高い。
(2)主系のバネ定数の変動が0.9〜1.1の範囲であると想定される場合
柔らかい方のバネでは、ずらし量3.5%までは応答倍率の最大値が下がるが、3.5%以上になると低減効果が悪くなる。
硬い方のバネでは、ずらし量1.5%までは応答倍率の最大値が下がるが、1.5%以上になると低減効果が悪くなる。
以上のことから適切なずらし量が存在すると判断される。
主系のバネ定数の変動幅を想定すると、適切なずらし量を決定できる。硬い方のバネは柔らかい方のバネより少ないずらし量で大きな低減効果を期待できる。
図30は、本発明の第六の実施形態に係るケース2の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。
ケース2は、質量比が0.1の場合に、2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjが2個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数より高い値であり、2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjが2個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数より低い値である、
低い方へのずらし量と高い方へのずらし量の比が1:1である。
この結果から以下のことが分かる。
(1)ケース2の条件では、主系のバネ定数の変動をどの様に想定しても、硬い方のバネ、柔らかい方のバネの何方もずらし量が大きくなるにつれ応答倍率が大きくなる。
図31は、本発明の第六の実施形態に係るケース3の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。
ケース3は、質量比が0.1の場合に、2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjが2個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数よりさらに低い値であり、2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjが2個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数よりさらに高い値である。
低い方へのずらし量と高い方へのずらし量の比が2:1である。
この結果から以下のことが分かる。
(1)柔らかい方のバネのずらし量のケース1でのずらし量の2倍にすると、主系のバネ定数の変動0.7で応答倍率の最大値が下がる。
主系のバネ定数の変動1.3での応答倍率に変化がない。
図32は、本発明の第六の実施形態に係るケース4の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。
ケース4は、質量比が0.1の場合に、2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjが2個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数よりさらに低い値であり、2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjが2個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数よりさらに高い値である。
低い方へのずらし量と高い方へのずらし量の比が3:1である。
この結果から以下のことが分かる。
(1)柔らかい方のバネのずらし量をケース2の1.5倍にすると、主系のバネ定数の変動0.7での応答倍率の最大値が下がる。主系のばね定数の変動0.8〜1.2付近の応答倍率はケース2よりも大きい。
(2)ずらし量−15%、+5%のケースで主系のバネ定数の変動が1.0で極大値をもつ。
図33は、本発明の第六の実施形態に係るケース5の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。
ケース5は、質量比が0.1の場合に、2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjが2個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数よりさらに低い値であり、2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjが2個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数よりさらに高い値である。
低い方へのずらし量と高い方へのずらし量の比が4:1である。
この結果から以下のことが分かる。
(1)極大値が、主系のバネ定数の変動1.0以下にシフトしている。
(2)柔らかい方のバネ定数のずらし量をケース3の1.3倍にすると、主系のバネ定数の変動が0.7でずらし量が16%以上で応答倍率の最大値が大きくなる。
(2)このことから適切なずらし量が存在することが分かる。
図34は、本発明の第六の実施形態に係るケース6の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。
ケース6は、質量比が0.2の場合に、2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjが2個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数よりさらに低い値であり、2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjが2個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数よりさらに高い値である。
低い方へのずらし量と高い方へのずらし量の比が1:1である。
この結果から以下のことが分かる。
(1)質量比0.2の場合、主系のバネ定数の変動0.7(柔らかいバネに依存する側)では応答倍率が小さくなる効果がある。
(2)主系のバネ定数の変動1.3(硬いばねに依存する側)ではずらし量5%以上で応答倍率が定点理論による最適解に相当する応答倍率より大きくなり効果が減る。
図35は、本発明の第六の実施形態に係るケース7の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。
ケース7は、質量比が0.2の場合に、2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjが2個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数よりさらに低い値であり、2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjが2個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数よりさらに高い値である。
低い方へのずらし量と高い方へのずらし量の比が1:1である。
この結果から以下のことが分かる。
(1)質量比0.2の場合、主系のバネ定数の変動0.7(柔らかいバネに依存する側)の効果はケース6とほぼ同じである。
(2)主系のバネ定数の変動1.3(硬いバネに依存する側)でもケース6より応答倍率が小さい。
(3)質量比が0.1より大きいと、ずらし量が少なくても、硬いバネに依存する側の応答倍率を小さくすることができる。
図36は、本発明の第六の実施形態に係るケース8の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。
ケース9は、質量比が0.22の場合に、2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjが2個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数よりさらに低い値であり、2個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjが2個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数に略一致する。
低い方へのずらし量と高い方へのずらし量の比が1:1である。
この結果から以下のことが分かる。
(1)質量比0.25の場合、主系のバネ定数0.7(柔らかいバネに依存する側)では応答倍率が小さくなる効果がある。
(2)主系のバネ定数の変動1.3(硬いバネに依存する側)ではずらし量が2%以上で応答倍率が定点理論による最適解に相当する応答倍率より大きくなり効果が減る。
(3)質量比が0.2より大きくなると、同じずらし量でも変動1.3の応答倍率が大きくならない。
上記の結果から、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数よりさらに低い値に設定し、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数に略一致または僅かにずれる様に設定すると、主系の固有振動数が変動しても、応答倍率の変動が小さくなることが予測される。
次に、本発明の第七の実施形態に係る免震装置または制振装置を、図を基に、説明する。
図37は、本発明の第七の実施形態に係る装置のロバスト最適化法を示す概念図である。図38は、本発明の第七の実施形態に係る装置の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。
第七の実施形態に係る免震装置または制振装置は、第六の実施形態にかかる免震装置または制振装置において、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)の各々のダンパー固有振動数ωjがN個の所定値に略一致する。
N個の所定値は、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の所定値に各々に一致すると仮定すると、固有振動数ωsが最小固有振動数ωminと最大固有振動数ωmaxとの間の値をとったときの応答倍率を示す線上での最大値Pmaxが、固有振動数ωsが最小固有振動数ωminであるときの最大値Pmaxより低くかつ固有振動数ωsが最大固有振動数ωmaxであるときの最大値Pmaxより低くなる様なN個のダンパー固有振動数ωjである。
図38は、第七の実施形態に係る免震装置または制振装置の変位応答倍率の一例を示す。
図中で、調整例として示したのが第七の実施形態に係る免震装置または制振装置の変位応答倍率である。破線で示したのが単一型装置の変位応答倍率である。実線で示したのが第一の実施形態にかかる免震装置または制振装置の変位応答倍率である。
上記の様にN個のダンパー固有振動数ωjを決定すると、固有振動数ωsが最小固有振動数ωminと最大固有振動数ωmaxとの範囲内で、変位応答倍率の変動が小さくなる。
したがって、主系の慣性質量または弾性係数が変化して固有振動数が変化しても、主系の振動を効果的に免震でき、制振できる。
また、以上説明したように、本発明に係る免震装置または制振装置は、その構成により、以下の効果を有する。
振動に伴って発生する特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性接続要素とダンパー要素とを並列接続した系である粘性マスダンパーとバネ要素とを直列接続された系であるバネ付き粘性マスダンパーを複数用意し、複数のバネ付き粘性マスダンパーを対象構造体に各々に取り付け、複数のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる様にしたので、異なるダンパー固有振動数を持つN個のバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の振動エネルギーをより広い周波数帯域に分散し応答を低下させる。
直動軸と直動軸にねじ込まれた回転体と回転体とフレームとの隙間に封入された粘性流体とで構成された粘性マスダンパーとバネ要素を直列接続した系であるのバネ付き粘性マスダンパーを複数用意し、複数のバネ付き粘性マスダンパーを対象構造体に各々に取り付け、複数のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる様にしたので、異なるダンパー固有振動数を持つN個のバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の振動エネルギーをより広い周波数帯域に分散し応答を低下させる。
また、p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上で複数のバネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる少なくとも(N+1)個の定点での値が略等しくなる様にN個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)を設定されているので、(N+1)個の定点での値が等しくなるので、(N+1)個の定点に対応する周波数の付近での応答倍率を均等にして、応答倍率のピークを下げることができる。
また、(N+1)個の定点での値が各々に実質的に略極大になる様にN個の減衰係数cを設定されているので、(N+1)個の定点での応答倍率が極大値をもつピークになり、全体の応答倍率をピークでの応答倍率より下げられる。
また、p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上で極大値を持つ(N+1)個のピーク点での各々の応答倍率のばらつきが所定範囲内に納まる様に、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)を設定されているので、極大値をもつ(N+1)個のピーク点での各々の応答倍率のばらつきが所定範囲内に納まり、ピーク点の付近での応答倍率を均一にできる。
また、応答倍率を示す線の上で極大値をもつN個のピーク点での各々の応答倍率の平均値が略最小となる様にN個の減衰係数cj(j=1〜N)を設定されているので、極大値をもつ(N+1)個のピーク点での各々の応答倍率のばらつきが所定範囲内に納まる範囲で、ピークの付近での応答倍率を下げられる。
また、p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上で極少値を持つN個のピーク点での各々の応答倍率の平均値が略最小となる様に、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)を設定されているので、極少値を持つN個のピーク点での各々の応答倍率の平均値が略最小となり、N個のピーク点の付近の応答倍率を下げられ、全体の応答倍率を下げられる。
また、p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上で所定の幅の加振周波数pでの連続した応答倍率の平均が略最小となる様に、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)を設定されているので、所定の幅の加振周波数pでの連続した応答倍率の平均が略最小となり、所定の幅の加振周波数pの付近での応答倍率を下げられる。
また、p/ωsを横軸とし対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上でN個のダンパー要素の減衰抵抗力を相対速度で割った値であるN個の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる(N+1)個の定点での値が略等しくなるN個の最適同調振動数よりも、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjをさらに低い値に設定し、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjを略一致する値に設定されているので、(N+1)個の定点よりも周波数側がより広い周波数の定点での値が等しくなり、(N+1)個の定点に対応する周波数に比べより拡がった付近での応答倍率を均等にして、応答倍率のピークを下げることができる。
また、p/ωsを横軸とし対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上でN個のダンパー要素の減衰抵抗力を相対速度で割った値であるN個の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる(N+1)個の定点での値が略等しくなるN個の最適同調振動数よりも、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方のダンパー固有振動数ωjをさらに低い値に設定され、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjを略一致する値に設定されているので、(N+1)個の定点よりも周波数側がより低い定点での値が等しくなるので、(N+1)個の定点に対応する周波数に比べ低い側がより低い側へ拡がった付近での応答倍率を均等にして、応答倍率のピークを下げることができる。。
また、p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上でN個のダンパー要素の減衰抵抗力を相対速度で割った値であるN個の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる(N+1)個の定点での値が略等しくなるN個の最適同調振動数よりも、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjをさらに高い値に設定され、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方のダンパー固有振動数ωjを略一致する値に設定されているので、(N+1)個の定点よりも周波数側がより高い定点での値が等しくなるので、(N+1)個の定点に対応する周波数に比べ低い側がより高い側へ拡がった付近での応答倍率を均等にして、応答倍率のピークを下げることができる。。
また、(N+1)個の定点での値が各々に実質的に略極大になる様にN個の減衰係数cを設定されているので、(N+1)個の定点での応答倍率が極大値をもつピークになり、全体の応答倍率をピークでの応答倍率より下げられる。
また、固有振動数ωsが最小固有振動数ωminと最大固有振動数ωmaxとの間の値をとったときの応答倍率を示す線上での最大値Pmaxが、固有振動数ωsが最小固有振動数ωminであるときの最大値Pmaxより低くかつ固有振動数ωsが最大固有振動数ωmaxであるときの最大値Pmaxより低くなる様に、N個のダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)を設定されているので、主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsが変化した際に、応答倍率の変化が一定の程度に抑えられる。
また、互いに諸元の一致するバネ付き粘性マスダンパーを持つ第一バネ付き粘性マスダンパー組の各々のバネ付き粘性マスダンパーとN個の第二バネ付き粘性マスダンパー組のバネ付き粘性マスダンパーとを対称構造体の剛体を中心として1対毎に点対称になるように配したので剛心の周りの各々の回転モーメントとが各々に相殺される。
その結果、バネ付き粘性マスダンパーの反力により主架構と対象構造物とで構成される系にねじれ動誘導が生じるの抑制し、ねじれ振動を誘発するエネルギーを免震または制振できる。
また、互いに諸元の一致するバネ付き粘性マスダンパーの属する複数のバネ付き粘性ダンパー組に各々属するN個のバネ付き粘性マスダンパーの発生する反力により生ずる剛心の周りの回転モーメントとが組毎に各々に相殺する様に、複数のバネ付き粘性マスダンパーを支持体と対象構造物との間または対象構造体の内部に各々に取り付けられる。
その結果、バネ付き粘性マスダンパーの反力により主架構と対象構造物とで構成される系にねじれ動誘導が生じるの抑制し、ねじれ振動を誘発するエネルギーを免震または制振できる。
本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。
N個のバネ付き粘性マスダンパーを備える例で説明したが、追加して他の免震機器、制振機器を備えていてもよい。
本発明の実施形態に係る免震装置・制振装置の概念図である。 本発明の第一の実施形態に係る装置の最適同調振動数比のグラフである。 本発明の第一の実施形態に係る装置の最適減衰定数のグラフである。 単一型装置の変位応答倍率のグラフである。 本発明の第一の実施形態に係る装置の変位応答倍率のグラフである。 本発明の第一の実施形態に係る装置の最大変位応答倍率のグラフである。 本発明の第一の実施形態に係る装置の減衰定数−最大変位応答倍率グラフ1である。 本発明の第一の実施形態に係る装置の減衰定数−最大変位応答倍率グラフ2である。 本発明の第二の実施形態に係る装置の最適同調振動数比のグラフである。 本発明の第二の実施形態に係る装置の最適減衰定数のグラフである。 単一側の装置の加速度応答倍率のグラフである。 本発明の第二の実施形態に係る装置の加速度応答倍率のグラフである。 本発明の第二の実施形態に係る装置の最大加速度応答倍率のグラフである。 本発明の第二の実施形態に係る装置の減衰定数−最大加速度応答倍率グラフである。 本発明の第一の実施形態に係るダンパー配置の平面図である。 本発明の第二の実施形態に係るダンパー配置の平面図である。 本発明の第三の実施形態に係るダンパー配置の斜視図である。 本発明の第四の実施形態に係るダンパー配置の概念図である。。 本発明の第一の実施形態に係るダンパー取付構造の側面図である。 本発明の第二の実施形態に係るダンパー取付構造の側面図である。 本発明の第三の実施形態に係るダンパー取付構造の側面図である。 本発明の第四の実施形態に係るダンパー取付構造の側面図である。 本発明の第五の実施形態に係るダンパー取付構造の側面図である。 本発明の第一の実施形態に係るダンパー取付構造の平面図である。 本発明の第六の実施形態に係るダンパー取付構造の側面図である。 本発明の第一の実施形態に係る装置の最大変位応答倍率の変化を示すグラフ1である。 本発明の第一の実施形態に係る装置の最大変位応答倍率の変化を示すグラフ1である。 本発明の第二の実施形態に係る装置の最大変位応答倍率の変化を示すグラフ2である。 本発明の第六の実施形態に係るケース1の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。 本発明の第六の実施形態に係るケース2の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。 本発明の第六の実施形態に係るケース3の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。 本発明の第六の実施形態に係るケース4の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。 本発明の第六の実施形態に係るケース5の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。 本発明の第六の実施形態に係るケース6の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。 本発明の第六の実施形態に係るケース7の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。 本発明の第六の実施形態に係るケース8の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。 本発明の第七の実施形態に係る装置のロバスト最適化法を示す概念図である。 本発明の第七の実施形態に係る装置の最大変位応答倍率の変化を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る粘性マスダンパーの一例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るバネ要素の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るバネ付き粘性マスダンパーの取付構造の一例を示す概念図である。
符号の説明
Ms 主系の質量
Cs 主系の減衰係数
mj バネ付き粘性マスダンパーの見かけの質量
cj バネ付き粘性マスダンパーの減衰係数
kbj バネ付き粘性マスダンパーの弾性係数
μ 質量比((Σmj)/Ms)
sψ’ 最大変位応答倍率(柔)
hψ’ 最大加度応答倍率(硬)
ψ’ 最大加度応答倍率
5 支持体
10 対象構造物
11 取付部
12 取付部
13 取付部
20 主架構
30 慣性接続要素
40 バネ要素
50 ダンパー要素
100 粘性マスダンパー
110 リニアガイド
120 直動軸
130 回転体
131 ねじナット
132 回転円筒
140 フレーム
141 ねじナットフレーム
142 回転円筒フレーム
143 軸受
150 粘性流体
200 バネ要素
210 弾性体
220 第一部材
221 フランジ
222 弾性体支持部材
230 第二部材
231 フランジ
232 弾性体支持部材

Claims (15)

  1. 支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物の振動を免震する免震装置または制振する制振装置であって、
    2個以上であるN個のバネ付き粘性マスダンパーを、
    備え、
    前記バネ付き粘性マスダンパーが振動に伴って発生する特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性接続要素と特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生するバネ要素と特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生するダンパー要素とを有して前記慣性接続要素と前記ダンパー要素とを並列接続した系である粘性マスダンパーと前記バネ要素とを直列接続された系であり、
    前記バネ付き粘性マスダンパーが前記バネ要素の弾性係数kbと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量mとに対応するダンパー固有振動数ωと前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値に対応する減衰係数cとを持ち、
    N個の前記バネ付き粘性マスダンパーが特定方向の相対変位に対応して同位相または半位相のうちの一方で同期して互いに相対変位する様に対象構造体に各々に取り付けられ、
    N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる、
    ことを特徴とする免震装置または制振装置。
  2. 支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物の振動を免震する免震装置または制振する制振装置であって、
    2個以上であるN個のバネ付き粘性マスダンパーを、
    備え、
    前記バネ付き粘性マスダンパーが雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と該回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを持つ粘性マスダンパーと弾性体を持つバネ要素とを有し前記粘性ダンパーと前記バネ要素とを直列接続された系であり、
    前記バネ付き粘性マスダンパーが前記バネ要素を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を前記相対距離で割った値である弾性係数kbと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに前記直動方向に作用する反力を前記相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量mとに対応するダンパー固有振動数ωと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を一定の相対速度で直動させた際に前記直動方向に作用する反力を前記相対速度で割った値に対応する減衰係数cとを持ち、
    N個の前記バネ付き粘性マスダンパーが特定方向の相対変位に対応して同位相または半位相のうちの一方で同期して互いに前記直動方向に相対変位する様に対象構造体に各々に取り付けられ、
    N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なる、
    ことを特徴とする免震装置または制振装置。
  3. N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に略一致し、
    ここで、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上でN個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる少なくとも(N+1)個の定点での値が略等しくなり、
    前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である動的応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、
    ことを特徴とする請求項1または請求項2のうちのひとつに記載の免震装置または制振装置。
  4. N個の前記減衰係数cj(j=1〜N)がN個の最適減衰係数に各々に略一致する値である、
    ここで、N個の前記減衰係数cがN個の前記最適減衰係数に各々に一致すると仮定したとき(N+1)個の前記定点での値が各々に実質的に略極大になる、
    ことを特徴とする請求項3に記載の免震装置または制振装置。
  5. N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に略一致し、
    ここで、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で極大値を持つ(N+1)個のピーク点での各々の応答倍率のばらつきが所定範囲内に納まり、
    前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である動的応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、
    ことを特徴とする請求項1または請求項2のうちのひとつに記載の免震装置または制振装置。
  6. N個の前記減衰係数cj(j=1〜N)がN個の最適減衰係数に各々に略一致し、
    ここで、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記減衰係数cj(j=1〜N)がN個の前記最適減衰係数に各々に一致すると仮定するときに前記応答倍率を示す線の上で極大値をもつN個のピーク点での各々の応答倍率の平均値が略最小となる、
    ことを特徴とする請求項5に記載の免震装置または制振装置。
  7. N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に略一致し、
    ここで、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で極少値を持つN個のピーク点での各々の応答倍率の平均値が略最小となり、
    前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である動的応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、
    ことを特徴とする請求項1または請求項2のうちのひとつに記載の免震装置または制振装置。
  8. N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の最適同調振動数に各々に略一致し、
    ここで、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で所定の幅の加振周波数pでの応答倍率の平均が略最小となり、
    前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である動的応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、
    ことを特徴とする請求項1または請求項2のうちのひとつに記載の免震装置または制振装置。
  9. N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方の前記ダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数よりさらに低い値であり、
    N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方の前記ダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの高い方の最適同調振動数に略一致または僅かにずれ、
    ここで、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上でN個の前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値であるN個の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる(N+1)個の定点での値が略等しくなり、
    前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である動的応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、
    ことを特徴とする請求項1または請求項2のうちのひとつに記載の免震装置または制振装置。
  10. N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち低い方の前記ダンパー固有振動数ωjがN個の最適同調振動数のうちの低い方の最適同調振動数よりさらに低い値であり、
    ここで、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上でN個の前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値であるN個の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる(N+1)個の定点での値が略等しくなり、
    前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である動的応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、
    ことを特徴とする請求項1または請求項2のうちのひとつに記載の免震装置または制振装置。
  11. N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)のうち高い方の前記ダンパー固有振動数ωjがN個の前記最適同調振動数のうちの高い方の前記最適同調振動数よりさらに高い値であり、
    ここで、N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの持つ各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の前記最適同調振動数に各々に一致すると仮定するときに加振周波数pと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωsとの比p/ωsを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上でN個の前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値であるN個の減衰係数cの値のいかんにかかわらず一定値となる(N+1)個の定点での値が略等しくなり、
    前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である動的応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、
    ことを特徴とする請求項1または請求項2のうちのひとつに記載の免震装置または制振装置。
  12. N個の前記減衰係数cj(j=1〜N)がN個の最適減衰係数に略一致し、
    ここで、N個の前記減衰係数cがN個の前記最適減衰係数に各々に一致すると仮定したとき(N+1)個の前記定点での値が各々に実質的に略極大になる、
    ことを特徴とする請求項9または請求項10のうちの一つに記載の免震装置または制振装置。
  13. N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)の各々の前記ダンパー固有振動数ωjがN個の所定値に略一致し、
    ここで、N個の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)がN個の所定値に各々に一致すると仮定すると、前記固有振動数ωsが最小固有振動数ωminと最大固有振動数ωmaxとの間の値をとったときの前記応答倍率を示す線上での最大値Pmaxが、前記固有振動数ωsが最小固有振動数ωminであるときの最大値Pmaxより低くかつ前記固有振動数ωsが最大固有振動数ωmaxであるときの最大値Pmaxより低くなる、
    ことを特徴とする請求項9乃至請求項11のうちのひとつに記載の免震装置または制振装置。
  14. 2個以上であるN個の前記バネ付き粘性マスダンパーであるN個の第一バネ付き粘性マスダンパーを有する第一バネ付き粘性マスダンパー組と、
    2個以上であるN個の前記バネ付き粘性マスダンパーであるN個の第二バネ付き粘性マスダンパーを有する第二バネ付き粘性マスダンパー組と、
    を備え、
    N個の第一バネ付き粘性マスダンパーのダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なり、
    N個の第二バネ付き粘性マスダンパーのダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が互いに異なり、
    N個の第一バネ付き粘性マスダンパーの減衰係数cj(j=1〜N)が互いに異なり、
    N個の第二バネ付き粘性マスダンパーの減衰係数cj(j=1〜N)が互いに異なり、
    N個の前記第一バネ付き粘性マスダンパーの各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)とN個の前記第二バネ付き粘性マスダンパーの各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)とが1対毎に略一致し、
    N個の前記第一バネ付き粘性マスダンパー(j=1〜N)の各々の前記減衰係数cj(j=1〜N)とN個の前記第二バネ付き粘性マスダンパー(j=1〜N)の各々の減衰係数cj(j=1〜N)とが1対毎に略一致し、
    N個の第一バネ付き粘性マスダンパーとN個の第二バネ付き粘性マスダンパーとが対象構造物の剛心を基準に1対毎に各々に点対称になる様に又は対象構造物の剛心を貫く仮想線を基準に1対毎に各々に線対称になる様に、N個の第一バネ付き粘性マスダンパーとN個の第二バネ付き粘性マスダンパーとが支持体と対象構造物との間または対象構造体の内部に各々に取り付けられる、
    ことを特徴とする、請求項1又は請求項2のうちの一つに記載の免震装置または制振装置。
  15. 2個以上のN個の前記バネ付き粘性マスダンパーを各々に有する複数組のバネ付き粘性マスダンパー組を備え、
    同じ組のバネ付き粘性マスダンパー組に属するN個の前記バネ付き粘性マスダンパーの前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が各々に異なり、
    同じ組のバネ付き粘性マスダンパー組に属するN個の前記バネ付き粘性マスダンパーの前記減衰係数cj(j=1〜N)が各々に異なり、
    複数のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの全体から異なる組に属する1個のバネ付き粘性マスダンパーを選択して組み合わせた複数の前記バネ付き粘性マスダンパーの各々の前記ダンパー固有振動数ωj(j=1〜N)が各々に略一致し、
    複数のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個の前記バネ付き粘性マスダンパーの全体から異なる組に属する1個のバネ付き粘性マスダンパーを選択して組み合わせた複数の前記バネ付き粘性マスダンパーの各々の前記減衰係数cj(j=1〜N)が各々に略一致し、
    異なる組のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個のバネ付き粘性マスダンパーの発生する反力により対象構造物の剛心の周りに作用する各々の回転モーメントが一つの組毎に各々に相殺する様に複数組のバネ付き粘性マスダンパー組に属する各々N個のバネ付き粘性マスダンパーが支持体と対象構造物との間または対象構造体の内部に各々に取り付けられる、
    ことを特徴とする、請求項1又は請求項2のうちの一つに記載の免震装置または制振装置。
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