JP2010106880A - 制振装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制振装置10は、建物100の固有周期を長周期化させる免震支承体20と、地盤110を支点として建物100に制振力を付与して、所定方向における該建物100の振動を制振する制振力付与機構30とを有し、制振力付与機構30は、該制振力付与機構30が前記制振力を発生させる際に、その先端部を前記所定方向に変位させるアクチュエータ31と、弾性を備え、前記アクチュエータの前記先端部の変位に伴って前記所定方向に沿って変形するバネ体32と、地盤110から建物100に向けて前記制振力が伝達される経路内に設けられ、該制振力が伝達される際に前記アクチュエータ31に作用する荷重が該アクチュエータ31の許容荷重を超えるのを防止するフェールセーフ機構とを有する。
【選択図】図1
Description
制振対象物の固有周期を長周期化させる免震支承体と、
地盤を支点として前記制振対象物に制振力を付与して、所定方向における該制振対象物の振動を制振する制振力付与機構であって、
前記制振力付与機構が前記制振力を発生させる際に、その先端部を前記所定方向に変位させるアクチュエータと、
弾性を備え、前記アクチュエータの前記先端部の変位に伴って前記所定方向に沿って変形する弾性部と、
前記地盤から前記制振対象物に向けて前記制振力が伝達される経路内に設けられ、該制振力が伝達される際に前記アクチュエータに作用する荷重が該アクチュエータの許容荷重を超えるのを防止するフェールセーフ機構と、
を備える制振力付与機構とを有することを特徴とする。かかる制振装置であれば、前述した高剛性の弾性部が備えられるために生ずる課題が解消される。すなわち、フェールセーフ機構によりアクチュエータが保護される結果、該アクチュエータの破損が防止され、以って、制振対象物の振動を適切に抑制することが可能になる。
前記フェールセーフ機構は、前記アクチュエータに固定された固定部と、前記固定部と当接する当接面を備える当接部とを有する滑り摩擦機構であり、
前記アクチュエータに作用する前記荷重が前記許容荷重を超える前に、前記固定部が前記所定方向に沿って前記当接面上を摺動し始めることとしてもよい(以下、上記の構成を第一実施形態と呼ぶ)。
前記弾性部は、
互いに連通する2つの室が内部に形成され、流体が封入されたケースと、該ケース内を前記所定方向に沿って移動するピストンとを備え、前記アクチュエータの前記先端部の変位に伴って前記ピストンを移動させることにより、前記2つの室のうちの一方の室における前記流体の圧力を調整する流体圧力調整機構であり、
前記フェールセーフ機構は、前記一方の室と他方の室との間に形成された流路内に設けられたリリーフ弁であり、
前記アクチュエータに作用する前記荷重が前記許容荷重を超える前に、前記リリーフ弁が、前記流体を前記一方の室から前記他方の室へ流入させるように開くこととしてもよい(以下、上記の構成を第二実施形態と呼ぶ)。
前記フェールセーフ機構と前記弾性部とは一体化しており、
前記弾性部と一体化した前記フェールセーフ機構は、
前記アクチュエータに固定され、該アクチュエータの前記先端部の変位に伴って前記所定方向に沿って歪む歪み部材であり、
前記アクチュエータに作用する前記荷重が前記許容荷重を超える前に、前記歪み部材が降伏することとしてもよい(以下、上記の構成を第三実施形態と呼ぶ)。
前記フェールセーフ機構は、
前記アクチュエータ、前記地盤、前記制振対象物、及び、前記弾性部のうち、互いに隣り合う二者の間に配置され、当該二者を連結させる連結ピンであり、
前記アクチュエータに作用する前記荷重が前記許容荷重に超える前に、前記連結ピンが外れて前記二者の連結状態が解除されることとしてもよい(以下、上記の構成を第四実施形態と呼ぶ)。
本発明に係る制振装置10について図1A、図1B及び図2を参照しながら説明する。図1A及び図1Bは、制振装置10の構成を模式的に示す図であり、図1Aは制振装置10の立面図であり、図1Bは制振装置10の平面図である。図2は、制振装置10における制御系を示すブロック図である。
免震支承体20は、建物100と地盤110(具体的には、建物100の基礎)との間に設置された免震装置である。免震支承体20は、その上面に建物100が載置されることにより建物100を支持し、該建物100の固有周期を本来の固有周期よりも長周期化するものである。本実施形態の免震支承体20は、バネ支承体の一例としての積層ゴムであり、建物100の直下に複数設置されている。複数の積層ゴムの各々は、比較的低剛性であり、地震動が発生したときに、水平方向において上面(建物100の支持面)及び下面(地盤110との接地面)の各々の位置が互いにずれるように弾性変形しながら建物100を支持する。なお、免震支承体20については積層ゴムに限定されず、積層ゴム以外のバネ支承体、滑り支承体、転がり支承体等を利用してもよい。
z=y(1+kl/ks)
z:変位量
y:地盤110の変位量、kl:免震支承体20の剛性、ks:バネ体32の剛性
上記のように、コントローラ40は、地盤側センサ50及び建物側センサ60からの出力信号に基づいてアクチュエータ31を制御することにより、制振力付与機構30が付加する制振力をアクティブに制御する。なお、本実施形態では、アクチュエータ31と建物100の間にバネ体32が介在しているため、例えば、アクチュエータ31の制御法としてフィードバック制御を採用する場合、高振動数領域での発振現象によって決定されるフィードバックゲインを大きく取ることが可能になる。この結果、低振動数領域においてアクチュエータ31を適切に制御し、制振効果を向上させることが可能になる。
上記構成の制振装置10では、制振力が伝達経路に沿って伝達される際、アクチュエータ31に荷重が作用する。具体的に説明すると、前述したように、アクチュエータ31がロッド31aを変位させることに伴ってバネ体32が弾性変形する(具体的には、バネ体32としての梁が歪む)ため、アクチュエータ31にはバネ体32からの反発力が掛かるようになる。すなわち、アクチュエータ31は、前記反発力に抗してロッド31aを変位させるため、該ロッド31aの変位量(若しくは変位速度)に応じた荷重を受けることになる。なお、地震の規模が大きくなるほど(地盤110の振幅が大きくなるほど)、ロッド31aの変位量(変位速度)が大きくなり、アクチュエータ31に作用する前記荷重も大きくなる。
滑り摩擦ダンパ33は、制振力の伝達経路内に設けられており、本実施形態ではアクチュエータ31のロッド31aの先端とバネ体32との間に配置されている。滑り摩擦ダンパ33は、図1Bに示すように、アクチュエータ31のロッド31aの先端に固定された一対の固定部33aと、該固定部33aと当接する当接面33cを備える当接部33bとを有する。
制振力の発生源としてのアクチュエータ31を備える制振装置10の中には、バネ体32を備えるものがある。バネ体32が備えられる目的については前述の通りである。
上述した実施形態では、滑り摩擦ダンパ33がフェールセーフ機構として備えられた実施形態(第一実施形態)について説明した。但し、フェールセーフ機構については、滑り摩擦ダンパ33以外にも考えられる。以下では、滑り摩擦ダンパ33以外の他のフェールセーフ機構が備えられた例(第二実施形態〜第四実施形態)について説明する。なお、第一実施形態と重複する構成等については説明を省略する。
第二実施形態の制振装置10について、図7、図8A、及び図8Bを参照しながら説明する。図7は、第二実施形態の制振装置10の構成を模式的に示す平面図である。図8A及び図8Bは、第二実施形態に係るオイルダンパ70の模式断面図である。
第三実施形態の制振装置10について、図11を参照しながら説明する。図11は、第三実施形態の制振装置10の構成を模式的に示す平面図である。
第四実施形態の制振装置10について、図13を参照しながら説明する。図13は、第四実施形態の制振装置10の構成を模式的に示す平面図である。
以上、上記の説明では、本実施形態の制振装置10について説明したが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
31 アクチュエータ、31a ロッド、31b 支持部、
32 バネ体、33 滑り摩擦ダンパ、
33a 固定部、33b 当接部、33c 当接面、
33d ボルト、33e 取付部、
40 コントローラ、41 コンピュータ、41a 制御回路、42 増幅器、
50 地盤側センサ、60 建物側センサ、
70 オイルダンパ、71 ケース、71a 取付部、
72 内筒、72a 第1室、72b 第2室、72c 第1流路、
72d 第2流路、72e 第3流路、
73 外筒、73a 外筒室、73b 予備室、
74 ピストン、74a 室内流路、75 ピストンロッド、75a 取付部、
76 逆止弁、77 リリーフ弁、78 逆止弁、79 調整弁、
80 連結機構、81 第一固定部、82 第二固定部、83 連結ピン、
90 他のオイルダンパ、91 ケース、91a 取付部、92 オイル封入空間、
92a 第1室、92b 第2室、93 並設空間、94 ピストン、
94a 室内流路、94b 室内流路、95 ピストンロッド、
95a 取付部、96a リリーフ弁、96b リリーフ弁、
100 建物、110 地盤、120 支持部材
Claims (5)
- 制振対象物の固有周期を長周期化させる免震支承体と、
地盤を支点として前記制振対象物に制振力を付与して、所定方向における該制振対象物の振動を制振する制振力付与機構であって、
前記制振力付与機構が前記制振力を発生させる際に、その先端部を前記所定方向に変位させるアクチュエータと、
弾性を備え、前記アクチュエータの前記先端部の変位に伴って前記所定方向に沿って変形する弾性部と、
前記地盤から前記制振対象物に向けて前記制振力が伝達される経路内に設けられ、該制振力が伝達される際に前記アクチュエータに作用する荷重が該アクチュエータの許容荷重を超えるのを防止するフェールセーフ機構と、
を備える制振力付与機構とを有することを特徴とする制振装置。 - 請求項1に記載された制振装置において、
前記フェールセーフ機構は、
前記アクチュエータに固定された固定部と、前記固定部と当接する当接面を備える当接部とを有する滑り摩擦機構であり、
前記アクチュエータに作用する前記荷重が前記許容荷重を超える前に、前記固定部が前記所定方向に沿って前記当接面上を摺動し始めることを特徴とする制振装置。 - 請求項1に記載された制振装置において、
前記弾性部は、
互いに連通する2つの室が内部に形成され、流体が封入されたケースと、該ケース内を前記所定方向に沿って移動するピストンとを備え、前記アクチュエータの前記先端部の変位に伴って前記ピストンを移動させることにより、前記2つの室のうちの一方の室における前記流体の圧力を調整する流体圧力調整機構であり、
前記フェールセーフ機構は、前記一方の室と他方の室との間に形成された流路内に設けられたリリーフ弁であり、
前記アクチュエータに作用する前記荷重が前記許容荷重を超える前に、前記リリーフ弁が、前記流体を前記一方の室から前記他方の室へ流入させるように開くことを特徴とする制振装置。 - 請求項1に記載された制振装置において、
前記フェールセーフ機構と前記弾性部とは一体化しており、
前記弾性部と一体化した前記フェールセーフ機構は、
前記アクチュエータに固定され、該アクチュエータの前記先端部の変位に伴って前記所定方向に沿って歪む歪み部材であり、
前記アクチュエータに作用する前記荷重が前記許容荷重を超える前に、前記歪み部材が降伏することを特徴とする制振装置。 - 請求項1に記載された制振装置において、
前記フェールセーフ機構は、
前記アクチュエータ、前記地盤、前記制振対象物、及び、前記弾性部のうち、互いに隣り合う二者の間に配置され、当該二者を連結させる連結ピンであり、
前記アクチュエータに作用する前記荷重が前記許容荷重に超える前に、前記連結ピンが外れて前記二者の連結状態が解除されることを特徴とする制振装置。
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