JP2014177999A

JP2014177999A - 長周期制振装置

Info

Publication number: JP2014177999A
Application number: JP2013052727A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Sasajima; 圭輔笹島; Jun Hirai; 潤平井; Atsushi Kubo; 充司久保
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Bridge and Steel Structures Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; MM Bridge Co Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2033-03-15
Also published as: JP6198297B2

Abstract

【課題】固有周期の長周期化に伴う装置の大型化及び質量増加を抑制することができる長周期制振装置を提供する。
【解決手段】制振対象物１に対して回転を許容するように設置される柱１３と、制振対象物１に固定される支持部材１１と、支持部材１１に設置され、柱１３を支持する弾性部材１２と、柱１３に対して回転を許容するように連結される梁１４と、梁１４に連結される振動体とを備えるようにしたので、固有周期の長周期化に伴う装置の大型化及び質量増加を抑制することができる長周期制振装置を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、長周期制振装置に関する。

近年、ビルが高層化し、世界各地で５００ｍ超の超高層ビルが建設されており、これら超高層ビルの風揺れ等の振動に対応した、固有周期が長い（以下、長周期と記載）制振装置が求められている。

制振装置は、下記にて説明する振動体の固有周期を、制振対象物の固有周期と同調させることで、制振効果を発揮する。制振対象物は、前記超高層ビルなどのように高くなるほど、長周期化するため、これに同調させる振動体も長周期化する必要がある。振動体の長周期化には、振動体の作動変位量を大きくすることが求められる。

また、制振対象物と振動体の固有周期を同調させた上で、制振装置の制振効果をより高めるためには、振動体の質量を大きくする必要がある。一般的に、振動体の質量は、制振対象物の質量の０．１％〜０．５％程度とされることが多い。よって、前記超高層ビルなどのように、制振対象物の質量が増大するほど、振動体の質量も増大させる必要がある。

図２は、従来の長周期制振装置を説明する図であり、図２（ａ）は、従来の長周期制振装置の概略的矢視図、図２（ｂ）は、制振対象物が振動した際の、従来の長周期制振装置の作動を説明する概略図を表している。また、図２（ｂ）中の破線は、従来の長周期制振装置の静止時の位置を示している。なお、図２（ａ）（ｂ）共に、各部の寸法については正確に表現されるものではない。

図２（ａ）に示すように、従来の長周期制振装置は、連結部１０、柱２３、梁２４、ロープ１５及び錘１６を備える。なお、図２（ａ）では、柱２３が２本、梁２４が１本のように表されているが、これは、当該図が本装置の一側面から見た様子を表しているためであり、実際には、柱２３及び梁２４がそれぞれ４本ずつとなっている（図２（ｂ）も同様）。

柱２３は、制振対象物１にそれぞれ固定され、梁２４は、柱２３と柱２３との間にそれぞれ固定される。また、ロープ１５と錘１６からなる系は、梁２４に連結される振動体であり、錘１６は、ロープ１５によって梁２４に吊り下げられている。

すなわち、従来の長周期制振装置は、柱２３と梁２４とが剛に接合され、当該接合部分で回転を許容しない構造、すなわちラーメン構造となっており、また、柱２３と梁２４に用いられる部材は、振動体の重量を支持できるように、非常に大きな強度及び剛性を確保するものである。なお、柱２３と梁２４からなる系を支持フレームと呼称するものとする。

したがって、支持フレームの水平方向の変形固有周波数は１０Ｈｚ以上と高く、通常１Ｈｚ以下である振動体の固有周波数とは大きく異なる。

よって、図２（ｂ）に示すように、制振対象物１が振動した際、支持フレームの水平方向の変位量δ₃は、数ｍｍ程度となり、数十ｃｍ程度となる振動体の作動変位量に対する影響はほとんど無い。

すなわち、従来の長周期制振装置では、上述のように支持フレームの剛性が非常に大きいことから、振動体の作動変位量を表す式に考慮されず、結果、振動体の作動変位量δ´は下記（１）式で表される。
δ´＝Ｆ／ｋ₁´ …（１）
ただし、δ´：従来の長周期制振装置の振動体の作動変位量
Ｆ：従来の長周期制振装置に加えられる力
ｋ₁´：従来の長周期制振装置の振動体の剛性

特開平３−２４９４４２号公報

上述のように、長周期の制振対象物に対して制振効果を発揮するために、制振装置を長周期化した場合、振動体は、作動速度は遅くなるものの、作動変位量が大きくなる。そのため、制振装置全体としての作動範囲が広くなる。すなわち制振装置が大型化してしまう。

また、上述のように、制振効果をより高めるために、振動体の質量を増大した場合、当該質量を支持する強度及び剛性を確保するために、支持フレームの質量を増大させることになってしまう。しかも支持フレームの質量は、制振効果に寄与するものではない。

上記特許文献１では、振動体の支持部が固定された制振装置において、振動体の動きをセンサで検知し、振動体の動きが一定以上となると、コンピュータ制御により振動体にブレーキをかけることで、振動体が制振対象物に被害を及ぼすことを防ぐ技術が開示されている。

本発明では、長周期化に伴う装置の大型化及び質量増加を抑制することができる長周期制振装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る長周期制振装置は、
制振対象物に対して回転を許容するように設置される柱と、
前記制振対象物に固定される支持部材と、
前記支持部材に設置され、前記柱を支持する弾性部材と、
前記柱に対して回転を許容するように連結される梁と、
前記梁に連結される振動体と
を備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る長周期制振装置は、
上記第１の発明に係る長周期制振装置において、
前記支持部材、前記弾性部材、前記柱及び前記梁からなる系の固有周期が、前記制振対象物の固有周期と同調するものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る長周期制振装置は、
上記第１又は２の発明に係る長周期制振装置において、
前記振動体は、錘がロープによって前記梁に吊り下げられるものであることを特徴とする。

上記第１の発明に係る長周期制振装置によれば、制振対象物に対して回転を許容するように設置される柱と、制振対象物に固定される支持部材と、支持部材に設置され、柱を支持する弾性部材と、柱に対して回転を許容するように連結される梁と、梁に連結される振動体とを備えるので、固有周期の長周期化に伴う装置の大型化及び質量増加を抑制することができる。

上記第２の発明に係る長周期制振装置によれば、支持部材、弾性部材、柱及び梁からなる系の固有周期が、制振対象物の固有周期と同調するものであるので、さらに、固有周期の長周期化に伴う装置の大型化及び質量増加を抑制することができる。

上記第３の発明に係る長周期制振装置によれば、振動体は、錘がロープによって梁に吊り下げられるものであるので、ロープの長さを短くすることができる。

本発明の実施例１に係る長周期制振装置を説明する図である。（ａ）は、本発明の実施例１に係る長周期制振装置の概略的矢視図であり、（ｂ）は、制振対象物が振動した際の、本発明の実施例１に係る長周期制振装置の作動を説明する概略図である。従来の長周期制振装置を説明する図である。（ａ）は、従来の長周期制振装置の概略的矢視図であり、（ｂ）は、制振対象物が振動した際の、従来の長周期制振装置の作動を説明する概略図である。

以下、本発明に係る長周期制振装置を実施例にて図面を用いて説明する。

本発明の実施例１に係る長周期制振装置について図面を用いて説明する。図１は、本装置を説明する図であり、図１（ａ）は、本装置の概略的矢視図、図１（ｂ）は、制振対象物が振動した際の、本装置の作動を説明する概略図を表している。また、図１（ｂ）中の破線は、本装置の静止時の位置を示している。なお、図１（ａ）（ｂ）共に、各部の寸法については正確に表現されるものではない。

図１（ａ）に示すように、本装置は、連結部１０、支持部材１１、弾性部材１２、柱１３、梁１４、ロープ１５及び錘１６を備える。なお、図１（ａ）では、支持部材１１及び柱１３が２本、梁１４が１本のように表されているが、これは、当該図が本装置の一側面から見た様子を表しているためであり、実際には、支持部材１１、柱１３及び梁１４がそれぞれ４本ずつとなっている（図１（ｂ）も同様）。

前記柱１３は、各支持部材１１内において、それぞれ連結部１０により制振対象物１に対して回転を許容するように設置され、弾性部材１２によって支持されるものである。

前記支持部材１１は、制振対象物１にそれぞれ固定される筒状のものである。

前記弾性部材１２は、各支持部材１１の内側に設置され、各柱１３をそれぞれ支持するものである。

前記梁１４は、連結部１０により各柱１３に対してそれぞれ回転を許容するように連結されるものである。

前記連結部１０は、制振対象物１と各柱１３、各柱１３と各梁１４を、それぞれ回転を許容するように連結するものである。

前記ロープ１５と錘１６からなる系は、梁２４に連結される振動体であり、錘１６は、ロープ１５によって梁２４に吊り下げられている。

本装置では、支持部材１１、弾性部材１２、柱１３及び梁１４からなる系を、支持フレームと呼称するものとする。そして、支持フレームの固有周期が、制振対象物１の固有周期と同調するように、支持部材１１、弾性部材１２、柱１３及び梁１４を設計する。

本装置は、上述のような構成とすることで、支持フレームとしての剛性をあえて低減させ、制振対象物１が振動した際に、図１（ｂ）に示すように、支持フレームを大きく弾性変形させる。このとき、当該図中に示す支持フレームの水平方向の変位量δ₂は、数ｃｍ以上となる。

すると、振動体の作動変位量δ₁に前記変位量δ₂が加算され、結果として大きな作動変位量を実現することができる。つまり、振動体を支持する支持フレームが変形するため、作動変位量を効率的に得られる。これに対して、従来の長周期制振装置の作動変位量を本装置と同じストロークにしようとすると、より広いスペースを占有する支持フレームの構造としなければならない。

すなわち、本装置における支持フレームの水平方向の変位量が加算された振動体の作動変位量δは、下記（２）式で表される。
δ＝Ｆ／ｋ_e＝Ｆ／（１／ｋ₁＋１／ｋ₂）^-1＝Ｆ／ｋ₁＋Ｆ／ｋ₂＝δ₁＋δ₂ …（２）
ただし、δ：本装置の支持フレームの水平方向変位量が加算された振動体の作動変位量
Ｆ：本装置に加えられる力
ｋ_e：本装置の振動体と支持フレームの系の剛性
ｋ₁：本装置の振動体の剛性
ｋ₂：本装置の支持フレームの剛性
δ₁：本装置の振動体のみの作動変位量
δ₂：本装置の支持フレームの水平方向変位量

本装置では、前記（２）式のように、剛性ｋ₁，ｋ₂が直列バネとなるため、剛性ｋ₁を大きくすることができる。換言すれば、作動変位量をδ＝δ´とした場合、前記（１）（２）式より、
ｋ₁＜ｋ₁´ …（３）
となる。

そして、ｋ₁，ｋ₁´は下記（４）（５）式によりそれぞれ算出される。
ｋ₁＝ｍｇ／Ｌ …（４）
ｋ₁´＝ｍｇ／Ｌ´ …（５）
ただし、ｍ：振動体の質量
ｇ：重力加速度
Ｌ：本装置の振り子長
Ｌ´：従来の長周期制振装置の振り子長

ゆえに、前記（３）（４）（５）式より、
Ｌ＜Ｌ´ …（６）
となり、ロープ１５の長さを短くすることができる。

これにより、装置自体の高さを抑えることが可能となり、装置物量を削減できる。その結果、本装置を設置する建屋（制振対象物１）のスペースを小さくすることができ、また、装置物量を削減することで、建屋側の補強が少なくて済む。

なお、前記連結部１０には、ユニバーサルジョイントを用いてもよい。また、前記柱１３と前記梁１４は、上述では４本ずつであるものとして説明したが、本装置はこれに限定されるものではない。さらに、上述で筒状のものと説明した前記支持部材１１には、鋼管を用いてもよく、あるいは、筒状ではなく、前記各柱１３に対して、それぞれ複数本ずつで囲う配置とした、複数本の柱状部材を用いてもよい。そして、前記弾性部材１２には、ゴム又はバネを用いてもよい。

以上、本発明の実施例１に係る長周期制振装置について説明したが、換言すれば、本装置は、制振対象物１に対して回転を許容するように設置される柱１３と、制振対象物１に固定される支持部材１１と、支持部材１１に設置され、柱１３を支持する弾性部材１２と、柱１３に対して回転を許容するように連結される梁１４と、梁１４に連結される振動体とを備えるものである。

また、支持フレーム（支持部材１１、弾性部材１２、柱１３及び梁１４からなる系）の固有周期が、制振対象物１の固有周期と同調するものとするのがより好ましい。

さらに、前記振動体は、錘１６がロープ１５によって梁１４に吊り下げられるものとするのがより好ましい。

以上のようにして、本発明の実施例１に係る長周期制振装置では、長周期化に伴う装置の大型化及び質量増加を抑制することができる。

本発明は、長周期制振装置として好適である。

１制振対象物
１０連結部
１１支持部材
１２弾性部材
１３（実施例１における）柱
１４（実施例１における）梁
１５ロープ
１６錘
２３（従来の）柱
２４（従来の）梁

Claims

制振対象物に対して回転を許容するように設置される柱と、
前記制振対象物に固定される支持部材と、
前記支持部材に設置され、前記柱を支持する弾性部材と、
前記柱に対して回転を許容するように連結される梁と、
前記梁に連結される振動体と
を備える
ことを特徴とする長周期制振装置。
前記支持部材、前記弾性部材、前記柱及び前記梁からなる系の固有周期が、前記制振対象物の固有周期と同調するものであることを特徴とする請求項１に記載の長周期制振装置。
前記振動体は、錘がロープによって前記梁に吊り下げられるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の長周期制振装置。