JP2015165070A - 構造物の制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コスト上昇を抑制しながら、構造物に対する制振効果を向上させることができる構造物の制振装置を提供する。
【解決手段】構造物２は、複数の質点４及びそれらをそれぞれ支持する支持バネ部である複数の主系支持バネ部５によって、主振動系Ａを構成し、制振装置１は、メインダンパ８Ａ、及びこれよりも基礎３側の位置に設けられたサブダンパ８Ｂ、並びにこれらをそれぞれ支持する支持バネ部である、フレーム７の対応する付加系支持バネ部９Ａ、９Ｂによって、主振動系Ａの振動を抑制するための付加振動系Ｂを構成する。この付加振動系Ｂは、メインダンパ８Ａ及びサブダンパ８Ｂの数に対応する複数の固有振動数を有しており、複数の固有振動数が、主振動系Ａの所定の固有モードの固有振動数に同調するように設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物や橋梁などの構造物に対し、その振動を抑制するための構造物の制振装置に関する。

従来、この種の構造物の制振装置として、例えば本出願人がすでに出願し、特許された特許文献１に開示したものが知られている。この制振装置は、ビルなどの建物の構造物を制振するためのものであり、構造物と同じ高さを有するとともに構造物と別個に設置されたフレームと、構造物とフレームの間に設けられたマスダンパとを備えている。フレームは、Ｈ鋼などから成り、鉛直に延びる一対の柱と、両柱間に水平に延びる複数の梁で構成されたラーメン構造を有している。一方、マスダンパは、回転慣性効果を得るための回転マス、及び減衰効果を得るための粘性要素を有しており、構造物及びフレームのそれぞれの最上部間を連結するように設置されている。

上記のマスダンパ及びフレームによる制振装置により、主振動系としての構造物に付加されかつその構造物の振動を抑制する付加振動系が構成されている。そして、この付加振動系の固有振動数、具体的には、マスダンパの回転マスの回転慣性質量及びフレームの剛性によって定まる固有振動数が、構造物の固有振動数に同調するように設定されている。これにより、構造物が地震などによって振動すると、マスダンパは、構造物とフレームの間の相対変位を回転マスの回転運動に変換しながら、構造物の振動に共振するように作動し、構造物の振動エネルギーを付加振動系で吸収することによって、構造物の振動を抑制する。

特許第５１８９２１３号公報

上記の制振装置では、構造物の高さが高いほど、その最上部に設置されるマスダンパにはダンパストロークの大きいものが必要になり、また、フレームには高さ寸法の大きいものが必要になる。このため、マスダンパやフレームが大型化し、それにより、制振装置のコストが上昇してしまう。また、構造物の高さが高い場合でも、マスダンパを上記の制振装置の場合に比べて低い位置に設置することにより、そのマスダンパのダンパストロークを小さくできるとともに、フレームの高さ寸法も小さくできるため、制振装置のコスト上昇を抑制することが可能である。しかし、この場合、前述した制振装置のマスダンパと同じ回転慣性質量を有する回転マスを備えたマスダンパを用いると、構造物に対するマスダンパの質量比が小さくなり、その結果、構造物に対する制振効果を十分に得ることができないことがある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、コスト上昇を抑制しながら、構造物に対する制振効果を向上させることができる構造物の制振装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、所定方向に延びるとともに、両端部の少なくとも一方が基礎に固定されるように設置され、複数の質点を有する振動モデルでモデル化可能な構造物に対し、その振動を抑制するための構造物の制振装置であって、構造物の長さ方向に沿って延び、構造物と別個に設置されたフレームと、慣性質量要素及び減衰要素を有し、構造物とフレームの間を連結するように設けられたメインダンパと、慣性質量要素及び減衰要素を有し、メインダンパの制振効果を向上させるために、構造物及びフレームの長さ方向において、メインダンパよりも基礎側の位置に、構造物とフレームの間を連結するように設けられたサブダンパと、を備え、構造物は、複数の質点及びそれらをそれぞれ支持する支持バネ部である複数の主系支持バネ部によって、主振動系を構成し、制振装置は、メインダンパ及びサブダンパ、並びにこれらをそれぞれ支持する支持バネ部である、フレームの対応する付加系支持バネ部によって、主振動系の振動を抑制するための付加振動系を構成しており、付加振動系は、メインダンパ及びサブダンパの数に対応する複数の固有振動数を有しており、複数の固有振動数が、主振動系の所定の固有モードの固有振動数に同調するように設定されることを特徴とする。

この構成によれば、所定方向に延びるとともに、両端部の少なくとも一方が基礎に固定されるように設置された構造物の振動が、上記フレーム、メインダンパ及びサブダンパを備えた制振装置によって抑制される。上記の構造物は、複数の質点を有する振動モデルでモデル化可能であり、複数の質点及びそれらをそれぞれ支持する支持バネ部である複数の主系支持バネ部によって、制振対象としての主振動系を構成する。また、構造物と別個に設置されたフレームは、構造物の長さ方向に沿って延びており、このフレームと構造物の間を連結するように、メインダンパが設けられるとともに、そのメインダンパよりも基礎側の位置にサブダンパが設けられ、これらのメインダンパ及びサブダンパ、並びにこれらをそれぞれ支持する支持バネ部である、フレームの対応する付加系支持バネ部によって、主振動系の振動を抑制するための付加振動系を構成する。この付加振動系は、各ダンパの慣性質量要素の慣性質量と、各ダンパを支持する付加系支持バネ部の剛性とによって定まる固有振動数を、メインダンパ及びサブダンパの数に対応する分、すなわち全ダンパの数分、有している。そして、この付加振動系の諸元を、定点理論に基づき、最適同調条件を満足するように設定する。すなわち、付加振動系の複数の固有振動数を、主振動系の所定の固有モードの固有振動数に同調させるように設定する。

例えば、ｎ個の質点を有する振動モデルで表される構造物は、ｎ個の固有振動数と固有モードを有しており、それにより、構造物が振動する際には、１〜ｎ次モードの振動が発生する。付加振動系の複数の固有振動数を、主振動系の所定の固有モード、例えば主振動系の振動全体に占める割合が大きい低次モード（例えば１次モードや２次モード）の固有振動数に同調させるように設定することにより、それらの低次モードの振動を抑制し、主振動系における振動の大部分を、適切に抑制することができる。

また、付加振動系において、メインダンパに加えてサブダンパを設け多重同調させることにより、構造物及びフレームの最上部間にマスダンパが設けられる従来の制振装置に比べて、同じ質量比における主振動系の応答倍率曲線を最小化するのに必要な付加振動系全体の減衰係数が小さくてすむ。このため、付加振動系全体の減衰係数が小さいほど、振動する主振動系に対する共振時の付加振動系自体の運動が増大し、その結果、メインダンパによる制振効果を向上させることができる。したがって、構造物の長さ方向に対し、フレームの寸法を短くしても、両者の間に、上記のようにメインダンパ及びサブダンパを設置することにより、コスト上昇を抑制しながら、構造物に対する制振効果を向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構造物の制振装置において、所定の固有モードは、主振動系の１次モードであり、付加振動系の全ての固有振動数が、主振動系の１次モードの固有振動数に同調するように設定されることを特徴とする。

この構成によれば、付加振動系の全ての固有振動数が、主振動系の１次モードの固有振動数に同調するように設定される。前述したように、通常、低次モードほど、主振動系の振動全体に占める割合が大きいので、付加振動系の全ての固有振動数を、最も低い固有モードである１次モードの固有振動数に同調するように設定することにより、構造物の１次モードに対する制振効果を向上させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の構造物の制振装置において、所定の固有モードは、主振動系の１次モード及び２次モードであり、付加振動系は、２つの固有振動数を有しており、付加振動系の２つの固有振動数の一方が、主振動系の１次モード及び２次モードの一方の固有振動数に同調し、付加振動系の２つの固有振動数の他方が、主振動系の１次モード及び２次モードの他方の固有振動数に同調するように設定されることを特徴とする。

この構成によれば、２つの固有振動数を有する付加振動系の一方の固有振動数を、主振動系の１次モード及び２次モードの一方の固有振動数に同調させるように設定するとともに、付加振動系の他方の固有振動数を、主振動系の１次モード及び２次モードの他方の固有振動数に同調させるように設定する。これにより、構造物の１次モード及び２次モードに対する制振効果を向上させることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載の構造物の制振装置において、メインダンパ及びサブダンパは、メインダンパ及びサブダンパを一組とする２つのダンパ群で構成されており、２つのダンパ群の一方による付加振動系の２つの固有振動数が、主振動系の１次モード及び２次モードの一方の固有振動数に同調し、２つのダンパ群の他方による付加振動系の２つの固有振動数が、主振動系の１次モード及び２次モードの他方の固有振動数に同調するように設定されることを特徴とする。

この構成によれば、メインダンパ及びサブダンパを一組とする２つのダンパ群において、一方のダンパ群による付加振動系の２つの固有振動数が、主振動系の１次モード及び２次モードの一方の固有振動数に同調するように設定され、他方のダンパ群による付加振動系の２つの固有振動数が、主振動系の１次モード及び２次モードの他方の固有振動数に同調するように設定される。これにより、構造物の１次モード及び２次モードに対する制振効果を、より一層向上させることができる。

請求項５に係る発明は、請求項１又は２に記載の構造物の制振装置において、サブダンパは、複数のサブダンパで構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、複数のサブダンパにより、メインダンパによる制振効果をより一層向上させることができる。

（ａ）は、本発明の第１実施形態による制振装置を高層建物である構造物に適用した状態を模式的に示す図であり、（ｂ）は、その構造物及び制振装置を振動モデルでモデル化して示す図である。 制振装置におけるマスダンパの縦断面図である。 ８層構造物及び制振装置を振動モデルでモデル化して示す図である。 ８層構造物の各偶数層において、地面からの相対変位応答倍率を示す図であり、（ａ）は構造物のみの場合、（ｂ）は本発明の制振装置を適用した場合を示す。 ８層構造物の各偶数層において、地面からの相対変位応答倍率を示す図であり、（ａ）は従来の制振装置を適用した場合、（ｂ）は本発明の制振装置を適用した場合を示す。 本発明の第２実施形態の制振装置を説明するための図であり、（ａ）は、制振装置を高層建物である構造物の上半部に適用した状態を模式的に示す図であり、（ｂ）は、その構造物及び制振装置を振動モデルでモデル化して示す図である。 本発明の第３実施形態の制振装置を説明するための図であり、（ａ）は、２つのダンパ群を有する制振装置を橋梁である構造物に適用した状態を模式的に示す図であり、（ｂ）は、その構造物及び制振装置を振動モデルでモデル化して示す図である。 本発明の第４実施形態の制振装置を説明するための図であり、（ａ）は、単一のメインダンパ及び２つのサブダンパを有する制振装置を橋梁である構造物に適用した状態を模式的に示す図であり、（ｂ）は、その構造物及び制振装置を振動モデルでモデル化して示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の第１実施形態による制振装置１を高層建物である構造物２に適用した状態を模式的に示し、また同図（ｂ）は、その構造物２及び制振装置１を振動モデルでモデル化して示している。同図（ｂ）に示すように、この振動モデルでは、鉛直方向に延びる構造物２が制振対象としての主振動系Ａを構成し、この主振動系Ａの振動を抑制するための制振装置１が付加振動系Ｂを構成している。

構造物２は、例えば、鉄骨構造を有し、基礎３上に立設された２５階建てビルなどから成る２５層の構造物である。したがって、この構造物２をモデル化した主振動系Ａは、層数と同じ数の２５個（図１（ｂ）では５個のみ図示）の質点４と、これらの質点４をそれぞれ支持する複数の支持バネ部（以下「主系支持バネ部」という）５で構成されている。なお、図１（ｂ）に示す各主系支持バネ部５において、上側のばね様の記号５ａは、主系支持バネ部５のせん断剛性を表し、下側の渦巻き様の記号５ｂは、主系支持バネ部５の曲げ剛性を表している。

制振装置１は、構造物２とは別個に基礎３上に立設され、上下方向に所定長さ（例えば構造物２のほぼ１／２の高さ）を有するフレーム７と、構造物２とフレーム７の間を連結し、互いに異なる高さ位置に設けられた２つのマスダンパ８、８とを備えている。

フレーム７は、例えば、Ｈ鋼などから成り、構造物２の外側に、その外壁に沿って上下方向に延びる複数の柱、水平に延びる複数の梁、及び斜めに延びるブレースなどで構成されたラーメン構造を有している。なお、フレーム７は、構造物２の複数の外壁（例えば四方の外壁）に沿って配置してもよく、また、構造物２の外側に限らず、その内側に設けることも可能である。

一方、マスダンパ８は、本発明者が提案し、特許された前記特許文献１に開示されたものと同じであるので、以下、図２を参照しながら簡単に説明する。同図に示すように、マスダンパ８は、内筒１１、ボールねじ１２及び回転マス１３（慣性質量要素）を有している。内筒１１は、鋼材などで構成され、一端部が開口した円筒状のものであり、他端部は、第１フランジ１４に取り付けられている。

また、ボールねじ１２は、ねじ軸１２ａと、ねじ軸１２ａに多数のボール１２ｂを介して螺合するナット１２ｃを有している。ねじ軸１２ａの一端部は、内筒１１の開口に収容され、他端部は、第２フランジ１５に取り付けられている。また、ナット１２ｃは、軸受１６を介して、内筒１１に回転自在に支持されている。

回転マス１３は、比重の大きな材料、例えば鉄で構成され、円筒状に形成されている。また、回転マス１３は、内筒１１及びボールねじ１２の外側に、これらを覆うように設けられ、軸受１７を介して、内筒１１に回転自在に支持されている。回転マス１３と内筒１１の間の空間は、一対のリング状のシール材１８、１８で密閉されており、この空間には、シリコンオイルで構成された粘性体１９（減衰要素）が充填されている。さらに、このマスダンパ８には、マスダンパ８自体からの過大な反力が構造物２やフレーム７に作用することによるそれらの損傷などを防止するために、マスダンパ８の軸線方向に作用する荷重を制限するための軸力制限機構１０が設けられている。

以上のように構成されたマスダンパ８は、両端側の第１フランジ１４及び第２フランジ１５の一方が、構造物２の所定層（所定の質点４に対応する位置）に連結され、他方がフレーム７に連結されている。構造物２とフレーム７の間に相対変位が発生すると、その直線運動が、ボールねじ１２で回転運動に変換された状態で、回転マス１３に伝達されることによって、回転マス１３が回転する。

また、２つのマスダンパ８のうち、上側のマスダンパ（以下「メインダンパ８Ａ」という）は、フレーム７の上端部と、それに対応する構造物２の所定層との間に連結される一方、下側のマスダンパ（以下「サブダンパ８Ｂ」という）は、メインダンパ８Ａが連結された構造物２の所定層よりも下位の層（図１では５層下位の層）と、それに対応するフレーム７の所定位置との間に連結されている。したがって、制振装置１をモデル化した付加振動系Ｂは、メインダンパ８Ａ及びサブダンパ８Ｂと、これらをそれぞれ支持するフレーム７における支持バネ部（以下「付加系支持バネ部」という）９で構成されている。

なお、以下の説明では、メインダンパ８Ａ及びサブダンパ８Ｂをそれぞれ支持する付加系支持バネ部９について、適宜、「９Ａ」及び「９Ｂ」の符号を付すものとする。また、図１に示す各付加系支持バネ部９の２つの記号９ａ及び９ｂはそれぞれ、主系支持バネ部５の記号５ａ及び５ｂと同様、付加系支持バネ部９のせん断剛性及び曲げ剛性を表している。

上記の付加振動系Ｂは、回転マス１３を有するメインダンパ８Ａ及びこれを支持する付加系支持バネ部９Ａ、並びに回転マス１３を有するサブダンパ８Ｂ及びこれを支持する付加系支持バネ部９Ｂにより、両ダンパ８Ａ及び８Ｂの数分、すなわち２つの固有振動数を有している。そして、この付加振動系Ｂの諸元が、定点理論に基づき、最適同調条件を満足するように設定される。

具体的には、メインダンパ８Ａの回転マス１３の回転慣性質量及び付加系支持バネ部９Ａの剛性、並びにサブダンパ８Ｂの回転マス１３の回転慣性質量及び付加系支持バネ部９Ｂの剛性を調整することにより、付加振動系Ｂの２つの固有振動数を、主振動系Ａの複数の固有モードのうち、所定の低次モード（例えば、１次モード及び／又は２次モード）の固有振動数に同調させるように設定する。これにより、構造物２における応答倍率曲線の定点の高さを等しくすることができる。なお、付加系支持バネ部９Ａ及び９Ｂの剛性は、ブレースの配置や梁、柱の断面寸法などを調整することによって行われる。

また、上記の固有振動数の設定とともに、メインダンパ８Ａ及びサブダンパ８Ｂの粘性体１９、１９について、それらの減衰係数を最適に調整する。これにより、構造物２における応答倍率曲線の最大値を最小化することができる。

次に、本実施形態の具体的な適用例として、下記の８階建ての構造物２２に制振装置２１を適用する場合について、図３を参照しながら説明する。この構造物２２の諸元は、下表１のとおりである。

なお、表１のｉは、構造物の１〜８階の各層を表し、ｈは各層の高さ、Ｈは基礎３からの高さを表している。また、ｍiは各層の質量、ｋiは各層における主系支持バネ部５の剛性、Σｍiは各層における総質量を表している。

また、制振装置２１のメインダンパ８Ａは、構造物２２の５階に対応する層とフレーム７の上端部との間に連結され、一方、サブダンパ８Ｂは、構造物２２の３階に対応する層とフレーム７との間に連結されている。そして、付加振動系Ｂにおける２つの固有振動数は、構造物２２の１次モードの固有振動数に同調するように設定されている。また、メインダンパ８Ａ及びサブダンパ８Ｂの粘性体１９、１９についても、それらの減衰係数が最適に調整されている。

図４は、構造物２２における各層（１Ｆ〜８Ｆ）のうち、偶数の各層（２Ｆ、４Ｆ、６Ｆ及び８Ｆ）を代表し、これらの層において、地面からの相対変位応答倍率を示しており、（ａ）は構造物２２のみの場合、（ｂ）は制振装置２１を適用した場合を示している。図４の（ａ）と（ｂ）を対比して明らかなように、制振装置２１を適用した場合、２次モード及び３次モードの相対変位応答倍率についてはほとんど相違がないものの、１次モードの相対変位応答倍率が大幅に低減できることがわかる。なお、構造物２２自体の構造減衰は、１次モードに対し１％の剛性比例型減衰として解析している。

また、図５は、本実施形態の制振装置２１と、前述した従来の制振装置、すなわち構造物２２及びこれとほぼ同じ高さを有するフレームの最上部間にマスダンパ８が設けられた制振装置とを比較するための図４と同様の相対変位応答倍率を示しており、（ａ）は従来の制振装置を適用した場合、（ｂ）は図４（ｂ）と同じであり、本実施形態の制振装置２１を適用した場合を示している。図５の（ａ）と（ｂ）を対比して明らかなように、本実施形態の制振装置２１を適用した場合、従来の制振装置を適用した場合に比べて、同じ質量比での１次モードの振動による相対変位応答倍率がより低減できることがわかる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、付加振動系Ｂの２つの固有振動数を、主振動系Ａの振動全体に占める割合が大きい低次モード（１次モード及び／又は２次モード）の固有振動数に同調させるように設定することにより、それらの低次モードの振動を抑制し、主振動系Ａにおける振動の大部分を、適切に抑制することができる。また、付加振動系Ｂにおいて、メインダンパ８Ａに加えてサブダンパ８Ｂを設け多重同調させることにより、前述した従来の制振装置に比べて、同じ質量比での主振動系Ａの応答倍率曲線を最小化するのに必要な付加振動系Ｂ全体の減衰係数が小さくてすむ。このため、付加振動系Ｂ全体の減衰係数が小さいほど、振動する主振動系Ａに対する共振時の付加振動系Ｂ自体の運動が増大し、その結果、メインダンパ８Ａによる制振効果を向上させることができる。したがって、構造物２の高さに対し、フレーム７の寸法を短くしても、両者の間に、メインダンパ８Ａ及びサブダンパ８Ｂを設置することにより、コスト上昇を抑制しながら、構造物２に対する制振効果を向上させることができる。

図６は、本発明の第２実施形態を示しており、制振装置３１を高層建物である構造物３２の上半部に適用したものである。なお、以下の説明では、前述した第１実施形態と同一の構成部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略するものとする。

図６（ａ）に示すように、この構造物３２は、基礎３上に立設され、３２階建てビルなどから成る３２層の構造物である。また、この構造物３２は、ほぼ上半部（２０層）の上層部３４が、ほぼ下半部（１２層）の下層部３５に対して、セットバックされた状態に構成されている。一方、制振装置３１は、構造物３２における下層部３５の天井部３５ａ上に立設され、上層部３４のほぼ１／２の高さを有するフレーム７と、上層部３４のほぼ中央の層（１１層）及びそれよりも下位の層（６層）とフレーム７との間をそれぞれ連結するように設けられたメインダンパ８Ａ及びサブダンパ８Ｂとを備えている。

これらの構造物３２及び制振装置３１をモデル化した図６（ｂ）に示すように、構造物３２の上層部３４は、前記第１実施形態と同様、主振動系Ａを構成しており、上層部３４の層数と同じ数の２０個（図６（ｂ）では４個のみ図示）の質点４と、各質点４をそれぞれ支持する主系支持バネ部５で構成されている。一方、制振装置３１は、前記第１実施形態と同様、付加振動系Ｂを構成しており、メインダンパ８Ａ及びサブダンパ８Ｂと、これらをそれぞれ支持するフレーム７における付加系支持バネ部９Ａ及び９Ｂで構成されている。そして、本実施形態における付加振動系Ｂでは、その諸元について、前述した第１実施形態と同様にして設定される。

本実施形態によれば、構造物３２における上層部３４に対し、前述した第１実施形態と同様、メインダンパ８による制振効果を向上させることができ、特に、ホイッピング現象などを効果的に防止することができる。

図７は、本発明の第３実施形態を示しており、制振装置４１を橋梁である構造物４２に適用したものである。同図（ａ）に示すように、この構造物４２は、互いに所定距離を隔てた両岸間においてほぼ水平に延び、両岸の基礎４３、４３を連結するように設けられた鉄骨構造の橋梁である。一方、制振装置４１は、ほぼ水平に所定長さ延び、一端部が対応する基礎４３、４３にそれぞれ固定された２つのフレーム４４、４４と、構造物４２と各フレーム４４の間を連結するように設けられたメインダンパ８Ａ及びサブダンパ８Ｂを一組とする２つのダンパ群４０、４０とを備えている。

これらの構造物４２及び制振装置４１をモデル化した図７（ｂ）に示すように、構造物４２は前記第１実施形態と同様、主振動系Ａを構成しており、複数（本実施形態では７つであり、図７（ｂ）では４つのみ図示）の質点４と、各質点４をそれぞれ支持する主系支持バネ部５で構成されている。一方、制振装置４１は、前記第１実施形態と同様、付加振動系Ｂを構成しており、フレーム４４及びダンパ群４０を有する２つの付加振動系Ｂが、構造物４１の両端部にそれぞれ設けられている。そして、２つの付加振動系Ｂの一方の２つの固有振動数が、主振動系Ａの１次モード及び２次モードの一方の固有振動数に同調し、２つの付加振動系Ｂの他方の２つの固有振動数が、主振動系Ａの１次モード及び２次モードの他方の固有振動数に同調するように設定される。

本実施形態によれば、構造物４２の１次モード及び２次モードに対する制振効果を向上させることができ、構造物４２の振動を適切に抑制することができる。また、本実施形態では、２つの付加振動系Ｂの一方の２つの固有振動数が、主振動系Ａの１次モード及び２次モードの一方の固有振動数に同調し、２つの付加振動系Ｂの他方の２つの固有振動数が、主振動系Ａの１次モード及び２次モードの他方の固有振動数に同調するように設定されているが、２つの付加振動系Ｂの全ての固有振動数を主振動系Ａの１次モードのみに同調させても勿論良い。

図８は、本発明の第４実施形態を示しており、制振装置５１を橋梁である構造物５２に適用したものである。同図（ａ）に示すように、この構造物５２は、前記第３実施形態の構造物４２と同様に構成された橋梁であり、互いに所定距離を隔てた両岸間においてほぼ水平に延び、両岸の基礎５３、５３を連結するように設けられている。一方、制振装置５１は、両岸間においてほぼ水平に延び、両端部が両岸の基礎５３、５３に固定されたフレーム５４と、構造物５２とフレーム５４の間を連結するように設けられた単一のメインダンパ８Ａ及び２つのサブダンパ８Ｂ、８Ｂとを備えている。

これらの構造物５２及び制振装置５１をモデル化した図８（ｂ）に示すように、構造物５２は、前記第３実施形態と同様、主振動系Ａを構成しており、複数の質点４と、各質点４をそれぞれ支持する主系支持バネ部５で構成されている。一方、制振装置５１は、前記第３実施形態と同様、付加振動系Ｂを構成しており、構造物５２及びフレーム５４の長さ方向の中央部間が、メインダンパ８Ａによって連結されるとともに、そのメインダンパ８Ａよりも両基礎５３、５３側の所定位置において、構造物５２とフレーム５４の間が、サブダンパ８Ｂ、８Ｂによって連結されている。そして、付加振動系Ｂの全ての固有振動数が、主振動系Ａの１次モードの固有振動数に同調するように設定される。

本実施形態によれば、構造物５２の１次モードに対する制振効果を向上させることができ、構造物５２の振動を適切に抑制することができる。

また、本実施形態では、付加振動系Ｂの複数の固有振動数のうち、一部の固有振動数を主振動系Ａの１次モードの固有振動数に同調させるとともに、他の固有振動数を主振動系Ａの２次モードや３次モードの固有振動数に同調させるように設定することも可能である。

なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、各実施形態の制振装置１、２１、３１、４１及び５１では、本発明のメインダンパ８Ａ及びサブダンパ８Ｂの慣性質量要素及び減衰要素として、回転マス１３及び粘性体１９を備えたマスダンパ８を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、慣性効果及び減衰効果を得られるとともに、慣性質量及び減衰係数を調整可能なものであれば、種々のダンパを採用することが可能である。

また、パルス型の入力による応答性状の向上や、制振装置の設計諸元変動に伴うロバスト性に関する制振効果の向上のために、付加振動系Ｂの固有振動数を大きい方向、つまり、付加振動系Ｂの剛性を、質量比や剛性比に応じて、硬めに設定してもよい。

さらに、実施形態で示した制振装置１などの細部の構成などは、あくまで例示であり、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することができる。

１ 制振装置
２ 構造物
３ 基礎
４ 質点
５ 主系支持バネ部
７ フレーム
８ マスダンパ
８Ａ メインダンパ
８Ｂ サブダンパ
９ 付加系支持バネ部
９Ａ メインダンパを支持する付加系支持バネ部
９Ｂ サブダンパを支持する付加系支持バネ部
１３ 回転マス（慣性質量要素）
１９ 粘性体（減衰要素）
２１ 制振装置
２２ 構造物
３１ 第２実施形態の制振装置
３２ 第２実施形態の構造物
４０ ダンパ群
４１ 第３実施形態の制振装置
４２ 第３実施形態の構造物
４３ 第３実施形態の両岸の基礎
４４ 第３実施形態のフレーム
５１ 第４実施形態の制振装置
５２ 第４実施形態の構造物
５３ 第４実施形態の両岸の基礎
５４ 第４実施形態のフレーム
Ａ 主振動系
Ｂ 付加振動系

Claims (5)

1. 所定方向に延びるとともに、両端部の少なくとも一方が基礎に固定されるように設置され、複数の質点を有する振動モデルでモデル化可能な構造物に対し、その振動を抑制するための構造物の制振装置であって、
   前記構造物の長さ方向に沿って延び、当該構造物と別個に設置されたフレームと、
   慣性質量要素及び減衰要素を有し、前記構造物と前記フレームの間を連結するように設けられたメインダンパと、
   慣性質量要素及び減衰要素を有し、前記メインダンパの制振効果を向上させるために、前記構造物及び前記フレームの長さ方向において、前記メインダンパよりも前記基礎側の位置に、当該構造物と当該フレームの間を連結するように設けられたサブダンパと、
   を備え、
   前記構造物は、前記複数の質点及びそれらをそれぞれ支持する支持バネ部である複数の主系支持バネ部によって、主振動系を構成し、
   前記制振装置は、前記メインダンパ及び前記サブダンパ、並びにこれらをそれぞれ支持する支持バネ部である、前記フレームの対応する付加系支持バネ部によって、前記主振動系の振動を抑制するための付加振動系を構成しており、
   前記付加振動系は、前記メインダンパ及び前記サブダンパの数に対応する複数の固有振動数を有しており、当該複数の固有振動数が、前記主振動系の所定の固有モードの固有振動数に同調するように設定されることを特徴とする構造物の制振装置。
2. 前記所定の固有モードは、前記主振動系の１次モードであり、
   前記付加振動系の全ての固有振動数が、前記主振動系の前記１次モードの固有振動数に同調するように設定されることを特徴とする請求項１に記載の構造物の制振装置。
3. 前記所定の固有モードは、前記主振動系の１次モード及び２次モードであり、
   前記付加振動系は、２つの固有振動数を有しており、
   前記付加振動系の２つの固有振動数の一方が、前記主振動系の１次モード及び２次モードの一方の固有振動数に同調し、前記付加振動系の２つの固有振動数の他方が、前記主振動系の１次モード及び２次モードの他方の固有振動数に同調するように設定されることを特徴とする請求項１に記載の構造物の制振装置。
4. 前記メインダンパ及び前記サブダンパは、当該メインダンパ及び当該サブダンパを一組とする２つのダンパ群で構成されており、
   前記２つのダンパ群の一方による前記付加振動系の２つの固有振動数が、前記主振動系の１次モード及び２次モードの一方の固有振動数に同調し、前記２つのダンパ群の他方による前記付加振動系の２つの固有振動数が、前記主振動系の１次モード及び２次モードの他方の固有振動数に同調するように設定されることを特徴とする請求項１に記載の構造物の制振装置。
5. 前記サブダンパは、複数のサブダンパで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の構造物の制振装置。

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