JP2016211264A - 制振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】常時の温度変化や上載荷重のたわみで変位するときにはダンパーが変形せず、疲労劣化を防止する制振装置を提供する。
【解決手段】相対変位する第１構造体４及び第２構造体３のうち第１構造体に連結されたダンパー７と、第２構造体とダンパーとの間に連結された反力発生部８とを備えている。反力発生部は、常時の温度変化や上載荷重のたわみにより第１構造体及び第２構造体が相対変位するときにはダンパーに反力を発生させず、所定の大きさ以上の地震加速度が発生したときにダンパーに反力を発生し、ダンパーが、第１構造体及び第２構造体の間の相対変位で発生したエネルギーを自身の変形で吸収するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、橋梁や水門などの土木構造物、ビルなどの建築構造物に採用される制振装置に関する。

近年、東日本大震災の経験の反映、首都直下型地震や南海トラフ地震などの将来想定される大地震への対策とし、既設の構造物の耐震補強や今後建設する構造物の耐震性向上が危急の課題となっている。
耐震性向上の一つとして、構造物にダンパーを設置して地震エネルギーを吸収することで、構造物に作用する地震力を低減し、構造物の安全性向上や対策工事の経済性を向上させることが行なわれている。例えば、橋梁では、上部工と橋脚の間にダンパーを設置し、大地震時に発生する大きな相対変位のエネルギーを吸収するダンパーを備えた技術が開発されている（例えば、特許文献１，２）。

特許文献１は、上部工及び橋脚が相対変位する方向にねじりによるせん断塑性変形を行なうダンパーを配置し、大地震時に、上部工及び橋脚の大きな相対変位で発生したエネルギーを、ダンパーのねじりによるせん断塑性変形で吸収して減衰していく装置である。
また、特許文献２は、上部工及び橋脚が相対変位する方向に粘弾性体からなるダンパーを配置し、大地震時に上部工及び橋脚の大きな相対変位で発生したエネルギーを、粘弾性体（ダンパー）の塑性変形で吸収して減衰していく装置である。

特許第４３５８２９３号公報 特開２０１３−１０８２６０号公報

ところで、橋梁の上部工は、常時の温度変化や上載荷重のたわみにより変位するが（以下、常時の変位時と称する）、このような常時の変位時にも特許文献１，２のダンパーが変形する。このような常時の変位によるダンパーの変形に伴って反力が発生し、この反力が上部工及び橋脚に対して余分の応力を発生させてしまう。
また、特許文献１，２のダンパーは通常時の変位でも変形するので疲労劣化の面で問題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、常時の温度変化や上載荷重のたわみで変位するときにはダンパーが変形せず、疲労劣化を防止することで、地震時の制振機能を長期に渡って確保することができる制振装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る制振装置は、相対変位する第１構造体及び第２構造体のうち前記第１構造体に連結されたダンパーと、前記第２構造体と前記ダンパーとの間に連結された反力発生部と、を備え、前記反力発生部は、常時の温度変化や上載荷重のたわみにより前記第１構造体及び前記第２構造体が相対変位するときには前記ダンパーに反力を発生させず、所定の大きさ以上の地震加速度が発生したときに前記ダンパーに反力を発生し、当該ダンパーが、前記第１構造体及び前記第２構造体の間の前記相対変位で発生したエネルギーを自身の変形で吸収するようにした。

本発明に係る制振装置によれば、所定の大きさ以上の地震加速度で地震が発生したときには、反力発生部からダンパーに反力を伝達し、ダンパーによる減衰力で第１構造体及び第２構造体の大きな相対変位によるエネルギーを減衰することができ、構造物の耐震性能を大幅に向上させることができる。また、反力発生部は、常時の温度変化や上載荷重のたわみにより第１構造体及び第２構造体が相対変位するときにはダンパーに反力を発生させないので、ダンパーの疲労劣化を防止することができる。

本発明に係る第１実施形態の制振装置を示すものである。 本発明に係る第１実施形態の制振装置の反力発生部の動作を示すものである。 本発明に係る第１実施形態のダンパーの塑性変形部の変形メカニズムを示すものである。 本発明に係る第２実施形態の制振装置を示すものである。 本発明に係る第２実施形態の制振装置の反力発生部を示すものである。 本発明に係る第３実施形態の制振装置を示すものである。 本発明に係る第４実施形態の制振装置を示すものである。 本発明に係る第４実施形態の制振装置の反力発生部を示すものである。 本発明に係る第５実施形態の制振装置を示すものである。 本発明に係る第６実施形態の制振装置を示すものである。 本発明に係る第６実施形態の制振装置の反力発生部を示すものである。 本発明に係る第７実施形態の制振装置を示すものである。 本発明に係る第８実施形態の制振装置を示すものである。 本発明に係る第８実施形態の制振装置の反力発生部を示すものである。 本発明に係る第９実施形態の制振装置を示すものである。

次に、図面を参照して、本発明の第１〜第９実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す第１〜第９実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

［第１実施形態］
図１は、本発明に係る橋梁１に配置した第１実施形態の制振装置２を示すものである。
橋梁１は、図１に示すように、地中（不図示）から立設している柱部３と、柱部３の上端に配置された上部工４とを備え、上部工４が常時の温度変化や上載荷重のたわみにより伸縮する場合に、柱部３や上部工４に余分な応力が加わらないように、柱部３の上端と上部工４との間に、上部工４を長手方向（図１の左右方向）に移動可能とする可動支承５が設置されている。
柱部３の側面上部３ａにはブラケット６が突出して形成されており、このブラケット６と上部工４の下面４ａの間の空間に、上部工４の長手方向を制振する第１実施形態の制振装置２が配置されている。

第１実施形態の制振装置２は、柱部３及び上部工４の水平方向の相対変位で発生したエネルギー（外力）を自身の変形で吸収して減衰していくダンパー７と、反力発生部８と、を備えている。
ダンパー７は、履歴減衰特性（塑性変形に伴うエネルギー減衰特性）を有する普通鋼又は低降伏点鋼の鋼管からなる塑性変形部７ａと、塑性変形部７ａが変形した場合に、塑性変形部７ａの外周面に内周面が接触するように塑性変形部７ａを内挿する円筒形状の補剛管７ｂと、塑性変形部７ａの長手方向の一方の端部に形成した一端側連結部７ｃと、を備えている。

ダンパー７の一端側連結部７ｃは、上部工４の下面４ａに固定した第１上部工側連結部９と、水平方向に延在するピン１０を介して連結されている。
反力発生部８は、ブラケット６に軸線が水平方向に延在するように回転自在に設けられた回転軸１１と、この回転軸１１の一端（ブラケット６に対して図１の前面側）に同軸に固定されたピニオン１２と、回転軸１１の他端（ブラケット６に対して図１の裏面側）に同軸に固定されたフライホイール１３と、ダンパー７の塑性変形部７ａの他方の端部に形成されてピニオン１２に向けて延在しているラック１４と、ブラケット６に固定されてラック１４の下部を支持し、ラック１４をピニオン１２に噛合させているラック支持部１５と、を備えている。

地震が発生すると、柱部３及び上部工４が水平方向に相対変位し、反力発生部８のラック１４が、所定の加速度（地震加速度）で水平方向に移動する。
ラック１４が所定の地震加速度で水平方向に移動すると、ピニオン１２に回転軸１１を介して固定されている反力発生部８のフライホイール１３が回転して慣性モーメントが発生する。この慣性モーメントをラック１４に付与することで、ダンパー７に反力を発生させるようになっている。

次に、図２は、地震発生時における反力発生部８の動作メカニズムを示し、図３は、ダンパー７の塑性変形部７ａの変形メカニズムを示すものである。
図２において、フライホイール１３の半径をＲ、ピニオン１２の半径をＬ、フライホイール１３の回転角をθ、ラック１４に発生する反力をＦ、ラック１４の変位をδ、変位増幅率をＡ、フライホイール１３で発生した慣性モーメントをＩ、時間をｔ、トルクをＴ、地震加速度をＥとすると、
地震発生時の反力発生部８の運動方程式は、
Ｉ × （ｄθ^２／ｄｔ^２） ＝ Ｔ ＝ Ｆ × Ｌ ……… （１）式
となる。

また、ラック１４の変位δと、フライホイール１３の回転角θとの関係は
θ ＝ Ａ × （δ／Ｌ） ……… （２）式
となる。
これら（１）式、（２）式より、
Ｆ ＝ Ｉ × （Ａ／Ｌ^２） × （ｄδ^２／ｄｔ^２）
＝ Ｉ × （Ａ／Ｌ^２） × Ｅ ……… （３）式
となる。

そして、図３に示すように、ダンパー７を構成する塑性変形部７ａは、地震加速度Ｅが０．５Ｇのときに降伏軸力Ｆｙとなって塑性変形が開始する材料が選定されている。
したがって、反力発生部８は、少なくとも地震加速度Ｅが０．５Ｇのときに降伏軸力Ｆｙに等しい反力Ｆが発生するように、慣性モーメントＩ及び変位増幅率Ａが設定されている。
ここで、本発明に係る第１構造体が上部工４に対応し、本発明に係る第２構造体が柱部３に対応し、本発明に係る回転慣性体がフライホイール１３に対応している。

次に、第１実施形態の制振装置２の動作について説明する。
常時の温度変化や上載荷重のたわみにより柱部３及び上部工４が水平方向（図１の左右方向）に相対変位すると、地震加速度Ｅが略ゼロ（０）なのでラック１４には反力Ｆが発生しない。そして、柱部３及び上部工４が相対変位すると、フライホイール１３がゆっくり回転していき、ピニオン１２がラック１４の長手方向に噛合しながら移動していくので、ダンパー７の塑性変形部７ａには外力が作用しない。
また、０．５Ｇを下回る地震加速度で地震が発生する場合には、ラック１４に発生する水平方向（図１の左右方向）の反力Ｆにより、ダンパー７を構成する塑性変形部７ａが弾性変形する。

そして、０．５Ｇ以上の地震加速度で地震が発生すると、ラック１４に発生する反力Ｆによりダンパー７を構成する塑性変形部７ａが塑性変形する。ラック１４に発生する反力Ｆは、図１の左右方向に繰り返し発生し、塑性変形部７ａは軸方向の塑性変形を繰り返して履歴減衰特性を発揮する。
したがって、この第１実施形態の制振装置２は、０．５Ｇ以上の地震加速度で地震が発生したときには、反力発生部８のラック１４からダンパー７に反力Ｆを伝達し、ダンパー７の塑性変形部７ａの塑性変形による減衰力で柱部３及び上部工４の大きな相対変位によるエネルギーを減衰することができ、構造物の耐震性能を大幅に向上させることができる。

また、この第１実施形態の制振装置２は、常時の温度変化や上載荷重のたわみにより柱部３及び上部工４が水平方向に相対変位する際には、反力発生部８のピニオン１２がラック１４の長手方向に噛合しながら移動してことでダンパー７には外力が作用しないので、ダンパー７の疲労劣化を防止することができる。
さらに、反力発生部８には、ピニオン１２とともに回転するフライホイール１３が設けられており、地震発生時にピニオン１２が回転することでフライホイール１３の慣性モーメントが発生し、ダンパー７に大きな反力Ｆを伝達することができるので、反力発生部８の小型化を図ることができる。

［第２実施形態］
次に、図４及び図５は、本発明に係る橋梁１に配置した第２実施形態の制振装置２０を示すものである。なお、図１で示した橋梁１及び第１実施形態の制振装置２の構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明を省略する。
柱部３の側面上部３ａと上部工４の下面４ａとの間の空間に、上部工４の長手方向を制振する第２実施形態の制振装置２０が配置されている。
第２実施形態の制振装置２０は、ダンパー７と、反力発生部２１と、を備えている。
ダンパー７の一端側連結部７ｃは、上部工４の下面４ａに固定した第１上部工側連結部２２、水平方向に延在するピン２３を介して連結されている。

反力発生部２１は、柱部３の側面上部３ａに連結されたナット支持部材２４と、このナット支持部材２４に回転自在に支持されている第１ナット部材２５と、ダンパー７の塑性変形部７ａの他方の端部に形成されて第１ナット部材２５に螺合している第１ネジ軸２６と、第１ナット部材２５の外周に形成されたフライホイール２７と、を備えている。
ナット支持部材２４は、側面上部３ａに固定した第１柱部側連結部２８と、水平方向に延在したピン２９を介して連結されており、筒状部３０の内面の周方向に凸条部３０ａが形成されている。

第１ナット部材２５は、内周に第１内周ネジ２５ａが形成されており、軸方向の一端側の外周に、ナット支持部材２４の凸条部３０ａを軸方向から挟み込みながら突出している支持凸条部３１ａ，３１ｂが形成されているとともに、軸方向の他端側にフライホイール２７が一体に形成されている。これにより、第１ナット部材２５は、ナット支持部材２４に回転自在、且つ軸方向の移動が拘束されて支持されている。
第１ネジ軸２６は、第１ナット部材２５の第１内周ネジ２５ａに螺合する第１外周ネジ２６ａが外周に形成された部材である。
地震が発生すると、柱部３及び上部工４が水平方向に相対変位し、反力発生部２１の第１ネジ軸２６が、所定の加速度（地震加速度）で軸方向に移動する。

第１ネジ軸２６が所定の地震加速度で軸方向に移動すると、第１ネジ軸２６に螺合する第１ナット部材２５に回転が伝達され、第１ナット部材２５の外周に形成されているフライホイール２７が回転して慣性モーメントが発生する。この慣性モーメントを軸方向に移動している第１ネジ軸２６に付与することで、ダンパー７に反力を発生させるようになっている。
第２実施形態のダンパー７を構成する塑性変形部７ａも、地震加速度Ｅが０．５Ｇのときに降伏軸力Ｆｙとなって塑性変形が開始する材料が選定されている。そして、反力発生部２１は、少なくとも地震加速度Ｅが０．５Ｇのときに降伏軸力Ｆｙに等しい反力Ｆが発生するように設定されている。
ここで、本発明に係る回転慣性体がフライホイール２７に対応している。

次に、第２実施形態の制振装置２０の動作について説明する。
常時の温度変化や上載荷重のたわみにより柱部３及び上部工４が水平方向（図５の左右方向）に相対変位すると、地震加速度Ｅは略ゼロ（０）なので第１ネジ軸２６には反力Ｆが発生しない。そして、柱部３及び上部工４が相対変位すると、フライホイール１３及び第１ナット部材２５がゆっくり回転するので、ダンパー７の塑性変形部７ａには外力が作用しない。
また、０．５Ｇを下回る地震加速度で地震が発生する場合には、第１ネジ軸２６に発生する軸方向の反力により（図５の左右方向の反力Ｆ）、ダンパー７の塑性変形部７ａが弾性変形する。

そして、０．５Ｇ以上の地震加速度で地震が発生すると、第１ネジ軸２６に発生する反力Ｆによりダンパー７の塑性変形部７ａが塑性変形する。第１ネジ軸２６に発生する反力Ｆは、図５で示すように左右方向に繰り返し発生し、塑性変形部７ａは軸方向の塑性変形を繰り返して履歴減衰特性を発揮する。
したがって、この第２実施形態の制振装置２０は、０．５Ｇ以上の地震加速度で地震が発生したときには、反力発生部２１の第１ネジ軸２６からダンパー７に反力Ｆを伝達し、ダンパー７の塑性変形部７ａの塑性変形による減衰力で柱部３及び上部工４の大きな相対変位によるエネルギーを減衰することができ、構造物の耐震性能を大幅に向上させることができる。

また、第２実施形態の制振装置２０は、常時の温度変化や上載荷重のたわみにより柱部３及び上部工４が水平方向に相対変位する際には、反力発生部２１の第１ネジ軸２６が軸方向に移動しながら第１ナット部材２５がゆっくり回転することでダンパー７には外力が作用しないので、ダンパー７の疲労劣化を防止することができる。
さらに、反力発生部２１には、第１ナット部材２５の外周にフライホイール２７が設けられており、地震発生時に第１ナット部材２５が回転することでフライホイール２７の慣性モーメントが発生し、ダンパー７に大きな反力Ｆを伝達することができるので、反力発生部２１の小型化を図ることができる。

［第３実施形態］
次に、図６は、第２実施形態の制振装置２０に類似した第３実施形態の制振装置４０を示すものである。
第３実施形態の制振装置４０は、ダンパー７と、反力発生部２１と、連結アーム４１と、を備えている。
第３実施形態のダンパー７は、他端側に他端側連結部７ｄが形成されている。
また、第３実施形態の反力発生部２１は、第１ネジ軸２６の端部に第１ねじ軸連結部４４が形成されている。
連結アーム４１は、長手方向の一方の端部に一端側連結部４１ａが形成され、他方の端部に他端側連結部４１ｂが形成されている。

連結アーム４１の一端側連結部４１ａは、第１上部工側連結部２２より柱部３側の上部工４の下面４ａに固定した第２上部側連結部４２に、水平方向に延在するピン４３を介して連結されている。
この連結アーム４１は、一端側連結部４１ａを上端として鉛直下方に延在し、他端側連結部４１ｂが、第１ネジ軸２６の第１ねじ軸連結部４４に、水平方向に延在するピン４５を介して連結されている。
ダンパー７は、一端側連結部７ｃが、上部工４の下面４ａに固定した第１上部工側連結部２２、水平方向に延在するピン２３を介して連結されているとともに、他端側連結部７ｄが、上部工４に近い連結アーム４１の上部側に水平方向に延在するピン４６を介して連結されている。

次に、第３実施形態の制振装置４０の動作について説明する。
常時の温度変化や上載荷重のたわみにより柱部３及び上部工４が水平方向（図６の左右方向）に相対変位すると、地震加速度Ｅは略ゼロ（０）なので第１ネジ軸２６には反力Ｆが発生しない。そして、柱部３及び上部工４が相対変位すると、フライホイール２７及び第１ナット部材２５がゆっくり回転するので、ダンパー７の塑性変形部７ａには外力が作用しない。
また、０．５Ｇを下回る地震加速度で地震が発生する場合には、第１ネジ軸２６に発生する軸方向の反力が、連結アーム４１を介してダンパー７に伝達され、塑性変形部７ａが弾性変形する。

そして、０．５Ｇ以上の地震加速度で地震が発生すると、第１ネジ軸２６に発生する反力が、連結アーム４１を介してダンパー７に伝達され、塑性変形部７ａが塑性変形する。第１ネジ軸２６に発生する反力は、軸方向に繰り返し発生するので、塑性変形部７ａは軸方向の塑性変形を繰り返して履歴減衰特性を発揮する。
したがって、第３実施形態の制振装置４０も、第２実施形態の制振装置２０と同様の効果を奏することができる。

［第４実施形態］
次に、図７及び図８は、本発明に係る橋梁１に配置した第４実施形態の制振装置５０を示すものである。なお、図４で示した第２実施形態の制振装置２０の構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明を省略する。
第４実施形態の制振装置５０は、ダンパー７と、反力発生部５１と、を備えている。
反力発生部５１は、柱部３の側面上部３ａに連結されたナット支持部材５２と、このナット支持部材５２に回転自在に支持されている第１ナット部材５３と、ダンパー７の塑性変形部７ａの他方の端部に形成されて第１ナット部材５３に螺合している第１ネジ軸５４と、第１ナット部材５３の外周に形成されたフライホイール５５と、を備えている。

ナット支持部材５２は、側面上部３ａに固定した第１柱部側連結部２８と、水平方向に延在したピン２９を介して連結されており、棒状部５６の外周の一部に突起部５７が形成されている。
第１ナット部材５３は、内周に第１内周ネジ５３ａが形成されており、軸方向の一端側の外周に、ナット支持部材５２の突起部５７が嵌まり込む環状の凹部５８が形成されている。また、第１ナット部材５３の外周にフライホイール５５が一体に形成されている。
これにより、第１ナット部材５３は、ナット支持部材５２に回転自在、且つ軸方向の移動が拘束されて支持されている。

第１ねじ軸５４は、第１ナット部材５３の第１内周ネジ５３ａに螺合する第１外周ネジ５４ａが外周に形成された部材である。
地震が発生すると、柱部３及び上部工４が水平方向に相対変位し、反力発生部５１の第１ネジ軸５４が、所定の加速度（地震加速度）で軸方向に移動する。
第１ネジ軸５４が所定の地震加速度で軸方向に移動すると、第１ネジ軸５４に螺合する第１ナット部材５３に回転が伝達され、第１ナット部材５３の外周に形成されているフライホイール５５が回転して慣性モーメントが発生する。この慣性モーメントを軸方向に移動している第１ネジ軸５４に付与することで、ダンパー７に反力を発生させるようになっている。

第４実施形態のダンパー７を構成する塑性変形部７ａも、地震加速度Ｅが０．５Ｇのときに降伏軸力Ｆｙとなって塑性変形が開始する材料が選定されている。そして、反力発生部２１は、少なくとも地震加速度Ｅが０．５Ｇのときに降伏軸力Ｆｙに等しい反力Ｆが発生するように設定されている。
ここで、本発明に係る回転慣性体がフライホイール５５に対応している。

次に、第４実施形態の制振装置２０の動作について説明する。
常時の温度変化や上載荷重のたわみにより柱部３及び上部工４が水平方向（図８の左右方向）に相対変位すると、地震加速度Ｅは略ゼロ（０）なので第１ネジ軸５４には反力Ｆが発生しない。そして、柱部３及び上部工４が相対変位すると、フライホイール５５及び第１ナット部材５３がゆっくり回転するので、ダンパー７の塑性変形部７ａには外力が作用しない。
また、０．５Ｇを下回る地震加速度で地震が発生する場合には、第１ネジ軸５４に発生する軸方向の反力により（図８の左右方向の反力Ｆ）、ダンパー７の塑性変形部７ａが弾性変形する。

そして、０．５Ｇ以上の地震加速度で地震が発生すると、第１ネジ軸５４に発生する反力Ｆによりダンパー７の塑性変形部７ａが塑性変形する。第１ネジ軸５４に発生する反力Ｆは、図８で示すように左右方向に繰り返し発生し、塑性変形部７ａは軸方向の塑性変形を繰り返して履歴減衰特性を発揮する。
したがって、この第４実施形態の制振装置５０は、０．５Ｇ以上の地震加速度で地震が発生したときには、反力発生部５１の第１ネジ軸５４からダンパー７に反力Ｆを伝達し、ダンパー７の塑性変形部７ａの塑性変形による減衰力で柱部３及び上部工４の大きな相対変位によるエネルギーを減衰することができ、構造物の耐震性能を大幅に向上させることができる。

また、第４実施形態の制振装置５０は、常時の温度変化や上載荷重のたわみにより柱部３及び上部工４が水平方向に相対変位する際には、反力発生部５１の第１ネジ軸５４が軸方向に移動しながら第１ナット部材５３がゆっくり回転することでダンパー７には外力が作用しないので、ダンパー７の疲労劣化を防止することができる。
さらに、反力発生部５１には、第１ナット部材５３の外周にフライホイール５５が設けられており、地震発生時に第１ナット部材５３が回転することでフライホイール５５の慣性モーメントが発生し、ダンパー７に大きな反力Ｆを伝達することができるので、反力発生部５１の小型化を図ることができる。

［第５実施形態］
次に、図９は、第４実施形態の制振装置５０に類似した第５実施形態の制振装置６０を示すものである。
第５実施形態の制振装置６０は、ダンパー７と、反力発生部５１と、第３実施形態の制振装置４０で示した連結アーム４１と、を備えている。
第５実施形態のダンパー７は、他端側に他端側連結部７ｄが形成されている。
また、第５実施形態の反力発生部５１は、第１ネジ軸５４の端部に第１ねじ軸連結部４４が形成されている。
ダンパー７は、一端側連結部７ｃが、上部工４の下面４ａに固定した第１上部工側連結部２２、水平方向に延在するピン２３を介して連結されているとともに、他端側連結部７ｄが、上部工４に近い連結アーム４１の上部側に水平方向に延在するピン４６を介して連結されている。

次に、第５実施形態の制振装置６０の動作について説明する。
常時の温度変化や上載荷重のたわみにより柱部３及び上部工４が水平方向（図９の左右方向）に相対変位すると、地震加速度Ｅは略ゼロ（０）なので第１ネジ軸５４には反力Ｆが発生しない。そして、柱部３及び上部工４が相対変位すると、フライホイール５５及び第１ナット部材５３がゆっくり回転するので、ダンパー７の塑性変形部７ａには外力が作用しない。
また、０．５Ｇを下回る地震加速度で地震が発生する場合には、第１ネジ軸５４に発生する軸方向の反力が、連結アーム４１を介してダンパー７に伝達され、塑性変形部７ａが弾性変形する。

そして、０．５Ｇ以上の地震加速度で地震が発生すると、第１ネジ軸５４に発生する反力が、連結アーム４１を介してダンパー７に伝達され、塑性変形部７ａが塑性変形する。第１ネジ軸５４に発生する反力は、軸方向に繰り返し発生するので、塑性変形部７ａは軸方向の塑性変形を繰り返して履歴減衰特性を発揮する。
したがって、第５実施形態の制振装置４０も、第４実施形態の制振装置５０と同様の効果を奏することができる。

［第６実施形態］
次に、図１０及び図１１は、本発明に係る橋梁１に配置した第６実施形態の制振装置７０を示すものである。
第６実施形態の制振装置７０は、ダンパー７と、反力発生部７１と、を備えている。
反力発生部７１は、柱部３の側面上部３ａに連結された回転保持用ネジ軸７２と、この回転保持用ネジ軸７２に一端側が螺合している第２ナット部材７３と、ダンパー７の塑性変形部７ａの他方の端部に形成されて第２ナット部材７３の他端側で螺合している第２ネジ軸７４と、第２ナット部材７３の外周に形成されたフライホイール７５と、を備えている。
回転保持用ネジ軸７２は、側面上部３ａに固定した第１柱部側連結部２８と、水平方向に延在したピン２９を介して連結されており、外周に外周ネジ７２ａが形成されている。

第２ナット部材７３の内周の一端側には、回転保持用ネジ軸７２の外周ねじ７２ａに螺合する第１内周ネジ７３ａが形成されているとともに、内周の他端側には、第１内周ネジ７３ａと逆ネジの第２内周ネジ７３ｂが形成されている。
また、第２ネジ軸７４の外周には、第２ナット部材７３の第２内周ネジ７３ｂに螺合する第２外周ネジ７４ａが形成されている。そして、第２ナット部材７３の外周にフライホイール７５が一体に形成されている。
このように、回転保持用ネジ軸７２及び第２ナット部材７３の一端側と、第２ネジ軸７４及び第２ナット部材７３の他端側とが、互いに逆ネジで螺合しているので、回転保持用ネジ軸７２及び第２ネジ軸７４が互いに離間する方向に軸方向に移動すると、第２ナット部材７３が所定方向に回転し、回転保持用ネジ軸７２及び第２ネジ軸７４が互いに近接する方向に軸方向に移動すると、第２ナット部材７３が逆方向に回転する。

地震が発生すると、柱部３及び上部工４が水平方向に相対変位し、反力発生部７１の回転保持用ネジ軸７２及び第２ネジ軸７４が、所定の加速度（地震加速度）において、互いが離間する軸方向、或いは互いに近接する軸方向に移動する。
回転保持用ネジ軸７２及び第２ネジ軸７４が所定の地震加速度で軸方向に移動すると、第２ナット部材７３に回転が伝達され、第２ナット部材７３の外周に形成されているフライホイール７５が回転して慣性モーメントが発生する。この慣性モーメントを軸方向に移動している第２ネジ軸７４に付与することで、ダンパー７に反力を発生させるようになっている。

第６実施形態のダンパー７を構成する塑性変形部７ａも、地震加速度Ｅが０．５Ｇのときに降伏軸力Ｆｙとなって塑性変形が開始する材料が選定されている。そして、反力発生部７１は、少なくとも地震加速度Ｅが０．５Ｇのときに降伏軸力Ｆｙに等しい反力Ｆが発生するように設定されている。
ここで、本発明に係る回転慣性体がフライホイール７５に対応している。

次に、第６実施形態の制振装置７０の動作について説明する。
常時の温度変化や上載荷重のたわみにより柱部３及び上部工４が水平方向（図１１の左右方向）に相対変位すると、地震加速度Ｅは略ゼロ（０）なので第２ネジ軸７４には反力Ｆが発生しない。そして、柱部３及び上部工４が相対変位すると、フライホイール７５及び第２ナット部材７３がゆっくり回転するので、ダンパー７の塑性変形部７ａには外力が作用しない。
また、０．５Ｇを下回る地震加速度で地震が発生する場合には、第２ネジ軸７４に発生する軸方向の反力により（図１１の左右方向の反力Ｆ）、ダンパー７の塑性変形部７ａが弾性変形する。

そして、０．５Ｇ以上の地震加速度で地震が発生すると、第２ネジ軸７４に発生する反力Ｆによりダンパー７の塑性変形部７ａが塑性変形する。第２ネジ軸７４に発生する反力Ｆは、図１１で示すように左右方向に繰り返し発生し、塑性変形部７ａは軸方向の塑性変形を繰り返して履歴減衰特性を発揮する。
したがって、この第６実施形態の制振装置７０は、０．５Ｇ以上の地震加速度で地震が発生したときには、反力発生部７１の第２ネジ軸７４からダンパー７に反力Ｆを伝達し、ダンパー７の塑性変形部７ａの塑性変形による減衰力で柱部３及び上部工４の大きな相対変位によるエネルギーを減衰することができ、構造物の耐震性能を大幅に向上させることができる。

また、第６実施形態の制振装置７０は、常時の温度変化や上載荷重のたわみにより柱部３及び上部工４が水平方向に相対変位する際には、反力発生部７１の第２ネジ軸７４が軸方向に移動しながら第２ナット部材７３がゆっくり回転することでダンパー７には外力が作用しないので、ダンパー７の疲労劣化を防止することができる。
また、第２ナット部材７３の外周にフライホイール５５が設けられており、地震発生時に第２ナット部材７３が回転することでフライホイール７５の慣性モーメントが発生し、ダンパー７に大きな反力Ｆを伝達することができるので、反力発生部５１の小型化を図ることができる。
さらに、反力発生部７１は、回転保持用ネジ軸７２及び第２ネジ軸７４が、互いに逆ネジ方向で第２ナット部材７３に螺合しているので、回転保持用ネジ軸７２及び第２ネジ軸７４が互いに離間する方向、或いは互いに近接する軸方向に移動することで第２ナット部材７３が高速回転し、フライホイール７５は大きな慣性モーメントを発生することができる。

［第７実施形態］
次に、図１２は、第６実施形態の制振装置７０に類似した第７実施形態の制振装置８０を示すものである。
第７実施形態の制振装置８０は、ダンパー７と、反力発生部７１と、第３実施形態の制振装置４０で示した連結アーム４１と、を備えている。
第７実施形態のダンパー７は、他端側に他端側連結部７ｄが形成されている。
また、第７実施形態の反力発生部７１は、第２ネジ軸７４の端部に第２ねじ軸連結部７６が形成されている。
ダンパー７は、一端側連結部７ｃが、上部工４の下面４ａに固定した第１上部工側連結部２２、水平方向に延在するピン２３を介して連結されているとともに、他端側連結部７ｄが、上部工４に近い連結アーム４１の上部側に水平方向に延在するピン４６を介して連結されている。

次に、第７実施形態の制振装置８０の動作について説明する。
常時の温度変化や上載荷重のたわみにより柱部３及び上部工４が水平方向（図１２の左右方向）に相対変位すると、地震加速度Ｅは略ゼロ（０）なので第２ネジ軸７４には反力Ｆが発生しない。そして、柱部３及び上部工４が相対変位すると、フライホイール７５及び第２ナット部材７３がゆっくり回転するので、ダンパー７の塑性変形部７ａには外力が作用しない。
また、０．５Ｇを下回る地震加速度で地震が発生する場合には、第２ネジ軸７４に発生する軸方向の反力が、連結アーム４１を介してダンパー７に伝達され、塑性変形部７ａが弾性変形する。

そして、０．５Ｇ以上の地震加速度で地震が発生すると、第２ネジ軸７４に発生する反力が、連結アーム４１を介してダンパー７に伝達され、塑性変形部７ａが塑性変形する。第２ネジ軸７４に発生する反力は、軸方向に繰り返し発生するので、塑性変形部７ａは軸方向の塑性変形を繰り返して履歴減衰特性を発揮する。
したがって、第７実施形態の制振装置８０も、第６実施形態の制振装置７０と同様の効果を奏することができる。

［第８実施形態］
次に、図１３及び図１４は、本発明に係る橋梁１に配置した第８実施形態の制振装置９０を示すものである。
第８実施形態の制振装置９０は、ダンパー７と、反力発生部９１と、を備えている。
反力発生部９１は、柱部３の側面上部３ａに連結されたネジ軸支持部材９２と、このネジ軸支持部材９２に回転自在に支持されている中空形状の第３ネジ軸９３と、ダンパー７の塑性変形部７ａの他方の端部に形成されて第３ネジ軸９３に螺合している第３ナット部材９４と、第１ナット部材５３の外周に形成されたフライホイール９５と、を備えている。

ネジ軸支持部材９２は、側面上部３ａに固定した第１柱部側連結部２８と、水平方向に延在したピン２９を介して連結されており、棒状部９６の外周の一部に突起部９７が形成されている。
中空形状の第３ネジ軸９３は、内周面にネジ軸支持部材９２の突起部９７が嵌まり込む環状の凹部９８が形成されているとともに、外周に第３外周ネジ９９が形成されている。また、第３ネジ軸９３の外周に、フライホイール９５が一体に形成されている。
これにより、第３ネジ軸９３は、ネジ軸支持部材９２に回転自在、且つ軸方向の移動が拘束されて支持されている。

第３ナット部材９４は、第３ネジ軸９３の第３外周ネジ９９に螺合する第３内周ネジ１００が内面に形成されている。
地震が発生すると、柱部３及び上部工４が水平方向に相対変位し、反力発生部９１の第３ナット部材９４が、所定の加速度（地震加速度）で軸方向に移動する。
第３ナット部材９４が所定の地震加速度で軸方向に移動すると、第３ナット部材９４に螺合する第３ネジ軸９３に回転が伝達され、第３ネジ軸９３の外周に形成されているフライホイール９５が回転して慣性モーメントが発生する。この慣性モーメントを軸方向に移動している第３ナット部材９４に付与することで、ダンパー７に反力を発生させるようになっている。

第８実施形態のダンパー７を構成する塑性変形部７ａも、地震加速度Ｅが０．５Ｇのときに降伏軸力Ｆｙとなって塑性変形が開始する材料が選定されている。そして、反力発生部９１は、少なくとも地震加速度Ｅが０．５Ｇのときに降伏軸力Ｆｙに等しい反力Ｆが発生するように設定されている。
ここで、本発明に係る回転慣性体がフライホイール９５に対応している。

次に、第８実施形態の制振装置９０の動作について説明する。
常時の温度変化や上載荷重のたわみにより柱部３及び上部工４が水平方向（図１３の左右方向）に相対変位すると、地震加速度Ｅは略ゼロ（０）なので第３ナット部材９４には反力Ｆが発生しない。そして、柱部３及び上部工４が相対変位すると、フライホイール９５及び第３ネジ軸９３がゆっくり回転するので、ダンパー７の塑性変形部７ａには外力が作用しない。
また、０．５Ｇを下回る地震加速度で地震が発生する場合には、第３ナット部材９４に発生する軸方向の反力により（図１４の左右方向の反力Ｆ）、ダンパー７の塑性変形部７ａが弾性変形する。

そして、０．５Ｇ以上の地震加速度で地震が発生すると、第３ナット部材９４に発生する反力Ｆによりダンパー７の塑性変形部７ａが塑性変形する。第３ナット部材９４に発生する反力Ｆは、図１４で示すように左右方向に繰り返し発生し、塑性変形部７ａは軸方向の塑性変形を繰り返して履歴減衰特性を発揮する。
したがって、この第８実施形態の制振装置９０は、０．５Ｇ以上の地震加速度で地震が発生したときには、反力発生部５１の第３ナット部材９４からダンパー７に反力Ｆを伝達し、ダンパー７の塑性変形部７ａの塑性変形による減衰力で柱部３及び上部工４の大きな相対変位によるエネルギーを減衰することができ、構造物の耐震性能を大幅に向上させることができる。

また、第８実施形態の制振装置９０は、常時の温度変化や上載荷重のたわみにより柱部３及び上部工４が水平方向に相対変位する際には、反力発生部９１の第３ネジ軸９３及び第３ナット部材９４の螺合位置が変化しながらフライホイール９５がゆっくり回転することでダンパー７には外力が作用しないので、ダンパー７の疲労劣化を防止することができる。
さらに、反力発生部９１は、第３ネジ軸９３の外周にフライホイール９５が設けられており、地震発生時に第３ネジ軸９３が回転することでフライホイール９５の慣性モーメントが発生し、ダンパー７に大きな反力Ｆを伝達することができるので、反力発生部９１の小型化を図ることができる。

［第９実施形態］
さらに、図１２は、第８実施形態の制振装置９０に類似した第９実施形態の制振装置１１０を示すものである。
第９実施形態の制振装置１１０は、ダンパー７と、反力発生部９１と、第３実施形態の制振装置４０で示した連結アーム４１と、を備えている。
第９実施形態のダンパー７は、他端側に他端側連結部７ｄが形成されている。
また、連結アーム４１の他端側連結部４１ｂは、水平方向に延在するピン４５を介して第３ナット部材９４に連結されている。

次に、第９実施形態の制振装置１１０の動作について説明する。
常時の温度変化や上載荷重のたわみにより柱部３及び上部工４が水平方向（図１５の左右方向）に相対変位すると、地震加速度Ｅは略ゼロ（０）なので第３ナット部材９４には反力Ｆが発生しない。そして、柱部３及び上部工４が相対変位すると、フライホイール９５及び第３ネジ軸９３がゆっくり回転するので、ダンパー７の塑性変形部７ａには外力が作用しない。

また、０．５Ｇを下回る地震加速度で地震が発生する場合には、第３ナット部材９４に発生する軸方向の反力が、連結アーム４１を介してダンパー７に伝達され、塑性変形部７ａが弾性変形する。
そして、０．５Ｇ以上の地震加速度で地震が発生すると、第３ナット部材９４に発生する反力が、連結アーム４１を介してダンパー７に伝達され、塑性変形部７ａが塑性変形する。第３ナット部材９４に発生する反力は、軸方向に繰り返し発生するので、塑性変形部７ａは軸方向の塑性変形を繰り返して履歴減衰特性を発揮する。

したがって、第９実施形態の制振装置１１０も、第８実施形態の制振装置９０と同様の効果を奏することができる。
なお、上記各実施形態の制振装置では、鋼管の軸方向変形を利用したダンパー７を使用したが、本発明の要旨は上記のようなダンパーに限定するものではなく、例えば、オイルダンパー、摩擦ダンパー、粘弾性ダンパー、波板ダンパー、慣性体ダンパーを使用した制振装置であっても、同様の効果を奏することができる。

１ 橋梁
２ 制振装置
３ 柱部
４ 上部工
４ａ 下面
５ 可動支承
６ ブラケット
７ ダンパー
７ａ 塑性変形部
７ｂ 補剛管
７ｃ 一端側連結部
７ｄ 他端側連結部
８ 反力発生部
９ 第１上部工側連結部
１０ ピン
１１ 回転軸
１２ ピニオン
１３ フライホイール
１４ ラック
１５ ラック支持部
２０ 制振装置
２１ 反力発生部
２２ 第１上部工側連結部
２３ ピン
２４ ナット支持部材
２５ 第１ナット部材
２５ａ 第１内周ネジ
２６ 第１ネジ軸
２６ａ 第１外周ネジ
２７ フライホイール
２８ 第１柱部側連結部
２９ ピン
３０ 筒状部
３０ａ 凸条部
３１ａ，３１ｂ 支持凸条部
４０ 制振装置
４１ 連結アーム
４４ 第１ねじ軸連結部
４１ａ 一端側連結部
４１ｂ 他端側連結部
４２ 第２上部側連結部
４３ ピン
４４ 第１ねじ軸連結部
４５，４６ ピン
５０ 制振装置
５１ 反力発生部
５２ ナット支持部材
５３ 第１ナット部材
５３ａ 第１内周ネジ
５４ 第１ネジ軸
５４ａ 第１外周ネジ
５５ フライホイール
５６ 棒状部
５７ 突起部
５８ 環状の凹部
６０，７０ 制振装置
７１ 反力発生部
７２ 回転保持用ネジ軸
７２ａ 外周ネジ
７３ 第２ナット部材
７３ａ 第１内周ネジ
７３ｂ 第２内周ネジ
７４ 第２ネジ軸
７４ａ 第２外周ネジ
７５ フライホイール
７６ 第２ねじ軸連結部
８０ 制振装置
９０ 制振装置
９１ 反力発生部
９２ ネジ軸支持部材
９３ 第３ネジ軸
９４ 第３ナット部材
９５ フライホイール
９６ 棒状部
９７ 突起部
９８ 環状の凹部
９９ 第３外周ネジ
１００ 第３内周ネジ
１１０ 制振装置

Claims (13)

1. 相対変位する第１構造体及び第２構造体のうち前記第１構造体に連結されたダンパーと、
   前記第２構造体と前記ダンパーとの間に連結された反力発生部と、を備え、
   前記反力発生部は、常時の温度変化や上載荷重のたわみにより前記第１構造体及び前記第２構造体が相対変位するときには前記ダンパーに反力を発生させず、所定の大きさ以上の地震加速度が発生したときに前記ダンパーに反力を発生し、当該ダンパーが、前記第１構造体及び前記第２構造体の間の前記相対変位で発生したエネルギーを自身の変形で吸収するようにしたことを特徴とする制振装置。
2. 前記反力発生部は、前記第２構造体側に設けた回転運動部と、前記ダンパー側に設けて前記回転運動部に連結されている直線運動部と、を備え、
   所定の大きさ以上の地震加速度が発生したときに、前記回転運動部の回転運動が前記直線運動部に直線運動として伝達され、前記ダンパーに前記反力として伝達されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の制振装置。
3. 前記回転運動部は、前記第２構造体に回転自在に設けた回転軸と、この回転軸に同軸に固定したピニオンと、を備え、
   前記直線運動部は、前記ピニオンに噛合するラックを備えていることを特徴とする請求項２記載の制振装置。
4. 前記回転軸に、回転慣性体が固定されていることを特徴とする請求項３記載の制振装置。
5. 前記回転運動部は、前記第２構造体に回転自在に設けられ、内周に内周ネジが形成された第１ナット部材を備え、
   前記直線運動部は、前記第１ナット部材の第１内周ネジに螺合する第１外周ねじが外周に形成された第１ネジ軸を備えていることを特徴とする請求項２記載の制振装置。
6. 前記第１ナット部材の外周に、回転慣性体が固定されていることを特徴とする請求項５記載の制振装置。
7. 前記回転運動部は、前記第２構造体に設けられ、外周に外周ねじが形成されている回転保持用ネジ軸と、この回転保持用ネジ軸に一端側が螺合している第２ナット部材と、を備え、
   前記直線運動部は、前記第２ナット部材の他端側に螺合する第２ネジ軸を備えており、
   前記回転保持用ネジ軸及び前記第２ナット部材の一端側と、前記第２ネジ軸及び前記第２ナット部材の他端側とは、互いに逆ネジで形成されていることを特徴とする請求項２記載の制振装置。
8. 前記第２ナット部材の外周に、回転慣性体が固定されていることを特徴とする請求項７記載の制振装置。
9. 前記回転運動部は、前記第２構造体に回転自在に設けられ、外周に第３外周ネジが形成された第３ネジ軸を備え、
   前記直線運動部は、前記第３ネジ軸の第３外周ネジに螺合する第３内周ネジが内周に形成された第３ナット部材を備えていることを特徴とする請求項２記載の制振装置。
10. 前記第３ネジ軸の外周に、回転慣性体が固定されていることを特徴とする請求項９記載の制振装置。
11. 前記ダンパーは、履歴減衰特性を有する塑性変形部を備えていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項記載の制振装置。
12. 前記塑性変形部は、普通鋼又は低降伏点鋼の鋼材であることを特徴とする請求項１１記載の制振装置。
13. 前記第１構造体及び前記第２構造体の一方は、橋梁の柱部であり、他方が前記橋梁の上部工であることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項記載の制振装置。

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