JP2017043906A - 連結制振構造及び連結制振方法 - Google Patents
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Description
その第1は、アクチュエータの推力に限界があるため地震対策、特に大規模地震(例えば震度6以上)に対する地震対策に適用し難いことである。近未来的に発生が予測されている大規模地震(例えば震度6以上)の振動エネルギーは比較的大きいため、アクチュエータとして大きな推力のものが必要になるが、現実的には大規模地震の振動エネルギーに対応できるアクチュエータは存在しない。また、上記従来技術の実用化例は1例あるが、高層ビルの風による渦励振対策用に設計されたもの、つまり高層ビルの渦励振による比較的小振幅の揺れに対して制振効果を発揮するものである。
その第2は、アクティブ制振装置が電源を必要とするため地震対策に適用し難いことである。特に大規模地震では電源喪失が十分に予想されるので、電源喪失によってアクティブ制振装置が正常に機能せず、この結果として構造物の制振機能が十分に発揮されないことが懸念される。
本実施形態に係る連結制振構造は、図1に示すように、地上に垂直に構築された4つのタワー構造物1A〜1Dを4つの振動減衰装置2ab,2bc,2cd,2daで相互に連結した構造を備える。4つのタワー構造物1A〜1Dは、水平断面形状が全て正方形かつ所定距離を隔てて隣接配置されている。このようなタワー構造物1A〜1Dは、例えば高層ビルあるいは超高層ビルである。
実際の地震、特に大規模地震において、高層ビルあるいは超高層ビルの振動対策で問題になるのは一次モードの振動である。この一次モードの振動に対応した上記構造模型の平面表示モデル(平面等価モデル)は、図4(a)に示すものとなる。そして、この平面表示モデルについて所定の構造解析プログラム(例えば「ANSYS」)を用いて数値解析を行った結果、平面表示モデルにおける各パラメータは、図4(b)に示す値となった。なお、図4(b)における等価減衰cは下式に基づいて算出した。
・Aブロックの1次モードの固有振動数:fn1=7.25[Hz]
・Aブロックの同頂部に0.4[kg]の重りを付加した時の固有振動数:fa1=6.58[Hz]
・Bブロックの同頂部に0.4[kg]の重りを付加した時の固有振動数:fa2=9.84[Hz]
次に、上記振動モデル(c)に基づいて構造模型の理論解析を行う。
(1)運動方程式と変位振幅倍率
最初に、振動モデル(c)について運動方程式(連立方程式)を求めると、下式(1)となる。なお、この運動方程式における変数uは、基礎5の変位であり、変数x1は等価質量m1(質点)の変位であり、変数x2は等価質量m2(質点)の変位である。
図5の振動モデル(c)は、このような式(6)〜(8)によって最終的に表されるが、この振動モデル(c)に定点理論を適用することにより減衰率ζの最適値を求める。定点理論は、動吸振器(ダイナミックダンパ)の設計手法として周知のものである。減衰率ζを「0」に設定した場合及び減衰率ζを「∞」に設定した場合における変位振幅倍率|X1/U|,|X2/U|を求めると、下式(9)〜(11)のようになる。
〔条件1〕:P点の変位振幅倍率|X1/U|とQ点の変位振幅倍率|X2/U|とが等しい。
〔条件2〕:変位振幅倍率|X1/U|はP点を極大点とし、変位振幅倍率|X2/U|はQ点を極大点とする。
しかしながら、このような2つの条件1,2のうち、条件1は等価質量m1,m2を自由に変えなければならないので現実的ではない。したがって、本実施形態では、上記条件2のみを最適調整条件として採用する。
〔周波数応答特性〕
上式(6),(7)において、P点付近及びQ点付近を極大点とする周波数応答は、減衰率ζを可変することによって知ることができる。すなわち、この場合、P点における減衰率ζP及びQ点における減衰率ζQについて、例えばζP=0.1、かつ、ζQ=0.11に設定することによって、最適調整条件として条件2を満足する周波数応答を得ることができる。なお、上述した図4(b)における最適設計時の減衰係数は、ζP=0.1、ζQ=0.11である。
次に、条件2を最適調整条件として満足するインパルス応答について説明する。なお、このインパルス応答は、インパルス入力が基礎5に与えられた場合のAブロック、Bブロック、Cブロック及びDブロックの各頂部の時間応答である。
(1)上記実施形態では、特に大規模地震で問題となる一次モード振動に着目して振動解析(効果解析)を行ったが、本発明に係る連結制振構造には二次モード振動や三次モード振動が発生し得る。このような二次モード振動や三次モード振動を考慮した場合、高さ方向におけるタワー構造物1A〜1Dの上端近傍部位だけではなく、タワー構造物1A〜1Dの途中部位にも第2の振動減衰装置を設けることが考えられる。この第2の振動減衰装置は、4つの振動減衰装置2ab,2bc,2cd,2daと同様なものであり、例えば二次モード振動の腹部に相当する高さ及び/または三次モード振動の腹部に相当する高さに設けられる。この場合には、一次モード振動に加えて、二次モード振動及び/または三次モード振動を効果的に減衰させることができる。
1B タワー構造物
1C タワー構造物
1D タワー構造物
2ab 振動減衰装置
2bc 振動減衰装置
2cd 振動減衰装置
2da 振動減衰装置
3 連絡通路
5 基礎
7ab 磁気ダンパ
7bc 磁気ダンパ
7cd 磁気ダンパ
7da 磁気ダンパ
a ブロック(Aブロック)
b ブロック(Bブロック)
c ブロック(Cブロック)
d ブロック(Dブロック)
Claims (6)
- 隣接配置され、かつ振動特性が異なる少なくとも2つの構造物と、
当該構造物の間に設けられたパッシブ型の振動減衰装置と
を備えることを特徴とする連結制振構造。 - 前記構造物は、長方形の各頂点に位置する4つであり、
同一の対角線上に位置する前記構造物は同一の振動特性を有し、かつ、異なる対角線上に位置する前記構造物は異なる振動特性を有することを特徴とする請求項1記載の連結制振構造。 - 前記振動減衰装置は、前記構造物の上端部に可動方向が水平方向となるように設けられることを特徴とする請求項1または2記載の連結制振構造。
- 前記振動減衰装置は、複数の振動減衰器を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の連結制振構造。
- 前記構造物の2次モード振動の腹部に相当する高さにパッシブ型の第2の振動減衰装置を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の連結制振構造。
- 隣接配置され、かつ振動特性が異なる少なくとも2つの構造物の間に、差し渡すようにパッシブ型の振動減衰装置を設けることを特徴とする連結制振方法。
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JP2015165114A JP2017043906A (ja) | 2015-08-24 | 2015-08-24 | 連結制振構造及び連結制振方法 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102654399B1 (ko) | 2023-11-22 | 2024-04-05 | 주식회사 에이이 | 제진 컨테이너 |
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-
2015
- 2015-08-24 JP JP2015165114A patent/JP2017043906A/ja active Pending
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