JP2023129931A - damper device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ダンパー装置に関する。 The present invention relates to a damper device.
構造物の免震装置には、構造物の揺れを減衰させるダンパーが設けられる。例えば、特許文献1には、建物に設けられた免震層を備え、免震層は、傾斜すべり支承と鉛直変位依存型摩擦ダンパーを備える免震システムが記載されている。この免震システムは、傾斜すべり支承の水平方向変位の増加に伴い鉛直方向変位が増加することにより、変位の増加に従って復元力を増加させる変位依存型ダンパーに構成されている。この免震システムによれば、免震層の変位の大きさに応じて減衰量を変化させることができる。
A seismic isolation device for a structure is provided with a damper that attenuates the shaking of the structure. For example,
しかしながら、特許文献1に記載されたシステムは、水平方向の変位が設計変位を超えた場合、水平方向の変位と荷重との関係は線形に維持される。そのため、特許文献1に記載されたシステムは、摩擦力が増大することによって構造物に生じる加速度が大きくなり、変位依存型ダンパーの効果がなくなる虞がある。従って、特許文献1に記載されたシステムには、建物の水平方向の変位が設計変位を超えた場合に、設計で想定した以上の摩擦力を抑えるフェイルセーフが必要となるという課題がある。
However, in the system described in
また、特許文献1に記載されたシステムによれば、僅かな鉛直変位(十数mm以下)が生じる場合でも高い減衰力の追従性が求められるため、高い精度を要求されるという課題がある。また、特許文献1に記載されたシステムは、設置場所において高い鉛直剛性が求められるため、設置場所が限られるという課題がある。
Further, according to the system described in
本発明は、設置対象に特別な構造を要せず、簡便な構成により構造物に変位が生じた際に減衰力を発生させつつ、設計値以上の水平方向の変位が生じた際に一定の減衰力を発生させるダンパー装置を提供することを目的とする。 The present invention does not require any special structure for the installation target, and has a simple configuration that generates a damping force when a structure is displaced, and at the same time generates a damping force when a horizontal displacement exceeding a design value occurs. An object of the present invention is to provide a damper device that generates damping force.
上記の目的を達するために、本発明は、外筒内において軸方向に一定の摩擦力を生じて伸縮自在な内筒を有する1つ以上の摩擦ダンパーを備え、前記摩擦ダンパーの軸方向一方側は設置対象における移動端に連結され、軸方向他方側は前記設置対象における固定端に連結され、前記軸方向は、水平方向に対して所定の初期角度を有するように配置されていることを特徴とする、ダンパー装置である。 In order to achieve the above object, the present invention includes one or more friction dampers having a telescopic inner cylinder that generates a constant frictional force in the axial direction within the outer cylinder, and one or more axially side of the friction damper. is connected to a movable end of the installation target, the other side in the axial direction is connected to a fixed end of the installation target, and the axial direction is arranged so as to have a predetermined initial angle with respect to the horizontal direction. This is a damper device.
本発明によれば、建物に生じる変位の増加に比例して減衰力が増加する変位依存型ダンパーを構成することができる。本発明によれば、一般的な摩擦ダンパーを用いて構成可能であり、建設コストを低減できる。 According to the present invention, it is possible to configure a displacement-dependent damper whose damping force increases in proportion to an increase in displacement occurring in a building. According to the present invention, it can be configured using a general friction damper, and construction costs can be reduced.
また、本発明は、前記固定端と前記移動端とが相対的に変位する外力が生じた際に、前記固定端と前記移動端との間の水平方向における移動距離に設計値が設定され、前記設計値は、前記軸方向の角度が水平方向に近い所定値以下となるように設定され、前記固定端と前記移動端との間の水平方向に生じる減衰力は、前記移動距離の増加に比例して増加し、前記移動距離が前記設計値以上である場合に略一定となるように構成されていてもよい。 Further, the present invention provides that when an external force that causes the fixed end and the moving end to relatively displace occurs, a design value is set for the moving distance in the horizontal direction between the fixed end and the moving end, The design value is set so that the angle in the axial direction is equal to or less than a predetermined value close to the horizontal direction, and the damping force generated in the horizontal direction between the fixed end and the moving end is set such that the angle in the axial direction is equal to The distance may increase proportionally and remain approximately constant when the moving distance is equal to or greater than the design value.
本発明によれば、建物の変位が設計値を超えた場合には減衰力が略一定となる変位依存型ダンパーを構成することができる。 According to the present invention, it is possible to configure a displacement-dependent damper whose damping force is approximately constant when the displacement of a building exceeds a design value.
本発明の前記摩擦ダンパーは、前記初期角度が90°である第1摩擦ダンパーと、前記初期角度が0°である第2摩擦ダンパーと、を備えていてもよい。 The friction damper of the present invention may include a first friction damper whose initial angle is 90 degrees and a second friction damper whose initial angle is 0 degrees.
本発明によれば、鉛直方向に配置された第1摩擦ダンパーと水平方向に配置された第2摩擦ダンパーとにより簡便な構成により、減衰力を増加させることができる。 According to the present invention, the damping force can be increased with a simple configuration including the first friction damper arranged in the vertical direction and the second friction damper arranged in the horizontal direction.
本発明は、外筒内において軸方向に一定の摩擦力を生じて伸縮自在な内筒を有する複数の摩擦ダンパーを備えるダンパー部と、前記ダンパー部に設けられた伸縮自在な弾性部材と、を備え、前記ダンパー部は、枠状に連結された第1摩擦ダンパーと、第2摩擦ダンパーと、第3摩擦ダンパーと、第4摩擦ダンパーとを備え、前記第2摩擦ダンパーの軸方向一方側と前記第1摩擦ダンパーの軸方向他方側とは第3連結部において回転自在に連結され、前記第2摩擦ダンパーの軸方向他方側と前記第3摩擦ダンパーの軸方向他方側は第1連結部において回転自在に連結され、前記第3摩擦ダンパーの軸方向一方側と前記第4摩擦ダンパーの軸方向他方側は第4連結部において回転自在に連結され、前記第4摩擦ダンパーの軸方向一方側と前記第1摩擦ダンパーの軸方向一方側は第2連結部において回転自在に連結され、前記弾性部材は、前記第3連結部と前記第4連結部とを連結し、前記第1連結部は設置対象における固定端に連結され、前記第2連結部は前記設置対象における移動端に連結されている、ダンパー装置である。 The present invention includes: a damper section including a plurality of friction dampers having an inner cylinder that generates a constant frictional force in the axial direction in the outer cylinder and is expandable and retractable; and an elastic member that is provided in the damper part and is expandable and retractable. The damper section includes a first friction damper, a second friction damper, a third friction damper, and a fourth friction damper connected in a frame shape, and one side in the axial direction of the second friction damper. The other axial side of the first friction damper is rotatably connected at a third connecting part, and the other axial side of the second friction damper and the other axial side of the third friction damper are connected at the first connecting part. one side of the third friction damper in the axial direction and the other side of the fourth friction damper in the axial direction are rotatably connected at a fourth connecting portion, and one side of the fourth friction damper in the axial direction One axial side of the first friction damper is rotatably connected to a second connecting part, the elastic member connects the third connecting part and the fourth connecting part, and the first connecting part is installed. The damper device is connected to a fixed end of the installation target, and the second connecting part is connected to a movable end of the installation target.
本発明によれば、一般的な摩擦ダンパーを組み合わせることで、建物に生じる変位の増加に比例して減衰力が増加すると共に、建物の変位が設計値を超えた場合には減衰力が略一定となる変位依存型ダンパーを構成することができる。 According to the present invention, by combining general friction dampers, the damping force increases in proportion to the increase in displacement that occurs in the building, and when the building displacement exceeds the design value, the damping force remains approximately constant. It is possible to construct a displacement-dependent damper as follows.
本発明の前記ダンパー部は、前記第1連結部と前記第2連結部とを結ぶ直線方向が水平方向に平行となるように配置されていてもよい。 The damper portion of the present invention may be arranged such that a straight line connecting the first connecting portion and the second connecting portion is parallel to a horizontal direction.
本発明によれば、枠状に組み合わされた4個の摩擦ダンパーにより、変位依存型ダンパーを構成することができる。 According to the present invention, a displacement-dependent damper can be configured by four friction dampers combined in a frame shape.
本発明は、上下方向に並列された2個以上の前記ダンパー部を備えていてもよい。 The present invention may include two or more of the damper sections arranged in parallel in the vertical direction.
本発明によれば、ダンパーを水平方向に平行に増加させることにより、減衰力を増加させることができる。 According to the present invention, the damping force can be increased by increasing the damper in parallel to the horizontal direction.
本発明によれば、構造物に変位が生じた際に減衰力を発生させつつ、設計値以上の変位が生じた際に一定の減衰力を発生させることができる。 According to the present invention, it is possible to generate a damping force when a structure is displaced, and also to generate a constant damping force when a displacement greater than a design value occurs.
以下、図面を参照しつつ、本発明に係るダンパー装置の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of a damper device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示されるように、一般的な摩擦ダンパーDは、外筒D1と外筒D1内に移動自在に設けられた内筒D2とを備えている。摩擦ダンパーDは、外筒D1から内筒D2に締付力Tが加えられることにより、外筒D1の内周面と内筒D2の外周面との間の接触面に生じる摩擦力Fにより減衰力Qを生じさせる。摩擦ダンパーDは、外筒D1と内筒D2の間に軸方向に沿って相対変位が生じた際に、摩擦力により生じる熱エネルギーや材料の塑性化により生じる履歴吸収エネルギーに基づいて地震エネルギーを吸収するように構成されている。 As shown in FIG. 1, a general friction damper D includes an outer cylinder D1 and an inner cylinder D2 movably provided within the outer cylinder D1. The friction damper D is damped by the frictional force F generated on the contact surface between the inner circumferential surface of the outer tube D1 and the outer circumferential surface of the inner tube D2 when a clamping force T is applied from the outer tube D1 to the inner tube D2. Generates a force Q. The friction damper D absorbs seismic energy based on the thermal energy generated by the frictional force and the hysteresis absorbed energy generated by the plasticization of the material when a relative displacement occurs between the outer cylinder D1 and the inner cylinder D2 along the axial direction. configured to absorb
図2に示されるように、摩擦ダンパーDは、締付力Tが一定であり、且つ、内筒D2と外筒D1との間の摩擦係数も一定である場合、変位の増減に依存せず一定の摩擦力Fを生じる。そのため、摩擦ダンパーDの復元力特性は、変位に対する摩擦力が一定に示された矩形となる。摩擦ダンパーDを用いた減衰力Qは、摩擦力Fと反対方向に同じ大きさで生じる。減衰力Qを増加させるため、複数の摩擦ダンパーDによりダンパー装置が構成される場合がある。 As shown in FIG. 2, the friction damper D does not depend on increases or decreases in displacement when the clamping force T is constant and the friction coefficient between the inner cylinder D2 and the outer cylinder D1 is also constant. A constant frictional force F is produced. Therefore, the restoring force characteristic of the friction damper D has a rectangular shape in which the friction force with respect to displacement is constant. A damping force Q using the friction damper D is generated in the opposite direction to the friction force F and has the same magnitude. In order to increase the damping force Q, a damper device may be constituted by a plurality of friction dampers D.
図3に示されるように、並列に配置された複数の摩擦ダンパーを備えるダンパー装置全体の減衰力Qは、摩擦力をFとすると、Q=n×F(nは、摩擦ダンパーの数量)である。このとき、ダンパー装置全体の復元力特性は、変位に対する減衰力が一定に示された矩形となる。摩擦ダンパーには、この他、ダンパーのストロークの増大に伴い減衰力が増大する、変位依存型摩擦ダンパーも提案されている。 As shown in Fig. 3, the damping force Q of the entire damper device including a plurality of friction dampers arranged in parallel is given by Q = n x F (where n is the number of friction dampers) where F is the friction force. be. At this time, the restoring force characteristic of the entire damper device becomes a rectangle in which the damping force with respect to displacement is constant. In addition to this, a displacement-dependent friction damper has been proposed, in which the damping force increases as the stroke of the damper increases.
図4に示されるように、変位依存型摩擦ダンパーは、通常の摩擦ダンパーと異なる復元力特性を有している。図示するように、変位依存型摩擦ダンパーの復元力特性は、変位ゼロ点における初期状態の摩擦力F0が従来の摩擦ダンパーDの摩擦力Fに比して数割程度である。変位依存型摩擦ダンパーの復元力特性は、軸方向の変位の増大と共に摩擦力が増大し、摩擦力が従来の摩擦ダンパーDの摩擦力と同値となった際に設計最大摩擦力Fmaxとなるように調整されている。これにより、変位依存型摩擦ダンパーは、変位が小さい中小地震時には従来の摩擦ダンパーDに比して小さな摩擦力を生じ、変位が大きくなるに従って摩擦力が大きく生じるように構成されている。 As shown in FIG. 4, the displacement-dependent friction damper has restoring force characteristics that are different from ordinary friction dampers. As shown in the figure, the restoring force characteristic of the displacement-dependent friction damper is that the friction force F 0 in the initial state at the zero displacement point is about several tenths of the friction force F of the conventional friction damper D. The restoring force characteristic of a displacement-dependent friction damper is that the friction force increases as the displacement in the axial direction increases, and when the friction force becomes the same as the friction force of the conventional friction damper D, the design maximum friction force F max is reached. It has been adjusted as follows. As a result, the displacement-dependent friction damper is configured to generate a smaller friction force than the conventional friction damper D during a small to medium-sized earthquake with a small displacement, and to generate a larger friction force as the displacement increases.
変位依存型摩擦ダンパーは、建物の免震層に適用することができる。変位依存型摩擦ダンパーを免震層に設置した第1構造物と、最大摩擦力が同一である従来の変位に依存しない摩擦ダンパーDを設置した第2構造物とを比較する。中小地震が発生した際は、第1構造物の第1応答加速度は、摩擦力Fが小さいため第2構造物の第2応答加速度に比して小さくなるという効果を奏する。しかしながら、建物の水平方向の最大設計変位δmを超えるような大きな地震が発生した場合、第1構造物の第1応答加速度は、変位の増大に比例して変位依存型摩擦ダンパーの摩擦力が大きくなるため、第2構造物の第2応答加速度に比して増大する虞がある。以下、構造物に変位が生じた際に減衰力を発生させつつ、設計値以上の変位が生じた際に一定の減衰力を発生させるダンパー装置について説明する。 Displacement-dependent friction dampers can be applied to seismic isolation layers of buildings. A first structure in which a displacement-dependent friction damper is installed in the seismic isolation layer is compared with a second structure in which a conventional displacement-independent friction damper D with the same maximum frictional force is installed. When a small to medium earthquake occurs, the first response acceleration of the first structure is smaller than the second response acceleration of the second structure because the frictional force F is small. However, if a large earthquake that exceeds the maximum horizontal design displacement δm of the building occurs, the first response acceleration of the first structure will be such that the friction force of the displacement-dependent friction damper increases in proportion to the increase in displacement. Therefore, there is a possibility that the second response acceleration of the second structure increases compared to the second response acceleration of the second structure. Hereinafter, a damper device that generates a damping force when a structure is displaced and also generates a constant damping force when a displacement greater than a design value occurs will be described.
図5及び図6に示されるように、ダンパー装置1は、免震層Mを有する構造体50に設けられている。構造体50は、例えば、基礎側に設けられた下部構造体51と、下部構造体51の上方に設けられた上部構造体52とを備えている。上部構造体52は、免震層Mを介して下部構造体51に支持されている。上部構造体52は、例えば、建物である。下部構造体51は、例えば、地盤側に設けられた基礎構造である。下部構造体51は、建物の中間層に設けられるものであってもよい。免震層Mは、例えば、ゴム等の弾性体で形成された板状体と鉄板が交互に積層されて形成されている。ダンパー装置1は、上部構造体52と上部構造体52との間を連結している。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
地震が発生した場合、下部構造体51と上部構造体52とは、相対的に変位する。このとき、免震層Mは、伸縮自在に上部構造体52を下部構造体51に対して支持する。免震層Mが伸縮することにより、地震発生時において、下部構造体51に対する上部構造体52の相対的な変位に対して上部構造体52に下部構造体51に発生する揺れが直接伝搬することが防止される。
When an earthquake occurs, the
しかし、長周期大振幅地震動が発生した際には免震層Mだけでは、上部構造体52の揺れを低減できなくなる虞があるため、上部構造体52と下部構造体51との間に揺れを減衰するためのダンパー装置1が設けられる。
However, when long-period, large-amplitude earthquake motion occurs, there is a risk that the seismic isolation layer M alone will not be able to reduce the shaking of the
ダンパー装置1は、例えば、一定の摩擦力を生じて軸L方向に伸縮自在な摩擦ダンパー2を備える。以下、適宜、方向の説明において軸方向一方側と軸方向他方側を定義するが、便宜上のものであり、一方側及び他方側を読み替えてもよい。摩擦ダンパー2の軸方向他方側は設置対象である構造体50における固定端51Aに連結され、軸方向一方側は設置対象である構造体50における移動端52Aに連結されている。固定端51Aは、例えば、下部構造体51側に設けられている。固定端51Aは、例えば、下部構造体51と一体に設けられた固定台座である。移動端52Aは、例えば、上部構造体52側に設けられている。移動端52Aは、上部構造体52と一体に設けられた固定台座である。
The
固定端51Aの上面には、連結部材51Bが設けられている。摩擦ダンパー2の軸方向一方側は、連結部材51Bに軸ピンP1を介して回転自在に連結されている。移動端52Aの下面には、連結部材52Bが設けられている。摩擦ダンパー2の軸方向他方側は、連結部材52Bに軸ピンP2を介して回転自在に連結されている。摩擦ダンパー2は、例えば、円筒形の外筒3と、外筒3の内周面に移動自在に挿入された円筒形の内筒4とを備えている。外筒3の内周面と内筒4の外周面とは、接触している。外筒3は、所定の締め付けトルクにて内筒4を締め付け、摩擦を生じさせている。
A connecting
内筒4は、軸方向に沿って外筒3に対して相対的に移動可能であり、移動方向と反対方向に一定の摩擦力Fを生じ、移動方向に対して一定の減衰力Qを生じさせる。内筒4の軸方向一方側は、外筒3内に挿入されている。内筒4の軸方向他方側は、外筒3の軸方向他方側から露出している。内筒4の軸方向他方側には、連結部材52Bと連結する棒状の第1連結杆5が設けられている。第1連結杆5の軸方向一方側は、内筒4に固定されている。第1連結杆5の軸方向他方側は、軸ピンP2を介して連結部材52Bに回転自在に連結されている。
The
外筒3の軸方向一方側には、棒状の第2連結杆6が設けられている。第2連結杆6の軸方向他方側は、外筒3の軸方向一方側に固定されている。第2連結杆6の軸方向一方側は、軸ピンP1を介して連結部材51Bに回転自在に連結されている。摩擦ダンパー2の軸方向は、水平方向に対して所定の初期角度θ0を有するように斜めに配置されている。摩擦ダンパー2の構成は一例であり、伸縮時に軸方向に沿って一定の摩擦力を生じることができれば他の構成を有していてもよい。
A rod-shaped second connecting
図7に示されるように、摩擦ダンパーの軸方向の摩擦力Fとすると、水平方向の減衰力Q0hと鉛直方向の減衰力Q0vは、以下の式(1)により示される。 As shown in FIG. 7, when the frictional force in the axial direction of the friction damper is F, the damping force in the horizontal direction Q 0h and the damping force in the vertical direction Q 0v are expressed by the following equation (1).
下部構造体51と上部構造体52との間の相対的な水平変位が0から最大設計変位δmまでは、摩擦ダンパー2と水平方向のなす角度θが小さくなるたびに水平方向に生じる減衰力Qhが増大する。下部構造体51と上部構造体52とは、相対的に変位した後、免震層Mの復元力に基づいて元の位置に戻る。このとき、連動して摩擦ダンパー2は、伸長時と同じ軌跡上を移動して元の位置に戻る。
When the relative horizontal displacement between the
図8に示されるように、例えば、ダンパー装置1に発生する水平方向の設計初期減衰力を摩擦力Fの20%に設定したい場合、摩擦ダンパー2の軸方向と水平方向との初期角度θ0を78°に設定すればよい。また、下部構造体51と上部構造体52との間の水平方向の相対的な最大設計変位δmを50cmに設定した場合、最大設計変位δmにおける摩擦ダンパー2の軸方向と水平方向との角度が18°である。このとき、cos18°が0.95であるため、水平方向の減衰力Qは、摩擦力Fの95%となる。
As shown in FIG. 8, for example, when it is desired to set the horizontal design initial damping force generated in the
ダンパー装置1は、上記構成により、下部構造体51と上部構造体52との間の水平方向の相対的な変位δが最大設計変位δmを超えた際、水平方向の減衰力Qcosθの変化は、95%以上となり略減衰力Qの値に近い一定値となる。
In the
図9に示されるように、ダンパー装置1の復元力特性は、下部構造体51と上部構造体52との間の水平方向の相対的な変位δが0の初期位置においては、Q0h=Fcosθ0である。例えば、固定端51Aと移動端52Aとの間の水平方向における相対的な変位(移動距離)は、最大設計変位δmに設定する。最大設計変位δmの位置において摩擦ダンパー2の軸方向の角度が水平方向に近い所定値以下となるように設定されている。図9の例では、初期角度θ0=78°、初期の水平減衰力Q0h=0.2F、設計角度θm=18°、水平方向の減衰力Qmh=0.95Fに各設定値が設定されている。
As shown in FIG. 9, the restoring force characteristics of the
上記条件において、固定端51Aと移動端52Aとが相対的に変位する外力が生じた際に、固定端51Aと移動端52Aとの間の水平方向に生じる減衰力Qhは、移動距離が0から最大設計変位δmまでの間は、移動距離の増加に連動して増加する。移動距離が最大設計変位δm以上となった場合、水平方向に生じる減衰力Qhは略一定となる。
Under the above conditions, when an external force that causes a relative displacement between the
上述したように、ダンパー装置1によれば、構造物に変位が生じた際に、水平方向の相対的な変位の増加に連動して増加する減衰力を発生させつつ、水平方向に相対的に最大設計変位δm以上の変位が生じた際に一定の減衰力を発生させる変位依存型摩擦ダンパーを実現できる。ダンパー装置1によれば、既存の摩擦ダンパー2を用いて構成されるため、装置構成を簡略化すると共に、設置コストを低減することができる。ダンパー装置1によれば、構造体50に移動距離が少ない小さい地震力が生じる際には小さい減衰力Qhを発生し、移動距離が最大設計変位δm以上である場合には、減衰力Qhを一定に保持し、構造体50に加わる加速度を低減することができる。
As described above, according to the
以下、変位依存型摩擦ダンパーを実現するダンパー装置の変形例について説明する。以下の説明では、上記実施形態と同一の構成については、同一の名称及び符号を用い、重複する説明は適宜省略する。 Hereinafter, a modification of the damper device that realizes a displacement-dependent friction damper will be described. In the following description, the same names and numerals will be used for the same configurations as in the above embodiment, and overlapping descriptions will be omitted as appropriate.
[変形例1]
図10に示されるように、ダンパー装置1Aは、構造体50において水平方向に伸縮自在となるように取り付けられている。
[Modification 1]
As shown in FIG. 10, the
図11及び図12に示されるように、ダンパー装置1Aは、複数の摩擦ダンパー2を備えるダンパー部2Sと、ダンパー部に設けられた伸縮自在な弾性部材10と、を備える。ダンパー部2Sは、例えば、枠状に連結された第1摩擦ダンパー2Aと、第2摩擦ダンパー2Bと、第3摩擦ダンパー2Cと、第4摩擦ダンパー2Dとを備えている。第1摩擦ダンパー2Aと、第2摩擦ダンパー2Bと、第3摩擦ダンパー2Cと、第4摩擦ダンパー2Dとは、それぞれ摩擦ダンパー2により構成されている。
As shown in FIGS. 11 and 12, the
ダンパー部2Sは、例えば、平面視して時計回りに第1摩擦ダンパー2Aと、第2摩擦ダンパー2Bと、第3摩擦ダンパー2Cと、第4摩擦ダンパー2Dとの順に配置されている。また、ダンパー部2Sは、平面視して各ダンパー同士を連結する第1連結部R1と、第2連結部R2と、第3連結部R3と、第4連結部R4が設けられている。第1連結部R1、第2連結部R2、第3連結部R3、及び第4連結部R4は、例えば、軸ピンによるピン結合である。
The
第1摩擦ダンパー2Aの軸方向他方側と第2摩擦ダンパー2Bの軸方向一方側は第3連結部R3において回転自在に連結されている。第2摩擦ダンパー2Bの軸方向他方側と第3摩擦ダンパー2Cの軸方向他方側は第1連結部R1において回転自在に連結されている。第3摩擦ダンパー2Cの軸方向一方側と第4摩擦ダンパー2Dの軸方向他方側は第4連結部R4において回転自在に連結されている。第4摩擦ダンパー2Dの軸方向一方側と第1摩擦ダンパー2Aの軸方向一方側は第2連結部R2において回転自在に連結されている。
The other axial side of the
弾性部材10は、第3連結部R3と第4連結部R4とを連結している。弾性部材10は、例えば、コイルスプリングである。第1連結部R1と第2連結部R2とを結ぶ直線と、第2摩擦ダンパー2Bの軸線とのなす角度はθであり、初期角度はθ0に設定されている。第3連結部R3と第4連結部R4との間は、角度θを確保するため、弾性部材10により予張力Fsがかけられている。これにより、ダンパー部2Sは、第1連結部R1と、第2連結部R2とを結ぶ軸線上において伸縮自在に構成されている。
The
第1連結部R1は、例えば、設置対象(構造体50)における固定端51Aに連結されている。第2連結部は、例えば、設置対象における移動端52Aに連結されている(図10参照)。これにより、第1連結部R1の位置は固定され、第2連結部R2、第3連結部R3、及び第4連結部R4は、変位可能に構成されている。ダンパー部2Sは、第1連結部R1と第2連結部R2とを結ぶ直線方向が水平方向に平行となるように配置されている。
The first connecting portion R1 is, for example, connected to a
第1摩擦ダンパー2Aの摩擦力は、FAである。第2摩擦ダンパー2Bの摩擦力は、FBである。第3摩擦ダンパー2Cの摩擦力は、FCである。第4摩擦ダンパー2Dの摩擦力は、FDである。第1摩擦ダンパー2A、第2摩擦ダンパー2B、第3摩擦ダンパー2C、及び第4摩擦ダンパー2Dの復元力特性は、従来の摩擦ダンパーの復元力特性と同様である(図2参照)。ダンパー部2Sの初期角度θ0及び角度θにおける減衰力Qは、以下の式(3)により示される。
The friction force of the
ダンパー部2Sは、θ=0となったときに、最大設計変位δmとなるように設定されている。このとき、cos0=1であるから、減衰力Qは、最大値Qmaxとなり、以下の式(4)により示される。
The
ダンパー部2Sの変位は、最大設計変位δmを超えても、θ角度は0度のままである。従ってダンパー部2Sの減衰力Qは、最大設計変位δmを超えた場合、Qmaxのままで一定となる。
Even if the displacement of the
図13には、ダンパー部2Sの復元力特性が示されている。ダンパー部2Sは、変位したあと、戻るときに同じ経路で戻ってくることができる。ダンパー部2Sの復元力特性は、減衰力が式(3)に基づいて余弦関数(cos)に依存するため、力の伝達は線形関数(図4)よりスムーズにできる。ダンパー部2Sを構成する各ダンパーの各摩擦力FA、FB、FC、FDは、同一に設定されていてもよいし、FB=FC、FA=FDに設定されていてもよい。
FIG. 13 shows the restoring force characteristics of the
図14に示されるように、固定端51Aと移動端52Aとが相対的に変位する外力が生じた際に、固定端51Aと移動端52Aとの間の水平方向に生じる減衰力Qは、移動距離が0から最大設計変位δmまでの間は、移動距離の増加に連動して増加する。移動距離が最大設計変位δm以上となった場合、水平方向に生じる減衰力QはQmaxとなり、略一定となる。
As shown in FIG. 14, when an external force that causes a relative displacement between the
図15に示されるように、ダンパー装置1Aは、上下方向に並列に配置された2個以上のダンパー部2Sを備え、減衰力Qを増加させてもよい。上述したように、ダンパー装置1Aによれば、構造物に変位が生じた際に、水平方向の相対的な変位の増加に連動して増加する減衰力を発生させつつ、水平方向に相対的に設計値以上の変位が生じた際に一定の減衰力を発生させる変位依存型摩擦ダンパーを実現できる。
As shown in FIG. 15, the
ダンパー装置1Aによれば、既存の摩擦ダンパー2を複数個用いて構成されるため、装置構成を簡略化すると共に、設置コストを低減することができる。ダンパー装置1Aによれば、構造体50に移動距離が少ない小さい地震力が生じる際には小さい減衰力Qを発生し、移動距離が最大設計変位δm以上である場合には、減衰力Qを一定に保持し、構造体50に加わる加速度を低減することができる。
According to the
[変形例2]
図16に示されるように、ダンパー装置1Bは、水平に配置された摩擦ダンパー2(第1摩擦ダンパー)と、垂直に配置された摩擦ダンパー2(第2摩擦ダンパー)とを備えている。ダンパー装置1Bは、初期角度が90°である摩擦ダンパー2と、初期角度が0°である摩擦ダンパー2との2個の摩擦ダンパー2を備えている。初期状態における摩擦ダンパー2の摩擦力F0とすると、水平方向の減衰力Q0hと鉛直方向の減衰力Q0vとは以下の式(5)により示される。
[Modification 2]
As shown in FIG. 16, the
水平方向の移動距離が最大設計変位δm以上になった場合、水平方向の減衰力Qmhと鉛直方向の減衰力Qmvは、式(6)に示されるように、変位に関係なく摩擦力Fは一定となる。 When the horizontal movement distance exceeds the maximum design displacement δm, the horizontal damping force Q mh and the vertical damping force Q mv are equal to the frictional force F regardless of the displacement, as shown in equation (6). becomes constant.
図17に示されるように、ダンパー装置1Bの復元力特性は、垂直方向に設置された摩擦ダンパー2の復元力特性と水平方向に配置された摩擦ダンパー2の復元力特性を合成した値となる。水平方向の移動距離が0から最大設計変位δmまでは、垂直方向に配置された摩擦ダンパー2の軸方向と水平方向との角度θが小さくなるに従って、水平方向に生じる減衰力Qが増大する。ダンパー装置1Bは、水平方向に移動距離が生じたあと、戻るときに同じ経路で戻ってくることができる。
As shown in FIG. 17, the restoring force characteristic of the
上述したように、ダンパー装置1Bによれば、鉛直方向に配置された摩擦ダンパー2に加えて水平方向に配置された摩擦ダンパー2に基づいて、ダンパー装置1に比して減衰力Qを増加させることができる。ダンパー装置1Bによれば、通常の摩擦ダンパー2を用いることにより、構成を簡略化することができる。
As described above, according to the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、変形例2に係るダンパー装置1Bは、摩擦ダンパー2に換えて、変形例1のダンパー部2Sが配置されてもよい。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described one embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the spirit thereof. For example, in the
1、1A、1B ダンパー装置
2 摩擦ダンパー
2A 第1摩擦ダンパー
2B 第2摩擦ダンパー
2C 第3摩擦ダンパー
2D 第4摩擦ダンパー
2S ダンパー部
3 外筒
4 内筒
10 弾性部材
51A 固定端
52A 移動端
D 摩擦ダンパー
D1 外筒
D2 内筒
R1 第1連結部
R2 第2連結部
R3 第3連結部
R4 第4連結部
1, 1A,
Claims (6)
前記摩擦ダンパーの軸方向一方側は設置対象における移動端に連結され、軸方向他方側は前記設置対象における固定端に連結され、
前記軸方向は、水平方向に対して所定の初期角度を有するように配置されていることを特徴とする、
ダンパー装置。 one or more friction dampers having a telescopic inner cylinder that generates a constant frictional force in the axial direction within the outer cylinder;
One axial side of the friction damper is connected to a moving end of the installation target, and the other axial side is connected to a fixed end of the installation target,
The axial direction is arranged at a predetermined initial angle with respect to the horizontal direction,
damper device.
前記設計値は、前記軸方向の角度が水平方向に近い所定値以下となるように設定され、
前記固定端と前記移動端との間の水平方向に生じる減衰力は、前記移動距離の増加に比例して増加し、前記移動距離が前記設計値以上である場合に略一定となる、
請求項1に記載のダンパー装置。 When an external force that causes a relative displacement between the fixed end and the moving end is generated, a design value is set for a moving distance in the horizontal direction between the fixed end and the moving end,
The design value is set so that the angle in the axial direction is equal to or less than a predetermined value close to the horizontal direction,
The damping force generated in the horizontal direction between the fixed end and the moving end increases in proportion to an increase in the moving distance, and becomes approximately constant when the moving distance is equal to or greater than the design value.
The damper device according to claim 1.
前記初期角度が90°である第1摩擦ダンパーと、
前記初期角度が0°である第2摩擦ダンパーと、を備える、
請求項1または2に記載のダンパー装置。 The friction damper is
a first friction damper in which the initial angle is 90°;
a second friction damper in which the initial angle is 0°;
The damper device according to claim 1 or 2.
前記ダンパー部に設けられた伸縮自在な弾性部材と、を備え、
前記ダンパー部は、枠状に連結された第1摩擦ダンパーと、第2摩擦ダンパーと、第3摩擦ダンパーと、第4摩擦ダンパーとを備え、
前記第2摩擦ダンパーの軸方向一方側と前記第1摩擦ダンパーの軸方向他方側とは第3連結部において回転自在に連結され、
前記第2摩擦ダンパーの軸方向他方側と前記第3摩擦ダンパーの軸方向他方側は第1連結部において回転自在に連結され、
前記第3摩擦ダンパーの軸方向一方側と前記第4摩擦ダンパーの軸方向他方側は第4連結部において回転自在に連結され、
前記第4摩擦ダンパーの軸方向一方側と前記第1摩擦ダンパーの軸方向一方側は第2連結部において回転自在に連結され、
前記弾性部材は、前記第3連結部と前記第4連結部とを連結し、
前記第1連結部は設置対象における固定端に連結され、前記第2連結部は前記設置対象における移動端に連結されていることを特徴とする、
ダンパー装置。 a damper section including a plurality of friction dampers having an expandable and retractable inner cylinder that generates a constant frictional force in the axial direction within the outer cylinder;
a stretchable elastic member provided in the damper section;
The damper section includes a first friction damper, a second friction damper, a third friction damper, and a fourth friction damper connected in a frame shape,
One axial side of the second friction damper and the other axial side of the first friction damper are rotatably connected at a third connecting portion,
The other axial side of the second friction damper and the other axial side of the third friction damper are rotatably connected at a first connecting portion,
One axial side of the third friction damper and the other axial side of the fourth friction damper are rotatably connected at a fourth connecting portion,
One axial side of the fourth friction damper and one axial side of the first friction damper are rotatably connected at a second connecting portion,
The elastic member connects the third connecting part and the fourth connecting part,
The first connecting part is connected to a fixed end of the installation target, and the second connecting part is connected to a movable end of the installation target,
damper device.
請求項4に記載のダンパー装置。 The damper portion is arranged such that a straight line connecting the first connecting portion and the second connecting portion is parallel to a horizontal direction.
The damper device according to claim 4.
請求項4に記載のダンパー装置。 comprising two or more damper parts arranged in parallel in the vertical direction;
The damper device according to claim 4.
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2022
- 2022-03-07 JP JP2022034297A patent/JP2023129931A/en active Pending
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