JP2555204B2 - Vibration suppression method for structures - Google Patents

Vibration suppression method for structures

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JP2555204B2 JP1258996A JP25899689A JP2555204B2 JP 2555204 B2 JP2555204 B2 JP 2555204B2 JP 1258996 A JP1258996 A JP 1258996A JP 25899689 A JP25899689 A JP 25899689A JP 2555204 B2 JP2555204 B2 JP 2555204B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスロッシングダンパーを用いた構造物の振動
抑制方法に関するものである。
The present invention relates to a method for suppressing vibration of a structure using a sloshing damper.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、機械の分野で主として機械振動の対策に用いら
れていた動吸振器(ダイナミックダンパー)が、風や地
震などによる建物の振動を抑制する目的で建築の分野に
も適用され、吸振器系を構成する付加質量としての重
り、バネおよびダンパーからなる基本的な動吸振器の
他、スロッシングダンパー(特開昭62−101764号公報参
照)、振り子型動吸振器(特開昭63−254247号公報参
照)など種々の形式の振動抑制装置が開発されている。
Conventionally, the dynamic vibration absorbers (dynamic dampers) that have been mainly used in the field of machinery for countermeasures against mechanical vibration are also applied to the field of construction for the purpose of suppressing the vibration of buildings due to wind and earthquakes. In addition to a basic dynamic vibration absorber consisting of a weight, a spring and a damper as an additional mass, a sloshing damper (see JP-A-62-101764) and a pendulum-type dynamic vibration absorber (JP-A-63-254247) Various types of vibration suppression devices have been developed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

ところで、スロッシングダンパーは塔状構造物などの
制振には有効な装置であるが、立ち上がり特性がよくな
い。したがって、波がある程度以上に励起されないと、
制振効果が得られない。
By the way, although the sloshing damper is an effective device for damping a tower-like structure, its rising characteristics are not good. Therefore, if the wave is not excited to some extent,
Damping effect cannot be obtained.

本発明はこのような振動抑制装置としてのスロッシン
グダンパーにおける立ち上がり特性の問題を解決するこ
とを目的としたものである。
The present invention is intended to solve the problem of rising characteristics in such a sloshing damper as a vibration suppressing device.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明では主振動系である構造物の振動を抑制するた
めの振動抑制装置として、所定の寸法の容器と容器内に
注入した所定量の液体とからなるスロッシングダンパー
を用い、このスロッシングダンパー、すなわち吸振系に
あらかじめ初期変位を与えておくか、あるいは制御時に
初期変位を与えることにより、人工的な振動あるいは波
を作り出し、それによってスロッシングダンパーの立ち
上がり特性を改善している。
In the present invention, as a vibration suppressing device for suppressing the vibration of the structure that is the main vibration system, a sloshing damper consisting of a container having a predetermined size and a predetermined amount of liquid injected into the container is used, and this sloshing damper, that is, An initial displacement is given to the vibration absorbing system in advance, or an initial displacement is given at the time of control to create an artificial vibration or wave, thereby improving the rising characteristics of the sloshing damper.

初期変位は、例えばスロッシングダンパーを構成する
容器を傾けた状態で支持し、液面を斜めにしておくこと
によって得られる。この場合、制御時に容器の傾斜を戻
すことで容器内の液体の波が励起され、構造物の振動初
期においても大きな振幅が得られる。
The initial displacement is obtained, for example, by supporting the container constituting the sloshing damper in an inclined state and keeping the liquid surface inclined. In this case, the wave of the liquid in the container is excited by returning the inclination of the container during control, and a large amplitude is obtained even in the initial stage of vibration of the structure.

初期変位は必ずしも常時与えておく必要はなく、強風
時等、制御が必要となるときに、初期変位を与えるよう
にしてもよい。
The initial displacement does not always have to be given at all times, and the initial displacement may be given when control is required, such as during strong wind.

また、容器を傾斜させる代わりにアクチュエーター等
の加力装置により容器に水平力を与えることでも容器内
の液体の波を励起することができ、容器を傾斜させて初
期変位を与える場合と同様、構造物の振動初期において
大きな振幅を与え、主振動系である構造物の振動を効果
的に抑制することができる。
Also, instead of tilting the container, applying a horizontal force to the container by a force device such as an actuator can excite the wave of the liquid in the container, and similar to the case where the container is tilted to give the initial displacement, A large amplitude can be given at the initial stage of vibration of the object, and the vibration of the structure, which is the main vibration system, can be effectively suppressed.

〔作用〕[Action]

第10図は千葉ポートタワーに設置されているダイナミ
ックダンパーの観測例(昭和63年度建築学会大会論文梗
概集No.2288参照)であり、このようにダイナミックダ
ンパーがあっても、0〜15秒程度まではほとんどその効
果がみられない。
Figure 10 shows an example of observation of a dynamic damper installed at the Chiba Port Tower (see 1988 Architectural Institute of Japan Conference Abstracts No.2288). Even with such a dynamic damper, it takes about 0 to 15 seconds. Until the effect is hardly seen.

これはダイナミックダンパー(スロッシングダンパー
も同じ)は建物が振動することにより、ダンパーの振幅
が励起され、ある程度以上の振幅になって初めてその効
果を発揮するためである。
This is because a dynamic damper (same as sloshing damper) excites the amplitude of the damper due to the vibration of the building, and the effect is exhibited only when the amplitude exceeds a certain level.

第11図〜第14図はその振動抑制効果をモデル的に示し
たもので、第11図の構造物aと振動抑制装置bのモデル
において、第12図に示すように地震動または風外力が入
力されると、主振動系である構造物aが振動し始める。
この振動初期においては吸振系の振幅hが小さいため、
減衰エネルギーも少ない。第13図に示すように振動中期
になって、振幅hが徐々に大きくなるにつれ、減衰エネ
ルギーも増加する。振動後期において、第14図に示すよ
うに振動抑制装置b側のエネルギー吸収により、構造物
aの振動が減少する。なお、ダンパーのタイプによって
は小振幅の場合、摩擦などのロスによって振動せず、全
く効果の出ないものもある。
11 to 14 show the vibration suppressing effect as a model. In the model of the structure a and the vibration suppressing device b of FIG. 11, the seismic motion or the wind external force is input as shown in FIG. Then, the structure a, which is the main vibration system, starts to vibrate.
Since the amplitude h of the vibration absorbing system is small at the beginning of this vibration,
There is little damping energy. As shown in FIG. 13, as the amplitude h gradually increases in the middle of vibration, the damping energy also increases. In the latter stage of vibration, as shown in FIG. 14, the vibration of the structure a is reduced by the energy absorption on the side of the vibration suppressing device b. Depending on the type of the damper, when the amplitude is small, the damper may not vibrate due to a loss such as friction and may not be effective at all.

したがって、本発明におけるスロッシングダンパーの
ように最初から適切な振幅をもって振動すれば、立ち上
がり特性が改善され、構造物に対する振動抑制効果はさ
らに大きくなる。すなわち、第15図に示すような振動抑
制効果が得られる。
Therefore, when the sloshing damper according to the present invention vibrates with an appropriate amplitude from the beginning, the rising characteristics are improved and the vibration suppressing effect on the structure is further enhanced. That is, the vibration suppressing effect as shown in FIG. 15 is obtained.

〔実施例〕〔Example〕

次に、図示した実施例について説明する。 Next, the illustrated embodiment will be described.

第1図および第2図は本願の請求項1記載の発明に対
応する実施例を示したもので、容器としての水槽1と液
体としての水2によって構成されるスロッシングダンパ
ーにおいて、第1図に示すように水槽2をあらかじめ傾
けておき、強風時などに第2図に示すように水槽1を水
平に戻すことにより、水槽1内の水2に波を作り出すも
のである。
1 and 2 show an embodiment corresponding to the invention described in claim 1 of the present application, and show a sloshing damper composed of a water tank 1 as a container and water 2 as a liquid in FIG. As shown, the water tank 2 is tilted in advance, and when the wind is strong, the water tank 1 is returned horizontally as shown in FIG. 2 to create a wave in the water 2 in the water tank 1.

すなわち、水槽1の下面の一端をピン支承3とし、反
対側の水槽1上端をワイヤー4などの吊り材で吊ってお
く。制御を開始するときには、ワイヤー固定装置5の固
定を解除し、水槽1を水平に戻し、それによって大きな
波を生じさせることができる。
That is, one end of the lower surface of the water tank 1 is used as the pin support 3, and the upper end of the water tank 1 on the opposite side is suspended by a suspending member such as a wire 4. When starting the control, the wire fixing device 5 can be released and the aquarium 1 can be returned to the horizontal position, thereby generating a large wave.

第3図および第4図は同じく請求項1記載の発明に対
応する他の実施例を示したもので、上述の例で水槽1を
吊っていたのに対し、ピン支承3の反対側をアクチュエ
ーター6などで持ち上げておくように構成したものであ
る。この場合も制御時にアクチュエーター6のロッドを
下げることにより、水槽1を水平に戻し、波を生じさせ
ることができる。
3 and 4 also show another embodiment corresponding to the invention described in claim 1, in which the water tank 1 is hung in the above-mentioned example, while the opposite side of the pin bearing 3 is an actuator. It is configured to be lifted by 6 or the like. Also in this case, by lowering the rod of the actuator 6 at the time of control, the water tank 1 can be returned to the horizontal position and waves can be generated.

なお、吊り下げ型の場合も持ち上げ型の場合も常に水
槽1を傾けておく必要はなく、強風時などに吊り上げる
か、または持ち上げて制御に備えるようなシステムでも
よい。
Note that the water tank 1 does not always need to be tilted regardless of whether it is a hanging type or a lifting type, and a system may be used in which the water tank 1 is hoisted or lifted for control when the wind is strong.

第5図および第6図は本願の請求項2記載の発明に対
応する実施例として水平加力型の例を示したもので、水
槽1の横にアクチュエーター7などの加力装置を取付け
ておき、強風時などに水平に往復加力することにより、
波を作り出すものである。波が励起された後はアクチュ
エーター7を停止させ、ストッパーなどで固定する形式
とする。図中、8はレールである。
5 and 6 show an example of a horizontal force type as an embodiment corresponding to the invention of claim 2 of the present application, in which a force applying device such as an actuator 7 is attached to the side of the water tank 1. By applying horizontal reciprocating force in strong wind,
It creates waves. After the wave is excited, the actuator 7 is stopped and fixed by a stopper or the like. In the figure, 8 is a rail.

第7図〜第9図は上述した図1および図2の実施例に
おけるワイヤー固定装置5の具体例として、3つの例を
挙げたものである。
FIGS. 7 to 9 cite three examples as specific examples of the wire fixing device 5 in the embodiments of FIGS. 1 and 2 described above.

第7図のワイヤー固定装置はくさびストッパー型の固
定装置21の例であり、シリンダー状の本体内にワイヤー
22の固定端部22aが挿入され、図に示すように電磁石23
による固着が解除されると、くさび24が回転してワイヤ
ー22が動く構成になっている。
The wire fixing device shown in FIG. 7 is an example of the wedge stopper type fixing device 21, and the wire is set in the cylindrical body.
The fixed end portion 22a of 22 is inserted, and the electromagnet 23
When the fixation due to is released, the wedge 24 rotates and the wire 22 moves.

第8図のワイヤー固定装置はブレーキ型の固定装置31
の例であり、シリンダー状の本体内においてワイヤー32
の固定端部32aが電磁石または油圧式の摩擦ブレーキ33
により定着されており、これを切ることによりワイヤー
32が自由に動く構成になっている。
The wire fixing device shown in FIG. 8 is a brake type fixing device 31.
The wire 32 in the cylindrical body is an example of
The fixed end 32a of the friction brake 33 is electromagnetic or hydraulic.
It has been fixed by the
32 is configured to move freely.

第9図のワイヤー固定装置は可変ストローク型の固定
装置41の例であり、モーターおよびプーリー43などでワ
イヤー42を巻取ったり、巻戻すことにより制震に必要な
振動ストロークを生じさせるよう構成したものである。
The wire fixing device shown in FIG. 9 is an example of a variable stroke type fixing device 41, and is configured to generate a vibration stroke necessary for vibration control by winding and rewinding the wire 42 with a motor and a pulley 43. It is a thing.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本願発明の構造物の振動抑制方法は、液体を注入した
スロッシングダンパーの容器に初期変位を与えておく
か、あるいは制御時に水平力を加えるなどして、人工的
な波を作り出すものであり、構造物の振動初期において
も十分振動抑制効果を発揮する振幅が与えられる。すな
わち、従来、問題となっているスロッシングダンパーの
立ち上がり特性が大幅に改善され、地震や風などの外乱
に対し、直ちに効率よく対処でき、良好な振動抑制効果
を得ることができる。
The structure vibration suppression method of the present invention is to create an artificial wave by applying an initial displacement to a container of a sloshing damper in which a liquid is injected, or by applying a horizontal force during control. An amplitude is provided that sufficiently exerts a vibration suppressing effect even in the initial stage of vibration of an object. That is, the rising characteristic of the sloshing damper, which has been a problem in the past, is significantly improved, and disturbances such as earthquakes and winds can be immediately and efficiently dealt with, and a good vibration suppressing effect can be obtained.

また、本願発明の方法は基本的には受動型の振動抑制
方法であり、常時のエネルギー供給を必要とせず、初期
変位に関し外部エネルギーを必要とする場合も初期変位
を与えるためのエネルギーを確保しておくことで、確実
に機能させることができる。
Further, the method of the present invention is basically a passive vibration suppressing method, and does not require constant energy supply, and secures energy for giving initial displacement even when external energy is required for initial displacement. By doing so, it can function reliably.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図および第2図は本願の請求項1記載の発明に対応
する一実施例を示す立面図、第3図および第4図は同じ
く請求項1記載の発明に対応する他の実施例を示す立面
図、第5図および第6図は本願の請求項2記載の発明に
対応する水平加力型の実施例を示す立面図、第7図〜第
9図はワイヤー固定装置の具体例を示す断面図、第10図
は従来のダイナミックダンパーの制御例を示すグラフ、
第11図〜第14図はその制御効果を説明するためのモデル
図、第15図は本発明を適用した場合の制御効果を示すグ
ラフである。 1……水槽、2……水、3……支承、4……ワイヤー、
5……ワイヤー固定装置、6……アクチュエーター、7
……アクチュエーター、8……レール
1 and 2 are elevation views showing an embodiment corresponding to the invention described in claim 1 of the present application, and FIGS. 3 and 4 are other embodiments corresponding to the invention described in claim 1. 5 and 6 are elevation views showing a horizontal force type embodiment corresponding to the invention of claim 2 of the present application, and FIGS. 7 to 9 are views of a wire fixing device. Sectional view showing a specific example, FIG. 10 is a graph showing a control example of a conventional dynamic damper,
11 to 14 are model diagrams for explaining the control effect, and FIG. 15 is a graph showing the control effect when the present invention is applied. 1 ... water tank, 2 ... water, 3 ... support, 4 ... wire,
5: Wire fixing device, 6 ... Actuator, 7
...... Actuator, 8 …… Rail

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−300541(JP,A) 特開 昭63−53332(JP,A) 特開 昭59−161566(JP,A) 特開 昭61−274134(JP,A) 特開 昭60−85164(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-2-300541 (JP, A) JP-A 63-53332 (JP, A) JP-A 59-161566 (JP, A) JP-A 61- 274134 (JP, A) JP-A-60-85164 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】主振動系である構造物に対し、所定の質量
および固有振動数の吸振系を構成する振動抑制装置を設
けて、主振動系の振動を抑制する構造物の振動抑制方法
において、前記振動抑制装置として所定の寸法の容器と
容器内に注入した所定量の液体とからなるスロッシング
ダンパーを用い、前記容器をあらかじめ傾斜させて支持
しておくことにより液面に初期変位を与えておき、主振
動系の振動に対する制御時に前記容器の傾斜を戻すこと
で容器内の液体の波を励起し、スロッシングダンパーの
液体に初期変位に対応する所定の大きな振福を与えて主
振動系の振動を抑制することを特徴とする構造物の振動
抑制方法。
1. A method for suppressing vibration of a structure, which is a main vibration system, wherein a vibration suppressing device that constitutes a vibration absorbing system having a predetermined mass and a natural frequency is provided to suppress the vibration of the main vibration system. As the vibration suppressing device, a sloshing damper consisting of a container having a predetermined size and a predetermined amount of liquid injected into the container is used, and the container is preliminarily tilted and supported to give an initial displacement to the liquid surface. Every other time, when controlling the vibration of the main vibration system, the wave of the liquid in the container is excited by returning the inclination of the container, and a predetermined large vibration corresponding to the initial displacement is given to the liquid of the sloshing damper to cause the vibration of the main vibration system. A method for suppressing vibration of a structure, which comprises suppressing vibration.
【請求項2】主振動系である構造物に対し、所定の質量
および固有振動数の吸振系を構成する振動抑制装置を設
けて、主振動系の振動を抑制する構造物の振動抑制方法
において、前記振動抑制装置として所定の寸法の容器と
容器内に注入した所定量の液体とからなるスロッシング
ダンパーを用い、主振動系の振動に対する制御時に加力
装置により前記容器に水平力を加えることで容器内の液
体の波を励起し、スロッシングダンパーの液体に所定の
大きな振福を与えて主振動系の振動を抑制することを特
徴とする構造物の振動抑制方法。
2. A method for suppressing vibration of a structure, which comprises a vibration suppressing device constituting a vibration absorbing system having a predetermined mass and a natural frequency for a structure which is a main vibration system to suppress the vibration of the main vibration system. As the vibration suppressing device, a sloshing damper composed of a container having a predetermined size and a predetermined amount of liquid injected into the container is used, and a horizontal force is applied to the container by a force applying device at the time of controlling the vibration of the main vibration system. A method for suppressing vibration of a structure, which comprises exciting a wave of a liquid in a container and giving a predetermined large vibration to the liquid of a sloshing damper to suppress vibration of a main vibration system.
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