JP2658802B2 - Structure damping device - Google Patents

Structure damping device

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JP2658802B2
JP2658802B2 JP13355393A JP13355393A JP2658802B2 JP 2658802 B2 JP2658802 B2 JP 2658802B2 JP 13355393 A JP13355393 A JP 13355393A JP 13355393 A JP13355393 A JP 13355393A JP 2658802 B2 JP2658802 B2 JP 2658802B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は地震や風等の振動外力に
対する構造物の応答について高い減衰性を与え、その振
動を低減するための構造物用減衰装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a damping device for a structure for imparting a high damping property to the response of the structure to an external vibration force such as an earthquake or wind, and reducing the vibration.

【0002】[0002]

【従来の技術】減衰装置は、コンピュータ等による制御
システムを必要としない受動型の制震を可能とするもの
であり、構造物に高い減衰機能を持たせ、地震や風等の
外乱による構造物の揺れを低減し、快適な居住空間を実
現するために用いられる。
2. Description of the Related Art A damping device enables passive vibration control without a control system using a computer or the like. The damping device provides a structure with a high damping function, and a structure caused by a disturbance such as an earthquake or wind. It is used to reduce swaying and realize a comfortable living space.

【0003】従来の減衰装置としては、例えば特開平4
−371679号公報に記載されたもの等がある。
A conventional damping device is disclosed in, for example,
-371679 and the like.

【0004】従来の減衰装置の基本的な構成としては、
シリンダ内を移動するピストンと、シリンダの一端より
出入するピストンロッドを有し、ピストンの両側の油圧
室を連通させる流路に調圧弁が設けられている。
The basic structure of a conventional damping device is as follows.
A pressure regulating valve is provided in a flow path that has a piston that moves in the cylinder and a piston rod that enters and exits from one end of the cylinder, and that communicates hydraulic chambers on both sides of the piston.

【0005】調圧弁の設計により、振動特性等に応じた
所定の減衰係数cが実現され、このような構成の減衰装
置を柱梁架構内に適切に配置することで、構造物に高い
減衰性を与えることができる。
[0005] The design of the pressure regulating valve realizes a predetermined damping coefficient c corresponding to vibration characteristics and the like. By appropriately arranging the damping device having such a structure in a beam-column frame, it is possible to provide a structure having a high damping property. Can be given.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】減衰装置の減衰係数c
は調圧弁の設計等によって設定することができるが、構
造物の揺れを抑えるための最適減衰係数は、構造物自体
の振動特性の他、個々の地震や風外力の特性によっても
異なる。
SUMMARY OF THE INVENTION The damping coefficient c of the damping device
Can be set by the design of the pressure regulating valve, etc., but the optimal damping coefficient for suppressing the vibration of the structure differs depending on the characteristics of the individual earthquake or external wind force in addition to the vibration characteristics of the structure itself.

【0007】これに対し、本願出願人等は、特願平5−
59841号において、異なる減衰係数を与えるための
調圧弁や、装置の性能以上の外力に対処するためのリリ
ーフ弁等を組み合わせた折れ線型減衰係数を持つ制震構
造物用高減衰装置も提案している。
On the other hand, the applicant of the present application has filed Japanese Patent Application No.
No. 59841 proposes a high damping device for a damping structure having a linear damping coefficient in which a pressure regulating valve for giving a different damping coefficient and a relief valve for dealing with an external force exceeding the performance of the device are combined. I have.

【0008】本発明は、これら従来の技術の項で述べた
減衰装置あるいは上記の折れ線型減衰係数を持つ制震構
造物用高減衰装置等の改良を図ったもので、減衰装置の
調圧弁を介した作動に対し、バネ要素を並列に設けるこ
とで、減衰効果に加えて剛性による抵抗力を保持できる
構造とし、地震や風に対する応答低減効果を拡大するこ
とを目的としたものである。
The present invention is an improvement of the damping device described in the section of the prior art or the high damping device for a damping structure having the above-mentioned broken-line damping coefficient. By providing a spring element in parallel with the intervening operation, a structure capable of holding a resistance force due to rigidity in addition to the damping effect is provided, and the purpose is to expand the effect of reducing the response to earthquakes and winds.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の減衰装置は、構
造物の柱梁架構内に設置されるシリンダ形式のダンパ装
置であり、例えばシリンダ本体を架構の梁に連結し、シ
リンダの一端より出入するピストンロッドをブレースま
たは耐震壁等の耐震要素側に連結する。
The damping device according to the present invention is a cylinder type damper device installed in a column-beam frame of a structure. For example, a cylinder body is connected to a beam of the frame, and the damper device is connected to one end of the cylinder. The incoming and outgoing piston rod is connected to the side of the seismic element such as a brace or a shear wall.

【0010】架構または耐震要素に対するシリンダ本体
及びロッドの連結関係は上述した場合の逆であってもよ
く、また架構内の耐震要素間に設置し、耐震要素どうし
を連結する形でもよい。
The connection relationship between the cylinder body and the rod with respect to the frame or the seismic element may be the reverse of the above-described case, or may be provided between the seismic elements in the frame to connect the seismic elements.

【0011】ピストンの両側に形成された油圧室どうし
を連通させる流路には調圧弁が設けられており、この調
圧弁により所定の減衰係数cが与えられる。
A pressure regulating valve is provided in a flow path formed between the hydraulic chambers formed on both sides of the piston, and a predetermined damping coefficient c is given by the pressure regulating valve.

【0012】調圧弁は、ピストンを貫通する流路または
シリンダ本体外に形成される流路に設けられる。また、
必要に応じ、調圧弁と並列に所定の圧力で作動するリリ
ーフ弁を設けて減衰装置に性能以上の外力が作用しない
ようにしたり、異なる圧力で作動する複数の調圧弁を組
み合わせることで多折れ線型減衰係数を持つ減衰装置と
することもできる。
The pressure regulating valve is provided in a flow path penetrating the piston or a flow path formed outside the cylinder body. Also,
If necessary, a relief valve that operates at a predetermined pressure is provided in parallel with the pressure regulating valve to prevent external force exceeding the performance from acting on the damping device, or a multi-fold linear type by combining multiple pressure regulating valves that operate at different pressures A damping device having a damping coefficient may be used.

【0013】本発明は、このような構造物用減衰装置に
おいて、ピストンロッドの作動に関し、調圧弁と並列に
非線形バネを配置したことを特徴とするものであり、バ
ネ要素を並列に設けたことで、減衰効果に加えて剛性に
よる抵抗力を保持することができる。
The present invention relates to such a structure damping device, wherein a non-linear spring is arranged in parallel with a pressure regulating valve with respect to the operation of a piston rod, and a spring element is provided in parallel. Thus, in addition to the damping effect, the resistance due to the rigidity can be maintained.

【0014】非線形バネとして、例えばコイルバネ等
で、所定の変形量δ0 以下でバネ係数K=F/δ(Fは
バネに作用する力、δはバネの変形量)が0または十分
小さい値となるようにしたバネを用いれば、装置部に発
生する変位がδ0 以下の範囲では、ダッシュポットとし
ての特性を発揮して減衰効果を構造物に付加し、装置部
に発生する変位がδ0 より大きい範囲では、減衰効果に
加えバネ効果も発揮して構造物の架構に掛かる力を軽減
することができる。
As a non-linear spring, for example, a coil spring or the like, a spring coefficient K = F / δ (F is the force acting on the spring, and δ is the amount of deformation of the spring) is 0 or a sufficiently small value at a predetermined deformation amount δ 0 or less. When the spring is used, when the displacement generated in the device section is equal to or less than δ 0 , the characteristic as a dash pot is exerted to add a damping effect to the structure, and the displacement generated in the device section is δ 0. In a larger range, a spring effect is exhibited in addition to the damping effect, so that the force applied to the frame of the structure can be reduced.

【0015】[0015]

【実施例】図1は、本発明の減衰装置10の一実施例を
概略的に示したもので、シリンダ11内に両ロッド形式
のピストン12が組み込まれている。本実施例では、ピ
ストンロッド12aは一方向のみシリンダ11から突出
し、その突出する側のロッド12a及びシリンダ11の
反対側に、耐震要素または柱梁架構と連結するための取
付部15、16を設けている。
FIG. 1 schematically shows an embodiment of a damping device 10 according to the present invention, in which a double rod type piston 12 is incorporated in a cylinder 11. In this embodiment, the piston rod 12a protrudes from the cylinder 11 in only one direction, and mounting portions 15, 16 for connecting to the seismic element or the beam-column frame are provided on the protruding side of the rod 12a and on the opposite side of the cylinder 11. ing.

【0016】ピストン12を貫通して両側の油圧室14
を連通させる流路には、調圧弁17が設けられ、装置に
所定の減衰係数cを与えている。なお、調圧弁は、図中
17’で示すように、シリンダ11本体外の流路に設け
ても良い。
Hydraulic chambers 14 on both sides passing through piston 12
A pressure regulating valve 17 is provided in a flow path that communicates with the device, and gives a predetermined damping coefficient c to the device. Incidentally, the pressure regulating valve may be provided in a flow path outside the cylinder 11 main body as shown by 17 'in the figure.

【0017】上述のような減衰装置10の基本構成にお
いて、本実施例では、油圧室14内にピストン12と油
圧室14の内壁間をつなぐ形で、非線型バネ22をピス
トンロッド12aと平行に配置することで、調圧弁17
による減衰効果に加え、剛性による抵抗力を保持できる
ようにしている。
In the basic configuration of the damping device 10 as described above, in this embodiment, a non-linear spring 22 is connected in parallel with the piston rod 12a in the hydraulic chamber 14 so as to connect the piston 12 and the inner wall of the hydraulic chamber 14. By arranging, the pressure regulating valve 17
In addition to the damping effect by the stiffness, the resistance force by the rigidity can be maintained.

【0018】図2は、本発明の減衰装置10の他の実施
例を概略的に示したもので、非線型バネ22を油圧室1
4内に設置する代わりに、ピストンロッド12aの端部
に設けた取付部15側と、シリンダ11本体の外周面
に、それぞれフランジ部23,24を形成し、これらの
フランジ部23,24をつなぐ形で、非線型バネ22を
ピストンロッド12aと平行に配置している。
FIG. 2 schematically shows another embodiment of the damping device 10 according to the present invention.
Instead of being installed inside the cylinder rod 4, flange portions 23 and 24 are formed on the mounting portion 15 side provided at the end of the piston rod 12a and the outer peripheral surface of the cylinder 11 main body, respectively, and these flange portions 23 and 24 are connected. The non-linear spring 22 is arranged in parallel with the piston rod 12a.

【0019】図1の形式では装置がコンパクトになる利
点があるのに対し、図2の形式では非線型バネの取り付
け、交換等が容易であるという利点がある。
The type shown in FIG. 1 has the advantage of making the apparatus compact, while the type shown in FIG. 2 has the advantage that the non-linear spring can be easily attached and replaced.

【0020】図3〜図5は、本発明で用いる非線型バネ
22の例を示したものである。
FIGS. 3 to 5 show examples of the non-linear spring 22 used in the present invention.

【0021】図3(a) は、径が徐々に広がるコイルバネ
の例であり、バネに作用する力Fとバネの変形量δの関
係が図3(b) のようになり、δ0 を越えた範囲でバネ係
数Kの増加の割合が大きくなる。
[0021] FIGS. 3 (a) is an example of a coil spring whose diameter gradually widened, the relationship between the force F and the amount of deformation of the spring [delta] acting on spring look like in FIG. 3 (b), beyond the [delta] 0 The rate of increase of the spring coefficient K increases within the range.

【0022】図4(a) は、バネ係数の異なる線型バネの
組み合わせによる非線型バネの例であり、図4(b) に示
すようにδ0 以下では小さいバネ係数K1 を有し、δ0
を越えた範囲で大きいバネ係数K2 となる。
FIG. 4 (a) is an example of a non-linear spring with a combination of different linear spring having a spring coefficient, has a smaller spring constant K 1 in the [delta] 0 or less as shown in FIG. 4 (b), [delta] 0
A large spring coefficient K 2 in a range beyond the.

【0023】図5(a) は、図4(a) の小さいバネ係数K
1 の線型バネを外したものに相当し、バネの取り付けに
関し隙間を設ける等して、変形量δ0 以下ではバネが機
能しないようにしたものである。その場合のバネ特性
は、図5(b) のようになる。
FIG. 5 (a) shows the small spring coefficient K of FIG. 4 (a).
Corresponds to that removed one of the linear spring, and the like provide a gap relates mounting of the spring, a variation amount [delta] 0 or less is obtained by such a spring does not work. The spring characteristics in that case are as shown in FIG.

【0024】図6は、図3〜図5の非線型バネを用いた
場合の、減衰装置の特性を示したもので、装置部におけ
る変位がδ0 以下では、図6(a) に示すように、ほとん
どダッシュポットのみの振動特性となり、変位がδ0
越える範囲では、図6(b) に示すように、ダッシュポッ
トに加えてバネを併せ持った振動特性となる。
FIG. 6 shows the characteristics of the damping device when the non-linear springs shown in FIGS. 3 to 5 are used. When the displacement in the device is δ 0 or less, as shown in FIG. , most become vibration characteristics of dashpot alone, in the range where the displacement is greater than [delta] 0, as shown in FIG. 6 (b), the vibration characteristics having both the spring in addition to the dashpot.

【0025】このような特性の利用方法としては、例え
ばδ0 を25kineレベルの地震及び再現5年の風におい
て装置部に発生する変位程度に設定する。
As a method of utilizing such a characteristic, for example, δ 0 is set to a degree of displacement occurring in the device section in the event of an earthquake of 25 kine levels and a wind of five years of reproduction.

【0026】図7は、建物1の柱2、梁3等からなるフ
レーム内に、局所的に耐震要素としての逆V字型ブレー
ス4と減衰装置10を設置して、その部分で建家の振動
エネルギーを吸収するようにしたものであり、この場
合、25kineレベルの地震及び再現5年の風程度に対し
ては、ダッシュポットとしての特性を発揮して、減衰効
果を建物1に付加する。
FIG. 7 shows that an inverted V-shaped brace 4 as a seismic element and a damping device 10 are locally installed in a frame of a building 1 composed of columns 2, beams 3, and the like. The vibration energy is absorbed, and in this case, a dashpot characteristic is exerted against an earthquake of 25 kine level and a wind of about 5 years to reproduce, and a damping effect is added to the building 1.

【0027】それ以上の外力に対しては、バネの効果も
発揮してブレース4に力を伝達し、フレームに掛かる力
を軽減する。特に、これまで低減できなかった風の静的
外力によるフレームのせん断力を、大変形時においてブ
レース4が負担することで低減することが可能となる。
With respect to a further external force, the effect of the spring is also exerted to transmit the force to the brace 4, thereby reducing the force applied to the frame. In particular, it becomes possible to reduce the shearing force of the frame due to the static external force of the wind that could not be reduced by the brace 4 during large deformation.

【0028】[0028]

【発明の効果】 構造物用減衰装置において、調圧弁と並列に非線形
バネを配置したことで、減衰効果に加えて剛性による抵
抗力を保持することができる。
[Effect of the Invention] In the structure damping device, by arranging the non-linear spring in parallel with the pressure regulating valve, it is possible to maintain a resistance force due to rigidity in addition to the damping effect.

【0029】 大変形時には、バネ効果も発揮してフ
レームのせん断力をブレースに負担させることができる
ため、風の静的外力に対してもフレームのせん断力を低
減させることができる。
At the time of large deformation, a spring effect is also exerted so that the shear force of the frame can be borne by the brace. Therefore, the shear force of the frame can be reduced even against static external wind force.

【0030】 受動的制震機構を与えるものであるた
め、設置の際の構造物の特性に応じた設計及び調整を必
要とするだけであり、複雑な制御システムや付帯設備を
必要とせず、能動型制震機構に比べ低コストで設置する
ことができる。
Since it provides a passive vibration control mechanism, it only requires design and adjustment according to the characteristics of the structure at the time of installation, does not require a complicated control system or ancillary equipment, and is active. It can be installed at a lower cost than a type vibration control mechanism.

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

【図1】本発明の一実施例における減衰装置の構造を示
す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a structure of a damping device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例における減衰装置の構造を
示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a structure of a damping device according to another embodiment of the present invention.

【図3】(a) は本発明で用いる非線型バネの一例を示し
たもので、(b) はその特性図である。
FIG. 3A shows an example of a non-linear spring used in the present invention, and FIG. 3B is a characteristic diagram thereof.

【図4】(a) は本発明で用いる非線型バネの他の例を示
したもので、(b) はその特性図である。
FIG. 4A shows another example of the non-linear spring used in the present invention, and FIG. 4B is a characteristic diagram thereof.

【図5】(a) は本発明で用いる非線型バネのさらに他の
例を示したもので、(b) はその特性図である。
FIG. 5A shows another example of the non-linear spring used in the present invention, and FIG. 5B is a characteristic diagram thereof.

【図6】(a) 、(b) は、それぞれ図3〜図5の非線型バ
ネを用いた場合の、減衰装置の振動特性をモデル化した
図である。
FIGS. 6 (a) and (b) are diagrams modeling vibration characteristics of the damping device when the nonlinear springs of FIGS. 3 to 5 are used, respectively.

【図7】建物における減衰装置の配置と外力との関係を
示した概要図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a relationship between an arrangement of a damping device and an external force in a building.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…建物、2…柱、3…梁、4…ブレース、10…減衰
装置、11…シリンダ、12…ピストン、14…油圧
室、15,16…取付部、17…調圧弁、22…非線型
バネ、23,24…フランジ部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Building, 2 ... Column, 3 ... Beam, 4 ... Brace, 10 ... Damping device, 11 ... Cylinder, 12 ... Piston, 14 ... Hydraulic chamber, 15, 16 ... Mounting part, 17 ... Pressure regulating valve, 22 ... Non-linear Spring, 23, 24 ... Flange part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 孝之 東京都調布市飛田給2丁目19番1号 鹿 島建設株式会社技術研究所内 (72)発明者 栗野 治彦 東京都港区元赤坂1丁目2番7号 鹿島 建設株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Takayuki Mizuno, Inventor, Kashima Construction Co., Ltd. 2-191-1, Tobita-Shi, Chofu-shi, Tokyo (72) Inventor Haruhiko Kurino 1-2-1, Moto-Akasaka, Minato-ku, Tokyo 7 Kashima Construction Co., Ltd.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリンダと、前記シリンダ内を移動する
ピストンと、前記シリンダの一端より出入するピストン
ロッドと、前記ピストンの両側に形成された油圧室と、
前記両油圧室を連通させる流路に設けた調圧弁とを有す
る構造物用減衰装置において、前記ピストンロッドの作
動に関し、前記調圧弁と並列に非線形バネを配置したこ
とを特徴とする構造物用減衰装置。
1. A cylinder, a piston moving in the cylinder, a piston rod coming in and out from one end of the cylinder, and hydraulic chambers formed on both sides of the piston.
In a damping device for a structure having a pressure regulating valve provided in a flow path connecting the two hydraulic chambers, a non-linear spring is arranged in parallel with the pressure regulating valve with respect to the operation of the piston rod. Damping device.
【請求項2】 前記非線形バネは、所定の変形量δ0
下でバネ係数K=F/δ(Fはバネに作用する力、δは
バネの変形量)が0または十分小さい値となるようにし
た非線形バネである請求項1記載の構造物用減衰装置。
2. The nonlinear spring has a spring coefficient K = F / δ (F is a force acting on the spring and δ is an amount of deformation of the spring) of 0 or a sufficiently small value when a predetermined deformation amount δ 0 or less. The damping device for a structure according to claim 1, wherein the damping device is a nonlinear spring.
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