JP2662057B2 - 構造物の上下振動吸収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は主として土木，建築構造物の内部に設置さ
れ、歩行時に、または設備機械が発生する床や屋根等の
上下振動を吸収する、構造物の上下振動吸収装置に関す
るものである。

（発明が解決しようとする課題） 建築や土木の分野における構造物の上下振動を低減さ
せる従来の動吸振器は土木構造物の主に道路橋を対象と
するもので、その自動車通行時の共振による揺れの増大
を防止することを目的としている（「動吸振器（TMD）
による高架橋の振動軽減対策（その１）〜（その３）」
（梶川，沖野，吉川等）土木学会第43回年次学術講演
会，「道路橋から発生する低周波数音の動吸振器による
対策」（白井，石野，田辺）日本騒音制御工学技術発表
会講演論文集（昭和59）参照）。

この種の動吸振器は橋の振動とともに上下動する重錘
と、これを支えるバネと、減衰器としてのオイルダンパ
ー等からなり、重錘の質量を橋の質量に対して調整する
ことによりその固有振動数を橋の振動数に一致させ、自
動車通過による振動時に重錘を橋と共振させて橋の揺れ
を低減する構造となっている。

建築構造物の場合、特に振動障害の生じ易い長スパン
の建物では、振動の歩行者へ与える不快感を抑制するた
めには一般に床の剛性を大きくするか，その重量を大き
くすることが必要であり、この微小振動の低減を目的と
した装置の設置は従来考えられていない。

この建築構造物に生ずる微振動は移動荷重によって引
き起こされる点で、道路橋のそれと共通するため上記の
動吸振器の設置も考えられるが、道路橋で使用される動
吸振器では重錘の水平方向の安定性が鉛直方向と同じく
バネで保たれるため、建物内で特有な微振動に対して摩
擦を絶縁することが困難であり、またこの動吸振器は振
動吸収の役割を担う減衰器が錘りと直列に接続されてい
るため装置の成が高く、設置場所が限定されることにな
り、建物への適用は難しい。

この発明はこうした背景を踏まえてなされたもので、
成が小さく、建物を始め、各種の構造物への適用が可能
な吸振器を提案するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明では容器内に液体を充満し、同じく容器内に収
納される錘りの容器に対する相対移動時に液体を流動さ
せ、この流動時に液体が錘りに対して作用する粘性抵抗
を減衰器として利用することにより装置を錘りと減衰器
が並列的に配置された形態とし、構造の簡素化と装置の
小型化を図ると同時に、液体が通過する錘りの流動孔の
両端の面積を中央部より拡大することにより微小振動の
除去を行う。

装置は構造物に固定され、幅に対して高さが小さい容
器と、容器内に充満される液体と、容器内の上下端から
距離をおき、容器内に鉛直方向に固定された支柱にガイ
ドされ、容器に対して上下動可能状態に収納される錘り
と、錘りの上下端位置に配置され、錘りの移動時にその
移動方向と逆向きに復元力を与えるバネと構成され、錘
りには鉛直方向に液体が通過可能な流動孔が明けられ
る。

流動孔は錘りの上端及び下端から高さ方向の中央部へ
かけて横断面上、面積が次第に縮小する形状をし、この
形状により構造物の微小な振動時にも応答し、振動障害
が問題になる構造物での不快な振動の除去が可能にな
る。

容器の高さが幅に対して小さいことにより装置自身の
成が設置面積に対して小さく抑えられ、また容器内に液
体が充満されることにより装置は容器単位で独立した機
能を持ち、小型化が可能になる結果、構造物内での設置
対象の範囲が拡張される。

装置は錘りが構造物と共振することにより構造物の振
動を吸収し、錘りは液体が流動孔を通過するときに粘性
抵抗を受け、振動後、即座に減衰する。

錘りはこれを鉛直方向に貫通して容器に固定される支
柱によって水平方向に拘束されることにより振動時の安
定性が確保され、振動時の支柱との間の摩擦は容器内に
充填される液体によって絶縁され、円滑な振動が実現さ
れる。

（実施例） 以下本発明を一実施例を示す図面に基づいて説明す
る。

この発明の上下振動吸収装置Ａは第１図，第２図に示
すように構造物に固定される容器１と、容器内に充満さ
れる液体２と、容器１内に上下動自在に収納される錘り
３と、錘り３の上下動をガイドする支柱４と、錘り３の
移動時にこれを復帰させるバネ５とから構成され、構造
物の振動を吸収するものである。

容器１は図示するように幅に対して高さが小さく、設
置面積に対して成が低く抑えられている。

錘り３の質量ｍは構造物の重量に影響を与えずに最も
共振し易い、構造物の質量Ｍの1/200〜1/50の範囲で調
整され、また固有円振動数ωは構造物と同調するよう、
構造物の固有円振動数をΩとして最適同調を取る、ω＝
Ω／（１＋m/M）の関係を満たす値に設定される。

容器１には図示するように複数箇所に上下方向に錘り
３の平行移動を拘束する支柱４が固定され、その両端に
は錘り３の移動時にこれを原位置に復帰させるバネ５が
巻き付けられており、錘り３は支柱４位置に穿設された
挿通孔3aにおいてこの支柱４に差し込まれ、上下端がバ
ネ5,5に挟まれた状態で容器１の上下端から距離をおい
て内部に収納されている。

錘り３は容器１の幅に対する高さの比に対応して偏平
な、水平に対して傾斜し易い形状をするが、支柱４によ
って水平方向に拘束されるため振動時の安定性は確保さ
れている。

錘り３にはまた鉛直方向に貫通する、小断面の流動孔
3bが複数明けられており、液体２は錘り３の相対移動に
伴ってこの流動孔3bを通過する。

液体２はこの流動孔3bの通過時に速度に対応した粘性
抵抗を受け、この抵抗は逆に錘り３に及ぼされ、錘り３
を静止させる。

流動孔3bと、支柱４が挿通する挿通孔3aは錘りが構造
物の微小な振動時にも円滑に応答するよう、第２図−I,
IIに示すように錘り３の上端及び下端から高さ方向の中
央部へかけて横断面上、面積が次第に縮小する形状に形
成される。第２図は鼓状に上端と下端から中央部へかけ
て次第に径が縮小する、曲率を持った断面形状に形成し
た場合である。

構造物の振動時、錘り３は構造物とともに振動する容
器１に対して相対移動しながら振動し、上記の通りに設
定された円振動数に従って構造物と共振する。この共振
により構造物の振動が吸収され、同時に錘り３の移動方
向側に存在する液体２が錘り３の流動孔3bを通過し、前
記の通りそのときの移動速度に対応した粘性抵抗が錘り
３に作用し、錘り３の振動は即座に減衰する。第２図中
の矢印は錘り３が容器１に対して上昇したときの液体２
の流れを示す。

この液体２の流動孔3bの通過によって生ずる粘性抵抗
が吸振器としての減衰器の機能を果たす。

減衰量の調整は流動孔3bの最小断面部分の面積を変え
ることにより、もしくは流動孔3bの上下に多孔質な板状
物を配置することにより行われ、最適な減衰量は下式で
与えられる。

液体２の流動により静止した錘り３は直後にバネ５に
よって原位置に復帰させられ、振動を繰り返す。

なお、錘り３の材質は鋼板等液体２に対する比重の大
きいものであり、また液体２にはシリコンオイル等粘性
係数が温度による変動を受けにくいものの使用が適切で
ある。

（発明の効果） この発明は以上の通りであり、動吸振器の本体となる
錘りの回りに減衰器の役割を持つ液体を充満させること
により構造的に錘りと減衰器を並列的な関係にさせ、容
器の高さを幅に対して小さくすることにより装置自身の
成を設置面積に対して小さく抑え、また液体が通過する
流動孔を錘りの上端及び下端から高さ方向の中央部へか
けて面積が縮小される形状に形成しているため、構造の
簡素化と装置の小型化を図りながら、構造物の微小振動
に対しても円滑に応答させることができ、建物や歩道橋
の床等における不快な振動を効果的に除去することがで
きる。

特に容器内に液体が充満されることにより装置は容器
単位で独立した機能を持つため小型化が可能になり、そ
の結果、構造物内での設置対象の範囲が拡張され、従
来、設置が不可能，あるいは想定できなかった建物の天
井ふところや床下等を始め、高さのない場所への設置が
可能になり、建築，土木構造物の全般に亘り、比較的任
意の小スペースの箇所に設置することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示した横断面図、第２図−I,II
はそれぞれそのＸ−X,Y−Ｙ線断面図である。 Ａ……上下振動吸収装置、１……容器、２……液体、３
……錘り、3a……挿通孔、3b……流動孔、４……支柱、
５……バネ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構造物に固定され、幅に対して高さが小さ
   い容器と、容器内に充満される液体と、容器内の上下端
   から距離をおき、容器内に鉛直方向に固定された支柱に
   ガイドされ、容器に対して上下動可能状態に収納される
   錘りと、錘りの上下端位置に配置され、錘りの移動時に
   その移動方向と逆向きに復元力を与えるバネとからな
   り、錘りには鉛直方向に液体が通過可能な流動孔が明け
   られており、流動孔は錘りの上端及び下端から高さ方向
   の中央部へかけて横断面上、面積が次第に縮小する形状
   をしていることを特徴とする構造物の上下振動吸収装
   置。