JP2740879B2 - Vibration suppression device for structures - Google Patents

Vibration suppression device for structures

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JP2740879B2
JP2740879B2 JP27311989A JP27311989A JP2740879B2 JP 2740879 B2 JP2740879 B2 JP 2740879B2 JP 27311989 A JP27311989 A JP 27311989A JP 27311989 A JP27311989 A JP 27311989A JP 2740879 B2 JP2740879 B2 JP 2740879B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、地震や強風等の外力により構造物に引き
起こされる振動を効果的に抑制することができる構造物
の振動抑制装置に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure vibration suppressing device capable of effectively suppressing vibrations caused by an external force such as an earthquake or a strong wind. .

[従来の技術] 近年の建築・土木構造物は、高強度材料の開発、工作
技術の飛躍的な進歩、並びに電算機による構造解析技術
の発展等の要因により、益々大型化、多様化、軽量化が
進み、外力に対してもフレキシビリティに富む構造とな
ってきている。そして、このように軽量で柔軟な構造に
おいては、固有振動数が低く、振動減衰も小さくなる傾
向がある。このため、地震や強風等の外力が構造物に作
用した場合、予期し得ない種々の振動が発生する可能性
がある。
[Prior art] In recent years, architectural and civil engineering structures have become larger, more diversified, and lighter due to factors such as the development of high-strength materials, dramatic progress in machining technology, and the development of structural analysis technology using computers. The structure has become more flexible with respect to external forces. In such a lightweight and flexible structure, the natural frequency tends to be low and the vibration damping tends to be small. For this reason, when an external force such as an earthquake or a strong wind acts on the structure, various unexpected vibrations may occur.

このため、これらの振動源を断つという目的から、構
造物の外形に空力的対策を施すことが考えられるが、構
造物の外形には、機能上、あるいはデザイン的な面から
種々の制約があり、この空力的対策のみに頼ることは困
難である。
For this reason, it is conceivable to take aerodynamic measures against the outer shape of the structure for the purpose of cutting off these vibration sources, but there are various restrictions on the outer shape of the structure from a functional and design perspective. It is difficult to rely on this aerodynamic measure alone.

そこで、上記の振動を抑制するために、構造物の所要
の位置に液体を貯留する水槽を設け、この液体の振動に
より構造物の振動を抑制することができる振動抑制方式
が各種提案され、様々な構造物に採用されている。これ
らの方式の中で代表的なものは次の3方式である。第1
の方式は、構造物の所要の位置に水槽を設け、構造物の
固有の振動周期と同一の周期で、しかも位相差を伴って
振動する液体を水槽内に貯留し、この液体の振動により
生ずる反力を用いて構造物の振動を抑制するTLD(チュ
ーンド・リキッド・ダンパ)方式である。この方式の代
表的なものにはスロッシング・ダンパ方式がある。
Therefore, in order to suppress the above-described vibration, a water tank for storing a liquid at a required position of the structure is provided, and various vibration suppression methods capable of suppressing the vibration of the structure by the vibration of the liquid have been proposed. It is adopted for various structures. Representative of these systems are the following three systems. First
In this method, a water tank is provided at a required position of a structure, and a liquid that vibrates with the same cycle as the inherent vibration cycle of the structure and with a phase difference is stored in the water tank, and is generated by the vibration of the liquid. This is a TLD (Tuned Liquid Damper) system that uses the reaction force to suppress the vibration of the structure. A typical example of this method is a sloshing damper method.

第2の方式は、水槽を構造物の所要の位置に、構造物
の振動を抑制したい方向に振動可能となる様にワイヤ等
で吊り下げ、水槽が振り子の様に振動することで構造物
の振動を抑制するTMD(チューンド・マス・ダンパ)方
式である。
The second method is to suspend the water tank at a required position on the structure with a wire or the like so that the water tank can vibrate in the direction in which the vibration of the structure is desired to be suppressed, and the water tank vibrates like a pendulum. It is a TMD (Tuned Mass Damper) system that suppresses vibration.

第3の方式は、水槽を構造物の所要の位置に、構造物
の振動を抑制したい方向に振動可能となる様に取り付
け、アクチュエータ等の機械的な力や磁気力により強制
的に水槽に外力を加えて水槽を水平方向に移動させ、生
ずる反力により構造物の振動を抑制するAMD(アクティ
ブ・マス・ダンパ)方式である。
In the third method, the water tank is mounted at a required position on the structure so as to be able to vibrate in a direction in which the vibration of the structure is to be suppressed, and the external force is forcibly applied to the water tank by mechanical force or magnetic force of an actuator or the like. The active mass damper (AMD) system moves the water tank horizontally by adding water and suppresses the vibration of the structure due to the generated reaction force.

[発明が解決しようとする課題] ところで、上記の第1のTLD方式では、外部からエネ
ルギーを加える必要がないという利点があるが、生じる
反力が比較的小さく、構造物の固有の周期が長くなる程
有効な反力が逆に小さくなり、水槽を大型化する必要が
ある等の欠点があった。また、上記の第2のTMD方式で
は、構造物の固有の周期が長くなる程水槽の周期も長く
なり、水槽を吊すワイヤ等の長さを充分長くする必要が
ある。したがって、このワイヤ等の長さに見合った立体
的なスペースを構造物内に確保することが難しくなると
いう欠点があった。また、上記の第3のAMD方式では、
強制的に水槽に外力を加えることで水槽を水平方向に移
動させるので、長いストロークのスライド機構と大きな
駆動力とが必要になるという構造上の欠点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] The first TLD method has an advantage that there is no need to apply energy from the outside, but the generated reaction force is relatively small, and the inherent period of the structure is long. On the contrary, the effective reaction force is reduced to a small extent, and the water tank needs to be enlarged. In the above-mentioned second TMD method, the longer the inherent cycle of the structure, the longer the cycle of the water tank, and it is necessary to sufficiently increase the length of the wire for suspending the water tank. Therefore, there is a disadvantage that it is difficult to secure a three-dimensional space in the structure corresponding to the length of the wire or the like. In the third AMD method,
Since the water tank is moved in the horizontal direction by forcibly applying an external force to the water tank, there is a structural disadvantage that a long stroke slide mechanism and a large driving force are required.

この発明の目的は、以上の問題点を有効に解決すると
ともに装置全体の簡素化を進めることができ、従来の方
式より優れた振動抑制効果を有する構造物の振動抑制装
置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a vibration suppression device for a structure which can effectively solve the above problems and simplify the entire device, and has a vibration suppression effect superior to the conventional system. .

[課題を解決するための手段] 上記課題を解決するために、この発明は次の様な構造
物の振動抑制装置を採用した。すなわち、構造物の所定
の位置に設置され、地震や風等による外力により上記構
造物に励起される振動を抑制することのできる構造物の
振動抑制装置である。上記振動抑制装置は、液体を貯留
する水槽と、当該水槽の底面の中央部を支持する支柱
と、上記水槽の底面の両端を上下方向に移動可能に支持
する複数のアクチュエータとを備えている。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention employs the following structure vibration suppression device. That is, the vibration control device for a structure is provided at a predetermined position of the structure, and is capable of suppressing vibration excited in the structure due to an external force due to an earthquake, wind, or the like. The vibration suppression device includes a water tank for storing a liquid, a column supporting a central portion of a bottom surface of the water tank, and a plurality of actuators supporting both ends of the bottom surface of the water tank so as to be vertically movable.

[作用] この発明では、地震や風等による外力により構造物に
振動が励起された場合、複数のアクチュエータを上下方
向に移動させ、水槽を底面の中央部を中心として底面の
両端を垂直平面内で上下動させる。この動きにより水槽
内の液体の重心が水平方向外方に移動し、反力が生じ
る。この反力が構造物の横揺れを中心とする振動に坑す
ることで振動を抑制することができる。
[Operation] In the present invention, when vibration is excited in the structure by an external force due to an earthquake, wind, or the like, the plurality of actuators are moved in the vertical direction, and the water tank is centered on the bottom and both ends of the bottom are in a vertical plane. Move up and down with. This movement causes the center of gravity of the liquid in the water tank to move outward in the horizontal direction, and generates a reaction force. Vibration can be suppressed by digging this reaction force into vibration centered on the lateral swing of the structure.

[実施例] 第1図ないし第7図はこの発明の一実施例を示す図で
ある。これらの図において、符号1はこの発明に係る構
造物の振動抑制装置(以下、単に振動抑制装置と称す
る)である。
[Embodiment] FIGS. 1 to 7 show an embodiment of the present invention. In these drawings, reference numeral 1 denotes a structure vibration suppression device (hereinafter, simply referred to as a vibration suppression device) according to the present invention.

この振動抑制装置1は、第1図に示す様に、地震や強
風により高層建築物(構造物)Aに引き起こされる振動
に対して最も効果があると想定できる高層建築物Aの屋
上付近の床面E,F上に取り付けられている。振動抑制装
置1は、支柱2、高架水槽(水槽)3、アクチュエータ
4,4、制御装置5、センサ6,6、センサ7を構成要素とす
るものである。
As shown in FIG. 1, this vibration suppression device 1 is a floor near the rooftop of a high-rise building A that can be assumed to be most effective against vibrations caused by the earthquake or strong wind on the high-rise building (structure) A. Mounted on planes E and F. The vibration suppressing device 1 includes a support 2, an elevated water tank (water tank) 3, an actuator
4, 4, the control device 5, the sensors 6, 6, and the sensor 7 as constituent elements.

支柱2は、高架水槽3をその下面から支持し、高架水
槽3が振動する場合支点の役割をするものである。形状
はほぼ円錐台状で、上方の底面2a中央には先端が球面状
のピン8が上向きに取り付けられており、下方の底面2b
は床面E上に密着した状態で固定されている。ピン8
は、高架水槽3の底面3aの中央部に接している。
The support column 2 supports the elevated water tank 3 from below, and serves as a fulcrum when the elevated water tank 3 vibrates. The shape is almost a truncated cone, and a pin 8 having a spherical tip is attached upward in the center of the upper bottom surface 2a, and the lower bottom surface 2b
Are fixed on the floor surface E in close contact with each other. Pin 8
Is in contact with the center of the bottom surface 3a of the elevated water tank 3.

高架水槽3は、長手方向の断面が矩形状の長尺の箱状
の水槽であって、この高架水槽3の中には、通常、水9
が内容積の2分の1程度貯留されている。高架水槽3の
上方の底面3bの長手方向の両端部の中央には、高架水槽
3の振動を計測するためのセンサ6,6が取り付けられて
いる。また、同様に底面3aの長手方向の両端部の中央に
は、アクチュエータ4,4がそれぞれ連結されている。
The elevated water tank 3 is a long box-shaped water tank having a rectangular cross section in the longitudinal direction.
Are stored about half of the internal volume. Sensors 6 and 6 for measuring the vibration of the elevated water tank 3 are attached to the center of both longitudinal ends of the bottom surface 3b above the elevated water tank 3. Similarly, actuators 4 and 4 are connected to the center of both longitudinal ends of the bottom surface 3a, respectively.

アクチュエータ4は、中央部の長さが自在に可変でき
る杆状のものであり、床面E上にほぼ垂直に設置されて
いる。アクチュエータ4の上端部4aは高架水槽3の底面
3aの長手方向の一端部中央に連結されており、これらの
アクチュエータを含む垂直平面内で回動自在である。ま
た、下端部4bは床面Eに連結されており、上端部4aと同
一の垂直平面内で回動自在である。
The actuator 4 has a rod shape whose center can be freely varied in length, and is installed substantially vertically on the floor surface E. The upper end 4a of the actuator 4 is the bottom of the elevated water tank 3.
It is connected to the center of one end in the longitudinal direction of 3a, and is rotatable in a vertical plane including these actuators. The lower end 4b is connected to the floor E and is rotatable in the same vertical plane as the upper end 4a.

一方、高層建築物Aの屋上10には、高層建築物Aに励
起される振動を計測するためのセンサ7が取り付けられ
ている。
On the other hand, a sensor 7 for measuring the vibration excited in the high-rise building A is attached to the roof 10 of the high-rise building A.

制御装置5は、床面F上に設置されて振動抑制装置1
全体の制御を行うもので、制御部11、駆動部12及び計算
機13を主なる構成要素とするものである。制御部11は、
センサ6及びセンサ7からの入力、計算機13の入出力、
駆動部12の入出力を統一的かつ効果的に行うものであ
る。駆動部12は制御部11からの出力に従ってアクチュエ
ータ4,4を上下方向に作動させるためのものである。計
算機13はセンサ6,6及びセンサ7から制御部11に送信さ
れる振動に関する情報を基に振動の振幅、位相、周期等
を計算し、アクチュエータ4,4の適切な作動条件を計算
し、これらの計算結果を制御部11にフィードバックする
ものである。
The control device 5 is installed on the floor F and the vibration suppressing device 1
It performs overall control, and includes a control unit 11, a drive unit 12, and a computer 13 as main components. The control unit 11
Input from the sensor 6 and the sensor 7, input and output of the computer 13,
The input and output of the drive unit 12 are performed uniformly and effectively. The drive unit 12 is for operating the actuators 4, 4 in the vertical direction according to the output from the control unit 11. The computer 13 calculates the amplitude, phase, period, and the like of the vibration based on the information on the vibration transmitted from the sensors 6, 6 and the sensor 7 to the control unit 11, calculates appropriate operating conditions of the actuators 4, 4, and calculates Is fed back to the control unit 11.

次に、上記構成の振動抑制装置1を用いて高層建築物
Aに励起される振動を抑制する方法について、第1図な
いし第2図を参照して説明する。
Next, a method of suppressing the vibration excited in the high-rise building A using the vibration suppressing device 1 having the above configuration will be described with reference to FIGS.

振動抑制装置1が屋上付近に設置された高層建築物A
に地震が作用すると、高層建築物Aが固有周期の長い長
周期構造物であることから、地震動に含まれる長周期成
分による正弦波状の振動が高層建築物Aに励起される。
この振動をセンサ7が感知し、振動に関する情報を制御
部11に送信する。制御部11はこの情報を受けると同時に
駆動部12を立ちあげ、計算機13に上記の情報を送信す
る。計算機13はこの情報を基に地震の振動の大きさ、位
相、固有周期等を計算し、アクチュエータ4の適切な作
動条件である振動の大きさ、位相、周期等を計算し制御
部11へフィードバックする。制御部11は、この計算結果
に基づき駆動部12を作動させ、アクチュエータ4,4を適
切な作動条件で上下方向に作動させる。この場合、アク
チュエータ4,4は常に互いに相反する方向へ向って作動
する。アクチュエータ4,4の上下方向の移動距離(スト
ローク)は、高架水槽3を静止位置より傾けて吃水線が
高架水槽3の底に達した時の上下方向の移動距離の2倍
とする。高架水槽3は、アクチュエータ4,4の動きにし
たがってピン8を支点として垂直平面内で振動し、第2
図(振動抑制装置1の模式図)に示される様な一連の動
き (a)→(b)→(a)→(c)→(a)→・・・ を周期的に繰り返す。ここで、第2図(a)〜(c)
は、 (a):高架水槽3の静止位置、 (b):高架水槽3を静止位置よりθ=x/Lだけ傾けた
時の位置、 (c):高架水槽3を静止位置より(b)と逆向きにθ
=x/Lだけ傾けた時の位置、 を示す。
High-rise building A with vibration suppression device 1 installed near the roof
When an earthquake acts on the high-rise building A, since the high-rise building A is a long-period structure having a long natural period, sinusoidal vibration due to the long-period component included in the seismic motion is excited in the high-rise building A.
This vibration is sensed by the sensor 7 and information on the vibration is transmitted to the control unit 11. Upon receiving this information, the control unit 11 starts up the drive unit 12 and transmits the information to the computer 13. The computer 13 calculates the magnitude, phase, natural period, etc. of the vibration of the earthquake based on this information, calculates the magnitude, phase, period, etc. of the vibration, which are appropriate operating conditions of the actuator 4, and feeds it back to the control unit 11. I do. The control unit 11 operates the drive unit 12 based on the calculation result, and operates the actuators 4, 4 in an up-down direction under appropriate operation conditions. In this case, the actuators 4, 4 always operate in directions opposite to each other. The vertical movement distance (stroke) of the actuators 4, 4 is twice the vertical movement distance when the elevated water tank 3 is inclined from the rest position and the draft line reaches the bottom of the elevated water tank 3. The elevated water tank 3 oscillates in a vertical plane with the pin 8 as a fulcrum according to the movement of the actuators 4,4,
A series of movements (a) → (b) → (a) → (c) → (a) →... Are periodically repeated as shown in the figure (a schematic diagram of the vibration suppression device 1). Here, FIGS. 2 (a) to 2 (c)
(A): the stationary position of the elevated water tank 3; (b): the position when the elevated water tank 3 is inclined from the stationary position by θ = x / L; (c): the elevated water tank 3 from the stationary position (b) And in the opposite direction to θ
= Position when tilted by x / L.

また、図中の記号は、 2L:高架水槽3の長手方向の長さ、 d:高架水槽3の深さ、 d/2:静止時の水9の深さ、 2x:アクチュエータ4のストローク、 Go:静止時の水9の重心、 G:高架水槽3の最大傾斜時の水9の重心、 r:水9の重心Gの水平移動距離、 である。ここで、高架水槽3が静止位置よりθ=x/Lだ
け傾くと、高架水槽3内の水9の重心が水平方向にrだ
け移動する。水9の質量をmとすると、発生する反力は
次式で求められる。
Symbols in the figure are: 2L: length of elevated water tank 3 in the longitudinal direction, d: depth of elevated water tank 3, d / 2: depth of water 9 at rest, 2x: stroke of actuator 4, Go: : The center of gravity of the water 9 at rest, G: the center of gravity of the water 9 when the elevated water tank 3 is at the maximum inclination, r: the horizontal movement distance of the center of gravity G of the water 9. Here, when the elevated water tank 3 is tilted from the rest position by θ = x / L, the center of gravity of the water 9 in the elevated water tank 3 moves by r in the horizontal direction. Assuming that the mass of the water 9 is m, the generated reaction force is obtained by the following equation.

P=m・(d2r/dt2) d2r/dt2:水9の重心移動の加速度 この反力を高層建築物Aの振動の制御力として用い
る。この制御力の大きさ、位相、周期は、この力が高層
建築物Aの振動制御に最も有効に働く様に計算機13によ
り計算される。
P = m · (d 2 r / dt 2 ) d 2 r / dt 2 : acceleration of movement of the center of gravity of water 9 This reaction force is used as a control force for the vibration of the high-rise building A. The magnitude, phase, and period of the control force are calculated by the computer 13 so that the force most effectively acts on the vibration control of the high-rise building A.

アクチュエータ4,4の動きは、センサ6,6により常に観
測され続け、これらの作動に関する情報は時々刻々制御
部11へ送信される。計算機13はこの情報に基づきアクチ
ュエータ4の作動条件を再度計算し、修正する。
The movements of the actuators 4, 4 are constantly monitored by the sensors 6, 6, and information on their operation is transmitted to the control unit 11 moment by moment. The computer 13 calculates and corrects the operating condition of the actuator 4 again based on this information.

以上の制御の様子を図式化したものが第3図である。
これらの一連の動きは高層建築物Aの振動が一定限度以
内に減衰されるまで続けられる。
FIG. 3 schematically illustrates the above control.
These series of movements are continued until the vibration of the high-rise building A is damped within a certain limit.

次に、この発明の振動抑制装置1の効果確認の検討結
果について、第4図ないし第7図を参照して説明する。
Next, the results of a study of checking the effect of the vibration suppression device 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 7. FIG.

第4図(a)ないし(c)は、1次固有周期が10秒の
構造物に、長さ10m、奥行き5m、高さ2mの高架水槽を設
置し、深さ1mまで水を満たした状態(水の重量50ton)
で振動抑制装置を駆動させた場合の応答を図示したもの
である。ここでは構造物の振動を調和正弦波(sinω
t)と仮定した。第4図(a)は調和正弦波(sinω
t)で振動するアクチュエータの上下方向の移動距離x
を示す図であり、xは次式で表される。
Fig. 4 (a) to (c) show a structure with a primary natural period of 10 seconds, an elevated water tank with a length of 10m, a depth of 5m, and a height of 2m, filled with water up to a depth of 1m. (Water weight 50ton)
FIG. 3 illustrates a response when the vibration suppression device is driven. Here, the vibration of the structure is converted into a harmonic sinusoidal wave (sinω
t). FIG. 4 (a) shows a harmonic sine wave (sin ω).
The vertical movement distance x of the actuator oscillating at t)
And x is represented by the following equation.

x=0.96sinωt(≒sinωt) 同図(b)は上記アクチュエータの振動により引き起
こされる水の重心の水平移動距離rを示す図であり、r
は次式で表される。
x = 0.96 sin ωt (≒ sin ωt) FIG. 12B is a diagram showing the horizontal movement distance r of the center of gravity of water caused by the vibration of the actuator.
Is represented by the following equation.

同図(c)は水の水平移動により高架水槽が構造体に
及ぼす反力Pを示す図であり、Pは次式で表される。
FIG. 3C is a diagram showing a reaction force P exerted by the elevated water tank on the structure due to horizontal movement of water, where P is expressed by the following equation.

これらの図からわかるように、振動抑制装置を構造物
に取り付けることにより、大きな反力が生じることが判
る。
As can be seen from these figures, it is understood that a large reaction force is generated by attaching the vibration suppressing device to the structure.

第5図は、構造物の減衰定数を2.0%とした場合、快
適性検討限界曲線まで応答が低減された状態(定常状
態)での構造物重量1ton当りの発生する制御力(kgf)
と周期(秒)との関係を図示したものである。ここで、
周期10秒、1次減衰定数が2.0%、重量が500000tonの構
造物の頂部が20galで正弦波状に振動している場合に発
生する制御力を図から求めると、構造物重量1ton当り0.
4kgfとなる。したがって、上記の構造物の場合では200t
onの制御力があれば、通常の作業や生活をする上で差し
支えが生じないレベルまで振動を低減することができ
る。水槽が構造物に及ぼす反力を第4図(c)から求め
ると、水槽1台(50ton)当り4.22tonの反力が得られ
る。ここで、長さ20m、奥行き20m、水深2mの水槽を3
台、本実施例で作動させると仮定すると、 となり、十分対応できることが判る。
Fig. 5 shows that when the damping constant of the structure is 2.0%, the control force (kgf) generated per ton of the structure in a state where the response is reduced to the comfort study limit curve (steady state) (kgf)
FIG. 6 illustrates the relationship between the period and the cycle (second). here,
The control force generated when the top of a structure having a period of 10 seconds, a first-order damping constant of 2.0%, and a weight of 500,000 tons oscillates in a sinusoidal manner at 20 gal is obtained from the figure.
It becomes 4kgf. Therefore, in the case of the above structure, 200t
With the ON control force, the vibration can be reduced to a level that does not interfere with normal work and living. When the reaction force exerted on the structure by the water tank is obtained from FIG. 4 (c), a reaction force of 4.22 ton is obtained per one water tank (50 ton). Here, a water tank with a length of 20 m, a depth of 20 m, and a depth of 2 m is provided.
Assuming that the unit operates in this embodiment, It turns out that it can respond enough.

上記の例は100階建程度の超高層建築物を対象とした
場合の検討例であるから、50階建程度の建築物では水槽
の大きさは上記の10分の1程度となる。
The above example is a study example for a skyscraper of about 100 stories, so in a building of about 50 stories, the size of the water tank is about 1/10 of the above.

第6図は、構造物に高架水槽を設置した状態で本発明
の振動抑制装置を駆動させた場合に発生する反力P1と、
同振動抑制装置のアクチュエータを同高架水槽の側面に
取り付け同一のストロークで高架水槽を水平方向に移動
させた場合に発生する反力P2とを、水槽の形状の違いに
ついて比較したものである。P1とP2との比は次式で表さ
れる。
Figure 6 is a reaction force P 1 occurring case of driving the vibration suppression device of the present invention when it is installed the elevated tank to the structure,
A reaction force P 2 that occurs when the elevated tank is moved in the horizontal direction at the same stroke attaching the actuator of the same vibration suppressing device to the side of the elevated tank, a comparison for the difference in shape of the tank. The ratio of P 1 and P 2 is expressed by the following equation.

P1/P2 =(d2r/dt2)/(d2x/dt2) =(2L/3d)〔{2+(1/2)(d/L) +(1/2)(d/L)+3〕 また、水槽の形状は、底面の長さ2Lと高さdの比(d/
2L)により表される。この図からわかるように、この発
明の振動抑制装置を取り付けることにより発生する反力
P1は、水平方向にアクチュエータを移動させることによ
り発生する反力P2よりはるかに大きなものとなることが
わかる。図より、P1/P2の値はd/2Lの値が約0.5のときに
最小値6を取る。また、d/2Lの値が0.5よりも小さくな
ればなるほど、すなわち、深さが浅くなればなるほど非
常に大きな反力を生じる。同様にd/2Lの値が0.5よりも
大きくなればなるほど、すなわち、深さが深くなればな
るほどやはり大きな反力を生じることが判る。
P 1 / P 2 = (d 2 r / dt 2) / (d 2 x / dt 2) = (2L / 3d) [{2+ (1/2) (d / L) 2} 2 + (1/2 ) (D / L) 2 +3] In addition, the shape of the water tank is the ratio of the bottom length 2L to the height d (d / L).
2L). As can be seen from this figure, the reaction force generated by mounting the vibration suppressing device of the present invention.
P 1 is seen to be much larger than the reaction force P 2 generated by moving the actuator in a horizontal direction. As shown in the figure, the value of P 1 / P 2 takes the minimum value 6 when the value of d / 2L is about 0.5. Further, as the value of d / 2L becomes smaller than 0.5, that is, as the depth becomes smaller, a very large reaction force is generated. Similarly, it can be seen that the greater the value of d / 2L is greater than 0.5, that is, the greater the depth, the greater the reaction force.

なお、上記の一連の検討では、水は静かに移動するも
のと仮定されているが、水槽が浅い場合や周期が短い場
合には、水の移動は動的となり場合によっては砕波のよ
うな非線形の挙動を示す。この場合の反力は、水が静か
に移動すると仮定した場合よりもさらに大きなものとな
る。また、水の吃水線が水槽の底面に達した後もさらに
水槽を傾斜させれば、反力はさらに大きなものとなる。
In the above series of studies, it is assumed that water moves quietly.However, when the water tank is shallow or the cycle is short, water movement becomes dynamic, and in some cases, nonlinear movement such as breaking waves may occur. The behavior of The reaction force in this case is even greater than if the water were assumed to move quietly. Further, if the tank is further inclined after the water draft line reaches the bottom of the tank, the reaction force is further increased.

さらに、以上の検討ではアクチュエータの動きも正弦
波状としているが、この動きを第7図(a)に示す様
に、構造物の振動周期に合わせて瞬発的にパルス状に動
かすこととすれば、第7図(b)に示す様に水の動きは
動的となり、水の重心の水平移動距離rが大きくなる。
したがって、重心移動の加速度も遥かに大きなものとな
り、生じる反力もかなり大きなものとなる。また、水が
水槽の側壁に衝突する際の衝撃力もかなり大きなものと
なる。上記の場合は、予め、水槽を傾斜させてから水の
移動により反力が生じるまでの時間差、すなわち反力の
位相差を計算により求め、構造物の振動の位相と同調さ
せる様にすればさらに効果的なものとなる。
Furthermore, in the above study, the movement of the actuator is also sinusoidal, but if this movement is instantaneously pulsed in accordance with the vibration cycle of the structure as shown in FIG. As shown in FIG. 7 (b), the movement of the water becomes dynamic, and the horizontal movement distance r of the center of gravity of the water increases.
Therefore, the acceleration of the movement of the center of gravity becomes much larger, and the generated reaction force becomes considerably large. Also, the impact force when the water collides with the side wall of the aquarium becomes considerably large. In the above case, the time difference from before tilting the water tank until the reaction force is generated by the movement of water, that is, the phase difference of the reaction force is obtained by calculation, and if the phase is synchronized with the vibration phase of the structure, It will be effective.

以上説明した様に、この発明の振動抑制装置1により
高層建築物Aに励起された振動を抑制することができ
る。ここで、本実施例の振動抑制装置1は、高架水槽3
と、高架水槽3の底面3aの中央部を支持する支柱2と、
高架水槽3の底面3aの両端を上下方向に移動可能に支持
する2本のアクチュエータとを主要な構成要素としてい
るので、従来の第1ないし第3の方式による振動抑制装
置と比較して、小型の装置でも大きな振動抑制効果を得
ることができ、水槽を大型化する必要がなくなる。した
がって、装置の大幅な簡素化、小規模化、省力化が可能
となる。また、水槽を吊さないため、広いスペースを確
保する必要がなく、省スペースが図れる。また、強制的
に水槽に応力を加えて水平方向に移動させる必要がなく
なるので、ストロークの長さが短くて済み、長いストロ
ークのスライド機構と大きな駆動力が不要になる。ま
た、スロッシング・ダンパ方式のように水槽と水量を構
造物の振動の周期に同調させる必要がなくなるために設
計の自由度が大きくなる。これにより、ホテルや住宅等
の人間が常時居住または生活する一般の構造物にも充分
に適用可能となる。さらに、風等の小さな振動であって
も有効な振動抑制効果を得ることができる。
As described above, the vibration excited in the high-rise building A can be suppressed by the vibration suppression device 1 of the present invention. Here, the vibration suppressing device 1 according to the present embodiment includes an elevated water tank 3
And a column 2 supporting a central portion of a bottom surface 3a of the elevated water tank 3;
Since two actuators that support both ends of the bottom surface 3a of the elevated water tank 3 so as to be able to move in the vertical direction are main components, the size is smaller than the conventional vibration suppression devices according to the first to third systems. A large vibration suppressing effect can be obtained even with the above device, and it is not necessary to increase the size of the water tank. Therefore, the device can be greatly simplified, downsized, and labor-saving. Further, since the water tank is not hung, there is no need to secure a wide space, and space can be saved. Further, since it is not necessary to forcibly apply a stress to the water tank and move the water tank in the horizontal direction, the length of the stroke can be shortened, and a slide mechanism having a long stroke and a large driving force are not required. Further, since there is no need to synchronize the water tank and the water amount with the cycle of vibration of the structure as in the sloshing damper method, the degree of freedom in design is increased. Accordingly, the present invention can be sufficiently applied to a general structure such as a hotel or a house where a person always lives or lives. Further, an effective vibration suppression effect can be obtained even with small vibrations such as wind.

なお、本発明の構造物の振動抑制装置は、その細部が
前記実施例に限定されず、種々の変形例が可能である。
一例として、アクチュエータを水槽の底面の4隅にそれ
ぞれ配設した構成であってもよい。さらに、水槽を2段
重ねとし互いに直交するように配置したものそれぞれ
に、本発明のアクチュエータおよび制御装置を取り付け
ることにより、水平面上の種々の方向への拡張が可能と
なる。
The details of the structure vibration suppressing device of the present invention are not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible.
As an example, a configuration in which actuators are provided at four corners of the bottom surface of the water tank, respectively, may be used. Furthermore, by attaching the actuator and the control device of the present invention to each of two water tanks stacked and arranged so as to be orthogonal to each other, expansion in various directions on a horizontal plane becomes possible.

[発明の効果] 以上詳細に説明した様に、この発明によれば、振動抑
制装置は、液体を貯留する水槽と、当該水槽の底面の中
央部を支持する支柱と、上記水槽の底面の両端を上下方
向に移動可能に支持する複数のアクチュエータとを備え
た構造物の振動抑制装置としたので、従来の水槽を用い
た振動抑制装置と比較して、小型の装置でも大きな振動
抑制効果を得ることができ、水槽を大型化する必要がな
くなる。したがって、装置の大幅な簡素化、小規模化、
省力化が可能となる。また、水槽を吊さないため、広い
スペースを確保する必要がなく、省スペースが図れる。
また、強制的に水槽に応力を加えて水平方向に移動させ
る必要がなくなるので、ストロークの長さが短くて済
み、長いストロークのスライド機構と大きな駆動力が不
要になる。また、水槽と水量を構造物の周期に同調させ
る必要がないために設計の自由度が大きくなる。これに
より、ホテルや住宅等の人間が常時居住または生活する
一般の構造物にも充分に摘要可能となる。さらに、風等
の小さな振動であっても有効な振動抑制効果を得ること
ができる。
[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, the vibration suppressing device includes a water tank for storing a liquid, a column supporting the center of the bottom of the water tank, and both ends of the bottom of the water tank. A vibration suppression device for a structure including a plurality of actuators that movably support the device in a vertical direction, so that a large vibration suppression effect can be obtained even with a small device as compared with a vibration suppression device using a conventional water tank. This eliminates the need to increase the size of the water tank. Therefore, the equipment is greatly simplified, downsized,
Labor saving can be achieved. Further, since the water tank is not hung, there is no need to secure a wide space, and space can be saved.
Further, since it is not necessary to forcibly apply a stress to the water tank and move the water tank in the horizontal direction, the length of the stroke can be shortened, and a slide mechanism having a long stroke and a large driving force are not required. Further, since there is no need to synchronize the water tank and the water amount with the cycle of the structure, the degree of freedom in design is increased. As a result, general structures, such as hotels and houses, in which humans always live or live, can be sufficiently collected. Further, an effective vibration suppression effect can be obtained even with small vibrations such as wind.

したがって、地震や強風等の外力により構造物に引き
起こされる振動を効果的に抑制することができ、地震時
や強風時の安全対策が更に万全となる。
Therefore, it is possible to effectively suppress the vibration caused to the structure by an external force such as an earthquake or a strong wind, and the safety measures at the time of an earthquake or a strong wind are further improved.

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

第1図ないし第7図はこの発明の一実施例を示す図であ
って、第1図は振動抑制装置の概略正面図、第2図
(a)は高架水槽の静止位置を示す模式図、同図(b)
は高架水槽を静止位置よりθ=x/Lだけ傾けた時の位置
を示す模式図、同図(c)は高架水槽を静止位置より同
図(d)と逆向きにθ=x/Lだけ傾けた時の位置を示す
模式図、第3図は振動抑制装置の制御の様子を示す説明
図、第4図(a)はアクチュエータの移動距離を示す
図、同図(b)はアクチュエータの移動に伴う水の重心
の水平移動距離を示す図、同図(c)は水の重心の水平
移動により発生する反力を示す図、第5図は快適性検討
限界曲線まで応答が低減された状態での発生する制御力
と周期との関係を示す図、第6図は本発明の振動抑制装
置により発生する反力P1と高架水槽を水平方向に移動さ
せた場合に発生する反力P2との比(P1/P2)と水槽の底
面の長さ2Lと高さdの比(d/2L)との関係を示す図、第
7図(a)はアクチュエータのパルス状の動きを示す
図、同図(b)はアクチュエータのパルス状の動きに伴
う水槽の動きを示す模式図である。 A……高層建築物、 1……構造物の振動抑制装置、2……支柱、3……高架
水槽、4……アクチュエータ、5……制御装置、6……
センサ、7……センサ。
1 to 7 are views showing an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a schematic front view of a vibration suppressing device, FIG. 2 (a) is a schematic diagram showing a stationary position of an elevated water tank, FIG.
Is a schematic diagram showing the position when the elevated water tank is inclined by θ = x / L from the rest position, and FIG. (C) shows the elevated water tank from the rest position by θ = x / L in the opposite direction to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing a position when the device is tilted, FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state of control of the vibration suppressing device, FIG. 4 (a) is a diagram showing a moving distance of the actuator, and FIG. Fig. 5C shows the horizontal movement distance of the center of gravity of water caused by the horizontal movement, Fig. 5C shows the reaction force generated by the horizontal movement of the center of gravity of water, and Fig. 5 shows the state in which the response is reduced to the comfort study limit curve. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the control force and the cycle generated in the apparatus, and FIG. 6 shows the reaction force P 1 generated by the vibration suppressing device of the present invention and the reaction force P 2 generated when the elevated water tank is moved in the horizontal direction. graph showing the relationship between the ratio (P 1 / P 2) and a ratio of length 2L and the height d of the bottom surface of the aquarium (d / 2L) and, FIG. 7 (a) is an actuator FIG. 4B is a schematic view showing the movement of the water tank accompanying the pulse-like movement of the actuator. A ... high-rise building 1 ... structure vibration suppression device 2 ... support column 3 ... elevated water tank 4 ... actuator 5 ... control device 6 ...
Sensor 7, ... sensor.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】構造物の所定の位置に設置されて地震や風
等の外力により上記構造物に励起される振動を抑制する
構造物の振動抑制装置であって、上記振動抑制装置は、
液体を貯留する水槽と、当該水槽の底面の中央部を支持
する支柱と、上記水槽の底面の両端を上下方向に移動可
能に支持する複数のアクチュエータとを備えてなること
を特徴とする構造物の振動抑制装置。
1. A vibration suppression device for a structure which is installed at a predetermined position of a structure and suppresses vibration excited by the structure by an external force such as an earthquake or a wind.
A structure comprising: a water tank for storing liquid; a column supporting a central portion of a bottom surface of the water tank; and a plurality of actuators supporting both ends of the bottom surface of the water tank in a vertically movable manner. Vibration suppression device.
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