JP2822797B2 - 制振装置 - Google Patents

制振装置

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JP2822797B2
JP2822797B2 JP4212998A JP21299892A JP2822797B2 JP 2822797 B2 JP2822797 B2 JP 2822797B2 JP 4212998 A JP4212998 A JP 4212998A JP 21299892 A JP21299892 A JP 21299892A JP 2822797 B2 JP2822797 B2 JP 2822797B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、建物等の構造物におけ
る制振装置、特に地盤又は部屋の床面に対して絶対制振
を実現できる制振装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、ビル等の建物における絶対制振
装置は、地震力など建物基部からの外乱を完全に遮断
し、建物が絶対座標空間で静止している状態を作り出す
制振装置である。
【0003】この絶対制振の方法は、通常の免震ビルを
更にアクティブに制御するものであり、図3に示すよう
に、まず建物21と地盤22の間に、免震装置として積
層ゴム23を設置して建物を長周期化し、建物全体の免
震及び防振を図った免震ビルとする。更にこれをアクテ
ィブに制御するため、建物21の地下に地震センサ24
を、また建物21の所要階の床面,柱等に振動状態検知
センサ25を設け、これらにより地動yと建物の応答を
センシングし、演算装置26により地動yと逆方向の制
振力pを求め、その結果に基づき、建物21と地盤22
との間に設けたアクチュエータ26で、弾発手段27を
介して建物をp方向に変位させ、移動する地盤22に対
して建物21を絶縁し且つ建物21をできる限り一定位
置に維持させる。
【0004】この場合、予め検出した地動変位及び地動
速度に応じ、アクチュエータ26の伸縮変位量を次式に
よって制御する。
【0005】 z=−(1/ka){cy´+(k+ka)y} z:アクチュエータ26の伸縮変位量 y´:地動速度 y:地動変位 c:構造物固有の減衰係数 k:積層ゴムの弾発係数 ka:弾発手段の弾発係数 そして、上式のように弾発手段27の弾発係数を含んだ
形でアクチュエータ26の伸縮変位量の制御を施すこと
により、弾発手段27を生かしつつアクチュエータ26
の制振制御を行う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の絶
対制振の方法は、地動と建物の応答をセンシングして、
アクチュエータによって建物を絶対空間に静止させる方
法であるが、数10cm以上の地動変位大地震を制御す
るにはかなりの制御力が必要である。即ち、数10cm
以上の地動変位大地震を制御する場合、積層ゴムをその
地動分だけ変形させるだけの制御力Fは、免震建物の重
量をW,積層ゴムによる建物基本振動数をf0 としたと
き、 F={(2πf0 2 W/980}y … だけ必要となる。
【0007】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、大きな変位に対しても絶対制振が可能
な制振装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明による制振装置の第1の形態は、地盤上に設
けたコロ台車と、このコロ台車上において構造物を支持
する長周期化手段と、上記コロ台車及び地盤間に設けら
れ地震時における地動方向と逆方向にコロ台車を変位さ
せる第1のアクチュエータと、構造物及びコロ台車間に
設けられ、上記コロ台車の地動に対する変位残差分とし
て生じる構造物のコロ台車に対する変位に対し、その変
位方向と逆方向に弾発手段を介して構造物を変位させる
第2のアクチュエータとを設けた構成のものである(請
求項1)。
【0009】また、本発明の第2の形態は、床面上に設
けたコロ台車と、このコロ台車上において防振対象物を
支持する長周期化手段と、上記コロ台車及び床面間に設
けられ床動時における床動方向と逆方向にコロ台車を変
位させる第1のアクチュエータと、防振対象物及びコロ
台車間に設けられ、上記コロ台車の床動に対する変位残
差分として生じる防振対象物のコロ台車に対する変位に
対し、その変位方向と逆方向に弾発手段を介して防振対
象物を変位させる第2のアクチュエータとを設けた構成
のものである(請求項2)。この場合、上記長周期化手
段は上床を介して防振対象物を支持する構成とすること
ができ(請求項3)、更には、上記床面を建物のスラブ
とすることができる(請求項4)。
【0010】
【作用】第1の形態(請求項1)は、構造物を制振する
場合に適したものであり、長周期化手段4を構成する積
層ゴム等は、全てコロ台車上に一体化される。上記コロ
台車と地盤との間、及び、構造物とコロ台車との間のア
クチュエータは、それぞれ、地震時における地動方向に
伸縮駆動されて構造物に制振力を伝達作用させる。
【0011】今、地震発生により地盤が地動変位y1
起こした場合、第1のアクチュエータが、地動変位と逆
方向にコロ台車を変位y2 だけ変位制御する。この台車
変位y2 は地動変位y1 と本来同じ大きさ(y1
2 )であるはずであるが、コロ台車の摩擦抵抗により
若干の相違(残差分Δy=y1 −y2 )を生じる。即
ち、この制御だけでは制振精度が悪いものとなる。しか
し、上記残差分Δyが構造物に対する入力となり、その
分は従来型の絶対制振方式によって完全にゼロとするこ
とが可能であり、構造物を絶対座標上で静止させること
できる。この場合の第2のアクチュエータによる制御力
は非常に小さくてよく、従来型のアクチュエータの1/
7程度以下で絶対制振が可能となる。
【0012】尚、第2のアクチュエータの弾発手段は、
制御信号に含まれる高周波成分に応動して構造物の揺れ
が増幅されたり、制御系が発振したりする不都合を防止
する働きをする。
【0013】第2の形態(請求項2〜4)は、防振対象
物を扱う場合に有効な免震床を構成するものである。制
振原理は上記と同様であり、上床を部屋の床として取り
扱うことにより、防音効果も優れた免震床を構築するこ
とができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の制振装置を、図示の実施例に
基づいて説明する。図1に示すように、凹部1が区画形
成された地盤2上には、その凹部1内に、コロ台車3が
設けられ、そのコロ台車3上に長周期化手段4を介して
構造物5が建設されている。コロ台車3は、水平方向に
対しては剛性を有し上下方向には柔軟性を有する素材で
構成されて水平剛性を有する支持台部3aと、その一端
側に起立させて設けた駆動操作部3bとを有しており、
下面は滑り又はコロガリ方式のスライディング装置6に
より移動自在に支持されている。長周期化手段4は、こ
こでは適当な高さを有し且つコロ台車3の支持台部3a
上に間隔を隔てて配設された複数の積層ゴムから成る。
これらの積層ゴムは構造物5の特性を長周期化するもの
であるが、コロ台車3の支持台部3a上に設けられてお
り、積層ゴム全体として一体化されている点で従来と異
なる。なお、長周期化手段4としては、積層ゴムに限ら
ず、滑り支承材,ベアリング,ソフトストリ,磁気浮上
手段などを採用してもよい。尚、長周期化手段4たる積
層ゴムと積層ゴム間には、地動方向にダンパーを設けて
変位を緩衝させることもできる。
【0015】上記コロ台車3の駆動操作部3bと地盤2
との間、及び、構造物5とコロ台車3の駆動操作部3b
との間には、それぞれ、地震時における地動方向に伸縮
駆動されて構造物5に制振力を伝達作用させる油圧シリ
ンダなどのアクチュエータ7,8が設けられる。第1の
アクチュエータ7は、凹部1内に設けた据付台7aの内
向面とこれに相対向するコロ台車3の駆動操作部3bの
下部分との間に、地震の横揺れ方向に沿ってほぼ水平に
設けられる。また、第2のアクチュエータ8は、コロ台
車3の駆動操作部3bの内向面とこれに相対向する構造
物5の下層部分との間に、地震の横揺れ方向に沿ってほ
ぼ水平に設けられる。なお、これらのアクチュエータ
7,8は、コロ台車3の周囲又は構造物5の周囲に間隔
を隔てて複数配設され、様々な方向の地震に対応できる
ようになっている。
【0016】上記アクチュエータ8には、その力伝達方
向に弾発するスプリングなどの弾発手段9が取付けられ
る。この弾発手段9は、制御信号に含まれる高周波成分
にアクチュエータ7,8が応動して制振力を付与すべき
アクチュエータ7,8によって構造物の揺れが増幅され
たり、制御系の発振によってアクチュエータ7,8が充
分な制振作用を発揮できなくなるのを防止するように機
能する。
【0017】他方、地盤2側には、地震時の地盤の地動
変位及び地動速度を検出する地震センサ10が設置さ
れ、該地震センサ10からの信号を受けてアクチュエー
タ7が地動変位と逆方向にコロ台車3を変位制御するよ
うになっている。このコロ台車3側には、台車変位及び
台車速度を検出する台車センサ11が設置され、また構
造物5即ちビル側には、ビルの所要階の床面,柱等の振
動状態を検出する振動状態検知センサ12が設けられて
いる。これら台車センサ11及び振動状態検知センサ1
2の信号はコンピュータを主体とする演算装置13に入
力され、該演算装置13より算出されるコロ台車3に対
する構造物5の変位に基づき、アクチュエータ8が弾発
手段9を介して構造物5をその変位と逆方向に変位制御
するようになっている。
【0018】次に上記構成の作用について説明する。
今、地震発生により地盤2が矢印方向に地動変位y1
起こした場合、地震センサ10からの信号を受けて、ア
クチュエータ7が、地動変位と逆方向にコロ台車3を変
位y2 だけ変位制御する。この台車変位y2 は地動変位
1 と本来同じ大きさ(y1 =y2 )であるはずである
が、スライディング装置6の摩擦抵抗として静摩擦と動
摩擦が起こるため、若干の相違(残差分Δy=y1 −y
2 )を生じる。従って、この残差分Δyが構造物5に対
する入力として働く。換言すれば、この残差分Δyだけ
コロ台車3が構造物5に対して相対的に動くことにな
る。
【0019】この構造物5に対するコロ台車3の相対的
変位Δyは、台車センサ11及び構造物5の振動状態検
知センサ12からの信号に基づき、演算装置13により
算出される。アクチュエータ8はこの結果を受けて弾発
手段9を介し構造物5をその変位と逆方向に変位制御す
る。この場合、構造物5に対するコロ台車3の相対的変
位Δyは比較的小さいため、Δyは従来型の絶対制振方
式によっても、充分に構造物5を絶対座標上で静止させ
ることが可能である。また、このときアクチュエータ8
が必要とする制御力FB は、FB ={(2πf0 2
/980}Δyであり、非常に小さくて済む。
【0020】尚、この場合のコロ台車3の相対的変位Δ
yに対する構造物5の制振の仕方は、従来技術で述べた
ところと同じであり、予め検出したコロ台車3の変位Δ
y及び速度y´に応じ、アクチュエータ8の伸縮変位量
を次式によって制御する。
【0021】 z=−(1/ka){cΔy´+(k+ka)Δy} z:アクチュエータ8の伸縮変位量 Δy´:台車速度 Δy:台車変位 c:構造物固有の減衰係数 k:積層ゴムの弾発係数 ka:弾発手段9の弾発係数 次に、本方式が従来の方式より有利となる条件を吟味し
てみる。既に述べたように、従来の方式において、数1
0cm以上の地動変位大地震を制御する場合、積層ゴム
をその地動分だけ変形させるだけの制御力Fは、免震建
物の重量をW,積層ゴムによる建物基本振動数をf0
したとき、 F={(2πf0 2 W/980}y … だけ必要である。
【0022】これに対し本方式においてアクチュエータ
7にかかる制御力FA は、 FA =μW (μは摩擦係数) … となる。
【0023】本方式が従来方式より有利となる条件は、
式>式より μ<{(2πf0 2 /980}y となる。
【0024】f0 を一般的な免震建物振動数の0.3H
zとして、地動を20cmとした場合、 μ<0.073 となり、コロガリ方式のスライディング装置ではμ=
0.01程度であるので、従来型のアクチュエータの1
/7程度以下で絶対制振が可能となる。
【0025】上記実施例では制振対象をビル等の建物を
例にして説明してきたが、建物自体でなくてもよく、ま
た外乱入力は地盤からのものに限られない。
【0026】図2は、防振対象機器、例えば電子顕微鏡
や医療設備(手術台,分析台)等を設置する部屋の床面
に適用し、免震床を構成した例である。
【0027】このうち図2(a)は地盤の代わりに部屋
又は建物の床面14が対象とされ、制振すべき防振対象
物15が、上記電子顕微鏡や手術台,分析台等の機器で
ある点で図1と相違する。即ち、床面14上に設けたコ
ロ台車3と、このコロ台車3上において防振対象物15
を支持する長周期化手段4と、上記コロ台車3及び床面
14間に設けられ床動時における床動方向と逆方向にコ
ロ台車3を変位させる第1のアクチュエータ7と、防振
対象物15及びコロ台車3間に設けられ、床動時に上記
コロ台車3の床動に対する変位残差分として生じる防振
対象物15のコロ台車3に対する変位に対し、その変位
方向と逆方向に弾発手段9を介して防振対象物を変位さ
せる第2のアクチュエータ8とを設けた構成である。防
振対象物15に対する制振効果は図1の場合と同様であ
り、部屋の床面14からの外乱を完全に遮断し、防振対
象物15が絶対座標空間で静止している状態を作り出す
ことができる。
【0028】図2(b)は、コロ台車3の支持台部3a
上に、積層ゴムから成る長期化手段4により上床16を
支持し、この上床16上に電子顕微鏡や手術台,分析台
等の防振対象物15を載置したものである。この構成に
おいても防振対象物15に対する制振効果は図1の場合
と同様であり、部屋の床面14からの外乱を完全に遮断
し、防振対象物15が絶対座標空間で静止している状態
を作り出すことができる。このような構成にあっては、
防振のみならず防音にも優れた免震床を構築することが
できる。
【0029】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、下記のよ
うな優れた効果が得られる。 1)請求項1〜4の構成によれば、コロ台車とこのコロ
台車を制御する第1のアクチュエータが付加されている
ため、大きな外乱が加わった場合でも先にコロ台車が移
動し、その残差分が構造物若しくは防振対象物に対する
入力となる。このため、従来型の絶対制振方式によって
完全に構造物を絶対座標上で静止させることできる。こ
の場合の第2のアクチュエータによる制御力は非常に小
さくすることができる。 2)請求項2〜4の構成によれば、防振対象物を扱う場
合に有効な免震床が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の制振装置の一実施例を示す構成図であ
る。
【図2】本発明の制振装置の他の実施例を示す構成図で
ある。
【図3】従来の制振装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
1 凹部 2 地盤 3 コロ台車 4 長周期化手段 5 構造物 6 スライディング装置 7 第1のアクチュエータ 8 第2のアクチュエータ 9 弾発手段 10 地震センサ 11 台車センサ 12 振動状態検知センサ 13 演算装置 14 床面 15 防振対象物 16 上床

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地盤上に設けたコロ台車と、このコロ台
    車上において構造物を支持する長周期化手段と、上記コ
    ロ台車及び地盤間に設けられ地震時における地動方向と
    逆方向にコロ台車を変位させる第1のアクチュエータ
    と、構造物及びコロ台車間に設けられ、上記コロ台車の
    地動に対する変位残差分として生じる構造物のコロ台車
    に対する変位に対し、その変位方向と逆方向に弾発手段
    を介して構造物を変位させる第2のアクチュエータとを
    設けたことを特徴とする制振装置。
  2. 【請求項2】 床面上に設けたコロ台車と、このコロ台
    車上において防振対象物を支持する長周期化手段と、上
    記コロ台車及び床面間に設けられ床動時における床動方
    向と逆方向にコロ台車を変位させる第1のアクチュエー
    タと、防振対象物及びコロ台車間に設けられ、上記コロ
    台車の床動に対する変位残差分として生じる防振対象物
    のコロ台車に対する変位に対し、その変位方向と逆方向
    に弾発手段を介して防振対象物を変位させる第2のアク
    チュエータとを設けたことを特徴とする制振装置。
  3. 【請求項3】 上記長周期化手段は上床を介して防振対
    象物を支持することを特徴とする請求項2に記載の制振
    装置。
  4. 【請求項4】 上記床面が建物のスラブであることを特
    徴とする請求項2または3に記載の制振装置。
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