JP2991610B2 - 構造物の制振装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、橋梁主塔やビ
ル、タワー等の構造物の風圧や地震などによる水平方向
の振動を減衰させる制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、図６に示すように、斜張橋を架
設する場合には、所定間隔をおいて橋梁主塔１を立設し
た後、該橋梁主塔１から橋桁２を水平方向に漸次延設す
ると共に、該橋桁２と橋梁主塔１との間にケーブル３を
張設して、その橋桁２の水平状態を保持し、最終的に
は、隣接する橋梁主塔１，１間で橋桁２，２どうしを互
いに一体連結することが行われるが、その架設作業中
に、橋桁２がその上を移動する作業機械や風圧などによ
って振動されやすく、その振動状態を放置しておくと、
共振現象を起こす虞れがあり、非常に危険であるため、
橋梁主塔１に制振装置４が配置され、また、図７に示す
ような高層ビル５やタワー等の構造物にも同様の理由で
制振装置４が配置されている。

【０００３】従来、上記制振装置４として、図８に示す
ように、振り子式のものがある。これは、機枠６の上桁
６ａに枢支軸７を介して振り子８が枢支され、該振り子
８の振り子棒８ａと機枠６の縦桁６ｂ，６ｂとにそれぞ
れ長手方向所定間隔をおいて形成した係合孔１４間にば
ね９とダンパー１０とが上下方向位置変更可能に配設さ
れ、振り子本体８ｂの下端縁に形成した歯部１１に噛合
する歯車１２を回転駆動するクラッチ付駆動モーター１
３が機枠６の下桁６ｃ上に設けられたものである。

【０００４】上記構成において、制振装置４が設置され
る橋梁主塔１や高層ビル５等の構造物の固有振動数を設
計段階での計算または現場での加速度計や歪みゲージな
どの振動計測装置による実測によって割り出し、その割
り出した設定値または測定値に基づいて、ばね９及びダ
ンパー１０の位置を上下方向に適宜変更して、振り子８
の固有振動数を構造物の固有振動数に一致させる。

【０００５】この状態で、制振装置４をアクティブ型と
して使用する場合には、ダンパー１０を非作動状態に
し、構造物の振動に応じて駆動モータ１３を駆動する。
これによって、構造物が振動することにより振り子８が
該構造物と同一振動数で振動され、その振り子８の振動
がばね９の伸縮作用により持続されると共に、駆動モー
タ１３の駆動力により構造物の振動と位相がずらされ
て、その構造物の振動が減衰される。

【０００６】駆動モーター１３の故障などにより、制振
装置４をパッシブ型として使用する場合には、駆動モー
ター１３のクラッチを切り、ダンパー１０を作動状態に
する。これによって、構造物が振動することにより振り
子８が該構造物と同一振動数で振動され、その振り子８
の振動がばね９の伸縮作用により持続されると共に、ダ
ンパー１０の減衰作用により構造物の振動と位相がずら
されて、その構造物の振動が減衰される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の振り子式制
振装置４では、ばね９及びダンパー１０の位置を上下方
向に変更するだけで、振り子８の固有振動数を変更する
ことができ、また、アクティブ型として使用する場合、
ばね９の伸縮作用を利用できるため、駆動モーター１３
の消費エネルギーが極めて小さくなるという利点がある
が、振り子８の振動数が該振り子８の長さにより制限さ
れ、振り子８単独の固有振動数よりも低い振動数には設
定できない。

【０００８】そこで、駆動モーター１３により振り子８
を強制的に振動させることが考えられるが、これでは、
該駆動モーター１３の消費エネルギーが極めて大きくな
り、ランニングコストが高くなる。また、振り子８の長
さを長くすることも考えられるが、これでは、制振装置
４が大型化し、広い設置スペースが必要であって、製作
費が高くなる。

【０００９】本発明は、上記問題点に鑑み、構造物の振
動を高振動数から低振動数まで広範囲にわたって確実に
減衰させることができる制振装置を提供することを目的
としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の本発明は、構造物に取り付けられる機
枠にガイドレールを介して重錘が水平移動自在に配設さ
れ、上端部が前記機枠に枢支軸を介して枢支されると共
に、その下端部が上記重錘に連結されて該重錘の水平移
動に連動して前記枢支軸を中心に揺動される揺動レバー
が設けられ、該揺動レバーと機枠との間にばねとダンパ
ーとが上下方向位置変更可能に配設され、前記重錘を水
平移動させるためのクラッチ付き駆動装置が設けられて
いることを特徴としている。また、請求項２記載の発明
は、上記構成において、揺動レバーの下端部と重錘との
連結部は、揺動レバーの下端部に長手方向に形成された
長溝に、重錘に配設されたローラが係合されて連結され
たものである。 さらに、請求項３記載の発明は、上記構
成のクラッチ付き駆動装置は、重錘にガイドレールに沿
って設けられたラックと、このラックに噛合されるピニ
オンと、このピニオンを駆動するクラッチ付き駆動モー
ターとで構成されたものである。

【００１１】さらにまた請求項４記載の発明は、上記構
成に加えて、ガイドレール上にリニアガイドを介して重
錘が配設されるとともに、このリニアガイドが重錘の移
動方向端部より後退して配置され、受圧端が前記リニア
ガイドに対向する緩衝器が機枠に、重錘の移動限内に突
出して設けられているものである。

【００１２】

【作用】上記構成に基づいて制振原理を説明すると、制
振装置が設置される橋梁主塔や高層ビル等の構造物の固
有振動数を設計段階での計算または現場での加速度計や
歪みゲージなどの振動計測装置による実測によって割り
出し、その割り出した設定値または測定値に基づいて、
ダンパー及びばねの位置を上下方向に適宜変更して、重
錘の固有振動数を構造物の固有振動数に一致させる。

【００１３】この状態で、制振装置をアクティブ型とし
て使用する場合には、ダンパーを非作動状態にすると同
時に、クラッチを入れ、構造物の振動に応じて駆動装置
を駆動する。これによって、構造物が振動することによ
り重錘が該構造物と同一振動数で振動され、その重錘の
振動がばねの伸縮作用により持続されると共に、駆動装
置の駆動力により構造物の振動と位相がずらされて、そ
の構造物の振動が減衰される。

【００１４】この場合、ばね及びダンパーの位置を上下
方向に変更するだけで、重錘の固有振動数を変更するこ
とができ、また、アクティブ型として使用する場合、ば
ねの伸縮作用を利用できるため、駆動装置の消費エネル
ギーを極めて小さくできると共に、揺動レバーと重錘と
がその揺動及び水平移動を制限されない縁切り状態で連
結されているため、重錘の固有振動数を揺動レバーの長
さに関係なく広範囲にわたって容易に変更することでき
るものであって、振り子式制振装置の利点を有し、その
欠点を解消するものである。

【００１５】また、重錘の振動数が構造物の振動数と一
致しない場合には、駆動装置により重錘を強制的に水平
移動させて、その重錘の振動数を構造物の振動数と位相
をずらして一致させることにより、その構造物の振動を
減衰させることができる。

【００１６】駆動装置の故障などにより、制振装置をパ
ッシブ型として使用する場合には、クラッチを切ると同
時に、ダンパーを作動状態にする。これによって、構造
物が振動することにより重錘が該構造物と同一振動数で
振動され、その重錘の振動がばねの伸縮作用により持続
されると共に、ダンパーの減衰作用により構造物の振動
と位相がずらされて、その構造物の振動が減衰される。

【００１７】また、このような制振装置では、構造物の
振動が大きくなったり、停電等による電器系統の故障ま
たは異常により、重錘の変位が振動限を越えることがあ
り、この時に重錘と機枠との衝突を防止するために、重
錘を緩衝器の受圧端に当接させて緩衝するものがある。
本発明は、前記従来構成に比べて、この緩衝器の大部分
を重錘の振動限の内側に配設することができ、緩衝器の
スペース分、重錘振動方向の機枠のスパン長を小さくす
ることができ小型化が図れる。また従来構成では、衝突
時に機枠の構造物への取付け部から上方に離れた重錘対
向位置で緩衝することから、大きいモーメントが構造物
への取付け部に作用するのに比べて、本発明では衝突時
の重錘の衝撃を、構造物への取付け部に接近した重錘の
下部で受けるため、構造物への取付け部に作用するモー
メントを大幅に低減することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図３に基づい
て説明する。図１及び図２は本発明の一実施例である制
振装置４を示し、これは、図６に示す橋梁主塔１や図７
に示す高層ビル５等の構造物に取り付けられる機枠１６
に水平移動自在に配設された重錘１７と、機枠１６に揺
動自在に枢支された揺動レバー１８と、該揺動レバー１
８と機枠１６との間に配設されたダンパー１９及びばね
装置２０と、重錘１７を水平移動させるための電磁クラ
ッチ２１ａ付き駆動モーター（駆動装置）２１とを備え
ている。

【００１９】重錘１７は、機枠１６の下桁１６ａ上に配
設した一対のガイドレール２２にリニアベアリングなど
を介して水平移動自在に配設され、その下面に固着した
ラック２３には駆動モーター２１により正逆回転される
ピニオン２４が噛合されており、クラッチ２１ａを入れ
て駆動モーター２１を駆動することにより、この制振装
置４をアクティブ型として使用でき、クラッチ２１ａを
切って重錘１７をフリーに水平移動可能とすることによ
り、この制振装置４をパッシブ型として使用できる。

【００２０】揺動レバー１８は、機枠１６の上桁１６ｂ
に架設された枢支軸２６に上端部が枢支され、その二股
状下端部に形成した長溝２７が重錘１７の側面に配設し
たローラ２８に係合する一対のレバー本体１８ａと、該
両レバー本体１８ａ間に配設しいた連結枠１８ｂとから
なり、重錘１７の水平移動に連動して枢支軸２６を中心
に揺動される。

【００２１】ダンパー１９は、図３に示すように、シリ
ンダー１９ａと、該シリンダー１９ａ内に摺動自在に配
設されたピストン１９ｂとからなり、制振装置４をパッ
シブ型として使用する場合に、その減衰作用により重錘
１７の振動を構造物の振動と位相をずらすものであり、
制振装置４をアクティブ型として使用する場合には、制
御器３０からの制御信号により、電磁クラッチ２１ａを
入れると同時に、電磁切換弁３１を作動させて、シリン
ダー１９ａ内のピストン１９ｂで仕切られた前後２室２
９ａ，２９ｂを油路２９ｃを介して連通させ、該ダンパ
ー１９を非作動状態にする。

【００２２】ばね装置２０は、図１に示すように、シリ
ンダー３２と、該シリンダー３２内に摺動自在に配設さ
れたピストン３３と、該ピストン３３とシリンダー３２
の前後両端板部との間に配設された一対のばね３４とか
らなり、該ばね３４の伸縮作用により、重錘１７の振動
を持続させるものである。

【００２３】図１及び図２に示すように、揺動レバー１
８の連結枠１８ｂ及びそれに対向する機枠１６の縦桁に
設けた側板１６ｃとに、それぞれ上下方向に沿って所定
間隔をおいて多数の貫通孔３５を貫設してあり、ダンパ
ー１９及びばね装置２０のピストンロッド１９ｃ，３３
ａ及びシリンダーロッド１９ｄ，３２ａにそれぞれ回動
自在に連結したブラケット３６，３７を適当な貫通孔３
５にボルト・ナット３８，３９止めすることにより、上
記ダンパー１９及びばね装置２０の位置を上下方向に変
更可能とし、これによって、重錘１７の固有振動数を構
造物の固有振動数に一致させることができるようになっ
ている。なお、図１中、４０は重錘１７の前後面に対向
して機枠１６に固定された安全ストッパーである。

【００２４】上記構成に基づいて制振原理を説明する
と、制振装置４が設置される橋梁主塔１や高層ビル５等
の構造物の固有振動数を設計段階での計算または現場で
の加速度計や歪みゲージなどの振動計測装置による実測
によって割り出し、その割り出した設定値または測定値
に基づいて、ダンパー１９及びばね装置２０の位置を上
下方向に適宜変更して、重錘１７の固有振動数を構造物
の固有振動数に一致させる。

【００２５】この状態で、制振装置４をアクティブ型と
して使用する場合には、制御器３０の制御信号によりダ
ンパー１９を非作動状態にすると同時に、クラッチ２１
ａを入れ、構造物の振動に応じて駆動モーター２１を駆
動する。これによって、構造物が振動することにより重
錘１７が該構造物と同一振動数で振動され、その重錘１
７の振動がばね３４の伸縮作用により持続されると共
に、駆動モーター２１の駆動力により構造物の振動と位
相がずらされて、その構造物の振動が減衰される。

【００２６】この場合、ばね３４及びダンパー１９の位
置を上下方向に変更するだけで、重錘１７の固有振動数
を変更することができ、また、アクティブ型として使用
する場合、ばね３４の伸縮作用を利用できるため、駆動
モーター２１の消費エネルギーを極めて小さくできると
共に、揺動レバー１８と重錘１７とがその揺動及び水平
移動を制限されない縁切り状態で連結されているため、
重錘１７の固有振動数を揺動レバー１８の長さに関係な
く広範囲にわたって容易に変更することできるものであ
って、振り子式制振装置の利点を有し、その欠点を解消
するものである。

【００２７】また、重錘１７の振動数が構造物の振動数
と一致しない場合には、駆動モーター２１により重錘１
７を強制的に水平移動させて、その重錘１７の振動数を
構造物の振動数と位相をずらして一致させることによ
り、その構造物の振動を減衰させることができる。

【００２８】駆動モーター２１の故障などにより、制振
装置４をパッシブ型として使用する場合には、制御器３
０の制御信号によりクラッチ２１ａを切ると同時に、ダ
ンパー１９を図３に示す作動状態にする。これによっ
て、構造物が振動することにより重錘１７が該構造物と
同一振動数で振動され、その重錘１７の振動がばね３４
の伸縮作用により持続されると共に、ダンパー１９の減
衰作用により構造物の振動と位相がずらされて、その構
造物の振動が減衰される。

【００２９】次に他の実施例を図４および図５に基づい
て説明する。なお、先の実施例と同一の部材は同一符号
を付し、説明は省略する。この実施例は、構造物の振動
が大きくなったり、停電等による電器系統の故障または
異常により、重錘１７の変位が移動限を越えることがあ
り、この時に機枠１６との衝突を防止するために、重錘
に対向する機枠１６に安全ストッパー４０を設けたのに
対して、この安全ストッパー４０に代わるショックアブ
ソーバ（緩衝器）５１を重錘１７の下部に設けたもので
ある。

【００３０】すなわち重錘１７は、機枠１６の下桁１６
ａ上に配設した一対のガイドレール５２に、たとえば前
後一対４個のスライドガイド（リニアベアリング）５３
を介して水平移動自在に配設されている。そして、機枠
１６の側部下桁１６ｄ，１６ｅには、受圧端５１ａがス
ライドガイド５３に対向するショックアブソーバ５１が
それぞれ設けられ、仮想線で示す重錘１７の移動限を越
えた時に、スライドガイド５３がショックアブソーバ５
１の受圧端５１ａに衝突して緩衝し、機枠に加わる衝撃
を効果的に減衰させるように構成されている。

【００３１】上記実施例によれば、これらショックアブ
ソーバ５１は、大部分が重錘１７の最大振動ストローク
Ｌ内に配置されるため、重錘１７の振動方向に沿う機枠
１６の幅Ｗを小さくすることができる。また、機枠１６
の下部で衝撃を吸収することができるので、機枠１６の
橋梁主塔１や高層ビル５等の構造物への取付け部に負荷
される衝突時のモーメントを大幅に低減することができ
る。

【００３２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、ばね及び
ダンパーの位置を上下方向に変更するだけで、ガイドレ
ールに沿って直線運動する重錘の固有振動数を変更する
ことができ、また、アクティブ型として使用する場合、
ばねの伸縮作用を利用できるため、駆動装置の消費エネ
ルギーを極めて小さくできると共に、揺動レバーと重錘
とがその揺動及び水平移動を制限されない縁切り状態で
連結されているため、重錘の固有振動数を揺動レバーの
長さに関係なく広範囲にわたって容易に変更することで
きるものであって、振り子式制振装置の利点を有し、そ
の欠点を解消するものである。従って、構造物の振動を
高振動数から低振動数まで広範囲にわたって確実に減衰
させることができる。

【００３３】また、請求項４記載の発明によれば、重錘
の過振動時に重錘を緩衝器の受圧端に当接させて緩衝す
る従来構成に比べて、本発明ではこの緩衝器を重錘の振
動限の内側に配設できることから、緩衝器のスペース
分、重錘振動方向の機枠のスパン長を小さくすることが
でき、小型化が図れる。また従来構成では、衝突時に機
枠の構造物への取付け部から上方に離れた重錘取付位置
で緩衝することから、大きいモーメントが構造物への取
付け部に作用するのに比べて、本発明では衝突時の重錘
の衝撃を、構造物への取付け部に接近した重錘の下部で
受けるため、構造物への取付け部に作用するモーメント
を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である制振装置の縦断面図で
ある。

【図２】同横断面図である。

【図３】同要部の制御回路図である。

【図４】他の実施例を示す制振装置の縦断面図である。

【図５】同横断面図である。

【図６】同制振装置の設置状態の一例を示す概略図であ
る。

【図７】同制振装置の設置状態の他の例を示す概略図で
ある。

【図８】従来例を示す正面図である。

【符号の説明】 １６ 機枠 １７ 重錘 １８ 揺動レバー １９ ダンパー ２１ 駆動モーター ２１ａ クラッチ ２６ 枢支軸 ２７ 長溝 ２８ ローラ ３４ ばね ５１ ショックアブソーバ（緩衝器） ５１ａ 受圧端 ５２ ガイドレール ５３ スライドガイド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩井 富成 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 田中 洋 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28 号 日立造船株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−157235（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16F 15/02 E01D 1/00 E04H 9/02 341

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構造物に取り付けられる機枠にガイドレー
   ルを介して重錘が水平移動自在に配設され、 上端部が前記機枠に枢支軸を介して枢支されると共に、
   その下端部が上記重錘に連結されて該重錘の水平移動に
   連動して前記枢支軸を中心に揺動される揺動レバーが設
   けられ、 該揺動レバーと機枠との間にばねとダンパーとが上下方
   向位置変更可能に配設され、 前記重錘を水平移動させるためのクラッチ付き駆動装置
   が設けられていることを特徴とする構造物の制振装置。
2. 【請求項２】揺動レバーの下端部と重錘との連結部は、
   揺動レバーの下端部に長手方向に形成された長溝に、重
   錘に配設されたローラが係合された ことを特徴とする請
   求項１記載の構造物の制振装置。
3. 【請求項３】 クラッチ付き駆動装置は、 重錘にガイドレールに沿って設けられたラックと、 このラックに噛合されるピニオンと、 このピニオンを駆動するクラッチ付き駆動モーターとで
   構成された ことを特徴とする請求項１または２記載の構
   造物の制振装置。
4. 【請求項４】ガイドレール上にリニアガイドを介して重
   錘が配設されるとともに、このリニアガイドが重錘の移動方向端部より後退して配
   置され、 受圧端が前記リニアガイドに対向する緩衝器が機枠に、
   重錘の移動限内に突出して設けられていることを特徴と
   する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の構造物の制
   振装置。