JP3007310U

JP3007310U - 構造物制振用複合型ダンパ

Info

Publication number: JP3007310U
Application number: JP1994009267U
Authority: JP
Inventors: 靖勝倉; 徹中島
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 1995-02-14
Anticipated expiration: 2000-07-29

Abstract

(57)【要約】【目的】通常程度の強風や、中小規模の地震等の小さな
振動外乱に対しても、まれに発生する大型台風や大地震
等の極めて大きな振動外乱に対しても機能できる小型で
低コストの構造物制振用ダンパを提供する。【構成】比較的小さな振動外乱に対して制振機能を有す
る粘性型ダンパ（オイルダンパ）１０と、極めて大きな
振動外乱に対して制振機能を発揮する塑性履歴型ダンパ
２０とを直列に結合した複合型ダンパである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、建築構造物の地震，風力等による振動を抑制するための制振用ダンパに係り、特に建築構造物のブレースの位置に介在させて設置する構造物制振用複合型ダンパに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来の建築構造物用の制振ダンパは、粘性型ダンパと塑性履歴型ダンパとの二種類に大別される。粘性型ダンパは、シリンダとピストン及びオリフィスとから構成されており、吸収した振動のエネルギーを主に粘性流体の温度上昇によって消費させるもので、通常程度の強風や、中小規模の地震等の比較的小さな振動外乱に対しても有効に機能するという利点がある。

【０００３】一方、塑性履歴型ダンパの方は、例えば特殊鋼棒等の金属で構成されており、吸収した振動のエネルギーを金属の塑性履歴によって消費しようとするもので、再来年数１００年程度の大型台風や、大地震の主要動等の極めて大きな振動外乱に対して非常に効果的に機能するという利点がある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、粘性型ダンパを上述のような極めて大きな振動外乱に対しても機能させようとすると、消費する熱エネルギーが過大となるから、高品質の粘性流体が多量に必要とされ、更には変位量（ピストンストローク）が大きくなることから装置もかなり大型にならざるを得ず、全体として非常にコスト高となってしまい実用的ではないという問題点がある。

【０００５】一方、塑性履歴型ダンパは、頻繁に発生する通常程度の強風や、中小規模の地震等の小さな振動外乱に対しては、殆ど機能しないという問題点がある。そこで、頻繁に発生する小さな振動外乱に対しては粘性型ダンパとして機能し、一方、まれに発生する極めて大きな振動外乱に対しては塑性履歴型ダンパとして機能し、かつその切り替えが機械的に行われるような複合型のダンパの開発が強く望まれるに至った。

【０００６】本考案は、このような要望を実現して、上記従来の問題点を解決することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成する本考案は、粘性型ダンパと塑性履歴型ダンパとを直列に結合してなる構造物制振用複合型ダンパである。その粘性型ダンパは、引っ張り側のストロークが圧縮側ストロークより短く且つ一定レベルを越える振動入力で零になるように設定してあることを特徴とするものとすることができる。

【０００８】また、その塑性履歴型ダンパは、中細の円柱形状を有することを特徴とするものとすることができる。更にまた、塑性履歴型ダンパは、粘性型ダンパのシリンダの一部として一体に形成してもよい。

【０００９】

【作用】

本考案の制振用複合型ダンパは、構造物のブレースの途中に介装して設置される。構造物が振動入力で揺れて変形すると、ブレースには引っ張り応力が作用する。そのブレースの引っ張り応力を制振用複合型ダンパで緩和する。通常程度の強風や、中小規模の地震等により頻繁に発生する微小な振動外乱（以下、通常時振動外乱という）に対しては、粘性型ダンパが作動してその振動エネルギーを吸収して減衰させる。一方、再来年数１００年程度の大型台風や、大地震の主要動等のまれに発生する極めて大きな振動外乱（以下、非常時振動外乱という）に対しては塑性履歴型ダンパとして機能し、その大きな振動エネルギーを吸収して減衰させる。

【００１０】しかして、本考案の複合型ダンパは、粘性型ダンパと塑性履歴型ダンパとの単純な組み合わせではない。すなわち、粘性型ダンパの引っ張り側のストロークは、通常時振動外乱の振動エネルギーの範囲程度では零になることはなく、したがって粘性型ダンパが有効に機能する。しかし、非常時振動外乱の極めて大きな振動エネルギーが入力されてくると、粘性型ダンパのピストンストロークが限度を越えてシリンダに干渉してしまう。もはやそれ以上のピストンストロークは不能となり、以後、ピストンとシリンダとが一体的に変位してその変位が直列に接続してある塑性履歴型ダンパの方へ直接的に伝達されことになる。こうして、粘性型ダンパから塑性履歴型ダンパへの切り替えが機械的に行われることになる。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面を参照して説明する。図１は本考案の制振用複合型ダンパの一実施例の構成を模式的に示した側面図（粘性型ダンパは断面図）、図２は塑性履歴型ダンパの斜視図、図３は構造物の架構のブレースへの設置例の図である。

【００１２】この制振用複合ダンパ１は、粘性型ダンパ１０と塑性履歴型ダンパ２０とを直列に結合して構成されている。粘性型ダンパ１０は、基本的にシリンダ１１と、ピストン１２と、このピストン１２に設けたオリフィス１３と、オイル１４から構成されるいわゆるオイルダンパである。オリフィス１３は、シリンダ１１の断面積より小さな断面積を有してピストン１２を貫通する通路で、その通路長が断面寸法に比べて比較的短い絞りである。

【００１３】ピストンロッド１２ａの先端には、構造物の架構２のブレース３に接続するための接続具（不図示）が取り付けられている。一方、シリンダヘッド側の端部には、塑性履歴型ダンパ２０が螺着される雌ねじ１５が形成されている。使用時のピストンストローク長については、引張り側であるロッド側のストローク長Ｌ_Rの方が圧縮側であるヘッド側ストローク長Ｌ_Hより短くなるように設定して使用される。これは、圧縮変形に対して粘性型ダンパ１０のストロークを十分に確保し、これによって塑性履歴型ダンパ２０の座屈を防止し、繰り返し荷重に対しても制振用複合ダンパ１が十分対応できるようにするためである。

【００１４】また、そのロッド側のストローク長Ｌ_Rは、振動外乱の入力が一定レベル（通常時振動外乱のレベルを越え非常時振動外乱未満のレベル）を越えると零になり、ピストン１２がロッドカバー１６に衝突するように設定してある。これは、上記一定レベルの入力を境にして粘性型ダンパ１０から塑性履歴型ダンパ２０への切り替えを機械的に行うためである。

【００１５】塑性履歴型ダンパ２０は、図２に示すように、胴部２１が中細に絞られた円柱形状を有する金属棒で、その両端に取り付け用の雄ねじ２２を備えている。これら両雄ねじ２２は一方が右ねじで他方が左ねじとされて取り付け易くしてある。金属の材質は、一般鋼材に比べて降伏点が低く靱性に富む例えば鉛や極低降伏点鋼等の金属を使用している。胴部２１が中細に絞られているのは、中央の断面積を意図的に小さくすることによってその部位に損傷を集中させるためである。これにより、作動時の本制振用複合ダンパ１の損傷は履歴型ダンパ２０の方に集中するから、非常時振動外乱を受けた後の補修は、履歴型ダンパを取り替えるだけで済み、メインテナンスの点で有利である。

【００１６】このように構成された制振用複合ダンパ１は、例えば図３に示したように、構造物の架構２におけるＸ型ブレース３のそれぞれに介装して設置される。次ぎにこのように設置した上記制振用複合ダンパ１の作用を述べる。図３のように制振用複合ダンパ１を設置した架構２は、いま、横方向からの外力Ｐを受けると図４に破線で示すように変形する。すると、ブレース３が引っ張られて、その引張り応力が制振用複合ダンパ１に作用する。これによりピストンロッド１２ａが引っ張られてシリンダ１１内のロッド側の室１１_Rのオイルが加圧され、オリフィス１３の両側のオイルに圧力差が生じる。これによりロッド側の室１１_Rのオイルはオリフィス１３を通過してヘッド側の室１１_Hへ移動しはじめ、ピストン１２が伸び方向にストロークする。ピストン１２がロッドカバー１６に衝突する前に外力Ｐの方向が反対に変わり、架構２の上記変形が回復しはじめるとブレース３が縮み、ピストン１２が逆方向にストロークして、シリンダ１１内のオイルはオリフィス１３を通りヘッド側の室１１_Hからロッド側の室１１_Rの方へ移動しはじめる。架構２の変形が回復した後も反対方向の外力Ｐ’が加えられると反対方向に変形がはじまり、制振用複合ダンパ１の粘性型ダンパ１０は上記同様の動作を繰り返す。

【００１７】図５はこの粘性型ダンパ１０の復元力特性を表したものである。すなわち、架構２に対し外力Ｐ，Ｐ’が繰り返し負荷される正弦波加振の場合、粘性型ダンパ１０の抵抗力−変位曲線は、図５に示すような楕円のループを描く。そのときの振動数を一定とすれば、ダンパの変位Ｘの増大に比例してダンパの抵抗力Ｐ_Dも増加する（抵抗力は変位速度に比例する）。楕円ループの面積は変位の振幅の二乗に比例して増加する。

【００１８】その粘性型ダンパ１０の抵抗力Ｐ_Dに基づく振動エネルギー消費（楕円ループの面積）で架構２ひいては構造物の振動が吸収緩和される。かくして、通常の風や中小地震等による通常時振動外乱のレベルであれば、粘性型ダンパ１０の制振作用で振動が抑制できる。しかし、大型台風や大地震等により、非常時振動外乱のレベルの加振力が制振用複合ダンパ１に加わると、粘性型ダンパ１０のエネルギー消費能力を越えてしまう。その場合の制振用複合ダンパ１の作動特性を図６に示す。すなわち、粘性型ダンパ１０のピストンストロークδは加振入力Ｐに比例して増大し、入力がＰ ₁ に達したとき（ピストンストロークδ₁＝引っ張り側の最大ストローク長Ｌ_R ）になってピストン１２がロッドカバー１６に衝突し、機械的にストロークを停止する（図６のＡの範囲）。以後は、塑性履歴型ダンパ２０の作動に切り替わり、加振入力Ｐに比例して中細に絞られた胴部２１の伸びδが増大していくようになる（図６のＢの範囲）。

【００１９】図７は塑性履歴型ダンパ２０の復元力特性を表したもので、極めて大きな振動外力が繰り返し負荷された場合、塑性履歴型ダンパ２０の抵抗力−変位曲線は、図に示すような方形のループを描く。すなわち、ダンパの抵抗力Ｐは変位速度と無関係であり、ループの面積は変位の振幅と同じ割合で増加する。塑性履歴型ダンパ２０は、吸収したエネルギーを金属の塑性履歴によって消費することにより、架構２の振動ひいては構造物の振動を制振する。かくして、非常時振動外乱のレベルの正弦波振動入力に対しては、塑性履歴型ダンパ２０の復元力特性は図８で示されるものとなる。振動開始で抵抗力Ｐが比較的低いうちは粘性型ダンパ１０が原点位置から楕円ループに沿って変位し、その限界ストロークＸ_eに達すると塑性履歴型ダンパ２０の方へ機械的に移行して予め設定された所定抵抗力Ｐ₀ まで無変位のまま急増し、以後塑性変形に移行する。振動方向が変わると抵抗力Ｐ値が急減して零になり粘性型ダンパ１０の変位に移行して、復元方向ストロークが始まって楕円ループに沿い圧縮方向へストロークＸ_eする。更に、反対方向への振動に移り、同様の推移で塑性履歴型ダンパ２０の変形量Ｘ₀の方形ループを経由して原位置へ復帰するサイクル作動が正弦波振動入力に応じて繰り返される。

【００２０】上記図８に示した制振用複合ダンパ１の作動サイクルにおいて、粘性型ダンパ１０の楕円ループで囲まれた斜線部面積と、塑性履歴型ダンパ２０の方形ループで囲まれた斜線部面積との総和が、本考案の制振用複合ダンパ１の振動エネルギー消費量になる。上記実施例の制振用複合ダンパ１によれば、通常時振動外乱のレベルの振動入力に対しては粘性型ダンパ１０として機能し、まれに発生する非常時振動外乱のレベルの振動入力に対しては塑性履歴型ダンパ２０として機能するので、通常の使用時の快適性と、非常時の安全性とを共に満足させ得るものである。また、粘性型ダンパ１０と塑性履歴型ダンパ２０との単純な組み合わせではなく、変形量をトリガとして通常時外乱の粘性型ダンパ１０からから非常時外乱の塑性履歴型ダンパ２０への切り替えが機械的に行うことができる複合ダンパとしたため、それぞれの外乱時の使用状態において最も有効なダンパとして機能できる。

【００２１】図９には他の実施例を示す。この実施例の制振用複合ダンパ１Ａは、粘性型ダンパ１０のシリンダ１１の一部に塑性履歴型ダンパ２０Ａを一体的に組み込んだものである。その組み付け方としては、図９のようにシリンダ１１の一部の外径を部分的に小さくして組み付けるものでもよく、また図示しないが、シリンダ１１の一部に降伏点が低く靱性に富む金属からなる短尺のシリンダをフランジ取付けや溶接等の手段で一体に組み付けるものでもよい。

【００２２】

【考案の効果】

以上説明したように、この考案の制振用複合ダンパにあっては、粘性型ダンパと塑性履歴型ダンパとを直列に結合したものとしたため、通常時振動外乱に対しては、粘性型ダンパが作動してその振動エネルギーを吸収して減衰させることができると共に、非常時振動外乱に対しては塑性履歴型ダンパとして機能してその大きな振動エネルギーを吸収して減衰させることが可能になり、小型低コストの装置で通常使用時の快適性と非常使用時の安全性を共に満たすことができるという効果を奏する。

【００２３】また、請求項２の考案によれば、粘性型ダンパの引っ張り側のストロークを圧縮側ストロークより短く且つ一定レベルを越える振動入力で零になるように設定したため、その粘性型ダンパの変形量をトリガとして粘性型ダンパから塑性履歴型ダンパへの切り替えを機械的に行うことが可能になり、非常時に電源なしで自動的に確実に作動し、信頼性が向上するという効果が得られる。

【００２４】また、請求項３の考案によれば、塑性履歴型ダンパは中細の円柱形状を有するものとしたため、非常時振動外乱に対して損傷が塑性履歴型ダンパに集中させることができて、非常時振動を受けた後の補修は塑性履歴型ダンパの交換だけで済みメインタナンスが容易にできるという効果が得られる。また、請求項４の考案によれば、塑性履歴型ダンパを粘性型ダンパのシリンダの一部として一体に形成するものとしたため、構造が一層簡単で小型化できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の構成を模式的に示した側面
図（一部は断面図）である。

【図２】図１の構成部分である塑性履歴型ダンパの斜視
図である。

【図３】図１の複合型ダンパを構造物架構へ設置した図
である。

【図４】図３に示したものの作動を説明する図である。

【図５】粘性型ダンパの変位−抵抗力特性図である。

【図６】図１に示した複合型ダンパの作動特性図であ
る。

【図７】塑性履歴型ダンパの変位−抵抗力特性図であ
る。

【図８】図１に示した複合型ダンパの定常振動時（正弦
波）の復元力特性図である。

【図９】本考案の他の実施例の構成を模式的に示した断
面図である。

【符号の説明】

１（構造物制振用）複合型ダンパ１０粘性型ダンパ１１シリンダ２０塑性履歴型ダンパ

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】粘性型ダンパと塑性履歴型ダンパとを直
列に結合してなる構造物制振用複合型ダンパ。
【請求項２】前記粘性型ダンパは、引っ張り側のスト
ロークが圧縮側ストロークより短く且つ一定レベルを越
える振動入力で零になるように設定してあることを特徴
とする請求項１記載の構造物制振用複合型ダンパ。
【請求項３】前記塑性履歴型ダンパは、中細の円柱形
状を有することを特徴とする請求項１記載の構造物制振
用複合型ダンパ。
【請求項４】前記塑性履歴型ダンパは、前記粘性型ダ
ンパのシリンダの一部として一体に形成してあることを
特徴とする請求項１記載の構造物制振用複合型ダンパ。