JP3106618U - 構造物振動可視化実験装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 構造物振動可視化実験装置100は、載置台1と、構造物の模型2と、重り3と、筋交い4と、水槽5と、ボール6と、コロ7と、積層ゴム8と、バネ9などから構成されている。構造物の模型2は、それぞれ高さの異なる複数の模型で構成されている。手動で取手19を揺らすことで、共振現象を発生させ、高さ及び質量が固有周期に与える影響を調べることができる。また、筋交い4と、水槽5と、ボール6と、コロ7と、積層ゴム8と、バネ9を取り付けて対比実験を行うことにより、耐震・制振・免震などの振動抵抗技術の効果を視覚的に認識することができる。
【選択図】 図1
Description
図1は本考案の一実施形態が採用された構造物振動可視化実験装置の概略図であり、図2は載置台の斜視図、図3は実験装置の分解図である。本実験装置100は、載置台1と、構造物の模型2と、重り3と、筋交い4と、水槽5と、ボール6と、コロ7と、積層ゴム8と、バネ9などから構成されている。ここで、載置台1は、300mm×500mmの長方形のアルミ製の板であり、載置台1の上部には模型を取り付けるための磁石が取り付けられた鉄板11〜16が設けられている。また、載置台1の上部には、取手18,19が取り付けられ、載置台1の下部には一組のキャスター17が取り付けられ、手動で載置台に振動を与え易くしている。
1)共振実験
a.固有周期
固有周期とは、振り子が一往復するのに要する時間をさし、構造物の固有周期は高さに比例して長くなることは知られている。この実験では、構造物の高さと固有周期との関係を視覚的に確認することができる。まず、片手で載置台1を固定させ、もう一方の片手で模型21〜25を同じ方向、かつ同じ間隔で軽く押す。その結果、模型25は最も長い周期で振動するが、模型24は模型25よりは短い周期で振動する。模型23は模型24よりは短い周期で振動するが、模型22よりは長い周期で振動する。模型22は模型23よりは短い周期で振動するが、模型21よりは長い周期で振動する。模型21は最も短い周期で振動する。すなわち、本実験により、模型の高さが高いほど固有周期が長いことを視覚的に確認することができる。
図4(a)に示すように、模型21,22,23(a)、24,25をそれぞれ載置台1上の鉄板11〜15上に一列に載置させる。この列の右側に対比実験用の模型23(b)を載置台1上の鉄板16上に配置させる。外部から載置台1に与える振動を実現させるため、載置台1上の取手19を手動で揺らすことにする。図4(b)に示すように、取手19を遅いスピードで揺らし、載置台に振動周期の長い揺れを与えると、模型25には大きな揺れが発生して共振現象が観測されるが、一列に並んでいる模型24〜21には共振現象が観測されない。対比実験用の模型23(b)にも共振現象は観測されない。すなわち、固有周期の長い模型25に、外部から振動周期の長い振動が与えられると共振現象が発生するが、固有周期の短い模型には共振現象が発生しない。次に取手19を揺らすスピードを上げ、構造物の模型に与える振動周期を短くさせる。すると、模型24に大きな揺れが発生し、共振現象が観測されるが、模型25及び模型23〜21には共振現象が観測されない。対比実験用の模型23(b)にも共振現象は観測されない。次に取手19を揺らすスピードをさらに上げ、構造物の模型に与える振動周期を短くさせる。すると、模型23(a)および対比実験用の模型23(b)に大きな揺れが発生し、共振現象が観測されるが、模型25、模型24、模型22及び模型21には共振現象が観測されない。ここでは、同じ構造で同じ高さの模型23(a)及び23(b)には同時に共振現象が発生することがわかる。取手19を揺らすスピードをさらに上げ、構造物の模型に与える振動周期を短くさせると、次第に模型22,21に大きな揺れが発生する。すなわち、固有周期の短い模型21に、外部から振動周期の短い振動が与えられると、共振現象が発生する。
構造物の固有周期は質量に比例して長くなることが知られている。図5は、構造物の模型の質量を変化させた場合、模型の固有周期の変化とそれに伴う共振現象を視覚的に確認するための実験を表すものである。ここでは、対比実験用の模型23(b)の上に、重さ10gの重り3を1個取り付け、模型21の上に重さ10gの重り3を2個取り付けている。
剛性が高い構造物は耐震性に優れていることは知られている。図6は、模型の剛性を高めた場合の耐震効果を視覚的に確認するための実験を表すものである。図6(a)では、対比実験用模型23(b)に剛性を高めるための筋交い4を取り付けている。筋交い4の材料はストローを採用し、対比実験用模型23(b)がトラス構造になるように、四角形フレームの対角線上に筋交いを取り付けている。
図7及び図8は、外部からの振動エネルギーを吸収できる制振手段を有した場合の制振効果を視覚的に確認するための制振実験1,2を表すものである。図7では、対比実験用模型23(b)の上部に液体を充填させた水槽5を磁石で取り付けており、図8では、対比実験用模型23(b)にボール6をクリップで揺動可能に取り付けている。
図9、図10及び図11は、外部からの振動を構造物に伝えない免震手段を有した場合の免震効果を視覚的に確認するための免震実験1,2,3を表すものである。図9では、対比実験用模型23(b)の下部にコロ7を取り付けている。図10では、対比実験用模型23(b)の下部に積層ゴム8を取り付けている。図11では、対比実験用模型23(b)の下部にバネ9を取り付けている。
2 構造物の模型
3 重り
4 筋交い
5 水槽
6 ボール
7 コロ
8 積層ゴム
9 バネ
17 キャスター
19 取手
21 1階建物の模型
22 2階建物の模型
23(a),23(b) 3階建物の模型
24 4階建物の模型
25 5階建物の模型
100 実験装置
Claims (16)
- 外部から振動が与えられた際の、構造物に発生する振動と振動抵抗対策の効果を視覚的に表す実験装置であって、
高さが異なる複数の構造物の模型と、
前記複数の構造物の模型を並列にかつ着脱可能に載置する載置台と、
前記載置台に取り付けられ、前記構造物模型に振動を与えるための加振構造と、
を備えた構造物振動可視化実験装置。 - 前記構造物の模型は、弾性材からなる同じ高さのフレームを複数個重ねて高さの異なる模型に変更できる組立機構を備えた、請求項1に記載の構造物振動可視化実験装置。
- 前記組立機構は、前記構造物の模型の積層方向のフレームに取り付けられた永久磁石である、請求項1または2に記載の構造物振動可視化実験装置。
- 前記載置台の前記構造物の模型との取り付け部分には、永久磁石が取り付けられている、請求項1から3のいずれかに記載の構造物振動可視化実験装置。
- 前記構造物の模型の質量を変化させ、模型の固有周期を変化させる手段をさらに備えた、請求項1から4のいずれかに記載の構造物振動可視化実験装置置。
- 前記構造物の模型の剛性を変化させ、模型の耐震性を変化させる耐震手段をさらに備えた、請求項1から5のいずれかに記載の構造物振動可視化実験装置。
- 前記加振構造から与えられる振動エネルギーを吸収できる制振手段をさらに備えた、請求項1から6のいずれかに記載の構造物振動可視化実験装置。
- 前記加振構造による振動を前記構造物の模型に伝えないための免震手段をさらに備えた、請求項1から7のいずれかに記載の構造物振動可視化実験装置。
- 前記構造物の模型の固有周期を変化させる手段は、前記模型に着脱可能に取り付けられる重りである、請求項5に記載の構造物振動可視化実験装置。
- 前記耐震手段は、前記模型のフレームに着脱可能に取り付けられる筋交いである、請求項6に記載の構造物振動可視化実験装置。
- 前記制振手段は、前記模型の上部に着脱可能に取り付けられる液体が充填された水槽である、請求項7に記載の構造物振動可視化実験装置。
- 前記制振手段は、前記模型の上部に揺動可能に取り付けられるボールである、請求項7に記載の構造物振動可視化実験装置。
- 前記免震手段は、前記模型の下部と前記載置台との間に着脱可能に取り付けられる弾性部材である、請求項9に記載の構造物振動可視化実験装置置。
- 前記免震手段は、前記模型の下部と前記載置台との間に着脱可能に取り付けられるコロである、請求項9に記載の構造物振動可視化実験装置。
- 前記加振構造は、前記載置台の下部に取り付けられたキャスターと、前記載置台に取り付けられる取手である、請求項1に記載の構造物振動可視化実験装置。
- 前記加振構造は、前記載置台に装着され、前記載置台に振動を与えるための電動モータである、請求項15に記載の構造物振動可視化実験装置。
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2004
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