JP3176084B2 - 制振構造物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は制振構造物に係り、特
に、地震や風等の外乱による構造物の振動を抑制する制
振構造物に関する。

【０００２】

【従来の技術】建造物等の主構造物の地震や風等の外乱
による振動を抑制するために、主構造物と基礎との間に
免震ゴムを介在させ免震ゴムによって主構造物の支持と
制振とを行わせるようにした制振構造物がある。この制
振構造物において、鉛直方向の剛性を低くした免震ゴム
を使用すると、外乱による主構造物の振動に、免震ゴム
の鉛直方向の変形に伴う主構造物の揺動、所謂ロッキン
グ振動が誘発されることになるので、主構造物を水平方
向のみに変位する１自由度系として取扱うことができな
くなる。また、大振幅時の免震ゴムの加速度応答低減の
効果が低下すると共に、免震ゴムの鉛直方向の変形量の
増大に伴い非線形系として取り扱う必要があるので、取
扱いが煩雑になる。このため、従来は免震ゴムの鉛直方
向の剛性を水平方向の剛性の1000倍以上として鉛直方向
の変形を抑制するようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
地下鉄等の軌道空間の上方に建造物を設ける場合、この
建造物を上記のように鉛直方向の剛性の高い免震ゴムを
使用した制振構造物とすると、鉄道等の交通機関によっ
て誘起される鉛直方向の振動が減衰されることなく主構
造物に伝達されることになり、主構造物の日常的な居住
性が低下するという問題があった。

【０００４】本発明は上記事実を考慮して成されたもの
で、免震ゴムの鉛直方向の剛性を低くした場合にも構造
物の水平方向の振動及びロッキング振動を抑制すること
ができる制振構造物を得ることが目的である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
免震ゴムによって構造物を支持するようにした制振構造
物であって、第１の補助質量と、外乱により生ずる前記
構造物の振動に伴う構造物の水平方向運動による変位を
抑制する方向へ前記変位に正比例した移動量で前記第１
の補助質量を移動させる第１の移動手段と、第２の補助
質量と、前記構造物の振動に伴う構造物の回転運動によ
る変位を抑制する方向へ前記回転運動による変位に正比
例した移動量で前記第２の補助質量を移動させる第２の
移動手段と、を備えた制振機構が設けられていることを
特徴としている。

【０００６】また、前記制振機構は、所定の減衰定数ｈ
_Cに対して、質量マトリックスＭ、減衰マトリックス
Ｃ、剛性マトリックスＫ、外乱の位置ベクトルｉ_C及び
固有振動数ω_Cに、 （ω_C)²・Ｍ・ｉ_C＝Ｋ・ｉ_C ２ｈ_C・ω_C・Ｍ・ｉ_C＝Ｃ・ｉ_C の関係が成立するように減衰係数、前記第１の補助質量
及び前記第２の補助質量の大きさ、前記構造物の水平方
向運動による変位に対する第１の補助質量の移動量の比
及び構造物の回転運動に伴う変位に対する第２の補助質
量の移動量の比が設定されていることが好ましい。

【０００７】

【作用】請求項１記載の発明では、免震ゴムによって構
造物を支持するように構成すると共に、外乱により生ず
る構造物の振動に伴う構造物の水平方向運動による変位
を抑制する方向へ、前記変位に正比例した移動量で第１
の補助質量を移動させ、前記構造物の振動に伴う構造物
の回転運動による変位、すなわちロッキング振動による
変位を抑制する方向へ前記変位に正比例した移動量で第
２の補助質量を移動させる制振機構を設け、構造物を制
振するようにしている。この制振機構を含む制振構造物
は、例として図１に示すように構成することができる。

【０００８】すなわち、主構造物１０と基礎１２との間
には、主構造物１０を支持する免震ゴム１４が介在され
ている。また、制振構造物には制振機構１６が設けられ
ている。制振機構１６は第１の補助質量１８を備えてい
る。第１の補助質量１８にはリンク２０の一端が連結さ
れ、リンク２０の他端は主構造物１０の下端近傍に連結
されている。また、リンク２０の中間部は基礎１２に固
定された支持部材２２に軸支されている。従って、リン
ク２０は第１の移動手段としての梃子として作用し、主
構造物１０下端部の水平運動による変位を抑制する方向
へ、前記変位の変位量ｘ₁の梃子比倍、すなわち前記変
形量に正比例した移動量で第１の補助質量１８を移動さ
せる。

【０００９】また、主構造物１０は免震ゴム１４に支持
された部分近傍において、一端に第２の補助質量２４が
取付けられたロッド２６、２８の中間部を軸支してい
る。ロッド２６、２８の他端は図示しない支持機構によ
り、基礎１２からの距離が一定となるように支持されて
いる。従って、ロッド２６、２８は第２の移動手段とし
ての梃子として作用し、主構造物１０に軸支されている
部分の回転運動による変位を抑制する方向へ、前記変位
の変位量の梃子比倍、すなわち前記変形量に正比例した
移動量で第２の補助質量２４を移動させる。このよう
に、主構造物１０の水平方向運動による変位は第１の補
助質量１８によって抑制され、主構造物１０の回転運動
による変位、すなわちロッキング振動による変位は第２
の補助質量２４によって抑制されるので、鉄道等の交通
機関によって誘起される鉛直方向の振動を減衰させるた
めに免震ゴムの鉛直方向の剛性を低くした場合にも、主
構造物の水平方向の振動及びロッキング振動を抑制する
ことができる。

【００１０】なお、制振機構は、所定の減衰定数ｈ_Cに
対して、質量マトリックスＭ、減衰マトリックスＣ、剛
性マトリックスＫ、外乱の位置ベクトルｉ_C及び固有振
動数ω_Cに、 （ω_C)²・Ｍ・ｉ_C＝Ｋ・ｉ_C …（１） ２ｈ_C・ω_C・Ｍ・ｉ_C＝Ｃ・ｉ_C …（２） の関係が成立するように減衰係数、第１の補助質量及び
第２の補助質量の大きさ、構造物の水平方向運動による
変位に対する第１の補助質量の移動量の比及び構造物の
回転運動に伴う変位に対する第２の補助質量の移動量の
比が設定されていることが好ましい。

【００１１】ここで、前記図１を参照して上記（１）、
（２）式の導出過程を説明する。主構造物１０の質量を
ｍ、底面積を矩形のｂ×Ｂ、高さをＨ、第１の補助質量
１８の大きさをｍ_H、第２の補助質量２４の大きさを各
々ｍ_V／２、リンク２０の梃子比（主構造物１０の水平
方向運動による変位に対する第１の補助質量１８の移動
量の比）をβ、ロッド２６、２８の梃子比（主構造物１
０の回転運動に伴う変位に対する第２の補助質量２４の
移動量の比）をα、第１の補助質量１８の移動に伴う減
衰係数をｃ_H、単一の第２の補助質量２４の移動に伴う
減衰係数をｃ_V／２、主構造物１０の水平方向運動によ
る変位量をｘ₁、主構造物１０の回転運動による変位角
をθ、それによって生ずる頂部変位Ｈθをｘ₂、制振構
造物への水平方向入力をｙとし、免震ゴム１４の水平ば
ね定数をｋ_H、鉛直ばね定数ｋ_Vをｋ_V＝100ｋ_Hとした場
合、振動方程式は以下のように表すことができる。

【００１２】 Ｍｘ”＋Ｃｘ’＋Ｋｘ＝−Ｍｉ_Cｙ” …（３） ただし、Ｍは質量マトリックス、Ｃは減衰マトリック
ス、Ｋは剛性マトリックス、ｉ_Cは外乱の位置ベクトル
であり、

【００１３】

【数１】 ここで、前記（１）、（２）式が成立すれば、ある時間
関数ｑ（ｔ）でかつ振動モードｉ_Cで本発明の系が挙動
するものと仮定する。すなわち、 ｘ＝ｉ_C・ｑ …（５） （５）式を（３）式に代入すれば次式になる。

【００１４】 Ｍｉ_Cｑ”＋Ｃｉ_Cｑ’＋Ｋｉ_Cｑ＝−Ｍｉ_Cｙ” （１）、（２）式の関係を上式に代入すれば次式を得
る。

【００１５】 Ｍｉ_Cｑ”＋２ｈ_Cω_CＭｉ_Cｑ’＋（ω_C)² Ｍｉ_Cｑ＝−Ｍｉ_Cｙ” 従って、（ｉ_C)^Tを乗じ、（ｉ_C)^TＭｉ_Cで除せば、 ｑ”＋２ｈ_Cω_Cｑ’＋（ω_C)² ｑ＝−ｙ” …（６） を得る。これは１自由度系の振動方程式に他ならない。
すなわち、（１）、（２）式さえ成立すれば、系の応答
ｘは振動モードｉ_Cを保持しつつ、あたかも１自由度系
のように振動することが分かる。しかもｉ_Cは、（４）
式からも分かるようにその大きさを調整可能であるの
で、ロッキング振動の成分を小さくする系も生成できる
ことになる。

【００１６】実際の手順として（１）、（２）式を成立
させるためには、まず（１）式を展開してαもしくはβ
に関する高次方程式に変換し、これを満足する根を求
め、その中の任意の根を採用してαやβの具体的な値を
決定して質量マトリックスＭ、外乱の位置ベクトルｉ_C
の値を決め、次に所定の減衰定数ｈ_Cを与えたときに
（２）式が成立するように減衰マトリックスＣの値を調
整すればよい。これにより、主構造物を１自由度系とし
て扱うことができるので、適切な減衰定数ｈ_Cを与える
ことによって制振効果をより向上させることができ、鉄
道等の交通機関によって誘起される鉛直方向の振動を減
衰させるために免震ゴムの鉛直方向の剛性を低くした場
合にも、地震や風等の外乱によって生ずる主構造物の水
平方向の振動及びロッキング振動を抑制することができ
る。

【００１７】なお、水平方向運動の補助質量比と梃子比
の積μ_Hβをパラメータにして、回転運動に関する梃子
比αの関数を求めると、まず（１）式を展開して（ω_C)
²について整理すれば、次の（７）、（８）式を得る。

【００１８】

【数２】 （７）式と（８）式を等置すれば、ｂα²に関する２次
式である以下の（９）式を得る。

【００１９】

【数３】 この（９）式が単一モードで振動させるために要求され
る上下方向の梃子比の二乗α²とその補助質量比μ_V(=ｍ
_V／ｍ）の積μ_Vα²の設計条件式となる。

【００２０】次にμ_Vα²が求まった場合、制御系の減衰
定数ｈ_Cを保持するための条件式を示す。まず、本発明
の制振機構が取付けられていない場合の上下動と水平動
それぞれ独立のときの自由振動の系は（10）、（11）式
のように表現される。

【００２１】 ｍｄ_V”＋ｃ_Vｄ_V’＋ｋ_Vｄ_V＝０ …（10） ｍｄ_H”＋ｃ_Hｄ_H’＋ｋ_Hｄ_H＝０ …（11） ここで、例えば免震ゴム１４の鉛直方向成分のみの固有
振動数ｆ_V=5.0Hz、水平方向成分のみの固有振動数ｆ_H=
0.5Hzとした場合、刺激関数を以下のように表し、 ｉ_C ^T＝〔ｉ₂、ｉ₁〕 …（12） 以下の（13）式、

【００２２】

【数４】 及び前記（12）式を（２）式に代入すれば（14）式を得
る。

【００２３】

【数５】 すなわち、制御系の減衰定数ｈ_Cを得るためのｈ_H、ｈ_V
を求めることができる。

【００２４】なお、制振構造物に上下動入力ｙ_V”のみ
が入力された場合の振動方程式を次の（15）式に示す。
（15）式より明らかなように、減衰係数ｃ_Vにα²が乗じ
ているためα²倍の減衰が得られ、さらに比（ｍ＋ｍ
_Vα）／（ｍ＋ｍ_Vα²）により入力が低減されることが
理解できる。

【００２５】 （ｍ＋ｍ_Vα²）ｄ_V”＋ｃ_Vα²ｄ_V’＋ｋ_Vｄ_V ＝−（ｍ＋ｍ_Vα）ｙ_V” …（15）

【００２６】なお、上記では図１に示すように、主構造
物と基礎との間に主構造物を支持する免震ゴムを介在さ
せた場合を例に説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、例えば主構造物の上方に主構造物と別体
の展望台等を設け、主構造物と該展望台との間に鉛直方
向の剛性を低くした免震ゴムを介在させた場合について
も、前記展望台を構造物として本発明の制振機構を設
け、前記展望台の水平方向の振動及びロッキング振動を
抑制するよう構成することも可能である。

【００２７】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。なお、本発明は本実施例に記載した数値に限
定されるものではない。

【００２８】〔第１実施例〕 最初に本発明の第１実施例を説明する。図２には本発明
に係る制振構造物３０が示されている。制振構造物３０
は主構造物３２を備えており、主構造物３２と基礎３４
との間には免震ゴム３６が介在されている。免震ゴム３
６は、従来の免震ゴムと比較して鉛直方向のばね定数、
すなわち剛性が小さくされている。例として従来の免震
ゴムの鉛直方向のばね定数ｋ_Vが水平方向のばね定数ｋ_H
の1000倍以上であるのに対し、本第１実施例の免震ゴム
の鉛直方向のばね定数はｋ_V＝100ｋ_H程度とされてい
る。

【００２９】また、主構造物３２の下端近傍には制振機
構３８が設けられている。制振機構３８は第１の補助質
量としての剛体４０を備えている。剛体４０は基礎３４
上にコロ４２を介して配置されており、所定方向に移動
可能とされている。この剛体４０に対応して主構造物３
２には、剛体４０を囲むように剛体４４が取付けられて
おり（図４も参照）、基礎３４には剛体４４を囲むよう
に剛体４６が取付けられている。図３及び図４に示すよ
うに、剛体４０にはｘ軸及びｙ軸に沿った４箇所の端部
に溝部４８、５０、５２、５４が設けられている。各溝
部４８、５０、５２、５４には各々剛体４０に連結され
たリンク機構が収容されリンク機構にはパンタグラフ機
構が連結されている。剛体４０は第１の移動手段を構成
するこのリンク機構及びパンタグラフ機構を介して剛体
４４、４６に連結されている。

【００３０】このリンク機構及びパンタグラフ機構は各
々同様の構成であるので、図３及び図４を参照し溝部４
８に収容されたリンク機構及びこのリンク機構に連結さ
れたパンタグラフ機構を例に説明する。剛体４０には溝
部４８内に腕部材５６、５８の一端が回動可能に支持さ
れている（図４参照）。腕部材５６の一端と腕部材５８
の一端はロッド６０を介して連結されている。ロッド６
０の中間部はピンによって剛体４０に固定されている。
また、腕部材５６、５８の下方には同様に２つの腕部材
６２が配置されており（図３参照）、腕部材６２の一端
も前記と同様に溝部４８内で剛体４０に連結されてい
る。

【００３１】腕部材５６、５８の中間部は剛体６４を貫
通するロッド６６、６８の上端に各々軸支されている。
またロッド６６、６８の下端は腕部材６２の中間部を軸
支している。従って、腕部材５６、５８、６２が剛体４
０に対して回動された場合にも、剛体６４及びロッド６
６、６８によって各々の平行状態が保持される。腕部材
５６、５８、６２の他端は揺動リンク７０の一端に回動
可能に連結されており、揺動リンク７０の他端は回動可
能に剛体７２と連結されている。剛体７２にはピン７４
が突出している。剛体４０には前記ピン７４に対応し
て、ｙ軸方向に沿って伸びる長溝７６（図３参照）が設
けられており、ピン７４及び剛体７２は長溝７６、すな
わちｙ軸に沿って移動可能とされている。

【００３２】ここで、ロッド６０中間部のピンの位置か
ら腕部材５６との連結位置までの距離Ｂ₁と、揺動リン
ク７０両端の軸支位置間の距離Ｂ₂と、の比Ｂ₁／Ｂ
₂は、腕部材５６のロッド６０との連結位置からピン６
６に軸支された位置までの距離Ａ₁と、前記ピン６６に
軸支された位置から剛体７２に連結された他端までの距
離Ａ₂と、の比Ａ₁／Ａ₂（腕部材５６の梃子比）と同一
とされている。これにより、腕部材５６の回動に伴う円
弧運動の影響を排除することができる（特開平2-300540
号公報参照）。

【００３３】また、剛体７２はロッド７８を軸支してい
る。ロッド７８は前記パンタグラフ機構を構成する４つ
のアーム８０の一端を軸支している。アーム８０の他端
は剛体４４側に配置されたロッド８２に各々軸支されて
いる。また。各アーム８０は中間部にロッド８４を介し
て中間アーム８６の一端を軸支している。中間アーム８
６の他端は剛体４４側に配置されたロッド８８に各々軸
支されている。図３に示すように、中間アーム８６を軸
支するロッド８８は剛体４４に取付けられている。一
方、アーム８０の他端を軸支するロッド８２は両端部が
長孔９０に遊嵌されており、剛体４４に対して上下方向
に沿ってスライド可能とされている。また、ロッド８２
は引張コイルばね９０により、ロッド８８と近接する方
向へ付勢されている。

【００３４】例えば、主構造物３２及び剛体４４がｙ軸
に沿って図４矢印Ａ方向へ水平移動した場合、溝部４８
の腕部５６、５８はピン６６、６８を中心として図４反
時計回りに回動し、溝部５２の腕部５６、５８はピン６
６、６８を中心として図４時計回りに回動する。これに
伴い、溝部５０に対応するパンタグラフ機構はアーム８
０及び中間アーム８６が回動されて全長が伸長され、溝
部５４に対応するパンタグラフ機構は全長がアーム８０
及び中間アーム８６が回動されて全長が縮小され、剛体
４０は剛体４４及び主構造物３２に対して図４矢印Ｂ方
向、すなわち主構造物３２の移動方向と反対の方向へ相
対移動されることになる。なお、剛体４０は、各腕部材
の剛体４０に連結された一端から剛体６４に連結された
中間部までの距離と、前記中間部から剛体７２に連結さ
れた他端までの距離と、の比（梃子比）に応じた移動量
で移動される。また、主構造物３２及び剛体４４がｘ軸
に沿って水平移動した場合にも、同様に剛体４０は主構
造物３２及び剛体４４の移動方向と反対の方向へ、主構
造物３２の移動量に所定の比例定数（梃子比）を乗じた
所定距離だけ移動される。従って主構造物３２の水平方
向運動による変位は剛体４０によって抑制される。

【００３５】一方、図２に示すように主構造物３２は免
震ゴム３６に支持された部分近傍において、一端に第２
の補助質量としてのウエイト９４が取付けられたロッド
９６、９８の中間部を軸支している。ロッド９６、９８
の他端は図示しない支持機構により、基礎３４からの距
離が一定となるように支持されている。従って、ロッド
９６、９８はウエイト９４を移動させる梃子として作用
する。すなわち、図２に破線で示すように主構造物３２
が回転運動をした場合、ロッド９６、９８の主構造物３
２に軸支された中間部は、基礎３４からの距離が変化す
る。しかし、ロッド９６、９８の前記支持機構に支持さ
れた端部は、支持機構によって基礎３４からの距離が一
定とされている。このため、ロッド９６、９８は主構造
物３２の回転運動による鉛直方向の変位に応じて回動さ
れる。これによって前記ウエイト９４も主構造物３２の
回転運動による変位、すなわちロッキング振動による変
位を抑制する方向へ回動される。なお、このときのウエ
イト９４の変位量は、主構造物３２の回転運動による鉛
直方向の変位に、ロッド９６の主構造物３２に軸支され
た中間部からウエイトまでの距離Ｄ₁と、前記中間部か
ら支持機構によって支持された端部までの距離Ｄ₂と、
の比（梃子比）を乗じた距離に一致する。

【００３６】ここで、本第１実施例では主構造物３２の
変位に対して所定の減衰定数ｈ_Cを与えたときに前記
（１）式及び（２）式が成立するように、剛体４０の質
量、ウエイト９４の質量、各腕部材の梃子比及びロッド
９６、９８の梃子比が設定されている。これにより、主
構造物３２を１自由度系として扱うことができるので、
適切な減衰定数ｈ_Cを与えることによって制振効果をよ
り向上させることができ、鉄道等の交通機関によって誘
起される鉛直方向の振動を減衰させるために、本実施例
のように鉛直方向の剛性の低い免震ゴム３６を使用した
場合にも、主構造物３２の水平方向の振動及びロッキン
グ振動を抑制することができる。

【００３７】〔第２実施例〕 次に本発明の第２実施例を説明する。なお、第１実施例
と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

【００３８】図５に示すように、本第２実施例の制振構
造物３０の主構造物３２と基礎３４との間には免震ゴム
１０６と免震ゴム１０８とが介在されている。図６に示
すように、免震ゴム１０６は、基礎３４と一体とされた
基礎部材１１０の上に積層されて載置されている。免震
ゴム１０６は水平方向の剛性が小さく、鉛直方向の剛性
が非常に高く設計されている。免震ゴム１０６の上部に
は支持部材１１２が取付けられている。支持部材１１２
の両端部にはフランジ部１１２Ａが形成されている。ま
た、支持部材１１２の上には積層された免震ゴム１０８
が複数組載置されている。免震ゴム１０８は第１実施例
の免震ゴム３６と同様に鉛直方向の剛性が小さくされて
いる。免震ゴム１０８の上部には主構造物３２と一体に
固定された支持部材１１４が取付けられている。支持部
材１１４の両端部にもフランジ部１１４Ａが形成されて
いる。

【００３９】前記のように免震ゴム１０８は鉛直方向の
剛性が小さくされているため、鉄道等の交通機関により
主構造物３２に鉛直方向の振動が誘起されると、免震ゴ
ム１０８が変形し、支持部材１１２と支持部材１１４と
が鉛直方向に沿って相対移動されることになる。支持部
材１１２、１１４の両端に形成されたフランジ部１１２
Ａ、１１４Ａの間には、各々第２の補助質量としての剛
体１１６が配置されている。

【００４０】図７に示すように、剛体１１６とフランジ
部１１２Ａ及び剛体１１６とフランジ部１１４Ａとの間
には各々コロ１１８が介在されており、剛体１１６はフ
ランジ部１１２Ａ、１１４Ａに対して相対移動可能とさ
れている。剛体１１６には鉛直方向に沿ってガイドレー
ル１２０が設けられている。ガイドレール１２０はピン
１３０をガイドレール１２０に沿って摺動可能に支持し
ている。ピン１３０は第１の梃子１３２の一端と第２の
梃子１３４の一端を揺動可能に連結している。第１の梃
子１３２の他端には第１の揺動リンク１３６の一端が連
結されており、第１の揺動リンク１３６の他端は支持部
材１１４のフランジ部１１４Ａから突出するブラケット
１３８に連結されている。また、第１の梃子１３２の中
間部には第２の揺動リンク１４０の一端が連結されてい
る。第２の揺動リンク１４０は、第１の揺動リンク１３
６と平行となるように、他端が剛体１１６に連結されて
いる。

【００４１】一方、第２の梃子１３４の他端には第３の
揺動リンク１４２の一端が連結されており、第３の揺動
リンク１４２の他端は支持部材１１２のフランジ部１１
２Ａから突出するブラケット１４４に連結されている。
また、第２の梃子１３４の中間部には第４の揺動リンク
１４６の一端が連結されている。第４の揺動リンクは、
第３の揺動リンク１４２と平行になるように、他端が剛
体１１６に連結されている。なお第１の梃子１３２の梃
子比ｒ₂／（ｒ₁＋ｒ₂）は、第２の揺動リンク１４０の
長さと第１の揺動リンク１３６の長さとの比に等しくな
るように設定されており、また、第２の梃子１３４の梃
子比ｒ₃／（ｒ₃＋ｒ₄）は、第３の揺動リンク１４２の
長さと第４の揺動リンク１４６の長さとの比に等しくな
るように設定されている。

【００４２】例えば、主構造物３２の回転運動に伴う鉛
直方向の変位に伴って、支持部材１１４を支持部材１１
２及び剛体１１６に対して鉛直方向に沿って図７の上方
へ相対移動させようとする力が加わると、第１の梃子１
３２が回動しピン１３０がガイドレール１２０に沿って
図７の下方へ移動する。これに伴って第２の梃子１３４
も回動し、支持部材１１２に図７の上方へ移動させよう
とする力が作用する。従って支持部材１１４と支持部材
１１２との相対移動が抑制されると共に、剛体１１６が
主構造物３２の回転運動による主構造物３２及び支持部
材１１４の変位、すなわちロッキング振動による変位を
抑制する方向（上記では図７の下方）へ相対的に移動さ
れる。なお、剛体１１６は第１の梃子１３２及び第２の
梃子１３４によって移動されるので、その移動量は、主
構造物３２の回転運動による主構造物３２及び支持部材
１１４の鉛直方向の変位量に正比例する。

【００４３】ここで、本第２実施例でも前記第１実施例
と同様に主構造物３２の変位に対して所定の減衰定数ｈ
_Cを与えたときに前記（１）式及び（２）式が成立する
ように、剛体４０の質量、剛体１１６の質量、各腕部材
の梃子比、第１の梃子１３２及び第２の梃子１３４の梃
子比が設定されている。これにより、主構造物３２を１
自由度系として扱うことができるので、適切な減衰定数
ｈ_Cを与えることによって制振効果をより向上させるこ
とができ、第１実施例と同様に主構造物３２の水平方向
の振動及びロッキング振動を抑制することができる。

【００４４】〔比較例〕 次に本発明の比較例を説明する。なお、第１実施例及び
第２実施例と同一の部分には同一の符号を付し、説明を
省略する。

【００４５】図８に示すように、本比較例の制振構造物
３０は制振機構３８のリンク機構が省略されている。ま
た、剛体４０は本発明の第１の補助質量と第２の補助質
量とを兼ねており、基礎３４との間に間隙が生ずるよう
にパンタグラフ機構によって支持されている。従って、
本比較例ではウエイト９４及びロッド９６、９８が省略
されている。また、剛体４０は前記パンタグラフ機構に
よって、第１実施例と同様に水平方向に移動可能で、か
つ図８に想像線で示すように鉛直方向に移動（任意の水
平軸を中心とした回動）可能とされている。

【００４６】また、主構造物３０には、主構造物３０の
ｘ軸方向の変位を検出する変位センサ１００と、主構造
物３０のｙ軸方向の変位を検出する変位センサ１０２
と、主構造物３０のｚ軸方向の変位（主構造物３０の鉛
直方向の変位）を検出する変位センサ１０４と、が取付
けられている。図９に示すように、変位センサ１００、
１０２、１０４はＡ／Ｄ変換器１０８を介して制御回路
１１０の入力ポート１１２に接続されている。

【００４７】制御回路１１０は入力ポート１１２、ＣＰ
Ｕ１１４、ＲＯＭ１１６、ＲＡＭ１１８、出力ポート１
２０が互いに接続されて構成されている。出力ポート１
２０には、Ｄ／Ａ変換器１２２を介してアクチュエータ
１２４、１２６、１２８が接続されている。アクチュエ
ータ１２４は制御回路１１０からの指示に応じて剛体４
０をｘ軸方向に沿って移動させる。また、同様にアクチ
ュエータ１２６は剛体４０をｙ軸方向に沿って移動さ
せ、アクチュエータ１２８は剛体４０を任意の水平軸を
中心として回転させる。なお、アクチュエータ１２４、
１２６、１２８としてはダンパ、モータ等で構成するこ
とができる。

【００４８】ここで、本比較例における前提条件とし
て、制御回路１１０は変位センサによって検出された変
位量に正比例した移動量だけ、剛体４０を対応する方向
へ移動または回転させるように制御している。例えば、
主構造物３２がｘ軸方向（水平方向）に沿って変位量ｄ
だけ変位したことが変位センサ１００によって検出され
た場合、ｘ軸に沿った前記移動方向と反対の方向に変位
量ｄに所定の比例定数αを乗じた距離αｄだけ剛体４０
を移動させるようにしている。この前提条件により、
（３）式の振動方程式の各マトリックスの要素が、
（４）式に一致することになる。

【００４９】また、制御回路１１０は所定の減衰定数ｈ
_Cに対して、質量マトリックスＭ、減衰マトリックス
Ｃ、剛性マトリックスＫ、外乱の位置ベクトルｉ_C及び
固有振動数ω_Cに、前記（１）式及び（２）式が成立す
るように、前記比例定数αを設定している。これによ
り、主構造物３２を１自由度系として扱うことができる
ので、適切な減衰定数ｈ_Cを与えることによって制振効
果をより向上させることができ、鉄道等の交通機関によ
って誘起される鉛直方向の振動を減衰させるために、本
実施例のように鉛直方向の剛性の低い免震ゴム３６を使
用した場合にも、主構造物３２の水平方向の振動及びロ
ッキング振動を抑制することができる。

【００５０】次に図１の制振構造物に具体的な数値を導
入し、本発明を実施するにあたっての適切な数値を検討
する。

【００５１】パラメータとして水平動の梃子比β＝１
０、５、３に、ν（＝Ｂ／Ｈ）＝0.5に設定し、水平動
の補助質量比μ_Hと梃子比βの積μ_Hβを0.0〜0.5に変化
させた場合の動特性を調べる。横軸をμ_Hβとし、縦軸
を主構造物１０下端の水平方向変位の刺激関数ｉ₁とし
たものを図１０に、縦軸を回転運動による主構造物１０
の下端と頂部との水平方向変位の刺激関数ｉ₂としたも
のを図１１に示す。なお、図１０及び図１１において刺
激関数ｉ₁、ｉ₂の値はいずれも正であるが、本解析では
１次の振動モードに制御された結果であることが理解で
きる。また、μ_Hβ＝０におけるｉ₁、ｉ₂の値は非制御
系の刺激関数の値であり、各々0.884、0.222であるμ_H
βの増大及びβの増大に伴って刺激関数値は低下してい
くが、回転運動成分よりも水平方向成分を低下させる効
果が高いことが明かである。このため、入力低減効果を
得るためにはμ_Hβ及びβを大きな値に設定することが
考えられる。

【００５２】一方、図１２にはμ_Hβを変化させたとき
のｂα²の変化が示されている。図１２に示すように、
ロッキング成分に関わって要求されるｂα²の値はμ_Hβ
の値が大きくなるに従って大きな値となる。例えば、ｂ
α²の要求値が0.5の場合にはｂα²＝ν²μ_Vα²／４より
μ_Vα²＝８、従って、α＝10でμ_V＝0.08、α＝20でμ_V
＝0.02という大きな値が要求される。図１３はμ_Hβの
増大に伴う制御系の固有振動数ω_Cの低下率を、縦軸ω_C
／ω₁に対して示したもので、μ_Hβ及びβの増大と共に
低下の度合いが大きくなる。

【００５３】図１４及び図１５には制御系の減衰を30％
としたときに要求される水平成分、回転成分に要求され
る粘性減衰量を、各々縦軸にｈ_Hβ²、ｈ_Vα²をとって示
したもので、各々の値はμ_Hβとβの増大に伴って大き
くなっている。ここでは設計の目安を得るため、μ_Hβ
＝0.02でβ＝３の場合とβ＝１０の場合を例に、各図か
ら読み取った値を整理して要求される補助質量比、梃子
比等を次の表１に示す。

【００５４】

【表１】 上記表１に示すように、βの値が大きいほどμ_H、μ_Vα
²の値が大きくなっているが、刺激関数値ｉ₁、ｉ₂は逆
に小さくなっている。表１のβ＝３及びβ＝10で要求さ
れている値は、β＝10かつα＝10の場合を除いて実際に
設計可能であり、本発明が容易に実施可能であることは
明らかである。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
は、外乱により生ずる主構造物の振動に伴う主構造物の
水平方向運動による変位を抑制する方向へ前記変位に正
比例した移動量で第１の補助質量を移動させ、前記主構
造物の振動に伴う主構造物の回転運動による変位に正比
例した移動量で第２の補助質量を移動させるようにした
ので、免震ゴムの鉛直方向の剛性を低くした場合にも主
構造物の水平方向の振動及びロッキング振動を抑制する
ことができる、という優れた効果が得られる。

【００５６】また、所定の減衰定数ｈ_Cに対して、質量
マトリックスＭ、減衰マトリックスＣ、剛性マトリック
スＫ、外乱の位置ベクトルｉ_C及び固有振動数ω_Cに、 （ω_C)²・Ｍ・ｉ_C＝Ｋ・ｉ_C ２ｈ_C・ω_C・Ｍ・ｉ_C＝Ｃ・ｉ_C の関係が成立するように制振機構の減衰係数、第１の補
助質量及び第２の補助質量の大きさ、主構造物の水平方
向運動による変位に対する第１の補助質量の移動量の比
及び主構造物の回転運動に伴う変位に対する第２の補助
質量の移動量の比を設定することにより、制振効果をよ
り向上させることができる、という優れた効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の作用を説明するための本発明に係る
制振構造物の概略図である。

【図２】 第１実施例に係る制振構造物を示す概略構成
図である。

【図３】 水平方向変位を抑制する制振機構を示す側面
図である。

【図４】 図３のIV−IV線に沿った矢視断面図である。

【図５】 第２実施例に係る制振構造物を示す概略構成
図である。

【図６】 第２実施例の制振構造物の免震ゴム周辺を示
す概略構成図である。

【図７】 第２実施例の剛体の移動機構を示す側面図で
ある。

【図８】 比較例に係る制振構造物を示す概略構成図で
ある。

【図９】 比較例の制振回路周辺の概略構成を示すブロ
ック図である。

【図１０】 梃子比βをパラメータとしてμ_Hβの値を
変化させたときの主構造物下端の水平方向変位の刺激関
数ｉ₁の変化を示す線図である。

【図１１】 梃子比βをパラメータとしてμ_Hβの値を
変化させたときの主構造物頂部と下端との水平方向変位
の刺激関数ｉ₂の変化を示す線図である。

【図１２】 梃子比βをパラメータとしてμ_Hβの値を
変化させたときのｂα²の変化を示す線図である。

【図１３】 梃子比βをパラメータとしてμ_Hβの値を
変化させたときの制御系の固有振動数ω_Cの低下率を示
す線図である。

【図１４】 制御系の減衰を30％とし、梃子比βをパラ
メータとしてμ_Hβの値を変化させたときの水平成分に
要求される粘性減衰量ｈ_Hβ²の変化を示す線図である。

【図１５】 制御系の減衰を30％とし、梃子比βをパラ
メータとしてμ_Hβの値を変化させたときの回転成分に
要求される粘性減衰量ｈ_Vα²の変化を示す線図である。

【符号の説明】

１０ 主構造物 １４ 免震ゴム １６ 制振機構 １８ 第１の補助質量 ２０ ロッド（第１の移動手段） ２４ 第２の補助質量 ２６ ロッド（第２の移動手段） ２８ ロッド（第２の移動手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石丸 辰治 埼玉県草加市花栗４丁目11番17号 (72)発明者 新谷 隆弘 千葉県船橋市飯山満町２丁目872番地 (72)発明者 石丸 和子 埼玉県草加市花栗４丁目11番17号 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E04H 9/02 F16F 15/02 - 15/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 免震ゴムによって構造物を支持するよう
   にした制振構造物であって、第１の補助質量と、外乱に
   より生ずる前記構造物の振動に伴う構造物の水平方向運
   動による変位を抑制する方向へ前記変位に正比例した移
   動量で前記第１の補助質量を移動させる第１の移動手段
   と、第２の補助質量と、前記構造物の振動に伴う構造物
   の回転運動による変位を抑制する方向へ前記回転運動に
   よる変位に正比例した移動量で前記第２の補助質量を移
   動させる第２の移動手段と、を備えた制振機構が設けら
   れていることを特徴とする制振構造物。
2. 【請求項２】 前記制振機構は、所定の減衰定数ｈ_Cに
   対して、質量マトリックスＭ、減衰マトリックスＣ、剛
   性マトリックスＫ、外乱の位置ベクトルｉ_C及び固有振
   動数ω_Cに、 （ω_C)²・Ｍ・ｉ_C＝Ｋ・ｉ_C ２ｈ_C・ω_C・Ｍ・ｉ_C＝Ｃ・ｉ_C の関係が成立するように減衰係数、前記第１の補助質量
   及び前記第２の補助質量の大きさ、前記構造物の水平方
   向運動による変位に対する第１の補助質量の移動量の比
   及び構造物の回転運動に伴う変位に対する第２の補助質
   量の移動量の比が設定されていることを特徴とする請求
   項１記載の制振構造物。