JP3281803B2 - 長周期起振機 - Google Patents

長周期起振機

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JP3281803B2 JP15558396A JP15558396A JP3281803B2 JP 3281803 B2 JP3281803 B2 JP 3281803B2 JP 15558396 A JP15558396 A JP 15558396A JP 15558396 A JP15558396 A JP 15558396A JP 3281803 B2 JP3281803 B2 JP 3281803B2
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  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビルや煙突などの
大型構造物の振動試験に際して大型構造物を加振する長
周期起振機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高層ビル、長大橋梁の主塔、タワー等の
大型構造物の完成時には、耐震性の検証の一環として振
動試験を行い、固有振動数や減衰特性を調査するのが一
般的である。この試験においては、対象構造物を加振す
るために起振機が使用されている。
【0003】この起振機の代表的な例を図9(a)
(b)により説明すると、7が支持架台、25が支持架
台7上に設けて互いに噛合した2つの歯車(回転体)、
26が同各歯車25の対称位置に取付けた2つのアンバ
ランスウェイト、27がモータ、28がモータ27の回
転を一方の歯車25に伝えるベルト、29が制御器、3
0が各歯車25の下面に接触する複数のベアリング、3
1が各歯車25を各ベアリング30を介して支持架台7
に支持する支持台である。
【0004】この起振機では、制御器29からの信号を
もとにモータ27を回転させ、同モータ27の回転をベ
ルト28を介して一方の歯車25と他方の歯車25とに
伝えて、同各歯車25と同各歯車25の対称位置に取付
けた各アンバランスウェイト26とを反対方向に回転さ
せる、その際、各アンバランスウェイト26に生じる遠
心力を左右方向では打ち消す一方、前後方向では加振力
として対象構造物を矢印方向に加振する。
【0005】起振機の加振周波数は、歯車(回転体)2
5の回転周波数であるモータ27の回転数を制御するこ
とにより変化させる。図10は、起振機の他の従来例を
示している。1が重り、7が支持架台、30が重り1の
ベアリング、32がアクチュエータ、33がスライドテ
ーブルで、重り1をベアリング30を介してスライドテ
ーブル33上に設置し、アクチュエータ32により重り
1を矢印方向に振動させ、その際、発生する慣性力を加
振力として利用するようにしている。
【0006】図11は、起振機のさらに他の従来例を示
している。1が重り、8が対象構造物、11がジンバ
ル、15が重り1とジンバル11とに取付けた加速度セ
ンサー、18が各加速度センサー15に接続したアン
プ、20が各アンプ18に接続したコントローラ、41
が空気源、40が空気源41から後記空気ばね43に延
びた配管に設けた電磁弁で、電磁弁40がコントローラ
20に接続している。
【0007】42が重り1及びジンバル11を設置した
てこ梁、44がてこ梁42の一端部と対象構造物8とを
枢支するピン連結部、43がてこ梁42の中間部と対象
構造物8との間に介装した空気ばねである。この起振機
では、ピン連結部44によりてこ梁42の一端部と対象
構造物8とを枢支して、てこ梁42を振り子状にしてお
り、同てこ梁42の振動数を空気ばね43の内圧により
調整する。また重り1に取付けた加速度センサー15か
らの信号をコントローラ20へ送り、同コントローラ2
0によりジンバル11を作動して、ジャイロモーメント
を発生させ、てこ梁42と重り1とを上下方向に振動さ
せて、加振力を得るようにしている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】構造物が大型、長大に
なるに従い、その振動周期は長周期になり、振動数が1
Hz以下、即ち、周期が1秒以上の振動を得る長周期起
振機が必要になって来ている。図9(a)(b)に示す
アンバランスウェイト26を利用した起振機において、
長周期の振動を得るためには、アンバランスウェイト2
6をゆっくりと回転させる必要があるが、加振力は回転
数の2乗に比例するため、低い回転数では、加振力を得
にくくて、アンバランスウェイト26を大きく必要があ
る。従ってモータ27も大きくする必要があるが、モー
タ27は低回転数で高出力を発生させるのに不向きであ
り、不経済である。そのため、モータ27の出力に限界
があり、回転数にむらができて、正規の加振力を得られ
ない。
【0009】また図10に示す慣性アクチュエータ型の
起振機において、長周期の振動を得るためには、重り1
を大きくするとともに、アクチュエータ32のストロー
クを長くする必要があるが、大型規模でストロークの長
いアクチュエータ32の開発は難しい。また開発にコス
トがかかり、さらに大きな油圧源が必要になるなど、起
振機が巨大になって、現場での振動試験には、適用困難
である。
【0010】また図11に示すてこ梁42(振り子)を
利用した起振機において、長周期、例えば4秒以上の加
振周期で加振するためには、てこ梁42の長さを少なく
とも4m以上にする必要があって(実際にはそれ以
上)、装置が巨大になる。また剛性変化に空気ばね43
を利用しているので、減衰が大きく、てこ梁42(振り
子)の振動数に一致させるようにジンバル11を作動さ
せて、起振機を振動させても、あまり大きなストローク
を得られなくて、大きな加振力を得られないという問題
があった。
【0011】本発明は前記の問題点に鑑み提案するもの
であり、その目的とする処は、1秒を越える長周期の
加振力を容易に安定して得ることができ、比較的小さ
な重りで大きな加振力を得ることができて、起振機をコ
ンパクトにできる上に、製作コストを低減でき、加振
力に比較して消費エネルギーを少なくできて、ランニン
グコトスを低減でき、従来不可能であった超長周期の
加振も実現できる長周期起振機を提供しようとする点に
ある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の長周期起振機は、高速回転するフライホ
イールを傾けることにより発生するジャイロモーメント
を利用して周期調整用スライダー上に設置した重りを加
振するモーメント発生装置と、重りの振動を加速度セン
サーからの検出信号に基づいて制御するコントローラ
と、周期調整用スライダーの振動周期を調整する周期調
整アクチュエータとにより構成している。
【0013】
【発明の実施の形態】次に本発明の長周期起振機を図1
〜図8に示す一実施形態により説明する。図1〜図5の
1が加振力源の重り、2が互いに平行な一対の周期調整
用スライダー、3が同各周期調整用スライダー2の両端
部に取付けたストッパ、10が同各周期調整用スライダ
ー2を連結する連結部材で、重り1が複数のジョイント
5を介して各周期調整用スライダー2上に設置されてい
る。
【0014】上記各周期調整用スライダー2は、円弧状
の左右2部分よりなり、互いが回転軸4により折り曲が
り可能に連結されている。また同各周期調整用スライダ
ー2は、支持架台7上に設置した複数のローラ6の上に
乗せられており、水平方向に振動可能である。9が重り
1の中央部と回転軸4の中央部との間に介装した周期調
整アクチュエータで、同周期調整アクチュエータ9を伸
縮方向に作動することにより、周期を調整できるように
なっている。
【0015】11〜14、16、17がモーメント発生
装置(回転するフライホイール17を傾けることにより
ジャイロモーメントを発生させるモーメント発生装置)
で、同モーメント発生装置14〜18が重り1の上に設
置されている。同モーメント発生装置は、ジンバル11
と、ジンバル用モータ12と、フライホイール用モータ
13と、ジャイロ架台14と、軸受16と、ジンバル1
1内で回転するフライホイール17とにより構成されて
おり、フライホイール用モータ13によりフライホイー
ル17を回転し、フライホイール用モータ13によりジ
ンバル11を回転して、回転角速度に応じてジャイロモ
ーメントを発生させる(図7参照)。
【0016】最適な加振を行うためには、重り1を支持
している各周期調整用スライダー2の周期と、ジャイロ
モーメントを発生させるジンバル用モータ12の作動周
期とを一致させるように制御する必要があり、重り1の
振動を重り1に取付けた加速度センサー15により検出
し、そのとき得られる検出信号を図5に示すアンプ18
→A/D変換器19→コントローラ20へ送り、コント
ローラ20で得られた制御信号をA/D変換器21→周
期調整アクチュエータ9及びジンバル用モータ12へ送
って、起振機の加振振動を制御する。
【0017】上記図1〜図5に示す長周期起振機では、
重り1が水平方向に振動可能な周期調整用スライダー2
上に設置され、周期調整用スライダー2が円弧状の左右
2部分よりなり、互いが回転軸4により折り曲がり可能
に連結され、周期調整アクチュエータ9が重り1と回転
軸4との間に介装されており、周期調整アクチュエータ
9を伸縮方向に作動して、周期調整用スライダー2の曲
率を回転軸4を中心に変化させることにより、周期調整
用スライダー2の振動周期を図8に示すように任意に変
化させる。即ち、周期調整アクチュエータ9を伸長方向
に作動して、周期調整用スライダー2の曲率を小さくす
ると(図8のA参照)、見かけ上、周期調整用スライダ
ー(振り子)2の長さが短くなって、周期調整用スライ
ダー2の振動周期が短くなる。
【0018】それとは逆に、周期調整アクチュエータ9
を縮み方向に作動して、周期調整用スライダー2の曲率
を大きくすると(図8のB参照)、見かけ上、周期調整
用スライダー(振り子)2の長さが長くなって、周期調
整用スライダー2の振動周期が長くなる。図7に示すよ
うに高速回転するフライホイール17の極回転慣性モー
メントをIp、回転数をΩ、ジンバル用モータ12によ
り制御されるフライホイール17の傾き角速度をθとす
ると、発生するジャイロモーメントMは、M=Ip・Ω
・θで表される。このジャイロモーメントMにより重り
1を振動させ、この振動により発生する水平方向の加振
力を利用して構造物を起振する。
【0019】起振機に発生する加振力の振動数は、周期
調整用スライダー2の周期をジャイロモーメントの発生
周期に一致させる必要があり、その制御は、重り1の振
動を重り1に取付けた加速度センサー15により検出
し、そのとき得られる検出信号を図5に示すアンプ18
→A/D変換器19→コントローラ20へ送り、コント
ローラ20で得られた制御信号をA/D変換器21→周
期調整アクチュエータ9及びジンバル用モータ12へ送
ることにより行われる。
【0020】図6は、装置の周期及び加振力調整のフロ
ーを示している。目標となる周期、加振力が設定される
と(ステップ1)、先ず目標周期を調整し(ステップ
2)、次いでコントローラ20により周期調整アクチュ
エータ9の長さを調整する(ステップ3)。その際、周
期調整用スライダー2の曲率を変化させて、重り1の移
動周期を調整する(ステップ4)。次いで目標加振力
(重り1のストローク)を調整し(ステップ5)、次い
でコントローラ20によりジンバル用モータ12を目標
周期で作動させて、ジャイロモーメントを発生させ(ス
テップ6)、次いでジャイロモーメントによる重り1の
振動により、加振力となる慣性力を発生させ(ステップ
7)、次いで加速度センサー15により重り1の応答
(加振力)を検出し(ステップ8)、次いで発生加振力
と目標加振力との比較を行う(ステップ9)。目標加振
力が発生していなければ、再度、コントローラ20によ
りジャイロモーメントを調整する(ステップ10)。ま
た目標加振力が発生していれば、所定周期、加振力の加
振が行われていることになる(ステップ11)。以上の
ステップを繰り返し行うことにより、試験を実施する。
【0021】
【発明の効果】本発明の長周期起振機は前記のように周
期調整アクチュエータにより周期調整用スライダーの振
動周期を調整し、モーメント発生装置では、高速回転す
るフライホイールを傾けることにより発生するジャイロ
モーメントを利用して周期調整用スライダー上に設置し
た重りを加振し、この重りの振動を加速度センサーによ
り検出し、そのとき得られる検出信号をコントローラへ
送り、同コントローラで得られた制御信号を周期調整ア
クチュエータ及びモーメント発生装置へ送って、周期調
整用スライダーの振動周期をジャイロモーメントの発生
周期に一致させるので、1秒を越える長周期の加振力
を容易に安定して得ることができ、重りの移動距離、
即ち、ストロークを長くとれて、比較的小さな重りでも
大きな加振力を得ることができて、起振機をコンパクト
にできる上に、製作コストを低減でき、加振力に比較
して消費エネルギーを少なくできて、ランニングコトス
を低減でき、従来不可能であった超長周期の加振も実
現でき、起振機の可動部に減衰が少なく、小さな加振
力(ジャイロモーメント)でも、重りを大きく加振する
ことができ、小さな重りを使用しても十分な加振力を得
られて、この点でも、起振機をコンパクトにできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の長周期起振機の一実施形態を示す側面
図である。
【図2】図1の矢視A−A線に沿う縦断正面図である。
【図3】図1の矢視B−B線に沿う縦断正面図である。
【図4】図2の矢視C−C線に沿う縦断正面図である。
【図5】同長周期起振機の制御系統を示す説明図であ
る。
【図6】同長周期起振機のフロー図である。
【図7】ジャイロモーメントの発生を示す説明図であ
る。
【図8】同長周期起振機の周期調整用スライダーの周期
調整状態を示す説明図である。
【図9】(a)は従来の起振機の一例を示す平面図、
(b)は側面図である。
【図10】従来の起振機の他の例を示す側面図である。
【図11】従来の起振機のさらに他の例を示す系統図で
ある。
【符号の説明】
1 重り 2 周期調整用スライダー 9 周期調整アクチュエータ 15 加速度センサー 11 モーメント発生装置のジンバル 12 〃 のジンバル用モー
タ 13 〃 のフライホイール
用モータ 14 〃 のジャイロ架台 16 〃 の軸受 17 〃 のフライホイール 20 コントローラ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高速回転するフライホイールを傾けるこ
    とにより発生するジャイロモーメントを利用して周期調
    整用スライダー上に設置した重りを加振するモーメント
    発生装置と、重りの振動を加速度センサーからの検出信
    号に基づいて制御するコントローラと、周期調整用スラ
    イダーの振動周期を調整する周期調整アクチュエータと
    により構成したことを特徴した長周期起振機。
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