JP3651144B2 - 制震用オイルダンパ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、風や地震による構造物の振動を抑制するために、構造物の柱梁架構内に耐震要素を介して設置される制震用オイルダンパに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平４−３７１６７９号公報には、受動型の制震構造物を実現するための高減衰装置として、減衰性能を高めたシリンダー形式のオイルダンパが記載されている。
【０００３】
上記オイルダンパは、構造物の柱梁架構内に耐震要素を介して設置し、これを構造物内に適切に配置することで、地震や風等の振動外力による構造物の応答について、高い減衰性を与え、振動を低減することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
オイルダンパを構造物の柱梁架構内に耐震要素を介して設置する場合において、再現期間１年程度の風によるダンパの振幅は小さなものである。これについて、高層建物モデルで行ったシミュレーション結果は以下の通りである。
【０００５】
図２は対象建物の骨組の水平断面図、図３は鉛直断面図であり、オイルダンパが合計８０台（１階から１６階の各階４構面に、１階から４階は１構面に２台ずつ、５階から１６階は１構面に１台ずつ）設置されている。なお、図中、符号１０はオイルダンパ、符号Ａはオイルダンパを設置した構面を示す。
【０００６】
この建物の想定される再現期間１年の風荷重によるオイルダンパの発生減衰力を示したものが図４である。図４において、(a) は１６階、(b) は１０階、(c) は４階のそれぞれオイルダンパ１台の発生減衰力を示している。なお、使用したオイルダンパのピストン面積は２５０cm2 、ストロークは６cmであり、ピストン面積から、図４の発生減衰力の最大値１．０ｔは内圧で４kg/cm2ということになる。
【０００７】
オイルダンパの力学モデルは、ダッシュポットとバネが直列に配置されたマックスウェル型モデルとなる。このうち、バネは油の圧縮率βに依存し、このバネが低下すると図５に示すように構造物に付加される減衰定数ｈ1 が低下する。これにより振幅が大きな状態で期待できるオイルダンパの振動低減効果が損なわれる。
【０００８】
図５は複素固有値解析によって求まる１次振動成分に関する減衰定数ｈ1 について、バネの低下がない場合（実線）に対し、バネの低下によりダンパ剛性が１／２、１／３になったときの減衰定数（点線）を示したもので、特に減衰係数の大きい範囲ではダンパ剛性の低下により減衰定数ｈ1 も低下する。
【０００９】
このことは、実際の建物を用いた振動実験によっても確認されている。図６は上記の高層建物での実験結果を示したもので、オイルダンパの設置により減衰定数Δｈが約２．２％増加している。しかし、バネの低下、すなわちダンパ剛性の低下がない場合、解析上は、６％の付加減衰（Δｈ）が確保されることになる。
【００１０】
オイルダンパでは、油の圧縮率βが気泡混入量ａ（％）により影響を受けるため、特に微小振幅では剛性低下が生じる。次式(1) は混合流体の平均圧縮率β’を求める式である。
【００１１】
β’＝β＋ａ（Ｐ0 ／Ｐ−β）／１００ … (1)
ここで、Ｐ0 は大気圧、Ｐは圧力である。
【００１２】
十分に空気を除去すれば、気泡混入量ａを０．１％程度まで減少させることができるが、それでも油の平均圧縮率β’は図７のように減少する。なお、図７は初期圧を３kg/cm2に設定した状態であり、通常、オイルダンパは１（大気開放）〜５kg/cm2に設定されている。
【００１３】
本願発明は制震用オイルダンパにおける上述のような問題、特に風荷重等に対するオイルダンパ小振幅時の減衰性能の低下を、効果的にかつ効率良く改善することを目的としたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、構造物の柱梁架構内に耐震要素を介して設置される制震用オイルダンパにおいて、通常のオイルダンパで１〜５kg/cm2程度に設定されているアキュムレータによる初期圧を、作動油の圧縮率の増加率の大きい領域を最初から越えるように、１０kg/cm2以上に設定することにより、ダンパの剛性を低下させる原因である空気をあらかじめつぶしてあることを特徴とするものである。
【００１５】
これは、本願発明では正常な状態におけるオイルダンパの通常の下限値が１０kg/cm2以上であることを意味し、地震や風等の振動外力が入力され、オイルダンパが高減衰装置として機能している際にはオイルダンパの内圧が上昇する。
【００１６】
なお、この場合のオイルダンパの内圧の上昇は、ピストン面積の大小によっても異なるが、初期圧を通常の１〜５kg/cm2程度に設定した場合に比べ、同程度の余裕をみると装置性能として必要とされる上限値も大きくなる。したがって、アキュムレータもそれに応じた性能のものを用いたり、バネによって初期圧を調整する場合にはバネについても作動範囲を十分カバーできるようなバネ値を有するものに交換することが必要となる場合もある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本願発明の制震用オイルダンパ１０の概要を示したもので、シリンダ１１内に両ロッド形式のピストン１２が組み込まれている。ただし、ピストンロッドは一方向のみシリンダ１１から突出し、その突出する側のロッド１２ａおよびシリンダ１１の反対側に、耐震要素または柱梁架構と連結するための取付部１５、１６を設けている。
【００１８】
高減衰、高剛性を確保するための条件としては、ピストン１２移動方向と反対側の油圧室（１４ａまたは１４ｂ）を負圧としないことが必要で、そのためピストン１２ａ，１２ｂに調圧弁１７ａ、１７ｂを設け、移動油量が直接的に反対側の油圧室（１４ａまたは１４ｂ）へ流れる構造としている。
【００１９】
また、作動中の油の圧縮を考慮して不足油量を補償する必要があるので、補給用のアキュムレータ１８が必要となり、バイパス１９にはチェック弁２０ａ、２０ｂを設けている。さらに停止すると、油が元の状態に戻る（膨張）ので、補償された油をアキュムレータ１８に戻す必要があり、チェック弁２０ａ、２０ｂと並列にオリフィス（絞り）２１ａ、２１ｂを設けている。
【００２０】
本願発明では、このアキュムレータ１８について、初期圧を通常のオイルダンパに比べかなり高い値である１０kg/cm2以上に設定している。
【００２１】
前述した図７は、通常の初期圧を３kg/cm2に設定したオイルダンパにおける圧力Ｐと油の平均圧縮率β’との関係を示したものであるが、図７における圧力Ｐ＝１０kg/cm2に初期圧を設定した場合、本願発明の圧縮率範囲は例えば１０kg/cm2以上、１４kg/cm2以下といった範囲になる。もちろん、初期圧は１０kg/cm2より大きく設定することもでき、また圧縮率範囲の上限はピストン面積あるいは１台のオイルダンパ１０の負担する力等によっても変わってくる。
【００２２】
初期圧の設定方法は、アキュムレータ１８の構造により、種々の方法があるが、図に代表するように初期圧をスプリング２５で設定する場合には、作動域が高圧側にずれる分、スプリング２５としてバネ値の高いものを用いることが望ましい。
【００２３】
また、初期圧は常時作用するシリンダ内の油圧となるため、あまり高い値に設定すると油漏れに対するシール性を劣化させる。シール性からは、５０kg/cm2以下の初期圧とすることが好ましい。
【００２４】
【発明の効果】
制震用オイルダンパについて、アキュムレータにより初期圧を１０kg/cm2以上に設定しておくことで、作動油の圧縮率βの増加率の大きい領域を最初から越えることができる。つまり、初期圧により剛性を低下させる原因である空気をあらかじめつぶすことにより、微小振幅レベルから所期の効果が発揮できる。
【００２５】
気泡混入量を減少させることには限界があり、調整が難しくなるのに対し、効率がよく、また確実な効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の制震用オイルダンパの概念図である。
【図２】制震用オイルダンパの高層建物における配置例を示す水平断面図である。
【図３】制震用オイルダンパの高層建物における配置例を示す鉛直断面図である。
【図４】図２、図３の高層建物における再現期間１年の風荷重によるオイルダンパの発生減衰力を示したもので、(a) は１６階、(b) は１０階、(c) は４階のそれぞれオイルダンパ１台の発生減衰力を示すグラフである。
【図５】ダンパ剛性の低下と構造物に付加される減衰定数ｈ1 の低下の関係を示すグラフである。
【図６】図２、図３の高層建物におけるオイルダンパの設置により減衰定数Δｈの増加に関する実験結果を示すグラフである。
【図７】初期圧を３kg/cm2に設定した場合の圧力Ｐと油の平均圧縮率β’との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ…オイルダンパを設置した構面、
１…高層建物、２…柱、３…梁、４…ブレース、
１０…高減衰装置、１１…シリンダ、１２…ピストン、１２ａ，１２ｂ…ピストンロッド、１４ａ，１４ｂ…油圧室、１５、１６…取付部、１７ａ，１７ｂ…調圧弁、１８…アキュムレータ、１９…バイパス、２０ａ，２０ｂ…チェック弁、２１ａ，２１ｂ…オリフィス、２４…シール、２５…スプリング
【発明の属する技術分野】
本願発明は、風や地震による構造物の振動を抑制するために、構造物の柱梁架構内に耐震要素を介して設置される制震用オイルダンパに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平４−３７１６７９号公報には、受動型の制震構造物を実現するための高減衰装置として、減衰性能を高めたシリンダー形式のオイルダンパが記載されている。
【０００３】
上記オイルダンパは、構造物の柱梁架構内に耐震要素を介して設置し、これを構造物内に適切に配置することで、地震や風等の振動外力による構造物の応答について、高い減衰性を与え、振動を低減することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
オイルダンパを構造物の柱梁架構内に耐震要素を介して設置する場合において、再現期間１年程度の風によるダンパの振幅は小さなものである。これについて、高層建物モデルで行ったシミュレーション結果は以下の通りである。
【０００５】
図２は対象建物の骨組の水平断面図、図３は鉛直断面図であり、オイルダンパが合計８０台（１階から１６階の各階４構面に、１階から４階は１構面に２台ずつ、５階から１６階は１構面に１台ずつ）設置されている。なお、図中、符号１０はオイルダンパ、符号Ａはオイルダンパを設置した構面を示す。
【０００６】
この建物の想定される再現期間１年の風荷重によるオイルダンパの発生減衰力を示したものが図４である。図４において、(a) は１６階、(b) は１０階、(c) は４階のそれぞれオイルダンパ１台の発生減衰力を示している。なお、使用したオイルダンパのピストン面積は２５０cm2 、ストロークは６cmであり、ピストン面積から、図４の発生減衰力の最大値１．０ｔは内圧で４kg/cm2ということになる。
【０００７】
オイルダンパの力学モデルは、ダッシュポットとバネが直列に配置されたマックスウェル型モデルとなる。このうち、バネは油の圧縮率βに依存し、このバネが低下すると図５に示すように構造物に付加される減衰定数ｈ1 が低下する。これにより振幅が大きな状態で期待できるオイルダンパの振動低減効果が損なわれる。
【０００８】
図５は複素固有値解析によって求まる１次振動成分に関する減衰定数ｈ1 について、バネの低下がない場合（実線）に対し、バネの低下によりダンパ剛性が１／２、１／３になったときの減衰定数（点線）を示したもので、特に減衰係数の大きい範囲ではダンパ剛性の低下により減衰定数ｈ1 も低下する。
【０００９】
このことは、実際の建物を用いた振動実験によっても確認されている。図６は上記の高層建物での実験結果を示したもので、オイルダンパの設置により減衰定数Δｈが約２．２％増加している。しかし、バネの低下、すなわちダンパ剛性の低下がない場合、解析上は、６％の付加減衰（Δｈ）が確保されることになる。
【００１０】
オイルダンパでは、油の圧縮率βが気泡混入量ａ（％）により影響を受けるため、特に微小振幅では剛性低下が生じる。次式(1) は混合流体の平均圧縮率β’を求める式である。
【００１１】
β’＝β＋ａ（Ｐ0 ／Ｐ−β）／１００ … (1)
ここで、Ｐ0 は大気圧、Ｐは圧力である。
【００１２】
十分に空気を除去すれば、気泡混入量ａを０．１％程度まで減少させることができるが、それでも油の平均圧縮率β’は図７のように減少する。なお、図７は初期圧を３kg/cm2に設定した状態であり、通常、オイルダンパは１（大気開放）〜５kg/cm2に設定されている。
【００１３】
本願発明は制震用オイルダンパにおける上述のような問題、特に風荷重等に対するオイルダンパ小振幅時の減衰性能の低下を、効果的にかつ効率良く改善することを目的としたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、構造物の柱梁架構内に耐震要素を介して設置される制震用オイルダンパにおいて、通常のオイルダンパで１〜５kg/cm2程度に設定されているアキュムレータによる初期圧を、作動油の圧縮率の増加率の大きい領域を最初から越えるように、１０kg/cm2以上に設定することにより、ダンパの剛性を低下させる原因である空気をあらかじめつぶしてあることを特徴とするものである。
【００１５】
これは、本願発明では正常な状態におけるオイルダンパの通常の下限値が１０kg/cm2以上であることを意味し、地震や風等の振動外力が入力され、オイルダンパが高減衰装置として機能している際にはオイルダンパの内圧が上昇する。
【００１６】
なお、この場合のオイルダンパの内圧の上昇は、ピストン面積の大小によっても異なるが、初期圧を通常の１〜５kg/cm2程度に設定した場合に比べ、同程度の余裕をみると装置性能として必要とされる上限値も大きくなる。したがって、アキュムレータもそれに応じた性能のものを用いたり、バネによって初期圧を調整する場合にはバネについても作動範囲を十分カバーできるようなバネ値を有するものに交換することが必要となる場合もある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本願発明の制震用オイルダンパ１０の概要を示したもので、シリンダ１１内に両ロッド形式のピストン１２が組み込まれている。ただし、ピストンロッドは一方向のみシリンダ１１から突出し、その突出する側のロッド１２ａおよびシリンダ１１の反対側に、耐震要素または柱梁架構と連結するための取付部１５、１６を設けている。
【００１８】
高減衰、高剛性を確保するための条件としては、ピストン１２移動方向と反対側の油圧室（１４ａまたは１４ｂ）を負圧としないことが必要で、そのためピストン１２ａ，１２ｂに調圧弁１７ａ、１７ｂを設け、移動油量が直接的に反対側の油圧室（１４ａまたは１４ｂ）へ流れる構造としている。
【００１９】
また、作動中の油の圧縮を考慮して不足油量を補償する必要があるので、補給用のアキュムレータ１８が必要となり、バイパス１９にはチェック弁２０ａ、２０ｂを設けている。さらに停止すると、油が元の状態に戻る（膨張）ので、補償された油をアキュムレータ１８に戻す必要があり、チェック弁２０ａ、２０ｂと並列にオリフィス（絞り）２１ａ、２１ｂを設けている。
【００２０】
本願発明では、このアキュムレータ１８について、初期圧を通常のオイルダンパに比べかなり高い値である１０kg/cm2以上に設定している。
【００２１】
前述した図７は、通常の初期圧を３kg/cm2に設定したオイルダンパにおける圧力Ｐと油の平均圧縮率β’との関係を示したものであるが、図７における圧力Ｐ＝１０kg/cm2に初期圧を設定した場合、本願発明の圧縮率範囲は例えば１０kg/cm2以上、１４kg/cm2以下といった範囲になる。もちろん、初期圧は１０kg/cm2より大きく設定することもでき、また圧縮率範囲の上限はピストン面積あるいは１台のオイルダンパ１０の負担する力等によっても変わってくる。
【００２２】
初期圧の設定方法は、アキュムレータ１８の構造により、種々の方法があるが、図に代表するように初期圧をスプリング２５で設定する場合には、作動域が高圧側にずれる分、スプリング２５としてバネ値の高いものを用いることが望ましい。
【００２３】
また、初期圧は常時作用するシリンダ内の油圧となるため、あまり高い値に設定すると油漏れに対するシール性を劣化させる。シール性からは、５０kg/cm2以下の初期圧とすることが好ましい。
【００２４】
【発明の効果】
制震用オイルダンパについて、アキュムレータにより初期圧を１０kg/cm2以上に設定しておくことで、作動油の圧縮率βの増加率の大きい領域を最初から越えることができる。つまり、初期圧により剛性を低下させる原因である空気をあらかじめつぶすことにより、微小振幅レベルから所期の効果が発揮できる。
【００２５】
気泡混入量を減少させることには限界があり、調整が難しくなるのに対し、効率がよく、また確実な効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の制震用オイルダンパの概念図である。
【図２】制震用オイルダンパの高層建物における配置例を示す水平断面図である。
【図３】制震用オイルダンパの高層建物における配置例を示す鉛直断面図である。
【図４】図２、図３の高層建物における再現期間１年の風荷重によるオイルダンパの発生減衰力を示したもので、(a) は１６階、(b) は１０階、(c) は４階のそれぞれオイルダンパ１台の発生減衰力を示すグラフである。
【図５】ダンパ剛性の低下と構造物に付加される減衰定数ｈ1 の低下の関係を示すグラフである。
【図６】図２、図３の高層建物におけるオイルダンパの設置により減衰定数Δｈの増加に関する実験結果を示すグラフである。
【図７】初期圧を３kg/cm2に設定した場合の圧力Ｐと油の平均圧縮率β’との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ…オイルダンパを設置した構面、
１…高層建物、２…柱、３…梁、４…ブレース、
１０…高減衰装置、１１…シリンダ、１２…ピストン、１２ａ，１２ｂ…ピストンロッド、１４ａ，１４ｂ…油圧室、１５、１６…取付部、１７ａ，１７ｂ…調圧弁、１８…アキュムレータ、１９…バイパス、２０ａ，２０ｂ…チェック弁、２１ａ，２１ｂ…オリフィス、２４…シール、２５…スプリング
Claims (1)
- 構造物の柱梁架構内に耐震要素を介して設置される制震用オイルダンパにおいて、作動油の圧縮率の増加率の大きい領域を最初から越えるようにアキュムレータによる初期圧を１０kg/cm2以上に設定することにより、ダンパの剛性を低下させる原因である空気をあらかじめつぶしてあることを特徴とする制震用オイルダンパ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28380496A JP3651144B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 制震用オイルダンパ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28380496A JP3651144B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 制震用オイルダンパ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10121775A JPH10121775A (ja) | 1998-05-12 |
| JP3651144B2 true JP3651144B2 (ja) | 2005-05-25 |
Family
ID=17670366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28380496A Expired - Fee Related JP3651144B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 制震用オイルダンパ |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3651144B2 (ja) |
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| SE529042C2 (sv) | 2004-12-06 | 2007-04-17 | Oehlins Racing Ab | Teleskopgaffelben |
| US20060261530A1 (en) * | 2005-05-18 | 2006-11-23 | Bell Helicopter Textron Inc. | Preloaded one-way valve accumulator |
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| JP5698646B2 (ja) * | 2011-11-15 | 2015-04-08 | カヤバ工業株式会社 | 車両用緩衝器 |
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- 1996-10-25 JP JP28380496A patent/JP3651144B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10121775A (ja) | 1998-05-12 |
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