JP3698598B2 - 斜張橋斜材ケーブルの制振装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、斜材ケーブルの風等による振動を抑制する、斜張橋斜材ケーブルの制振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
斜張橋の斜材ケーブルは、風や地震により振動し易いため、振動に伴う疲労による損傷を回避する必要があることから、斜材ケーブルは、図７に示すような振動抑制手段が講じられる。
【０００３】
図７（ａ）は、複数本の斜材ケーブルを、互いにロープで連結することにより、斜材ケーブル相互の干渉により振動を抑制する方法であり、図７（ｂ）は、斜材ケーブルの主桁への定着部付近に、オイルダンパや粘性剪断型ダンパを接続して、振動を抑制する方法であり、図７（ｃ）は、斜材ケーブルが並列する場合に、その並列する斜材ケーブル間に、スペーサを配置して振動を拘束する方法である。
【０００４】
（ａ）の方法では、斜材ケーブルの振動の方向にロープが向かなければ、効率が落ちるため十分な振動減衰の効果が期待できない。またロープが美観上の障害となる。ダンパは、斜材ケーブルの振幅が大きいほど効果があるが、（ｂ）の方法では、ダンパが振幅の小さい定着部付近に設置されるため振動減衰効果は小さい。（ｃ）の方法では、スペーサの設置位置を節とする新たな振動が発生するので、有効な振動抑制法とはならない。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解消し、効果的に斜材ケーブルの振動を抑制するために創案されたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１は、
一端は、斜材ケーブルに固定する手段で構成され、中途に磁性体からなる吸着板を有する非磁性体からなるシャフトと、
前記吸着板の下部に、該吸着板から突出するシャフト部を貫通し、吸着板を吸着する磁気回路と、
吸着板から突出するシャフトの先端を、ガイドする孔を設けたボスと、桁側に固定する手段を有する非磁性体からなる底板と、
前記吸着板を有するシャフト及び磁気回路を、外部から保護する非磁性体からなるハウジングと、
該ハウジングを覆い、前記シャフトが貫通して前記磁気回路との間で、前記吸着板が所定のストロークで、往復運動ができるように配設された、非磁性体からなる上板と、
で構成される制振装置を斜材ケーブルと斜張橋の桁の間に装着し、吸着板を磁気回路に拘束／解放させることを繰り返すことによって、風によって揺れ易い低次モードの振動を、風によって揺れ難い高次モードの振動に変化させることで制振することを特徴とする斜張橋斜材ケーブルの制振装置であることを要旨とする。
【０００７】
請求項２は、
請求項１記載の斜張橋斜材ケーブルの制振装置に於いて、前記ハウジング内を吸着板が往復運動した際、前記磁気回路及び上板に衝突の衝撃緩和のための粘弾性体を配設し、かつ該ハウジング内の空気を圧密させない手段を有することを特徴とする斜張橋斜材ケーブルの制振装置であることを要旨とする。
【０００８】
請求項３は、
請求項１及び請求項２記載の斜張橋斜材ケーブルの制振装置に於いて、斜材ケーブルに固定する手段と、桁に固定する手段の間に、装置の取付け長さ及び吸着板のストロークが調整できる手段を有することを特徴とする斜張橋斜材ケーブルの制振装置であることを要旨とする。
【０００９】
請求項４は、
請求項１、請求項２及び請求項３記載の斜張橋斜材ケーブルの制振装置に於いて、前記磁気回路を磁性体からなるヨークと永久磁石で構成し、ハウジング内部のヨークを短絡させて、磁力線を逃すことにより、磁気回路の吸着力を調整する手段を有することを特徴とする斜張橋斜材ケーブルの制振装置であることを要旨とする。
【００１０】
本発明では、磁性体と磁石間の吸引力を利用して、斜材ケーブルの一部で斜材ケーブルの振動を拘束し、吸引力と逆向きの振動時の力を利用して、拘束を解放することにより、斜材ケーブルの振動のモードを変化させ、効果的に、簡単に斜材ケーブルの振動を抑制する。図３は、制振装置を斜材ケーブルと斜張橋の桁に装備した概念図である。
【００１１】
磁性体よりなる吸着板を有する非磁性体のシャフトの一端が、非磁性体のハウジングの上板から、ボールブッシュを介して突出し、斜材ケーブルに固定され、他端がボールブッシュを介して非磁性体の底板のボス孔に出没自在に嵌合し、底板が斜張橋の桁に固定されるように形成される。このような構造で吸着板がピストンに相当し、その吸着板の下に永久磁石（例えば希土類磁石、フェライト磁石等）とヨークからなる磁気回路を内蔵させる。
【００１２】
斜材ケーブルの振動は、一種の自励振動と考えられる。風による斜材ケーブルに作用する力が小さく、その振動が一定振動振幅以下のときは、吸着板が磁石に吸引されて斜材ケーブルは、風によって揺れ易い低次の振動モード（不安定モード）で振動しているが、風の強さが大きくなると、斜材ケーブルに磁石の吸引力よりも大きな力が作用し、振動振幅の位相が磁石の吸引力と逆方向のとき、吸着板は磁石の拘束から解放される。この時、斜材ケーブルに風によって揺れ難い高次の振動モード（安定モード）が発生して不安定な低次モードは乱されて、振動振幅は小さくなる。図４（ａ）は、斜材ケーブルが全く振動していない状態で、Ａは制振装置の定着点を示す。図４（ｂ）は、風によってケーブルに振動が発生したものの、まだ振幅が小さいために制振装置の吸着板が磁石に吸引されたまま不安定な低次モードで、斜材ケーブルが振動している状況を示す。図４（ｃ）は、振幅が大きくなって、磁石が吸着板の拘束を解放し、定着点Ａを節にした新たに安定な高次の振動モードが発生したことを示す。図４（ｄ）は、発生した高次の振動が、直ちに消滅し全体の振動が減衰していく状況を示した図である。このようにして、本発明の制振装置では、吸着板が磁気回路と上板の間を往復運動しながら、不安定な低次モードの振動エネルギを安定な高次モードの振動へ移行させることにより、振動の成長を抑制し、また定常的な振動を低減し、振動を早期に減衰させることができる。図５は、吸着板の拘束／解放を繰り返しの区間（１２〜１７秒付近）で、不安定な低次モードの振動を変動させて振動の成長を抑制している例を示した図である。不安定な低次モードの振動エネルギを、より効果的に高次モードに移行させるには、斜材ケーブルの中央部の変位が最大のとき、吸着板の拘束／解放が行えるよう磁石の吸着力を調整する。吸引力の調整は、ハウジングの外部から、内部のヨークを短絡させて、磁力線を逃すことにより磁石の吸引力を弱めるショートヨークの大きさを変更して調整すればよい。
【００１３】
斜材ケーブルを固定した吸着板の拘束／解放を繰り返すことにより、風や地震による振動が抑制できるほか、風による振動の一種であるウェイクギャロッピング、レインバイブレーション等の振動が抑制できる。また、装置は磁性体と永久磁石のみから構成されるため、構造が単純であり、動力なしで斜材ケーブルの振動抑制が簡単に行える。 図６（ａ）は、台風時の風速と時間を示す一例で、図６（ｂ）は、その風速に対して本発明の制振装置を装備した場合の、斜材ケーブルの変位を表す図であり、図６（ｃ）は制振装置を装備しない場合の、斜材ケーブルの変位を表す図である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて、本発明の斜材ケーブル制振装置の実施の形態を説明する。
図１は、制振装置の横視図／断面図であり、図２は、図１のＢ−Ｂ断面図である。符号１は、非磁性体のシャフトであり、一端にねじ孔が穿設してあり、回転支承を内蔵したアイボルト状のロッドエンド２が螺合され、ロックナット３でシャフト１に固定されている。符号４は、磁性体よりなる吸着板４であり、シャフト１に配設されている。この吸着板４の他端は、非磁性体のシャフト１の一部を形成している。符号５は、永久磁石であり磁性体よりなるヨーク６とで磁気回路を構成する。シャフト１のロッドエンド２側は上板７を貫通し、貫通部はボールブッシュ８でガイドされる。他端はボールブッシュ９でガイドされるボス１０を有する非磁性体の底板１１で支持される。ボス１０には可動ストロークＬが採られていて、吸着板４はシャフト１で、上板７とヨーク６の間を往復動できるようになっている。底板１１には、ロッドエンド２側のねじと逆ねじのねじ孔が穿設してあり、ロッドエンド１２が螺合され、ロックナット１３で底板に固定されている。ロッドエンド２には、斜材ケーブルを固定し、ロッドエンド１２には、斜張橋の桁を固定する。逆ねじであるから装置本体を回転させて、斜材ケーブルと桁間の距離の調整が簡単にできる。またストロークＬの調整が可能となる。装置本体の設置時の調整も可能になる。斜材ケーブルが、ある一定以上の振幅で振動する際は、吸着板４は、この磁気回路と上板７の間を往復運動をする。この場合、シャフト１をボールブッシュ８、９でガイドしているため、安定した吸着力が確保できる。また、磁石５に直接、吸着板４が衝突して、磁石５が破損するのを防ぐため、ヨーク６を用いて磁気回路を形成し、直接、吸着板４が磁石５に当たらないようにしている。またヨーク６には吸着板４の衝突を緩和するために、粘弾性体（例えば緩衝ゴム１８）が貼付され、上板７にも同様な粘弾性体１９が貼付してある。なお底板１１には、ねじ孔１６が穿設してあり外気と流通している。制振装置を稼働させない時は、ボルトで盲蓋をしておく。またボス１０にも、シャフト１が往復動した場合の、空気の逃げ孔１７が穿設してある。符号１４は、シャフト１、吸着板４、磁石５、ヨーク６を収め、上板７と底板１１を支える非磁性体のハウジングである。ハウジング１４の外側に、ハウジング１４に沿って、鉄製のショートヨーク１５がハウジング１４内の隣り合うヨーク６を短絡するように、取り付けることで吸着板４に作用する吸着力が調整できる。ショートヨーク１５の交換は、装置設置後も外側から簡単にできる。
【００１５】
また磁気回路には、種々のバリエーションが考えられ図８、図９にその例を示す。図８（ａ）は、永久磁石とヨーク６を用いた磁気回路で、ヨーク６の背丈を永久磁石５より低くし、永久磁石の上に（ｃ）に示すような緩衝非磁性体を乗せ、永久磁石が吸着板を緩衝非磁性体を介して受けるものの斜視図である。（ｂ）は、ヨークを用いない磁気回路であり（ｄ）に示すような緩衝非磁性体を乗せ、吸着板を受けるものの構造である。
【００１６】
図９（ａ）は、吸引力を利用した吸着筒２１による制振装置である。（ｄ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面であり、永久磁石５への吸着筒２１の拘束に吸引力を応用している。（ｂ）は、ヨーク６が永久磁石５より外周が大きい場合であり、（ｃ）は逆に永久磁石の外周がヨークの外周より大きい場合である。
【００１７】
【発明の効果】
磁性体と磁石間の吸引力を利用して斜材ケーブルの一部で斜材ケーブルの振動を拘束し、吸引力と逆向きの振動時の力を利用して拘束を解除することにより斜材ケーブルの振動モードを変化させ、振動の拘束／解放を繰り返して不安定な低次振動モードのエネルギを安定な高次振動モードに移行させることにより振動の成長を抑制する。また定常的な振動の低減にも有効であるため、風や地震による振動の他、ウエイクギャロッピング、レインバイブレーション等も抑制することができる。
【００１８】
永久磁石とヨークで磁気回路を構成し、ヨーク表面に粘弾性体を貼付しているので、吸着板が直接磁石に衝突することがなく、磁石の破損がない。また永久磁石を応用しているので、他からの動力を必要とせず簡便である。
【００１９】
斜材ケーブル固定側と桁固定側のねじが逆ねじなので、斜材ケーブルと桁間の距離の調整が簡単にできる。またストロークＬの調整が可能となる。装置本体の設置時の調整も可能になる。
【００２０】
不安定な低次モードの振動エネルギを、より効果的に高次モードに移行させるには、斜材ケーブルの中央部の変位が最大のとき、吸着板の拘束／解放が行えるよう磁石の吸着力を調整するが、ショートヨークがハウジング内の隣り合うヨークを短絡するように、取り付け得るので吸着板に作用する吸着力が容易に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】制振装置の横視図／断面図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】制振装置を斜材ケーブルと斜張橋の桁に装備した概念図である。
【図４】（ａ）は、斜材ケーブルが全く振動していない状態で、Ａは制振装置の定着点を示す。（ｂ）は、風によってケーブルに振動が発生したものの、まだ振幅が小さいために制振装置の吸着板が磁石に吸引されたまま不安定な低次モードで、斜材ケーブルが振動している状況を示す。（ｃ）は、振幅が大きくなって、磁石が吸着板の拘束を解放し、定着点Ａを節にした新たに安定な高次の振動モードが発生したことを示す。（ｄ）は、発生した高次の振動が、直ちに消滅し全体の振動が減衰していく状況を示した図である。
【図５】吸着板の拘束／解放を繰り返すことにより、振動エネルギが減衰する様子を示した図である。
【図６】（ａ）は、台風時の風速と時間を示す一例で、（ｂ）は、その風速に対して本発明の制振装置を装備した場合の、斜材ケーブルの変位を表す図であり、（ｃ）は制振装置を装備しない場合の、斜材ケーブルの変位を表す図である。
【図７】（ａ）は、複数本の斜材ケーブルを、互いにロープで連結することにより、斜材ケーブル相互の干渉により振動を抑制する方法であり、（ｂ）は、斜材ケーブルの主桁への定着部付近に、オイルダンパや粘性剪断型ダンパを接続して、振動を抑制する方法であり、（ｃ）は、斜材ケーブルが並列する場合に、その並列する斜材ケーブル間に、スペーサを配置して振動を拘束する方法である。
【図８】磁気回路のバリエーションの例を示す図である。
【図９】吸引力を利用した磁気回路の例を示す図である。
【符号の説明】
１……シャフト（非磁性体）、２……斜材ケーブル側のロッドエンド、３……ナット、４……吸着板（磁性体）、５……永久磁石、６……ヨーク（磁性体）、７……上板（非磁性体）、８……ボールブッシュ、９……ボールブッシュ、１０……ボス、１１……底板（非磁性体）、１２……桁側ロッドエンド、１３……ナット、１４……ハウジング（非磁性体）、１５……ショートヨーク（磁性体）、１６……空気抜きねじ孔、１７……空気抜き孔、１８……粘弾性体（緩衝ゴム）、１９……粘弾性体（緩衝ゴム）、２０……緩衝非磁性体、２１……吸着筒

Claims (4)

1. 一端は、斜材ケーブルに固定する手段で構成され、中途に磁性体からなる吸着板を有する非磁性体からなるシャフトと、前記吸着板の下部に、該吸着板から突出するシャフト部を貫通し、吸着板を吸着する磁気回路と、吸着板から突出するシャフトの先端を、ガイドする孔を設けたボスと、桁側に固定する手段を有する非磁性体からなる底板と、前記吸着板を有するシャフト及び磁気回路を、外部から保護する非磁性体からなるハウジングと、該ハウジングを覆い、前記シャフトが貫通して前記磁気回路との間で、前記吸着板が所定のストロークで、往復運動ができるように配設された、非磁性体からなる上板と、で構成される制振装置を斜材ケーブルと斜張橋の桁の間に装着し、吸着板を磁気回路に拘束／解放させることを繰り返すことによって、風によって揺れ易い低次モードの振動を、風によって揺れ難い高次モードの振動に変化させることで制振することを特徴とする斜張橋斜材ケーブルの制振装置。
2. 請求項１記載の斜張橋斜材ケーブルの制振装置に於いて、前記ハウジング内を吸着板が往復運動した際、前記磁気回路及び上板に衝突の衝撃緩和のための粘弾性体を配設し、かつ該ハウジング内の空気を圧密させない手段を有することを特徴とする斜張橋斜材ケーブルの制振装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の斜張橋斜材ケーブルの制振装置に於いて、斜材ケーブルに固定する手段と、桁に固定する手段の間に、装置の取付け長さ及び吸着板のストロークが調整できる手段を有することを特徴とする斜張橋斜材ケーブルの制振装置。
4. 請求項１、請求項２又は請求項３記載の斜張橋斜材ケーブルの制振装置に於いて、前記磁気回路を磁性体からなるヨークと永久磁石で構成し、ハウジング内部のヨークを短絡させて、磁力線を逃すことにより、磁気回路の吸着力を調整する手段を有することを特徴とする斜張橋斜材ケーブルの制振装置。

Images