JP3820495B2

JP3820495B2 - Active seismic isolation device

Info

Publication number: JP3820495B2
Application number: JP24481898A
Authority: JP
Inventors: 雅史山本; 信義村井; 雅彦東野; 義英内山; 重雄嶺脇; 宏和吉岡; 弘樹濱口; 三男浅野; 和博岩間
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2018-08-31
Also published as: JP2000073621A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、免震支承及びダンパーに加え、免震構造物の振動を制御するアクチュエータを備えたアクティブ免震装置の技術分野に属し、更に云えば、免震層の変形量が可及的に小さくなるように免震（又は制振）するアクティブ免震装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、免震層の変形量が可及的に小さくなるように免震（又は制振）する免震装置の要請に応えるべく、免震構造物を支持する免震支承と、同免震支承が振動する際に減衰力を発生するダンパーに加え、免震構造物の振動を抑制するアクチュエータを備えた所謂アクティブ免震装置が案出され、例えば、特開平８−２６０７５６号公報、特公平７−１１２０７号公報、特開昭６１−２３７７７０号公報、特開平１−１７９７６号公報等に種々開示されている。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記各公報に開示されたアクティブ免震装置は、概ね免震構造物全体の振動（地動変位）をセンサーで測定し、その測定値に基づいて制御装置により制御していた。しかしながら、前記振動（地動変位）は絶対量であるため直接には測定不能で、通常は加速度センサーの時間に関する２階積分で得られるが、この積分効果には大きなドリフト成分（低振動数成分）が含まれる。よって、このドリフト成分を適切に除去しなければ免震層の変形量は逆に増大するという問題があるが、従来、これに対する対策は何も開示されていない。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、センサーとしての信頼性が高く、ドリフト成分の影響が全くないストローク計を用いてアクチュエータを制御する高性能なアクティブ免震装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るアクティブ免震装置は、免震層で免震構造物を支持する免震支承と、同免震支承が振動する際に減衰力を発生するダンパーと、免震構造物の振動を抑制するアクチュエータとから成るアクティブ免震装置において、
前記アクチュエータは、該アクチュエータのストロークを測定するストローク計が内蔵され、前記ストローク計のストローク信号に基づいて駆動制御されること、
前記アクチュエータを駆動制御する指令は、アクチュエータの制御力をＦ、ストローク量をδ、ストローク量を時間微分して得られるストローク速度をδ’、定数をα、及び正のとき１、負のとき−１を与える符号関数をｓｇｎ（）とすると、次式
Ｆ＝−Ｆ _０ｓｇｎ（δ＋αδ’）
により演算して出されることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載したアクティブ免震装置において、
免震層は、免震構造物の基礎部分、または免震構造物の中間部に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載した発明は、請求項１に記載したアクティブ免震装置において、
免震支承がリニアスライダー又は静圧軸受けである場合、免震構造物の免震層に、一端を上部構造に、他端を下部構造に連結した復元バネが設置されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態及び実施例】
図１は、請求項１に記載した発明の実施形態であるアクティブ免震装置の一例を示している。このアクティブ免震装置は、免震構造物１を支持する免震支承としてのリニアスライダー２と、同リニアスライダー２が振動する際に減衰力を発生するダンパー３と、免震構造物１の振動を抑制するアクチュエータ４と、復元バネ５（請求項４）とから構成され、免震構造物１と基礎６との間の免震層に設置されている。
【０００９】
また、前記ダンパー３には、オイルダンパーや粘性体ダンパーが好適に使用される。前記アクチュエータ４には、油圧サーボアクチュエータやＡＣサーボモータが好適に使用される。前記復元バネ５には、コイルバネ、積層ゴム、板バネが好適に使用される。
前記アクチュエータ４は、該アクチュエータ４のストロークを測定するストローク計を内蔵した構成とされ、同ストローク計のストローク信号に基づいて駆動制御される。具体的には、アクチュエータ４の制御力Ｆは、例えば下記の数式［数１］として与えられる。
【００１０】
【数１】
Ｆ＝−Ｆ₀ｓｇｎ（δ＋αδ′）
前記［数１］中、δはストローク量、δ′はδを時間微分して得られるストローク速度であり、αは定数である（請求項２）。また、ｓｇｎ（）は正のとき１、負のとき−１を与える符号関数である。
【００１１】
前記［数１］を図示すれば図２のような出力信号になる。この場合、δ＋αδ′＝０において信号が不連続になるため、減衰や摩擦が小さいと、衝撃により高次モードを発生し、場合によっては不安定になる。このため、図３のように安定性を保持する滑らかな曲線に信号処理することも有効である。
以下に、図１に示したアクティブ免震装置と従来技術とをシュミレーション解析結果を用いて比較する。但し、免震構造物は総重量５０００ｔの剛体と考え、入力地震動として、日本建築センターが作成したレベル２地震動を用いた。
＜条件＞

＜シュミレーション解析結果＞
【００１２】
【表１】

＜分析＞
モデル２は周期を長くしたため、モデル１に比べて免震効果は向上しているが、免震層の変位量は大きくなっている。モデル３は、モデル２に４９０ｋＮのアクチュエータ４を加えたものであり、免震層の変位をモデル１と略同等にしたまま免震効果をモデル１よりも飛躍的に向上させることができた。
【００１３】
さらに、モデル４のように、アクチュエータ４を９８０ｋＮと高く設定すれば、復元バネ５を使わないでも免震層の変位をモデル１と略同等にしたまま高い免震効果を得ることができた。
即ち、図１に示したアクティブ免震装置は、復元バネ５を設置した場合（モデル３）と設置しない場合（モデル４）を問わず、センサーとしての信頼性が高く、ドリフト成分の影響が全くないストローク計を用いてアクチュエータを制御でき、云うなれば、モデル１とモデル２の長所のみを合わせ持った高性能なアクティブ免震装置を提供することができるのである。
したがって、図１〜図３のように構成されたアクティブ免震装置は、構成要素であるアクチュエータ４が、該アクチュエータ４のストロークを測定するストローク計のストローク信号に基づいて駆動制御されるので、センサーとしての信頼性が高く、ドリフト成分の影響が全くない、高性能なアクティブ免震装置となる。もちろん、摩擦力（１４７ｋＮ）よりもアクチュエータの制御力（４９０ｋＮ又は９８０ｋＮ）の方が大きいため残留変形は生じない。
【００１４】
なお、本実施例では、免震支承としてリニアスライダー２を使用しているが、これに限定されず、静圧軸受け７（図４）、高面圧の積層ゴム８（図５）、あるいは中空積層ゴム、多段積層ゴム９（図６）を採用して同様に実施できる。前記リニアスライダー２や静圧軸受け７等、復元力を有しない免震支承を使用する場合は、復元バネ５を使用することが好ましい。但し、前記シュミレーション解析結果で分析したように、アクチュエータ４の制御力を大きく設定すれば、復元バネ５を設置しなくても十分に実施できる。
【００１５】
上記図１に基づいて説明した実施例では免震層を免震構造物１の基礎部分に設けているが、免震構造物１の中間部に設けて実施しても良い（請求項３）。また、ストローク計はアクチュエータ４に内蔵された構成の限りではなく、アクチュエータ４とは別個に設けても良い。
【００１６】
【本発明が奏する効果】
本発明に係るアクティブ免震装置によれば、構成要素であるアクチュエータが、該アクチュエータのストロークを測定するストローク計のストローク信号に基づいて駆動制御されるので、センサーとして信頼性が高く、ドリフト成分の影響が全くない、高性能なアクティブ免震装置が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアクティブ免震装置を模式的に示した正面図である。
【図２】［数１］をグラフに表したものである。
【図３】［数１］をグラフに表したものである。
【図４】本発明に係るアクティブ免震装置を模式的に示した正面図である。
【図５】本発明に係るアクティブ免震装置を模式的に示した正面図である。
【図６】本発明に係るアクティブ免震装置を模式的に示した正面図である。
【符号の説明】
１免震構造物
２リニアスライダー
３ダンパー
４アクチュエータ
５復元バネ
６地盤
７静圧軸受け
８積層ゴム
９多段積層ゴム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of an active seismic isolation device having an actuator for controlling the vibration of a seismic isolation structure in addition to the seismic isolation bearing and damper, and more specifically, the amount of deformation of the seismic isolation layer is as much as possible. The present invention relates to an active seismic isolation device that performs seismic isolation (or vibration control) so as to be small.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to respond to the request of a seismic isolation device that seismically isolates (or dampens) so that the amount of deformation of the seismic isolation layer is as small as possible, the seismic isolation bearing that supports the seismic isolation structure and the seismic isolation bearing A so-called active seismic isolation device has been devised that includes an actuator that suppresses the vibration of the seismic isolation structure in addition to a damper that generates a damping force when the motor vibrates. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-260756, No. 11207, No. 61-237770, No. 1-17976, etc.
[0003]
[Problems to be solved by the present invention]
However, the active seismic isolation devices disclosed in the above publications generally measure the vibration (ground motion displacement) of the entire seismic isolation structure with a sensor and control it with a control device based on the measured value. However, since the vibration (ground motion displacement) is an absolute quantity, it cannot be measured directly and is usually obtained by second-order integration with respect to the time of the acceleration sensor, but this integration effect has a large drift component (low frequency component). Is included. Therefore, there is a problem that if the drift component is not properly removed, the amount of deformation of the seismic isolation layer increases conversely, but conventionally no countermeasure has been disclosed.
[0004]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-performance active seismic isolation device that controls an actuator using a stroke meter that is highly reliable as a sensor and has no influence of drift components.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a means for solving the above-mentioned problems, an active seismic isolation device according to the invention described in claim 1 includes an isolation base supporting a base isolation structure with an isolation base and a base isolation vibration that vibrates. In an active seismic isolation device consisting of a damper that generates a damping force at the bottom and an actuator that suppresses vibration of the seismic isolation structure,
The actuator has a built-in stroke meter that measures the stroke of the actuator, and is driven and controlled based on a stroke signal of the stroke meter .
The command for controlling the actuator is F for the actuator control force, δ for the stroke amount, δ ′ for the stroke speed obtained by time differentiation of the stroke amount, α for the constant, 1 for positive, negative for − If the sign function giving 1 is sgn (),
F = −F ₀ sgn (δ + αδ ′)
It is characterized by being calculated by the above.
[0006]
The invention described in claim 2, in the active vibration isolating apparatus according to claim 1,
Immune Shinso is characterized in that provided in the intermediate portion of the base portion of the base-isolated structure or base-isolated structure.
[0007]
The inventions described in claim 3, in the active vibration isolating apparatus according to claim 1,
If seismic isolation bearing is a linear slider or hydrostatic bearings, the seismic isolation layer seismic isolation structure, the one end to the upper structure, characterized in that the restoring spring which is connected at the other end to the lower structure is provided .
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an example of an active seismic isolation device according to an embodiment of the present invention. This active seismic isolation device includes a linear slider 2 as a seismic isolation support that supports the seismic isolation structure 1, a damper 3 that generates a damping force when the linear slider 2 vibrates, and vibration of the seismic isolation structure 1. And the restoring spring 5 (Claim 4), and is installed in the seismic isolation layer between the seismic isolation structure 1 and the foundation 6.
[0009]
The damper 3 is preferably an oil damper or a viscous damper. The actuator 4 is preferably a hydraulic servo actuator or an AC servo motor. As the restoring spring 5, a coil spring, laminated rubber, or a leaf spring is preferably used.
The actuator 4 has a built-in stroke meter for measuring the stroke of the actuator 4 and is driven and controlled based on a stroke signal of the stroke meter. Specifically, the control force F of the actuator 4 is given as, for example, the following mathematical formula [Equation 1].
[0010]
[Expression 1]
F = −F ₀ sgn (δ + αδ ′)
In [Equation 1], δ is a stroke amount, δ ′ is a stroke speed obtained by time differentiation of δ, and α is a constant. Further, sgn () is a sign function that gives 1 when positive and -1 when negative.
[0011]
If the above [Equation 1] is illustrated, an output signal as shown in FIG. 2 is obtained. In this case, since the signal becomes discontinuous at δ + αδ ′ = 0, if the attenuation or friction is small, a high-order mode is generated by an impact, and may become unstable in some cases. Therefore, it is also effective to perform signal processing on a smooth curve that maintains stability as shown in FIG.
In the following, the active seismic isolation device shown in FIG. 1 is compared with the prior art using simulation analysis results. However, the seismic isolation structure was considered to be a rigid body with a total weight of 5000 t, and the level 2 seismic motion created by the Nippon Building Center was used as the input seismic motion.
<Conditions>

<Simulation analysis results>
[0012]
[Table 1]

<Analysis>
Since model 2 has a longer period, the seismic isolation effect is improved compared to model 1, but the displacement of the seismic isolation layer is larger. Model 3 is obtained by adding actuator 4 of 490 kN to model 2, and the seismic isolation effect can be dramatically improved compared to model 1 while the displacement of the seismic isolation layer is substantially the same as model 1.
[0013]
Further, if the actuator 4 is set as high as 980 kN as in the model 4, a high seismic isolation effect can be obtained with the displacement of the seismic isolation layer substantially the same as that of the model 1 without using the restoring spring 5.
That is, the active seismic isolation device shown in FIG. 1 is highly reliable as a sensor regardless of whether the restoring spring 5 is installed (model 3) or not (model 4), and the influence of the drift component is completely absent. Therefore, it is possible to provide a high-performance active seismic isolation device having only the advantages of the model 1 and the model 2.
Accordingly, in the active seismic isolation device configured as shown in FIGS. 1 to 3, the actuator 4 as a component is driven and controlled based on the stroke signal of the stroke meter that measures the stroke of the actuator 4. This is a high-performance active seismic isolation device that is highly reliable and free from the effects of drift components. Of course, since the actuator control force (490 kN or 980 kN) is greater than the friction force (147 kN), no residual deformation occurs.
[0014]
In this embodiment, the linear slider 2 is used as a seismic isolation bearing. However, the present invention is not limited to this, and the static pressure bearing 7 (FIG. 4), high surface pressure laminated rubber 8 (FIG. 5), or hollow This can be similarly implemented by using laminated rubber and multi-stage laminated rubber 9 (FIG. 6). When using a seismic isolation bearing having no restoring force, such as the linear slider 2 or the static pressure bearing 7 , it is preferable to use the restoring spring 5. However, as analyzed by the simulation analysis result, if the control force of the actuator 4 is set large, it can be sufficiently implemented without installing the restoring spring 5.
[0015]
In the embodiment described based on FIG. 1, the seismic isolation layer is provided in the base portion of the seismic isolation structure 1, but may be provided in the middle of the seismic isolation structure 1 (Claim 3). . The stroke meter is not limited to the configuration built in the actuator 4, and may be provided separately from the actuator 4.
[0016]
[Effects of the present invention]
According to the active seismic isolation device of the present invention, the actuator that is a component is driven and controlled based on the stroke signal of a stroke meter that measures the stroke of the actuator. A high-performance active seismic isolation device with no impact is achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view schematically showing an active seismic isolation device according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing [Equation 1].
FIG. 3 is a graph showing [Equation 1].
FIG. 4 is a front view schematically showing an active seismic isolation device according to the present invention.
FIG. 5 is a front view schematically showing an active seismic isolation device according to the present invention.
FIG. 6 is a front view schematically showing an active seismic isolation device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Seismic Isolation Structure 2 Linear Slider 3 Damper 4 Actuator 5 Restoring Spring 6 Ground 7 Hydrostatic Bearing 8 Laminated Rubber 9 Multistage Laminated Rubber

Claims

An active seismic isolation device comprising a base isolation bearing that supports a base isolation structure in a base isolation layer, a damper that generates a damping force when the base isolation vibration vibrates, and an actuator that suppresses vibration of the base isolation structure In
The actuator has a built-in stroke meter that measures the stroke of the actuator, and is driven and controlled based on a stroke signal of the stroke meter .
The command for controlling the actuator is F for the actuator control force, δ for the stroke amount, δ ′ for the stroke speed obtained by time differentiation of the stroke amount, α for the constant, 1 for positive, negative for − If the sign function giving 1 is sgn (),
F = −F ₀ sgn (δ + αδ ′)
Active seismic isolation device, characterized by being calculated by

2. The active seismic isolation device according to claim 1, wherein the seismic isolation layer is provided in a base portion of the base isolation structure or an intermediate portion of the base isolation structure.

When the seismic isolation bearing is a linear slider or a static pressure bearing, the base isolation layer of the base isolation structure is provided with a restoring spring with one end connected to the upper structure and the other end connected to the lower structure. The active seismic isolation device according to claim 1.