JP3854606B2 - 振動制御機構 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の揺れを抑える振動制御機構に関する。

従来、橋脚や橋台のような構造物には、効果的な制振機構が併設されていなかった。

本発明は係る事実を考慮し、橋脚等の構造物の制振性能を向上させる振動制御機構を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明では、橋台或いは橋脚の上に減衰材が設置され、この減衰材の上に橋桁が架設されている。そして、減衰材を通じて、橋桁が受ける荷重が軸力として橋台或いは橋脚へ伝達される。この減衰材は、水平方向に変形して橋桁に追従するので、耐震性能が向上する。

また、橋台或いは橋脚と橋桁との間には、第１アーム及び第２アームでトグル機構が構成されている。地震等により橋台或いは橋脚と橋桁が、小さく水平方向或いは鉛直方向へ相対変形すると、連結部材は大きく円弧運動し、大きな変形に増幅する。このため、小さい変形×大きな力＝大きな変形×小さな力という関係が成立する。これにより、橋桁の小さな変位が増幅され、エネルギー吸収手段で小さな力として吸収される。

本発明は上記構成としたので、橋脚等の構造物の制振性能を向上させることができる。

次に、本発明の振動制御機構の実施の形態として、図面に基づいて第１形態に係る制振装置を説明する。

図１及び図２に示すように、第１形態の制振装置１９０は、橋脚１９４とこの橋脚１９４の上に架設される橋桁１９２との間に取付けられている。

橋脚１９４の上部には、積層ゴム１９６が設けられており、この積層ゴム１９６の上に橋桁１９２が架設されている。これによって、橋桁１９２が受ける荷重が軸力として橋脚１９４へ伝達される。

また、橋桁１９２の下面には回転支承１９８が、橋脚１９４の側面には回転支承２００が取付けられている。回転支承１９８には、第１アーム２０２が連結され、また、回転支承２００には、第２アーム２０４が連結されている。

そして、第１アーム２０２の軸線と第２アーム２０４の軸線が描く交角が鋭角となるように、自由端が連結ピン２０６で回動可能に連結されている。この連結ピン２０６には、橋脚１９４に回動可能に取付けられたダンパー２０８のロッド２０８Ａが連結されている。

本形態は、トグル機構を橋梁に応用したものであり、橋桁１９２の小さな変位量を増幅し、連結ピン２０６の円弧運動としてダンパー２０８で減衰する。これによって、橋桁の振動が小さなエネルギーで制振されることになる。

また、図３に示すように、橋脚だけでなく、橋台２１０と橋桁１９２との間に積層ゴム１９６を配置し、交角が鈍角のトグル機構を用いた制振装置２１２で橋桁１９２の振動を制御するようにしてもよい。

次に、第２形態に係る制振装置を説明する。

図４に示すように、第２形態に係る制振装置は、スタジアムの外周壁２１４の頂部に取付けられた片持ち形式の屋根２１６の振動を制御するようになっている。

すなわち、外周壁２１４の頂部には、回転支承２１８が設けられており、この回転支承２１８に屋根２１６の基端部が回動可能に支持されている。また、屋根２１６の自由端には、ワイヤ２２０が連結されている。このワイヤ２２０は、支持フレーム２２４の上端に設けられたローラー２２６に巻き掛けられ、終端が基礎地盤に設けられたアンカー２２２に固定されている。これによって、屋根２１６が水平状態でワイヤ２２０に懸架される。

一方、ワイヤ２２０には、外周壁２１４の側面に回動可能に取付けられたダンパー２２８のロッド２２８Ａが連結され、連結部２３０において、ワイヤ２２０に角度が持たされている。

このように、屋根２１６を懸架するワイヤ２２０でトグル機構を構成することで、地震や風等による屋根２１６の小さな揺れを、連結部２３０において増幅して、効果的に減衰させることができる。

また、図５に示す制振装置２３２や図６に示す制振装置２３４のように、スタジアムの周辺の状況に応じて、懸架する形式が変更された屋根２１６でも対応できる。

次に、本発明の制振制御機構を用いた制振フレームを説明する。

図７及び図８に示すように、第３形態に係る制振フレームは、振動制御の対象となる建物２３６に隣接して基礎地盤から立設されている。このため、自重が、建物２３６に付加されないので、建物２３６の柱に軸力負担を掛けず、基礎を補強する必要もない。また、建物２３６の外部に取付けるようになっているので、どのようなタイプの建物にも組付けることができ、さらに、建物自体の構造を変える必要がないので、施工コストを削減することができる。

一方、制振フレーム２３８は、剛性梁２４０と、この剛性梁２４０を支持する柱２４２とで構成されている。柱２４２の頭部側には、積層ゴム２４４が介在されており、上階の剛性梁２４０が受ける荷重を軸力として柱２４２へ伝達すると共に、剛性梁２４０に追従して変形して、耐震機能を発揮する。

また、積層ゴム２４４を境にして柱２４２の上部には、回転支承２４６が設けられ、回転支承２４６には第１アーム２０が連結されている。さらに、柱２４２の下部には、回転支承２４には第２アーム２５２が連結されており、それぞれの自由端が連結ピン２５６で回転可能に連結されている。また、連結ピン２５６には、柱２４２に取付けられたダンパー２５４が連結されており、このダンパー２５４で、連結ピン２５６の円弧運動を減衰する、トグル式の振動制御構造となっている。

さらに、剛性梁２４０は、連結部材２５８で建物２３６と連結され、建物２３６と一体に振動するようになっている。

このように、本形態の制振フレーム２３８では、連結部材２５８で連結された建物２３６とが一体となって、入力された振動を減衰する。また、制振フレーム２３８は、制振性能要求に応じて、構造物の片側又は両側に配置することができる。さらに、柱２４２と剛性梁２４０で構成されたフレーム内に壁を入れる必要がないので、窓Ｗの採光条件を悪化させることがない。

また、図９〜図１１に示すように、建物のベランダ２６２に補強壁２６０を設け、下部を下階梁１４Ｂに固定し、上部には積層ゴム３６を介して上階梁１４Ａに連結するようにしてもよい。

さらに、補強壁２６０と上階梁１４Ａとの間には、後述するように、水平方向にアームが張り出す制振装置を構築する。

このように、ベランダ２６２に制振装置を構築することで、建物内部に装置を搬入する必要がなくなり、また、制振フレームのように、外部に別途構築しなくても、補強壁２６０を連層することで建物の柱に軸力負担を掛けず、基礎地盤まで軸力を伝達することができる。

さらに、水平方向にアームが張り出しており、また、補強壁２６０が柱１２の前面にあるので、窓全面から採光することができる。

なお、上述した各種の形態では、主に積層ゴムを補強壁の上部側に設けたが、積層ゴムを下部側に設け、補強壁を上階梁から垂下してもよいことは無論である。

ここで、他の制振装置を説明する。

図１２〜図１５に示すように、第１４形態に係る制振装置では、下階梁１４Ｂの中央部から壁柱２２が立ち上げられている。この壁柱２２の上端面の中央部には、積層ゴム３６が配設されており、上階梁１４Ａと壁柱２２とを連結している。

また、壁柱２２の上端面、すなわち、積層ゴム３６の両側には、それぞれ２つの回転支承１８０が取付けられており、この回転支承１８０には上階梁１４Ａに対して対称形となるように、水平方向へ張り出す第２アーム１７８が回転可能に連結されている。さらに、上階梁１４Ａに取付けられた回転支承１８２には、第１アーム１８４が回転可能に連結されている。

そして、図１４に示すように、第１アーム１８４の自由端と第２アーム１７８の自由端が連結ピン１８６で連結され、交角が鋭角のトグル機構が水平面上に構成されている。

また、上階梁１４Ａに対して対称に位置する連結ピン１８６はダンパー１８８８で連結されている。ここで、図１５に示すように、架構１６が地震等によって右方向へ変位すると、第１アーム１８４と第２アーム１７８が構成するトグル機構が、連結ピン１８６の間隔を大きく変化させ、ダンパー１８８でエネルギーを吸収する。

このように、本形態では、上階梁１４Ａと壁柱２２の上端面との間に設けられたスペースに収まるように制振装置が構成されているので、架構１６内において専有するスペースが小さくて済む。

なお、上階梁１４Ａから下がり壁を垂下して、この下がり壁に第１アーム１８４を連結するようにしてもよい。これによって、上述したように、架構１６内で発生する力のやりとりが下がり壁とアーム等を含む制振装置内で自己完結する。

第１形態に係る制振装置を示す立面図である。 第１形態に係る制振装置の動きを示した立面図である。 第１形態に係る制振装置の変形例を示す立面図である。 第２形態に係る制振装置を示す立面図である。 第２形態に係る制振装置の変形例を示す立面図である。 第２形態に係る制振装置の変形例を示す立面図である。 本発明に係る制振制御機構を利用した第３形態の制振フレームを示す立面図である。 本発明に係る制振制御機構を利用した第３形態の制振フレームを示す側面図である。 本発明に係る制振制御機構を建物のベランダに設けた例を示す立面図である。 本発明に係る制振制御機構を建物のベランダに設けた例を示す平面図である。 本発明に係る制振制御機構を建物のベランダに設けた例を示す全体立面図である。 他の制振装置を示す立面図である。 他の制振装置の動きを示した立面図である。 他の制振装置を示す断面図である。 他の制振装置の動きを示した断面図である。

符号の説明

１７８ 第２アーム
１８４ 第１アーム
１８６ 連結ピン（連結部材）
１８８ ダンパー
１９２ 橋桁
１９４ 橋脚
１９６ 積層ゴム（減衰材）
２０２ 第１アーム
２０４ 第２アーム
２０６ 連結ピン（連結部材）
２０８ ダンパー（エネルギー吸収手段）
２１６ 屋根（片持ち体）
２１４ 外周壁（支持体）
２２０ ワイヤ（弦材）
２２８ ダンパー
２３８ 制振フレーム
２４０ 剛性梁
２４２ 柱
２４４ 積層ゴム（減衰材）
２５８ 連結部材
２６０ 補強壁

Claims (1)

1. 橋台或いは橋脚の上に架設される橋桁の振動を抑える振動制御機構において、
   前記橋台或いは橋脚と前記橋桁の間に介在され、橋桁が受ける荷重を軸力として橋台或いは橋脚へ伝達すると共に、橋桁の動きに追従して変形する減衰材と、前記橋桁に一端が回転可能に取付けられた第１アームと、前記橋台或いは橋脚に一端が回転可能に取付けられた第２アームと、所定の角度を持たせて前記第１アームと前記第２アームの自由端を回転可能に連結する連結部材と、前記橋台或いは橋脚に設けられ前記連結部材の円弧運動を減衰するエネルギー吸収手段と、有することを特徴とする振動制御機構。

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