JP4257279B2 - Natural frequency measurement system - Google Patents
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Description
本発明は、建物の固有振動数を測定する固有振動数測定システムに係り、特に、建物の固有振動数を測定したい時に該建物に容易に振動を与えることができ、建物の応答振動から簡易に固有振動数を同定することのできる固有振動数測定システムに関する。 The present invention relates to a natural frequency measurement system for measuring a natural frequency of a building, and in particular, when the natural frequency of a building is desired to be measured, the building can be easily vibrated, and the response vibration of the building can be easily determined. The present invention relates to a natural frequency measurement system capable of identifying a natural frequency.
建物とその固有振動数とは該建物の耐震性において極めて密接な相関があり、例えば固有振動数が低い木造住宅などは耐震性に問題があるといわれている。従来、建物の固有振動数を測定するには、比較的高価で大掛かりな加振器と振動検知センサを建物に設置し、専門技術者が測定を行うことにより建物の固有振動数を評価していた。 A building and its natural frequency have a very close correlation in the earthquake resistance of the building. For example, a wooden house having a low natural frequency is said to have a problem in earthquake resistance. Conventionally, in order to measure the natural frequency of a building, a relatively expensive and large shaker and vibration detection sensor are installed in the building, and a specialist engineer measures the natural frequency of the building. It was.
上記する従来の建物の固有振動数測定を簡易な方法で行おうとする発明が特許文献1に開示されている。かかる発明は、設置台上において、該設置台が設置された被測定物の振動に伴って振れる複数の針を立設させ、これらの針は針の先端から設置台の針立設面までの長さを針相互に異ならしめた振動周波数測定器に関するものである。針相互の長さは、設置台上面を傾斜面として各針の先端レベルを一定にすることにより異ならしめることができる。また、針立設面周りには、針立設面の縦方向と横方向に沿って振動周波数が表示されている。
この振動周波数測定器を被測定物である建物の安定した場所に設置し、建物が振動した際にかかる建物振動と共振して最もよく振動した針の固有振動数を読み取ることにより、該建物の固有振動数を同定し、もって建物の固有振動数を測定するものである。また、かかる振動周波数測定器は1人で簡単に持ち運びができる重さに設定されているため、容易に被測定物に設置することができる。 This vibration frequency measuring device is installed in a stable place of the building to be measured, and by reading the natural frequency of the needle that vibrates best when the building vibrates, The natural frequency is identified and the natural frequency of the building is measured. Further, since the vibration frequency measuring device is set to a weight that can be easily carried by one person, it can be easily installed on the object to be measured.
特許文献1に開示の振動周波数測定器によれば、1人で簡単に建物に測定器を設置でき、建物が例えば交通振動などによって振動するのを待つだけでよい。建物が振動した際には、複数ある針のうち最もよく振動する針、または最もよく振動する複数の針からなる針群の波紋に対応する振動数を読み取ることにより、該建物の固有振動数を同定することができる。
According to the vibration frequency measuring device disclosed in
しかし、上記する振動周波数測定器では、建物が振動するのを待たなければならない。建物は、交通振動や風荷重、地震動などによって振動するが、風荷重、地震動などは自然現象に依存することとなり、また、交通振動は、被測定物である建物が道路や鉄道などの幹線から離れている場合には車両交通に起因する振動が建物に伝達される前に減衰してしまう。いずれにせよ、被測定物である建物の固有振動数を測定したい時に、測定することができないという問題がある。 However, in the vibration frequency measuring device described above, it is necessary to wait for the building to vibrate. Buildings vibrate due to traffic vibrations, wind loads, earthquake motions, etc., but wind loads, earthquake motions, etc. depend on natural phenomena, and traffic vibrations are caused by the building being measured from the main line such as roads and railways. In the case of being away, the vibration caused by the vehicle traffic is attenuated before being transmitted to the building. In any case, there is a problem that it cannot be measured when it is desired to measure the natural frequency of the building as the object to be measured.
また、測定対象である針や針群では、それらの振動が微小な場合に、最もよく振動している針(または針群)を捕らえ難く、したがって建物の固有振動数を同定し難いという問題もある。 In addition, in the case of the needle or group of needles being measured, it is difficult to capture the most vibrated needle (or group of needles) when their vibration is very small, and therefore it is difficult to identify the natural frequency of the building. is there.
本発明の固有振動数測定システムは、上記する問題に鑑みてなされたものであり、簡単
に持ち運ぶことができる簡易な装置であって、建物の固有振動数を測定したい時に測定することができる固有振動数測定システムを提供することを目的とする。さらに、計測センサ(本発明における振動検知手段)の振動が微小な場合でもその振動を明確に視認することができる固有振動数測定システムを提供することを目的とする。
The natural frequency measurement system of the present invention has been made in view of the above problems, and is a simple device that can be easily carried and can be measured when it is desired to measure the natural frequency of a building. An object is to provide a frequency measurement system. It is another object of the present invention to provide a natural frequency measurement system that can clearly visually recognize the vibration even when the vibration of the measurement sensor (vibration detecting means in the present invention) is minute.
前記目的を達成すべく、請求項1に記載の発明による固有振動数測定システムは、加振手段によって建物に振動を与え、振動検知手段によって測定された建物の応答振動から建物の固有振動数を求める固有振動数測定システムであって、前記加振手段は、往復スライド可能なプレートと、往復スライド可能領域の端部に備えたストッパーとからなり、建物内に設置された前記プレートが往復スライドしながら前記ストッパーに衝突することを繰り返すことによって建物に振動を与えることを特徴とする。ここで、建物とは、戸建て住宅用のユニット式建物をはじめ、木造、鉄筋コンクリート造の建物などを意味する広い概念である。 In order to achieve the above object, a natural frequency measurement system according to the first aspect of the present invention applies vibration to a building by an excitation means, and calculates the natural frequency of the building from the response vibration of the building measured by the vibration detection means. The natural frequency measurement system to be obtained, wherein the excitation means includes a reciprocally slidable plate and a stopper provided at an end of the reciprocally slidable region, and the plate installed in the building reciprocally slides. However, the building is vibrated by repeatedly colliding with the stopper. Here, the building is a broad concept that means a unit type building for a detached house, a wooden structure, a reinforced concrete structure, and the like.
加振手段を備えることによって、建物の固有振動数を測定したい時に該建物を振動させることができる。この加振手段は、一定のスライド領域内を往復スライドできるプレートと、スライド領域の端部にストッパーを備えている。プレートの往復スライド運動とは、例えば、プレートの上に人が載り、左右の足に交互に力を加えることによって該プレートが一定幅のスライド領域内で往復運動を行うことをいう。左足に力を加えることによってプレートは人を載せた状態で左方向にスライドし、左側の端部にあるストッパーに衝突して止まる。次に、右足に力を加えることによって今度はプレートが右方向にスライドし、右側の端部にあるストッパーに衝突して止まる。プレート上の人が左右の足に交互に力を加えることによってプレートは左右の端部にあるストッパーで衝突を繰り返しながら往復スライド運動を繰り返すことができる。 By providing the vibration means, the building can be vibrated when it is desired to measure the natural frequency of the building. This vibration means includes a plate capable of reciprocating and sliding within a fixed slide area, and a stopper at the end of the slide area. The reciprocating slide movement of the plate means that, for example, a person rests on the plate and the plate reciprocates within a slide area having a certain width by alternately applying force to the left and right feet. By applying force to the left foot, the plate slides to the left with a person on it, and hits the stopper at the left end to stop. Next, by applying force to the right foot, the plate now slides to the right and stops against the stopper at the right end. When the person on the plate alternately applies force to the left and right feet, the plate can repeat the reciprocating slide motion while repeating the collision with the stoppers at the left and right ends.
一方、上記する加振手段は、建物の床上で比較的強固に設置し、上記するようにプレートが往復スライド運動する際に該加振手段が床上を移動しないようにしておく。このように加振手段を建物の床上に固定することにより、プレートとストッパーとの衝突によって生じる衝撃力(水平力)は建物の床(すなわち、建物)に伝達される。プレートとストッパーとの衝突が繰り返し行われることによって、建物には左右の方向(逆方向)に水平力が繰り返し伝達されることとなり、かかる水平力によって建物に振動が励起される。 On the other hand, the vibration means described above is installed relatively firmly on the floor of the building so that the vibration means does not move on the floor when the plate reciprocates as described above. By fixing the vibration means on the floor of the building in this way, the impact force (horizontal force) generated by the collision between the plate and the stopper is transmitted to the floor of the building (that is, the building). When the collision between the plate and the stopper is repeatedly performed, horizontal force is repeatedly transmitted to the building in the left-right direction (reverse direction), and vibration is excited in the building by the horizontal force.
なお、この加振手段は、1人で簡単に持ち運びできるコンパクトな装置として製作されるものであるが、加振対象の建物規模に応じてその規模は適宜調整することができる。また、加振時に複数の加振手段を建物内に設置しておき、複数の人がそれぞれの加振手段に載って同時に水平力を発生させて建物に振動を励起させることもできる。 The vibrating means is manufactured as a compact device that can be easily carried by one person, but the scale can be appropriately adjusted according to the building scale to be excited. It is also possible to install a plurality of vibration means in the building at the time of vibration so that a plurality of people can be placed on the respective vibration means and simultaneously generate a horizontal force to excite vibrations in the building.
振動する建物は、一般には建物固有の固有振動数にて振動することとなる。厳密に言えば、建物は、その剛性や階数などから上記する固有振動数(1次モードの振動数)のみならず、2次、3次…といった高次モードの振動数をも備えている。その中でも1次モードの振動数である固有振動数が最も卓越していることと、したがって地震等の際に建物が顕著に振動する時の振動数が固有振動数であることなどから、固有振動数の測定が極めて重要となる。 A building that vibrates generally vibrates at a natural frequency unique to the building. Strictly speaking, the building has not only the above-described natural frequency (frequency of the first-order mode) but also higher-order mode frequencies such as second-order, third-order,. Among them, the natural frequency, which is the frequency of the primary mode, is the most prominent, and therefore the natural frequency is the frequency when the building vibrates significantly during an earthquake. The number measurement is extremely important.
建物の床上には、建物振動検知手段を設置する。例えば、上記する加振手段と同じ床上に設置するのがよい。 Building vibration detection means will be installed on the floor of the building. For example, it is good to install on the same floor as the above-mentioned vibration means.
振動する建物の応答振動を振動検知手段によって測定することにより、該建物の固有振動数を求めることができる。なお、振動検知手段の好ましい実施形態については後述する
。
By measuring the response vibration of the building that vibrates with the vibration detecting means, the natural frequency of the building can be obtained. A preferred embodiment of the vibration detection means will be described later.
また、請求項2に記載の発明による固有振動数測定システムにおいて、前記振動検知手段は、2支点間で緊張された弦を複数備えており、それぞれの前記弦が異なる固有振動数を備えていることを特徴とする。
Further, in the natural frequency measurement system according to
2支点間で緊張された弦の固有振動数は、支点間距離と、弦の線密度と、弦を緊張する緊張力とによって決定される。したがって、これらをパラメータとして設定を変えた弦を複数備えておくことにより、それぞれに固有振動数の異なった複数の弦からなる振動検知手段を用意することができる。例えば、0.2Hz、0.3Hz、0.4Hz、…という具合に固有振動数が予め設定された弦を5〜10本程度、所定の間隔を置いて板部材上に設置してなる振動検知手段を用意しておくことにより、建物の振動時に最もよく振れた弦を選定することで、容易に該建物の固有振動数を同定することが可能となる。ここで、弦としては、例えばピアノ線などを使用することができる。また、弦の振動態様をより明確に視認できるように、弦の中央部に軽量ビーズなどを取り付けておいてもよい。 The natural frequency of a string that is tensioned between two fulcrums is determined by the distance between the fulcrums, the linear density of the strings, and the tension that tensions the strings. Therefore, by providing a plurality of strings whose settings are changed using these as parameters, it is possible to prepare vibration detecting means composed of a plurality of strings having different natural frequencies. For example, vibration detection is performed by placing on a plate member about 5 to 10 strings with natural frequencies set in advance, such as 0.2 Hz, 0.3 Hz, 0.4 Hz,... By preparing the means, it is possible to easily identify the natural frequency of the building by selecting the most vibrated string during the vibration of the building. Here, as a string, a piano wire etc. can be used, for example. Further, a light bead or the like may be attached to the center of the string so that the vibration mode of the string can be visually recognized more clearly.
また、請求項3に記載の発明による固有振動数測定システムにおいて、前記振動検知手段は、振動マスと、該振動マスの両側に取り付けた弾性体とから構成される振動体を複数備えており、それぞれの前記振動体が異なる固有振動数を備えていることを特徴とする。
Further, in the natural frequency measurement system according to the invention of claim 3 , the vibration detection means includes a plurality of vibration bodies composed of a vibration mass and elastic bodies attached to both sides of the vibration mass, Each of the vibrators has a different natural frequency.
振動マスの両側に弾性体を取り付け、該振動マスを一方の弾性体側に押し付けてから解放すると、振動マスは両側の弾性体に付勢されて他方の弾性体側に移動し、今度は逆方向に付勢されて移動する。このような移動の繰り返し、すなわち振動マスの往復運動は、該振動マスの質量や弾性体の弾性係数などによって決定される。したがって、上記する弦からなる振動検知手段と同様に、振動マスの質量や弾性体の弾性係数などをパラメータとして設定を変えた複数の振動体からなる振動検知手段を容易しておく。予め固有振動数が設定された振動体のうち、振動マスが最も激しく振動した振動体を選定することにより、建物の固有振動数を同定することができる。なお、弾性体としては、コイルバネなどを使用することができる。 When elastic bodies are attached to both sides of the vibration mass and the vibration mass is pressed to one elastic body side and then released, the vibration mass is biased by the elastic bodies on both sides and moves to the other elastic body side, this time in the opposite direction Moves when energized. The repetition of such movement, that is, the reciprocating motion of the vibration mass is determined by the mass of the vibration mass, the elastic coefficient of the elastic body, and the like. Therefore, as in the case of the vibration detection means including the strings described above, the vibration detection means including a plurality of vibration bodies whose settings are changed using the mass of the vibration mass, the elastic coefficient of the elastic body, and the like as parameters are facilitated. The natural frequency of the building can be identified by selecting the vibration body whose vibration mass has vibrated most vigorously from the vibration bodies whose natural frequency is set in advance. In addition, a coil spring etc. can be used as an elastic body.
また、請求項4に記載の発明による固有振動数測定システムにおいて、前記振動検知手段は、長さの異なる複数の振り子からなり、それぞれの前記振り子が異なる固有振動数を備えていることを特徴とする。
Further, in the natural frequency measurement system according to
振り子は、例えば紐に錘をぶら下げたものであって、紐の長さの異なる複数の振り子を容易する。振り子の固有振動数は紐の長さによって決定されるため、異なる長さの紐から
なる複数の振り子を備えた振動検知手段とし、例えば建物の天井などに複数の振り子を吊り下げて設置する。建物の振動時に最も振れが激しい振り子を選定することで、建物の固有振動数を同定することができる。
The pendulum is, for example, a weight suspended from a string, and facilitates a plurality of pendulums having different string lengths. Since the natural frequency of the pendulum is determined by the length of the string, vibration detection means including a plurality of pendulums made of strings having different lengths is used, for example, a plurality of pendulums are suspended and installed on the ceiling of a building. By selecting the pendulum with the most vibration when the building vibrates, the natural frequency of the building can be identified.
さらに、請求項5に記載の発明による固有振動数測定システムにおいて、前記振動検知手段は、固有振動数の異なる複数の振動棒からなることを特徴とする。 Furthermore, in the natural frequency measurement system according to the invention described in claim 5 , the vibration detection means is composed of a plurality of vibration bars having different natural frequencies.
複数の振動棒は、例えば断面形状と断面積がそれぞれ一定であって、長さの異なる複数の振動棒を板部材に突設させて振動検知手段とすることができる。振動棒は、弾性体から製作されるのが好ましい。弾性体からなる棒体の振動特性は、一般に該棒体が備えた弾性係数をもった串の先端に該棒体の質量を備えた仮想の団子を突き刺してなる串団子モデルに置き換えることができるため、かかる振動棒の固有振動数は、その弾性係数と質量によって決定できる。複数の振動棒のうち、建物の振動時に最も大きく振動した振動棒を選定し、該建物の固有振動数を同定することができる。 For example, the plurality of vibrating bars have a constant cross-sectional shape and a cross-sectional area, and a plurality of vibrating bars having different lengths project from the plate member to serve as vibration detection means. The vibrating rod is preferably manufactured from an elastic body. The vibration characteristics of a rod made of an elastic body can be replaced with a skewer dumpling model in which a virtual dumpling having the mass of the rod is pierced at the tip of a skewer having the elastic coefficient of the rod. Therefore, the natural frequency of such a vibrating rod can be determined by its elastic coefficient and mass. Among the plurality of vibration bars, the vibration bar that vibrates most greatly at the time of vibration of the building can be selected, and the natural frequency of the building can be identified.
以上の説明から理解できるように、本発明の固有振動数測定システムによれば、建物の固有振動数を測定したい時に容易に測定を実施することができる。また、加振手段や振動検知手段は比較的軽量でコンパクトな大きさに製作できることから、1人で簡単に持ち運んで建物内に設置でき、また建物への加振や建物の固有振動数の測定までを全て1人で行うことができる。さらに、振動検知手段を構成する振動体は、その振動態様が明確に視認し易いものとなっており、したがって計測が極めて容易なものとなる。 As can be understood from the above description, according to the natural frequency measuring system of the present invention, measurement can be easily performed when it is desired to measure the natural frequency of a building. In addition, since the excitation means and vibration detection means can be manufactured to be relatively light and compact, it can be easily carried by one person and installed in a building. Also, excitation to the building and measurement of the natural frequency of the building All of this can be done by one person. Furthermore, the vibrating body constituting the vibration detecting means is easy to visually recognize its vibration mode, and therefore, measurement is extremely easy.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は、加振手段によって建物に振動を与え、振動検知手段によって建物の固有振動数を測定している本発明の固有振動数測定システムの概要を示した説明図である。図2は、加振手段の一実施形態を人がプレート上に載って加振している状況とともに示した斜視図であり、図3は加振手段の他の実施形態を示した斜視図である。図4は、振動検知手段の一実施形態を示した斜視図であり、図5は、図4の振動検知手段を構成する弦が振動している状況を示した説明図である。図6,8は振動検知手段の他の実施形態を斜視図で示したものであり、図7は振動検知手段の他の実施形態を正面図で示したものである。なお、以下の説明では、2階建てのユニット式建物を対象に説明するが、本発明の固有振動数測定システムの適用はかかる建物に拘束されるものでないことは勿論である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a natural frequency measurement system of the present invention in which vibration is applied to a building by a vibration means and a natural frequency of the building is measured by a vibration detection means. FIG. 2 is a perspective view showing an embodiment of the vibration means together with a situation where a person is vibrating on a plate, and FIG. 3 is a perspective view showing another embodiment of the vibration means. is there. FIG. 4 is a perspective view showing an embodiment of the vibration detection means, and FIG. 5 is an explanatory view showing a situation where the strings constituting the vibration detection means of FIG. 4 are vibrating. 6 and 8 are perspective views showing other embodiments of the vibration detecting means, and FIG. 7 is a front view showing another embodiment of the vibration detecting means. In the following description, a two-story unit type building will be described, but it goes without saying that the application of the natural frequency measurement system of the present invention is not restricted to such a building.
図1は、建物8の2階床上に加振手段2と振動検知手段4を設置して固有振動数測定システム1を構成させ、人Nが加振手段2上に載ってX1方向とY1方向に往復スライドしている状況を示している。
FIG. 1 shows that a natural
加振手段の具体例として、図2にその一実施形態を示す。図2に示す加振手段2Aは、所定間隔を置いて載置された2つの固定部材23,23と、それらの上面に延出させた取り付け具25,25の穴に案内棒24,24を嵌装設置して一体とする。また、プレート21の下面から延出させた嵌装部材27,27に案内棒24,24を嵌装しておく。この嵌装部材27,27はその下端にローラー28,28が取り付けられており、プレート21は、往復スライド可能領域Lの間を往復運動することができる。さらに、プレート21と取り付け具25の間の案内棒24には、該案内棒24周りにコイルバネ26が取り付けられている。両側に取り付けられたコイルバネ26,26によって、プレート21は往復スライド運動時に該コイルバネ26,26に付勢されてスムーズなスライド運動を行うことができる。固定部材23,23には、例えば棒状のストッパー22,22の端部の面がプレート21に対向するように取り付けられている。なお、かかるコイルバネ26を取り
付けない実施形態であってもよい。
As a specific example of the vibrating means, FIG. 2 shows an embodiment thereof. The vibration means 2A shown in FIG. 2 includes
上記のような構成の加振手段2Aを床81上に載置し、プレート21上に人Nが載って左右の足に交互に力を入れながら、プレート21をX1方向、Y1方向、X1方向、…という具合に往復運動する。プレート21は、往復スライド可能領域Lの一端にきたときにストッパー22,22に衝突して止まり、コイルバネ26,26によって付勢されて他端方向に向かってスライドをはじめる。
The vibration means 2A having the above-described configuration is placed on the
図1に戻って説明すると、例えばプレート21がX1方向にスライドしてストッパー22と衝突すると、その衝突時にはX1方向への水平力F1が固定部材23を介して床81に伝達される。次に、プレート21がY1方向にスライドしてストッパー22と衝突すると、その衝突時にはY1方向への水平力F2が固定部材23を介して床81に伝達される。プレート21の往復運動によって水平力F1,F2が床81に交互に伝達され、かかる水平力F1,F2によって建物8に振動(X2方向とY2方向の揺れの繰り返し)が励起されることとなる。
Returning to FIG. 1, for example, when the
加振手段の他の実施形態を図3に示す。この加振手段2Bは、板部材31の一側面から延出した支軸33において該支軸33周りに回転できる円板32を取り付けたものである。円板32の上面からはピン34が延出しており、棒部材35の一端側に設けたピン穴に該ピン34が差し込まれ、棒部材35の他端側には錘36が取り付けられている。例えば、円板32を手動にてX方向に回転させると、円板32の回転にともなって錘36はY方向に楕円形状の軌跡を描きながら動く。すなわち、円板32の回転によって錘36は一定の往復スライド運動を行うこととなり、図1に示す加振手段2として該加振手段2Bを使用しても、建物8に振動を励起させることができる。
Another embodiment of the vibration means is shown in FIG. This vibration means 2B is provided with a
次に、図1に示した振動検知手段4の具体例として、図4にその一実施形態を示す。図4に示す振動検知手段4Aは、脚43,43を備えた2つの板部材42,42を所定の間隔を置いて載置し、一方の板部材42上には滑車44が取り付けてある。この板部材42,42にはその延伸方向に所定間隔おきに複数の弦41,41…が、それぞれ板部材42,42間にわたって緊張されている。すなわち、弦41の一端側は一方の板部材42に接着され、弦41の他端側は他方の板部材42上の滑車44から吊り下げられ、その端部に錘45が取り付けられた構成となっており、かかる錘45の重量によって弦41は緊張される。
Next, as a specific example of the
なお、弦41としては、例えばピアノ線などを使用することができる。かかるピアノ線だけでもその振動態様は明確に視認可能であるが、さらにその振動態様を明確にするために、ピアノ線に着色された軽量ビーズ47を取り付けることもできる。
For example, a piano wire can be used as the
さらに、図4に示すように、それぞれの弦41,41…は、板部材42,42の途中に備えた支持脚46にて支持されるように構成する。この支持脚46の設置位置を調整することによって弦41の振動領域を決定する支点間距離を変化させることができる。図4では、5本の弦41,41…のそれぞれの支点間距離をL1〜L5とした実施形態を示している。
Further, as shown in FIG. 4, each of the
弦の基本振動数(一次振動数)は一般に次式によって算定される。
[式1]
f=1/2L×(T/σ)1/2
ここで、fは振動数、Lは支点間距離、Tは張力、σは弦の線密度をそれぞれ示す。
The fundamental frequency (primary frequency) of a string is generally calculated by the following equation.
[Formula 1]
f = 1 / 2L × (T / σ) 1/2
Here, f is the frequency, L is the distance between the fulcrums, T is the tension, and σ is the linear density of the string.
上式より、2支点間で緊張された弦41の固有振動数は、支点間距離と、弦41の線密
度と、弦を緊張する張力によって決定されるため、これらをパラメータとして弦の振動数を調整することができる。本実施形態では、錘45,45…の重量を一定とし、線密度の同じ弦41,41…を使用し、支点間距離のみを変化させて5パターンの固有振動数をもった弦41,41…から振動検知手段4Aを構成している。
From the above equation, the natural frequency of the
振動検知手段4Aを使用して、振動検知を行った結果の一例を図5に示す。図5では、それぞれの弦41,41…がa1〜a5の振幅をもって振動しているが、その中でも最大の振幅a2を示す弦41の固有振動数をもって、被測定物である建物8の固有振動数を同定することができる。
An example of the result of vibration detection using the vibration detection means 4A is shown in FIG. In FIG. 5, each of the
なお、建物8の固有振動数をさらに詳細に測定するためには、上記するような振幅a2で振れる弦41と、その支点間距離よりもわずかに長く、または短く変更した支点間距離の弦41,41…からなる振動検知手段4Aに構成し直して、改めて建物8の加振とその固有振動数の計測を行ってみるのがよい。かかる操作を繰り返すことによって、建物8の固有振動数をより精度よく測定することが可能となる。
In order to measure the natural frequency of the
弦41は、その振動態様が非常に視認し易いことに加えて、本実施形態のように着色された軽量ビーズ47を取り付けておくとさらに視認し易くなる。特に、弦41の振動態様が全ての弦41,41…において同程度である場合には、立設した針の振動などに比べて最もよく振動した弦41はより明確なものとなり得る。
In addition to the fact that the vibration mode of the
図1に戻って、加振手段2上に載って建物8に振動を励起させた人Nは、その後、加振手段2から降りて振動検知手段4を測定することができ、1人で建物8の加振から建物8の固有振動数の測定までを容易に行うことができる。
Returning to FIG. 1, the person N who is placed on the vibration means 2 and has excited the vibration in the
振動検知手段の他の実施形態を図6に示す。図6に示す振動検知手段4Bは、台座53上において、振動マス51と、その両側に弾性体52,52の一端が取り付けられてなる振動体50が載置されたものである。例えばコイルバネからなる弾性体52,52の他端は台座53の端部において上方に延出された係止具54,54にそれぞれ取り付けられている。振動マス51は、下面にローラー512,512を備えた板部材511と、その一側面上で上方に延出された支軸513、支軸513に取り付けられた錘514などから構成される。板部材511の一側面上には上方に延出する2つの係止具515,515が設けてあり、弾性体52,52の一端がそれぞれ係止されている。支軸513としてネジ溝を備えたボルトを使用する場合は、錘514としてナットを使用することにより、ナットを支軸513に螺合させることができる。錘514を必要に応じて支軸513に取り付けることにより、振動マス51の重量を調整することができる。なお、1つの台座53上に、複数の振動体50,50…を備えた構成とすることもできる。
Another embodiment of the vibration detection means is shown in FIG. The vibration detection means 4B shown in FIG. 6 has a
一般に、マス−バネ系の振動モデルにおけるマスの固有振動数は下式によって算定される。
[式2]
f=1/2π×(k/M)1/2
ここで、fは振動数、kはバネ定数、Mはマスの質量をそれぞれ示す。
In general, the natural frequency of the mass in the mass-spring system vibration model is calculated by the following equation.
[Formula 2]
f = 1 / 2π × (k / M) 1/2
Here, f represents the frequency, k represents the spring constant, and M represents the mass of the mass.
上式より、マス−バネ系モデルにおけるマスの固有振動数は、バネ定数とマスの質量によって決定できる。したがって、それらのパラメータを調整しながら、床上に、複数の振動検知手段4B、4B…を設置しておき、最も激しく振動している振動マス51から建物8の固有振動数を同定することができる。
From the above equation, the natural frequency of the mass in the mass-spring system model can be determined by the spring constant and the mass of the mass. Therefore, while adjusting these parameters, a plurality of vibration detection means 4B, 4B,... Are installed on the floor, and the natural frequency of the
図7に振動検知手段の他の実施形態を示す。図7に示す振動検知手段4Cは、紐61と
マス62からなる振り子60を複数用意し、振り子の長さがそれぞれ異なるように構成されたものであって、図示する実施形態ではそれぞれの振り子60,60…を建物8の天井から吊り下げた振動検知手段としている。図7では、4つの振り子60,60…のそれぞれの振り子の長さをL1〜L4に設定している。
FIG. 7 shows another embodiment of the vibration detection means. The vibration detecting means 4C shown in FIG. 7 is configured such that a plurality of
一般に、振り子の固有振動数は下式によって算定される。
[式3]
f=1/2π×(g/L)1/2
ここで、fは振動数、gは重力加速度、Lは振り子の長さをそれぞれ示す。
In general, the natural frequency of the pendulum is calculated by the following equation.
[Formula 3]
f = 1 / 2π × (g / L) 1/2
Here, f represents the frequency, g represents the gravitational acceleration, and L represents the pendulum length.
上式より、振り子の固有振動数は、振り子の長さによって決定される。したがって、図示するように、長さの異なる振り子を複数容易しておき、その中で最も激しく振れた振り子から建物8の固有振動数を同定することができる。なお、天井から振り子を吊るした構成ではなく、フレーム枠を構成する水平部材に複数の振り子を吊り下げた実施形態とすることもできる。
From the above equation, the natural frequency of the pendulum is determined by the length of the pendulum. Therefore, as shown in the drawing, a plurality of pendulums having different lengths can be facilitated, and the natural frequency of the
さらに、振動検知手段の他の実施形態を図8に示す。図8に示す振動検知手段4Dは、板部材71上に複数の振動棒72,72…を延出させたものである。振動棒72は、板バネや棒状のバネを使用でき、振動棒72の上端にはその振動態様を明確に視認できるように、例えば重量を無視できるほどの軽量なビーズ73を備えた構成とすることもできる。この振動棒72の固有振動数の算定は、一般に該振動棒72が備えた弾性係数(バネ定数)をもった串の先端に該振動棒72の質量を備えた仮想の団子を突き刺してなる串団子モデルに置き換えることができ、上記する式2から算定することができる。よって、振動棒72,72…の中で最も激しく振動している振動棒72の固有振動数をもって建物8の固有振動数を同定することができる。
Furthermore, another embodiment of the vibration detection means is shown in FIG. The vibration detecting means 4D shown in FIG. 8 is obtained by extending a plurality of vibrating
なお、本発明の固有振動数測定システムは、加振手段として加振手段2Aまたは2Bを使用し、振動検知手段として公知の振動センサを使用した組み合わせとすることもできるし、逆に、加振手段として公知のモーター加振器などを使用し、振動検知手段として振動検知手段2A〜2Dを使用した組み合わせとすることもできる。 The natural frequency measurement system of the present invention can be a combination using the vibration means 2A or 2B as the vibration means and using a known vibration sensor as the vibration detection means. A known motor shaker or the like may be used as the means, and the vibration detection means 2A to 2D may be used as the vibration detection means.
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.
1…固有振動数測定システム、2,2A,2B…加振手段、4,4A,4B,4C,4D…振動検知手段、8…建物、21…プレート、22…ストッパー、36…錘、41…弦、50…振動体、51…振動マス、52…弾性体、60…振り子、72…振動棒
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記加振手段は、往復スライド可能なプレートと、往復スライド可能領域の端部に備えたストッパーとからなり、
前記プレートは人が載ることが可能な大きさに形成されるとともに、その下面から延出された嵌装部材の下端にローラーが取り付けられており、
建物内に設置された前記プレートが往復スライドしながら前記ストッパーに衝突することを繰り返すことによって建物に振動を与えることを特徴とする、固有振動数測定システム。 A natural frequency measurement system for obtaining a natural frequency of a building from a response vibration of the building measured by a vibration detecting means by applying vibration to the building by an excitation means,
The vibration means comprises a reciprocally slidable plate and a stopper provided at the end of the reciprocally slidable region,
The plate is formed in a size that can be placed by a person, and a roller is attached to the lower end of the fitting member extending from the lower surface of the plate,
A natural frequency measurement system that vibrates the building by repeatedly striking the stopper while the plate installed in the building reciprocally slides.
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