JP4325039B2 - Seismic control method for structures - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、地震や風、あるいは機械振動等による構造物の振動を低減するための制震方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、構造物内に可変減衰機構を有する制震装置をブレース等の付加耐震要素を介して設置し、応答を低減する制震構造が知られている(特公平7−45781号公報、特願平10−37175号等参照)
また、特開平10−131544号公報には、構造物内への制震装置設置上の制約から、構造物本体に対し付属的な独立架構を設け、構造物本体と独立架構との間にアクティブ制震装置を配置したものが記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
特公平7−45781号記載の発明は、構造物内に設置した可変減衰装置を制御することにより構造物に減衰力を付与してその応答を低減するものであるが、主として柱梁架構の応答をもとに制御しているため、図9の荷重−変形関係で示す構造上の制約範囲(図中の平行四辺形の範囲)を超えることができない。それは、制震装置としてパッシブダンパを用いた場合も同様である。
【0004】
また、出願人の先の出願である特願平10−37157号記載の発明は、構造物内に設置した可変減衰装置を、ブレース等の付加耐震要素の振動を増加させるよう制御することにより構造物の応答を低減するものであるが、付加耐震要素という超短周期構造の振動を増加させるため、反応速度性能の非常に高い制震装置が必要となる。
【0005】
特開平10−131544号公報記載の発明は、主として制震装置の設置スペース等に関する問題の解決を図ったものであり、制御方法については特に限定されておらず、また言及されていない。
【0006】
本願発明は、対象構造物の振動エネルギーを、付加耐震要素等と比べてはるかに周期の長い他の構造物に蓄え、消費させるように制震装置により制御することで、より実現性が高く、かつ効率的に対象構造物の振動を低減することのできる具体的な制震方法を提供することを目的としたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項1に係る構造物の制震方法は、複数の構造物間に制震装置を設置し、前記制震装置による構造物間の接続状態を制御することにより、制震の対象となる構造物の振動エネルギーを、前記制震装置を介して他の構造物に蓄え、該他の構造物で消費させ、1または複数の構造物の振動を低減させることを特徴とするものである。
【0008】
個々の構造物は、その高さや断面形状によって、それぞれ固有周期が異なるのが一般的であり、また1つの構造物について方向によっても振動特性が異なる。
【0009】
従来、このような振動特性の異なる複数の構造物間に、オイルダンパー等の受動型のダンパーを介在させて振動エネルギーを吸収することは行われているが、本願発明では構造物間に能動制御型の制震装置を介在させ、その接続状態を変化させる(例えば、ロック、アンロック、あるいは中間的な接続状態でもよい)ことで、制震の対象となる構造物の振動エネルギーを他の構造物に蓄え、消費させるものである。
【0010】
制震装置による制御を必要とする場合としては、▲1▼地震や風等の振動外力が入力した場合(例えば、構造物の所定以上の応答をセンサーによって検知した場合等)、▲2▼地震等を遠方の地震計等により事前に検知し、コンピューターなどで地震入力あるいは応答を予測して制御する場合、▲3▼振動源が構造物内部にあり(機械振動等)、その振動に対して制御を行う場合等が挙げられる。
【0011】
振動抑制の対象となる構造物が、複数の構造物のうちの揺れの大きい構造物である場合には、相対的に揺れの小さい構造物に振動エネルギーを蓄え、消費させることが考えられる。
【0012】
また、振動抑制の対象となる構造物は、必ずしも揺れの大きい構造物である必要はなく、重要な構造物の揺れを相対的に重要でない構造物を利用し、低減することも考えられる。その他、主構造物と付属構造物、あるいは建屋本体と設備機器等、構造物どうしの関係を考慮し、種々の組み合わせが考えられる。
【0013】
本願の請求項2に係る構造物の制震方法は、固有周期の異なる複数の構造物間に制震装置を設置し、地震外力が入力した際、前記制震装置による構造物間の接続状態を制御することにより、制震の対象となる構造物の振動エネルギーを、前記制震装置を介して他の構造物に蓄え、該他の構造物で消費させ、1または複数の構造物の振動を低減させることを特徴とするものである。
【0014】
請求項2は、請求項1に係る発明の一形態と考えることができ、地震外力に対し、例えば揺れの大きい構造物の振動エネルギーを揺れの小さい構造物に蓄え、消費させることで、揺れの大きい構造物の応答を低減させる場合や、揺れの大小とは関係なく、重要度の高い構造物の振動エネルギーを重要度のより低い構造物に蓄え、消費させることで、重要度の高い構造物の応答を低減させる場合などがある。
【0015】
本願の請求項3に係る構造物の制震方法は、複数の構造物間に制震装置を設置し、風外力が入力した際、前記制震装置による構造物間の接続状態を制御することにより、制震の対象となる構造物の振動エネルギーを、前記制震装置を介して他の構造物に蓄え、該他の構造物で消費させ、1または複数の構造物の振動を低減させることを特徴とするものである。
【0016】
請求項3も請求項2と同様、請求項1に係る発明の一形態と考えることができ、特に風外力に対する制震を考えた場合において、一般的に揺れが大きくなる高さの高い構造物の振動を高さの低い構造物を利用して低減する場合や、平面形状により風方向と直交方向の振動が励起される構造物の振動エネルギーを他の構造物に蓄えて、その振動を低減させる場合、またこれらとは無関係に重要度の高い構造物の振動エネルギーを重要度のより低い構造物に蓄え、消費させることで、重要度の高い構造物の応答を低減させる場合などが適用対象となる。
【0017】
請求項4は、請求項1に係る構造物の制震方法において、前記複数の構造物が、主構造物と、該主構造物とは別に設けた付属構造物とであり、主構造物と付属構造物との間に制震装置を設置し、制震の対象となる主構造物の振動エネルギーを、前記制震装置を介して付属構造物に蓄え、該付属構造物で消費させ、主構造物の振動を低減させる場合である。
【0018】
ここでいう付属構造物は、例えば建物の一部として、ある特定の機能、用途を有するものの場合に限らず、制震機能のみを目的としたものでもよい。
【0019】
請求項5は、請求項1に係る構造物の制震方法において、前記複数の構造物が、建屋本体と、該建屋本体から独立した設備機器または収納架台とであり、建屋本体と設備機器または収納架台との間に制震装置を設置し、制震の対象となる設備機器または収納架台の振動エネルギーを、前記制震装置を介して建屋本体に蓄え、該建屋本体で消費させ、設備機器または収納架台の振動を低減させる場合である。
【0020】
なお、設備機器や収納架台は、建屋本体の外側に設けられる場合と建屋本体の内側に設けられる場合がある。
【0021】
請求項6は、請求項1、2、3、4または5に係る構造物の制震方法において、制震の対象となる構造物の応答速度(dx1 (t) /dt)と、構造物間に設置した制震装置両端間の速度(dxD (t) /dt)〔=(dx1 (t) /dt)−(dx2 (t) /dt)、ここで、(dx2 (t) /dt)は制震装置接続先の構造物の応答速度〕を観測し、
以下の▲1▼式、▲2▼式の両方の条件を満足するとき、制震装置の接続状態をロック(接続)の状態とし、いずれか一方でも満足しないときアンロック(非接続)の状態に切り換えるという制御を行うものである。
【0022】
(dx1 (t) /dt)×(dxD (t) /dt)≧0 … ▲1▼
|dx1 (t) /dt|>ε … ▲2▼
ここで、εは、0または0に近い微小量(例えば、1.0×10-6cm/s程度で任意に設定)である。
【0023】
請求項6は、具体的な制御則の一つを与えるものであり、制震の対象となる構造物の応答速度や制震装置両端間の速度について、プラス・マイナスの符号が変わるタイミングに応じて制震装置の接続状態を切り換えるものである。
【0024】
請求項7は、上記請求項6に係る構造物の制震方法において、▲2▼式の代わりに、以下の▲3▼式を用いる場合である。
【0025】
(dx1 (t) /dt)×(dx1 (t−Δt)) /dt)>0 … ▲3▼
ここで、Δtは速度情報サンプリング時間である。
【0026】
請求項7は基本的な考え方は請求項6の場合とほぼ同様であり、その判断にサンプリング時間の要素を取り入れたものである。この他、制御則を与える式については、制震装置やセンサーの性能、制御用コンピュータ等に応じて、種々の改変が可能である。
【0027】
請求項8は、請求項6または7に係る構造物の制震方法において、制震装置の接続状態の切り換えに際して、接続状態の急激な変化を避けるための緩衝範囲を設定し、接続状態を徐々に切り換えて行くものである。
【0028】
請求項9は、請求項8に係る構造物の制震方法において、前記緩衝範囲を、制震の対象となる構造物の応答速度(dx1 (t) /dt)に対して、
|(dx1 (t) /dt)|≦Φ … ▲4▼
と設定し、その範囲内においては、以下の▲5▼式を満たすように制震装置の接続状態を切り換えるものである。
【0029】
F(t) =|Fφ/Φ|×(dx1 (t) /dt) … ▲5▼
ここで、F(t) は制震装置にかかる力、Φは設計において任意に設定される緩衝範囲幅(例えば0.5cm/s程度)、Fφは(dx1 (t) /dt)が緩衝範囲に入る際に制震装置にかかっていた力である。
【0030】
請求項8に係る発明は、接続状態の急激な変化が制震装置の機能上、困難であったり、あるいは一時的な負荷の増大などにもつながるため、緩衝範囲を設け、徐々に切り換えるようにしてスムーズな制震を実現しようとするものである。
【0031】
また、請求項9はその場合の具体的な制御則の一例を与えるものである。
【0032】
なお、制震装置に能力以上の荷重がかからないよう、制震装置にかかる力F(t) が、設計において任意に設定された最大値Fmax に達した場合には、それ以上の力が作用しないようにするための荷重制限機構を制震装置に設けることが考えられる。
【0033】
【発明の実施の形態】
図1は、本願の請求項1〜3に係る構造物の制震方法の一実施形態における複数の構造物と制震装置の配置を概略的に示したものである。
【0034】
図1では3つの構造物A,B,Cを、能動制御型の制震装置1でつないだ形になっており、1つのケースとして、構造物Aは平面積が大きく、高さが低い、相対的に固有周期が短い構造物であり、構造物Bは平面積が小さく、高さが高い、相対的に固有周期が長い構造物であり、構造物Cが寸法および振動特性についてこれらの中間となる場合を想定している。
【0035】
請求項2における地震外力が入力した際、固有周期は、構造物A<構造物C<構造物Bであるから、短周期成分の卓越する地震に対しては、制震装置1の接続状態を制御することで、比較的揺れの少ない構造物Bに振動エネルギーを蓄え、消費させ、また長周期成分の卓越する地震に対しては、比較的揺れの少ない構造物Aに振動エネルギーを蓄え消費させることにより、他の構造物の振動を効率良く低減することができる。
【0036】
また、請求項3における風外力が入力した際、建物の高さは、構造物A<構造物C<構造物Bであるから、比較的揺れの少ない構造物Aに振動エネルギーを蓄え、消費させることにより、他の構造物の振動を効率良く低減することができる。
【0037】
なお、この例で示したように、本願発明では、振動低減の対象となる構造物、あるいは振動エネルギーを蓄え、消費させる特定の構造物とも、複数構造物を対象とすることもできる。
【0038】
図2〜図5は、それぞれ本願の請求項4に係る構造物の制震方法の一実施形態における主構造物と付属構造物および制震装置の配置を概略的に示したものである。これらは、いずれも振動低減の対象となる構造物が主構造物2であり、制震装置1による接続状態を制御することで、付属構造物3に振動エネルギーを蓄え、消費させることで、主構造物2の振動を低減することができる。
【0039】
図2は主構造物2の隅角部の外側に水平断面がL型の付属構造物3を配置し、主構造物2と付属構造物3を水平2方向の制震装置1でつなぎ、その接続状態を制御するようにしたものである。
【0040】
図3は主構造物2の4面に付属構造物3を配置し、それぞれを水平1方向の制震装置1でつなぎ、全体として水平2方向について制御できるようにしたものである。
【0041】
図4は主構造物2の4周および上部を全て付属構造物3で取り囲むように配置した場合であり、上部にも制震装置1を設けている。
【0042】
図5は図4の場合と逆に、主構造物2の内部に付属構造物3を設けた場合の例である。主構造物2の内部に付属構造物3を設ける例としては、例えば、主構造物2である建物の吹抜け空間に、付属構造物3としてのモニュメント等を設置する場合等を挙げることができる。
【0043】
図6は本願の請求項5に係る構造物の制震方法の一実施形態を示したもので、建屋本体4と設備機器5との関係において、両者の間に制震装置1を介在させ、設備機器5の振動エネルギーを建屋本体4に蓄え、消費させ、設備機器5の振動を低減させる。
【0044】
この場合の設備機器5の例としては、コンピュータ等の情報処理施設、火力発電所建屋におけるタービンあるいはボイラー容器、原子力発電所建屋における原子炉格納容器等を挙げることができる。
【0045】
図7は本願の請求項5に係る構造物の制震方法の他の実施形態を示したもので、建屋本体4と、この建屋本体から独立した収納架台6との間に制震装置1を設置し、収納架台6の振動エネルギーを建屋本体4に蓄え、消費させ、収納架台6の振動を低減させるようにしたものである。
【0046】
構造としては、図5と似ているが、図6は、図5の主構造物2に相当する建屋本体4の振動低減よりも、収納架台6の振動低減を優先させる場合であり、制震の対象が逆の関係にある。
【0047】
図8は本願発明で用いる制震装置の一例としての油圧ダンパ形式の可変減衰装置の構造を原理的に示したものである。この例は、両ロッド型の場合であり、シリンダ11内を移動するピストン12の両側の油室13をつなぐ流路14に流量制御弁15が設けられ、流量制御弁15を閉じると固定状態(ロック)、流量制御弁15を全開するとフリーな状態(アンロック)となる。接続状態を連続的に変化させたい場合には、流量制御弁15の開度を調整することになる。
【0048】
図2〜図5の実施形態における制震装置1として用いる場合には、例えばシリンダ11側を主構造物2に固定し、ピストンロッド12a側を付属構造物3側に固定することになる。あるいはその逆でもよい。
【0049】
図9は請求項6、7に係る制御方法により得られる制震装置にかかる力(制御力)と、振動低減の対象構造物(ここでは、主構造とする)の変形の関係を、荷重−変位履歴ループの形式で示したものである。
【0050】
なお、この例は、制御力F(t) が、設定された最大値Fmax 以上に増加しないように荷重制限機構を設けた場合である。
【0051】
図において、履歴ループに囲まれた面積の大きさが主構造物への付加減衰量、すなわち、主構造物の振動エネルギー低減量を表しており、本願発明に係る制震方法が従来の方法と比較して大きな振動低減効果を有していることを読み取ることができる。
【0052】
次に、解析シミュレーション例を示す。図10は解析モデルを示したもので、主構造物と付属構造物を1自由度系に置換し、それらを制震装置で接続した基本モデルである。解析諸元を以下に示す。
【0053】
主構造物の質量m1 :980 ton
主構造物の剛性k1 :39.5 ton/cm
付属構造物の質量m2 :(m1 /4)ton
付属構造物の剛性k2 :4k1 ton/cm
装置設定最大力Fmax :100 ton
主構造物と付属構造物の固有周期は、それぞれ1sec 、0.25sec (周期比4)となる。また、それぞれの1次固有周期に対して、2%の減衰定数を仮定し、地動入力加速度として周期1sec 、最大値100cm/s2 の正弦波を採用した。
【0054】
また、本願発明の制震方法の効果を確認するために、比較として制震装置にパッシブダンパを用いた場合の解析も同時に実施した。
【0055】
次に、請求項6と図9、図10の関係について物理的な面からの補足説明を行う。
【0056】
図9の点aを振動開始点とすると、aからbを経て、振動変位最大点である点cまでは制震装置をロックする。当然、その範囲では主構造物と付属構造物は同じ変形(一体化して動く)となる。
【0057】
請求項6の式でみると、bの区間では、x1 =x2 >ε、dx1 (t) /dt=dx2 (t) /dt>ε、dxD (t) /dt=εとなるので、▲1▼、▲2▼式の両者の条件を満たし、すなわちロックの条件を満たしている。
【0058】
そして、変位最大点である点c(あるいは速度符号の切り替わり点、つまり速度0の点)でアンロックにする。当然、その後、主構造物と付属構造物は別々に動くことになる。
【0059】
請求項6の式でみると、点cでは、x1 =x2 =xmax 、dx1 (t) /dt=dx2 (t) /dt=ε、dxD (t) /dt=εとなるので、▲1▼式の条件は満たすが、▲2▼式の条件を満たさず、すなわちアンロックとなる。
【0060】
そして、dを経て、主構造物と付属構造物の速度が等しくなる(つまりは、その間の相対速度を表す装置速度が0となる)点eでロックする。なお、ここでは、主構造物の固有周期T1 >付属構造物の固有周期T2 とする。
【0061】
請求項6の式でみると、dの区間では、dx2 (t) /dt<dx1 (t) /dt<ε、dxD (t) /dt>0となり(dxD (t) /dtのみ正の値)、▲2▼式の条件は満たすが、▲1▼式の条件を満たさず、すなわちアンロックのままとなる。
【0062】
また、点eにくると、dx1 (t) /dt=dx2 (t) /dt>ε、dxD (t) /dt=εとなるので、▲1▼、▲2▼式の両者の条件を満たし、ロックとなる。
【0063】
すると、再び、主構造物と付属構造物は一体化して動き、図9の点fに至る。以降、点aから点fまでと同じ挙動を繰り返すよう制震装置の接続状態を制御する。
【0064】
その時の主構造の変形と制震装置にかかる力(制御力)の関係を描いたものが図9であり、前述のように制御力F(t) が、設定された最大値F max 以上に増加しないように荷重制限機構を設けた上で、制震装置の接続状態を請求項6の(1)、(2)式に従わせるように制御することで、図9のような履歴ループを描くことになる。
【0065】
図11は応答時刻歴波形を示したもので、本願発明とパッシブダンパによる解析結果を比較すると、制御力の最大値はほぼ等しいが、主構造物の変形は本願発明の制震方法による方が大きく低減されることが分かる。
【0066】
図12は制御力と主構造物の変形の履歴ループを示したもので、本願発明の制震方法によれば、主構造物の変形が大きく低減され、図9で示した通りの形を描くことになる。
【0067】
【発明の効果】
本願発明の制震方法では、対象構造物の振動エネルギーを他の構造物に蓄え、消費させるよう制震装置により能動的に制御することで、より効率的に振動を低減することができる。
【0068】
また、既存構造物のリニューアルとして、地震・風等の外力に対する制震機能を付加する場合、複数の構造物間に制震装置を設置するため、対象構造物の架構内部を変更することなく適用することができる。
【0069】
本願発明は、複数の構造物間に制震装置を設置し、対象構造物の振動エネルギーをブレース等の付加耐震要素と比べてはるかに周期の長い特定の構造物に蓄え、消費させるよう制震装置を制御するものであり、既存の制震装置を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願の請求項1〜3に係る構造物の制震方法の一実施形態における複数の構造物と制震装置の配置を概略的に示す立面図である。
【図2】 本願の請求項4に係る構造物の制震方法の一実施形態における主構造物と付属構造物および制震装置の配置を概略的に示したもので、(a) は立面図、(b) は平面図である。
【図3】 本願の請求項4に係る構造物の制震方法の他の実施形態における主構造物と付属構造物および制震装置の配置を概略的に示したもので、(a) は立面図、(b) は平面図である。
【図4】 本願の請求項4に係る構造物の制震方法のさらに他の実施形態における主構造物と付属構造物および制震装置の配置を概略的に示したもので、(a) は立面図、(b) は平面図である。
【図5】 本願の請求項4に係る構造物の制震方法のさらに他の実施形態における主構造物と付属構造物および制震装置の配置を概略的に示したもので、(a) は立面図、(b) は平面図である。
【図6】 本願の請求項5に係る構造物の制震方法の一実施形態における建屋本体と設備機器および制震装置の配置を概略的に示す立面図である。
【図7】 本願の請求項5に係る構造物の制震方法の他の実施形態における建屋本体と収納架台および制震装置の配置を概略的に示す立面図である。
【図8】 本願発明で用いる制震装置の一例としての油圧ダンパ形式の可変減衰装置の構造を示す原理図である。
【図9】 制震装置にかかる力(制御力)と制震の対象となる主構造の変形の関係について、従来の制御方法と本願発明による制御方法を比較して示したグラフである。
【図10】 本願発明の制震方法における構造物等の解析モデルを示す図である。
【図11】 従来のパッシブダンパによる制御と、本願発明における制御を比較したもので、(a) は制震の対象となる主構造物の変形の応答時刻歴波形、(b) は主構造物の加速度、(c) は制震装置にかかる力(制御力)のグラフである。
【図12】 制震装置にかかる力(制御力)と制震の対象となる主構造物の変形の関係を示すグラフであり、(a) は本願発明の制御方法の場合、(b) は従来のパッシブダンパによる制御方法の場合である。
【符号の説明】
1…制震装置、2…主構造物、3…付属構造物、4…建屋本体、5…設備機器、6…収納架台、11…シリンダ、12…ピストン、12a…ピストンロッド、13…油室、14…流路、15…流量制御弁
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a seismic control method for reducing the vibration of a structure caused by earthquakes, winds, mechanical vibrations, or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is known a seismic control structure in which a vibration control device having a variable damping mechanism is installed in a structure via an additional seismic element such as a brace to reduce the response (Japanese Patent Publication No. 7-45781, Japanese Patent Application). (Refer to Hei 10-37175 etc.)
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-131544 discloses that an independent frame attached to the structure main body is provided due to restrictions on installation of the vibration control device in the structure, and the active structure is provided between the structure main body and the independent frame. The thing which arranged the damping device is indicated.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The invention described in Japanese Examined Patent Publication No. 7-45781 is intended to reduce the response by giving a damping force to the structure by controlling the variable damping device installed in the structure. Therefore, the structural restriction range (the range of the parallelogram in the figure) shown by the load-deformation relationship in FIG. 9 cannot be exceeded. The same applies when a passive damper is used as a vibration control device.
[0004]
Further, the invention described in Japanese Patent Application No. 10-37157, which is an earlier application of the applicant, has a structure in which a variable damping device installed in a structure is controlled so as to increase the vibration of an additional seismic element such as a brace. Although it reduces the response of objects, a vibration control device with very high reaction speed performance is required to increase the vibration of the ultra-short period structure, which is an additional seismic element.
[0005]
The invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-131544 is mainly intended to solve problems relating to the installation space of the vibration control device, and the control method is not particularly limited and is not mentioned.
[0006]
The present invention is more feasible by controlling the vibration energy of the target structure in the other structure having a much longer period than that of the additional seismic element, etc., and controlling it with the vibration control device so that it is consumed. The object of the present invention is to provide a concrete vibration control method capable of efficiently reducing vibration of the target structure.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The structure damping method according to claim 1 of the present application includes a damping device between a plurality of structures, and controls a connection state between the structures by the damping device. The vibration energy of the structure is stored in another structure via the vibration control device , consumed by the other structure, and the vibration of one or more structures is reduced. .
[0008]
Each structure generally has different natural periods depending on its height and cross-sectional shape, and the vibration characteristics of one structure also differ depending on the direction.
[0009]
Conventionally, vibration energy is absorbed by interposing a passive damper such as an oil damper between a plurality of structures having different vibration characteristics. In the present invention, active control is performed between structures. The vibration energy of the structure to be controlled can be reduced to another structure by interposing a type of vibration control device and changing its connection state (for example, it can be locked, unlocked, or intermediate connection state). It is stored in things and consumed.
[0010]
When control by a vibration control device is required, (1) when an external vibration force such as an earthquake or wind is input (for example, when a response exceeding a predetermined value of a structure is detected by a sensor), (2) an earthquake When a remote seismometer or the like is detected in advance and the earthquake input or response is predicted and controlled by a computer, etc., (3) the vibration source is inside the structure (mechanical vibration, etc.). The case where it controls is mentioned.
[0011]
When the structure to be subjected to vibration suppression is a structure having a large vibration among a plurality of structures, it is conceivable that vibration energy is stored and consumed in a structure having a relatively small vibration.
[0012]
Moreover, the structure subject to vibration suppression does not necessarily need to be a structure with large shaking, and it is conceivable to reduce the shaking of an important structure by using a structure that is relatively unimportant. In addition, various combinations can be considered in consideration of the relationship between structures such as the main structure and attached structures, or the building body and equipment.
[0013]
A structure damping method according to claim 2 of the present application is a state in which a structure is connected between a plurality of structures having different natural periods and when an earthquake external force is input, By controlling the vibration energy of the structure to be controlled, the vibration energy of the structure is stored in another structure via the vibration control device and consumed by the other structure. It is characterized by reducing.
[0014]
Claim 2 can be considered as an embodiment of the invention according to claim 1, and for example, by storing and consuming vibration energy of a structure with large shaking in a structure with little shaking against an earthquake external force, Highly important structures by reducing the response of large structures and storing and consuming the vibration energy of highly important structures in less important structures regardless of the magnitude of shaking There is a case of reducing the response.
[0015]
A structure damping method according to claim 3 of the present application is to install a damping device between a plurality of structures, and to control a connection state between the structures by the damping device when an external wind force is input. The vibration energy of the structure subject to vibration control is stored in another structure via the vibration control device , consumed by the other structure, and the vibration of one or more structures is reduced. It is characterized by.
[0016]
Similarly to claim 2, claim 3 can also be considered as a form of the invention according to claim 1, and in particular, when considering vibration control against wind force, a structure with a high height that generally increases shaking The vibration energy of a structure where vibration in the direction perpendicular to the wind direction is excited by the planar shape is stored in another structure when the structure is reduced using a structure with a low height, and the vibration is reduced. In addition, when the vibration energy of a structure with high importance is stored in a structure with less importance and consumed, the response of the structure with high importance is reduced. It becomes.
[0017]
Claim 4 is the structure damping method according to claim 1, wherein the plurality of structures are a main structure and an attached structure provided separately from the main structure, A vibration control device is installed between the attached structure and the vibration energy of the main structure subject to vibration control is stored in the attached structure via the vibration control device and consumed by the attached structure. This is a case of reducing the vibration of the structure.
[0018]
The attached structure here is not limited to one having a specific function and application as a part of a building, for example, and may be only for a seismic control function.
[0019]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a structure according to the first aspect, wherein the plurality of structures are a building main body and equipment or a storage stand independent from the building main body. the vibration control device between the housing frame is installed, the vibration energy of the equipment or housing frame as a target of vibration control, stored in the building body via the vibration control device, by dissipating 該建Ya body, equipment Or it is a case where the vibration of a storage stand is reduced.
[0020]
The equipment and the storage stand may be provided outside the building main body or inside the building main body.
[0021]
Claim 6 is the structure damping method according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the response speed (dx 1 (t) / dt) of the structure to be controlled and the structure The speed (dx D (t) / dt) [= (dx 1 (t) / dt) − (dx 2 (t) / dt) between both ends of the damping device installed in between, where (dx 2 (t ) / Dt) is the response speed of the structure to which the control device is connected]
When satisfying both of the following formulas (1) and (2), the connection state of the vibration control device is set to the locked (connected) state, and when either one is not satisfied, the unlocked (unconnected) state is set. The control of switching to is performed.
[0022]
(Dx 1 (t) / dt) × (dx D (t) / dt) ≧ 0 (1)
| Dx 1 (t) / dt |> ε (2)
Here, ε is 0 or a minute amount close to 0 (for example, arbitrarily set at about 1.0 × 10 −6 cm / s).
[0023]
Claim 6 gives one of the specific control laws, and according to the timing when the plus / minus sign changes for the response speed of the structure to be controlled and the speed between both ends of the control system. This switches the connection status of the vibration control device.
[0024]
A seventh aspect of the present invention is a case where the following formula (3) is used in place of the formula (2) in the structural vibration control method according to the sixth aspect.
[0025]
(Dx 1 (t) / dt) × (dx 1 (t−Δt)) / dt)> 0 (3)
Here, Δt is a speed information sampling time.
[0026]
The basic concept of claim 7 is substantially the same as that of claim 6, and the sampling time factor is taken into the determination. In addition, various modifications can be made to the formula that gives the control law depending on the performance of the vibration control device and sensor, the computer for control, and the like.
[0027]
Claim 8 is the structure damping method according to claim 6 or 7, wherein when the connection state of the vibration control device is switched, a buffer range is set to avoid a sudden change in the connection state, and the connection state is gradually changed. It will be switched to.
[0028]
Claim 9 is the structure damping method according to claim 8, wherein the buffer range is set to a response speed (dx 1 (t) / dt) of the structure to be controlled.
| (Dx 1 (t) / dt) | ≦ Φ (4)
Within this range, the connection state of the vibration control device is switched so as to satisfy the following formula (5).
[0029]
F (t) = | Fφ / Φ | × (dx 1 (t) / dt) (5)
Here, F (t) is the force applied to the vibration control device, Φ is a buffer range width arbitrarily set in the design (for example, about 0.5 cm / s), and Fφ is buffered by (dx 1 (t) / dt) This is the force applied to the vibration control device when entering the range.
[0030]
In the invention according to claim 8, since a sudden change in the connection state is difficult in terms of the function of the vibration control device or leads to a temporary increase in load, a buffer range is provided and the switching is performed gradually. To achieve smooth vibration control.
[0031]
Claim 9 gives an example of a specific control law in that case.
[0032]
In addition, when the force F (t) applied to the vibration control device reaches the maximum value F max set arbitrarily in the design so that a load exceeding the capacity is not applied to the vibration control device, more force is applied. It is conceivable to provide a vibration control device with a load limiting mechanism for preventing this.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 schematically shows an arrangement of a plurality of structures and a vibration control device in one embodiment of a structure vibration control method according to claims 1 to 3 of the present application.
[0034]
In FIG. 1, three structures A, B, and C are connected by an active control type vibration control device 1, and as one case, the structure A has a large plane area and a low height. A structure having a relatively short natural period, a structure B having a small plane area, a high height, and a structure having a relatively long natural period, and the structure C having an intermediate dimension and vibration characteristics. Is assumed.
[0035]
When the seismic external force in claim 2 is input, the natural period is structure A <structure C <structure B, so that the seismic control device 1 is connected for an earthquake having an excellent short period component. By controlling, the vibration energy is stored and consumed in the structure B with relatively little shaking, and the vibration energy is stored and consumed in the structure A with relatively little shaking for an earthquake having a long period component. Thus, vibrations of other structures can be efficiently reduced.
[0036]
Further, when the wind force in the third aspect is inputted, the height of the building is such that the structure A <the structure C <the structure B. Therefore, the vibration energy is stored and consumed in the structure A with relatively little shaking. Thus, vibrations of other structures can be efficiently reduced.
[0037]
As shown in this example, in the present invention, a structure that is a target of vibration reduction, or a specific structure that stores and consumes vibration energy, can be a plurality of structures.
[0038]
2 to 5 schematically show the arrangement of the main structure, the attached structure, and the vibration control device in an embodiment of the structure vibration control method according to claim 4 of the present application. In both cases, the main structure 2 is the target structure for vibration reduction. By controlling the connection state of the vibration control device 1, the vibration energy is stored and consumed in the attached structure 3. The vibration of the structure 2 can be reduced.
[0039]
In FIG. 2, an auxiliary structure 3 having an L-shaped horizontal cross section is arranged outside the corner of the main structure 2, and the main structure 2 and the auxiliary structure 3 are connected by a vibration control device 1 in two horizontal directions. The connection state is controlled.
[0040]
In FIG. 3, the accessory structures 3 are arranged on four surfaces of the main structure 2, and each is connected by a vibration control device 1 in one horizontal direction so that it can be controlled in two horizontal directions as a whole.
[0041]
FIG. 4 shows a case in which the main structure 2 is arranged so that the entire circumference and the upper part of the main structure 2 are surrounded by the attached structure 3, and the vibration control device 1 is also provided on the upper part.
[0042]
FIG. 5 shows an example in which the accessory structure 3 is provided inside the main structure 2, contrary to the case of FIG. 4. Examples of providing the accessory structure 3 inside the main structure 2 include, for example, a case where a monument or the like as the accessory structure 3 is installed in the atrium space of the building that is the main structure 2.
[0043]
FIG. 6 shows an embodiment of the structure damping method according to claim 5 of the present application. In the relationship between the building body 4 and the equipment 5, the damping device 1 is interposed between the two, The vibration energy of the equipment 5 is stored in the building body 4 and consumed, and the vibration of the equipment 5 is reduced.
[0044]
Examples of the equipment 5 in this case include an information processing facility such as a computer, a turbine or boiler vessel in a thermal power plant building, a reactor containment vessel in a nuclear power plant building, and the like.
[0045]
FIG. 7 shows another embodiment of the structure damping method according to claim 5 of the present application. The damping device 1 is installed between the building body 4 and the storage frame 6 independent of the building body. Installed, the vibration energy of the storage gantry 6 is stored in the building body 4 and consumed, and the vibration of the storage gantry 6 is reduced.
[0046]
Although the structure is similar to that of FIG. 5, FIG. 6 is a case where the vibration reduction of the storage frame 6 is prioritized over the vibration reduction of the building body 4 corresponding to the main structure 2 of FIG. 5. The object of is in the reverse relationship.
[0047]
FIG. 8 shows in principle the structure of a hydraulic damper type variable damping device as an example of a vibration control device used in the present invention. This example is a case of a double rod type, and a flow rate control valve 15 is provided in a flow path 14 that connects oil chambers 13 on both sides of a piston 12 that moves in a cylinder 11, and when the flow rate control valve 15 is closed, a fixed state ( Lock), when the flow control valve 15 is fully opened, it becomes free (unlocked). When it is desired to continuously change the connection state, the opening degree of the flow control valve 15 is adjusted.
[0048]
When used as the vibration control device 1 in the embodiment of FIGS. 2 to 5, for example, the cylinder 11 side is fixed to the main structure 2 and the piston rod 12 a side is fixed to the attached structure 3 side. Or vice versa.
[0049]
FIG. 9 shows the relationship between the force applied to the vibration control device obtained by the control method according to claims 6 and 7 (control force) and the deformation of the target structure for vibration reduction (here, the main structure). It is shown in the form of a displacement history loop.
[0050]
In this example, a load limiting mechanism is provided so that the control force F (t) does not increase beyond the set maximum value F max .
[0051]
In the figure, the size of the area surrounded by the history loop represents the amount of additional attenuation to the main structure, that is, the vibration energy reduction amount of the main structure, and the vibration control method according to the present invention is different from the conventional method. It can be read that it has a large vibration reduction effect in comparison.
[0052]
Next, an analysis simulation example is shown. FIG. 10 shows an analysis model, which is a basic model in which the main structure and the attached structure are replaced with a one-degree-of-freedom system and connected by a vibration control device. The analysis specifications are shown below.
[0053]
Mass of main structure m 1 : 980 ton
Rigidity k 1 of main structure: 39.5 ton / cm
Mass m 2 of the accessory structure: (m 1/4) ton
Attachment structure rigidity k 2 : 4k 1 ton / cm
Device setting maximum force F max : 100 ton
The natural periods of the main structure and the attached structure are 1 sec and 0.25 sec (period ratio 4), respectively. In addition, assuming a damping constant of 2% for each primary natural period, a sine wave having a period of 1 sec and a maximum value of 100 cm / s 2 was adopted as the ground motion input acceleration.
[0054]
Moreover, in order to confirm the effect of the seismic control method of this invention, the analysis at the time of using a passive damper for a seismic control apparatus was also implemented simultaneously as a comparison.
[0055]
Next, a supplementary explanation from the physical aspect will be given regarding the relationship between claim 6 and FIGS.
[0056]
Assuming that point a in FIG. 9 is a vibration start point, the vibration control device is locked from point a to point b to point c, which is the maximum point of vibration displacement. Naturally, in that range, the main structure and the attached structure are deformed (moved together).
[0057]
According to the formula of claim 6, in the interval b, x 1 = x 2 > ε, dx 1 (t) / dt = dx 2 (t) / dt> ε, dx D (t) / dt = ε Therefore, both conditions (1) and (2) are satisfied, that is, the lock condition is satisfied.
[0058]
Then, unlocking is performed at the point c which is the maximum displacement point (or the speed code switching point, that is, the point of speed 0). Of course, after that, the main structure and the attached structure will move separately.
[0059]
According to the formula of claim 6, at point c, x 1 = x 2 = x max , dx 1 (t) / dt = dx 2 (t) / dt = ε, dx D (t) / dt = ε Therefore, the condition of the expression (1) is satisfied, but the condition of the expression (2) is not satisfied, that is, unlocking is performed.
[0060]
Then, after d, the main structure and the attached structure are locked at a point e where the speeds of the main structure and the attached structure become equal (that is, the apparatus speed representing the relative speed therebetween becomes 0). Here, the natural period T 1 of the main structure> the natural period T 2 of the attached structure.
[0061]
According to the expression of claim 6, dx 2 (t) / dt <dx 1 (t) / dt <ε and dx D (t) / dt> 0 in the interval d (dx D (t) / dt Only the positive value), the condition of the expression (2) is satisfied, but the condition of the expression (1) is not satisfied, that is, it remains unlocked.
[0062]
When the point e is reached, dx 1 (t) / dt = dx 2 (t) / dt> ε and dx D (t) / dt = ε, so both of the formulas ( 1 ) and ( 2 ) Meet the conditions and become a lock.
[0063]
Then, again, the main structure and the attached structure move together to reach point f in FIG. Thereafter, the connection state of the vibration control device is controlled so as to repeat the same behavior from point a to point f.
[0064]
FIG. 9 shows the relationship between the deformation of the main structure and the force applied to the vibration control device (control force) at that time. As described above, the control force F (t) exceeds the set maximum value F max . By providing a load limiting mechanism so as not to increase, and controlling the connection state of the vibration control device so as to follow the equations (1) and (2) of claim 6, the hysteresis loop as shown in FIG. I will draw.
[0065]
FIG. 11 shows a response time history waveform. Comparing the analysis results of the present invention and the passive damper, the maximum value of the control force is almost the same, but the deformation of the main structure is better by the seismic control method of the present invention. It can be seen that it is greatly reduced.
[0066]
FIG. 12 shows a hysteresis loop of the control force and the deformation of the main structure. According to the vibration control method of the present invention, the deformation of the main structure is greatly reduced, and the shape as shown in FIG. 9 is drawn. It will be.
[0067]
【The invention's effect】
In the seismic control method of the present invention, vibration can be more efficiently reduced by actively controlling the vibration energy of the target structure in another structure and actively controlling it using the seismic control device.
[0068]
In addition, when adding a vibration control function against external forces such as earthquakes and winds as a renewal of an existing structure, it is applied without changing the inside of the structure of the target structure because a vibration control device is installed between multiple structures. can do.
[0069]
The invention of the present application installs a vibration control device between a plurality of structures, and the vibration energy of the target structure is stored in a specific structure having a much longer period than that of an additional seismic element such as a brace. It controls the equipment and can use existing seismic control equipment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an elevational view schematically showing the arrangement of a plurality of structures and a vibration control device in an embodiment of a structure vibration control method according to claims 1 to 3 of the present application;
FIG. 2 schematically shows an arrangement of a main structure, an attached structure, and a vibration control device in an embodiment of a structure vibration control method according to claim 4 of the present application, in which (a) is an elevation surface; Figure (b) is a plan view.
FIG. 3 schematically shows the arrangement of a main structure, an attached structure, and a vibration control device in another embodiment of the structure vibration control method according to claim 4 of the present application. A plane view and (b) are plan views.
FIG. 4 schematically shows the arrangement of a main structure, an attached structure, and a vibration control device in still another embodiment of the structure vibration control method according to claim 4 of the present application. Elevated view, (b) is a plan view.
FIG. 5 schematically shows an arrangement of a main structure, an attached structure, and a vibration control device in still another embodiment of the structure vibration control method according to claim 4 of the present application. Elevated view, (b) is a plan view.
FIG. 6 is an elevation view schematically showing an arrangement of a building body, equipment, and a vibration control device in an embodiment of a structure vibration control method according to claim 5 of the present application;
FIG. 7 is an elevational view schematically showing an arrangement of a building main body, a storage stand, and a vibration control device in another embodiment of the structure vibration control method according to claim 5 of the present application;
FIG. 8 is a principle diagram showing the structure of a hydraulic damper type variable damping device as an example of a vibration control device used in the present invention.
FIG. 9 is a graph showing a comparison between the conventional control method and the control method according to the present invention regarding the relationship between the force applied to the vibration control device (control force) and the deformation of the main structure to be controlled.
FIG. 10 is a diagram showing an analysis model of a structure or the like in the vibration control method of the present invention.
FIG. 11 is a comparison of control by a conventional passive damper and control in the present invention. (A) is a response time history waveform of deformation of a main structure to be controlled, and (b) is a main structure. (C) is a graph of the force applied to the vibration control device (control force).
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the force applied to the vibration control device (control force) and the deformation of the main structure to be controlled; (a) is the control method of the present invention, (b) is This is a case of a control method using a conventional passive damper.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Damping device, 2 ... Main structure, 3 ... Attached structure, 4 ... Building main body, 5 ... Equipment, 6 ... Storage stand, 11 ... Cylinder, 12 ... Piston, 12a ... Piston rod, 13 ... Oil chamber , 14 ... flow path, 15 ... flow control valve

Claims (9)

複数の構造物間に制震装置を設置し、前記制震装置による構造物間の接続状態を制御することにより、制震の対象となる構造物の振動エネルギーを、前記制震装置を介して他の構造物に蓄え、該他の構造物で消費させ、1または複数の構造物の振動を低減させることを特徴とする構造物の制震方法。By installing a vibration control device between multiple structures and controlling the connection state between the structures by the vibration control device, the vibration energy of the structure subject to vibration control is transmitted via the vibration control device. A structure damping method, characterized in that the structure is stored in another structure, consumed by the other structure, and vibration of one or more structures is reduced. 固有周期の異なる複数の構造物間に制震装置を設置し、地震外力が入力した際、前記制震装置による構造物間の接続状態を制御することにより、制震の対象となる構造物の振動エネルギーを、前記制震装置を介して他の構造物に蓄え、該他の構造物で消費させ、1または複数の構造物の振動を低減させることを特徴とする構造物の制震方法。When a seismic control device is installed between multiple structures with different natural periods and the external force of the earthquake is input, the connection state between the structures is controlled by the seismic control device. A vibration control method for a structure, characterized in that vibration energy is stored in another structure via the vibration control device , consumed by the other structure, and vibration of one or more structures is reduced. 複数の構造物間に制震装置を設置し、風外力が入力した際、前記制震装置による構造物間の接続状態を制御することにより、制震の対象となる構造物の振動エネルギーを、前記制震装置を介して他の構造物に蓄え、該他の構造物で消費させ、1または複数の構造物の振動を低減させることを特徴とする構造物の制震方法。When installing a damping device between multiple structures and inputting wind external force, by controlling the connection state between the structures by the damping device, the vibration energy of the structure to be controlled is reduced. A structure damping method, characterized in that the structure is stored in another structure via the vibration control device , consumed by the other structure, and vibration of one or more structures is reduced. 前記複数の構造物が、主構造物と、該主構造物とは別に設けた付属構造物とであり、主構造物と付属構造物との間に制震装置を設置し、制震の対象となる主構造物の振動エネルギーを、前記制震装置を介して付属構造物に蓄え、該付属構造物で消費させ、主構造物の振動を低減させる請求項1記載の構造物の制震方法。The plurality of structures are a main structure and an attached structure provided separately from the main structure, and a vibration control device is installed between the main structure and the attached structure, and the object of vibration control The vibration control method for a structure according to claim 1, wherein the vibration energy of the main structure is stored in the attached structure via the vibration control device , consumed by the attached structure , and the vibration of the main structure is reduced. . 前記複数の構造物が、建屋本体と、該建屋本体から独立した設備機器または収納架台とであり、建屋本体と設備機器または収納架台との間に制震装置を設置し、制震の対象となる設備機器または収納架台の振動エネルギーを、前記制震装置を介して建屋本体に蓄え、該建屋本体で消費させ、設備機器または収納架台の振動を低減させる請求項1記載の構造物の制震方法。The plurality of structures are a building main body and equipment or a storage stand independent of the building main body, and a vibration control device is installed between the building main body and the equipment or the storage stand, the vibration energy of the equipment or storage platform becomes the vibration control stored in the building body via a device, by dissipating 該建Ya body, seismic control of the equipment or structure according to claim 1, wherein reducing the vibration of the housing frame Method. 制震の対象となる構造物の応答速度(dx1 (t) /dt)と、構造物間に設置した制震装置両端間の速度(dxD (t) /dt)〔=(dx1 (t) /dt)−(dx2 (t) /dt)、ここで、(dx2 (t) /dt)は制震装置接続先の構造物の応答速度〕を観測し、
以下の▲1▼式、▲2▼式の両方の条件を満足するとき、制震装置の接続状態をロック(接続)の状態とし、いずれか一方でも満足しないときアンロック(非接続)の状態に切り換える請求項1、2、3、4または5記載の構造物の制震方法。
(dx1 (t) /dt)×(dxD (t) /dt)≧0 … ▲1▼
|(dx1 (t) /dt)|>ε … ▲2▼
ここで、εは、0または0に近い微小量である。
Response speed (dx 1 (t) / dt) of the structure to be controlled, and speed (dx D (t) / dt) [= (dx 1 ( t) / dt)-(dx 2 (t) / dt), where (dx 2 (t) / dt) is the response speed of the structure to which the vibration control device is connected]
When satisfying both of the following formulas (1) and (2), the connection state of the vibration control device is set to the locked (connected) state, and when either one is not satisfied, the unlocked (unconnected) state is set. 6. A method for controlling a structure according to claim 1, wherein the method is to switch to.
(Dx 1 (t) / dt) × (dx D (t) / dt) ≧ 0 (1)
| (Dx 1 (t) / dt) |> ε (2)
Here, ε is 0 or a minute amount close to 0.
請求項6記載の構造物の制震方法において、▲2▼式の代わりに、以下の▲3▼式を用いる構造物の制震方法。
(dx1 (t) /dt)×(dx1 (t−Δt)) /dt)>0 … ▲3▼
ここで、Δtは速度情報サンプリング時間である。
7. The structure damping method according to claim 6, wherein the following formula (3) is used instead of formula (2).
(Dx 1 (t) / dt) × (dx 1 (t−Δt)) / dt)> 0 (3)
Here, Δt is a speed information sampling time.
制震装置の接続状態の切り換えに際して、接続状態の急激な変化を避けるための緩衝範囲を設定し、接続状態を徐々に切り換えて行く請求項6または7記載の構造物の制震方法。8. The structure damping method according to claim 6 or 7, wherein, when switching the connection state of the vibration control device, a buffer range is set to avoid a sudden change in the connection state, and the connection state is gradually switched. 前記緩衝範囲を、制震の対象となる構造物の応答速度(dx1 (t) /dt)に対して、
|(dx1 (t) /dt)|≦Φ … ▲4▼
と設定し、その範囲内においては、以下の▲5▼式を満たすように制震装置の接続状態を切り換える請求項8記載の構造物の制震方法。
F(t) =|Fφ/Φ|×(dx1 (t) /dt) … ▲5▼
ここで、F(t) は制震装置にかかる力、Φは設計において任意に設定される緩衝範囲幅、Fφは(dx1 (t) /dt)が緩衝範囲に入る際に制震装置にかかっていた力である。
The buffer range is set to the response speed (dx 1 (t) / dt) of the structure to be controlled.
| (Dx 1 (t) / dt) | ≦ Φ (4)
The structure damping method according to claim 8, wherein the connection state of the damping device is switched within the range so as to satisfy the following formula (5).
F (t) = | Fφ / Φ | × (dx 1 (t) / dt) (5)
Here, F (t) is the force applied to the damping device, Φ is the buffer range width arbitrarily set in the design, and Fφ is the damping device when (dx 1 (t) / dt) enters the damping range. It is the power that was applied.
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