JP4385452B2

JP4385452B2 - Structure damping device

Info

Publication number: JP4385452B2
Application number: JP28777299A
Authority: JP
Inventors: 啓三中川; 斉中川; 保村田; 正光中川; 豊小藤田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: JP2001108010A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地上あるいは水上にある構造物相互の主として強風による揺れを抑えるようにするための構造物制振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
オフィス街等のビルの密集地では、防災対策の一つとして、火災発生時に隣接するビルへ避難できるようにするために、隣接するビル間に連絡橋を架設するようにしている場合がある。
【０００３】
又、上記連絡橋を利用して、強風発生時等のビルの振動を抑える工夫が行われているものもある。その一例を示すと、図９（イ）（ロ）に示す如く、隣接する一方のビルａから他方のビルｂへ向けて連絡橋ｃを張り出させるように架け、且つビルｂ側に固定されて連絡橋ｃを移動可能に支持するようにした支持台ｄと、連絡橋ｃの張り出し端部との間にオイルダンパｅを介在させ、振動発生時にビルａ，ｂの振動エネルギーをオイルダンパｅで吸収することができるようにしてある（実開昭６３−４５８１０号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記図９（イ）（ロ）に示すものの場合、上記オイルダンパｅではビルａ，ｂ間の大きな相互変位を瞬時に吸収することはできないので、大地震時に発生するビルａ，ｂ間の大きな相互変位を許容することができず、そのため、オイルダンパｅ自体やビルａ，ｂが損傷を受ける可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、強風発生時や比較的小さな地震発生時には制振機能を最大限に発揮させることができると共に、大地震発生時には構造物の大きな相互変位を許容することができるようにし、加えて、メンテナンスを容易に行うことができるようにしようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、外側筒体に内側筒体を挿入してテレスコープ状に組み立てて、該外側筒体と内側筒体との間にガイドローラを設けてなる伸縮ケーシングを、隣接する構造物の間に位置させて、長手方向の両端となる上記外側筒体の基端と上記内側筒体の先端をそれぞれ自在継手又は緩衝部材を介して隣接する構造物に取り付けるようにして隣接する構造物同士を伸縮ケーシングによりを連結し、且つ上記伸縮ケーシングの上下又は左右位置における外側筒体と内側筒体との間に、電動モータと該電動モータに一端を連結したボールねじ機構と該ボールねじ機構の他端に連結したロック機構とからなる動吸振機を、上記電動モータを外側筒体又は内側筒体のいずれか一方に、又、上記ロック機構がボールねじ機構の移動力を伝えられるようにロック機構のブレーキ板を外側筒体又は内側筒体のいずれか他方にそれぞれ固定することにより設け、更に、上記構造物に設置してある揺れ検知センサーからの信号を基に上記電動モータへ制御指令を送る制御器を備えた構成とする。
【０００７】
強風や比較的小さな地震が発生すると、構造物の揺れが揺れ検知センサーで検知され、その値を基に制御器から動吸振機のモータへ制御指令が送られることにより、ボールねじ機構の作動を介し伸縮ケーシングが伸縮されるため、構造物同士が所要のタイミングで押し引きされる結果、構造物の揺れが効果的に抑えられる。この際、駆動モータ、ボールねじ機構を用いているので、コンパクト化が図れ、更に、伸縮ケーシングの上下又は左右に分けて動吸振機を備えているので、内部に広いスペースが確保できる。
【０００８】
又、制御器に、ボールねじ機構の移動力を外側筒体又は内側筒体に伝えられるようにしてあるロック機構へロック解除指令を送る機能を持たせた構成とすることにより、大地震が発生して構造物間に大きな相対変位が発生したときに、制御器からの指令でロック機構のロックが解除されるため、伸縮ケーシングは自由に伸縮できることになり、上記相対変位を許容することができる。
【００１１】
更に、自在継手又は緩衝部材を介して隣接する構造物同士を連結し且つ外側筒体と内側筒体との間にガイドローラが設けられている伸縮ケーシングの外表面部となる外側筒体と内側筒体の所要個所にヒータを組み付けた構成とすることにより、伸縮ケーシングから雪の塊や氷柱が落下してくるようなことがなくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１（イ）（ロ）（ハ）、図２（イ）（ロ）、図３、図４、図５は本発明の実施の一形態を示すもので、構造物としての３つのビル１₁，１₂，１₃が３角形の配置に並んでいる場合について示す。斜め左右方向に隣接するビル１₁と１₂、１₂と１₃の相対向するコーナー部同士を、２組の動吸振機３を内蔵させた伸縮ケーシング２にて連結し、且つ上記動吸振機３の制御装置を設け、ビル相互の揺れを伸縮ケーシング２で低減し、又、大地震時には伸縮ケーシング２の伸縮をフリーとするようにする。
【００１４】
上記伸縮ケーシング２は、図２（イ）（ロ）に詳細を示す如く、それぞれ四角筒形状とした外側筒体２ａに内側筒体２ｂを挿入してテレスコープ状に組み立ててなり、長手方向の両端となる外側筒体２ａの基端と内側筒体２ｂの先端とを、それぞれ自在継手４を介してビル１₁，１₂，１₃の外壁部の所要高さ位置に水平に取り付けるようにしてある。
【００１５】
上記動吸振機３は、図２乃至図４に詳細を示す如く、伸縮ケーシング２内において、上下の位置に対称的に装備され、電動モータ５と、動力伝達軸６と、減速機１２と、ナット部７ａ及びロッド部７ｂからなるボールねじ機構７と、中間支持台８と、連結ロッド９と、ロック機構１０とを長手方向となる前後方向に順に並べて連結してなり、上記電動モータ５を内側筒体２ｂに、又、上記ロック機構１０を外側筒体２ａ側にそれぞれ固定した構成としてある。
【００１６】
上記中間支持台８は、図３及び図４に示す如く、前面にボールねじ機構７のロッド部７ｂを固定し且つ後面に張り出させた水平ブラケット１１に連結ロッド９の一端を垂直ピン２１により連結させるようにしてある支持フレーム１３に、左右方向に貫通するように支軸１４を設けて、該支軸１４の両端部に、軸受１５を介してリニアガイドブロック１６を取り付け、該リニアガイドブロック１６を、内側筒体２ｂにレール台を介して組み付けた前後方向のリニアガイドレール１７に摺動自在に係合させた構成としてある。
【００１７】
上記ロック機構１０として、本実施の形態では油圧式ブレーキを採用しており、図３乃至図５に下側位置の動吸振機３のものについて示す如く、外側筒体２ａの内壁下部に前後方向に沿うよう固設したブレーキ板１８と、圧油を抜くことにより内蔵されているばねが開いてブレーキ力が解除されるようにしたブレーキシュー１９と、上記連結ロッド９の他端に水平ブラケット２０を介し垂直ピン２１により連結して上記左右の各ブレーキシュー１９を保持するようにしたブレーキ本体フレーム２２とを有し、制御装置からの指令により圧油が抜かれるようにしてある。又、上記ブレーキ本体フレーム２２には、前端部及び後端部に、それぞれ左右方向に貫通するように支軸２３を設けて、該各支軸２３の両端部に、軸受２４を介してリニアガイドブロック２５を取り付け、該リニアガイドブロック２５を、内側筒体２ｂにレール台２７を介して組み付けた前後方向のリニアガイドレール２６に摺動自在に係合させた構成としてある。なお、上記ブレーキ板１８は、ブレーキ力が解除されて外側筒体２ａと内側筒体２ｂの縁が切られることにより、伸縮ケーシング２が伸縮したときに、付近の構造部品と干渉しないようにするために設計上の段差が設けてある。
【００１８】
更に、図２（ロ）に外側筒体２ａの部分について示す如く、上記伸縮ケーシング２の外表面部となる外側筒体２ａと内側筒体２ｂの少なくとも上面側の各コーナー部に、融雪装置としてのヒータ２８が組み付けてある。
【００１９】
制御装置は、図１（ロ）（ハ）に示す如く、各ビル１₁，１₂，１₃の伸縮ケーシング２連結レベルと同一レベル付近に設置した揺れ検知センサーとしての変位検出器３０₁，３０₂，３０₃と、該変位検出器３０₁，３０₂，３０₃で検出した変位を比較して変位の小さい方のビル１₁又は１₂、１₂又は１₃を基準に変位の大きい方のビル１₂又は１₁、１₃又は１₂を押し引きするように上記電動モータ５へ制御力ｕ₁，ｕ₂の信号を送る制御器２９を備えた構成としてある。又、図示してないが、上記制御器２９は、変位検出器３０₁，３０₂，３０₃により検出された変位の値が大きい場合に、ロック機構１０にロック解除指令を送るようにしてある。
【００２０】
なお、図２（イ）（ロ）において、３１，３２はそれぞれ外側筒体２ａと内側筒体２ｂとの間に設けられた伸縮作動用のガイドローラを示す。
【００２１】
強風が発生した場合や中小規模の地震が発生した場合、各ビル１₁，１₂，１₃に設置してある変位検出器３０₁，３０₂，３０₃で変位が検出され、隣接するビル１₁と１₂、１₂と１₃の変位が制御器２９に入れられて比較された後、変位の小さい方のビル１₁又は１₂、１₂又は１₃を基準に変位の大きい方のビル１₂又は１₁、１₃又は１₂を押し引きするように各動吸振機３の電動モータ５が駆動される。電動モータ５が駆動されると、ボールねじ機構７の先端に中間支持台８及び連結ロッド９を介して連結してあるロック機構１０が外側筒体２ａにロックされているため、ボールねじ機構７の移動力が外側筒体２ａに伝えられる結果、伸縮ケーシング２が伸縮させられ、その力がビル１₁，１₂，１₃に与えられる。この場合、ビル１₁，１₂，１₃の変位は、それぞれビル１₁，１₂，１₃に作用する外力によって変化するので、一つのビル１₁又は１₂又は１₃を基準として見れば、電動モータ５及びボールねじ機構７により引張り力と押し力の二つの状態が発生する。よって、この力により隣接するビル１₁と１₂、１₂と１₃相互間の揺れを効果的に低減させることができる。なお、本発明では、予め、ビル１₁，１₂，１₃に作用する予想の外力（中小地震まで）によりボールねじ機構７の最大ストロークが設定してある。
【００２２】
上記において、伸縮ケーシング２のビル１₁と１₂、１₂と１₃への連結部には、自在継手４が介在しているため、連結部に作用するあらゆる方向の力を吸収することができる。又、中間支持台８の支持フレーム１３は、リニアガイドブロック１６とリニアガイドレール１７とからなるリニアガイド機構により、又、ロック機構１０のブレーキ本体フレーム２２は、リニアガイドブロック２５とリニアガイドレール２６とからなるリニアガイド機構によりそれぞれ支持されているため、伸縮ケーシング２の伸縮時の上下方向のがたを吸収することができる。更に、中間支持台８とロック機構１０は２本の垂直ピン２１を介して連結ロッド９により連結されているため、伸縮ケーシング２の伸縮時の左右方向のがたを吸収することができる。したがって、伸縮ケーシング２は安定して伸縮することができる。
【００２３】
上記制御理論を詳述すると、図１（ロ）（ハ）において、各ビル１₁，１₂，１₃の変位検出器３０₁，３０₂，３０₃で検出した変位信号を基に、制御器２９で各伸縮ケーシング２内の電動モータ５への制御力ｕ₁，ｕ₂が算出される。この制御力ｕ₁，ｕ₂はＬＱ制御理論あるいはＨ^∞制御理論を用いることによって算出される。
【００２４】
一例として、ＬＱ制御理論の場合を(1) 式に示す。なお、ｘ₁〜ｘ_nはビル１₁〜１_nの変位、Ｘ₁〜Ｘ_nはビル１₁〜１_nの速度、ｋ₁₁〜ｋ_nnは定数を示す。
【００２５】

電動モータ５を駆動する場合、ボールねじ機構７の作動力は力の次元をもつので、右辺のフィードバックゲイン行列は、それぞればね定数、減衰係数となる。したがって、この(1) 式の右辺を最適化し、電動モータ５の制御力ｕ₁，ｕ₂…ｕ_nを求めることにより、ビル１₁，１₂…１_nの揺れを低減させることができる。
【００２６】
一方、大地震が発生した場合、ビル１₁，１₂，１₃は共振すると大きく揺れ、ボールねじ機構７に設定してある最大ストロークよりも大きな変位となってしまうことになる。このような場合は、変位検出器３０₁，３０₂，３０₃により検出された値が制御器２９にて大変位と判断され、制御器２９からロック機構１０にロック解除指令が送られることになる。すなわち、伸縮ケーシング２の外側筒体２ａと内側筒体２ｂとの間のロック機構１０として設けられている油圧式ブレーキのブレーキシュー１９に対する圧油が抜かれることになり、その結果、伸縮ケーシング２の外側筒体２ａと内側筒体２ｂとは互いに縁が切られてフリーな状態となる。そのため、上記隣接するビル１₁と１₂、１₂と１₃が互いに離れる方向に大きく変位する場合には、伸縮ケーシング２の内側筒体２ｂは外側筒体２ａより引き出され、逆に、隣接するビル１₁と１₂、１₂と１₃が互いに接近する方向に大きく変位する場合は、伸縮ケーシング２の内側筒体２ｂは外側筒体２ａ内に押し込まれることになる。したがって、伸縮ケーシング２及びボールねじ機構７は、隣接するビル１₁と１₂、１₂と１₃間の大きな相対変位を許容することができ、これにより、伸縮ケーシング２やボールねじ機構７が損傷を受けてしまうことを防ぐことができる。なお、上記ロック機構１０としては、メカニカルブレーキや電磁式ブレーキ等を用いることもできる。
【００２７】
上記においては、動吸振機３をアクティブ型として用いた場合について説明したが、パッシブ型として用いる場合は、電動モータ５の駆動を停止し、ボールねじ機構７をフリーな状態にしておくようにする。この場合、強風や中小規模の地震が発生して、各ビル１₁，１₂，１₃間に相対変位が発生すると、伸縮ケーシング２に作用した押し力、引き力がボールねじ機構７のナット部７ａとロッド部７ｂとの間に作用し、ナット部７ａがロッド部７ｂの移動力によって回転させられ、その回転が電動モータ５に伝えられる結果、所謂回生ブレーキ力によってビル１₁，１₂，１₃の揺れを抑えることができる。
【００２８】
上述した本発明の構造物制振装置は、伸縮ケーシング２の上下位置にボールねじ機構７を有する動吸振機３が組み付けてあるため、コンパクト化でき、図２（イ）（ロ）に示す如く、内側筒体２ｂの中央部に、長手方向に沿って広いスペースを確保することができ、しかも、動吸振機３は電動式であることから、メンテナンスを容易に行うことができる。又、伸縮ケーシング２は、隣接するビル１₁，１₂，１₃間等に設置されるものであるため、冬期等においては、降雪環境に晒されることになるが、本発明では、伸縮ケーシング２の外表面部にヒータ２８が取り付けてあるため、伸縮ケーシング２から雪の塊や氷柱が落下するような心配はない。したがって、寒冷地等においても支障なく使用することができる。
【００２９】
次に、図６（イ）（ロ）は本発明の実施の他の形態を示すもので、上記実施の形態におけるボールねじ機構７を有する動吸振機３に代えて、ラック・ピニオン機構３３を有する動吸振機３′を用いたものである。すなわち、内側筒体２ｂの上下面部に、長手方向となる前後方向に沿わせてラック３４を設けると共に、該ラック３４にピニオン３５を嵌合させてラック・ピニオン機構３３を構成し、且つ上記ピニオン３５を、外側筒体２ａに設置した減速機３６の出力軸３７に取り付け、該減速機３６の入力軸を、外側筒体２ａに設置した電動モータ３８に、動力伝達軸３９を介して連結し、更に、上記減速機３６の出力軸３７部に、クラッチ４０をロック機構として組み付け、制御器２９からの指令でクラッチ４０が入り切りさせられるようにしたものである。なお、図では、電動モータ３８を外側筒体２ａの外側部に設置した場合を示しているが、外側筒体２ａを大きく構成して内側部に設置するようにしてもよい。その他の構成は図２（イ）（ロ）、図３〜図５の実施の形態で示したものと同じであり、同一部分には同一符号が付してある。
【００３０】
図６（イ）（ロ）に示すような構成とした場合、微振動による機械損傷を防ぐために、常時はクラッチ４０を切った状態にしておき、強風等が発生したときにだけ、図１（ハ）に示す制御器２９からの指令でクラッチ４０が入り、その直後に電動モータ３８が駆動されるようにする。電動モータ３８が駆動されると、ピニオン３５が回転させられることにより、ラック３４と一体に内側筒体２ｂが移動させられる結果、伸縮ケーシング２が伸縮制御され、その力がビルに与えられて、ビル相互間の揺れが抑えられる。一方、大地震が発生したときには、制御器２９からはクラッチ４０を入れる指令は出されないため、ピニオン３５の回転はフリーであり、外側筒体２ａと内側筒体２ｂとは互いに縁が切られていることから、伸縮ケーシング２は自由に伸縮させられる。
【００３１】
又、上記において、常時はクラッチ４０を入れた状態にして、大地震が発生したときにクラッチ４０が切れるようにしてもよい。
【００３２】
なお、上記実施の形態では、隣接するビル１₁，１₂，１₃のコーナー部同士を連結する場合を示したが、ビルの並び方によっては、図７に示す如く、ビル１₁〜１₁₂が整列している場合に各ビルの側壁部同士を連結するようにしてもよいこと、又、ビル１₁と伸縮ケーシング２の連結部について示す図８のように各ビルと伸縮ケーシング２との連結部には、積層ゴム４１の如き緩衝部材を介在させるようにしてもよいこと、更に、ビルの揺れ検知センサーとしては変位検出器に代えて、検出した速度を１回積分して変位を求めるようにした速度検出器や、検出した加速度を２回積分して変位を求めるようにした加速度検出器を用いてもよいこと、更に又、ビル以外の構造物についても同様に採用できること、又、上記実施の形態では、動吸振機３や３′を伸縮ケーシング２の上下位置に組み付けた場合を示したが、左右位置であってもよいこと、更に、動吸振機３や３′は、外側筒体２ａと内側筒体２ｂとの間において、実施の形態で示したのとは逆配置で装着してもよいこと、又、図６（イ）（ロ）の実施の形態において、クラッチ４０を不要として、大地震が発生したときに電動モータ３８をフリーにするようにしてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の構造物制振装置によれば、外側筒体に内側筒体を挿入してテレスコープ状に組み立てて、該外側筒体と内側筒体との間にガイドローラを設けてなる伸縮ケーシングを、隣接する構造物の間に位置させて、長手方向の両端となる上記外側筒体の基端と上記内側筒体の先端をそれぞれ自在継手又は緩衝部材を介して隣接する構造物に取り付けるようにして隣接する隣接する構造物に取り付けるようにして隣接する構造物同士を伸縮ケーシングによりを連結し、且つ上記伸縮ケーシングの上下又は左右位置における外側筒体と内側筒体との間に、電動モータと該電動モータに一端を連結したボールねじ機構と該ボールねじ機構の他端に連結したロック機構とからなる動吸振機を、上記電動モータを外側筒体又は内側筒体のいずれか一方に、又、上記ロック機構がボールねじ機構の移動力を伝えられるようにロック機構のブレーキ板を外側筒体又は内側筒体のいずれか他方にそれぞれ固定することにより設け、更に、上記構造物に設置してある揺れ検知センサーからの信号を基に上記電動モータへ制御指令を送る制御器を備えた構成としてあるので、強風や中小の地震が発生して構造物が揺れた場合に、ボールねじ機構を有する動吸振機の作動で構造物相互の揺れを効果的に低減することができ、各構造物毎に制振装置を単独で設置する場合よりもコストパフォーマンスがよくて、省エネ化を図ることができると共に、動吸振機を伸縮ケーシングの上下又は左右に分けて配置したことから、小さな内外筒のケーシングでも内部に広いメンテナンススペースを確保することができて有利であり、又、制御器に、ボールねじ機構の移動力を外側筒体又は内側筒体に伝えられるようにしてあるロック機構へロック解除指令を送る機能を持たせた構成とすることにより、大地震が発生したような場合は、伸縮ケーシングの伸縮をフリーにすることができるため、構造物の大変位を許容することができて、伸縮ケーシング及び動吸振機の損傷を防ぐことができる。更に、自在継手又は緩衝部材を介して隣接する構造物同士を連結し且つ外側筒体と内側筒体との間にガイドローラが設けられている伸縮ケーシングの外表面部となる外側筒体と内側筒体の所要個所にヒータを組み付けた構成とすることにより、伸縮ケーシング上に積った雪を溶かすことができて雪の塊を作ることなく水滴にして落下させることができる、等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構造物制振装置の実施の一形態を示すもので、（イ）は概略平面図、（ロ）は概略側面図、（ハ）は制御ブロック図である。
【図２】本発明の構造物制振装置の詳細を示すもので、（イ）は切断側面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ方向矢視図である。
【図３】本発明の構造物制振装置における駆動部の拡大側面図である。
【図４】図３の平面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ方向矢視拡大図である。
【図６】本発明の実施の他の形態を示すもので、（イ）は切断側面図、（ロ）は（イ）のＣ−Ｃ方向矢視図である。
【図７】伸縮ケーシングの他の配置例を示す概略平面図である。
【図８】ビルと伸縮ケーシングとの連結部に積層ゴムを介在させた状態の概略図である。
【図９】従来におけるビル振動抑制対策の一例を示すもので、（イ）は概略側面図、（ロ）は（イ）のＤ部拡大図である。
【符号の説明】
１₁〜１₁₂ ビル（構造物）
２伸縮ケーシング
２ａ外側筒体
２ｂ内側筒体
３，３′ 動吸振機
４自在継手
５電動モータ
７ボールねじ機構
１０ロック機構
１８ブレーキ板
２８ヒータ
２９制御器
３０₁，３０₂，３０₃ 変位検出器（揺れ検知センサー）
３１ガイドローラ
３２ガイドローラ
３３ラック・ピニオン機構
３４ラック
３５ピニオン
３８電動モータ
４０クラッチ（ロック機構）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a structure damping device for suppressing shaking mainly due to strong winds between structures on the ground or water.
[0002]
[Prior art]
In densely populated areas such as office districts, as one of disaster prevention measures, there is a case where a connecting bridge is erected between adjacent buildings in order to be able to evacuate to adjacent buildings in the event of a fire.
[0003]
Some of the above-mentioned connecting bridges have been devised to suppress building vibrations when strong winds occur. As an example, as shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), the connecting bridge c is extended from one adjacent building a to the other building b and fixed to the building b side. An oil damper e is interposed between the support base d for movably supporting the connecting bridge c and the projecting end of the connecting bridge c, and the vibration energy of the buildings a and b is transferred to the oil damper e when vibration occurs. Can be absorbed (Japanese Utility Model Publication No. 63-45810).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case shown in FIGS. 9A and 9B, the oil damper e cannot instantly absorb a large mutual displacement between the buildings a and b. Therefore, there is a possibility that the oil damper e itself and the buildings a and b may be damaged.
[0005]
Therefore, the present invention can maximize the vibration damping function when a strong wind occurs or a relatively small earthquake occurs, and allows a large mutual displacement of the structure when a large earthquake occurs. Therefore, it is intended to facilitate maintenance.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an expandable casing in which an inner cylinder is inserted into an outer cylinder and assembled into a telescope, and a guide roller is provided between the outer cylinder and the inner cylinder. Are positioned between adjacent structures, and the base end of the outer cylinder and the tip of the inner cylinder, both ends in the longitudinal direction, are attached to the adjacent structures via universal joints or buffer members, respectively. to by connecting the structures between the adjacent elastic casing, and between the outer cylinder and the inner cylinder in the vertical or horizontal position of the telescopic casing, a ball screw coupled at one end to the electric motor and the electric motor the mechanism and the dynamic vibration machine comprising a locking mechanism coupled to the other end of the ball screw mechanism, to either the electric motor of the outer tubular member or the inner tubular member, also moves the locking mechanism of the ball screw mechanism Provided by the fixed brake plate of the locking mechanism to be transmitted to the other one of the outer tubular member or inner tubular body, further, the based on the signal from the shake detection sensor that is installed in the structure The controller includes a controller that sends a control command to the electric motor.
[0007]
When a strong wind or a relatively small earthquake occurs, the shaking of the structure is detected by the shake detection sensor, and the control command is sent from the controller to the motor of the dynamic vibration absorber based on that value, thereby operating the ball screw mechanism. Since the telescopic casing is expanded and contracted, the structures are pushed and pulled at a required timing, so that the shaking of the structure is effectively suppressed. At this time, since the drive motor and the ball screw mechanism are used, the size can be reduced, and the dynamic vibration absorber is provided separately on the top and bottom or the left and right of the telescopic casing, so that a wide space can be secured inside.
[0008]
In addition, a large earthquake occurs when the controller has a function to send the unlocking command to the lock mechanism that can transmit the moving force of the ball screw mechanism to the outer cylinder or the inner cylinder. When a large relative displacement occurs between the structures, the lock mechanism is unlocked by a command from the controller, so the telescopic casing can freely expand and contract, and the relative displacement can be allowed. .
[0011]
Further, the outer cylindrical body and the inner side which become the outer surface part of the expansion / contraction casing in which adjacent structures are connected via a universal joint or a buffer member and a guide roller is provided between the outer cylindrical body and the inner cylindrical body By adopting a configuration in which a heater is assembled at a required portion of the cylindrical body, a lump of snow or an ice column does not fall from the telescopic casing.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 (a) (b) (c), FIG. 2 (b) (b), FIG. 3, FIG. 4 and FIG. 5 show an embodiment of the present invention. _{The case where 1} , 1 ₂ , and 1 ₃ are arranged in a triangular arrangement will be described. The opposite corners of buildings 1 ₁ and 1 ₂ , 1 ₂ and 1 _{3 which} are adjacent to each other in the diagonally left and right direction are connected by a telescopic casing 2 incorporating two sets of dynamic vibration absorbers 3, and the above dynamic vibration absorption The control device of the machine 3 is provided to reduce the shaking between the buildings by the expansion / contraction casing 2, and the expansion / contraction of the expansion / contraction casing 2 is made free during a large earthquake.
[0014]
As shown in detail in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the telescopic casing 2 is assembled into a telescope by inserting the inner cylinder 2b into the outer cylinder 2a having a rectangular cylinder shape, the proximal end of the outer tubular member 2a, which at both ends and the distal end of the inner tubular member 2b, to attach horizontally to the required height position of the building 1 _1, 1 _2, 1 ₃ of the outer wall via a universal joint 4, respectively It is.
[0015]
As shown in detail in FIGS. 2 to 4, the dynamic vibration absorber 3 is provided symmetrically at the upper and lower positions in the telescopic casing 2, and includes an electric motor 5, a power transmission shaft 6, a speed reducer 12, A ball screw mechanism 7 including a nut portion 7a and a rod portion 7b, an intermediate support base 8, a connecting rod 9, and a lock mechanism 10 are sequentially connected in a longitudinal direction, which is a longitudinal direction, and the electric motor 5 is connected. The lock mechanism 10 is fixed to the inner cylinder 2b and to the outer cylinder 2a.
[0016]
As shown in FIGS. 3 and 4, the intermediate support base 8 has a rod 7 b of the ball screw mechanism 7 fixed to the front surface and a horizontal bracket 11 protruding from the rear surface, and one end of the connecting rod 9 is connected to the vertical pin 21. A support shaft 14 is provided in the support frame 13 to be connected so as to penetrate in the left-right direction, and linear guide blocks 16 are attached to both ends of the support shaft 14 via bearings 15. 16 is slidably engaged with a linear guide rail 17 in the front-rear direction assembled to the inner cylindrical body 2b via a rail base.
[0017]
As the lock mechanism 10, a hydraulic brake is employed in the present embodiment. As shown in FIGS. 3 to 5 for the dynamic vibration absorber 3 at the lower position, the lock mechanism 10 is formed in the front-rear direction at the lower portion of the inner wall of the outer cylindrical body 2 a. , A brake plate 19 that is opened by releasing a pressure oil to release a brake force, and a horizontal bracket 20 at the other end of the connecting rod 9. And a brake main body frame 22 which is connected by a vertical pin 21 to hold the left and right brake shoes 19 so that pressure oil can be removed by a command from a control device. The brake body frame 22 is provided with support shafts 23 at the front end portion and the rear end portion so as to penetrate in the left-right direction, and linear guides are provided at both ends of each support shaft 23 via bearings 24. A block 25 is attached, and the linear guide block 25 is slidably engaged with a linear guide rail 26 in the front-rear direction assembled to the inner cylindrical body 2b via a rail base 27. Note that the brake plate 18 is released from the braking force and the edges of the outer cylindrical body 2a and the inner cylindrical body 2b are cut so that the telescopic casing 2 does not interfere with nearby structural parts when the elastic casing 2 expands and contracts. Therefore, a design step is provided.
[0018]
Further, as shown in FIG. 2B for the outer cylinder 2a, a snow melting device is provided at each corner portion on at least the upper surface side of the outer cylinder 2a and the inner cylinder 2b as the outer surface of the expansion casing 2. The heater 28 is assembled.
[0019]
Controller, FIG. 1 (b) as shown in (c), the displacement detector 30 ₁ as the building 1 _1, 1 _2, 1 ₃ shake detection sensor installed in telescopic casing 2 connecting level and the same level around the, 30 ₂ and 30 ₃ are compared with the displacement detected by the displacement detectors 30 ₁ , 30 ₂ and 30 ₃ , and the displacement is larger with the smaller building 1 ₁ or 1 ₂ , 1 ₂ or 1 ₃ as a reference. The controller 29 is configured to send signals of control forces u ₁ and u ₂ to the electric motor 5 so as to push and pull the other building 1 ₂ or 1 ₁ , 1 ₃ or 1 ₂ . Although not shown, the controller 29 sends a lock release command to the lock mechanism 10 when the displacement values detected by the displacement detectors 30 ₁ , 30 ₂ , 30 ₃ are large. .
[0020]
In FIGS. 2 (a) and 2 (b),

reference numerals

31 and 32 denote guide rollers for telescopic operation provided between the outer cylinder 2a and the inner cylinder 2b, respectively.
[0021]
When a strong wind occurs or a small to medium-scale earthquake occurs, displacement is detected by the displacement detectors 30 ₁ , 30 ₂ , 30 ₃ installed in the buildings 1 ₁ , 1 ₂ , 1 ₃ , and adjacent buildings After the displacement of 1 ₁ and 1 ₂ , 1 ₂ and 1 ₃ is put in the controller 29 and compared, the one with the larger displacement based on the building 1 ₁ or 1 ₂ , 1 ₂ or 1 ₃ with the smaller displacement The electric motor 5 of each dynamic vibration absorber 3 is driven so as to push and pull the building 1 ₂ or 1 ₁ , 1 ₃ or 1 ₂ . When the electric motor 5 is driven, the lock mechanism 10 connected to the tip of the ball screw mechanism 7 via the intermediate support base 8 and the connecting rod 9 is locked to the outer cylindrical body 2a. As a result, the telescopic casing 2 is expanded and contracted, and the force is applied to the buildings 1 ₁ , 1 ₂ and 1 ₃ . In this case, displacement of the building ₁ 1, 1 _2, 1 _3, since changes by an external force acting on the building ₁ 1, 1 _2, 1 _3, respectively, look at one of the building 1 ₁ or 1 ₂ or 1 ₃ as a reference For example, the electric motor 5 and the ball screw mechanism 7 generate two states, a tensile force and a pushing force. Therefore, this force can effectively reduce shaking between adjacent buildings 1 ₁ and 1 ₂ , 1 ₂ and 1 ₃ . In the present invention, the maximum stroke of the ball screw mechanism 7 is set in advance by an expected external force (up to a small and medium earthquake) acting on the buildings 1 ₁ , 1 ₂ , 1 ₃ .
[0022]
In the above, since the universal joint 4 is interposed in the connecting portion of the expansion casing 2 to the buildings 1 ₁ and 1 ₂ , 1 ₂ and 1 ₃ , the forces in all directions acting on the connecting portion can be absorbed. it can. The support frame 13 of the intermediate support base 8 is a linear guide mechanism including a linear guide block 16 and a linear guide rail 17, and the brake body frame 22 of the lock mechanism 10 is a linear guide block 25 and a linear guide rail 26. Are supported by the linear guide mechanism consisting of the following, so that the backlash in the vertical direction when the expansion / contraction casing 2 is expanded / contracted can be absorbed. Furthermore, since the intermediate support base 8 and the lock mechanism 10 are connected by the connecting rod 9 via the two vertical pins 21, it is possible to absorb rattling in the left-right direction when the expansion casing 2 is expanded and contracted. Therefore, the expansion / contraction casing 2 can expand / contract stably.
[0023]
The above control theory will be described in detail. Based on the displacement signals detected by the displacement detectors 30 ₁ , 30 ₂ , 30 ₃ of the buildings 1 ₁ , 1 ₂ , 1 ₃ in FIGS. The controller 29 calculates control forces u ₁ and u ₂ to the electric motor 5 in each telescopic casing 2. The control forces u ₁ and u ₂ are calculated by using LQ control theory or H ^∞ control theory.
[0024]
As an example, the case of LQ control theory is shown in equation (1). X _{1 to} x _n are the displacements of the buildings 1 ₁ to 1 _n , X _{1 to} X _n are the velocities of the buildings 1 ₁ to 1 _n , and k _{11 to} k _nn are constants.
[0025]

When the electric motor 5 is driven, since the operating force of the ball screw mechanism 7 has a force dimension, the feedback gain matrix on the right side is a spring constant and a damping coefficient, respectively. Therefore, the right-hand side of the equation (1) was optimized by determining the control force u _1, u ₂ ... u _n of the electric motor 5, it is possible to reduce the sway of the building 1 _1, 1 ₂ ... 1 _n.
[0026]
On the other hand, when a large earthquake occurs, the buildings 1 ₁ , 1 ₂ , 1 ₃ resonate greatly when they resonate, resulting in a displacement larger than the maximum stroke set in the ball screw mechanism 7. In such a case, the value detected by the displacement detectors 30 ₁ , 30 ₂ , 30 ₃ is determined to be a large displacement by the controller 29, and a lock release command is sent from the controller 29 to the lock mechanism 10. Become. That is, the pressure oil for the brake shoe 19 of the hydraulic brake provided as the lock mechanism 10 between the outer cylinder 2a and the inner cylinder 2b of the expansion casing 2 is removed. As a result, the expansion casing 2 The outer cylinder body 2a and the inner cylinder body 2b are in a free state with their edges cut. Therefore, when the adjacent buildings 1 ₁ and 1 ₂ , 1 ₂ and 1 ₃ are greatly displaced in the direction away from each other, the inner cylindrical body 2b of the telescopic casing 2 is pulled out from the outer cylindrical body 2a. When the buildings 1 ₁ and 1 ₂ and 1 ₂ and 1 ₃ to be displaced are greatly displaced toward each other, the inner cylinder 2b of the expansion casing 2 is pushed into the outer cylinder 2a. Therefore, the telescopic casing 2 and the ball screw mechanism 7 can tolerate a large relative displacement between the adjacent buildings 1 ₁ and 1 ₂ , 1 ₂ and 1 _3. It can be prevented from being damaged. As the lock mechanism 10, a mechanical brake, an electromagnetic brake, or the like can be used.
[0027]
In the above description, the case where the dynamic vibration absorber 3 is used as the active type has been described. However, when the dynamic vibration absorber 3 is used as the passive type, the driving of the electric motor 5 is stopped and the ball screw mechanism 7 is left in a free state. . In this case, strong wind and small-scale earthquake occurs and a relative displacement is generated between the building 1 _1, 1 _2, 1 _3, pushing force applied to stretch the casing 2, pulling force of the ball screw mechanism 7 Nut Acting between the part 7a and the rod part 7b, the nut part 7a is rotated by the moving force of the rod part 7b, and the rotation is transmitted to the electric motor 5. As a result, the so-called regenerative braking force causes the buildings 1 ₁ , 1 _2. , 1 ₃ can be suppressed.
[0028]
The above-described structural vibration damping device of the present invention can be made compact because the dynamic vibration absorber 3 having the ball screw mechanism 7 is assembled at the upper and lower positions of the telescopic casing 2, and can be made compact, as shown in FIGS. In addition, a wide space can be secured along the longitudinal direction in the central portion of the inner cylindrical body 2b, and the dynamic vibration absorber 3 is electrically operated, so that maintenance can be easily performed. In addition, since the expansion casing 2 is installed between adjacent buildings 1 ₁ , 1 ₂ , 1 ₃ , etc., it is exposed to a snowfall environment in winter and the like. Since the heater 28 is attached to the outer surface portion 2, there is no worry that a lump of snow or an ice column will fall from the expandable casing 2. Therefore, it can be used without hindrance even in cold regions.
[0029]
6 (a) and 6 (b) show another embodiment of the present invention. Instead of the dynamic vibration absorber 3 having the ball screw mechanism 7 in the above embodiment, a rack and pinion mechanism 33 is provided. A dynamic vibration absorber 3 'having the same is used. That is, a rack 34 is provided on the upper and lower surfaces of the inner cylindrical body 2b along the longitudinal direction, which is the longitudinal direction, and a pinion 35 is fitted to the rack 34 to form the rack and pinion mechanism 33. 35 is attached to an output shaft 37 of a speed reducer 36 installed on the outer cylinder 2a, and an input shaft of the speed reducer 36 is connected to an electric motor 38 installed on the outer cylinder 2a via a power transmission shaft 39. Further, the clutch 40 is assembled as a lock mechanism on the output shaft 37 portion of the speed reducer 36 so that the clutch 40 can be turned on and off by a command from the controller 29. In addition, although the case where the electric motor 38 is installed in the outer side part of the outer side cylinder 2a is shown in the figure, you may make it comprise the outer side cylinder 2a large and install it in an inner side part. Other configurations are the same as those shown in the embodiment of FIGS. 2 (a) and 2 (b) and FIGS. 3 to 5, and the same parts are denoted by the same reference numerals.
[0030]
When the configuration shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b) is adopted, in order to prevent mechanical damage due to micro-vibration, the clutch 40 is always disengaged, and only when a strong wind or the like is generated, FIG. The clutch 40 is engaged by a command from the controller 29 shown in (c), and the electric motor 38 is driven immediately after that. When the electric motor 38 is driven, the pinion 35 is rotated to move the inner cylinder 2b integrally with the rack 34. As a result, the expansion casing 2 is controlled to expand and contract, and the force is applied to the building. Shaking between buildings can be suppressed. On the other hand, when a large earthquake occurs, the controller 29 does not issue a command to turn on the clutch 40, so the rotation of the pinion 35 is free, and the outer cylinder 2a and the inner cylinder 2b are cut off from each other. Therefore, the elastic casing 2 can be freely expanded and contracted.
[0031]
In the above description, the clutch 40 may be engaged at all times, and the clutch 40 may be disengaged when a large earthquake occurs.
[0032]
In the above embodiment, the corners of the adjacent buildings 1 ₁ , 1 ₂ , 1 ₃ are connected to each other. However, depending on how the buildings are arranged, as shown in FIG. 7, the buildings 1 ₁ to 1 _{12 are connected.} The side walls of the buildings may be connected to each other when they are aligned, and the connection between the building ₁₁ and the expansion casing 2 is shown in FIG. A buffer member such as a laminated rubber 41 may be interposed in the connecting portion, and the displacement is obtained by integrating the detected speed once instead of the displacement detector as a vibration detection sensor of the building. It may be possible to use a speed detector as described above, an acceleration detector that integrates the detected acceleration twice to obtain a displacement, and can also be used for structures other than buildings, In the above embodiment, dynamic vibration Although the case where the machine 3 or 3 'is assembled to the vertical position of the telescopic casing 2 has been shown, it may be in the left-right position. Further, the dynamic vibration absorber 3 or 3' includes the outer cylinder body 2a and the inner cylinder body 2b. In the embodiment shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the clutch 40 is unnecessary and a large earthquake occurs. Of course, the electric motor 38 may be freed, and other various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the structural vibration damping device of the present invention, the inner cylinder is inserted into the outer cylinder and assembled into a telescope, and the guide roller is interposed between the outer cylinder and the inner cylinder. The provided expansion / contraction casing is positioned between adjacent structures, and the base end of the outer cylindrical body and the front end of the inner cylindrical body which are both ends in the longitudinal direction are adjacent to each other via a universal joint or a buffer member. Connect the adjacent structures to each other by the expansion / contraction casing so as to be attached to the adjacent adjacent structure so as to be attached to the structure, and between the outer cylinder and the inner cylinder at the upper and lower or left and right positions of the expansion / contraction casing A dynamic vibration absorber comprising an electric motor, a ball screw mechanism having one end connected to the electric motor, and a lock mechanism connected to the other end of the ball screw mechanism is connected to the outer motor or the inner cylinder. In addition, the brake mechanism is fixed to either the outer cylinder or the inner cylinder so that the lock mechanism can transmit the moving force of the ball screw mechanism. The controller is equipped with a controller that sends a control command to the electric motor based on the signal from the vibration detection sensor installed in the structure, so when a strong wind or small and medium earthquake occurs and the structure is shaken The operation of the dynamic vibration absorber with the ball screw mechanism can effectively reduce the mutual vibration of the structure, and it has better cost performance and energy saving than installing a vibration control device for each structure. In addition to the fact that the dynamic vibration absorber is arranged separately on the top and bottom or left and right of the expansion / contraction casing, a large maintenance space can be secured inside even a small inner / outer cylinder casing. And a configuration in which the controller has a function of sending a lock release command to a lock mechanism configured to transmit the moving force of the ball screw mechanism to the outer cylinder or the inner cylinder. By doing so, the expansion and contraction of the expansion and contraction casing can be made free when a large earthquake occurs, so that a large displacement of the structure can be allowed and damage to the expansion and contraction casing and the dynamic vibration absorber can be prevented. it is possible. Further, the outer cylindrical body comprising an outer surface portion of the elastic casing guide roller is provided between the universal joint or via a cushioning member connecting structures between the adjacent and outer tubular body and inner tubular body By adopting a structure where the heater is assembled at the required location of the inner cylinder, it is possible to melt the snow piled on the expansion casing and drop it into water drops without creating a lump of snow, etc. Show the effect.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show an embodiment of a structure damping device of the present invention, in which FIG. 1A is a schematic plan view, FIG. 1B is a schematic side view, and FIG. 1C is a control block diagram.
FIGS. 2A and 2B show details of the structure damping device of the present invention, in which FIG. 2A is a cut side view, and FIG.
FIG. 3 is an enlarged side view of a drive unit in the structural vibration damping device of the present invention.
4 is a plan view of FIG. 3;
5 is an enlarged view taken in the direction of arrows BB in FIG. 3;
6A and 6B show another embodiment of the present invention, in which FIG. 6A is a cut side view, and FIG. 6B is a view taken along the direction CC of FIG.
FIG. 7 is a schematic plan view showing another arrangement example of the expansion casing.
FIG. 8 is a schematic view of a state in which laminated rubber is interposed at a connecting portion between a building and an expansion casing.
9A and 9B show an example of conventional measures for suppressing building vibration, where FIG. 9A is a schematic side view, and FIG. 9B is an enlarged view of a portion D of FIG.
[Explanation of symbols]
1 ₁ to 1 ₁₂ building (structure)
2 telescopic casing 2a outer cylinder 2b inner cylinder 3, 3 'dynamic vibration absorber
4 Universal joint 5 Electric motor 7 Ball screw mechanism 10 Lock mechanism
18 Brake plate 28 Heater 29 Controller 30 ₁ , 30 ₂ , 30 ₃ Displacement detector (swing detection sensor)
31 Guide roller
32 Guide roller 33 Rack and pinion mechanism
34 racks
35 Pinion 38 Electric motor 40 Clutch (lock mechanism)

Claims

The telescopic casing formed by inserting the inner cylinder into the outer cylinder and assembling it into a telescope shape and providing a guide roller between the outer cylinder and the inner cylinder is positioned between adjacent structures. The base structure of the outer cylindrical body and the front end of the inner cylindrical body, which are both ends in the longitudinal direction, are attached to the adjacent structure via a universal joint or a buffer member, respectively, and the adjacent structures are connected to each other by an expansion casing. And an electric motor, a ball screw mechanism having one end connected to the electric motor, and the other end of the ball screw mechanism between the outer cylinder and the inner cylinder in the vertical and horizontal positions of the telescopic casing. A dynamic vibration absorber composed of a lock mechanism is arranged so that the electric motor is moved to either the outer cylinder or the inner cylinder, and the lock mechanism is moved so that the moving force of the ball screw mechanism can be transmitted to the lock mechanism. Control that sends a control command to the electric motor based on a signal from a shake detection sensor installed in the structure, provided by fixing the plate to either the outer cylinder or the inner cylinder. A structure vibration control device having a structure including a device.

The structure damping device according to claim 1, wherein the controller has a function of sending a lock release command to a lock mechanism configured to transmit the moving force of the ball screw mechanism to the outer cylinder or the inner cylinder.

An outer cylindrical body and an inner cylindrical body that connect the adjacent structures via a universal joint or a buffer member and are an outer surface portion of an extendable casing in which a guide roller is provided between the outer cylindrical body and the inner cylindrical body The structural vibration damping device according to claim 1 or 2 , wherein a heater is assembled at a required position.