JP4452003B2

JP4452003B2 - 個材振動の防止構造

Info

Publication number: JP4452003B2
Application number: JP2001227579A
Authority: JP
Inventors: 光裕新谷; 元悦石井; 克之平尾; 秀秋原田; 剛賢渡部
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP2003041806A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼製煙突、送電鉄塔等の鉄塔構造物の個材に生じる振動を防止する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、基本的な鉄塔構造物の一般的な従来例を示す概念図であり、（ａ）は立面図、（ｂ）は（ａ）中Ｂ−Ｂ矢視水平断面図である。図７は図６中Ａ部を鉄塔構造物の内側から斜め上向きに見た、図６中Ｃ矢視による、拡大斜視図である。
【０００３】
図６において、１００は鉄塔構造物であり、鉄塔構造物１００は一般に鉄塔構造物１００の主材となる複数の主柱材１が縦方向に立設され、６（ｂ）に示すように水平断面が主柱材１を頂点とする多角形を形成している。図６に示す鉄塔構造物１００の例は主柱材１が４本で水平断面が４角形であるが、主柱材１が３本で水平断面が３角形等、他の形態の場合もある。
【０００４】
主柱材１の他に、主柱材１同士を結合する水平材２、２’、隣合う主柱材１の間の面内に補強のため斜めに設けた斜材３、３’、同じ水平面で隣合う水平材２、２’の間に水平に渡された補助材４等の複数の個材が設けられ、鉄塔構造物１００が構成されている。
【０００５】
鋼製煙突、送電鉄塔、テレビ塔等の鉄塔構造物は風による振動の影響が大きく、鉄塔構造物１００の損傷、倒壊を防ぐため種々対策が講じられているが、その対策の１つに、主柱材１以外の水平材２、２’、斜材３、３’等の構造体を構成する個々の部材（以下「個材」という）の防振対策がある。
【０００６】
個材の場合は直接倒壊には到らないものの、振動による疲労で個材自体あるいは仕口部等の部分的な亀裂、破断が生じる。従来、個材の防振対策は、風による渦励振に起因する個材の振動を対象として設定され、個材の共振風速が１５ｍ／ｓ以上となるように断面を算定するように指示するものとなっている（「煙突構造設計施工指針」：日本建築センター）。
【０００７】
その結果、個材に管径、肉厚等寸法の大きな部材を使用することとなり、その場合、励振される風速域を高くし個材振動の発生頻度を低減させることはできるが、以下のような問題も生じていた。
【０００８】
すなわち、▲１▼必要以上に大きな材料の使用による工事費の増加および鉄塔構造物の美観低下、▲２▼受風面積の増加による風荷重の増加、また、▲３▼高風速でのバフェッティング振動や渦励振振動等の個材振動に対して効果が期待できない等の問題である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来の鉄塔構造物の個材の防振対策における問題点を解消し、材料の増大や風荷重の増大なく、鉄塔構造物の個材の種々の振動を低減できる個材振動の防止構造を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明は、上記の課題を解消するためになされたものであって、その第１の手段として、縦方向に立設され鉄塔構造物の主材となる複数の主柱材と、同主柱材を結合しあるいは補強のために前記主柱材の他に設けられる複数の個材とからなる鉄塔構造物において、振動防止対象とする前記個材の間を、前記個材間の相対変位で作動し、振動エネルギーを吸収する振動減衰要素を備えた連結部材で連結してなり、振動防止対象とする前記個材が前記振動減衰要素を備えないことを特徴とする個材振動の防止構造を提供する。
【００１１】
上記第１の手段によれば、振動防止対象個材に振動が生じると個材間の相対変位で振動減衰要素が作動し、振動エネルギーを吸収するため、１本の連結部材で２本の振動防止対象個材の振動振幅が低減する。
【００１２】
（２）第２の手段としては、第１の手段の個材振動の防止構造において、連結された振動防止対象とする前記個材が同一長さ同一断面であって、同個材と前記連結部材との連結位置を同連結位置で分割された前記個材の振動モードが異なる位置としてなることを特徴とする個材振動の防止構造を提供する。
【００１３】
第２の手段によれば、第１の手段の作用に加え、連結部材が連結する両個材の長さと断面が同じ場合のように、振動防止対象個材の振動特性が同一の場合でも、個材間の相対変位による振動減衰要素での振動エネルギーの吸収が効果的に働く。
【００１４】
（３）また、第３の手段として、第１の手段または第２の手段の個材振動の防止構造において、振動防止対象とする前記個材と前記連結部材との一方の連結部にウエイトを設けてなることを特徴とする個材振動の防止構造を提供する。
【００１５】
第３の手段によれば、第１の手段または第２の手段の作用に加え、連結部に設けたウエイトによって振動防止対象個材の固有振動特性に差異が生じ、より大きな振動エネルギーを吸収するため、２本の振動防止対象個材の振動振幅をさらに低減できるものとなる。
【００１６】
（４）第４の手段として、第３の手段の個材振動の防止構造において、前記ウエイトに代えて前記連結部材で連結した振動防止対象とする前記個材の一方に水を注入してなることを特徴とする個材振動の防止構造を提供する。
【００１７】
第４の手段によれば、第３の手段の作用を奏するものを簡易に得られる。
【００１８】
（５）第５の手段として、縦方向に立設され鉄塔構造物の主材となる複数の主柱材と、同主柱材を結合しあるいは補強のために前記主柱材の他に設けられる複数の個材とからなる鉄塔構造物において、前記主柱材と振動防止対象とする前記個材の間を、前記主柱材と振動防止対象とする前記個材の相対変位で作動し、振動エネルギーを吸収する振動減衰要素を備えた連結部材で連結してなり、振動防止対象とする前記個材が前記振動減衰要素を備えないことを特徴とする個材振動の防止構造を提供する。
【００１９】
第５の手段によれば、振動防止対象個材に振動が生じると主柱材との相対変位で振動減衰要素が作動し、振動エネルギーを吸収するため、振動防止対象を個々に設定できるとともに、個材毎に振動振幅が低減する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１から図３に基づき、本発明の実施の第１形態に係る個材振動の防止構造を説明する。また図６も、基本的な鉄塔構造物の一般的な概念図として参照する。図１は本実施の形態の個材振動の防止構造の説明図であり、前述の従来例の図７と同様に、図６に示す鉄塔構造物１００のＡ部のＣ矢視による拡大斜視図である。図２は振動減衰要素を備えた連結部材の結合位置の説明図、図３は振動減衰要素の設置位置の説明図である。
【００２１】
本実施の形態においても、縦向きに立設され鉄塔構造物１００の主材となる４本の主柱材１と、主柱材１同士を結合する水平材２、２’、隣合う主柱材１の間の面内に補強のため斜めに設けられた斜材３、３’、同じ水平面で隣合う水平材２、２’の間に水平に渡された補助材４等の複数の個材とから、鉄塔構造物１００が構成されている。
【００２２】
本実施の形態の個材振動の防止構造は、斜材３、３’を振動防止対象個材としており、斜材３、３’間を振動減衰要素６を備えた連結部材５で結合するものである。
【００２３】
図１に示すように、同じ水平面で隣り合う２本の水平材２、２’に向けて主柱材１上の同一支持位置Ｑから取り付けられた２本の鋼製の斜材３、３’のＰ、Ｐ’点間を、振動減衰要素６を備えた鋼製の連結部材５が連結している。
【００２４】
振動減衰要素６自体は公知のものでよく、オイルダンパー等の粘弾性体、防振ゴム、ワイヤー、摩擦抵抗部材等が適用できる。
【００２５】
図２は、連結部材５が連結する両斜材３、３’の長さが共にＬで、断面が同じ場合のように、振動防止対象個材の振動特性が同一の場合の振動減衰要素６を備えた連結部材５を取り付ける位置を示すものである。
【００２６】
振動減衰要素６を備えた連結部材５を斜材３、３’のＰ、Ｐ’点間に取り付けた場合、Ｐ、Ｐ’点で分割された各斜材３、３’の長さを、斜材３はＱ点側からＬ1 、Ｌ2 、斜材３’はＱ点側からＬ3 、Ｌ4 とすると、Ｌ1 ≠Ｌ3 、Ｌ2 ≠Ｌ4 として各々の斜材３、３’の振動モードが同一とならない位置に連結部材５を取り付けている。その結果、斜材３、３’間の相対変位による振動減衰要素６での振動エネルギーの吸収がより効果的に働く。
【００２７】
なお、連結部材５上の振動減衰要素６の取り付け位置は、図３（ａ）に示すように連結部材５の端部、あるいは図３（ｂ）に示すように連結部材５の中央部のいずれも取り付け可能であり、また、連結部材５の内部に組み込むことも可能であるが、可能な限り端部に取り付けることが望ましい。
【００２８】
以上の実施の形態のように振動防止対象の個材である斜材３、３’間を振動減衰要素６を備えた連結部材５で連結することにより、斜材３、３’に振動が生じた場合は斜材３、３’間の相対変位により振動減衰要素６が作動し、振動エネルギーを吸収するため、１本の連結部材５で２本の斜材３、３’の振動振幅が低減する。各々の斜材３、３’の振動モードが同一とならない位置に連結部材５を取り付ければ、連結部材５が連結する両斜材３、３’の長さが共にＬで、断面が同じ場合のように、振動防止対象個材の振動特性が同一の場合でも、斜材３、３’間の相対変位による振動減衰要素６での振動エネルギーの吸収が効果的に働く。
【００２９】
すなわち、本実施の形態によれば、振動防止対象の個材間を振動減衰要素６を備えた連結部材５で結合することにより、振動防止対象個材に振動が生じると個材間の相対変位で振動減衰要素が作動し、振動エネルギーを吸収するため、１本の連結部材で２本の振動防止対象個材の振動振幅が低減し、次のような効果が得られる。
▲１▼：２本の振動防止対象個材の振動振幅は１／２程度に、またはさらに低減できる。
▲２▼：振動防止対象個材の振動振幅が低減することにより、振動防止対象個材および仕口部の疲労による亀裂、破断が防止できる。
▲３▼：▲２▼により振動防止対象個材の形状を小型化できる。
▲４▼：▲３▼により仕口部の構造が簡素化できる。
【００３０】
次に図４に基づいて本発明の実施の第２形態に係る個材振動の防止構造を説明する。図４は本実施の形態の個材振動の防止構造の説明図であり、前述の図１と同様に、図６に示す鉄塔構造物１００のＡ部のＣ矢視による拡大斜視図である。
【００３１】
本実施の形態においても、縦向きに立設され鉄塔構造物１００の主材となる４本の主柱材１と、主柱材１同士を結合する水平材２、２’、隣合う主柱材１の間の面内に補強のため斜めに設けられた斜材３、３’、同じ水平面で隣合う水平材２、２’の間に水平に渡された補助材４等の複数の個材とから、鉄塔構造物１００が構成されている。
【００３２】
本実施の形態の個材振動の防止構造は、主柱材１と振動防止対象個材としての斜材３、３’との間をそれぞれ振動減衰要素１６、１６’を備えた連結部材１５、１５’で連結するものでる。
【００３３】
図４に示すように、同じ水平面で隣り合う２本の水平材２、２’に向けて同主柱材１上の同一支持位置Ｑから取り付けられた２本の鋼製の斜材３、３’と、同じ主柱材１の他の点Ｒとの間を、それぞれ振動減衰要素１６、１６’を備えた鋼製の連結部材１５、１５’が連結している。
【００３４】
斜材３、３’における連結部材１５、１５’との連結位置、および連結部材１５、１５’における振動減衰要素１６、１６’の取り付け位置の考え方は実施の第１形態で示したものと同様である。
【００３５】
本実施の形態は、１本の連結部材で１本の振動防止対象個材である斜材の振動を防止する以外は実施の第１形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００３６】
すなわち、振動防止対象個材に振動が生じると主柱材との相対変位で振動減衰要素が作動し、振動エネルギーを吸収するため、振動防止対象個材を個々に設定できるとともに、振動防止対象個材毎に振動振幅が低減し、実施の第１形態と同様に、各振動防止対象個材の振動振幅は１／２程度に、またはさらに低減でき、振動防止対象個材の振動振幅が低減することにより、振動防止対象個材および仕口部の疲労による亀裂、破断が防止でき、振動防止対象個材の形状を小型化でき、また仕口部の構造が簡素化される。
【００３７】
さらに図５に基づき本発明の実施の第３形態に係る個材振動の防止構造を説明する。図５は本実施の形態の個材振動の防止構造の説明図であり、前述の図１と同様に、図６に示す鉄塔構造物１００のＡ部のＣ矢視による拡大斜視図である。
【００３８】
本実施の形態においても、縦向きに立設され鉄塔構造物１００の主材となる４本の主柱材１と、主柱材１同士を結合する水平材２、２’、隣合う主柱材１の間の面内に補強のため斜めに設けられた斜材３、３’、同じ水平面で隣合う水平材２、２’の間に水平に渡された補助材４等の複数の個材とから、鉄塔構造物１００が構成されている。
【００３９】
本実施の形態の個材振動の防止構造は、実施の第１形態にウエイト７を設けたものであり、図１に示した実施の第１形態の振動減衰要素６を備えた連結部材５の片側の取り付け位置Ｓ付近にウエイト７を設けている。
【００４０】
図５に示すように、同じ水平面で隣り合う２本の水平材２、２’に向けて主柱材１上の同一支持位置Ｑから取り付けられた２本の鋼製の斜材３、３’の間を、振動減衰要素６を備えた鋼製の連結部材５が連結しており、さらにウエイト７が斜材３、３’と連結部材５の結合部の一方Ｓ点に設けられる。
【００４１】
このウエイト７により、両斜材３、３’の固有振動特性に差異が生じ、その結果、振動減衰要素６の作動量が大きくなって、実施の第１形態の場合よりもより大きな振動エネルギーを吸収して効果的に振動振幅を低減させることができるものとなる。
【００４２】
なお、本実施の形態では図５に、振動防止対象個材としての斜材３、３’間と連結部材５との結合部にウエイト７を設けた例を示したが、振動防止対象部材となる斜材３、３’自体に設けることも可能である。
【００４３】
ウエイト７は斜材３、３’の固有振動特性に差異が生じればどのようなものでも適用可能であり、斜材３、３’内に水、砂、コンクリート等のウエイトとなるものを注入することでもよい。その場合は、上記ウエイト７の作用効果を奏するものを簡易に得ることができる。
【００４４】
以上のように、本実施の形態によれば、振動防止対象の個材間を振動減衰要素を備えた連結部材で結合することにより、振動防止対象個材の振動が生じると個材間の相対変位で振動減衰要素が作動し、さらにウエイト７を設置することにより振動防止対象個材の固有振動特性に差異が生じることにより、より大きな振動エネルギーを吸収するため、１本の連結部材５で２本の振動防止対象個材の振動振幅が低減し、次のような効果が得られる。
▲１▼：２本の振動防止対象個材の振動振幅は１／３程度に、またはさらに低減できる。
▲２▼：振動防止対象個材の振動振幅が低減することにより，振動防止対象個材および仕口部の疲労による亀裂、破断が防止できる。
▲３▼：▲２▼により振動防止対象個材の形状を小型化できる。
▲４▼：▲３▼により仕口部の構造が簡素化できる。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で具体的構造に種々の変更を加えてもよいことは言うまでもない。
【００４６】
例えば、実施の形態の鉄塔構造物１００は水平断面が４角形を形成するもので説明したがそれに限られるものではなく、たとえば３角形を形成するもの等他の形態のものにも適用でき、また、振動防止対象個材として斜材を例に説明したが、それに限られるものではなく、他の部分の個材を振動防止対象個材としても適用できるものである。
【００４７】
【発明の効果】
（１）請求項１の発明によれば、個材振動の防止構造を、縦方向に立設され鉄塔構造物の主材となる複数の主柱材と、同主柱材を結合しあるいは補強のために前記主柱材の他に設けられる複数の個材とからなる鉄塔構造物において、振動防止対象とする前記個材の間を、前記個材間の相対変位で作動し、振動エネルギーを吸収する振動減衰要素を備えた連結部材で連結してなり、振動防止対象とする前記個材が前記振動減衰要素を備えないように構成したので、１本の連結部材で２本の振動防止対象個材の振動振幅が低減し、振動防止対象個材の振動振幅が低減することにより、振動防止対象個材および仕口部の疲労による亀裂、破断が防止でき、振動防止対象個材の形状を小型化でき、また仕口部の構造が簡素化され、材料の増大や風荷重の増大なく、鉄塔構造物の個材の種々の振動を低減できる個材振動の防止構造が得られる。
【００４８】
（２）請求項２の発明によれば、請求項１に記載に個材振動の防止構造において、連結された振動防止対象とする前記個材が同一長さ同一断面であって、同個材と前記連結部材との連結位置を同連結位置で分割された前記個材の振動モードが異なる位置としてなるように構成したので、請求項１の発明の効果に加え、連結部材が連結する両個材の長さと断面が同じ場合のように、振動防止対象個材の振動特性が同一の場合でも、個材間の相対変位による振動減衰要素での振動エネルギーの吸収が効果的に働く。
【００４９】
（３）請求項３の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の個材振動の防止構造において、振動防止対象とする前記個材と前記連結部材との一方の連結部にウエイトを設けてなるように構成したので、請求項１または請求項２の発明にの効果に加え、連結部に設けたウエイトによって振動防止対象個材の固有振動特性に差異が生じ、より大きな振動エネルギーを吸収するため、２本の振動防止対象個材の振動振幅をさらに低減できるものとなる。
【００５０】
（４）請求項４の発明によれば、請求項３に記載の個材振動の防止構造において、前記ウエイトに代えて前記連結部材で連結した振動防止対象とする前記個材の一方に水を注入してなるように構成したので、請求項３の発明の効果を奏するものを簡易に得られる。
【００５１】
（５）請求項５の発明によれば、個材振動の防止構造を、縦方向に立設され鉄塔構造物の主材となる複数の主柱材と、同主柱材を結合しあるいは補強のために前記主柱材の他に設けられる複数の個材とからなる鉄塔構造物において、前記主柱材と振動防止対象とする前記個材の間を、前記主柱材と振動防止対象とする前記個材の相対変位で作動し、振動エネルギーを吸収する振動減衰要素を備えた連結部材で連結してなり、振動防止対象とする前記個材が前記振動減衰要素を備えないように構成したので、振動防止対象を個々に設定できるとともに、個材毎に振動振幅が低減し、振動防止対象個材の振動振幅が低減することにより、振動防止対象個材および仕口部の疲労による亀裂、破断が防止でき、振動防止対象個材の形状を小型化でき、また仕口部の構造が簡素化され、材料の増大や風荷重の増大なく、鉄塔構造物の個材の種々の振動を低減できる個材振動の防止構造が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係る個材振動の防止構造の説明図である。
【図２】図１の振動減衰要素を備えた連結部材の結合位置の説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）ともに図１の振動減衰要素の設置位置の説明図である。
【図４】本発明の実施の第２形態に係る個材振動の防止構造の説明図である。
【図５】本発明の実施の第３形態に係る個材振動の防止構造の説明図である。
【図６】基本的な鉄塔構造物の一般的な従来例を示す概念図であり、（ａ）は立面図、（ｂ）は（ａ）中Ｂ−Ｂ矢視水平断面図である。
【図７】図６中Ａ部を鉄塔構造物の内側から斜め上向きに見た、図６中Ｃ矢視による拡大斜視図である。
【符号の説明】
１主柱材
２、２’ 水平材
３、３’ 斜材
４補助材
５、５’ 連結部材
６、６’ 振動減衰要素
７ウエイト
１５、１５’ 連結部材
１６、１６’ 振動減衰要素
１００鉄塔構造物

Claims

縦方向に立設され鉄塔構造物の主材となる複数の主柱材と、同主柱材を結合しあるいは補強のために前記主柱材の他に設けられる複数の個材とからなる鉄塔構造物において、振動防止対象とする前記個材の間を、前記個材間の相対変位で作動し、振動エネルギーを吸収する振動減衰要素を備えた連結部材で連結してなり、振動防止対象とする前記個材が前記振動減衰要素を備えないことを特徴とする個材振動の防止構造。
請求項１に記載の個材振動の防止構造において、連結された振動防止対象とする前記個材が同一長さ同一断面であって、同個材と前記連結部材との連結位置を同連結位置で分割された前記個材の振動モードが異なる位置としてなることを特徴とする個材振動の防止構造。
請求項１または請求項２に記載の個材振動の防止構造において、振動防止対象とする前記個材と前記連結部材との一方の連結部にウエイトを設けてなることを特徴とする個材振動の防止構造。
請求項３に記載の個材振動の防止構造において、前記ウエイトに代えて前記連結部材で連結した振動防止対象とする前記個材の一方に水を注入してなることを特徴とする個材振動の防止構造。
縦方向に立設され鉄塔構造物の主材となる複数の主柱材と、同主柱材を結合しあるいは補強のために前記主柱材の他に設けられる複数の個材とからなる鉄塔構造物において、前記主柱材と振動防止対象とする前記個材の間を、前記主柱材と振動防止対象とする前記個材の相対変位で作動し、振動エネルギーを吸収する振動減衰要素を備えた連結部材で連結してなり、振動防止対象とする前記個材が前記振動減衰要素を備えないことを特徴とする個材振動の防止構造。