JP4670188B2 - Seismic control device for structures - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、重錘支持機構として転がり振子を用いた構造物用制震装置に関するもので、建物、橋梁、その他の構造物の頂部または構造物内に設置し、地震や風等による構造物の応答を低減するために用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
受動型の制震装置としては、動吸振器と呼ばれるもの〔以下、ＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパの略）と呼ぶ〕があり、構造物に適用したものとしては、例えば特開昭６３−７６９３２号公報や特開昭６３−１１４７７３号公報に記載されたもの等がある。
【０００３】
ＴＭＤの基本的な構成は、主振動系を構成する構造物に対し、吸振系を構成する重錘をバネとダンパで連結したものであり、重錘の質量、バネのバネ定数やダンパの減衰係数などを調整し、吸振系の振動を主振動系の振動に同調させることで、吸振系でエネルギーを消費し、地震や風などの振動外力に対し構造物の応答を低減させるようにしたものである。
【０００４】
なお、同調というのは必ずしも周期を一致させるという意味ではなく、一般的にはわずかに周期がずれた位置で最適制御となる。
【０００５】
また、能動型の振動制御装置としては、例えば特開平１−２７５８６６〜６９号公報に記載されたもの〔以下、ＡＭＤ（アクティブ・マス・ドライバまたはアクティブ・マス・ダンパの略）と呼ぶ〕等がある。
【０００６】
ＡＭＤの基本的な構成は、主振動系を構成する構造物と、カウンターフォースを与える重錘との間にアクチュエータの油圧力あるいは電磁力等による制御力ｕ(t) を作用させるようにしたものであり、地震や風などの振動外力に応じた制御力ｕ(t) を作用させることで、構造物の応答を能動的に制御することができる。この場合、必要に応じ構造物と重錘との間を中立位置を保つための柔らかいバネで連結したり、ダンパを介在させたりする。
【０００７】
この他、上記ＡＭＤに対し、制御力ｕ(t) を与えるアクチュエータ等と並列に、主振動系の振動に同調させる形でバネを付加し、ＡＭＤに比べ少ない制御力でＡＭＤと同程度の振動制御効果を得ようとするもの〔以下、ＨＭＤ（ハイブリッド・マス・ダンパの略）と呼ぶ〕がある。
【０００８】
なお、ＨＭＤには、装置の故障により、あるいは装置の能力以上の外力に対して制御力ｕ(t) を発生させることができない場合に、単にＴＭＤとして機能させることを目的としたものなども含まれる。
【０００９】
また、本願の出願人の一人による特開昭６３−１５６１７１号公報には、ＴＭＤの重錘に対し、それより小さい質量の第２の重錘をバネとアクチュエータを介して連結し、アクチュエータから第２の重錘に対して制御力を加えることにより、地震等による構造物の振動を抑制する形式の能動型振動制御装置〔以下、ＤＭＤ（デュアル・マス・ダンパの略）と呼ぶ〕が記載されており、より小さな制御力で大きな振動制御効果が得られる。
【００１０】
一方、このような重錘を用いた制震装置とは異なる免震装置について、特開２０００−８０８１７号公報には、従来の積層ゴムなどによる免震機構に替え、転がり振子を用いた免震装置が記載されている。
【００１１】
これは、免震層における下構造物と上構造物との間に、柱部本体と、その柱部本体の上下端部にそれぞれ設けられた板状の上転がり部と下転がり部を設けた転がり振子を設置し、下構造物から上構造物への振動の伝達を遮断するようにしたものである。
【００１２】
この転がり振子は、上転がり部と下転がり部に凸の円弧面を形成してあり、かつ上転がり部の円弧面と下転がり部の円弧面が平面視で互いに直交するようにしたものであり、水平方向のどの方向の地震力にも対処できるようになっている。
【００１３】
また、従来、免震装置で一般的な積層ゴムの場合のように、周期の調整において上部構造物の重量の影響を受けることがないため、自由な設計が可能であるという利点を有している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ＴＭＤ、ＡＭＤ、ＨＭＤ、ＤＭＤの構造物設置面に対する支持機構、バネ機構として実用化されているものとしては、設置が比較的容易であることや騒音が少ないこと、ある程度の期間についてはメンテナンスをあまり必要としないことなどから、従来、積層ゴム形式のものが用いられることが多い。
【００１５】
また、レール上を走行するものや滑り面を利用したもの、吊り材によって振子式に吊り支持するものなども考えられているが、騒音を発生したり、所定の周期が得にくかったり、大きな設置スペースを必要とするなど、一長一短がある。
【００１６】
本願発明は、上述のような課題の解決を図ったものであり、バネ機構を兼ねた支持機構を工夫することで、制震装置の構造が簡略化でき、製作性、メンテナンス性に優れ、最小限のスペースで設置できる構造物用制震装置を提供することを目的としたものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る構造物用制震装置は、水平２方向について制震装置としての機能を有し、
そのうちの１方向について、
(1) 構造物に対し支持体を介して支持される重錘と、前記構造物と前記重錘を連結するバネ機構とを備え、前記バネ機構のバネ定数を前記重錘の振動が前記構造物の振動に同調するように設定してなる受動型の制震装置、
または
(2) 構造物に対し支持体を介して支持される重錘と、前記構造物と前記重錘との間に介在し、前記構造物と前記重錘との間に振動外力に応じて構造物の応答を低減させるための制御力を作用させる駆動手段とを備えた制震装置、
または
(3) 構造物に対し支持体を介して支持される重錘と、前記構造物と前記重錘を連結するバネ機構と、前記構造物と前記重錘との間に介在し、前記構造物と前記重錘との間に振動外力に応じて構造物の応答を低減させるための制御力を作用させる駆動手段とを備え、前記バネ機構のバネ定数を前記重錘の振動が前記構造物の振動に同調するように設定してなる制震装置、
または
(4) 第１の重錘と、構造物に対し前記第１の重錘を支持する支持体と、前記第１の重錘との間に作用する制御力により駆動され前記第１の重錘に対し相対移動可能な第２の重錘とを備えた制震装置
のいずれかの制震装置を構成し、
前記水平２方向のうちの他の方向について、
(1) 構造物に対し支持体を介して支持される重錘と、前記構造物と前記重錘を連結するバネ機構とを備え、前記バネ機構のバネ定数を前記重錘の振動が前記構造物の振動に同調するように設定してなる受動型の制震装置、
または
(2) 構造物に対し支持体を介して支持される重錘と、前記構造物と前記重錘との間に介在し、前記構造物と前記重錘との間に振動外力に応じて構造物の応答を低減させるための制御力を作用させる駆動手段とを備えた制震装置、
または
(3) 構造物に対し支持体を介して支持される重錘と、前記構造物と前記重錘を連結するバネ機構と、前記構造物と前記重錘との間に介在し、前記構造物と前記重錘との間に振動外力に応じて構造物の応答を低減させるための制御力を作用させる駆動手段とを備え、前記バネ機構のバネ定数を前記重錘の振動が前記構造物の振動に同調するように設定してなる制震装置、
または
(4) 第１の重錘と、構造物に対し前記第１の重錘を支持する支持体と、前記第１の重錘との間に作用する制御力により駆動され前記第１の重錘に対し相対移動可能な第２の重錘とを備えた制震装置
のいずれかの制震装置を構成し、
前記支持体として、支持面である上端および設置面である下端を円弧状の凸面とし、前記凸面の曲率半径を支持体の長さより大きくした複数の転がり振子を用い、前記転がり振子の周期を転がり振子の振動が前記構造物の振動に同調するように設定することにより、転がり振子に前記バネ機構の機能を持たせてなり、前記転がり振子は、軸部と、前記軸部の上端に設けた上転がり部と、前記軸部の下端に設けた下転がり部とからなり、前記上転がり部と下転がり部が互いに異なる一方向についての凸面を有し、かつ前記上転がり部と下転がり部の凸面の曲率半径がそれぞれ異なることを特徴とするものである。
【００１８】
上記の構成における(1)は、従来のＴＭＤの支持機構として転がり振子を適用したものに相当し、上端または下端の凸面の曲率半径Ｒを、転がり振子機構自体の高さである支持体の長さＬとの関係で、Ｒ＞Ｌの範囲で変化させることにより、その周期を変化させることができる。また、逆に支持体Ｌの長さを変えることによっても、周期を変化させることができる。
【００１９】
なお、円弧状の凸面というのは、円弧に限らず、凸面に沿って曲率が変化するような円弧に類する曲線も含む意味であり、曲率を変化させることで回転の非線形性を補正することも可能である。
【００２０】
また、円弧状の凸面は、製作上、主として特開２０００−８０８１７号公報に記載されるように、水平１方向について形成される場合を考えているが、必ずしも水平１方向に限定されたものでなくてもよい。
【００２１】
また、転がり部としての円弧状の凸面を、特開２０００−８０８１７号公報に記載されるように上下に設け、互いに直交するように設けることで、水平何れの方向にも振動可能となる。
【００２２】
さらに、上下の転がり部を水平視で水平２方向に交差するようにしているが、構造物の形態や制御方法に応じて、それぞれの方向で周期が異なるようにする。
【００２３】
上記の構成における(2)は、従来のＡＭＤの支持機構として転がり振子を適用したものに相当し、上端または下端の凸面の曲率半径Ｒを、転がり振子機構自体の高さである支持体の長さＬとの関係で、Ｒ＞Ｌの範囲で変化させることにより、その周期を変化させることができる。また、逆に支持体Ｌの長さを変えることによっても、周期を変化させることができる。
【００２４】
なお、後述するＨＭＤでは転がり振子の周期を構造物の固有周期に同調させる必要があるが、ＡＭＤは同調させない形で制御力を作用させている。
【００２５】
上記の構成における(3)は、従来のＨＭＤの支持機構として転がり振子を適用したものに相当し、上端または下端の凸面の曲率半径Ｒを、転がり振子機構自体の高さである支持体の長さＬとの関係で、Ｒ＞Ｌの範囲で変化させることにより、その周期を変化させることができる。また、逆に支持体Ｌの長さを変えることによっても、周期を変化させることができる。
【００２６】
なお、前述したＡＭＤとこのＨＭＤにおける制御力の方向は、１方向の場合と交差する（通常は直交する）２方向の場合とがあり、重錘に対し２方向の制御力を与える構成も可能である。
【００２７】
上記の構成における(4)は、従来のＤＭＤの支持機構として転がり振子を適用したものに相当し、上端または下端の凸面の曲率半径Ｒを、転がり振子機構自体の高さである支持体の長さＬとの関係で、Ｒ＞Ｌの範囲で変化させることにより、その周期を変化させることができる。また、逆に支持体Ｌの長さを変えることによっても、周期を変化させることができる。
【００２８】
この場合も、ＡＭＤやＨＭＤの場合と同様、第２の重錘に対し２方向の制御力を与える構成が可能であるが、第２の重錘を２個設け、個々に制御力を与える構成も可能である。
【００２９】
また、本発明において、転がり振子は、軸部と、軸部の上端に設けた上転がり部と、軸部の下端に設けた下転がり部とからなり、上転がり部と下転がり部が互いに異なる一方向についての凸面を有している。
【００３０】
これは、前述した特開２０００−８０８１７号公報に記載された発明と同様の構成であり、重錘を支持する各転がり振子が水平何れの方向にも振動できることになる。
【００３１】
さらに、本発明において、上転がり部と下転がり部の凸面の曲率半径はそれぞれ異なり、構造物の形態等によって構造物の各方向の固有周期が異なる場合等に適用される。
【００３２】
また、１方向についてパッシブのＴＭＤの制御とし、他方向についてＡＭＤの制御とする場合などにも適用可能である。
【００３３】
請求項２は、請求項１に係る構造物用制震装置において、前記転がり振子の軸部を長さ調整可能とした場合を限定したものである。
【００３４】
前述したように転がり振子の長さを変えることにより、その周期が変化するため、ねじ式、油圧式、その他任意の手段により、あらかじめ軸部の長さを調整可能とすることにより、周期調整を容易に行うことができる。
【００３５】
また、設計周期と実際の構造物の周期が異なることは多々あり、経年的に見ても構造物の周期が変動することもあるため、周期調整を可能とすることで、より効率的な制御が可能となる。
【００３６】
なお、以上述べた転がり振子を用いたＴＭＤ、ＡＭＤ、ＨＭＤ、ＤＭＤの使い分けのバリエーションとしては、以下のようなパターンが考えられる。
【００３７】
(1) 水平２方向（捩じれを含む場合あり）とも振動が大きい場合水平２方向ともアクティブ制御とし、両方向ともＡＭＤ、ＨＭＤ、ＤＭＤ、またはこれらの組み合わせとすることが望ましい。
【００３８】
(2) 水平１方向（捩じれを含む場合あり）の振動が大きく、他の水平方向の振動はそれほど大きくない場合水平１方向をアクティブ制御、他方向をパッシブ制御とし、振動が大きい方向はＡＭＤ、ＨＭＤ、またはＤＭＤ、振動がそれほど大きくない方向はＴＭＤとすることが望ましい。
【００３９】
(3) 水平１方向（捩じれを含む場合あり）の振動が大きく、他の水平方向の振動は問題ではない場合水平１方向のみアクティブ制御とし、ＡＭＤ、ＨＭＤ、またはＤＭＤとすることが望ましい。
【００４０】
(4) 水平２方向（捩じれを含む場合あり）とも振動がそれほど大きくない場合水平２方向ともパッシブ制御のＴＭＤを適用することが考えられる。
【００４１】
(5) 水平１方向（捩じれを含む場合あり）の振動についてそれほど大きくなく、かつ他の水平方向の振動は問題ではない場合水平１方向のみパッシブ制御のＴＭＤを適用することが考えられる。
【００４２】
なお、以上、全ての場合において、制震装置の個数は、振動方向および設置条件に応じ、１個ないし複数個設置する。
【００４３】
【発明の実施の形態】
図１は本願発明に係る制震装置の一実施形態を示したもので、ＴＭＤを構成する重錘１を４点で転がり振子３で支持する構造となっている。なお、図示を省略しているが、通常、これに重錘１と構造物との間に介在する形で、別個の減衰機構が加わる。減衰機構については、油圧ダンパ、粘性ダンパ、摩擦ダンパ、弾塑性ダンパ等、従来のＴＭＤで用いられている各種の減衰機構を適用することができる。
【００４４】
本実施形態の転がり振子３は、図３(a) 、(b) に示すように、軸部３ａの上下端部に円弧状の凸面を形成する板状の転がり部３ｂ，３ｃを有するものであり、上下の転がり部３ｂ，３ｃは互いに直交する方向に設けられている。
【００４５】
転がり部３ｂ，３ｃの凸面の曲率は、転がり振子３としてＴＭＤの設計に応じて要求される周期（例えば、構造物の１次固有周期に同調させた周期）によって決まり、転がり振子３の長さＬに対し、Ｌ＜Ｒ1 ，Ｌ＜Ｒ2 の範囲で設計される。
【００４６】
図２は本願発明に係る制震装置の他の実施形態を示したもので、制震装置がＡＭＤまたはＨＭＤの場合である。
【００４７】
基本的な構造は、図１のＴＭＤの構造に加え、重錘１と構造物との間にアクチュエータ４を介在させ、別途、設けられたセンサーにより地震動あるいは構造物の応答等を検知し、その情報に基づいてアクチュエータ４を制御するようになっている。
【００４８】
なお、図の例は構造物に反力壁５を設け、反力壁５部分で反力をとるようにしている。また、この例では２方向の制御を考えており、その場合、重錘１の水平振動に対応させるためには、アクチュエータ４と重錘１、反力壁５との間をピン接合とするか、あるいはスライド可能な構造とする必要がある。
【００４９】
ＡＭＤとＨＭＤの違いとしては、ＨＭＤの場合には転がり振子３の上下端の転がり部３ｂ，３ｃの曲率を構造物の固有周期と同調する曲率とし、ＡＭＤの場合には、通常、より小さな曲率半径をとって構造物の固有周期より長い周期に設定する。
【００５０】
また、図２の例において、直交する２方向について制震装置としての機能を同じものとする必要はなく、１方向がＡＭＤまたはＨＭＤで他方向についてＴＭＤとしたり、１方向がＡＭＤで他方向についてＨＭＤとすることもできる。
【００５１】
図４〜図９は本願発明に係る制震装置のさらに他の実施形態を示したもので、制震装置がＤＭＤの場合である。
【００５２】
図４は正面図、図５は正面方向から見た鉛直断面図、図６は側面図、図７〜図９はそれぞれ図４のＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図、Ｃ−Ｃ線断面図であり、構造物の頂部あるいは構造物内に設置されるＤＭＤの設置面に対し、直交するＸ，Ｙ２方向に振動可能な転がり振子３で第１の重錘１を４点で支持している。
【００５３】
ここで言う第１の重錘１とは、４本の転がり振子３で支持される部分全体の質量について言う。
【００５４】
この第１の重錘１に対し、Ｘ，Ｙそれぞれの方向について、第２の重錘２X ，２Y が設けられ、それぞれＸ，Ｙ方向のレールに沿って電磁力によって駆動されるようになっている。なお、駆動手段は電磁式のものに限らず、アクチュエータなどでもよい。
【００５５】
第２の重錘２X ，２Yの駆動制御の方法は、ＡＭＤあるいはＨＭＤの場合と同様であり、ＨＭＤの場合は例えば第２の重錘２X ，２Yの走行面を円弧状とし駆動力が作用しないときの第２の重錘２X ，２Yの固有周期を、構造物のＸ，Ｙそれぞれの方向の固有周期に同調する周期とすればよい。あるいは、構造物のＸ，Ｙそれぞれの方向の固有周期に同調させるバネを設けてもよい。
【００５６】
装置の重量の一例を挙げると、例えばＸ，Ｙ２方向の振動特性がほぼ等しい、重量１×１０7 ×９．８Ｎ（１００００ｔ）の正方形断面の高層建物の頂部に設置されるＤＭＤとしては、第１の重錘１の重量として５×１０4 ×９．８Ｎ（５０ｔ）、第２の重錘２X ，２Yの重量として、それぞれ１×１０4 ×９．８Ｎ（１０ｔ）といった規模になる。
【００５７】
その場合の寸法としては、図におけるＢX ≒ＢY ≒４．５ｍ、転がり振子３の長さＬ≒１．５ｍ、第１の重錘１のストロークＳX ≒ＳY ≒±５０ｃｍ、第２の重錘２X ，２YのストロークＳ2X≒Ｓ2Y≒±１００ｃｍ、第１の重錘１の上下方向の最大移動量≒２．４ｃｍといった例が挙げられる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、転がり振子が、水平何れの方向にも振動可能であるため、水平全方向に機能する制震装置を構成することができ、かつ、水平２方向の固有周期を独立に設定することができ、構造物の形態や制御方法に応じた制震装置を構成することができる。
【００５９】
また、転がり振子の場合、周期調整は長さと転がり部の曲率で変えることができるため、設計が容易であり、機構が簡単なことから製作性、メンテナンス性にも優れる。
【００６０】
本発明をＴＭＤの支持体として適用した場合には、転がり振子が重錘支持機構と周期調整用のバネ機構を兼ね、制震装置としての構造を大幅に簡略化することができる。
【００６１】
本発明をＡＭＤの支持体として適用した場合には、転がり振子が重錘支持機構として機能し、かつバネ機構としての中立位置を保持する機能を備えており、制震装置としての構造を大幅に簡略化することができる。
【００６２】
本発明をＨＭＤの支持体として適用した場合には、転がり振子が重錘支持機構と周期調整用のバネ機構を兼ね、制震装置としての構造を大幅に簡略化することができる。
【００６３】
本発明をＤＭＤの支持体として適用した場合には、転がり振子が重錘支持機構と周期調整用のバネ機構を兼ね、制震装置としての構造を大幅に簡略化することができる。
【００６４】
さらに、請求項２のように転がり振子の長さを可変とすれば、転がり振子の周期調整が容易となり、設置後に周期調整を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明に係る制震装置の一実施形態を示したもので、(a) は正面図、(b) は側面図、(c) は平面図である。
【図２】 本願発明に係る制震装置の他の実施形態を示した正面図である。
【図３】 本願発明で用いる転がり振子の一形態を示したもので、(a) は正面図、(b) は側面図である。
【図４】 本願発明に係る制震装置のさらに他の実施形態を示した正面図である。
【図５】 図４に対応する鉛直断面図である。
【図６】 図４に対応する側面図である。
【図７】 図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】 図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】 図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
１…重錘、２X …第２の重錘（Ｘ方向）、２Y …第２の重錘（Ｙ方向）、３…転がり振子、３ａ…軸部、３ｂ…転がり部（上端）、３ｃ…転がり部（下端）、４…アクチュエータ、５…反力壁 [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure damping device that uses a rolling pendulum as a weight support mechanism, and is installed on the top of a building, bridge, or other structure or in a structure, and is used for the structure of a structure caused by an earthquake or wind. Used to reduce response.
[0002]
[Prior art]
As a passive type vibration control device, there is a so-called dynamic vibration absorber (hereinafter referred to as TMD (abbreviation of tuned mass damper)), and as a device applied to a structure, for example, JP-A-63-76932 And those described in Japanese Patent Laid-Open No. 63-114773.
[0003]
The basic structure of TMD is a structure in which a weight constituting a vibration absorption system is connected to a structure constituting a main vibration system by a spring and a damper, and the mass of the weight, the spring constant of the spring, and the damping of the damper. By adjusting the coefficient, etc., the vibration of the vibration absorption system is synchronized with the vibration of the main vibration system, so that energy is consumed in the vibration absorption system and the response of the structure to external vibration forces such as earthquakes and winds is reduced. It is.
[0004]
Note that the tuning does not necessarily mean that the periods coincide with each other, and in general, the optimum control is performed at a position slightly shifted in period.
[0005]
As an active vibration control device, for example, one described in JP-A-1-275866-69 (hereinafter referred to as AMD (abbreviation of active mass driver or active mass damper)) etc. is there.
[0006]
The basic structure of AMD is that the control force u (t) by the hydraulic pressure or electromagnetic force of the actuator is applied between the structure that constitutes the main vibration system and the weight that gives the counterforce. The response of the structure can be actively controlled by applying a control force u (t) corresponding to an external vibration force such as an earthquake or wind. In this case, if necessary, the structure and the weight are connected by a soft spring for maintaining a neutral position, or a damper is interposed.
[0007]
In addition to this, a spring is added in parallel to the above-mentioned AMD to give control force u (t) to the vibration of the main vibration system, and vibration equivalent to AMD with less control force than AMD. There is one that obtains a control effect [hereinafter referred to as HMD (abbreviation of hybrid mass damper)].
[0008]
In addition, HMD includes those intended only to function as TMD when the control force u (t) cannot be generated due to a failure of the device or an external force exceeding the capability of the device. It is.
[0009]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-156171 by one of the applicants of the present application discloses that a second weight having a smaller mass is connected to a weight of the TMD via a spring and an actuator, An active vibration control device (hereinafter referred to as DMD (abbreviation of dual mass damper)) of a type that suppresses vibration of a structure due to an earthquake or the like by applying a control force to the weight 2 is described. Therefore, a large vibration control effect can be obtained with a smaller control force.
[0010]
On the other hand, regarding a seismic isolation device different from a seismic control device using such a weight, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-80817 discloses that a seismic isolation device using a rolling pendulum is used instead of a conventional seismic isolation mechanism such as laminated rubber. An apparatus is described.
[0011]
This is because between the lower structure and the upper structure in the seismic isolation layer, a column main body and plate-like upper and lower rolling portions provided at the upper and lower ends of the column main body are provided. A rolling pendulum is installed to block vibration transmission from the lower structure to the upper structure.
[0012]
In this rolling pendulum, convex arc surfaces are formed on the upper rolling portion and the lower rolling portion, and the arc surface of the upper rolling portion and the arc surface of the lower rolling portion are orthogonal to each other in plan view. It can handle any horizontal seismic force.
[0013]
In addition, unlike conventional laminated rubber that is commonly used in seismic isolation devices, it is not affected by the weight of the upper structure in the adjustment of the cycle, so it has the advantage that it can be freely designed. Yes.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
TMD, AMD, HMD, and DMD that have been put into practical use as a support mechanism and spring mechanism for the structure installation surface are relatively easy to install, have low noise, and do not require much maintenance for a certain period of time. Conventionally, a laminated rubber type is often used because it is not necessary.
[0015]
In addition, things that run on rails, those that use sliding surfaces, and those that are supported by a pendulum by hanging materials are also considered, but they generate noise, are difficult to obtain a predetermined period, or are large installations. There are advantages and disadvantages, such as requiring space.
[0016]
The present invention is intended to solve the above-described problems, and by devising a support mechanism that also serves as a spring mechanism, the structure of the vibration control device can be simplified, and is excellent in manufacturability and maintainability. The object is to provide a structure damping device that can be installed in a limited space.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The structure damping device according to
About one of them,
(1) and weight to be supported via the support to the structure creation, and a spring mechanism connecting said weight and said structure, the spring constant of the spring mechanism is vibration of the weight the structure Passive vibration control device set to synchronize with the vibration of the object ,
Or
(2) A weight that is supported by a structure via a support, and is interposed between the structure and the weight, and is configured according to a vibration external force between the structure and the weight. A vibration control device having a driving means for applying a control force to reduce the response of the object,
Or
(3) a weight supported by a structure via a support, a spring mechanism connecting the structure and the weight, and the structure interposed between the structure and the weight; Drive means for applying a control force for reducing the response of the structure according to the vibration external force between the weight and the weight, and the vibration constant of the weight is determined by the vibration constant of the spring mechanism. Seismic control device set to synchronize with vibration,
Or
(4) The first weight driven by a control force acting between the first weight, a support that supports the first weight with respect to the structure, and the first weight. Control device having a second weight movable relative to the second weight
Configure one of the vibration control devices
About the other direction of the two horizontal directions,
(1) a weight supported by a structure via a support; and a spring mechanism that connects the structure to the weight; and a spring constant of the spring mechanism is determined by vibration of the weight. Passive vibration control device set to synchronize with the vibration of the object,
Or
(2) A weight that is supported by a structure via a support, and is interposed between the structure and the weight, and is configured according to a vibration external force between the structure and the weight. A vibration control device having a driving means for applying a control force to reduce the response of the object,
Or
(3) a weight supported by a structure via a support, a spring mechanism connecting the structure and the weight, and the structure interposed between the structure and the weight; Drive means for applying a control force for reducing the response of the structure according to the vibration external force between the weight and the weight, and the vibration constant of the weight is determined by the vibration constant of the spring mechanism. Seismic control device set to synchronize with vibration,
Or
(4) The first weight driven by a control force acting between the first weight, a support that supports the first weight with respect to the structure, and the first weight. Control device having a second weight movable relative to the second weight
Configure one of the vibration control devices
As before Symbol support, the lower end which is the upper end and the installation surface is a supporting surface and an arcuate convex surface, with a plurality of rolling pendulum made larger than the length of the support a curvature radius of the convex surface, the period of the rolling pendulum By setting the vibration of the rolling pendulum to synchronize with the vibration of the structure, the rolling pendulum has the function of the spring mechanism. The rolling pendulum is provided at the shaft portion and the upper end of the shaft portion. The upper rolling part and the lower rolling part provided at the lower end of the shaft part, the upper rolling part and the lower rolling part have convex surfaces in different directions, and the upper rolling part and the lower rolling part The convex radii have different curvature radii .
[0018]
(1) in the above configuration corresponds to a conventional TMD support mechanism to which a rolling pendulum is applied, and the curvature radius R of the convex surface at the upper end or the lower end is set to the length of the support body which is the height of the rolling pendulum mechanism itself. The period can be changed by changing in the range of R> L in relation to the length L. Conversely, the period can be changed by changing the length of the support L.
[0019]
An arc-shaped convex surface is not limited to an arc, but also includes a curve similar to an arc whose curvature changes along the convex surface. By changing the curvature, the nonlinearity of rotation can be corrected. Is possible.
[0020]
In addition, the arc-shaped convex surface is considered to be formed in one horizontal direction as described mainly in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-80817, but it is not necessarily limited to one horizontal direction. It does not have to be.
[0021]
Further, the arcuate convex surface of the rolling unit, provided above and below as described in JP 2000-80817, by providing so as to be perpendicular to each other, that Do and also vibrate in the horizontal any direction.
[0022]
Furthermore, although so as to intersect the upper and lower rolling unit in two horizontal directions in a horizontal view, depending on the form and method of controlling the structure creation, the period in each direction to differ.
[0023]
(2) in the above configuration corresponds to a conventional AMD support mechanism in which a rolling pendulum is applied, and the curvature radius R of the convex surface at the upper end or the lower end is set to the length of the support body which is the height of the rolling pendulum mechanism itself. The period can be changed by changing in the range of R> L in relation to the length L. Conversely, the period can be changed by changing the length of the support L.
[0024]
In addition, in HMD mentioned later, it is necessary to synchronize the period of a rolling pendulum with the natural period of a structure, but AMD is making control force act in the form which is not synchronized.
[0025]
(3) in the above configuration corresponds to a conventional HMD supporting mechanism using a rolling pendulum, and the curvature radius R of the convex surface at the upper end or the lower end is set to the length of the supporting body which is the height of the rolling pendulum mechanism itself. The period can be changed by changing in the range of R> L in relation to the length L. Conversely, the period can be changed by changing the length of the support L.
[0026]
Incidentally, the direction of the control force in the HMD of AMD Toko described above, intersecting the case of one direction (usually perpendicular) For two-way and there is, also configured to provide two-way control force to the weight Is possible.
[0027]
(4) in the above configuration is equivalent to a conventional DMD supporting mechanism to which a rolling pendulum is applied, and the curvature radius R of the convex surface at the upper end or the lower end is set to the length of the supporting body which is the height of the rolling pendulum mechanism itself. The period can be changed by changing in the range of R> L in relation to the length L. Conversely, the period can be changed by changing the length of the support L.
[0028]
In this case as well, as in the case of AMD or HMD, a configuration in which a control force in two directions is given to the second weight is possible, but a configuration in which two second weights are provided and the control force is given individually. Is also possible.
[0029]
Moreover, Te present invention smell, pendulum shy rolling the axial portion and the upper rolling unit provided on the upper end of the shaft portion, Ri Do and a lower rolling section provided at the lower end of the shaft portion, the upper rolling unit and the lower rolling unit but that has a convex surface for different one-way each other.
[0030]
This is the same configuration as that of the invention described in the aforementioned Japanese Patent Laid-Open No. 2000-80817, and each rolling pendulum supporting the weight can vibrate in any horizontal direction.
[0031]
Moreover, Te present invention smell, the curvature of the convex surface of the upper rolling unit and the lower rolling unit radius differs respectively, the natural period of the direction of the building by the form of the structure or the like is applied to different cases or the like.
[0032]
In addition, the one direction and control of passive TMD, Ru applicable der even in a case where the AMD control for the other direction.
[0033]
Claim 2 is the vibration control device for a structure according to
[0034]
As described above, since the period changes by changing the length of the rolling pendulum, the period can be adjusted by adjusting the length of the shaft part in advance by a screw type, hydraulic type, or any other means. It can be done easily.
[0035]
In addition, the design cycle and the actual structure cycle are often different, and the structure cycle may fluctuate over time. Is possible.
[0036]
In addition, the following patterns can be considered as a variation of proper use of TMD, AMD, HMD, and DMD using the above-described rolling pendulum.
[0037]
(1) Horizontal 2 (may twist containing) direction with the active control both when two horizontal directions vibration is large, both directions AMD, HMD, DMD or not to want a combination of these.
[0038]
(2) When the vibration in one horizontal direction (including twisting) is large and the vibration in other horizontal directions is not so large, the horizontal one direction is active control and the other direction is passive control. HMD or DMD, direction vibration is not so large not to desirable to TMD,.
[0039]
(3) a large vibration in the horizontal one direction (may contain a twist), the vibration of the other in the horizontal direction is the active control only one horizontal direction does not matter if, have to desirable to AMD, HMD or DMD, .
[0040]
(4) Horizontal 2 (may contain a twist) direction with it is thought that the application of TMD in the case two horizontal directions with passive control vibration is not so large.
[0041]
(5) not so large for the vibration in the horizontal one direction (may contain a twist), and the vibration of the other horizontal it is thought that the application of TMD passive control only one horizontal direction if it is not a problem.
[0042]
In all cases described above, one or a plurality of damping devices are installed depending on the vibration direction and installation conditions.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of a vibration control device according to the present invention , which has a structure in which a
[0044]
Rolling
[0045]
The curvatures of the convex surfaces of the rolling
[0046]
FIG. 2 shows another embodiment of the vibration control device according to the present invention , in which the vibration control device is AMD or HMD.
[0047]
In addition to the TMD structure of FIG. 1, the basic structure is that an actuator 4 is interposed between the
[0048]
In the example shown in the figure, the
[0049]
The difference between AMD and HMD is that in the case of HMD, the curvatures of the rolling
[0050]
Moreover, in the example of FIG. 2 , it is not necessary to make the function as a seismic control device the same in two orthogonal directions, and one direction is AMD or HMD and the other direction is TMD, or one direction is AMD and the other direction. It can also be an HMD.
[0051]
4 to 9 show still another embodiment of the vibration control device according to the present invention , in which the vibration control device is DMD.
[0052]
Figure 4 is a front view, FIG. 5 is a vertical sectional view as seen from the front direction, FIG. 6 is a side view, FIGS. 7-9 A-A line sectional view, respectively, of FIG 4, B-B line cross-sectional view, C- It is a sectional view taken along line C, and the
[0053]
Here, the
[0054]
Second weights 2 X and 2 Y are provided for the
[0055]
The drive control method of the second weights 2 X and 2 Y is the same as that in the case of AMD or HMD. In the case of HMD, for example, the travel surfaces of the second weights 2 X and 2 Y are driven in an arc shape. The natural period of the second weights 2 X and 2 Y when no force acts may be a period that is synchronized with the natural period in the X and Y directions of the structure. Alternatively, a spring that synchronizes with the natural period in the X and Y directions of the structure may be provided.
[0056]
As an example of the weight of the device, for example, as a DMD installed at the top of a high-rise building with a square cross section with a weight of 1 × 10 7 × 9.8 N (10000 t) having substantially the same vibration characteristics in the X and Y directions, The weight of one
[0057]
The dimensions in that case are as follows: B X ≈B Y ≈4.5 m in the figure, the length L of the rolling
[0058]
【The invention's effect】
According to the present invention, independent pendulum rising Rolling, because it is also capable of vibrating in the horizontal any direction, Ki de is possible to construct a vibration control device which functions in a horizontal omnidirectional, and the natural period of the two horizontal directions can be set to, Ru can configure the vibration control apparatus according to the embodiment and the control method of the structure.
[0059]
Also, if the pendulum rising rolling, it is possible the cycle adjusting changing curvature of the rolling section length, it is easy to design, mechanism manufacturability since it is simple, Ru excellent maintainability.
[0060]
When the present invention is applied as a TMD support body, the rolling pendulum serves as a weight support mechanism and a spring mechanism for adjusting the period, and the structure as a vibration control device can be greatly simplified.
[0061]
When the present invention is applied as an AMD support body, the rolling pendulum functions as a weight support mechanism and has a function of maintaining a neutral position as a spring mechanism, greatly improving the structure as a vibration control device. It can be simplified.
[0062]
When the present invention is applied as a support of an HMD, the rolling pendulum serves as a weight support mechanism and a spring mechanism for adjusting the period, and the structure as a vibration control device can be greatly simplified.
[0063]
When the present invention is applied as a support for the DMD is rolling pendulum serves as a spring mechanism of the weight support mechanism and periodic adjustment, Ru can be greatly simplified structure as a seismic damping device.
[0064]
Et al is, if the variable length of the pendulum rolling as claimed in claim 2, the rolling cycle adjusting the pendulum is facilitated, it is also possible to perform cycle adjustment after installation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of a vibration control device according to the present invention , in which (a) is a front view, (b) is a side view, and (c) is a plan view.
FIG. 2 is a front view showing another embodiment of the vibration control device according to the present invention .
FIGS. 3A and 3B show an embodiment of a rolling pendulum used in the present invention. FIG. 3A is a front view and FIG. 3B is a side view.
FIG. 4 is a front view showing still another embodiment of the vibration control device according to the present invention .
FIG. 5 is a vertical sectional view corresponding to FIG. 4 ;
6 is a side view corresponding to FIG. 4. FIG.
7 is a sectional view along line A-A of FIG.
8 is a sectional view taken along line B-B of FIG.
9 is a sectional view taken along line C-C of FIG.
[Explanation of symbols]
1 ... weight, 2 X ... second weight (X-direction), 2 Y ... second weight (Y-direction), 3 ... rolling pendulum, 3a ... shank, 3b ... rolling portion (upper end), 3c ... rolling portion (lower end), 4 ... actuator, 5 ... reaction force wall
Claims (2)
構造物に対し支持体を介して支持される重錘と、前記構造物と前記重錘を連結するバネ機構とを備え、前記バネ機構のバネ定数を前記重錘の振動が前記構造物の振動に同調するように設定してなる受動型の制震装置、
または構造物に対し支持体を介して支持される重錘と、前記構造物と前記重錘との間に介在し、前記構造物と前記重錘との間に振動外力に応じて構造物の応答を低減させるための制御力を作用させる駆動手段とを備えた制震装置、
または構造物に対し支持体を介して支持される重錘と、前記構造物と前記重錘を連結するバネ機構と、前記構造物と前記重錘との間に介在し、前記構造物と前記重錘との間に振動外力に応じて構造物の応答を低減させるための制御力を作用させる駆動手段とを備え、前記バネ機構のバネ定数を前記重錘の振動が前記構造物の振動に同調するように設定してなる制震装置、
または第１の重錘と、構造物に対し前記第１の重錘を支持する支持体と、前記第１の重錘との間に作用する制御力により駆動され前記第１の重錘に対し相対移動可能な第２の重錘とを備えた制震装置
のいずれかの制震装置を構成し、
前記水平２方向のうちの他の方向について、
構造物に対し支持体を介して支持される重錘と、前記構造物と前記重錘を連結するバネ機構とを備え、前記バネ機構のバネ定数を前記重錘の振動が前記構造物の振動に同調するように設定してなる受動型の制震装置、
または構造物に対し支持体を介して支持される重錘と、前記構造物と前記重錘との間に介在し、前記構造物と前記重錘との間に振動外力に応じて構造物の応答を低減させるための制御力を作用させる駆動手段とを備えた制震装置、
または構造物に対し支持体を介して支持される重錘と、前記構造物と前記重錘を連結するバネ機構と、前記構造物と前記重錘との間に介在し、前記構造物と前記重錘との間に振動外力に応じて構造物の応答を低減させるための制御力を作用させる駆動手段とを備え、前記バネ機構のバネ定数を前記重錘の振動が前記構造物の振動に同調するように設定してなる制震装置、
または第１の重錘と、構造物に対し前記第１の重錘を支持する支持体と、前記第１の重錘との間に作用する制御力により駆動され前記第１の重錘に対し相対移動可能な第２の重錘とを備えた制震装置
のいずれかの制震装置を構成し、
前記支持体として、支持面である上端および設置面である下端を円弧状の凸面とし、前記凸面の曲率半径を支持体の長さより大きくした複数の転がり振子を用い、前記転がり振子の周期を転がり振子の振動が前記構造物の振動に同調するように設定することにより、転がり振子に前記バネ機構の機能を持たせてなり、前記転がり振子は、軸部と、前記軸部の上端に設けた上転がり部と、前記軸部の下端に設けた下転がり部とからなり、前記上転がり部と下転がり部が互いに異なる一方向についての凸面を有し、かつ前記上転がり部と下転がり部の凸面の曲率半径がそれぞれ異なることを特徴とする構造物用制震装置。 It has a function as a vibration control device in two horizontal directions.
Comprising a weight supported via a support to structure creation, and a spring mechanism connecting said weight and said structure, vibrating the spring constant of the spring mechanism is vibration of the weight of the structure set passive vibration control device comprising to tune to,
Alternatively, a weight supported by a structure via a support, and the structure is interposed between the structure and the weight, and the structure is deformed according to vibration external force between the structure and the weight. A vibration control device having drive means for applying a control force to reduce response;
Or a weight supported by a structure via a support, a spring mechanism that connects the structure and the weight, and interposed between the structure and the weight, the structure and the weight Drive means for applying a control force to reduce the response of the structure according to the vibration external force between the weight and the weight, and the spring constant of the spring mechanism is changed to the vibration of the weight. Seismic control device set to synchronize,
Alternatively, the first weight, the support that supports the first weight with respect to the structure, and the control force acting between the first weight and the first weight are driven. Seismic control device having a second weight capable of relative movement
Configure one of the vibration control devices
About the other direction of the two horizontal directions,
A weight supported by a structure via a support; and a spring mechanism that connects the structure and the weight. The spring constant of the spring mechanism is determined by the vibration of the weight. Passive vibration control device set to tune to
Alternatively, a weight supported by a structure via a support, and the structure is interposed between the structure and the weight, and the structure is deformed according to vibration external force between the structure and the weight. A vibration control device having drive means for applying a control force to reduce response;
Or a weight supported by a structure via a support, a spring mechanism that connects the structure and the weight, and interposed between the structure and the weight, the structure and the weight Drive means for applying a control force to reduce the response of the structure according to the vibration external force between the weight and the weight, and the spring constant of the spring mechanism is changed to the vibration of the weight. Seismic control device set to synchronize,
Alternatively, the first weight, the support that supports the first weight with respect to the structure, and the control force acting between the first weight and the first weight are driven. Seismic control device having a second weight capable of relative movement
Configure one of the vibration control devices
As before Symbol support, the lower end which is the upper end and the installation surface is a supporting surface and an arcuate convex surface, with a plurality of rolling pendulum made larger than the length of the support a curvature radius of the convex surface, the period of the rolling pendulum By setting the vibration of the rolling pendulum to synchronize with the vibration of the structure, the rolling pendulum has the function of the spring mechanism. The rolling pendulum is provided at the shaft portion and the upper end of the shaft portion. The upper rolling part and the lower rolling part provided at the lower end of the shaft part, the upper rolling part and the lower rolling part have convex surfaces in different directions, and the upper rolling part and the lower rolling part Seismic control device for structures, wherein the convex radii of curvature are different from each other .
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