JP5390287B2 - Vibration control device - Google Patents
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Description
本発明は、構造物の制振装置に関するものである。 The present invention relates to a structure damping device.
従来より、構造物の振動を低減するための制振装置として、駆動装置をもたないTMD(Tuned Mass Damper:同調質量ダンパ)が利用されている。TMDの構造としては、構造物の最上階にアームで吊り下げられた錘を備えるものが知られている。 Conventionally, a TMD (Tuned Mass Damper) having no drive device has been used as a vibration control device for reducing vibration of a structure. As a TMD structure, a structure including a weight suspended by an arm on the top floor of a structure is known.
ところで、超高層ビルのような構造物に発生する振動は長周期である。長周期の振動をTMDによって低減するためには、錘を吊り下げるアームの長さを長くしてTMDの周期を長くする必要がある。しかし、構造物の設置スペースには限りがあるため、制振装置の全高を低く抑えることが求められている。 By the way, the vibration generated in a structure such as a skyscraper has a long period. In order to reduce long-period vibration by TMD, it is necessary to lengthen the length of the arm that suspends the weight and lengthen the TMD period. However, since the installation space for the structure is limited, it is required to keep the overall height of the vibration damping device low.
特許文献1には、可動マスに加えて倒立振子式の副マスを用いることによって、高さを低くしたTMD方式の構造物の制振装置が開示されている。これにより、アームを長くすることなく長周期化を実現している。
しかしながら、特許文献1のような制振装置では、副マスは一本のアームで支持されているため、副マスが移動不可能な方向の振動が付加されたような場合に、アームに過大な荷重が作用するおそれがあった。
However, in the vibration damping device as in
そこで、本発明では、強度に優れた制振装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a vibration damping device having excellent strength.
本発明は、構造物に吊り下げられて揺動可能な振子状の主マスと、前記主マスの上方に設けられ、基端を前記構造物に回動自在に固定される支持体によって倒立して支持され、前記主マスと同方向に揺動可能な振子状の副マスと、前記主マスと前記副マスとを同期して揺動させるためのリンク部と、を備え、振動が付加されると、前記主マスと前記副マスとが前記リンク部によって同期して長周期に揺動することで、構造物の振動を低減可能な制振装置であって、前記支持体と前記副マスとは、前記主マスの揺動可能な方向と垂直に交差して前記主マスを跨ぐような門型の揺動枠を形成することを特徴とする。 The present invention is inverted by a pendulum-shaped main mass that is suspended and swingable on a structure, and a support that is provided above the main mass and has a base end rotatably fixed to the structure. And a pendulum-shaped submass that can be swung in the same direction as the main mass, and a link portion that allows the main mass and the submass to be swung in synchronization with each other. Then, the main mass and the sub mass are swung in a long cycle in synchronization with the link portion, and thereby the vibration damping device capable of reducing the vibration of the structure, the support body and the sub mass Is characterized in that a gate-shaped swing frame is formed so as to cross the main mass in a direction perpendicular to the swingable direction of the main mass.
本発明では、副マスは、基端を構造物に回動自在に固定される支持体によって倒立して支持され、支持体と副マスとは、主マスの揺動可能な方向と交差して設けられる門型の揺動枠を形成する。よって、副マスに移動不可能な方向の振動が付加されたような場合には、門型の揺動枠は変形しにくいため、支持体に過大な荷重が作用することを防止可能である。 In the present invention, the sub mass is supported by being inverted by a support body whose base end is rotatably fixed to the structure, and the support body and the sub mass intersect with the swingable direction of the main mass. A portal-type swing frame to be provided is formed. Therefore, when vibration in a direction incapable of moving is applied to the sub mass, the portal-type swing frame is difficult to deform, and therefore it is possible to prevent an excessive load from acting on the support.
したがって、強度に優れた制振装置を得ることができる。 Therefore, a vibration damping device with excellent strength can be obtained.
(第1の実施の形態)
以下、図1及び図2を参照しながら本発明の第1の実施の形態に係る制振装置100について説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a
制振装置100は、直方体の枠状の本体1に揺動可能に吊り下げられる主マス10と、主マス10と同方向に揺動可能な倒立振子式の副マス20と、主マス10と副マス20とを同期して揺動させるためのリンク部30とを備える。制振装置100は、主マス10及び副マス20の振動によって構造物に作用する力を利用して、構造物の振動を低減するものである。
The
構造物は、例えば高層ビルであり、制振装置100は高層ビルの最上階や屋上など構造物の高い位置に設置される。
The structure is, for example, a high-rise building, and the
制振装置100は本体1の内部に設けられるが、この態様に限られるものではなく、例えば本体1を設けずに、主マス10を上階から吊り下げ、副マス20をその下の階から倒立させるなど、構造物に固定されていればよい。
The
本体1は、直立する四本の柱2と、四本の柱2の上端を長方形状に連結する四本の梁3と、対向する一対の梁3の間を連結するように設けられる二本の梁4とを備える剛体である。
The
柱2は、四本とも同一の長さである。よって、梁3及び梁4は、床面5と平行に設けられる。
The four
梁4は、主マス10を吊り下げるために設けられる。梁4は、図1において手前側と奥側に、図1に現れている手前の梁3と平行になるように設けられる。
The
主マス10を吊り下げるために梁4を設ける他にも、四本の梁3によって形成される長方形の枠を埋めるような天面を形成してもよい。また、本体1を構成する梁3から主マス10を吊り下げる態様であってもよい。
In addition to providing the
本体1は、構造物の水平な床面5に強固に固定される。振動を低減するための制振装置100による力は、本体1と床面5との固定部から構造物に伝達されるためである。
The
主マス10は、長さの等しい四本のアーム11で梁4から吊り下げられる平行振子状の直方体の錘である。主マス10は、長手方向(図1で見て左右方向)に揺動可能である。以下、この方向を揺動可能方向という。
The
主マス10は、高層ビルに設置される場合には、例えば質量が数10トン程度のものから100トン以上になるものまである。主マス10は、積層された多数の鉄板で構成されるが、他にも鉄筋コンクリートで製作してもよく、さらに水などの液体が充填されたタンクのようなものであってもよい。
When the
主マス10と構造物との間には、主マス10の振動を減衰するための減衰手段(図示省略)が設けられる。減衰手段は、制振装置100がTMDである場合にはダンパであり、制振装置100がAMD(Active Mass Damper:アクティブ質量ダンパ)である場合には振動を制御するためのアクチュエータである。アクチュエータは、例えば、油圧シリンダや電動シリンダなどのシリンダである。
Attenuating means (not shown) for attenuating vibration of the
主マス10と構造物との間にシリンダが設けられる場合には、構造物には、加速度を検出するための加速度センサ又は変位を検出するための変位センサが設けられる。シリンダにはストロークを検出するためのストロークセンサが設けられ、加速度センサ又は変位センサからの信号とストロークセンサからの信号とによってシリンダの制御を行う。これにより、主マス10の振動を制御することができる。
When a cylinder is provided between the
アーム11は、継手12を介して上端を梁4に回動自在に固定され、継手13を介して下端を主マス10に回動自在に固定される。アーム11は、一本の梁4に対して二本ずつ配設される。
The
アーム11は、図1における手前側と奥側の梁4で互いに同一の位置に固定され、主マス10の上部の手前側と奥側とでも互いに同一の位置に固定される。主マス10は平行振子であり、振動が加わっても主マス10が傾斜することは無く、床面5との平行を維持しながら揺動する。
The
主マス10が揺動したときには、図1において梁4,二本のアーム11及び主マス10によって形成されている長方形は、変形して平行四辺形になる。このとき、手前側の梁4,二本のアーム11及び主マス10で形成される平行四辺形は、奥側の梁4,二本のアーム11及び主マス10で形成される平行四辺形と常に合同である。
When the
継手12及び継手13は、ピンを中心として主マス10の揺動可能方向にのみアーム11を回動可能にするピン継手である。継手12,13が設けられることによって、主マス10は揺動可能方向に揺動し、図1で見て手前から奥の方向へと揺動することは不可能である。
The
副マス20は、主マス10の上方に重なるように設けられ、床面5から倒立して設けられる倒立振子式の錘である。副マス20は、主マス10と同方向に揺動可能である。つまり、副マス20は、主マス10の揺動可能方向に揺動可能である。
The
副マス20は、例えば数10トン程度の質量であり、主マス10よりも小さな質量で形成される。副マス20は、主マス10と同様に積層された多数の鉄板で構成される。副マス20は、支持体としての二本の柱21によって床面5に対して揺動可能に支持される。
The
支持体として二本の柱21を設けているが、この態様に限られるものでは無く、例えば門型の支持体を形成して、その上部に副マス20を支持するような構成であってもよい。
Although the two
柱21は、継手23を介して基端を床面5に回動可能に固定される。継手23は、ピンを中心に揺動可能方向にのみ柱21を回動可能にするピン継手である。これにより、振動が加わると副マス20は継手23のピンを支点として揺動可能方向に揺動する。
The
副マス20は、二本の柱21と一体として門型のラーメン構造である揺動枠25を形成する。
The
揺動枠25は、主マス10の揺動可能な方向と交差し、主マス10を跨ぐように設けられる。即ち、揺動枠25は、主マス10及び副マス20の揺動可能な方向に対して垂直に設けられる。よって、揺動枠25は、主マス10及び副マス20の揺動可能方向と同一の方向に、門型を維持したまま倒れ込むようにして揺動する。揺動枠25は、副マス20によって柱21の上端が強固に固定されることによって変形しにくい構造になっている。
The
副マス20は、柱21が床面5に対して垂直な状態で、主マス10と平行になるように設けられる。副マス20は、床面5と垂直に直立しているときには水平であるが、振動が付加されて揺動したときには傾斜する。副マス20は、継手23を中心に回動する柱21と一体に設けられるので、柱21の傾斜角度が副マス20の傾斜角度になるためである。
The
副マス20の傾斜角は、移動量が小さいときと比べて、移動量が大きいときの方が大きくなる。このように、副マス20は揺動して傾斜するため、主マス10と副マス20との間の距離は、副マス20が最大限に移動したときにも主マス10に衝突しない距離よりも大きく離しておく必要がある。
The inclination angle of the
副マス20は、リンク部30を介して主マス10と連係し、主マス10と同期して揺動可能方向に揺動する。
The
リンク部30は、主マス10の上部であり、かつ副マス20の下部に設けられる。リンク部30は、副マス20を支持する一対の柱21間を連結する伝達梁22と、伝達梁22を挟持するように主マス10に形成される一対の挟持部14と、挟持部14と伝達梁22との双方に常時当接するように設けられる一対のローラ31とを備える。
The
伝達梁22は、副マス20を支持する二本の柱21の間を連結するように設けられる。伝達梁22は、主マス10と副マス20との間に位置するように、揺動枠25と一体に形成される。よって、伝達梁22が柱21を固定するため、揺動枠25の強度は更に増すことになる。伝達梁22は、主マス10及び副マス20の揺動可能方向に対して垂直に、かつ床面5と平行に形成される。この伝達梁22が伝達部に該当する。
The
伝達梁22は、副マス20が揺動可能方向に揺動すると、揺動に伴って上下動をする。伝達梁22は、柱21と一体であり、継手23を中心として回動するためである。
When the
挟持部14は、主マス10の上部中央に凸状に一対形成される。二つの挟持部14は、主マス10の揺動可能方向に直列に並べて設けられる。挟持部14は、伝達梁22を挟持するように設けられ、伝達梁22との間で相互に力を伝達するために設けられる。
A pair of sandwiching
挟持部14は、直方体状の突起であり、主マス10及び副マス20の揺動可能方向に対して長手方向が垂直になるように形成される。挟持部14を凸状に形成するのではなく、挟持部14間の内側の面に相当する凹部を主マス10の上部に形成してもよい。
The clamping
挟持部14は、主マス10が揺動可能方向に揺動すると、揺動に伴って上下動をする。主マス10は、継手12を中心に回動するアーム11に固定されているためである。
When the
ローラ31は、伝達梁22と挟持部14との間の摺動性を確保するために設けられる。ローラ31は、伝達梁22と挟持部14との双方に回転自在に当接するように設けられる。具体的には、ローラ31は、一対の挟持部14と伝達梁22との間に設けられ、伝達梁22に回転可能に固定される。ローラ31を伝達梁22に固定せずに、挟持部14に回転可能に固定してもよい。
The
ローラ31は、一対の挟持部14と外周面が当接するように設けられる。ローラ31は、揺動に伴う主マス10及び副マス20の相対的な上下動に追従して回転する。
The
ローラ31は、挟持部14と伝達梁22との間の摺動性を確保できればよいため、ローラ31ではなく、例えば挟持部14と伝達梁22とを連結するユニバーサルジョイントなどであってもよい。また、ローラ31を設けずに、挟持部14及び伝達梁22の互いに当接する面に、例えば樹脂加工など摺動性を良くするための表面加工を施してもよい。
Since the
リンク部30が設けられる位置は、主マス10の上部に限られるものでは無く、主マス10の側部や下部であってもよい。
The position where the
以下、制振装置100の作用について説明する。
Hereinafter, the operation of the
強風が構造物にぶつかることなどによって外力が作用すると、構造物は振動をする。制振装置100にも振動が付加され、主マス10は、リンク部30を介して連係する副マス20と同期して一体として揺動する。この主マス10及び副マス20の揺動によって、構造物の振動を低減することが可能である。
When an external force is applied, such as when a strong wind hits the structure, the structure vibrates. Vibration is also applied to the
ここで、副マス20の慣性力によって、制振装置100の等価質量が増加し、等価剛性が低減するため、主マス10と副マス20との全体の固有周期は、主マス10単体での固有周期よりも長くなる。よって、制振装置100の固有周期は長周期化され、構造物の長周期振動を低減することが可能である。
Here, due to the inertial force of the
以下では、制振装置100に振動が付加されたときの具体的な動作について説明する。ここでは、主マス10及び副マス20が図1で見て右方向に揺動したときについて説明する。主マス10及び副マス20が左方向に揺動したときにも、同様の動作をする。
Hereinafter, a specific operation when vibration is applied to the
主マス10は、右方向に移動すると共に、継手12を中心とするアーム11の回動に伴って上方に移動する。
The
副マス20は、主マス10と同期して右方向に移動し、副マス20は、右方向に移動すると共に、継手23を中心とする柱21の回動に伴って下方に移動する。副マス20と柱21とは、主マス10及び副マス20の揺動可能方向と交差して設けられる門型の揺動枠25を構成しているため、揺動枠25の門型を維持したまま倒れ込むようにして揺動する。
The
以上より、主マス10に形成される挟持部14と副マス20と一体に設けられる伝達梁22とは、相対的に上下動する。具体的には、アーム11及び柱21が床面5に対して垂直である図1に示す状態で、挟持部14と伝達梁22との間の距離は最大であり、主マス10及び副マス20が大きく揺動するほど挟持部14と伝達梁22との間の距離は小さくなる。
As described above, the clamping
このように、挟持部14と伝達梁22とは相対的に上下動するため、一対のローラ31を介して互いに当接している。ローラ31が設けられることによって、挟持部14と伝達梁22とが相対的に上下動しても摺動性を確保できる。
Thus, since the clamping
挟持部14は、挟持部14と伝達梁22との相対的な上下動に伴ってローラ31が移動する高さよりも高く形成しておく必要がある。また、主マス10と副マス20との間の距離は、主マス10と副マス20との相対的な上下動によって伝達梁22が主マス10に衝突しないだけの距離より大きく離しておく必要がある。
The clamping
従来、副マスは一本の柱によって支持される倒立振子であったため、副マスが移動不可能な方向の力が付加されたような場合に、副マスの質量による過大な力が柱に作用するおそれがあった。 Conventionally, the secondary mass was an inverted pendulum supported by a single column. Therefore, when a force in a direction in which the secondary mass cannot move is applied, an excessive force due to the mass of the secondary mass acts on the column. There was a risk.
これに対して制振装置100では、副マス20は二本の柱21で支持される。また、副マス20と二本の柱21とで、主マス10及び副マス20の揺動可能方向と交差する門型のラーメン構造の揺動枠25を形成している。
On the other hand, in the
ここで、副マス20の移動不可能な方向に振動が作用して、副マス20が移動不可能な方向に移動しようとすると、揺動枠25には、門型の形状を変形させようとする力が作用する。しかし、門型のラーメン構造である揺動枠25は、副マス20によって柱21の上端が強固に固定されているため変形しにくく、副マス20が移動不可能な方向の力に対する剛性を確保できる。
Here, when the vibration acts in the direction in which the
また、従来は主マスに貫通穴を形成し、貫通穴に副マスを支持する柱を通過させていた。そのため、制振装置100と同等の質量にしようとすると貫通穴の分だけ主マスの外形を大きく形成する必要があった。
Conventionally, a through hole is formed in the main mass, and a pillar supporting the sub mass is passed through the through hole. Therefore, when trying to make the mass equivalent to that of the
これに対して制振装置100では、副マス20を支持する柱21は主マス10の外側を囲うように設置されるため、主マス10に貫通穴を形成する必要がない。よって、貫通穴の加工コストが抑えられ、また、貫通穴を形成しない分だけ主マス10を小型にすることが可能である。
On the other hand, in the
また、従来の構造では、一本の柱で保持される副マスを単体で組み立てることは困難であり、また、副マスを支持する一本の柱は主マスに形成された貫通穴を通過するため、副マスを主マスと同時に組み立ててゆく必要があった。 Further, in the conventional structure, it is difficult to assemble the sub mass held by one column alone, and one column supporting the sub mass passes through a through hole formed in the main mass. Therefore, it was necessary to assemble the secondary mass at the same time as the main mass.
これに対して制振装置100では、主マス10と副マス20とを予め別々に組み立てることが可能であり、組み立て性が向上している。
On the other hand, in the
以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。 According to the above embodiment, the following effects are obtained.
本発明では、副マス20は、二本の柱21によって支持され、柱21と副マス20とは、主マス10及び副マス20の移動可能方向と交差する門型のラーメン構造の揺動枠25を形成する。よって、地震などによって副マス20が移動不可能な方向の力が付加されたような場合にも、門型の揺動枠25は、副マス20によって柱21の上端が強固に固定されていることで変形しにくいため、柱21に過大な荷重が作用することを防止できる。したがって、強度に優れた制振装置100を得ることができる。
In the present invention, the
ここで、制振装置100は、主マス10及び副マス20の揺動可能方向(図1で見て左右方向)の振動に対してのみ振動を低減することが可能である。しかし、主マス10を支持する継手12,13をユニバーサルジョイントに変更し、副マス20が揺動可能な方向に対して垂直な方向(図1で見て前後方向)に揺動可能な副マスを更に設けることによって、任意の横方向から構造物に作用する横揺れを低減することが可能である。
Here, the
以下では、図3を参照しながら本発明の第1の実施の形態に係る制振装置100の変形例である制振装置150について説明する。
Hereinafter, a
制振装置150は、主マス50の長手方向に並ぶ複数の副マス60,61を備える点で制振装置100とは相違する。制振装置150では、二つの副マス60,61が設けられるが、副マスを三つ以上設けてもよい。
The
副マス60,61の個数が増加すると、制振装置150の設置面積を大きくする必要がある。しかし、それぞれの副マス60,61の高さを抑えることが可能であるため、制振装置150の高さを低くすることができる。
When the number of the
主マス50は、主マス10と同様に、長さの等しい四本のアーム11で梁4から吊り下げられる平行振子状の直方体の錘である。
Like the
副マス60,61は、副マス20と同様に、継手64,65を介して下端を床面5に回動可能に固定される支持体としての柱62,63によって床面5から倒立して支持される倒立振子式の錘である。柱62,63は、それぞれ一対ずつ設けられる。
Similar to the
副マス60,61と柱62,63とは、揺動枠25と同様に、それぞれ門型のラーメン構造の枠である揺動枠68,69を形成する。
The
継手64,65は、ピンを中心に揺動可能方向にのみ柱62,63を回動可能にするピン継手である。これにより、振動が付加されると、副マス60,61はそれぞれ継手64,65のピンを支点として揺動可能方向に揺動する。
The
副マス60,61は、柱62,63が床面5に対して垂直な状態で、主マス50と平行になるように設けられる。副マス60,61は、床面5と垂直に直立しているときには水平であるが、振動が付加されて揺動したときには傾斜する。
The
副マス60,61は、リンク部70,71を介して主マス50と連係しながら、主マス50と同期して揺動可能方向に揺動する。
The
リンク部70,71は、主マス50の上部であり、かつ副マス60,61の下部に設けられる。リンク部70,71は、副マス60,61を支持する一対の柱62,63間を連結する伝達梁66,67と、伝達梁66,67を挟持するように主マス50に形成される挟持部54,55と、挟持部54,55に常時当接するように伝達梁に回転可能に固定される一対のローラ31とを備える。
The
伝達梁66,67は、それぞれの揺動枠68,69を構成する二本の柱62,63の間を連結するように設けられる。伝達梁66,67は、主マス50と副マス60,61との間に位置するように、揺動枠68,69と一体に設けられる。伝達梁66,67は、主マス10及び副マス20の揺動可能方向に対して垂直に、かつ床面5と平行に形成される。この伝達梁66,67が伝達部に該当する。
The transmission beams 66 and 67 are provided so as to connect the two
挟持部54,55は、主マス50の上部に凸状に形成される。挟持部54,55は、主マス50の揺動可能方向に直列に並んで形成される。挟持部54,55は、それぞれ伝達梁66,67を挟持するように設けられ、伝達梁66,67との間で力を伝達するために設けられる。
The sandwiching
以上のように、制振装置150は複数の副マス60,61を備える。これにより、副マス60,61の質量の和の大きな副マスを設けた場合と同等の制振効果を得ることができる。また、副マス60,61を分割して設けることによって副マス60,61の高さを抑えることが可能である。
(第2の実施の形態)
以下、図4及び図5を参照しながら本発明の第2の実施の形態に係る制振装置200について説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
As described above, the
(Second Embodiment)
Hereinafter, a
第2の実施の形態は、副マス220が平行振子式である点で、副マス20が単振子式である第1の実施の形態と相違する。
The second embodiment is different from the first embodiment in which the
副マス220は、床面5から倒立して設けられる平行振子式の錘である。副マス220は、互いに長さの等しい四本の柱221によって支持される。
The
柱221は、副マス220の長手方向両端(図4で見て左右両端)に、それぞれ手前側と奥側とに二本ずつ重なるように設けられる。柱221は、継手224を介して副マス220に回動自在に固定され、継手223を介して床面5に回動自在に固定される。これにより、振動が加わっても、副マス220は支点を中心として傾斜することは無く、床面5との平行を保ったまま揺動する。
Two
継手223及び継手224は、ピンを中心に揺動可能方向にのみ柱221を回動可能にするピン継手である。継手223,224によって、副マス220は、揺動可能方向(図4で見て左右方向)に揺動する。副マス220は柱221によって揺動可能に支持されているため、長手方向への並進運動に加えて上下動をする。
The joint 223 and the joint 224 are pin joints that allow the
副マス220は、四本の柱221のうち各々2本ずつを一体として、二つの門型の揺動枠225を形成する。本実施形態では揺動枠225は二つであるが、三つ以上であってもよい。
The
揺動枠225は、主マス10の揺動可能な方向と交差し、主マス10を跨ぐように設けられる。即ち、揺動枠225は、主マス10及び副マス220の揺動可能な方向に対して垂直に設けられる。よって、揺動枠225は、主マス10及び副マス220の揺動可能方向と同一の方向に、門型を維持したまま倒れ込むようにして揺動する。揺動枠225は、副マス220によって柱221の上端が固定されることによって変形しにくい構造になっている。
The
リンク部230は、主マス10の上部であり、かつ副マス220の下部に設けられる。リンク部230は、副マス220の下部に形成される伝達突起222と、伝達突起222を挟持するように主マス10に形成される一対の挟持部14と、挟持部14と伝達突起222との双方に常時当接するように設けられる一対のローラ231とを備える。
The
伝達突起222は、副マス220の下部中央に、主マス10に向けて凸状に形成される。伝達突起222は、主マス10及び副マス220の移動可能方向に対して垂直に形成される。伝達突起222は、主マス10と副マス220との間で相互に力を伝達する。この伝達突起222が伝達部に該当する。
The
ローラ231は、伝達突起222と挟持部14との間の摺動性を確保するために設けられる。ローラ231は、一対の挟持部14と伝達突起222との間に設けられ、伝達突起222に回転自在に固定される。ローラ231の外周面は、挟持部14に常時当接する。ローラ231は、揺動に伴う主マス10及び副マス220の相対的な上下動に追従して回転する。
The
以下、制振装置200の作用について説明する。
Hereinafter, the operation of the
強風が構造物にぶつかることなどによって外力が作用すると、構造物は振動をする。制振装置200にも振動が付加され、主マス10は、副マス220と同期して一体として揺動する。この主マス10及び副マス220の揺動によって、構造物の振動を低減することが可能である。
When an external force is applied, such as when a strong wind hits the structure, the structure vibrates. Vibration is also applied to the
ここで、副マス220の慣性力によって、制振装置200の等価質量が増加し、等価剛性が低減するため、主マス10と副マス220との全体の固有周期は、主マス10単体での固有周期よりも長くなる。よって、制振装置200の固有周期は長周期化され、構造物の長周期振動を低減することが可能である。
Here, due to the inertial force of the
ここで、制振装置200における副マス220は平行振子式である。そのため、副マス220は床面5と平行な状態を保ったまま揺動可能方向に揺動する。このように、副マス220は傾斜することなく平行を維持したまま揺動するため、副マス20が傾斜する制振装置100と比べて、副マス220が平行移動する上下方向の範囲は小さくなる。よって、制振装置200の高さを低くすることが可能である。
Here, the
以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。 According to the above embodiment, the following effects are obtained.
副マス220は平行振子式であるため、副マス220は傾斜することなく平行移動をする。よって、副マス20が傾斜する制振装置100と比べて、副マス220が平行移動する上下方向の範囲が小さくなる。したがって、制振装置200の高さを低くすることが可能である。
(第3の実施の形態)
以下、図6から図8を参照しながら本発明の第3の実施の形態に係る制振装置300について説明する。
Since the
(Third embodiment)
Hereinafter, a
第3の実施の形態では、第2の実施の形態と同様に副マス320は平行振子であるが、リンク部330が並行リンク機構である点で第1,第2の実施の形態と相違する。
In the third embodiment, the
まず、図6及び図7を参照しながらリンク部330の全体構成について説明する。
First, the overall configuration of the
リンク部330は、主マス310を挟んで対称に一対設けられるが、ここでは図6に示されている一方のリンク部330についてのみ説明する。
A pair of
リンク部330は、主マス310に形成されるリンク取付部318に設けられる二つの継手319と、副マス320に設けられる二つの継手329とを連結するように設けられる。リンク部330は、主マス310と副マス320との間で相互に力を伝達する。
The
主マス310は、下部から側方に凸状に形成されるリンク取付部318と、リンク取付部318に固定される二つの継手319とを備える。
The
リンク取付部318は、リンク部330を取付ける土台となる部分である。リンク取付部318は、主マス310と一体に形成され、副マス320との間で力の伝達を行う。
The
継手319は、ピンを中心に一自由度の回転運動が可能なピン継手である。 The joint 319 is a pin joint that is capable of rotational movement with one degree of freedom around the pin.
継手329は、副マス320の下面に固定される。継手329は、柱21と回動自在に連結される継手224の内側に設けられる。柱221は、リンク部330の外側を通過する必要があるためである。継手329もまた、ピンを中心に一自由度の回転運動が可能なピン継手である。
The joint 329 is fixed to the lower surface of the
リンク部330は、主マス310に継手319を介して回動自在に連結される一対の並行リンク338と、副マス320に継手329を介して回動自在に連結される一対の並行リンク339と、並行リンク338,339の自由端同士を連結する一対の中央関節336と、一対の中央関節336同士を連結する中央リンク337とを備える。この並行リンク338,339が、それぞれ第1並行リンク,第2並行リンクに該当する。
The
並行リンク338,339は、二つずつ設けられ、並行リンク338,339の自由端は、それぞれ中央関節336に接続される。並行リンク338,339は、同一の長さで形成されるため、中央リンク337を挟んで対称である。
Two
中央リンク337は、主マス310及び副マス320との水平を保ったまま長手方向に移動可能である。中央リンク337は、二つの中央関節336の間に設けられる。
The
図6に示すように、一対の継手329と一対の中央関節336とによって、中央リンク337の上側に第1の平行四辺形Aが形成される。また、一対の継手319と一対の中央関節336とによって、中央リンク337の下方に第2の平行四辺形Bが形成される。
As shown in FIG. 6, the first parallelogram A is formed above the
第1の平行四辺形Aと第2の平行四辺形Bとは、並行リンク338,339の長さが等しいため、中央リンク337を対称軸として対称である。この二つの平行四辺形A,Bは、主マス310及び副マス320が揺動したときにも、中央リンク337を対称軸として常に対称を維持したままである。そのため、主マス310と副マス320とが揺動する移動量は常に同一である。このように、制振装置300は、主マス310と副マス320との揺動する移動量の比が1対1の場合でのみ使用可能である。
The first parallelogram A and the second parallelogram B are symmetrical with respect to the
次に、図8を参照しながら並行リンク機構の詳細な構成について説明する。 Next, a detailed configuration of the parallel link mechanism will be described with reference to FIG.
一対の中央関節336は、それぞれ一方の中央関節336a,他方の中央関節336bである。中央関節336a,336bは、中央リンク337の両端部にそれぞれ溶接などによって強固に固定される。よって、中央関節336a,336bの間隔は常に一定である。
The pair of
一方の中央関節336aは、並行リンク339の端部に設けられるギア336cと、並行リンク338の端部に設けられるギア336dとを内部に備えるギアボックスである。ギア336cとギア336dとは、互いに噛み合っている。ギア336cとギア336dとは、同期しながら反対方向に回転するため、中央リンク337と平行リンク338との角度は、中央リンク337と平行リンク339との角度と等しい。
One central joint 336a is a gear box that internally includes a
他方の中央関節336bは、並行リンク339の端部に設けられる継手336eと、並行リンク338の端部に設けられる継手336fとを備える。継手335eと継手336fとは、共にピンを中心に回転可能なピン継手である。中央関節336bに揺動可能に固定される並行リンク338,339は、中央関節336aに揺動可能に固定される並行リンク338,339と常に平行を維持するように揺動する。よって、中央リンク337を対称軸として上下に対称な二つの平行四辺形A,Bが形成される。
The other central joint 336 b includes a joint 336 e provided at the end of the
以上より、副マス320の慣性力によって並行リンク339が揺動すると、ギア336c,336dを介して並行リンク338に力が伝達される。並行リンク338は、中央リンク337を対称軸として並行リンク339と対称になるように揺動し、並行リンク338に伝達された力は主マス310に伝達される。よって、主マス310と副マス320との間でせん断力(水平方向の力)が伝達可能であり、副マス320の慣性力は主マス310に伝達される。
As described above, when the
以下、制振装置300の作用について説明する。
Hereinafter, the operation of the
強風が構造物にぶつかることなどによって外力が作用すると、構造物は振動をする。制振装置300にも振動が付加され、主マス310は、リンク部330を介して副マス320と同期して一体として揺動する。この主マス310及び副マス320の揺動によって、構造物の振動を低減することが可能である。
When an external force is applied, such as when a strong wind hits the structure, the structure vibrates. Vibration is also applied to the
ここで、副マス320の慣性力によって、制振装置300の等価質量が増加し、等価剛性が低減するため、主マス310と副マス320との全体の固有周期は、主マス310単体での固有周期よりも長くなる。よって、制振装置300の固有周期は長周期化され、構造物の長周期振動を低減することが可能である。
Here, due to the inertial force of the
ここで、制振装置300では、主マス310と副マス320との間の力の伝達を並行リンク機構であるリンク部330を介して行う。そのため、ローラを介して力の伝達を行う第1,2の実施形態と比べて、摩擦部が存在しない分動作をスムーズにすることが可能である。
Here, in the
以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。 According to the above embodiment, the following effects are obtained.
主マス310と副マス320との間の力の伝達を並行リンク機構であるリンク部330を介して行うため、摩擦部が存在しない分動作をスムーズにすることが可能である。
Since the transmission of force between the
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
例えば、副マスは少なくとも一つ設けられていればよく、製作のしやすさ、制振装置の納まり、制振効果の向上などの各種観点から複数個の副マスを設けてもよい。 For example, it is sufficient that at least one submass is provided, and a plurality of submasses may be provided from various viewpoints such as ease of manufacture, accommodation of a damping device, and improvement of damping effect.
本発明に係る制振装置は、高層ビルや橋梁などの構造物において振動を抑制するための制振装置に利用できる。 The vibration damping device according to the present invention can be used as a vibration damping device for suppressing vibrations in structures such as high-rise buildings and bridges.
100 制振装置
1 本体
2 柱
3 梁
4 梁
5 床面
10 主マス
11 アーム
12 継手
13 継手
14 挟持部
20 副マス
21 柱
22 伝達梁
23 継手
25 揺動枠
30 リンク部
31 ローラ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記主マスの上方に設けられ、基端を前記構造物に回動自在に固定される支持体によって倒立して支持され、前記主マスと同方向に揺動可能な振子状の副マスと、
前記主マスと前記副マスとを同期して揺動させるためのリンク部と、を備え、
振動が付加されると、前記主マスと前記副マスとが前記リンク部によって同期して長周期に揺動することで、構造物の振動を低減可能な制振装置であって、
前記支持体と前記副マスとは、前記主マスの揺動可能な方向と垂直に交差して前記主マスを跨ぐような門型の揺動枠を形成することを特徴とする制振装置。 A pendulum-shaped main mass suspended and swingable on a structure;
A pendulum-shaped submass provided above the main mass and supported by being inverted by a support body whose base end is rotatably fixed to the structure; and swingable in the same direction as the main mass;
A link part for synchronizing and swinging the main mass and the sub mass,
When vibration is added, the main mass and the sub mass are oscillated in a long cycle in synchronization with the link portion, thereby being able to reduce the vibration of the structure,
The damping device according to claim 1, wherein the support body and the sub mass form a gate-shaped swing frame that crosses the main mass in a direction perpendicular to a swingable direction of the main mass.
前記副マスと一体に設けられる伝達部と、
前記伝達部を挟持するように前記主マスに形成される一対の挟持部と、
前記伝達部と前記挟持部との双方に回転自在に当接するように設けられるローラと、を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の制振装置。 The link part is
A transmission unit provided integrally with the sub mass;
A pair of clamping parts formed on the main mass so as to clamp the transmission part;
4. The vibration damping device according to claim 1, further comprising: a roller that is provided so as to rotatably contact both of the transmission unit and the clamping unit. 5.
前記支持体と前記副マスとは、複数の前記揺動枠を形成し、前記主マスとの平行を保ったまま揺動する平行振子であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載の制振装置。The said support body and the said submass form the said some rocking | fluctuation frame, The parallel pendulum which rocks | fluctuates keeping the parallel with the said main mass is any one of Claim 1 to 4 characterized by the above-mentioned. The vibration damping device according to one.
前記支持体と前記副マスとは、複数の前記揺動枠を形成し、前記主マスとの平行を保ったまま揺動する平行振子であり、The support and the sub mass are a parallel pendulum that forms a plurality of the swing frames and swings while maintaining parallel with the main mass,
前記リンク部は、The link part is
端部を前記主マスに回動自在に固定される複数の第1並行リンクと、A plurality of first parallel links whose ends are rotatably fixed to the main mass;
端部を前記副マスに回動自在に固定される複数の第2並行リンクと、を備え、A plurality of second parallel links whose ends are rotatably fixed to the submass,
前記第1並行リンクの自由端と前記第2並行リンクの自由端とを連結することによって並行リンク機構を形成することを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の制振装置。4. The vibration damping device according to claim 1, wherein a parallel link mechanism is formed by connecting a free end of the first parallel link and a free end of the second parallel link. 5. .
前記主マスの上方に設けられ、基端を前記構造物に回動自在に固定される支持体によって倒立して支持され、前記主マスと同方向に揺動可能な振子状の副マスと、A pendulum-shaped submass provided above the main mass and supported by being inverted by a support body whose base end is rotatably fixed to the structure; and swingable in the same direction as the main mass;
前記主マスと前記副マスとを同期して揺動させるためのリンク部と、を備え、A link part for synchronizing and swinging the main mass and the sub mass,
振動が付加されると、前記主マスと前記副マスとが前記リンク部によって同期して長周期に揺動することで、構造物の振動を低減可能な制振装置であって、When vibration is added, the main mass and the sub mass are oscillated in a long cycle in synchronization with the link portion, thereby being able to reduce the vibration of the structure,
前記支持体と前記副マスとは、前記主マスの揺動可能な方向と交差して前記主マスを跨ぐような門型の揺動枠を形成し、The support and the sub mass form a gate-shaped swing frame that crosses the main mass and intersects the swingable direction of the main mass,
前記支持体は、前記副マスを支持する二本の柱であり、The support is two pillars supporting the submass,
前記揺動枠は、前記二本の柱と前記副マスとによって形成されるラーメン構造であることを特徴とする制振装置。The vibration control device according to claim 1, wherein the swing frame has a ramen structure formed by the two columns and the sub mass.
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