JP6046986B2 - Damping damper for structures - Google Patents
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Description
本発明は、建築物や橋梁等の構造物の地震時の振動を抑制する構造物用制振ダンパーに関し、特に地震の際の構造物の大きな変位に対して効率良く地震エネルギーを吸収することが可能な流体圧及び弾性ゴムの変形を利用した構造物用制振ダンパーに関する。 The present invention relates to a vibration damper for a structure that suppresses vibrations of structures such as buildings and bridges during an earthquake, and in particular, can efficiently absorb seismic energy against a large displacement of the structure during an earthquake. The present invention relates to a vibration damper for a structure using possible fluid pressure and elastic rubber deformation.
構造物用制振ダンパーとしてオイルダンパー、エアーダンパーや粘弾性ダンパー等が知られている。 Oil dampers, air dampers, viscoelastic dampers, and the like are known as structural vibration dampers.
従来のオイルダンパーやエアーダンパーは、構造が複雑であり、コストも高く、点検、補修、部品取り換え等のメンテナンスの回数が多いという問題を有する。粘弾性ダンパー等の弾性体の変形による振動吸収機能を有する制振ダンパーは、構造が簡単でメンテナンスも容易であるという利点を有する。しかし、地震時に構造物には方向の異なる大きな変位が作用し、構造物の相対変位する2つの構造にそれぞれ一端を固定したシリンダー部材とピストン部材の軸方向の変位にぶれが生じ、その結果、装置の一部に荷重が集中して装置自体を破壊する恐れがある。また、従来のオイルダンパーやエアーダンパーは,シリンダー内部を密閉するために,シリンダー先端の蓋に設けた穴の内周部とロッド外周部の間で,シール材等を用いて密閉しまた滑動可能としている。ダンパーの外部に露出したピストンロッドの外周部には,外気によって錆びが生じやすい。ロッドの外周部表面に錆びによって凸凹が生じた場合には,密閉および滑動の役割を担うシール材が,ロッド外周部の凸凹によって容易に削られて破損する。その結果,ダンパーの密閉性が失われる。この障害を取り除くために,従来のダンパーではロッド外周部の錆を,定期的に除去するメンテナンスが必要となるという問題を有する。 Conventional oil dampers and air dampers have a complicated structure, a high cost, and a large number of maintenance such as inspection, repair, and parts replacement. A damping damper having a vibration absorbing function by deformation of an elastic body such as a viscoelastic damper has an advantage that the structure is simple and maintenance is easy. However, a large displacement with different directions acts on the structure during the earthquake, and the axial displacement of the cylinder member and the piston member each having one end fixed to the two structures where the structure is relatively displaced occurs. The load may concentrate on a part of the device and the device itself may be destroyed. In addition, conventional oil dampers and air dampers can be sealed and slid with a sealant etc. between the inner periphery of the hole provided in the lid on the cylinder tip and the outer periphery of the rod to seal the inside of the cylinder. It is said. Rust is likely to occur on the outer periphery of the piston rod exposed outside the damper due to outside air. If the surface of the outer periphery of the rod becomes uneven, the sealing material that plays the role of sealing and sliding is easily scraped and damaged by the unevenness of the outer periphery of the rod. As a result, the sealability of the damper is lost. In order to remove this obstacle, the conventional damper has a problem that maintenance for periodically removing rust on the outer periphery of the rod is required.
本発明は、従来技術の持つ問題を解決する、構造が簡単で、製造が容易で複雑な弁構造を用いること無く、ピストンロッド外周部の錆によってシリンダーの密閉性が失われることが無く、流体圧による地震エネルギー吸収と弾性ゴムの弾性変形による地震エネルギー吸収を可能とする構造物用制振ダンパーを提供することを目的とする。 The present invention solves the problems of the prior art, has a simple structure, is easy to manufacture, does not use a complicated valve structure, and does not lose the sealing performance of the cylinder due to rust on the outer periphery of the piston rod. An object of the present invention is to provide a damping damper for a structure that can absorb seismic energy by pressure and seismic energy by elastic deformation of elastic rubber.
本発明の構造物用制振ダンパーは、前記課題を解決するために、地震時に相対変位する一方の構造体に固定される一端が閉じ、他端が開口したシリンダー部材と、他方の構造体に固定され、前記シリンダー部材の開口から内部に伸び、前記シリンダー部材との間で相対変位可能に配置され、先端に前記シリンダー部材の内径とほぼ同じ外径を有し、流通路を形成した弁体を備えたピストンロッドと、前記弁体から所定間隔をおいたピストンロッドの外周面にその内周面が固定され前記シリンダー部材内周面にその外周面が固定される弾性ゴム体と、前記弾性ゴム体と前記弁体との間に、外周部が前記シリンダー部材内周面に固定され内周部が前記ピストンロッド外周部と摺動可能に配置したリング状隔壁部材と、を備え、前記リング状隔壁部材と前記シリンダー部材の閉じられた一端間を密封空間とし、前記シリンダー部材と前記ピストンロッドの相対変位に対して、シリンダー部材の密封空間内流体の前記弁体に形成された流通路を通しての流体移動抵抗及び前記弾性ゴム体の弾性変形により地震エネルギーを吸収することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the structural vibration damper of the present invention has a cylinder member that is fixed to one structure that is relatively displaced during an earthquake, closed at one end, and opened at the other end, and the other structure. A valve body that is fixed, extends inward from the opening of the cylinder member, is disposed so as to be relatively displaceable with the cylinder member, has an outer diameter substantially the same as the inner diameter of the cylinder member at the tip, and forms a flow passage an elastic rubber body and the piston rod, in which the inner circumferential surface is fixed its outer peripheral surface the cylinder member inner peripheral surface to the outer peripheral surface of the piston rod at a predetermined distance from said valve body is fixed with the said elastic A ring-shaped partition member in which an outer peripheral portion is fixed to the inner peripheral surface of the cylinder member and an inner peripheral portion is slidably arranged with the outer peripheral portion of the piston rod, between the rubber body and the valve body; Partition wall And a closed end of the cylinder member as a sealed space, and the fluid movement through the flow passage formed in the valve body of the fluid in the sealed space of the cylinder member with respect to the relative displacement of the cylinder member and the piston rod Seismic energy is absorbed by resistance and elastic deformation of the elastic rubber body.
また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記弾性ゴム体を高減衰性ゴムとすることを特徴とする。 Moreover, the vibration damper for a structure of the present invention is characterized in that the elastic rubber body is made of a high damping rubber.
また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記シリンダー部材の前記弾性ゴム体を固定する部分の内径を他の部分の内径より大きくすることを特徴とする。 Moreover, the vibration damper for a structure of the present invention is characterized in that an inner diameter of a portion of the cylinder member to which the elastic rubber body is fixed is made larger than an inner diameter of another portion.
また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記シリンダー部材と前記ピストンロッド間の密封空間に封入される流体を気体とすることを特徴とする。 Moreover, the vibration damper for a structure of the present invention is characterized in that a fluid sealed in a sealed space between the cylinder member and the piston rod is a gas.
また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記シリンダー部材と前記ピストンロッド間の密封空間に封入される流体を液体とすることを特徴とする。 Moreover, the vibration damper for a structure of the present invention is characterized in that a fluid sealed in a sealed space between the cylinder member and the piston rod is a liquid.
また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記流通路が前記弁体を貫通する小孔であることを特徴とする。 Moreover, the vibration damper for a structure of the present invention is characterized in that the flow passage is a small hole penetrating the valve body.
また、本発明の構造物用制振ダンパーは、前記流通路が前記弁体の外周に形成した切欠であることを特徴とする。 In the vibration damper for a structure of the present invention, the flow passage is a notch formed in the outer periphery of the valve body.
地震時に相対変位する一方の構造体に固定される一端が閉じ、他端が開口したシリンダー部材と、他方の構造体に固定され、前記シリンダー部材の開口から内部に伸び、前記シリンダー部材との間で相対変位可能に配置され、先端に前記シリンダー部材の内径とほぼ同じ外径を有し、流通路を形成した弁体を備えたピストンロッドと、前記弁体から所定間隔をおいたピストンロッドの外周面にその内周面が固定され前記シリンダー部材内周面にその外周面が固定される弾性ゴム体と、前記弾性ゴム体と前記弁体との間に、外周部が前記シリンダー部材内周面に固定され内周部が前記ピストンロッド外周部と摺動可能に配置したリング状隔壁部材と、を備え、前記リング状隔壁部材と前記シリンダー部材の閉じられた一端間を密封空間とし、前記シリンダー部材と前記ピストンロッドの相対変位に対して、シリンダー部材の密封空間内流体の前記弁体に形成された流通路を通しての流体移動抵抗及び前記弾性ゴム体の弾性変形により地震エネルギーを吸収することで、複雑な弁制御機構を設けること無く構造が簡単で部品点数が少なく、弾性ゴム体がシール材として機能するのでシール材を用いなくても済み、効率良く地震エネルギーを減衰することが可能な流体圧を利用したダンパー構造を提供することが可能となり、シリンダー部材内密封空間の体積を弾性ゴム体の変形に拘わらず一定とし地震エネルギーの減衰性を向上することが可能となる。
弾性ゴム体を高減衰性ゴムとすることで、地震エネルギーの減衰性能を向上することが可能となる。
シリンダー部材の弾性ゴム体を固定する部分の内径を他の部分の内径より大きくすることで、弾性ゴム体の体積を大きくすることで弾性ゴムの変形による地震エネルギーの減衰性を向上することが可能となる。
シリンダー部材の密封空間に封入される流体を気体とすることで、気体は圧縮性流体であるので流通路を通しての流体移動抵抗に加え、気体の圧縮、膨張によるクッション効果により地震エネルギーの吸収に利用することが可能となる。
シリンダー部材の密封空間に封入される流体を液体とすることで、複雑な弁制御をすることなく、流通路の液体移動抵抗を考慮するだけで構造が簡単な液体ダンパーとすることが可能となる。
流通路が弁体を貫通する小孔であることで、構造が簡単な流体移動抵抗手段とすることが可能となる。
流通路が弁体の外周に形成した切欠であることで、構造が簡単な流体移動抵抗手段とすることが可能となる。
One end fixed to one structure that is relatively displaced in the event of an earthquake is closed, the other end is open, and the other end is fixed to the other structure. A piston rod having a valve body having a flow path formed at the tip thereof and having an outer diameter substantially the same as the inner diameter of the cylinder member, and a piston rod spaced a predetermined distance from the valve body. An elastic rubber body whose inner peripheral surface is fixed to the outer peripheral surface and whose outer peripheral surface is fixed to the inner peripheral surface of the cylinder member, and an outer peripheral portion between the elastic rubber body and the valve body is the inner peripheral surface of the cylinder member. comprising a ring-shaped partition wall member peripheral section is fixed to a surface is arranged slidably with said piston rod outer peripheral portion, between closed one end of said cylinder member and said ring-shaped partition wall member and the sealing space, before Absorbing seismic energy by relative fluid displacement resistance through the flow passage formed in the valve body of the fluid in the sealed space of the cylinder member and elastic deformation of the elastic rubber body with respect to relative displacement between the cylinder member and the piston rod. With no complicated valve control mechanism, the structure is simple, the number of parts is small, and the elastic rubber body functions as a sealing material, so there is no need to use a sealing material, and the seismic energy can be attenuated efficiently. It is possible to provide a damper structure using fluid pressure, and it is possible to improve the seismic energy attenuation by keeping the volume of the sealed space in the cylinder member constant regardless of the deformation of the elastic rubber body.
By making the elastic rubber body a highly attenuating rubber, it is possible to improve the attenuation performance of seismic energy.
By making the inner diameter of the part that fixes the elastic rubber body of the cylinder member larger than the inner diameter of other parts, it is possible to increase the damping capacity of the seismic energy due to deformation of the elastic rubber by increasing the volume of the elastic rubber body. It becomes.
By making the fluid enclosed in the sealed space of the cylinder member a gas, the gas is a compressible fluid, so in addition to the resistance to fluid movement through the flow path, it is used for absorbing earthquake energy by the cushion effect due to the compression and expansion of the gas It becomes possible to do.
By making the fluid sealed in the sealed space of the cylinder member a liquid, it is possible to provide a liquid damper with a simple structure only by considering the liquid movement resistance of the flow path without complicated valve control. .
Since the flow passage is a small hole penetrating the valve body, a fluid movement resistance means having a simple structure can be provided.
Since the flow passage is a notch formed on the outer periphery of the valve body, a fluid movement resistance means having a simple structure can be provided.
本発明の構造物用制振ダンパーの実施の形態を図により説明する。図1、図2は、構造物用制振ダンパーの一実施形態を示す図である。 An embodiment of a structural vibration damper of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are views showing an embodiment of a vibration damper for a structure.
構造物用制振ダンパー1は、建築物や橋梁等の構造物の一方の構造体に連結される一端が閉じ他端が開口したシリンダー部材2と、他方の構造体に連結するピストンロッド3を備えている。ピストンロッド3は、シリンダー部材1の開口からその内部に伸び、シリンダー部材2に対して相対変位可能に配置される。
The
シリンダー部材2は、断面円形の部材で、閉じた側の端部には一方の構造体に連結するためのシリンダー側取付部材4が固定される。
The
ピストンロッド3の一端部には、他方の構造体に連結するためのピストンロッド側取付部材5が固定される。ピストンロッド3の他端部には、シリンダー部材2の内径とほぼ同じ外径の弁体6が形成される。
A piston rod side mounting member 5 for connecting to the other structure is fixed to one end of the
ピストンロッド3の弁体6の後部外周部とシリンダー部材2の内壁間に弾性ゴム体7が固定される。一端が閉じられたシリンダー部材2とピストンロッド3の弁体6の後部外周部とシリンダー部材2の内壁間に固定される弾性ゴム体7により、シリンダー部材2の閉じた側と弁体6間の空間Aと、弁体6と弾性ゴム体7間の空間Bは、外部から密封状態にする。弾性ゴム体7がシール材として機能するのでシール材が必要でなくなる。
An
ピストンロッド3外周部とシリンダー部材2内壁部への弾性ゴム体7の固定は、加硫一体成形により実施する。加硫一体成形による固定は、鋼材とゴムとの接着部の劣化が防止され、密封状態を長期間維持することが可能となる。また,弾性ゴム体7はシリンダー部材2とピストンロッド3が相対変位した場合に弾性変形するために,従来のダンパーにおけるシール材が必要でないために,ピストンロッド3外周部の錆びによってシリンダー部材2の密閉性が失われることがない。
The
図3、図4に示すように、弁体6には、空間A,Bと連通する流通路が形成される。図3に示される実施形態では、流通路は弁体6を貫通する小孔8として形成される。図4に示される実施形態では、流通路は弁体6の外周に切欠9として形成される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
シリンダー部材2内に封入される流体として空気等の気体を選択した場合の本発明の作用を説明する。地震時、構造物に作用する変位により、一方の構造部に連結されたシリンダー部材2と他方の構造部に連結されたピストンロッド3は互いに相対変位する。
The operation of the present invention when a gas such as air is selected as the fluid sealed in the
シリンダー部材2とピストンロッド3が図1に示す状態から図2に示す矢印方向に相対変位した場合について説明する。ピストンロッド2の矢印方向への相対変位により弁体6も矢印方向に移動する。その結果、空間B内の気体は圧縮されその体積が減少し圧力が増加する。一方、空間A内の気体は膨張しその体積が増加し圧力が減少する。その結果、圧力の高い空間B内の気体は、弁体6に形成した流通路8から圧力の低い空間Aに流れる。流通路8の形状は、図3、図4に示す小孔8aでも切欠き8bでも良いが、流通路8から気体が流れる際の流体移動抵抗による地震エネルギーの減衰性を考慮し、流通路8の口径、形状、数等を設定する。
A case where the
シリンダー部材2とピストンロッド3の相対変位に伴い、弾性ゴム体7が図のように弾性変形する。このように、シリンダー部材2とピストンロッド3の相対変位に伴い空間A、空間B内の気体の圧縮、膨張によるクッション効果、流通路8を通しての気体の移動の際の流体移動抵抗により地震エネルギーが減衰され、さらに、シリンダー部材2内を密封する弾性ゴム体7の弾性変形により地震エネルギーを減衰する。弾性ゴム体7を高減衰性ゴムとすることにより、地震エネルギーの減衰性能を向上することが可能となる。
With the relative displacement between the
シリンダー部材2内に封入される流体としてオイル等の液体を選択した場合の本発明の作用を説明する。地震時、構造物に作用する変位により、一方の構造部に連結されたシリンダー部材2と他方の構造部に連結されたピストンロッド3は互いに相対変位する。
The operation of the present invention when a liquid such as oil is selected as the fluid sealed in the
シリンダー部材2とピストンロッド3が図1に示す状態から図2に示す矢印方向に相対変位した場合について説明する。ピストンロッド2の矢印方向への相対変位により弁体6も矢印方向に移動する。その結果、空間B内の液体は、弁体6に形成した流通路8から空間Aに流れる。流通路8の形状は、図3、図4に示す小孔8aでも切欠き8bでも良いが、流通路8から液体が流れる際の流体移動抵抗による地震エネルギーの減衰性を考慮し、流通路8の口径、形状、数等を設定する。液体は気体と相違し非圧縮性流体であるため、液体の流通路8を通しての流体移動抵抗は、気体の場合に比較し精密な設定が必要である。
A case where the
シリンダー部材2とピストンロッド3の相対変位に伴い、弾性ゴム体7が図のように弾性変形する。このように、シリンダー部材2とピストンロッド3の相対変位に伴い流通路8を通しての液体の移動の際の流体移動抵抗により地震エネルギーが減衰され、さらに、シリンダー部材2内を密封する弾性ゴム体7の弾性変形により地震エネルギーを減衰する。弾性ゴム体7を高減衰性ゴムとすることにより、地震エネルギーの吸収性能を向上することが可能となる。
With the relative displacement between the
図5に示される構造物用制振ダンパーの実施形態では、シリンダー部材2内の弾性ゴム体7と弁体6との間に、外周部がシリンダー部材2内周面に固定されたリング状隔壁部材9をその内周部がピストンロッド3外周部に対して摺動可能に配置する。図1、図2に示される実施形態では、弾性ゴム体7の変形によりシリンダー部材内の密封空間A+Bの体積が若干変化する。シリンダー部材2内の密封空間の体積の変化は、流体ダンパーの地震エネルギーの減衰性に少し影響する。図5に示される実施形態では、リング状隔壁部材9を配置することで、シリンダー部材2内の密封空間の体積を一定として流体ダンパーの地震エネルギー減衰性を保持する。リング状隔壁部材9の材質としては硬質ゴム等とする。
In the embodiment of the structural vibration damper shown in FIG. 5, a ring-shaped partition wall whose outer peripheral portion is fixed to the inner peripheral surface of the
図6(a)(b)に示される実施形態は、シリンダー部材2の弾性ゴム体7の配置部分の内径Kを他のシリンダー部材2の部分の内径kより大きくする。図6(a)に示される実施形態では、弾性ゴム体7の配置するシリンダー部材2の内壁部を削り薄肉部2aとしその内径Kを、シリンダー部材2の他の部分の内径kより大きくしている。また、図6(b)に示される実施形態は、弾性ゴム体7を配置するシリンダー部材2bの内径Kとし、シリンダー部材2bの先端に連結されるシリンダー部材2cの外径をKとし、内径kをシリンダー部材2bの内径Kより小さくしている。シリンダー部材2の弾性ゴム体7の配置部分の内径Kを他の部分の内径kより大きくすることにより、配置する弾性ゴム体7の体積を増加させ、弾性ゴム体7の変形による地震エネルギーの減衰性能を向上することが可能となる。
In the embodiment shown in FIGS. 6A and 6B, the inner diameter K of the portion where the
図7(a)(b)に示される実施形態は、構造物の設置個所の相違により制振ダンパーの長さが異なるケースに対応するものである。図7(a)に示すように、弾性ゴム体7を配置するシリンダー部材2dに対して、長さの異なるシリンダー部材2e,2fを複数用意する。構造物の設置個所の制振ダンパーの長さに応じて複数の長さの異なるシリンダー部材2e,2fから所望の長さのシリンダー部材を選択し、弾性ゴム体7を配置したシリンダー部材2dと連結固定する。
The embodiment shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b) corresponds to a case where the length of the vibration damper is different due to the difference in the installation location of the structure. As shown in FIG. 7A, a plurality of
以上のように本発明の構造物用制振ダンパーによれば、弾性ゴム体により密封された空間内流体の前記弁体に形成された流通路を通しての流体移動抵抗及び前記弾性ゴム体性変形により地震エネルギーを減衰することで、複雑な弁制御機構を設けること無く構造が簡単で部品点数が少なく効率良く地震エネルギーを減衰することが可能な流体圧を利用したダンパー構造を提供することが可能となる。 As described above, according to the vibration damper for a structure of the present invention, due to the fluid movement resistance through the flow passage formed in the valve body of the fluid in the space sealed by the elastic rubber body and the elastic rubber body deformation. By dampening seismic energy, it is possible to provide a damper structure using fluid pressure that can easily damp seismic energy with a simple structure and a small number of parts without providing a complicated valve control mechanism. Become.
1:構造物用制振ダンパー、2:シリンダー部材、3:ピストンロッド、4:シリンダー側取付部材、5:ピストンロッド側取付部材、6:弁体、7:弾性ゴム体、8:流通路、8a:小孔、8b:切欠き、9:リング状隔壁部材 1: Damping damper for structure, 2: cylinder member, 3: piston rod, 4: cylinder side mounting member, 5: piston rod side mounting member, 6: valve body, 7: elastic rubber body, 8: flow passage, 8a: small hole, 8b: notch, 9: ring-shaped partition member
Claims (7)
他方の構造体に固定され、前記シリンダー部材の開口から内部に伸び、前記シリンダー部材との間で相対変位可能に配置され、先端に前記シリンダー部材の内径とほぼ同じ外径を有し、流通路を形成した弁体を備えたピストンロッドと、
前記弁体から所定間隔をおいたピストンロッドの外周面にその内周面が固定され前記シリンダー部材内周面にその外周面が固定される弾性ゴム体と、
前記弾性ゴム体と前記弁体との間に、外周部が前記シリンダー部材内周面に固定され内周部が前記ピストンロッド外周部と摺動可能に配置したリング状隔壁部材と、
を備え、
前記リング状隔壁部材と前記シリンダー部材の閉じられた一端間を密封空間とし、前記シリンダー部材と前記ピストンロッドの相対変位に対して、シリンダー部材の密封空間内流体の前記弁体に形成された流通路を通しての流体移動抵抗及び前記弾性ゴム体の弾性変形により地震エネルギーを吸収することを特徴とする構造物用制振ダンパー。 A cylinder member with one end fixed to one structure that is relatively displaced during an earthquake closed and the other end opened;
Fixed to the other structure, extends inwardly from the opening of the cylinder member, is disposed so as to be relatively displaceable with the cylinder member, and has an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the cylinder member at the tip, A piston rod having a valve body formed with
An elastic rubber body whose inner peripheral surface is fixed to the outer peripheral surface of the piston rod spaced a predetermined distance from the valve body, and whose outer peripheral surface is fixed to the inner peripheral surface of the cylinder member;
Between the elastic rubber body and the valve body, a ring-shaped partition member in which an outer peripheral part is fixed to the inner peripheral surface of the cylinder member and an inner peripheral part is slidably arranged with the outer peripheral part of the piston rod;
With
The closed end of the ring-shaped partition member and the cylinder member is used as a sealed space, and the flow formed in the valve body of the fluid in the sealed space of the cylinder member with respect to relative displacement between the cylinder member and the piston rod. A damping damper for a structure, which absorbs seismic energy by fluid movement resistance through a road and elastic deformation of the elastic rubber body.
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