JP6426928B2 - 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。 The present invention relates to a damping device for a structure.
特許文献1には、構造物の基枠に取り付けられた左右一対のアームによりマスを吊り下げたTMD(Tuned Mass Damper:同調質量ダンパ)方式の制振装置が開示されている。
上記の制振装置では、一対のアームの間にばね機構を取り付けることで、構造物における固有周期が異なる直交する2方向の振動を低減可能としている。 In the above-described vibration damping device, by attaching a spring mechanism between the pair of arms, it is possible to reduce vibrations in two orthogonal directions which have different natural periods in the structure.
しかしながら、上記の制振装置では、構造物の長周期側の固有周期によりマスを吊り下げるアームの長さが決まるので、制振装置が大型化するという問題がある。 However, in the above-described vibration damping device, the length of the arm that suspends the mass is determined by the natural period on the long cycle side of the structure, so there is a problem that the vibration damping device becomes large.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、異なる固有周期を有する構造物における直交する2方向の振動を低減可能な制振装置の大きさを抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to suppress the size of a vibration control device capable of reducing vibration in two orthogonal directions in a structure having different natural periods.
本発明は、外部から振動が付与されたときに、第1振動方向に第1固有周期で振動し、前記第1振動方向と直交する第2振動方向に前記第1固有周期よりも長周期の第2固有周期で振動する構造物の振動を低減する制振装置であって、吊下部材により枠体の天部から揺動可能に吊り下げられる主マスと、前記第1振動方向に平行移動可能、かつ、前記第2振動方向に回動可能に、前記枠体の底部に、又は前記構造物に一端が連結される支持体と、前記支持体の他端に取り付けられる副マスと、前記主マスが前記第1振動方向に揺動したときに、前記支持体および前記副マスが前記主マスの揺動と同期して平行移動し、前記主マスが前記第2振動方向に揺動したときに、前記支持体および前記副マスが前記主マスの揺動と同期して回動するように、前記主マスと前記支持体とを連結するリンク機構と、を備える。 The present invention vibrates in the first vibration direction at the first natural period when vibration is applied from the outside, and has a longer period than the first natural period in the second vibration direction orthogonal to the first vibration direction. A vibration damping device for reducing the vibration of a structure vibrating in a second natural cycle, the main mass being swingably suspended from the top of a frame by a suspending member, and parallel movement in the first vibration direction A support that is coupled to the bottom of the frame or to the structure at one end, and a secondary mass that is attached to the other end of the support, and that is pivotable in the second vibration direction. When the main mass swings in the first vibration direction, the support and the sub-mass move in parallel in synchronization with the swing of the main mass, and the main mass swings in the second vibration direction When the support and the sub-mass rotate in synchronization with the swing of the main mass , And a link mechanism for connecting to the main mass and said support.
本発明によれば、構造物が振動すると、第1振動方向については、支持体および副マスが、リンク機構により主マスの揺動と同期して平行移動する。また、第2振動方向については、支持体および副マスが、リンク機構により主マスの揺動と同期して回動する。第1振動方向については、主マスと副マスとが一体となって振動するので、主マスを吊り下げる吊下部材の長さにより主マスおよび副マスの固有周期が定まる。第2振動方向については、副マスが倒立振子として主マスと同位相で振動し、副マスの慣性力がリンク機構を介して主マスに作用するので、主マスおよび副マスの固有周期が、第1振動方向の固有周期よりも長周期となる。したがって、異なる固有周期を有する構造物における直交する2方向の振動を低減可能としつつ、主マスを吊り下げる吊下部材の長さを短周期である第1固有周期に対応する長さにでき、制振装置の大きさを抑制できる。 According to the present invention, when the structure vibrates, in the first vibration direction, the support and the sub-mass move in parallel in synchronization with the swing of the main mass by the link mechanism. In addition, in the second vibration direction, the support and the sub-mass rotate in synchronization with the swing of the main mass by the link mechanism. In the first vibration direction, since the main mass and the sub mass vibrate together, the natural period of the main mass and the sub mass is determined by the length of the suspension member that suspends the main mass. In the second vibration direction, the secondary mass vibrates in phase with the main mass as an inverted pendulum, and the inertia force of the secondary mass acts on the main mass through the link mechanism, so the natural periods of the main mass and the secondary mass are The cycle is longer than the natural cycle in the first vibration direction. Therefore, while making it possible to reduce vibrations in two orthogonal directions in a structure having different natural periods, the length of the suspension member for suspending the main mass can be made a length corresponding to the first natural period which is a short period, The size of the damping device can be suppressed.
以下、図1、図2を参照しながら本発明の実施形態に係る制振装置100について説明する。
Hereinafter, the
制振装置100は、構造物に設置されて構造物の振動を低減するTMD(Tuned Mass Damper:同調質量ダンパ)方式の制振装置である。制振装置100は、具体的には、例えば、高層ビルの最上階や屋上等に設置される。なお、制振装置100を設置する位置は、構造物の高い位置に限定されるものではなく、例えば、高層ビルの中層階等に設置してもよく、制振装置100の設置位置は適宜変更可能である。
The
構造物は、地震や強風などによって外部から振動が付与されたときに、第1振動方向に第1固有周期で振動し、第1振動方向と直交する第2振動方向に第1固有周期よりも長周期の第2固有周期で振動する。 The structure vibrates in the first vibration direction with the first natural period when vibration is applied from the outside by an earthquake, strong wind or the like, and is greater than the first natural period in the second vibration direction orthogonal to the first vibration direction. It vibrates at the second natural cycle of the long cycle.
制振装置100は、図1、図2に示すX方向を第1振動方向に、Y方向を第2振動方向に合わせて構造物に設置される。
The
制振装置100は、直方体状の枠体1と、吊下部材としての4本の吊下アーム2により枠体1の天板1aから吊り下げられる主マス3と、枠体1の底板1bに下端が連結される支持体としての支持アーム4と、支持アーム4の上端に取り付けられる副マス5と、主マス3と支持アーム4とを連結するリンク機構6と、を備える。
The
枠体1は、天板1aと底板1bとを4本の柱1cにより連結して構成される。制振装置100は、枠体1を構造物における水平な床面に固定することで、構造物と一体に設置される。
The
4本の吊下アーム2の上端は、枠体1の天板1aに取り付けられた自在継手7と連結される。吊下アーム2の下端は、主マス3に取り付けられた自在継手8と連結される。これにより、主マス3は、全方位に揺動可能な平行振子となる。
The upper ends of the four hanging
4本の吊下アーム2の長さは、構造物の第1固有周期に対応するように設定される。これについては後述する。
The lengths of the four hanging
主マス3は、制振装置100が高層ビルに設置される場合には、例えば、質量が数十トン程度のものから百トン以上になるものまである。主マス3は、例えば、積層された多数の鉄板、鉄筋コンクリート、液体が充填されたタンク等とされる。
When the
支持アーム4は、主マス3の中央部に設けられた貫通孔3aに挿通して設けられる。
The
支持アーム4は、X方向に平行移動可能、かつ、Y方向に回動可能に、枠体の1の底板1bに下端が連結される。具体的には、本実施形態では、枠体1の底板1bに、X方向に直動可能な向きで直動軸受9が固定され、直動軸受9に、軸線方向をX方向に合わせて回動軸10が固定される。そして、支持アーム4の下端が、回動軸10に連結される。
The lower end of the
副マス5は、例えば、数十トン程度の質量であり、主マス3よりも小さな質量とされる。副マス5は、主マス3と同様に、積層された多数の鉄板等で構成される。
The
リンク機構6は、支持アーム4に設けられた一対のローラ11と、主マス3に設けられた一対のブラケット12と、一対のブラケット12にそれぞれ設けられた一対のベアリング13と、を有する。
The
一対のローラ11は、図1に示すように、その支持軸11aの軸線方向をX方向に合わせて、支持アーム4の両側にそれぞれ設けられる。
As shown in FIG. 1, the pair of
一対のブラケット12は、X方向における支持アーム4の両側に設けられる。ブラケット12は、図2に示すように、ローラ11に近接して設けられた一対の側壁部12aを有する。
The pair of
これにより、主マス3がY方向に揺動すると、ブラケット12の側壁部12aとローラ11とが当接し、主マス3の揺動と同期して支持アーム4が回動軸10を支点にして回動する。つまり、支持アーム4の上端に取り付けられた副マス5が、倒立振子として主マス3と同位相でY方向に振動する。
Thereby, when the
主マス3が静止している状態では、ブラケット12の側壁部12aがローラ11を介して支持アーム4の倒れを防止する。つまり、支持アーム4は直立した状態となる。
When the
主マス3および支持アーム4がY方向に振動すると、主マス3と支持アーム4との間には、上下方向の相対変位が発生する。これに対して、本実施形態では、主マス3と支持アーム4とが、ローラ11を介して連結されている。これによれば、主マス3と支持アーム4との間に発生する上下方向の相対変位に追従してローラ11が回転するので、主マス3および支持アーム4のY方向への作動を妨げることなく、主マス3および支持アーム4の振動を同期させることができる。
When the
ベアリング13は、ケースに転動可能に保持された鋼球である。ベアリング13は、ブラケット12における支持アーム4側の面に、支持アーム4に近接して設けられる。
The bearing 13 is a steel ball rotatably held by the case. The
これにより、主マス3がX方向に揺動すると、ベアリング13が支持アーム4の側面を押圧し、主マス3の揺動と同期して支持アーム4が平行移動する。つまり、支持アーム4の上端に取り付けられた副マス5が、主マス3と一体となってX方向に振動する。
Thereby, when the
上記のように、ベアリング13は転動可能な鋼球である。よって、主マス3および副マス5がY方向に振動する場合にベアリング13が支持アーム4に当接しても、ベアリング13が転動することで、主マス3および支持アーム4のY方向への作動が妨げられないようになっている。
As mentioned above, the bearing 13 is a rollable steel ball. Therefore, even if the
なお、ベアリング13が支持アーム4を押圧する位置が支持アーム4の下端に近いほど、支持アーム4に掛かるモーメントを小さくでき、支持アーム4、直動軸受9、および回動軸10の耐久性を向上させることができる。よって、例えば、主マス3の下面側にベアリング13を設けて、支持アーム4の下端近くを押圧するようにしてもよい。
As the position at which the
続いて、制振装置100を上記のように構成することによる作用効果について説明する。
Then, the effect by configuring the damping
構造物が地震や強風などによって振動すると、制振装置100が構造物と一体となって振動する。これにより、リンク機構6を介して連結された主マス3および副マス5が同期して振動する。
When the structure vibrates due to an earthquake, strong wind or the like, the damping
構造物が振動すると、主マス3および副マス5は、慣性により、構造物が振動を開始してから遅れて振動を開始する。このため、構造物の振動と主マス3および副マス5の振動とは、位相が90度程度ずれることになる。
When the structure vibrates, the
主マス3および副マス5の振動は、X方向の振動とY方向の振動とに分解できる。以下、X方向とY方向とに分けて説明する。
The vibration of the
X方向については、主マス3および副マス5が一体となって振動する。この場合の主マス3および副マス5の固有周期は、主マス3を吊り下げる吊下アーム2の長さにより定まる。
In the X direction, the
本実施形態では、4本の吊下アーム2の長さが、構造物の第1固有周期、すなわち短周期側の固有周期に対応するように設定される。これにより、構造物と主マス3および副マス5とが、位相が90度程度ずれて同周期で振動することになり、構造物の第1振動方向の振動が低減される。
In the present embodiment, the lengths of the four hanging
Y方向については、副マス5が倒立振子として主マス3と同位相で振動する。このとき、副マス5の慣性力がリンク機構6を介して主マス3に作用するので、副マス5が倒れようとする力が主マス3に作用し、その結果、主マス3の復元力が低減される。したがって、主マス3および副マス5のY方向の固有周期は、主マス3および副マス5が一体となって振動するX方向の固有周期よりも長周期となる。
In the Y direction, the
主マス3に作用する副マス5の慣性力が大きいほど、主マス3および副マス5のY方向の固有周期が長くなる。主マス3に作用する副マス5の慣性力は、倒立振子である副マス5の質量、支持アーム4の長さ、主マス3と支持アーム4とをリンク機構6により連結する位置等によって調整可能である。本実施形態では、これらの要素が、構造物の第2固有周期、すなわち長周期側の固有周期に対応するように設定される。これにより、構造物と主マス3および副マス5とが、位相が90度程度ずれて同周期で振動することになり、構造物の第2振動方向の振動が低減される。
As the inertial force of the
以上述べたように、本実施形態によれば、構造物が振動すると、第1振動方向であるX方向については、支持アーム4および副マス5が、リンク機構6により主マス3の揺動と同期して平行移動する。また、第2振動方向であるY方向については、支持アーム4および副マス5が、リンク機構6により主マス3の揺動と同期して回動する。
As described above, according to the present embodiment, when the structure vibrates, in the X direction which is the first vibration direction, the
X方向については、主マス3と副マス5とが一体となって振動するので、吊下アーム2の長さにより主マス3および副マス5の固有周期が定まる。Y方向については、副マス5が倒立振子として主マス3と同位相で振動し、副マス5の慣性力がリンク機構6を介して主マス3に作用するので、主マス3および副マス5の固有周期が、X方向の固有周期よりも長周期となる。
In the X direction, since the
これによれば、異なる固有周期を有する構造物における直交する2方向の振動を低減できる。また、構造物の長周期側の固有周期である第2固有周期に関係なく、吊下アーム2の長さを構造物の短周期側の固有周期である第1固有周期に対応する長さにできる。したがって、吊下アームの長さを長周期側の固有周期に対応する長さにする制振装置と比べて、制振装置100の大きさを抑制できる。
According to this, it is possible to reduce vibration in two orthogonal directions in a structure having different natural periods. In addition, regardless of the second natural period which is the natural period of the long side of the structure, the length of the hanging
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体例に限定する趣旨ではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the said embodiment showed only a part of application example of this invention, and it is not the meaning which limits the technical scope of this invention to the specific example of the said embodiment. .
例えば、上記実施形態では、枠体1が、天部として天板1aを備え、底部として底板1bを備えているが、天部として上梁を備えてもよいし、底部として下梁を備えてもよい。
For example, in the above embodiment, the
また、枠体1の天部として構造物の天井や上梁を用いてもよいし、枠体1の底部として構造物の床や下梁を用いてもよい。つまり、構造物自体を枠体1として用いてもよい。
In addition, the ceiling or the upper beam of the structure may be used as the top portion of the
また、上記実施形態では、支持アーム4を押圧する押圧部材としてベアリング13を備えているが、ベアリング13に代えて、摺動性の高い樹脂部材等を用いてもよい。
Although the
また、図3に示すように、油圧シリンダや電動シリンダ等のアクチュエータ14を追加することで、制振装置100をAMD(Active Mass Damper:アクティブ質量ダンパ)とすることも可能である。
Moreover, as shown in FIG. 3, it is also possible to make the damping
100 制振装置
1 枠体
1a 天板(天部)
1b 底板(底部)
2 吊下アーム(吊下部材)
3 主マス
4 支持アーム(支持体)
5 副マス
6 リンク機構
13 ベアリング(押圧部材)
100
1b Bottom plate (bottom)
2 Hanging arm (hanging member)
3
5
Claims (2)
吊下部材により枠体の天部から揺動可能に吊り下げられる主マスと、
前記第1振動方向に平行移動可能、かつ、前記第2振動方向に回動可能に、前記枠体の底部に、又は前記構造物に一端が連結される支持体と、
前記支持体の他端に取り付けられる副マスと、
前記主マスが前記第1振動方向に揺動したときに、前記支持体および前記副マスが前記主マスの揺動と同期して平行移動し、前記主マスが前記第2振動方向に揺動したときに、前記支持体および前記副マスが前記主マスの揺動と同期して回動するように、前記主マスと前記支持体とを連結するリンク機構と、
を備えることを特徴とする制振装置。 When vibration is applied from the outside, it vibrates in a first vibration direction at a first natural period, and in a second vibration direction orthogonal to the first vibration direction, a second natural period longer than the first natural period A vibration control device for reducing vibration of a structure vibrating at
A main mass swingably suspended from the top of the frame by a suspension member;
A supporting body whose one end is connected to the bottom of the frame or to the structure so as to be movable in parallel in the first vibration direction and rotatable in the second vibration direction
A secondary mass attached to the other end of the support;
When the main mass swings in the first vibration direction, the support and the sub-mass move in parallel in synchronization with the swing of the main mass, and the main mass swings in the second vibration direction A link mechanism connecting the main mass and the support so that the support and the sub-mass rotate in synchronization with the swinging of the main mass when being separated;
A vibration control device comprising:
前記リンク機構は、前記主マスに取り付けられて前記主マスが前記第1振動方向に揺動したときに前記支持体を押圧して平行移動させる押圧部材を備える、
ことを特徴とする制振装置。 The vibration control device according to claim 1, wherein
The link mechanism includes a pressing member attached to the main mass and pressing the support for parallel movement when the main mass swings in the first vibration direction.
Vibration control device characterized in that.
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