JP6472598B2 - 制震装置 - Google Patents

Description

本発明は制震装置に関する。ここで提案される制震装置は、特に、橋や梁などを含む構造体の制震装置として好適である。

例えば、特開２０１１−１４１０２６号公報には、慣性質量を付加質量として利用するＴＭＤ機構が開示されている。ここでは、付加ばねと慣性質量ダンパーが直列に接続されており、付加減衰が付加ばねあるいは慣性質量ダンパーに対して並列に接続されている。そして、地震時に慣性質量ダンパーに過大な入力が入らないように、付加ばねの耐力を設定する構造が開示されている。

また、特開２０１１−１２４２７号公報には、錘と、ばねと、オイルダンパーとを備えたＴＭＤ機構に対して、モータ９が取り付けられている。そして、地震時に錘のロックを解除するのに合わせて、モータによって所定の初期変位の位置に錘を移動させることが提案されている。

特開２０１１−１４１０２６号公報 特開２０１１−１２４２７号公報

上記のように、地震時に対象構造物の振動を小さく抑えるＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパー）は種々提案されている。これらは、対象構造物の１次固有周期以外の振動数における応答倍率の上限値が過大になるのを防止するため、最適な減衰を付加する必要がある。このため、ＴＭＤの動きに連動して作動する減衰装置としてオイルダンパーが用いられている。かかるオイルダンパーを取り付けるための構造が複雑であった。

ここで提案される制震装置は、上部基材と、上部基材に一端が取り付けられたばねと、ばねの他端に取り付けられ、ばねを介して、上部基材から吊り下げられた錘と、上部基材に対して相対的に固定され、かつ、錘に対して対向した対向部材と、錘と対向部材との間に配置され、一端が錘に接続され、他端が対向部材に接続された粘弾性体とを備えている。

ここでは、ばねと、ばねを介して吊り下げられた錘とで構成されたＴＭＤの動きに連動して作動する減衰装置として粘弾性体を用いた制震装置を提案している。粘弾性体は、錘と対向部材との間に配置され、上部基材から吊り下げられた錘が鉛直方向に上下に振動するのに応じてせん断変形する。この場合、粘弾性体は、せん断変形を伴う振動を受けると、一周期毎に、当該ヒステリシスループＨで囲まれた面積に相当する量のエネルギを吸収し得る。これにより、比較的簡単な構造で、対象構造物の１次固有周期以外の振動数における応答倍率の上限値が過大になるのを防止することができる。

ここで、粘弾性体は、例えば、対向して配置された一対のプレート間に配置され、当該一対のプレートにそれぞれ接着されているとよい。この場合、当該一対のプレートの一方は錘に接続され、他方が対向部材に接続されているとよい。

また、錘は、平板状の部材であり、かつ、当該錘の平面部の法線が鉛直方向に対して直交するように、上部基材に対して取り付けられていてもよい。対向部材は、錘の法線方向および鉛直方向の両方に直交する方向において、錘の周縁部の外側に対向していてもよい。粘弾性体は、錘の周縁部と、当該周縁部に対向した対向部材との間に配置されていてもよい。

錘は、平板状の部材であり、かつ、当該錘の平面部の法線が鉛直方向に対して直交するように、上部基材に対して取り付けられていてもよい。この場合、対向部材は、錘の法線方向において、錘の平面部に対向しているとよい。粘弾性体は、錘の平面部と、当該平面部に対向した対向部材との間に配置されているとよい。

また、上部基材に対する錘の移動方向を鉛直方向に沿って案内するガイドを備えていてもよい。また、粘弾性体は、錘と対向部材とに着脱自在に取り付けられていてもよい。また、ばねは、上部基材と錘とに着脱可能に取り付けられていてもよい。また、錘の重さが調整可能であってもよい。

また、ここで提案される構造体は、上部構造体と、上部構造体を支持する支持構造体と、制震装置とを備えているとよい。ここで、制震装置は、上部構造体に一端が取り付けられたばねと、ばねの他端に取り付けられ、ばねを介して、上部構造体から吊り下げられた錘と、上部構造体の下面に前記錘に対して対向する対向部材と、錘と対向部材との間に配置され、一端が錘に接続され、他端が対向部材に接続された粘弾性体とを備えているとよい。この場合、ばねの剛性と粘弾性体の剛性との和と、錘の質量とによって計算される固有周期Ｔｄが、上部構造体と前記支持構造体とからなる対象構造物の１次固有周期Ｔ１に一致しているとよい。また、この場合、ばねの一端は、上部構造体に取り付けられた上部基材に取り付けられていてもよい。また、この場合、構造体は、上部構造体に対する錘の移動方向を鉛直方向に沿って案内するガイドを備えていてもよい。

図１は、制震装置１００が組み込まれた構造体１０を示す正面図である。 図２は、構造体１０に組み込まれた制震装置１００を示す正面図である。 図３は、制震装置１００を上部構造体１１から取り外した状態を示している。 図４は、図３の側面図である。 図５は、粘弾性体１０５およびプレート１０５ａ、１０５ｂを模式的に示す平面図である。 図６は、粘弾性体が描くヒステリシスループの概略図である。 図７は、他の形態にかかる構造体１０Ａを示す側面図である。 図８は、図７で用いられた制震装置１００Ａを示す図である。 図９は、制震装置１００Ａの断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る制震装置を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、同じ作用を奏する部材または部位には、適宜に同じ符号を付している。また、各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。また、各図面は、一例を示すのみであり、特に言及されない限りにおいて本発明を限定しない。

《構造体１０》
図１は、制震装置１００が組み込まれた構造体１０を示す正面図である。図２は、構造体１０に組み込まれた制震装置１００を示す正面図であり、図１のII-II断面矢視図である。ここで、図１に示された構造体１０は、上部構造体１１と、支持構造体１２と、制震装置１００とを備えている。図１では、構造体１０として、具体的には、橋（橋梁）を模式的に示している。ここで、上部構造体１１は橋桁であり、支持構造体１２は橋台である。

図１に示す上部構造体１１としての橋桁は、上梁１１ａと下梁１１ｂと中間トラス１１ｃとを備えている。上梁１１ａは、図２に示すように、幅方向に予め定められた間隔を空けて平行に配置された２本のＨ鋼１１ａ１、１１ａ２と、Ｈ鋼１１ａ１、１１ａ２の間に架設された中間梁材１１ａ３とを備えている。この実施形態では、上梁１１ａの両端は、図１に示すように、支持構造体１２に支持されている。下梁１１ｂは、上梁１１ａの下側に上梁１１ａと平行に配置されている。中間トラス１１ｃは、上梁１１ａと下梁１１ｂとの間に架設されたトラスである。

なお、ここで提案される制震装置１００は、橋に限らず、種々の構造体に組み込まれる。このため、上部構造体１１は、橋桁に限定されない。また、上部構造体１１は、ここで例示される構造に限定されない。例えば、構造体１０としては、木造建築や鉄骨構造でもよい。木造建築や鉄骨構造の構造体では、例えば、梁のように横向きに渡された部材が上部構造体１１となり、当該梁の両端を支える柱が支持構造体１２となる。このように上部構造体１１は、橋桁や梁のように、凡そ水平に配置された部材であればよい。また、支持構造体１２は、上部構造体１１を支持する部材である。好適には、支持構造体１２は、上部構造体１１の両端を支持しているとよい。

《制震装置１００》
制震装置１００は、図２に示すように、上部基材１０１と、ばね１０２と、錘１０３と、対向部材１０４と、粘弾性体１０５と、ガイド１０６と、下部支持材１０７とを備えている。ここで、図３は、上部構造体１１から取り外された制震装置１００を示している。なお、図３では、プレート１０３ａの左上側の部分が破断された状態で図示されている。ここでは、具体的には、制震装置１００の上部基材１０１とばね１０２と錘１０３と粘弾性体１０５とガイド１０６とを、上部構造体１１および対向部材１０４から取り外した状態を示している。また、図４は、図３の右側面図である。なお、図４では、制震装置１００の右側の粘弾性体１０５および台座１０３ｈは省略された状態で図示されている。

上部基材１０１は、図２に示すように、上部構造体１１に取り付けられる部材である。この実施形態では、上部基材１０１は、ベース１１１と、取付部材１１２とを備えている。ベース１１１は、上部構造体１１の梁部分（ここでは、橋桁）の下面に取り付けられる部位である。この実施形態では、ベース１１１は、上板１１１ａと、中間材１１１ｂと、下板１１１ｃとを備えている。上板１１１ａは、上部構造体１１の下面に取付けられる板材である。上板１１１ａには、図３および図４に示すように、上部構造体１１に取り付ける締結材を装着する複数の締結穴１１１ａ１が形成されている。中間材１１１ｂは、上板１１１ａの締結穴１１１ａ１に重ならないように配置された格子状の壁材であり、上板１１１ａの下面に溶接されている。さらに、中間材１１１ｂの下面には、下板１１１ｃが溶接されている。

取付部材１１２は、ベース１１１の下面（ここでは、下板１１１ｃの下面）に取り付けられている。この実施形態では、取付部材１１２は、互いに対向する２枚のプレート１１２ａ、１１２ｂと、複数の取付軸１１２ｃとを備えている。ここで、２枚のプレート１１２ａ、１１２ｂは、上部基材１０１の下面において、上部基材１０１から鉛直方向下向きに延び、対向するように配置されている。上部基材１０１と２枚のプレート１１２ａ、１１２ｂとは、例えば、溶接のような接合手段によって接合されている。２枚のプレート１１２ａ、１１２ｂには、取付軸１１２ｃを装着するための装着穴が形成されている。取付軸１１２ｃは、２枚のプレート１１２ａ、１１２ｂに形成された装着穴に通して、２枚のプレート１１２ａ、１１２ｂの間に架け渡されている。この実施形態では、取付軸１１２ｃの両端にはねじ溝が形成されている。そして、２枚のプレート１１２ａ、１１２ｂの装着穴に通された取付軸１１２ｃの両端にはナット１１２ｃ１、１１２ｃ２が取り付けられている。これによって、取付軸１１２ｃは２枚のプレート１１２ａ、１１２ｂに架け渡された状態で固定されている。

かかる上部基材１０１は、この実施形態では、図２に示すように、上板１１１ａに設けられた締結穴１１１ａ１（図４参照）を通じて、ボルトナット１０１ａによって上部構造体１１の下面に取り付けられている。

《ばね１０２》
次に、ばね１０２は、この実施形態では、金属製の蔓巻ばねであり、所要の剛性を有している。ばね１０２の両端にはリング状のフック１０２ａ、１０２ｂが設けられている。この実施形態では、制震装置１００は、４本のばね１０２を備えている。ばね１０２の一端（上端）のフック１０２ａは、それぞれ上部基材１０１のプレート１１２ａ、１１２ｂ間に架け渡された取付軸１１２ｃに装着されている。ばね１０２の他端（下端）のフック１０２ｂは、後述するように錘１０３に取り付けられている。

《錘１０３》
錘１０３は、図３および図４に示すように、ばね１０２の他端（下端）に取り付けられ、ばね１０２を介して、上部基材１０１から吊り下げられている。この実施形態では、錘１０３は、対向する一対のプレート１０３ａ、１０３ｂと、プレート１０３ａ、１０３ｂの間に取り付けられた交換錘１０３ｃとを備えている。この実施形態では、プレート１０３ａ、１０３ｂの中間部分には、それぞれ交換錘１０３ｃを取付けるための取付穴（図示省略）が形成されている。また、当該取付穴よりも上側には、ばね１０２の他端（下端）を取付ける取付穴（図示省略）が形成されている。

この実施形態では、当該取付穴を通じて、プレート１０３ａ、１０３ｂの間に取付軸１０３ｄが架け渡されている。さらに、取付軸１０３ｄの両端にはナット１０３ｄ１，１０３ｄ２が取り付けられている。かかるナット１０３ｄ１，１０３ｄ２を締め付けることによって、取付軸１０３ｄは２枚のプレート１０３ａ、１０３ｂに架け渡された状態で固定されている。ばね１０２の他端（下端）のフック１０２ｂは、かかる取付軸１０３ｄに装着されている。

交換錘１０３ｃは、錘１０３の全体の重量を調整するための調整用の錘である。交換錘１０３ｃは、プレート１０３ａ、１０３ｂの間に配置される。交換錘１０３ｃには、プレート１０３ａ、１０３ｂの取付穴（図示省略）に合致する位置に貫通穴が形成されており、当該取付穴と貫通穴を通じてボルト１０３ｃ１が装着され、ナット１０３ｃ２で止められている。この交換錘１０３ｃは、ボルトナット１０３ｃ１、１０３ｃ２を取り外すことによって適宜にプレート１０３ａ、１０３ｂから取り外すことができる。錘１０３は、交換錘１０３ｃを交換することによって、全体の重さを調節することができる。

なお、この実施形態では、プレート１０３ａ、１０３ｂの両側の縁に粘弾性体１０５が取り付けられる。プレート１０３ａ、１０３ｂの両側の縁には、それぞれ粘弾性体１０５を取り付けるための台座１０３ｈが設けられている。この実施形態では、台座１０３ｈは、プレート１０３ａ、１０３ｂの縁に溶接されるフランジ１０３ｈ１と、粘弾性体１０５が取り付けるフランジ１０３ｈ２とを備えている。フランジ１０３ｈ１と、フランジ１０３ｈ２とがウェブを介してそれぞれ互いに反対側に向くように配置されている。この実施形態では、Ｈ型鋼をウェブの真ん中で切断してＴ型鋼とし、そのウェブを重ねてボルト１０３ｈ３によって締結したものである。なお、特に言及されない限りにおいて、台座１０３ｈの構造はかかる構造に限定されない。

《対向部材１０４》
次に、対向部材１０４は、図２に示すように、上部基材１０１に対して相対的に固定され、かつ、錘１０３に対して対向した部材である。この実施形態では、対向部材１０４は、Ｈ鋼で構成されており、上部構造体１１の下面から上部基材１０１に取り付けられた錘１０３の周縁部１０３ｅ、１０３ｆの側方に対して、Ｈ鋼の一平面を向けて対向するように配置されている。この実施形態では、錘１０３の両側の周縁部１０３ｅ、１０３ｆに対して対向するように、錘１０３の両側に対向部材１０４がそれぞれ設けられている。ここで、図２に示すように、上部基材１０１は、上部構造体１１に固定されている。上部基材１０１と同様に、対向部材１０４は上部構造体１１に固定されている。対向部材１０４と上部基材１０１とはともに上部構造体１１に固定されている。この結果、対向部材１０４は上部基材１０１に直接固定されていないが、上部基材１０１に対して固定された状態になっている。このように、対向部材１０４は、上部基材１０１との関係において、直接固定されているか否かを問わず、上部基材１０１に対して固定されているとよく。このような関係を、ここでは適宜に、対向部材１０４は上部基材１０１に対して相対的に固定されていると称している。

《粘弾性体１０５》
次に粘弾性体１０５は、図２に示すように、錘１０３と対向部材１０４との間に配置され、一端が錘１０３に接続され、他端が対向部材１０４に接続されている。この実施形態では、粘弾性体１０５は、対向する一対のプレート１０５ａ、１０５ｂの間に配置され、当該一対のプレート１０５ａ、１０５ｂに接合されている。この実施形態では、粘弾性体１０５は、錘１０３の両側の周縁部１０３ｅ、１０３ｆにおいて、錘１０３と対向部材１０４との間にそれぞれ配置されている。そして、粘弾性体１０５に接着された一方のプレート１０５ａを錘１０３に取り付け、他方のプレート１０５ｂを対向部材１０４に取り付けている。これによって、対向部材１０４に対する錘１０３の相対変位に応じて、粘弾性体１０５に接着されたプレート１０５ａ、１０５ｂが変位する。粘弾性体１０５は、プレート１０５ａ、１０５ｂの変位に応じてせん断変形が生じる。

ここで、粘弾性体１０５は、例えば、高減衰性を有する粘弾性ゴム（制震ゴム）で構成されているとよい。この場合、粘弾性体１０５とプレート１０５ａ、１０５ｂとは、それぞれ加硫接着によって接着されているとよい。プレート１０５ａ、１０５ｂには、それぞれボルトを通す穴１０５ａ１、１０５ｂ１が形成されている（図５参照）。そして、プレート１０５ａは、穴１０５ａ１を通じてボルトナット１０５ｃによって、錘１０３に取り付けられている。また、プレート１０５ｂは、穴１０５ａ１を通じてボルトナット１０５ｄによって、対向部材１０４に取り付けられている。

なお、粘弾性体１０５として用いられる高減衰性を有する粘弾性ゴム（制震ゴム）には、例えば、天然ゴム，スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ），ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ），ブタジエンゴム素材（ＢＲ），イソプレンゴム（ＩＲ），ブチルゴム（ＩＩＲ），ハロゲン化ブチルゴム（Ｘ−ＩＩＲ），クロロプレンゴム（ＣＲ）のゴム素材に、高減衰性を発揮する添加剤を加えて生成された高減衰性ゴム組成物を用いることができる。高減衰性を発揮する添加剤としては、例えば、カーボンブラックなど、種々の添加剤が知られている。

〈ヒステリシスループＨ〉
ここで、図５は、粘弾性体１０５およびプレート１０５ａ、１０５ｂを模式的に示す平面図である。図６は、粘弾性体が描くヒステリシスループの概略図である。図５に示すように、プレート１０５ａに対してプレート１０５ｂが平行移動すると、粘弾性体１０５にせん断変形が生じる。このとき、粘弾性体１０５に生じたせん断変位と、せん断荷重との関係から、図６に示すようなヒステリシスループＨ（実測ヒステリシス曲線）が描かれる。図６中、横軸はプレート１０５ａ、１０５ｂのせん断方向の変位を示し、縦軸はその際のせん断荷重を示している。かかるヒステリシスループＨによれば、せん断変位の増加につれてせん断荷重が高くなり、粘弾性体１０５の抵抗力が大きくなることが分かる。この粘弾性体１０５は、せん断変形を伴う振動を受けると、一周期毎に、当該ヒステリシスループＨで囲まれた面積に相当する量のエネルギを吸収し得る。

《ガイド１０６、下部支持材１０７》
ガイド１０６は、錘１０３の移動方向を鉛直方向に沿って案内する部材である。この実施形態では、対向部材１０４の下端部に、下部支持材１０７が架け渡されている。下部支持材１０７は、錘１０３の下側の縁の鉛直方向の下側に所要の間隔を開けて配置されている。ガイド１０６は、かかる下部支持材１０７の上に取り付けられている。

この実施形態では、ガイド１０６は、下部基材１０６ａと、案内板１０６ｂ、１０６ｃとを備えている。下部基材１０６ａは、図４に示すように、上板１０６ａ１と、中間材１０６ａ２と、下板１０６ａ３とを備えている。下板１０６ａ３は、下部支持材１０７の上面に取付けられる板材である。下板１０６ａ３には、下部支持材１０７に取り付ける締結材を装着する複数の締結穴１０６ａ４が形成されている。中間材１０６ａ２は、下板１０６ａ３の締結穴１０６ａ４に重ならないように配置された格子状の壁材であり、下板１０６ａ３に溶接されている。さらに、上板１０６ａ１は、中間材１０６ａ２の上面に溶接されている。

案内板１０６ｂ、１０６ｃは、下部基材１０６ａから上方に延びるように設けられている。かかる案内板１０６ｂ、１０６ｃは、例えば、下部基材１０６ａの上板１０６ａ１に溶接されているとよい。下部基材１０６ａは、締結穴１０６ａ４を通じて取り付けられたボルトナット１０６ｄによって、下部支持材１０７に取り付けられる。案内板１０６ｂ、１０６ｃは、錘１０３のプレート１０３ａ、１０３ｂの外側面に沿って上方に延びている。錘１０３のプレート１０３ａ、１０３ｂの下端部は、かかるガイド１０６の案内板１０６ｂ、１０６ｃの間に装着されている。かかる構成によって、錘１０３は、ガイド１０６の案内板１０６ｂ、１０６ｃによって、プレート１０３ａ、１０３ｂの法線方向への移動が規制されている。なお、この実施形態では、錘１０３のプレート１０３ａ、１０３ｂの上端部は、取付部材１１２の２枚のプレート１１２ａ、１１２ｂ間に装着されている。錘１０３の上端部が装着されるプレート１１２ａ、１１２ｂと、錘１０３の下端部が装着されるプレート１０３ａ、１０３ｂとには、それぞれ錘１０３との摩擦を軽減するために滑り板１０６ｂ１、１０６ｃ１、１１２ａ１、１１２ｂ１が貼り付けられている。かかる滑り板１０６ｂ１、１０６ｃ１、１１２ａ１、１１２ｂ１には、例えば、フッ素樹脂でコーティングされた板を用いるとよい。

《制震装置１００の機能》
このように、制震装置１００は、上部基材１０１と、ばね１０２と、錘１０３と、対向部材１０４と、粘弾性体１０５とを備えている。ここで、ばね１０２は、上部基材１０１に一端が取り付けられている。錘１０３は、ばね１０２の他端に取り付けられ、ばね１０２を介して、上部基材１０１から吊り下げられている。対向部材１０４は、上部基材１０１に対して相対的に固定され、かつ、錘１０３に対して対向している。粘弾性体１０５は、錘１０３と対向部材１０４との間に配置され、一端が錘１０３に接続され、他端が対向部材１０４に接続されている。

この制震装置１００は、図２に示すように、上部基材１０１を構造体１０の上部構造体１１に取り付ける。この実施形態では、上部基材１０１は、橋の橋桁であり、橋桁の上梁１１ａの下面に取り付けられている。また、対向部材１０４は、上梁１１ａと下梁１１ｂとの間に、上下に架け渡されている。かかる構成において、錘１０３はばね１０２を介して吊り下げられている。ばね１０２は、鉛直方向に、常時、引っ張られた状態で変形している。例えば、地震や風や交通振動によって構造体１０が揺れた際には、当該揺れに対して慣性力を受けて錘１０３が上下に振動する。錘１０３の振動に応じて、ばね１０２と粘弾性体１０５は、短期荷重を受けて変形する。ここで、ばね１０２は、引張あるいは圧縮方向に変形する。粘弾性体１０５は、対向部材１０４に対する錘１０３の相対的な変位に応じてせん断変形する。

ここで、粘弾性体１０５と錘１０３は、構造体１０の揺れに同調して揺れ、当該揺れに応じてばね１０２と粘弾性体１０５に変形δが生じる。特に、この実施形態では、図２に示すように、錘１０３は、ばね１０２によって吊り下げられており、ばね１０２は、錘１０３の振動に応じて伸び縮みする。粘弾性体１０５は、錘１０３と対向部材１０４との間に配置され、一端が錘１０３に接続され、他端が対向部材１０４に接続されており、錘１０３の振動に応じてせん断変形する。かかる構成によって、ばね１０２と錘１０３とで構成されるＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパー）に連動して、粘弾性体１０５がせん断変形する。粘弾性体１０５は、せん断変形によって、所要の減衰をＴＭＤに付加する。かかる粘弾性体１０５によって、構造体１０の応答倍率の上限値を低減させる、ＴＭＤを構成することができる。

また、この実施形態では、錘１０３は、４つのばね１０２で吊り下げられている。かかる４つのばね１０２は、錘１０３の重心を通る鉛直方向の線に対して対称に配置されている。そして、かかる４つのばね１０２の剛性は、ともに同じであり、錘１０３の重心を通る鉛直方向の線に対して左右で均等に錘１０３を支持している。また、粘弾性体１０５の錘１０３の重心を通る鉛直方向の線を対称にして左右均等に配置されている。

このため、錘１０３は、上下に振動する際に、錘１０３の重心を通る鉛直方向の線に対してばね１０２と粘弾性体１０５からそれぞれ均等に力を受ける。このため、上下に振動する際に、錘１０３が傾くのが防止されている。さらに、この実施形態では、錘１０３には、錘１０３がプレート１０３ａ、１０３ｂの法線方向への移動するのを規制するガイド１０６が設けられている。このため、錘１０３は、スムーズに上下に振動する。

この場合、好適には、ばね１０２の剛性と粘弾性体１０５の剛性との和と、錘１０３の質量とによって計算される固有周期Ｔｄが、上部構造体１１と支持構造体１２とからなる対象構造物の１次固有周期Ｔ１に一致しているとよい。つまり、ばね１０２の剛性と粘弾性体１０５の剛性との和と、錘１０３の質量とによって計算される固有周期Ｔｄが、上部構造体１１と支持構造体１２とからなる対象構造物の１次固有周期Ｔ１に一致させるように、ばね１０２の剛性と、粘弾性体１０５の剛性と、錘１０３の質量とを調整するとよい。これによって、構造体１０の振動をより小さく抑えることができ、かつ、振動をより早期に減衰させることができる。

ここで、ばね１０２の剛性は、例えば、ばね１０２の弾性変形域における静的な引張試験で荷重と変位との関係の勾配（いわゆるヤング率）によって評価される。また、粘弾性体１０５は、例えば、正弦波による強制変形を繰り返し与える試験において、横軸に荷重（せん断荷重）と縦軸に変位（せん断変位）をとって、荷重−変位の特性を表すグラフを得る。この際、荷重−変位の特性はループ（例えば、図６に示すようなヒステリシスループＨ）を描く。ここでは、粘弾性体１０５の剛性は、例えば、３ループ目のループでの最大変位点δ１での加重Ｐ１と、最小変位点δ２での加重Ｐ２とから算出される（Ｐ１−Ｐ２）/（δ１−δ２）によって評価される。

例えば、粘弾性体１０５は、錘１０３と対向部材１０４とに着脱自在に取り付けられているとよい。また、ばね１０２は、上部基材１０１と錘１０３とに着脱可能に取り付けられているとよい。また、錘１０３の重さは調整可能であるとよい。

例えば、上述した実施形態では、粘弾性体１０５は、プレート１０５ａ、１０５ｂにそれぞれ接着されている。かかるプレート１０５ａ、１０５ｂを錘１０３と対向部材１０４から取り外すことによって、粘弾性体１０５が取り外される。そして、適当な剛性の粘弾性体１０５を選択して錘１０３と対向部材１０４とに取り付けるとよい。

ここで、図４に示すように、ばね１０２の一端（上端）のフック１０２ａは、上部基材１０１のプレート１１２ａ、１１２ｂ間に架け渡された取付軸１１２ｃに装着されている。ナット１１２ｃ１，１１２ｃ２を外すことによって、取付軸１１２ｃをプレート１１２ａ、１１２ｂから取り外すことができ、ばね１０２の一端（上端）のフック１０２ａを取り外すことができる。また、ばね１０２の他端（下端）のフック１０２ｂは、錘１０３のプレート１０３ａ、１０３ｂに架け渡された取付軸１０３ｄに装着されている。ここで、ナット１０３ｄ１，１０３ｄ２を外すことによって、取付軸１０３ｄをプレート１０３ａ、１０３ｂから取り外すことができ、ばね１０２の他端（下端）のフック１０２ｂを取り外すことができる。

このように、ばね１０２は、上下のフック１０２ａ、１０２ｂをそれぞれ取り外すことによって取り外される。そして、適当な剛性のばね１０２を選択して、上部基材１０１と錘１０３とに取り付けるとよい。また、上述した実施形態では、錘１０３は、上述したように交換錘１０３ｃが交換可能で有り、適切な重さの交換錘１０３ｃを選択して取り付けることによって、錘１０３全体の重さを調整することができる。

ここで、固有周期Ｔｄは、以下の式によって計算される。
固有周期Ｔｄ＝２π×√（錘の重量）／√（ばねの剛性と粘弾性体の剛性の和）
例えば、ばねの剛性として上述したヤング率を用い、粘弾性体の剛性として、上述したヒステリシスループ（図６参照）での３ループ目のループでの最大変位点δ１での加重Ｐ１と、最小変位点δ２での加重Ｐ２とから算出される（Ｐ１−Ｐ２）/（δ１−δ２）を用いて、固有周期Ｔｄを算出するとよい。

このように、この実施形態では、ばね１０２と錘１０３とで構成されるＴＭＤに連動して、粘弾性体１０５がせん断変形し、所要の減衰を発揮する。このため、構造体１０の振動が小さく抑えられ、かつ、早期に減衰する。

ここでは、上部基材１０１は、上部構造体１１に取り付けられている。ばね１０２の一端１０２ａ（上端）は、上部基材１０１に取り付けられており、ばね１０２の他端１０２ｂ（下端）には、錘１０３が取り付けられている。これによって、錘１０３は、ばね１０２を介して、上部基材１０１から吊り下げられている。対向部材１０４は、上部基材１０１に対して相対的に固定され、かつ、錘１０３に対して対向しており、粘弾性体１０５は、錘１０３と対向部材１０４との間に配置され、一端が錘１０３に接続され、他端が対向部材１０４に接続されている。

ここでは、ばね１０２と錘１０３とで構成されたＴＭＤの動きに連動して作動する減衰装置として粘弾性体１０５が用いられている。粘弾性体１０５は、錘１０３と対向部材１０４との間に配置され、上部基材１０１から吊り下げられた錘１０３が鉛直方向に上下に振動するのに応じてせん断変形する。この場合、粘弾性体１０５は、せん断変形を伴う振動を受けると、一周期毎に、当該ヒステリシスループＨで囲まれたエネルギに相当するエネルギを吸収し得る。制震装置１００は、かかる粘弾性体１０５の作用によって、対象構造物の１次固有周期以外の振動数における応答倍率の上限値が過大になるのを防止することができる。

この実施形態では、粘弾性体１０５は、対向して配置された一対のプレート１０５ａ、１０５ｂ間に配置され、当該一対のプレート１０５ａ、１０５ｂにそれぞれ接着されている。そして、当該一対のプレート１０５ａ、１０５ｂの一方が錘１０３に接続され、他方が対向部材１０４に接続されているとよい。かかる構成によれば、粘弾性体１０５の成形が容易であり、かつ、プレート１０５ａ、１０５ｂを介して制震装置１００に粘弾性体１０５が組み込まれるので、粘弾性体１０５を組み込む作業が簡単であり、粘弾性体１０５の取り外しが可能である。

また、上述した実施形態では、錘１０３は、平板状の部材であり、当該錘１０３の平面部１０３ｇの法線が鉛直方向に対して直交するように、上部基材１０１に対して取り付けられている。ここでは、図１および図２に示すように、上部基材１０１は上部構造体１１に取り付けられている。そして、上部基材１０１が上部構造体１１に取り付けられた状態において、錘１０３の平面部１０３ｇの法線が鉛直方向に対して直交するように、上部基材１０１に対して取り付けられている。対向部材１０４は、錘１０３の法線方向および鉛直方向の両方に直交する方向において、錘１０３の周縁部１０３ｅ、１０３ｆの外側に対向している。粘弾性体１０５は、錘１０３の周縁部１０３ｅ、１０３ｆと、周縁部１０３ｅ、１０３ｆに対向した対向部材１０４との間に配置されている。この場合、制震装置１００の各部材が、平板状の部材で構成できるので、製造が容易であり、コストを抑えることができる。

また、図２に示すように、上部基材１０１（換言すれば、上部構造体１１）に対する錘１０３の移動方向を鉛直方向に沿って案内するガイド１０６を備えていてもよい。かかるガイド１０６を設けることによって、錘１０３の振動方向が安定するので、ばね１０２や粘弾性体１０５の変形方向が安定する。これにより、制震装置１００は、安定した性能を発揮しうる。

《制震装置１００Ａと構造体１０Ａの他の形態》
次に、制震装置１００Ａの他の形態を説明する。
図７は、他の形態にかかる構造体１０Ａを示す側面図である。また、図８は、図７で用いられた制震装置１００Ａを示す図であり、図９は、制震装置１００ＡのＩＸ−ＩＸ断面矢視図である。

この実施形態では、構造体１０Ａは、図７に示すように、上部構造体としての梁１１Ａと、梁１１Ａを支持する支持構造体１２を備えている。支持構造体１２は、梁１１Ａの両端を支持している。

制震装置１００Ａは、梁１１Ａに取り付けられている。この実施形態では、制震装置１００Ａは、梁１１Ａの中間部分に取り付けられている。ここで、制震装置１００Ａは、図８および図９に示すように、上部基材１０１Ａと、ばね１０２Ａと、錘１０３Ａと、対向部材１０４Ａと、粘弾性体１０５Ａとを備えている。ここで、上部基材１０１Ａとばね１０２Ａと錘１０３Ａとは、凡そ図２に示す制震装置１００の上部基材１０１とばね１０２と錘１０３と、凡そ同様の構成を有している。図８および図９において、対応する構成要素には、図２で示された形態と同じ符号を付しており、重複する説明は適宜に省略する。

図８に示す形態では、対向部材１０４Ａは、上部基材１０１Ａにばね１０２を取り付けるプレート１１２ａ、１１２ｂによって構成されている。この実施形態では、図９に示すように、上部基材１０１の下板１１１ｃは、幅が広くなっている。当該下板１１１ｃに取り付けられたプレート１１２ａ、１１２ｂは、錘１０３のプレート１０３ａ、１０３ｂの外側よりも間隙を十分に広く、かつ、錘１０３のプレート１０３ａ、１０３ｂの外側に対向している。そして、粘弾性体１０５Ａに接着されたプレート１０５ａ、１０５ｂのうち、一方のプレート１０５ａを錘１０３側のプレート１０３ａ、１０３ｂに取り付け、他方のプレート１０５ｂを対向部材１０４Ａとしてのプレート１１２ａ、１１２ｂに取り付けている。これによって、粘弾性体１０５Ａは、対向部材１０４Ａとしてのプレート１１２ａ、１１２ｂに対する錘１０３Ａの動きに応じて、せん断変形が生じる。

この制震装置１００Ａでは、ばね１０２Ａと錘１０３Ａとで構成されるＴＭＤ（チューンド・マス・ダンパー）に連動して、粘弾性体１０５Ａがせん断変形し、所要の減衰を発揮するので、構造体１０Ａの振動が小さく抑えられ、かつ、早期に減衰する。

この場合、対向部材１０４Ａは、錘１０３Ａの法線方向において、錘１０３Ａの平面部１０３ｇに対向している。粘弾性体１０５Ａは、錘１０３Ａの平面部１０３ｇと、当該平面部１０３ｇに対向した対向部材１０４Ａとの間に配置されている。この場合でも、制震装置１００の各部材が、平板状の部材で構成されているので、製造が容易であり、コストを抑えることができる。

また、この実施形態では、錘１０３Ａは、複数（ここでは、４つ）のばね１０２Ａで吊り下げられている。かかる複数のばね１０２Ａは、錘１０３Ａの重心を通る鉛直方向の線に対して対称に配置されている。そして、かかる複数のばね１０２Ａの剛性は、ともに同じであり、錘１０３Ａの重心を通る鉛直方向の線の左右で均等に錘１０３Ａを支持している。また、粘弾性体１０５Ａは、錘１０３Ａの平面部１０３ｇの両面において、錘１０３Ａの重心を通る鉛直方向の線を対称にして均等に配置されている。

このため、錘１０３Ａは、上下に振動する際に、錘１０３Ａの重心を通る鉛直方向の線に対してばね１０２Ａと粘弾性体１０５Ａからそれぞれ均等に力を受ける。このため、上下に振動する際に、錘１０３Ａが傾くのが防止されている。

この実施形態では、錘１０３Ａには、錘１０３Ａがプレート１０３ａ、１０３ｂの法線方向への移動するのを規制するガイド１０６（図２参照）が設けられていない。ガイド１０６は、錘１０３Ａがスムーズに上下に振動するのを補助する。かかるガイド１０６は、制震装置１００Ａにおいて設けてもよいし、また、制震装置１００Ａが適切に機能する場合にはなくてもよい。

また、上述した実施形態では、ばね１０２Ａの一端（上端）は、上部基材１０１Ａに取り付けられており、上部基材１０１Ａを介して上部構造体１１に取り付けられている。これに対して、ばね１０２Ａの一端（上端）は、上部構造体１１に直接取り付けてもよい。また、上部構造体１１に対向部材１０４Ａとなりうる部位があれば、当該部位を対向部材１０４Ａとして利用してもよい。また、かかる制震装置１００Ａが取り付けられた構造体１０Ａは、上述したようにばね１０２Ａの剛性と粘弾性体１０５Ａの剛性との和と、錘１０３Ａの質量とによって計算される固有周期Ｔｄが、上部構造体１１と支持構造体１２とからなる対象構造物の１次固有周期Ｔ１に一致しているとよい。

以上、ここで提案される制震装置と構造体とについての一実施形態を説明したが、ここで提案される制震装置と構造体は、上述した実施形態に限定されない。

１０、１０Ａ 構造体
１１、１１Ａ 梁
１１ａ 上梁
１１ｂ 下梁
１１ｃ 中間トラス
１２ 支持構造体
１００、１００Ａ 制震装置
１０１、１０１Ａ 上部基材
１０２ ばね
１０２ａ ばねの一端
１０２ｂ ばねの他端
１０３、１０３Ａ 錘
１０３ａ、１０３ｂ プレート
１０３ｃ 交換錘
１０３ｄ 取付軸
１０３ｅ、１０３ｆ 周縁部
１０３ｇ 平面部
１０３ｈ 台座
１０４、１０４Ａ 対向部材
１０５、１０５Ａ 粘弾性体
１０６ ガイド
１０７ 下部支持材
１１１ ベース
１１２ 取付部材
１１２ａ、１１２ｂ プレート
１１２ｃ 取付軸

Claims (8)

1. 上部基材と、
   前記上部基材に一端が取り付けられたばねと、
   前記ばねの他端に取り付けられた平板状の部材であり、かつ、平面部の法線が鉛直方向に対して直交するように、前記ばねを介して前記上部基材から吊り下げられた錘と、
   前記上部基材に対して相対的に固定され、かつ、前記錘の法線方向および鉛直方向の両方に直交する方向において、前記錘の周縁部の外側に対向した対向部材と、
   前記錘の下側の縁に対して鉛直方向の下側に間隔を開けて、前記対向部材の下端部に架け渡された下部支持材と、
   前記錘の平面部の法線において、前記錘の下端部を間に挟むように、前記下部支持材から上方に延びた一対の案内板を備えており、前記上部基材に対する前記錘の移動方向を鉛直方向に沿って案内するガイドと、
   前記錘の周縁部と、当該周縁部に対向した対向部材との間に配置され、一端が前記錘に接続され、他端が前記対向部材に接続された粘弾性体と
   を備えた、
   制震装置。
2. 前記粘弾性体は、対向して配置された一対のプレート間に配置され、当該一対のプレートにそれぞれ接着しており、当該一対のプレートの一方は錘に接続され、他方が前記対向部材に接続されている、請求項１に記載された制震装置。
3. 前記粘弾性体は、前記錘と前記対向部材とに着脱自在に取り付けられている、請求項１または２に記載された制震装置。
4. 前記ばねは、前記上部基材と前記錘とに着脱可能に取り付けられている、請求項１から３までの何れか一項に記載された制震装置。
5. 前記錘の重さが調整可能である、請求項１から４までの何れか一項に記載された制震装置。
6. 上部構造体と、
   前記上部構造体を支持する支持構造体と、
   制震装置と
   を備え、
   前記制震装置は、
   前記上部構造体に一端が取り付けられたばねと、
   前記ばねの他端に取り付けられた平板状の部材であり、かつ、平面部の法線が鉛直方向に対して直交するように、前記ばねを介して前記上部構造体から吊り下げられた錘と、
   前記上部構造体に対して相対的に固定され、かつ、前記錘の法線方向および鉛直方向の両方に直交する方向において、前記錘の周縁部の外側に対向した対向部材と、
   前記錘の下側の縁に対して鉛直方向の下側に間隔を開けて、前記対向部材の下端部に架け渡された下部支持材と、
   前記錘の平面部の法線において、前記錘の下端部を間に挟むように、前記下部支持材から上方に延びた一対の案内板を備えており、前記上部構造体に対する前記錘の移動方向を鉛直方向に沿って案内するガイドと、
   前記錘の周縁部と、当該周縁部に対向した対向部材との間に配置され、一端が前記錘に接続され、他端が前記対向部材に接続された粘弾性体と
   を備えた、
   構造体。
7. 前記ばねの剛性と前記粘弾性体の剛性との和と、前記錘の質量とによって計算される固有周期Ｔｄが、前記上部構造体と前記支持構造体とからなる対象構造物の１次固有周期Ｔ１に一致している、請求項６に記載された構造体。
8. 前記ばねの一端は、前記上部構造体に取り付けられた上部基材に取り付けられている、請求項６または７に記載された構造体。
   

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