JP6508819B2 - Vibration control structure for bridge and setting method of vibration control structure for bridge - Google Patents
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Description
本発明は、橋梁に対する連結制振構造及び橋梁に対する連結制振構造の設定方法に関する。 The present invention relates to a connection damping structure for a bridge and a setting method of the connection damping structure for a bridge.
従来、高架橋などの橋梁を制振構造とする技術として、制振ダンパーを橋桁間に設置する制振技術が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
特許文献1、2では、橋脚上部において桁−桁の間をダンパーで連結する形態が図示され、構造物を長周期化したり橋梁全体の震動を制御して耐震性を高めたりすることができるとしているが、具体的なダンパー諸元の設定や効果に関する記載がない。当然ながら、双方の橋桁が同じ揺れとなる場合にはダンパーで連結しても制振効果はなく、橋梁構造の振動特性とダンパー量との関係が重要となっている。
BACKGROUND ART Conventionally, as a technology for making a bridge such as a viaduct into a vibration control structure, a vibration control technology in which a vibration control damper is installed between bridge girder is known (see, for example,
In
しかしながら、従来の橋梁の隣接する橋桁同士を連結する制振技術では、適用可能となるのは隣接する橋桁が異なる振動特性を有する場合、すなわち固有振動数が異なる場合のみであり、固有振動数が同じ場合には一緒に揺れてしまい制振効果を発揮することができないという問題があった。
また、実在する隣接橋梁間の振動特性が大幅に異なる場合は少なく、連結制振による応答低減効果は限定的なものとなることから、その点で改善の余地があった。
However, in the damping technology that connects adjacent bridge beams of a conventional bridge, it becomes possible to apply only when adjacent bridge beams have different vibration characteristics, that is, when the natural frequency is different, and the natural frequency is In the same case, there is a problem that they shake together and can not exert a damping effect.
In addition, there are few cases where the vibration characteristics between the existing adjacent bridges differ significantly, and the response reduction effect by the connection vibration control is limited, so there is room for improvement in that respect.
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、隣接する橋桁同士が同じ振動特性を有する場合(固有振動数が同じ場合)においても、より効果的に適用することができる橋梁に対する連結制振構造及び橋梁に対する連結制振構造の設定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems described above, and can be applied more effectively to bridges that are applied more effectively even when adjacent bridge girders have the same vibration characteristics (in the case where the natural frequency is the same). It is an object of the present invention to provide a method of setting a vibration control structure and a connection vibration control structure for a bridge.
上記目的を達成するため、本発明に係る橋梁に対する連結制振構造は、隣り合う一方の第1橋桁部に一端側を、他方の第2橋桁部に他端側をそれぞれ接続して制振ダンパーを設置して構成されるとともに、前記橋桁部のそれぞれと下部構造との間において、複数の支承を設置するとともに、これら支承のうち少なくとも一方と並列配置されるように制振装置を設置して構成され、前記制振装置として、ばね部材又は慣性質量ダンパーが設けられ、前記第1橋桁部及び前記第2橋桁部の周波数伝達関数において応答倍率のピーク値が最小となるようにダンパー緒元が設定されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, in the connection damping structure for a bridge according to the present invention, one end side is connected to one adjacent first bridge girder part and the other end side is connected to the other second bridge girder part. And installing a plurality of bearings between each of the bridge girder parts and the lower structure, and installing a damping device in parallel with at least one of the bearings. A spring member or an inertia mass damper is provided as the vibration damping device, and a damper material has a peak value of the response magnification in the frequency transfer function of the first bridge girder portion and the second bridge girder portion is minimized. It is characterized by being set .
また、本発明の橋梁に対する連結制振構造の設定方法は、上述した橋梁に対する連結制振構造の設定方法であって、前記第1橋桁部の固有振動数が、前記第2橋桁部の固有振動数よりも大きい場合において、前記第2橋桁部側の支承のみと並列に前記慣性質量ダンパーが配置される構成と、前記第1橋桁部側の支承のみと並列に前記ばね部材が配置される構成と、前記第2橋桁部側の支承のみと並列に前記慣性質量ダンパーが配置されるとともに、前記第1橋桁部側の支承のみと並列に前記ばね部材が配置される構成と、のいずれか1つが選択的に設けられることを特徴としている。 Further, the method of setting a connection vibration control structure for a bridge according to the present invention is the method for setting a connection vibration control structure for a bridge described above, wherein the natural frequency of the first bridge girder is the natural vibration of the second bridge girder. When the number is larger than the number, the inertia mass damper is disposed in parallel with only the support on the second bridge girder side, and the spring member is disposed in parallel with only the support on the first bridge girder side. And the inertia mass damper is disposed in parallel with only the support on the second bridge girder side, and the spring member is disposed in parallel with only the support on the first bridge girder side. It is characterized in that one is selectively provided.
本発明では、隣接する双方の橋桁部の振動特性が同じ場合、すなわち固有振動数が同じ場合であっても、双方の振動特性(固有振動数)を変えることができ、大きな応答低減効果を得ることができる。そのため、従来のように、制振ダンパーだけによる制振のように、隣接する双方の橋桁部の振動特性が同じ場合に制振効果が得られないという課題を効果的に解決することができる。 In the present invention, when the vibration characteristics of both adjacent bridge girder parts are the same, that is, even when the natural frequency is the same, both vibration characteristics (natural frequency) can be changed, and a large response reduction effect can be obtained. be able to. Therefore, it is possible to effectively solve the problem that the vibration control effect can not be obtained when the vibration characteristics of both adjacent bridge girder parts are the same as in the conventional case, as in the case of the vibration control using only the vibration control damper.
また、本発明では、制振装置としてばね部材に加えて慣性質量ダンパーを追加し、すなわちばね部材と慣性質量ダンパーを併用して双方の振動特性を変えた場合には、双方の最大応答加速度や最大応答変位が大きく低減される。また、橋脚部に生じる応力についても大幅に低減され、基礎に作用するせん断力も同様に低減することができる。しかも、制振装置としてばね部材と慣性質量ダンパーを併用する場合には、ばね部材のみを追加した場合よりもさらに揺れの収束が早くなる。 Furthermore, in the present invention, in addition to the spring member as an damping device, an inertial mass damper is added, that is, when both of the vibration characteristics are changed by using both the spring member and the inertial mass damper Maximum response displacement is greatly reduced. In addition, the stress generated in the bridge is also greatly reduced, and the shear force acting on the foundation can be reduced as well. In addition, in the case where the spring member and the inertia mass damper are used in combination as the damping device, the convergence of the swaying becomes faster than when only the spring member is added.
また、支承部を交換する必要がなく、単に制振機構を付加するだけなので、橋梁を工事中も継続的に使用することができる。
また、制振ダンパーを隣接する橋桁部間を連結するように設けるとともに、制振装置を支承と並列に配置するだけの比較的簡単な作業なので、施工に当たり特別な技能は必要とされず、新設だけでなく既存橋梁の制振改修にも適用できる利点がある。
In addition, since it is not necessary to replace the bearing but merely to add a damping mechanism, the bridge can be used continuously even during construction.
In addition, since vibration damping dampers are provided so as to connect adjacent bridge girder parts, and because the vibration control device is a relatively simple task of arranging in parallel with the bearing, no special skills are required for construction, and new construction is required. Not only is there an advantage that it can be applied to damping improvement of existing bridges.
本発明の橋梁に対する連結制振構造及び橋梁に対する連結制振構造の設定方法によれば、隣接する橋桁同士が同じ振動特性を有する場合(固有振動数が同じ場合)においても、より効果的に適用することができる。 According to the connection vibration control structure for a bridge and the setting method of the connection vibration control structure for a bridge of the present invention, even when adjacent bridge beams have the same vibration characteristics (in the case where the natural frequency is the same), more effective application can do.
以下、本発明の実施の形態による橋梁に対する連結制振構造及び橋梁に対する連結制振構造の設定方法について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, a connection damping structure for a bridge and a method of setting the connection damping structure for a bridge according to an embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
図1(a)に示すように、本実施の形態による高架橋に対する連結制振構造Aは、例えば多径間連続桁形式の高架橋などの橋梁1において、上部構造1Aにおける隣接する橋桁部(橋桁)2、3同士に架け渡すように、言い換えれば一端側を橋軸O1方向に隣り合う一方の橋桁部2に、他端側を他方の橋桁部3に接続してダンパー軸が略橋軸O1方向に沿うように、制振ダンパー4を配設して構成されている。
そして、本実施の形態の連結制振構造Aでは、橋桁部2、3のそれぞれと下部構造1Bとの間において、支承5(5A、5B)を設置するとともに、これら支承5A、5Bのうち少なくとも一方(本実施の形態では両方)と並列配置されるように制振装置6(6A、6B)を設置して構成されている。
As shown in FIG. 1 (a), the connection vibration control structure A for the elevated bridge according to the present embodiment is, for example, a bridge girder portion (bridge girder) in the upper structure 1A in the
And in connection damping structure A of this embodiment, while installing supporters 5 (5A and 5B) between each of
本実施の形態では、制振ダンパー4がオイルダンパー等の粘性ダンパーであるものとして説明を行うが、本発明に係る制振ダンパーとしては、相対速度に比例した反力を生じるオイルダンパー等の粘性ダンパーの他、例えば、隣接する橋桁部2、3同士の間の相対加速度に比例した反力を生じる慣性質量ダンパー、相対変位に比例した反力を生じるばね部材や弾塑性ダンパーなども勿論適用可能である。
In the present embodiment, although the
また、支承5A、5Bに並列に配して構成される制振装置6は、橋桁部2、3(上部構造1A)の連続部下の橋脚部7(下部構造1B)を対象とするため、橋脚部7を挟んで橋軸O1方向の一方の側(図1(a)で紙面左側)の制振装置としてばね部材6Aが設けられ、他方の側(図1(a)で紙面右側)の制振装置として慣性質量ダンパー6Bが適用されている。つまり、本実施の形態では、制振装置として、ばね部材6Aと慣性質量ダンパー6Bとが併用されている。
In addition, since the
なお、本実施の形態では、ばね部材6Aと慣性質量ダンパー6Bとが併用する構成としているが、制振装置6の設定方法として両者6A、6Bを併用することに制限されることはない。例えば、橋桁部2、3の固有振動数が第1橋桁部2≧第2橋桁部3の関係とする場合において、慣性質量ダンパー6Bを固有振動数の大きくない側の第2橋脚部3の第2支承5Bのみと並列に配置する構成や、ばね部材6Aを固有振動数の小さくない側の第1橋桁部2の第1支承5Aのみと並列に配置する構成とすることができる。
In the present embodiment, the
ここで、本実施の形態の他方の側に設けられる慣性質量ダンパー6Bの一例を図2に示す。
Here, an example of the
この慣性質量ダンパー6Bは、中心軸線O2を慣性質量ダンパーB2の軸線O2と同軸上に配して設けられたボールねじ10と、ボールねじ10に螺着して配設されたボールナット11と、ボールナット11に取り付けられ、ボールナット11の回転に従動して回転する回転錘12とを備えて構成されている。
The
ボールねじ10は、その一端10aに、橋梁1の上部構造1A又は下部構造1Bに接続するためのボールジョイントやクレビスなどの連結部材13が取り付けられている。
At one
また、ボールねじ10に螺着したボールナット11は、軸受け14に支持されている。軸受け14は、軸線O2周りに回転不能に且つ軸線O2方向に移動不能に固設される円環状の外輪14aと、外輪14aの内孔内に配されて軸線O2周りに回転可能に支持された円環状の内輪14bとを備えて形成されている。そして、ボールねじ10が軸受け14の内輪14bの中心孔に挿通して配設されるとともに、ボールナット11が軸受け14の内輪14bに固設されている。これにより、ボールナット11は、軸線O2周りに回転可能に、且つ軸線O2方向に移動不能に配設されている。
Further, the
さらに、ボールナット11に回転錘12が一体に固定して設けられている。回転錘12は例えば略円筒状に形成され、ボールねじ10を内部に挿通し、ボールねじ10と互いの軸線O2を同軸上に配した状態でボールナット11に固着して配設されている。
Further, a
また、慣性質量ダンパー6Bの他端側、すなわちボールねじ10の他端10b側には、円筒状に形成された筒体15が設けられている。
この筒体15は、所定長さの高軸剛性かつ高曲げ剛性の中空円筒体であって、その他端(図中左側の端部)15aに内部を閉塞させるように円板状の接続板17が固着され、この接続板17に、慣性質量ダンパー6Bの他端を、橋梁1の下部構造1B又は上部構造1Aに接続するためのボールジョイントやクレビスなどの連結部材18が取り付けられている。また、筒体15は、その一端側(図中右側の端部)15bが軸受け14に固着され、ボールねじ10の他端10b側が内部に挿入されている。
Further, on the other end side of the
The
そして、上記構成からなる慣性質量ダンパー6Bにおいては、地震などが発生し、橋梁1に振動エネルギーが作用して下部構造1Bと上部構造1Aに相対的な変位が生じると(入力されると)、この変位差に応じてボールねじ10が軸線O2方向に進退し、軸受け14の内輪14bに支持されたボールナット11が回転するとともに回転錘12が回転する。なお、このとき、ボールねじ10は、軸線O2方向に進退するとともに筒体15の内孔に挿入・出する。
これにより、回転錘12の実際の質量の数千倍もの慣性質量効果が得られ、オイルダンパーなどの従来の制振装置を設置した場合と比較し、応答変位が大幅に低減することになる。
Then, in the inertial
As a result, an inertial mass effect that is several thousand times as large as the actual mass of the
なお、慣性質量ダンパー6Bは、両端に作用する相対変位で回転錘12を回転させ、錘質量の数千倍もの大きな慣性質量効果を得るものであるため、作用する相対加速度に比例した反力が得られる。このような機構のため静的な剛性をもたず、橋梁1の上部構造1Aの温度による伸縮(低速)にはほとんど反力を生じさせずに追従することになる。
In addition, since the inertial
ここで、図1(b)は、本実施形態の橋梁に対する連結制振構造Aの振動解析モデルを示している。この図1(b)では、隣り合う一方の第1橋桁部2の質量をm1、他方の第2橋桁部3の質量をm2、一方の第1橋桁部2を下部構造1Bの橋脚部7に支持する一方の第1支承5Aの水平剛性をk1、他方の第2支承5Bの水平剛性をk2としている。
また、橋脚部7の水平剛性をk0、橋脚部7の振動特性を等価な1質点系にモデル化したときの質量をm0としている。さらに、隣接する橋桁部2、3同士の間の連結に設置する制振ダンパー4の減衰係数をCdとしている。
Here, FIG. 1 (b) shows a vibration analysis model of the connection vibration control structure A for the bridge of this embodiment. In this FIG. 1 (b), the mass of one adjacent first
Further, the horizontal rigidity of the bridge portion 7 is k 0 , and the mass when the vibration characteristics of the bridge portion 7 are modeled into an equivalent one mass point system is m 0 . Furthermore, and the damping coefficient of the damping
図1(b)に示す振動解析モデルにおいて、一般的な橋梁ではゴム支承部の剛性k1、k2に比して橋脚部7の剛性k0は十分大きく(k1、k2<<k0)、周波数伝達関数を用いた緒元に設定においては、k0を剛体とみなして、支承下部(橋脚頂部)に地震動が入力されるものとして検討する。すなわち、質量m0に加速度加振x01(上に・・)=x0(上に・・)が作用するものとして検討する。さらに具体的には、第1橋桁部2及び第2橋桁部3の周波数伝達関数において応答倍率のピーク値が最小となるようにダンパー緒元を設定する。
このように設定した最適諸元の制振ダンパー4の有無による周波数伝達関数の変化を確認した上で、時刻歴応答解析により制振効果を把握し評価する。
In the vibration analysis model shown in FIG. 1 (b), the rigidity k 0 of the bridge base 7 is sufficiently large (k 1 , k 2 << k) in the general bridge as compared with the rigidity k 1 and k 2 of the rubber bearing. 0 ) In setting based on frequency transfer function, consider k 0 as a rigid body and consider that seismic motion is input to the lower part of the bearing (the top of the bridge pier). That is, it is considered that the acceleration excitation x 01 (····) = x 0 (···) acts on the mass m 0 . More specifically, in the frequency transfer function of the
After confirming the change of the frequency transfer function by the presence or absence of the damping
質点m1、m2の加速度応答倍率は、以下のようにして求める。ここで、各質点の絶対変位xi、各支承5A、5Bの剛性ki、第2支承5Bと並列に設ける慣性質量ダンパー6Bの慣性質量Ψd、第1支承5Aと並列に設けるばね部材6Aのばね剛性ka、橋桁部2、3間を連結する制振ダンパー4の減衰係数Cd、入力加速度をx0(上に・・)とすると、(1)式、(2)式、(3)式、及び(4)式が得られる。
The acceleration response magnifications of the mass points m 1 and m 2 are determined as follows. Here, absolute displacement x i of each mass point, rigidity k i of each
そして、(4)式は(5)〜(7)式で表記されるため、質点m1、m2の加速度応答倍率は(9)式、及び(10)式の絶対値として求めることができる。
Then, (4) can be obtained (5) to be denoted by - (7), acceleration response magnification of the
このように設定した最適諸元のダンパーの有無による伝達関数の変化を確認したうえで、時刻歴応答解析により制振効果を把握する。なお、本解析において、下部構造1Bとなる橋脚部7の構造減衰を1次固有振動数に対して5%とし、ゴム支承部からなる支承5A、5Bの減衰については無視する。
After confirming the change of the transfer function according to the presence or absence of the damper of the optimum specifications set in this way, the damping effect is grasped by time history response analysis. In the present analysis, the structural damping of the bridge leg 7 to be the
ここで、本実施形態の橋梁に対する連結制振構造Aを設けた場合の橋梁1の耐震性能をシミュレーションした結果(試設計)について、図1(a)、(b)等を用いて説明する。
Here, the simulation results (trial design) of the seismic performance of the
本シミュレーションでは、制振ダンパー4を設けない非制振のCase1と、桁−桁間に制振ダンパー(オイルダンパー)4を設置した本実施形態のCase2、3の3ケースについてシミュレーションを行い、互いのシミュレーション結果を比較した。
具体的に、Case1は、非制振であるので、双方の橋桁部2、3の固有振動数が同じとなって一緒に揺れ、制振装置が効かない構造のものである。Case2(制振aという)は、第1橋桁部2にばね部材6Aのばね剛性kaを追加し、桁−桁間に制振ダンパー4であるオイルダンパーCdを設置した制振構造である。Case3(制振bという)は、第1橋桁部2にばね部材6Aのばね剛性kaを追加し、第2橋桁部3に慣性質量ダンパーΨaを追加し、桁−桁間にオイルダンパーCdを設置した制振構造である。
In this simulation, the simulation is performed on the three cases,
Concretely, since Case1 is non-vibration control, the natural frequency of both
Case1は、双方の橋桁部2、3の固有振動数が同じで連結制振にならない場合であり、制振補強をする前の構造を表している。このCase1では、質点m1、m2の応答は同じとなる。
Case2、3はいずれも連結部のみに粘性減衰を設け、支承5A、5Bと並列にばね又は慣性質量を設けて双方の橋桁部2、3の固有振動数を乖離させたものである。
In both
また、隣り合う一方の第1橋桁部2のスパンが20m、他方の第2橋桁部3のスパンが30mの3径間の橋梁1をモデル化した。表1に示すように、この橋梁1の諸元は、スパン20mの橋桁部質量m1=1052ton、スパン30mの橋梁部質量m2=1578ton、支承部剛性k1=k2=73.5kN/mm(双方の橋桁部2、3を受ける支承剛性は同じとする)であり、時刻歴応答解析では橋脚部質量m0=319ton、下部工剛性k0=954kN/mmとしてモデル化した。
表1に、各Caseでの振動諸元を示す。
Moreover, the span of 20 m of spans of one adjacent 1st
Table 1 shows the vibration specification in each case.
次に、周波数伝達関数を用い、制振ダンパー4の有無(Case1、Case2、Case3)による振動特性の違いを周波数領域で検討した結果について説明する。
なお、構造減衰hはh=0.01としている。
Next, the result of having examined the difference in the vibrational characteristic by the presence or absence (Case1, Case2, Case3) of the damping
The structural attenuation h is h = 0.01.
図3及び図4は、地表面加速度x0(上に「・・」)に対する桁加速度(x2(上に「・・」),x1(上に「・・」))の比率を加振振動数毎の応答倍率として示した結果である。ここで、図3は質点m1の応答、図4は質点m2の応答を示している。
なお、加振振動数比ξは、ω0=√(k2/m2)に対する加振角振動数ω=2πf(fは加振振動数)の比率であり、Xi(上に「・・」)は加速度xi(上に「・・」)のフーリエ変換である。図3及び図4は、横軸に入力振動数(加振振動数比)ξ(ω/ω0)、縦軸に応答倍率(X2(上に「・・」)/X0(上に「・・」)、X1(上に「・・」)/X0(上に「・・」))を示している。
3 and 4 add the ratio of the digit acceleration (x 2 (“••••••”), x 1 (“•••••”)) to the ground surface acceleration x 0 (“•••••••••••••••••••” It is the result shown as a response magnification for each vibration frequency. Here, FIG. 3 is the response of the mass point m 1, FIG. 4 shows the response of the mass point m 2.
In addition, excitation frequency ratio ξ is a ratio of excitation angular frequency ω = 2πf (f is excitation frequency) to ω 0 = √ (k 2 / m 2 ), and X i (above ") Is the Fourier transform of the acceleration x i (" .. "above). 3 and 4, the horizontal axis input frequency (vibration frequency ratio) ξ (ω / ω 0) , the response magnification vertical axis (
この図3及び図4から、本実施の形態の制振(Case2、3)を行うことにより共振時の応答倍率が大幅に低減することが確認された。また、下部構造(下部工)の反力は概ね橋桁部2、3の加速度に比例することになり、下部構造の反力も同様に低減する。
とくに、慣性質量ダンパー6Bとばね部材6Aを併用したCase3では、最大応答倍率が2.5以下と極めて小さくなり、ほとんど共振しない特性となることが確認された。さらに、高振動数域(横軸の加振振動数比ξが大きい領域)では、応答倍率が1よりも十分に小さくなっており、固有振動数を超える高振動数域での加速度低減効果を期待することができる。そして、Case1における質点m1、m2は、固有振動数が同じであるため、応答倍率も同じとなる。
From FIGS. 3 and 4, it is confirmed that the response magnification at resonance is significantly reduced by performing the damping (
In particular, in
図5及び図6は、地表面変位x0に対する各部変位(x1,x2,相対変位|x2−x1|)の比率を応答倍率として示した結果である。
図5及び図6から、制振(Case2、3)によって共振域での応答倍率が大幅に低下し、双方とも変位が抑制される(双方の橋桁変位=質点m1、m2の変位、双方の支承部変位がいずれも抑制される)ことが確認された。とくに、Case3では、前述の加速度の場合と同様に最大応答倍率が2.5以下と極めて小さくなり、ほとんど共振しない特性となることが確認された。
5 and 6, each unit displacement for the ground surface displacement x 0 (x 1, x 2 , relative displacement | x 2 -x 1 |) is the result of the ratio of the response factor.
From FIG. 5 and FIG. 6, the response magnification in the resonance region is greatly reduced by damping (
また、相対変位も応答変位と同程度に抑制されることから、地震時に橋桁部2、3同士が衝突したり、離間しすぎて落橋したりするおそれが小さくなる。Case3では、相対変位の最大応答倍率がCase2の3割程度と小さく、共振域以外での応答倍率が1以下となっていることから、地震動によらず過大な相対変位が生じるおそれは小さいものとなる。
Further, the relative displacement is also suppressed to the same extent as the response displacement, so the possibility of the
図7は、図5及び図6の縦軸(応答倍率)を5倍に拡大した図であって、Case3の支承5Aは図5及び図6と同じものを相対変位と比較するために図示している。なお、図7に示す縦軸は、相対変位では|(X1−X2)/X0|、第1支承5Bでは、|(X1−X0)/X0|、第2支承5Bでは、|(X2−X0)/X0|をそれぞれ表している。
FIG. 7 is an enlarged view of the vertical axis (response magnification) of FIGS. 5 and 6 by 5 times, and the
次に、時刻歴解析を用い、制振ダンパー4の有無(Case1、Case2、Case3)による応答の違いを検討した結果について説明する。
Next, the result of having examined the difference of the response by the existence (Case1, Case2, Case3) of damping
ここでは、公益社団法人日本道路協会:道路橋示方書に示されたレベル2地震動で2種地盤に対応するII−II−3地震波(最大加速度736gal)を入力し、時刻歴波形で応答結果を比較した。
なお、この入力地震動の波形は図8に示す通りである。
Here, Japan Road Association: II-II-3 seismic waves (maximum acceleration 736 gal) corresponding to the two grounds with
The waveform of this input earthquake motion is as shown in FIG.
図9、図10はそれぞれ、Case2、3における一方の橋桁部(質点1)2の加速度、図11、図12はそれぞれ、Case2、3における他方の橋桁部(質点2)3の加速度を示している。
図9〜図12に示すように、双方の振動特性が等しいCase1は、橋桁部2、3の両方の揺れが同じになるので連結部に相対変位が生じず、連結制振の効果がないことを確認することができる。そのため、質点1、2の応答加速度は同じとなる。
9 and 10 show the acceleration of one bridge girder (mass point 1) 2 in
As shown in FIG. 9 to FIG. 12, in
支承5Aと並列にばね部材6Aを付加したCase2では、制振により最大応答加速度はほとんど低減しないが、隣り合う橋桁部2、3同士を連結した連結部に制振ダンパー4による減衰を付与したことによって大きな揺れの継続時間が大幅に低減することが確認された。
一方、連結部だけでなく支承5A、5Bと並列に制振装置を付加したCase3では、最大応答加速度が1/2〜1/3に大きく低減され、揺れもCase2よりも急速に収束することがわかる。とくに、慣性質量ダンパー6Bを設置した第2橋桁部3(質点2)の加速度が大きく低減していることが確認された。
In
On the other hand, in
また、質点1、2の加速度応答波形を比較すると、Case2はピークがほぼ同時刻にあるが、Case3はピークの発生時刻がずれており、加速度に桁部質量を乗じたものが橋脚部7に地震力として作用することを考慮すると、Case3は橋脚部7の応力を低減する制振効果が高いといえる。
Also, when comparing the acceleration response waveforms of the mass points 1 and 2, in
次に、図13、図14はそれぞれ、Case2、3における一方の第1支承(質点1)5Aの変位、図15、図16はそれぞれ、Case2、3における他方の第2支承(質点2)5Bの変位を示している。
図13〜図16に示すように、双方の振動特性が等しいCase1は、橋桁部2、3の両方の揺れが同じになるので連結部に相対変位が生じず、連結制振の効果がないことを確認することができる。そのため、質点1、2の支承部応答変位は同じとなる。
Next, FIGS. 13 and 14 show the displacement of one first bearing (mass point 1) 5A in
As shown in FIG. 13 to FIG. 16, in
支承5Aと並列にばね部材6Aを付加したCase2では、制振により質量の大きい質点2の最大応答変位はほとんど低減しないが、隣り合う橋桁部2、3同士を連結した連結部に制振ダンパー4による減衰を付与したことによって大きな揺れの継続時間が大幅に低減することが確認された。
一方、連結部だけでなく支承5A、5Bと並列に制振装置を付加したCase3では、最大応答変位が1/2〜1/3に大きく低減され、揺れもCase2よりも急速に収束することがわかる。そして、支承5A,5Bと並列にばね部材6Aを追加した固有振動数が高い第1橋桁部2(質点1)の応答変位が大幅に低減されていることが確認された。
In
On the other hand, in
また、質点1、2の変位応答波形を比較すると、Case2はピークがほぼ同時刻にあるが、Case3はピークの発生時刻がずれており、慣性質量ダンパー6Bを付加したことによる橋桁部2、3間の振動特性の差異が大きくなったためと考えられる。
Also, comparing the displacement response waveforms of the mass points 1 and 2, in
図17は、Case2、3における桁間の相対変位を示している。
図17に示すように、桁間の相対変位は200〜300mmであり、揺れの収束も早くなることが確認された。
制振ダンパー4の反力は、Case2で2900kNであり、オイルダンパーを5台並列配置すれば1台当り600kNで済み、免震用に使用されている製品で十分対応できる範囲である。また、Case3で5500kNであり、オイルダンパーを7台並列配置すれば1台当り800kNで済み、免震用に使用されている製品で十分対応できる範囲である。
FIG. 17 shows the relative displacement between digits in
As shown in FIG. 17, it was confirmed that the relative displacement between the girders was 200 to 300 mm, and the convergence of the shaking was also quick.
The reaction force of the
一方、Case3での慣性質量ダンパー6Bの反力は、16300kNであり、3径間にある桁のうち2台の両端に合計18台設置すれば1台当り910kNで済み、ばね部材6Aの反力は、4710kNであり、3径間にある桁のうち2台の両端に合計12台設置すれば1台当り400kNで済み、現状の製品で十分対応できる範囲である。
On the other hand, the reaction force of the
次に、図18、図19は、Case2、3における橋脚部7の時間(sec)に対するせん断力Nを示している。
図18及び図19に示すように、橋脚部7のせん断力については、Case2では最大応答値は制振によりほとんど変化しないものの、揺れの収束が早くなることが確認された。
一方、Case3では、最大応力値が制振により4割に低減するとともに、Case2よりもさらに揺れの収束が早くなっていることが確認された。
Next, FIGS. 18 and 19 show the shear force N with respect to the time (sec) of the bridge 7 in
As shown in FIG. 18 and FIG. 19, it was confirmed that in
On the other hand, in
したがって、本実施の形態の橋梁に対する連結制振構造Aにおいては、隣接する橋桁部2、3間を制振ダンパー4により連結し、橋梁1の下部構造1Bと上部構造1Aの橋桁部2、3とのそれぞれの間に支障5A、5Bと並列に制振装置6(ばね部材6A、慣性質量ダンパー6B)を追加して配置した構成とすることで、隣接する双方の橋桁部2、3の振動特性が同じ場合であっても、双方の振動特性(固有振動数)を変えることができ、大きな応答低減効果を得ることができる。そのため、従来のように、制振ダンパー4だけによる制振のように、隣接する双方の橋桁部2、3の振動特性が同じ場合に制振効果が得られないという課題を効果的に解決することができる。
Therefore, in the connection vibration control structure A for the bridge according to the present embodiment, the adjacent
また、制振装置6として、ばね部材6Aを追加して双方の振動特性を変えた場合には、追加した側の橋桁の最大応答加速度や最大応答変位が低減されるが、ばね部材6Aを追加しなかった側(質量にばね剛性を乗じた値の大きい側)の応答はあまり低減されない。また、橋脚部7に生じる応力については、ばね部材6A及び慣性質量ダンパー6Bの双方を設ける場合に比べて小さいが制振効果としては得られる。なお、いずれにおいても、制振により揺れの収束が早くなる利点がある。
In addition, when the
また、本実施の形態では、制振装置として、ばね部材6Aに加えて慣性質量ダンパー6Bを追加、すなわちばね部材6Aと慣性質量ダンパー6Bを併用して双方の振動特性を変えた場合には、双方の最大応答加速度や最大応答変位が大きく低減される。また、橋脚に生じる応力についても大幅に低減され、基礎に作用するせん断力も同様に低減することができる。なお、いずれについても、上記のCase2(ばね部材6Aのみを追加した場合)よりもさらに揺れの収束が早くなる。
Further, in the present embodiment, as the vibration damping device, in addition to the
また、支承部5A、5Bを交換する必要がなく、単に制振機構を付加するだけなので、橋梁1を工事中も継続的に使用することができる。
Moreover, since it is not necessary to exchange bearing
また、制振ダンパー4を隣接する橋桁部2、3間を連結するように設けるとともに、制振装置6を支承5と並列に配置するだけの比較的簡単な作業なので、施工に当たり特別な技能は必要とされず、新設だけでなく既設橋梁1の制振改修にも適用できる。
In addition, since the damping
以上、本発明に係る橋梁に対する連結制振構造及び橋梁に対する連結制振構造の設定方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 As mentioned above, although one embodiment of the connection damping structure with respect to the bridge concerning this invention and the setting method of the connection damping structure with respect to the bridge was described, this invention is not limited to said embodiment, The meaning is given. It can change suitably in the range which does not deviate.
1 橋梁
1A 上部構造
1B 下部構造
2 一方の第1橋桁部(橋桁)
3 他方の第2橋桁部(橋桁)
4 制振ダンパー
5、5A、5B 支承部
6 制振装置
6A ばね部材
6B 慣性質量ダンパー
7 橋脚部
A 橋梁に対する連結制振構造
O1 橋軸
1 Bridge
3 The other second bridge girder (bridge girder)
4 Damping
Claims (2)
前記橋桁部のそれぞれと下部構造との間において、複数の支承を設置するとともに、これら支承のうち少なくとも一方と並列配置されるように制振装置を設置して構成され、
前記制振装置として、ばね部材又は慣性質量ダンパーが設けられ、前記第1橋桁部及び前記第2橋桁部の周波数伝達関数において応答倍率のピーク値が最小となるようにダンパー緒元が設定されていることを特徴とする橋梁に対する連結制振構造。 A damping damper is installed by connecting one end side to one adjacent first bridge girder part and the other end side to the other second bridge girder part,
A plurality of bearings are installed between each of the bridge girder parts and the lower structure, and a damping device is installed so as to be arranged in parallel with at least one of the bearings,
A spring member or an inertial mass damper is provided as the damping device, and a damper factor is set so that the peak value of the response magnification is minimized in the frequency transfer function of the first bridge girder and the second bridge girder. Vibration control structure for bridges that is characterized by
前記第1橋桁部の固有振動数が、前記第2橋桁部の固有振動数よりも大きい場合において、
前記第2橋桁部側の支承のみと並列に前記慣性質量ダンパーが配置される構成と、
前記第1橋桁部側の支承のみと並列に前記ばね部材が配置される構成と、
前記第2橋桁部側の支承のみと並列に前記慣性質量ダンパーが配置されるとともに、前記第1橋桁部側の支承のみと並列に前記ばね部材が配置される構成と、
のいずれか1つが選択的に設けられることを特徴とする橋梁に対する連結制振構造の設定方法。 It is a setting method of the connection vibration control structure with respect to the bridge of Claim 1, Comprising:
In the case where the natural frequency of the first bridge girder is larger than the natural frequency of the second bridge girder,
A configuration in which the inertia mass damper is disposed in parallel with only the bearing on the second bridge girder side;
The spring member is disposed in parallel with only the bearing on the first bridge girder side,
The inertial mass damper is disposed in parallel with only the support on the second bridge girder side, and the spring member is disposed in parallel with only the support on the first bridge girder side.
A method of setting a connection vibration control structure for a bridge, wherein any one of the two is selectively provided.
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