JP7433727B2 - Vibration damping device for structures - Google Patents

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Description

本発明は、特に高層の構造物の振動を抑制するための構造物の制振装置に関する。 The present invention particularly relates to a structure vibration damping device for suppressing vibrations of high-rise structures.

従来、この種の制振装置として、例えば本出願人により特許文献1に開示されたものが知られている。この制振装置は、上下方向に延び、高層建物などの構造物の上端部と基礎の間に連結された複数の支持部材と、各支持部材の下端部に直列に連結されたマスダンパと、支持部材の座屈を防止するための座屈防止機構を備える。 Conventionally, as this type of vibration damping device, the one disclosed in Patent Document 1 by the present applicant, for example, is known. This vibration damping device includes a plurality of support members that extend in the vertical direction and are connected between the upper end of a structure such as a high-rise building and the foundation, a mass damper that is connected in series to the lower end of each support member, and A buckling prevention mechanism is provided to prevent buckling of the member.

支持部材は、中空の角柱状の複数の柱材で構成されるとともに、皿ばねを介して連結されており、それにより、支持部材の引張剛性は、圧縮剛性よりも小さな値に設定されている。マスダンパは、例えば、内筒、ボールねじ及び回転マスなどを有するボールねじ式のものであり、内筒とボールねじのねじ軸が、支持部材の下端部と基礎にそれぞれ連結されている。また、回転マスの回転慣性質量及び支持部材の引張剛性は、それらによって定まる付加振動系の第1固有振動数が構造物の1次固有振動数に同調するように設定され、回転マスの回転慣性質量及び支持部材の圧縮剛性は、それらによって定まる付加振動系の第2固有振動数が構造物の2次固有振動数に同調するように設定されている。 The support member is composed of a plurality of hollow prismatic pillar members, which are connected via disc springs, so that the tensile rigidity of the support member is set to a smaller value than the compressive rigidity. . The mass damper is, for example, a ball screw type having an inner cylinder, a ball screw, a rotating mass, etc., and the screw shafts of the inner cylinder and the ball screw are connected to the lower end of the support member and the foundation, respectively. In addition, the rotational inertia mass of the rotating mass and the tensile rigidity of the supporting member are set so that the first natural frequency of the additional vibration system determined by them is tuned to the first natural frequency of the structure, and the rotational inertia of the rotating mass The mass and the compression rigidity of the support member are set so that the second natural frequency of the additional vibration system determined by these is tuned to the second natural frequency of the structure.

座屈防止機構は、上下方向に間隔を隔てて複数、配置されており、各々は、構造物に一体に設けられたスラブと、スラブに取り付けられた滑り板などで構成されている。スラブの所定位置には、複数の矩形の拘束孔が形成され、各拘束孔に支持部材が挿入されている。滑り板は、滑性を有する材料、例えばフッ素樹脂で構成されており、スラブの拘束孔の四方の壁面に貼り付けられている。また、支持部材の四方の外面には、拘束孔に対応する位置に、ステンレスなどで構成された当接板が貼り付けられており、これらの当接板は、拘束孔の滑り板に若干の隙間をもって対向している。 A plurality of buckling prevention mechanisms are arranged at intervals in the vertical direction, and each is composed of a slab integrally provided to the structure, a sliding plate attached to the slab, and the like. A plurality of rectangular restraint holes are formed at predetermined positions of the slab, and a support member is inserted into each restraint hole. The sliding plates are made of a slippery material, such as a fluororesin, and are attached to the four walls of the restraining hole of the slab. In addition, abutment plates made of stainless steel or the like are pasted on the four outer surfaces of the support member at positions corresponding to the restraint holes, and these abutment plates slightly touch the sliding plates of the restraint holes. They face each other with a gap.

以上の構成では、地震時などに構造物が振動すると、構造物が高層の場合には特に、曲げ変形がせん断変形に優るため、構造物の上部側が横方向に大きく往復動(揺動)する。この揺動による変位が、座屈防止機構の拘束孔を鉛直方向に摺動する支持部材を介してマスダンパに良好に伝達されることによって、回転マスが回転し、支持部材およびマスダンパから成る付加振動系が振動する。これにより、支持部材への引張荷重の作用時には、付加振動系の第1固有振動数が構造物の1次固有振動数に同調し、圧縮荷重の作用時には、付加振動系の第2固有振動数が構造物の2次固有振動数に同調することによって、構造物の振動エネルギが付加振動系で吸収され、構造物の振動が抑制される。 In the above configuration, when the structure vibrates during an earthquake, the upper part of the structure will largely reciprocate (swing) in the lateral direction because bending deformation is superior to shear deformation, especially if the structure is a high-rise structure. . The displacement caused by this rocking is well transmitted to the mass damper via the support member that slides vertically through the restraint hole of the buckling prevention mechanism, causing the rotating mass to rotate and the additional vibration made up of the support member and the mass damper. The system vibrates. As a result, when a tensile load is applied to the support member, the first natural frequency of the additional vibration system is tuned to the first natural frequency of the structure, and when a compressive load is applied, the second natural frequency of the additional vibration system is tuned to the first natural frequency of the structure. is tuned to the secondary natural frequency of the structure, the vibration energy of the structure is absorbed by the additional vibration system, and the vibration of the structure is suppressed.

一方、支持部材が座屈防止機構の拘束孔に挿入されていることで、支持部材の水平方向の移動が拘束される結果、圧縮荷重の作用時における支持部材の座屈が防止される。 On the other hand, since the support member is inserted into the restraining hole of the buckling prevention mechanism, the movement of the support member in the horizontal direction is restrained, thereby preventing the support member from buckling when a compressive load is applied.

特許第5399540号公報Patent No. 5399540

上述した従来の制振装置では、座屈防止機構は、支持部材の水平方向の移動を拘束することで、支持部材の座屈を防止する一方、支持部材の鉛直方向の移動を許容することで、構造物の変位がマスダンパに良好に伝達されるように構成されている。しかし、座屈防止機構は、支持部材が挿入される拘束孔、フッ素樹脂などから成る滑り板、及びステンレスなどから成る当接板が、必要であるとともに、支持部材の長さ方向のある程度の間隔ごとに設置することが必要である。このため、構造物の高層化に伴って支持部材の長さが大きくなるほど、座屈防止機構の設置数が非常に多くなり、制振装置のコストが大きく増加してしまう。 In the conventional vibration damping device described above, the buckling prevention mechanism prevents buckling of the support member by restricting horizontal movement of the support member, and prevents buckling of the support member by allowing vertical movement of the support member. , so that the displacement of the structure is well transmitted to the mass damper. However, the buckling prevention mechanism requires a restraining hole into which the support member is inserted, a sliding plate made of fluororesin, etc., and an abutment plate made of stainless steel, etc., and a certain distance in the length direction of the support member. It is necessary to install each. For this reason, as structures become taller and the length of the support members increases, the number of buckling prevention mechanisms installed increases significantly, resulting in a significant increase in the cost of the vibration damping device.

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、特に構造物が高層の場合、制振効果をさほど低下させることなく、構造物の振動を抑制できるとともに、支持部材の座屈防止のためのコストを大幅に削減することができる構造物の制振装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and in particular, when the structure is a high-rise structure, it is possible to suppress the vibration of the structure without significantly reducing the vibration damping effect, and also to reduce the vibration of the support member. It is an object of the present invention to provide a vibration damping device for a structure that can significantly reduce costs for preventing buckling.

上記の目的を達成するために、請求項1に係る発明は、支持体に立設された構造物の振動を抑制するための構造物の制振装置であって、上下方向に延び、上連結部及び下連結部を有し、上連結部を介して構造物に連結された支持部材と、支持部材の下連結部と支持体に連結され、回転可能な回転マスを有し、構造物が振動したときに、支持部材を介して伝達される構造物の変位を回転マスの回転運動に変換し、回転慣性質量効果を発揮するマスダンパと、を備え、支持部材は、上連結部と下連結部に連結され、引張荷重を支持するための引張材と、上連結部及び下連結部の一方に連結され、引張材と機械的に分離されるとともに、圧縮荷重の作用時、上連結部及び下連結部の他方が接した状態で、圧縮荷重を支持するための圧縮材と、を有し、引張材の引張剛性及び回転マスの回転慣性質量は、構造物の1次固有振動数の応答を低下させるように設定されており、構造物に設けられ、圧縮材に連結されることによって、支持部材の座屈を防止するための座屈防止材をさらに備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a vibration damping device for a structure for suppressing vibration of a structure erected on a support, which extends in the vertical direction and connects an upper a supporting member having a lower connecting portion and a lower connecting portion and connected to the structure via the upper connecting portion; a rotary mass that is rotatable and connected to the lower connecting portion of the supporting member and the support; a mass damper that converts displacement of the structure transmitted through the support member into rotational motion of a rotating mass when vibrating, and exhibits a rotational inertial mass effect; A tensile member is connected to one of the upper and lower connecting portions to support a tensile load, and is mechanically separated from the tensile member, and when a compressive load is applied, the upper connecting portion and a compression material for supporting the compressive load in a state in which the other of the lower connecting parts is in contact, and the tensile rigidity of the tension material and the rotational inertia mass of the rotating mass are determined by the response of the primary natural frequency of the structure. The present invention is characterized in that it further includes an anti-buckling material for preventing buckling of the supporting member by being provided in the structure and connected to the compression material.

地震時などに構造物が振動すると、構造物が高層の場合には特に、構造物の曲げ変形がせん断変形に優るため、構造物は、その上部側が横方向に大きく往復動するような態様で振動(揺動)する。上述した本発明の構造物の制振装置の構成によれば、構造物が揺動すると、その変位が支持部材を介してマスダンパに伝達されることによって、支持部材及びマスダンパに引張荷重及び圧縮荷重が交互に作用するとともに、回転マスが回転し、その回転慣性質量効果が発揮された状態で、支持部材及びマスダンパから成る付加振動系が振動する。 When a structure vibrates during an earthquake, the bending deformation of the structure is greater than the shear deformation, especially when the structure is high-rise, so the upper part of the structure vibrates in a large lateral direction. Vibrate (swing). According to the configuration of the vibration damping device for a structure of the present invention described above, when the structure swings, the displacement is transmitted to the mass damper via the support member, thereby applying a tensile load and a compressive load to the support member and the mass damper. act alternately, the rotating mass rotates, and the additional vibration system consisting of the support member and the mass damper vibrates while the rotational inertial mass effect is exerted.

この振動中、引張荷重は、支持部材の上連結部と下連結部に連結された引張材によって支持される。また、引張材の引張剛性及び回転マスの回転慣性質量は上記のように設定されているため、引張荷重の作用時には、付加振動系の固有振動数と構造物の1次固有振動数との同調が行われる。 During this vibration, the tensile load is supported by the tensile material connected to the upper and lower connections of the support member. In addition, since the tensile rigidity of the tensile material and the rotational inertia mass of the rotating mass are set as described above, when a tensile load is applied, the natural frequency of the added vibration system and the first natural frequency of the structure are tuned. will be held.

一方、圧縮荷重の作用時には、支持部材の上連結部及び下連結部の一方に連結された、引張材と機械的に分離された圧縮材が、上連結部及び下連結部の他方が接した状態で、圧縮荷重を支持する。圧縮材の圧縮剛性は、構造物の固有振動数に対して特に関連づけられていないため、圧縮荷重の作用時には、構造物の固有振動数の同調は特に行われない。しかし、上述したように、引張荷重の作用時において、付加振動系の固有振動数と構造物の1次固有振動数との同調が繰り返し行われる結果、構造物の振動エネルギが付加振動系で良好に吸収されるので、その制振効果をさほど低下させることなく、構造物の振動を良好に抑制することができる On the other hand, when a compressive load is applied, the compressive material, which is mechanically separated from the tensile material and which is connected to one of the upper and lower connecting parts of the support member, is in contact with the other of the upper and lower connecting parts. to support compressive loads. Since the compressive stiffness of the compressed material is not specifically related to the natural frequency of the structure, the natural frequency of the structure is not specifically tuned when a compressive load is applied. However, as mentioned above, when a tensile load is applied, the natural frequency of the added vibration system and the primary natural frequency of the structure are repeatedly tuned, so that the vibration energy of the structure is improved in the added vibration system. Because it is absorbed by

また、圧縮荷重による支持部材の座屈を、座屈防止材によって有効に防止することができる。また、この座屈防止材は、構造物に設けられ、圧縮材に連結されただけのものであり、従来の座屈防止機構と比較して構成が非常に単純であるので、支持部材の座屈防止のためのコストを大幅に削減することができる。 Moreover, buckling of the support member due to compressive load can be effectively prevented by the buckling prevention material. In addition, this anti-buckling material is simply provided in the structure and connected to the compression material, and has a very simple structure compared to conventional buckling prevention mechanisms. The cost for preventing bending can be significantly reduced.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載の構造物の制振装置において、圧縮材は、引張材の引張剛性よりも大きい所定の圧縮剛性を有することを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the vibration damping device for a structure according to claim 1, characterized in that the compression material has a predetermined compression rigidity larger than the tensile rigidity of the tension material.

この構成によれば、圧縮材の圧縮剛性が引張材の引張剛性よりも大きい所定の圧縮剛性に設定されているので、圧縮荷重が作用したときの支持部材の変形量を抑制するとともに、引張材よりも圧縮材の方が断面形状が大きいので、支持部材の座屈をより発生しにくくすることができる。 According to this configuration, since the compression rigidity of the compression material is set to a predetermined compression rigidity larger than the tensile rigidity of the tension material, the amount of deformation of the support member when a compressive load is applied is suppressed, and the tension material Since the compressed material has a larger cross-sectional shape than the compressed material, buckling of the support member can be made more difficult to occur.

請求項3に係る発明は、請求項2に記載の構造物の制振装置において、引張材は、棒状又は線状の鋼材で構成され、圧縮材は、コンクリートと棒状及び線状以外の鋼材との少なくとも一方で構成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the vibration damping device for a structure according to claim 2, in which the tension member is composed of a rod-shaped or wire-shaped steel material, and the compression material is composed of concrete and a steel material other than the rod-shaped or wire-shaped steel material. It is characterized by being comprised of at least one of the following.

この構成によれば、引張材及び圧縮材として、上記の構成材をそれぞれ採用することによって、引張材による引張荷重の支持機能及び圧縮材による圧縮荷重の支持機能と、圧縮材の圧縮剛性が引張材の引張剛性よりも大きいという請求項2における支持部材の剛性の要件を、実現することができる。 According to this configuration, by employing the above-mentioned constituent materials as the tensile material and the compressive material, respectively, the tensile material has a tensile load supporting function, the compressive material has a compressive load supporting function, and the compressive material has a compressive rigidity. The requirement for the stiffness of the support member in claim 2 to be greater than the tensile stiffness of the material can be realized.

請求項4に係る発明は、請求項1から3のいずれかに記載の構造物の制振装置において、マスダンパは、圧縮荷重の作用時に発生するダンパ反力が、引張荷重の作用時に発生するダンパ反力よりも小さくなるように構成された非対称のマスダンパであることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the vibration damping device for a structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the mass damper is such that the damper reaction force generated when a compressive load is applied is a damper that is generated when a tensile load is applied. It is characterized by being an asymmetrical mass damper configured to be smaller than the reaction force.

この構成によれば、圧縮荷重の作用時には、引張荷重の作用時と比較して、マスダンパのダンパ反力が小さくなり、それに伴い、支持部材の圧縮荷重も低減される。これにより、支持部材の座屈が発生しにくくなるので、座屈防止材の断面積及び/又は設置数を低減することが可能になり、支持部材の座屈防止のためのコストをさらに削減することができる。 According to this configuration, when a compressive load is applied, the damper reaction force of the mass damper becomes smaller than when a tensile load is applied, and accordingly, the compressive load on the support member is also reduced. This makes it difficult for the support member to buckle, making it possible to reduce the cross-sectional area and/or the number of buckling prevention materials, further reducing the cost for preventing buckling of the support member. be able to.

請求項5に係る発明は、請求項1から4のいずれかに記載の構造物の制振装置において、マスダンパはボールねじ式のマスダンパで構成されており、構造物に設けられ、支持部材のマスダンパとの連結部に近い部分を回転不能に係止することによって、マスダンパの反力トルクによる支持部材のねじれを防止するためのねじれ防止材をさらに備えることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the vibration damping device for a structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the mass damper is constituted by a ball screw type mass damper, and the mass damper is provided in the structure and the mass damper of the support member is The present invention is characterized in that it further includes a twist prevention member for preventing twisting of the support member due to the reaction torque of the mass damper by non-rotatably locking a portion near the connecting portion with the mass damper.

この構成では、マスダンパがボールねじ式であるため、その作動時、マスダンパからの反力トルクが支持部材に作用することによって、支持部材にねじれが発生し、その動作に悪影響を及ぼすおそれがある。この構成によれば、構造物に設けられたねじれ防止材により、支持部材のマスダンパとの連結部に近い部分を回転不能に係止するので、マスダンパの反力トルクによる支持部材のねじれを防止し、支持部材の円滑な動作を確保することができる。 In this configuration, since the mass damper is of a ball screw type, when the mass damper is operated, a reaction torque from the mass damper acts on the support member, causing the support member to be twisted, which may adversely affect its operation. According to this configuration, the portion of the support member near the connecting portion with the mass damper is locked in a non-rotatable manner by the twist prevention material provided on the structure, thereby preventing twisting of the support member due to the reaction torque of the mass damper. , it is possible to ensure smooth operation of the support member.

請求項6に係る発明は、請求項1又は2に記載の構造物の制振装置において、支持部材として圧縮側と引張側の剛性が等しい剛性対称の支持部材を用いた場合において、構造物の振動を最小にする支持部材の最適剛性が定点理論に基づいて算出されており、圧縮材の圧縮剛性及び引張材の引張剛性は、圧縮剛性によって定まる圧縮側の固有周期と、引張剛性によって定まる引張側の固有周期との加算平均値が、算出された支持部材の最適剛性によって定まる固有周期に等しくなるように設定されていることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is a vibration damping device for a structure according to claim 1 or 2, in which a support member having a symmetrical rigidity with equal stiffness on a compression side and a tension side is used as a support member. The optimal stiffness of the support member that minimizes vibration is calculated based on the fixed point theory, and the compression stiffness of the compression material and the tensile stiffness of the tension material are determined by the natural period on the compression side determined by the compression stiffness and the tensile strength determined by the tensile rigidity. It is characterized in that the additive average value of the natural period on the side is set to be equal to the natural period determined by the calculated optimal stiffness of the support member.

請求項1と異なり、回転マスとともに付加振動系を構成する支持部材が、圧縮側と引張側の剛性が等しい剛性対称である場合には、構造物の振動を最小にする支持部材の最適剛性は、定点理論に基づいて算出することが可能である。一方、請求項1のように、支持部材が、圧縮材及び引張材を有し、圧縮側と引張側の剛性が異なる剛性非対称である場合には、支持部材の最適剛性の設定に定点理論を直接、用いることはできない。 Unlike claim 1, if the supporting member constituting the additional vibration system together with the rotating mass has a symmetrical stiffness with equal stiffness on the compression side and the tension side, the optimal stiffness of the supporting member that minimizes the vibration of the structure is , it is possible to calculate based on fixed point theory. On the other hand, as claimed in claim 1, when the support member has a compression material and a tension material, and the stiffness on the compression side and the tension side are different and the rigidity is asymmetric, the fixed point theory is used to set the optimal stiffness of the support member. It cannot be used directly.

この点に関し、後述するように、剛性非対称の支持部材を用いる場合には、圧縮材の圧縮剛性及び引張材の引張剛性を、圧縮剛性によって定まる付加振動系の圧縮側の固有周期と、引張剛性によって定まる付加振動系の引張側の固有周期との加算平均値が、剛性対称の支持部材を用いた場合に算出される、定点理論に基づく支持部材の最適剛性によって定まる付加振動系の固有周期に等しい値に設定することによって、剛性対称の支持部材に対する定点理論に基づく算出解を用いた場合と同等の制振効果が得られることが確認された。したがって、請求項6の上述した構成によれば、剛性対称の支持部材の場合の定点理論に基づく算出解を利用しながら、圧縮材の圧縮剛性及び引張材の引張剛性を容易かつ適切に設定でき、構造物の良好な制振効果を得ることができる。 Regarding this point, as will be described later, when using a support member with asymmetrical stiffness, the compression stiffness of the compression material and the tensile stiffness of the tension material are determined by the natural period on the compression side of the added vibration system determined by the compression stiffness, and the tensile stiffness. The additive average value with the natural period on the tension side of the added vibration system determined by is the natural period of the added vibration system determined by the optimal stiffness of the support member based on the fixed point theory, which is calculated when using a support member with symmetrical stiffness. It was confirmed that by setting the values to be equal, a damping effect equivalent to that obtained when using a calculation solution based on fixed point theory for a rigidly symmetrical support member can be obtained. Therefore, according to the above-mentioned structure of claim 6, the compression stiffness of the compressible material and the tensile stiffness of the tensile material can be easily and appropriately set while using the calculation solution based on the fixed point theory in the case of a rigidly symmetrical support member. , it is possible to obtain a good vibration damping effect of the structure.

本発明による制振装置を、これを適用した構造物とともに概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a vibration damping device according to the present invention together with a structure to which the damping device is applied. 制振装置の平面的な配置を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a planar arrangement of a vibration damping device. 本発明の第1実施形態による制振装置を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a vibration damping device according to a first embodiment of the present invention. 支持部材の(a)引張状態における断面図、(b)圧縮状態における断面図、(c)c-c線に沿う断面図、及び(d)d-d線に沿う断面図である。They are (a) a cross-sectional view of the support member in a tensile state, (b) a cross-sectional view in a compressed state, (c) a cross-sectional view taken along line cc, and (d) a cross-sectional view taken along line dd. 支持部材の剛性を示す図である。It is a figure which shows the rigidity of a support member. 図3の歯車モータ式のマスダンパの断面図である。4 is a sectional view of the gear motor type mass damper of FIG. 3. FIG. 振動時に構造物が揺動する状況を概略的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a situation in which a structure oscillates during vibration. 支持部材の他の2つの例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows two other examples of a support member. 支持部材のさらに別の例を(a)引張状態において示す断面図、及び(b)圧縮状態において示す断面図である。FIG. 7A is a cross-sectional view showing still another example of the support member in a tensile state, and (b) a cross-sectional view showing the support member in a compressed state. 本発明の第2実施形態による制振装置を示す図である。It is a figure which shows the vibration damping device by 2nd Embodiment of this invention. 図10のボールねじ式のマスダンパの断面図である。11 is a sectional view of the ball screw type mass damper of FIG. 10. FIG. 構造物及び制振装置のシミュレーション解析のモデルを示す図である。It is a figure showing the model of the simulation analysis of a structure and a damping device. シミュレーション解析によって得られた(a)最大応答加速度、及び(b)最大層間変形角を示す図である。It is a figure showing (a) maximum response acceleration and (b) maximum interstory deformation angle obtained by simulation analysis. シミュレーション解析によって得られた(a)対称モデルにおける鉛直変形量、及び(b)非対称モデルにおける鉛直変形量を示す図である。It is a figure showing the amount of vertical deformation in (a) a symmetric model, and (b) the amount of vertical deformation in an asymmetric model obtained by simulation analysis. シミュレーション解析によって得られた(a)相対水平変形量、(b)付加振動系全体の鉛直変形量、(c)マスダンパの鉛直変形量、及び(d)支持部材の鉛直変形量を示す図である。It is a diagram showing (a) relative horizontal deformation amount, (b) vertical deformation amount of the entire added vibration system, (c) vertical deformation amount of the mass damper, and (d) vertical deformation amount of the support member obtained by simulation analysis. . 変形例によるマスダンパの断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a mass damper according to a modified example. 図16のマスダンパの逆止弁を(a)閉弁位置にある状態、及び(b)開弁位置にある状態で示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing the check valve of the mass damper of FIG. 16 in (a) a closed position and (b) an open position; シミュレーション解析に用いられる主系の諸元を示す表である。3 is a table showing specifications of the main system used in simulation analysis. シミュレーション解析に用いられる付加振動系の諸元を示す表である。It is a table showing the specifications of the additional vibration system used for simulation analysis. シミュレーション解析によって得られた、主系の水平方向の(a)相対変位応答倍率、及び(b)絶対加速度応答倍率を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing (a) relative displacement response magnification and (b) absolute acceleration response magnification in the horizontal direction of the main system obtained by simulation analysis.

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図1に示す構造物Bは、例えば20階建ての高層の建物であり、地盤に設けられた基礎Fに立設されている。第1実施形態による制振装置1は、支持部材2及びマスダンパ3で構成された複数の付加振動系A1と、支持部材2の座屈を防止するための複数の座屈防止材4を備える。制振装置1は、付加振動系A1の固有振動数を、地震時などに振動する構造物Bの固有振動数に同調させることによって、構造物Bの振動エネルギを付加振動系A1で吸収し、抑制するものである。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Structure B shown in FIG. 1 is, for example, a 20-story high-rise building, and is erected on a foundation F set in the ground. The vibration damping device 1 according to the first embodiment includes a plurality of additional vibration systems A1 including a support member 2 and a mass damper 3, and a plurality of anti-buckling members 4 for preventing buckling of the support member 2. The vibration damping device 1 absorbs the vibration energy of the structure B with the additional vibration system A1 by tuning the natural frequency of the additional vibration system A1 to the natural frequency of the structure B that vibrates during an earthquake, etc. It is something to suppress.

図1及び図2に示すように、付加振動系A1は、構造物Bの中央よりも下側に配置され、構造物Bの四隅の外側に各2基、計8基、設けられている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the additional vibration systems A1 are arranged below the center of the structure B, and two systems are provided at each of the four corners of the structure B, for a total of eight systems.

各支持部材2は上下方向に延びており、その上端部が構造物Bの中央に設けられた梁などの剛性部材要素Sに連結され、下端部にはマスダンパ3が連結されている。図3及び図4に示すように、支持部材2は、引張材としてのPC鋼棒などから成る2本の鋼棒5、5と、圧縮材としてのコンクリート6及び鋼管7と、上下の端部に取り付けられた上下の連結部材8、9などで構成されている。 Each support member 2 extends in the vertical direction, and its upper end is connected to a rigid member element S such as a beam provided at the center of the structure B, and its lower end is connected to a mass damper 3. As shown in FIGS. 3 and 4, the support member 2 consists of two steel rods 5, 5 made of PC steel rods as tension materials, concrete 6 and steel pipe 7 as compression materials, and upper and lower ends. It consists of upper and lower connecting members 8 and 9 attached to the.

コンクリート6は、鋼管7の内側に一体に設けられており、両者6、7は、上下の端部において互いに面一の状態で、上連結部材8と端板10の間に固定されている。コンクリート6には、上下方向に貫通する2つの挿通孔6a、6aが形成されており、各挿通孔6aに鋼棒5が通されている。鋼棒5は、上端部が上連結部材8にねじ及びナットで固定され、コンクリート6の挿通孔6a及び端板10の孔との間に遊びを有するとともに、下端部が下連結部材9にねじ及びナットで固定されている。 The concrete 6 is provided integrally inside the steel pipe 7, and both 6 and 7 are fixed between the upper connecting member 8 and the end plate 10 so that the upper and lower ends thereof are flush with each other. Two insertion holes 6a, 6a are formed in the concrete 6 and penetrate in the vertical direction, and a steel rod 5 is passed through each insertion hole 6a. The steel rod 5 has an upper end fixed to the upper connecting member 8 with screws and nuts, has play between the insertion hole 6a of the concrete 6 and the hole of the end plate 10, and has a lower end fixed to the lower connecting member 9 with a screw. and fixed with nuts.

以上の構成によれば、鋼棒5とコンクリート6が互いに分離しているため、支持部材2に引張荷重が作用したときには、図4(a)に示すように、下連結部材9が端板10から離間した状態で、鋼棒5が引張荷重を支持(負担)する。このため、支持部材2の引張剛性K1は、鋼棒5の引張剛性に等しい。 According to the above configuration, since the steel rod 5 and the concrete 6 are separated from each other, when a tensile load is applied to the support member 2, the lower connecting member 9 is connected to the end plate 10 as shown in FIG. 4(a). The steel rod 5 supports (bears) the tensile load while being spaced apart from the steel rod 5 . Therefore, the tensile rigidity K1 of the support member 2 is equal to the tensile rigidity of the steel rod 5.

一方、支持部材2に圧縮荷重が作用したときには、図4(b)に示すように、下連結部材9が端板10に接した状態で、コンクリート6及びそれと一体の鋼管7が、圧縮荷重を支持(負担)する。このため、支持部材2の圧縮剛性K2は、コンクリート6と鋼管7の剛性を合わせたものになり、引張剛性K1よりも大きい(図5(a)参照)。 On the other hand, when a compressive load is applied to the support member 2, as shown in FIG. To support (burden). Therefore, the compressive stiffness K2 of the support member 2 is the sum of the stiffnesses of the concrete 6 and the steel pipe 7, and is larger than the tensile stiffness K1 (see FIG. 5(a)).

支持部材2の引張剛性K1及び圧縮剛性K2はそれぞれ、鋼棒5の本数、断面積及び長さや、コンクリート6及び鋼管7の断面積及び長さなどを変更することによって、任意に設定することが可能であり、本実施形態では、後述するように設定されている。また、支持部材2の所望の圧縮剛性K2が得られる限り、コンクリート6及び鋼管7の一方を省略することが可能である。 The tensile stiffness K1 and compressive stiffness K2 of the support member 2 can be set arbitrarily by changing the number, cross-sectional area and length of the steel rods 5, the cross-sectional area and length of the concrete 6 and the steel pipe 7, etc. This is possible, and in this embodiment, it is set as described later. Furthermore, as long as the desired compressive stiffness K2 of the support member 2 is obtained, one of the concrete 6 and the steel pipe 7 can be omitted.

また、鋼棒5に導入軸力を与えることで、コンクリート6にプレストレスを与えるようにしてもよい。図5(b)はその場合の支持部材2の剛性を示しており、引張荷重の作用時、導入軸力を超えるまでは、下連結部材9が端板10から離間しないため、支持部材2の剛性は圧縮剛性K2に等しくなる。 Alternatively, prestress may be applied to the concrete 6 by applying an introduced axial force to the steel rod 5. FIG. 5(b) shows the rigidity of the support member 2 in that case. When a tensile load is applied, the lower connecting member 9 does not separate from the end plate 10 until the introduced axial force is exceeded. The stiffness will be equal to the compressive stiffness K2.

図6に示すように、マスダンパ3は、歯車モータ式のものであり、シリンダ12と、シリンダ12内に軸線方向に摺動自在に設けられたピストン13と、ピストン13と一体のピストンロッド14と、シリンダ12に接続された連通路15と、連通路15に設けられた歯車モータMと、歯車モータMに連結された回転マス31を備える。 As shown in FIG. 6, the mass damper 3 is of a gear motor type, and includes a cylinder 12, a piston 13 slidably provided in the cylinder 12 in the axial direction, and a piston rod 14 integrated with the piston 13. , a communication passage 15 connected to the cylinder 12, a gear motor M provided in the communication passage 15, and a rotating mass 31 connected to the gear motor M.

シリンダ12は、円筒状のものであり、周壁12aと第1及び第2端壁12b、12cによって画成された内部空間は、ピストン13によって第1流体室12dと第2流体室12eに区画されている。連通路15は、常時、ピストン13をバイパスし、第1及び第2流体室12d、12eに連通している。第1及び第2流体室12d、12eと連通路15には、作動流体HFが充填されている。 The cylinder 12 has a cylindrical shape, and an internal space defined by a peripheral wall 12a and first and second end walls 12b and 12c is divided by a piston 13 into a first fluid chamber 12d and a second fluid chamber 12e. ing. The communication path 15 always bypasses the piston 13 and communicates with the first and second fluid chambers 12d and 12e. The first and second fluid chambers 12d and 12e and the communication passage 15 are filled with working fluid HF.

また、シリンダ12の第1端壁12bには、凸部12fが一体に設けられており、この凸部12fに、自在継手(図示せず)を介して第1取付具FL1が設けられている。ピストンロッド14は、シリンダ12内を軸線方向に延び、第2端壁12cのロッド案内孔12gを介して外部に突出しており、その先端部に、自在継手(図示せず)を介して第2取付具FL2が設けられている。 Further, a convex portion 12f is integrally provided on the first end wall 12b of the cylinder 12, and a first fixture FL1 is provided on this convex portion 12f via a universal joint (not shown). . The piston rod 14 extends in the axial direction within the cylinder 12, projects to the outside through a rod guide hole 12g in the second end wall 12c, and has a second piston rod at its tip via a universal joint (not shown). A fixture FL2 is provided.

また、ピストン13には、軸線方向に貫通する第1及び第2連通孔13a、13bが形成されている。第1連通孔13aには第1リリーフ弁21が、第2連通孔13bには第2リリーフ弁22が、それぞれ設けられている。 Further, the piston 13 is formed with first and second communication holes 13a and 13b that penetrate in the axial direction. A first relief valve 21 is provided in the first communication hole 13a, and a second relief valve 22 is provided in the second communication hole 13b.

第1リリーフ弁21は、常閉弁として構成され、弁体と、弁体を閉弁方向に付勢するばねを有しており、第1流体室12d内の作動流体HFの圧力が所定の上限値に達したときに、第1連通孔13aを開放する。これにより、第1流体室12d内の作動流体HFの圧力が、第2流体室12e側に逃がされ、上限値以下に制限されることで、その過大化が防止される。 The first relief valve 21 is configured as a normally closed valve, and has a valve body and a spring that biases the valve body in the valve closing direction, so that the pressure of the working fluid HF in the first fluid chamber 12d is maintained at a predetermined level. When the upper limit is reached, the first communication hole 13a is opened. Thereby, the pressure of the working fluid HF in the first fluid chamber 12d is released to the second fluid chamber 12e side, and is limited to the upper limit or less, thereby preventing the pressure from becoming excessive.

第2リリーフ弁22は、第1リリーフ弁21と同様に構成されており、第2流体室12e内の作動流体HFの圧力が上記の上限値に達したときに、第2連通孔13bを開放することによって、第2流体室12e内の圧力が第1流体室12d側に逃がされ、その過大化が防止される。 The second relief valve 22 is configured similarly to the first relief valve 21, and opens the second communication hole 13b when the pressure of the working fluid HF in the second fluid chamber 12e reaches the above upper limit. By doing so, the pressure in the second fluid chamber 12e is released to the first fluid chamber 12d side, and the pressure in the second fluid chamber 12e is prevented from becoming excessive.

歯車モータMは、連通路15内の作動流体HFの流動を回転マス31の回転運動に変換するものである。歯車モータMは、例えば外接歯車型のものであり、ケーシング32と、ケーシング32に収容された第1ギヤ33及び第2ギヤ34を有する。 The gear motor M converts the flow of the working fluid HF in the communication path 15 into rotational motion of the rotating mass 31. The gear motor M is, for example, of an external gear type, and includes a casing 32, and a first gear 33 and a second gear 34 housed in the casing 32.

ケーシング32は、連通路15に設けられており、互いに対向する2つの出入口を介して、連通路15に連通している。また、第1及び第2ギヤ33、34は、第1及び第2回転軸35、36にそれぞれ一体に設けられ、互いに噛み合っている。第1及び第2回転軸35、36は、連通路15に直交するとともに水平に延びている。また、第1回転軸35はケーシング32の外部に突出しており、その先端部に回転マス31が同軸状に一体に設けられている。回転マス31は、比重の比較的大きな材料、例えば鉄で構成され、円板状に形成されている。 The casing 32 is provided in the communication path 15 and communicates with the communication path 15 via two mutually opposing entrances and exits. Further, the first and second gears 33 and 34 are provided integrally with the first and second rotating shafts 35 and 36, respectively, and mesh with each other. The first and second rotating shafts 35 and 36 are perpendicular to the communication path 15 and extend horizontally. Further, the first rotating shaft 35 protrudes outside the casing 32, and a rotating mass 31 is coaxially and integrally provided at the tip thereof. The rotating mass 31 is made of a material with relatively high specific gravity, such as iron, and is formed into a disk shape.

以上の構成では、シリンダ12とピストン13の間に相対変位が発生すると、ピストン13がシリンダ12内を摺動するのに伴い、作動流体HFが連通路15内を流動することによって、作動流体HFによる粘性減衰効果が得られる。また、この作動流体HFの流動が歯車モータMにより回転運動に変換され、回転マス31が回転することによって、回転マス31による回転慣性質量効果が発揮される。 In the above configuration, when a relative displacement occurs between the cylinder 12 and the piston 13, as the piston 13 slides within the cylinder 12, the working fluid HF flows through the communication path 15, causing the working fluid HF to A viscous damping effect can be obtained. Furthermore, the flow of the working fluid HF is converted into rotational motion by the gear motor M, and the rotating mass 31 rotates, thereby exerting a rotational inertial mass effect by the rotating mass 31.

図3に示すように、以上の構成のマスダンパ3は、シリンダ12が、第1取付具FL1を介して基礎Fに連結され、ピストン13が、ピストンロッド14及び第2取付具FL2を介して、支持部材2の下連結部材9に連結されている。なお、このマスダンパ3の連結関係を上下逆にしてもよく、すなわち、ピストン13側を基礎Fに連結し、シリンダ12側を支持部材2に連結してもよい。 As shown in FIG. 3, in the mass damper 3 having the above configuration, the cylinder 12 is connected to the foundation F via the first fixture FL1, and the piston 13 is connected to the foundation F via the piston rod 14 and the second fixture FL2. It is connected to the lower connecting member 9 of the support member 2. Note that the connection relationship of the mass damper 3 may be reversed, that is, the piston 13 side may be connected to the foundation F, and the cylinder 12 side may be connected to the support member 2.

また、上述した付加振動系A1の支持部材2の引張剛性K1及びマスダンパ3の諸元(回転マス31の回転慣性質量md1、作動流体HFの粘性係数cd1)は、引張剛性K1及び回転慣性質量md1によって定まる付加振動系A1の第1固有振動数fd1(=sqrt(K1/md1)/2π)が、構造物Bの振動モードが1次モードのときの固有振動数(以下「1次固有振動数」という)に同調するように設定されている。この設定は、例えば定点理論に基づいて行われる。 Further, the tensile rigidity K1 of the support member 2 of the additional vibration system A1 mentioned above and the specifications of the mass damper 3 (the rotational inertia mass md1 of the rotating mass 31, the viscosity coefficient cd1 of the working fluid HF) are the tensile rigidity K1 and the rotational inertia mass md1. The first natural frequency fd1 (=sqrt(K1/md1)/2π) of the additional vibration system A1 determined by ”). This setting is performed, for example, based on fixed point theory.

一方、支持部材2の圧縮剛性K2は、構造物Bの固有振動数とは無関係に、引張剛性K1に対して非常に大きな値、例えば引張剛性K1の約3倍に設定されている。 On the other hand, the compressive stiffness K2 of the support member 2 is set to a much larger value than the tensile stiffness K1, for example, about three times the tensile stiffness K1, regardless of the natural frequency of the structure B.

また、複数の座屈防止材4は、支持部材2の座屈を防止するためのものであり、図1及び図2に示すように、構造物Bに1層おきに設けられ、各支持部材2の付近に配置されている。図3に示すように、座屈防止材4は、例えばアングル材で構成されており、一端部が構造物Bに固定され、外方に水平に突出している。一方、支持部材2の鋼管7には、ガセットプレート7aが一体に設けられ、径方向外方に延びている。座屈防止材4は、その先端部がガセットプレート7aにボルト止めされることによって、支持部材2に連結されている。 Moreover, the plurality of anti-buckling materials 4 are for preventing buckling of the support member 2, and as shown in FIGS. 1 and 2, they are provided every other layer in the structure B, and each It is located near 2. As shown in FIG. 3, the anti-buckling material 4 is made of, for example, an angle material, one end of which is fixed to the structure B, and projects horizontally outward. On the other hand, a gusset plate 7a is integrally provided on the steel pipe 7 of the support member 2 and extends radially outward. The anti-buckling member 4 is connected to the support member 2 by having its tip end bolted to the gusset plate 7a.

次に、上述した構成の制振装置1の動作について説明する。地震時などに、図7に示すように構造物Bが揺動すると、構造物Bの変位が、支持部材2を介してマスダンパ3に伝達される。それに伴い、ピストン13がシリンダ12に対して往復動し、作動流体HFが連通路15内を流動することで、作動流体HFによる粘性減衰効果が発揮されるとともに、作動流体HFの流動が歯車モータMにより回転運動に変換され、回転マス31が回転することで、回転マス31による回転慣性質量効果が発揮される。また、支持部材2に圧縮荷重及び引張荷重が交互に繰り返し作用した状態で、支持部材2及びマスダンパ3から成る付加振動系A1が振動する。 Next, the operation of the vibration damping device 1 having the above-described configuration will be explained. When the structure B swings as shown in FIG. 7 during an earthquake or the like, the displacement of the structure B is transmitted to the mass damper 3 via the support member 2. Accordingly, the piston 13 reciprocates with respect to the cylinder 12, and the working fluid HF flows in the communication passage 15, so that the working fluid HF exerts a viscous damping effect, and the flow of the working fluid HF is caused by the gear motor. This is converted into rotational motion by M, and the rotating mass 31 rotates, thereby exerting a rotational inertial mass effect by the rotating mass 31. Further, the additional vibration system A1 consisting of the support member 2 and the mass damper 3 vibrates in a state in which compressive loads and tensile loads are applied repeatedly and alternately to the support member 2.

前述したように、支持部材2の引張剛性K1及びマスダンパ3の回転慣性質量md1は、付加振動系A1の第1固有振動数fd1が構造物Bの1次固有振動数に同調するように設定されている。これにより、引張荷重の作用時に、付加振動系A1の固有振動数fd1が構造物Bの1次固有振動数に同調することによって、その振動エネルギが付加振動系A1で良好に吸収される。 As described above, the tensile rigidity K1 of the support member 2 and the rotational inertia mass md1 of the mass damper 3 are set so that the first natural frequency fd1 of the additional vibration system A1 is tuned to the first natural frequency of the structure B. ing. As a result, when a tensile load is applied, the natural frequency fd1 of the additional vibration system A1 is tuned to the first natural frequency of the structure B, so that the vibration energy is well absorbed by the additional vibration system A1.

一方、前述したように、支持部材2の圧縮剛性K2は構造物Bの固有振動数とは無関係に設定されているため、付加振動系A1による同調は、圧縮荷重の作用時には行われないものの、引張荷重の作用時に上記のように繰り返し行われる。その結果、全体的な制振効果を大きく低下させることなく、構造物Bの振動を良好に抑制することができる。 On the other hand, as mentioned above, since the compressive stiffness K2 of the support member 2 is set independently of the natural frequency of the structure B, the tuning by the additional vibration system A1 is not performed when a compressive load is applied; This is repeated as described above upon application of a tensile load. As a result, the vibrations of the structure B can be satisfactorily suppressed without significantly reducing the overall damping effect.

さらに、上下方向に配置された複数の座屈防止材4によって、支持部材2の水平方向の移動を拘束するので、圧縮荷重による支持部材2の座屈を有効に防止することができる。また、座屈防止材4は、構造物Bと支持部材2にボルトなどで連結されたアングル材で構成されていて、従来の座屈防止機構と比較して構成が非常に単純であるので、支持部材2の座屈防止のためのコストを大幅に削減することができる。 Furthermore, since the horizontal movement of the support member 2 is restrained by the plurality of buckling prevention members 4 arranged in the vertical direction, buckling of the support member 2 due to compressive loads can be effectively prevented. In addition, the buckling prevention member 4 is composed of an angle member connected to the structure B and the support member 2 with bolts or the like, and has a very simple structure compared to conventional buckling prevention mechanisms. The cost for preventing buckling of the support member 2 can be significantly reduced.

図8及び図9は、支持部材2の他の例を示す。図8(a)の支持部材2は、図4の支持部材2から端板10を省略したものである。この構成では、支持部材2の機能を特に損なうことなく、部品点数を削減することができる。図8(b)の支持部材2は、図8(a)と比較し、鋼管7をコンクリート6よりも短くするとともに、両者6、7の間に隙間Gを設け、互いに分離したものである。この構成では、鋼管7は、圧縮荷重を支持する圧縮材としては機能せず、コンクリート6のシースとして機能し、コンクリート6の座屈防止に寄与する。 8 and 9 show other examples of the support member 2. The support member 2 in FIG. 8(a) is obtained by omitting the end plate 10 from the support member 2 in FIG. 4. With this configuration, the number of parts can be reduced without particularly impairing the function of the support member 2. In the support member 2 of FIG. 8(b), as compared with FIG. 8(a), the steel pipe 7 is made shorter than the concrete 6, and a gap G is provided between the two 6 and 7 to separate them from each other. In this configuration, the steel pipe 7 does not function as a compression material that supports a compressive load, but functions as a sheath for the concrete 6, and contributes to preventing the concrete 6 from buckling.

図9の支持部材2は、図8(a)の支持部材2に対し、鋼管7を省略したものであり、(a)は引張状態を、(b)は圧縮状態を示す。また、この支持部材2では、鋼棒5はコンクリート6に定着板41を用いて固定され、上連結部材8はコンクリート6にアンカーボルト42を用いて固定されている。鋼棒5は、挿通孔6aの部分では、コンクリート6と分離しており、鋼棒5の剛性に寄与する有効長さLEは、図9(a)に示すように、挿通孔6aの内端から下連結部材9までの長さになる。 The supporting member 2 in FIG. 9 is different from the supporting member 2 in FIG. 8(a) by omitting the steel pipe 7, and (a) shows a tensile state and (b) shows a compressed state. Further, in this support member 2, the steel rod 5 is fixed to the concrete 6 using a fixing plate 41, and the upper connecting member 8 is fixed to the concrete 6 using an anchor bolt 42. The steel rod 5 is separated from the concrete 6 at the insertion hole 6a, and the effective length LE contributing to the rigidity of the steel rod 5 is the inner end of the insertion hole 6a, as shown in FIG. 9(a). This is the length from the lower connecting member 9 to the lower connecting member 9.

次に、図10及び図11を参照しながら、本発明の第2実施形態による制振装置51について説明する。この制振装置51は、第1実施形態の制振装置1と比較し、マスダンパとして、歯車モータ式のマスダンパ3に代えて、ボールねじ式のマスダンパ53を用いた点が、主として異なる。以下、第1実施形態と同じ又は同等の構成要素に同一の参照符号を付し、第1実施形態と異なる部分を中心として説明する。 Next, a vibration damping device 51 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11. This vibration damping device 51 differs from the vibration damping device 1 of the first embodiment mainly in that a ball screw type mass damper 53 is used as the mass damper instead of the gear motor type mass damper 3. Hereinafter, the same reference numerals will be given to the same or equivalent components as in the first embodiment, and the description will focus on the parts that are different from the first embodiment.

図10に示すように、制振装置51は、支持部材2及びボールねじ式のマスダンパ53で構成された複数の付加振動系A2と、支持部材2の座屈を防止するための複数の座屈防止材4と、マスダンパ53からの反力トルクによる支持部材2のねじれを防止するためのねじれ防止材55を備える。支持部材2及び座屈防止材4の構成は、第1実施形態と同じである。 As shown in FIG. 10, the vibration damping device 51 includes a plurality of additional vibration systems A2 composed of a support member 2 and a ball screw type mass damper 53, and a plurality of additional vibration systems A2 for preventing buckling of the support member 2. A prevention member 4 and a twist prevention member 55 for preventing twisting of the support member 2 due to reaction torque from the mass damper 53 are provided. The configurations of the support member 2 and buckling prevention material 4 are the same as in the first embodiment.

図11に示すように、ボールねじ式のマスダンパ53は、内筒61、ボールねじ62、回転マス63、及び制限機構64を備える。内筒61は、円筒状の鋼材で構成されており、その一端部は開口し、他端部は、自在継手65aを介して第1フランジ65に取り付けられている。 As shown in FIG. 11, the ball screw type mass damper 53 includes an inner cylinder 61, a ball screw 62, a rotating mass 63, and a limiting mechanism 64. The inner cylinder 61 is made of a cylindrical steel material, one end of which is open, and the other end of which is attached to the first flange 65 via a universal joint 65a.

また、ボールねじ62は、ねじ軸62aと、ねじ軸62aに多数のボール62bを介して螺合するナット62cを有し、内筒61と同軸状かつ直列に配置されている。ねじ軸62aの一端部は、内筒61に収容されており、ねじ軸62aの他端部は、自在継手66aを介して第2フランジ66に取り付けられている。ナット62cの一端部は、クロスローラベアリング67を介して内筒61に嵌合しており、それにより、ナット62cは、内筒61に回転自在に支持されている。 Further, the ball screw 62 has a screw shaft 62a and a nut 62c that is screwed onto the screw shaft 62a via a large number of balls 62b, and is arranged coaxially and in series with the inner cylinder 61. One end of the screw shaft 62a is housed in the inner cylinder 61, and the other end of the screw shaft 62a is attached to the second flange 66 via a universal joint 66a. One end of the nut 62c is fitted into the inner cylinder 61 via a cross roller bearing 67, so that the nut 62c is rotatably supported by the inner cylinder 61.

回転マス63は、比重の大きな材料、例えば鉄で構成され、円筒状に形成されている。回転マス63は、内筒61及びボールねじ62の外側に同軸状に配置されている。回転マス63の第1フランジ65側の端部は、ラジアルベアリング68を介して、内筒61に嵌合しており、それにより、回転マス63は内筒61に回転自在に支持されている。また、回転マス63と内筒61の間には、一対のリング状のシール材69、69が設けられている。これらのシール材69、69、回転マス63及び内筒61によって画成された空間には、シリコンオイルなどで構成された粘性体70が充填されている。 The rotating mass 63 is made of a material with high specific gravity, such as iron, and is formed into a cylindrical shape. The rotating mass 63 is coaxially arranged outside the inner cylinder 61 and the ball screw 62. An end of the rotating mass 63 on the first flange 65 side is fitted into the inner cylinder 61 via a radial bearing 68, so that the rotating mass 63 is rotatably supported by the inner cylinder 61. Further, a pair of ring-shaped sealing members 69, 69 are provided between the rotating mass 63 and the inner cylinder 61. A space defined by these sealing materials 69, 69, rotating mass 63, and inner cylinder 61 is filled with a viscous material 70 made of silicone oil or the like.

以上の構成では、内筒61とねじ軸62aの間に相対変位が発生すると、この相対変位がボールねじ62でナット62cの回転運動に変換され、制限機構64を介して回転マス63に伝達されることで、回転マス63が回転する。これにより、内筒61と回転マス63との間に配置された粘性体70による粘性減衰効果が得られるとともに、回転マス63による回転慣性質量効果が発揮される。 In the above configuration, when a relative displacement occurs between the inner cylinder 61 and the screw shaft 62a, this relative displacement is converted into a rotational movement of the nut 62c by the ball screw 62, and transmitted to the rotating mass 63 via the limiting mechanism 64. As a result, the rotating mass 63 rotates. Thereby, a viscous damping effect by the viscous body 70 disposed between the inner cylinder 61 and the rotating mass 63 is obtained, and a rotational inertial mass effect by the rotating mass 63 is exhibited.

制限機構64は、マスダンパ53の回転変換動作を制限するものである。制限機構64は、回転マス63とナット62cの間に配置されたリング状の回転滑り材64aと、回転滑り材64aをナット62cに押し付けるとともに、その押付け力を調整するための複数のねじ64b及びばね64cで構成されている。この構成では、マスダンパ53の軸線方向に作用する荷重(軸荷重)が、ねじ64bの締付度合に応じて定まる制限荷重に達すると、回転滑り材64aとナット62cまたは回転マス63との間に滑りが発生することによって、マスダンパ53の回転変換動作が制限され、マスダンパ53の反力の過大化が防止される。 The restriction mechanism 64 restricts the rotational conversion operation of the mass damper 53. The restriction mechanism 64 includes a ring-shaped rotating sliding member 64a disposed between the rotating mass 63 and the nut 62c, a plurality of screws 64b for pressing the rotating sliding member 64a against the nut 62c, and adjusting the pressing force. It is composed of a spring 64c. In this configuration, when the load (axial load) acting in the axial direction of the mass damper 53 reaches the limit load determined according to the degree of tightening of the screw 64b, there is a gap between the rotating sliding member 64a and the nut 62c or the rotating mass 63. The occurrence of slippage limits the rotation conversion operation of the mass damper 53, and prevents the reaction force of the mass damper 53 from becoming excessive.

図10に示すように、以上の構成のマスダンパ53は、内筒61が、第1フランジ65を介して基礎Fに連結され、ボールねじ62のねじ軸62aが、第2フランジ66を介して支持部材2の下連結部材9に連結されている。なお、このマスダンパ53の連結関係を上下逆にしてもよく、すなわち、ボールねじ62側を基礎Fに連結し、内筒61側を支持部材2に連結してもよい。 As shown in FIG. 10, in the mass damper 53 having the above configuration, the inner cylinder 61 is connected to the foundation F via the first flange 65, and the screw shaft 62a of the ball screw 62 is supported via the second flange 66. It is connected to the lower connecting member 9 of the member 2. Note that the connection relationship of the mass damper 53 may be reversed, that is, the ball screw 62 side may be connected to the foundation F, and the inner cylinder 61 side may be connected to the support member 2.

第1実施形態の場合と同様、上述した付加振動系A2の支持部材2の引張剛性K1及びマスダンパ53の諸元(回転マス63の回転慣性質量md2、粘性流体70の粘性係数cd2)は、引張剛性K1及び回転慣性質量md2によって定まる付加振動系A2の第1固有振動数fd2(=sqrt(K1/md2)/2π)が、構造物Bの1次固有振動数に同調するように設定されている。一方、支持部材2の圧縮剛性K2は、構造物Bの固有振動数とは無関係に、引張剛性K1に対して非常に大きな値、例えば引張剛性K1の約3倍に設定されている。 As in the case of the first embodiment, the tensile rigidity K1 of the support member 2 of the additional vibration system A2 mentioned above and the specifications of the mass damper 53 (rotational inertia mass md2 of the rotating mass 63, viscosity coefficient cd2 of the viscous fluid 70) are The first natural frequency fd2 (=sqrt(K1/md2)/2π) of the additional vibration system A2 determined by the rigidity K1 and the rotational inertial mass md2 is set to be tuned to the first natural frequency of the structure B. There is. On the other hand, the compressive stiffness K2 of the support member 2 is set to a much larger value than the tensile stiffness K1, for example, about three times the tensile stiffness K1, regardless of the natural frequency of the structure B.

また、ねじれ防止材55は、マスダンパ53からの反力トルクによる支持部材2のねじれを防止するためのものであり、マスダンパ53の直上に配置されている。図10に示すように、ねじれ防止材55は、例えば鋼製のロッドで構成されており、構造物Bに固定され、外方に水平に突出している。一方、支持部材2の下連結部材9の側面には、上下方向に延びる溝9aが形成されている。ねじれ防止材55は、その先端部が溝9aに係合しており、それにより、支持部材2を上下方向に移動自在にかつ回転不能に係止している。これにより、マスダンパ53の反力トルクによる支持部材2のねじれが防止される。 Further, the twist prevention material 55 is for preventing the support member 2 from twisting due to the reaction torque from the mass damper 53, and is arranged directly above the mass damper 53. As shown in FIG. 10, the twist prevention member 55 is made of, for example, a steel rod, is fixed to the structure B, and projects horizontally outward. On the other hand, a groove 9a extending in the vertical direction is formed on the side surface of the lower connecting member 9 of the support member 2. The tip of the anti-twisting member 55 engages with the groove 9a, thereby locking the support member 2 so as to be movable in the vertical direction but not rotatable. This prevents the support member 2 from twisting due to the reaction torque of the mass damper 53.

次に、上述した構成の制振装置51の動作について説明する。地震時などに構造物Bが揺動すると、構造物Bの変位が、支持部材2を介してマスダンパ53に伝達される。それに伴い、内筒61とねじ軸62bの間の相対変位がボールねじ62で回転運動に変換され、回転マス63が回転することで、粘性体70による粘性減衰効果が発揮されるとともに、回転マス63による回転慣性質量効果が発揮される。 Next, the operation of the vibration damping device 51 having the above-described configuration will be explained. When the structure B swings during an earthquake, the displacement of the structure B is transmitted to the mass damper 53 via the support member 2. Along with this, the relative displacement between the inner cylinder 61 and the screw shaft 62b is converted into rotational motion by the ball screw 62, and the rotating mass 63 rotates, so that the viscous damping effect by the viscous body 70 is exerted, and the rotating mass 63, the rotational inertial mass effect is exhibited.

また、支持部材2に圧縮荷重及び引張荷重が交互に繰り返し作用し、支持部材2及びマスダンパ53から成る付加振動系A2が振動する。上述したように、支持部材2の引張剛性K1及び回転マス63の回転慣性質量md2は、第1実施形態の制振装置1と同様に設定されている。したがって、引張荷重の作用時に、付加振動系A2の第1固有振動数fd2が構造物Bの1次固有振動数に同調することによって、構造物Bの振動エネルギを付加振動系A2で良好に吸収し、その結果、全体的な制振効果を大きく低下させることなく、構造物Bの振動を良好に抑制することができる。 Furthermore, compressive loads and tensile loads are applied repeatedly and alternately to the support member 2, and the additional vibration system A2 consisting of the support member 2 and the mass damper 53 vibrates. As described above, the tensile rigidity K1 of the support member 2 and the rotational inertia mass md2 of the rotating mass 63 are set similarly to the damping device 1 of the first embodiment. Therefore, when a tensile load is applied, the first natural frequency fd2 of the additional vibration system A2 is tuned to the first natural frequency of the structure B, so that the vibration energy of the structure B is well absorbed by the additional vibration system A2. However, as a result, the vibrations of the structure B can be suppressed satisfactorily without significantly reducing the overall vibration damping effect.

さらに、構造物Bに設けられたねじれ防止材55により、マスダンパ53に近い支持部材2の下連結材9の部分を回転不能に係止するので、マスダンパ53の反力トルクによる支持部材2のねじれを防止し、支持部材2の円滑な動作を確保することができる。 Further, since the torsion prevention member 55 provided in the structure B locks the lower connecting member 9 of the support member 2 near the mass damper 53 in a non-rotatable manner, the support member 2 is twisted due to the reaction torque of the mass damper 53. It is possible to prevent this and ensure smooth operation of the support member 2.

次に、図12~図15を参照しながら、本実施形態の制振装置による制振効果を確認するために実施したシミュレーション解析とその結果について、説明する。このシミュレーション解析は、構造物Bの基礎Fに所定の地震波を入力した場合の構造物Bの応答について解析を行ったものである。 Next, with reference to FIGS. 12 to 15, a simulation analysis conducted to confirm the damping effect of the damping device of this embodiment and its results will be described. This simulation analysis is an analysis of the response of structure B when a predetermined seismic wave is input to the foundation F of structure B.

シミュレーション解析の条件は、以下のとおりである。図12に示すように、解析用のモデルMは、構造物MBと、支持部材MS及びマスダンパMDから成る複数の付加振動系MAと、複数の座屈防止材MPで構成されている。 The conditions for the simulation analysis are as follows. As shown in FIG. 12, the analysis model M includes a structure MB, a plurality of additional vibration systems MA including a support member MS and a mass damper MD, and a plurality of anti-buckling members MP.

構造物MBは、図1の構造物Bと同様に設定されたアスペクト比の大きい建物であり、具体的には、6m×6m×層(階)高4mの20階建て、全体高さは76mである。また、構造物MBの1次固有周期TMB1は、X方向及びY方向に共通で、約2.6sである。付加振動系MAは、構造物MBの高さ40mの位置から下側に計8本、配置されている。 Structure MB is a building with a large aspect ratio set in the same way as Structure B in Figure 1. Specifically, it is a 20-story building with a size of 6 m x 6 m x 4 m in floor height, and a total height of 76 m. It is. Further, the first natural period TMB1 of the structure MB is common to the X direction and the Y direction, and is approximately 2.6 seconds. A total of eight additional vibration systems MA are arranged below the structure MB from a height of 40 m.

マスダンパMDについては、例えば図6に示す第1実施形態の歯車モータ式のマスダンパ3が想定されており、その諸元は、回転マスの回転慣性質量md=6000ton、作動流体の粘性係数cd=6.3kNs/mm、制限軸力Fr=1200kNである。また、支持部材MSについては、本発明に相当する引張剛性K1よりも圧縮剛性K2が大きい場合(以下「非対称モデル」という)と、比較例として、従来技術に相当する引張剛性K1と圧縮剛性K2が等しい場合(以下「対称モデル」という)を設定した。 Regarding the mass damper MD, for example, the gear motor type mass damper 3 of the first embodiment shown in FIG. 6 is assumed, and its specifications are: rotational inertia mass md of the rotating mass = 6000 tons, viscosity coefficient cd = 6 of the working fluid. .3kNs/mm, and the limit axial force Fr=1200kN. Regarding the support member MS, in the case where the compressive stiffness K2 is larger than the tensile stiffness K1 corresponding to the present invention (hereinafter referred to as "asymmetric model"), and as a comparative example, the case where the tensile stiffness K1 and the compressive stiffness K2 correspond to the prior art. We set the case where the two are equal (hereinafter referred to as the "symmetric model").

非対称モデルでは、支持部材MSとして図4の支持部材2が想定されている。具体的には、引張材は、例えば72φ、L=40mの2本の鋼棒(丸鋼)であり、引張剛性K1=41.7kN/mmである。この場合、付加振動系MAの第1固有周期TMA1は、TMA1=2π・sqrt(md/K1)=約2.4sになり、構造物MBの1次固有周期TMB1(約2.6s)にほぼ一致し、これに同調するように設定されている。 In the asymmetric model, the support member 2 in FIG. 4 is assumed as the support member MS. Specifically, the tensile materials are, for example, two steel rods (round steel) of 72φ and L=40 m, and the tensile rigidity K1 is 41.7 kN/mm. In this case, the first natural period TMA1 of the additional vibration system MA is TMA1=2π・sqrt(md/K1)=approximately 2.4 s, which is approximately equal to the first natural period TMB1 (approximately 2.6 s) of the structure MB. It is set to match and tune in to this.

一方、圧縮材として、鋼管及びコンクリートを用いるとともに、座屈防止材MPの剛性付与効果を加味し、圧縮剛性K2=125.4kN/mmとし、引張剛性K1の3倍として算定した。また、座屈防止材MPとして、構造物と支持部材を単純に連結する図3の座屈防止材4を想定した。 On the other hand, steel pipes and concrete were used as compression materials, and the stiffness imparting effect of the anti-buckling material MP was taken into consideration, and the compression stiffness K2 was set to 125.4 kN/mm, which was calculated as three times the tensile stiffness K1. Moreover, as the buckling preventive material MP, the buckling preventive material 4 shown in FIG. 3, which simply connects the structure and the support member, was assumed.

これに対し、対称モデルでは、支持部材MSは鋼材で構成されており、その引張剛性K1及び圧縮剛性K2は、互いに等しいとともに、非対称モデルの引張剛性K1(=41.7kN/mm)に等しくなるように設定した。また、座屈防止材MPとして、前述した従来の制振装置に設けられた、支持部材が挿入される拘束孔を有し、支持部材の鉛直方向の摺動を許容しつつ水平方向の移動を拘束するような座屈防止材を想定した。 On the other hand, in the symmetric model, the support member MS is made of steel, and its tensile stiffness K1 and compressive stiffness K2 are equal to each other and equal to the tensile stiffness K1 (=41.7 kN/mm) of the asymmetric model. I set it like this. In addition, the anti-buckling material MP has a restraining hole into which the support member is inserted, which is the same as the one provided in the conventional vibration damping device described above, and allows the support member to slide in the vertical direction while preventing movement in the horizontal direction. We assumed an anti-buckling material that would restrain the material.

基礎Fに入力する地震動(地震波)は、2.6s周期のSin波である。また、解析方法として、平均加速度法を用いた時刻歴応答解析を行うとともに、減衰については瞬間剛性比例型とし、減衰定数を2%とした。なお、上記の非対称モデル及び対称モデルに加えて、さらなる比較例として、マスダンパを設けていない場合(以下「ダンパなしモデル」という)についても、シミュレーション解析を行った。以下、シミュレーション解析の結果について説明する。 The seismic motion (earthquake wave) input to the foundation F is a sine wave with a period of 2.6 seconds. In addition, as an analysis method, time history response analysis was performed using the average acceleration method, and the damping was of the instantaneous stiffness proportional type, with a damping constant of 2%. In addition to the above-mentioned asymmetric model and symmetric model, as a further comparative example, a simulation analysis was also conducted for a case where no mass damper was provided (hereinafter referred to as "damper-less model"). The results of the simulation analysis will be explained below.

図13(a)は、構造物MBの各層における最大応答加速度AMAXを示し、図13(b)は、構造物MBの各層における最大層間変形角θMAXを示す。ここで、最大応答加速度AMAXは、地震動の入力中に各層において得られた応答加速度の最大値を表し、最大層間変形角θMAXは、地震動の入力中に各層において得られた層間変形角の最大値を表す。 FIG. 13(a) shows the maximum response acceleration AMAX in each layer of the structure MB, and FIG. 13(b) shows the maximum interlayer deformation angle θMAX in each layer of the structure MB. Here, the maximum response acceleration AMAX represents the maximum value of the response acceleration obtained in each layer during input of seismic motion, and the maximum interstory deformation angle θMAX is the maximum value of the interstory deformation angle obtained in each layer during input of seismic motion. represents.

最大応答加速度AMAXは、いずれのモデルにおいても、上層側ほど大きく、最上層(20層)において最大になる。また、最大応答加速度AMAXは、ダンパなしモデルでは非常に大きく、最上層において約3900mm/s2であるのに対し、非対称モデル及び対称モデルでは、最上層において1400~1600mm/s2であり、ダンパなしモデルの50%未満である。以上から、最大応答加速度AMAXに関し、支持部材とマスダンパで構成される付加振動系によって、制振効果が有効に得られることが分かる。 In any model, the maximum response acceleration AMAX is larger toward the upper layer and reaches its maximum at the top layer (20th layer). In addition, the maximum response acceleration AMAX is very large in the model without a damper, approximately 3900 mm/s2 at the top layer, whereas in the asymmetric model and symmetrical model it is 1400 to 1600 mm/s2 at the top layer, and in the model without a damper it is approximately 3900 mm/s2 at the top layer. less than 50% of From the above, it can be seen that with regard to the maximum response acceleration AMAX, the vibration damping effect can be effectively obtained by the additional vibration system composed of the support member and the mass damper.

また、最大応答加速度AMAXは、すべての層にわたり、非対称モデルと対称モデルの間でほとんど差がなく、非対称モデルの方がむしろ小さくなっている。すなわち、付加振動系による同調を、引張側のみで行った場合でも、引張側及び圧縮側の両方で行った場合と比較して、最大応答加速度AMAXに関し、遜色のない良好な制振効果が得られることが分かる。 In addition, there is almost no difference in the maximum response acceleration AMAX between the asymmetric model and the symmetric model across all layers, and it is actually smaller in the asymmetric model. In other words, even when tuning using the added vibration system is performed only on the tension side, a comparable good vibration damping effect can be obtained in terms of maximum response acceleration AMAX compared to when tuning is performed on both the tension and compression sides. I know that it will happen.

一方、最大層間変形角θMAXは、ダンパなしモデルでは6~9層付近において最大になり、その最大値は2/200rad程度で、非常に大きい。これに対し、非対称モデル及び対称モデルでは、最大層間変形角θMAXは、より低い4~7層付近で最大になり、その最大値は0.7/200rad程度であり、ダンパなしモデルの50%未満である。このように、最大層間変形角θMAXに関しても、支持部材とマスダンパで構成される付加振動系によって、制振効果が有効に得られることが分かる。 On the other hand, the maximum interstory deformation angle θMAX reaches its maximum near the 6th to 9th layers in the model without a damper, and its maximum value is about 2/200 rad, which is very large. On the other hand, in the asymmetric model and the symmetric model, the maximum interstory deformation angle θMAX reaches its maximum near the lower 4 to 7 layers, and the maximum value is about 0.7/200 rad, which is less than 50% of the model without damper. It is. In this way, it can be seen that the vibration damping effect can be effectively obtained with respect to the maximum interstory deformation angle θMAX by the additional vibration system composed of the support member and the mass damper.

また、最大層間変形角θMAXは、すべての層にわたり、非対称モデルと対称モデルの間でほとんど差がなく、細かく見ると、9層以下では非対称モデルの方が小さく、14層以上では対称モデルの方が小さくなっている。すなわち、付加振動系による同調を、引張側のみで行った場合でも、引張側及び圧縮側の両方で行った場合と比較して、最大層間変形角θMAXに関し、遜色のない良好な制振効果が得られることが分かる。 In addition, there is almost no difference in the maximum interstory deformation angle θMAX between the asymmetric model and the symmetric model across all layers, and a closer look shows that the asymmetric model is smaller for 9 layers or less, and the symmetric model is smaller for 14 layers or more. is getting smaller. In other words, even when tuning by the additional vibration system is performed only on the tension side, compared to when it is performed on both the tension and compression sides, a comparable good vibration damping effect can be obtained regarding the maximum interlayer deformation angle θMAX. You can see what you can get.

図14(a)及び(b)はそれぞれ、対称モデル及び非対称モデルにおける、支持部材MS(点線)、マスダンパMD(細線)及び付加振動系MA(太線)の鉛直方向の変形量の時間的推移を、一括して示したものである。ここで、マスダンパMDの変形量は、図12に示す下端位置(基礎Fとの連結位置)L0と上端位置(支持部材MSとの連結位置)L1との間の変形量、支持部材MSの変形量は、その下端位置(マスダンパMDとの連結位置)L1と上端位置L2との間の変形量、付加振動系MA全体の変形量は、その下端位置L0と上端位置L2との間の変形量を表す。 Figures 14(a) and (b) show the time course of the vertical deformation of the support member MS (dotted line), mass damper MD (thin line), and additional vibration system MA (thick line) in the symmetric model and the asymmetric model, respectively. , shown all at once. Here, the amount of deformation of the mass damper MD is the amount of deformation between the lower end position (connection position with the foundation F) L0 and the upper end position (connection position with the support member MS) L1 shown in FIG. 12, and the deformation of the support member MS. The amount of deformation is the amount of deformation between the lower end position (connection position with mass damper MD) L1 and the upper end position L2, and the amount of deformation of the entire additional vibration system MA is the amount of deformation between the lower end position L0 and the upper end position L2. represents.

また、図15(a)は構造物MB(地上40m位置)の水平方向の相対変形量を、同図(b)は付加振動系MAの鉛直方向の変形量を、同図(c)はマスダンパMDの鉛直方向の変形量を、同図(d)は支持部材MSの鉛直方向の変形量を、対称モデル(点線)及び非対称モデル(実線)についてそれぞれ併記したものである。 In addition, Fig. 15(a) shows the relative horizontal deformation of the structure MB (40m above ground), Fig. 15(b) shows the vertical deformation of the additional vibration system MA, and Fig. 15(c) shows the relative deformation of the mass damper. The amount of deformation in the vertical direction of MD and the amount of deformation in the vertical direction of the support member MS are also shown in FIG. 3(d) for the symmetric model (dotted line) and the asymmetric model (solid line), respectively.

図15(a)に示される水平方向の相対変形量は、対称モデルと非対称モデルの間で大きな差異はなく、その最大値は±160mm程度である。なお、地震動の終期において、対称モデルに対する非対称モデルの位相の若干の遅れが認められる。 The horizontal relative deformation amount shown in FIG. 15(a) is not significantly different between the symmetrical model and the asymmetrical model, and its maximum value is about ±160 mm. It should be noted that at the end of the earthquake motion, there is a slight delay in the phase of the asymmetric model compared to the symmetric model.

また、付加振動系MAの鉛直方向の変形に関し、図15(c)に示すように、マスダンパMDの変形量は、対称モデルと非対称モデルの間でほぼ等しい。また、マスダンパMDの変形量は、対称モデルでは、圧縮側(正値側)と引張側(負値側)で互いに対称であり、その最大値が±11mm程度であるのに対し、非対称モデルでは、圧縮側よりも引張側が若干大きい非対称になっており、その最大値は圧縮側で約+12mm、引張側で約-8mmである。 Regarding the vertical deformation of the additional vibration system MA, as shown in FIG. 15(c), the amount of deformation of the mass damper MD is approximately equal between the symmetric model and the asymmetric model. In addition, in the symmetric model, the amount of deformation of the mass damper MD is symmetrical on the compression side (positive value side) and the tension side (negative value side), and the maximum value is about ±11 mm, whereas in the asymmetric model , the tension side is slightly larger than the compression side, and the maximum value is about +12 mm on the compression side and about -8 mm on the tension side.

また、図15(d)に示すように、支持部材MSの変形量は、対称モデルでは大きく、圧縮側と引張側で互いに対称であり、その最大値は±10mm程度であるのに対し、非対称モデルでは、対称モデルと比較して全体的に小さいとともに、引張側よりも圧縮側が小さい非対称になっており、その最大値は圧縮側で約+3mm、引張側で約-8mmである。 Furthermore, as shown in Fig. 15(d), the amount of deformation of the supporting member MS is large in the symmetric model, and is symmetrical on the compression side and the tension side, and the maximum value is about ±10 mm, whereas the deformation amount on the asymmetric model is large. The model is smaller overall than the symmetrical model and is asymmetrical, with the compression side being smaller than the tension side, with the maximum values being approximately +3 mm on the compression side and approximately -8 mm on the tension side.

以上の結果、マスダンパMDの変形量と支持部材MSの変形量との和に相当する付加振動系MA全体の変形量は、図15(b)に示すように、対称モデルでは、圧縮側と引張側で互いに対称で、最大値は±4mm程度であるのに対し、非対称モデルでは、圧縮側と引張側で互いに対称である一方、最大値は±5.5mm程度であり、対称モデルよりも若干大きい(図14参照)。 As a result of the above, as shown in FIG. 15(b), the deformation amount of the entire additional vibration system MA, which corresponds to the sum of the deformation amount of the mass damper MD and the deformation amount of the support member MS, is The sides are symmetrical with each other, and the maximum value is about ±4 mm, whereas the asymmetric model is symmetrical with each other on the compression and tension sides, and the maximum value is about ±5.5 mm, which is slightly larger than the symmetric model. Large (see Figure 14).

以上のように、非対称モデルでは、対称モデルと比較して、付加振動系MA全体の変形量が若干大きいものの、位相のずれ効果によって、図15(a)に示される水平方向の相対変形量は同等であった。すなわち、本実施形態の制振装置によれば、従来の制振装置と比較して、制振効果をさほど低下させることなく、構造物の振動を良好に抑制できることが確認された。 As described above, in the asymmetric model, the amount of deformation of the entire additional vibration system MA is slightly larger than that in the symmetric model, but due to the phase shift effect, the relative amount of deformation in the horizontal direction shown in Fig. 15(a) is They were equivalent. In other words, it was confirmed that the vibration damping device of this embodiment can suppress the vibrations of the structure better without reducing the damping effect much compared to the conventional vibration damping device.

次に、非対称モデルにおける支持部材MSの引張剛性K1及び圧縮剛性K2のより詳細な設定方法について説明する。この設定方法は、以下のように、構造物(主系)に対称モデルの支持部材を含む付加振動系を取り付けた場合の支持部材の最適な剛性Kd及び固有周期Tdを定点理論に基づいて算出するとともに、この固有周期Tdに基づき、非対称モデルの引張剛性K1及び圧縮剛性K2を設定するものである。 Next, a more detailed method of setting the tensile stiffness K1 and compressive stiffness K2 of the support member MS in the asymmetric model will be described. This setting method calculates the optimal stiffness Kd and natural period Td of the supporting member based on the fixed point theory when an additional vibration system including a symmetrical model supporting member is attached to the structure (main system) as follows. At the same time, the tensile stiffness K1 and compressive stiffness K2 of the asymmetric model are set based on this natural period Td.

まず、図18に示すように、主系の諸元は、例えば、質量m=26081ton、固有周期T=5.2sec、塔状比α=6.8である。 First, as shown in FIG. 18, the main system specifications are, for example, mass m=26081 tons, natural period T=5.2 sec, and tower ratio α=6.8.

この主系に、質量比μ(=等価質量(回転慣性質量)md/主系質量m)が6.6である、対称モデルの支持部材を含む付加振動系を取り付けた場合を想定し、主系の相対変位応答倍率を最小化する最適パラメータ(付加系振動数比β、減衰定数hd)を、定点理論に基づく下記の式(1)及び(2)によって算出する。また、算出した最適パラメータに基づき、付加振動系の固有周期Td、剛性Kd(=K1、K2)及び減衰係数cdを、それぞれ下記の関係式(3)~(5)により、付加振動系の諸元として算出する。以上の結果は、図19のcase1に示されている。 Assuming that this main system is attached with an additional vibration system including a symmetrical model support member with a mass ratio μ (= equivalent mass (rotational inertial mass) md/main system mass m) of 6.6, Optimal parameters (additional system frequency ratio β, damping constant hd) that minimize the relative displacement response magnification of the system are calculated using the following equations (1) and (2) based on fixed point theory. In addition, based on the calculated optimal parameters, the natural period Td, stiffness Kd (=K1, K2), and damping coefficient cd of the additional vibration system are calculated using the following relational expressions (3) to (5), respectively. Calculated as the original. The above results are shown in case 1 of FIG.

Figure 0007433727000001
Figure 0007433727000001

Figure 0007433727000002
Figure 0007433727000002

次に、上記の主系に、質量比μ及び減衰定数hdがcase1と同じである、非対称モデルの支持部材MSを含む付加振動系を取り付けた場合の支持部材MSの引張剛性K1及び圧縮剛性K2を、下記の関係式(6)~(8)を用いて算出する。すなわち、圧縮剛性K2と引張剛性K1との剛性比RKを所定値(例えば5)とするとともに、圧縮剛性K2によって定まる固有周期Tdcと引張剛性K1によって定まる固有周期Tdtの加算平均値が、case1の固有周期Tdに等しくなるように、引張剛性K1及び圧縮剛性K2を算出する。以上の結果は、図19のcase2に示されている。 Next, when an additional vibration system including an asymmetric model support member MS whose mass ratio μ and damping constant hd are the same as case 1 is attached to the above main system, the tensile stiffness K1 and compressive stiffness K2 of the support member MS are is calculated using the following relational expressions (6) to (8). That is, the stiffness ratio RK between the compression stiffness K2 and the tensile stiffness K1 is set to a predetermined value (for example, 5), and the average value of the natural period Tdc determined by the compression stiffness K2 and the natural period Tdt determined by the tensile rigidity K1 is The tensile stiffness K1 and the compressive stiffness K2 are calculated so that they are equal to the natural period Td. The above results are shown in case 2 of FIG.

Figure 0007433727000003
Figure 0007433727000003

また、図19のcase3は、case2に対して剛性比RKを5から10に変更するとともに、関係式(6)~(8)を用いて、引張剛性K1及び圧縮剛性K2を同様に算出したものである。さらに、case4は、対称モデルの付加振動系に関し、case1に対して質量比μを6.6から3.3に変更したものであり、case5は、非対称モデルの付加振動系に関し、case4に対して、引張剛性K1及び圧縮剛性K2を同様に算出したものである。 In case 3 of FIG. 19, the stiffness ratio RK is changed from 5 to 10 compared to case 2, and the tensile stiffness K1 and compressive stiffness K2 are calculated in the same way using relational expressions (6) to (8). It is. Furthermore, case 4 is about the added vibration system of the symmetric model, and the mass ratio μ is changed from 6.6 to 3.3 compared to case 1, and case 5 is about the added vibration system of the asymmetric model, which is different from case 4. , tensile stiffness K1 and compressive stiffness K2 were calculated in the same manner.

以上のように諸元が設定されたcase1~case5の付加振動系による制振効果を確認するために、シミュレーション解析を実施した。このシミュレーション解析は、各付加振動系を主系に取り付けた簡略1質点系解析モデルを対象とし、調和地動を入力した場合の主系の応答について、解析を行ったものである。 In order to confirm the vibration damping effect of the additional vibration system in cases 1 to 5 with the specifications set as described above, a simulation analysis was conducted. This simulation analysis targets a simplified one-mass system analysis model in which each additional vibration system is attached to the main system, and analyzes the response of the main system when harmonic ground motion is input.

図20は、case1とcase2における、地動に対する主系の水平方向の(a)相対変位応答倍率、及び(b)絶対加速度応答倍率を示す。また、図20には、case2の引張剛性K1及び圧縮剛性K2の両方を、0.9倍と1.1倍にした場合を併せて示している。この結果から、まず、対称モデルのcase1と非対称モデルのcase2を比較すると、いずれも主系の固有周期T(=5.2sec)の付近で共振するとともに、応答倍率曲線がほぼ重なり合っており、同等の大きな制振効果が得られることが確認された。 FIG. 20 shows (a) relative displacement response magnification and (b) absolute acceleration response magnification in the horizontal direction of the main system to ground motion in case 1 and case 2. Further, FIG. 20 also shows cases in which both the tensile rigidity K1 and the compressive rigidity K2 of case 2 are increased by 0.9 times and 1.1 times. From this result, first, when comparing case 1 of the symmetric model and case 2 of the asymmetric model, both resonate near the natural period T (=5.2 sec) of the main system, and the response magnification curves almost overlap, making them equivalent. It was confirmed that a large vibration damping effect can be obtained.

これに対し、case2の引張剛性K1及び圧縮剛性K2の両方を、0.9倍、1.1倍にした場合には、case2と比較して、主系の固有周期T付近で応答倍率が高くなり、制振効果が低下することが分かる。例えば、相対変位応答倍率の最大値は、case2と比較し、剛性K1、K2が0.9倍のときに1.35倍に、1.1倍のときに1.19倍に、それぞれ増加している。 On the other hand, when both the tensile stiffness K1 and the compressive stiffness K2 of case 2 are increased by 0.9 times and 1.1 times, the response magnification is higher near the natural period T of the main system compared to case 2. It can be seen that the damping effect decreases. For example, compared to case 2, the maximum value of the relative displacement response magnification increases to 1.35 times when stiffness K1 and K2 are 0.9 times, and to 1.19 times when stiffness K2 is 1.1 times. ing.

また、図示しないが、case2とcase3を比較すると、剛性比RKの相違にかかわらず、いずれの場合にも主系の固有周期Tの付近で共振するとともに、応答倍率曲線がほぼ重なり合い、同等の大きな制振効果が得られることが確認された。 Although not shown, when comparing case 2 and case 3, regardless of the difference in stiffness ratio RK, in both cases, resonance occurs near the natural period T of the main system, and the response magnification curves almost overlap, indicating that the same large It was confirmed that a vibration damping effect can be obtained.

さらに、図示しないが、case4及びcase5については、case1及びcase2と比較して、質量比μが小さい分、制振効果が低下するものの、case4及びcase5のいずれの場合にも主系の固有周期Tの付近で共振するとともに、応答倍率曲線がほぼ重なり合い、同等の制振効果が得られることが確認された。 Furthermore, although not shown, in case 4 and case 5, the damping effect is lower due to the smaller mass ratio μ compared to case 1 and case 2, but in both case 4 and case 5, the natural period T of the main system is It was confirmed that the resonance occurred near , the response magnification curves almost overlapped, and the same vibration damping effect was obtained.

以上のように、主系に対称モデルの支持部材を含む付加振動系を取り付けた場合において、構造物の振動を最小にする支持部材の最適な剛性Kd及び固有周期Tdを定点理論に基づいて算出する。また、この固有周期Tdに基づき、式(6)~(8)を用い、非対称モデルの引張剛性K1及び圧縮剛性K2を、引張側の固有周期Tdtと圧縮側の固有周期Tdcとの加算平均値が定点理論に基づく対称モデルの固有周期Tdに等しくなるように設定する。これにより、対称モデルの支持部材に対する定点理論に基づく算出解を用いた場合と同等の良好な制振効果を得ることができる。また、そのような効果を、等価質量mdと主系質量mとの質量比μや、圧縮剛性K2と引張剛性K1との剛性比RKにかかわらず、得ることができる。 As described above, when an additional vibration system including supporting members of a symmetric model is attached to the main system, the optimal stiffness Kd and natural period Td of the supporting members that minimize the vibration of the structure are calculated based on fixed point theory. do. Also, based on this natural period Td, using equations (6) to (8), the tensile stiffness K1 and compressive stiffness K2 of the asymmetric model are calculated as the average value of the natural period Tdt on the tension side and the natural period Tdc on the compression side. is set to be equal to the natural period Td of the symmetric model based on the fixed point theory. As a result, it is possible to obtain a good vibration damping effect equivalent to that obtained when using a calculation solution based on fixed point theory for a support member of a symmetric model. Further, such an effect can be obtained regardless of the mass ratio μ between the equivalent mass md and the main system mass m, and the rigidity ratio RK between the compressive rigidity K2 and the tensile rigidity K1.

次に、図16及び図17を参照しながら、マスダンパの変形例について説明する。図16に示すように、このマスダンパ73は、歯車モータ式であり、図6のマスダンパ3に代えて用いられるものである。また、マスダンパ73は、マスダンパ3と比較し、逆止弁74を付加することで、圧縮時のダンパ反力が引張時よりも極端に小さい、いわゆる片効きダンパとして構成した点が異なる。以下、マスダンパ3と同じ又は同等の構成要素に同一の参照符号を付するとともに、付加された逆止弁74を中心として説明する。 Next, a modification of the mass damper will be described with reference to FIGS. 16 and 17. As shown in FIG. 16, this mass damper 73 is of a gear motor type and is used in place of the mass damper 3 of FIG. Furthermore, the mass damper 73 differs from the mass damper 3 in that by adding a check valve 74, the damper reaction force during compression is extremely smaller than that during tension, and is configured as a so-called single-effect damper. Hereinafter, the same reference numerals will be given to the same or equivalent components as those of the mass damper 3, and the explanation will focus on the added check valve 74.

図16に示すように、シリンダ12には、連通路15と並列に第2連通路75が接続されており、第2連通路75に逆止弁74が設けられている。第2連通路75は、常時、ピストン13をバイパスし、第1及び第2流体室12d、12eに連通している。 As shown in FIG. 16, a second communication passage 75 is connected to the cylinder 12 in parallel with the communication passage 15, and the second communication passage 75 is provided with a check valve 74. The second communication path 75 always bypasses the piston 13 and communicates with the first and second fluid chambers 12d and 12e.

図17に示すように、逆止弁74は、第2連通路75に設けられた弁箱74aと、弁箱74a内に設けられた回動自在の弁体74dを有する。弁箱74aには、第1連通口74b及び第2連通口74cが設けられており、弁箱74aは、これらの連通口74b、74cを介して、第2連通路75に連通している。 As shown in FIG. 17, the check valve 74 includes a valve box 74a provided in the second communication path 75 and a rotatable valve body 74d provided within the valve box 74a. The valve box 74a is provided with a first communication port 74b and a second communication port 74c, and the valve box 74a communicates with the second communication path 75 via these communication ports 74b and 74c.

弁体74dは、弁箱74a内に配置され、軸74eに回動自在に支持されており、図17(a)に示す閉鎖位置と、図17(b)に示す開放位置との間で回動する。弁体74dは、閉鎖位置にあるときには第1連通口74bを閉鎖し、開放位置にあるときには第1連通口74bを開放する。 The valve body 74d is disposed within the valve body 74a, rotatably supported by a shaft 74e, and rotates between a closed position shown in FIG. 17(a) and an open position shown in FIG. 17(b). move. The valve body 74d closes the first communication port 74b when it is in the closed position, and opens the first communication port 74b when it is in the open position.

以上の構成では、地震時などに構造物Bが揺動するのに伴い、マスダンパ73に引張荷重が作用したときには、ピストン13が第2流体室12e側(図16の右側)に摺動することで、第2流体室12e内の作動流体HFが第2連通路75に流入し、弁体74dを図17(a)の閉鎖位置に駆動する。これにより、第2連通路75内の作動流体HFの流れが阻止され、作動流体HFが連通路15だけに流れることによって、回転マス31による大きな回転慣性質量効果が得られ、それに応じてダンパ反力も大きくなる。 In the above configuration, when a tensile load is applied to the mass damper 73 as the structure B swings during an earthquake, the piston 13 slides toward the second fluid chamber 12e (to the right in FIG. 16). Then, the working fluid HF in the second fluid chamber 12e flows into the second communication passage 75, driving the valve body 74d to the closed position shown in FIG. 17(a). As a result, the flow of the working fluid HF in the second communication path 75 is blocked, and the working fluid HF flows only into the communication path 15, so that a large rotational inertial mass effect by the rotating mass 31 is obtained, and the damper reacts accordingly. Power also increases.

一方、マスダンパ73に圧縮荷重が作用したときには、ピストン13が第1流体室12d側(図16の左側)に摺動することで、第1流体室12d内の作動流体HFが第2連通路75に流入し、弁体74dを図17(b)の開放位置に駆動する。これにより、第2連通路75内の作動流体HFの流れが許容され(図16及び図17(b)の白矢印)、その流量の分だけ、連通路15内の流量が減少することによって、回転マス31の回転慣性質量効果が大きく減少し、それに応じてダンパ反力が大きく減少する。 On the other hand, when a compressive load is applied to the mass damper 73, the piston 13 slides toward the first fluid chamber 12d (left side in FIG. 16), so that the working fluid HF in the first fluid chamber 12d is transferred to the second communication path 75. and drives the valve body 74d to the open position shown in FIG. 17(b). As a result, the flow of the working fluid HF in the second communication path 75 is allowed (white arrow in FIGS. 16 and 17(b)), and the flow rate in the communication path 15 is reduced by the amount of flow. The rotational inertial mass effect of the rotating mass 31 is greatly reduced, and the damper reaction force is correspondingly reduced significantly.

以上のように、マスダンパ73は片効きダンパとして構成され、圧縮荷重の作用時には、引張荷重の作用時と比較して、ダンパ反力が非常に小さくなり、それに伴い、支持部材2の圧縮荷重が大幅に低減される。これにより、支持部材2の座屈が発生しにくくなるので、座屈防止材4の断面積及び/又は設置数を低減することが可能になり、支持部材2の座屈防止のためのコストをさらに削減することができる。 As described above, the mass damper 73 is configured as a single-effect damper, and when a compressive load is applied, the damper reaction force is much smaller than when a tensile load is applied, and accordingly, the compressive load on the support member 2 is reduced. significantly reduced. This makes it difficult for the support member 2 to buckle, making it possible to reduce the cross-sectional area and/or the number of buckling prevention members 4, thereby reducing the cost for preventing buckling of the support member 2. It can be further reduced.

なお、上記の変形例は、歯車モータ式のマスダンパを片効きダンパで構成した例であるが、図10に示されるようなボールねじ式のマスダンパを片効きダンパで構成してもよい。そのようなボールねじ式の片効きのマスダンパは、例えば出願人が特開2011-220504号において、ボールねじのナットと回転マスとの間にワンウェイクラッチを配置したマスダンパとして開示されており、このマスダンパを利用することができる。 In addition, although the above modification is an example in which a gear motor type mass damper is configured with a single-effect damper, a ball screw type mass damper as shown in FIG. 10 may be configured with a single-effect damper. Such a ball screw type single-acting mass damper is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2011-220504 by the applicant as a mass damper in which a one-way clutch is disposed between a ball screw nut and a rotating mass. can be used.

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、支持部材2の引張材として、PC鋼棒を用いているが、支持部材2の所望の引張剛性K1が得られる限り、PC鋼線やPC鋼より線などの他のPC鋼材や鉄筋の丸鋼などを用いることが可能である。この中で、PC鋼線は、支持部材を現場で施工する際、巻いた状態から繰り出し、下側に垂らしながら容易に取り扱えるという点で、特に有利である。 Note that the present invention is not limited to the described embodiments, and can be implemented in various ways. For example, in the embodiment, a PC steel rod is used as the tensile material of the support member 2, but as long as the desired tensile rigidity K1 of the support member 2 is obtained, other PC steel rods such as a PC steel wire or a PC steel stranded wire can be used. It is possible to use steel materials, round steel bars, etc. Among these, PC steel wire is particularly advantageous in that it can be easily handled by unrolling it from a rolled state and letting it hang down when constructing the support member on site.

また、支持部材2の圧縮材として、コンクリート及び鋼管あるいはコンクリートのみを用いているが、前述したように、支持部材2の所望の圧縮剛性K2が得られる限り、任意の1種類又は複数種類の構成材を用いることが可能である。例えば、コンクリートを用いずに、鋼管又は他の鋼材例えばH鋼や平鋼を用いてもよく、あるいはH鋼などの鋼材をコンクリートと組み合わせて用いてもよい。 Furthermore, although concrete, steel pipes, or only concrete are used as the compression material for the support member 2, as described above, any one or more types of construction may be used as long as the desired compression rigidity K2 of the support member 2 is obtained. It is possible to use materials. For example, instead of using concrete, steel pipes or other steel materials such as H steel or flat steel may be used, or steel materials such as H steel may be used in combination with concrete.

また、実施形態では、支持部材2を構造物Bの中央から下側に配置しているが、これに限らず、例えば構造物Bの上下方向の全体にわたって配置してもよい。また、各付加振動系の支持部材2を、全体として1本の支持部材で構成するものとして説明したが、これに限らず、例えば支持部材2が非常に長い場合などには、上下方向に順に連結された複数の支持部材で構成することが可能である。さらに、支持部材2及びマスダンパを含む付加振動系の本数や平面的な配置についても、実施形態で示したものに限らず適宜、変更することが可能である。 Further, in the embodiment, the support member 2 is arranged below the center of the structure B, but the support member 2 is not limited to this, and may be arranged over the entire structure B in the vertical direction, for example. In addition, although the support member 2 of each additional vibration system has been described as being composed of one support member as a whole, the present invention is not limited to this. For example, when the support member 2 is very long, It is possible to configure it with a plurality of connected support members. Furthermore, the number and planar arrangement of the additional vibration systems including the support member 2 and the mass damper are not limited to those shown in the embodiment, and can be changed as appropriate.

さらに、実施形態では、座屈防止材4は、アングル材で構成され、構造物Bに固定されているが、これに限らず、座屈防止材4を構造物Bのスラブと一体に形成してもよい。また、実施形態では、座屈防止材4を構造物Bに1層おきに配置しているが、この設置間隔を、支持部材2の断面寸法や圧縮剛性K2などに応じて適宜、変更することが可能である。 Further, in the embodiment, the anti-buckling material 4 is made of an angle material and is fixed to the structure B, but the invention is not limited to this, and the anti-buckling material 4 may be formed integrally with the slab of the structure B. You can. Furthermore, in the embodiment, the anti-buckling materials 4 are arranged every other layer in the structure B, but the installation interval may be changed as appropriate depending on the cross-sectional dimension of the support member 2, the compressive rigidity K2, etc. is possible.

また、実施形態では、支持部材2の圧縮剛性K2を引張剛性K1の約3倍に設定しているが、これに限らず、良好な制振効果が得られる限り、圧縮剛性K2を増減してもよいことはもちろんである。 Furthermore, in the embodiment, the compressive rigidity K2 of the support member 2 is set to approximately three times the tensile rigidity K1, but the present invention is not limited to this, and the compressive rigidity K2 may be increased or decreased as long as a good vibration damping effect is obtained. Of course it's a good thing.

さらに、実施形態では、引張材の引張剛性及び回転マスの回転慣性質量によって定まる付加振動系の固有振動数を構造物Bの1次固有振動数にほぼ一致させ、同調するように設定している。このような明確な同調に限らず、引張材の引張剛性及び回転マスの回転慣性質量の設定は、構造物Bの1次固有振動数の応答を低下させるものであればよい。例えば、これらの引張剛性及び回転慣性質量によって定まる付加振動系の固有振動数が構造物Bの1次固有振動数に対して比較的、離間している場合でも、構造物Bの1次固有振動数の応答を有効に低下させる限り、任意に採用することが可能である。 Furthermore, in the embodiment, the natural frequency of the additional vibration system determined by the tensile rigidity of the tensile material and the rotational inertia mass of the rotating mass is set to approximately match and synchronize with the primary natural frequency of the structure B. . The setting of the tensile rigidity of the tensile member and the rotational inertia mass of the rotating mass is not limited to such clear tuning as long as it reduces the response of the first natural frequency of the structure B. For example, even if the natural frequency of the additional vibration system determined by these tensile stiffness and rotational inertia mass is relatively apart from the first natural frequency of structure B, the first natural frequency of structure B Any method can be used as long as it effectively reduces the numerical response.

また、構造物Bの構造については特に限定されず、鉄骨造(S造)や、鉄筋コンクリート造(RC造)、鉄骨鉄筋コンクリート造(SRC造)、コンクリート充填鋼管造(CFT造)などのいずれをも制振対象とすることが可能である。本発明は、鉄塔やアスペクト比の大きい構造物に特に有効に適用できる。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。 The structure of Structure B is not particularly limited, and may be any of steel frame construction (S construction), reinforced concrete construction (RC construction), steel reinforced concrete construction (SRC construction), concrete-filled steel pipe construction (CFT construction), etc. It is possible to use it as a vibration damping target. The present invention can be particularly effectively applied to steel towers and structures with large aspect ratios. In addition, it is possible to change the detailed structure as appropriate within the scope of the spirit of the present invention.

1 制振装置
2 支持部材
3 マスダンパ
4 座屈防止材
5 鋼棒(引張材)
6 コンクリート(圧縮材)
7 鋼管(圧縮材)
8 上連結部材(上連結部)
9 下連結部材(下連結部)
31 回転マス
51 制振装置
53 マスダンパ(ボールねじ式のマスダンパ)
55 ねじれ防止材
63 回転マス
73 マスダンパ(非対称のマスダンパ)
B 構造物
F 基礎(支持体)
A1 付加振動系
A2 付加振動系
K1 支持部材の引張剛性
K2 支持部材の圧縮剛性
md1 回転マス31の回転慣性質量
md2 回転マス63の回転慣性質量
fd1 付加振動系A1の第1固有振動数(固有振動数)
fd2 付加振動系A2の第1固有振動数(固有振動数)
1 Vibration damping device 2 Support member 3 Mass damper 4 Buckling prevention material 5 Steel bar (tensile material)
6 Concrete (compressed material)
7 Steel pipe (compressed material)
8 Upper connecting member (upper connecting part)
9 Lower connecting member (lower connecting part)
31 Rotating mass 51 Vibration damping device 53 Mass damper (ball screw type mass damper)
55 Anti-twist material 63 Rotating mass 73 Mass damper (asymmetrical mass damper)
B Structure F Foundation (support)
A1 Additional vibration system A2 Additional vibration system K1 Tensile rigidity of supporting member K2 Compressive rigidity md1 of supporting member Rotational inertia mass md2 of rotating mass 31 Rotational inertial mass fd1 of rotating mass 63 First natural frequency (natural frequency) of additional vibration system A1 number)
fd2 First natural frequency (natural frequency) of additional vibration system A2

Claims (6)

支持体に立設された構造物の振動を抑制するための構造物の制振装置であって、
上下方向に延び、上連結部及び下連結部を有し、前記上連結部を介して前記構造物に連結された支持部材と、
当該支持部材の前記下連結部と前記支持体に連結され、回転可能な回転マスを有し、前記構造物が振動したときに、前記支持部材を介して伝達される前記構造物の変位を前記回転マスの回転運動に変換し、回転慣性質量効果を発揮するマスダンパと、を備え、
前記支持部材は、
前記上連結部と前記下連結部に連結され、引張荷重を支持するための引張材と、
前記上連結部及び前記下連結部の一方に連結され、前記引張材と機械的に分離されるとともに、圧縮荷重の作用時、前記上連結部及び前記下連結部の他方が接した状態で、圧縮荷重を支持するための圧縮材と、を有し、
前記引張材の引張剛性及び前記回転マスの回転慣性質量は、前記構造物の1次固有振動数の応答を低下させるように設定されており、
前記構造物に設けられ、前記圧縮材に連結されることによって、前記支持部材の座屈を防止するための座屈防止材をさらに備えることを特徴とする構造物の制振装置。
A vibration damping device for a structure for suppressing vibration of a structure erected on a support,
a support member that extends in the vertical direction, has an upper connecting portion and a lower connecting portion, and is connected to the structure via the upper connecting portion;
It has a rotating mass that is connected to the lower connecting part of the support member and the support body and is rotatable, and when the structure vibrates, the displacement of the structure transmitted through the support member is Equipped with a mass damper that converts the rotational motion of the rotating mass into rotational inertia mass effect,
The support member is
a tensile material connected to the upper connecting part and the lower connecting part to support a tensile load;
connected to one of the upper connecting part and the lower connecting part, being mechanically separated from the tensile member, and in a state where the other of the upper connecting part and the lower connecting part is in contact when a compressive load is applied; a compression material for supporting a compression load;
The tensile stiffness of the tensile material and the rotational inertia mass of the rotating mass are set to reduce the response of the first natural frequency of the structure,
A vibration damping device for a structure, further comprising an anti-buckling material provided in the structure and connected to the compression material to prevent buckling of the support member.
前記圧縮材は、前記引張材の引張剛性よりも大きい所定の圧縮剛性を有することを特徴とする、請求項1に記載の構造物の制振装置。 The vibration damping device for a structure according to claim 1, wherein the compression material has a predetermined compression stiffness greater than the tensile stiffness of the tension material. 前記引張材は、棒状又は線状の鋼材で構成され、前記圧縮材は、コンクリートと棒状及び線状以外の鋼材との少なくとも一方で構成されていることを特徴とする、請求項2に記載の構造物の制振装置
3. The tensile material is composed of a bar-shaped or wire-shaped steel material, and the compression material is composed of at least one of concrete and a steel material other than a bar-shaped or linear steel material. Vibration damping device for structures .
前記マスダンパは、圧縮荷重の作用時に、引張荷重の作用時よりも小さなダンパ反力を発生させる非対称のマスダンパで構成されていることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の構造物の制振装置。 The structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the mass damper is an asymmetrical mass damper that generates a smaller damper reaction force when a compressive load is applied than when a tensile load is applied. Vibration damping device for objects. 前記マスダンパはボールねじ式のマスダンパで構成されており、
前記構造物に設けられ、前記支持部材の前記マスダンパとの連結部に近い部分を回転不能に係止することによって、前記マスダンパの反力トルクによる前記支持部材のねじれを防止するためのねじれ防止材をさらに備えることを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の構造物の制振装置。
The mass damper is composed of a ball screw type mass damper,
A torsion prevention member provided on the structure and configured to prevent twisting of the support member due to reaction torque of the mass damper by non-rotatably locking a portion of the support member near a connecting portion with the mass damper. The vibration damping device for a structure according to any one of claims 1 to 4, further comprising:.
前記支持部材として圧縮側と引張側の剛性が等しい剛性対称の支持部材を用いた場合において、前記構造物の振動を最小にする前記支持部材の最適剛性が定点理論に基づいて算出されており、前記圧縮材の圧縮剛性及び前記引張材の引張剛性は、前記圧縮剛性によって定まる圧縮側の固有周期と、前記引張剛性によって定まる引張側の固有周期との加算平均値が、前記算出された支持部材の最適剛性によって定まる固有周期に等しくなるように設定されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の構造物の制振装置。 When using a rigidly symmetrical supporting member having equal rigidity on a compression side and a tensile side as the supporting member, the optimal rigidity of the supporting member that minimizes vibration of the structure is calculated based on a fixed point theory, The compression rigidity of the compression material and the tensile rigidity of the tensile material are determined by the calculated average value of the natural period on the compression side determined by the compression rigidity and the natural period on the tension side determined by the tensile rigidity. 3. The vibration damping device for a structure according to claim 1, wherein the vibration damping device is set to be equal to a natural period determined by the optimum stiffness of the structure.
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