JPH02167969A - 構造物の振り子式スロッシングダンパー - Google Patents
構造物の振り子式スロッシングダンパーInfo
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- JPH02167969A JPH02167969A JP32306188A JP32306188A JPH02167969A JP H02167969 A JPH02167969 A JP H02167969A JP 32306188 A JP32306188 A JP 32306188A JP 32306188 A JP32306188 A JP 32306188A JP H02167969 A JPH02167969 A JP H02167969A
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Landscapes
- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は土木、建築の分野において、風や地震等、構造
物に作用する振動外力の影響を低減させるための動吸振
器に関するものである。
物に作用する振動外力の影響を低減させるための動吸振
器に関するものである。
第2図は従来の一般的な動吸振器のモデルを示したもの
で、付加質量(質量m)をバネ(バネ定数k)とダンパ
ー(減衰定数C)で構造物(質量M、バネ定数K)につ
なぎ、付加質量の方に振動を吸収させることにより構造
物の振動を低減させることかできる。
で、付加質量(質量m)をバネ(バネ定数k)とダンパ
ー(減衰定数C)で構造物(質量M、バネ定数K)につ
なぎ、付加質量の方に振動を吸収させることにより構造
物の振動を低減させることかできる。
動吸振器の設計において、主振動系の振幅倍率の最大値
を最小にするためには、動吸振器と主振動系に次のよう
な関係があればよいとされている(「動吸振器の実用性
(1)J、背戸−登、機械の研究第36巻第4号、19
84年、第477頁〜第478頁)。
を最小にするためには、動吸振器と主振動系に次のよう
な関係があればよいとされている(「動吸振器の実用性
(1)J、背戸−登、機械の研究第36巻第4号、19
84年、第477頁〜第478頁)。
ここで、
Ω、= p :主振動系の固有振動数ω、= r
:吸振器系の固有振動数μ=m/M :吸振器系と主
振動系の質量比ζ=C/2φ智1:吸振器系の減衰率 これに対し、出願人は特願昭62−087520号(特
開昭63−254247号公報参照)において、バネ式
に比べ振動周期の調整が簡単な振り子式動吸振器を提案
している。従来型の動吸振器では、付加質量としての重
りの振動周期は、 T=2π吾7「 であり、建物の固有周期(または固有振動数)と動吸振
器の付加質量の振動周期(または振動数)を調整して制
振を行う場合、バネ定数kまたは付加質量mによって調
整することになる。これに対し、振り子式動吸振器の振
動周期は、 T=2πFフ7 1は振り子の長さ gは重力加速度 であり、長さlの調整、すなわち吊り材の長さの調整に
より振動周期(または振動数)を調整することができる
。
:吸振器系の固有振動数μ=m/M :吸振器系と主
振動系の質量比ζ=C/2φ智1:吸振器系の減衰率 これに対し、出願人は特願昭62−087520号(特
開昭63−254247号公報参照)において、バネ式
に比べ振動周期の調整が簡単な振り子式動吸振器を提案
している。従来型の動吸振器では、付加質量としての重
りの振動周期は、 T=2π吾7「 であり、建物の固有周期(または固有振動数)と動吸振
器の付加質量の振動周期(または振動数)を調整して制
振を行う場合、バネ定数kまたは付加質量mによって調
整することになる。これに対し、振り子式動吸振器の振
動周期は、 T=2πFフ7 1は振り子の長さ gは重力加速度 であり、長さlの調整、すなわち吊り材の長さの調整に
より振動周期(または振動数)を調整することができる
。
なお、振り子式動吸振器については、ビルの最上階に設
置する冷暖房用設備ユニットの氷蓄熱槽を振り子の重り
として利用し、風に対するビルの揺れを制御するものが
ある(「超高層ビルに振子式制振装置を導入」、建築技
術1988年10月号第58頁参照)。
置する冷暖房用設備ユニットの氷蓄熱槽を振り子の重り
として利用し、風に対するビルの揺れを制御するものが
ある(「超高層ビルに振子式制振装置を導入」、建築技
術1988年10月号第58頁参照)。
また、水槽内の液体(通常、水)の動揺を利用して、構
造物の振動を抑制するいわゆるスロッシングダンパーと
呼ばれる動吸振器があり、特開昭63−181868号
公報には、鋼材などの付加質量をもちいた従来型の動吸
振器と、付加質量としての鋼材の上に設置した水槽を組
み合わせた2重動吸振器が開示されている。この他、2
重動吸振器に関しては、出願人の特願昭62−1329
17号の発明がある。
造物の振動を抑制するいわゆるスロッシングダンパーと
呼ばれる動吸振器があり、特開昭63−181868号
公報には、鋼材などの付加質量をもちいた従来型の動吸
振器と、付加質量としての鋼材の上に設置した水槽を組
み合わせた2重動吸振器が開示されている。この他、2
重動吸振器に関しては、出願人の特願昭62−1329
17号の発明がある。
ところで、例えばペンシルビルのように水平剛性が低く
、したがって固有周期が長く、風圧変動の卓越周期と共
振しやすい構造物では風揺れによる振動障害(主として
居住性の問題)が生じやすい。しかし、居住性を問題と
するとき、人が感じ始める加速度のレベルは1. OG
a1前後と言われており、従来風揺れなどのように微小
な振動の低減を図ることは非常に難しいとされてきた。
、したがって固有周期が長く、風圧変動の卓越周期と共
振しやすい構造物では風揺れによる振動障害(主として
居住性の問題)が生じやすい。しかし、居住性を問題と
するとき、人が感じ始める加速度のレベルは1. OG
a1前後と言われており、従来風揺れなどのように微小
な振動の低減を図ることは非常に難しいとされてきた。
また、スロッシングダンパーについては、水などの液体
を用いるため、十分な振動抑制効果を得るためには、非
常に大きな水槽を必要とし、設置位置や設置方法の問題
がある。
を用いるため、十分な振動抑制効果を得るためには、非
常に大きな水槽を必要とし、設置位置や設置方法の問題
がある。
さらに、特開昭63−181868号公報記載の振動抑
制装置では、構造物の固有周期、第1の振動系の振動周
期および第2の振動系の振動周期は同一に設定されてお
り、必ずしも最適な振動抑制効果をあげるものとはなっ
ていない。
制装置では、構造物の固有周期、第1の振動系の振動周
期および第2の振動系の振動周期は同一に設定されてお
り、必ずしも最適な振動抑制効果をあげるものとはなっ
ていない。
本発明は上述のような従来技術における問題点の解決を
図ったものである。
図ったものである。
本発明では、摩擦が少なく、微小振動にも敏感に反応す
ることのできる振り子式動吸振器を用いた第1振動系と
、主として第1振動系の振動を減衰させるための第2振
動系を構成するスロッシングダンパーとを組み合わせ、
2重動吸振器を構成することにより、主振動系である構
造物の揺れを効果的に抑制することができる。
ることのできる振り子式動吸振器を用いた第1振動系と
、主として第1振動系の振動を減衰させるための第2振
動系を構成するスロッシングダンパーとを組み合わせ、
2重動吸振器を構成することにより、主振動系である構
造物の揺れを効果的に抑制することができる。
すなわち、本発明の振り子式スロッシングダンパーは主
振動系を構成する構造物に対し、複数の吊り材を介して
吊支持される支持台ど、該支持台上に設置された水槽と
からなり、吊り材により、支持台および水槽が重りとし
て振動し、構造物の振動を減衰させる。さらに、この第
1振動系の振動に対しては、第2振動系を構成する水槽
内の液体の振動が減衰力を与えることになる。
振動系を構成する構造物に対し、複数の吊り材を介して
吊支持される支持台ど、該支持台上に設置された水槽と
からなり、吊り材により、支持台および水槽が重りとし
て振動し、構造物の振動を減衰させる。さらに、この第
1振動系の振動に対しては、第2振動系を構成する水槽
内の液体の振動が減衰力を与えることになる。
第1振動系の付加質量としての支持台と水槽の合計の質
量m1および水槽内の液体の質量m2は、それぞれ構造
物の質量をMとして、 1/100m、≦m2≦l/IOm+ となるようにするのが望ましい。付加質量が小さ過ぎる
と、制振効果が少なく、また大き過ぎると不経済であり
、構造物本体の設計にも影響する。
量m1および水槽内の液体の質量m2は、それぞれ構造
物の質量をMとして、 1/100m、≦m2≦l/IOm+ となるようにするのが望ましい。付加質量が小さ過ぎる
と、制振効果が少なく、また大き過ぎると不経済であり
、構造物本体の設計にも影響する。
本発明の振り子式スロ・ノシングダンバーを設置した構
造物が風などの外力を受けたときの応答倍率は、第15
図を参照して、次の振動方程式から導かれる。
造物が風などの外力を受けたときの応答倍率は、第15
図を参照して、次の振動方程式から導かれる。
・・・・・・(2)
構造物の質量M、バネ定数に、減衰定数Cなどに対し、
第1振動系の質量m、、振り子の長さl、第2振動系の
質量ml 、減衰定数c2などを適当に選択することに
より、第1振動系の固有振動数ω1および前記第2振動
系の固有振動数ω2を与えることになり、そのときの振
動外力Fに対する主振動系の加速度父、速度大、変位X
が求まり、このようにして、振動外力Fに対する主振動
系の応答倍率を計算することができる。
第1振動系の質量m、、振り子の長さl、第2振動系の
質量ml 、減衰定数c2などを適当に選択することに
より、第1振動系の固有振動数ω1および前記第2振動
系の固有振動数ω2を与えることになり、そのときの振
動外力Fに対する主振動系の加速度父、速度大、変位X
が求まり、このようにして、振動外力Fに対する主振動
系の応答倍率を計算することができる。
(・r=r、・・−類7雫1
そして、上記(1)の範囲で第1振動系の質量mい第2
振動系の質1t m zを設定し、種々の値について応
答倍率を求めると、下記のような条件(3)、(4)の
もとで、応答倍率が十分低く抑えられることが分かる。
振動系の質1t m zを設定し、種々の値について応
答倍率を求めると、下記のような条件(3)、(4)の
もとで、応答倍率が十分低く抑えられることが分かる。
かつ、
ω1>Ω>ω2またはω1〈Ω〈ω2
・・・・・・(3)
液体のスロッシング時の自由水の質量(第2振動系の質
1it) m、は、ハウスナー理論から、次式%式% したがって、上記(1)、(3)、(4)の条件のもと
て調整を行うことにより、大きな割振効果を得ることが
できる。
1it) m、は、ハウスナー理論から、次式%式% したがって、上記(1)、(3)、(4)の条件のもと
て調整を行うことにより、大きな割振効果を得ることが
できる。
なお、上記(2)の振動方程式は、第15図に示される
ように、第2振動系を付加itと、これを第1振動系の
付加質量につなぐハネおよびダンパーとして表現したも
のであり、スロッシングダンパーに置き換えるためには
、下記の(5)、(6)の式により、等価な値を求めて
設計する必要がある。
ように、第2振動系を付加itと、これを第1振動系の
付加質量につなぐハネおよびダンパーとして表現したも
のであり、スロッシングダンパーに置き換えるためには
、下記の(5)、(6)の式により、等価な値を求めて
設計する必要がある。
第16図を参照し、平面が長方形の水槽の液体のスロッ
シングの固有振動数ω2は、ハウスナー理論から、次式
で求められる。
シングの固有振動数ω2は、ハウスナー理論から、次式
で求められる。
(m wは水槽の液体の全質量)
なお、第2振動系の剛性は、
k2 =m、 ω、”
となる。
第1図は本発明の振り子式スロッシングダンパー7をモ
デル的に示したもので、まず構造物30の振動を吊り方
式の重り11が吸収して、次に重り11に伝わった振動
を水槽20内の水22などの液体が激しく動t、“Bし
て吸収するとともに、その振動エネルギーを波の破砕(
スロ・7シング)や水槽の接触摩擦によって消滅させる
ことができる。
デル的に示したもので、まず構造物30の振動を吊り方
式の重り11が吸収して、次に重り11に伝わった振動
を水槽20内の水22などの液体が激しく動t、“Bし
て吸収するとともに、その振動エネルギーを波の破砕(
スロ・7シング)や水槽の接触摩擦によって消滅させる
ことができる。
摩擦が小さい吊り方式と、動揺しやすい液体を採用して
いるので、小さな揺れに対しても敏感に反応することが
できる。
いるので、小さな揺れに対しても敏感に反応することが
できる。
また、本発明の振り子式スロッシングダンパーを、前記
(1)、(3)、(4)の条件のもとで調整することに
より、振動外力に対する構造物の応答倍率を十分低減さ
せることができる。
(1)、(3)、(4)の条件のもとで調整することに
より、振動外力に対する構造物の応答倍率を十分低減さ
せることができる。
第3図〜第11図は本発明の振り子式スロッシングダン
パーの実験装置の概要を示したものである。
パーの実験装置の概要を示したものである。
第3図および第4図は試験体フレーム1を示したもので
、加振方向は柱2 (C−チャンネル、100X50X
5 X7.5 )の間軸方向であり、1層1スパン(
高さ3.0m、スパン0.54m)形式である。
、加振方向は柱2 (C−チャンネル、100X50X
5 X7.5 )の間軸方向であり、1層1スパン(
高さ3.0m、スパン0.54m)形式である。
加振方向に直交する構面ば3層lスパン(高さ1.0m
X3、スパン1.1 m)形式であり(梁3はH形鋼、
100X 100X 6 X 8 ) 、プレース4で
補強することにより、ねじれの影響を抑えている。
X3、スパン1.1 m)形式であり(梁3はH形鋼、
100X 100X 6 X 8 ) 、プレース4で
補強することにより、ねじれの影響を抑えている。
フレーム1の頂部には、構造物の質量を与える約3.O
tの重り5、加振装置6および本発明の振り子式スロッ
シングダンパー7を取付け(重り重量2779 kgw
、フレーム重量154 kgw、加振装置可動部重17
3.7 kgw、振り子式スロッシングダンパーの付加
重量80.2 kgw) 、加振装置6に定常波および
ランダム波を入力することにより、フレームlを加振す
る。なお、無減衰固有値解析による本試験フレームの1
次固有周期は1.1秒であった。
tの重り5、加振装置6および本発明の振り子式スロッ
シングダンパー7を取付け(重り重量2779 kgw
、フレーム重量154 kgw、加振装置可動部重17
3.7 kgw、振り子式スロッシングダンパーの付加
重量80.2 kgw) 、加振装置6に定常波および
ランダム波を入力することにより、フレームlを加振す
る。なお、無減衰固有値解析による本試験フレームの1
次固有周期は1.1秒であった。
第5図はフレームの頂部に据付けられた振り子式スロッ
シングダンパー7の全体構造を、第6図〜第8図は第1
振動系を構成する振り子10の構造を、第9図〜第11
図は第2振動系を構成する水槽20の構造を示したもの
である。
シングダンパー7の全体構造を、第6図〜第8図は第1
振動系を構成する振り子10の構造を、第9図〜第11
図は第2振動系を構成する水槽20の構造を示したもの
である。
振り子lOの重り11はプレート状であり、ワイヤーロ
ープ12により、装置の外周フレーム8に対し4点で吊
り下げられている。また、図中9は装置を取付けるため
の据付プレートである。重り11の上には、アクリル製
の水槽20が取付けられる。分割した水槽の1区画は内
法の長さLが590mm、幅Bが45mm、高さHoが
190mmで、水槽20の内側には、突出長りが10m
mの三角形のリブ21を等間隔に取付けて、減衰効果の
向上を図った。
ープ12により、装置の外周フレーム8に対し4点で吊
り下げられている。また、図中9は装置を取付けるため
の据付プレートである。重り11の上には、アクリル製
の水槽20が取付けられる。分割した水槽の1区画は内
法の長さLが590mm、幅Bが45mm、高さHoが
190mmで、水槽20の内側には、突出長りが10m
mの三角形のリブ21を等間隔に取付けて、減衰効果の
向上を図った。
第12図は上述の実験装置において、加振装置より非定
常波を入力した場合の実験結果の一例を示したもので、
振り子式スロッシングダンパーを取付けない場合の応答
(破線)に対し、振り子式スロッシングダンパーを取付
けた場合(実線)、フレーム頂部の応答加速度が大幅に
減少した。
常波を入力した場合の実験結果の一例を示したもので、
振り子式スロッシングダンパーを取付けない場合の応答
(破線)に対し、振り子式スロッシングダンパーを取付
けた場合(実線)、フレーム頂部の応答加速度が大幅に
減少した。
従来のスロッシングダンパーと比較し、本発明の振り子
式スロッシングダンパーで同じ風揺れ抑制効果を得よう
とする場合、水量が約1/30、体積が約1/7で済む
。実際の建物に適用する場合では、例えば1000 を
程度の建物では、振り子の重りはlO〜20t、水量は
200〜5001程度で大きな振動低減効果が得られる
。
式スロッシングダンパーで同じ風揺れ抑制効果を得よう
とする場合、水量が約1/30、体積が約1/7で済む
。実際の建物に適用する場合では、例えば1000 を
程度の建物では、振り子の重りはlO〜20t、水量は
200〜5001程度で大きな振動低減効果が得られる
。
第13図および第14図は建物30への適用例を示した
もので、第13図のように塔屋31の天井の梁32にワ
イヤーロープ12をかけて設置する方法や、第14図の
ように建物最上階の天井の梁33にワイヤーロープ12
をかけて設置する方法が考えられる。
もので、第13図のように塔屋31の天井の梁32にワ
イヤーロープ12をかけて設置する方法や、第14図の
ように建物最上階の天井の梁33にワイヤーロープ12
をかけて設置する方法が考えられる。
■ 小さな風揺れや地震動にも、敏感に反応し、揺れを
効果的に抑制し、早期に減衰させるので、揺れによる不
快感を取り除くことができる。
効果的に抑制し、早期に減衰させるので、揺れによる不
快感を取り除くことができる。
■ 振り子式動吸振器とスロッシングダンパーを2重動
吸振器として組み合わせたことにより、従来のスロッシ
ングダンパーと比較して、小容量の水槽に小量の液体を
入れることにより、大きな制振効果を得ることができる
。
吸振器として組み合わせたことにより、従来のスロッシ
ングダンパーと比較して、小容量の水槽に小量の液体を
入れることにより、大きな制振効果を得ることができる
。
■ 第1振動系および第2振動系の質量および固有振動
数などを適切に設定することにより、最適な振動抑制効
果が得られる。
数などを適切に設定することにより、最適な振動抑制効
果が得られる。
■ 装置がコンパクトになり、取り付けも容易なので、
小さなスペースに設置できる。
小さなスペースに設置できる。
■ 高層住宅、高層ビル、高層タワーなどの風揺れを効
果的に抑制することができる。
果的に抑制することができる。
第1図はこの発明の装置をモデル的に示した概念図、第
2図は従来の一般的な動吸振器をモデル的に示した概念
図、第3図は実験に用いたフレームの概要を示す正面図
、第4図はその側面図、第5図はフレームに取り付けた
本発明の実験装置の一部を断面とした立面図、第6図は
振り子式動吸振器部分の構造を示す平面図、第7図およ
び第8図はそれぞれその正面図および側面図、第9図は
水槽の構造を示す平面図、第10図および第11図はそ
れぞれその正面図(一部所面図)および側面図、第12
図は実験結果を示すグラフ、第13図および第14図は
装置の設置位置の一例を示す概要図、第15図は振動方
程式に対応するモデル図、第16図は水槽の寸法と固有
振動数との関係を説明するための説明図である。 l・・・試験体フレーム、6・・・加振装置、7・・・
振り子式スロッシングダンパー、8・・・外周フレーム
、10・・・振り子、11・・・重り、12・・・ワイ
ヤーローブ、20・・・水槽、21・・・リブ、22・
・・水第 図 第 図 第 図 し− )二
2図は従来の一般的な動吸振器をモデル的に示した概念
図、第3図は実験に用いたフレームの概要を示す正面図
、第4図はその側面図、第5図はフレームに取り付けた
本発明の実験装置の一部を断面とした立面図、第6図は
振り子式動吸振器部分の構造を示す平面図、第7図およ
び第8図はそれぞれその正面図および側面図、第9図は
水槽の構造を示す平面図、第10図および第11図はそ
れぞれその正面図(一部所面図)および側面図、第12
図は実験結果を示すグラフ、第13図および第14図は
装置の設置位置の一例を示す概要図、第15図は振動方
程式に対応するモデル図、第16図は水槽の寸法と固有
振動数との関係を説明するための説明図である。 l・・・試験体フレーム、6・・・加振装置、7・・・
振り子式スロッシングダンパー、8・・・外周フレーム
、10・・・振り子、11・・・重り、12・・・ワイ
ヤーローブ、20・・・水槽、21・・・リブ、22・
・・水第 図 第 図 第 図 し− )二
Claims (2)
- (1)構造物に対し、複数の吊り材を介して吊支持され
る支持台と、該支持台上に設置された水槽とからなり、
前記吊り材により前記支持台および液体を入れた水槽を
重りとして振動し、前記構造物の振動を減衰させる振り
子式の第1振動系と、前記水槽内の液体の振動により前
記第1振動系の振動を減衰させる第2振動系とを構成し
たことを特徴とする構造物の振り子式スロッシングダン
パー。 - (2)前記支持台と前記水槽の合計の質量m_1および
前記水槽内の液体の質量m_2を、それぞれ前記構造物
の質量をMとして、 1/200M≦m_1≦1/50M 1/100m_1≦m_2≦1/10m_1となるよう
にし、 前記第1振動系の固有振動数ω_1および前記第2振動
系の固有振動数ω_2は、前記構造物の固有振動数をΩ
として、 ω_1>Ω>ω_2 または ω_1<Ω<ω_2 となる大小関係とし、かつ |Ω−ω_1|および|Ω−ω_2| がΩに対し、1/20以下となる範囲で調整したことを
特徴とする構造物の振り子式スロッシングダンパー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32306188A JPH02167969A (ja) | 1988-12-21 | 1988-12-21 | 構造物の振り子式スロッシングダンパー |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32306188A JPH02167969A (ja) | 1988-12-21 | 1988-12-21 | 構造物の振り子式スロッシングダンパー |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02167969A true JPH02167969A (ja) | 1990-06-28 |
JPH0520543B2 JPH0520543B2 (ja) | 1993-03-19 |
Family
ID=18150656
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32306188A Granted JPH02167969A (ja) | 1988-12-21 | 1988-12-21 | 構造物の振り子式スロッシングダンパー |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02167969A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0554057A1 (en) * | 1992-01-28 | 1993-08-04 | Kajima Corporation | Vibration control device for structure |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0227070A (ja) * | 1988-07-15 | 1990-01-29 | Takenaka Komuten Co Ltd | 建物の制振装置 |
-
1988
- 1988-12-21 JP JP32306188A patent/JPH02167969A/ja active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0227070A (ja) * | 1988-07-15 | 1990-01-29 | Takenaka Komuten Co Ltd | 建物の制振装置 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0554057A1 (en) * | 1992-01-28 | 1993-08-04 | Kajima Corporation | Vibration control device for structure |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0520543B2 (ja) | 1993-03-19 |
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