JPH02209568A - 可変減衰機構を有する可変剛性構造物用能動型制震システム - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は構造物の架構内に架構本体と可変剛性要素、ま
たは架構内に設けた可変剛性要素どうしを連結する可変
減衰装置を設け、地震や風などの振動外力あるいは外乱
に対し、コンピューターにより構造物の振動に応じた制
御を行い、構造物の応答量を低減させる能動型制置シス
テムに関するものである。

〔従来の技術〕

出願人は構造物の柱梁架構内に、プレースや壁などの形
で可変剛性要素を組み込み、可変剛性要素自体の剛性、
あるいは架構本体と可変剛性要素との連結状態を可変と
し、地震や風などの振動外力に対し、振動外力の特性を
コンピューターにより解析して、非共振となるよう構造
物の剛性を変化させて構造物の安全を図る能動的制置シ
ステムおよび可変剛性構造を種々提案している（例えば
特開昭６２−２６８４７９号、特開昭６３−１１４７７
０号、特開昭６３−１１４７７１号など）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来の能動的制置システムは、主として地震
動などの卓越周期と、構造物の固有振動数（通常、１次
の固有振動数が問題となる場合が多い）との関係に着目
し、卓越周期に対し、構造物の固有振動数を能動的にず
らすことにより、共振減少を避け、応答量の低減を図っ
ている。

しかし、特に地震動などの場合、非定常振動であること
から、例えば卓越周期がはっきりしない場合や卓越周期
が複数ある場合など、必ずしも最適な制御とならない場
合も考えられる。

本発明では架構本体と可変剛性要素との間に介在させる
連結装置の減衰係数を可変とし、構造物の共振性と減衰
性を複合的に評価し、制御することにより、構造物の応
答量を低減し、構造物の安全性を確保するとともに、快
適な居住空間を実現することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では従来の能動的制置装置が主として非共振性に
着目していたのに対し、架構本体と可変剛性要素との間
または可変剛性要素内に特定の２種類の減衰係数ＣＩ　
、Ｃ１を設定した連結装置を介在させ、この連結装置に
よる連結状態を変化させることにより、非共振性と減衰
性を複合的に判断して構造物の振動制御を行うようにし
ている。

このような２種類の減衰係数ＣＩ　、Ｃ１＋について可
変な連結装置としては、例えばシリンダーがプレースな
どの可変剛性要素側に連結され、該シリンダー内で往復
動する両ロッド形式のピストンロッドが架構本体側に連
結される連結装置（以下、ロックシリンダーと呼ぶ）が
考えられる。このロックシリンダーには、第３図に示す
ようにピストン１２ａの両側の油圧室１３を連結する油
路１４に開閉弁１５が設けられ、この開閉弁１５の開閉
により、フリー側の第１の状態とロック側の第２の状態
の、いずれかの状態への制御が行われる。

そして、この油路１４にオリフィス１６を設け、その大
きさを設計することにより、第１の状態における第１の
減衰係数Ｃ１が実現される。また、第２の減衰係数Ｃｔ
については、前記開閉弁１５に対するバイパスと、して
の第２の油路１７を設け、この第２の油路１７にもオリ
フィス１８を設け、その大きさを設計することにより、
第２の状態における第２の減衰係数０２が実現される。

シリンダー１１が架構本体側に連結され、ピストンロツ
ド１２が可変剛性要素側に連結される場合も同様である
。

この油圧を利用したロックシリンダー１０において、架
構本体に対する減衰力はシリンダー１１とピストンロッ
ド１２の相対速度の２乗に比例する抵抗力として与えら
れ、この場合の架構特性は第４図および第５図に示すよ
うになり、図中実線が大振幅時、破線が小振幅時である
。すなわち、ロックシリンダーを用いた架構は、振動の
大きさ（例えば、振幅）により、違った特性を示す。第
４図および第５図のグラフは２種類の振動レベル（層間
の振幅±０．５ｃｍと±３．０ｃｍ）における架構特性
を示しており、架構の減衰定数りが最大となるロックシ
リンダーの減衰係数Ｃの値（大きい振動レベルにおいて
減衰定数りが最大となる減衰係数００い小さい振動レベ
ルにおいて減衰定数りが最大となる減衰係数００２）で
、架構の固有周期も変化する。

仮に、制御する上限の振動レベルにおける減衰係数が上
述のＣＩ）Ｉであり、制御する加減の振動レベルにおけ
る減衰係数が上述のＣ０２であるとし、その範囲におい
ては必ず周期変化も可能とする場合には、第４図から明
らかなように、前述の第１の減衰係数ｃ、および第２の
減衰係数ｃ２をそれぞれ、 ＣＩ＜　Ｃ０１％　　Ｃｙｒ　＞　Ｃｏｚ　　　　＋−
０＋＋（１１となるように設定すればよく、また第５図
から明らかなように、それぞれＣ１１ｌ、Ｃ（１２から
大きく外れない値が好ましい。

表＝１は設定した２種類の減衰係数Ｃ１％　Ｃ２に対す
る架構の減衰定数りと架構の１次固有周期の例を示した
ものである。

表−ま ただし、ｃ１、ｃＺの選定は制御しようとする振動レベ
ルの範囲によって変わり、また周期変化を可能とする範
囲を限定してもよい場合には、必ずしも上記（１）の範
囲に限定されない。

なお、２種類の減衰係数を与える連結装置は上述のロッ
クシリンダーに限定されず、少なくとも２種類の減衰係
数が設定でき、相対速度の２乗に比例するような減衰力
を与えるものであればよい。

本発明の能動的制置システムは、上述のように２種類の
減衰係数ｃ１、ｃｔを設定し、架構本体と可変剛性要素
との間または可変剛性要素内に介在させた可変減衰の連
結装置と、周波数特性分析手段、応答量計測手段、減衰
係数選択手段および制御指令発生手段とから構成される
。

構造物に入力される振動外力は構造物内あるいは外部の
センサーなどにより感知され、コンピュータープログラ
ム内の周波数特性分析手段により、卓越周期その他の周
波数特性が解析される。一方、構造物あるいは架構本体
の実際の応答量が応答量計測手段としての加速度計、速
度計あるいは変位計などのセンサーにより感知され、こ
れら周波数特性と応答量について、コンピュータープロ
グラム内の減衰係数選択手段により、非共振性と架構本
体の減衰性を評価し、複合的に検討することにより、前
記２種類の減衰係数ＣＩ％Ｃ２のいずれか構造物の応答
を低減させる減衰係数が選択される。すなわち、卓越周
期がはっきりせず、非共振化できない場合や、地震動な
どの周期成分の分布により、非共振化よりも減衰の制御
による効果が大きい場合を、得られた周波数特性および
応答量に基づいてコンピューターで判断し、減衰係数を
選択することができる。なお、架構本体または構造物の
固有周期は減衰係数を選ぶことにより、振動レベルに応
じ、短い周期と長い周期のいずれかになる。したがって
、非共振化のための固有周期の選択も、そのときの振動
レベルに応じて、減衰係数を選択することにより行われ
る。選択された減衰係数は制御指令発生手段より、制御
指令を前述の連結装置に与えることにより実現される。

〔実施例〕

次に、実施例として制御システムの具体例に・ついて説
明する。

第１図は本発明の能動的制置システムの構成の概要を示
したもので、柱３と梁４からなる架構本体２と、各層の
架構本体２内に組み込んだ可変剛性要素としての逆■型
プレース５との間に連結装置１　（例えば前述のロック
シリンダー）を介在させている。入力地震動および構造
物の応答（振幅、速度、加速度）をそれぞれ入力センサ
ー６および応答センサー７でセンシングし、地震動特性
（卓越周期）と応答状態に応じた連結装置ｌの減衰係数
をコンピューター８で求め、制御指令を出す。

第２図はそのときのフローを示したものである。

制御はより具体的には以下のように行われる。

■　制御をする振動レベルを設定する。例えば、眉間変
形量で±０．５ｃ１１〜±３．０ｃｍ、速度で１〜・２
５　ｋｉｎｓ　（ｃｍ／５ｅｅ）など。

■　設定した振動レベルの上限、下限における架構特性
を把握する。例えば、連結装置の減衰係数による架構本
体の周期、減衰定数の変化など。

■　設定した振動レベルにおいて確実に周期が変化させ
ることができ、しかもできる限り大きな減衰効果を架構
に付加できる連結装置の減衰係数ｃ、　、Ｃｌを選定し
、１ｄ１７１［指令により、どちらかを選択できるもの
とする。

■　構造物の応答を見て、減衰性を評価しくフィードバ
ック制御）、地震動の特性（卓越周期）を見て、非共振
性を評価（フィードフォワード制御）することにより、
複合制御が可能となる。

■　常時、微小振動（風、小地震）時には、小振動レベ
ルで最も大きな減衰効果を生む減衰係数Ｃ８とする。

表−２は制御例として、第６図（δ）〜（ｇ）に対応す
る地震動特性のときの制御の様子をまとめたものである
。なお、第６図（ａｌ〜（ｇ）中、実線は地震動の応答
スペクトル、−点鎖線は減衰係数Ｃ８を選択したときの
応答値、破線は減衰係数０２を選択したときの応答値、
黒丸は選択された減衰係数での応答値、白丸は選択され
なかった他方の減衰係数での応答値を示す。

表−２ 第７図〜第１４図は本発明における可変減衰機構を有す
る連結装置の構造物架構に対する適用位置の例を示した
ものである。

第７図の例では架構本体２としての柱梁架構と、可変剛
性要素としての逆Ｖ型プレース５の間に連結装置１を介
在させている。

第８図の例は架構本体２としての柱梁架構と、上下の梁
４より立設したまたは垂下させたフレーム２１どうしの
間に連結装置１を介在させて、可変剛性要素としてのモ
ーメント抵抗フレームを構成した場合である。

第９図の例では架構本体２としての柱梁架構と、可変剛
性要素としてのＲＣ耐震壁２２との間に連結装置１を介
在させている。

第１０図の例は、免震構造物の基部に積層ゴムなどの免
震ゴム２３と併用して連結装置１を設けた場合の例であ
り、連結装置１が免震構造におけるダンパーの役割を果
たしている。この場合の可変剛性要素は構造物の基礎と
考えることができる。

第１１図の例では架構本体２としての柱梁架構内に設け
たＸ型プレース２４を可変剛性要素としており、Ｘ型の
中央に連結装置１を横向き（横型）に介在させである。

第１２図の例は第１１図の例と同様Ｘ型プレース２５に
適用した例であり、第１１図の例が連結装置１を横向き
に設けた横型だったのに対し、本例では連結装置を縦向
きに設け、縦型としている。

第１３図の例は第９図の例と同様、架構体体２としての
柱梁架構と、可変剛性要素としてのＲＣ耐震壁２６との
間に連結装置１を介在させたものであるが、連結装置ｌ
を出入口などの開口部２７の上方に設けた点に特徴を有
している。

第１４図の例は、大架構におけるＸ型プレース２８の中
央に連結装置１を介在させたもので、中間の大梁２９と
プレース２８は分離されている。

〔発明の効果〕

本発明の能動型制置システムでは、地震動などの外乱に
対し、非共振性だけでなく、構造物の減衰性も考慮して
制御を行うため、非共振による振動低減効果が少ない場
合にも、構造物の応答をより合理的に制御することがで
きる。

すなわち、可変剛性要素と連結装置の連結状態に応じた
２種類の固有周期と、連結装置の２種類の減衰係数を、
構造物の構造に応じて設計することにより、入力される
外乱と構造物の応答に対し、構造物の共振性と減衰性を
複合的に評価、制御し、構造物の応答量を低減し、安全
性を確保するとともに、快適な居住空間を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の能動的制置シスデムの構成の概要図、
第２図は本発明のシステムによる制御のフローチャート
、第３図は本発明の能動的制置システムに使用される可
変減衰機構を有するロックシリンダーの概念図、第４図
および第５図は本発明のシステムにおける架構の特性を
説明するためのグラフ、第６図（ａｌ〜第６図（ｇ）は
制御例における地震動特性および２種類の減衰係数番こ
おける応答量との関係を示すグラフ、第７図〜第１４図
は本発明における可変減衰機構を有する連結装置の構造
物架構に対する適用位置の例を示す概要図である。 １・・・連結装置、２・・・架構本体、３・・・柱、４
・・・梁、５・・・プレース、６・・・入力センサー、
７・・・応答センサー、８・・・制御用コンピューター
　ｌＯ・・・ロックシリンダーｉｉ・・・ピストン、１
２・・・ピストンロッド、１３・・・油圧室、１４・・
・油路、１５・・・開閉弁、１６・・・オリフィス、１
７・・・第２の油路、１８・・・オリフィス、 第２図 第 図 （ａ） （ｅ） （ｆ） ○４ Ｑ 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 ｊ 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）架構本体と可変剛性要素との間、または架構本体
   内に設けた可変剛性要素内に介在し、第１の減衰係数ｃ
   ＿１を与える第１の状態と、前記第１の減衰係数ｃ＿１
   より大きい第２の減衰係数ｃ＿２を与える第２の状態と
   の間で可変な連結装置と、 構造物に入力される振動外力の周波数特性を分析する周
   波数特性分析手段と、 構造物への振動外力の入力による架構本体の応答量を計
   測する応答量計測手段と、 前記周波数特性分析手段による振動外力の特性により架
   構本体の非共振性を評価し、前記応答量計測手段により
   得られた応答量により架構本体の減衰性を評価し、これ
   ら非共振性と減衰性を複合的に比較検討することにより
   、前記２種類の減衰係数ｃ＿１、ｃ＿２のいずれか構造
   物の応答を低減させる方を選択する減衰係数選択手段と
   、 前記連結装置を前記第１の状態と第２の状態のうち、前
   記減衰係数選択手段により選択された減衰係数に対応す
   る状態に制御する制御指令発生手段とからなる可変減衰
   機構を有する可変剛性構造物用能動型制震システム。
2. （２）前記連結装置により制御すべき架構本体の上限の
   振動レベルと下限の振動レベルを設定し、前記第１の減
   衰係数ｃ＿１および第２の減衰係数ｃ＿２をｃ＿１＜ｃ
   ＿０＿１ ｃ＿２＞ｃ＿０＿２ ここで、 ｃ＿０＿１は制御する上限の振動レベルについて、架構
   の１次固有周期が長い周期Ｔ＿１から短い周期Ｔ＿２に
   変化する過程にある減衰係数 ｃ＿０＿２は制御する下限の振動レベルについて、架構
   の１次固有周期が長い周期Ｔ＿１から短い周期Ｔ＿２に
   変化する過程にある減衰係数 となるよう設定してある請求項１記載の可変減衰機構を
   有する可変剛性構造物用能動型制震システム。
3. （３）前記連結装置は架構本体または可変剛性要素の一
   方に連結されるシリンダーと、架構本体または可変剛性
   要素の他方に連結され、前記シリンダー内で往復動する
   両ロッド形式のピストンロッドと、ピストンの両側の油
   圧室を連結する油路と、該油路に設けた開閉弁とからな
   り、さらに前記開閉弁に対するバイパスとしての第２の
   油路が設けられ、前記油路および前記第２の油路はそれ
   ぞれオリフィスを有し、これらのオリフィスにより、前
   記第１の状態として前記開閉弁を開状態としたときの減
   衰係数ｃ＿１と、前記第２の状態として前記開閉弁を閉
   状態としたときの減衰係数ｃ＿２を与えている請求項１
   または２記載の可変減衰機構を有する可変剛性構造物用
   能動型制震システム。