JPH0243472A - 制振方法及びその装置 - 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、アクチュエータ等の動力手段から加えられる
制振力で長周期性構造物を制振するに際して、構造物に
入力される地動変位及び地動速度を予め検出し、これら
変位及び速度に基づいて動力手段を制御するようにした
制振方法及びその装置に関するものである。

（従来の技術） 地震動などに対して構造物の揺れを規制するための割振
手法としては、様々なものが案出されている。例えば、
地盤上に積層ゴム等でなるアイソレータやローラ等で構
成した滑り支承材などの長周期化手段を介して支持した
構造物と地盤との間に地動方向に伸縮駆動されるアクチ
ュエータ等の動力手段を設け、この動力手段に地震動と
逆方向の制振力を発生させるようにして、移動する地盤
に対して構造物を絶縁し且つ構造物をできる限り一定位
置に維持するように考えられた制振機構などが知られて
いる（日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿）（昭和
６２年ｌθ月）　９．９０５−９０６等がある）。

ここに本出願人は、このような制振機構における動力手
段と構造物または地盤との結合構造に関し、伝達される
制御信号に対する動力手段の作動遅れやフィードバック
制御を採用した場合の制御系の発振などを考慮して、動
力手段に、その力伝達方向に弾発する弾発手段を取付け
て制振装置を構成することを考えている。

すなわち、動力手段は伝達される制御信号、特に信号中
の高周波成分に対して極端な作動遅れを生ずるが、動力
手段と構造物とを直接結合して構成した場合、作動が遅
れる動力手段の挙動が制振ではなく、反対に構造物の揺
れを増幅させてしまうおそれがある。これに対し弾発手
段を取付けた場合には、高周波成分に対応する動力手段
の挙動は弾発手段によってカットでき、動力手段が制振
とは反対に作用してもその挙動を弾発手段で抑制して動
力手段の作動遅れによる悪影響を取り除くことができる
。

またフィードバック制御においては、構造物から検出さ
れ制御に利用されるフィードバック信号に高周波成分が
含まれていると制御系の発振の原因となるが、弾発手段
の介在により、構造物で検出される信号から高周波成分
をカットでき、制御の安定性を向上して動力手段に充分
な制振作用を発揮させることができる。

このように弾発手段を備えることにより、制御信号に含
まれる高周波成分に動力手段が応動して制振力を付与す
べき動力手段によって構造物の揺れが増幅されたり、制
御系の発振によって動力手段が充分な制振作用を発揮で
きなくなるのを防止することができる割振機構を考えて
いる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このように地震力及び制振力が相互に作
用する動力手段の力伝達系に弾発手段を介設した振動系
では、弾発手段を備えていない振動系と異なり、弾発手
段の存在を加味した上での動力手段の適切な制御を行な
わないと好ましい制振効果を得ることができない。この
ため、このような弾発手段を備えた振動系における適当
な制振制御方法並びにその装置の案出が望まれている。

本発明の目的は、地震力及び制振力が相互に作用する動
力手段の力伝達系に弾発手段を備えて、動力手段から加
えられる制振力で長周期性構造物を制振するに際して、
弾発手段を含む振動系に対して好適な制振制御方法並び
にその装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段と作用） 本発明は、地盤上に長周期化手段を介して支持された構
造物を、その力伝達方向に弾発する弾発手段を有し構造
物と地盤との間で地動方向に伸縮駆動されて構造物に制
振力を伝達する動力手段によって制振するに際し、地盤
の地動変位及び地動速度を予め検出し、これら地動変位
及び地動速度に応じ下式によって動力手段の伸縮変位量
をフィードフォワード制御するようになっている。

式 ％式％）） ２：動力手段の伸縮変位量 ９：地動速度 ｙ：地動変位 Ｃ：構造物固有の減衰係数 に：長周期化手段の弾発係数 ｋａ：弾発手段の弾発係数 そして、上式のように弾発手段の弾発係数を含んだ形で
動力手段の伸縮変位量の制御を施すことにより、弾発手
段を活かしつつ動力手段の制振制御を行なうようになっ
ている。

また本発明は、地盤と地盤上に長周期化手段を介して支
持された構造物との間に設けられ、地動方向に伸縮駆動
されて構造物に制振力を伝達する動力手段と、動力手段
に取付けられその力伝達方向に弾発する弾発手段と、地
盤の地動変位及び地動速度を検出する検出手段と、検出
手段からの検出信号に応じて動力手段の伸縮変位量をフ
ィードフォワード制御する制御手段とを備えて構成され
、動力手段の伸縮変位をその制御対象として制振制御を
行なうようになっている。

（実施例） 以下に、本発明の好適実施例を添付図面に従って詳述す
る。

図に示すように、凹部１が区画形成された地盤２上には
、その凹部１内に長周期化手段３を介して構造物４が建
設され、この構造物４は長周期化手段３によって長周期
化されて構成される。本実施例にあっては長周期化手段
３として、適当な高さを有し且つ四部１内に間隔を隔て
て配設された複数の積層ゴムが例示されている。なお、
長周期化手段３としては、積層ゴムに限らず、滑り支承
材、ベアリング、ソフトストリ、磁気浮上手段などを採
用してもよい。

このように構成された構造物４と地盤２との間には、地
震時における地動方向に伸縮駆動されて構造物４に制振
力を伝達作用させる油圧シリンダなどの動力手段５が設
けられる。具体的には動力手段５は、凹部１の垂直壁１
ａとこれに相対向する構造物４の下層部分との間に、地
震の横揺れ方向に沿ってほぼ水平に設けられる。またこ
の動力手段５は、構造物４の周囲に間隔を隔てて複数配
設され、様々な方向性の地震に対応できるようになって
いる。

そしてこの動力手段５には、その力伝達方向に弾発する
スプリングなどの弾発手段６が取付けられる。図示例に
あっては弾発手段６は、動力手段５と構造物４との間に
取付けられているが、カの伝達方向であれば、動力手段
５と地盤２側の凹部垂直壁１ａとの間であっても良い。

そしてこの弾発手段６は、制御信号に含まれる高周波成
分に動力手段５が応動して制振力を付与すべき動力手段
５によって構造物４の揺れが増幅されたり、制御系の発
振によって動力手段５が充分な制振作用を発揮できなく
なるのを防止するように機能する。

他方地盤２側には、地震時の地盤の地動変位及び地動速
度を検出する検出手段７が設置される。

そしてこの検出手段７には、検出信号を増幅するための
増幅器８を介してコンピュータなどの制御手段９が接続
される。またこの制御手段９は動力手段５に接続され、
検出手段７がらの検出信号に応じて動力手段５の伸縮変
位量をフィードフォワード制御する機能を有する。なお
、増幅器８並びに制御手段９の設置位置は、図示のよう
に構造物４内であっても、地盤２側であっても良い。

ここで、■検出手段７の検出量として地動変位及び地動
速度を採用した点、並びに■制御手段９の制御量として
動力手段５の伸縮変位量を採用し、た点について説明す
る。

■について 長周期化手段３によって支持された構造物４１；動力手
段５の制御力を作用させることによって、地震時の地動
による構造物４の揺れを抑制する場合の基本的な振動方
程式は、次のように表現される。

ｍｉ＋ｃ　Ｍ＋ｉｃｘ−−ｍ’ｉ＋Ｆ ・・・　（１） ｍ：構造物４固有の質量 Ｃ：構造物４固有の減衰係数 に：長周期化手段３の弾発係数 父：構造物４の地盤２に対する相対論速度大；構造物４
の地盤２に対する相対速度Ｘ：構造物４の地盤２に対す
る相対−変位ｙ：地動加速度 Ｆ：動力手段５の制御力 ここに動力手段５の力伝達系には弾発手段６が介設され
ているので、（１）式の動力手段５の制御力Ｆの内容は
次のように書き直すことができる。

Ｆｍｋａ　　（ｚ−ｘ） ・・・　（２） ｋａ：弾発手段の弾発係数 ２：動力手段の伸縮変位量 ここで（２）式を（１）式に代入する。この際、地動変
位ｙと構造物４の地盤２に対する相対変位Ｘとを重ね合
せた静止系（絶対系）に対する絶対応答変位、絶対応答
速度等で整理すると、次のようになる。

ｍ（Ｍ＋シ）＋Ｃ（交＋９） ＋　（ｋ＋ｋａ）（ｘ十ｙ）膳 ｃ　　ｙ＋　　（ｋ＋ｋａ）　　ｙ＋ｋａ　　ｚ＝−（
３）このように表現された（３）式は、左辺が上述の構
造の絶対系での振動特性を、右辺が外力の内容となって
いる。そして上記の構造物４の絶対応答が零となるため
には、右辺の内容、すなわち外力の項が零となれば良い
。換言すれば、外力の項が０となれば、構造物４の絶対
応答は０となる。

そこで（３）式を右辺−〇として、動力手段５の伸縮変
位量２で式を整理すると、次のように表わされる。

ｃｉ＋　　（ｋ＋ｋａ）ｙ＋ｋａｚ−０ｚ−−（ｃｙ＋
　（ｋ十ｋａ）ｙ）−（４）ｋａ このようにして、地震力及び制振力が相互に作用する動
力手段５の力伝達系に弾発手段６を新設した振動系にお
いて、新たに導出された上記（４）式を制御手段９の制
御関数とし、検出手段７の検出量として地動変位ｙ及び
地動速度９を採用して動力手段５の伸縮変位量２の制御
を行なうことにより、弾発手段６の存在を加味した上で
、弾発手段６にその機能を発揮させつつ動力手段５に適
切な割振制御信号を出力することができ、優れた制振効
果を得ることができる。

なお、上記（４）式に関し、構造物４固有の減衰係数Ｃ
が弾発手段６の弾性係数ｋａに比較して極めて小さい場
合には、ｃ　ｙｉｋａの値は無視できるので、制御上は
省略しても良い。

また地動変位ｙ及び地動速度９を検出する検出手段７と
しては、これら値を各別独立に検出する変位計及び速度
計で構成しても良いし、単一の速度計を設置し、この速
度計の検出地動速度９を積分して地動変位ｙを検出する
ようにしても良い。

■について 次に、制御手段９の制御量として動力手段５の伸縮変位
ｊｌｚを採用した点について説明すると、油圧シリンダ
等の動力手段５を制御する場合の制御量としては、その
変位量、変位速度、変位加速度がある。また他方、ロー
ドセル等を動力手段５と構造物４との間に設置して動力
手段５の発生する作用力を制御する方法もある。ここに
動力手段５として例えば油圧シリンダを採用した場合に
は、その作動はバルブを制御することで行なわれる。

このバルブ制御はオイルの流入量をｇａするもので、そ
の流入量は油圧シリンダの変位速度に対応するから、こ
のバルブ制御は油圧シリンダの変位速度制御を行なって
いることになる。従ってこのような場合には、制御手段
９による制御量を動力手段５の変位速度とすることが最
も直接的且つ簡単であり、−膜内にはこの速度制御が行
なわれている。しかしながら制御系の一般的な考え方と
して、変位制御が制御系の発振を起こしにくく最も安定
性の高いものである。すなわち、速度制御を基準に考え
ると、加速度制御は速度制御に対して微分制御の関係に
あり、動力手段５が素早く反応することができれば優れ
た追従性を発揮するが、安定性に劣り発振を起こしやす
い制御系である。

また力制御の制御系は、加速度制御と同様に発振を起こ
し易く、不安定なものである。これらに対して変位制御
は速度制御に対して積分制御の関係にあり、安定性に優
れ発振も起こし難いものである。

そして本制振制御にあっては、上述した新しい制御関数
の導出にあたり動力手段５の伸縮変位量２を制御式に導
入したことにより、この変位制御で動力手段５の制御を
達成することができ、この安定性の高い変位制御を上述
の制振方法に採用することで更に優れた制振を達成する
ことができる。

また更に本制振方法及び装置にあっては、構造物４が地
震動によって揺れ始める前の地動を予め検出して行なわ
れるフィードフォワード制御を採用しており、従ってこ
の面からも制御系の発振が起こらないように構成されて
いる。

そして上述したような、地盤２上に長周期化手段３を介
して支持された構造物４を、その力伝達方向に弾発する
弾発手段６を有し構造物４と地盤２との間で地動方向に
伸縮駆動されて構造物４に制振力を伝達する動力手段５
によって制振するに際し、本発明の制振方法にあっては
、地盤２の地動変位ｙ及び地動速度シを予め検出し、こ
れら地動変位ｙ及び地動速度９に応じ上記（４）式によ
って動力手段５の伸縮変位ｆｉｚをフィードフォワード
制御するようになっている。

（発明の効果） 以上要するに本発明に係る制振方法及びその装置によれ
ば、地震力及び制振力が相互に作用する動力手段の力伝
達系に弾発手段を新設した振動系において、弾発手段の
弾発係数を含んだ形で新たに導出された振動方程式を制
御手段の制御関数とし、検出手段の検出量として地動変
位及び地動速度を採用して動力手段の伸縮変位量の制御
を行なうことにより、弾発手段の存在を加味した上で、
弾発手段にその機能を発揮させつつ動力手段に適切な制
振制御信号を出力することができ、優れた制振効果を得
ることができる。

また上述した新しい制御関数の導出にあたり動力手段の
変位量を制御式に導入したことにより、この変位制御で
動力手段の制御を達成することができ、この安定性の高
い変位制御を制振制御に採用することで更に優れた制振
を達成することができる。

また更に、構造物が地震動によって揺れ始める前の地動
を予め検出して行なわれるフィードフォワード制御を採
用しており、この面からも制御系の発振が抑制され制御
の安定性が図られている。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係る制振装置の好適実施例を示す概略図で
ある。 ２・・・地　盤　　　　　３・・・長周期化手段４・・
・構造物　　　　　５・・・動力手段６・・・弾発手段
　　　　７・・・検出手段９・・・制御手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）地盤上に長周期化手段を介して支持された構造物
   を、その力伝達方向に弾発する弾発手段を有し該構造物
   と地盤との間で地動方向に伸縮駆動されて構造物に制振
   力を伝達する動力手段によって制振するに際し、地盤の
   地動変位及び地動速度を予め検出し、これら地動変位及
   び地動速度に応じ下式によって上記動力手段の伸縮変位
   量をフィードフォワード制御するようにしたことを特徴
   とする制振方法。 式 ｚ＝−１／ｋａ・｛ｃ■＋（ｋ＋ｋａ）ｙ｝ｚ：動力手
   段の伸縮変位量 ■：地動速度 ｙ：地動変位 ｃ：構造物固有の減衰係数 ｋ：長周期化手段の弾発係数 ｋａ：弾発手段の弾発係数
2. （２）地盤と該地盤上に長周期化手段を介して支持され
   た構造物との間に設けられ、地動方向に伸縮駆動されて
   上記構造物に制振力を伝達する動力手段と、該動力手段
   に取付けられその力伝達方向に弾発する弾発手段と、地
   盤の地動変位及び地動速度を検出する検出手段と、該検
   出手段からの検出信号に応じて上記動力手段の伸縮変位
   量をフィードフォワード制御する制御手段とを備えたこ
   とを特徴とする制振装置。