JPH03137368A - Vibration isolating device for structure - Google Patents

Vibration isolating device for structure

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JPH03137368A
JPH03137368A JP27311989A JP27311989A JPH03137368A JP H03137368 A JPH03137368 A JP H03137368A JP 27311989 A JP27311989 A JP 27311989A JP 27311989 A JP27311989 A JP 27311989A JP H03137368 A JPH03137368 A JP H03137368A
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water tank
vibration
center
tank
actuators
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Haruhiko Yokota
横田 治彦
Keiji Shiba
慶治 柴
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Shimizu Corp
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Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
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Abstract

PURPOSE:To suppress vibrations caused by external force such as earthquake, strong wind, etc. effectively by furnishing a water tank to store liquid, a stay to support the center of the tank bottom, and a plurality of actuators for supporting the tank bottom at its two ends with possibility of moving vertically. CONSTITUTION:A prop 2 in the form of a truncated cone supporting an overhead water tank 3 by its undersurface is faced upward and fixed in the center of the upper bottom surface 2a by a spherical pin 8, whose tip is in contact with the center of the bottom surface 3a of the water tank 3, and the lower bottom surface 2b is tightly fastened onto the floor surface E. The water tank 3 is filled with water 9 to the half, and sensors 6... for vibration measurement are installed in the longitudinal center of upper bottom surface 3b, and actuators 4... are coupled in the longitudinal center of the bottom surface 3a. The actuators 4 are installed vertically at the bottom surface E, and their tops are coupled in the longitudinal center of the bottom surface 3a of the water tank 3, while their lower ends are coupled with the bottom surface E. Thereby the device can be simplified.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、地震や強風等の外力により構造物に引き起
こされる振動を効果的に抑制することができる構造物の
振動抑制装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a vibration suppression device for structures that can effectively suppress vibrations caused in structures by external forces such as earthquakes and strong winds. .

[従来の技術] 近年の建築・土木構造物は、高強度材料の開発、工作技
術の飛躍的な進歩、並びに電算機による構造解析技術の
発展等の要因により、益々大型化、多様化、軽量化が進
み、外力に対してもフレキシビリティに富む構造となっ
てきている。そして、このように軽竜で柔軟な構造にお
いては、固有振動数が低く、振動減衰も小さくなる傾向
がある。
[Conventional technology] In recent years, architectural and civil engineering structures have become increasingly larger, more diverse, and lighter due to factors such as the development of high-strength materials, dramatic advances in construction technology, and advances in structural analysis technology using computers. As technology advances, structures are becoming more flexible in response to external forces. In such a light and flexible structure, the natural frequency tends to be low and the vibration damping tends to be low.

このため、地震や強風等の外力が構造物に作用した場合
、予期し得ない種々の振動が発生ずる可能性がある。
Therefore, when an external force such as an earthquake or strong wind acts on the structure, various unexpected vibrations may occur.

このため、これらの振動源を断つという目的から、構造
物の外形に空力的対策を施すことが考えられるが、構造
物の外形には、機能上、あるいはデザイン的な面から種
々の制約があり、この空力的対策のみに頼ることは困難
である。
For this reason, it is conceivable to take aerodynamic measures to the external shape of the structure in order to cut off these sources of vibration, but the external shape of the structure has various restrictions from a functional and design perspective. , it is difficult to rely solely on this aerodynamic measure.

そこで、上記の振動を抑制するために、構造物の所要の
位置に液体を貯留する水槽を設け、この液体の振動によ
り構造物の振動を抑制することができる振動抑制方式が
各種提案され、様々な構造物に採用されている。これら
の方式の中で代表的なものは次の3方式である。第1の
方式は、構造物の所要の位置に水槽を設け、構造物の固
有の振動周期と同一の周期で、しかも位相差を伴って振
動する液体を水槽内に貯留し、この液体の振動により生
ずる反力を用いて構造物の振動を抑制するT L D 
(チューンド・リキッド・ダンパ)方式である。この方
式の代表的なものにはスロッシング・ダンパ方式がある
Therefore, in order to suppress the above-mentioned vibrations, various vibration suppression methods have been proposed in which a water tank for storing liquid is provided at a required position of a structure, and the vibration of the structure can be suppressed by the vibration of this liquid. It is used in many structures. The following three methods are representative among these methods. The first method is to install a water tank at the required position of the structure, store a liquid that vibrates in the tank at the same period as the structure's natural vibration period, but with a phase difference. TLD that suppresses the vibration of structures using the reaction force generated by
(tuned liquid damper) method. A typical example of this method is the sloshing damper method.

第2の方式は、水槽を構造物の所要の位置に、構造物の
振動を抑制したい方向に振動可能となる様にワイヤ等で
吊り下げ、水槽が振り子の様に振動することで構造物の
振動を抑制するTMD(チューンド・マス・ダンパ)方
式である。
The second method is to suspend the water tank at a desired position on the structure using wires, etc. so that it can vibrate in the direction you want to suppress the vibration of the structure, and the water tank vibrates like a pendulum, which allows the structure to move. This is a TMD (tuned mass damper) method that suppresses vibrations.

第3の方式は、水槽を構造物の所要の位置に、構造物の
振動を抑制したい方向に振動可能となる様に取り付け、
アクチュエータ等の機械的な力や磁気力により強制的に
水槽に外力を加えて水槽を水平方向に移動させ、生ずる
反力により構造物の振動を抑制するAMD(アクティブ
・マス・ダンパ)方式である。
The third method is to attach the water tank to the required position on the structure so that it can vibrate in the direction you want to suppress the vibration of the structure.
This is an AMD (active mass damper) method that forcibly applies an external force to the tank using mechanical or magnetic force such as an actuator, moves the tank horizontally, and suppresses the vibration of the structure using the generated reaction force. .

[発明が解決しようとする課題] ところで、上記の第10) T L D方式では、外部
からエネルギーを加える必要がないという利点があるが
、生じる反力が比較的小さく、構造物の固有の周期が長
くなる程有効な反力が逆に小さくなり、水槽を大型化す
る必要がある等の欠点があった。また、上記の第2のT
MD方式では、構造物の固有の周期が長くなる捏水槽の
周期も長くなり、水槽を吊すワイヤ等の長さを充分長く
する必要がある。したがって、このワイヤ等の長さに見
合った立体的なスペースを構造物内に確保することが難
しくなるという欠点があった。また、上記の第3のAM
D方式では、強制的に水槽に外力を加えることで水槽を
水平方向に移動させるので、長いストロークのスライド
機構と大きな駆動力とが必要になるという構造上の欠点
があった。
[Problems to be Solved by the Invention] By the way, the above-mentioned 10) TLD method has the advantage that it is not necessary to apply energy from the outside, but the generated reaction force is relatively small and the unique period of the structure On the contrary, the longer the water is, the smaller the effective reaction force becomes, which has the disadvantage of requiring a larger aquarium. In addition, the second T
In the MD method, the unique period of the structure is long, and the period of the water washing tank is also long, so it is necessary to make the length of the wire, etc. for suspending the water tank sufficiently long. Therefore, there is a drawback that it becomes difficult to secure a three-dimensional space within the structure that is commensurate with the length of the wire, etc. Also, the third AM above
In the D method, the aquarium is moved horizontally by forcibly applying an external force to the aquarium, which has a structural drawback in that it requires a long-stroke sliding mechanism and a large driving force.

この発明の目的は、以上の問題点を有効に解決するとと
もに装置全体の簡素化を進めることができ、従来の方式
より優れた振動抑制効果を有する構造物の振動抑制装置
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a vibration suppressing device for structures that can effectively solve the above problems, simplify the entire device, and have a vibration suppressing effect superior to conventional systems. .

[課題を解決するための手段] 」1記課題を解決するために、この発明は次の様な構造
物の振動抑制装置を採用した。すなわち、構造物の所定
の位置に設置され、地震や風等による外力により上記構
造物に励起される振動を抑制することのできる構造物の
振動抑制装置である。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the problem described in item 1, the present invention employs the following structure vibration suppression device. That is, it is a vibration suppression device for a structure that is installed at a predetermined position of a structure and can suppress vibrations excited in the structure due to external forces such as earthquakes and wind.

」1記振動抑制装置は、液体を貯留する水槽と、当該水
槽の底面の中央部を支持する支柱と、上記水槽の底面の
両端を」1下方向に移動可能に支持する複数のアクチュ
エータとを備えている。
1. The vibration suppression device comprises a water tank for storing liquid, a column supporting the center of the bottom of the tank, and a plurality of actuators movably supporting both ends of the bottom of the tank in a downward direction. We are prepared.

[作用] この発明では、地震や風等による外力により構造物に振
動が励起された場合、複数のアクチュエータを上下方向
に移動させ、水槽を底面の中央部を中心として底面の両
端を垂直平面内で上下動させる。この動きにより水槽内
の液体の重心が水平方向外方に移動し、反力が生じる。
[Operation] In this invention, when vibrations are excited in the structure due to external forces such as earthquakes or wind, the plurality of actuators are moved in the vertical direction, and the water tank is centered at the center of the bottom and both ends of the bottom are moved in a vertical plane. Move it up and down. This movement causes the center of gravity of the liquid in the tank to move horizontally outward, creating a reaction force.

この反力が構造物の横揺れを中心とする振動に坑するこ
とで振動を抑制することができる。
Vibrations can be suppressed by this reaction force acting against vibrations centered on the horizontal shaking of the structure.

[実施例] 第1図ないし第7図はこの発明の一実施例を示す図であ
る。これらの図において、符号■はこの発明に係る構造
物の振動抑制装置(以下、単に振動抑制装置と称する)
である。
[Embodiment] FIGS. 1 to 7 are diagrams showing an embodiment of the present invention. In these figures, the symbol ■ indicates a vibration suppression device for a structure according to the present invention (hereinafter simply referred to as a vibration suppression device).
It is.

この振動抑制装置1は、第1図に示す様に、地震や強風
により高層建築物(構造物)Aに引き起こされる振動に
対して最も効果があると想定できる高層建築物Aの屋上
付近の床面E、F上に取り(=1けられている。振動抑
制装置Iは、支柱2、高架水槽(水槽)3、アクチュエ
ータ4.4、制御装置5、センサ6.6、センサ7を構
成要素とするものである。
As shown in Figure 1, this vibration suppression device 1 is installed on the floor near the roof of high-rise building A, where it is assumed to be most effective against vibrations caused in high-rise building (structure) A by earthquakes and strong winds. The vibration suppression device I consists of a column 2, an elevated water tank (water tank) 3, an actuator 4.4, a control device 5, a sensor 6.6, and a sensor 7. That is.

支柱2は、高架水槽3をその下面から支持し、高架水槽
3が振動する場合支点の役割をするものである。形状は
ほぼ円錐台状で、上方の底面2a中央には先端が球面状
のピン8が上向きに取り付けられており、下方の底面2
bは床面E上に密着した状態で固定されている。ピン8
は、高架水槽3の底面3aの中央部に接している。
The support column 2 supports the elevated water tank 3 from its lower surface, and serves as a fulcrum when the elevated water tank 3 vibrates. The shape is almost a truncated cone, and a pin 8 with a spherical tip is attached to the center of the upper bottom surface 2a facing upward.
b is fixed in close contact with the floor surface E. pin 8
is in contact with the center of the bottom surface 3a of the elevated water tank 3.

高架水槽3は、長手方向の断面が矩形状の長尺の箱状の
水槽であって、この高架水槽3の中には、通常、水9が
内容積の2分の1程度貯留されている。高架水槽3の上
方の底面3bの長手方向の両端部の中央には、高架水槽
3の振動を計測するためのセンサ6,6が取り付けられ
ている。また、同様に底面3aの長手方向の両端部の中
央には、アクチュエータ4.4がそれぞれ連結されてい
る。
The elevated water tank 3 is an elongated box-shaped water tank with a rectangular cross section in the longitudinal direction, and water 9 is normally stored in this elevated water tank 3 by about half of its internal volume. . Sensors 6, 6 for measuring vibrations of the elevated water tank 3 are attached to the center of both longitudinal ends of the upper bottom surface 3b of the elevated water tank 3. Similarly, actuators 4.4 are connected to the centers of both ends of the bottom surface 3a in the longitudinal direction.

アクチュエータ4は、中央部の長さが自在に可変できる
杆状のものであり、床面E上にほぼ垂直に設置されてい
る。アクチュエータ4の上端部4aは高架水槽3の底面
3aの長手方向の一端部中央に連結されており、これら
のアクチュエータを含む垂直平面内で回動自在である。
The actuator 4 is rod-shaped, the length of the central portion of which can be freely varied, and is installed substantially perpendicularly on the floor surface E. The upper end 4a of the actuator 4 is connected to the center of one longitudinal end of the bottom surface 3a of the elevated water tank 3, and is rotatable within a vertical plane that includes these actuators.

また、下端部4bは床面Eに連結されており、上端部4
aと同一の垂直平面内で回動自在である。
Further, the lower end portion 4b is connected to the floor surface E, and the upper end portion 4b is connected to the floor surface E.
It is rotatable within the same vertical plane as a.

一方、高層建築物Aの屋上lOには、高層建築物Aに励
起される振動を計測するためのセンサ7が取り付けられ
ている。
On the other hand, a sensor 7 for measuring vibrations excited in the high-rise building A is attached to the rooftop IO of the high-rise building A.

制御装置5は、床面F」−に設置されて振動抑制装置1
全体の制御を行うもので、制御部I+、駆動部12及び
計算機I3を主なる構成要素とするものである。制御部
11は、センサ6及びセンサ7からの入力、計算機13
の入出力、駆動部12の入出力を統一的かつ効果的に行
うものである。
The control device 5 is installed on the floor F''- and the vibration suppression device 1
It performs overall control, and has a control section I+, a drive section 12, and a computer I3 as its main components. The control unit 11 receives input from the sensor 6 and the sensor 7, and the computer 13.
The input/output of the drive unit 12 and the input/output of the drive unit 12 are performed in a unified and effective manner.

駆動部12は制御部11からの出力に従ってアクチュエ
ータ4,4を上下方向に作動させるためのものである。
The drive unit 12 is for operating the actuators 4, 4 in the vertical direction according to the output from the control unit 11.

計算機13はセンサ6.6及びセンサ7から制御部II
に送信される振動に関する情報を基に振動の振幅、位相
、周期等を計算し、アクチュエータ4.4の適切な作動
条件を計算し、これらの計算結果を制御部11にフィー
ドバックするものである。
The computer 13 connects the sensor 6.6 and the sensor 7 to the control unit II.
The amplitude, phase, period, etc. of the vibration are calculated based on the information regarding the vibration transmitted to the controller 4.4, appropriate operating conditions for the actuator 4.4 are calculated, and the results of these calculations are fed back to the control unit 11.

次に、上記構成の振動抑制装置1を用いて高層建築物A
に励起される振動を抑制する方法について、第1図ない
し第2図を参照して説明する。
Next, using the vibration suppression device 1 having the above configuration, the high-rise building A is
A method of suppressing vibrations excited by the vibration will be explained with reference to FIGS. 1 and 2.

振動制御装置lが屋」−付近に設置された高層建築物A
に地震が作用すると、高層建築物Aが固有周期の長い長
周期構造物であることから、地震動に含まれる長周期成
分による正弦波状の振動が高層建築物Aに励起される。
Vibration control device lgaya” - high-rise building A installed nearby
When an earthquake acts on the high-rise building A, since the high-rise building A is a long-period structure with a long natural period, sinusoidal vibrations are excited in the high-rise building A due to long-period components included in the seismic motion.

この振動をセンサ7が感知し、振動に関する情報を制御
部11に送信する。制御部11はこの情報を受けると同
時に駆動部I2を立ちあげ、計算機13に上記の情報を
送信する。計算機13はこの情報を基に地震の振動の大
きさ、位相、固有周期等を計算し、アクチュエータ4の
適切な作動条件である振動の大きさ、位相、周期等を計
算し制御部11ヘフイードバツクする。制御部IIは、
この計算結果に基づき駆動部12を作動させ、アクチュ
エータ4,4を適切な作動条件で上下方向に作動させる
。この場合、アクチュエータ4.4は常に互いに相反す
る方向へ向って作動する。アクチュエータ4.4の上下
方向の移動距離(ストローク)は、高架水槽3を静止位
置より傾けて吃水線が高架水槽3の底に達した時の」1
下方向の移動距離の2倍とする。高架水槽3は、アクチ
ュエータ4.4の動きにしたがってピン8を支点として
垂直平面内で振動し、第2図(振動制御装置1の模式図
)に示される様な一連の動き (a)−(b)−(a)−(c)−(a)−・・・を周
期的に繰り返す。ここで、第2図(a)〜(c)は、− (a):高架水槽3の静止位置、 (b):高架水槽3を静止位置よりθ−X/Lだ()傾
けた時の位置、 (C)、高架水槽3を静止位置より(b)と逆向きにθ
−x/Lだけ傾けた時の位置、 を示す。
The sensor 7 senses this vibration and transmits information regarding the vibration to the control unit 11. Upon receiving this information, the control section 11 starts up the drive section I2 and transmits the above information to the computer 13. The computer 13 calculates the magnitude, phase, natural period, etc. of the vibration of the earthquake based on this information, calculates the magnitude, phase, period, etc. of the vibration that are appropriate operating conditions for the actuator 4, and feeds it back to the control unit 11. . The control unit II is
The drive unit 12 is operated based on the calculation result, and the actuators 4 are operated in the vertical direction under appropriate operating conditions. In this case, the actuators 4.4 always operate in opposite directions. The vertical movement distance (stroke) of the actuator 4.4 is "1" when the elevated water tank 3 is tilted from the resting position and the water line reaches the bottom of the elevated water tank 3.
It is twice the downward movement distance. The elevated water tank 3 vibrates in a vertical plane using the pin 8 as a fulcrum according to the movement of the actuator 4.4, and a series of movements (a)-( b) - (a) - (c) - (a) -... are repeated periodically. Here, Fig. 2 (a) to (c) shows - (a): The resting position of the elevated water tank 3, (b): When the elevated water tank 3 is tilted by θ-X/L () from the resting position. Position, (C), θ in the opposite direction to (b) from the resting position of the elevated water tank 3
The position when tilted by -x/L is shown.

また、図中の記号は、 2L:高架水槽3の長手方向の長さ、 d・高架水槽3の深さ、 d/2;静止時の水9の深さ、 2X:アクチュエータ4のストローク、GO:静止時の
水9の重心、 G:高架水槽3の最大傾斜時の水9の重心、r、水9の
重心Gの水平移動距離、 である。ここで、高架水槽3が静止位置よりθ−X/L
だけ傾くと、高架水槽3内の水9の重心が水平方向にr
だけ移動する。水9の質量をmとすると、発生する反力
は次式で求められる。
In addition, the symbols in the figure are as follows: 2L: Length in the longitudinal direction of the elevated water tank 3, d: Depth of the elevated water tank 3, d/2: Depth of the water 9 when stationary, 2X: Stroke of the actuator 4, GO : Center of gravity of the water 9 at rest, G: Center of gravity of the water 9 when the elevated water tank 3 is at its maximum inclination, r, horizontal movement distance of the center of gravity G of the water 9. Here, the elevated water tank 3 is θ-X/L from the resting position.
When the water 9 in the elevated water tank 3 is tilted by
move only. If the mass of water 9 is m, the generated reaction force is calculated by the following equation.

P = m ・(d’r/ dt2) d2r/dt’:水9の重心移動の加速度この反力を高
層建築物Aの振動の制御力として用いる。この制御力の
大きさ、位相、周期は、この力が高層建築物Aの振動制
御に最も有効に働く様に計算機13により計算される。
P=m・(d'r/dt2) d2r/dt': Acceleration of the movement of the center of gravity of the water 9 This reaction force is used as a control force for the vibration of the high-rise building A. The magnitude, phase, and period of this control force are calculated by the computer 13 so that this force works most effectively for vibration control of the high-rise building A.

アクチュエータ4.4の動きは、センサ6.6により常
に観測され続け、これらの作動に関する情報は時々刻々
制御部IIへ送信される。計算機13はこの情報に基づ
きアクチュエータ4の作動条件を再度計算し、修正する
The movements of the actuator 4.4 are constantly monitored by the sensor 6.6, and information regarding these operations is sent from time to time to the control unit II. The computer 13 recalculates and corrects the operating conditions of the actuator 4 based on this information.

以」二の制御の様子を図式化したものが第3図である。FIG. 3 is a diagrammatic representation of the second control.

これらの一連の動きは高層1建築物Aの振動が一定限度
以内に減衰されるまで続けられる。
These series of movements are continued until the vibrations of the high-rise building A are damped within a certain limit.

次に、この発明の振動抑制装置Iの効果確認の検討結果
について、第4図ないし第7図を参照して説明する。
Next, the results of a study to confirm the effectiveness of the vibration suppressing device I of the present invention will be explained with reference to FIGS. 4 to 7.

第4図(a)ないしくc)は、1次固有周期が10秒の
構造物に、長さIOm、奥行き5111、高さ2mの高
架水槽を設置し、深さ1mまで水を満たした状態(水の
重量50 ton)で振動抑制装置を駆動させた場合の
応答を図示したものである。ここでは構造物の振動を調
和正弦波(sinωt)と仮定した。
Figure 4 (a) to c) shows a state in which an elevated water tank with a length of IOm, a depth of 5111, and a height of 2m is installed in a structure with a primary natural period of 10 seconds, and is filled with water to a depth of 1m. This figure illustrates the response when the vibration suppression device is driven by water (weight of 50 tons). Here, it is assumed that the vibration of the structure is a harmonic sine wave (sinωt).

第4図(a)は調和正弦波(s inωt)で振動する
アクチュエータの上下方向の移動距離Xを示す図であり
、Xは次式で表される。
FIG. 4(a) is a diagram showing the vertical movement distance X of an actuator vibrating with a harmonic sine wave (s inωt), where X is expressed by the following equation.

x= 0 、96 sinωt(=sinωt)同図(
b)は上記アクチュエータの振動により引き起こされる
水の重心の水平移動距離rを示す図であり、rは次式で
表される。
x= 0, 96 sinωt (=sinωt) Same figure (
b) is a diagram showing the horizontal movement distance r of the center of gravity of water caused by the vibration of the actuator, where r is expressed by the following equation.

同図(c)は水の水平移動により高架水槽が構造体に及
ぼす反力Pを示す図であり、Pは次式で表される。
Figure (c) is a diagram showing the reaction force P exerted on the structure by the elevated water tank due to the horizontal movement of water, and P is expressed by the following formula.

(25−sin”ωt)3 これらの図かられかるように、振動抑制装置を構造物に
取り付けることにより、大きな反力が生じ1 ることか判る。
(25-sin"ωt)3 As can be seen from these figures, it can be seen that a large reaction force is generated by attaching a vibration suppression device to a structure.

第5図は、構造物の減衰定数を2.0%とした場合、快
適性検討限界曲線まで応答が低減された状態(定常状態
)での構造物型filton当りの発生ずる制御力(k
gDと周期(秒)との関係を図示したものである。ここ
で、周期10秒、1次減衰定数が2.0%、重量が50
0000 tonの構造物の頂部が20galで正弦波
状に振動している場合に発生ずる制御力を図から求める
と、構造物型jllton当り0.4 kgfとなる。
Figure 5 shows the control force (k
It is a diagram illustrating the relationship between gD and period (seconds). Here, the period is 10 seconds, the first-order damping constant is 2.0%, and the weight is 50
If the control force generated when the top of a 0,000 ton structure vibrates in a sinusoidal manner with 20 gal is determined from the diagram, it will be 0.4 kgf per ton of structure type.

したがって、上記の構造物の場合では200 tonの
制御力があれば、通常の作業や生活をする上で差し支え
が生じないレベルまで振動を低減することができる。水
槽が構造物に及ぼす反力を第4図(c)から求めると、
水槽1台(50ton)当り4.22tonの反力が得
られる。ここで、長さ20m1奥行き20m1水深2m
の水槽を3台、本実施例で作動させると仮定すると、 2 2 0 3 ton となり、十分対応できることが判る。
Therefore, in the case of the above-mentioned structure, a control force of 200 tons is sufficient to reduce vibration to a level that does not cause any problem in normal work or daily life. The reaction force exerted by the water tank on the structure is determined from Fig. 4(c).
A reaction force of 4.22 tons can be obtained per water tank (50 tons). Here, the length is 20m, the depth is 20m, and the water depth is 2m.
Assuming that three aquariums are operated in this embodiment, the amount of water will be 2 2 0 3 tons, which is sufficient to cope with the problem.

上記の例は100階建程度の超高層建築物を対象とした
場合の検討例であるから、50階建程度の建築物では水
槽の大きさは上記の10分の1程度となる。
The above example is an example of consideration for a super high-rise building of about 100 stories, so in a building of about 50 stories, the size of the water tank will be about one-tenth of the above size.

第6図は、構造物に高架水槽を設置した状態で本発明の
振動抑制装置を駆動させた場合に発生ずる反力P、と、
同振動抑制装置のアクチュエータを同高架水槽の側面に
取り付は同一のストロークで高架水槽を水平方向に移動
させた場合に発生ずる反力P、とを、水槽の形状の違い
について比較したものである。P、とP2との比は次式
で表される。
FIG. 6 shows the reaction force P generated when the vibration suppression device of the present invention is driven with an elevated water tank installed in a structure, and
The actuator of the vibration suppression device is attached to the side of the elevated aquarium, and the reaction force P generated when the elevated aquarium is moved horizontally with the same stroke is compared with the reaction force P that occurs when the aquarium has a different shape. be. The ratio between P and P2 is expressed by the following equation.

p + / P 2 −(d”r/ dt2)/ (d”x/ dt’)−(
2L/3d) 〔(2+(1/2)(d/L)’)’+
(1/2)(d/L)’+3) また、水槽の形状は、底面の長さ2Lと高さdの比(d
/ 2 L )により表される。この図かられかるよう
に、この発明の振動抑制装置を取り付けることにより発
生ずる反力P、は、水平方向にアクチュエータを移動さ
せることにより発生する反力P。
p + / P 2 − (d”r/ dt2)/ (d”x/ dt') − (
2L/3d) [(2+(1/2)(d/L)')'+
(1/2)(d/L)'+3) Also, the shape of the aquarium is determined by the ratio of the length 2L of the bottom surface to the height d (d
/2L). As can be seen from this figure, the reaction force P generated by installing the vibration suppression device of the present invention is the reaction force P generated by moving the actuator in the horizontal direction.

よりはるかに大きなものとなることがわかる。図より、
P、/P2の値はd/2Lの値が約0.5のときに最小
値6を取る。また、d/2Lの値が0.5よりも小さく
なればなるほど、すなわち、深さが浅くなればなるほど
非常に大きな反力を生じる。同様にd/2Lの値が0.
5よりも大きくなればなるほど、すなわち、深さが深く
なればなるほどやはり大きな反力を生じることが判る。
It turns out that it's much bigger than that. From the figure,
The values of P and /P2 take a minimum value of 6 when the value of d/2L is approximately 0.5. Further, as the value of d/2L becomes smaller than 0.5, that is, as the depth becomes shallower, a very large reaction force is generated. Similarly, the value of d/2L is 0.
It can be seen that the larger the value is than 5, that is, the deeper the depth, the larger the reaction force is generated.

なお、」1記の一連の検討では、水は静かに移動するも
のと仮定されているが、水槽が浅い場合や周期が短い場
合には、水の移動は動的となり場合によっては砕波のよ
うな非線形の挙動を示す。この場合の反力は、水が静か
に移動すると仮定した場合よりもさらに大きなものとな
る。また、水の吃水線が水槽の底面に達した後もさらに
水槽を傾斜させれば、反力はさらに大きなものとなる。
In addition, in the series of studies described in Section 1, it is assumed that water moves quietly, but if the aquarium is shallow or the period is short, the movement of water becomes dynamic and may occur like breaking waves. It shows a nonlinear behavior. The reaction force in this case is even greater than if it were assumed that the water moved quietly. Furthermore, if the tank is further tilted even after the water line reaches the bottom of the tank, the reaction force will be even greater.

さらに、以上の検討ではアクチュエータの動きも正弦波
状としているが、この動きを第7図(a)に示す様に、
構造物の振動周期に合わせて瞬発的にパルス状に動かす
こととすれば、第7図(b)に示す様に水の動きは動的
となり、水の重心の水平移動距離rが大きくなる。した
かって、重心移動の加速度も遥かに大きなものとなり、
生じる反力もかなり大きなものとなる。また、水が水槽
の側壁に衝突する際の衝撃力もかなり大きなものとなる
。上記の場合は、予め、水槽を傾斜させてから水の移動
により反力が生じるまでの時間差、すなイつち反力の位
相差を計算により求め、構造物の振動の位相と同調させ
る様にすればさらに効果的なものとなる。
Furthermore, in the above study, the movement of the actuator was assumed to be sinusoidal, but this movement is as shown in Figure 7(a).
If the water is moved in a pulse-like manner instantaneously in accordance with the vibration period of the structure, the movement of the water becomes dynamic as shown in FIG. 7(b), and the horizontal movement distance r of the center of gravity of the water increases. Therefore, the acceleration of the center of gravity movement will be much larger,
The reaction force generated will also be quite large. Furthermore, the impact force when the water collides with the side wall of the aquarium is also quite large. In the above case, calculate in advance the time difference between when the water tank is tilted and when the reaction force is generated due to the movement of water, that is, the phase difference of the reaction force, and synchronize it with the phase of the vibration of the structure. It will be even more effective if you do this.

以上説明した様に、この発明の振動抑制装置1により高
層建築物Aに励起された振動を抑制することができる。
As explained above, the vibrations excited in the high-rise building A can be suppressed by the vibration suppressing device 1 of the present invention.

ここで、本実施例の振動抑制装置lは、高架水槽3と、
高架水槽3の底面3aの中央部を支持する支柱2と、高
架水槽3の底面3aの両端を上下方向に移動可能に支持
する2本のアクチュエータとを主要な構成要素としてい
るので、5 従来の第1ないし第3の方式による振動抑制装置と比較
して、小型の装置でも大きな振動抑制効果を得ることが
でき、水槽を大型化する必要がなくなる。したがって、
装置の大幅な簡素化、小規模化、省力化が可能となる。
Here, the vibration suppression device l of this embodiment includes an elevated water tank 3,
Since the main components are a column 2 that supports the central part of the bottom surface 3a of the elevated water tank 3 and two actuators that support both ends of the bottom surface 3a of the elevated water tank 3 so as to be movable in the vertical direction, 5. Compared to the vibration suppressing devices according to the first to third methods, a large vibration suppressing effect can be obtained even with a small device, and there is no need to increase the size of the water tank. therefore,
It becomes possible to significantly simplify the device, downsize it, and save labor.

また、水槽を吊さないため、広いスペースを確保する必
要がなく、省スペースが図れる。また、強制的に水槽に
応力を加えて水平方向に移動させる必要がなくなるので
、ストロークの長さが短くて済み、長いストロークのス
ライド機構と大きな駆動力が不要になる。また、スロッ
シング・ダンパ方式のように水槽と水量を構造物の振動
の周期に同調させる必要がなくなるために設計の自由度
が大きくなる。これにより、ホテルや住宅等の人間が常
時居住または生活する一般の構造物にも充分に適用可能
となる。さらに、風等の小さな振動であっても有効な振
動抑制効果を得ることができる。
In addition, since the aquarium is not hung, there is no need to secure a large space, and space can be saved. Furthermore, since there is no need to forcibly apply stress to the water tank to move it in the horizontal direction, the length of the stroke can be shortened, and a long-stroke slide mechanism and large driving force are no longer required. Additionally, unlike the sloshing damper method, there is no need to synchronize the water tank and water volume with the vibration period of the structure, increasing the degree of freedom in design. This makes it fully applicable to general structures such as hotels and residences where people live or live all the time. Furthermore, an effective vibration suppression effect can be obtained even with small vibrations such as those caused by wind.

なお、本発明の構造物の振動抑制装置は、その細部が前
記実施例に限定されず、種々の変形例が可能である。−
例として、アクチュエータを水槽6 の底面の4隅にそれぞれ配設した構成であってもよい。
Note that the details of the structure vibration suppressing device of the present invention are not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications are possible. −
For example, the actuators may be arranged at each of the four corners of the bottom of the water tank 6.

さらに、水槽を2段重ねとし互いに直交するように配置
したちのそれぞれに、本発明のアクチュエータおよび制
御装置を取り付けることにより、水平面上の種々の方向
への拡張が可能となる。
Further, by stacking the water tanks in two layers and arranging them orthogonally to each other and attaching the actuator and control device of the present invention to each tank, expansion in various directions on the horizontal plane becomes possible.

[発明の効果] 以上詳細に説明した様に、この発明によれば、振動抑制
装置は、液体を貯留する水槽と、当該水槽の底面の中央
部を支持する支柱と、上記水槽の底面の両端を上下方向
に移動可能に支持する複数のアクチュエータとを備えた
構造物の振動抑制装置としたので、従来の水槽を用いた
振動抑制装置と比較して、小型の装置でも大きな振動抑
制効果を得ることができ、水槽を大型化する必要がなく
なる。したがって、装置の大幅な簡素化、小規模化、省
力化が可能となる。また、水槽を吊さないため、広いス
ペースを確保する必要がなく、省スペースが図れる。ま
た、強制的に水槽に応力を加えて水平方向に移動させる
必要がなくなるので、ストロークの長さが短くて済み、
長いストロークのスライド機構と大きな駆動力が不要に
なる。また、水槽と水量を構造物の周期に同調させる必
要がないために設計の自由度が大きくなる。これにより
、ホテルや住宅等の人間が常時居住または生活する一般
の構造物にも充分に摘要可能となる。
[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, the vibration suppressing device includes a water tank for storing liquid, a column supporting the center portion of the bottom of the water tank, and both ends of the bottom of the water tank. This is a vibration suppression device for a structure equipped with multiple actuators that support the structure so that it can move vertically, so compared to a conventional vibration suppression device using a water tank, even a small device can achieve a large vibration suppression effect. This eliminates the need to increase the size of the aquarium. Therefore, it is possible to significantly simplify the device, reduce its size, and save labor. In addition, since the aquarium is not hung, there is no need to secure a large space, and space can be saved. Also, since there is no need to forcibly apply stress to the aquarium to move it horizontally, the stroke length can be shortened.
A long stroke slide mechanism and large driving force are no longer required. Furthermore, since there is no need to synchronize the water tank and water volume with the period of the structure, the degree of freedom in design increases. This makes it possible to apply the information sufficiently to general structures such as hotels and residences where people live or live all the time.

さらに、風等の小さな振動であっても有効な振動抑制効
果を得ることができる。
Furthermore, an effective vibration suppression effect can be obtained even with small vibrations such as those caused by wind.

したがって、地震や強風等の外力により構造物に引き起
こされる振動を効果的に抑制することができ、地震時や
強風時の安全対策が更に万全となる。
Therefore, vibrations caused in the structure by external forces such as earthquakes and strong winds can be effectively suppressed, and safety measures at the time of earthquakes and strong winds become more complete.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図ないし第7図はこの発明の一実施例を示す図であ
って、第1図は振動抑制装置の概略正面図、第2図(a
)は高架水槽の静止位置を示す模式図、同図(b)は高
架水槽を静止位置よりθ−x/Lだけ傾けた時の位置を
示す模式図、同図(c)は高架水槽を静止位置より同図
(b)と逆向きにθ−X/したけ傾けた時の位置を示す
模式図、第3図(よ振動抑制装置の制御の様子を示す説
明図、第4図(a)はアクチュエータの移動距離を示す
図、同図(b)はアクチュエータの移動に伴う水の重心
の水平移動距離を示す図、同図(e)は水の重心の水平
移動により発生する反力を示す図、第5図は快適性検討
限界曲線まで応答が低減された状態での発生ずる制御力
と周期との関係を示す図、第6図は本発明の振動抑制装
置により発生する反力P、と高架水槽を水平方向に移動
させた場合に発生する反力P、との比(p l/ P 
2)と水槽の底面の長さ2 Lと高さdの比(d/ 2
 L )との関係を示す図、第7図(a)はアクチュエ
ータのパルス状の動きを示す図、同図(b)はアクチュ
エータのパルス状の動きに伴う水槽の動きを示す模式図
である。 A・・・高層建築物、 1・・・構造物の振動抑制装置、2・・・支柱、3・・
・高架水槽、4・・・アクチュエータ、5・・・制御装
置、6・・・センサ、7・・・センサ。
1 to 7 are diagrams showing one embodiment of the present invention, in which FIG. 1 is a schematic front view of a vibration suppressing device, and FIG. 2 (a
) is a schematic diagram showing the elevated water tank in its resting position. Figure (b) is a schematic diagram showing the position when the elevated water tank is tilted by θ-x/L from the resting position. Figure (c) is a schematic diagram showing the elevated water tank in its resting position. A schematic diagram showing the position when tilted by θ-X/shiki in the opposite direction from the position in the same figure (b), Fig. 3 (Explanatory diagram showing the state of control of the vibration suppression device, Fig. 4 (a) is a diagram showing the moving distance of the actuator, (b) is a diagram showing the horizontal movement distance of the center of gravity of water due to the movement of the actuator, and (e) is a diagram showing the reaction force generated by the horizontal movement of the center of gravity of water. 5 is a diagram showing the relationship between the generated control force and the period when the response is reduced to the comfort consideration limit curve, and FIG. 6 is a diagram showing the reaction force P generated by the vibration suppression device of the present invention, and the reaction force P generated when the elevated water tank is moved horizontally (p l/P
2) and the ratio of the length 2L of the bottom of the aquarium to the height d (d/2
FIG. 7(a) is a diagram showing the pulse-like movement of the actuator, and FIG. 7(b) is a schematic diagram showing the movement of the aquarium accompanying the pulse-like movement of the actuator. A...High-rise building, 1...Structure vibration suppression device, 2...Column, 3...
- Elevated water tank, 4... Actuator, 5... Control device, 6... Sensor, 7... Sensor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 構造物の所定の位置に設置されて地震や風等の外力によ
り上記構造物に励起される振動を抑制する構造物の振動
抑制装置であって、上記振動抑制装置は、液体を貯留す
る水槽と、当該水槽の底面の中央部を支持する支柱と、
上記水槽の底面の両端を上下方向に移動可能に支持する
複数のアクチュエータとを備えてなることを特徴とする
構造物の振動抑制装置。
A structure vibration suppression device installed at a predetermined position of a structure to suppress vibrations excited in the structure by external forces such as earthquakes and wind, the vibration suppression device comprising a water tank for storing liquid and , a pillar that supports the center of the bottom of the aquarium;
A vibration suppressing device for a structure, comprising: a plurality of actuators that movably support both ends of the bottom surface of the water tank in the vertical direction.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06264646A (en) * 1993-03-15 1994-09-20 Kazuo Yoshida Fluid damper
US8001734B2 (en) * 2004-05-18 2011-08-23 Simpson Strong-Tie Co., Inc. Moment frame links wall

Cited By (4)

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