JPH03247873A - 構造物の振動抑制装置 - 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」 この発明は、構造物に外力が作用した際に生ずる構造物
の振動を抑制する構造物の振動抑制装置に係り、特に、
広範囲の振動に対して長期間に亙って有効な振動抑制効
果を発揮し得る構造物の振動抑制装置に関するものであ
る。

「従来の技術」 近年、地震や強風等の外力が作用した際に生ずる構造物
の振動を積極的に抑制しようとする試みが為されている
。このような目的を達成するために、現状において提案
されている振動抑制装置は、一般に能動的方式（アクテ
ィブ）によるものと受動的方式（パッシブ）によるもの
とに分類できる。

能動的方式は、構造物に作用する外力を検出して、この
外力による構造物の振動を打ち消すような振動を能動的
に構造物に与えるようなものである。従って、■美大な
エネルギーを必要とすること、■装置が大がかりなもの
となり広大な床スペースを必要とすること、■非常に高
価な機械設備になること、■安全性に不安があること、
などの問題点があり、実用化にはなお時間を要するもの
と思われる。

一方、受動的方式は、構造物に外力が作用して振動した
際に、この振動を利用して構造物にその振動を打ち消す
ような振動を受動的に構造物に与えるようなものである
。この受動的方式は、その一部がすでに実用化され、風
及び中小地震を対象として構造物の振動抑制効果が実証
されている。

受動的方式は、■外部からのエネルギーを殆ど必要とし
ないこと、■狭い床スペース上においても設置可能であ
ること、■装置の価格が比較的安いこと、■安全対策が
比較的容易であること、など前記能動的方式に比べて、
現状では幾多の利点を持っている。このため、今後の趨
勢は受動的方式が主流となり、この受動的方式を基本と
して広範囲な外力に対応しうる最適制御化（セミアクテ
ィブ化）が進められるものと見られる。

受動的方式の代表的な例としての受動的慣性質量方式（
Ｔ　ｕ　ｎ　ｅ　ｄ　Ｍ　ａ　ｓ　ｓ　Ｄ　ａ　ｍ　ｐ
　ｅ　ｒ　）は、構造物の所定位置（通常は上部）に取
り付けられた振り子の錘の振動を、構造物の振動に共振
させることによって両者間に９０°の位相差を生ぜしめ
、振り子の慣性効果によって構造物の振動を抑制する原
理に基づいている。

第５図は、前記受動的慣性質量方式に基づく振動抑制装
置を設置する前と後とにおける、構造物の振幅特性を示
す図である。振動抑制装置を設置する前においては、構
造物が外力に共振した時（第５図の横軸の値が１の地点
）　同図の破線に示すようにその振幅は非常に大きくな
る。一方、振動抑制装置を設置すると、同図の実線に示
すように共振時の振幅は大幅に減少する。

「発明が解決しようとする課題Ｊ ところで、前記従来の受動的慣性質量方式に基づく振動
抑制装置では、その振動抑制効果を最大限に発揮するた
めには、前記振り子の固有周期を常時構造物の振動周期
に一致させた状態を維持しなければならない。この構造
物の振動周期は、風による振動や地震動後期においては
構造物の固有周期に一致する。しかしながら、実際には
、振り子の固有周期を構造物の固有周期に完全に一致さ
せることは極めて困難であり、特に、構造物の固有周期
自体が重量や剛性の経年変化によって変動する性質のも
のである以上、振り子の固有周期を一致させることは尚
更困難である。

この発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、振動
抑制装置の振動部の振動を常時構造物の現実の振動に対
して９０°の位相遅れとすることで、広範囲の振動に対
して長期間に亙って有効な振動抑制効果を発揮し得る、
構造物の振動抑制装置を提供することを目的としている
。

「課題を解決するための手段」 そこでこの発明は、構造物の所定の位置に配設され、慣
性質量体と、該慣性質量体を前記構造物の振動周期と同
一の振動周期で振動自在に支持する支持手段とからなる
振動抑制装置において、前記支持手段に、前記慣性質量
体の振動の位相を補正する位相補正手段と、前記構造物
の現実の振動と前記慣性質量体の現実の振動とをそれぞ
れ測定して、両者の位相差が９０’　となるように前記
位相補正手段による振動の位相補正を制御する制御手段
とを設けたような構造物の振動抑制装置を構成すること
で、前記課題を解決せんとしている。

ここで、前記位相補正手段は前記慣性質量体の２方向に
沿う振動の位相補正をすることが好ましい。また、前記
位相補正手段は前記慣性体の振動を！＃１１動するａ的
を宥１−でい不こと力Ｃ好す［−い−この場合、前記制
御手段は前記慣性質量体の振幅が許容範囲以上となった
段階で位相補正手段の制動力を強めることがより好まし
い。さらに、前記位相補正手段はリニアモーターである
ことが好ましい。この場合、位相補正手段は２方向形リ
ニアモーターであることがより好ましい。

「作用」 この発明の概略構成を示す第３図を参照して、この発明
の作用について説明する。

第３図に示すように、慣性質量体１は、その下方に位置
するバネ部３により、水平方向に振動自在な状態で構造
物２上に配置されている。この慣性質量体１の振動周期
は、構造物２の振動周期と一致されている。また、この
慣性質量体ｌの側方には、この慣性質量体１の水平方向
に沿う振動の位相を補正するリニアモーター（位相補正
手段）が設けられている。このリニアモーター４は、前
記慣性質量体１の側部がら略水平方向に延在されて突設
された二次導体５と、この二次導体５を上下から所定間
隔を置いて挾む形態で配置された一次コイル６．６とか
ら構成されている。なお、この−次コイル６は、櫛歯状
に形成された一次鉄心７と、この−次鉄心７の前記二次
導体５に向がう側に配設された一次巻線８とから構成さ
れている。

一方、前記慣性質量体１及び構造物２には、これら慣性
質量体１の水平方向の変位ｘ２と構造物２の水平方向の
変位ｘ１を測定するセンサー（振動計）９．１０が付設
されていると共に、これらセンサー９、ｌＯの変位を増
幅する増幅器１１．１２が設けられている。そして、こ
れら増幅された慣性質量体１及び構造物２の変位に基づ
いて、位相差計算手段１３により、これら変位の位相差
が計算され、この位相差に比例した電流が前記リニアモ
ーター４の一次巻線８に印加される。

例えば、これら変位Ｘ１、ｘ２の結果が例えば第４図に
示すようなものであったと仮定する。まず、第４図の符
号ａに示すように、慣性質量体ｌの変位の位相が基準と
なる変位（第４図の点線）すなわち最適状態の位相より
遅れていれば、これを進めるべくリニアモーター４によ
って慣性質量体１を加振する。反対に、第４図の符号す
に示すように、慣性質量体１の変位の位相が基準となる
変位の位相より進んでいれば、これを遅れさせるべくリ
ニアモーター４によって慣性質量体１に制動力を加える
。このようにして、慣性質量体ｌを制動したり、あるい
は加振したりしてその振動の位相を補正して、構造物２
と慣性質量体１の位相を最適状態に維持することで、絶
えず最適な振動抑制効果を得ることができる。

「実施例」 以下、この発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図ないし第２図は、この発明の第１実施例である構
造物の振動抑制装置を示す図である。図において、符号
２０全体で示されるものは、この発明の第１実施例であ
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）であり、この振動抑制装置２０は、建築物（
構造物）２１の屋上付近の床面Ｆ上に取付板２２を介し
て設けられている。

この振動抑制装置２０は、正方形の四隅に配置された４
個の水平変形部２３．２３、・・・により下方から支持
された質量体２４と、この質量体２４の振動の位相補正
を行うリニアモーター２５とから概略構成されている。

前記水平変形部２３は、三角形の頂点付近に配置された
積層ゴムまたは防振ゴム２６、・・・が平面視三角形板
状のスタビライザー２７、・・・を挾んで多層に積層さ
れて構成されている。この積層ゴム２６は、例えば鋼板
とシート状のゴムとが多層に積層され、その上下に取付
板が設けられたような構成であり、水平方向の荷重に対
する変位が許容され、かつ、垂直方向の荷重に対する変
位が拘束されるものである。これにより、質量体２４は
水平面上の任意の方向に振動自在とされている。

この積層ゴム２６、・・・の規模及び積層数は、前記質
量体２４を含めた系の固有振動周期が建築物２１の一次
の固有振動周期と等しくなるように設定されている。な
お、この積層ゴム２６は、ゴムの個体（鋼板との積層を
成さない）だけによる防振ゴムによって代替されること
がある。

また、前記質量体２４は、例えば鋼板、鉛、コンクリー
ト等から構成され、質量体２４全体としての重量が、通
常、建築物２１の総重量の１／１５０〜１／６’ＯＯの
範囲となるように、その材質、規模等が設定されている
。すなわち、あまり軽すぎては建築物２１の振動を有効
に抑制できず、方、あまり重くすることは建築構造上限
界がある。

さらに、この実施例のリニアモーター２５には、いわゆ
る二方向形リニアモーターが用いられており、このリニ
アモーター２５は、前記取付板２２の中央部に載置され
た一次コイル２８と、前記質量体２４の下面中央部から
突設され、この−次コイル２８上方に微小距離離間され
た状態で配設された二次導体２９とから構成されている
。前記−次コイル２８は、上面に溝が格子状に刻設され
た一次鉄心３０と、この−次鉄心３０の溝内に配設され
た一次巻線３１とから構成されている。より詳細には、
この−次巻線３１は、一方向（第２図に示すＸ方向）に
沿って配設されたＸ方向巻線３１ａと、これに直交する
方向（第２図に示すｙ方向）に沿って配設されたｙ方向
巻線３１ｂとから構成されている。さらに、前記二次導
体２９の下面、すなわち前記−次コイル２８に相対向す
る面には、−次鉄心３０の溝に対応する溝が格子状に刻
設されている。従って、これらＸ方向巻！３１ａ及びｙ
方向巻線３１ｂにそれぞれ所定の励磁電流を供給するこ
とで、二次元的な進行磁界を発生させ、ｘＳ　ｙ二方向
の任意の力Ｆｘ、Ｆｙをそれぞれ独立に発生させること
ができる。

さらに、この実施例の振動抑制装置２０には、第２図に
示すｘ、ｙ方向に沿う前記質量体２４の水平方向の変位
と建築物２１の水平方向の変位を測定するセンサー（振
動計、図示時）が付設されていると共に、これらセンサ
ーの変位を増幅する増幅器（図示時）が設けられている
。そして、これら増幅された質量体２４及び建築物２１
の変位に基づいて、位相差計算手段（図示時）により、
これら変位の位相差が計算され、この位相差に比例した
電流が前記リニアモーター２５の一次巻線３１に印加さ
れる。

次に、第１図ないし第２図を参照して、この発明の第１
実施例である振動抑制装置１０の作用について説明する
。

振動抑制装置２０が屋上付近に設置された建築物２１に
強風や地震等の外力が作用すると、質量体２４はこの建
築物２１に対しである周期遅れで振動を開始する。

この際、センサーは質量体２４及び建築物２１の変位を
検品し、これらの変位は増幅器を介して位相差計算手段
に入力される。位相差計算手段は、これらの変位の位相
差を計算し、質量体２４の変位の位相が基準となる位相
、すなわち建築物２１より９０°遅れた位相より遅れて
いれば、これを進めるべくリニアモーター２５の一次巻
線３１に励磁電流を供給し、このリニアモーター２５に
よって質量体２４を加振する。反対に、質量体２４の変
位の位相が基準となる位相より進んでいれば、これを遅
れさせるべくリニアモーター２５の一次巻線３１に励磁
電流を供給し、このリニアモーター２５によって質量体
２４に制動力を与える。このようにして、慣性質量体ｌ
を二次元的に制動したり、あるいは加振したりしてその
振動の位相を補正し、建築物２１と質量体２４の位相を
最適状態に維持することで、建築物２１の振動が質量体
２４の振動で打ち消され、最適な建築物２１の振動抑制
が絶えず行われる。

よって、この実施例によれば、建築物２１の変位の位相
に対して質量体２４の変位が常に９０’の位相遅れとな
るように質量体２４０位相を補正しているので、振動抑
制装置２０により常時最適かつ最大限の振動抑制効果を
得ることができる。

しかも、この振動抑制効果は建築物の重量や剛性の経年
変化によらず一定である。

なお、この実施例において、質量体２４の水平変位が過
大になった場合は、リニアモーター２５により充分な制
動を与えることで、安全装置（フェイルセーフ装置）と
しての機能も果たすことができる。

なお、この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、前記実施例では二方向形リニアモーターを
用いていたが、通常の一方向形リニアモーターを用いて
もよいことは勿論である。この場合、二次元的な振動抑
制を行うならば、互いに移動方向が直交するようにリニ
アモーターを組にして配置すればよい。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明によれば、構造物
の所定の位置に配設され、慣性質量体と、該慣性質量体
を前記構造物の振動周期と同一の振動周期で振動自在に
支持する支持手段とからなる振動抑制装置において、前
記支持手段に、前記慣性質量体の振動の位相を補正する
位相補正手段と、前記構造物の現実の振動と前記慣性質
量体の現実の振動とをそれぞれ測定して、両者の位相差
が９０°　となるように前記位相補正手段による振動の
位相補正を制御する制御手段とを設けたような構造物の
振動抑制装置を構成したので、振動抑制装置により常時
最適かつ最大限の振動抑制効果を得ることができる。し
かも、この振動抑制効果は建築物の重量や剛性の経年変
化によらず一定である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第２図はこの発明の第１実施例である構造
物の振動抑制装置を示す図であり、第１図はその全体構
成を示す正面図、第２図は質量体を除いた状態を示す平
面図、第３図はこの発明の詳細な説明するための図、第
４図は慣性質量体と構造物との変位の関係を示す図、第
５図は振動抑制装置を設置する前と後とにおける構造物
の振幅特性を示す図である。 ９．１０・・・・・・センサー　１１．１２・・・・・
・計算手段、１３・・・・・・位相差計算手段（以上、
制御手段）２０・・・・・・振動抑制装置、２１・・・
・・・建築物（構造物）、２２・・・・・・水平変形部
、２４・・・・・・質量体、２５・・・・・・リニアモ
ーター（位相補正手段）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）構造物の所定の位置に配設され、慣性質量体と、
   該慣性質量体を前記構造物の振動周期と同一の振動周期
   で振動自在に支持する支持手段とからなる振動抑制装置
   であって、前記支持手段は、前記慣性質量体の振動の位
   相を補正する位相補正手段と、前記構造物の現実の振動
   と前記慣性質量体の現実の振動とをそれぞれ測定して、
   両者の位相差が９０゜となるように前記位相補正手段に
   よる慣性質量体の振動の位相補正を制御する制御手段と
   を備えていることを特徴とする構造物の振動抑制装置。
2. （２）前記位相補正手段は前記慣性質量体の２方向に沿
   う振動の位相補正をすることを特徴とする請求項１記載
   の構造物の振動抑制装置。
3. （３）前記位相補正手段は前記慣性体の振動を制動する
   機能を有していることを特徴とする請求項１記載の構造
   物の振動抑制装置。
4. （４）前記制御手段は前記慣性質量体の振幅が許容範囲
   以上となった段階で前記位相補正手段の制動力を強める
   ことを特徴とする請求項３記載の構造物の振動抑制装置
   。
5. （５）前記位相補正手段はリニアモーターであることを
   特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の構
   造物の振動抑制装置。
6. （６）前記位相補正手段は２方向形リニアモーターであ
   ることを特徴とする請求項５記載の構造物の振動抑制装
   置。