JPH03265735A - 構造物の振動吸収装置 - 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〕 本発明は風や地震、その他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としての構造物の振動
吸収装置に関するものである。

〔従来の技術〕

構造物の振動を抑制するための振動吸収装置としては、
例えば付加マスと、該付加マスを構造物本体に連結する
コイルバネなどのバネと、付加マスの振動に対し粘性抵
抗を与える抵抗板と粘性流体槽などからなる動吸振器（
特開昭６３−１１４７７３号公報参照）や、建物頂部な
どに所定の寸法の水槽を設け、建物の固有周期と同調さ
せたいわゆるスロッシングダンパー（特開昭６２−１０
１７６４号公報参照）などがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、バネや粘性流体槽を用いた動吸振器では、摩擦
などの影響を考慮する必要があり、同調させるための調
整やメンテナンスに問題がある。

また、スロッシングダンパーは構造的には簡易であるが
、微振動あるいは小さな風揺れや中小の地震による振動
に対しては敏感に反応させることができず、振動抑制効
果が得られ難いという問題がある。

本発明は従来技術における上述のような問題点を解決す
ることを目的としたものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の振動吸収装置は構造物の質量に応じた所定の質
量を有する重錘を、所定の剛性および粘性を有する粘弾
性体で挟み込んで密閉容器内に封入し、重錘が構造物の
振動に同調して容器に直接接触することなく振動するよ
う構成したものである。

すなわち、本発明では重錘を粘弾性体で挟み込み、容器
から離した状態で密閉する。重錘の質量、粘弾性体の剛
性および減衰定数は構造物に対する動吸振器として最適
な量となるよう設定する。また、材質としては、重錘は
比重の大きい金属（例えば鋼材など）とし、粘弾性体は
温度に対する特性変化が小さい高分子化合物（例えばシ
リコーンゲル）が適する。

〔作　用〕

本発明の振動吸収装置では重錘が粘弾性体によって完全
に覆われているので、容器と重錘との間の摩擦がなく、
風や地震による振動だけでなく、歩行時の床の振動や交
通振動など変位振幅の小さい振動に対しても敏感に反応
する。

また、粘弾性体としてシリコーンゲルを用いる場合、シ
リコーンゲルはＡ液とＢ液の混合により剛性、減衰性（
粘性）の調整の自由度が大きく、動吸振器としての設計
が容易である。

第１２図は本発明の振動吸収装置の解析モデルであり、
Ｍを構造物の質量、Ｋをバネ定数、Ｃを減衰定数、Ｘを
変位とし、ｍを動吸振器系を構成する本発明の装置の重
錘の質量、ｋをバネ定数、Ｃを減衰定数、Ｘを変位とす
ると、構造物と動吸振器系の運動方程式は、 Ｍ”ｌ−ｃ　（＊−Ｘ）　−ｋ　（ｘ−Ｘ）＋ＣＸ＋Ｋ
Ｘ＝Ｆｏ　ｅ”’ ｍＭ＋ｃ　（大−Ｘ）　＋ｋ　（ｘ−Ｘ）　＝０となり
、最適同調として次のような条件が得られる。

質量比： μ＝　ｍ　／　Ｍ （１／２００＜μ＜１１５０：構造物の重量付加に関す
る影響が小さく実現可能な範囲） 振動吸収装置の最適同調： ω−（ｌ／１＋μ）Ω ω：振動吸収装置の同調振動数 Ω：構造物の固有振動数 振動吸収装置の最適減衰定数： ｃ＝　（３μ／８　（１＋μ）ｊｌ　’／２〔実施例〕 次に、本発明を添付した図面に基づいて説明する。

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示したもので、内
法が直方体の容器１の内部に、粘弾性体３で挟み込んだ
重錘２を密封し、動吸振器としての振動吸収装置Ａを構
成している。鋼材などからなる直方体の重錘２は容器１
内で、粘弾性体３をバネとして上下に振動する。

容器１は重錘２の振動により変形しない程度の剛性があ
ればよく、材質は特に限定されない。図中、４は容器１
を構造物に固定するためのボルトであり、６は容器１の
Ｍ５を固定するためのボルトである。

重錘２と粘弾性体３はサンドインチの関係にあり、動吸
振器としての最適同調、最適減衰の状態の剛性、減衰に
あれば、重錘２や容器１の形状は任意でよい。従って、
構造物に対し、ある適当な振動吸収効果を得るための重
錘２の質量比（０，５％〜２％程度）を確保し、かつ限
られた建築空間（天井懐内なと）に納めるための一例と
して、第４図に示すように、コンクリートスラブ７下の
鉄骨梁８の下フラ、フジ上のスペースに、第１図〜第３
図のような形状で複数個、コンパクトに設置することが
できる。

第５図は本発明の振動吸収装置の振動低減効果を一般的
な動吸振器として示したもので、図中、■の動吸振器を
使用していない構造物における卓越周期での応答が、■
の動吸振器を使用した構造物においては２つの山で平坦
化され、最大の応答振幅比を大幅に低減することができ
る。

上述したように本発明の振動吸収装置における重錘２の
形状は任意であるが、より理想的な形としては第６図お
よび第７図に示すような球形が考えられ・る。すなわち
、重錘２が球以外の形状では上下（または水平）方向の
振動モードの他に回転モードが生じ、重錘２と粘弾性体
３の接触面において複雑な応力状態となる。そこで、形
状を球として円筒形の容器１に入れることにより、振動
方向に対しては完全に対称な応力状態となり、設計を容
易にすることができる。

以上の実施例のように重錘２と粘弾性体３を上下に挟み
込めば、構造物の上下方向の振動に対して振動吸収効果
が発揮されるが、第８図のように左右に挾み込めば、構
造物の水平方向の振動に対して吸収効果を発揮すること
ができる。もちろん両方向について振動を吸収させるこ
ともできる。

第９図は一つの容器１内に重錘２を複数個封入した例で
あり、この方法によれば構造物の固有周期の変動に対し
、動吸振器の同調の周期の幅を広くとることができる。

第１０図は構造物との同調方法の一例を示したもので、
重錘２の質量をｍ、断面積をＡ、高さをｈ、密度をρ、
粘弾性体３の上下の厚みをそれぞれＩ！、／２、ヤング
係数をＥとし、第１１図のモデルに示すように粘弾性体
３の密閉時のバネ定数を２にとおくと、 ｋ＝ＥＡ／Ｉ！。

と表され、このときの固有周期は、 Ｔ＝２　π（ｍ／ｋ）”２＝２　ｒｃ　（ρｈ　ｆｆｉ
／Ｅｇ）””となる（ｇは重力加速度）。

従って、構造物の固有周期が設計時から変化している場
合、重錘２の質量を増減させるか、粘弾性体３の密閉後
の高さｌを増減させることにより振動吸収装置Ａを同調
させることができる。密閉後の高さｌを増減させる方法
としては、例えば第１０図に示すように容器１のＭ５の
内側に蓋部分の厚さが調整できるような添板９をねし接
合し、ねし１０の押し込み量により調整する方法が考え
られる。

〔発明の効果〕

■　本発明の振動吸収装置では重錘が粘弾性体によって
完全に覆われているので、容器と重錘との間の摩擦がな
く、風や地震による振動だけでなく、歩行時の床の振動
や交通振動など変位振幅の小さい振動に対しても敏感に
反応する。

■　重錘および粘弾性体は容器内に密封されているため
、材質の劣化などの問題が少なく、メンテナンスの面で
も有利である。

■　構造および据付が単純であり、コストも小さいため
、長年の使用による構造物の固有周期の変化に対しては
、容易に交換することができる。

■　粘弾性体を選ぶことにより、その剛性、減衰性（粘
性）の調整の自由度が大きく、動吸振器としての設計が
容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す鉛直断面図、第２図は
第１図と直角な方向の鉛直断面図、第３図は水平断面図
、第４図は本発明の振動吸収装置の構造物への設置方法
の一例を示す鉛直断面図、第５図は本発明の振動吸収装
置による構造物の応答低減効果を示すグラフ、第６図は
他の実施例を示す鉛直断面図、第７図はその水平断面図
、第８図および第９図はさらに他の実施例を示す鉛直断
面図、第１０図は構造物との同調方法の一例を示す鉛直
断面図、第１１図はそのときの解析モデル図、第１２図
は本発明の振動吸収装置における最適同調を説明するた
めの解析モデル図である。 Ａ・・・振動吸収装置、 １・・・容器、２・・・重錘、３・・・粘弾性体、４・
・・ボルト、５・・・蓋、６・・・ボルト、７・・・コ
ンクリートスラブ、８・・・鉄骨梁、９・・・添板、１
０・・・ねし０ 第 １０ 図 第 １］ 図 ・（）・

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）構造物の質量に応じた所定の質量を有する重錘を
   、所定の剛性および粘性を有する粘弾性体で挟み込んで
   密閉容器内に封入し、前記重錘が構造物の振動に同調し
   て前記容器に直接接触することなく振動するよう構成し
   たことを特徴とする構造物の振動吸収装置。
2. （２）複数個の重錘を粘弾性体で挟み込んで密閉容器内
   に封入してある請求項１記載の構造物の振動吸収装置。