JPH0370075B2 - - Google Patents

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JPH0370075B2
JPH0370075B2 JP30103786A JP30103786A JPH0370075B2 JP H0370075 B2 JPH0370075 B2 JP H0370075B2 JP 30103786 A JP30103786 A JP 30103786A JP 30103786 A JP30103786 A JP 30103786A JP H0370075 B2 JPH0370075 B2 JP H0370075B2
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JP
Japan
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additional mass
vibration
mass
dynamic vibration
support
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JP30103786A
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JPS63156171A (ja
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Shunichi Yamada
Takuji Kobori
Isao Nishimura
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Kajima Corp
Original Assignee
Kajima Corp
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Publication date
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  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は地震や風等、建物に作用する振動外
力の影響を低減させるための能動制御型動吸振器
に関するものである。
〔従来の技術〕
動吸振器(ダイナミツクダンパー)は構造物の
振動を抑える目的で、第6図のモデルに示すよう
に付加マスaをバネcとダンパーdで構造物bに
つなげたもので、付加マスaの方に振動を吸収さ
せることにより、構造物bの振動を低減させる装
置である。
風や地震等、非定常的な振動を受ける建物への
適用例としては千葉ポートタワーの例が知られて
いる。(日経アーキテクチユア1986年5月5日号、
日経マグロウヒル社、136頁〜141頁)。
第7図a〜eは千葉ポートタワーの頂部に設置
された動吸振器の図である。図中X方向のレール
26に沿つて摺動する質量M1の第1付加マス2
1とY方向のレール27に沿つて摺動する質量
M2の第2付加マス22を、それぞれX方向、Y
方向のバネ24,25(バネ定数KX、KY)で支
持し、それぞれ第2付加マス22および建物に固
定された基礎フレーム23につないである。建物
が加振されると、建物と共振して第1付加マス2
1は第2付加マス22上のレール26に沿つて摺
動し、所定の減衰定数CXを与えるダンパー28
によりエネルギーを吸収して振動を減衰させる。
ダンパー28は第1付加マス21の側面に設けた
ラツク29と円筒状の容器に設けたピニオン30
との噛み合わせによりピニオン30が回転し、こ
れに接続した抵抗板(鉛直方向)に対する容器内
の粘性流体の抵抗によつて振動を減衰させるよう
になつている。Y方向についても同様に、建物の
振動と共振して第2付加マス22が、基礎フレー
ム23上のレール27に沿つて摺動し、所定の減
衰定数CYを与えるダンパー31によりエネルギ
ーを吸収して振動を減衰させる。
機械の分野における動吸振器の設計において、
主振動系の振幅倍率の最大値を最小にするために
は、動吸振器と主振動系に次のような関係があれ
ばよいことが知られている(「動吸振器の実用性
(1)」、背戸一登、機械の研究第36巻第4号、1984
年、第477頁〜第478頁)。
ωo/Ωo=1/1+μ ……(1) ζ=√38(1+) ……(2) ここで、 Ωo=√:主振動系の固有振動数 ωo=√:吸振器系の固有振動数 μ=m/M:吸振系と主振動系の質量比 ζ=c/2√:吸振器系の減衰率 上記の千葉ポートタワーの例では建物の固有周
期(一次)の計算値、X方向2.3秒(実測2.3秒)、
Y方向2.7秒(実測2.3秒)に対し、X方向につい
ての質量M1=10tで、建物の有効質量120分の1
(μ=1/120)、バネ定数KX=0.081t/cm、固有周
期2.2秒とし、Y方向についての質量M1+M2
15.4tで、建物の有効質量の80分の1(μ=1/80)、
バネ定数KY=0.093t/cm、固有周期2.6秒として
いる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述のように構造物における動吸振器は振動を
制御しようとする構造物に付加マスをバネとダン
パーで結合したもので付加マス系の固有周期を構
造物の制御しようとする固有周期に合わせて、そ
の固有周期成分の構造物の振動を吸収しようとす
るものである。しかし、振動が定常状態であれば
その効果が大きいが、構造物の揺れ始めについて
は付加マスの振動がまだ十分に増幅されない状態
にあるので効果が小さい。従つて、地震のように
揺れ始めに大きな波が来る場合、動吸振器が十分
能力を発揮しないうちに、構造物が損傷を受ける
可能性がある。
この発明は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。
〔問題点を解決するための手段〕
第1図はこの発明の能動制御型動吸振器の基本
構造を示したもので、付加マスaをバネcおよび
ダンパーdで構造物bに結合させてなる動吸振器
本体Aにさらに加振装置Bを設け、付加マスaを
加振できるようになつている。加振装置Bは動吸
振器本体Aの付加マスaに、構造物bや付加マス
aからその運動が拘束を受けない補助的な付加マ
スe(子付加マスと呼ぶ)を設け、この子付加マ
スeに反力をとつて付加マスaを加振するように
したものである。この加振装置Bにはコンピユー
ターによる自動制御装置hを設けることにより、
地震等による構造物bの揺れをセンサーiで感知
して、即座に付加マスaへの加振の方向と大きさ
を判断し、油圧、電動または電磁式のアクチユエ
ーターfで子付加マスeを反力にとつて付加マス
aの動きを制御することができる。そして揺れ始
めのみならず、途中においても、また地震等の振
動源がなくなつた後の構造物の自由振動の減衰の
スピード化にも効果が発揮できる。
なお、動吸振器本体A部分については、前述の
従来例を含め、従来考えられているものを利用す
ることもでき、これに子付加マスe、アクチユエ
ーターf、制御装置h等からなる加振装置Bを付
け加えればよい。
〔実施例〕
次に、図示した実施例について説明する。
第2図a〜eは動吸振器本体Aの一例を示した
もので、建物に固定した支持装置9、支持装置9
に摺動可能に配された支持台2、支持装置9と支
持台2間を連結するバネ3、支持装置9内に充填
された粘性流体5および支持台2に取付けた抵抗
板6等からなる。
支持台2には例えば建物重量の1/50あるいは1/
100程度の質量を有するマス1が載置される。マ
ス1としては鋼材あるいは鉛等の金属が利用でき
る。なお、設計上は支持台2の重量もマス1の重
量に加える。
バネ3としては所定のバネ定数を有するコイル
バネ、その他のバネが利用できる。
バネ3は、この発明においては、マス1の中立
位置から両方に変位した時、中立位置付近のバネ
定数が完全な線形となるよう相対向するバネを互
に必要変位分予め緊張しておく。バネ定数はマス
1が共振するように、例えば上述の(1)式等により
算定する。
粘性流体5内には支持台2に取付けた水平な抵
抗板6が浸されている。この抵抗板6は支持台2
に対し、ボルト7およびナツト8あるいは油圧シ
リンダー等により昇降可能とされ、抵抗板6の大
きさが決まれば第3図に示すように抵抗板6と支
持装置9の底との距離Dを調整することにより粘
性抵抗を調整することができる。
この粘性抵抗は抵抗板6と支持装置9の底との
間の隙間に生ずる粘性せん断抵抗であり、粘性せ
ん断抵抗力(F)は、粘性流体の粘性係数(η)、粘
性流体を介して相対運動する二面の面積(A)、その
相対速度(V)にそれぞれ比例し、二面の隙間距
離(D)に反比例するもので、これを式で示せば次の
とおりである。
F∝η・A〔V/D〕n 減衰率に関しては上述の(2)式等により適当な値
が算定される。ただし、上述の(1)、(2)式は定常振
動に関しては効果が鋭敏であるのに対し、地震動
のような非定常振動ではそれほど鋭敏でないと考
えられ、わずかなずれはあまり問題とならない。
なお、この例では支持台2をフレーム10とレ
ール11とからなる支持装置9のレール11方向
に可動とし、フレーム10端部の立上り部との間
を両側各4本のコイルバネ3で連結し、フレーム
10内で水平横方向に振動できるようになつてい
る。支持台2の摺動に関してはこの他、ふつ素樹
脂板あるいはボールベアリング等のすべり材を介
して支持装置9内を摺動するような構造も考えら
れる。
第4図a〜cは加振装置Bの一例を示したもの
で、動吸振器本体Aの付加マスaに制御力として
の振動を与えるアクチユエーターfとして電磁式
のアクチユエーターを採用したものである。この
加振装置Bは磁石を固定し、N極とS極が平面ど
うしで向き合う狭い空間を形成する磁石支持体4
1と、前記空間を通るように巻いたコイル48を
支持し、前記空間における磁界の方向およびコイ
ル48を流れる電流方向に対し、直角方向に摺動
可能としたコイル支持体47とを有し、前記磁石
支持体41と前記コイル支持体47のいずれか一
方の動吸振器本体Aの付加マスaに固定する。他
方は付加マスaに加振力を与える際、反力をとる
ための子付加マスeとなる。そのため、子付加マ
スe側には必要に応じ所要量のマスを付け加え、
子付加マスe全体としての重量を調整する。
N極とS極が向き合う平面間において磁界の方
向は向き合う平面に対し直角の方向であり、コイ
ル支持体47のコイル48に電流を通すことによ
り、磁界の方向およびコイル48を流れる電流の
方向に対し、直角に電磁力が生じ、磁石支持体4
1とコイル支持体47が相対的に移動する。電磁
力の方向は左手の法則によつて与えられる。この
動きを振動センサーi等からのデーターを判断し
たコンピユーターで制御して、付加マスaと子付
加マスeとの間で相対運動を生じさせ、動吸振器
本体Aによる構造物bの振動減衰効果を高めるこ
とができる。
図示した例ではコイル支持体47をベースプレ
ート50を介して、上述の第2図a〜eに示した
動吸振器本体Aのマス1に固定し、磁石支持体4
1を子付加マスb側とする。なお、この場合、動
吸振器本体Aの付加マスaにはマス1、支持台2
および加振装置Bの重量が含まれることになる。
磁石支持体41は同じ極どうし(図ではN極どう
し)で向き合う上下一対の平板状の永久磁石4
2,43を所定の間隔をおいて固定するとともに
向き合う平板状の永久磁石42,43の間にそれ
ぞれの磁石42,43から同じ間隔に配置される
挿入部41′を有する金物からなる。一方、コイ
ル支持体47は磁石支持体41と接触することな
く両側から挟み込むように設けられ、相対的に水
平移動可能となつている。このコイル支持体47
には相対的な移動方向と直角な方向に磁石支持体
1の挿入部41′を取り巻くような形で、かつ磁
石支持体41の上下の磁石42,43と挿入部4
1′間の狭い空間においてこれらと接触すること
なくコイル48が巻いてあり、このコイル48に
電流を流すことにより、電磁力が生じ、磁石支持
体41との間に相対的な運動が生じる。
磁石支持体41の両端にはコイル支持体47お
よびコイル48が上下の磁石42,43および挿
入部41′と接することがないように、非磁性体
により電磁的に絶縁したエンドフレーム44,4
5を設け、相対的な移動方向に棒状のレール46
を支持させ、コイル支持体47の側部に設けたス
ライダー49をこのレール46に通し、相互の動
きのガイドとしてある。
また、コイル支持体47はこのスライダー49
とベースプレート50間をつなぐ取付治具51を
介してマス1に対し固定状態となつている。
運動の方向や加速度等はコイル48内を通る電
流の向きや大きさをコンピユーターで自動制御し
て変化させることができ、建物の振動を効果的に
減衰させるための最適な振動を動吸振器本体Aの
マス1(または付加マスa)に与えて、共振によ
る構造物bの大きな変形を抑制することができ
る。
なお、例えば第7図a〜eの動吸振器を利用す
る場合にも、この加振装置Bを第1付加マス21
または第2付加マス22の上面または側面にベー
スプレート50を介して取り付ければよい。
〔発明の効果〕 動吸振器本体に子付加マスを有する加振装置
を設け、子付加マスに反力をとつて動吸振器本
体の付加マスの動きを制御することにより、地
震等による揺れ始めの大きな振動外力に対して
も建物の振動を振動外力に応じた最適な条件で
減衰させることができ、建物の変形や損傷を効
果的に防止することができる。
揺れ始めのみならず、振動の途中において
も、また地震等の振動源がなくなつた後の自由
振動の状態においても減衰のスピード化に効果
が発揮できる。
既存の動吸振器にも加振装置の制御機構を組
み込むことができる。
コンピユーターにより制御することにより、
個々の地震特性に応じた最適な制御が可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の動吸振器の基本構造をモデ
ル化して示した説明図、第2図a,b,c,d,
eはそれぞれ動吸振器本体部分の一例を示す平面
図、抵抗板位置のバネ方向の縦断面図、レール位
置のレール方向の鉛直断面図、抵抗板位置のバネ
と直角方向の鉛直断面図、および水平断面図、第
3図は抵抗板の位置と粘性抵抗との関係を示す説
明図、第4図a,b,cはそれぞれ加振装置の一
例を示す正面図、水平断面図、および鉛直断面
図、第5図a,bはそれぞれ子付加マスの付加マ
スに対する相対的な動きを示す正面図および平面
図、第6図は従来の動吸振器をモデル化して示し
た説明図、第7図a,b,c,d,eはそれぞれ
従来例の斜視図、下段の水平断面図、Y方向の鉛
直断面図、上段の水平断面図、およびX方向の鉛
直断面図である。 A……動吸振器本体、B……加振装置、a……
付加マス、b……構造物、c……バネ、d……ダ
ンパー、e……子付加マス、f……アクチユエー
ター、g……バネ、h……制御装置、i……セン
サー、1……マス、2……支持台、3……バネ、
4……粘性流体槽、5……粘性流体、6……抵抗
板、7……ボルト、8……ナツト、9……支持装
置、10……フレーム、11……レール、12…
…レールガイド、13……補強リブ、41……磁
石支持体、41′……挿入部、42,43……磁
石、44,45……エンドフレーム、46……レ
ール、47……コイル支持体、48……コイル、
49……スライダー、50……ベースプレート、
51……取付治具。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 振動を制御しようとする構造物に所定のバネ
    定数を有するバネと所定の減衰性能を有するダン
    パーにより付加マスを結合してなる動吸振器にお
    いて、前記付加マスに対し、補助的な子付加マス
    を設け、前記子付加マスと前記付加マスとの間に
    介在させた加振装置により、前記子付加マスに反
    力をとつて、前記付加マスを加振可能としたこと
    を特徴とする能動制御型動吸振器。 2 加振装置は構造物の揺れを判断するコンピユ
    ーターによつて制御される特許請求の範囲第1項
    記載の能動制御型動吸振器。 3 加振装置は電磁式のアクチユエーターからな
    る特許請求の範囲第1項または第2項記載の能動
    制御型動吸振器。 4 加振装置は油圧式または電動式のアクチユエ
    ーターからなる特許請求の範囲第1項または第2
    項記載の能動制御型動吸振器。
JP30103786A 1986-12-17 1986-12-17 能動制御型動吸振器 Granted JPS63156171A (ja)

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