JPH042171Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、物体に動荷重あるいは地震や風等の
外力によつて引き起こされる振動を抑制するよう
にした、振動抑制装置に関する。

〔従来の技術〕

物体、例えば構造物等を外力によつて引き起こ
される振動から守るにあたり、従来から、その物
体を剛構造ととすることにより振動に耐え得るよ
うにした耐振といつた概念があるが、最近では、
物体を例えば積層ゴム等を使用した緩衝器により
支持し、これによつて物体を免震するといつた概
念が生み出され、これを利用した免震機構も実際
にいくつか出現している。さらに、この免震に加
え、物体に振動が発生したときに、その振動を抑
えるようにした、いわば制振装置といつたものも
出現している。

第６図に示すものは、本出願人が既に発明、出
願した制振装置（特願昭62−13367号（特開昭63
−181867号「公報構造物の振動抑制装置」）の一
例である。この制振装置（振動抑制装置）１は、
液体２で満たされた箱状のケーシング３内に、構
造物４の固有振動周期と同一の振動周期でかつ該
構造物４の固有振動と所要の位相差を伴つて振動
する錘りブロツク５が弾性部材６を介して取り付
けられていることを特徴とするものである。この
振動抑制装置１によれば、前記液体２の粘性係
数、および、弾性部材６の弾性係数を適宜設定す
ることが可能であり、例えば、錘りブロツク５の
振動を、構造物４の振動に対し所要の位相差を伴
うものとすれば、錘りブロツク５は構造物４の振
動をちようど打ち消すように振動しそれを抑制す
るものである。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところで、上記従来の振動抑制装置１は、上記
作用に加え、）極めて簡単な構造でもつてその
作用を発揮できローコスト化を実現する、）一
つの装置を小型のものとしてそれら複数個を構造
物の所定の位置に分散させ設置することにより構
造物のある一箇所における集中荷重を回避させる
ことが容易にできる、）弾性部材６を水平方向
に配して錘りブロツク５の側面に取り付けると共
に錘りブロツク５の下部を摺動可能に支持するこ
とにより、水平方向の振動に対処した制振装置と
することができる、などといつた効果を奏するも
のであるが、上下振動あるいは水平振動の一方の
みの制振効果しか発揮することができず、両方向
の制振効果を得るためには、それらそれぞれの制
振効果をもつた装置を別々に設置しなければなら
ないといつた不都合があつた。

本考案は上記の事情に鑑みてなされたもので、
前記従来の振動抑制装置１が持つ効果を奏し得る
ことは勿論、一装置で上下・水平の両方向の制振
効果を発揮できる振動抑制装置を提供することを
目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案に係る振動抑制装置は、第１の振動系と
該第１の振動系を錘りとした第２の振動系とで構
成され、前記第１の振動系は、密封されたタンク
と該タンク内部に貯留されて前記物体の水平方向
の固有振動周期と同一振動周期でかつ前記水平方
向の固有振動と所要位相差を伴つて振動する第１
の液体とからなり、前記第２の振動系は、第２の
液体で満たされた箱状のケーシング内に前記第１
の振動系を、前記物体の上下方向の固有振動周期
と同一振動周期でかつ前記上下方向の固有振動と
所要の位相差を伴つて振動するように弾性部材を
介して取り付けてなることを特徴とするものであ
る。

〔作用〕

第１の振動系により物体の水平方向の振動を抑
制すると共に、第２の振動系により物体の上下方
向の振動を抑制することができる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図面を参照しながら説
明する。

第１図ないし第３図は本考案の一実施例で、本
考案に係る振動抑制装置を構造物（物体）の一つ
である吊橋に適用した例を示すものである。

第１図において全体として符号１０で示すもの
が吊橋である。吊橋１０の路面を形成するコンク
リート床版１１はトラス梁等の構造体１２に支持
されている。前記構造体１２の下部には、該構造
体１２の両端部に位置してかつ吊橋１０の長さ方
向に一定の間隔で、本考案に係る振動抑制装置１
５が複数個取り付けられている。

第２図は前記振動抑制装置１５を拡大して示す
正面断面図、第３図は第２図の平面断面図を示し
ている。前記振動抑制装置１５は、内部に水等の
第１の液体１６を貯留してなる密封された直方体
形のタンク１７をほぼ中心として構成される。前
記タンク１７は、その内部を仕切板により上下２
層にかつ縦横に分割されており、これによりほぼ
同容積の部屋１８が複数個形成された構成となつ
ている。前記第１の液体１６はこれら部屋１８の
それぞれに貯留されている。そして、これらタン
ク１７と第１の液体１６とは、後述する作用によ
り振動系（第１の振動系）４０を構成するものと
なつている。

さらに、タンク１７は、このタンク１７より充
分大きく形成されたケーシング２０内に収められ
ている。前記ケーシング２０内には、前記タンク
１７を貫通してケーシング２０の上下方向に垂直
に延びる４本のガイドロツド２１が設けられてお
り、これによりタンク１７はこれらのガイドロツ
ド２１に沿つた上下摺動が可能となつている。さ
らに、ガイドロツド２１には、ばね等の弾撥器
（弾性部材）２２が、タンク１７とケーシング２
０との間に介在する形態に外装されている。すな
わち、これらタンク１７と第１の液体１６とから
なる第１の振動系４０は、上下方向の外力が加え
られた時にケーシング２０内で上下方向に振動す
るような構成となつているわけである。ここにお
いて、タンク１７の重量を加えた前記第１の液体
１６の総重量は吊橋１０の総重量の数パーセント
とすることが望ましい。

前記ケーシング２０は、タンク１７と同様、直
方体形に形成されており、かつその内部には第２
の液体２５が液密に満たされている。そして、前
記第１の液体１６およびタンク１７により構成さ
れる第１の振動系４０と、ケーシング２０と、弾
撥器２２と、第２の液体２５とにより第２の振動
系５０が構成されている。

次に、前記第１の振動系４０の作用について述
べれば、これは、本出願人が既に発明・出願した
振動抑制装置（特願昭61−281184号（特開昭63−
134701号）「吊り橋の振動抑制装置」）に準ずるも
ので、この振動系４０と前記吊橋１０とは、第４
図に示す振動モデルに近似した振動特性を呈す
る。

すなわちこの振動モデルは、ばね定数κ₁のばね
２６ａに質量M₁の物体２８ａ（吊橋１０）を支持
させるとともに粘性率η₁のダツシユポツト２７ａ
を付加するようにした振動系Ａ（吊橋１０の水平
振動モデル）と、ばね定数κ₂のばね２６ｂに質量
M₂の物体２８ｂ（第１の液体１６）を支持させる
とともに粘性率η₂のダツシユポツト２７ｂを付加
するようにした振動系Ｂ（第１の振動系の振動モ
デル）とを直列に接続した振動系とから構成され
ている。いわゆる粘弾性の概念におけるフオーク
ト（Voigt）モデルが２個直列に接続されたもの
に近似する。

そして、このような振動モデルにおいて、物体
２８ａに加わる横方向の外力によつて振動系Ａが
横方向の振動を開始すると、振動系Ｂは1/4周期
の位相差をもつて振動を開始するから、振動系
Ａ，Ｂの振動周期を一致させることにより振動系
Ａの水平方向の振動を抑制することができる。

また、吊橋１０の横方向の振動周期T₁は、構
造設計上の見地から定められた質量M₁およびば
ね定数κ₁により一義的に定まるから、タンク１７
に貯留された第１の液体１６の振動周期T₂が前
記T₁に一致するように、タンク１７（部屋１８）
の寸法および容量を設定すればよい。この部屋１
８内に貯留された第１の液体１６の挙動は次のよ
うにして解析できる。

外部から付与される振動の変位領域で卓越してい
る周波数成分に貯槽内の第１の液体が共振して、
その自由液面が大振幅の振動を起こすことをスロ
ツシング現象と言うが、このスロツシングの第ｊ
次の固有振動周期Tjと第ｊ次の固有振動周期ωj
との関係は、次式で表される。

Tj＝2π／ωj …(1) そして、前記(1)式において、Ｈを第１の液体の
貯留深さ、ｇを重力加速度とすると、前記ωjは
次式で与えられる量である。

ωj＝√・・（・） …(2) さらに、前記(1)式におけるKjは、部屋１８の
幅を2aとすれば、次式で与えられる。

Kj＝（2j−１）π／2a …(3) 従つて、以上示した(1)〜(3)式からスロツシング
の固有振動周期Tj求めることができ、特に、前
述した振動抑制のためには、第１次のスロツシン
グにおける固有振動周期を用いればよい。

そして、さらに、第１の液体１６の有効質量
M₂と吊橋１０の総重量M₁とり比率、M₂／M₁
を、 M₂／M₁＝１／50〜１／100 …(4) に設定すれば、有効な振動抑制効果が発揮される
ことがシミユレーシヨンにより判明している（前
記、特願昭61−281184号明細書に記載）。

次に、前記第２の振動系５０は、次に述べる理
論および手段に従つて、前記第１の振動系４０の
上下方向の振動周期が吊橋１０の上下振動周期と
同一となるように設定されている。

すなわちこの振動モデルは、第５図に示す如
く、ばね定数κ₃のばね２９ａに質量M₁の物体２
８ａ（吊橋１０）を支持させるとともに粘性率η₃
のダツシユポツト３０ａを付加するようにした振
動系Ｃ（吊橋１０の上下振動モデル）と、ばね定
数κ₄のばね２９ｂに質量M₃の物体２８ｃ（第１の
振動系４０）を支持させるとともに粘性率η₄のダ
ツシユポツト３０ｂを付加するようにした振動系
Ｄ（第２の振動系の振動モデル）とを直列に接続
した振動系にモデル化することができる。

そして、このような振動モデルにおいて物体２
８ａに加わる上下方向の外力によつて振動系Ｃが
振動を開始すると、振動系Ｄはある位相差をもつ
て振動を開始する。

ところで、振動系の振動周期は、 で与えられ、また、吊橋１０の上下方向の振動周
期T₃は構造上の見地から定められた質量M₁およ
びばね定数κ₃により一義的に定まるから、第１の
振動系４０の上下振動周期T₄を前記T₃に一致さ
せるべく前記ばね定数κ₄を設定して両者を一致さ
せるようにしているわけである。さらに、第１の
振動系４０の上下振動周期T₄の吊橋１０の上下
振動周期T₃に対する位相差は、前記ダツシユポ
ツト３０ｂの粘性率η₄によるから、前記T₃とT₄
との位相差が1/4周期となるように前記第２の液
体２５の粘性率η₄の値を設定してある。

これにより、吊橋１０が外力によつて上下振動
を引き起こされた場合には、第１の振動系４０が
吊橋１０と同じ周期で、かつ1/4周期の位相差を
もつて第２の液体２５中で上下振動し、吊橋１０
の上下振動を効果的に抑制することができる。こ
こで、第２の液体２５としては一般にグリス、オ
イル等の粘性流体が用いられるが、粘性率η₄との
関係から、前記第１の液体１６と同一のものとな
る場合もある。

以上述べたように、前記振動抑制装置１５によ
れば、物体（吊橋１０）の横方向の振動および上
下方向の振動を一つの装置で抑制することができ
る。しかも、横方向の振動抑制効果に作用する第
１の振動系４０については、タンク１７（部屋１
８）の寸法、第１の液体１６の貯留深さ等を適宜
設定することにより、また、上下方向の振動抑制
効果に作用する第２の振動系５０については、弾
撥器２２の弾性係数、第２の液体２５の粘性係
数、錘りとなる前記第１の振動系４０の総重量を
適宜設定することにより、第１の振動系４０と第
２の振動系５０とのそれぞれを、振動抑制の対象
となる物体（実施例では前記吊橋１０）に応じた
振動周期および該振動周期と所要位相差を伴つた
振動を生ずるものとすることができる。

なお、上記実施例では、タンク１７およびケー
シング２０の形状を直方体形のものとしている
が、本考案に係る装置の形状はこれに限定される
ものでなく、例えば前記タンク１７あるいはケー
シング２０を断面円形なるものとしてもよい。さ
らに、第１の振動系４０を構成する第１の液体１
６として一般には水が使用されるがオイル等を使
用してもよく、その場合には、粘性抵抗に起因す
る振動減衰率を調整することも可能となる。ま
た、本実施例では前記振動抑制装置１５を吊橋に
適用したものとしているが、本考案に係る振動抑
制装置が付設される物体は無論これに限定される
ものではなく、例えば人の歩行によつて共振現象
を生じるような歩道橋、あるいは道路、一般建築
物、さらには輸送車両等に適用してもよい。

〔考案の効果〕 以上説明したとおり本考案に係る振動抑制装置
は、第１の振動系と該第１の振動系を錘りとした
第２の振動系とで構成され、前記第１の振動系
は、密封されたタンクと該タンク内部に貯留され
て前記物体の水平方向の固有振動周期と同一振動
周期でかつ前記水平方向の固有振動と所要位相差
を伴つて振動する第１の液体とからなり、前記第
２の振動系は、第２の液体で満たされた箱状のケ
ーシング内に前記第１の振動系を、前記物体の上
下方向の固有振動周期と同一振動周期でかつ前記
上下方向の固有振動と所要の位相差を伴つて振動
するように弾性部材を介して取り付けたものであ
るから、物体の横方向の振動および上下方向の振
動を一つの装置で極めて効果的に抑制することが
できる。しかも、横方向の振動抑制効果は、第１
の振動系を構成するタンク（部屋）の寸法、第１
の液体の貯留深さ等を適宜設定することにより、
また、上下方向の振動抑制効果は、第２の振動系
を構成する弾性部材の弾性係数、第２の液体の粘
性係数、前記第１の振動係数の総重量を適宜設定
することにより、それぞれ振動抑制対象となる物
体に応じたものに調整することが容易に可能であ
る、等の優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例である振動抑制装置
を、これが付設された吊橋と共に示す正面断面
図、第２図は同振動抑制装置をこれが付設される
構造体の一部と共に拡大して示す正面断面図、第
３図は第２図の平面断面図、第４図は第１の振動
系の作用を説明するためのもので、本考案に係る
振動抑制装置が付設された物体の水平方向の振動
モデルを示す該略図、第５図は第２の振動系の作
用を説明するためのもので、同物体の上下方向の
振動モデルを示す該略図、第６図は従来例を示す
正面断面図である。 １０……吊橋（物体）、１５……振動抑制装置、
１６……第１の液体、１７……タンク、２２……
弾撥器（弾性部材）、２５……第２の液体、４０
……第１の振動系、５０……第２の振動系。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 外力によつて引き起こされる物体の振動を抑制
   する振動抑制装置において、第１の振動系と該第
   １の振動系を錘りとした第２の振動系とで構成さ
   れ、前記第１の振動系は、密封されたタンクと該
   タンク内部に貯留されて前記物体の水平方向の固
   有振動周期と同一振動周期でかつ前記水平方向の
   固有振動と所要位相差を伴つて振動する第１の液
   体とからなり、前記第２の振動系は、第２の液体
   で満たされた箱状のケーシング内に前記第１の振
   動系を、前記物体の上下方向の固有振動周期と同
   一振動周期でかつ前記上下方向の固有振動と所要
   の位相差を伴つて振動するように弾性部材を介し
   て取り付けてなることを特徴とする振動抑制装
   置。