JPH04312683A - 可変プレストレス導入による構造物変形制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は搭状構造物、超高層建物
等の構造物変形制御装置に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】構造物に風荷重、地震外力が作用すると
構造物に揺れを生じる、図１０は搭状、高層構造物の変
形状態を示し、曲げ断変形、基礎の回転による回転変形
、せん断変形等がある。本発明は曲げ変形及び回転変形
が卓越する塔状構造物、超高層建物等の構造物の変形制
御装置に係るものである。

【０００３】而してこれら構造物に、地震荷重、風荷重
等の変動外力が作用すると、同構造物に揺れを生じる。 従来、これを低減するための各種機構が提案されており
、これらはいずれも液体の粘性減衰効果を振動の抑止力
として用いるもので、その特性上、振幅が小さいときに
は減衰効果も小さく、減衰されるエネルギは振幅の２乗
に比例している。（図８参照）図中ｐは小変形域、ｑは
大変形域を示し、変形抑止力ｆは変形δに比例している
。

【０００４】曲げ、回転変形を生じている構造物の引張
側にプレストレスＰ０　を導入した構造物変形制御機構
が提案されている。（図４参照）これは、曲げ・回転変
形は引張側柱の伸びと圧縮側柱の縮みによって生じるの
で、導入されたプレストレスＰ０　によって曲げ・回転
変形を減少せしめようとするものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前者の、構造物の架構
の一部に粘性減衰機構を設けた場合の復元力特性は、前
掲の図８に示すような模式図で表わされ、エネルギ消費
（減衰）は変形速度と変形振幅に比例し、変形速度は変
形振幅に比例するため、振幅減衰の効果が変形振幅の２
乗に比例して小さくなり、従って小さな変形領域では効
果が損なわれる。

【０００６】また後者の場合、図４に示す如く、引張側
の柱にプレストレスを作用させて構造物の曲げ、回転変
形を減少させた際、構造物の振動現象によって１／２周
期後には、この位置の柱は圧縮側柱となり、図５示すよ
うにこのままプレストレスを導入し続けると、かえって
構造物の曲げ、回転変形を増大させることとなる。本発
明は前記従来技術の有する問題点に鑑みて提案されたも
ので、その目的とする処は、構造物の鉛直方向に導入し
たプレストレス力の大きさを調節することによって、曲
げ、回転による変形を制御し、構造物全体の変形を制御
しうる構造物変形制御装置を提供する点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係るプレストレス導入による構造物変形制
御装置は、曲げ変形及び回転変形が卓越する構造物の軸
材の上下両端または部分的に亘って緊張材を接続してな
り、前記緊張材を介して構造物の変形を抑止する方向に
プレストレスを作用させるとともに、不要時には、同プ
レストレスを解放、または所要の値に低減させるように
構成されている。

【０００８】

【作用】本発明は前記したように構成されているので、
構造物材の軸材に引張力が作用し、且つ同軸材が伸びつ
つあるときのみ、同軸材の上下両端または部分的に配設
された緊張材によってプレストレスを導入して構造物の
変形を防止し、その他の場合には、前記プレストレスを
解放し、または所定の値に低減することによって、変形
、振幅によらず常に一定の減衰作用を与えることができ
る。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示し、構造物Ａの
両側の外側柱ａの各下端には出力可変ジヤツキＢが取付
けられ、同各ジヤツキＢに一端を接続された緊張材Ｔ、
Ｔ′の他端が前記柱ａの上端に接続されている。なお柱
ａがボツクス状、円筒型の場合は緊張材Ｔを同柱ａの内
部空間に設けることができる。

【００１０】而して図３（ａ）に示す如く、前記構造物
Ａにおける地震荷重、風荷重等によって曲げ、回転変形
を生じている構造物Ａの引張側の緊張材Ｔにプレストレ
スＰ０　を導入し、反対側の緊張材Ｔ′に導入したプレ
ストレスを解放、または一定値まで減少し、次いで構造
物Ａの振動現象によって１／２周期後は引張側の柱は圧
縮側柱となり、圧縮側の柱は引張側柱となるので図３（
ｂ）に示す如く緊張材Ｔ′にプレストレスＰ０　を導入
し、緊張材Ｔのプレストレスを解放、または一定値まで
減少し、以上の操作を曲げ、回転を受ける方向の両外側
柱で交互行なうことによって、このような制御を行なわ
ない場合に比して、構造物Ａの曲げ、回転変形を減少す
ることができる。これを復元力特性の形で模式的に表わ
すと図６のようになる。図６は柱に引張力が作用し、且
つ柱が伸びつつある場合のみプレストレスを導入し、そ
の他のプレストレスを解放した場合を示しているが、柱
に作用する力にかかわらず、柱が伸びつつある場合のみ
にプレストレスを導入し、その他の場合に解放すると図
７の如くなる。

【００１１】一方、構造物の架構の一部に粘性減衰機構
を組込んだ従来の場合は、その復元特性が図８に示す如
き模式図で表わされ、図９に示す本発明の変形制御装置
による復元特性図と顕著に相違する点は、従来技術にお
いてはエネルギ消費（減衰）は変形速度と変形振幅に比
例し、変形速度は変形振幅に比例するため、振動減衰の
効果が変形振幅の２乗に比例して小さくなるため小さな
変形領域では効果が損なわれるのに反し、本発明によれ
ば振幅減衰の効果が、変形振幅にのみ比例するため、小
変形の領域から大変形の領域まで有効に作用する点であ
る。また減衰の効果は図８、図９の斜線の面積で示され
るから同じ抵抗力（復元力）増加分に対して４／π倍の
減衰作用が期待できるという点でも有利である。

【００１２】図２は前記出力可変ジヤツキを模式的に示
したもので、基礎にアンカーボルトＣを介して固定され
たシリンダｂにピストンｃが可摺動的に嵌装され、同ピ
ストンｃのロツドに継手ｄを介して緊張材Ｔが連結され
、前記シリンダｂにおけるピストンｃの下部は空洞ｅ、
または自由に流出入する油室に形成され、ピストンｃの
上部にジヤツキ圧力室１が形成されている。前記シリン
ダｂには高圧側逆止弁２、低圧側逆止弁３、高圧側蓋圧
室４、低圧側蓋圧室５、高圧側逆止弁６、低圧力側逆止
弁７が油路８を介して接続されている。図中９は補助ポ
ンプ、１０は油タンクである。次にその作動を説明する
。 （イ）　　先ず補助ポンプ９を用いて高圧側蓋圧室４の
内圧をＰＨ　、低圧側蓋圧室５とシリンダｂ内のジヤツ
キ圧力室１の内圧をＰＬ　に高めておく。 （ロ）　　構造物Ａに地震荷重、風荷重によって曲げ、
回転変形が生じようとすると、緊張材Ｔにプレストレス
ＴＨ　が発生する。 （ハ）　　　更に変形が進行し、ジヤツキ圧力室１内の
圧力がＰＨ　＋ΔＰになると逆止弁６の作用でジヤツキ
圧力室１内の油圧は高圧蓄圧室４側へ解放され、常にＰ
〜ＰＨ　＋ΔＰの範囲に保たれる。従って緊張材Ｔの張
力もほぼ一定値ＴＨ　に保持される。高圧側蓄圧室４内
の圧力はＰ＞ＰＨ　＋ΔＰで開くように構成された解放
弁２で一定値に保持され、余分な油は低圧側蓄圧室５へ
排出される。 また同低圧側蓄圧室５内の圧力はＰ＞ＰＬ　＋ΔＰで開
かれるように構成された解放弁３によって一定値ＰＬ　
に保持され、余分な油は油タンク１０に排出される。（
ニ）而して構造物の変形が最大点に至ると構造物は復元
力によって逆方向に変形し始める。このときジヤツキ圧
力室１内は減圧されて負圧になろうとするが、逆止弁７
からの油の流入で低圧ＰＬ　に保持される。従って緊張
材Ｔには低プレストレスＴＬ　（ＴＬ　＜ＴＨ　でＴＬ
　は殆んど０に近い値）が作用することになる。（ニ）
低圧側蓄圧室５内の油は高圧側蓄圧室４と、不足する場
合は補助ポンプ９から補充される。

【００１３】ただし実際の構造物の曲げ、回転変形は必
らず引張側と圧縮側とが存在するので、作動中に（ホ）
に述べた補助ポンプ９の作動は殆んど必要がなくなる。 また風振動のように長時間持続する振動の場合には、何
回かの振動によって自然に圧力条件（ＰＨ　、ＰＬ　）
が成立するので、（イ）の段階において不足する油量を
補う以外は、補助ポンプ９は殆んど必要なくなる。

【００１４】

【発明の効果】本発明に係る構造物変形制御装置は前記
したように、曲げ変形及び回転変形が卓越する構造物の
軸材の上下両端または部分的に亘って緊張材を接続し、
同緊張材を介して構造物の変形を抑止する方向にプレス
トレスを作用させると同時に、不要時には同プレストレ
スを解放、または所望の値に低減させるようにしたこと
によって、簡単な機構で曲げ、回転変形の卓越する構造
物の振動を有効に低減することができ、またＴＭＤ等の
従来機構のように、建造物の上部に重量物を載架する必
要がなく、同従来機構のように長周期、大振幅の振動に
対しての設計上の制約がなく、どのような場合でも適用
可能である。

【００１５】更に粘性減衰機構を用いた制御装置は微小
振幅領域での効果が減少するが、本発明によればこのよ
うなことがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る可変プレストレス導入による構造
物変形制御装置の一実施例を示す立面図である。

【図２】出力可変ジヤツキ機構の模式図である。

【図３】構造物の曲げを受ける両側で交互にプレストレ
スを導入、解放する状態を示す説明図で（ａ）は左側の
柱に、（ｂ）は右側の柱にプレストレスを導入した場合
を示す。

【図４】引張側柱にプレストレスを作用させた状態を示
す説明図である。

【図５】圧縮側柱にプレストレスを作用させた状態を示
す説明図である。

【図６】柱に引張力が作用し、且つ柱が伸びつつある場
合のみプレストレスを導入し、その他の場合にはプレス
トレスを解放した場合の復元力特性図である。

【図７】柱に作用する力にかかわらず、柱が伸びる方向
に変形する場合にプレストレスを導入し、その他の場合
に解放した場合の復元力特性図である。

【図８】粘性減衰機構による復元特性図である。

【図９】本発明による復元特性図である。

【図１０】構造物の変形を示す説明図である。

【符号の説明】

Ａ　　　　構造物 Ｂ　　　　出力可変ジヤツキ Ｔ　　　　緊張材 Ｔ′　　緊張材 ａ　　　　外側柱

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　曲げ変形及び回転変形が卓越する構造
   物の軸材の上下両端または部分的に亘って緊張材を接続
   してなり、前記緊張材を介して構造物の変形を抑止する
   方向にプレストレスを作用させるとともに、不要時には
   、同プレストレスを解放、または所要の値に低減させる
   ように構成されたことを特徴とする可変プレストレス導
   入による構造物の変形制御装置。