JPH0530361U - 構造物の衝撃式制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】制振作用に優れ、種々の固有振動周期の構造物
に対して適用出来且つ簡単な構成の衝撃式制振装置を提
供する。 【構成】塔状構造物１の内部の上端近傍部に架台３を設
け、構造物１の左壁部１ａに硬質のクッション材７を固
着し、架台３の下端にリンク５を介して重錘６をクッシ
ョン材７に当接状に且つ左右方向に回動自在に吊設し、
重錘６の固有振動周期を構造物１の固有振動周期の約偶
数倍に設定し、構造物１が振動したときに、重錘６とク
ッション材７とが繰返し衝突することにより構造物１の
振動を減衰させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は構造物、特に塔状構造物の衝撃式制振装置に関する。

【０００２】

【従来技術】

長大吊橋の主塔、高層ビル、煙突、展望塔、各種鉄塔類又は塔状の機械装置な どは、その高さの割りに横断面の寸法が小さく比較的剛性が低いので、地震や風 の外力によって振動しやすい。 従来より、前記搭状構造物の振動を制振する技術として、（ａ）構造物の振動 を油圧ダンパで減衰させる油圧ダンパ方式の制振装置、（ｂ）構造物にスプリン グと油圧ダンパとを介して重錘を連結し、この重錘の固有振動数を構造物の固有 振動数に一致させた同調質量ダンパ方式の制振装置、（ｃ）構造物の上端から斜 め下方の地上へ張架したワイヤの下端の重錘を傾斜面上にスライド可能に配設し たスライディングブロック方式の制振装置、などが知られている。 前記油圧ダンパを用いた方式の制振装置では、油圧ダンパが経年変化により劣 化して性能が低下することから、油圧ダンパのメインテナンスが問題となり、ス ライディングブロック方式の制振装置では、装置が大型なものとなり且つ構造物 に対する汎用性に欠けるという問題がある。

【０００３】 そこで、最近では、構造物と重錘とを衝突させることによって、構造物の振動 を制振するようにした衝撃式制振装置が種々提案され実用化されている。 例えば、本願出願人の出願に係る実開平２−５６２５９号及び実開平２−５６ ２６０号には、構造物の上端に枠状の重錘をリンク（又はワイヤ）を介して吊設 してなる方式の制振装置が提案され、更に、本願出願人は前記制振装置の技術を 一層発展させた制振装置として、実願平２−２７６００号において、重錘の所定 の固有振動周期を構造物の固有振動周期の約２倍に設定することにより、制振効 果を著しく向上させた制振装置を提案した。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

前記本願出願人の出願（実願平２−２７６００号）に係る制振装置においては 、重錘の固有振動周期をＴ、重錘を吊設するリンクの長さをＬ、重力加速度をＧ とすると、Ｔ＝２π（Ｌ／Ｇ）^1/2 となり、重錘の固有振動周期Ｔはリンクの長 さＬで決定され、従って、リンクの長さＬを調整するだけで重錘の固有振動周期 Ｔを構造物の固有振動周期の約２倍に簡単に設定することができ、高い制振効果 を得ることが出来る。 構造物の固有振動周期が短い場合にはそれに応じてリンクの長さＬを短くして 重錘の固有振動周期Ｔを構造物の固有振動周期の約２倍に設定すればよいが、し かしながら、構造物の固有振動周期が著しく短い場合に、それに応じてリンクの 長さＬを極端に短くすると、リンクと重錘からなる振り子が機能しなくなるとい う問題がある。その対策として、バネ部材を用いることによりリンクの長さＬを 極端に短くすることなく重錘の固有振動周期を構造物の固有振動周期の約２倍に 設定することが考えられるが、その場合制振装置の構成が複雑化するとともに、 構造物の固有振動周期が短くなるに従ってバネ部材のバネ定数の設定などバネ設 計が困難になるという問題がある。

【０００５】 本考案の目的は、制振作用に優れ、種々の固有振動周期の構造物に対して適用 出来且つ簡単な構成の衝撃式制振装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案に係る構造物の衝撃式制振装置は、構造物の振動に応動して振動する重 錘を構造物に衝突させることにより、構造物の振動を制振するようにした衝撃式 制振装置において、前記重錘は所定の固有振動周期で構造物の振動方向と同方向 へ振動するように構造物又は構造物に結合された架構に衝突可能に付設され、前 記重錘の所定の固有振動周期は構造物の固有振動周期の約偶数倍に設定されたも のである。 前記重錘の構造物への設置位置は構造物の振動振幅の大きいところ（振幅モー ドの腹の近辺）にするのが、制振効果を高める上で有効である。構造物に結合さ れた架構は、重錘と構造物の衝突による衝撃力が直接構造物に作用し、構造物が 損傷するのを防ぐ目的で設けるもので、衝撃力を一度架構にて受け止めた後、衝 撃力を分散して構造物に伝える。

【０００７】

【作用】

本考案に係る構造物の衝撃式制振装置においては、風や地震荷重などの励振力 により構造物がその固有振動数で振動するとき、重錘は構造物の振動に応動して 重錘の固有振動周期で振動し、重錘が構造物又は構造物に結合された架構に繰返 し衝突して構造物の振動が制振される。 前記重錘の質量は構造物の質量よりも格段に小さいので、重錘と構造物との衝 突後、重錘は構造物で弾き飛ばされて重錘は構造物と同方向へ移動することにな るが、重錘の固有振動周期を構造物の固有振動周期の約２ｎ（偶数）倍（ｎ＝１ 、２、３、・・・）に設定されているので、重錘が構造物との衝突後１／２サイ クル振動する間に構造物がｎサイクル振動し、次回の衝突の際（重錘が１／２サ イクル振動したとき）、重錘と構造物とは相互に逆向きの方向へ大きな速度で移 動しながら衝突することになる。以降、同様に前記のような衝突パターンを繰返 すことになるので、制振装置の制振作用が著しく向上する。

【０００８】 加えて、重錘の固有振動周期を構造物の固有振動周期に対していずれの約偶数 倍に設定した場合にも同様な制振作用が得られるので、種々の固有振動周期の構 造物に対して重錘の固有振動周期を適切な約偶数倍に設定することにより、振り 子として機能し得る適切な長さのリンクを用いることが出来るので、バネ部材を 用いて重錘の固有振動周期を設定する必要がなく、制振装置の構成が複雑化する ことがない。更に、バネ部材を用いて重錘の固有振動周期を設定する必要が生じ た場合でも、バネ定数の小さなバネ部材を用いて重錘の固有振動周期を所定周期 に設定出来るので、バネ設計を簡単化することが出来る。

【０００９】

【考案の効果】

本考案に係る構造物の衝撃式制振装置によれば以上作用の項で説明したように 、重錘の固有振動周期を構造物の固有振動周期の約偶数倍に設定したことにより 、衝撃式制振装置の制振作用を著しく高めることが出来る。 更に、種々の固有振動周期の構造物に対して重錘の固有振動周期を適切な約偶 数倍に設定することにより、振り子として機能し得る適切な長さのリンクを用い ることができるので、バネ部材を用いて重錘の固有振動周期を設定する必要がな く、制振装置の構成が複雑化することがない。また、バネ部材を用いて重錘の固 有振動周期を設定する必要が生じた場合でも、バネ定数の小さなバネ部材を用い て重錘の固有振動周期を所定周期に設定出来るので、バネ設計を簡単化すること が出来る。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案の実施例について図面に基いて説明する。 本実施例は、高さの高い塔状構造物の為の衝撃式制振装置（以下、ＩＭＤと略 称する）に本考案を適用した場合の一例である。 図１に示すように、紙面直交方向に吹く風のカルマン渦列の作用で矢印Ａ方向 に振動する塔状構造物１の内部の上端近傍部にＩＭＤ２が付設されている。 前記ＩＭＤ２について説明すると、塔状構造物１の左壁部１ａと右壁部１ｂの 上端近傍部には架台３が設けられ、架台３の下端の左部には支持具４が固着され 、支持具４にはリンク５が左右方向に回動自在に連結され、リンク５の下端には 重錘６が固着されており、搭状構造物１の左壁部１ａの上部には、硬質ゴム製の クッション材７が固着されていて、重錘６とクッション材７とが衝突するように なっている。 搭状構造物１が振動していないときには、重錘６はクッション材７と当接して いるか又は僅かな間隔で対向している。また、右壁部１ｂには、重錘６の振幅が 大きくなった場合に、重錘６が右壁部１ｂを直撃しないように、ゴム製のストッ パ部材８が固着されている。 搭状構造物１は特定の風速のときにカルマン渦列による励振力と共振してその 固有振動周期Ｔ₀ で矢印Ａ方向へ振動する。重錘６は振動する塔状構造物１と衝 突して左右方向に振動するが、Ｔ＝２π（Ｌ／Ｇ）^1/2 に基いて重錘６の固有振 動周期Ｔが塔状構造物１の固有振動周期Ｔ₀ の約２倍となるようにリンク５の長 さＬが設定されている。

【００１１】 次に、前記ＩＭＤ２の作用について図２に基いて説明する。 塔状構造物１の振動が始まり、塔状構造物１が実線Ｋで示すように右方に揺動 すると、クッション材７を介して重錘６は鎖線Ｗで示すように右方に弾きとばさ れて右方に移動する（ステップ１）。その後、塔状構造物１は最大振幅位置を経 て中立位置へ戻りはじめるが、重錘６は右方へ移動し続ける（ステップ２）。そ の後、搭状構造物１は中立位置を通過して左方に揺動し、最大振幅位置を経て中 立位置へ向かうが、このとき重錘６は最大振幅位置を経て中立位置へ向かって移 動する。そして、このとき塔状構造物１の移動方向と重錘６の移動方向とは正反 対になっている（ステップ３）。このステップ３の直後、重錘６とクッション材 ７とは中立位置において相対向的に衝突する。この衝突時、搭状構造物１の移動 速度と重錘６の移動速度は夫々最大で移動速度が正反対であるから、重錘６の運 動エネルギーが搭状構造物１の振動を減衰させるのに有効に作用する。 前記中立位置における衝突後、重錘６は再び右方へ弾きとばされ、その後、前 記同様の衝突サイクルが繰返され搭状構造物１の振動が減衰していくことになる 。

【００１２】 更に、重錘６の固有振動周期Ｔを塔状構造物１の固有振動周期Ｔ₀ の約２倍以 外の任意の約偶数倍に設定しても前記同様に塔状構造物１の振動を減衰させるこ とができる。即ち、例えば、重錘６の固有振動周期Ｔを塔状構造物１の固有振動 周期Ｔ₀ の約４倍に設定した場合には、図３に示すように、重錘６が塔状構造物 １に弾きとばされた後、重錘６が破線Ｗ１で示したように固有振動周期Ｔの１／ ２サイクル振動する間、塔状構造物１は実線Ｋ１で示したように２サイクル振動 し、重錘６が１／２サイクル振動した直後、重錘６とクッション材７とは中立位 置において相対向的に衝突する。以降、前記同様に重錘６とクッション材７とが 衝突を繰返すことにより、塔状構造物１の振動が減衰される。

【００１３】 同様に、重錘６の固有振動周期Ｔを塔状構造物１の固有振動周期Ｔ₀ の約２ｎ 倍（ｎ＝３、４、・・・）に設定した場合には、重錘６が塔状構造物１に弾きと ばされた後、重錘６が固有振動周囲Ｔの１／２サイクル振動する間、塔状構造物 １はｎサイクル振動し、重錘６が１／２サイクル振動した直後、重錘６とクッシ ョン材７とは中立位置において相対向的に衝突する。以降、前記同様に重錘６と クッション材７とが衝突を繰返すことにより、塔状構造物１の振動が減衰される 。 重錘６の固有振動周期Ｔを構造物１の固有振動周期Ｔ₀ の約２倍に設定した場 合と同様に、約２倍以外のいずれの約偶数倍に設定した場合にも同様な制振作用 が得られるので、構造物１の固有振動周期Ｔ₀ が著しく短い場合においても、重 錘６の固有振動周期Ｔを構造物１の固有振動周期Ｔ₀ の約２倍以外の適切な約偶 数倍に設定することにより、リンク５の長さＬを極端に短くすることなく構造物 １の振動を制振することが出来、リンク５の長さＬを短くすることによるリンク ５と重錘６からなる振り子の機構的な制約を解消することが出来る。また、ほと んどの場合、バネ部材を用いて重錘６の固有振動周期Ｔを調整することを回避で きるので、ＩＭＤ２の構成が複雑化することがなくなるうえ、ＩＭＤ２を容易に 設計することが出来る。

【００１４】 前記実施例の変形例として、本変形例のＩＭＤ２Ａは、図４に示すように、塔 状構造物１Ａの固有振動周期Ｔ₀ が極端に短く又構造物１Ａの構造上リンク５Ａ の長さを長くするのに限度がある場合に、リンク５Ａの長さを限度内に長く設定 したうえ、構造物１Ａの左壁部１ａとリンク５Ａとにバネ部材９を介設し、バネ 部材９のバネ定数により重錘６Ａの固有振動周期Ｔを構造物１Ａの固有振動数Ｔ ₀ の約２倍となるように設定したものである。 この場合、リンク５Ａの長さで重錘６Ａの固有振動周期Ｔを構造物１Ａの固有 振動周期Ｔ₀ の約２倍となるように略設定できるので、バネ定数の小さなバネ部 材９で微調整して重錘６Ａの固有振動周期Ｔを所定周期に設定出来、バネ部材９ のバネ定数の設定などのバネ設計を簡単化することが出来る。

【００１５】 〔第１別実施例〕 本実施例の衝撃式制振装置（以下ＩＭＤ２Ｂと略称する）は、長大吊橋の主塔 の為の制振装置である。 図５に示すように、主塔１０の上端の左端部には１対のブラケット１１がまた 主塔１０の上端の右端部には１対のブラケット１２が夫々固着され、各ブラケッ ト１１・１２には所定長さＬのワイヤ１３が連結され、これら４本のワイヤ１３ の下端に枠状の重錘１５が吊設されている。 重錘１５は主塔１０の外側を囲繞する状態に配設され、主塔１０が振動してい ないときに、重錘１５の左側枠部１５ａは主塔１０の左側面に固定されたクッシ ョン材（図示略）に常時当接状に配設され、また重錘１５の右側枠部１５ｂは主 塔１０の右側面との間に十分な間隔を空けるように配設され、主塔１０と重錘１ ５とが振動しても重錘１５の右側枠部１５ｂと主塔１０とは衝突せず、重錘１５ の左側枠部１５ａだけが主塔１０と衝突するようになっている。 主塔１０は特定の風速のときにカルマン渦列による励振力と共振してその固有 振動周期Ｔ₀ で矢印Ｂ方向に振動する。重錘１５は主塔１０と衝突して左右方向 に振動するが、このように振動する重錘１５の固有振動周期Ｔはワイヤ１３の長 さをＬとして、Ｔ＝２π（Ｌ／Ｇ）^1/2 により決定され、この固有振動周期Ｔが 主塔１０の固有振動周期Ｔ₀ の約２倍となるようにワイヤ１３の長さＬを調整し て設定されている。尚、ＩＭＤ２Ｂの作用は前記ＩＭＤ２の作用と同様なので省 略する。

【００１６】 〔第２別実施例〕 本実施例の衝撃式制振装置（以下、ＩＭＤ２Ｃと略称する）は、塔状構造物の 上端に設けたものである。 図６に示すように、塔状構造物１Ｃは、前記実施例と同様に特定の風速のとき のカルマン渦列による励振力に同調して矢印Ｃ方向に振動する。 ＩＭＤ２Ｃについて説明すると、構造物１Ｃの上端にクッション材２０を介し てフレーム２１が固定され、フレーム２１は少なくとも底壁部２１ａと右側壁部 ２１ｂと左側壁部２１ｃとを備え、フレーム２１の底壁部２１ａ上には底壁部２ １ａ上を左右方向に転動可能な支持輪付の重錘２５が配設され、フレーム２１の 右側壁部２１ｂの内面には硬質のクッション材２６が設けられ、フレーム２１の 左側壁部２１ｃと重錘２５の左端部間に圧縮コイルバネ２７が装着され、コイル バネ２７の左端は左側壁部２１ｃにまた右端は重錘２５に夫々連結され、構造物 １Ｃ及び重錘２５が左右方向に振動していない状態において重錘２５はクッショ ン材２６に当接し、その状態でコイルバネ２７の伸縮量略零となる。尚、符号１ ２ｄは重錘２５とクッション材２６との衝突による発生音を閉じ込める為の蓋部 材である。 ＩＭＤ２Ｃの重錘２５の固有振動周期Ｔは、ｍを支持輪を含む重錘２５の質量 、ｋをコイルバネ２７のバネ定数として、Ｔ＝２π（ｍ／ｋ）^1/2 により決定さ れ、前記ｍ、ｋを適切に設定することにより、固有振動周期Ｔが構造物１Ｃの固 有振動周期Ｔ₀ の約２倍となるように設定されている。尚、ＩＭＤ２Ｃの作用は 前記ＩＭＤ２の作用と同様なので省略する。 尚、ＩＭＤ２Ｂの重錘１５の固有振動周期Ｔ及びＩＭＤ２Ａ・２Ｃの重錘６Ａ ・２５の固有振動周期Ｔを夫々主塔１０及び構造物１Ａ・１Ｃの固有振動周期Ｔ ₀ の約２倍以外の適切な約偶数倍に設定することも有り得る。また、前記ＩＭＤ ２・２Ａを夫々構造物１・１Ａの左壁部１ａ又は右壁部１ｂの外側にフレームを 介して設けるようにすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】衝撃式制振装置の正面図である。

【図２】塔状構造物と制振装置の作動説明図である。

【図３】重錘の固有振動周期を塔状構造物の固有振動周
期の約４倍に設定したときの重錘と構造物との衝突の説
明図である。

【図４】変形例に係る制振装置の正面図である。

【図５】第１別実施例に係る制振装置の正面図である。

【図６】第２別実施例に係る制振装置の正面図である。

【符号の説明】

１・１Ａ・１Ｃ 塔状構造物 ２・２Ａ・２Ｂ・２Ｃ 衝撃式制振装置 ６・６Ａ・１５・２５ 重錘 １０ 主塔

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】構造物の振動に応動して振動する重錘を構
   造物に衝突させることにより、構造物の振動を制振する
   ようにした衝撃式制振装置において、 前記重錘は所定の固有振動周期で構造物の振動方向と同
   方向へ振動するように構造物又は構造物に結合された架
   構に衝突可能に付設され、 前記重錘の所定の固有振動周期は構造物の固有振動周期
   の約偶数倍に設定されていることを特徴とする構造物の
   衝撃式制振装置。