JPH0552059A - 構造物の振動制御装置 - Google Patents
構造物の振動制御装置Info
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- JPH0552059A JPH0552059A JP21176391A JP21176391A JPH0552059A JP H0552059 A JPH0552059 A JP H0552059A JP 21176391 A JP21176391 A JP 21176391A JP 21176391 A JP21176391 A JP 21176391A JP H0552059 A JPH0552059 A JP H0552059A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小さな制御力、付加質量体で、大きな制御効
果を発揮する振動制御装置を提供する。 【構成】 構造物の大梁１間に渡した梁２に対して所定
質量の付加質量体１１を吊り支持し、構造物の固有周期
と同調する振り子を形成する。吊材１２は梁２に固定し
た滑車１４と付加質量体１１側に固定した滑車１５間に
掛け渡した複数のワイヤーであり、付加質量体１１側の
滑車１５の固定部１６の選択により吊り長さＬの粗調整
を行なう。また、吊材１２の中間にはターンバックル１
７を設け、吊り長さＬの微調整を行う。地震等により構
造物が振動するとき、付加質量体１１に構造物の応答に
応じた制御力を与えることにより、構造物の振動を抑制
する。
果を発揮する振動制御装置を提供する。 【構成】 構造物の大梁１間に渡した梁２に対して所定
質量の付加質量体１１を吊り支持し、構造物の固有周期
と同調する振り子を形成する。吊材１２は梁２に固定し
た滑車１４と付加質量体１１側に固定した滑車１５間に
掛け渡した複数のワイヤーであり、付加質量体１１側の
滑車１５の固定部１６の選択により吊り長さＬの粗調整
を行なう。また、吊材１２の中間にはターンバックル１
７を設け、吊り長さＬの微調整を行う。地震等により構
造物が振動するとき、付加質量体１１に構造物の応答に
応じた制御力を与えることにより、構造物の振動を抑制
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は制御力を加えることによ
り地震や風等の振動外力による構造物の応答を低減する
能動型振動制御装置に関するものである。
り地震や風等の振動外力による構造物の応答を低減する
能動型振動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】受動型の振動制御装置としては、ダイナ
ミックダンパー（以下、ＤＤという）があり、構造物に
適用したものとしては、例えば特開昭６３−７６９３２
号公報や特開昭６３−１１４７７３号公報に記載された
もの等がある。
ミックダンパー（以下、ＤＤという）があり、構造物に
適用したものとしては、例えば特開昭６３−７６９３２
号公報や特開昭６３−１１４７７３号公報に記載された
もの等がある。
【０００３】図１４は構造物に適用されるＤＤの振動モ
デルを示したものであり、図中、ｍ1 は主振動系を構成
する構造物の質量、ｍd は吸振系を構成する付加質量体
の質量である。また、ｋ1 は構造物本体のバネ定数であ
り、質量ｍ1 の構造物本体と質量ｍd の付加質量体と
が、バネ定数ｋd のバネと、減衰係数ｃd のダンパーで
連結されている。ｘ1 は構造物の変位、ｘd は重りの変
位を表す。
デルを示したものであり、図中、ｍ1 は主振動系を構成
する構造物の質量、ｍd は吸振系を構成する付加質量体
の質量である。また、ｋ1 は構造物本体のバネ定数であ
り、質量ｍ1 の構造物本体と質量ｍd の付加質量体と
が、バネ定数ｋd のバネと、減衰係数ｃd のダンパーで
連結されている。ｘ1 は構造物の変位、ｘd は重りの変
位を表す。
【０００４】主振動系の固有角振動数は、 ω1 ＝（ｋ1 ／ｍ1 ）1/2 で与えられる。
【０００５】ＤＤにおいて、吸振系の質量ｍd は主振動
系の質量ｍ1 との比が、 μ＝ｍd ／ｍ1 ≧０．０１ 程度となるよう設計されている。
系の質量ｍ1 との比が、 μ＝ｍd ／ｍ1 ≧０．０１ 程度となるよう設計されている。
【０００６】このとき、吸振系の固有角振動数は、 ωd ＝（１／１＋μ）ω1 となり、減衰係数ｃd 及び減衰定数ｈd は、 ｃd ＝２ｍd ωd ｈd ｈd ＝〔３μ／８（１＋μ）〕1/2 と表現される。
【０００７】また、能動型の振動制御装置としては、例
えば特開平１−２７５８６６〜６９号公報に記載された
もの〔以下、ＡＭＤ（アクティブ・マス・ドライバーの
略）という〕等がある。
えば特開平１−２７５８６６〜６９号公報に記載された
もの〔以下、ＡＭＤ（アクティブ・マス・ドライバーの
略）という〕等がある。
【０００８】図１５はＡＭＤの振動モデルを示したもの
であり、質量ｍ1 の構造物本体と、質量ｍd の付加質量
体との間に、アクチュエーターの油圧力あるいは電磁力
等による制御力ｕ(t) を加え、構造物の振動を能動的に
抑制する。
であり、質量ｍ1 の構造物本体と、質量ｍd の付加質量
体との間に、アクチュエーターの油圧力あるいは電磁力
等による制御力ｕ(t) を加え、構造物の振動を能動的に
抑制する。
【０００９】ＡＭＤにおいては構造物本体と振動制御装
置を構成する付加質量体との間のバネを柔らかい状態、
例えば、 ωd ≦（１／２）ω1 とし、制御力ｕ(t) を次式のような形で与える。
置を構成する付加質量体との間のバネを柔らかい状態、
例えば、 ωd ≦（１／２）ω1 とし、制御力ｕ(t) を次式のような形で与える。
【００１０】 ｕ(t) ＝Ｇ1 （ｄｘ1 ／ｄｔ）＋Ｇ2 （ｄｘd ／ｄｔ） ここで、Ｇ1 は構造物の応答速度に対するＡＧＣ回路等
を含む回路のゲインであり、大入力から小入力までの対
応を図ったものである。また、上式の第２項は付加質量
体側の振動速度にゲインＧ2 （負符号）をかけたものを
制御力に加えることにより、付加質量体側にも減衰性を
与え、安定化を図ったものである。
を含む回路のゲインであり、大入力から小入力までの対
応を図ったものである。また、上式の第２項は付加質量
体側の振動速度にゲインＧ2 （負符号）をかけたものを
制御力に加えることにより、付加質量体側にも減衰性を
与え、安定化を図ったものである。
【００１１】この他、上記ＡＭＤに対し、図１６の振動
モデルで示すようにアクチュエーターによる制御力と並
列にバネ定数ｋd のバネを付加し、ＡＭＤに比べ少ない
制御力でＡＭＤと同程度の振動制御効果を得ようとする
もの〔以下、ＨＭＤ（ハイブリッド・マス・ダンパーの
略）という〕が研究されている。
モデルで示すようにアクチュエーターによる制御力と並
列にバネ定数ｋd のバネを付加し、ＡＭＤに比べ少ない
制御力でＡＭＤと同程度の振動制御効果を得ようとする
もの〔以下、ＨＭＤ（ハイブリッド・マス・ダンパーの
略）という〕が研究されている。
【００１２】ＨＭＤの場合には、バネ定数ｋd を付加質
量体の振動が構造物の振動と同調するよう、すなわち、 ωd ＝ω1 となるよう設定し、制御力ｕ(t) を例えば次式の形で与
える。
量体の振動が構造物の振動と同調するよう、すなわち、 ωd ＝ω1 となるよう設定し、制御力ｕ(t) を例えば次式の形で与
える。
【００１３】 ｕ(t) ＝Ｇ1 （ｄｘ1 ／ｄｔ）＋Ｇ2 （ｄｘd ／ｄｔ） ＋Ｇ3 （ｘ1 −ｘd ） ここで、Ｇ3 は負の符号を持つゲインであり、上式の第
３項により振動時に付加質量体に作用する慣性力の一部
をキャンセルし、少ない制御力で付加質量体を振動させ
られるようにしている。
３項により振動時に付加質量体に作用する慣性力の一部
をキャンセルし、少ない制御力で付加質量体を振動させ
られるようにしている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の振動制
御装置において、ＤＤは装置に対するエネルギーの供給
が不要であるという利点があるが、振動制御効果が構造
物と付加質量体の質量比によって決まってしまう。従っ
て、大きな質量の付加質量体を必要とし、十分な振動制
御効果を期待し難い。
御装置において、ＤＤは装置に対するエネルギーの供給
が不要であるという利点があるが、振動制御効果が構造
物と付加質量体の質量比によって決まってしまう。従っ
て、大きな質量の付加質量体を必要とし、十分な振動制
御効果を期待し難い。
【００１５】ＡＭＤはＤＤに比べ小さな質量の付加質量
体を用いて、大きな制御効果が期待できる。しかし、エ
ネルギーの供給が必要であり、そのための設備、装置の
他、振動時の構造物や付加質量体の応答に応じて所定の
制御力を加えるための制御回路の設計、装置の安定性の
確保、誤作動防止策等が必要となる。
体を用いて、大きな制御効果が期待できる。しかし、エ
ネルギーの供給が必要であり、そのための設備、装置の
他、振動時の構造物や付加質量体の応答に応じて所定の
制御力を加えるための制御回路の設計、装置の安定性の
確保、誤作動防止策等が必要となる。
【００１６】ＨＭＤは前述したようにＡＭＤに比べ制御
力を小さくできる利点があるが、付加質量体の振動を構
造物の振動に同調させる（ωd ＝ω1 とする）のに手間
がかかる。また、実際に構築された構造物の固有周期は
必ずしも設計時の固有周期と一致せず（実際の固有周期
の方が短い場合が多い）、最適な制御効果が得られない
場合がある。また、少ないエネルギーで最適な振動制御
効果を得るためには、アクチュエーターが正確作動する
こと、減衰量が正確であること、装置のメンテナンスが
容易であること等が要求される。
力を小さくできる利点があるが、付加質量体の振動を構
造物の振動に同調させる（ωd ＝ω1 とする）のに手間
がかかる。また、実際に構築された構造物の固有周期は
必ずしも設計時の固有周期と一致せず（実際の固有周期
の方が短い場合が多い）、最適な制御効果が得られない
場合がある。また、少ないエネルギーで最適な振動制御
効果を得るためには、アクチュエーターが正確作動する
こと、減衰量が正確であること、装置のメンテナンスが
容易であること等が要求される。
【００１７】本発明は従来の振動制御装置における問題
点の解決を図ったもので、ＨＭＤを基本とする振動制御
装置について、調整が容易で、かつ小さな供給エネルギ
ーで構造物の振動を効果的に抑制できる信頼性及び安全
性の高い振動制御装置を提供することを目的としてい
る。
点の解決を図ったもので、ＨＭＤを基本とする振動制御
装置について、調整が容易で、かつ小さな供給エネルギ
ーで構造物の振動を効果的に抑制できる信頼性及び安全
性の高い振動制御装置を提供することを目的としてい
る。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の振動制御装置は
上述したＨＭＤの基本構成における付加質量体を、構造
物に対して吊り支持することにより振り子を形成し、こ
の振り子の吊り長さＬを構造物の実際の固有周期に合わ
せて調整できるようにしたものである。
上述したＨＭＤの基本構成における付加質量体を、構造
物に対して吊り支持することにより振り子を形成し、こ
の振り子の吊り長さＬを構造物の実際の固有周期に合わ
せて調整できるようにしたものである。
【００１９】すなわち、設計において構造物の固有周期
に応じて決定された吊り長さＬについて、構造物の完成
後に実際の固有周期を求め、これに応じて吊り長さＬを
調整することにより、精度の高いＨＭＤが形成され、大
きな振動制御効果を得ることができる。
に応じて決定された吊り長さＬについて、構造物の完成
後に実際の固有周期を求め、これに応じて吊り長さＬを
調整することにより、精度の高いＨＭＤが形成され、大
きな振動制御効果を得ることができる。
【００２０】付加質量体の吊り支持の方法としては、例
えば構造物内または構造物上のフレームあるいは梁等に
設けた滑車と付加質量体側に設けた滑車との間に掛けた
ワイヤー等の吊材で吊る方法等が考えられる。その場
合、付加質量体と付加質量体側の滑車の位置関係を調整
したり、吊材にターンバックル等を介在させて吊材自体
の長さを調整したり、あるいは両者を併用する等して吊
り長さＬを調整することができる。なお、吊材はワイヤ
ーに限定されず、他の鋼材等を用いることも可能であ
り、吊材自体の長さを可変としたり、あるいは支点を可
変とする等して、吊り長さＬを調整できるようにする。
えば構造物内または構造物上のフレームあるいは梁等に
設けた滑車と付加質量体側に設けた滑車との間に掛けた
ワイヤー等の吊材で吊る方法等が考えられる。その場
合、付加質量体と付加質量体側の滑車の位置関係を調整
したり、吊材にターンバックル等を介在させて吊材自体
の長さを調整したり、あるいは両者を併用する等して吊
り長さＬを調整することができる。なお、吊材はワイヤ
ーに限定されず、他の鋼材等を用いることも可能であ
り、吊材自体の長さを可変としたり、あるいは支点を可
変とする等して、吊り長さＬを調整できるようにする。
【００２１】減衰性に関しては、従来、制御力ｕ(t) の
中で構造物と付加質量体の相対速度に応じた振動成分を
加えることが検討されているが、付加質量体に対し磁気
ダンパー等の減衰装置を働かせることにより、減衰量の
安定化を図ることができる。もちろん、減衰装置と、制
御力ｕ(t) の両面から減衰性を与えることも可能であ
り、それにより安定性及び効率を高めることができる。
なお、減衰装置は磁気ダンパーに限られないが、磁気ダ
ンパーの場合、メンテナンスフリーとなる利点がある。
中で構造物と付加質量体の相対速度に応じた振動成分を
加えることが検討されているが、付加質量体に対し磁気
ダンパー等の減衰装置を働かせることにより、減衰量の
安定化を図ることができる。もちろん、減衰装置と、制
御力ｕ(t) の両面から減衰性を与えることも可能であ
り、それにより安定性及び効率を高めることができる。
なお、減衰装置は磁気ダンパーに限られないが、磁気ダ
ンパーの場合、メンテナンスフリーとなる利点がある。
【００２２】また、アクチュエーターに関して、従来の
ＡＭＤでは油圧シリンダー等を用いたものが実用化され
ているが、ＡＣサーボモーターを用いたラック、ピニオ
ン形式のアクチュエーターを用いれば、地震等の振動外
力が作用したときに瞬時に起動する効率の良い振動制御
装置が可能となる。
ＡＭＤでは油圧シリンダー等を用いたものが実用化され
ているが、ＡＣサーボモーターを用いたラック、ピニオ
ン形式のアクチュエーターを用いれば、地震等の振動外
力が作用したときに瞬時に起動する効率の良い振動制御
装置が可能となる。
【００２３】
【実施例】次に、図示した実施例について説明する。
【００２４】図１〜図７は本発明の一実施例における振
動制御装置の構造を示したものである。
動制御装置の構造を示したものである。
【００２５】本実施例の振動制御装置１０は例えば構造
物としての建物の最上階等に設置され、大梁１間に渡し
た梁２に対し、所定質量ｍd の付加質量体１１を吊り支
持し、構造物の固有周期と同調する振り子を形成してい
る。例えば、１次固有周期が３．５秒程度の構造物を考
えた場合、これと同調する振り子を形成する付加質量体
１１の吊り長さＬは約３ｍとなる。
物としての建物の最上階等に設置され、大梁１間に渡し
た梁２に対し、所定質量ｍd の付加質量体１１を吊り支
持し、構造物の固有周期と同調する振り子を形成してい
る。例えば、１次固有周期が３．５秒程度の構造物を考
えた場合、これと同調する振り子を形成する付加質量体
１１の吊り長さＬは約３ｍとなる。
【００２６】本実施例における付加質量体１１は２つの
鋼材の塊１１ａを図に示すように上下のつなぎ板１１
ｂ，１１ｃで連結したもので、下つなぎ板１１ｃ上にＡ
Ｃサーボモーター１３ａ及びベース３側に固定したラッ
ク１３ｂに噛み合うピニオン１３ｃを設置し、加力位置
が付加質量体１１全体の重心を通るようにしている。こ
れにより、振動制御装置１０のコンパクト化が図られて
いる。
鋼材の塊１１ａを図に示すように上下のつなぎ板１１
ｂ，１１ｃで連結したもので、下つなぎ板１１ｃ上にＡ
Ｃサーボモーター１３ａ及びベース３側に固定したラッ
ク１３ｂに噛み合うピニオン１３ｃを設置し、加力位置
が付加質量体１１全体の重心を通るようにしている。こ
れにより、振動制御装置１０のコンパクト化が図られて
いる。
【００２７】吊材１２は梁２に固定した滑車１４と付加
質量体１１側に固定した滑車１５間に掛け渡した複数の
ワイヤーであり、付加質量体１１側の滑車１５は図１に
示すように所定間隔ａを置いた複数の吊材固定部１６を
有し、この固定部１６の選択により吊り長さＬの粗調整
を行なう。また、吊材１２の中間にはターンバックル１
７が設けられており、固定部１６の選択で粗調整した
後、ターンバックル１７を回すことにより吊り長さＬの
微調整を行うことができる。
質量体１１側に固定した滑車１５間に掛け渡した複数の
ワイヤーであり、付加質量体１１側の滑車１５は図１に
示すように所定間隔ａを置いた複数の吊材固定部１６を
有し、この固定部１６の選択により吊り長さＬの粗調整
を行なう。また、吊材１２の中間にはターンバックル１
７が設けられており、固定部１６の選択で粗調整した
後、ターンバックル１７を回すことにより吊り長さＬの
微調整を行うことができる。
【００２８】アクチュエーター１３を構成するラック１
３ｂ及びピニオン１３ｃは図２〜図４に示すようにラッ
ク１３ｂの両側面に歯が設けられており、一対のピニオ
ン１３ｃが両側から挟み込むようにしてラック１３ｂと
噛み合っている。それぞれのピニオン１３ｃに対しては
ＡＣサーボモーター１３ａが設けられており、２つのＡ
Ｃサーボモーター１３ａを同期させて作動し、ラック１
３ｂ側に反力をとって付加質量体１１に制御力を加える
構成となっている。ピニオン１３ｃをラック１３ｂの両
側に設けたことで、制御力に関する偏心がなく、回転運
動を生ずることなく、水平方向の制御力を発生させるこ
とができる。また、ＡＣサーボモーター１３ａを用いて
いるため、瞬時の起動が可能であり、制御における時間
遅れを少なくすることができる。
３ｂ及びピニオン１３ｃは図２〜図４に示すようにラッ
ク１３ｂの両側面に歯が設けられており、一対のピニオ
ン１３ｃが両側から挟み込むようにしてラック１３ｂと
噛み合っている。それぞれのピニオン１３ｃに対しては
ＡＣサーボモーター１３ａが設けられており、２つのＡ
Ｃサーボモーター１３ａを同期させて作動し、ラック１
３ｂ側に反力をとって付加質量体１１に制御力を加える
構成となっている。ピニオン１３ｃをラック１３ｂの両
側に設けたことで、制御力に関する偏心がなく、回転運
動を生ずることなく、水平方向の制御力を発生させるこ
とができる。また、ＡＣサーボモーター１３ａを用いて
いるため、瞬時の起動が可能であり、制御における時間
遅れを少なくすることができる。
【００２９】図２及び図５中、４はガイドブロックであ
り、付加質量体１１に回転が生じないように案内する機
能を有している。なお、付加質量体１１を案内する面に
はフッ素樹脂を用いて、接触した場合でも摩擦力等で制
御精度の低下が生じるのを防止している。
り、付加質量体１１に回転が生じないように案内する機
能を有している。なお、付加質量体１１を案内する面に
はフッ素樹脂を用いて、接触した場合でも摩擦力等で制
御精度の低下が生じるのを防止している。
【００３０】図６は付加質量体１１の下方に位置するベ
ース３を示したもので、付加質量体１１の振動方向中央
部の２箇所に緩衝装置５を設け、制御の異状その他で付
加質量体１１の振動が過大になった場合には、付加質量
体１１に設けられた下向きの突出部１１ｄが緩衝装置５
と衝突し、過大な振動を抑制できるようになっている。
なお、本発明の振動制御装置１０は制御力ｕ(t) が作用
しない場合には、ＤＤとして機能させることができ、そ
の場合にも緩衝装置５が過大な振幅を抑える効果を有す
る。
ース３を示したもので、付加質量体１１の振動方向中央
部の２箇所に緩衝装置５を設け、制御の異状その他で付
加質量体１１の振動が過大になった場合には、付加質量
体１１に設けられた下向きの突出部１１ｄが緩衝装置５
と衝突し、過大な振動を抑制できるようになっている。
なお、本発明の振動制御装置１０は制御力ｕ(t) が作用
しない場合には、ＤＤとして機能させることができ、そ
の場合にも緩衝装置５が過大な振幅を抑える効果を有す
る。
【００３１】また、本実施例では振動制御装置１０に安
定的な減衰性を与えるために、ベース３位置に磁気ダン
パー６を設けており、図７に示すように付加質量体１１
の下端に取り付けた複数の鋼板１１ｅが、磁気ダンパー
６の溝内を通過する際、減衰力を受ける構造となってい
る。
定的な減衰性を与えるために、ベース３位置に磁気ダン
パー６を設けており、図７に示すように付加質量体１１
の下端に取り付けた複数の鋼板１１ｅが、磁気ダンパー
６の溝内を通過する際、減衰力を受ける構造となってい
る。
【００３２】図８及び図９は本発明の他の実施例を示し
たもので、振動制御装置１０としての基本的な構成は図
１〜図７の場合と同様である。本実施例では吊り長さＬ
を調整する手段として、梁側に固定した滑車１５と付加
質量体側に固定した滑車１５間に吊材１２としてワイヤ
ーを掛け、さらに中間にも上下方向に移動可能な滑車１
５ａを設け、中間の滑車１５ａに対し吊材１２を両側か
ら拘束するようにして、吊り長さＬを調整する装置を用
いている。また、本実施例ではガイドブロック４が付加
質量体１１の外側に設置され、またＡＣサーボモーター
１３ａ、磁気ダンパー６の配置等も異なっている。
たもので、振動制御装置１０としての基本的な構成は図
１〜図７の場合と同様である。本実施例では吊り長さＬ
を調整する手段として、梁側に固定した滑車１５と付加
質量体側に固定した滑車１５間に吊材１２としてワイヤ
ーを掛け、さらに中間にも上下方向に移動可能な滑車１
５ａを設け、中間の滑車１５ａに対し吊材１２を両側か
ら拘束するようにして、吊り長さＬを調整する装置を用
いている。また、本実施例ではガイドブロック４が付加
質量体１１の外側に設置され、またＡＣサーボモーター
１３ａ、磁気ダンパー６の配置等も異なっている。
【００３３】図１７は上記実施例における振動制御装置
を振動モデルとして表したものであり、図１６のＨＭＤ
に対し、減衰係数ｃd のダンパーが加わった形となる。
を振動モデルとして表したものであり、図１６のＨＭＤ
に対し、減衰係数ｃd のダンパーが加わった形となる。
【００３４】図中、ｍ1 は主振動系を構成する構造物の
質量、ｍd は付加質量体の質量である。また、ｋ1 は構
造物本体に対するバネ定数、ｋd は振り子をバネに置き
換えて表現したときのバネ定数（＝ｍd Ｌ／ｇ）、ｕ
(t) は制御力、ｘ1 は構造物の変位、ｘd は付加質量体
の変位を表す。
質量、ｍd は付加質量体の質量である。また、ｋ1 は構
造物本体に対するバネ定数、ｋd は振り子をバネに置き
換えて表現したときのバネ定数（＝ｍd Ｌ／ｇ）、ｕ
(t) は制御力、ｘ1 は構造物の変位、ｘd は付加質量体
の変位を表す。
【００３５】振動制御装置の付加質量体の動きを制御す
るための制御力は、一般的なＨＭＤと同様、次式によっ
て規定することができる。
るための制御力は、一般的なＨＭＤと同様、次式によっ
て規定することができる。
【００３６】 ｕ(t) ＝Ｇ1 （ｄｘ1 ／ｄｔ）＋Ｇ2 （ｄｘd ／ｄｔ） ＋Ｇ3 （ｘ1 −ｘd ） ……(1) ここで、上記(1) 式の第１項におけるゲインＧ1 は主振
動系を構成する構造物の応答速度が小さい場合にも、速
度を増幅した形で制御力を与える機能を有し、これによ
り振動制御効果を上げることができる。
動系を構成する構造物の応答速度が小さい場合にも、速
度を増幅した形で制御力を与える機能を有し、これによ
り振動制御効果を上げることができる。
【００３７】上記(1) 式の第２項は作用、反作用の関係
を利用して付加質量体に対しても減衰性を与えるための
項であり、これにより付加質量体の振動の安定化を図る
ことができる。なお、上記実施例では磁気ダンパーによ
っても減衰力を与えており、磁気ダンパーがない場合に
比べてＧ2 の値を小さく設定した状態で、効果的な制御
を行うことができる。
を利用して付加質量体に対しても減衰性を与えるための
項であり、これにより付加質量体の振動の安定化を図る
ことができる。なお、上記実施例では磁気ダンパーによ
っても減衰力を与えており、磁気ダンパーがない場合に
比べてＧ2 の値を小さく設定した状態で、効果的な制御
を行うことができる。
【００３８】また、ＨＭＤとして付加質量体の周期（ま
たは角振動数ωd ）を構造物の固有周期（または固有角
振動数ω1 ）と同調させているため、バネ力（バネ定数
ｋd ）が制御に必要なほとんどの力を吸収し、制御に必
要な力が小さくなる。
たは角振動数ωd ）を構造物の固有周期（または固有角
振動数ω1 ）と同調させているため、バネ力（バネ定数
ｋd ）が制御に必要なほとんどの力を吸収し、制御に必
要な力が小さくなる。
【００３９】すなわち、付加質量体には制御力〔ｕ(t)
〕、慣性力〔ｍd （ dｘd ／dt）2 〕及びバネ力〔ｋ
d （ｘd −ｘ1 ）〕が働いており、次の関係がある。
〕、慣性力〔ｍd （ dｘd ／dt）2 〕及びバネ力〔ｋ
d （ｘd −ｘ1 ）〕が働いており、次の関係がある。
【００４０】〔制御力〕＋〔慣性力〕＋〔バネ力〕＝０ 上式で、慣性力とバネ力はほぼキャンセルし合うので、
制御力は極めて小さくなる。
制御力は極めて小さくなる。
【００４１】その際、上記(1) 式の第３項のゲインＧ3
（負の値で、例えば−ｋd ×０．９または−ｋd ×０．
８程度の値を選択する）によって生じる同調角振動数ω
d ’（＝〔（ｋd ＋Ｇ3 ）／ｍd 〕1/2 ）を、付加質量
体の角振動数ωd の１／２以下とする。
（負の値で、例えば−ｋd ×０．９または−ｋd ×０．
８程度の値を選択する）によって生じる同調角振動数ω
d ’（＝〔（ｋd ＋Ｇ3 ）／ｍd 〕1/2 ）を、付加質量
体の角振動数ωd の１／２以下とする。
【００４２】この結果、入力として用いられる構造物の
応答速度の周期成分の他に、これより長周期の周期成分
に対し同調が生じることになり、制御力を少なくするた
めにはゲインＧ1 に適度なフィルターをかける必要があ
る。
応答速度の周期成分の他に、これより長周期の周期成分
に対し同調が生じることになり、制御力を少なくするた
めにはゲインＧ1 に適度なフィルターをかける必要があ
る。
【００４３】従来のＨＭＤの制御で検討されているフィ
ルターはハイパスフィルター等であるが、通常のハイパ
スフィルターは大きな位相ずれを伴っているので、カッ
トオフ振動数をかなり離さなければならず、十分な効果
が得られていないのが実情であり、位相ずれのない急峻
な特性を持つフィルターの工夫が必要となる。
ルターはハイパスフィルター等であるが、通常のハイパ
スフィルターは大きな位相ずれを伴っているので、カッ
トオフ振動数をかなり離さなければならず、十分な効果
が得られていないのが実情であり、位相ずれのない急峻
な特性を持つフィルターの工夫が必要となる。
【００４４】図１３は本発明の振動制御装置の実施例に
おける制御回路図を示したもので、図の上段のブロック
が上記(1) 式の第１項に対応する。
おける制御回路図を示したもので、図の上段のブロック
が上記(1) 式の第１項に対応する。
【００４５】入力は地震や風等による構造物の応答速度
であり、振動制御装置を設置した位置における建物速度
センサーと、構造物設置地盤の応答速度を検出する地動
センサーの検出値の差を地盤面に対する相対的な応答速
度として入力する。これをフィルター回路２１、ＡＧＣ
回路２２及び出力制限回路２３を含む回路で増幅する。
であり、振動制御装置を設置した位置における建物速度
センサーと、構造物設置地盤の応答速度を検出する地動
センサーの検出値の差を地盤面に対する相対的な応答速
度として入力する。これをフィルター回路２１、ＡＧＣ
回路２２及び出力制限回路２３を含む回路で増幅する。
【００４６】フィルター回路２１は目的の振動数付近で
位相のずれがなく、かつ鋭敏な特性を持つもので、その
伝達特性は次式のラプラス関数で与えられる。
位相のずれがなく、かつ鋭敏な特性を持つもので、その
伝達特性は次式のラプラス関数で与えられる。
【００４７】 Ｈ（ｓ）＝（ｓ2 ＋２Ｇζn ωn ｓ＋ωn 2 ） ／（ｓ2 ＋２ζn ωn ｓ＋ωn 2 ） ……(2) これにより、目的角振動数（構造物の１次角振動数に相
当）ωn で、ゲインＧ倍（例えば２０倍前後の値とす
る）の出力が得られ、かつこの角振動数で位相ずれはな
い。ζn は減衰定数であり、例えば０．２〜０．５（２
０％〜５０％）といった値をとる。高振動数域及び低振
動数域でも同様に位相ずれを生じることはなく、目的角
振動数の前後で位相ずれを生じるのみである。このフィ
ルターを用いることにより、上述の制御方式に必要な制
御変位及び制御力が著しく低減される。
当）ωn で、ゲインＧ倍（例えば２０倍前後の値とす
る）の出力が得られ、かつこの角振動数で位相ずれはな
い。ζn は減衰定数であり、例えば０．２〜０．５（２
０％〜５０％）といった値をとる。高振動数域及び低振
動数域でも同様に位相ずれを生じることはなく、目的角
振動数の前後で位相ずれを生じるのみである。このフィ
ルターを用いることにより、上述の制御方式に必要な制
御変位及び制御力が著しく低減される。
【００４８】ＡＧＣ回路２２は、通常、オーディオ回路
等に用いられているものであるが、この回路の採用によ
り、大入力から小入力までの振動を扱うことができ、振
動制御効果を増すことができる。
等に用いられているものであるが、この回路の採用によ
り、大入力から小入力までの振動を扱うことができ、振
動制御効果を増すことができる。
【００４９】ただし、ＡＧＣ回路２２はある程度の時間
遅れを伴って増幅率を変化させるので、出力制限回路２
３により出力を制限し、特に振動初期等において過大な
出力信号が出ないようにした。
遅れを伴って増幅率を変化させるので、出力制限回路２
３により出力を制限し、特に振動初期等において過大な
出力信号が出ないようにした。
【００５０】図１３中、左寄り２段目及び３段目のブロ
ックはそれぞれ上記(1) 式の第２項及び第３項に対応
し、振動制御装置に設けた速度センサー及び変位センサ
ーからの値を入力し、図中ＡＭＰ１、ＡＭＰ２で示す増
幅回路２４，２５でゲインＧ2 及びＧ3 に相当する増幅
を行い、加算器２６，２７でこれらの信号を合成して、
制御力ｕ(t) を出力する。
ックはそれぞれ上記(1) 式の第２項及び第３項に対応
し、振動制御装置に設けた速度センサー及び変位センサ
ーからの値を入力し、図中ＡＭＰ１、ＡＭＰ２で示す増
幅回路２４，２５でゲインＧ2 及びＧ3 に相当する増幅
を行い、加算器２６，２７でこれらの信号を合成して、
制御力ｕ(t) を出力する。
【００５１】図１０〜図１２は本発明の振動制御装置を
２台用いて、直交するｘ，ｙ両水平方向の振動と、回転
（ねじれ）振動を同時に制御するための振動制御装置の
配置例を示したものである。
２台用いて、直交するｘ，ｙ両水平方向の振動と、回転
（ねじれ）振動を同時に制御するための振動制御装置の
配置例を示したものである。
【００５２】すなわち、図１０中、ＨＭＤ１と表した振
動制御装置と、ＨＭＤ２と表した振動制御装置を構造物
の断面中心から離れた端部よりに、装置の軸方向を直交
させて配置し、地震等の振動外力に対する構造物の応答
に応じて、これら２台の振動制御装置を同時に制御する
ことで、回転を含めた構造物の応答低減を図っている。
動制御装置と、ＨＭＤ２と表した振動制御装置を構造物
の断面中心から離れた端部よりに、装置の軸方向を直交
させて配置し、地震等の振動外力に対する構造物の応答
に応じて、これら２台の振動制御装置を同時に制御する
ことで、回転を含めた構造物の応答低減を図っている。
【００５３】図１１はこの制御の原理を示したもので、
振動制御装置を断面中心から離して設置したことで、Ｈ
ＭＤ１でｘ方向の振動と回転振動を同時に制御すること
ができる（図１１(a) 参照）。同様に、ＨＭＤ２がｙ方
向の振動と回転振動を同時に制御する（図１１(b) 参
照）。また、これらの制御を適切に組み合わせることに
より、図１１(c) に示すように回転成分を含まない水平
方向（ｘｙ方向）のみの制御も可能となる。
振動制御装置を断面中心から離して設置したことで、Ｈ
ＭＤ１でｘ方向の振動と回転振動を同時に制御すること
ができる（図１１(a) 参照）。同様に、ＨＭＤ２がｙ方
向の振動と回転振動を同時に制御する（図１１(b) 参
照）。また、これらの制御を適切に組み合わせることに
より、図１１(c) に示すように回転成分を含まない水平
方向（ｘｙ方向）のみの制御も可能となる。
【００５４】図１２は２台の振動制御装置の制御機構を
示したもので、それぞれの制御は基本的には前述した図
１３に示す形の制御回路を用いて行われる。
示したもので、それぞれの制御は基本的には前述した図
１３に示す形の制御回路を用いて行われる。
【００５５】
【発明の効果】 振り子を形成するＨＭＤの付加質量
体の吊り長さが可変であるため、装置設置後において
も、実際の構造物の固有周期に応じて吊り長さを調整す
ることで、小さな供給エネルギーで大きな振動抑制効果
が得られるというＨＭＤの利点を最大限に発揮させるこ
とができる。
体の吊り長さが可変であるため、装置設置後において
も、実際の構造物の固有周期に応じて吊り長さを調整す
ることで、小さな供給エネルギーで大きな振動抑制効果
が得られるというＨＭＤの利点を最大限に発揮させるこ
とができる。
【００５６】 上記と同様の理由で、付加質量体の
質量も小さくすることができ、振動制御装置の小型化が
図れる。
質量も小さくすることができ、振動制御装置の小型化が
図れる。
【００５７】 減衰力を与えるための磁気ダンパー等
の減衰装置を組み込むことで、正確な減衰量を確保する
ことができる。
の減衰装置を組み込むことで、正確な減衰量を確保する
ことができる。
【００５８】 付加質量体と吊材とからなる振り子の
振動周期を構造物の固有周期と同調させているため、ア
クチュエーターが作動しない状態においても受動型の振
動制御装置を構成し、ＤＤとしての振動制御効果を得る
ことができる。
振動周期を構造物の固有周期と同調させているため、ア
クチュエーターが作動しない状態においても受動型の振
動制御装置を構成し、ＤＤとしての振動制御効果を得る
ことができる。
【図１】本発明の振動制御装置の一実施例における正面
図である。
図である。
【図２】図１に対応する側面図である。
【図３】振動状態を示す鉛直断面図である。
【図４】アクチュエーター部分の機構を示す平面図であ
る。
る。
【図５】ガイド機構等の配置を示す側面図である。
【図６】ベース側の機構を示したもので、(a) は平面
図、(b) は鉛直断面図である。
図、(b) は鉛直断面図である。
【図７】磁気ダンパーの配置を示す鉛直断面図である。
【図８】他の実施例を示す平面図である。
【図９】図８に対応する正面図である。
【図１０】２台の振動制御装置の配置例を示したもの
で、(a) は平面図、(b) は正面図である。
で、(a) は平面図、(b) は正面図である。
【図１１】(a) 〜(c) は２台の振動制御装置を用いた制
御方法を説明するための図である。
御方法を説明するための図である。
【図１２】２台の振動制御装置による制御機構の説明図
である。
である。
【図１３】振動制御装置の回路図である。
【図１４】比較例としての従来のＤＤの振動モデル図で
ある。
ある。
【図１５】比較例としての従来のＡＭＤの振動モデル図
である。
である。
【図１６】ＨＭＤの振動モデル図である。
【図１７】減衰装置を付加したＨＭＤの振動モデル図で
ある。
ある。
１…大梁、２…梁、３…ベース、４…ガイドブロック、
５…緩衝装置、６…磁気ダンパー、１０…振動制御装
置、１１…付加質量体、１２…吊材、１３…アクチュエ
ーター、１４…滑車、１５…滑車、１６…吊材固定部、
１７…ターンバックル、２１…フィルター回路、２２…
ＡＧＣ回路、２３…出力制限回路、２４，２５…増幅回
路、２６，２７…加算器
５…緩衝装置、６…磁気ダンパー、１０…振動制御装
置、１１…付加質量体、１２…吊材、１３…アクチュエ
ーター、１４…滑車、１５…滑車、１６…吊材固定部、
１７…ターンバックル、２１…フィルター回路、２２…
ＡＧＣ回路、２３…出力制限回路、２４，２５…増幅回
路、２６，２７…加算器
フロントページの続き (72)発明者 西村 功 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 大類 哲 東京都港区元赤坂一丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 構造物内または構造物上の所定位置に設
置される所定質量ｍd の付加質量体と、構造物に対し前
記付加質量体を吊り支持し、吊り長さＬの振り子を形成
する吊材と、前記構造物と前記付加質量体との間に制御
力ｕ(t) を作用させるアクチュエーターと、前記振り子
の周期が前記構造物の固有周期と同調するよう前記吊り
長さＬを調整する吊り長さ調整手段とからなることを特
徴とする構造物の振動制御装置。 - 【請求項２】 構造物内または構造物上の所定位置に設
置される所定質量ｍd の付加質量体と、構造物に対し前
記付加質量体を吊り支持し、吊り長さＬの振り子を形成
する吊材と、前記構造物と前記付加質量体との間に制御
力ｕ(t) を作用させるアクチュエーターと、前記構造物
と前記付加質量体との間に前記アクチュエーターと並列
に設けた所定の減衰係数ｃd を有する減衰装置と、前記
振り子の周期が前記構造物の固有周期と同調するよう前
記吊り長さＬを調整する吊り長さ調整手段とからなるこ
とを特徴とする構造物の振動制御装置。 - 【請求項３】 前記減衰装置は磁気ダンパーである請求
項２記載の構造物の振動制御装置。 - 【請求項４】 前記吊り長さ調整手段は前記付加質量体
の上下方向に所定間隔をおいて選択可能に複数設けた吊
材下端の支点となる吊材固定部と、前記吊材の中間に設
けた微調整用のターンバックルとからなる請求項１、２
または３記載の構造物の振動制御装置。 - 【請求項５】 前記アクチュエーターは前記付加質量体
の振動方向に配され両側面に歯を設けたラックと、前記
ラックを両側面から挟み込み該ラックの歯と噛み合う一
対のピニオンと、前記ピニオンを回転駆動させるための
ＡＣサーボモーターとからなる請求項１、２、３または
４記載の構造物の振動制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21176391A JPH0552059A (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | 構造物の振動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21176391A JPH0552059A (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | 構造物の振動制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0552059A true JPH0552059A (ja) | 1993-03-02 |
Family
ID=16611180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21176391A Pending JPH0552059A (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | 構造物の振動制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0552059A (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5869047A (ja) * | 1981-10-22 | 1983-04-25 | 株式会社クラレ | シート状物およびその製造方法 |
| JPS6185237A (ja) * | 1984-10-03 | 1986-04-30 | Daihatsu Motor Co Ltd | 自動車におけるヘッドランプの照射調整装置 |
| JPH02289770A (ja) * | 1989-02-13 | 1990-11-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 制振装置 |
| JPH03140648A (ja) * | 1989-10-23 | 1991-06-14 | Kayaba Ind Co Ltd | 構造物の制振装置 |
-
1991
- 1991-08-23 JP JP21176391A patent/JPH0552059A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5869047A (ja) * | 1981-10-22 | 1983-04-25 | 株式会社クラレ | シート状物およびその製造方法 |
| JPS6185237A (ja) * | 1984-10-03 | 1986-04-30 | Daihatsu Motor Co Ltd | 自動車におけるヘッドランプの照射調整装置 |
| JPH02289770A (ja) * | 1989-02-13 | 1990-11-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 制振装置 |
| JPH03140648A (ja) * | 1989-10-23 | 1991-06-14 | Kayaba Ind Co Ltd | 構造物の制振装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19961022 |