JPH06240920A - 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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- JPH06240920A JPH06240920A JP3186893A JP3186893A JPH06240920A JP H06240920 A JPH06240920 A JP H06240920A JP 3186893 A JP3186893 A JP 3186893A JP 3186893 A JP3186893 A JP 3186893A JP H06240920 A JPH06240920 A JP H06240920A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 長周期構造物への適用並びに周期調整が容易
で、地震等に対する構造物の振動を精度良く、効果的に
抑制できる振動制御装置を提供する。 【構成】 第１付加質量体１を分散配置したボールベア
リング１０で支持し、その間に分散配置した中空積層ゴ
ム３で水平バネを与える。第１付加質量体１上には、ｘ
方向、ｙ方向に振動する第２付加質量体２ａ、２ｂを設
け、ＡＣサーボモーター４ａ、４ｂによりシャフト５
ａ、５ｂを回転させ、ボールねじの原理で第２付加質量
体２ａ、２ｂを駆動する。第１付加質量体１は構造物の
固有周期と同調する周期を有し、構造物の応答に応じ
て、各第２付加質量体２ａ、２ｂを駆動、制御すること
により、１つの第１付加質量体１と、直交する２方向の
第２付加質量体２ａ、２ｂで、構造物の応答を水平面内
の全方向について抑制することができる。
で、地震等に対する構造物の振動を精度良く、効果的に
抑制できる振動制御装置を提供する。 【構成】 第１付加質量体１を分散配置したボールベア
リング１０で支持し、その間に分散配置した中空積層ゴ
ム３で水平バネを与える。第１付加質量体１上には、ｘ
方向、ｙ方向に振動する第２付加質量体２ａ、２ｂを設
け、ＡＣサーボモーター４ａ、４ｂによりシャフト５
ａ、５ｂを回転させ、ボールねじの原理で第２付加質量
体２ａ、２ｂを駆動する。第１付加質量体１は構造物の
固有周期と同調する周期を有し、構造物の応答に応じ
て、各第２付加質量体２ａ、２ｂを駆動、制御すること
により、１つの第１付加質量体１と、直交する２方向の
第２付加質量体２ａ、２ｂで、構造物の応答を水平面内
の全方向について抑制することができる。
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８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
る構造物本体の質量、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。
ルを示したものであり、図中、ｍ1は主振動系を構成す
る構造物本体の質量、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、通常、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。
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。
【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９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。
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、通常、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、すなわち、 ωd ≦（１／２）ω1 とし、制御力ｕ(t) は例えば次式のような形で与えられ
る。
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、すなわち、 ωd ≦（１／２）ω1 とし、制御力ｕ(t) は例えば次式のような形で与えられ
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（ここで、Ｇ2 は負の値とな
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 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（ここで、Ｇ2 は負の値とな
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 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１０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、ＡＴＭＤ（アクティブ・チューンド・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、ＡＴＭＤ（アクティブ・チューンド・マス
・ダンパーの略）という〕が研究されている。
【００１２】ＡＴＭＤ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期するよう、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。
質量体の振動が構造物の振動と同期するよう、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 （ｄ
ｘd ／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。
ｘd ／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。
【００１４】また、出願人は特公平３−７００７５号公
報、特開平４−３５０２７４号公報、特開平４−３６０
９７６号公報等に記載の発明において、ＤＤの付加質量
体に対し、それより小さい質量の第２の付加質量体をバ
ネとアクチュエーターを介して連結し、アクチュエータ
ーから第２の付加質量体に対して制御力を加えることに
より、地震等による構造物の振動を抑制する形式の能動
型振動制御装置を提案している。
報、特開平４−３５０２７４号公報、特開平４−３６０
９７６号公報等に記載の発明において、ＤＤの付加質量
体に対し、それより小さい質量の第２の付加質量体をバ
ネとアクチュエーターを介して連結し、アクチュエータ
ーから第２の付加質量体に対して制御力を加えることに
より、地震等による構造物の振動を抑制する形式の能動
型振動制御装置を提案している。
【００１５】さらに、出願人は特願平４−１２７４３号
において、ＤＤの基本構成における付加質量体を第１付
加質量体とし、１つの第１付加質量体に対してＡＭＤま
たはＡＴＭＤを構成する第２付加質量体を複数複数方向
に設け、駆動手段と直結されていない第１付加質量体に
ついては水平面内の全方向に振動可能とし、駆動手段か
らの制御力を直接受ける個々の第２付加質量体について
は、それぞれ振動方向を１方向に限定することにより、
駆動手段及び制御方法の簡潔化を図っている。
において、ＤＤの基本構成における付加質量体を第１付
加質量体とし、１つの第１付加質量体に対してＡＭＤま
たはＡＴＭＤを構成する第２付加質量体を複数複数方向
に設け、駆動手段と直結されていない第１付加質量体に
ついては水平面内の全方向に振動可能とし、駆動手段か
らの制御力を直接受ける個々の第２付加質量体について
は、それぞれ振動方向を１方向に限定することにより、
駆動手段及び制御方法の簡潔化を図っている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した特
願平４−１２７４３号に記載された装置を改良したもの
であり、さらに第１付加質量体の支持機構及びバネの与
え方等を工夫することにより、長周期構造物への適用並
びに周期調整が容易で、地震等に対する構造物の振動を
より精度良く、効果的に抑制できるようにしたものであ
る。
願平４−１２７４３号に記載された装置を改良したもの
であり、さらに第１付加質量体の支持機構及びバネの与
え方等を工夫することにより、長周期構造物への適用並
びに周期調整が容易で、地震等に対する構造物の振動を
より精度良く、効果的に抑制できるようにしたものであ
る。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の振動制御装置
は、ＤＤの基本構成における付加質量体を第１付加質量
体とし、１つの第１付加質量体に対してＡＭＤまたはＡ
ＴＭＤを構成する第２付加質量体を直交する２方向に設
けたものに相当し、構造物に対し相対移動可能な所定質
量の第１付加質量体と、構造物と第１付加質量体との間
に介在し、第１付加質量体に対し前記構造物の固有周期
と同調する周期を与えるバネ手段と、第１付加質量体に
対し相対移動可能な所定質量の第２付加質量体と、第１
付加質量体と第２付加質量体との間に制御力を作用させ
る駆動手段とを有する。
は、ＤＤの基本構成における付加質量体を第１付加質量
体とし、１つの第１付加質量体に対してＡＭＤまたはＡ
ＴＭＤを構成する第２付加質量体を直交する２方向に設
けたものに相当し、構造物に対し相対移動可能な所定質
量の第１付加質量体と、構造物と第１付加質量体との間
に介在し、第１付加質量体に対し前記構造物の固有周期
と同調する周期を与えるバネ手段と、第１付加質量体に
対し相対移動可能な所定質量の第２付加質量体と、第１
付加質量体と第２付加質量体との間に制御力を作用させ
る駆動手段とを有する。
【００１８】駆動手段と直結されていない第１付加質量
体については、水平面内の全方向に振動（変位）可能と
するため、第１付加質量体の鉛直荷重（重量）を分散配
置したボールベアリングで支持し、バネ手段としては、
構造物の床面等と第１付加質量体との間に積層ゴムを設
置する。
体については、水平面内の全方向に振動（変位）可能と
するため、第１付加質量体の鉛直荷重（重量）を分散配
置したボールベアリングで支持し、バネ手段としては、
構造物の床面等と第１付加質量体との間に積層ゴムを設
置する。
【００１９】積層ゴムについては、積層ゴムの軸部を中
空として水平剛性を小さくし、長周期とした中空積層ゴ
ムや、ゴム自体に大きな減衰性が期待できる高減衰ゴム
を用いることもできる。
空として水平剛性を小さくし、長周期とした中空積層ゴ
ムや、ゴム自体に大きな減衰性が期待できる高減衰ゴム
を用いることもできる。
【００２０】本発明において、第１付加質量体の重量を
ボールベアリングが支持するため、積層ゴムは鉛直荷重
を受け持つ必要がなく、従来よりバネ定数の低い中空積
層ゴムを用いることにより長周期の構造物への適用が可
能となり、またバネ特性に関し良好な線形性が得られ
る。さらに、構造物の固有周期とＤＤの周期が多少ずれ
ている場合には、積層ゴムの上面または下面にスペーサ
ーを介在させ、積層ゴムに軸応力を与えることで、水平
剛性を調整し、同調を図ることもできる。
ボールベアリングが支持するため、積層ゴムは鉛直荷重
を受け持つ必要がなく、従来よりバネ定数の低い中空積
層ゴムを用いることにより長周期の構造物への適用が可
能となり、またバネ特性に関し良好な線形性が得られ
る。さらに、構造物の固有周期とＤＤの周期が多少ずれ
ている場合には、積層ゴムの上面または下面にスペーサ
ーを介在させ、積層ゴムに軸応力を与えることで、水平
剛性を調整し、同調を図ることもできる。
【００２１】駆動手段からの制御力を直接受ける第２付
加質量体については、振動方向を１方向に限定すること
により、駆動手段の機構や制御方法が簡単になり、地震
等による構造物の応答等に対し、効率が良く、精度の高
い制御が可能となる。１つの第１付加質量体に対し、こ
のような第２付加質量体を直交する２方向に設けること
により、第１付加質量体に対し、間接的に２方向の制御
力を与えることになり、構造物の応答を水平面内の全方
向について抑制することができる。
加質量体については、振動方向を１方向に限定すること
により、駆動手段の機構や制御方法が簡単になり、地震
等による構造物の応答等に対し、効率が良く、精度の高
い制御が可能となる。１つの第１付加質量体に対し、こ
のような第２付加質量体を直交する２方向に設けること
により、第１付加質量体に対し、間接的に２方向の制御
力を与えることになり、構造物の応答を水平面内の全方
向について抑制することができる。
【００２２】第２付加質量体に制御力を作用させる駆動
手段としては、例えば電動モーターを用いた駆動装置や
油圧式の駆動装置、リニアモーター等があり、地震や風
等の振動外力による構造物の応答、あるいは地震応答解
析等に基づいて制御される。
手段としては、例えば電動モーターを用いた駆動装置や
油圧式の駆動装置、リニアモーター等があり、地震や風
等の振動外力による構造物の応答、あるいは地震応答解
析等に基づいて制御される。
【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４は、本発明の振動制御装置の一
実施例を示したものである。
実施例を示したものである。
【００２５】本実施例では、構造物の床面または屋根面
上に、防振ゴム支承２１を介して基礎架台２０を設置
し、基礎架台２０上に本発明の装置を据え付けている。
図中、２２は基礎架台２０の水平方向の移動を制限する
ための水平ストッパーである。
上に、防振ゴム支承２１を介して基礎架台２０を設置
し、基礎架台２０上に本発明の装置を据え付けている。
図中、２２は基礎架台２０の水平方向の移動を制限する
ための水平ストッパーである。
【００２６】鋼材等からなる溝形断面の第１付加質量体
１は、４箇所に分散配置したボールベアリング１０で支
持されている。第１付加質量体１に対するバネは、ボー
ルベアリング１０間に分散配置した４つの中空積層ゴム
３によって与え、中空積層ゴム３上下の端板を、それぞ
れ第１付加質量体１の下面及び基礎架台２０の上面にボ
ルト等で取り付ける。さらに、第１付加質量体１の下面
及び基礎架台２０の上面に設けたブラケット間にシリン
ダー型のオイルダンパー６ａ、６ｂを水平２方向に、合
計４箇所取り付け、所定の減衰性を付加している。
１は、４箇所に分散配置したボールベアリング１０で支
持されている。第１付加質量体１に対するバネは、ボー
ルベアリング１０間に分散配置した４つの中空積層ゴム
３によって与え、中空積層ゴム３上下の端板を、それぞ
れ第１付加質量体１の下面及び基礎架台２０の上面にボ
ルト等で取り付ける。さらに、第１付加質量体１の下面
及び基礎架台２０の上面に設けたブラケット間にシリン
ダー型のオイルダンパー６ａ、６ｂを水平２方向に、合
計４箇所取り付け、所定の減衰性を付加している。
【００２７】本実施例では、第１付加質量体１の溝形断
面形状を利用して、直交する２方向（ｘ方向、ｙ方向と
する）に、第２付加質量体２ａ（ｘ方向）、２ｂ（ｙ方
向）を上下に配置し、２方向の第２付加質量体２ａ、２
ｂが互いに干渉しないようにしている。
面形状を利用して、直交する２方向（ｘ方向、ｙ方向と
する）に、第２付加質量体２ａ（ｘ方向）、２ｂ（ｙ方
向）を上下に配置し、２方向の第２付加質量体２ａ、２
ｂが互いに干渉しないようにしている。
【００２８】ｘ方向の第２付加質量体２ａの駆動につい
て説明すると、第２付加質量体２ａは第１付加質量体１
の上部に架け渡した箱型架台７ａ上に設けられた２本の
ｘ方向のレール８ａに沿って摺動可能となっており、Ａ
Ｃサーボモーター４ａの制御によりボールねじを構成す
るシャフト５ａ（図では外周を竹の子ばね状に伸縮可能
なカバーで保護した状態を示している）を回転させるこ
とで、ｘ方向のレール８ａ上で振動する。
て説明すると、第２付加質量体２ａは第１付加質量体１
の上部に架け渡した箱型架台７ａ上に設けられた２本の
ｘ方向のレール８ａに沿って摺動可能となっており、Ａ
Ｃサーボモーター４ａの制御によりボールねじを構成す
るシャフト５ａ（図では外周を竹の子ばね状に伸縮可能
なカバーで保護した状態を示している）を回転させるこ
とで、ｘ方向のレール８ａ上で振動する。
【００２９】図中、９ａはシャフト５ａと平行に設けた
水平なコイルスプリング（図では外周を竹の子ばね状に
伸縮可能なカバーで保護した状態を示している）であ
り、第２付加質量体２ａに対し、所定のばね定数を与え
ている。単に、第２付加質量体２ａの中立位置を保つ目
的では、このばね定数は構造物の固有周期に比べ長い周
期を与えるのが普通であるが、ＡＴＭＤ的な制御を行う
場合には第１付加質量体１の周期に同調させる。
水平なコイルスプリング（図では外周を竹の子ばね状に
伸縮可能なカバーで保護した状態を示している）であ
り、第２付加質量体２ａに対し、所定のばね定数を与え
ている。単に、第２付加質量体２ａの中立位置を保つ目
的では、このばね定数は構造物の固有周期に比べ長い周
期を与えるのが普通であるが、ＡＴＭＤ的な制御を行う
場合には第１付加質量体１の周期に同調させる。
【００３０】ｙ方向の第２付加質量体２ｂの駆動に関し
ても、基本的な構成はｘ方向と同じであり、ｙ方向の第
２付加質量体２ｂは、架台７ｂを介して、第１付加質量
体１の溝内に収納された形で、ｙ方向のレール８ｂ上を
摺動する。
ても、基本的な構成はｘ方向と同じであり、ｙ方向の第
２付加質量体２ｂは、架台７ｂを介して、第１付加質量
体１の溝内に収納された形で、ｙ方向のレール８ｂ上を
摺動する。
【００３１】図中、１５ａ、１５ｂはそれぞれ第２付加
質量体２ａ、２ｂの下面に設けたボールねじを構成する
シャフト５ａ、５ｂとの螺合部、１６ａ、１６ｂは第２
付加質量体２ａ、２ｂのストロークｓの端部に設けた緩
衝装置、３０は第１付加質量体１上に設置した機器側制
御盤である。
質量体２ａ、２ｂの下面に設けたボールねじを構成する
シャフト５ａ、５ｂとの螺合部、１６ａ、１６ｂは第２
付加質量体２ａ、２ｂのストロークｓの端部に設けた緩
衝装置、３０は第１付加質量体１上に設置した機器側制
御盤である。
【００３２】図５は、ボールベアリング１０部分の詳細
を示したもので、表面に焼入れして高度を高めた受皿１
１上をころがせることにより、摩擦抵抗のほとんどない
状態で、ＤＤを構成する第１付加質量体１を水平面内の
あらゆる方向に挙動させることができる。図中、１２は
ボールベアリング１０部分を保護するためのジャバラで
ある。
を示したもので、表面に焼入れして高度を高めた受皿１
１上をころがせることにより、摩擦抵抗のほとんどない
状態で、ＤＤを構成する第１付加質量体１を水平面内の
あらゆる方向に挙動させることができる。図中、１２は
ボールベアリング１０部分を保護するためのジャバラで
ある。
【００３３】図６は、構造物の周期とＤＤ部分の周期が
多少ずれている場合の同調方法を示したものである。す
なわち、図６(a) の状態に対し、図６(b) のように周期
調整用のスペーサー１４を挟み込むことで、積層ゴム３
に軸応力（若しくは軸変形）を与え、ＤＤ部分の水平剛
性の調整を容易に行うことができる。
多少ずれている場合の同調方法を示したものである。す
なわち、図６(a) の状態に対し、図６(b) のように周期
調整用のスペーサー１４を挟み込むことで、積層ゴム３
に軸応力（若しくは軸変形）を与え、ＤＤ部分の水平剛
性の調整を容易に行うことができる。
【００３４】図７は本発明の振動制御装置を１方向（ｘ
方向）のみについて振動モデルとして表したもので、従
来の技術の項で述べたＤＤの付加質量体を第１付加質量
体とし、この第１付加質量体に対し、ＡＭＤまたはＡＴ
ＭＤを構成する第２付加質量体を組み合わせたものに相
当する。
方向）のみについて振動モデルとして表したもので、従
来の技術の項で述べたＤＤの付加質量体を第１付加質量
体とし、この第１付加質量体に対し、ＡＭＤまたはＡＴ
ＭＤを構成する第２付加質量体を組み合わせたものに相
当する。
【００３５】図中、ｍ1 は主振動系を構成する構造物の
質量、ｍa は第１付加質量体の質量、ｍbxはｘ方向につ
いて機能する第２付加質量体の質量である。また、ｋ1x
は構造物本体のｘ方向についてのバネ定数、ｋaxは支持
手段のｘ方向についてのバネ定数、ｃaxは支持手段のｘ
方向についての減衰係数、ｋbxは第１付加質量体とｘ方
向について機能する第２付加質量体間のバネ定数、ｕ
(t) x はｘ方向についての制御力である。ｘ1 は構造物
の変位、ｘa は第１付加質量体の変位、ｘb は第２付加
質量体の変位を表す。本発明の装置としては、さらにｙ
方向（通常はｘ方向と直交する方向であるが、構造物の
断面形状等に応じて選択できる）について機能する質量
ｍbyの第２付加質量体が加わるが、ｘ方向及びｙ方向で
それぞれ制御することにより、水平面内の全方向の制御
が可能である。
質量、ｍa は第１付加質量体の質量、ｍbxはｘ方向につ
いて機能する第２付加質量体の質量である。また、ｋ1x
は構造物本体のｘ方向についてのバネ定数、ｋaxは支持
手段のｘ方向についてのバネ定数、ｃaxは支持手段のｘ
方向についての減衰係数、ｋbxは第１付加質量体とｘ方
向について機能する第２付加質量体間のバネ定数、ｕ
(t) x はｘ方向についての制御力である。ｘ1 は構造物
の変位、ｘa は第１付加質量体の変位、ｘb は第２付加
質量体の変位を表す。本発明の装置としては、さらにｙ
方向（通常はｘ方向と直交する方向であるが、構造物の
断面形状等に応じて選択できる）について機能する質量
ｍbyの第２付加質量体が加わるが、ｘ方向及びｙ方向で
それぞれ制御することにより、水平面内の全方向の制御
が可能である。
【００３６】制御方法の一例を挙げると以下のようにな
る。なお、上述のようにｘ方向及びｙ方向でそれぞれ制
御することにより、水平面内の全方向の制御が可能であ
るので、以下単にｘ方向についてのみ説明する。
る。なお、上述のようにｘ方向及びｙ方向でそれぞれ制
御することにより、水平面内の全方向の制御が可能であ
るので、以下単にｘ方向についてのみ説明する。
【００３７】第１付加質量体の質量は、構造物の規模、
振動特性、制御手段等に応じ、例えば構造物の質量の１
／５０〜１／５００程度とする。また、第２付加質量体
の質量は、例えば第１付加質量体の質量の１／４〜１／
２０程度とする。
振動特性、制御手段等に応じ、例えば構造物の質量の１
／５０〜１／５００程度とする。また、第２付加質量体
の質量は、例えば第１付加質量体の質量の１／４〜１／
２０程度とする。
【００３８】図７におけるパラメーターを用いると、主
振動系、第１付加質量体及び第２付加質量体の角振動数
ω1x、ωax、ωbxは、 ω1x＝（ｋ1x／ｍ1 ）1/2 ωax＝（ｋax／ｍa ）1/2 ωbx＝（ｋbx／ｍbx）1/2 と表される。
振動系、第１付加質量体及び第２付加質量体の角振動数
ω1x、ωax、ωbxは、 ω1x＝（ｋ1x／ｍ1 ）1/2 ωax＝（ｋax／ｍa ）1/2 ωbx＝（ｋbx／ｍbx）1/2 と表される。
【００３９】これらの角振動数を同調させることで、次
式の関係が成立する。
式の関係が成立する。
【００４０】ω1x≒ωax≒ωbx ただし、ωbxは同調させずに、ω1x、ωaxに比べ十分小
さい値に設定し、従来のＡＭＤ的な制御を行う場合もあ
る。
さい値に設定し、従来のＡＭＤ的な制御を行う場合もあ
る。
【００４１】また、前述した構造物、第１付加質量体及
び第２付加質量体の質量の間の関係は、 ｍa ／ｍ1 ＝１／５０〜１／５００ ｍbx／ｍa ＝１／４〜１／２０ と表せる。
び第２付加質量体の質量の間の関係は、 ｍa ／ｍ1 ＝１／５０〜１／５００ ｍbx／ｍa ＝１／４〜１／２０ と表せる。
【００４２】第２付加質量体である駆動体の動きを制御
するための制御力は、例えば次式によって規定される。
するための制御力は、例えば次式によって規定される。
【００４３】 ｕ(t) x ＝Ｇ1 （ｄｘ1 ／ｄｔ）＋Ｇ2 （ｘa −ｘ1 ）＋Ｇ3 （ｄｘb ／ ｄｔ）＋Ｇ4 （ｘb −ｘa ） ……(1) ここで、Ｇ1 、Ｇ2 、Ｇ3 、Ｇ4 は上記(1) 式の各項に
おけるゲイン（利得）である。
おけるゲイン（利得）である。
【００４４】エネルギーは主として第１付加質量体に対
するダンパー機能（減衰係数ｃax）により消費する。
するダンパー機能（減衰係数ｃax）により消費する。
【００４５】第１付加質量体の角振動数ωaxは主振動系
の角振動数ω1xに同期しているので、ダイナミックダン
パー（動吸振器）を形成している。しかし、第１付加質
量体に対する減衰係数ｃaxはダイナミックダンパーの最
適設計値よりやや大きくするのが望ましい。
の角振動数ω1xに同期しているので、ダイナミックダン
パー（動吸振器）を形成している。しかし、第１付加質
量体に対する減衰係数ｃaxはダイナミックダンパーの最
適設計値よりやや大きくするのが望ましい。
【００４６】ここで、制御力ｕ(t) x を加えて、第１付
加質量体（質量ｍa ）を加振する。上記(1) 式の場合は
構造物の速度（ｄｘ1 ／ｄｔ）をフィードバックしてお
り、第１付加質量体（質量ｍa ）は通常のＤＤ（ダイナ
ミックダンパー）の動きが増幅されたものとなり、従っ
て振動制御効果が上がる。
加質量体（質量ｍa ）を加振する。上記(1) 式の場合は
構造物の速度（ｄｘ1 ／ｄｔ）をフィードバックしてお
り、第１付加質量体（質量ｍa ）は通常のＤＤ（ダイナ
ミックダンパー）の動きが増幅されたものとなり、従っ
て振動制御効果が上がる。
【００４７】制御力ｕ(t) x の反力は第２付加質量体
（質量ｍbx＝１／４ｍa 〜１／２０ｍa ）の慣性力を利
用して処理する。
（質量ｍbx＝１／４ｍa 〜１／２０ｍa ）の慣性力を利
用して処理する。
【００４８】上記(1) 式の第３項は作用、反作用の関係
を利用して第２付加質量体に対しても減衰性を与えるた
めの項であり、これにより第２付加質量体の振動の安定
化を図ることができる。
を利用して第２付加質量体に対しても減衰性を与えるた
めの項であり、これにより第２付加質量体の振動の安定
化を図ることができる。
【００４９】また、前述したＡＴＭＤの原理を利用して
第２付加質量体の角振動数ωbxも主振動系の角振動数ω
1xに同期させると、バネ力（バネ定数ｋbx）が制御に必
要なほとんどの力を吸収するので、制御に必要な力はさ
らに小さくなる。
第２付加質量体の角振動数ωbxも主振動系の角振動数ω
1xに同期させると、バネ力（バネ定数ｋbx）が制御に必
要なほとんどの力を吸収するので、制御に必要な力はさ
らに小さくなる。
【００５０】すなわち、第２付加質量体には制御力〔ｕ
(t) x 〕、慣性力〔ｍbx（ dｘb ／dt）2 〕及びバネ力
〔ｋbx（ｘb −ｘa ）〕が働いており、次の関係があ
る。
(t) x 〕、慣性力〔ｍbx（ dｘb ／dt）2 〕及びバネ力
〔ｋbx（ｘb −ｘa ）〕が働いており、次の関係があ
る。
【００５１】〔制御力〕＋〔慣性力〕＋〔バネ力〕＝０ 従って、慣性力とバネ力がキャンセルし合うことで、制
御力を小さくすることができる。
御力を小さくすることができる。
【００５２】
【発明の効果】 駆動手段と直結されていない第１付加質量体につい
ては、その重量をボールベアリングが支持するため、水
平面内の全方向に振動可能であり、かつバネ手段として
用いた積層ゴムは鉛直荷重を受け持つ必要がなく、バネ
特性に関し良好な線形性が得られる。
ては、その重量をボールベアリングが支持するため、水
平面内の全方向に振動可能であり、かつバネ手段として
用いた積層ゴムは鉛直荷重を受け持つ必要がなく、バネ
特性に関し良好な線形性が得られる。
【００５３】 構造物の固有周期とＤＤの周期が多少
ずれている場合には、積層ゴムの上面または下面にスペ
ーサーを介在させ、積層ゴムに軸応力を与えることで、
水平剛性を調整し、同調を図ることもできる。
ずれている場合には、積層ゴムの上面または下面にスペ
ーサーを介在させ、積層ゴムに軸応力を与えることで、
水平剛性を調整し、同調を図ることもできる。
【００５４】 駆動手段からの制御力を直接受ける第
２付加質量体については、振動方向を１方向に限定した
ことにより、駆動手段の機構や制御方法が簡単になり、
地震等による構造物の応答等に対し、効率が良く、精度
の高い制御が可能となる。
２付加質量体については、振動方向を１方向に限定した
ことにより、駆動手段の機構や制御方法が簡単になり、
地震等による構造物の応答等に対し、効率が良く、精度
の高い制御が可能となる。
【００５５】 第２付加質量体を１つの第１付加質量
体に対し、直交する２方向に設けたことにより、第１付
加質量体に対し、間接的に２方向の制御力を与えること
になり、構造物の応答を水平面内の全方向について抑制
することができ、かつ第２付加質量体の重量は第１付加
質量体の重量に比べ非常に小さいので、複数設けても振
動制御装置全体としての重量増大にはほとんど影響がな
い。
体に対し、直交する２方向に設けたことにより、第１付
加質量体に対し、間接的に２方向の制御力を与えること
になり、構造物の応答を水平面内の全方向について抑制
することができ、かつ第２付加質量体の重量は第１付加
質量体の重量に比べ非常に小さいので、複数設けても振
動制御装置全体としての重量増大にはほとんど影響がな
い。
【００５６】 ＤＤを基本構造としてこれに駆動体を
有するＡＭＤまたはＡＴＭＤの構成を加えたことで、極
めて小さな質量体の駆動により、大きな振動制御効果を
上げることができる。
有するＡＭＤまたはＡＴＭＤの構成を加えたことで、極
めて小さな質量体の駆動により、大きな振動制御効果を
上げることができる。
【００５７】 駆動される第２付加質量体の重量が構
造物の重量に比べ非常に小さいこと等から、たとえ駆動
部の暴走があったとしても、構造物本体に与える影響は
極めて小さい。
造物の重量に比べ非常に小さいこと等から、たとえ駆動
部の暴走があったとしても、構造物本体に与える影響は
極めて小さい。
【図１】本発明の振動制御装置の一実施例を示したもの
で、(a) は正面図、(b) は側面図である。
で、(a) は正面図、(b) は側面図である。
【図２】図１(a) のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１(a) のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１(a) のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】第１付加質量を支持するボールベアリング部の
詳細を示したもので、(a) は受皿部分の水平断面図、
(b) は鉛直断面図である。
詳細を示したもので、(a) は受皿部分の水平断面図、
(b) は鉛直断面図である。
【図６】(a) 、(b) は第１付加質量体に対する積層ゴム
からなるバネの同調方法を示す説明図である。
からなるバネの同調方法を示す説明図である。
【図７】本発明の振動制御装置を１方向についてのみ表
した振動モデル図である。
した振動モデル図である。
【図８】従来のＤＤの振動モデル図である。
【図９】従来のＡＭＤの振動モデル図である。
【図１０】従来のＡＴＭＤの振動モデル図である。
１…第１付加質量体、２ａ、２ｂ…第２付加質量体、３
…中空積層ゴム、４ａ、４ｂ…ＡＣサーボモーター、５
ａ、５ｂ…シャフト、６ａ、６ｂ…オイルダンパー、７
ａ、７ｂ…架台、８ａ、８ｂ…レール、９ａ、９ｂ…コ
イルスプリング、１０…ボールベアリング、１１…受
皿、１２…ジャバラ、１４…スペーサー、１５ａ、１５
ｂ…螺合部、１６ａ、１６ｂ…緩衝装置、２０…基礎架
台、２１…防振ゴム支承、２２…水平ストッパー、３０
…機器側制御盤、
…中空積層ゴム、４ａ、４ｂ…ＡＣサーボモーター、５
ａ、５ｂ…シャフト、６ａ、６ｂ…オイルダンパー、７
ａ、７ｂ…架台、８ａ、８ｂ…レール、９ａ、９ｂ…コ
イルスプリング、１０…ボールベアリング、１１…受
皿、１２…ジャバラ、１４…スペーサー、１５ａ、１５
ｂ…螺合部、１６ａ、１６ｂ…緩衝装置、２０…基礎架
台、２１…防振ゴム支承、２２…水平ストッパー、３０
…機器側制御盤、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 勝康 東京都港区元赤坂１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１丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 近藤 明洋 東京都港区元赤坂１丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 福島 出 東京都港区元赤坂１丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 構造物に対し相対移動可能な所定質量の
第１付加質量体と、前記構造物と前記第１付加質量体と
の間に介在し、前記第１付加質量体に対し前記構造物の
固有周期と同調する周期を与えるバネ手段と、前記第１
付加質量体に対し相対移動可能な所定質量の第２付加質
量体と、前記第１付加質量体と前記第２付加質量体との
間に制御力を作用させる駆動手段とを有する構造物の振
動制御装置において、１つの第１付加質量体に対し、互
いに直交する方向に相対移動可能な２つの第２付加質量
体を設け、前記第１付加質量体の鉛直荷重を、複数、分
散配置したボールベアリングで支持し、前記バネ手段と
して前記構造物と前記第１付加質量体との間に積層ゴム
を介在させたことを特徴とする構造物の振動制御装置。 - 【請求項２】 前記積層ゴムの上面または下面にスペー
サーを介在させることにより、前記積層ゴムに軸応力を
与えて水平剛性を可変にする請求項１記載の構造物の振
動制御装置。 - 【請求項３】 前記積層ゴムは中空積層ゴムである請求
項１または２記載の構造物の振動制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3186893A JP2595870B2 (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | 構造物の振動制御装置 |
| TW82105386A TW270951B (en) | 1993-02-22 | 1993-07-06 | Vibration control device for a structure (3) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3186893A JP2595870B2 (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | 構造物の振動制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06240920A true JPH06240920A (ja) | 1994-08-30 |
| JP2595870B2 JP2595870B2 (ja) | 1997-04-02 |
Family
ID=12343028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3186893A Expired - Fee Related JP2595870B2 (ja) | 1993-02-22 | 1993-02-22 | 構造物の振動制御装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2595870B2 (ja) |
| TW (1) | TW270951B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100456286B1 (ko) * | 2001-06-28 | 2004-11-09 | (주)엠피기술산업 | 건물용 면진장치 |
| JP2006084014A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Kanazawa Seisakusho:Kk | 免震装置 |
-
1993
- 1993-02-22 JP JP3186893A patent/JP2595870B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-06 TW TW82105386A patent/TW270951B/zh active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100456286B1 (ko) * | 2001-06-28 | 2004-11-09 | (주)엠피기술산업 | 건물용 면진장치 |
| JP2006084014A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Kanazawa Seisakusho:Kk | 免震装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW270951B (en) | 1996-02-21 |
| JP2595870B2 (ja) | 1997-04-02 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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