JPH09133180A - 構造物制振装置の重錘支持構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造物制振装置の重錘支持構造の全高を低く
する。 【解決手段】 本発明の重錘支持構造において、重錘６
０はア−ム１１の一端に接続される。ア−ム１１他端
は、リニアガイドブロック４５を介して、支柱４１に設
けられたリニアガイドレ−ル４４上に走行可能に支持さ
れる。ア−ム１１中間部には、クランク接続用ブロック
５０を介し、クランク２１の一端が回転可能に接続され
る。クランク２１他端は、支柱４１に回転可能に支持さ
れる。重錘６０が揺動すると、ア−ム１１は、回転軸８
３中心の回転と下向きの並進が合成された運動をする。
重錘６０の揺動の軌跡の曲率半径はア−ム１１の長さよ
りも長くなり、重錘６０の揺動の固有振動数はより低周
波になる。その結果、本発明の重錘支持構造は、重錘６
０を単振子に吊るよりも全高を低くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吊橋の主塔、高層
建築物等の構造物制振装置の重錘支持構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、吊橋の主塔、高層建築物等の構造
物制振装置には、パッシブ型構造物制振装置とアクティ
ブ型構造物制振装置の２つのタイプがある。

【０００３】パッシブ型構造物制振装置は、原点への復
元力を持たせた重錘を構造物上で水平方向に振動させ、
構造物に加わった揺れのエネルギ−を重錘の振動で消費
させることによって構造物の制振を行うものである。パ
ッシブ型構造物制振装置では、制振性能を最適化するた
めに、重錘の固有振動数は概ね構造物の固有振動数に等
しく調整されている。

【０００４】一方、アクティブ型構造物制振装置は、原
点への復元力を持たせた重錘を構造物上で水平方向に駆
動し、重錘の駆動で得られる反力を構造物に伝達させる
ことによって構造物の制振を行うものである。アクティ
ブ型構造物制振装置では、重錘の駆動に要するエネルギ
−を省力化するため、重錘は固有振動数は概ね構造物の
固有振動数と等しく調整されている。

【０００５】すなわち、パッシブ型、アクティブ型のい
ずれの構造物制振装置においても、重錘は概ね構造物の
固有振動数と同じ固有振動数で振動可能に支持されてい
る。

【０００６】図４は、従来の構造物制振装置の重錘支持
構造を示す概略説明図である。図４中、３１はア−ム、
３４は支持体、３５は支柱、３６は梁、３７はバネ、４
３は台座、６０は重錘、７１は減速機付電動機、７２は
減速機付電動機７１の回転軸、７３は自在継手、７４は
ボ−ルネジ、７５は自動調心軸受、８２、８５は軸受、
９２、９５は回転軸を示す。

【０００７】図４に示すように、従来の構造物制振装置
の重錘支持構造において、重錘６０は、ア−ム３１を介
して支持体３４の梁３６に単振子状に吊り下げられてい
る。重錘６０の振子運動の固有振動数は、重錘６０の重
心が描く軌跡の曲率半径の大きさで決まる。重錘６０の
重心が描く軌跡の曲率半径が大きくなるほど、重錘６０
の振子運動の固有振動数は小さくなる。したがって、ア
−ム３１の長さを長くするほど、重錘６０の振子運動の
固有振動数は小さくなる。

【０００８】また、重錘６０には必要に応じてバネ３７
が設けられる。重錘６０の振子運動の固有振動数は、バ
ネ３７のバネ定数を選定することによって微調節され
る。重錘６０にバネ３７を設けることによって、重錘６
０に作用する原点への復元力は増加する。したがって、
バネ３７のバネ定数を大きくするほど、重錘６０の振子
運動の固有振動数は高周波になる。

【０００９】尚、図４はアクティブ型構造物制振装置の
一例を示している。図４に示す構造物制振装置の重錘支
持構造において、減速機付電動機７１、減速機付電動機
７１の回転軸７２、自在継手７３、ボ−ルネジ７４、自
動調心軸受７５は、重錘６０の駆動機構を構成してい
る。図１に示すように、減速機付電動機７１の回転軸７
２には、自在継手７３を介してボ−ルネジ７４が設けら
れている。重錘６０の下部には自動調しん軸受７５が設
けられている。自動調しん軸受７５の内輪にはナットを
介して、ボ−ルネジ７４が螺合されている。減速機付電
動機７１を作動すると、自動調しん軸受７５の位置がボ
−ルネジ７４上を移動し、重錘６０が揺動する。減速機
付電動機７１の動作は、構造物の揺れが制振されるよう
に制御される。

【００１０】一方、パッシブ型構造物制振装置の場合
は、重錘６０の駆動機構のかわりに、水平方向の力を吸
収するダンパ−が重錘６０に設けられている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】構造物制振装置におい
て、重錘の振子運動の固有振動数は、構造物の固有振動
数と概ね等しくする必要がある。構造物の固有振動数が
小さい場合、従来の構造物制振装置の重錘支持構造は、
重錘を吊り下げるア−ムの長さを長くする必要がある。
このため、従来の構造物制振装置の重錘支持構造は、構
造物の固有振動数が小さくなるほど、全高が高くなると
いう問題がある。

【００１２】また、従来の構造物制振装置の重錘支持構
造は、重錘の振子運動の固有振動数を調整するのにバネ
を用いている。重錘の振子運動の固有振動数をバネで調
節する場合、重錘の振子運動の固有振動数は高周波側に
しか調節できない。このため、従来の構造物制振装置の
重錘支持構造は、調整可能な重錘の振子運動の最小固有
振動数値がア−ムの長さによって制限される。ゆえに、
従来の構造物制振装置の重錘支持構造は、重錘の振子運
動の固有振動数を低周波側に広範囲に調整することがで
きないという問題がある。

【００１３】本発明は、上記の問題点を解決するために
考えられたもので、請求項１の発明は全高を低くするこ
とを目的とする構造物制振装置の重錘支持構造である。
請求項２の発明は全高を低くするとともに、重錘の振子
運動の固有振動数をより広範囲に調整可能とすることを
目的とする構造物制振装置の重錘支持構造である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、
（１）支持体と、（２）支持体に上下動可能に支持され
たア−ム支持部および重錘支持部を有するア−ムと、
（３）支持体のクランク支点に回動可能に接続され、ア
−ムのア−ム支持部〜重錘支持部間に回動可能に接続さ
れたア−ム支点を有するクランク、を有することを特徴
とする構造物制振装置の重錘支持構造である。

【００１５】請求項２の発明は、ア−ム支点の位置がア
−ム上またはクランク上で調節可能であることを特徴と
する請求項１記載の構造物制振装置の重錘支持構造であ
る。

【００１６】図１は、請求項１の発明におけるア−ムの
動きを説明するための概略説明図である。図１中、１１
はア−ム、１２、１２ａはア−ム支持部、１３、１３ａ
は重錘支持部、２１はクランク、２２はクランク支点、
２３、２３ａはア−ム支点を示す。実線はクランク２１
が回動した時のア−ム１１とクランク２１の位置、点線
はクランク２１が回動する前のア−ム１１とクランク２
１の位置を示す。矢印１はア−ム支持部１２の軌跡、矢
印２はア−ム支点２３の軌跡、矢印３はア−ム１１の重
錘支持部１３の軌跡を示す。また、３０は単振子、３１
はア−ム、３３は重錘支持部、矢印４は単振子３０の重
錘支持部３３の軌跡を示す。

【００１７】図１に示すように、ア−ム１１の重錘支持
部１３に水平方向の揺れが加わると、（１）クランク２
１はクランク支点２２の回りに回動運動し（矢印２）、
（２）ア−ム支持部１２は、鉛直下方に移動し（矢印
１）、（３）ア−ム支点２３の位置は、水平方向および
鉛直下方に変位する（矢印２）。その結果、ア−ム１１
は、（１）ア−ム支点２３とア−ム支持部１２が共に鉛
直下方に変位することによって生じる並進と、（２）ア
−ム支点２３を中心にした回動、が合成された運動をす
る。

【００１８】請求項１の発明は、ア−ム１１が鉛直方向
に対して平行な時に全高が最大になる。ア−ム１１が鉛
直方向に対して平行な時の重錘支持部１３ａの位置を原
点とすると、ア−ム１１の重錘支持部１３の高さＨ₁ は
（１）式、ア−ム１１の重錘支持部１３の水平方向変位
Ｘ₁ は（２）式で与えられる。 Ｈ₁ ＝Ｌ₂ （１−ＣＯＳφ）−Ｒ（１−ＣＯＳθ）・・・（１） Ｘ₁ ＝Ｌ₀ ＳＩＮφ・・・（２） ここで、Ｌ₀ はア−ム支持部１２〜重錘支持部１３の長
さ、Ｌ₁ はア−ム支持部１２〜ア−ム支点２３間の長
さ、Ｌ₂ は重錘支持部１３〜ア−ム支点２３間の長さ、
Ｒはクランク支点２２〜ア−ム支点２３の長さ、φはア
−ム１１と鉛直方向がなす角度、θはクランク２１と鉛
直方向がなす角度を示す。尚、φとθは（３）式を満足
する。 Ｒ・ＳＩＮθ＝Ｌ₁ ・ＳＩＮφ・・・（３） また、ア−ム１１の重錘支持部１３に原点への復元力が
作用するようにするため、Ｌ₂ およびＲの値は、θ＞０
の時Ｈ₁ ＞０、θ＝０の時Ｈ₁ ＝０となるように設計す
る。

【００１９】次に請求項１の発明と比較のため、ア−ム
支持部１２ａを支点とする単振子３０を考える。単振子
３０の支点１２ａ〜重錘支持部２３の長さＬ₃ はＬ₀ と
等しいものとする。単振子３０の重錘支持部３２の高さ
Ｈ₂ は（４）式、単振子３０の重錘支持部３３の水平方
向変位Ｘ₂ は（５）式で与えられる。 Ｈ₂ ＝Ｌ₀ （１−ＣＯＳω）＝（Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ）（１−ＣＯＳω）・・・（４） Ｘ₂ ＝Ｌ₀ ＳＩＮω・・・（５） ここで、ωは単振子３０のア−ム３１と鉛直方向がなす
角度を示す。

【００２０】重錘支持部１３、３３の水平方向変位
Ｘ₁ 、Ｘ₂ が等しい場合（φ＝ω）、ア−ム１１の重錘
支持部１３と単振子３０の重錘支持部３３の高さの差Ｈ
₁ −Ｈ₂は（６）式で与えられる。 Ｈ₁ −Ｈ₂ ＝−Ｌ₁ （１−ＣＯＳφ）−Ｒ（１−ＣＯＳθ）・・・（６） （６）式に示すように、Ｈ₁ −Ｈ₂ は常に０以下にな
る。このことは、ア−ム１１の重錘支持部１３の軌跡
（矢印３）が、単振子３０の重錘支持部３３の軌跡（矢
印４）よりも大きな曲率半径を有することを意味する。
このため、ア−ム１１の重錘支持部１３が振子運動する
時の固有振動数は、単振子３０の固有振動数よりも低周
波になる。

【００２１】また、（６）式に示すように、Ｌ₁ または
Ｒの増加に伴って、Ｈ₁ −Ｈ₂ は減少する。すなわち、
Ｌ₁ またはＲを長くするほど、ア−ム１１の重錘支持部
１３の軌跡（矢印３）の曲率半径は大きくなる。このた
め、ア−ム１１の重錘支持部１３が振子運動する時の固
有振動数は、ア−ム支点２３の位置をア−ム１１上また
はクランク２１上で変化させることによって、容易に調
節可能になる。

【００２２】以上に示すように、重錘支持構造の全高が
一定の場合、請求項１の発明における重錘支持部の振子
運動の固有振動数は、重錘が吊り下げられた単振子の固
有振動数よりも低周波になる。したがって、重錘を所定
の固有振動数で振子運動させる場合、請求項１の発明
は、重錘を単振子に吊り下げるよりも重錘支持構造の全
高を低くすることが可能になる。

【００２３】さらに、請求項２の発明は、ア−ム支点の
位置がア−ム上またはクランク上で調節可能であるた
め、重錘支持部の振子運動の固有振動数を容易に調節す
ることが可能である。また、重錘支持構造の全高が一定
の場合、請求項２の発明における重錘支持部の振子運動
の固有振動数は、重錘が吊り下げられた単振子の固有振
動数よりも低周波である。したがって、請求項２の発明
は、重錘を単振子に吊り下げるよりも、重錘支持部の振
子運動の固有振動数を低周波側に広く調節することが可
能になる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図２は、請求項２の発明の実施の
形態の一例を示す概略正面図である。図２中、４０は支
持体、４１は支柱、４２は梁、４３は台座、４４はリニ
アガイドレ−ル、４５はリニアガイドブロック、５０は
クランク接続用ブロック、５１はナット、５３は貫通
孔、８２、８３、８４は軸受、９２、９３、９４は回転
軸を示す。図２に示す部分のうち、図１または図４と同
じ部分には同一符号を付し、説明を省略する。

【００２５】図２に示すように、請求項２の発明は、重
錘６０が接続されたア−ム１１、ア−ム１１に接続され
たクランク２１、ア−ム１１とクランク２１を支持する
支持体４０を有する。

【００２６】支持体４０は２対の支柱４１を有する。各
支柱４１の下端部は台座４３に固定される。隣合う支柱
４１の上端部は梁４２で接続される。支柱４１の上部内
側側面には、リニアガイドレ−ル４４が設けられる。リ
ニア−ガイドレ−ル４４の軌道は、鉛直方向に平行に設
けられる。支柱４１の下部には軸受８４が設けられる。

【００２７】ア−ム１１の上端部は、リニアガイドレ−
ル４４の軌道上に支持される。ア−ム１１の上端部は、
リニア−ガイドレ−ル４４上に走行可能に取り付けられ
たリニア−ガイドブロック４５に接続される。ア−ム１
１の下端部は、重錘６０に接続される。

【００２８】ア−ム１１の中間部には、クランク接合用
ブロック５０がボルト接合される。ア−ム１１の中間部
には、クランク接続用ブロック５０をボルト接合するた
めの貫通孔５３の列が、ア−ム１１の長手方向に沿って
設けられる。クランク接続用ブロック５０のボルト接合
位置は、貫通孔５３を選択することによって、ア−ム１
１の長手方向に調節することが可能になる。

【００２９】クランク２１の上端部は、クランク接続用
ブロック５０を介して、ア−ム１１の中間部に接続され
る。クランク２１の下端部は、支持体４０の支柱４１に
設けられた軸受８４に支持される。

【００３０】図３は、図２に示した請求項２の発明の実
施の形態の概略側面図である。図３中、５３はボルト、
８１は軸受、９１は回転軸を示す。図２に示す部分のう
ち、図１と同じ部分には同一符号を付し、説明を省略す
る。また、図３中、重錘６０の駆動機構は省略する。

【００３１】図３に示すように、ア−ム１１の上端部と
リニア−ガイドブロック４５は、回転可能に接続され
る。リニア−ガイドブロック４５には、回転軸９１が水
平に設けられる。回転軸９１はア−ム１１の上端部に設
けられた軸受８１によって支持される。

【００３２】ア−ム１１の下端部と重錘６０は、回転可
能に接続される。重錘６０には、回転軸９２が水平に設
けられる。回転軸９２はア−ム１１の下端部に設けられ
た軸受８２によって支持される。

【００３３】クランク２１の上端部とクランク接続用ブ
ロック５０は、回転可能に接続される。クランク接続用
ブロック５０には、回転軸９３が水平に設けられる。回
転軸９３はクランク２１の上端部に設けられた軸受８３
によって支持される。

【００３４】クランク２１の下端部は、支持体４０の支
柱４１に回転可能に支持される。クランク２１の下端部
には、回転軸９４が水平に設けられる。回転軸９４は支
持体４０の支柱４１に設けられた軸受８４によって支持
される。

【００３５】図３に示すように、クランク接続用ブロッ
ク５０は、ア−ム１１の外側側面に沿って移動可能であ
る。このため、クランク接続用ブロック５０のボルト接
合位置は、支柱４１の位置を動かさずに調整可能にな
る。

【００３６】図２および図３に示した請求項２の発明の
実施の形態例の場合、ア−ム支持部は、リニア−ガイド
レ−ル４４、リニア−ガイドブロック４５、回転軸９
１、軸受８１で構成される。重錘支持部は軸受８２と回
転軸９２で構成される。クランク支点は軸受８４と回転
軸９４で構成される。ア−ム支点は、クランク接続用ブ
ロック５０、ナット５１、ボルト５２、貫通孔５３、軸
受８３、回転軸９３で構成される。

【００３７】図２に示すように、重錘６０が水平方向に
変位した場合、（１）クランク２１は支柱４１の軸受８
４に支持された回転軸９４の回りに回動運動し、（２）
ア−ム１１の上端部は、リニアガイドレ−ル４４の軌道
に沿って下に移動し、（３）クランク接合ブロック５０
（すなわちア−ム１１の中間部）は、水平方向および下
方に変位する。ア−ム１１は、（１）ア−ム１１の上端
部とクランク接合ブロック５０が共に鉛直下方に変位す
ることによって生じる並進と、（２）クランク接合ブロ
ック５０に設けられた回転軸９３回りの回動、が合成さ
れた運動をする。その結果、ア−ム１１の下端部に接続
された重錘６０は、ア−ム１１の長さよりも大きな曲率
半径で運動する。このため、重錘６０の振子運動の固有
振動数は、ア−ム１１の長さと同じ単振子の固有振動数
よりも低周波になる。

【００３８】また、重錘６０の振子運動の固有振動数
は、クランク接続用ブロック５０のボルト接合位置をア
−ムの長手方向に沿って調節することにより、容易に調
節可能である。このため、図２に示す構造物制振装置の
重錘支持構造は、ア−ム１１の長さと同じ単振子に重錘
を吊り下げるよりも、重錘６０の振子運動の固有振動数
を低周波側に広範囲に調節することが可能になる。

【００３９】尚、請求項１の発明の実施の形態の一例
は、図２および図３に示した発明の実施の形態例におい
て、クランク接続用ブロック５０をボルト接合するため
の貫通孔５３をア−ム１１の中間部に一組設けるだけで
よい。

【００４０】また、請求項２の発明において、ア−ム支
点の位置を調節する方法は、図２および図３に示したも
ののみには限定されない。

【００４１】さらに、本発明において、構造物制振装置
の種類は限定されない。

【００４２】

【発明の効果】請求項１の発明は、（１）支持体と、
（２）支持体に上下動可能に支持されたア−ム支持部お
よび重錘支持部を有するア−ムと、（３）支持体のクラ
ンク支点に回動可能に接続され、ア−ムのア−ム支持部
〜重錘支持部間に回動可能に接続されたア−ム支点を有
するクランクと、を有するため、重錘支持部の振子運動
の軌跡の曲率半径を長くすることができ、重錘支持部の
振子運動の固有振動数を全高が等しい単振子の固有振動
数よりも低周波にすることが可能なので、重錘を単振子
に吊り下げるよりも重錘支持構造の全高を低くすること
が可能になる。

【００４３】さらに、請求項２の発明は、（１）ア−ム
支点の位置がア−ム上またはクランク上で調節可能なた
め、重錘支持部の振子運動の固有振動数を容易に調節で
き、（２）重錘支持部の振子運動の固有振動数を、全高
が等しい単振子の固有振動数よりも低周波にすることが
可能なため、重錘支持部の振子運動の固有振動数を低周
波側に広く調節することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明におけるア−ムの動きを説明す
るための概略説明図である。

【図２】請求項２の発明の実施の形態の一例を示す概略
正面図である。

【図３】図２に示した請求項２の発明の実施の形態の概
略側面図である。図３中、重錘６０の駆動機構は省略す
る。

【図４】従来の構造物制振装置の重錘支持構造の概略正
面図である。

【符号の説明】

１１ ア−ム ２１ クランク ４１ 支柱 ４４ リニア−ガイドレ−ル ４５ リニアガイドブロック ５０ クランク接続用ブロック ５１ ボルト ５２ ナット ５３ 貫通孔 ８１、８２、８３、８４ 軸受 ９１、９２、９３、９４ 回転軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （１）支持体と、（２）支持体に上下動
   可能に支持されたア−ム支持部および重錘支持部を有す
   るア−ムと、（３）支持体のクランク支点に回動可能に
   接続され、ア−ムのア−ム支持部〜重錘支持部間に回動
   可能に接続されたア−ム支点を有するクランク、を有す
   ることを特徴とする構造物制振装置の重錘支持構造。
2. 【請求項２】 ア−ム支点の位置がア−ム上またはクラ
   ンク上で調節可能であることを特徴とする請求項１記載
   の構造物制振装置の重錘支持構造。