JPH0925740A

JPH0925740A - 制振装置および制振方法

Info

Publication number: JPH0925740A
Application number: JP17730795A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Kageyama; 満蔭山
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 1995-07-13
Filing date: 1995-07-13
Publication date: 1997-01-28
Anticipated expiration: 2015-07-13
Also published as: JP2970476B2

Abstract

(57)【要約】【課題】構造物と、地盤に固定したダンパとの間に、
弾性作用を呈する引張材を張り渡して構成した制振装置
を前提として、その制振効果を向上させることができる
制振装置および制振方法を提供する。【解決手段】地盤１１上に構築した構造物１２と、地
盤１１に固定したダンパ１３との間に、ケーブル等の引
張材１４ａ，１４ｂを張り渡し、地震や風等によって構
造物に生じる水平振動を、これによって引張される引張
材を介してダンパに伝達して構造物の振動を減衰する。
ダンパと引張材とで構成される振動系１６には、この振
動系の固有振動周波数を調整するための付加質量体１７
が設けられる。付加質量体は、地盤上にローラ１８で支
持されて、構造物基部の中央に移動自在に設けられ、そ
の質量が地盤に支持されるようになっている。そしてこ
の付加質量体には、その左右両端に、水平に導かれた一
対の引張材の他端がそれぞれ連結されるとともに、これ
ら引張材と平行に水平に配置されたダンパが連結され
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、制振装置および制
振方法に係り、特に制振すべき構造物と、地盤に固定し
たダンパとの間に、ケーブル等の引張材を張り渡し、構
造物の振動を、引張材を介してダンパへ伝達して減衰さ
せるようにした制振装置および制振方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の制振装置としては、特開
平４−１７６９７４号公報(E04H 9/02,E04B 1/34) に開
示されたものが知られている。この装置は概略的には、
図６に示したように、地盤１上に構築した高層・超高層
の建物や倉庫ラックなどの構造物２と、地盤１に固定し
て設けたダンパ３との間に、振動伝達材として、引張力
のみを伝達し圧縮力は伝達することのないワイヤなどの
引張材４ａ，４ｂを張り渡し、地震や風等によって構造
物２に生じる水平方向の揺れ、すなわち構造物２の水平
振動を、これによって引張される引張材４ａ，４ｂを介
してダンパ３に伝達して構造物２の振動を減衰するよう
に構成されている。図示例では、１次モードの振動にお
いて振動変位が最も顕著に現れる構造物２頂部の左右両
端２箇所それぞれに、一対の引張材４ａ，４ｂの一端が
連結されている。そしてこれら一対の引張材４ａ，４ｂ
は、斜め下方に向かってたすき掛け状に交差されて構造
物２基部へと導かれ、構造物２基部の左右両端それぞれ
に上下一対配設した滑車５ａ，５ｂに掛け回されて、構
造物２基部の中央へと案内されている。他方、構造物２
基部の中央には、構造物２とは別途に地盤１に固定し
て、剪断変形によりエネルギを吸収する積層ゴムタイプ
のダンパ３が設けられ、このダンパ３の左右両端に、一
対の引張材４ａ，４ｂの他端がそれぞれ連結されてい
る。そして、構造物２が水平方向に振動すると、その振
動に応じて一方の引張材４ａがダンパ３との間で引張さ
れ、このダンパ３を剪断変形させる。この際、他方の引
張材４ｂは、剪断変形するダンパ３により構造物２頂部
との間で引張されることとなり、このような作用によっ
て構造物２の振動をダンパ３に伝達して減衰させるよう
になっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
に引張材４ａ，４ｂとダンパ３とで構成した従来の制振
装置にあっては、引張材４ａ，４ｂは構造物２の変形を
伝達するために用いられ、地盤１側に反力をとったダン
パ３で構造物２の振動エネルギを吸収するようになって
いる。

【０００４】しかしながら、ダンパ３のエネルギ吸収効
率、すなわちダンパ３の減衰性能には、以下に説明する
ように一義的な限界があり、上記のような従来の制振装
置によって得ることのできる制振効果は小さいものであ
った。

【０００５】この点について説明すると、上記従来の制
振装置による振動伝達関数を立式してその減衰項のダン
パ３の減衰係数を無限大とした場合と、減衰係数を０と
した場合とを試算すると、図７のグラフに示すように、
これらの振動伝達関数ｆ1 ，ｆ2 はただ一点Ｖで交わる
ことになる。そして、ダンパ３の減衰係数をどのような
値としても、すべての振動伝達関数が当該交点Ｖを通過
するという定点定理が成立してしまう。

【０００６】このグラフについて略述すると、横軸は振
動周波数、縦軸は振動伝達率（ｘ／ｙ）であって、ｘは
構造物２の振動計測点における水平振動変位、ｙは地震
時の地動変位である。そして振動伝達関数ｆ1 は、ダン
パ３の減衰係数を０とした場合である。この場合は、図
６において引張材４ａ，４ｂの他端を連結するダンパ３
が存在しない場合に相当し、すなわち構造物２を自由振
動させた場合の関数である。したがって、この振動伝達
関数ｆ1 のピークｐ1 となる振動周波数ｆr1は、構造物
２の固有振動周波数である。これに対して、振動伝達関
数ｆ2 は、ダンパ３の減衰係数を無限大とした場合であ
る。この場合は、図６において引張材４ａ，４ｂの他端
を地盤１に直結した場合に相当する。そして構造物２と
地盤１とを引張材４ａ，４ｂで直結したことの結果とし
て、このときの振動伝達関数ｆ2は、振動伝達関数ｆ1
がそのまま高周波側にシフトし、構造物２の固有振動周
波数ｆr1よりも高い固有振動周波数ｆr2でピークｐ2 を
迎える。なお、これら振動伝達関数ｆ1 ，ｆ2 を求める
にあたって、引張材４ａ，４ｂは同一の相当の弾性係数
を有するものとしている。

【０００７】そしてこれら振動伝達関数ｆ1 ，ｆ2 の交
点Ｖをすべての振動伝達関数が通過するのであるから、
最も大きな振動減衰率を得ることができる場合は、すな
わち振動伝達率が最も小さくなる場合は、この交点Ｖを
ピークｐx とする振動伝達関数ｆx を与える減衰係数の
ダンパ３を選定することに帰着する。いかなる減衰係数
のダンパ３を用いても、この交点Ｖの振動伝達率よりも
さらに小さな振動伝達率となるようなダンパ３は存在し
ないからである。したがって、固有振動周波数ｆrxにお
いてピークｐx をとる振動伝達関数ｆx を与えるダンパ
３が最適ダンパとなる。このような最適ダンパによれ
ば、その限りにおいては最良の制振効果を得ることがで
きているといえるのであるが、しかしながら、そのとき
の制振効果が限界となっていた。

【０００８】以上のことから、当該従来の制振装置にお
ける制振性能の向上にあたっては、その他の見地からの
検討が必要であり、さらに十分な制振効果を得ることの
できる手法の案出が望まれていた。

【０００９】ここに本願発明者は、上記従来の制振装置
で振動伝達材として用いられているワイヤ等の引張材４
ａ，４ｂに関し、仮にこの引張材４ａ，４ｂのバネ性、
すなわち引張剛性を無限大とすることができれば、従来
装置にあってもさらに良好な制振効果を得ることができ
るものの、現実の引張材４ａ，４ｂは相当のバネ性を有
していることに着目し、この弾性材として作用してしま
うかかる引張材４ａ，４ｂの影響をなくすことにより、
さらに良好な制振効果を得ることができることを見い出
して本発明を完成するに至ったものである。

【００１０】すなわち、図６に示すように、ワイヤ等の
引張材４ａ，４ｂは現実には、弾性材としての性質を発
現する。このため、ダンパ３から構造物２に伝達される
振動減衰力は、引張材４ａ，４ｂの弾性作用のために構
造物２の揺れに対し、位相遅れを生じてしまう。このこ
とは、引張材４ａ，４ｂの現実的な弾性係数を考慮して
試算した図７のグラフにおいて、振動伝達関数ｆx で示
される最適ダンパを用いたときの固有振動周波数ｆrx
が、構造物２の固有振動周波数ｆr1からずれていること
からも理解される。この引張材４ａ，４ｂの弾性に起因
する位相遅れによって、ダンパ３から構造物２に入力さ
れる減衰力の一部が、振動吸収に寄与せずに、剛性的に
作用してしまっているという課題を見い出したのであ
る。

【００１１】本発明は、上述した従来の課題に鑑みて創
案されたもので、その目的は、構造物と、地盤に固定し
たダンパとの間に、弾性作用を呈する引張材を張り渡し
て構成した制振装置を前提として、その制振効果を向上
させることができる制振装置および制振方法を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る制振装置
は、構造物と、地盤に固定したダンパとの間に、ケーブ
ル等の引張材を張り渡し、該引張材を介して該ダンパの
減衰力を該構造物へ伝達してその振動を減衰させるよう
にした制振装置において、上記引張材の弾性に起因する
減衰力伝達の位相遅れを修正するために、該引張材と上
記ダンパとで構成された振動系に、上記地盤に設置して
その固有振動周波数を調整する付加質量体を設けたこと
を特徴とする。

【００１３】また前記付加質量体が、前記引張材にその
挙動を増幅して伝達する増幅手段を介して連結されたこ
とを特徴とする。

【００１４】さらに、前記ダンパが、前記引張材にその
挙動を増幅して伝達する増幅手段を介して連結されたこ
とを特徴とする。

【００１５】他方、本発明に係る制振方法は、構造物
と、地盤に固定したダンパとの間に、ケーブル等の引張
材を張り渡し、該引張材を介して該ダンパの減衰力を該
構造物へ伝達してその振動を減衰させるようにした制振
方法において、上記引張材と上記ダンパとで構成された
振動系に、上記地盤に設置してその固有振動周波数を調
整する付加質量体を設けて、該付加質量体で上記引張材
の弾性に起因する減衰力伝達の位相遅れを修正するよう
にしたことを特徴とする。

【００１６】また、前記付加質量体を、増幅手段を介し
て前記引張材に連結して、該引張材の挙動を増幅して伝
達するようにしたことを特徴とする。

【００１７】さらに、前記ダンパを、増幅手段を介して
前記引張材に連結して、該引張材の挙動を増幅して伝達
するようにしたことを特徴とする。

【００１８】本発明装置および方法の作用について述べ
ると、構造物の振動を減衰させるためのダンパと引張材
とからなる振動系に、その固有振動周波数を調整する付
加質量体を設けたことにより、実際上引張材が有する相
当の弾性作用に起因して、ダンパからの減衰力を構造物
に伝達する際に生じてしまう位相遅れを、この付加質量
体によって修正することができる。すなわち、付加質量
体をダンパと引張材とからなる振動系に備えることによ
って、その固有振動周波数を、構造物自体の固有振動周
波数に一致させることができて、構造物の揺れが最も顕
著となる振動伝達関数のピークにおいてダンパの減衰力
を位相遅れなく構造物に伝達することができ、優れた制
振効果を得ることができる。

【００１９】また、付加質量体を、引張材にその挙動を
増幅して伝達する増幅手段を介して連結するようにした
ので、付加質量体の力学的効果を増幅することができ、
小さな質量の付加質量体で大きな固有振動周波数調整能
力を得ることができる。

【００２０】ダンパにあっても、引張材にその挙動を増
幅して伝達する増幅手段を介して連結するようにしたの
で、ダンパの減衰作用を増幅することができ、小さな能
力のダンパを用いて大きな振動減衰効果を得ることがで
きる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施例
を、添付図面を参照して詳述する。図１には、本発明に
係る制振装置の概略構成が示されている。装置構成は上
述した従来例とほぼ同様であり、地盤１１上に構築した
高層・超高層の建物や倉庫ラックなどの構造物１２と、
地盤１１に固定して設けたダンパ１３との間に、振動伝
達材として、引張力のみを伝達し圧縮力は伝達すること
のないケーブルなどの引張材１４ａ，１４ｂを張り渡
し、地震や風等によって構造物１２に生じる水平方向の
揺れ、すなわち構造物１２の水平振動を、これによって
引張される引張材１４ａ，１４ｂを介してダンパ１３に
伝達して構造物１２の振動を減衰するように構成されて
いる。

【００２２】本実施例でも、１次モードの振動において
振動変位が最も顕著に現れる構造物頂部の左右両端２箇
所それぞれに、一対の引張材１４ａ，１４ｂの一端が連
結されている。そしてこれら一対の引張材１４ａ，１４
ｂは、斜め下方に向かってたすき掛け状に交差されて構
造物１２基部へと導かれ、構造物１２基部の左右両端そ
れぞれに配設した滑車１５に掛け回されて、構造物１２
基部の中央へと案内されている。

【００２３】他方、構造物１２基部には、構造物１２と
は別途に地盤１１に固定して、油圧シリンダタイプのダ
ンパ１３が水平に設けられている。このダンパ１３は、
そのシリンダ１３ａが地盤１１に連結され、ピストンロ
ッド１３ｂの進退動作に伴う作動油の流れに圧損を生じ
させてエネルギを吸収する一般的な構造で構成されてい
る。

【００２４】そしてこのように地盤１１に固定されたダ
ンパ１３と、構造物１２から張り渡された引張材１４
ａ，１４ｂとで構成される振動系１６には、この振動系
１６の固有振動周波数を調整するための付加質量体１７
が設けられる。具体的には、付加質量体１７は、地盤１
１上の走行面１１ａを滑動自在に転動するローラ１８に
支持されて、構造物１２基部の中央に移動自在に設けら
れ、その質量が地盤１１に支持されるようになってい
る。そしてこの付加質量体１７には、その左右両端に、
水平に導かれた一対の引張材１４ａ，１４ｂの他端がそ
れぞれ連結されるとともに、これら引張材１４ａ，１４
ｂと平行に水平に配置されたダンパ１３のシリンダロッ
ド１３ｂが連結されている。

【００２５】そして、構造物１２が水平方向に振動する
と、その振動に応じて一方の引張材１４ａが付加質量体
１７を地盤１１上に走行移動させながらダンパ１３との
間で引張され、このダンパ１３のピストンロッド１３ｂ
を引き出してダンパ１３の作動油に流れを生じさせる。
この際、他方の引張材１４ｂは、走行移動する付加質量
体１７により構造物１２頂部との間で引張されることと
なる。このような作用が、構造物１２の振動に応じて交
互にこれら一対の引張材１４ａ，１４ｂに生じ、その引
張力によって付加質量体１７を走行駆動し、かつダンパ
１３を作動させて、構造物１２の振動を減衰させるよう
になっている。

【００２６】図２に示した従来装置のモデル（図２
（ａ））と、本発明装置のモデル（図２（ｂ））とを用
いて説明する。ここに、ｍは構造物２，１２自体の質
量、ｋは構造物２，１２自体の弾性、ｃは構造物２，１
２自体の減衰である。従来装置は、ダンパ３を構造物２
基部の地盤１側に不動状態で設置していて、ダンパ３が
発生する減衰力の反力を地盤１にとることができるた
め、ダンパ３の減衰力を効果的に構造物２に作用させる
ことができる。そして、引張材４ａ，４ｂの弾性係数が
極めて大きく、構造物２の変形速度に応じてダンパ３か
らの減衰力を位相遅れなく構造物２に伝達できれば、大
きな制振効果を期待できる。しかしながら、現実には、
引張材４ａ，４ｂはバネとしての性質を有するため、構
造物２に伝達されるダンパ３からの減衰力は、構造物２
の変形速度に対して位相が遅れることとなっている。

【００２７】ここに本発明にあっては、構造物１２を制
振するための引張材１４ａ，１４ｂとダンパ１３とで構
成した振動系１６に付加質量体１７を設けることによ
り、この付加質量体１７で当該振動系１６の固有振動周
波数を調整するようにし、この固有振動周波数の調整を
もって、構造物１２に伝達されるダンパ１３の減衰力の
位相遅れを修正するように構成されている。そして、付
加質量体１７をダンパ１３と引張材１４ａ，１４ｂとか
らなる振動系１６に備えることによって、その固有振動
周波数を、構造物１２自体の固有振動周波数に一致させ
ることができて、構造物１２の揺れが最も顕著となる振
動伝達関数のピークにおいてダンパ１３の減衰力を位相
遅れなく構造物１２に伝達することができ、優れた制振
効果を得ることができる。

【００２８】このような位相調整については類似する技
術として、図２（ｃ）にモデルで示したような、いわゆ
るＴＭＤ法が知られている。このＴＭＤ法は、構造物２
に設置されてその振動を減衰させるダンパ１９を、当該
構造物２にバネ２０を介して搭載した付加質量体２１に
連結するようにし、この付加質量体２１が構造物２の振
動に対応して振動することで生じる慣性力をダンパ１９
の反力として利用し、これによりダンパ１９の減衰力を
構造物２に作用させて制振するものである。そして、構
造物２に一括して搭載したダンパ１９、バネ２０および
付加質量体２１で構成した振動系２２の固有振動周波数
を、構造物２の固有振動周波数に一致させるようにし
て、当該構造物２の振動伝達関数のピークにおいて制振
効果を得るようにしている。この際、付加質量体２１の
質量を適宜に設定することで、この振動系２２の固有振
動周波数を調整しており、これが付加質量体２１の一つ
の役割となっている。

【００２９】ところで、このＴＭＤ法にあっては、ダン
パ１９を構造物２に搭載する構成であり、この構造物２
に設置したダンパ１９を機能させるための反力をいかに
得るかという観点から当該付加質量体２１が採用された
もので、この付加質量体２１の第一の役割は、地震時な
どに構造物２の振動に伴って振動する付加質量体２１の
慣性力を、ダンパ１９の減衰力の反力として利用するこ
とにある。したがって、このＴＭＤ法では要するに、構
造物２の振動を減衰させるための振動系２２全体を構造
物２に搭載することが必須であり、かつまたそのように
構成しなければ制振効果を得ることができない。したが
って、付加質量体２１は必要的に構造物２に搭載されて
いる。このようにＴＭＤ法では、付加質量体２１の機能
として、振動系２２の固有振動周波数調整機能を有する
ものの、本来的には、振動する構造物２に必ず搭載さ
れ、その慣性力を、ダンパ１９に作用させる機能が要求
される。

【００３０】これに対して本発明の制振装置は、ダンパ
１３を地盤１１に設置して、その減衰力の反力を地盤１
１にとる構成を前提としているので、振動方程式からし
てＴＭＤ法において構成される振動系２２とは全く異な
り、したがってＴＭＤ法の付加質量体２１の考え方をそ
のまま導入することができない。そして、付加質量体１
７としては、振動系１６の固有振動周波数調整機能のみ
を発揮できるように構成する必要があり、したがって地
震動で生じる付加質量体１７の慣性力を利用するＴＭＤ
法とは反対に、この付加質量体１７の慣性力が構造物１
２に作用することのないように構成しなければならな
い。

【００３１】このような観点にしたがって、本発明にあ
っては、上述したように付加質量体１７を地盤１１に設
置するように構成されている。具体的には、付加質量体
１７の質量はローラ１８を介して地盤１１に支持され、
かつ地震時の地動はこの走行可能なローラ１８による支
持によって絶縁されて、付加質量体１７には慣性力が発
生しないようになっている。そしてこのように構成した
本発明では、付加質量体１７を、構造物１２ではなく、
地盤１１に設置するので、ＴＭＤ法におけるように構造
物としてはデッドロードとなる付加質量体を構造物に搭
載する必要性がなく、したがって付加質量体１７が構造
物１２の負担を増加させることが全くなく、構造物１２
自体の機能性を損なうことがなくて、設備効率良く当該
制振装置を設置することができる。

【００３２】さらに、本発明では、付加質量体１７を地
盤１１に設置してその質量を地盤１１に支持させるよう
にしているので、具体的には付加質量体１７を地盤１１
上の走行面１１ａにローラ１８を介して支持しているの
で、振動系１６の引張材１４ａ，１４ｂに、付加質量体
１７の質量が初期張力として作用することがなく、した
がってダンパ１３と引張材１４ａ，１４ｂの設計・設定
を、高い自由度で容易に行うことができる。

【００３３】さらに、ＴＭＤ法では、構造物２の振動
を、ダンパ１９の減衰力で減衰させるのであるが、この
減衰力を確保するためには大きな反力が必要となる。こ
のため、ダンパ１９の減衰力の反力を稼ぐ付加質量体２
１としては大きな慣性力を発生することが求められ、こ
のため大きな質量、例えば構造物２の質量の１０％程度
の質量が必要となる。これに対して本発明にあっては、
ダンパ１３の反力は地盤１１が受け持つので、付加質量
体１７の質量としては、振動系１６の固有振動周波数の
調整に必要な質量に設定すれば良く、装置の軽量化、施
工などの設備作業の容易化も確保することもできる。

【００３４】このような付加質量体１７の設備に関し
て、さらに好適な実施例を、図３を参照して説明する。
本発明で付加質量体１７を用いる目的は、引張材１４
ａ，１４ｂの弾性に起因する位相遅れの影響を消失させ
ることにあり、付加質量体１７により、ダンパ１３と引
張材１４ａ，１４ｂとからなる振動系１６が構造物１２
の固有振動周波数において共振して効果的な振動減衰能
を発揮するように、振動系１６の固有振動周波数を調整
することにある。したがって、当該効果を得ることがで
きる限りにおいて、実際に用いる付加質量体１７自体の
質量は小さくても良く、またできる限り小さい方が設備
上好ましい。以下の実施例では、小さな質量でありなが
ら、見掛け上大きな質量を用いたのと同様な効果を確保
できる構成を示している。

【００３５】図３に示すように、この実施例では、引張
材１４ａ，１４ｂと付加質量体１７との間には、引張材
１４ａ，１４ｂの挙動を増幅して伝達する増幅手段、具
体的には引張材１４ａ，１４ｂの移動速度を増速して伝
達するためのテコ２３が設けられている。図示するよう
に、テコ２３はその支点となる支持軸２４が地盤１１に
固定されるとともに、短尺部分２３ａの端部に一対の引
張材１４ａ，１４ｂの他端が連結され、また長尺部分２
３ｂの端部に付加質量体１７が設けられている。そして
この付加質量体１７に、ダンパ１３のピストンロッド１
３ｂが連結されている。したがってこの実施例にあって
も、付加質量体１７の質量はテコ２３の支持軸２４を介
して地盤１１に支持され、また地震時に地動方向に発生
する付加質量体１７の慣性力も、この支持軸２４で支持
することができて、構造物１２にその慣性力が伝達され
ない構成となっており、構造物１２にはダンパ１３の減
衰力のみを伝達できるようになっている。

【００３６】上記の図１の構成にあっては、付加質量体
１７を直接引張材１４ａ，１４ｂに連結するようにして
いるので、固有振動周波数調整とはいえ、付加質量体１
７を相当大きな質量に設定する必要がある。これに対し
て図３に示したように、引張材１４ａ，１４ｂと付加質
量体１７との間にテコ２３を設ければ、引張材１４ａ，
１４ｂの動きを倍加して付加質量体１７に伝達すること
ができる。運動エネルギから考えて、質量とその運動速
度とでは、運動速度が２乗で効くこととなる。このこと
から、テコ２３のテコ比により引張材１４ａ，１４ｂの
運動速度に対する付加質量体１７の運動速度を増速させ
ることにより、力学的な効果として、直接引張材１４
ａ，１４ｂに連結した付加質量体１７と比較して、テコ
比の２乗を掛けた質量を用いたことに匹敵し、付加質量
体１７を軽量化することができる。換言すれば、引張材
１４ａ，１４ｂに直結した付加質量体１７に比して、テ
コ比の２乗分の１の質量比の付加質量体１７を用いるこ
とで、同様な効果を得ることができ、小さな質量の付加
質量体１７で大きな固有振動周波数調整能力を得ること
ができる。

【００３７】またテコ２３に接続した付加質量体１７に
ダンパ１３を連結しているので、ダンパにあっても、引
張材１４ａ，１４ｂの動きが増幅されて伝達されるの
で、ダンパ１３の減衰作用も増幅することができ、小さ
な能力のダンパ１３を用いて大きな振動減衰効果を得る
ことができる。

【００３８】図３の構成では、支持軸２４から一方に一
つの長尺部分２３ｂを形成してその端部に一つの付加質
量体１７を設けて構成したが、支持軸２４に関して対称
位置であるこの長尺部分２３ｂの反対側にもう一つの長
尺部分を形成し、その端部にもう一つ付加質量体を増設
するように構成することもできる。このように構成すれ
ば、各付加質量体１７としてはさらに軽量なものを使用
することができる。

【００３９】この考え方をさらに押し進めて構成された
装置構成が図４に示されている。図示するように、この
実施例では、上記テコ２３の支持軸２４が、地盤１１に
回転自在に支持された、相当の外径を有する回転軸２５
として構成されるとともに、この回転軸２５には、これ
に関して点対称に径方向外方へ延出させて複数のアーム
２６が設けられ、これらアーム２６の先端それぞれに付
加質量体１７が設けられている。そして地盤１１に固定
された複数のダンパ１３のピストンロッド１３ｂが、い
ずれかの付加質量体１７にそれぞれ連結されている。ま
た回転軸２５には、引張材１４ａ，１４ｂが巻き掛けら
れている。そして引張材１４ａ，１４ｂが左右方向に引
張されると回転軸２５が相当の揺動回転角度で回され、
これによりアーム２６を介して付加質量体１７が振り動
かされるようになっている。本実施例にあっても、引張
材１４ａ，１４ｂが巻き掛けられる回転軸２５の回転半
径と、アーム２６の回転半径との比が、上記のテコ比に
相当し、この回転半径比に応じて引張材１４ａ，１４ｂ
の運動に対し付加質量体１７の運動を増幅でき、回転半
径比の２乗を掛けた質量を用いた効果を確保できて、小
さな質量の付加質量体１７で大きな固有振動周波数調整
能力を得ることができる。また図示のように構成すれ
ば、複数の付加質量体１７を回転軸２５の回りにまとめ
て配列でき、かつ各付加質量体１７もさらに軽量化でき
るので、装置をコンパクト化できて省スペース化や、設
備作業を容易化することができる。また本実施例にあっ
ても、アーム２６に接続した付加質量体１７にダンパ１
３を連結しているので、小さな能力のダンパ１３を用い
て大きな振動減衰効果を得ることができる。

【００４０】以下に、図４の場合に関し、その振動方程
式とその最適値について説明する。引張材１４ａ，１４
ｂが巻き掛けられる回転軸２５の半径をｒ₀、これを中
心として振り動かされる付加質量体１７の回転半径をｒ
_m、ダンパ１３の取付位置の回転半径をｒ_dとする。ま
た、構造物の質量をｍ、その水平方向弾性係数をｋ、引
張材の弾性係数をｋ₀とすると、この系の運動エネルギ
Ｔ、ポテンシャルエネルギＶ、並びに減衰エネルギＲ
は、次式のように表される。

【００４１】

【数１】ただし、ｍ₀は付加質量体１７の質量、ｃ₀はダンパ１
３の減衰係数、θは回転軸２５の回転角、Φは引張材１
４ａ，１４ｂの水平面に対する傾斜角である。またｘは
構造物１２の水平方向振動変位、ｙは地震時の地動変位
である。

【００４２】ここで、ｘとθに関するラグランジェ(Lag
range)の方程式を立てると、この系の振動方程式は、以
下のように表される。

【００４３】

【数２】ただし、Ｍ₀＝ｍ₀α_m2、Ｃ₀＝ｃ₀α_d2、ｚ＝ｒ
₀θ、ｇ＝ｃｏｓΦ、α_m＝ｒ_m／ｒ₀、α_d＝ｒ_d／
ｒ₀である。

【００４４】Ｍ₀とＣ₀に見られるように、回転軸２５
の半径ｒ₀に対する付加質量体１７およびダンパ１３の
取付位置の半径ｒ_m、ｒ_dの比を大きく設定することに
よって、見掛けの質量および減衰係数は、半径比α_m、
α_dの２乗に比例した増幅効果を持つことが理解され
る。

【００４５】ここで、用いる付加質量体１７の質量ｍ₀
とダンパ１３の減衰係数ｃ₀の最適値は、Hartogの一般
的なＴＭＤ法と同様な方法で誘導できると考えられる。
上記振動方程式から得られる構造物の地動に対する振動
伝達関数（ｘ／ｙ）をＦ（ω）とすると、この振動伝達
関数Ｆ（ω）は、ダンパが無限大の場合の伝達関数Ｆ
（ω）Ｃ０＝∞と、ダンパがない場合の伝達関数Ｆ
（ω）Ｃ０＝０とが交わる二つの交点を、ダンパの大き
さに関係なく通過するという定点定理が成立する。この
二つの交点の伝達率の高さを等しくする質量比μ（Ｍ₀
／ｍ）が最適な質量比であり、この条件で解くとこの質
量比μは次式で表される。

【００４６】

【数３】ただし、μ＝Ｍ₀／ｍ、β＝ｋ₀／ｋである。

【００４７】次に、最適ダンパに関しては、振動伝達関
数Ｆ（ω）が二つの交点でそれぞれ振幅の極値をとると
いう条件より、次に示すこれら交点における振動数ωp
，ωq で、

【数４】となるように、最適減衰係数Ｃ₀を求めることになる。
そのωp ，ωq は、次式で求められる。

【００４８】

【数５】しかし、Hartog型のＴＭＤ法の場合とは異なり、式
（２）から求められるＣ₀を関数の形で簡潔に表すこと
ができない。ここでは、式（２）の解法には、これまで
に誘導した最適値を数値として用い、式（１）をＣ₀の
みを未知数とする簡素化した式を解くことによって求め
るようにした。この結果の最適減衰係数Ｃ₀は、Hartog
の一般的なＴＭＤ法で用いられている減衰定数ｈ₀の
式、すなわち

【数６】を用いて、

【数７】として求められた。したがって、式（１）と式（３）を
満足する付加質量体１７とダンパ１３とを用いることに
より、引張材１４ａ，１４ｂで伝えられる減衰力の位相
を修正でき、最適な減衰力として構造物１２に作用させ
ることができる。

【００４９】因みに、従来の制振装置では、固有振動周
波数調整用の付加質量体を用いないので、ダンパに関す
る検討のみとなり、この場合は図７を用いて説明したよ
うに、ダンパが無限大の場合の伝達関数ｆ2 と、ダンパ
がない場合の伝達関数ｆ1 とが交わるただ一つの交点Ｖ
をピークとするダンパが最適であり、そのダンパの減衰
係数Ｃ₀は、

【数８】で与えられる。このときの構造物系としての減衰定数ｈ
は、

【数９】となる。

【００５０】この従来装置と上記本発明装置とでは、両
装置とも、構造物の弾性係数ｋに対する引張材の弾性係
数ｋ₀の比βが大きいほど、また引張材の傾斜角Φが小
さいほど、大きな減衰定数を得ることが可能であるが、
ここで、引張材の傾斜角を６０°とした場合に、本発明
装置で減衰定数が約１０％（振動伝達関数の最大が５
倍）の弾性係数比βを求めると、β＝０．３３となる。
この弾性係数比βを従来装置に適用すると、その減衰定
数は２％と非常に小さいものであった。

【００５１】他方、上記の振動方程式および最適値を下
に実際のケースを試算してみる。従来装置では、上記一
つの交点における振動伝達率（ｘ／ｙ）は、１／（２ｈ）＝ω1 ／（ω2 −ω1 ）で求められる。ここで、ω1 は構造物２自体の固有振動
周波数であり、（ｋ／ｍ）^1/2である。また、ω2 はダ
ンパ３を無限大とした場合の固有振動周波数であり、
｛（ｋ＋ｋ₀・ｃｏｓ²θ）／ｍ｝^1/2である。

【００５２】ここに、平面投影が一辺５０ｍの正方形
で、高さ１２７ｍ、有効重量４２，０００ｔｏｎ、周期
３秒の構造物に、引張材として径が１０ｃｍのワイヤを
用いた図６の従来装置において、最適ダンパを用いた場
合に得られる減衰定数ｈは、図５（ａ）のグラフから明
らかなように、１／（２ｈ）＝５０であって、ｈ＝１％
程度と効果の小さいものであった。

【００５３】これに対して、図４の場合には、μ＝０．
９％、α_m＝４と設定して、最適ダンパを用いた場合に
得られる減衰定数ｈは、図５（ｂ）のグラフから明らか
なように、１／（２ｈ）＝７であって、ｈ＝７％程度の
大きな制振効果を得ることができた。

【００５４】以上説明した本発明装置は、振動の１次モ
ード用、２次モード用などのように、各振動モードに合
わせて個別に設置するようにしてもよい。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る制振
装置および制振方法によれば、実際上引張材が有する相
当の弾性作用に起因して、ダンパからの減衰力を構造物
に伝達する際に生じてしまう位相遅れを、この付加質量
体によって修正することができる。これにより、付加質
量体をダンパと引張材とからなる振動系に備えることに
よって、その固有振動周波数を、構造物自体の固有振動
周波数に一致させることができて、構造物の揺れが最も
顕著となる振動伝達関数のピークにおいてダンパの減衰
力を位相遅れなく構造物に伝達することができ、優れた
制振効果を得ることができる。

【００５６】また、この付加質量体を、構造物ではな
く、地盤に設置するようにしたので、良好な制振効果を
得るためには必要であるものの、構造物としてはデッド
ロードとなるこのような付加質量体が、構造物の負担を
増加させることは全くなく、したがって構造物自体の機
能性を損なうことがなくて、設備効率良く当該制振装置
を設置することができる。

【００５７】さらに、付加質量体を地盤に設置してその
質量を地盤に支持させるので、振動系の引張材に、付加
質量体の質量が初期張力として作用することがなく、し
たがってダンパと引張材の設計・設定を、高い自由度で
容易に行うことができる。

【００５８】さらにまた、ダンパの反力は地盤が受け持
つので、付加質量体の質量としては、振動系の固有振動
周波数の調整に必要な質量に設定すれば良く、装置の軽
量化、施工などの設備作業の容易化も確保することもで
きる。

【００５９】また、付加質量体を、引張材にその挙動を
増幅して伝達する増幅手段を介して連結するようにした
ので、付加質量体の力学的効果を増幅することができ、
小さな質量の付加質量体で大きな固有振動周波数調整能
力を得ることができる。

【００６０】ダンパにあっても、引張材にその挙動を増
幅して伝達する増幅手段を介して連結するようにしたの
で、ダンパの減衰作用を増幅することができ、小さな能
力のダンパを用いて大きな振動減衰効果を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な一実施例に係る制振装置の概略
的な構成を示す側面図である。

【図２】本発明に係る制振装置と、従来の制振装置、並
びにＴＭＤ法に従う制振装置の構成を比較するためのモ
デルを示した概略図である。

【図３】図１の実施例における付加質量体の取付構造の
変形例を示す要部拡大側面図である。

【図４】本発明の他の実施例の概略構成を示す側面図で
ある。

【図５】本発明に係る制振装置と従来の制振装置との性
能を比較するグラフである。

【図６】従来の制振装置を示す概略側面図である。

【図７】ダンパのエネルギ吸収効率の限界を説明するた
めのグラフである。

【符号の説明】

１１地盤１２構造物１３ダンパ１４ａ，１４ｂ引
張材１６振動系１７付加質量体２３テコ２５回転軸２６アーム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造物と、地盤に固定したダンパとの間
に、ケーブル等の引張材を張り渡し、該引張材を介して
該ダンパの減衰力を該構造物へ伝達してその振動を減衰
させるようにした制振装置において、上記引張材の弾性
に起因する減衰力伝達の位相遅れを修正するために、該
引張材と上記ダンパとで構成された振動系に、上記地盤
に設置してその固有振動周波数を調整する付加質量体を
設けたことを特徴とする制振装置。
【請求項２】前記付加質量体が、前記引張材にその挙
動を増幅して伝達する増幅手段を介して連結されたこと
を特徴とする請求項１に記載の制振装置。
【請求項３】前記ダンパが、前記引張材にその挙動を
増幅して伝達する増幅手段を介して連結されたことを特
徴とする請求項１または２に記載の制振装置。
【請求項４】構造物と、地盤に固定したダンパとの間
に、ケーブル等の引張材を張り渡し、該引張材を介して
該ダンパの減衰力を該構造物へ伝達してその振動を減衰
させるようにした制振方法において、上記引張材と上記
ダンパとで構成された振動系に、上記地盤に設置してそ
の固有振動周波数を調整する付加質量体を設けて、該付
加質量体で上記引張材の弾性に起因する減衰力伝達の位
相遅れを修正するようにしたことを特徴とする制振方
法。
【請求項５】前記付加質量体を、増幅手段を介して前
記引張材に連結して、該引張材の挙動を増幅して伝達す
るようにしたことを特徴とする請求項４に記載の制振方
法。
【請求項６】前記ダンパを、増幅手段を介して前記引
張材に連結して、該引張材の挙動を増幅して伝達するよ
うにしたことを特徴とする請求項４または５に記載の制
振方法。