JPH09317808A - 高剛性ダンパー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 径長比のバランスのとれた、コンパクトで高
剛性を有するダンパーを提供することを課題とする。 【解決手段】 ダンパーの作動流体に、例えば水銀とか
磁性流体などの液体に金属を溶解したもののように、高
体積弾性係数をもつ流体を利用してなる構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物が地震力ま
たは風力を受けた場合に、応答入力を減衰するダンパー
で、コンパクトで高剛性を有する高剛性ダンパーに関す
る。

【０００２】

【従来技術及び発明の解決しようとする課題】流体を用
いたダンパーの代表的なものはオイルダンパーである。

【０００３】オイルダイパーとしては、既に特開平4-37
1679号公報、特開平5-59841 号公報、特開平6-2540号公
報など種々開発されている。

【０００４】このオイルダンパーは、いずれもピストン
の両側に油圧室を備えたシリンダに作動流体として油を
封入し、ピストンの移動に伴って封入した作動油を、調
圧弁を通して圧縮側から膨張側に流動させ、作動油の流
動抵抗によって減衰効果を得るものである。

【０００５】地震力または風力を受ける建築構造物の応
答入力を減衰する目的に使用されるオイルダンパーに
は、大きな減衰力に加えて、大きな減衰係数及び剛性が
要求される。

【０００６】減衰係数は調圧弁の開度を調整することに
より希望値に設定できるが、剛性は作動流体の圧縮性即
ち体積弾性係数に依存せざるを得ない。

【０００７】何故なら、作動流体の体積弾性係数が一定
であるとすれば、一定の圧縮荷重に対してピストンの移
動はシリンダの断面積に反比例する。

【０００８】同様に、ピストンのストロークの長いもの
程、ピストンの移動量は大きい。

【０００９】従って、剛性の高いダンパーにするために
はストロークに比べて断面積の大きい大径短小なものに
なり、形状バランスが悪く設計上問題がある。

【００１０】そこで作動流体として、圧縮性の小さい、
つまり体積弾性係数の大きい作動流体を用いて高剛性化
を実現することを本発明の課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】高剛性ダンパーであり、
高体積弾性係数の作動流体を用いてなることを特徴とし
た高剛性ダンパーを主旨とし、具体的には作動流体とし
て、水銀とか磁性流体等の液体に金属を溶解したものを
用いる。

【００１２】図１は建築物架構内に取り付けられたダン
パーの図である。

【００１３】この場合剛性Ｋが小さいと、いくら減衰係
数Ｃを大きくしても減衰定数ｈはある程度以上増加しな
い。

【００１４】図２は線型ダンパーの数学モデルの図であ
る。

【００１５】ダンパーの複素剛性は次のようになる。

【００１６】

【数１】

【００１７】

【数２】

【００１８】ここにＫ_f は柱梁剛性 Ｃはダンパーの減衰係数 Ｋ＝（β−１）Ｋ_f はダンバーとブレースの剛性 β＝（Ｋ_f ＋Ｋ）／Ｋ_f ここで減衰定数ｈは、

【００１９】

【数３】

【００２０】従ってｈを最大にするωＣは、

【００２１】

【数４】

【００２２】このとき最大減衰定数ｈ_max は、

【００２３】

【数５】

【００２４】ここにβはＫ_f とＫの関数であるため、柱
梁剛性Ｋ_f が一定であれば、最大減衰定数ｈ_max はダン
パーとブレースの剛性Ｋのみで決まる。さらにブレース
の剛性も一定であればダンバーの剛性のみで決まること
がわかる。図３は、振動の複素固有値解析の結果、減衰
定数ｈと減衰係数Ｃの関係を示す図である。ここに実線
は高剛性ダンパーの減衰定数であり、添字は振動のモー
ドの次数を表す。破線は通常のオイルダンパーの減衰定
数である。

【００２５】図４は、本発明の高剛性ダンパーの基本構
成図であり、従来のオイルダンパーに準ずるが、作動流
体として体積弾性係数が油はＫ_V ＝1.86×10⁹Pa である
のに対して、Ｋ_V ＝24.9×10⁹Pa の水銀を用いることに
よってダンパーの剛性を高める。

【００２６】また水銀の代わりに磁性流体等に金属を溶
解したものを用いることも可能である。

【００２７】図３から明らかなように、作動流体に水銀
を用いれば、体積弾性係数が約２倍であるため、減衰定
数ｈ_max も減衰係数Ｃを4.00t/Kineと増加すれば約17%
と増加するが、油を作動流体として用いた場合は、減衰
係数Ｃが2.50t/Kine付近で減衰定数が最大になり約11%
にしか達しない。それ以上減衰係数Ｃを増加しても、減
衰定数ｈは低下することが分かる。

【００２８】ここに、約2%の減衰定数は、柱梁分の減衰
定数である。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下図面に従って本発明の実施の
形態を説明する。

【００３０】図１は建築構造物の柱１と梁２による架構
面内に、耐震要素としてブレース３を設け、該ブレース
３の頭部とブラケット４の間に、ダンパー５を介してブ
レース３の頭部を梁２と接合した図である。

【００３１】図４はダンパー５の構造断面図である。

【００３２】シリンダ６の左右に流体室を設けるように
ピストン７を嵌合し、シリンダ６と機密に摺動せしめ、
該ピストン７にピストンロッド８を固着し、シリンダ６
と機密に貫通せしめる。前記シリンダ６の右側を伸ば
し、該伸ばしたシリンダ６と前記ピストンロッド８の左
側に、該ダンパー５を取り付けるクレビス９ａ、９ｂを
設け前記ピストン７には、左右逆方向に開口する調圧弁
１０を複数組備え、流体室に水銀など高体積弾性係数の
流体を充満せしめた構造とする。

【００３３】例えば、ピストン７が右に移動しようとす
るときは、上側の調圧弁１０が所定圧以上で開口し、作
動流体は左の流体室に流動する。この時の作動流体の流
動抵抗が振動の減衰効果を発揮する。

【００３４】

【発明の効果】本発明による高剛性ダンパーを、建築構
造物内の柱梁架構とブレース間に設置することにより、
ダンパーの剛性が約２倍になるため構造物に付加される
減衰定数も約２倍になり、建築構造物の地震や風力の振
動に対して同一台数の装置で、有効に減衰効果を上げる
ことができる。

【００３５】またダンパーは、コンパクトで、径長比の
バランスのよいダンパーとなり建築構造物の設計に制約
を与えない。

【図面の簡単な説明】

【図１】建築物架構内に取り付けられたダンパーの図で
ある。

【図２】線型ダンパーの数学モデルの図である。

【図３】振動の複素固有値解析の結果、減衰定数ｈと減
衰係数Ｃの関係を示す図である。

【図４】ダンパーの構造断面図である。

【符号の説明】

１……柱、２……梁、３……ブレース、４……ブラケッ
ト、５……ダンパ、６……シリンダ、７……ピストン、
８……ピストンロッド、９ａ……クレビス、９ｂ……ク
レビス、１０……調圧弁、１１……作動流体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高剛性ダンパーであり、高体積弾性係数
   の作動流体を用いてなることを特徴とした高剛性ダンパ
   ー。
2. 【請求項２】 高剛性ダンパーであり、作動流体に水銀
   を用いてなることを特徴とした請求項１記載の高剛性ダ
   ンパー。