JPH0941718A - 制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動による構造物の変形に起因する制振系の
パラメータの変化に追従して、つねに最適な制御系の状
態を保って最大の制振効果を引き出す。 【解決手段】 構造物２の上部に固定されて滑車４によ
り折れ線状に案内されて地盤側に導かれたケーブル３ａ
・３ｂと、地盤１に支持されていてケーブルと結合さ
れ、構造物２の振動変位がケーブルを介して伝達されて
回動運動を生じる回動体５１と、回動体５１に取り付け
られてこれとともに回動するオモリ５３と、こオモリ５
３の回動運動エネルギーを吸収する油圧ダンパ５４と、
回動体の中心とオモリ５３との間隔を可変調整する第１
の調整手段２１・２２・２３と、油圧ダンパ５４の減衰
力を可変調整する第２の調整手段３３と、構造物の振動
を検出する手段６３の出力に基づいて第１および第２の
調整手段を制御する制御手段６０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、地震や風による
建物や倉庫ラックなどの構造物の振動（動揺）を抑制す
る制振装置に関し、特に、構造物の上部に固定したケー
ブルにより構造物の振動変位を地盤に設置したダンパに
伝達する方式の制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の制振装置としては特開昭
４−１７６９７４号公報（E04H 9/02,E04B 1/34 ）に開
示されたものがある。高層ビルなどの構造物が地震や風
により水平方向に揺れる振動について、１次モードの振
動変位がもっとも大きくなる構造物頂部付近にケーブル
を固定し、そのケーブルを滑車により折れ線状に案内し
て地盤に設置したダンパに連結する。その際、構造物に
対称的に２系統のケーブルを配設し、構造物が振動によ
り往復で変位するときに、両ケーブルが交互に緊張する
ような力学的に相補的な関係をつくりだす。また、せん
断変形により運動エネルギーを吸収する積層ゴム式のダ
ンパを構造物直下の地盤に設置し、両ケーブルの端部を
ダンパの両端にそれぞれ連結し、ケーブルの張力により
ダンパがせん断変形するように構成する。つまり、構造
物の振動変位を両ケーブルを介して往復でダンパに伝達
し、構造物の振動エネルギーをダンパにより吸収する。

【０００３】この方式の制振装置の性能向上を図るため
に、本発明者らは先につぎのような改良技術を開発し
た。それは、ダンパの入力段に回転ドラムを設け、構造
物の振動変位をこのドラムの往復回動変位に変換する機
構を含んだものである。この回転ドラムに適宜なオモリ
を付設し、このオモリにより制振系全体の固有振動周波
数を調整することで、制振効果の向上を図っている。具
体的な構成例としては、前述のように構造物の振動変位
を伝える前記のケーブルを回転ドラムに巻き付けてお
き、ケーブルの張力により前記ドラムを回転させ、その
ドラムに適当な支持軸を介してオモリを取り付け、その
オモリの回転運動に対して適当なダンパ作用を与える構
成である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記のように、良好な
制振効果を得るためには振動系全体の固有振動周波数が
最適値に調整されている必要がある。そのために適切な
質量のオモリを回転ドラムに付加し、かつそのオモリと
回転ドラムの回転中心との距離を適切に設定する。とこ
ろが、構造物の通常の状態で前記の固有振動周波数を最
適値に調整していても、地震や風によって構造物が大振
幅で動揺すると、最適な制振系の状態が崩れてしまい、
制振効果が低下することがわかった。一般的に構造物の
変形が大きくなると、構造物の剛性が低下して、構造物
自体の固有振動周波数が低い方に変化する。この変化が
制振系の動作特性の変化につながり、制振効果が低下し
てしまう。

【０００５】この発明は前述した問題点に鑑みなされた
もので、その目的は、振動による構造物の変形に起因す
る制振系のパラメータの変化に追従して、つねに最適な
制御系の状態を保って最大の制振効果を引き出せるよう
にした制振装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の制振装置は、
構造物の上部に固定されて滑車により折れ線状に案内さ
れて地盤側に導かれたケーブルと、地盤に支持されてい
て前記ケーブルと結合され、前記構造物の振動変位が前
記ケーブルを介して伝達されて回動運動を生じる回動体
と、この回動体に取り付けられてこれとともに回動する
オモリと、このオモリの回動運動エネルギーを吸収する
ダンパと、前記回動体の回動中心と前記オモリとの間隔
を可変調整する第１の調整手段と、前記ダンパの減衰力
を可変調整する第２の調整手段と、前記構造物の振動を
検出する振動検出手段と、この振動検出手段の出力に基
づいて第１の調整手段および第２の調整手段を制御する
制御手段とを備える。

【０００７】

【発明の実施の形態】この発明の一実施例による制振装
置の全体的な概略構成を図１に示している。地盤１上に
高層・超高層の構造物２が構築されている。１次モード
の振動において振動変位がもっとも顕著に現れる構造物
２頂部付近の左右２箇所にそれぞれケーブル３ａと３ｂ
の一端が固定されている。この一対のケーブル３ａと３
ｂは斜め下方に向けてたすき掛け状に交差して構造物２
の基部へと導かれ、構造物２の基部の左右両端それぞれ
に配設された滑車４に掛け回されて、構造物２の基部の
中央へと案内され、つぎに説明するダンパ５に連結され
ている。

【０００８】この実施例のダンパ５の入力段には地盤１
に回転自在に支持された回転ドラム５１を備える。一対
のケーブル３ａと３ｂの端部がそれぞれ回転ドラム５１
の周囲に巻き付けられている。地震や風によって構造物
２が左右に振動する場合に、一対のケーブル３ａと３ｂ
が交互に緊張・弛緩するように、力学的に相補的な関係
になっている。つまり、図１において構造物２が右側へ
動揺するときはケーブル３ａが緊張してケーブル３ｂが
弛緩し、また構造物２が左側へ動揺するときはケーブル
３ｂが緊張してケーブル３ａが弛緩する。一方のケーブ
ル３ａが緊張したとき、その張力でケーブル３ａが回転
ドラム５１をに回転させつつ回転ドラム５１から引き出
され、同時に弛緩した他方のケーブル３ｂが回転ドラム
５１に巻き取られる。また反対に、ケーブル３ｂが緊張
したときは、ケーブル３ｂの張力で回転ドラム５１は反
対方向に回転し、ケーブル３ｂが回転ドラム５１から引
き出されると同時に、弛緩した他方のケーブル３ａが回
転ドラム５１に巻き取られる。

【０００９】このように構造物２の振動による左右の往
復変位がケーブル３ａ・３ｂを介して回転ドラム５１に
伝達され、ドラム５１の往復の回動変位に変換される。
回転ドラム５１と一体に回動変位する回転系には４本の
支持軸５２が放射状に配設され、その支持軸５２の先端
部分にオモリ５３が取り付けられている。さらに、オモ
リ５３と地盤１とが油圧ダンパ５４を介して連結されて
いる。オモリ５３は制振装置全体の固有振動周波数を適
宜に調整するために付加されており、油圧ダンパ５４は
回転ドラム５１とともに往復回動するオモリ５３の運動
エネルギーを吸収する。これにより構造物２の振動エネ
ルギーを吸収して制振効果を発揮する。

【００１０】支持軸５２は回転ドラム５１の中心に対し
て放射方向に配設されており、その支持軸５２に沿って
オモリ５３がスライド変位自在に装着されている。この
部分の構成例を図２に示している。

【００１１】図２に示す支持軸５２とオモリ５３はスプ
ライン結合またはキーとキー溝結合の構造になってお
り、オモリ５３は支持軸５２に沿って移動可能である
（回転は不可である）。支持軸５２にはラック２１が形
成されており、オモリ５３にはラック２１に噛み合うウ
ォーム２２が回転自在に軸受支持されている。そのウォ
ーム２２の軸端はオモリ５３の側面に配設したギヤード
モータ２３の出力軸に連結されている。ギヤードモータ
２３を駆動してウォーム２２を回転させると、ウォーム
２２とラック２１の噛み合いによりオモリ５３が支持軸
５２に沿って移動する。モータ２２の回転方向に応じて
オモリ５３は支持軸５２に沿って前進したり後退する。

【００１２】オモリ５３を支持軸５２に沿って適宜に変
位させることで、回転ドラム５１の中心とオモリ５３の
重心との間隔が変化し、制振系における実効質量が変化
する。つまり、モータ２３の駆動制御により支持軸５２
に対するオモリ５３の位置をサーボ制御し、制振系にお
けるオモリ５３の実効質量を最適制御できる。

【００１３】図３には油圧ダンパ５４の詳細を示してい
る。これはよく知られたダッシュポット型のダンパであ
り、作動油が封入されているシリンダ３１に沿ってピス
トンロッド３２が出入りする。シリンダ３１内はピスト
ンで２室に区画されていて、ピストン前室Ａとピストン
後室Ｂとが絞り弁３３を途中に有する管路で接続されて
いる。この絞り弁３３は電磁制御式の可変絞り弁であ
り、この弁３３の絞り量を可変調整することで油圧ダン
パ５４の減衰量が変化する。

【００１４】前述したギヤードモータ２３と可変絞り弁
３３の制御駆動系の概略構成を図４に示している。モー
タ２３を駆動するドライバ６１および可変絞り弁３３の
ドライバ６２はコンピュータ６０により制御される。コ
ンピュータ６０は構造物２の上部に付設した振動センサ
６３の検出信号を随時サンプリングして構造物２の振動
形態を分析し、オモリ５３による実効質量の最適値を逐
次演算により求めて、その最適値になるようにギヤード
モータ２３を制御してオモリ５３を移動させる。また同
時に、油圧ダンパ５４の最適な減衰量を逐次演算により
求めて、その最適値になるように可変絞り弁３３を制御
する。

【００１５】なお実施例で説明した油圧ダンパ以外に
も、ディスクブレーキのような摩擦式ダンパや、バネ式
ダンパ、粘性ダンパ、電磁ダンパなどの各種の構成・方
式のダンパがあり、これらのダンパの減衰量を電気制御
されるアクチュエータにより可変調整する機構も各種知
られている。このような減衰量可変式の各種のダンパを
用いてこの発明を実施することができる。また、オモリ
５３を変位させて実効質量を可変調整する機構として実
施例ではラック・ウォーム機構を示したが、この発明は
この機構に限定されるものではなく、他のさまざまな機
構で同じ作用効果を得ることができる。

【００１６】

【発明の効果】この発明では、構造物の振動変位をケー
ブルを介して回動体に伝達してこれを回動変位させるよ
うに構成し、この回動体にオモリを付加するとともに回
動中心とオモリとの間隔を可変調整する第１の調整手段
と、オモリの運動エネルギーを吸収するダンパの減衰量
を可変調整する第２の調整手段と、構造物の振動を検出
する振動検出手段の出力に基づいて第１の調整手段およ
び第２の調整手段を制御する制御手段とを備えたので、
振動による構造物の変形に起因する制振系のパラメータ
の変化に追従して、つねに最適な制御系の状態を保って
最大の制振効果を引き出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の制振装置の全体構成の概略図であ
る。

【図２】同上実施例におけるオモリの位置を可変調整す
る第１の調整手段の要部構成図である。

【図３】同上実施例における油圧ダンパの減衰量を可変
する第２の調整手段の要部構成図である。

【図４】同上実施例における制御系のブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ 地盤 ２ 構造物 ３ａ・３ｂ ケーブル ４ 滑車 ５ ダンパ ５１ 回転ドラム ５２ 支持軸 ５３ オモリ ５４ 油圧ダンパ ２１ ラック ２２ ウォーム ２３ ギヤードモータ ３１ シリンダ ３２ ピストンロッド ３３ 可変絞り弁 ６０ コンピュータ ６１・６２ ドライバ ６３ 振動センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物の上部に固定されて滑車により折
   れ線状に案内されて地盤側に導かれたケーブルと、地盤
   に支持されていて前記ケーブルと結合され、前記構造物
   の振動変位が前記ケーブルを介して伝達されて回動運動
   を生じる回動体と、この回動体に取り付けられてこれと
   ともに回動するオモリと、このオモリの回動運動エネル
   ギーを吸収するダンパと、前記回動体の回動中心と前記
   オモリとの間隔を可変調整する第１の調整手段と、前記
   ダンパの減衰力を可変調整する第２の調整手段と、前記
   構造物の振動を検出する振動検出手段と、この振動検出
   手段の出力に基づいて第１の調整手段および第２の調整
   手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする制
   振装置。