JPH09508683A

JPH09508683A - リアルタイムで構造物のパラメータを修正する改良された方法および装置

Info

Publication number: JPH09508683A
Application number: JP7520130A
Authority: JP
Inventors: リー，ジョージ・シイ; リャン，ゾーン; トング，メイ
Original assignee: ザ・リサーチ・ファウンデイション・オブ・ステート・ユニバーシティ・オブ・ニューヨーク
Priority date: 1994-01-28
Filing date: 1995-01-27
Publication date: 1997-09-02
Also published as: US5765313A; CN1139969A; AU1867995A; US5526609A; CA2179727C; EP0740724A1; CA2179727A1; WO1995020705A1; EP0740724A4

Abstract

(57)【要約】新規の制御法則に基づいた構造的なたわみ制御、および関連する順次制御をする方法と装置。本発明の装置は、比較的コストが安く、また従来技術の機器よりも性能が良好である。本発明の本質は、新規の機器および提示される制御法則を使用して、動的負荷を入力するのに適応した動的パラメータ（構造物の質量、減衰、剛性係数および／または入力強制係数）を調節することにある。そのように調節する際に構造物は、多方向外部励振により生じた作用を効果的に相殺するように、適応性のある機能を実施する。所要の制御動力は無しにできるか、または従来技術の能動的制御機器に比べて数分の一になり、またその有効性は、現行の最新の能動的制御に比べて、それと同等以上にできる。本発明の装置により使用される機器は、構造物、建物と建物内部、および他の構造設備に直ぐ適用されるように、容易に製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】リアルタイムで構造物のパラメータを修正する改良された方法および装置技術分野本発明は、全体として、構造物が地震または風などの外力を受けたときに、構造物の変位（振動）を抑制する方法および装置に関し、その装置は、新規の減衰／連結機器およびその取付け部材を使用している。また本発明は特に、新しく提案された制御法則から開発された新規のプロセスに従って新規な方法で取り付けられる新しい機器を使用することにより、構造物の動的パラメータ（質量、減衰、剛性の係数）を調整する方法および装置に関する。発明の背景構造物は、例えば強風または中〜強地震のような大きい規模の外力を受けると、倒れる恐れがあることは周知である。構造物を損傷または倒壊することなく、そのような外力に耐えるように構造物の能力を向上する多くの提案がなされている。それらの手法は、構造物を剛性に、構造物を弾性にすることから、構造物を地盤表面に設置して地盤に対して移動できるようにし、構造物へある質量を連結または分離してその共振振動数を変化するようにしたものまである。１つのそのような例は、Ｋｏｂｏｒｉにより発明された米国特許第５，０３６，６３３号に示されている。そこにおいて、構造物へ衝撃を与える地震振動および／または風のような外力に対する構造物の応答を制御する装置が開示され、その制御装置は、構造物へ固定され、それを振れ止めする可変剛性手段と、構造物と可変剛性手段との間に介在される可変減衰手段と、および構造物へ衝撃を与える外力を監視するように、また監視された外力に関して構造物を非共振にするのに適切な減衰係数を選択することにより、可変減衰手段を制御するようにプログラムされているコンピュータとを備える。Ｋｏｂｏｒｉの前述の特許とＫｏｂｏｒｉの前述の他の特許、および他の者の特許は、フィードバック制御の原理に基づいており、その原理は、地盤移動予測に従って共振を避けるために剛性を変更すること、予め設定された減衰基準に従って減衰係数を変更すること、および部材の端部間に配設される機器を連結、または解除することにより、局部部材の剛性を変えることが含まれる。従来技術の手法は、個別の構造的振動減少機器の識別を強調するが、全体の構造的なシステムの挙動の分析を実施しない。さらに従来の分析は、構造物の単一平面に集中する傾向があり、また三次元的ではない。発明の概要と目的本発明の主な着想は、地震、風、交通のような多方向負荷および／または他の種類の周囲負荷により生じる構造的変形、内力、座屈、破壊エネルギーおよび関連する損害の費用効果的制御を達成するために、構造的パラメータのリアルタイム修正により構造物の継時変動移動を最小にするように構造物を制御する方法と装置を提供することにある。この制御は、非線形で、時間依存性で、かつ適応性のある制御原理に従う制御機器の使用に基づいており、またその制御機器は、システムを一層頑丈にするので、さらに安定化する。この手法は、適応性のある制御機器を通して構造物の物理的パラメータを実際に制御するので、機能的に適応性のある制御と呼ばれ、また自体の動的性能を修正できる構造物は、適応性のある構造物と呼ばれる。本発明は、適応性のある構造物内で、変位、速度および加速度の係数、すなわち剛性、減衰および質量を変えることを意図する。加えて本発明は、入力駆動力の一定の係数も変えることができ、例えば、構造物用の免震機器の摩擦係数を変えて、地盤移動に対して入力される力／エネルギーを最小にすることができる。この新しい手法は、構造物の物理的パラメータを実際に制御するので、適応性のある機器を通して構造物の特性または機能的挙動を制御する。本発明の基本的な理論は、全体の構造的システムの挙動の分析に基づいているので、効果的であり（適応性があり）、また下記により特徴付けられる。１）制御手順 −減衰、および質量または剛性、もしくは両者のような構造物の物理的パラメータを変えることによるシステムの最適手法。２）制御機構 −機能切換器の手段による一定の下部構造物および／または下部部材の連結／解除を通しての制御。３）制御原理 −階層的仕方で構成される段階のシーケンスを実施するコンピュータプログラムの使用を通しての保存エネルギーの最小化。加えて、好ましい実施形態において、アクチェータは構造物へ力を加えない。したがって、この制御は能動的ではない。制御機構の機能切換器のそれぞれは、下記の状態の１つにすることができる。すなわち「オン」、「オフ」または「減衰」である。各機能切換器の状態を変えることにより、それらの切換器は、質量、減衰および剛性のような関連する構造物の物理的パラメータを制御でき、また入力駆動力も制御できる。ある機能切換器が「オン」であると、その切換器の部分は、互いに固定して接続されるので、切換器は、重い質量を接続して、かなりの質量を構造物へ加えることができる。また、ある機能切換器が「オン」であると、その切換器は、構造物の部材を接続し、構造物の剛性を増加して、対応する変位を減少するので、構造物の固有振動数を増加できる。ある切換器が「オフ」であると、接続部材は無くなるので、その切換器の対向部分は互いに自由に移動できる。ある切換器が「減衰」に設定されると、その対向部分の粘性移動があり、またその切換器は、構造物のエネルギー散逸容量を増加することもできる。この状態が無くなると、減衰力は、かなり減少され、したがって入力駆動力を減少できる。機能切換器には３つだけの出力状態があるので、切換器の作動の制御プロセスは、比較的簡単にできる。かくして計算された速度は、かなり増加され、これは、能動的すなわち適応性のある制御において重要な問題である。本発明の制御理論を一層良く理解するために、従来技術の能動的制御システムを先ず検討する。線形機械的振動システムの場合、下記の式は、その動きを説明するのに使用できる。 f(t) = MX"(t) + CX'(t) + KX(t) (1) ここにfは外力、M、CおよびKは質量、減衰および剛性の係数マトリックス、X(t) 、X'(t)およびX"(t)は変位、速度および加速度ベクトル、ならびに上付き字の「 '」および「"」は時間に関して第１および第２の導関数を表す。自由度が１のシステム（以下ＳＤＯＦと呼ぶ）の場合、式(1)において、内力MX"によりなされた仕事は、運動エネルギーとして説明できる。減衰力CX'によりなされた仕事は、散逸エネルギーとして説明できる。ばね力KXによりなされた仕事は、位置エネルギーとして説明できる。これらの３つのエネルギー項の合計は、外力fによりなされた仕事に等しい。これは、下記のように明記できる。 E_c = E_i - E_d ± E_t (2) ここにE はエネルギーを表し、またc、i、dおよびt は、それぞれ保存エネルギー、入力エネルギー、減衰エネルギーおよび伝達エネルギーを表す。（純粋のＳＤＯＦシステムの場合、E_t = ０である。しかしながら式（1）が多自由度（以下ＭＤＯＦと呼ぶ）構造物の振動モードを説明するのに使用されるならば、Etは、正の値または負の値で存在する。）質量、減衰および剛性の係数が固定されると、運動エネルギーおよび位置のエネルギーの両方は保存エネルギーとなる。減衰力だけがエネルギーを散逸する。係数M、C、Kが、本発明のリアルタイム構造的パラメータ修正（以下ＲＳＭと呼ぶ）機器においてそのまま変更できるならば、運動エネルギーまたは位置エネルギーは完全に保存エネルギーにならない。かくして、式(1)は下記のように書換えできる。 M(t)X"(t) + C(t)X'(t) + K(t)X(t) = F(t) (3) 式(3)を式(1)と比較すると、全てのパラメータが時間の関数になっていることが明らかである。一定量のエネルギーは、機能切換器により構造物の外部へ伝達できる。残りのエネルギーは依然保存エネルギーである。構造物の変位を最小にするために、運動エネルギーと位置エネルギーの保存部分を最小にすべきことは直観的に分かる。保存エネルギーが最小化されるならば、変位は最小値に保たれる。これは、最小保存エネルギーの原理の本質である。かくして以下の通りになる。 E_kc + E_pc= 最小化 (4) 全体システムのエネルギー式は下記のように書くことができる。 W = E_kc + E_kf + E_d + E_df + E_pc + E_pf (5) ここに文字W は外力によりなされた仕事であり、また文字E はエネルギー項を表す。下付字k は運動を表し、dは減衰力により散逸されるエネルギーを表し、pは位置を意味し、またc は保存エネルギーを意味する。第２の下付字fは、伝達されるエネルギきーを表し、後で機能切換器により低下される。上式からE_pc + E_k _c を最小にするには、E_kf、E_d、E_dfおよびE_pfを最大にし、かつWを最小にすることにより、最適な結果が達成できることが分かる。かくして最小のE_pcは、エネルギー伝達E_kfおよびE_pfを増加し、エネルギー散逸Ｅ_dおよびＥ_dfを増加し、また外力Wによりなされる仕事を減少することにより達成でき、これは、同様に重要であり、瞬時インピーダンスまたは全体構造物を増加することにより、達成される。幾つかのＳＤＯＦシステムが、ＭＤＯＦ構造物を近似するのに使用できるが、多自由度(ＭＤＯＦ)システムにおいて、保存エネルギーの最小化は、多少複雑な作業となる。この複雑性は、構造物の種々の振動モード間のエネルギー伝達を考慮しなければならない理由のために生じる。ＭＤＯＦ構造物のモード間のエネルギー伝達は、ＬｉａｎｇおよびＬｅｅにより提案された複合エネルギー理論(「構造物の減衰：パートＩ：複合減衰理論」、ＮＣＥＥＲレポート、９１−０００４、１９９１年)を通して求めることができる。複合エネルギー理論に基づいて、システムは比例的に減衰されるもの、または非比例的に減衰されるものとして分類できる。比例的に減衰されるシステムは、減衰係数を、質量および剛性の割合として表すことができるものであり、すなわち以下の通りになる。 C= (A)M + (B)K (6) ここにＡおよびＢは一定の係数であり、またMおよびKそれぞれは、システムの質量および剛性マトリックスを表す。そのようなシステムの基本的な特性は、振動中にモード間にはエネルギー伝達が無いということである。しかしながら非比例的に減衰されるシステムの場合、式（６）は当てはまらない。これは、本発明にとり特に関連がある。と言うのは、構造物の剛性、質量および減衰マトリックスが時間的に修正されると、式（６）は満足されないで、システムは、非比例的に減衰されるものとして分類されるからである。従ってエネルギー伝達はモード間で生じる。モード間のエネルギー伝達の尺度は、形態エネルギー伝達比S_iにより表すことができ、ただしS_iは下記の通りである。 S_i ≒ W_ri/4πW_i (7) またW_riは、振動の１サイクル中にi 番目のモードへ伝達されるエネルギーであり、またW_iは、その振動サイクル前にi 番目のモードに蓄えられるエネルギーである。非比例的に減衰されるシステムにおける任意のモードに対する固有振動数は、形態エネルギーの伝達にも左右される。したがって非比例的に減衰されるシステムにおけるi 番目のモードの固有振動数W_iは、下記の式になる。 W_i= W_ni exp(S_i) (8) ここにS_iは式(7)で定義されたものであり、またW_niは、システムが比例的に減衰された場合にi 番目のモードの固有振動数である。保存エネルギーを最小にするために、構造物のモードそれぞれについて、式(7 )の形態エネルギー伝達比を最小にする必要がある。この着想は、本明細書の詳細説明の項において式（５）に組み込まれる。上記のことから、構造物が地震または風などの外力による外部エネルギーを受けたときに、構造物の変位（または振動）を制御する方法および装置を提供するのが本発明の主な目的であることが分かり、したがってその装置は、新規の減衰／連結機器および制御システムを採用する。本発明の他の目的は、新しく提案された法則から開発された新規のプロセスに従って新規な方法で取り付けられる新しい機器を使用することにより、構造物の動的パラメータ（質量、減衰、剛性の係数）を調整できる制御システムを提供することにある。本発明の別の目的は、構造物が地震または風などの外力を受けたときに、その変位を制御するように構造物を修正する制御システムを提供することにあり、その制御システムは、構造物のフレームへ連結される機能切換器機器と、およびフレームへ接続されるセンサーが、フレームの速度、加速度または変位などのパラメータの変化を検知するときに、構造物のエネルギーを最小にし、および／または構造物へのエネルギー伝達を防止することにより、構造物の保存エネルギーを最小にするように機能切換器機器を作動する制御手段とを備える。本発明の別の目的は、構造物が外力により変位されているときにリアルタイムで構造物パラメータを変える制御システムを提供することにあり、そこにおいて、構造物の物理的パラメータが最初に決められ、外力が構造物へ加えられたときに構造物の保存エネルギーを最小にするように機能切換器が構造物へ取り付けられ、またその制御システムは、外力により生じる速度、加速度または変位の測定値に応答して、構造物の保存エネルギーを最小にし、かつその変位を制御するようにリアルタイムで機能切換器を制御する。本発明の別の目的は、外部エネルギーの付与による構造物の変位を制御する制御システムを提供することにあり、その構造物は機能切換器を含むように修正され、またその制御システムは、各機能切換器の局部制御用の第１のループを含む順次または階層的な制御器を備える。本発明の別の目的は、上述の方式の制御システムを提供することにあり、そこにおいて各機能切換器の局部制御用で、優先機能を備えた第２のループが設けられる。本発明の別の目的は、上述の方式の制御システムを提供することにあり、そこにおいて各機能切換器の全体制御用の第３のループが設けられる。本発明の別の目的は、上述の方式の制御システムを提供することにあり、そこにおいて、危険防止制御ループとみなすことができる第４のループが設けられる。本発明の別の目的は、外部エネルギーまたは外力の付与による構造物の変位を制御する制御システムを提供することにあり、その構造物は、押し付け − 引っ張り（圧縮／引張り）で構造物へ取り付けられる少なくとも１対の機能切換器を備えるように修正され、そこにおいて機能切換器の各対の第１と第２の切換器は、構造物が異なる方向に移動するにつれて、「オン」と「オフ」との間で、および「オフ」と「オン」との間でそれぞれ切り換えられる。本発明の別の目的は、リアルタイムで構造物の構造的パラメータを修正する制御システムを提供することにあり、その制御システムは、「オン」、「オフ」および「減衰」状態を有する機能切換器を設けること、機能切換器が制御されるときに構造物の構造的パラメータを修正できるよう構造物に機能切換器を取り付けること、および構造物へ加えられるエネルギーが散逸し、構造物の変位が制御されるように、外部エネルギーの付与により生じる速度、加速度または変位の１つ以上の測定値に応答して機能切換器の状態を変えることを含み、また少なくとも１つの機能切換器は、他の機能切換器が取り付けられる平面と交差する平面に取り付けられて、２平面以上を同時に制御する。本発明のさらに別の目的は、軸方向に整合する第１と第２の空洞を設けたシリンダーと、第１と第２の空洞内に滑動自在に取り付けられる第１と第２のロッドと、同時移動ができるように第１と第２のロッドを連結する手段と、および第１と第２の空洞の隣接する端部間で延びるシリンダー内の流体通路とを有する新規な機能切換器を提供することにあり、その流体通路には、機能切換器の状態を「オフ」、「オン」および／または「減衰」の間で変えるために制御される弁が設けられる。本発明の上述の目的と他の目的、および利点、ならびに簡単に上述した制御理論の適用は、添付図面と連係してなされる下記の詳細な説明を検討すれば、技術に有能な者にとり一層明らかになる。図面の簡単な説明図１は、地震および強風などによりたわむことがある建物構造物を図示する。図２は、ある期間を通しての地震のＸ−Ｙ方向移動を図示する。図３は、本発明の原理に従って機能切換器が適用されている建物構造物の一部を図示する。図４Ａは、単方向機能切換器の概略線図である。図４Ｂは、図４Ａに示される機能切換器の動的モデルを図示する。図５は、本発明に従って開発された制御プログラムの図式フローチャートである。図６は、階層的制御ループを示すＲＳＭ制御プロセスの意思決定フローチャートである。図７Ａおよび７Ｂは、本発明の初期局部構造的制御レベルにおける制御ハードウエアの代表的な構成を図示し、図７Ａは正面図であり、また図７Ｂは側面図である。図８は、初期局部構造的制御を受ける間の、機能切換器の切換えを図示する。図９Ａは、初期局部構造的制御を受ける機能切換器の力対変位のプロットを図示する。図９Ｂは、初期局部構造的制御が高レベル制御器が存在しないで使用される場合に生じることがある構造的に過大なそりを図示する。図１０は、全ての機能切換器の状態をリアルタイムで同時に点検し、また選択された原理に従って最適指令を送出する全体的なループ制御器を備えた構造物を図示する。図１１は、本発明の原理に従って修正できる単純化された建物構造物を図示する。図１２は、図１１に示される構造物が、図２の地震を受けたときに、どのように共振するかについての計算値を図示する。図１３Ａおよび１３Ｂは、図２の地震を受ける間に構造的たわみを減少するために、図１１の構造物が、本発明の原理に従ってどのように修正できるかを図示する。図１４Ａは、図１３Ａおよび１３Ｂに示される機能切換器がどのように「オフ」および「オン」状態にされるかを図示する。図１４Ｂは、一対の試作切換器が一定の励振を受けている間に押し付け −引っ張り構成で使用されるときに、その切換器の理論的動的応答を示す。図１５Ａおよび１５Ｂは、図６の構造物の計算された応答を示し、図１５Ａは、本発明のＲＳＭシステムに従って修正されたときの応答を示し、また図１５Ｂは、補強振れ止めを使用して修正されたときの応答を示す。図１６は、本発明の対象内容により制御されるか、または制御されないときに、試験台構造物の実際の試験結果を示す。図１７は、本発明がどのようにして橋へ適用できるかを示す。図１８は、図１７に示される構造に採用できる双方向機能切換器を図示する。図１９〜２１は、本発明がどのようにして他の建物構造物へ適用できるかを示す。図２２は、本発明の建物構造物への他の適用を示す。図２３は、ＲＳＭシステムを図２２に示される建物へ適用する結果を示す線図である。図２４および２５は、一定の励振を受けている間に試作切換器の理論的および実験的な動的応答を示す。図２６は、４方向機能切換器の側面図である。図２７は、図２６の線２７ − ２７における図である。図２８は、図２７の線２８ − ２８における断面図である。詳細な説明先ず図１を参照すると、建物構造物は全体として数字１０で示される。図示される構造物は、４本の一般に垂直に延びる柱１２、１４、１６および１８を有する。加えて、水平ビーム２０、２２、２４および２６により形成される幾つかの床がある。この図で示されるように、水平ビーム２２．１、２２．３、２４．１および２４．３などはＸ−Ｚ平面で東西方向に延び、またビーム２２．２、２２４、２４．２および２４．４などはＹ−Ｚ平面で南北方向に延びる。示される構造物には、シェブロン振れ止めビーム３０、３２のような受動制御部材が設けられる。構造物１０は、矢印３４により示される西方向の風のような風を受けると、東へ向けてたわむ。その風は、エネルギーを建物に与え、付加エネルギーが曲げ柱などの内部に蓄えられる。風３４の速度が減少すると、このエネルギーは解放されて、建物をその通常の形状に戻す。図１にスケッチされる構造物から分かるように、建物の全ての変形は、Ｘ−Ｚ平面で生じ、その変形は、シェブロン振れ止めビーム３０、３２により抗することができる。建物１０が地震を受けると、ＸおよびＹ方向（それぞれ東西および南北方向）で地盤の水平移動が生じる。加えて図１における正弦波ＸおよびＹにより示される地盤波が生じる。これらの動きのために、地震中に建物は、少なくとも５移動度の移動を受け、すなわち、Ｘ−Ｙ−Ｚ方向の移動、およびＸ軸とＹ軸の回りの回転移動、さらに多分Ｚ軸の回りの回転移動を受ける。大部分の地震において励振と大部分の他の動的負荷は一般的に不規則である。El Centro 地震応答時間履歴である図２から最も良く分かる。建物１０は、そのような地震を受けると、たわみ、振動する傾向がある。そのような建物の振動は、破壊的になる傾向がある。構造的な物理的パラメータがリアルタイムで修正されるならば、適応性のある構造物は広範囲の振動規模に耐えることがコンピュータ分析および実験試験により求められている。そのような構造的パラメータの修正は、機能切換器の使用を通して達成できる。多くの形態の機能切換器を採用できるが、好ましい形態は、双方向的なものであり、かつ再々使用できる形式である。機能切換器を「オフ」、「オン」、「減衰」状態に設定できる。用途に応じて、双方向または単方向の切換器が好ましい。図３は、図１に示される構造物の一部を示すが、Ｙ−Ｚ平面において垂直柱１５が付加された図１と同様な図である。この図は、一般に数字３６で示される対の単方向の機能切換器を追加して示す。（単方向切換器は図３で図示されるが、好ましい双方向切換器を使用できることは明らかであり、その方向切換器は、図１７、１８および２６〜２８に関連して以下に説明される。）かくして、図示されるように、Ｙ−Ｚ平面上に置かれ、かつ柱１５と水平ビーム２４．２との間に延びる一対の単方向の機能切換器３６．１および３６．２がある。構造物の隅部には、２つの別の機能切換器３６．３および３６．４があり、機能切換器３６．３は、Ｙ−Ｚ平面上に置かれ、かつ隅部柱１４と水平ビーム２４．２との間に延び、また他の機能切換器３６．４は、Ｘ−Ｚ平面上に置かれ、かつ垂直柱１４と水平ビーム２４との間に延びる。切換器３６．３および３６．４は、１つの平面から他の平面へエネルギーを伝達または散逸できる。一般に数字３６で示される単方向に使用できる機能切換器は、図４Ａにおいて図示され、シリンダー３８、およびシリンダー３８内に受けられているロッド４０を備える。ロッド４０の一端には、ビーム２４により保持される適切な固定部材（図示されない）へ固定できる適切な目玉４２などが設けられる。ロッド端部４２から離れているシリンダー３８の端部には、リンク（図示されない）により柱１４または１５へ適切に固定できるブラケット４４が設けられる。このピストンとロッドの組立体に加えて、単方向機能切換器３６は、貯油槽４６も備える。この貯油槽には、適切なポート３８．１を通してシリンダー３８内の流体チャンバー４８が接続される。流体回路は、ポート３８．１と貯油槽４６の間に延び、またその回路には、平行分岐ライン５０、５２が設けられる。可変オリフィスの形態の調節器すなわち絞り器５４は、一方の分岐ライン５０に設けられ、また一方向逆止弁５６は、他方の分岐ライン５２に設けられる。構造物１０が、機能切換器３６を圧縮させるような仕方でたわむと、逆止弁５６は、ライン５２を通る流れを妨げ、また可変オリフィスは、「減衰」状態へ設定されるので、たわみのエネルギーは切換器により吸収される。しかしながら機能切換器が延びるようになったならば、流体は、ライン５２および逆止弁５６を通して、さらにポート３８．１を通して貯油槽４６から自由に移動でき、ついで切換器は「オフ」の状態になる。可変オリフィスすなわち絞り器は、例えば、ロッド４０とシリンダー３８との間の移動を検知するベルクランクによるような機械的制御器を使用でき、そのベルクランクはついで適切な弁へ連結される。代わりに、可変オリフィスは、適切な電子機器へ連結される電気 − 機械機器により制御できる。２つの単方向機能切換器を互いに組立てて、２つの方向において、組立体を「オン」、「オフ」および「減衰」機能を有するようにできる。双方向機能切換器は後で説明される。図４Ｂにおいて、単方向機能切換器の動的モデルが図示される。（このモデルは、双方向組立体の場合も有効である。）この組立体の接続部材および他の部分は、常に剛性と質量を有し、修正された剛性および質量はそれぞれ、K_mおよびM_m で示される。この図において、可変オリフィス５４の機能は、可変弁５７により達成され、その弁は、線形電気機器５８のような適切な制御器により全閉位置から全開位置まで順次移動できる。減衰Ｃ［式（１）］は、弁の可変オリフィスが、その極限位置間を移動するときに、そのオリフィスにより与えられる。しかしながら減衰を非常に高くする必要があり、また可変オリフィス弁５７内のオリフィスが、そのような高い範囲の減衰を供給できない場合、別の減衰機構５９を使用できる。しかしながら剛性K_mおよび質量M_mは、切換器システム自体により主として寄与できる。C、K_mおよびM_mの値は、下記の基準において求められる。減衰Ｃは、切換器が「オフ」のときに半サイクル中に切換器システムに蓄えられるエネルギーを散逸するほど十分に高い必要がある。しかしながら過大な値のＣは、制御弁の応答速度を減少する。値K_mは、式（９）に関連して以下に記載される仕方で求められる。 M_mの値は、外力に対して質量によりなされた最適の仕事を含む最適エネルギー散逸を達成するように求められる。しかしながらそれは、切換器システムの応答速度により制約される。過大の値のM_mも、減衰C がするように、応答速度を減少する。図５は、多自由度の地震振動制御についての図式フローチャートである。この方式に従うと、最初に全ての切換器が「オン」であるように設定される。構造物が多次元的な地盤の動きを受けるときの動的応答、内力と外力、形態エネルギーおよび／または地盤の動きは、測定され、計算される。測定され、計算されたデータは、常に格納される。システム識別ユニットは、記憶ユニットへ格納される一定の形態パラメータを得るために使用できる。応答レベルが事前に設定される限界値を超えると、中央意思決定ユニットは、局部意思決定ユニットを起動する命令を与える。この事前に設定される限界値は、下記のように決められる。 1) ＲＳＭシステムが従来技術の従来式制御器と共に使用される場合、事前に設定される限界値は、これらの従来技術機器が先ず実施できるように高くできる。 2) ＲＳＭシステムが単独に使用される場合、事前に設定される限界値は、低く、ゼロにまでもする必要がある。この場合、事前に設定される値は、ＲＳＭシステムの所要精度を低くして、製造コストを下げることになる。中央意思決定ユニットの他の重要な機能は、特定の機能切換器の最適セット、および全体的結果に関する切換器のオン／オフ状態を識別することにある。かくして局部下部構造物は、最小の応答を達成できるが、その最小の応答は、他の下部構造物の非常に大きい変形をもたらすことがある。一方、局部点は、大きい変形を示し、かなりの量の振動エネルギーを吸収して、全体的な振動レベルを減少することがある。中央ユニットが命令を出すと、局部意思決定ユニットは、最適結果の計算を開始し、オン／オフ命令を機能切換器へ個別に与える。命令に従って各切換器は、「オン」、「オフ」または「減衰」へ設定され、振動レベルを減少する。次の期間において振動信号が再び測定され、制御の新しいサイクルが開始される。外部励振と構造的振動レベルが一定値まで減少されると、中央ユニットは、全体の制御プロセスを停止する命令を出す。上述の制御システムは、階層的な仕方で構成された一連の段階を実施するコンピュータプログラムにより実現される。そのプログラムは、局部の構造的制御、全体の構造的制御および安全性の点検を実施して、機能不良の場合に構造的な一貫性を保証する。図６は、ＲＳＭについての順次制御プログラムのフローチャートを示す。図６のフローチャートの解釈上、多階構造物には幾つかの機能切換器が設けられ、またＲＳＭシステムは他の制御には使用されないと仮定する。このフローチャートにおける切換器は、２つの物理的状態、すなわち「オン」（剛性部材）または「オフ」（ゼロ剛性部材）だけを有するとみなされる。この制御方式は、全ての機能切換器を最初に「オン」位置に設定して開始される。順次制御プログラムにより提供される制御の最低レベルは、初期局部構造的制御レベルまたはH₁制御ループと呼ばれる。構造物における各機能切換器には、H₁ 制御を実施するのに必要な制御機器が設けられ、したがってH₁制御機器の各セットは、それが関連する局部機能切換器だけを制御する。 H₁制御ループにおいて利用される一般制御ループは、機能切換器、速度変換器および制御電子素子から構成される。速度変換器は、多階構造物における隣接する床間の相対速度を測定する目的で、種々の仕方で取り付けできる。この速度変換器に関連する機能切換器は、速度変換器と同一の隣接する床間に取り付けられる。図７Ａおよび７Ｂは、図３に記載されるような構造物に取り付けられる単機能切換器３６．５の基本的構成を示す。切換器３６．５は、図４Ａに示される形式のものでよい。この図において切換器は、サポート６０を通して下部水平ビーム２２．２へ、ならびに振れ止め６１、および質量６３を支持する中間フレーム６２を通して上部水平ビーム２４．２へ接続される。速度変換器６４は、質量６３と上部水平ビーム２４．２との間に延びる。力変換器６５は、振れ止め６１と機能切換器３６．５との間に取り付けられる。最後に加速度計６６は、フレーム６２上に取り付けられる。速度変換器は、下部床２２．２に対する上部床２４．２の相対速度を測定し、信号をH₁制御手段またはプロセッサ６７へ送り、そのプロセッサはついで、この実施形態では二位置電磁部である線形電気機器５８へ信号を送り、弁５７の作動により切換器を「オン」または「オフ」の状態にする。 H₁ループは、下記の仕方で作動する。H₁プロセッサは、先ず速度変換器出力を分析し、相対速度がゼロに近づくと、機器５８の現行状態を変換できる機能切換器の制御弁へ指令を送り出して、切換器を必要に応じて「オン」または「オフ」の状態にする。H₁ループ動作の実際は図８に示される。その正味の結果は、構造物の局部速度がゼロに近づくときに、機能切換器が「オン」と「オフ」との状態間で変わるということである。 H₁制御の実施に必要な、H₁プロセッサで具体化される制御電子素子は、関連する機能切換器の近く、またはその上に位置決めされる。この電子素子は、速度変換器６４の出力を増幅する電力増幅器、意思決定電子素子、および適切な制御指令を機能切換器３６．５の制御弁５７の電磁部５８へ送る電力増幅器から構成される。 H₁制御方法は、剛性構成部材を「オン」および「オフ」に切り換える方法として述べてきたが、質量または減衰構成部材の切り換えに容易に使用できる。非常に単純な形態の構造的制御においてH₁ループは、従来の方法に比べて、かなり改良されたエネルギー散逸特性を提供し、また独立した制御システムとして作動できる。図９Ａは、単純構造物上の個別制御機器としてのH₁ループの結果を表示する。散逸されたエネルギーのループは、理想的に平行四辺形である。Ｘ軸に直角な２辺は、変位の変更無しの力低下を表す。他の２辺は、全体システムの剛性を表す。一定量の剛性が与えられると、この平行四辺形は、ＲＳＭからの最大エネルギー散逸を提供することが分かる。ＳＤＯＦシステムにおいて、このエネルギーループは、式（５）において述べた最小保存位置エネルギーを満足する。図２４において、切換器の理論的応答が示される。点１において切換器は、オリフィスが「オン」に設定されるので、圧縮され始め、流体はオリフィスを通過できない。点２において力は、変位が生じること無しに、その最大値へ達する。しかしながら力が、その方向を換え始めると、オリフィスは急激に開放され、「オフ」状態に達し、切換器は移動できるようになり、非常に短期間に力は、点３において、その最小値まで低下し、切換間の最大変位が達成される。この変位は、機能切換器が取り付けられる特定の箇所における構造物の最大許容変位に等しい。点３の後に間もなく、切換器は、依然「オフ」の自由移動の状態にあるが、その変位は、次の圧縮が点１において始まるまで減少し始める。励振が、正弦波ではなく不規則であるならば、応答は、図２５に示される実験応答のようになりそうではないことに留意する。図２４の理論的予測は、図２５に示される実験データに非常に良く一致することが分かる。しかしながら良好なシステム性能を達成するために、他のシステム基準を点検するように階層的制御を実施でき、他の基準は、H₁ループの局部制御に優先できる。制御の第２のレベルは、H₂ループとして知られている。これは、それも局部制御の１形態であるという点でH₁ループと同様である。図７Ａおよび７Ｂも、このループの使用に関連する構成部材を表す。力の測定値は、力変換器６５から得られる。この力の測定値は、H₁ループがその速度点検を実施すると同時に得られる。H₁ループが、相対速度がゼロに近いと判断するならば、H₂ループは作動され、測定された力は、H₁プロセッサ６７の記憶装置に格納される小さい限界値の力と比較される。測定された力が限界値の力を超える場合、プロセッサによる処置は講じられない。プロセッサ６７内のタイマーにより決められた選択された時間経過後に、H₁とH₂の制御ループは、作動するように呼び戻される。 H₂ループの目的は、構造物における不平衡力の発生を避けることにある。H₁ループの検討において説明されたように、相対速度がゼロに近づく点において切換が生じる。一般的な構造物の場合、振動を受けている建物の動特性は、正弦波の動きに近似する。かくして、瞬時速度がゼロのとき、変位は最大になる。地震の地盤動きは不規則であるので、機能切換器がゼロ剛性を有するように指令され、同時に、好ましくない外力が構造物を通して伝播するという可能性が存在する。この正味の影響は、機能切換器がH₁ループにより単独に制御されるならば、構造物の変形に過大なそりを生じさせる。この現象は、図９Ｂに示される。かくして H₂ループが、この状態においてH₁ループの指令に優先するので、システムは、力の状態が一層好ましいものになるまで、一時停止する。 H₂ループは、局部レベルで作動するように意図される。かくして各機能切換器は、先に検討したH₁制御ループと共に、H₂制御ループを、それ自体の制御電子素子に組み込む。順次制御プログラムにおける階層的制御の次のレベルは、H₃ループ内にある。これは、構造物における各機能切換器の制御の監視を担当する全体的な制御ループである。各機能切換器のH₂ループが、その比較を実施した後、機能切換器への指令は、その指令を実行させる前にH₃ループにより確認する必要がある。 H₃制御ループは、構造物を通して幾つかの重要な箇所において構造的な変位、速度および加速度を測定することにより、作動する。これらの測定値は、ついで構造物の保存エネルギーを計算するためにH₃ループにより利用される。このループの目標は、保存エネルギーを最小にすることにある。ついでH₃ループは、一定の機能切換器へのH₂制御信号が、構造物の保存エネルギーを減少する傾向があるかどうかを判断するために、H₂ループからの指令を分析する。制御信号は、保存エネルギーを減少するならば、機能切換器へ送られる。制御信号が保存エネルギーを増加する傾向があるならば、その指令は、機能切換器へ送出するようにされない。 H₃ループは、全ての機能切換器の状態をリアルタイムで同時に点検し、保存エネルギーの最小化の原理に従って最適指令を送出するという点で、全体的ループである。それは、中央意思決定ユニットとして作動する。かくして制御電子素子の１セットだけが、H₃ループを実施するのに利用される。H₃ループの意思決定プロセスは、外部励振および構造的振動が事前設定レベル未満に減少するまで、引き続く時間間隔で繰り返される。 H₃ループの適用は、図１０から最も良く分かる。この図は、図３と同様であるが、H₃制御の実施に必要な種々の制御機器をさらに示している。速度を測定するために、シェブロン振り止めビーム３０．１、３０．２、３１．１および３１．２が設けられ、それらは、下端部において水平ビーム２２．１および２２．２へ固定される。振り止めビームの上端部は、互いに固定され、速度変換器７０を通して上部水平ビーム２４．１および２４．２へ相互接続される。また構造物上には、変位および／または加速度を測定できるセンサー７３が取り付けられる。センサー７０および７３からの出力信号は、コンピュータ７４により受信され、そのコンピュータは、受信した信号を処理して、適切な信号をH₁プロセッサ６７へ送出する。またコンピュータ７４は、H₁プロセッサからのフィードバック信号も受けとる。 H₃ループは、比例 − 積分 − 微分（ＰＩＤ）フィードバック、状態スペースフィードバックまたは種々の最適化法などの従来の制御方式を通して実施できる。ニューラルネットワーク制御方式も、保存エネルギーを最小にするのに必要な多くの計算を実施するために利用できる。１つの予想される実施方法は、修正された連想メモリ修正方法を利用する自己学習ニューラルネットワークを使用するものである。保存エネルギーの原理の代替として、H₃ループは、指令を機能切換器へ送出する制御基準として速度変位原理も利用できる。この方式の制御に基づいてH₃ループは、重要な箇所にある変換器により提供される速度および／または変位測定値が、一定の事前設定レベルを超える場合、構造物の個別部分を監視するために、作動されるだけである。この方法における制御の最終レベルは、機能不良制御ループまたはH₄ループとして知られる。このループの目的は、下部制御ループおよび／または制御ハードウエアにおける重大な機能不良の場合に構造物内の全ての機能切換器を制御することにある。変位、速度および／または加速度の幾つかの測定値は、連続的な仕方で構造物を通して得られる。ついでH₄ループは、これらの値を一定の最大事前設定レベルと比較する。測定値が最大許容値を超えることが判明した場合、それは、制御の下部レベルにおける、かなりの機能不良を示す。最大事前設定レベルを超える場合、H₄ループは、構造物内の全ての切換器へH₃ ループの信号に優先する信号を送出し、全ての機能切換器を、ＲＳＭ無しで可能な程度まで、構造物の安全性と安定性を保証するような状態に設定する。これは、先の構造的分析に基づいて構造物内の全ての切換器を「オフ」に設定するか、または一定の切換器だけを「オフ」に設定するのを必要とすることがある。H₄ループは、各機能切換器の状態を連続的に監視しないので、独立した制御ループとみなされる。その唯一の目的は、システムの機能不良の場合に、適切な省略時指令信号を提供することにある。H₄制御は、図１０に示されるH₃制御ハードウエアに必要なもの以外に追加のハードウエアを必要としないが、H₃制御出力に優先する機能不良プログラムをコンピュータへロードする必要がある。実験的試験が、図４Ａに示される機能切換器の構成を利用して、図７Ａおよび７Ｂに示される構造物について実施された。２方向の仕方で地盤の動きを模擬するために、動揺テーブルが利用された。動揺テーブルは、地盤の動きの２つの形態、すなわち実際に記録された地震の動きに基づいて、揺動正弦波入力および不規則振動入力を模擬するように作動された。揺動正弦波入力の結果は、構造物の相当減衰比についての情報を提供する。地震地盤動きの記録は、本発明の有効性と能力を判定するのに使用される。表Ｉ〜IVの結果は、幾つかの作動モードの下での構造的応答の比較を表す。これらの試験は、本発明の単一平面の適用を示すので、H₁およびH₂方式の制御だけが利用された。以下に記載される表Ｉは、４つの従来技術構造的減衰形態の実験的結果を、H₁ 制御方式により制御される減衰形式機能切換器の使用を通して得られた結果と比較したものである。構造物は、動揺テーブルにより０．１ｇの制御された入力加速度で励振された。構造物に対する相当正弦波入力変位は、約４mmであった。形態１は、「オン」位置に維持される機能切換器の剛性に等しい剛性の１つの固定振れ止めを有する構造物を表す。形態２は、形態１の固定振れ止めの代わりとして１つの粘性減衰器を有する構造物を表す。その減衰特性は、「減衰」位置に維持される機能切換器のものと同様であった。形態３は、減衰特性それぞれを、「減衰」モードでの機能切換器のものと同等にして、同一平面内に取り付けられる２つの粘性減衰器を有する構造物を表す。形態４は、２つの従来の粘弾性減衰器が振動抑制に利用されたこと以外は、形態３と同一である。表Ｉの「機能切換器」の欄は、H₁制御方式により制御される単一減衰形式機能切換器の使用を表し、第１の欄は実験データであり、また第２の欄は理論的結果を表す。構造物の最大たわみ、および減衰比は、比較のために列挙され、高い減衰比および低い構造的わみに関して、本発明のH₁制御の利点を反映している。表IIは、上述した同一の構造物についての試験の結果を表すが、この試験における入力は、４mmの制御された一定の正弦波変位であった。共振振動数における相当入力加速度レベルは、約０．１ｇであった。表Ｉと表IIとの間の主な相違は、表Ｉがフィードバック制御加速度試験の結果を示すのに対して、表IIがフィードバック制御変位試験の結果を示していることである。表IIIは、上述のものと同一の構造物についての試験結果を表すが、この試験における入力は、１２mmの制御された正弦波変位であった。共振振動数における相当入力加速度レベルは、約０．３ｇであった。形態１は、２つの固定振れ止めを備える構造物を表し、振れ止めそれぞれは、「オン」位置で維持される機能切換器のものに等しい個別の剛性を有する。形態２は、形態１の固定振れ止めの代わりである２つの粘性減衰器を備える構造物を表す。各減衰器の減衰特性は、「減衰」位置で維持される機能切換器のものに等しい。２つの従来式粘弾性減衰器も、この形態に利用された。表IIIの「機能切換器」の欄は、H₁制御方式により制御される単一機能切換器の使用を表す。表IVは、上述のものと同一の構造物についての試験結果を表すが、この試験において、２つの機能切換器は、単一機能切換器ではなく押し付け − 引っ張り構成のものが採用された。この試験における入力は、０．１ｇの制御された入力加速度であった。構造物に対する相当入力一定正弦波変位は、約４mmであった。表 IVの「固定振れ止め」の欄は、２つの固定振れ止めを備える構造物を表し、振れ止めそれぞれは、「オン」位置で維持される機能切換器のものに等しい剛性を有する。「機能切換器」の欄は、H₁およびH₂の制御方式により制御される押し付け − 引っ張り機能切換器の使用を表す。表IVの押し付け − 引っ張り構成で使用される本発明の適用は、図１１を検討すれば理解できる。この図において、逆Ｕ形フレーム６８Ｒ、６８Ｃおよび６８Ｌから構成される一階構造のシステムが示され、３つのフレームは、それらの上端部において適切なビーム６９により接続される。フレームの上端部には、それぞれが３ｘ１２メートルサイズの３枚のコンクリートスラブ６９Ｓがある。コンクリートおよび他の静荷重と動荷重の重さは、上端の床にわたり均等に分布されているとみなされる。コンクリートフレーム６８Ｃは、本発明のリアルタイム構造的修正システムで処理されることになるので、構造分析がフレームについて実施され、そこにおいて、構造物の重量、横方向剛性および固有振動数が求められる。この分析から、中央フレーム上の全荷重は、３５，１００ｋｇであるこが分かる。標準分析を実施することにより、フレームの固有振動数は約３Hzであり、またその水平剛性ｋは１，１７０，０００ｋｇ／ｍであることも分かる。記録された１９４０年のEl Centro 地震（図２）のような選択された地震励振を受けるフレームの理論的変位応答は、計算され、図１２に示される。変位のピーク値は、約２cmであり、これは５ｍのフレーム高さの１／２５０であることが分かる。建物規約仕様によれば、階高さの１／７００を超える水平変位があると、建物構造物のある程度の非弾性変形をもたらす。これは耐えられないものではないが、構造物が、その弾性変形範囲内にとどまるのが望ましい。したがって本発明のリアルタイム構造的修正システムは、振動レベルを規約提示値まで制御するのに使用される。かくして、構造物の固有振動数および建物規約からの偏差百分率に基づく構造物の変位応答を最小にする方法が選択される。原則として、ＲＳＭシステムを使用する場合、２つの段階を取る必要がある。先ず、下記の予測式を使用して、予備的な設計がなされる。 X_max = αW/(K + 2K_m) (9) ここにX_maxは許容される最大変位であり、αW は横方向力であり、K はフレームの剛性であり、またK_mは機能切換器の適用によりＲＳＭが寄与する見掛け剛性である。上記の式から、１／７００の値を確保するために、K_mはK に等しく、すなわち１，１７０，０００ｋｇ／ｍにする必要があることが分かる。上記の計算を実施した後、構造物の変位を最小にできる構造的修正機器が、構造物に取り付けられる。図１３Ａにおいて、押し付け − 引っ張り構成で機能切換器を採用するＲＳＭシステムは、中央Ｕ形フレーム６８Ｃ上に設置されるのが幾分概略的に示され、また機能切換器の押し付け − 引っ張り制御は、図１３Ｂに示される。先ず、数字７０で一般に示される専用鋼製ビーム接続部材は、図１３Ｂには図示されないＵ形フレームの中央水平ビーム６８Ｃ．２上に溶接またはボルト締めされる。２つの鋼製接続部材７１は、Ｕ形フレーム６８の垂直柱部分６８Ｃ．１および６８Ｃ．３の下端部へ固定締め付けられる。機能切換器３６．５、３６．６を組み込む２つの振れ止め部材７２．１、７２．２は、図１３Ａに示されるように、接続部材７１と専用接続部材７０との間に設置される。機能切換器３６により、振れ止め部材は、構造物の適応性のある構成部材になることができる。この付加される機能切換器と振れ止め部材により、接続部材、切換器および振れ止め部材の各セットが寄与する当初の剛性の１００％である剛性が付加される。専用接続部材７０は、センサー７３を備え、そのセンサーは、柱６８Ｃ．１、６８Ｃ．３のベースから水平ビーム６８Ｃ．２の変位、速度および／または加速度を測定できる適切な変換器であればよい。センサー７３は、適切な電気ケーブル７５を通してコンピュータ７４へ接続される。コンピュータ７４により、格納されたデータおよびシステム識別が利用できる。加えて、図１３Ａに示されるように、各機能切換器には、関連する切換器を適正に作動できる局部意思決定ユニットが設けられる。コンピュータは、センサーから情報を受信すると、情報を処理し、ついでコンピュータ７４は、ライン７８を通して局部意思決定ユニット７６へ信号を送信する。システム識別およびデータの記憶ユニットは数字８０で示され、また電源は数字８２で示される。各機能切換器は、図１３Ｂにおける他のものとは関係なく制御できる。しかしながら図１３Ｂにおいて、切換器３６．５および３６．６を交互に「オン」および「オフ」にする制御器が示される。かくして２つの弁５４は、固定リンク５５により互いに連結される。図１３Ｂに示されるように右手の切換器３６．６が「オン」であると、左手の切換器３６．５は「オフ」になる。右の弁が、右手の切換器を「オフ」にするように切り換えられると、左手の切換器は「オン」へ切り換えられる。図１３Ｂに示されるように取り付けられる機能切換器３６．５および３６．６への制御指令は、図１４Ａに概略示される。すなわち機能切換器３６．５および３６．６は、交互に「オン」および「オフ」になる。かくして２つの機能切換器は、適応性のあるプログラムにより制御される押し付け − 引っ張り（相補的）対として使用され、構造物の見掛け剛性、減衰および質量をそのままにするが、その実際の剛性、減衰および質量を修正する。第１と第２の押し付け − 引っ張り切換器が、剛性を修正するのに使用されるとする。構造物が一方向に移動すると、第１の切換器はその移動に対して「オン」となり、一方、第２の切換器は「オフ」になる。かくして第１の切換器へ接続される部材は、変位エネルギーを吸収し、一方、第２の切換器へ接続される部材は、直前のサイクルで吸収されたエネルギーを解放する。構造物がその方向での移動を停止し、反対方向への移動を開始すると、第１の切換器は「オフ」になり、その対応する部材は吸収されたエネルギーを減衰し、一方、現在「オン」である第２の切換器へ接続される部材は、そのエネルギーの吸収を開始する。最も簡単な制御ループ(Ｈ１ループ)での２つの機器および押し付け − 引っ張り構成を使用する構造物は、平行四辺形（図９Ａ参照）のエネルギー散逸ループ（力対変位のカーブ）を有する。剛性を無視すると、図１４Ｂに示されるようにループは方形になる。図１４Ｂから、最大のエネルギー散逸は、一定の力(F_maxとF_min参照)および一定の変位(D_maxとD_min)で達成されることが分かる。これは、押し付け − 引っ張り構成により、一定の最大／最小の力と変位の場合に最大量のエネルギーを散逸し、したがってその構成は他の構成よりも優れていることを意味する。構造物へ適用される機能切換器の有効性を示す比較として、同一のEl Centro 地震記録を使用して、機能切換器を適用してフレームの変位応答が計算される。図１５Ａから、変位応答のピーク値は、ここで０．７ｃｍであり、それはフレーム高さの約１／７００であることが分かる。これは、図１２に示される結果に比べ、７０％の向上であり、予備的設計と一致する。また簡単な振れ止めを使用する場合と、機能切換器を使用する場合との相違を図示するために、１００％当初剛性の簡単な振れ止めでのフレームの他の処理を検討する。対応する変位は、図１５Ｂに示される。ピーク変位は、約１．６ｃｍまでにだけ減少されることが分かる。この向上は２０％未満である。計算された結果が図１２、１５Ａおよび１５Ｂに示されるが、図１２および１５Ａに示されるものと同等な実際の結果は、図１６に示される。図１１および１３に示される構造物に関連して今丁度検討した適用において、機能切換器は、単一平面における構造物のエネルギーを散逸し、剛性を修正するのに使用されてきた。しかしながら図３から、機能切換器は、２平面以上においてエネルギーを散逸するのに使用できことが明らかである。かくして機能切換器３６．３および３６．４は、異なる平面に置かれる。これらの機器は、可変制御器（機械的または電気的）に応答し、その可変制御器は、測定された変位に応答するエネルギー変位機器または機能切換器を制御するために測定された変位に応答して、機能切換器にエネルギーを散逸させ、かつ変位を抑制させる。機能切換器の１つの構造が図４Ａに示されたが、他の構造も採用できる。例えば一度だけ作動する純粋に機械的な機能切換器は、一部の用途に使用できる。最も簡単な形態のものは、シヤーピンによりロッドへ連結されるチューブから構成できる。そのような機器は、直線移動または回転移動に適切である。図４Ａに示される機器は、ロッドが左へ自由に動き、貯油槽４６からチャンバー４８への戻りは、一方向弁５６を通り制約されないという認識において単方向機器である。かくして、この切換器は、一方向において常に「オフ」であるが、他の方向において「オフ」、「オン」または「減衰」に設定できる。シヤーピン式機能切換器は、可変比ばねにも連結できる。この構造は、コンクリートピア上に取り付けられる移動式住居のような、固定下部構造物へ取り付けられる小規模構造物に特に適切である。図１７は、橋に使用される本発明の代表的な実施形態を示す。この実施形態は、ベース８４上に滑動自在に取り付けられる橋８３と、ならびに一般に数字８６で示される双方向機能切換器を橋８３およびベース８４へ接続する取り付け部材８５．１および８５．２とを備える。加えて、システムの変位、速度および歪みのような入力信号を測定するセンサー８７が設けられる。それらのセンサーは、コンピュータ７２へ接続され、そのコンピュータはセンサーから受信した信号に応答して切換器８６を制御する。切換器は、コンピュータにより「オン」、「オフ」および「減衰」の間で殆ど瞬時に切り換えできる。図１７を調べれば、地盤から橋へ、またはその逆方向のエネルギーを制御できることが明らかである。加えて橋の構造的パラメータを変えられることも明らかである。例えば橋の質量は、ベースの質量を橋へ連結または解除することにより、変えることができる。加えて切換器の剛性を変えることができるか、または橋とベースの相対移動を減衰できる。かくして、図１７において修正される橋は、適応性のある構造物である。双方向に再使用できる機能切換器の構造は、図１８に図示され、その切換器は一般に数字８６で示される。この構造は、図４Ａで一般に図示される形式の２つの単方向切換器から構成され、シリンダー３８ａおよび３８ｂが、対向方向に延びるロッド４０ａおよび４０ｂで端部へ取り付けられる。これらのロッドは、ヨーク組立体の手段により互いに接続され、そのヨーク組立体は、ナット８９の手段によりロッドのねじ込み端部４０ａ．１および４０ｂ．１上の所定位置に保持される２つの横方向に延びるバー８８を備える。これらのバーは、ついでシャフト９０の手段により互いに連結され、各シャフトの対向端部は、関連するバー８８の一端へ適切に接続される。ヨーク組立体は、取り付け部材８５．２または他の妥当な接続部材へ適切に接続される。シリンダー３８それぞれには、妥当な取り付け部材８５．１などへ連結できるブラケット９１が設けられる。シリンダーのそれぞれには、三位置弁９２を通して、貯油槽４６と連通しているポート３８ａ．１または３８ｂ．１が設けられる。この弁の位置は、電気制御器５８により決めることができ、その制御器はついで、好ましくはコンピュータ７２へ連結される。双方向切換器８６は、弁がその減衰位置にあるときに減衰器として作動できるが、別の減衰器５９（図示されない）を設けることができる。弁を制御する機構は電気式にできるが、可変オリフィス弁を使用でき、それは、電気的に、または機械的機器、例えばベルクランクを通して制御でき、そのベルクランクは、シリンダー３８とロッド４０との間、またはシリンダーとロッドが接続される構造物間の移動を検知する。電気的に制御されるならば、応答時間を向上するために、一般的に単一の「減衰」設定だけがある。図３、１３および１７において機能切換器は、引張り − 圧縮に対して取り付けられているが、曲げ、捩じりまたは剪断に対しても取り付けることができる。付加される減衰と剛性（ＡＤＡＳ）は、建物構造物を修正し、そのたわみ特性を向上するために、従来技術において使用されてきた。しかしながら、固定された高い剛性と固定された高い減衰は、構造物がその振動レベルを減少するには必ずしも役立たないことは公知である。減衰剛性および減衰を変えることは、一層良い結果を達成できる。さらに、機能切換器は、構造物の質量も変更でき、これは振動レベルを減少するのに役立つ。したがって、上に開示された機能切換器を利用することにより、質量、減衰および剛性の構造的パラメータをリアルタイムで修正することができる。ここで図１９を参照すると、垂直柱９３および屋根トラス９４を有する２階構造物が示される。機能切換器３６は、指示された仕方で中間柱９３．２と９３．３との間に取り付けられる。機能切換器を「オン」または「オフ」へ設定することにより、中央柱は、強く振れ止めされるか、または全く振れ止めされない。したがってフレームの剛性を変更できる。機能切換器は、固定部材へではなく、減衰器へも接続できる。したがって質量、減衰および剛性の物理的パラメータを同時に変更できる。図１９に示される機能切換器は、伸張力だけを受けるように設計できる。したがって圧縮力により生じる座屈は起こらない。このようにして、機能切換器用のリンクおよびサポートは、断面積が非常に少なくで済むので、コストを削減できる。図２０は、免震ユニット上に取り付けられる高層建物を図示する。この高層建物は一般に数字１０で示され、ベースは数字９６で示され、ベースは硬質の表面部９６．１を備え、また建物は固定ベース１０ｂを備える。ローラー９８などは、固定ベース１０ｂと硬質の表面部９６．１との間に配設されるので、建物構造物１０は、ベース９６に対して移動できる。機能切換器８６は、建物１０とベース９６との間を延びる。このシステムは、図１９に示される構造と異なる。と言うのは、このシステムは、外部源からの力伝達の経路と容量を変更するが、図１９に示される構造は、構造物の質量、減衰および剛性を変更するからである。しかしながら基本原理は、構造物だけの物理的パラメータを変更するものと同一である。図２１は、質量を変更する他の着想を示す。この構造において、ベース９６上に直接取り付けられる建物構造物１０は、機能切換器８６の手段により質量１００へ連結される。この質量は、他の建物でもよい。建物１０および質量は、異なる移動量（異なる振動数、異なる位相、および異なる振幅）を有することができ、また機能切換器８６の手段により接続または切り離しができるので、２つの対象物の振動は、一定の程度まで互いに相殺できる。本発明の制御理論は、本発明の目的と概要に述べてきたが、図２２を検討すれば、多分一層良く理解できる。図２２において、剪断壁１０２、１０４、２つの離間した垂直柱１０６、および柱１０６により支持される質量１０８を備える建物構造物が示される。加えて第１の機能切換器１１０は、一方の柱１０６と剪断壁１０２との間に位置決めされ、また第２の機能切換器１１２は、他方の柱１０６と剪断壁１０４との間に位置決めされる。第１の機能切換器１１０はリンク１１４および１１６により、関連する剪断壁および柱に接続され、また第２の機能切換器はリンク１１８および１２０により、関連する剪断壁１０４および柱１０６に接続される。剪断壁のそれぞれは剛性を有し、剪断壁１０２の剛性はK₁として表され、また剪断壁１０４の剛性はK₂として表される。最小保存位置エネルギーの原理によれば、単純で非常に有効なアルゴリスムは、剛性をK₁とK₂間で切り換えて、最大エネルギー低下と最小変位を達成することにより確立される。K₁ = K₂と仮定すると、２つの剪断壁１０２および１０４間で切り換えることにより、K + K₁またはK + K₂が一定に保たれるので、見掛け剛性が一定に維持される。しかしながらこの２つの付加剛性K₁およびK₂は、位置エネルギーを交互に蓄えるか、または低下する。質量１０８が矢印１２２の方向へ移動させられると、機能切換器１１０は「オン」に切り換えられ、一方、機能切換器１１２は「オフ」に切り換えられる。矢印１２２の方向の地盤移動により生じた質量の最大変位がX₁ ならば、付加剛性に蓄えられるエネルギーはK₁X₁ ²/2 である。質量が矢印１２４の方向に移動し始めると、切換器１１０はその「オフ」位置へ切り換えられ、また切換器１１２は「オン」に切り換えられる。この時点で剛性K₁は、自由に移動でき、蓄えられたエネルギーを解放する。かくして、蓄えられたエネルギーK₁X₁ ² /2 が解放される。機能切換器１１０に関連するエネルギー散逸機構は、矢印１２４の方向における質量の移動期間内に、この量のエネルギーを散逸する。一方、機能切換器１１２は「オン」であるので、剪断壁１０４の剛性K₂は、主フレーム１０６の剛性K と共に作用し始める。すなわち剪断壁１０４の剛性(K₂)は、質量が矢印１２４の方向の最大変位に達するまで、位置エネルギーを蓄え始める。その最大変位はX₂により示される。同様にこのエネルギー量は、矢印１２２の方向において質量１０８の次の移動で低下されるK₂X₂ ²/2 に等しい。このアルゴリズムの時間履歴は、概念的に図２３に示される。この図において実線１２６は、機能切換器１１０が「オン」であり、また機能切換器１１２が「オフ」であるときの変形を示す。点線１２８は、機能切換器１１０が「オフ」であり、また機能切換器１１２が「オン」であるときの変形を示す。（５）において先に記載された式は、単一自由度のシステムへ適用できるが、多自由度の構造物において、その状態は若干複雑になる。かくして式（５）は下記のようになる。 Eⁱ _kc + Eⁱ _kf + Eⁱ _d + Eⁱ _df + Eⁱ _pc + Eⁱ _pf = Wⁱ + Tⁱ (10) ここで式（５）と比較すると、新しく導入した上付き字i はi 番目のモードを表し、また文字T は、i 番目のモード以外のモードから伝達されたエネルギーを表す。項Tⁱは、正または負になる。しかしながら第１のモードまたは第１の幾つかのモードをさえ参照しても、項Tⁱは、多くの場合に正である［ＬｉａｎｇおよびＬｅｅ、「構造物の減衰：パートＩ：複合減衰理論」、ＮＣＥＥＲレポート９１ −０００４、１９９１年］。したがって形態保存位置エネルギーを最小にする作業は、伝達される形態エネルギーを最小にすることも含む。この原理は、M、C およびK は、最小保存エネルギーを達成しなければならないように変更する必要があるということである。言い換えれば、外部励振中に全外部エネルギーは、以下のように処理される。すなわちエネルギーの一部が構造物に入るのを防止し、また中に留めておき、ついで一部を減衰し、および後で一定の仕事に使用される一部を維持し、外部エネルギーが次の段階で入るのを防止する。ＭＤＯＦシステムにおいて、式（５）だけを満足する構成は十分ではなく、他の量のエネルギー、形態エネルギー伝達を考慮する必要がある。上記から、機能切換器は、図４Ａに示されるようなエネルギー散逸機器から選択でき、また図２１に示されるような質量連結機器または図２２に示されるような剛性修正機器から選択できる。そのような機器はいずれも、外部エネルギーの付与により生じる構造物へのエネルギー入力を減少するように、構造物の動的インピーダンスを増加するか、または構造物の他のモードから伝達されるエネルギーを減少するか、もしくは両方を行うので、構造物の保存エネルギーが最小になる。図２６〜２８に示される四方向切換器システムは、切換器をＸおよびＹの両方向で作用させるように、２モードで作動できる。図２７において、数字１３１はオイル溜であり、数字１３２は取り付けハウジングであり、数字１３３はブレーキハウジングであり、数字１３４は回転円板であり、数字１３５は滑動溝であり、数字１３６はスライダーであり、数字１３７は右プランジャーであり、数字１３８は右シリンダーであり、数字１３９は右オイルチャンバーであり、数字１４０は左プランジャーであり、また数字１４１は左オイルチャンバーである。図２６において、数字１４２は上部カバー１４３の軸受であり、数字１４４は滑り軸受であり、数字１４５は滑動溝１３５の軸受であり、数字１４６．１は左パイプであり、数字１４６．２は右パイプであり、また数字１４７は制御弁である。図２８において、数字１４８は電磁ブレーキであり、数字１４９はブレーキ用電磁石であり、また数字１５０は制御弁１４７用電磁石である。電圧が電磁石１４９へ印加されると、ブレーキ１４８は、円板１３４が回転するのを妨げる。したがって軸受機器の２つの端部間に相対回転移動は生じない。電圧が印加されないと、ブレーキは作動しないで、円板は、外部トルクにより自由に回転できる。電磁石１５０は、電圧を受けると、押されて制御弁１４７を閉じる。かくして、オイルは、パイプ１４６および弁１４７を通過できない。したがってプランジャー１３７もプランジャー１４０も移動できない。スライダー１３６の位置は固定される。電圧が印加されないと、スライダー１３６は、外力により移動できるが、制御弁１４７から一定の抵抗を受容する。すなわち、その弁が大きいオリフィスで開かれると、低い抵抗が生じ、またその弁が小さいオリフィスで僅か開かれると、高い抵抗が現れる。上述したように、ブレーキ − 円板は、回転切換器として作動する。それが自由に回転させられると、ゼロ捩じり剛性が達成される。回転移動が許されないと、高い捩じり剛性が加わる。剛性の値は、特定の構造物に従って決められる。またスライダーは並進切換器として作動する。スライダーが自由に移動できると、剛性は構造物へ加えられない。しかしながら一定量の減衰は、制御弁１４７のオリフィスからの抵抗を調節することによってされる。スライダーが固定されると、一定値の剛性は、特定のニーズに従って達成される。制御弁のオリフィスの開度は、一定の抵抗が達成されるように調節される。この抵抗は、下記のようにして決められる。すなわち、1)スライダー１３６は、所要の時間の期間（それより短い期間をとることもできる）、一定の位置に停止させる必要があり、そうでないとシリンダーを、次の段階で使用できない。２）シリンダー − プランジャーシステムの減衰比は、少なくとも７０％にする必要があり、そうでないとエネルギー散逸は、全体構造物からエネルギーを低下するには不十分である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９５年８月２４日【補正内容】補正明細書リアルタイムで構造物のパラメータを修正する改良された方法および装置技術分野本発明は、構造物が地震または風などの外力による外部エネルギーを受けたときに、構造物の変位（振動）を抑制する方法および装置に関し、その装置は、新規の減衰／連結機器および取付け部材を使用している。また本発明は特に、新しく提案された制御法則から開発された新規のプロセスに従って新規な方法で取り付けられる新しい機器を使用することにより、構造物の動的パラメータ（質量、減衰、剛性の係数）を調整する方法および装置に関する。発明の背景構造物は、例えば強風または中〜強地震のような大きい規模の外力を受けると、倒れる恐れがあることは周知である。構造物を損傷または倒壊することなく、そのような外力に耐えるように構造物の能力を向上する多くの提案がなされている。それらの手法は、構造物を剛性に、構造物を弾性にすることから、構造物を地盤表面に設置して地盤に対して移動できるようにし、構造物へある質量を連結または分離してその共振振動数を変化するようにしたものまである。補正請求の範囲１．リアルタイムで振動構造物の構造的パラメータを修正する方法において、構造物の物理的パラメータを分析する段階と、それぞれが「オン」と「オフ」の状態を有し、かつ初期には「オン」の状態にある機能切換器を、その分析により決められる選択された位置で構造物に取り付ける段階と、外部エネルギーの付与により生じた構造物の速度、加速度または変位の１つ以上の値を測定する段階と、およびこの測定された値に応答してリアルタイムで制御手段が、「オン」と「オフ」の状態間で切り換えられて、構造物の保存エネルギーを最小にすることにより、構造物の変位を制御するように前記機能切替器を制御する段階との組合せにより特徴付けられる方法２．制御手段は、機能切換器の制御中に機能切換器へ最小エネルギーを付加する請求項１の方法。３．物理的パラメータは、ａ）構造物の重量、横方向剛性および固有振動数を求め、およびｂ）ついで段階ａ）で求められた数値を使用して、選択された地震励振を受ける構造物の理論的変位応答を求めることにより決められる請求項1または２の方法。４．請求項３の段階ｂからの理論的変位応答が、建物規約からの偏差百分率およびその固有振動数に基づいて受入れできないならば、構造物の実際の変位応答を最小にするために採用される方法を選択する段階と、および構造物の所要の変位応答を達成するために、剛性、質量および減衰の適切な修正を計算する段階とによりさらに特徴付けられる請求項３の方法５．機能切換器は、エネルギー散逸機器、および質量連結機器または剛性修正機器、もしくは両方から選択され、それらの機器は、外部エネルギーの付与により生じた構造物へのエネルギー入力を減少するために構造物の動的インピーダンスを増加するか、または構造物の他のモードから伝達されるエネルギーを減少するか、もしくは両方を行うことにより、構造物の保存エネルギーが最小にされる上述の請求項のいずれかの方法。６．機能切換器は、構造物の変位を制御する従来技術の機器と共に使用され、また制御手段は限界値を含み、また本発明の機能切換器は、従来技術の機器が先ず作動できるように、測定された値が限界値を超えたときに作動する上述の請求項のいずれかの方法。７．機能切換器は、複数の交差平面に取り付けられ、また速度、加速度または変位の１つの測定値は、２平面以上から得られ、また制御手段は、２平面以上における測定値に応答し、かつ交差平面における機能切換器を制御する上述の請求項のいずれかに記載される構造物の変位を制御する方法。８．ベース上に支持されるフレームを備える構造物が、地震または風のような外力により外部エネルギーを受けるときに、変位を制御するために構造物を修正する装置であって、フレームへ接続されてフレームの変位を検知するセンサー手段と、構造物の保存エネルギーを最小にする、フレームへ連結される機能切換器手段であって、剛性部材として作動する「オン」状態または可動部材として作動する「オフ」状態に設定でき、また初期に「オン」状態にある機能切換器手段と、センサー手段がフレームの変位を検知したときにセンサー手段から受信する信号に応答して、機能切換器手段を構造物のエネルギーを最小にするか、または構造物へのエネルギーの伝達を防止するか、もしくは両方を実施して、構造物の変位が最小になるように操作する制御手段とを有する装置。９．センサー手段は、位置を求める第１の検知手段と、速度を求める第２の検知手段と、加速度を求める第３の検知手段と、歪みを求める第４の検知手段と、および力を求める第５の検知手段とを備える請求項８に記載される装置。１０．機能切換器手段は、構造物のＸ−Ｚ平面に取り付けられる少なくとも１つの機能切換器と、構造物のＹ−Ｚ平面に取り付けられる少なくとも１つの機能切換器とを備え、また前記平面の１平面から前記平面の他の平面へのエネルギーの伝達を最小にできるか、または防止できる請求項８または９に記載される装置。１１．機能切換器手段は、複数の機能切換器を備え、各機能切換器を、固定部材として作動し、可動ユニットとして作動し、または減衰器として作動するように設定できる請求項８〜１０のいずれかに記載される装置。１２．各機能切換器は機械式のものである請求項１１に記載される装置。１３．各機能切換器は油圧式のものである請求項１１に記載される装置。１４．各油圧式機能切換器は、オイルチャンバーと、および流体を流通できるように開閉できるオリフィスとを備える請求項１３に記載される装置。１５．各機能切換器は調節器を備える請求項１１〜１４のいずれかに記載される装置。１６．調節器は電気機械式制御器を備える請求項１５に記載される装置。１７．調節器は機械式制御器を備える請求項１５に記載される装置。１８．機能切換器手段は、リンクによりフレームへ連結され、また制御手段は、調節器へ接続されるデータ収集と意思決定のユニットを備える請求項１１〜１７のいずれかに記載される装置。【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年３月１日【補正内容】補正請求の範囲１９．構造物の変位を制御するために、リアルタイムで構造的パラメータを修正する（ＲＳＭ）方法において、エネルギーが構造物へ付与されたときに構造物の変位を制御でき、また「オン」と「オフ」の状態間で切り換えができる機能切換器を構造物に取り付ける段階と、外部から与えられるエネルギーにより生じる、構造物の各機能切換器付近の速度を測定する段階と、構造物の関連する機能切換器付近の測定された速度がゼロに近づくと、各機能切換器毎に初期局部構造的制御信号を設定する段階と、オーバライド信号が存在しない場合に初期局部構造的制御信号に応答して、機能切換器が構造物の変位を制御するように、制御手段が機能切換器を作動させる段階とを有する方法。２０．機能切換器は、構造物の複数の交差平面において取り付けられ、また速度は、構造物の２平面以上において測定される請求項１９に記載される構造物の変位を制御する方法。２１．各機能切換器毎に力を測定する段階と、測定された力が限界値を超えているかどうか測定された力を比較する段階と、および測定された力が限界レベルを超えているならば、オーバライド信号を送信して、規定された時間が経過した後まで、関連する機能切換器が初期局部構造的制御信号を受けて作動しないようにするか、または測定された力が限界レベルを超えないならば、オーバライド信号を送信しないようにする段階とをさらに含む請求項１９または２０のいずれかに記載される構造物の変位を制御する方法。２２．幾つかの重要な位置において加速度および構造的変位を測定する段階と、速度、加速度および構造的変位の測定された値を使用して構造物の保存エネルギーを計算する段階と、全ての機能切換器の状態をリアルタイムで求める段階と、および最適指令を機能切換器へ送出して、速度変位理論に従って切換器の状態を変更する段階とをさらに含む請求項２１に記載される構造物の変位を制御する方法。２３．幾つかの重要な位置において加速度および構造的変位を測定する段階と、速度、加速度および構造的変位の測定された値を使用して構造物の保存エネルギーを計算する段階と、全ての機能切換器の状態をリアルタイムで求める段階と、および最適指令を機能切換器へ送出して、保存エネルギーの最小化の原理に従って切換器の状態を変更する段階とをさらに含む請求項２１に記載される構造物の変位を制御する方法。２４．ＲＳＭ無しに可能な程度まで構造物の安定性を確保する全ての機能切換器について危険防止を設定す段階と、変位、速度および加速度値の測定値を、一定の最大事前設定レベルと比較する段階と、および測定値が最大許容レベルを超えているのが判明した場合、オーバライド信号を送信して、全ての機能切換器を危険防止設定状態にする段階とをさらに含む請求項２３に記載される構造物の変位を制御する方法。２５．構造物の変位を制御できるリアルタイムで構造物のパラメータを修正する（ＲＭＳ）装置であって、構造物へエネルギーが付与されたときに、それぞれの機能切換器が、構造物の変位を制御でき、かつ「オン」と「オフ」の状態間で切り換えができる、構造物へ取り付けられる複数の機能切換器（３６）と、構造物の各機能切換器付近へ取り付けられ、構造物への外部エネルギーの付与により生じる構造物の各機能切換器（３６）付近の速度を測定し、測定した速度に応答して信号を送信する速度変換器（６４）と、関連する速度信号に応答して、各機能切換器毎に初期局部構造的制御信号を設定する制御手段（６７）と、および機能切換器が構造物の変位を制御するように、オーバライド信号が存在しない場合に制御信号を受けて機能切換器を作動させる手段（５７）とを有する装置。２６．機能切換器および速度変換器は、複数の平面に取り付けられる請求項２５に記載される装置。２７．力測定手段（６５）が設けられて、各機能切換器に加えられた力に応答して力信号を送信し、制御手段には、測定された力が限界力を超えるかどうかを比較する手段が設けられ、かつ力が限界レベルを超えているならばオーバライド信号を送信する手段が設けられて、規定された時間が経過した後まで、関連する機能切換器が初期局部構造的制御信号を受けて作動しないようにする請求項２５または２６に記載される装置。２８．加速度と変位の変換器（７３）は、前記構造物の幾つかの重要な位置へ取り付けられ、コンピュータ（７４）が、速度、加速度および構造的変位の測定された値を使用して構造物の保存エネルギーを計算し、またフィードバックラインが、全ての機能切換器からコンピュータまで設けられ、機能切換器の状態がリアルタイムで求められ、またコンピュータは、保存エネルギーの最小化の原理に従って機能切換器の状態を変更するように、最適指令を機能切換器へ送出する請求項２７に記載される装置。２９．振動構造物の構造的パラメータをリアルタイムで修正する方法において、切換器の第１と第２の部分間に本質的に相対移動が無い「オン」状態および切換器の第１と第２の部分は互いに相対的に自由に移動できる「オフ」状態の間で切り換えができる、第１の対の第１と第２の機能切換器を設置し、切換器が押し付け − 引っ張りの関係で使用されることにより、第１の対の第１の機能切換器が外部エネルギーの付与により引っ張り状態に置かれたならば、第１の対の第２の機能切換器は圧縮状態に置かれるように、第１の対の第１と第２の機能切換器を構造物の第１の平面に取り付け、外部エネルギーの付与により生じた構造物の速度、加速度または変位値の１つ以上を測定し、圧縮状態の機能切換器は「オン」へ切り換えられ、また引っ張り状態の機能切換器は「オフ」へ切り換えられるように、測定された値に応答して第１の対の機能切換器の状態を「オン」と「オフ」の間で変更することを特徴とする方法。３０．切換器の第１と第２の部分間に本質的に相対移動が無い「オン」状態および切換器の第１と第２の部分は互いに相対的に自由に移動できる「オフ」状態の間で切り換えができる、第２の対の第１と第２の機能切換器を設置し、第２の対の機能切換器を、第２の対の第１の機能切換器が外部エネルギーの付与により引っ張り状態に置かれたならば、第２の対の第２の機能切換器は圧縮状態に置かれるように、第１の面と交差する構造物の第２の面に取り付け、圧縮状態の第２の対の機能切換器は「オン」へ切り換えられ、また引っ張り状態の第２の対の機能切換器は「オフ」へ切り換えられるように、測定された値に応答して第２の対の機能切換器の状態を「オン」と「オフ」の状態間で変更することによりさらに特徴付けられる請求項２９の方法。３１．第１の対の第２の機能切換器の一端に隣接して、第１の対の機能切換器の第１の機能切換器の一端を取り付けることをさらに特徴付けられる請求項２９または３０の方法。３２．見掛けの剛性、減衰および質量を不変のままにするが、構造物の実際の剛性、減衰および質量を修正状態にするように、適応性のあるアルゴリズムにより、機能切換器を制御する請求項２９〜３１のいずれかの方法。３３．切換器の第１と第２の部分間に本質的に相対移動が無い「オン」状態、切換器の第１と第２の部分間の移動がエネルギーを吸収する「減衰」状態および切換器の第１と第２の部分は互いに相対的に自由に移動できる「オフ」状態の間で切り換えができるようにした機能切換器を設置し、構造物の質量、減衰および剛性の物理的パラメータを切換器により修正できる構造物に機能切換器を構造物の交差平面に取り付け、２平面以上において、外部エネルギーの付与により生じた構造物の速度、加速度または変位の１つ以上の値を測定し、制御手段が、構造物へ付与されたエネルギーを効果的に散逸し、構造物の変位を２平面以上で同時に制御し、かつ構造物の保存エネルギーを最小にするように、測定された値および対応する適応性のある制御アルゴリズムに応答して、機能切換器の状態を「オン」、「オフ」および「減衰」状態の間で変更する、リアルタイムで構造物のパラメータを修正する方法。３４．機能切換器は、測定された速度、力、変位と加速度、および対応する適応性のある制御プロセスに応答して制御されると、一定の部材および下部構造物を連結および解除して構造物の質量を変更する請求項３３に記載されたリアルタイムで構造物のパラメータを修正する方法。３５．対向して軸方向に整合される第１および第２の分離された空洞を有するシリンダー組立体と、第１および第２の空洞内にそれぞれ滑動自在に配設される第１および第２のロッドと、第１および第２のロッドを同時に移動できるように互いに連結する連結手段と、１つの空洞から他の空洞への流れを制御する弁が設けられる、空洞の隣接する端部間に延びる流体通路とを有する機能切換器。３６．構造物が地震または風などの外力により外部エネルギーの付与を受けるとき、たわみを受ける構造物を制御する機能切換器組立体であって、空洞を有するシリンダーと、空洞内に滑動自在に配設されるロッドと、貯油槽と、貯油槽と空洞との間に延びる第１および第２のラインと、貯油槽から空洞への流れを許容するが、空洞から貯油槽への流れを阻止する、第１のラインにおける逆止弁と、第２のラインにおける可変オリフィスと、機能切換器がロッドおよびシリンダーの長さに沿って圧縮されると可変オリフィスを「減衰」状態に設定されてたわみのエネルギーを切換器で吸収するように、構造物のたわみに応答して可変オリフィスの設定を変える制御器手段とを有する機能切換器組立体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者リャン，ゾーンアメリカ合衆国 14260 ニューヨーク州・バッファロ・サニーアトバッファロ・ケターホール・134 (72)発明者トング，メイアメリカ合衆国 14260 ニューヨーク州・バッファロ・サニーアトバッファロ・ケターホール・141

Claims

【特許請求の範囲】１．リアルタイムで振動構造物の構造的パラメータを修正する方法において、構造物の物理的パラメータを分析する段階と、それぞれが「オン」と「オフ」の状態を有する機能切換器を、その分析により決められる選択された位置で構造物に取り付ける段階と、外力の付与により生じた構造物の速度、加速度または変位の１つ以上の値を測定する段階と、およびこの測定された値に応答してリアルタイムで機能切換器を制御する制御手段を提供する段階であって、制御された機能切換器は、状態間で切り換えられて、構造物の保存エネルギーを最小にすることにより、構造物の変位を制御するようにした段階との組合せにより特徴付けられる方法。２．制御手段は、機能切換器の制御中に機能切換器へ最小エネルギーを付加する請求項1の方法。３．物理的パラメータは、ａ）構造物の重量、横方向剛性および固有振動数を求めること、およびｂ）ついで段階ａで求められた数値を使用して、選択された地震励振を受ける構造物の理論的変位応答を求めることにより決められる請求項1または２の方法。４．請求項３の段階ｂからの理論的変位応答が、建物規約からの偏差百分率およびその固有振動数に基づいて受入れできないならば、構造物の実際の変位応答を最小にするために採用される方法を選択する段階と、および構造物の所要の変位応答を達成するために、剛性、質量および減衰の適切な修正を計算する段階とによりさらに特徴付けられる請求項３の方法。５．機能切換器は、エネルギー散逸機器、および質量連結機器または剛性修正機器、もしくは両方から選択され、それらの機器は、外部エネルギーの付与により生じた構造物へのエネルギー入力を減少するために構造物の動的インピーダンスを増加するか、または構造物の他のモードから伝達されるエネルギーを減少するか、もしくは両方を行うことにより、構造物の保存エネルギーが最小にされる上述の請求項のいずれかの方法。６．機能切換器は、構造物の変位を制御する従来技術の機器と共に使用され、また制御手段は限界値を含み、また本発明の機能切換器は、従来技術の機器が先ず作動できるように、測定された値が限界値を超えたときに作動する上述の請求項のいずれかの方法。７．機能切換器は、複数の交差平面に取り付けられ、また速度、加速度または変位の１つの測定値は、２平面以上から得られ、また制御手段は、２平面以上における測定値に応答し、かつ交差平面における機能切換器を制御する上述の請求項のいずれかに記載される構造物の変位を制御する方法。８．ベース上に支持されるフレームを備える構造物が、地震または風のような外力により外部エネルギーを受けるときに、その変位を制御するために構造物を修正する装置であって、フレームへ接続されてフレームの変位を検知するセンサー手段と、フレームへ連結される機能切換器手段と、およびセンサー手段がフレームの変位を検知したときにセンサー手段から受信する信号に応答して機能切換器手段を操作する制御手段であって、機能切換器は、制御手段により作動されると、構造物のエネルギーを最小にするか、または構造物へのエネルギーの伝達を防止するか、もしくは両方を実施して構造物の保存エネルギーを最小にすることにより、構造物の変位が最小になるようにした手段とから構成される装置。９．センサー手段は、位置を求める第１の検知手段と、速度を求める第２の検知手段と、加速度を求める第３の検知手段と、歪みを求める第４の検知手段と、および力を求める第５の検知手段とを備える請求項８に記載される装置。１０．機能切換器手段は、構造物のＸ−Ｚ平面に取り付けられる少なくとも１つの機能切換器と、構造物のＹ−Ｚ平面に取り付けられる少なくとも１つの機能切換器とを備え、また前記平面の１平面から前記平面の他の平面へのエネルギーの伝達を最小にできるか、または防止できる請求項８または９に記載される装置。１１．機能切換器手段は、複数の機能切換器を備え、各機能切換器は、固定部材として作動し、可動ユニットとして作動し、または減衰器として作動するように設定できる請求項８〜１０のいずれかに記載される装置。１２．各機能切換器は機械式のものである請求項11に記載される装置。１３．各機能切換器は油圧式のものである請求項11に記載される装置。１４．各油圧式機能切換器は、オイルチャンバーと、および流体を流通できるように開閉できるオリフィスとを備える請求項13に記載される装置。１５．各機能切換器は調節器を備える請求項１１〜１４のいずれかに記載される装置。１６．調節器は電気機械式制御器を備える請求項１５に記載される装置。１７．調節器は機械式制御器を備える請求項１５に記載される装置。１８．機能切換器手段は、リンクによりフレームへ連結され、またセンサー手段は、調節器へ接続されるデータ収集と意思決定のユニットを備える請求項１１〜１７のいずれかに記載される装置。１９．構造物の変位を制御するために、リアルタイムで構造的パラメータを修正する（ＲＳＭ）方法において、構造物に機能切換器を取り付ける段階と、各機能切換器は、エネルギーが構造物へ付与されたときに構造物の変位を制御でき、また「オン」と「オフ」の状態間で切り換えができるものであり、各機能切換器に隣接する構造物の速度を測定する段階と、その速度は、構造物への外部エネルギーの付与により生じるものであり、関連する機能切換器に隣接する構造物の測定された速度に応答して、各機能切換器毎に初期局部構造的制御信号を設定する段階と、および機能切換器が構造物の変位を制御するように、オーバライド信号が存在しない場合に機能切換器を、制御信号を受けると作動させる制御手段を提供する段階とから構成される方法。２０．速度がゼロに近づくと、局部構造的制御信号が送信されて、機能切換器が受信すると、機能切換器の状態が変更される請求項１９に記載される構造物の変位を制御する方法。２１．機能切換器は、複数の交差平面において取り付けられ、また速度は、２平面以上において測定される請求項１９または２０に記載される構造物の変位を制御する方法。２２．力は、各機能切換器毎に測定され、また測定された力が限界値を超えているかどうかの比較がなされ、力が限界レベルを超えているならば、オーバライド信号を送信して、規定された時間が経過した後まで、関連する機能切換器が初期局部構造的制御信号を受けて作動しないようにするか、または力が限界値を超えないならば、オーバライド信号を送信しないようにする請求項１９、２０または２１に記載される構造物の変位を制御する方法。２３．測定値は、加速度および構造的変位の幾つかの重要な位置において得られ、また構造物の保存エネルギーは、速度、加速度および構造的変位の測定された値を使用して計算され、また全ての機能切換器の状態は、リアルタイムで求められ、また速度変位理論に従って機能切換器の状態を変更するように、最適指令が機能切換器へ送出される請求項２２に記載される構造物の変位を制御する方法。２４．測定値は、加速度および構造的変位の幾つかの重要な位置において得られ、また構造物の保存エネルギーは、速度、加速度および構造的変位の測定された値を使用して計算され、また全ての機能切換器の状態は、リアルタイムで求められ、また保存エネルギーの最小化の原理に従って機能切換器の状態を変更するように、最適指令が機能切換器へ送出される請求項２２に記載される構造物の変位を制御する方法。２５．ＲＳＭ無しに可能な程度まで構造物の安定性を確保するために、全ての機能切換器について危険防止設定するように決定がなされ、また変位、速度および加速度値の測定値は、一定の最大事前設定レベルと比較され、測定値が最大許容値を超えているのが判明した場合、オーバライド信号が送信されて、全ての機能切換器は危険防止設定状態にさせられる請求項２４に記載される構造物の変位を制御する方法。２６．構造物の変位を制御できるリアルタイムで構造物のパラメータを修正する（ＲＭＳ）装置であって、構造物へエネルギーが付与されたときに、それぞれの機能切換器が、構造物の変位を制御でき、かつ「オン」と「オフ」の状態間で切り換えができる、構造物へ取り付けられる複数の機能切換器（３６）と、各機能切換器（３６）に隣接する構造物の速度を測定する、各機能切換器に隣接する構造物へ取り付けられる速度変換器（６４）と、その速度は、構造物への外部エネルギーの付与により生じ、また各速度変換器は、測定された速度に応答して信号を送信するものであり、関連する速度信号に応答して、各機能切換器毎に初期局部構造的制御信号を設定する制御手段（６７）と、および機能切換器が構造物の変位を制御するように、オーバライド信号が存在しない場合に制御信号を受けて機能切換器を作動させる手段（５７）とから構成される装置。２７．機能切換器および速度変換器は、複数の平面に取り付けられる請求項26に記載される装置。２８．力測定手段（６５）が、設けられて、各機能切換器についての力の付与に応答して力信号を送信し、また制御手段には、測定された力が限界力を超えるかどうかを比較する手段が設けられ、かつ力が限界力を超えているならばオーバライド信号を送信する手段が設けられて、規定された時間が経過した後まで、関連する機能切換器が初期局部構造的制御信号を受けて作動しないようにする請求項２６または２７に記載される装置。２９．加速度と変位の変換器（７３）は、前記構造物の幾つかの重要な位置へ取り付けられ、コンピュータ（７４）が、設けられて、速度、加速度および構造的変位の測定された値を使用して構造物の保存エネルギーを計算し、またフィードバックラインが、全ての機能切換器からコンピュータまで設けられるので、機能切換器の状態がリアルタイムで求められ、またコンピュータは、保存エネルギーの最小化の原理に従って機能切換器の状態を変更するように、最適指令を機能切換器へ送出する請求項２８に記載される装置。３０．振動構造物の構造的パラメータをリアルタイムで修正する方法において、第１の対の第１と第２の機能切換器を提供する段階と、各切換器は、切換器の第１と第２の部分間に本質的に相対移動が無い「オン」状態および切換器の第１と第２の部分は互いに相対的に自由に移動できる「オフ」状態の間で切り換えができるものであり、第１の対の第１の機能切換器が外部エネルギーの付与により引っ張り状態に置かれたならば、第１の対の第２の機能切換器は圧縮状態に置かれるように、機能切換器を構造物に取り付ける段階と、外部エネルギーの付与により生じた構造物の速度、加速度または変位値の１つ以上を測定する段階と、および圧縮状態の機能切換器は「オン」へ切り換えられ、また引っ張り状態の機能切換器は「オフ」へ切り換えられるように、測定された値に応答して機能切換器の状態を「オン」と「オフ」の間で変更する段階との組合せにより特徴付けられる方法。３１．機能切換器の第１の対は共通の平面に取り付けられる請求項３０の方法。３２．第２の対の第１と第２の機能切換器を提供する段階と、第２の対の各切換器は、切換器の第１と第２の部分間に本質的に相対移動が無い「オン」状態および切換器の第１と第２の部分は互いに相対的に自由に移動できる「オフ」状態の間で切り換えができるものであり、第２の対の機能切換器を第１の平面と交差する第２の平面に取り付ける段階であって、第２の対の第１の機能切換器が外部エネルギーの付与により引っ張り状態に置かれたならば、第２の対の第２の機能切換器は圧縮状態に置かれるように、第２の対の機能切換器を取り付けるようにした段階と、および圧縮状態の機能切換器は「オン」へ切り換えられ、また引っ張り状態の機能切換器は「オフ」へ切り換えられるように、測定された値に応答して機能切換器の状態を「オン」と「オフ」の間で変更する段階とによりさらに特徴付けられる請求項３１の方法。３３．その対の１つの第１の機能切換器の一端は、同一の対の第２の機能切換器の一端に隣接する請求項３０〜３２のいずれかの方法。３４．機能切換器は、見掛けの剛性、減衰および質量を不変のままにするが、構造物の実際の剛性、減衰および質量を修正状態にするように、適応性のあるアルゴリズムにより制御される請求項３０〜３３のいずれかの方法。３５．各切換器は、切換器の第１と第２の部分間に本質的に相対移動が無い「オン」状態、切換器の第１と第２の部分間の移動がエネルギーを吸収する「減衰」状態および切換器の第１と第２の部分は互いに相対的に自由に移動できる「オフ」状態の間で切り換えができるようにした機能切換器を提供する段階と、構造物の質量、減衰および剛性の物理的パラメータを切換器により修正できる構造物に機能切換器を取り付ける段階と、２平面以上において外部エネルギーの付与により生じた構造物の速度、加速度または変位の１つ以上の値を測定する段階と、および構造物へ付与されたエネルギーを効果的に散逸し、かつ構造物の変位を制御するように、測定された値および対応する適応性のある制御アルゴリズムに応答して、機能切換器の状態を「オン」、「オフ」および「減衰」状態の間で変更する段階とから構成されるリアルタイムで構造物のパラメータを修正する方法。３６．機能切換器は、交差平面において構造物に取り付けられ、また構造物の変位は、２平面以上において同時に制御される請求項３５に記載されたリアルタイムで構造物のパラメータを修正する方法。３７．機能切換器は、測定された速度、力、変位と加速度、および対応する適応性のある制御アルゴリズムに応答して制御されると、一定の部材および下部構造物を連結および解除して構造物の質量を変更する請求項３５または３６に記載されたリアルタイムで構造物のパラメータを修正する方法。３８．対向して軸方向に整合される第１および第２の分離された空洞を有するシリンダー組立体と、第１および第２の空洞内にそれぞれ滑動自在に配設される第１および第２のロッドと、第１および第２のロッドを同時に移動できるように互いに連結する連結手段と、および１つの空洞から他の空洞への流れを制御する弁が設けられる、空洞の隣接する端部間に延びる流体通路とから構成される機能切換器。