JPH1030210A

JPH1030210A - 斜張橋斜材ケーブルの制振方法および制振装置

Info

Publication number: JPH1030210A
Application number: JP18736896A
Authority: JP
Inventors: Tatsuji Nakano; 龍児中野; Riyuuta Katamura; 立太片村
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 1996-07-17
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 1998-02-03
Anticipated expiration: 2016-07-17
Also published as: JP3050128B2

Abstract

(57)【要約】【課題】斜張橋の斜材ケーブル制振方式として束ねケー
ブル方式を採用した場合に新たに発生するケーブルのね
じれ振動を比較的簡易な装置で確実に抑制し、束ねケー
ブル方式と組み合わせることで斜材ケーブルに発生する
有害な振動を有効に低減する。【解決手段】斜張橋の斜材ケーブル主桁定着部付近の並
列ケーブルＣにケーブルバンド２を介して制振用ロッド
３を垂設し、このロッド３の左右両側に、並列ケーブル
Ｃのねじれ変位を拘束し、かつ拘束時と逆位相のねじれ
変位に対して拘束を解放する磁石（永久磁石または電磁
石）４を位置調整可能に設置する。並列ケーブルＣのね
じれ振動が大きくなりロッド３のねじれ変位が磁石４の
吸引で拘束され、並列ケーブルＣの逆位相のねじれ変位
時に磁石４の吸引力を超える力で拘束が解放され、１次
モード振動が乱されて高次モード振動が発生し、１次モ
ードの振動振幅が小さくなると共に、高次モードの振動
は減衰して消滅する。

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、斜張橋の斜材ケ
ーブルの風などによるねじれ振動を低減するための制振
方法および制振装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】斜張橋の斜材ケーブルは１００〜２００
ｍと長いため、風により振動しやすく、振動時には疲労
による損傷や、利用者へ与える不安感が懸念されてい
る。従って、斜張橋では、斜材ケーブルの振動を抑制す
る技術が従来より種々考案されてきた。

【０００３】斜張橋の斜材ケーブルの振動を抑制する従
来技術の一つに、平行して張られた複数本のケーブルを
束ねてケーブルの間隔を小さくすることで、ウェイクギ
ャロッピングと呼ばれる振動を抑制しようとする方法
（以下、束ねケーブル方式と称する）がある（特開平７
−２６５１０号公報）。

【０００４】これは、図８に示すように、主塔５０と主
桁５１間に平行に張られた複数本（この図では２本）の
ケーブルＣ_1,Ｃ₂の間隔を、ケーブルバンドＢを用いて
所定の間隔に規制することで、ウェイクギャロッピング
を抑制するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の束ねケーブル方
式を採用することで、斜材ケーブルに発生するウェイク
ギャロッピングを低減することが可能であるが、図９に
示すように、新たに２本のケーブルが一体となったねじ
れ振動が発生する問題がある。

【０００６】この発明は、前述のような問題点を解消す
べくなされたもので、その目的は、斜張橋の斜材ケーブ
ルの制振方式として束ねケーブル方式を採用した場合に
新たに発生するケーブルのねじれ振動を比較的簡易な装
置で確実に抑制し、束ねケーブル方式と組み合わせるこ
とで斜材ケーブルに発生する有害な振動を有効に低減す
ることのできる制振方法および制振装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、束ねケーブルを拘束・解放することに
より、束ねケーブルのねじれ振動の１次モードを積極的
に高次モードへ移行させるようにしている。従って、本
発明の斜張橋斜材ケーブルの制振方法は、斜張橋の斜材
ケーブルのねじれ振動を抑制する制振方法であり、前記
斜材ケーブルの所定位置に、斜材ケーブルのねじれ変位
を拘束し、かつこの拘束を解放し得る制振装置を設置
し、斜材ケーブルのねじれ変位を拘束した後、拘束時と
逆位相のねじれ変位に対して（拘束時のねじれ変位に対
して完全に逆位相のねじれ変位に対して、あるいは拘束
時のねじれ変位に対して位相を遅らせて）前記拘束を解
放することにより、斜材ケーブルの振動モードを変化さ
せて斜材ケーブルのねじれ振動を抑制することを特徴と
する。

【０００８】また、本発明の斜張橋斜材ケーブルの制振
装置は、斜張橋の斜材ケーブルに設置されて斜材ケーブ
ルのねじれ振動を抑制する制振装置であり、前記斜材ケ
ーブルの所定位置に制振用ロッドを垂設し、この制振用
ロッドのねじれ振動方向の左右両側に、斜材ケーブルの
ねじれ変位を拘束し、かつ拘束時と逆位相のねじれ変位
に対して（拘束時のねじれ変位に対して完全に逆位相の
ねじれ変位に対して、あるいは拘束時のねじれ変位に対
して位相を遅らせて）前記拘束を解放し得る拘束・解放
手段を設けたことを特徴とする。拘束・解放手段として
は、左右一対の磁石（永久磁石や電磁石）により制振用
ロッドを吸引し、所定の力で離脱させる磁石方式、ある
いはケーブル側の制振部材に設けた切欠きに主桁側の着
脱要素を嵌め込み、所定の力で切欠きから着脱要素を離
脱させる機械方式などを用いることができる。

【０００９】風によって発生する束ねケーブルのねじれ
振動は、自励振動の一種であると考えられ、主に１次モ
ードで振動する。ねじれ振動の１次モードとは、ケーブ
ルのねじれ角度がケーブルの長さ方向の中央部で最大と
なり、両端部で０となるモードである（図５−参
照）。

【００１０】１次モードでねじれ振動しているケーブル
の定着部付近の一点を拘束すると、ねじれ振動は、この
点を節としたモードに移行する（図５−参照）。次
に、ケーブル中央部の変位が反対側に変位したときに拘
束していたケーブルを解放すると、１次モードの振動が
乱されて高次振動が発生する（図５−参照）。

【００１１】この時の様子を周波数領域で示すと、図６
に示すように、拘束・解放動作を行わない場合には、１
次モードが支配的であったねじれ振動が、拘束・解放動
作を行うことによって高次モードが多く卓越してくる。
これにより、図７に示すように、１次モードの振動エネ
ルギーが高次モードへと移行し、結果的に１次モードの
振動振幅が小さくなり、高次モードの振動は、直ちに減
衰して消滅する。

【００１２】以上のように拘束・解放動作を交互に繰り
返して行うことで、１次振動モードのエネルギーを高次
モードへと積極的に移行させることができ、振動の成長
を抑制したり、定常的な振動を低減したり、振動の減衰
を早める効果が期待できる。

【００１３】本発明では、以上のような原理を利用する
ことにより、ケーブルの振動モードを変化させ、ねじれ
振動を抑制することができる。

【００１４】１次モードのエネルギーをより効果的に高
次モードへ移行させるためには、ケーブル中央部のねじ
れ変位が最大になったときに、ケーブルの拘束・解放を
行えばよい。また、ケーブルが解放状態にあるときは、
拘束点の変位が予め設定された値に達したときに拘束を
行い、ケーブルが拘束状態にあるときは、ケーブル中央
部のねじれ変位が拘束時と逆位相の設定された値に達し
たときに解放を行うようにする。

【００１５】例えば、拘束・解放手段に永久磁石や電磁
石を用いた場合には、制振用ロッドと磁石の間隔をケー
ブルのねじれ角に対応させて適当な間隔に調整し、また
ケーブル中央部のねじれ変位が拘束時と逆位相となった
ときに、磁石の吸引力に抗して制振用ロッドが離脱でき
るように、磁石の吸引力を設定する。また、拘束手段に
機械的な機構を用いた場合にも、同じ様に、拘束位置を
設定し、解放機構を調整する。

【００１６】前述の磁石式などの制振装置では、駆動装
置などを要することなくパッシブで制振を行うことがで
きるが、駆動装置とセンサを用いてアクティブに制振す
ることもできる。この場合には、駆動装置で制振用ロッ
ドをクランプする把持機構などの拘束・解放手段を作動
させ、センサで拘束点でのケーブルのねじれ変位（拘束
時）およびケーブル中央部のねじれ変位（解放時）を検
出し、コントローラで拘束と解放の制御を行う。

【００１７】ここで、斜材ケーブルは１００ｍ以上と長
いため、ケーブル中央部の変位の測定は困難であるた
め、拘束点にかかる力を測定することで、ケーブルの振
動形状を推測し、この力が設定値に達したときに解放を
行うようにする。なお、電磁石でアクティブに制振する
こともでき、この場合には電源だけでよく駆動装置は不
要である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示する実施例
に基づいて説明する。図１、図２に本発明の永久磁石や
電磁石を用いた制振装置の例を示し、図３に本発明の機
械的な機構を用いた制振装置の例を示す。図４に制振装
置の設置状態を示す。

【００１９】図８に示すように、主桁と主塔との間に平
行に張られた斜材ケーブルＣ_1,Ｃ₂はケーブルバンドＢ
により束ねられ、ケーブル間隔を所定の間隔に規制する
ことでウェイクギャロッピングが抑制されており、図４
に示すように、このような並列ケーブルＣの主桁Ｇの定
着部付近に、この発明に係る制振装置１が設置される。

【００２０】磁石式の制振装置１は、図１に示すよう
に、主として、並列ケーブルＣにケーブルバンド２を介
して固定される磁性体からなる制振用ロッド３と、この
制振用ロッド３の下端部を挟むように主桁Ｇ上に左右一
対で配設される永久磁石（または電磁石）４と、各磁石
４を制振用ロッド３に対して進退移動可能に支持する位
置調整機構５と、主桁Ｇに固定され、位置調整機構５が
取付けられる主桁側固定架台６からなる。

【００２１】ケーブルバンド２は、上下一対の抱持体２
ａでケーブルＣ_1,Ｃ₂を抱持し、ケーブルＣ_1,Ｃ₂間に
はスペーサー２ｂを介在させ、上下の抱持体２ａの両端
部をボルト・ナット２ｃで緊結する構造であり、束ね用
のケーブルバンドＢを利用してもよいし、あるいは並列
ケーブルＣの所定の位置に新たに取付けるようにしても
よい。

【００２２】制振用ロッド３は、ケーブルバンド２の下
部の抱持体２ａの中央に、並列ケーブルＣに対して直交
するように下に向かって突設し（図４参照）、この制振
用ロッド３の角度に対応させて磁石４・位置調整機構５
・主桁側固定架台６は主桁Ｇに対して斜めに設置され
る。位置調整機構５は、磁石４が前面に取付けられた支
持ブラケットであり、主桁側固定架台６に対してボルト
・ナットと長孔などにより移動調整可能に固定される。

【００２３】なお、図２に示すように、主桁側固定架台
６の上面は、並列ケーブルＣのねじれ振動に伴う制振用
ロッド３の円弧運動に対応させて円弧状に湾曲させても
よい。また、制振用ロッド３の下部には、円弧状の吸引
部３ａを突設してもよい。

【００２４】以上のような磁石式の制振装置１におい
て、並列ケーブルＣにねじれ振動が発生すると、並列ケ
ーブルＣに固定された制振用ロッド３が並列ケーブルＣ
の中心を回転中心として揺動運動する。ここで、制振用
ロッド３と磁石４の間の距離を、並列ケーブルＣのねじ
れ角に対して適当な間隔に設定しておけば、本制振装置
の設置位置すなわち拘束位置でのねじれ角が設定値に達
すると、制振用ロッド３が一方の磁石４に吸引され、拘
束位置での並列ケーブルＣのねじれ変位が拘束される。

【００２５】しかし、磁石４の吸引力が強すぎると、制
振用ロッド３は磁石４から離れることができず、並列ケ
ーブルＣは拘束位置を固定点とする新たな振動モードで
ねじれ振動を発生してしまい、制振効果は得られない。
そこで、並列ケーブルＣの中央部付近のねじれ変位が、
制振用ロッド３が吸引されたときと逆位相になったとき
に、拘束位置にかかる力が磁石４の吸引力を越えて制振
用ロッド３の拘束が解放されるように磁石４の吸引力を
設定する。

【００２６】以上の並列ケーブルの変位の拘束と、これ
に続く逆位相での拘束の解放が、交互に繰り返されて、
１次モードのねじれ振動が乱されて高次モードのねじれ
振動が発生し、ねじれ振動が低減される。

【００２７】ここで、磁石４の吸引力の調整は、並列ケ
ーブルＣの中央部付近のねじれ変位が制振用ロッド３が
吸引されたときと逆位相になったときに、拘束が解放さ
れるように設定することが望ましいが、拘束が解放され
る位相がある程度遅れるようにしても、効果が得られ
る。

【００２８】永久磁石の吸引力の調整は、磁石４の表面
に空隙を設け、ここに非磁性体のプレートなどを設け、
空隙を調整するなどして行う。また、磁石表面あるいは
制振用ロッド表面にある厚さのゴムやゴム磁石を貼るこ
とでも吸引力を調整できる。

【００２９】この場合、衝突音の低減にも役立つ。電磁
石を用いた場合には、磁石４のコイルへ供給する電流を
変化させることで行うことができる。なお、磁石４の吸
引力は、制振用ロッド３により増幅されて並列ケーブル
Ｃに伝達されるため、小さな力でも有効な制振効果が得
られる。

【００３０】次に、図３に示す機械式の制振装置１１に
おいては、切欠き１３を下面に有する制振部材１４を制
振用ロッド１２の下端に設け、前記切欠き１３に着脱す
る制振要素１５を位置調整機構１６を介して主桁側固定
架台１７に設けて、拘束・解放機構を構成している。

【００３１】制振要素１５は、筒体１８内に上下移動可
能に収納した車輪付きの着脱部材１９と、この着脱部材
１９を制振部材１４に向かって押圧する圧縮ばね２０を
有する。着脱部材１９の上部は切欠き１３に係合可能な
山形の突起１９ａとし、さらにこの突起１９ａの上端に
はローラ２１を回転可能に取付ける。

【００３２】制振部材１４は、円弧状の部材で、制振用
ロッド１２の揺動運動に対して制振要素１５が離脱しな
いような長さの部材とし、その下面に切欠き１３を制振
用ロッド１２を挟んで左右一対で形成する。また、切欠
き１３は、制振用ロッド１２側の側面１３ａを直角に近
い急な角度の直立面とし、反対側の側面１３ｂは緩やか
な角度の傾斜面とする。

【００３３】以上のような機械式の制振装置１１におい
て、並列ケーブルＣにねじれ振動が発生すると、制振用
ロッド１２が並列ケーブルＣの中心を回転中心として揺
動運動し、制振部材１４は、その下面を着脱部材１９の
ローラ２１が転動することにより、スムーズに移動する
ことができる。

【００３４】並列ケーブルＣのねじれ振動が一定の大き
さ以上になると、着脱部材１９の突起１９ａが圧縮ばね
２０の付勢力により切欠き１３に嵌まり込み、本装置の
設置位置すなわち拘束位置での並列ケーブルＣの変位が
拘束される。ここで、切欠き１３の制振用ロッド１２側
の側面１３ａはきつい傾斜であるため、着脱部材１９の
突起１９ａはここを乗り越えることができず、制振用ロ
ッド１２の外側への移動を阻止することができる。

【００３５】続いて、並列ケーブルＣのねじれ変位が逆
位相となり、制振用ロッド１２が内側に移動すると、着
脱部材１９の突起１９ａが切欠き１３から離脱し、拘束
が解放される。ここで、切欠き１３の外側の側面１３ｂ
の傾斜は比較的緩やかになっているので、拘束点にかか
る力が設定値以上になり、圧縮ばね２０のばね力を勝る
と、傾斜を乗り越えて拘束が解放されることとなる。

【００３６】この場合も、並列ケーブルの変位の拘束
と、これに続く逆位相での拘束の解放が、交互に繰り返
されて、１次モードのねじれ振動が乱されて高次モード
のねじれ振動が発生し、ねじれ振動が抑制される。

【００３７】位置調整装置１６により、制振要素１５を
移動させることで、並列ケーブルＣを拘束するまでの変
位を調整することができる。また、解放する力は、圧縮
ばね２０の付勢力や切欠き１３の傾斜を変えることで、
調整することができる。

【００３８】なお、以上は磁石式や機械式のパッシブな
制振装置について説明したが、センサとコントローラを
用いてアクティブに制振することもできる。この場合、
拘束・解放手段に例えば駆動装置により開閉して制振用
ロッドをクランプする装置を用い、拘束時においては拘
束位置での並列ケーブルのねじれ変位を変位センサで検
出して駆動装置をＯＮさせ、解放時においては拘束点に
かかる力を荷重センサで測定することにより並列ケーブ
ルの振動形状（ケーブル中央部の逆位相のねじれ変位）
を推測し、前記力が設定値に達すると、駆動装置をＯＦ
Ｆして拘束の解放を行う。

【００３９】また、電磁石を用いてアクティブな制振を
行うこともでき、並列ケーブルを拘束する場合には、変
位センサの信号に基づいて電磁石のコイルを励磁し、拘
束を解放する場合には、荷重センサの信号に基づいて、
コイルの励磁を解除し、あるいはコイルを逆方向に励磁
する。

【００４０】

【発明の効果】前述の通り、この発明は、斜材ケーブル
の所定位置に、斜材ケーブルのねじれ変位を拘束し、か
つこの拘束を解放し得る制振装置を設置し、斜材ケーブ
ルのねじれ変位を拘束した後、拘束時と逆位相のねじれ
変位に対して前記拘束を解放することにより、斜材ケー
ブルの振動モードを変化させて斜材ケーブルのねじれ振
動を抑制するようにしたため、斜材ケーブルのねじれ振
動を比較的簡易な手段で確実に抑制することができ、束
ねケーブル方式の制振方法と組み合わせて用いることに
より、斜材ケーブルに発生する有害な振動を低減するこ
とが可能となる。

【００４１】また、アクティブに制振を行う場合を除い
ては、制振のための動力やセンサなどがいっさい必要と
せず、装置をコンパクトにかつ経済的に製作することが
でき、装置設置後はメンテナンスもほとんど不要であ
り、経済性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る磁石式の制振装置の一例を示す
正面図である。

【図２】この発明に係る磁石式の制振装置の他の例を示
す正面図である。

【図３】この発明に係る機械式の制振装置を示す正面図
である。

【図４】この発明に係る制振装置の設置状態を示す側面
図である。

【図５】この発明における並列ケーブルのねじれ振動を
示す断面図である。

【図６】ねじれ振動波形のフーリエスペクトルであり、
（ａ）は従来の拘束・解放動作を行わない場合、（ｂ）
は本発明の拘束・解放動作を行った場合である。

【図７】この発明におけるねじれ振動の１次モードと高
次モードのエネルギー状態の推移を示すグラフである。

【図８】斜張橋の束ねケーブル方式による制振を示し、
（ａ）は斜張橋の全体図、（ｂ）は並列ケーブルの平面
図、（ｃ）は並列ケーブルの部分拡大平面図、（ｄ）は
並列ケーブルの横断面図である。

【図９】並列ケーブルのねじれ振動を示す横断面図であ
る。

【符号の説明】

Ｃ…並列ケーブルＢ…ケーブルバンドＧ…主桁１…磁石式の制振装置２…ケーブルバンド３…制振用ロッド４…永久磁石または電磁石５…位置調整機構６…主桁側固定架台１１…機械式の制振装置１２…制振用ロッド１３…切欠き１４…制振部材１５…制振要素１６…位置調整機構１７…主桁側固定架台１８…筒体１９…着脱部材２０…圧縮ばね２１…ローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】斜張橋の斜材ケーブルのねじれ振動を抑
制する制振方法であり、前記斜材ケーブルの所定位置
に、斜材ケーブルのねじれ変位を拘束し、かつこの拘束
を解放し得る制振装置を設置し、斜材ケーブルのねじれ
変位を拘束した後、拘束時と逆位相のねじれ変位に対し
て前記拘束を解放することにより、斜材ケーブルの振動
モードを変化させて斜材ケーブルのねじれ振動を抑制す
ることを特徴とする斜張橋斜材ケーブルの制振方法。
【請求項２】斜張橋の斜材ケーブルに設置されて斜材
ケーブルのねじれ振動を抑制する制振装置であり、前記
斜材ケーブルの所定位置に制振用ロッドを垂設し、この
制振用ロッドのねじれ振動方向の左右両側に、斜材ケー
ブルのねじれ変位を拘束し、かつ拘束時と逆位相のねじ
れ変位に対して前記拘束を解放し得る拘束・解放手段を
設けたことを特徴とする斜張橋斜材ケーブルの制振装
置。