JPH11172618A - 斜張橋斜材ケーブル制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】斜張橋の斜材ケーブルのウェイクギャロッピン
グ、レインバイブレーション、渦励振等のあらゆる振動
を効果的に確実に抑制できるようにする。 【解決手段】斜張橋の主桁１と斜材ケーブル２との間に
配設されて磁石による拘束・解放動作で斜材ケーブル２
の振動を低減する制振装置であり、斜材ケーブル２に取
付けられる磁性体３と、主桁１に固定した定着部材６に
磁性体３に近接して設けられる電磁石４と、風速に基づ
いて電磁石の印可電圧を制御する制御装置５から構成
し、斜材ケーブルの拘束力を風速に応じて変更し、あら
ゆる風速の振動に対応させる。あるいは、斜材ケーブル
と主桁とをダンパーで連結し、ダンパーのシリンダ内に
ピストンロッド基端部を吸着し得る磁石を設け、磁石に
よる制振効果とダンパーによる制振効果を併せ持たせ
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、斜張橋の斜材ケー
ブルの風などによる振動を低減するための制振装置に関
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、従来より、斜材ケーブルの振動を抑制する
技術が開発されてきた。

【０００３】斜張橋の斜材ケーブルの振動を抑制する従
来技術としては、斜材ケーブル同士をロープで連結し、
斜材ケーブル相互の干渉により振動を抑制するもの（図
８(a)参照）、斜材ケーブルの主桁への定着部近傍にオ
イルダンパーや粘性剪断型ダンパーを取付けたもの（図
８(b) 参照）がある。また、斜材ケーブルが水平方向に
２本近接して平行に配設されている場合には、２本の斜
材ケーブル間にスペーサーを配置して振動を拘束する方
法（図８(c) 参照）がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図８(a) のロ
ープで斜材ケーブル同士を連結する方法では、ロープに
疲労損傷を来す恐れがあり、またロープが美観上問題と
なる。

【０００５】図８(b) の斜材ケーブルの定着部にダンパ
ーを取付ける方法では、定着部付近での斜材ケーブルの
振動振幅が非常に小さいため、十分な振動減衰効果は期
待できない。さらに、ウェイクギャロッピングと呼ばれ
る振動に対しては、ダンパーにより減衰を付加しても振
動が発現する風速を高くすることは可能であるが、振動
を抑えることはできない。

【０００６】また、図８(c) の並列の２本の斜材ケーブ
ルにスペーサーを設置する方法では、スペーサの設置位
置を節とする新たな振動が発生してしまい、減衰効果と
してはやはり不十分である。

【０００７】本発明は、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
のウェイクギャロッピング、レインバイブレーション、
渦励振などのあらゆる振動を効果的に確実に抑制するこ
とのできる斜材ケーブル制振装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の斜材ケー
ブル制振装置は、図１、図２に示すように、斜張橋の主
桁と斜材ケーブルとの間に配設されて斜材ケーブルの振
動を低減する制振装置であり、斜材ケーブルに取付けら
れる磁性体と、主桁に固定した定着部材に前記磁性体に
近接して設けられる電磁石と、風速に基づいて前記電磁
石の印可電圧を制御する制御装置を備えていることを特
徴とする。

【０００９】この第１の斜材ケーブル制振装置は、風に
より斜材ケーブルに発生する振動を電磁石によるケーブ
ルの拘束・解放動作で乱すことにより、斜材ケーブルの
振動を抑制するものであり、さらに斜材ケーブルの振動
は風速によってその成長度合いが異なるため、斜材ケー
ブルの拘束力を風速に応じて変更することで、あらゆる
風速に対して制振効果を発揮させるセミアクティブタイ
プの制振装置である。

【００１０】電磁石の吸引力は、風速の１乗または２乗
に比例して増加するものとして与えればよい。また、電
磁石の印可電圧を制御する制御装置は、風速を測定し、
コントローラで演算処理して電磁石への印可電圧を決定
する方式、あるいは風力により発電し、この出力をその
まま、あるいはアンプで増幅して電磁石へ印可する方式
を用いる。

【００１１】本発明の第２の斜材ケーブル制振装置は、
図３、図４に示すように、斜張橋の主桁と斜材ケーブル
との間に配設されて斜材ケーブルの振動を低減する制振
装置であり、斜材ケーブルと主桁とをダンパーで連結
し、ダンパーのシリンダ内にピストンロッド基端部を吸
着し得る磁石を設けたことを特徴とする。

【００１２】この第２の斜材ケーブル制振装置は、風に
より斜材ケーブルに発生する振動を磁石によるケーブル
の拘束・解放動作で乱すことにより、斜材ケーブルの振
動を抑制する制振機構と、斜材ケーブルが拘束されてい
ないときに減衰を与えるダンパーによる制振機構とを一
体化し、これら２つの制振機能を併せ持たせることで、
制振効果を向上させるパッシブタイプの制振装置であ
る。なお、磁石を永久磁石に代えて電磁石とすることで
セミアクティブタイプの制振装置とすることも可能であ
る。

【００１３】一般に、風によって発生する斜材ケーブル
の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（図５−参照）。１次モードで振動し
ている斜材ケーブルの定着部付近の一点を拘束すると、
この拘束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）。

【００１４】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
よって、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
振幅が小さくなる。また、高次モードの振動は励振され
にくく、直ちに減衰して消滅する。

【００１５】以上の拘束・解放動作を繰り返し行うこと
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
に移行させることにより、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。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変位が最
大となったときにケーブルの拘束・解放を行えばよい。

【００１６】本発明では、上述の原理を利用し、磁石に
より斜材ケーブルの拘束・解放を行い、斜材ケーブルの
振動モードを変化させて振動を抑制することを基本とし
ている。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、ケーブル中央部の変位が
拘束時と反対側に設定された値に達したときに解放を行
うようにする。ただし、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、ケーブルの振動性状
を推測しておき、この拘束力が設定値に達したときに解
放を行うようにする。

【００１７】以上が本発明における基本的な動作である
が、風速が大きくなると、斜材ケーブルの自励振動の励
振力も大きくなるため、拘束力の設定値を一定にした場
合には、ある風速では良い効果を発揮するが、これより
低い風速に対しては拘束力が強過ぎるために解放動作が
行われないままに振動が成長してしまう。逆に、これよ
り高い風速については拘束力が小さ過ぎるためにケーブ
ルを拘束することができず、振動の成長を抑制すること
ができなくなってしまう。本発明の第１の斜材ケーブル
制振装置においては、制御装置により電磁石の印可電圧
を風速に応じて制御するため、ケーブルの拘束力が風速
に応じて調整され、あらゆる風速に対して斜材ケーブル
の振動を効果的に確実に抑制することができる。

【００１８】次に、本発明の第２の斜材ケーブル制振装
置においては、拘束・解放機構である磁石にダンパーを
並列的に配置することで、変位が拘束されていないとき
に減衰を与えることができるので、斜材ケーブルの振動
の発現風速を高めることができ、さらに磁石により振動
を乱して制振するため、広範囲の風速領域にわたって斜
材ケーブルの振動を効果的に確実に抑制することができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施例に
基づいて説明する。図１、図２は本発明の電磁石を利用
した非接触型でセミアクティブタイプの第１の斜材ケー
ブル制振装置の例を示したものである。図３、図４は、
磁石とオイルダイパーを組み合わせたパッシブタイプ
（セミアクティブタイプとすることも可能）の第２の斜
材ケーブル制振装置の例を示したものである。

【００２０】本発明の第１の斜材ケーブル制振装置は、
図１に示すように、主桁１と斜材ケーブル２の定着部に
近い位置で斜材ケーブル２に取付けられる磁性体３と、
この磁性体３に近接して配置される電磁石４と、風速に
基づいて電磁石４の印可電圧を制御する制御装置５から
構成されている。

【００２１】磁性体３は、円筒状の部材であり、斜材ケ
ーブル２を抱持して締め付けるなどして斜材ケーブル２
に強固に固定されている。電磁石４は、主桁１上に立設
した主桁定着部材６の上端に固定されている。

【００２２】制御装置５は、風速計７とコントローラ８
から構成し、風速計７で風速を測定し、測定信号をコン
トローラ８に入力し、コントローラ８において風速に対
応した電磁石４の吸引力すなわち印可電圧を演算し、こ
の印可電圧信号を電磁石４へ出力する。あるいは、風力
発電装置９とアンプ１０から構成し、風力発電装置９に
より発電し、風力に比例した電気をそのまま、あるいは
アンプ１０で増幅して電磁石４へ印可する。

【００２３】以上のような構成において、 (1) 図１の状態から風が吹いて斜材ケーブル２が振動す
ると、斜材ケーブル２が電磁石４に当接し、磁力により
斜材ケーブル２が拘束される。

【００２４】(2) 斜材ケーブル２の振動により、斜材ケ
ーブル２の拘束点にかかる力が電磁石４の吸引力を超え
ると、斜材ケーブル２は解放され、前節で述べたとおり
斜材ケーブルの振動モード変化により斜材ケーブル２の
振動が小さくなる。このとき、電磁石４の吸引力は、制
御装置５からの指令信号により決定されるが、風速の１
乗または２乗に比例して増加するものとして与える。

【００２５】(3) 風速が小さければ、電磁石４の磁力は
小さく、風速が大きくなれば、電磁石４の磁力も大きく
なることで、最適な拘束力が保たれ、斜材ケーブル２の
振動の成長が抑制される。このように、斜材ケーブル２
の拘束力を風速に応じて変更することで、あらゆる風速
に対して制振効果を発揮する。

【００２６】なお、電磁石４の配置方法としては、図２
(a) に示すように、磁性体３の上下左右に配設したり、
図２(b) に示すように、リング状とすることにより、斜
材ケーブル２の２次元的な振動に対応することができ
る。

【００２７】次に、本発明の第２の斜材ケーブル制振装
置は、図３に示すように、主桁１と斜材ケーブル２の定
着部に近い位置で主桁１と斜材ケーブル２とを連結する
オイルダンパー１１と、このオイルダンパー１１に内蔵
される磁石１２から構成されている。

【００２８】オイルダンパー１１は、油圧シリンダ状に
形成され、シリンダ１３と、ピストン１４と、ピストン
ロッド１５からなる。ピストンロッド１５の先端部には
ケーブル側取付具１６が設けられ、シリンダ１３の基端
部には、主桁側取付具１７が設けられている。これら取
付具１６、１７は、ユニバーサルジョイトあるいは球面
軸受け等から構成され、斜材ケーブル２が振動しても追
従できるようにされている。ピストンロッド１５は、軸
受け１８により移動自在に支持されている。ピストン１
４にはオリフィス１９が設けられており、シリンダ（オ
イル室）１３内に充填されたオイルがピストン１４の移
動によりオリフィス１９を通過することで、一般的なオ
イルダンパーと同様の働きをして斜材ケーブル２に減衰
を与える。

【００２９】磁石１２は、シンリダ１３内の底面にピス
トンロッド１５の下端における突出吸着部（磁性体）１
５ａに対向して配設され、その磁力でピストンロッド１
５を吸着可能とされている。なお、ピストンロッド１５
の突出吸着部１５ａには、磁石１２との吸着性を高める
ため、必要に応じてトレッド２０を設けるなどして、排
油性を高めてもよい。

【００３０】以上のような構成において、 (1) 図３の状態から風が吹いて斜材ケーブル２が振動す
ると、ピストンロッド１５がシリンダ１３内を軸方向に
移動し、オイルがオリフィス１９を通過することにより
斜材ケーブル２の振動が減衰される。

【００３１】(2) 前述のダンパー効果では抑えきれずに
斜材ケーブル２の振動が成長し、ピストンロッド１５の
突出吸着部１５ａが磁石４に当接すると、磁力によりピ
ストンロッド１５の動きが拘束される。

【００３２】(3) 拘束された状態で斜材ケーブル２の振
動による力が磁石１２の吸引力を超えると、ピストンロ
ッド１５は磁石１２から離れて斜材ケーブル２の動きは
自由となり、前節で述べたとおり高次モードが発生して
振動が小さくなる。

【００３３】ここで、変位の設定は、斜材ケーブル２の
中立時におけるピストンロッド１５の突出吸着部１５ａ
と磁石１２との距離で設定され、拘束力の設定値は磁石
１２の吸引力で設定される。なお、ピストンロッド１５
に目盛りを刻むことで、容易に変位の設定値を調整する
ことができる。

【００３４】以上のような動きを繰り返すことで、斜材
ケーブル２の振動の成長が抑制され、磁石により振動を
乱して制振する効果とダンパーによって制振する効果の
２つが相まって制振効果が向上する。

【００３５】また、図４に示すように、シリンダ１３内
に隔壁２１により２つのオイル室を設けると共に、隔壁
２１に小さなオリフィス２２を設け、また磁石１２は支
持具２３と軸受け２４により隔壁２１に移動自在に取付
けると共に、背面に設けたリターンスプリング２５によ
りピストンロッド１５側に付勢し、小さなオリフィス２
２によりピストンロッド１５と磁石１２との衝突の衝撃
を緩和すると共に、リターンスプリング２５により磁石
１２を速やかに初期位置へ戻すバッファ機能を持たせる
ことにより、衝突による音の発生を低減し、また耐久性
の向上を図ることも可能である。

【００３６】なお、磁石１２は永久磁石の場合を示した
が、永久磁石の代わりに電磁石を用いてセミアクティブ
に制御することも可能である。この場合、ケーブルの拘
束力を風速に応じて変更することで、ケーブル振動の成
長率の変化にも追従できるようになり、制振効果がさら
に向上する。

【００３７】

【発明の効果】前述のとおり、本発明の第１の斜材ケー
ブル制振装置は、風により斜材ケーブルに発生する振動
を電磁石によるケーブルの拘束・解放動作で乱すことに
より、斜材ケーブルの振動を抑制し、さらに風速に基づ
いて電磁石の印可電圧を制御する制御装置により、斜材
ケーブルの拘束力を風速に応じて変更するようにしたた
め、比較的簡単な構成で、あらゆる風速に対して斜材ケ
ーブルの振動を効果的に確実に抑制することができる。

【００３８】また、本発明の第２の斜材ケーブル制振装
置は、風により斜材ケーブルに発生する振動を磁石によ
るケーブルの拘束・解放動作で乱すことにより、斜材ケ
ーブルの振動を抑制する制振機構と、斜材ケーブルが拘
束されていないときに減衰を与えるダンパーによる制振
機構とを一体化し、これら２つの制振機能を併せ持たせ
るようにしたため、比較的簡単な構成で、広範囲の風速
領域にわたって斜材ケーブルの振動を効果的に確実に抑
制することができる。また、衝突による衝撃を低減する
ためのバッファ機能をダンパーに付加することが可能で
あり、装置の耐久性を容易に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の斜材ケーブル制振装置であり、
(a) は全体側面図および部分拡大側面図、(b）は(a) の
ｂ−ｂ線断面図である。

【図２】本発明の第１の斜材ケーブル制振装置の変形例
を示す断面図である。

【図３】本発明の第２の斜材ケーブル制振装置であり、
(a) は側面図、(b）は断面図である。

【図４】本発明の第２の斜材ケーブル制振装置の変形例
を示す断面図である。

【図５】斜材ケーブルの一点を拘束・解放した時の振動
の変化を示す概略図である。

【図６】ケーブル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】斜材ケーブルを拘束・解放することによるエネ
ルギの移行を示したグラフである。

【図８】従来の斜材ケーブル制振装置を示す側面図およ
び斜視図である。

【符号の説明】

１…主桁 ２…斜材ケーブル ３…磁性体 ４…電磁石 ５…制御装置 ６…主桁定着部材 ７…風速計 ８…コントローラ ９…風力発電装置 １０…アンプ １１…オイルダンパー １２…磁石 １３…シリンダ １４…ピストン １５…ピストンロッド １６…ケーブル側取付具 １７…主桁側取付具 １８…軸受け １９…オリフィス ２０…トレッド ２１…隔壁 ２２…小さなオリフィス ２３…支持具 ２４…軸受け ２５…リターンスプリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 斜張橋の主桁と斜材ケーブルとの間に配
   設されて斜材ケーブルの振動を低減する制振装置であ
   り、斜材ケーブルに取付けられる磁性体と、主桁に固定
   した定着部材に前記磁性体に近接して設けられる電磁石
   と、風速に基づいて前記電磁石の印可電圧を制御する制
   御装置を備えていることを特徴とする斜張橋斜材ケーブ
   ル制振装置。
2. 【請求項２】 斜張橋の主桁と斜材ケーブルとの間に配
   設されて斜材ケーブルの振動を低減する制振装置であ
   り、斜材ケーブルと主桁とをダンパーで連結し、ダンパ
   ーのシリンダ内にピストンロッド基端部を吸着し得る磁
   石を設けたことを特徴とする斜張橋斜材ケーブル制振装
   置。