JPS58217838A - 防振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、建物、高架道路等構造物の低周波振動を制
御する防振装置に関するものである。

一般に、建物、高架道路は低周波の固有振動数をもつ減
衰の小さい振動系として考えられ、風。

地震、走行車輛等による外力が加わることにより固有振
動数の振動が励起され、共振現象により大きな振動レベ
ルとなることが知られている。

この発明は、４１造物の振動方向に質量を付加し構造物
の振動に応じて付加質量に制御力上発生するアクチュエ
ータを備え、構造物の振動エネルギーを付加質量で吸収
させることにより、構造物の振動を制振する防振装置を
提供するものである。

ところで構造物を一つの固有振動数をもつ１自由度の振
動系として考えると第１図のような振動モデルとなり、
このときの構造物の運動方程式は第（１）式で与えられ
る。

ｍｊＸ　ｉ　＋　Ｑｏｘ１＋　Ｋ１　ｘ１＝　Ｆ　　　
　　ｆｔｌ但し　Ｘｌ、　Ｍｉ、　’Ｘ１：構造物の振
動変位、速度。

加速度 ｍｌ：構造物の質量 Ｃ！０：／／　　　減衰 に１：〃　　　バネ定数 Ｆ：外力 ここで第（１）式に示す運動方程式の構造物の変位ｘ１
を静的変位ｘ　ｓ　（−＝　’ｐ／Ｋ＞で正規化した共
赫倍率の形で示した周波数特性、を第２図に示す。横軸
に振動周波数Ｗ、縦軸に共振倍率ｘ１／ｘ８′！ｉｌ−
示す。

りをもつ共振特性をもち、たとえば、ステップ的な外力
に対して、構造物の固有振動数で、持続振動することが
知られている。

このような構造物の振動を制振する対策としては、従来
、構造物にバネを介して付加質量を支承して、バネと付
加質量の共振周波数を構造物の固゛有振動数に合わせる
ことにより、構造物の振動を抑えるいわゆる動吸振器が
知られている。しかしこの方式では、外力として構造物
の固有振動数近傍の狭い振動数範囲しか割振効果がなく
、風、地震等広い範囲の振動数成分をもつ外力による構
造物の振動の割振Ｖｃは効果がない欠点をもっていた。

この発明はこのような問題点を改善するもので。

以下図によりこの発明を詳述する。

第３図は、構造物に質量を付加し、構造物の振・　動に
応じて、付加質量と構造物の間に制御力を作用させるこ
とにより、構造物の減衰を大きくシ。

振動を制振するこの発明による防振装置の一実施例を示
したもので、以下構造物として建物を例にして説明する
。

図中、（１）は建物、（２）は建物の振動方向に自由に
動く付加質量、（３）は建物の振動加速度を検出する加
速度計、（４１は建物と付加質量の相対変位を検出する
変位計、（５）は加速度計（３）、変位計（４）の信号
を受けて、アクチュエータを駆動する制御装置、（６）
は制御装置（５）の出力信号を受けて付加質量（２）と
建物の間に制御力を作用させるリニアモータ等で代表さ
れ全アクチュエータである。

第４図は、第３図の制御装置の構成の実施例を示すもの
で９図中、　（５１）は加速度信号を速度信号に変換す
る積分器、　、（５２）は速度信号増幅器、　（５３）
　　　　　・は変位信号増幅器、（５４）Ｖｉ速度信号
と変位信号を加算する加算器、　（５５）はアクチュエ
ータ（６）全駆動する電力増幅器である。

この発明の防振装置において、建物（１）に風とか地盤
を経由し不外力Ｐが作用する。と建物（１）に振動が励
起される。建物（１）の振動加速度は、加速度計（３）
により検出され、制御装置（５）に送られ、積分器（５
１）、速度信号増幅器（５２）　、電力増幅器（５５）
を経由して、アクチュエータ（６）に与えられる。アク
チュエータ（６）では、付加質量（２）と建物（１１と
の間に。

建屋速度に比例した制御力を発生し、建物（１）の振動
減衰を大きくする役目をもっている。

又、建物（１）と付加質量（２）の間には、相対変位を
検出する変位計（４）があり、この相対変位信号は。

制御装置（５）内の変位信号増幅器（５３）　１に経由
して。

加算器（５４）Ｋ入力され、上記速度信号と同様、アク
チュエータ（６）で、付加質量（２）と建物（１）の相
対変位に比例した制御力を作用させている。すなわち相
対変位に比例した制御力を発生させることにより、建物
ｆｌ）と付加質量（２）の間に機械的バネを設置したこ
とと等価になり、変位信号増幅器（５３）のゲインを変
えることにより、任意のバネ定数をもつ電気的バネが構
成されろ。通常、付加質量（２）と電気的バネのバネ定
数から決定される付加質ｉｔ　（２＋の共振周波数は、
建物０）の固有振動数より低い値が選択される。

第５図は、この発明による構成を振動モデルで表わした
ものであり１図中＊　、ｍｌ　會に１．、、＋　ＣＯけ
それぞれ建物（１）の質量、バネ定数、減衰を示し。

門２．は付加質量、■は、建物（１１と付加質量（２）
の間に作用させる制御力である。

第５図の質点モデルの運動方程式は、第（２）式で与え
られる。

ｍ１＝ｉ　＋ＯｏＭ１　＋に１ｘ１　＝Ｆ−Ｕｍ２″１
２＝ｎ　　　　　　　　　　　　　（２１Ｕ　＝　Ｋｍ
　（ｘｌ　−ｘ２　）　＋　Ｏｍｘ　１ここで、Ｆ’：
建物に加わる外力 ｍ２：付加質量 ｘ２：付加質量の変位 Ｋｍ：変位信号増幅器のゲインで決まる定数 Ｃｍ＝速度信号増幅器のゲインで決まる定数 第（２）式で示すように、制御力Ｕは、電気的バネの役
目をするＫｍ　（ｘ４−　ｘ２　）と、建物（１）に減
衰を与えるＣｍ°父１　の二つの制御力を加え合わせた
もので表わされる。

第（２）式に示す運動方程式の建物変位ｘ１．付加質量
変位ｘ２を共振倍率（静的変位Ｘ８：　Ｆ／Ｋｉで正規
化した変位ンの形で示した周波数特性の例を第６図に示
す。

図中、横軸は振動周波数Ｗで、実線イのカーブは、建物
（１）の共振倍率（Ｘｔ／Ｘｓ）　１点線口のカーブは
、付加質量（２）の共振倍率を示す。

ｗ２ｉｉ、付加質量（２）と電気的バネで決まる付加質
量の共振周波数で、第（３）式で与えられる。

建物（Ｉｌの共振倍率は、建物速度に比例した減衰力（
３ｍＭ１のため、全体的に低くなっている０又。

振動数がＷ２　　（付加質量の共振周波数）で９反共振
のため建屋振動が零となる。反対に付加質量（２）の共
振倍率は、付加質量ｍ２と建物質量ｍ１の比（ｍ２／ｍ
１）に反比例して大きくなり、付加質量（２）の共振周
波数Ｗ２でピニクとなるカーブとなる。

このことから、建屋振動エネルギーを付加質量（２）を
振動させることにより吸収し、建屋振動を制振している
ことがわかる。

この発明によれば、建物（１）に、建物（１）の振動方
向に自由に動く付加質量（２）全設置し、これらの間に
建物（１）と付加質量（２）との相対変位に比例する制
御力を作用させることにより、付加質量（２ンを支承す
る電気的バネが構成でき、かつ、建物（１）振動速度に
比例した制御力を作用させることにより、建物（１１に
振動減衰を与え、建物（１）の振動を制振する防振装置
が提供できる。

なお、この発明の実施例では構造物として建物全例にし
て説明したが、その他、高速道路等の高架道路、つり橋
等の振動の割振にも適用できる他振動の制振方向を一軸
とした例で説明したが、同　　　　。

様の防振装置を他の振動方向の軸に備えることにより２
軸以上の振動方向に対する防振装置にも適用できること
は明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、構造物を１自由度の振動モデルで表わした図
、第２図は１自由度振動モデルの周波数％性を示す図、
第３図および第４図はこの発明の実施例の構成を示す図
、第５図はこの発明を振動モデルで示す図、第６図はこ
の発明の振動モデルの周波数特性を示す図であり、（１
）は建物、（２）は付加質量、（３１Ｕ加速度計、（４
）は変位計、（５）は制御装置、（６）はアクチュエー
タ、　（５１）は積分器、　（５２）は速度信号増幅器
、　（５３）は変位信号増幅器、（５４）ｉｌＬ加算器
　（５５ンは電力増幅器である。 なお図中同一あるいは相当部分には同一符号を付して示
しである。 代理人葛野信− 第１図 ０　　　　ω１　　　撮ｔ！ｈ敷 第５図 ０　　ω２　ωｌ　　　振動数ω

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 構造物に設置され、その構造物の振動方向に動く付加質
   量と、上記構造物の振動加速度を検出する加速度計と、
   上記構造物と上記付加質量との相対変位を検出する変位
   計と、上記変位信号に比例した制御力及び上記加速度信
   号から変換された速度信号に比例した制御力を上記構造
   物と付加質量の間に作用させる制御装置およびアクチュ
   エータとを備え、上記構造物と付加質量との間に、上記
   変位信号に比例する制御力を作用させることにより、上
   記付加質量を支承する電気的バネ’に構成しかつ、上記
   構造物の速度に比例した制御力を作用させて、上記構造
   物の振動を制御することｔ−特徴とする防振装置。