JPS63156171A

JPS63156171A - 能動制御型動吸振器

Info

Publication number: JPS63156171A
Application number: JP30103786A
Authority: JP
Inventors: 俊一山田; 小堀　鐸二; 功西村
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 1986-12-17
Filing date: 1986-12-17
Publication date: 1988-06-29
Also published as: JPH0370075B2

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】〔産業上の利用分野〕この発明は地震や風等、建物に作用する振動外力の影響
を低減させるための動吸振器に関するものである。

〔従来の技術〕

動吸振器（ダイナミックダンパー）は構造物の振動を抑
える目的で、第６図のモデルに示すように付加マスａを
バネＣとダンパーｄで構造物すにつなげたもので、付加
マスａの方に振動を吸収させることにより、構造物すの
振動を低減させる装置である。

風や地震等、非定常的な振動を受ける建物への適用例と
しては千葉ポートタワーの例が知られている（日経アー
キテクチュア１９８６年５月５日号、日経マグロウヒル
社、１３６頁〜１４１頁）。

第７図（ａ）〜（ｅ）は千葉ポートタワーの頂部に設置
された動吸振器の図である。図中Ｘ方向のレール２６に
沿って摺動する質量Ｍ、の第１付加マス２１とＹ方向の
レール２７に沿って摺動する７１　ｆｆｉ　Ｍ　２の第
２付加マス２２を、それぞれＸ方向、Ｙ方向のバネ２４
．２５　　（バネ定数ＫＸ＋ＫＶ）で支持し、それぞれ
第２付加マス２２および建物に固定された基礎フレーム
２３につないである。建物が加振されると、建物と共振
して第１付加マス２１は第２付加マス２２上のレール２
６に沿って摺動し、所定の減衰定数Ｃｘを与えるダンパ
ー２８によりエネルギーを吸収して振動を減衰させる。

ダンパー２８は第１付加マス２１の側面に設けたラック
２９と円筒状の容器に設けたビニオン３０との噛み合わ
せによりピニオン３０が回転し、これに接続した抵抗板
（鉛直方向）に対する容器内の粘性流体の抵抗によって
振動を減衰させるようになっている。Ｙ方向についても
同様に、建物の振動と共振して第２付加マス２２が、基
礎フレーム２３上のレール２７に沿って摺動し、所定の
減衰定数０７を与えるダンパー３１によりエネルギーを
吸収して振動を減衰させる。

機械の分野における動吸振器の設計において、主振動系
の振幅倍率の最大値を最小にするためには、動吸振器と
主振動系に次のような関係があればよいことが知られて
いる（「動吸振器の実用性（１）Ｊ、背戸−登２機械の
研究筒３６巻筒４号、　１９８４年、第４７７頁〜第４
７８頁）。

ζ＝　　μ　８（１＋μ）　　・・・　・・・　（２）
ここで、 Ω７＝ｒＵＡｒ　：主振動系の固有振動数ωｎ　＝ＦＹ
７１　：吸振器系の固有振動数μ＝ｍ／Ｍ　　：吸振器
系と主振動系の質量比ζ＝ｃ／２Ｆ１Ｆ　：吸振器系の
減衰率上記の千葉ポートタワーの例では建物の固有周期
（−次）の計算値、Ｘ方向２．３秒（実測２．３秒）、
Ｙ方向２．７秒（実測２．３秒）に対し、Ｘ方向につい
ての質量Ｍ＋＝１０ｔで、建物の有効質量１２０分の１
（μ＝１／１２０）、バネ定数Ｋｘ　＝０．０８１　ｔ
／ａｍ、固を周期２．２秒とし、Ｙ方向についての質量
Ｍ＋＋Ｍｚ　＝　１５．４Ｌで、建物の有効質量の８０
分の１（μ＝　１／８０）、バネ定数Ｋｖ　＝０．０９
３ｔ／ｃｍ、固有周期２．６秒としている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように構造物における動吸振器は振動を制御しよ
うとする構造物に付加マスをバネとダンパーで結合した
もので付加マス系の固有周期を構造物の制御しようとす
る固有周期に合わせて、その固有周期成分の構造物の振
動を吸収しようとするものである。しかし、振動が定常
状態であればその効果が大きいが、構造物の揺れ始めに
ついては付加マスの振動がまだ十分に増幅されない状態
にあるので効果が小さい。従って、地震のように揺れ始
めに大きな波が来る場合、動吸振器が十分能力を発揮し
ないうちに、構造物が損傷を受ける可能性がある。

この発明は上述のような問題点を解決することを目的と
したものである。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図はこの発明の動吸振器の基本構造を示したもので
、付加マスａをバネＣおよびダンパーｄで構造物すに結
合させてなる動吸振器本体Ａにさらに加振装置Ｂを設け
、付加マスａを加振できるようになっている。加振装置
Ｂは動吸振器本体Ａの付加マスａに、構造物すや付加マ
スａからその運動が拘束を受けない補助的な付加マスｅ
（子付加マスと呼ぶ）を設け、この子付加マスｅを反力
にして付加マスａを加振するようにしたものである。こ
の加振装置Ｂにはコンピューターによる自動制御装置り
を設けることにより、地震等による構造物すの揺れをセ
ンサーｉで感知して、即座に付加質量ａへの加振の方向
と大きさを判断し、油圧、電動または電６ｎ式のアクチ
ュエーターｆで子付加質量ｅを反力にとって付加質量ａ
の動きを制御することができる。そして揺れ始めのみな
らず、途中においても、また地震等の振動源がなくなっ
た後の構造物の自由振動の減衰のスピード化にも効果が
発揮できる。

なお、動吸振器本体Ａ部分については、前述の従来例を
含め、従来考えられているものを利用することもでき、
これに子付加５ｉｔｅ、アクチュエーターｒ、制御装置
り等からなる加振装置Ｂを付は加えればよい。

〔実施例〕

次に、図示した実施例について説明する。

第２図（ａ）〜（ｅ）は動吸振器本体Ａの一例を示した
もので、建物に固定した支持装置９、支持装置９に摺動
可能に配された支持台２、支持装置９と支持台２間を連
結するバネ３、支持装置９内に充填された粘性流体５お
よび支持台−２に取付けた抵抗板６等からなる。

支持台２には例えば建物重量の１１５０あるいは１７１
００程度の質量を有するマス１が載置される。マス１と
しては鋼材あるいは鉛等の金属が利用できる。なお、設
計上は支持台２の重量もマスｌの重量に加える。

バネ３としては所定のバネ定数を有するコイルバネ、そ
の他のバネが利用できる。

バネ３は、この発明においては、マスｌの中立位置から
両方に変位した時、中立位置付近のバネ定数が完全な線
形となるよう相対向するバネを互に必要変位分子め緊張
しておく。バネ定数はマス１が共振するように、例えば
上述の（１）式等により算定する。

粘性流体５内には支持台２に取付けた水平な抵抗板６が
浸されている。この抵抗板６は支持台２に対し、ボルト
７およびナツト８あるいは油圧シリンダー等により昇降
可能とされ、抵抗板６の大きさが決まれば第３図に示す
ように抵抗板６と支持装置９の底との距離りを調整する
ことにより粘性抵抗を調整することができる。

この粘性抵抗は抵抗板６と支持装置９の底との間の隙間
に生ずる粘性せん断抵抗であり、粘性せん断抵抗力（Ｆ
）は、粘性流体の粘性係数（η）、粘性流体を介して相
対運動する二面の面積（Ａ）、その相対速度（Ｖ）にそ
れぞれ比例し、二面の隙間距離（Ｄ）に反比例するもの
で、これを式で示せば次のとおりである。

減衰率に関しては上述の（２）式等により適当な値が算
定される。ただし、上述の（１１，（２）式は定常振動
に関しては効果が鋭敏であるのに対し、地震動のような
非定常振動ではそれほど鋭敏でないと考えられ、わずか
なずれはあまり問題とならない。

なお、この例では支持台２をフレーム１０とレール１１
とからなる支持装置９のレール１１方向に可動とし、フ
レームｌＯ端部の立上り部との間を両側各４本のコイル
バネ３で連結し、フレームｌＯ内で水平横方向に振動で
きるようになっている。支持台２の摺動に関してはこの
他、テフロン板あるいはボールベアリング等のすべり材
を介して支持装置９内を摺動するような構造も考えられ
る。

第４図（ａ）〜（ｃ）は加振装置Ｂの一例を示したもの
で、動吸振器本体Ａの付加マスａに制御力としての振動
を与えるアクチュエーターｒとして電磁式のアクチュエ
ーターを採用したものである。この加振装置Ｂは磁石を
固定し、Ｎ極とＳ極が平面どうしで向き合う狭い空間を
形成する磁石支持体４１と、前記空間を通るように巻い
たコイル４８を支持し、前記空間における磁界の方向お
よびコイル４８を流れる電流方向に対し、直角方向に摺
動可能としたコイル支持体４７とを有し、前記磁石支持
体４１と前記コイル支持体４７のいずれか一方を動吸振
器本体Ａの付加マスａに固定する。他方は付加マスａに
加振力を与える際、反力をとるための子付加マスｅとな
る。そのため、子付加マスｅ側には必要に応じ所要量の
マスを付は加え、子付加マスｅ全体としての重量を調整
する。

Ｎ極とＳ極が向き合う平面間において磁界の方向は向き
合う平面に対し直角の方向であり、コイル支持体４７の
コイル４８に電流を通すことにより、磁界の方向および
コイル４８を流れる電流の方向に対し、直角に電磁力が
生じ、磁面支持体４１とコイル支持体４７が相対的に移
動する。電磁力の方向は左手の法則によって与えられる
。この動きを振動センサーｉ等からのデーターを判断し
たコンピューターで制御して、付加マスａと子付加マス
ｅとの間で相対運動を生じさせ、動吸振器本体Ａによる
建物すの振動減衰効果を高めることができる。

図示した例ではコイル支持体４７をベースプレート５０
を介して、上述の第２図（ａ）〜（ｅ）に示した動吸振
器本体Ａのマスｌに固定し、磁石支持体５１を子付加マ
スｂ側とする。なお、この場合、動吸振器本体Ａの付加
マスａにはマスｌ、支持台２および加振装置Ｂの重量が
含まれることになる。磁石支持体４１は同じ極どうしく
図ではＮ極どうし）で向き合う上下一対の平板状の永久
磁石４２．４３を所定の間隔をおいて固定するとともに
向き合う平板状の永久磁石４２゜４３の間にそれぞれの
磁石４２．４３から同じ間隔に配置される挿入部４１“
を有する金物からなる。

一方、コイル支持体４７は磁石支持体４１と接触するこ
となく両側から挟み込むように設けられ、相対的に水平
移動可能となっている。このコイル支持体４７には相対
的な移動方向と直角な方向に磁石支持体１の挿入部４１
″を取り巻くような形で、かつ磁石支持体４１の上下の
磁石４２．４３と挿入部４１’間の狭い空間においてこ
れらと接触することな（コイル４８が巻いてあり、この
コイル４８に電流を流すことにより、電磁力が生じ、磁
石支持体４１との間に相対的な運動が生じる。

磁石支持体４１の両端にはコイル支持体４７およびコイ
ル４８が上下の磁石４２．４３および挿入部４１”接す
ることがないように、非磁性体により電磁的に絶縁した
エンドフレーム４４．４５を設け、相対的な移動方向に
棒状のレール４６を支持させ、コイル支持体４７の側部
に設けたスライダー４９をこのレール４６に通し、相互
の動きのガイドとしである。

また、コイル支持体４７はこのスライダー４９とベース
プレート５０間をつなぐ取付治具５１を介してマス１に
対し固定状態となっている。

運動の方向や加速度等はコイル４８内を通る電流の向き
や大きさをコンピューターで自動制御して変化させるこ
とができ、建物の振動を効果的に減衰させるための最適
な振動を動吸振器本体Ａのマスｌ（または付加マスａ）
に与えて、共振による建物すの大きな変形を抑制するこ
とができる。

なお、例えば第７図（ａ）〜（ｅ）の動吸振器を利用す
る場合にも、この加振装置Ｂを第１付加マス２１または
第２付加マス２２の上面または側面にベースプレート５
０を介して取り付ければよい。

〔発明の効果〕

■　動吸振器本体に子付加マスを存する加振装置を設け
、子付加マスに反力をとって動吸振器本体の付加マスの
動きを制御することにより、地震等による揺れ始めの大
きな振動外力に対しても建物の振動を振動外力に応じた
最適な条件で減衰させることができ、建物の変形や損、
傷を効果的に防止することができる。

■　揺れ始めのみならず、振動の途中においても、また
地震等の振動源がなくなった後の自由振動の状態におい
ても減衰のスピード化に効果が発揮できる。

■　既存の動吸振器にも加振装置の制御機構を組み込む
ことができる。

■　コンピューターにより制御することにより、個々の
地震特性に応じた最適な制御が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の動吸振器の基本構造をモデル化して
示した説明図、第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）
　。（ｄ）　、　（ｅ）はそれぞれ動吸振器本体部分の一例
を示す平面図、抵抗板位置のバネ方向の継断面図、レー
ル位置のレール方向の鉛直断面図、抵抗板位置のバネと
直角方向の鉛直断面図、および水平断面図、第３図は抵
抗板の位置と粘性抵抗との関係を示す説明図、第４図（
ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）はそれぞれ起振装置の一
例を示す正面図、水平断面図、および鉛直断面図、第５
図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれ子付加マスの付加マス
に対する相対的な動きを示す正面図および平面図、第６
図は従来の動吸振器をモデル化して示した説明図、第７
図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）　、　
（ｅ）はそれぞれ従来例の斜視図、下段の水平断面図、
Ｙ方向の鉛直断面図、上段の水平断面図、およびＸ方向
の鉛直断面図である。Ａ・・・動吸振器本体、Ｂ・・・加振装置、ａ・・・付
加マス、ｂ・・・＋ｉ造物、ｃ・・・バネ、ｄ・・・ダ
ンパー、ｅ・・・子付加マス、ｆ・・・アクチュエータ
ー、ｇ・・・バネ、ｈ・・・制御装置、ｉ・・・センサ
ー、ｌ・・・マス、支持台、３・・・バネ、４・・・粘
性流体槽、５・・・粘性流体、６・・・抵抗板、７・・
・ボルト、８・・・ナツト、９・・・支持装置、ｌＯ・
・・フレーム、１１・・・レール、１２・・・レールガ
イド、１３・・・補強リブ、４１・・・磁石支持体、４
１’・・・挿入部、４２．４３・・・磁石、４４．４５
・・・エンドフレーム、４６・・・レール、４７・・・
コイル支持体、４８・・・コイル、４９・・・スライダ
ー、５０・・・ベースプレート、５１・・・取付治具。第１図第６図第５図（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）振動を制御しようとする構造物に所定のバネ定数
を有するバネと所定の減衰性能を有するダンパーにより
付加マスを結合してなる動吸振器において、前記付加マ
スに付加マスおよび前記構造物により運動を拘束されな
い子付加マスと、該子付加マスに反力をとって前記付加
マスに振動を与え、子付加マスと付加マスとの間で相対
運動を生じさせる加振装置を設けたことを特徴とする動
吸振器。
（２）加振装置は構造物の揺れを判断するコンピュータ
ーによって制御される特許請求の範囲第１項記載の動吸
振器。
（３）加振装置は電磁式のアクチュエーターからなる特
許請求の範囲第１項または第２項記載の動吸振器。
（４）加振装置は油圧式または電動式のアクチュエータ
ーからなる特許請求の範囲第１項または第２項記載の動
吸振器。