WO2003056105A1

WO2003056105A1 - Dispositif d'isolation de base pour une structure

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Publication number: WO2003056105A1
Application number: PCT/JP2002/013630
Authority: WO
Inventors: Shinji Ishimaru; Hidenori Ishigaki; Ippei Hata
Original assignee: Nihon University, School Juridical Person
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2003-07-10
Also published as: KR20040075319A; US7441376B2; CN1602378A; CN1324197C; JPWO2003056105A1; US20050138870A1; JP4487087B2; AU2002360054A1; EP1460179A1; EP1460179A4

Description

明細書

構造物の制振装置技術分野

本発明は構造物の制振装置に係わり、特に、高架式の高速道路や鉄道軌道、あるいは、橋梁を構成する床版といった構造体を有する構造物に適用されて、前記構造体の面外方向の振動を抑制するようにした構造物の制振装置に関するものである。

そして、勾配を有する屋根を構成する構造体や、鉛直に設置された.ガラスカーテンウォールの支持構造体の面外方向の振動を抑制する制振装置への適用も可能である。背景技術

近年、高架式の高速道路や鉄道軌道、あるいは、橋梁を構成する床版といった構造体を備えた構造物にあっては、交通振動や地震時等における前記構造体の上下振動による落下や破損等の被害を抑えるために種々の対策が施されており、その一つとして、第 5図に示す制振装置が提案されている。

この図において符号 1で示す制振装置は、たとえば、複数の橋脚 2によって支持された構造体として水平に設置された床版 3に適用したものであって、前記床版 3の下部で、前記悸脚 2間の略中央部に、バネ等からな,る弾性部材 4と、オイルダンバ等からなる緩衝部材 5とを平行に吊設するとともに、これらの弾性部材 4と緩衝部材 5との下端部に、重量部材 6を取り付けた構成となっている。

訂正された用紙 (规則 91) このように構成された従来の制振装置 1では、前記床版 3に、面外方向（図示例においては上下方向）の振動が発生した際に、前記弾性部材 4および緩衝部材 5とによって、前記床版 3と重量部材 6との相対運動を減衰させることにより、前記床版 3の上下振動を抑制するようになつている。

ところで、このような従来の技術においては、つぎのような改善すベき問題点が残されている。

すなわち、前述した従来の技術にあっては、前記床版 3の上下振動を効率よく抑制するめには、前記弾性部材 4の弾性係数および緩衝部材 5の減衰係数を、前記床版 3の固有振動数に対して適切に設定する必要があるが、このために、効果的な制振機能が得られる範囲が狭く、また、その設定が煩雑であるといった問題点である。

さらに、重量部材 6は重いほど効果があるが、現実の構造物においては本体構造物の 1割相当の重量を付加するのは難しかった。

さらに、勾配を有する屋根を構成する構造体や、鉛直に設置されるガラスカーテンゥォールの支持構造体に従来の制振装置を設けることは、重量部材 6が重力加速度方向にのみ働くために不可能であった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、構造物を構成する構造体の面外方向の振動を効率よくかつ効果的に抑制することの可能な構造物の制振装置を提供することを目的とする。発明の開示

本発明の請求の範囲第 1項に記載の構造物の制振装置は、前述した目的を達成するために、構造物を構成する構造体の面外方向の振動を抑制するようにした構造物の制振装置であって、前記構造体に所定間隔をおいて設けられた支持点間に、これらの支持点間の間隔よりも長い全長を有する張力部材を配設し、この張力部材の途中に、第 1のリンク片を直接または剛部材を介して回動自在に連結するとともに、前記構造体に第 2のリンク片を回動自在に連結し、これらの第 1のリンク片の他端部と第 2のリンク片の他端部とを回動自在に連結し、前記構造物を構成する構造体と、前記第 1のリンク片と第 2のリンク片との連結部との間に、これらの第 1のリンク片と第 2のリンク片を付勢することにより、前記張力部材に張力を与える付勢部材と、前記第 1のリンク片と第 2のリンク片の回動によって作動させられる緩衝部材とを設けてなることを特徴とする。

本発明の請求の範囲第 2項に記載の構造物の制振装置は、請求の範囲第 1項に記載の前記第 1のリンク片と第 2のリンク片との連結部に、付加質量を設けてなることを特徴とする。 '

本発明の請求の範囲第 3項に記載の構造物の制振装置は、請求の範囲第 1項または請求の範囲第 2項に記載の前記張力部材をロープによ.つて構成したことを特徴とする。

本発明の請求の範囲第 4項に記載の構造物の制振装置は、請求の範囲第 1項または請求の範囲第 2項に記載の前記張力部材を、相互に回動自在に連結された複数の鋼棒によって構成したことを特徴とする。

本発明の請求の範囲第 5項に記載の構造物の制振装置は、請求の範囲第 1項ないし請求の範囲第 4項の何れかに記載の前記第 1のリンク片および第 2のリンク片を、前記張力部材の長さ方向に間隔をおいた 2力所に一組ずっ配設し、これらの各組を構成する第 1のリンク片あるいは第 2のリンク片の間に、前記付勢部材ぉよび緩衝部材を配設したことを特徴とする。

本発明の請求の範囲第 6項に記載の構造物の制振装置は、請求の範囲第 1項ないし請求の範囲第 5項の何れかに記載の前記緩衝部材が、オイルダンパであることを特徴とする。

本発明の請求の範囲第 7項に記載の構造物の制振装置は、請求の範囲第 1項ないし請求の範囲第 6項の何れかに記載の前記緩衝部材が、ァクティブダンバであり、前記構造体に、その揺れを検出するセンサを設けるとともに、このセンサからの検出信号に基づき、前記アクティブダンパの動作の調整を行うコントローラを設けてなることを特徴とする。本発明の請求の範囲第 8項に記載の構造物の制振装置は、請求の範囲第 7項に記載の前記センサが、加速度センサであることを特徴とする。本発明の請求の範囲第 9項に記載の構造物の制振装置は、請求の範囲第 7項に記載の前記センサが、変位センサであることを特徴とする。本発明の請求の範囲第 1 0項に記載の構造物の制振装置は、請求の範囲第 7項に記載の前記センサが、速度センサであることを特徴とする。本発明の請求の範囲第 1 1項に記載の構造物の制振装置は、請求の範囲第 1項ないし請求の範囲第 5.項の何れかに記載の前記緩衝部材が、粘弾性体あるいは弾塑性体であることを特徴とする。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の一実施形態を示す要部の概略正面図である。第 2図は、本発明の一実施形態を示す要部の概略平面図である。第 3図は、本発明の一実施形態の動作を説明するための要部の拡大概略図である。

第 4図は、本発明の他の実施形態を示す概略正面図である。

第 5図は、一従来例を示す要部の正面図である。 ·

第 6図は、本発明の他の実施形態を示す正面図である。

第 7図は、本発明の他の実施形態を示す正面図である。

第 8図（a )、 ( b ) は、本発明の変形例を示す正面図である。第 9図は、本発明の変形例を示す平面図である。

第 1 0図は、本発明の変形例を示す正面図である。

第 1 1図は、本発明の変形例を示す正面図である。

第 1 2図は、本発明の変形例を示す正面図である。

第 1 3図（a )、（b )、（c ) は、本発明の変形例を示す正面図である。第 1 4図は、本発明の変形例を示す正面図である。

第 1 5図は、本発明の変形例を示す正面図である。

第 1 6図は、本発明の変形例を示す正面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の一実施形態について、第 1図ないし第 3図を参照して説明する。

第 1図において符号 1 0で示す本実施形態に係わる構造物の制振装置 1 0は、複数の橋脚 1 1によって支持された構造体としての床版 1 2に適用したもので、前記床版 1 2の下部に所定間隔をおいて支持点 1 3 (本実施形態においては、隣接する橋脚 1 1のそれぞれに設けてある）を設け、これらの支持点 1 3間に、これらの間隔よりも長い全長を有する張カ部材 1 4を配設し、この張力部材 1 4の途中に第 1のリンク片 1 5を回動自在に連結するとともに、この第 1のリンク片 1 5と前記床版 1 2 との間に第 2のリンク片 1 6を回動自在に連結し、前記第 1のリンク片 1 5あるいは第 2のリンク片 1 6と、前記構造物を構成する構造体（本実施形態においては前記橋脚 1 1との間）に、これらの第 1のリンク片 1 5と第 2のリンク片 1 6を付勢することにより、前記張力部材 1 4に張力を与える付勢部材 1 7と、前記第 1のリンク片 1 5と第 2のリンク片 1 6の回動によって作動させられる緩衝部材 1 8とを設けた基本構成となっている。また、前記第 1のリンク片 1 5と第 2のリンク片 1 6の連結部 2 1には、付加質量 2 5が設けられている。

ついでこれらの詳細について説明すれば、前記張力部材 1 4は、本実施形態においてはロープが用いられており、その両端部が、前記橋脚 1 1に設けられている前記支持点 1 3にそれぞれ固定されている。

前記第 1のリンク片 1 5および第 2のリンク片 1 6は、本実施形態においては、前記床版 1 2の下方で、かつ、前記隣接する橋脚 2間の略中央部に、前記張力部材 1 4の長さ方向に間隔をおいて 2箇所に配設されており、各第 1のリンク片 1 5の一端部が、前記張力部材 1 4に、ピン 1 9を介して回転可能に連結され、また、前記各第 2のリンク片 1 6 ,の一端部が、前記床版 1 2の下部に、ピン 2 0を介して回動自在に連結されている。

また、前記各第 1のリンク片 1 5と各第 2のリンク片 1 6の他端部が、相互に、ピン 2 1を介して回動自在に連結されるとともに付加質量 2 5 が設けられ、さらに、前記各第 1のリンク片 1 5は、第 2のリンク片 1 6よりも短く形成されているとともに、前記各第 1のリンク片 1 5と第 2のリンク片 1 6との連結部を構成する各ピン 2 1が、前記両第 1のリンク片 1 5と前記張力部材 1 4との連結部である両ピン 1 9の内側に位置させられている。

さらに、本実施形態においては、第 2図に示すように、前記制振装置 1 0が、前記床版 1 2の面方向に平行に設置されている 2組の橋脚 1 1 間に装着されており、各制振装置 1 0の各第 1のリンク片 1 5と第 2のリンク片 1 6とを連結する 2つのピン 2 1が共用され、かつ、付加質量 2 5の役割を担うよう十分重く構成されるとともに、これらのピン 2 1 間に、前記付勢部材 1 7が、一対平行に設けられ、かつ、これらの付勢部材 1 7間に、前記緩衝部材 1 8が、前記両ピン 2 1に連結された状態で配設されている。

そして、前記両付勢部材 1 7は引っ張りスプリングによって構成され、前記両ピン 2 1を互いに接近する方向に付勢することにより、前記各第 1のリンク片 1 5と張力部材 1 4との連結部である両ピン 1 9を前記床版 1 2から離間する方向に付勢することにより、前記張力部材 1 4に張力を与えて、この張力部材 1 4を緊張状態に保持するようになっている。ついで、このように構成された本実施形態に係わる制振装置 1 0の作用について説明する。

地震等が発生した場合、前記床版 1 2は、前記橋脚 1 1による支持部を固定端として、その中間部が撓むように、床版 1 2の面外方向である上下方向に振動する。

そして、たとえば、前記床版 1 2が、第 3図に示すように、一点鎖線で示す通常状態から二点差線ので示すように下方へ向けて撓むと、これに伴って、前記各ピン 2 0が前記床版 1 2とともに下方へ移動するとともに、これらのピン 2 0に連結されている.前記各第 2のリンク片 1 6も同様に下方へ移動させられるような力を受ける。

しかしながら、前記各第 1のリンク片 1 5の一方の連結部である各ピン 1 9は、前記張力部材 1 4が緊張状態に保持されていることによって、その位置が拘束されていることから、前述した各第 2のリンク片 1 6の下降に伴い、前記各第 2のリンク片 1 6が、前記各ピン 1 9を中心として回動させられる。

これらの第 1のリンク片 1 5の回動方向は、前記各第 2のリンク片 1 6との連結部である各ピン 2 1が離れる方向であり、ピン 2 1に直結されている付加質量 2 5は、その重力に伴った慣性力が働くことになる。

この結果、前記両ピン 2 1間に設けられている両付勢部材 1 7が延ぴて、前記張力部材 1 4が緊張状態に保持されるとともに、前記緩衝部材 1 8が伸張するように作動させられて減衰機能が発生する。

これによつて、前述した床版 1 2の上下振動を、付加質量 2 5の運動に変換するとともに、減衰機能の発生により、床版 1 2の上下振動が抑制されることとなる。

一方、第 3図に示すように、前記床版 1 2の橈み量を Xとし、前記ピン 2 1の横方向への変位量 Xとした場合、前記第 1のリンク片 1 5と第 2のリンク片 1 6とによって増幅機構が構成されていることにより、

「》 1」となり、この結果、前記緩衝部材 1 8の作動量が大きくなり、また、付加質量 2 5の質量を m'とすると、その動きは、 ]3πι' · · Χであり、床版 1 2に働く慣性力は、梃子の原理により、 2πι' · · Χとなり、付加質量 2 5は実動 m' 2を有することとなるので、その質量効果が高められる。

また、前記床版 1 2が上方へ向けて振動した場合、前記張力部材 1 4 の緊張状態を解く方向への移動となるが、前記両ピン 2 1が、前記両付勢部材 1 7によって常時接近する方向に付勢されていることにより、前述した張力部材 1 4が緊張状態に保持される。

したがって、前記第 1のリンク片 1 5や緩衝部材 1 8の動きが前述した方向と逆方向となり、同様の増幅機構により減衰効果が高められる。この結果、前記床版 1 2の面外方向である上下の振動に対して効果的な減衰機能が得られ、高い制振機能を得ることができる。

なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。

たとえば、前記実施形態においては、前記張力部材 1 4をロープによつて構成した例について示したが、これに代えて、第 4図に示すように、複数の鋼棒 1 4 a ' 1 4 b ' 1 4 cによって構成することも可能である。また、前記緩衝部材 1 8としてオイルダンパを例示したが、これに代えて、粘弾性体あるいは弾塑性体を用いることも可能である。

また、第 6図に示すように、前記張力部材 1 4に連結脚 2 2を取り付け、この連結脚 2 2に、前記第 1のリンク片 1 5の端部をピン 1 9を介して回動自在に連結するようにしてもよく、また、錘 2 3を、たとえば前記ピン 2 1に取り付けて、制振装置 1 0の可動部の慣性質量を大きくするようにしてもよい。

さらに、前記緩衝部材 1 8に、アクティブダンパを用いるとともに、第 7図に示すように、前記床版 1 2に、この床版 1 2の揺れを検出するセンサ 2 4を取り付け、さらに、前記センサ 2 4からの検出信号に基づき、前記可変オリフィスの開度を調整するコントローラ 2 5を設けておき、このコントローラ 2 5において、前記センサ 2 4によって検出される揺れの大きさに応じて、前記可変オリフィスの開度を調整することにより、前記緩衝部材 1 8の減衰力を適切な値に調整するようにしてもよレ、。 ·

そして、前記センサ 2 4は、振動時における前記床版 1 2の振幅を検出する変位センサや、床版 1 2の揺れの加速度を検出する加速度センサ等が用いられる。

そして、前記構造体としては、前述した例の他に、歩道橋や跨線橋、立体駐車場、あるいは、高架式の歩道といった人工地盤が考えられる。なお、前記支持点 1 3を橋脚 1 1に設けた例について示したが、前記構造体としての床版 1 2に設けるようにしてもよい。

また、勾配を有する屋根を構成する構造体や、鉛直に設置されるガラスカーテンウォールの支持構造体の面外方向の振動を抑制する制振装置としても利用できる。

—方、前記第 1のリンク片 1 5と第 2のリンク片 1 6、および、前記張力部材 1 4との連結形態や、前記付勢部材 1 7および緩衝部材 1 8の設置位置等は適宜変更可能である。

たとえば、第 8図（a ) に示すように、前記床版 1 2の下方に、第 9 図に示すような矩形状の枠体 2 6を配設し、この枠体 2 6の各角部と前記橋脚 1 1あるいは前記床版 1 2との間に前記張力部材 1 4をそれぞれ張設することによって、前記枠体 2 6を支持させ、この枠体 2 6の平行な一対の辺のそれぞれの両端部と、前記床版 1 2とを、相互に回動自在に連結された第 1のリンク片 1 5と第 2のリンク片 1 6とによって連結し、さらに、これらの第 1のリンク片 1 5と第 2のリンク片 1 6との連結部を構成するピン 2 1と、前記枠体 2 6の平行な一対の辺の、前記ピン 2 1間に設けられたピン 2 7との間に、前記付勢部材 1 7および緩衝部材 1 8を介装した構成とすることも可能である。なお、第 8図（b ) に示すように上下を逆にすることも出来る。

ここで、前記第 1のリンク片 1 5およぴ第 2のリンク片 1 6とは、これらを連結するピン 2 1が、前記ピン 1 9とピン 2 0とを結ぶ直線よりも、前記枠体 2 6の内側に位置するようになされている。

また、前記付勢部材 1 7が圧縮スプリングによって構成されており、この付勢部材 1 7によって前記両ピン 2 1が相互に離間する方向に付勢されることによって、前記枠体 2 6が下方付勢されるとともに、前記張力部材 1 4に常時張力が作用するようになされている。

さらに、第 1 0図に示すように、前記床版 1 2の下部に、所定間隔をおいてピン 2 0を設け、これらのピン 2 0に第 2のリンク片 1 6を回動自在に連結し、また、これらの第 2のリンク片 1 6の他端部に、ピン 2 1を介して第 1のリンク片 1 5を回動自在に連結し、さらに、この第 1 のリンク片 1 5の他端部を、前記両ピン 2 0を結ぶ線と平行に配設された連結リンク片 2 8の両端部に、ピン 1 9によってそれぞれ連結し、前記付勢部材 1 7および緩衝部材 1 8を、前記ピン 2 1間に介装し、前記連結リンク 2 8の両端部と、前記床版 1 2あるいは橋脚 1 1 との間に、前記張力部材 1 4を張設した構成とすることも可能である。

ここで、前記ピン 2 1は、前記ピン 1 9とピン 2 0とを結ぶ線よりも外側に位置させられているとともに、前記付勢部材 1 7が引っ張りスプリングによって構成されており、この付勢部材 1 7によって前記各ピン 2 1が相互に接近するように付勢されていることにより、前記連結リンク 2 8が下方へ向けて付勢されるとともに、前記張力部材 1 4に常時張力を与えるようになつている。

また、第 1 1図に示すように、前記各ピン 2 1力前記ピン 1 9とピン 2 0とを結ぶ線よりも外側に位置するようにして、かつ、前記付勢部材 1 7を圧縮スプリングとして、前記両ピン 2 1を相互に離間する方向に付勢するような構成とすることも可能である。

また、第 1 2図に示すように、第 1 0図に示す変形例において示した一対の第 2のリンク片 1 6を一つのピン 2 0によって連結し、さらに、これらの第 2のリンク片 1 6の他端部に回動自在に連結される前記一対の第 1のリンク片 1 5の他端部を、一つのピン 1 9を介して前記張力部材 1 4に連結した構成とすることも可能である。

そして、前記第 1のリンク片 1 5と第 2のリンク片 1 6とを連結するピン 2 1間に、前記緩衝部材 1 8と付勢部材 1 7とが介装され、かつ、この付勢部材 1 7は、この例では、引っ張りスプリングによって構成される。

さらに、第 1 3図（a ) に示すように、第 1 2図において示した一対の第 1のリンク片 1 5の他端部を、前記一対の第 2のリンク片 1 6の内側で、前記両ピン 2 1よりも上方においてピン 1 9によって連結するとともに、このピン 1 9に、下方へ向けて連結ロッド 2 9を連結するとともに、この連結ロッド 2 9を、前記張力部材 1 4に連結した構成とすることもできる。

また、第 1 3図（b ) に示すように、前記付勢部材 1 7を、前記ピン 2 0とピン 1 9との間に介装するようにしてもよく、この付勢部材 1 7 と前記緩衝部材 1 8とを入れ替えて設置することも可能である。

また、第 1 3図（c ) に示すように、張力部材 1 4を、第 1のリンク片 1 5， 1 5に連結することも可能である。

また、第 1 4図に示すように、第 1 3図において示した一対の第 1のリンク片 1 5の他端部を、それぞれ、前記第 2のリンク片 1 6よりも外側に位置させ、これらの第 1のリンク片 1 5の他端部と、前記張力部材 1 4とを、第 1 4図に鎖線で示す連結プレート 3 0によって回動自在に連結した構成とすることも可能である。

さらに、第 1 5図に示すようにカーテンウォール等の壁構造に適用して、当該カーテンウォール等を制振することもできる。また、緩衝部材 1 7を第 1 6図に示すように設けることもできる。 .

'これらのいずれの変形例においても、前述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

さらに、前記床版 1 2が水平状態の場合について説明したが、勾配を有する屋根を構成する構造体や鉛直に設置されるガラスカーテンウォールの支持構造体の面外方向の振動を抑制する制振装置としても利用することができる。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明に係わる構造物の制振装置によれば、床版等の構造体の面外方向の振動を直接緩衝部材へ伝達することにより、この緩衝部材の作動を確実に行わせ、また、前記構造体の面外方向の振動を拡大して緩衝部材へ伝達することにより、この緩衝部材の作動量を極力大きくして、前記構造体の振動に伴うエネルギを確実に吸収し、の構造体に対する制振機能を確実に確保することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 構造物を構成する構造体の面外方向の振動を抑制するようにした構造物の制振装置であって、前記構造体に所定間隔をおいて設けられた支持点間に、これらの支持点間の間隔よりも長い全長を有する張力部材を配設し、この張力部材の途中に、第 1のリンク片を直接または剛部材を介して回動自在に連結するとともに、前記構造体に第 2のリンク片を回動自在に連結し、これらの第 1のリンク片の他端部と第 2のリンク片の他端部とを回動自在に連結し、前記構造物を構成する構造体と、前記第 1のリンク片と第 2のリンク片との連結部との間に、これらの第 1のリンク片と第 2のリンク片を付勢することにより、前記張力部材に張力を与える付勢部材と、前記第 1のリンク片と第 2のリンク片の回動によつて作動させられる緩衝部材とを設けてなることを特徴とする構造物の制

2 . 前記第 1のリンク片と第 2のリンク片と.の連結部に、付加質量を設けてなることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の構造物の制振装置 _c

3 . 前記張力部材をロープによつて構成したことを特徴とする請求の範囲第 1項または請求の範囲第 2項に記載の構造物の制振装置。

4 . 前記張力部材を、相互に回動自在に連結された複数の鋼棒によって構成したことを特徴とする請求の範囲第 1項または請求の範囲第 2項に記載の構造物の制振装置。

5 . 前記第 1のリンク片および第 2のリンク片を、前記張力部材の長さ方向に間隔をおいた 2力所に一組ずっ配設し、これらの各組を構成する第 1のリンク片あるいは第 2のリンク片の間に、前記付勢部材および緩衝部材を配設したことを特徴とする請求の範囲第 1項ないし請求の範囲第 4項の何れかに記載の構造物の制振装置。

6 . 前記緩衝部材が、オイルダンパであることを特徴とする請求の範囲第 1項ないし請求の範囲第 5項の何れかに記載の構造物の制振装置。

7 . 前記緩衝部材が、アクティブダンバであり、前記構造体に、その揺れを検出するセンサを設けるとともに、このセンサからの検出信号に基づき、前記アクティブダンバの増減の調整を行うコントローラを設けてなることを特徴とする請求の範囲第 1項ないし請求の範囲第 6項の何れかに記載の構造物の制振装置。

8 . 前記センサが、加速度センサであることを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の構造物の制振装置。

9 . 前記センサが、変位センサであることを特徴とする請求の範囲第 7 項に記載の構造物の制振装置。

1 0 . 前記センサが、速度センサであることを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の構造物の制振装置。

1 1 . 前記緩衝部材が、粘弾性体あるいは弾塑性体であることを特徴とする請求.の範囲第 1項ないし請求の範囲第 5項の何れかに記載の構造物の制振装置。