JP3672604B2

JP3672604B2 - Damping device for damping structures

Info

Publication number: JP3672604B2
Application number: JP6073695A
Authority: JP
Inventors: 一英前畑; 治彦川崎; 武治鎭目
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2020-07-20
Also published as: JPH08260745A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は構造物の制振用の高減衰装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高層建築物などが風による揺れや、地震による揺れを減衰するために、構造物の柱梁架構内にブレースや壁などの耐震要素を組み込み、この耐震要素と架構本体との間をダンパーで連結し、構造物の振動を減衰する方式が種々提案されている（例えば特開平５−５９８４１号、特開平６−２４５０号公報等参照）。
【０００３】
ところで、風による構造物の揺れと、地震による揺れでは、その振動周期が相違し、したがって、これらの振動を減衰するのに最適なダンパーの減衰特性も異なる。
【０００４】
そこで、特開平６−２４５０号では、ダンパーのピストン内部に設けた調整弁とリリーフ弁により、図７にも示すように、減衰力特性を、減衰係数Ｃが大きい傾きが急な部分（減衰係数Ｃａ）、傾きが中程度の部分（減衰係数Ｃｂ＝中）、傾きの緩やかな部分（減衰係数Ｃｃ＝小）からなる折れ線特性に設定し、減衰係数Ｃａの部分では風に対する制振、Ｃｂの部分は地震に対する制振作用を発揮させ、また、Ｃｃの部分では過大な外力に対して構造物を保護しつつ制振するようにしている。
【０００５】
そして、このように減衰力を変化させるのに、前記調整弁にスリットを設けたりしてダンパーの発生減衰力を制御している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、調整弁に設けたスリットにより減衰力特性を付与する場合、その減衰力特性を変更することができず、構造物のモデルを用いた振動解析により求められた減衰力特性と実際の構造物との振動特性に差異がある場合には、最良の制振効果が得られない。
【０００７】
また、減衰力特性を付与する調整弁はピストンの内部にあり、もし実際の構造物の振動特性に合わせて減衰力を調整する場合、ダンパを分解して調整弁のスリットを再加工するなどの必要があり、調整に手間がかかり、また設置後にあっても調整弁等に作動不良があったときは、いちいち分解しなければならず、保守が面倒であった。
【０００８】
さらには、要求される減衰力特性によっては、スリットの形状が非常に複雑となり、加工が面倒で、コストも高くつき、しかも、スリットの形状等を変更しただけでは対応しきれずに最適な減衰力特性を付与できないこともある。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで第１の発明は、図６に示すように、構造物の架構本体と耐震要素との間にダンパーを介装し、構造物の振動を減衰するようにした制振用減衰装置において、前記ダンパーとしての作動流体を封入した両ロッド型のシリンダ（１０）と、シリンダのピストンで画成された両シリンダ室を連通する連通回路（１５）と、連通回路に介装され前記シリンダとは別体に構成された制御弁（３０）と、この制御弁の前後の圧力をそれぞれ検出する手段（３２ａ，３２ｂ）と、制御弁の開度を検出する手段（３１）と、構造物の揺れの周期に対応した減衰力特性を設定する手段５１と、検出した前後差圧に基づいて設定減衰力特性を付与するための制御弁の開口面積を演算する手段５２と、この開口面積となるように制御弁の開度をフィードバック制御する手段５３とを備え、前記減衰力特性の設定手段は、ピストン速度と減衰力との関係が、所定の減衰係数をもった複数の直線的減衰特性を合成した減衰力特性に設定してある。（ただし、括弧内の符号は実施例に対応する）
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記減衰力特性の設定手段が、複数の直線的減衰特性を合成するのに、そのときのピストン速度に対していずれか小さい方の減衰力を選択するようになっている。
【００１２】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記制御弁開口面積の演算手段が、制御弁の前後差圧と開口面積とから求められる流量と、流量から求められるピストン速度と、ピストン速度と減衰係数から求められる減衰力とに基づき、この減衰力が設定減衰力となるように制御弁開口面積を算出する。
【００１３】
【作用】
第１の発明では、構造物に揺れが起きると、架構本体と耐震要素との間に相対的な変位差が生じ、これに応じてシリンダのピストンが変位する。ピストンの変位により作動流体が連通回路を経由して左右のシリンダ室間を移動し、このとき制御弁の開度に応じて流体抵抗が発生し、これが前記変位差を吸収、減衰する減衰力となり、構造物の揺れを減少させる。
【００１４】
このときの減衰力が、構造物の揺れの周期に対応しての所定の減衰力特性となるように、予めピストン速度と減衰力との関係が設定されており、この設定減衰力特性が得られるように、制御弁の開度がフィードバック制御される。このためピストン速度に対して精度よく目標とする減衰力が発生する。また、必要に応じて発生減衰力を異なった特性に設定することもできるので、実際の構造物の振動特性に対応して、最適な制振作用を発揮させられる。なお、減衰力を制御するための制御弁がシリンダとは別体に構成されているので、保守、点検にあたり、シリンダを分解する必要などもなく、容易に行える。
また、構造物の実際の振動特性により精度よく対応した減衰力特性を設定することができ、最適な制振作用が得られる。
【００１６】
第２の発明では、構造物の振動を適切に減衰すると共に、大きな揺れなどに対しては、構造物に過大な減衰反力が作用するのを防ぎ、その保護が図れる。
【００１７】
第３の発明では、ピストン速度や流量は、検出した制御弁の前後差圧から算出され、圧力検出手段のみによって所定の減衰力を発生させるのに必要な制御弁開口面積が演算でき、それだけ装置の簡略化、コストダウンが図れる。
【００１８】
【実施例】
図１は制振用のダンパー、図２、図３はこのダンパーを組み込んだ構造物を現すもので、まず、図２，図３において、１は構造物、２は構造物１の各階を構成する柱、３は梁であり、さらに、これら柱２、梁３からなる架構本体の各階には、局所的に耐震要素としてのブレース４が設けられ、例えば、ブレース４と梁３とをダンパー５で連結し、水平方向の相対振動を減衰する。
【００１９】
構造物１に風などにより揺れ（水平方向の揺れ）が発生したときに、耐震要素としてのブレース４に対して梁３の移動量が大きく、相対的な振動差を生じるが、この振動差をダンパー５の抵抗力で減衰することにより、梁３の移動を抑制して構造物１の全体の揺れを小さくすることができる。このとき、構造物１の揺れの振動周期は、風などによるものと地震によるものとでは相違し、これら振動特性に対応してダンパー５に要求される減衰力特性も異なってくる。
【００２０】
このような減衰力特性の要求に対応するため、ダンパー５は、図１のように構成されている。
【００２１】
図中１０は両ロッド型のシリンダ、１１はピストン、１２ａ，１２ｂはシリンダ１０の両端から突出させた同一径のピストンロッド、１３ａ，１３ｂはピストン１１の両側に形成されたシリンダ室、１４ａ，１４ｂは一方がピストンロッド１２ａ、他方がシリンダ１０に取付けた連結ブラケットである。
【００２２】
これら左右のシリンダ室１３ａ，１３ｂは、連通回路１５により相互に連通され、ピストン１１の変位に伴い、内部に封入した作動流体が両方のシリンダ室１３ａ，１３ｂ間を移動する。なお、図示しないが、連通回路１５の一部にアキュムレータを接続し、作動流体の膨張収縮あるいは漏れ分を補償する。
【００２３】
連通回路１５には電磁比例制御弁３０が介装され、この比例制御弁３０の開度に応じて作動流体の流れに抵抗を付与し、減衰力を発生させる。
【００２４】
電磁比例制御弁３０はコントローラ４０からの制御信号により作動し、コントローラ４０は、図５（Ａ）（Ｂ）に示すような、予め設定した目標の減衰力特性にしたがって電磁比例制御弁３０の開度（開口面積）を演算する回路４２と、実際の減衰力が目標値と一致するようにその開度をフィードパック制御する回路４１とから構成されるもので、そのため電磁比例制御弁３０の変位（開度）を検出する変位センサ３１、シリンダ室１３ａ，１３ｂの圧力を検出する圧力センサ３２ａ，３２ｂからの信号が入力する。
【００２５】
ダンパー５の目標とする減衰力特性は、ピストン速度とそのときに発生する減衰力との関係から規定され、実際のピストン速度はシリンダ排出流量から、また減衰力はシリンダ室圧力から算出する。
【００２６】
コントローラ４０において実行される制御動作について、まずその原理から説明する。
【００２７】
いま、例えば、目標とする減衰力特性を図５（Ａ）として、その減衰力特性を発生させるための電磁比例制御弁３０の開度特性は図５（Ｂ）のようになるとする。
【００２８】
実線で示す減衰力特性は２つの直線的な特性▲１▼と▲２▼の合成特性となり、それぞれの減衰係数をＣ₁，Ｃ₂として、この場合、減衰力の制御特性としては、ピストン速度に対して、直線特性▲１▼、▲２▼のいずれか小さい方を選択すればよいことになる。
【００２９】
いま、直線▲１▼の減衰力特性は、発生減衰力Ｆ、ピストン速度Ｖとして、
Ｆ＝Ｃ₁・Ｖ…(1)
で与えられる。ここで、作動流体の圧縮性を無視すると、減衰力Ｆとピストン速度Ｖは、
Ｆ＝Ａ・Ｐ…(2)
Ｖ＝Ｑ／Ａ…(3)
ただし、Ｐはシリンダ室１３ａ，１３ｂの差圧（│Ｐａ−Ｐｂ│）、Ｑはピストン排出量（弁通過流量）、Ａはピストン受圧面積
となる。
【００３０】
また、ピストン排出量（弁通過流量）Ｑは、弁開口面積ａ₁、と、その前後差圧Ｐとから、
Ｑ＝α・ａ₁√（Ｐ）…(4)
ただし、αは定数
として求まる。したがって、これら(1)〜(4)式により、直線▲１▼の特性を発生するための電磁比例制御弁の弁開口面積ａ₁（図５（Ｂ）参照）は次のようにして求められる。
【００３１】
ａ₁＝（Ａ²／Ｃ₁・α）・√（Ｐ）…(5)
次に、直線▲２▼の減衰力特性は、
Ｆ＝Ｃ₂・Ｖ＋Ｆ₂…(6)
ただし、Ｆ₂はピストン速度Ｖ＝０のときの減衰力
として与えられる。また、直線▲１▼と同様にして、
Ｆ＝Ａ・Ｐ…(7)
Ｖ＝Ｑ／Ａ…(8)
Ｑ＝α・ａ₂√（Ｐ）…(9)
ただし、ａ₂は弁開口面積
が求められる。これら(6)〜(9)式から、弁開口面積ａ₂を求めると、次のようになる。
【００３２】
ａ₂＝（Ａ²／Ｃ₂・α）［√（Ｐ）−Ｐ₂／√（Ｐ）］…(10)
ただし、Ｐ₂はピストン速度＝０のときの圧力（＝Ｆ₂／Ａ）
この式(10)において、Ｐ≦Ｐ₂（Ｆ≦Ｆ₂）の範囲は制御しなくてもよいから、
ａ₂＝０（ただし、Ｐ≦Ｐ₂）
ａ₂＝（Ａ²／Ｃ₂・α）［√（Ｐ）−Ｐ₂／√（Ｐ）］（ただし、Ｐ＞Ｐ₂）…(11)
となり、したがって、これに基づいて弁開口面積がａ₂となるように制御すれば、直線▲２▼の特性が得られる。
【００３３】
全体の減衰力特性は、前にも述べたように、直線▲１▼と▲２▼のうち小さい方を選択すればよいから、弁開口面積ａ₁とａ₂については、弁開口面積が大きい方が発生減衰力が小さくなるので、ａ₁、ａ₂の計算値のうち大きい値ａｒを選択すればよいことになる。したがって、
ａｒ＝ｍａｘ（ａ₁，ａ₂）…(12)
ただし、ｍａｘ（ａ₁，ａ₂）はａ₁とａ₂のうちいずれか大きい方を選択するという意味。
【００３４】
なお、以上の説明では、２つの直線▲１▼、▲２▼を合成した減衰力特性の制御について述べたが、Ｎ個の直線の合成からなる減衰力特性は、前記(11)式に基づいて、次のようにして算出することができる。
【００３５】
ａｉ＝０（ただし、Ｐ≦Ｐｉ）
ａｉ＝（Ａ²／Ｃｉ・α）［√（Ｐ）−Ｐｉ／√（Ｐ）］（ただし、Ｐ＞Ｐｉ）…(13)
ただし、ｉ＝２，３，…Ｎ
これらのことを実現するために、コントローラ４０で実行される制御内容は次のようになる。
【００３６】
図４に示すように、まず直線▲１▼の特性に関して、ステップ１では、検出した圧力Ｐａ，Ｐｂより、差圧Ｐを、Ｐ＝│Ｐａ−Ｐｂ│として算出する。ステップ２で、この差圧Ｐと減衰係数Ｃ₁とから、弁開口面積ａ₁を、ａ₁＝（Ａ²／Ｃ₁・α）・√（Ｐ）として算出する。
【００３７】
次に、直線▲２▼に関して、ステップ３で差圧Ｐと、減衰係数Ｃ₂、切片圧力Ｐ₂とにより、弁開口面積ａ₂を、ａ₂＝０（ただし、Ｐ≦Ｐ₂）、またａ₂＝（Ａ²／Ｃ₂・α）［√（Ｐ）−Ｐ₂／√（Ｐ）］（ただし、Ｐ＞Ｐ₂）として算出する。
【００３８】
そして、ステップ４でこれらａ₁とａ₂のうち大きい方の値を、ａｒとして選択し、ステップ５でこの弁開口面積ａｒを、弁変位ｘｒに、面積−変位変換テーブルをルックアップして変換する。ステップ６において、このｘｒを電磁比例制御弁への出力信号とする。
【００３９】
ただし、ステップ７で出力信号ｘｒと実際の弁変位量ｘと比較され、このｘがｘｒと一致するように、電磁比例制御弁３０への制御信号が修正され、これが出力される。
【００４０】
以上の制御により、電磁比例制御弁３０の開度（変位）が、ダンパー５のピストン速度に応じて変化し、この開度に対応して、ダンパー５は図５に示すような減衰力を発生する。
【００４１】
構造物１に風などにより揺れが発生したときに、耐震要素としてのブレース４と梁３との間に相対的な変位を生じるが、この相対変位をダンパー５の抵抗力で減衰する。構造物１の揺れの周期は、風による場合と地震による場合とで異なり、これに応じてダンパー５のピストン速度が変化する。したがって、このピストン速度に対応して、減衰力が可変的に制御されることにより、構造物１の振動を効果的に吸収、減衰できる。
【００４２】
ところで、電磁比例制御弁３０により発生するダンパー５の減衰力特性は、コントローラ４０からの信号により、自由に調整することができ、図５のように、２つの直線▲１▼、▲２▼の合成特性に限らず、前記した式(13)に示すようにして、さらに複数の直線を合成した減衰力特性に設定することも自由に行えるので、実際の構造物１の振動特性に対応して、最適な制振効果をもたらすことが可能となる。
【００４３】
また、減衰力特性の修正は、ダンパー５や電磁比例制御弁３０等を分解したりすることなく、コントローラ４０で設定する減衰係数Ｃを調整することにより、簡単に行うことができ、減衰力を調整するための電磁比例制御弁３０がダンパー５とは別体に構成されているので、保守、点検も容易になる。
【００４４】
【発明の効果】
第１の発明は、構造物の架構本体と耐震要素との間にダンパーに介装し、構造物の振動を減衰するようにした制振用減衰装置において、前記ダンパーとしての作動流体を封入した両ロッド型のシリンダと、シリンダのピストンで画成された両シリンダ室を連通する連通回路と、連通回路に介装した制御弁と、この制御弁の前後の圧力をそれぞれ検出する手段と、制御弁の開度を検出する手段と、構造物の揺れの周期に対応した減衰力特性を設定する手段と、検出した前後差圧に基づいて設定減衰力特性を付与するための制御弁の開口面積を演算する手段と、この開口面積となるように制御弁の開度をフィードバック制御する手段とを備えたため、構造物に揺れが起きると、これに応じてシリンダのピストンが変位し、これに伴う作動流体の移動に対して制御弁の開度に応じて流体抵抗が発生し、これが構造物の変位を吸収、減衰する減衰力となり、構造物の揺れを減少させるが、このとき発生する減衰力は、構造物の揺れの周期に対応しての所定の減衰力特性となるように予め設定されており、かつこの設定減衰力特性が得られるように、制御弁の開度がフィードバック制御されるため、ピストン速度に対して精度よく目標とする減衰力を発生させることができ、また、必要に応じて発生減衰力を異なった特性に設定することもできるので、実際の構造物の振動特性に対応して、最適な制振作用を発揮させられる一方、減衰力を制御するための制御弁がシリンダとは別体に構成されているので、保守、点検にあたり、シリンダを分解する必要などもなく、作業性の向上が図れる。
また、前記減衰力特性の設定手段が、ピストン速度と減衰力との関係が、所定の減衰係数をもった複数の直線的減衰特性を合成した減衰力特性に設定してあるため、構造物の実際の振動特性により精度よく対応した減衰力特性を設定することができ、最適な制振作用が得られる。
【００４６】
第２の発明は、前記減衰力特性の設定手段が、複数の直線的減衰特性を合成するのに、そのときのピストン速度に対していずれか小さい方の減衰力を選択するので、構造物の振動を適切に減衰すると共に、大きな揺れなどに対しては、構造物に過大な減衰反力が作用するのを防ぎ、その保護が図れる。
【００４７】
第３の発明は、前記制御弁開口面積の演算手段が、制御弁の前後差圧と開口面積とから求められる流量と、流量から求められるピストン速度と、ピストン速度と減衰係数から求められる減衰力とに基づき、この減衰力が設定減衰力となるように制御弁開口面積を算出するので、ピストン速度や流量は、検出した制御弁の前後差圧から算出され、圧力検出手段のみによって所定の減衰力を発生させるのに必要な制御弁開口面積が演算でき、それだけ装置の簡略化、コストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す油圧回路図である。
【図２】構造物の概略構成図である。
【図３】ダンパーの取付状態を示す概略構成図である。
【図４】コントローラの制御動作を示すフローチャートである。
【図５】ダンパーの減衰力特性を示すもので、（Ａ）はピストン速度と減衰力の関係を示す説明図、（Ｂ）はピストン速度と制御弁の開口面積の関係を示す説明図である。
【図６】本発明の構成を示す構成図である。
【図７】従来の減衰力特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１０シリンダ
１２ａ，１２ｂピストンロッド
１３ａ，１３ｂシリンダ室
１５連通回路
３０電磁比例制御弁
３１変位センサ
３２ａ，３２ｂ圧力センサ
４０コントローラ
４１フィードバック制御回路
４２開口面積演算回路[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a high damping device for damping a structure.
[0002]
[Prior art]
In order to attenuate vibrations caused by wind and earthquakes in high-rise buildings, seismic elements such as braces and walls are incorporated in the column beam frame of the structure, and this seismic element and the frame body are connected by a damper. Various methods for attenuating the vibration of the structure have been proposed (see, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-59841 and 6-2450).
[0003]
By the way, the vibration period is different between the vibration of the structure due to the wind and the vibration due to the earthquake, and therefore the damping characteristics of the damper which are optimal for attenuating these vibrations are also different.
[0004]
Therefore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-2450, the damping force characteristic of the damper and the relief valve provided inside the piston of the damper is shown in FIG. Ca) is set to a polygonal line characteristic consisting of a portion with a moderate slope (damping coefficient Cb = medium) and a portion with a gentle slope (damping coefficient Cc = small). The part exerts a vibration damping action against an earthquake, and the part Cc is designed to suppress the structure while protecting the structure against an excessive external force.
[0005]
In order to change the damping force in this manner, the damping force generated by the damper is controlled by providing a slit in the regulating valve.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the damping force characteristic is given by the slit provided in the regulating valve, the damping force characteristic cannot be changed, and the damping force characteristic obtained by the vibration analysis using the structure model and the actual structure If there is a difference in the vibration characteristics, the best vibration control effect cannot be obtained.
[0007]
Also, the adjusting valve that gives the damping force characteristics is inside the piston. If the damping force is adjusted according to the vibration characteristics of the actual structure, the damper is disassembled and the slit of the adjusting valve is reworked. It was necessary and time-consuming to adjust, and even after the installation, if there was a malfunction in the adjusting valve etc., it had to be disassembled one by one, and maintenance was troublesome.
[0008]
Furthermore, depending on the required damping force characteristics, the shape of the slit becomes very complex, cumbersome and expensive, and the optimum damping force cannot be handled simply by changing the shape of the slit. It may not be possible to impart properties.
[0009]
The present invention aims to solve such problems.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, as shown in FIG. 6, the first invention is the damping device for damping, wherein a damper is interposed between the frame body of the structure and the earthquake-resistant element so as to attenuate the vibration of the structure. A double rod type cylinder (10) filled with a working fluid as a damper, a communication circuit (15) communicating with both cylinder chambers defined by the pistons of the cylinder, and a cylinder connected to the communication circuit. A control valve (30) configured on the body, means (32a, 32b) for detecting the pressure before and after the control valve, means (31) for detecting the opening degree of the control valve, and vibration of the structure A means 51 for setting a damping force characteristic corresponding to the period, a means 52 for calculating the opening area of the control valve for providing the set damping force characteristic based on the detected differential pressure before and after, and the opening area. Feedback of control valve opening Gosuru and means 53, setting means of the damping force characteristic is the relationship between the piston speed and the damping force is set to synthesized damping force characteristic multiple linear attenuation characteristic having a predetermined damping coefficient is there. (However, the symbols in parentheses correspond to the examples)
[0011]
According to a second invention, in the first invention, the damping force characteristic setting means selects a damping force which is smaller with respect to the piston speed at that time in order to synthesize a plurality of linear damping characteristics. It is supposed to be.
[0012]
According to a third invention, in the first or second invention, the calculation means for the control valve opening area includes a flow rate obtained from the differential pressure across the control valve and the opening area, a piston speed obtained from the flow rate, and a piston Based on the speed and the damping force obtained from the damping coefficient, the control valve opening area is calculated so that this damping force becomes the set damping force.
[0013]
[Action]
In the first invention, when the structure is shaken, a relative displacement difference is generated between the frame body and the earthquake-resistant element, and the piston of the cylinder is displaced accordingly. Due to the displacement of the piston, the working fluid moves between the left and right cylinder chambers via the communication circuit. At this time, a fluid resistance is generated according to the opening of the control valve, which becomes a damping force that absorbs and attenuates the displacement difference. , Reduce the shaking of the structure.
[0014]
The relationship between the piston speed and the damping force is set in advance so that the damping force at this time becomes a predetermined damping force characteristic corresponding to the period of shaking of the structure. As a result, the opening degree of the control valve is feedback-controlled. For this reason, the target damping force is generated with high accuracy with respect to the piston speed. In addition, since the generated damping force can be set to different characteristics as required, an optimum damping action can be exhibited in accordance with the vibration characteristics of the actual structure. Since the control valve for controlling the damping force is configured separately from the cylinder, it is easy to perform maintenance and inspection without having to disassemble the cylinder.
In addition, the damping force characteristic corresponding to the actual vibration characteristic of the structure can be set with high accuracy, and an optimum vibration damping action can be obtained.
[0016]
In the second invention, the vibration of the structure is appropriately damped, and an excessive damping reaction force is prevented from acting on the structure against a large shake and the like can be protected.
[0017]
In the third aspect of the invention, the piston speed and flow rate are calculated from the detected differential pressure across the control valve, and the control valve opening area necessary for generating a predetermined damping force can be calculated only by the pressure detection means, and the apparatus is increased accordingly. Simplification and cost reduction.
[0018]
【Example】
FIG. 1 shows a damper for damping, and FIGS. 2 and 3 show a structure incorporating this damper. First, in FIGS. 2 and 3, 1 is a structure and 2 is each floor of the structure 1. Columns 3 to be supported are beams, and further, braces 4 are provided locally as earthquake-resistant elements on each floor of the frame main body composed of the columns 2 and 3. For example, the braces 4 and the beams 3 are connected to the dampers 5. Connected with to attenuate horizontal relative vibration.
[0019]
When the structure 1 is swayed by wind or the like (swaying in the horizontal direction), the amount of movement of the beam 3 is large relative to the brace 4 as a seismic element, which causes a relative vibration difference. By dampening with the resistance force of the damper 5, the movement of the beam 3 can be suppressed and the overall shaking of the structure 1 can be reduced. At this time, the vibration period of the vibration of the structure 1 is different between that caused by wind or the like and that caused by an earthquake, and the damping force characteristics required for the damper 5 are different corresponding to these vibration characteristics.
[0020]
In order to meet such a demand for damping force characteristics, the damper 5 is configured as shown in FIG.
[0021]
In the figure, 10 is a double rod type cylinder, 11 is a piston, 12a and 12b are piston rods of the same diameter protruding from both ends of the cylinder 10, 13a and 13b are cylinder chambers formed on both sides of the piston 11, and 14a and 14b. Is a connecting bracket attached to the cylinder 10 on one side and the piston rod 12a on the other side.
[0022]
The left and right cylinder chambers 13a and 13b are communicated with each other by the communication circuit 15, and the working fluid sealed inside moves between the cylinder chambers 13a and 13b as the piston 11 is displaced. Although not shown, an accumulator is connected to a part of the communication circuit 15 to compensate for expansion / contraction or leakage of the working fluid.
[0023]
An electromagnetic proportional control valve 30 is interposed in the communication circuit 15, and resistance is given to the flow of the working fluid according to the opening degree of the proportional control valve 30 to generate a damping force.
[0024]
The electromagnetic proportional control valve 30 is actuated by a control signal from the controller 40, and the controller 40 opens the electromagnetic proportional control valve 30 according to a preset target damping force characteristic as shown in FIGS. A circuit 42 for calculating the degree (opening area) and a circuit 41 for performing feed pack control of the opening degree so that the actual damping force coincides with the target value. Therefore, the displacement of the electromagnetic proportional control valve 30 Signals from a displacement sensor 31 that detects (opening degree) and pressure sensors 32a and 32b that detect pressure in the cylinder chambers 13a and 13b are input.
[0025]
The target damping force characteristic of the damper 5 is defined from the relationship between the piston speed and the damping force generated at that time. The actual piston speed is calculated from the cylinder discharge flow rate, and the damping force is calculated from the cylinder chamber pressure.
[0026]
First, the control operation executed in the controller 40 will be described from its principle.
[0027]
For example, assume that the target damping force characteristic is shown in FIG. 5A, and the opening degree characteristic of the electromagnetic proportional control valve 30 for generating the damping force characteristic is as shown in FIG. 5B.
[0028]
The damping force characteristic indicated by the solid line is a composite characteristic of two linear characteristics (1) and (2), and the respective damping coefficients are C ₁ and C _{2. In} this case, the damping force control characteristic is the piston speed. On the other hand, the smaller one of the linear characteristics (1) and (2) may be selected.
[0029]
Now, the damping force characteristics of the straight line (1) are the generated damping force F and the piston speed V,
F = C ₁・ V ... (1)
Given in. Here, if the compressibility of the working fluid is ignored, the damping force F and the piston speed V are
F = A ・ P ... (2)
V = Q / A (3)
However, P is a differential pressure (| Pa-Pb |) of the cylinder chambers 13a and 13b, Q is a piston discharge amount (valve passing flow rate), and A is a piston pressure receiving area.
[0030]
Further, the piston discharge amount (valve passing flow rate) Q is calculated from the valve opening area a ₁ and the differential pressure P before and after the valve opening area a ₁ .
Q = α · a ₁ √ (P) (4)
However, α is obtained as a constant. Accordingly, the valve opening area a ₁ (see FIG. 5 (B)) of the electromagnetic proportional control valve for generating the characteristic of the straight line (1) is obtained as follows by these equations (1) to (4). .
[0031]
a ₁ = (A ² / C ₁ · α) · √ (P) (5)
Next, the damping force characteristic of the straight line (2) is
F = C ₂ · V + F ₂ (6)
However, F ₂ is given as a damping force when the piston speed V = 0. Also, just like the straight line (1),
F = A ・ P ... (7)
V = Q / A (8)
Q = α · a ₂ √ (P) (9)
However, a ₂ is required to the valve opening area. When the valve opening area a ₂ is obtained from these equations (6) to (9), it is as follows.
[0032]
a ₂ = (A ² / C ₂ · α) [√ (P) −P ₂ / √ (P)] (10)
However, P ₂ is the pressure when the piston speed = 0 (= F ₂ / A)
In this formula (10), the range of P ≦ P ₂ (F ≦ F ₂ ) need not be controlled.
a ₂ = 0 (where P ≦ P ₂ )
a ₂ = (A ² / C ₂ · α) [√ (P) −P ₂ / √ (P)] (where P> P ₂ ) (11)
Therefore, if the valve opening area is controlled to be a ₂ based on this, the characteristic of the straight line (2) can be obtained.
[0033]
As described above, the overall damping force characteristic can be selected by selecting the smaller one of the straight lines (1) and (2). Therefore, the valve opening areas a ₁ and a ₂ have a large valve opening area. Since the generated damping force is smaller, the larger value ar among the calculated values of a ₁ and a ₂ may be selected. Therefore,
ar = max (a ₁ , a ₂ ) (12)
However, max (a ₁ , a ₂ ) means that the larger one of a ₁ and a ₂ is selected.
[0034]
In the above description, the control of the damping force characteristic obtained by synthesizing the two straight lines (1) and (2) has been described. However, the damping force characteristic comprising the synthesis of N straight lines is based on the equation (11). And can be calculated as follows.
[0035]
ai = 0 (where P ≦ Pi)
ai = (A ² / Ci · α) [√ (P) −Pi / √ (P)] (where P> Pi) (13)
However, i = 2, 3,... N
In order to realize these things, the control contents executed by the controller 40 are as follows.
[0036]
As shown in FIG. 4, first, regarding the characteristics of the straight line (1), in step 1, the differential pressure P is calculated as P = | Pa−Pb | from the detected pressures Pa and Pb. In step 2, the valve opening area a ₁ is calculated from the differential pressure P and the damping coefficient C ₁ as a ₁ = (A ² / C ₁ · α) · √ (P).
[0037]
Next, regarding the straight line ( ₂ ), the valve opening area a ₂ is set to a ₂ = 0 (where P ≦ P ₂ ) by the differential pressure P, the damping coefficient C ₂ , and the intercept pressure P ₂ in step 3; It is calculated as a ₂ = (A ² / C ₂ · α) [√ (P) −P ₂ / √ (P)] (where P> P ₂ ).
[0038]
Then, in step 4, the larger one of these a ₁ and a ₂ is selected as ar, and in step 5, this valve opening area ar is converted into valve displacement xr by looking up the area-displacement conversion table. To do. In step 6, this xr is used as an output signal to the electromagnetic proportional control valve.
[0039]
However, in step 7, the output signal xr is compared with the actual valve displacement x, and the control signal to the electromagnetic proportional control valve 30 is corrected and output so that this x matches xr.
[0040]
By the above control, the opening degree (displacement) of the electromagnetic proportional control valve 30 changes according to the piston speed of the damper 5, and the damper 5 generates a damping force as shown in FIG. 5 corresponding to this opening degree. To do.
[0041]
When the structure 1 is swayed by wind or the like, a relative displacement is generated between the brace 4 and the beam 3 as an earthquake resistant element, and this relative displacement is attenuated by the resistance force of the damper 5. The period of shaking of the structure 1 differs depending on whether it is caused by wind or an earthquake, and the piston speed of the damper 5 changes accordingly. Therefore, the vibration of the structure 1 can be effectively absorbed and damped by variably controlling the damping force corresponding to the piston speed.
[0042]
By the way, the damping force characteristic of the damper 5 generated by the electromagnetic proportional control valve 30 can be freely adjusted by a signal from the controller 40. As shown in FIG. 5, the two straight lines (1) and (2) Not only the composite characteristic but also the damping force characteristic obtained by combining a plurality of straight lines can be freely set as shown in the equation (13), so that it corresponds to the vibration characteristic of the actual structure 1. It becomes possible to bring about the optimal vibration control effect.
[0043]
Further, the damping force characteristic can be easily corrected by adjusting the damping coefficient C set by the controller 40 without disassembling the damper 5, the electromagnetic proportional control valve 30, or the like. Since the electromagnetic proportional control valve 30 for adjustment is configured separately from the damper 5, maintenance and inspection are also facilitated.
[0044]
【The invention's effect】
A first invention is a damping device for damping that is interposed between a frame body of a structure and a seismic element so as to attenuate the vibration of the structure, and the working fluid as the damper is enclosed. A double rod type cylinder, a communication circuit communicating the cylinder chambers defined by the piston of the cylinder, a control valve interposed in the communication circuit, means for detecting the pressure before and after the control valve, and a control Means for detecting the opening degree of the valve, means for setting the damping force characteristic corresponding to the period of shaking of the structure, and the opening area of the control valve for providing the set damping force characteristic based on the detected differential pressure before and after And a means for feedback-controlling the opening of the control valve so as to have this opening area, when the structure is shaken, the piston of the cylinder is displaced accordingly, and accordingly Transfer of working fluid On the other hand, a fluid resistance is generated according to the opening of the control valve, which becomes a damping force that absorbs and attenuates the displacement of the structure, and reduces the shaking of the structure. Since the opening degree of the control valve is feedback-controlled so as to obtain a predetermined damping force characteristic corresponding to the vibration cycle of the control valve and to obtain this set damping force characteristic, the piston speed Therefore, the target damping force can be generated with high accuracy, and the generated damping force can be set to a different characteristic as required, corresponding to the vibration characteristics of the actual structure, While the optimum vibration damping function can be achieved, the control valve for controlling the damping force is configured separately from the cylinder, so there is no need to disassemble the cylinder for maintenance and inspection, and work efficiency is improved. Improvement can be achieved.
Further, since the setting means for the damping force characteristic is set such that the relationship between the piston speed and the damping force is a damping force characteristic obtained by synthesizing a plurality of linear damping characteristics having a predetermined damping coefficient. A damping force characteristic corresponding to the actual vibration characteristic can be set with high accuracy, and an optimum vibration damping action can be obtained.
[0046]
In the second invention, since the setting means for the damping force characteristic selects a damping force which is smaller with respect to the piston speed at that time to synthesize a plurality of linear damping characteristics, The vibration can be appropriately damped, and an excessive damping reaction force can be prevented from acting on the structure against a large shake and the like can be protected.
[0047]
According to a third aspect of the present invention, the calculation means for the control valve opening area is a flow rate obtained from the differential pressure across the control valve and the opening area, a piston speed obtained from the flow rate, a damping force obtained from the piston speed and a damping coefficient. Based on the above, the control valve opening area is calculated so that this damping force becomes the set damping force, so that the piston speed and flow rate are calculated from the detected differential pressure across the control valve, and the predetermined damping force is obtained only by the pressure detection means. The control valve opening area required for generating force can be calculated, and the apparatus can be simplified and the cost can be reduced accordingly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a structure.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating a mounting state of a damper.
FIG. 4 is a flowchart showing a control operation of a controller.
FIGS. 5A and 5B show damping force characteristics of a damper, where FIG. 5A is an explanatory diagram showing the relationship between piston speed and damping force, and FIG. 5B is an explanatory diagram showing the relationship between piston speed and the opening area of a control valve. .
FIG. 6 is a configuration diagram showing the configuration of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a conventional damping force characteristic.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cylinder 12a, 12b Piston rod 13a, 13b Cylinder chamber 15 Communication circuit 30 Electromagnetic proportional control valve 31 Displacement sensor 32a, 32b Pressure sensor 40 Controller 41 Feedback control circuit 42 Opening area calculation circuit

Claims

構造物の架構本体と耐震要素との間にダンパーを介装し、構造物の振動を減衰するようにした制振用減衰装置において、前記ダンパーとしての作動流体を封入した両ロッド型のシリンダと、シリンダのピストンで画成された両シリンダ室を連通する連通回路と、連通回路に介装され前記シリンダとは別体に構成された制御弁と、この制御弁の前後の圧力をそれぞれ検出する手段と、制御弁の開度を検出する手段と、構造物の揺れの周期に対応した減衰力特性を設定する手段と、検出した前後差圧に基づいて設定減衰力特性を付与するための制御弁の開口面積を演算する手段と、この開口面積となるように制御弁の開度をフィードバック制御する手段とを備え、前記減衰力特性の設定手段は、ピストン速度と減衰力との関係が、所定の減衰係数をもった複数の直線的減衰特性を合成した減衰力特性に設定してあることを特徴とする構造物の制振用減衰装置。In a damping device for vibration damping, in which a damper is interposed between a frame body of a structure and an earthquake-resistant element so as to attenuate the vibration of the structure, a double rod type cylinder enclosing a working fluid as the damper; A communication circuit that communicates with both cylinder chambers defined by the piston of the cylinder, a control valve that is interposed in the communication circuit and is configured separately from the cylinder, and detects pressures before and after the control valve Means for detecting the opening degree of the control valve, means for setting a damping force characteristic corresponding to the period of shaking of the structure, and control for imparting the set damping force characteristic based on the detected front-rear differential pressure Means for calculating the opening area of the valve, and means for feedback controlling the opening of the control valve so as to be the opening area, the damping force characteristic setting means, the relationship between the piston speed and the damping force, Predetermined damping coefficient Vibration damping damping device of a structure, characterized in that you have set a plurality of linear attenuation characteristic having the synthesized damping force characteristics.

前記減衰力特性の設定手段が、複数の直線的減衰特性を合成するのに、そのときのピストン速度に対していずれか小さい方の減衰力を選択する請求項１に記載の構造物の制振用減衰装置。The structure damping device according to claim 1 , wherein the damping force characteristic setting means selects a damping force which is smaller with respect to a piston speed at that time in order to synthesize a plurality of linear damping characteristics. Damping device.

前記制御弁開口面積の演算手段が、制御弁の前後差圧と開口面積とから求められる流量と、流量から求められるピストン速度と、ピストン速度と減衰係数から求められる減衰力とに基づき、この減衰力が設定減衰力となるように制御弁開口面積を算出する請求項１または２に記載の構造物の制振用減衰装置。The control valve opening area calculating means calculates the damping based on the flow rate obtained from the differential pressure across the control valve and the opening area, the piston speed obtained from the flow rate, and the damping force obtained from the piston speed and the damping coefficient. The damping device for damping a structure according to claim 1 or 2, wherein the control valve opening area is calculated so that the force becomes a set damping force.