JP4621364B2

JP4621364B2 - Variable damping device

Info

Publication number: JP4621364B2
Application number: JP2001020786A
Authority: JP
Inventors: 雅史山本; 元谷口; 義英内山; 昌宏菅田; 毅山田
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2021-01-29
Also published as: JP2002227925A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、建造物の応答制御に使用される可変減衰装置（またはダンパーと言う場合がある。）の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地震や風に対して建造物の揺れ（応答）を小さく抑える手段としては、（ａ）免震装置により建造物を支持させることにより、建造物への地震入力を低減する免震構造、
（ｂ）建造物の階と階との層間に減衰装置（ダンパー）を設置して建造物に減衰作用を付加し、応答を低減する制振構造、
（ｃ）付加重錘を、建造物の屋上部分へ、同建造物の固有周期に同調させて設置し建造物の応答を低減するマスダンパー（動吸振器ともいう。）、
等々の技術が知られ実施されている。
【０００３】
上記の各手段を成立させる必須の構成要素として、減衰装置（ダンパー）が存在する。具体的な減衰装置（ダンパー）としては、オイルダンパー、粘弾性ダンパー、鋼材系のダンパー、或いは粘性体ダンパーなど種々なダンパーが開発され実用に供されている。
【０００４】
従来、上記したような各ダンパーは、用途に応じ、特定の振動レベルに対して適応するように設計し使用されている。このため必然的に、異なる振動レベルに対しては減衰効果がないか、又はダンパー自体の許容変形を超えてしまうことが多い。例えば大地震時に減衰効果を発揮させる設計にすると、小地震や強風時には減衰効果を奏さない。逆に、小地震や強風時に減衰効果を発揮させる設計にすると、大地震時に減衰効果を奏さないか、最悪の場合には過大な応答によりダンパー自体が壊れてしまうことさえある。
【０００５】
そこで従来、ダンパー自身の減衰特性を建造物等の振動状態に応じて多段階に又は連続的に変えられる可変減衰装置も開発されている。例えば、
１．免震構造に関しては、Ａ．特開昭６３−１２５８３９号公報に開示された免震装置、或いはＢ．本出願人の特許第２７９４４１８号公報に記載した広域のアクティブ制御が可能な免震方法、更にはＣ．特許２８９９８４３号公報に記載された免震・防振制御方法の発明などが注目される。
２．制振構造に関しては、Ｄ．特許第２７２６６１０号公報に記載された制振構造物用ハイブリッド可変減衰装置や、Ｅ．特開平８−２６０７４６号公報に記載された構造物の制振用減衰装置の発明などが注目される。
３．マスダンパーに関しては、Ｆ．特開平６−１４６６５４号公報に記載された可変減衰マスダンパのほか、Ｇ．特開平７−２５９９１１号公報に記載された構造物の制振方法および制振装置、或いはＨ．特開平１０−１８４０９９号公報に記載された構造物の制震方法およびその装置の発明などが注目される。
４．その他、設置部位を特定しないダンパーとしては、Ｉ．特開平５−２６２８７号公報に記載された、磁性流体を用いた可変減衰装置の発明などが注目される。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
（Ｉ）従来の上記Ａ．Ｂ．Ｃ．Ｇ．の各公報に開示された可変減衰装置は、構造物の振動を測定するセンサーが必要である。また、上記Ｈ．の公報に開示された可変減衰装置は、具体的な既述こそ無いが、やはり構造物の振動を測定するセンサーの使用を前提としていることが明らかである。従って、建造物へのセンサーの設置、及びその信号配線の敷設が必要であり、作業が面倒で構造が複雑になる問題がある。
【０００７】
（II）上記Ｅ．及びＩ．の各公報に開示された可変減衰装置は、ピストン・シリンダ型を成すダンパー単体の閉じた系で制御を行うものであり、同ダンパーに発生する力を制御しようとするものである。そのため力センサーや圧力計のようなセンサーが設置されている。しかし、これらのセンサーによっては、ピストンの絶対位置の測定が不能であり、ピストンの絶対位置の如何に拘らず制御が行われるため、ピストンがドリフトした位置からの急激な振動に対しての抵抗力が小さい。その結果、変位がダンパーのストロークエンドに達してしまう危険性がある。また、別途にピストンの絶対位置を測定するための変位計を設置する場合には、センサーの数が多くなり、不経済になるという問題がある。
【０００８】
（III）上記Ｄ．の公報には、可変減衰装置と受動型制震装置とを組み合わせたハイブリッド可変減衰装置が開示され、Ｆ．の公報には印加する電圧により粘度が制御される電気粘性流体を用い、この電気粘性流体の粘度に応じた回転抵抗が可変減衰マスダンパーの減衰定数及び固有周期を変化させるものが記載されているにすぎない。
【０００９】
本発明の目的は、風等による小振幅から地震等による大振幅まで、それぞれの振幅に応じて最適な減衰効果を発揮するように減衰特性を適宜多段階に又は連続的に切り替えることが可能な可変減衰装置を提供することである。
【００１０】
本発明の次の目的は、構成が簡単で、しかも可変減衰の制御も簡単で、減衰特性の切替えに伴う高次モードの励起を小さくして、制御が急変しないようにした可変減衰装置を提供することである。
【００１１】
本発明の更なる目的は、免震構造のダンパーや、マスダンパーのダンパー、或いは構造物の層間に設置する制震構造のダンパーとしてそれぞれ広く使用することができる可変減衰装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る可変減衰装置は、
減衰指令値Ｃにしたがって抵抗値を多段階に又は連続的に変えられる可変減衰装置であって、
前記減衰指令値Ｃによる抵抗値の可変制御の手段として、当該減衰装置の変位量を計測する変位計が設置されており、前記変位計が計測した変位信号Ｘに基いて、演算装置７が先ず微分演算により速度Ｖを計算して求め、更に定数ωを用いた次式、
Ｉ＝√｛Ｘ^２＋（Ｖ／ω）^２｝
により指標Ｉが求められ、当該可変減衰装置の許容振幅に収まるように可変制御手段を制御するべく演算装置７へ非減少関数として予め設定した関数Ｆを用いた次式、
Ｃ＝Ｆ（Ｉ）
へ前記指標Ｉを代入し演算することによって減衰指令値Ｃが算出され、制御信号として同減衰指令値Ｃを可変制御手段へ入力し、可変減衰装置の抵抗値が多段階に又は連続的に制御されることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した可変減衰装置において、
可変減衰装置は、免震構造の減衰装置、マスダンパーの減衰装置、あるいは構造物の層間に設置される制振構造の減衰装置であることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載した可変減衰装置において、
可変減衰装置の変位量を計測する変位計１０は、ピストン・シリンダ型減衰装置のピストンストロークを計測することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１〜３に記載した発明に係る可変減衰装置の実施形態であって、ダンパー１に、ピストン・シリンダ型のオイルダンパーを採用した例を示している。ピストン・シリンダ型のオイルダンパー１は、ピストン２の前後の同一内径の油室３、４を連通管５で接続し、連通管５の途中位置に設置した電磁比例弁６の開度により抵抗値を適宜多段階に又は連続的に変える構成である。ピストン２の移動に伴う二つの油室３、４間でのオイルの移動に抵抗を与え、その流体抵抗により減衰力（抵抗値）を発揮させるものであり、前記電磁比例弁６の絞り量が、後述する演算装置７によって作られた制御信号（指令値Ｃ）にしたがって可変制御される。
【００１７】
但し、ダンパー１の構造形式、及び抵抗値の可変制御の手段は前記の限りではない。同じピストン・シリンダ型のオイルダンパー１であっても、例えば抵抗値が異なる複数のオイル経路を予め用意しておき、電磁切替え弁によりオイルが流れる経路を切り替えて、オイルが流れる抵抗値を変える方式なども同様に実施可能である。あるいはまた、磁性流体を用いたダンパーの場合には、磁性流体が流れる通路に与える磁力の強さを制御することによって抵抗値を可変とすることもできる。
【００１８】
図１の場合、演算装置７への入力として、オイルダンパー１のシリンダ８の左端部へ突き出したピストンロッド９の変位量（移動量＝ピストンストローク）を計測する変位計１０（ストローク計）が設置されている。但し、変位計１０としては、エンコーダ方式の変位計のほか、歪みゲージ式変位変換器、或いはレーザー変位計など一般に変位計として使用されているものを通常に採用することができる。
【００１９】
前記変位計１０が計測した変位量（変位信号Ｘ）を入力する演算装置７の構成は、図１に示すように、前記変位計１０から入力される変位信号Ｘを先ずローパスフィルター１１へ通してフィルター処理を行い、高次振動の影響を低減する。そして、前記の変位信号Ｘを基にして微分演算１２を行い、速度信号Ｖが計算によって求められる。但し、図１の実施形態では、変位信号Ｘに対してローパスフィルター処理を行っているが、建造物の振動変位には高次振動成分はさして多く含まれないので、変位信号Ｘにローパスフィルター処理を行わなくても、結果はさして変わらない。このとき速度信号を求めるために微分演算とローパスフィルター処理を同時に行うことも可能である。変位信号Ｘに直接処理を行わない場合でも、結果は変わらない。
【００２０】
上記のようにして得られた速度信号Ｖと前記の変位信号Ｘ、及び演算装置７へ予め入力しておいた定数値ωとを用いた次式、
［数１］
Ｉ＝√｛Ｘ^２＋（Ｖ／ω）^２｝
により計算して求めた指標Ｉ（ダンパーの状態量）が求められる。そして、前記指標Ｉに基いて、前記電磁比例弁６の絞り量を規定する減衰指令値Ｃが算出され、これが制御信号として電磁比例弁６の絞りが制御されるのである（以上、請求項１記載の発明）。
ここで、前記の定数値ωは、対象とする建造物の１次固有振動数を設定するものである。
【００２１】
前記のようにして求められる指標Ｉ（ダンパーの状態量）は、変位の次元を持つ値であり、建造物が１次固有振動数で定常振動しているときには、ほぼ一定の値になる。従って、前記の指標Ｉに基いてオイルダンパー１の抵抗値（減衰力）の制御を行えば、定常状態で安定した制御が行われるため、制御の切り替えが急激に行われることによる衝撃的なダンパー力（抵抗力）の発生を防ぐことができる。
【００２２】
前記指標Ｉ、即ちダンパー状態量から、電磁比例弁６の絞り量を規定する減衰指令値Ｃを算出するには、演算装置７へ予め設定した関数Ｆを用いる次式、
[数２]
Ｃ＝Ｆ（Ｉ）
へ上記の指標Ｉを代入する演算により算出する。関数Ｆは、図１中の演算装置７の最下段に例示したように、非減少関数として設定する。その理由は、オイルダンパー１の振幅が大きくなったとき（前記の指標Ｉが大きくなったとき）に、同ダンパーの許容振幅に収まるように電磁比例弁６を絞るようにするためである。
【００２３】
本発明の上記可変減衰装置の適用例を図２Ａ、Ｂ、Ｃに概念的に示した。
図２Ａは、建物２０を免震装置２１で支持させた免震構造の可変減衰装置２２として適用した例を示す。
図２Ｂは、建物２０の層間に制震構造の可変減衰装置２２として適用した例を示す。
図２Ｃは、建物２０の屋上に付加重錘２３を水平移動が可能に設置したマスダンパーの可変減衰装置として適用した例を示している。
【００２４】
次に、上記した本発明の可変減衰装置の作用効果について説明する。
本発明の作用効果を示すためにシュミレーション解析を行う。建物モデルとして、質量が５０００×１０^３ｋｇの免震建物を想定する。免震周期を５秒とし、本発明に係る可変減衰装置をダンパーとして適用する。
減衰定数ｈを、ｈ＝ｍｉｎ（０．０４×Ｉ＋０．２、０．７）と設定して切替えを行う。ここでいう数値Ｉは上記の数１の式で求めた指標である。上記の関数を図示すると、図３のようになる。
次に、ダンパーに過大な力（抵抗力）が発生しないように、３０００ｋＮでリリーフするものとして解析を行った。
【００２５】
入力する地震動として、ｅｌｃｅｎｔｒｏ波を使用した結果を、図４と図５に示す。横軸は入力地震動の大きさを示し、最大速度が５０cm／ｓのときを１と基準化して示している。図中での比較の為に減衰定数ｈ＝２０％およびｈ＝７０％の一定値であるときの結果も併せて示している。いずれも同様に、３０００ｋＮでリリーフするものとした。
【００２６】
図４及び図５によれば、本発明の可変減衰装置は、小振幅時には加速度がｈ＝２０％の結果と同等に小さく、大振幅時には変位がｈ＝７０％の結果と同等に小さく出来ることがわかる。
【００２７】
以上に説明したように、本発明の可変減衰装置は、抵抗値（減衰力）を適宜多段階にまたは連続的に切り替えることにより、小振幅時にはそれなりに適正な減衰作用により加速度を最大限度に抑える効果を発揮し、大振幅時には加速度が大きくなるけれども、ダンパーの変位量を最大限度に抑えることにより減衰装置の破壊を防ぐことができる。この作用効果は、図２Ｂのように建造物の層間にダンパーを設置する制振構造のダンパーとして、又は図２Ｃのようにマスダンパーのダンパーとして適用する場合に有効に利用できる。
【００２８】
特にマスダンパーは最適減衰量の設定が大切であることが知られているとおりで、本発明の可変減衰装置の上記減衰性能は極めて有効に利用できる。例えば建造物の有効質量に対するマスダンパーの付加重錘の質量が１％の場合、最適減衰量は約６％程度になる。このときは図６のような関数を用いて減衰定数ｈの制御を行えば、建造物が約２０cm以下のストロークで振動している間は通常の最適なチューンドマスダンパー（ＴＭＤ）としての効果を発揮する。前記２０cm以上のストロークで振動するときは、急激に減衰力が増大して付加重錘及びダンパーがストロークエンドへ衝突して壊れることを防ぐ。
【００２９】
請求項１〜３に記載した発明に係る可変減衰装置は、当該減衰装置の変位量のみを変位計で計測し、その変位信号Ｘに基づいて可変減衰装置の抵抗値を制御する構成なので、当該可変減衰装置自体が単体で完結した構成であり、建造物へ応答計測手段（センサー類）を設置したり、その計測信号を可変減衰装置の演算装置へ伝える配線等を設置する必要がない。
【００３０】
また、本発明は、前記の変位信号Ｘの変位量に基いて、上述した数１の式、Ｉ＝√｛Ｘ^２＋（Ｖ／ω）^２｝により算出した指標Ｉに基いて減衰装置の抵抗値を制御するが、同指標Ｉは定常状態でほぼ一定となり、同指標Ｉが適宜多段階に又は連続的に変化することにより、指標Ｉに基づいて算出された減衰指令値Ｃを制御信号とする減衰装置の抵抗値も同じく多段階に又は連続的に変化するから、小地震や強風時の減衰作用から、大地震時の減衰作用までを大いに期待でき、減衰特性の切替えに伴う高次モードの励起を小さくすることが可能であるほか、ダンパーのストロークエンドに達して壊れるといったような問題も無いのである。
即ち、風等による小振幅から地震等による大振幅まで、それぞれの振幅に応じて最適な減衰効果を発揮するように減衰特性を適宜多段階に又は連続的に切り替えることが可能な可変減衰装置を提供する。
【００３１】
また、構成が簡単で、しかも可変減衰の制御も簡単で、減衰特性の切替えに伴う高次モードの励起を小さくして、制御が急変しないようにした可変減衰装置を提供する。
【００３２】
更に、免震構造のダンパーや、マスダンパーのダンパー、或いは構造物の層間に設置する制震構造のダンパーとしてそれぞれ広く使用することができる可変減衰装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可変減衰装置のシステム構成図である。
【図２】Ａ〜Ｃは本発明の可変減衰装置の使用例を示す概念図である。
【図３】減衰定数を定める関数を表した図である。
【図４】応答加速度の解析結果を示す図である。
【図５】応答変位の解析結果を示す図である。
【図６】減衰定数を定める関数を表した図である。
【符号の説明】
１０変位計
Ｘ変位量（変位信号）
７演算装置
Ｖ速度
Ｉ指標
Ｃ減衰指令値
Ｆ関数[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of a variable damping device (or may be called a damper) used for response control of a building.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a means of suppressing the vibration (response) of a building to an earthquake or wind, (a) a seismic isolation structure that reduces earthquake input to the building by supporting the building with a seismic isolation device,
(B) A damping structure that installs a damping device (damper) between the floors of the building to add damping action to the building and reduce response;
(C) A mass damper (also referred to as a dynamic vibration absorber) that reduces the response of the building by installing an additional weight on the roof of the building in synchronization with the natural period of the building.
Etc. are known and implemented.
[0003]
A damping device (damper) exists as an indispensable component for establishing each of the above means. As specific damping devices (dampers), various dampers such as oil dampers, viscoelastic dampers, steel dampers, or viscous dampers have been developed and put into practical use.
[0004]
Conventionally, each of the above-described dampers is designed and used so as to adapt to a specific vibration level depending on the application. For this reason, there is inevitably no damping effect for different vibration levels or the allowable deformation of the damper itself is often exceeded. For example, if it is designed to exhibit a damping effect during a large earthquake, it will not have a damping effect during small earthquakes or strong winds. Conversely, if the design is designed to exhibit a damping effect during small earthquakes or strong winds, the damping effect may not be achieved during a large earthquake, or in the worst case, the damper itself may even be damaged due to an excessive response.
[0005]
Therefore, conventionally, a variable damping device has been developed in which the damping characteristic of the damper itself can be changed in multiple steps or continuously according to the vibration state of a building or the like. For example,
1. Regarding the seismic isolation structure, The seismic isolation device disclosed in JP-A-63-125839, or B.I. A seismic isolation method capable of active control over a wide area described in Japanese Patent No. 2794418 of the present applicant. The invention of the seismic isolation / anti-vibration control method described in Japanese Patent No. 2899843 attracts attention.
2. Regarding the damping structure, see D.C. A hybrid variable damping device for a damping structure described in Japanese Patent No. 2726610; The invention of a damping device for damping a structure described in JP-A-8-260746 is noted.
3. Regarding mass dampers, see F.A. In addition to the variable damping mass damper described in JP-A-6-146654, G. Japanese Patent Laid-Open No. 7-259911, a structure damping method and damping device for a structure, Attention is paid to the structure damping method and the invention of the apparatus described in JP-A-10-184099.
4). Other dampers that do not specify the installation site include: The invention of a variable damping device using a magnetic fluid described in JP-A-5-26287 is attracting attention.
[0006]
[Problems to be solved by the present invention]
(I) Conventional A. above. B. C. G. The variable damping device disclosed in each of the above publications requires a sensor for measuring the vibration of the structure. In addition, the above H.P. Variable damping device disclosed in JP, although what no concrete above, it is clear that the assumption of still use the sensor for measuring the vibration of the structure. Therefore, it is necessary to install the sensor in the building and to lay the signal wiring thereof, and there is a problem that the work is troublesome and the structure becomes complicated.
[0007]
(II) And I. The variable damping device disclosed in each of the above publications is controlled by a closed system of a single damper of the piston / cylinder type, and is intended to control the force generated in the damper. For this reason, sensors such as force sensors and pressure gauges are installed. However, since these sensors cannot measure the absolute position of the piston and control is performed regardless of the absolute position of the piston, the resistance to sudden vibration from the position where the piston drifts Is small. As a result, there is a risk that the displacement reaches the stroke end of the damper. In addition, when a displacement meter for measuring the absolute position of the piston is separately installed, there is a problem that the number of sensors increases, which is uneconomical.
[0008]
(III) D. above. Discloses a hybrid variable damping device in which a variable damping device and a passive vibration control device are combined. In this publication, an electrorheological fluid whose viscosity is controlled by an applied voltage is used, and a rotational resistance corresponding to the viscosity of the electrorheological fluid changes the damping constant and the natural period of the variable damping mass damper. Only.
[0009]
The object of the present invention is to switch the attenuation characteristics appropriately in multiple stages or continuously so as to exhibit an optimum attenuation effect according to each amplitude from a small amplitude due to wind or the like to a large amplitude due to an earthquake or the like. A variable damping device is provided.
[0010]
The next object of the present invention is to provide a variable attenuation device that has a simple configuration and that can easily control variable attenuation, and that suppresses high-order mode excitation accompanying switching of attenuation characteristics so that control does not change suddenly. It is to be.
[0011]
A further object of the present invention is to provide a variable damping device that can be widely used as a damper of a base isolation structure, a damper of a mass damper, or a damper of a damping structure installed between layers of a structure. .
[0012]
[Means for Solving the Problems]
As a means for solving the above-mentioned problem, a variable attenuation device according to the invention described in claim 1 is:
The thus resistance to attenuation command value C a variable damping device or is continuously changed in multiple stages,
As means for variably controlling the resistance value by the attenuation command value C, a displacement meter for measuring the displacement amount of the attenuation device is installed, and based on the displacement signal X measured by the displacement meter, the arithmetic device 7 first operates. determined by calculating the velocity V by the differential operation, the following equation further with constant omega,
I = √ {X ² + (V / ω) ² }
The index I is obtained by the following equation using a function F preset as a non-decreasing function to the arithmetic unit 7 to control the variable control means so as to be within the allowable amplitude of the variable attenuator:
C = F (I)
The attenuation command value C by substituting the index I is calculated is calculated, control of the same attenuation command value C input to the variable control means as a control signal, the resistance value of the variable attenuator is a multi-step or continuously to It is controlled.
[0014]
The invention according to claim 2 is the variable attenuating device according to claim 1 ,
The variable damping device is a seismic isolation structure damping device, a mass damper damping device, or a damping structure damping device installed between layers of a structure.
[0015]
A third aspect of the present invention provides the variable damping device according to the first aspect,
The displacement meter 10 that measures the amount of displacement of the variable damping device measures the piston stroke of the piston / cylinder type damping device.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an embodiment of a variable damping device according to the first to third aspects of the present invention, and shows an example in which a piston / cylinder type oil damper is adopted as the damper 1. The piston / cylinder type oil damper 1 has oil chambers 3 and 4 having the same inner diameter before and after the piston 2 connected by a communication pipe 5, and has a resistance value depending on the degree of opening of an electromagnetic proportional valve 6 installed in the middle of the communication pipe 5 Is appropriately changed in multiple stages or continuously. A resistance is given to the movement of the oil between the two oil chambers 3 and 4 accompanying the movement of the piston 2, and a damping force (resistance value) is exhibited by the fluid resistance. The variable control is performed in accordance with a control signal (command value C) generated by the arithmetic unit 7 described later.
[0017]
However, the structure type of the damper 1 and the means for variable control of the resistance value are not limited to the above. Even with the same piston / cylinder type oil damper 1, for example, a plurality of oil paths having different resistance values are prepared in advance, and the path through which the oil flows is switched by an electromagnetic switching valve to change the resistance value through which the oil flows. Etc. can be similarly implemented. Alternatively, in the case of a damper using a magnetic fluid, the resistance value can be made variable by controlling the strength of the magnetic force applied to the passage through which the magnetic fluid flows.
[0018]
In the case of FIG. 1, a displacement meter 10 (stroke meter) that measures the displacement amount (movement amount = piston stroke) of the piston rod 9 protruding to the left end portion of the cylinder 8 of the oil damper 1 is installed as an input to the arithmetic unit 7. that has been. However, as the displacement meter 10, in addition to the encoder-type displacement meter, a strain gauge-type displacement transducer, a laser displacement meter, or the like that is generally used as a displacement meter can be normally employed.
[0019]
As shown in FIG. 1, the configuration of the arithmetic unit 7 that inputs the displacement amount (displacement signal X) measured by the displacement meter 10 is such that the displacement signal X input from the displacement meter 10 is first passed through the low-pass filter 11. Filter to reduce the effects of higher-order vibrations. Then, the differential operation 12 is performed based on the displacement signal X, and the speed signal V is obtained by calculation. However, in the embodiment of FIG. 1, the low-pass filter processing is performed on the displacement signal X. However, since the high-order vibration component is not included in the vibration displacement of the building, the low-pass filter processing is performed on the displacement signal X. Even if you don't, the results will not change. At this time, in order to obtain the speed signal, the differential operation and the low-pass filter processing can be simultaneously performed. Even when the displacement signal X is not directly processed, the result does not change.
[0020]
The following equation using the velocity signal V obtained as described above, the displacement signal X, and the constant value ω input in advance to the arithmetic unit 7;
[Equation 1]
I = √ {X ² + (V / ω) ² }
The index I (damper state quantity) calculated by the above is obtained. Based on the index I, an attenuation command value C that defines the throttle amount of the electromagnetic proportional valve 6 is calculated, and this controls the throttle of the electromagnetic proportional valve 6 as a control signal. Described invention).
Here, the constant value ω sets the primary natural frequency of the target building.
[0021]
The index I (damper state quantity) obtained as described above is a value having a dimension of displacement, and is a substantially constant value when the building is steadily oscillating at the primary natural frequency. Therefore, if the resistance value (damping force) of the oil damper 1 is controlled on the basis of the index I, stable control is performed in a steady state. Therefore, a shocking damper due to abrupt switching of control. Generation of force (resistance force) can be prevented.
[0022]
In order to calculate the damping command value C that defines the throttle amount of the electromagnetic proportional valve 6 from the index I, that is, the damper state quantity, the following equation using a function F set in advance in the arithmetic unit 7 :
[Equation 2]
C = F (I)
Is calculated by substituting the above-mentioned index I. The function F is set as a non-decreasing function as illustrated at the bottom of the arithmetic unit 7 in FIG. The reason is that when the amplitude of the oil damper 1 is increased (when the index I is increased), the electromagnetic proportional valve 6 is throttled so as to be within the allowable amplitude of the damper.
[0023]
An application example of the variable attenuation device of the present invention is conceptually shown in FIGS.
FIG. 2A shows an example in which the building 20 is applied as a variable damping device 22 having a base isolation structure in which the base isolation device 21 supports the building 20.
FIG. 2B shows an example in which the variable damping device 22 having a damping structure is applied between layers of the building 20.
Figure 2C that shows an example of applying the additional weight 23 on the roof of a building 20 as a variable damping device for mass damper that can be installed in a horizontal movement.
[0024]
Next, the function and effect of the above-described variable damping device of the present invention will be described.
Simulation analysis is performed in order to show the effects of the present invention. As a building model, mass is 5000 × 10 ³ kg A base-isolated building is assumed. The seismic isolation period is 5 seconds, and the variable damping device according to the present invention is applied as a damper.
Switching is performed by setting the attenuation constant h to h = min (0.04 × I + 0.2, 0.7). The numerical value I here is an index obtained by the above equation (1). The above function is illustrated in FIG.
Next, the analysis was performed on the assumption that relief was performed at 3000 kN so that an excessive force (resistance force) was not generated in the damper.
[0025]
The results of using elcentro waves as the input earthquake motion are shown in FIGS. The horizontal axis shows the magnitude of the input seismic motion, and shows the case where the maximum speed is 50 cm / s, normalized to 1. For comparison in the figure, the results when the damping constants are constant values h = 20% and h = 70% are also shown. In any case, the relief was performed at 3000 kN.
[0026]
According to FIGS. 4 and 5, the variable damping device of the present invention can reduce the acceleration as small as the result of h = 20% at a small amplitude, and the displacement as small as the result of h = 70% at a large amplitude. I understand.
[0027]
As described above, the variable damping device according to the present invention suppresses the acceleration to the maximum extent by appropriately damping action at a small amplitude by appropriately switching the resistance value (damping force) in multiple steps or continuously. Although the effect is exerted and the acceleration increases at a large amplitude, the damper can be prevented from being destroyed by suppressing the amount of displacement of the damper to the maximum extent. This function and effect can be effectively used when applied as a damper of a damping structure in which a damper is installed between layers of a building as shown in FIG. 2B or as a damper of a mass damper as shown in FIG. 2C.
[0028]
In particular, it is known that the optimum damping amount is important for the mass damper, and the above damping performance of the variable damping device of the present invention can be used very effectively. For example, when the mass of the additional weight of the mass damper with respect to the effective mass of the building is 1%, the optimum attenuation amount is about 6%. In this case, if the damping constant h is controlled using a function as shown in FIG. 6, the effect as a normal optimum tuned mass damper (TMD) can be obtained while the building vibrates with a stroke of about 20 cm or less. Demonstrate. When vibrating with a stroke of 20 cm or more, the damping force is suddenly increased to prevent the additional weight and the damper from colliding with the stroke end and being broken.
[0029]
Since the variable attenuation device according to the invention described in claims 1 to 3 is configured to measure only the displacement amount of the attenuation device with a displacement meter and control the resistance value of the variable attenuation device based on the displacement signal X, The variable attenuator itself is a complete structure, and it is not necessary to install response measuring means (sensors) in the building or to install wiring or the like for transmitting the measurement signal to the arithmetic unit of the variable attenuator.
[0030]
Further, according to the present invention, based on the displacement amount of the displacement signal X, the attenuation device is based on the index I calculated by the above-described equation (1), I = √ {X ² + (V / ω) ² } . Although the resistance value is controlled, the index I becomes substantially constant in a steady state, and the index I is appropriately changed in multiple stages or continuously, whereby the attenuation command value C calculated based on the index I is used as a control signal. The resistance value of the damping device is also changed in multiple steps or continuously, so it can be greatly expected from the damping action at the time of a small earthquake or strong wind to the damping action at the time of a big earthquake. In addition to reducing the mode excitation, there is no problem of breaking when reaching the stroke end of the damper.
That is, a variable attenuation device capable of appropriately switching the attenuation characteristics in multiple stages or continuously so as to exhibit an optimum attenuation effect according to each amplitude from a small amplitude due to wind or the like to a large amplitude due to an earthquake or the like. provide.
[0031]
In addition, a variable attenuation device that has a simple configuration and that can easily control variable attenuation, reduces excitation of a higher-order mode that accompanies switching of attenuation characteristics, and prevents control from changing suddenly is provided.
[0032]
Furthermore, the present invention provides a variable damping device that can be widely used as a seismic isolation damper, a mass damper damper, or a damping damper installed between layers of a structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a variable attenuation device according to the present invention.
FIGS. 2A to 2C are conceptual views showing examples of use of the variable attenuation device of the present invention. FIGS.
FIG. 3 is a diagram showing a function for determining an attenuation constant.
FIG. 4 is a diagram showing an analysis result of response acceleration.
FIG. 5 is a diagram showing an analysis result of response displacement.
FIG. 6 is a diagram showing a function for determining an attenuation constant.
[Explanation of symbols]
10 Displacement meter X Displacement (displacement signal)
7 Arithmetic unit V Speed I Index C Decay command value F Function

Claims

減衰指令値Ｃにしたがって抵抗値を多段階に又は連続的に変えられる可変減衰装置であって、
前記減衰指令値Ｃによる抵抗値の可変制御の手段として、当該減衰装置の変位量を計測する変位計が設置されており、前記変位計が計測した変位信号Ｘに基いて、演算装置が先ず微分演算により速度Ｖを計算して求め、更に定数ωを用いた次式、
Ｉ＝√｛Ｘ^２＋（Ｖ／ω）^２｝
により指標Ｉが求められ、当該可変減衰装置の許容振幅に収まるように可変制御手段を制御するべく演算装置へ非減少関数として予め設定した関数Ｆを用いた次式、
Ｃ＝Ｆ（Ｉ）
へ前記指標Ｉを代入し演算することによって減衰指令値Ｃが算出され、制御信号として同減衰指令値Ｃを可変制御手段へ入力し、可変減衰装置の抵抗値が多段階に又は連続的に制御されることを特徴とする、可変減衰装置。The thus resistance to attenuation command value C a variable damping device or is continuously changed in multiple stages,
As means for variably controlling the resistance value by the attenuation command value C, a displacement meter for measuring the displacement amount of the attenuation device is installed, and based on the displacement signal X measured by the displacement meter, the arithmetic device first differentiates. operation determined by calculating the speed V by the following equation further with constant omega,
I = √ {X ² + (V / ω) ² }
The index I is obtained by the following equation using a function F preset as a non-decreasing function to the arithmetic unit to control the variable control means so as to be within the allowable amplitude of the variable attenuation device:
C = F (I)
The attenuation command value C by substituting the index I is calculated is calculated, control of the same attenuation command value C input to the variable control means as a control signal, the resistance value of the variable attenuator is a multi-step or continuously to A variable damping device, characterized in that it is controlled.

可変減衰装置は、免震構造の減衰装置、マスダンパーの減衰装置、あるいは構造物の層間に設置される制振構造の減衰装置であることを特徴とする、請求項１に記載した可変減衰装置。Variable damping device, the damping device of the seismic isolation structure, characterized in that it is a damping device damping structure installed between the layers of the damping device, or structure of the mass damper, a variable damping device according to claim 1 .

可変減衰装置の変位量を計測する変位計は、ピストン・シリンダ型減衰装置のピストンストロークを計測することを特徴とする、請求項１に記載した可変減衰装置。 2. The variable damping device according to claim 1, wherein the displacement meter for measuring a displacement amount of the variable damping device measures a piston stroke of the piston / cylinder type damping device.