JP6824585B2 - Vibration suppression device for structures - Google Patents
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Description
本発明は、構造物を含む系内の所定の第1部位及び第2部位に連結され、構造物の振動を抑制するための構造物の振動抑制装置に関する。 The present invention relates to a structure vibration suppressing device that is connected to predetermined first and second parts in a system including a structure to suppress the vibration of the structure.
従来、この種の構造物の振動抑制装置として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。この振動抑制装置は、高層の建築物に適用されたものであり、回転マスを有する回転慣性質量ダンパと、建築物の頂部に一体に設けられた剛性部材と、建築物の周囲に立設された軸力部材を備えている。軸力部材は、建築物の頂部から下端部にわたって上下方向に延びており、比較的長い。回転慣性質量ダンパは、剛性部材及び軸力部材に連結されており、軸力部材とともに付加振動系を構成している。
Conventionally, as a vibration suppression device for this type of structure, for example, one disclosed in
上述した構成の従来の振動抑制装置では、建築物の1次モードの振動に伴う曲げ変形(変位)は、剛性部材及び軸力部材を介して回転慣性質量ダンパに伝達される。これにより、回転慣性質量ダンパの回転マスが回転することによって、回転マスの回転慣性質量による比較的大きな慣性力が、回転慣性質量ダンパの反力として発生し、建築物の振動が抑制される。 In the conventional vibration suppression device having the above-described configuration, the bending deformation (displacement) accompanying the vibration of the primary mode of the building is transmitted to the rotational inertia mass damper via the rigid member and the axial force member. As a result, the rotating mass of the rotating inertial mass damper rotates, so that a relatively large inertial force due to the rotating inertial mass of the rotating mass is generated as a reaction force of the rotating inertial mass damper, and the vibration of the building is suppressed.
上述した従来の振動抑制装置の構成から明らかなように、構造物の振動に伴って発生した回転慣性質量ダンパの反力は、軸力部材に対して、圧縮方向及び引張方向に繰り返し作用する。この圧縮方向に作用する反力によって、軸力部材が座屈する場合があり、その場合には、構造物の振動を適切に抑制できなくなってしまう。このような不具合は、上述したように軸力部材が比較的長い場合に特に顕著になる。 As is clear from the configuration of the conventional vibration suppression device described above, the reaction force of the rotational inertia mass damper generated by the vibration of the structure repeatedly acts on the axial force member in the compression direction and the tension direction. The reaction force acting in the compression direction may cause the axial force member to buckle, and in that case, the vibration of the structure cannot be appropriately suppressed. Such a defect becomes particularly remarkable when the axial force member is relatively long as described above.
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、構造物の振動により回転慣性質量ダンパが収縮するときに、その回転マスの回転慣性質量による反力を低減することによって、連結部材が座屈するのを防止でき、ひいては、構造物の振動を適切に抑制することができる構造物の振動抑制装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and by reducing the reaction force due to the rotational inertial mass of the rotating mass when the rotational inertial mass damper contracts due to the vibration of the structure. An object of the present invention is to provide a structure vibration suppressing device capable of preventing the connecting member from buckling and, by extension, appropriately suppressing the vibration of the structure.
上記の目的を達成するために、請求項1に係る発明は、回転慣性質量ダンパ及び連結部材を備え、構造物を含む系内の所定の第1部位及び第2部位に連結され、構造物の振動を抑制するための構造物の振動抑制装置であって、回転慣性質量ダンパは、作動流体が充填され、第1部位に連結されるシリンダと、シリンダ内に軸線方向に摺動自在に設けられ、シリンダ内を第1流体室と第2流体室に区画するピストンと、ピストンに連結され、第2流体室を介して、シリンダから軸線方向の外方に延びるとともに、第2部位に連結されるピストンロッドと、を備え、連結部材は、第1部位とシリンダの間、及び、第2部位とピストンロッドの間の少なくとも一方に直列に設けられ、シリンダの軸線方向に延びており、回転慣性質量ダンパはさらに、ピストンをバイパスし、第1及び第2流体室に連通するとともに、作動流体が充填された第1連通路と、回転自在の回転マスと、第1連通路内の作動流体の流動を回転マスの回転運動に変換する流動変換機構と、第1連通路と並列に設けられ、第1及び第2流体室に連通するとともに、作動流体が充填された第2連通路と、第1連通路に設けられ、第2流体室から第1連通路への作動流体の流動を許容するとともに、第1流体室から第1連通路への作動流体の流動を制限する第1連通路用バルブ、及び、第2連通路に設けられ、ピストンが第1流体室側に摺動するときに第1流体室から第2連通路への作動流体の流動を常に許容するとともに、ピストンが第2流体室側に摺動するときに第2流体室から第2連通路への作動流体の流動を常に制限する第2連通路用バルブの少なくとも一方と、を備え、構造物の振動により回転慣性質量ダンパが収縮するときに、回転マスの回転慣性質量による回転慣性質量ダンパの反力は、シリンダ内のピストンのストローク全体にわたり、回転慣性質量ダンパが伸長するときの反力に比べて小さくなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
この構成によれば、構造物を含む系内の第1部位と、第1部位に連結される回転慣性質量ダンパのシリンダとの間、及び、構造物を含む系内の第2部位と、第2部位に連結される回転慣性質量ダンパのピストンロッドとの間の少なくとも一方に、シリンダの軸線方向に延びる連結部材が、直列に設けられる。構造物の振動による第1部位と第2部位の間の相対変位は、連結部材を介してシリンダ及びピストンロッドに伝達され、それにより、ピストンロッドに連結されたピストンが、シリンダ内を摺動する。 According to this configuration, between the first part in the system including the structure and the cylinder of the rotary inertia mass damper connected to the first part, and the second part in the system including the structure, and the second part. A connecting member extending in the axial direction of the cylinder is provided in series with at least one of the piston rods of the rotary inertial mass damper connected to the two portions. The relative displacement between the first part and the second part due to the vibration of the structure is transmitted to the cylinder and the piston rod via the connecting member, whereby the piston connected to the piston rod slides in the cylinder. ..
また、振動抑制装置では、第1連通路用バルブを備えるとともに、第2連通路用バルブを備えていない場合(以下、この場合の振動抑制装置を「第1振動抑制装置」という)には、構造物の振動が入力されることによりピストンがシリンダ内を摺動し、第2流体室側に移動すると、第2流体室内の作動流体がピストンで第1及び第2連通路側に押圧されることによって、第1及び第2連通路内に第1流体室側への作動流体の流動が生じる。第1連通路内の作動流体の流動は、流動変換機構により回転マスの回転運動に変換され、それにより回転マスが回転することによって、回転マスの回転慣性質量による反力が発生する。 Further, when the vibration suppression device is provided with the valve for the first communication passage and is not provided with the valve for the second communication passage (hereinafter, the vibration suppression device in this case is referred to as the "first vibration suppression device"). When the piston slides in the cylinder due to the vibration of the structure and moves to the second fluid chamber side, the working fluid in the second fluid chamber is pressed by the piston toward the first and second passages. As a result, the flow of the working fluid toward the first fluid chamber side is generated in the first and second communication passages. The flow of the working fluid in the first continuous passage is converted into the rotational motion of the rotating mass by the flow conversion mechanism, and the rotating mass is rotated by this, so that a reaction force due to the rotational inertial mass of the rotating mass is generated.
一方、ピストンが第1流体室側に移動すると、第1流体室内の作動流体がピストンで第1及び第2連通路側に押圧されるものの、第1流体室から第1連通路への作動流体の流動は、第1連通路用バルブで制限され、第2連通路内に第2流体室側への作動流体の流動が生じる。このように第1連通路用バルブで作動流体の流動が制限されることにより、上述したピストンが第2流体室側に移動する場合と比較して、回転マスの回転量が小さくなり、その回転慣性質量による反力が小さくなる。 On the other hand, when the piston moves to the first fluid chamber side, the working fluid in the first fluid chamber is pressed toward the first and second passages by the piston, but the working fluid from the first fluid chamber to the first passage. The flow of the working fluid is limited by the valve for the first communication passage, and the flow of the working fluid to the second fluid chamber side occurs in the second communication passage. By limiting the flow of the working fluid by the valve for the first communication passage in this way, the amount of rotation of the rotating mass becomes smaller as compared with the case where the piston moves to the second fluid chamber side, and the rotation thereof. The reaction force due to the inertial mass becomes small.
また、第2連通路用バルブを備えるとともに、第1連通路用バルブを備えていない場合(以下、この場合の振動抑制装置を「第2振動抑制装置」という)には、ピストンがシリンダ内を摺動し、第1流体室側に移動すると、ピストンによる第1及び第2連通路側への第1流体室内の作動流体の押圧によって、第1及び第2連通路内に第2流体室側への作動流体の流動が生じる。また、第1連通路内の作動流体の流動が流動変換機構で回転マスの回転運動に変換されることによって、回転マスの回転慣性質量による反力が発生する。 Further, when the valve for the second continuous passage is provided and the valve for the first continuous passage is not provided (hereinafter, the vibration suppression device in this case is referred to as the "second vibration suppression device"), the piston moves inside the cylinder. When it slides and moves to the first fluid chamber side, the piston presses the working fluid in the first fluid chamber toward the first and second passages, so that the second fluid chamber side is inside the first and second passages. Flow of working fluid to. Further, the flow of the working fluid in the first continuous passage is converted into the rotational motion of the rotating mass by the flow conversion mechanism, so that a reaction force is generated by the rotational inertial mass of the rotating mass.
一方、ピストンが第2流体室側に移動すると、第2流体室内の作動流体がピストンで第1及び第2連通路側に押圧されるものの、第2流体室から第2連通路への作動流体の流動は、第2連通路用バルブで制限され、第1連通路内に第1流体室側への作動流体の流動が生じる。このように第2連通路用バルブで作動流体の流動が制限されることにより、上述したピストンが第1流体室側に移動する場合と比較して、第1連通路内を流動する作動流体の流量が大きくなり、それにより回転マスの回転慣性質量による反力が大きくなる。 On the other hand, when the piston moves to the second fluid chamber side, the working fluid in the second fluid chamber is pressed toward the first and second passages by the piston, but the working fluid from the second fluid chamber to the second passage. The flow of the working fluid is limited by the valve for the second communication passage, and the flow of the working fluid toward the first fluid chamber side occurs in the first communication passage. By limiting the flow of the working fluid by the valve for the second passage in this way, the working fluid flowing in the first passage is compared with the case where the piston moves to the first fluid chamber side. The flow rate increases, which increases the reaction force due to the rotational inertial mass of the rotating mass.
さらに、第1及び第2連通路用バルブの両方を備える場合(以下、この場合の振動抑制装置を「第3振動抑制装置」という)には、ピストンが第1流体室側に移動すると、第1流体室から第1連通路への作動流体の流動が第1連通路用バルブで制限され、第2連通路内に第2流体室側への作動流体の流動が生じる。一方、ピストンが第2流体室側に移動すると、第2流体室から第2連通路への作動流体の流動が第2連通路用バルブで制限され、第1連通路内に第1流体室側への作動流体の流動が生じる。以上の結果、第3振動抑制装置において、ピストンが第1流体室側に移動したときには、第2流体室側に移動したときと比較して、回転マスの回転慣性質量は小さくなる。 Further, when both the first and second passage valves are provided (hereinafter, the vibration suppression device in this case is referred to as a "third vibration suppression device"), when the piston moves to the first fluid chamber side, the first The flow of the working fluid from the 1 fluid chamber to the 1st communication passage is restricted by the valve for the 1st communication passage, and the flow of the working fluid to the 2nd fluid chamber side is generated in the 2nd communication passage. On the other hand, when the piston moves to the second fluid chamber side, the flow of the working fluid from the second fluid chamber to the second passage is restricted by the valve for the second passage, and the first fluid chamber side is inside the first passage. Flow of working fluid to. As a result, in the third vibration suppression device, when the piston moves to the first fluid chamber side, the rotational inertia mass of the rotating mass becomes smaller than when it moves to the second fluid chamber side.
ここで、上述した第1〜第3振動抑制装置のいずれにおいても、第1及び第2連通路内を作動流体が流動するのに伴って、作動流体の粘性抵抗による反力が発生する。第1振動抑制装置では、粘性抵抗による反力が回転マスの回転慣性質量による反力に比べて十分に小さい値に設定されていることが、前提となっている。 Here, in any of the first to third vibration suppression devices described above, a reaction force due to the viscous resistance of the working fluid is generated as the working fluid flows in the first and second communication passages. In the first vibration suppression device, it is premised that the reaction force due to the viscous resistance is set to a value sufficiently smaller than the reaction force due to the rotational inertial mass of the rotating mass.
以上のように、第1〜第3振動抑制装置のいずれについても、ピストンが第1流体室側に移動するとき、すなわち、構造物の振動により回転慣性質量ダンパが収縮するときに、伸長するときと比較して、回転マスの回転慣性質量による回転慣性質量ダンパの反力が小さくなり、低減される。また、連結部材が前述したように設けられているため、回転慣性質量ダンパが収縮するときには、構造物の振動に伴って発生した回転慣性質量ダンパの反力が、連結部材に圧縮力として作用する。以上より、構造物の振動中、連結部材が座屈するのを防止でき、ひいては、構造物の振動を適切に抑制することができる。 As described above, when the piston moves to the first fluid chamber side, that is, when the rotational inertia mass damper contracts due to the vibration of the structure, all of the first to third vibration suppression devices extend. The reaction force of the rotary inertial mass damper due to the rotary inertial mass of the rotary mass becomes smaller and reduced as compared with the above. Further, since the connecting member is provided as described above, when the rotary inertial mass damper contracts, the reaction force of the rotary inertial mass damper generated by the vibration of the structure acts as a compressive force on the connecting member. .. From the above, it is possible to prevent the connecting member from buckling during the vibration of the structure, and it is possible to appropriately suppress the vibration of the structure.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の構造物の振動抑制装置において、第1及び第2連通路用バルブの少なくとも一方は、逆止弁で構成されていることを特徴とする。
The invention according to
この構成によれば、第1及び第2連通路用バルブの少なくとも一方が、逆止弁で構成されている。このため、第1連通路用バルブを備える場合には、第1連通路用バルブによって、第2流体室から第1連通路への作動流体の流動が許容されるとともに、第1流体室から第1連通路への作動流体の流動が阻止される。また、第2連通路用バルブを備える場合には、第2連通路用バルブによって、第1流体室から第2連通路への作動流体の流動が許容されるとともに、第2流体室から第2連通路への作動流体の流動が阻止される。以上により、構造物の振動により回転慣性質量ダンパが収縮するときに、回転マスの回転慣性質量による反力をほとんど発生させないようにすることができるので、上述した請求項1に係る発明による効果を有効に得ることができる。
According to this configuration, at least one of the first and second passage valves is composed of a check valve. Therefore, when the valve for the first passage is provided, the valve for the first passage allows the flow of the working fluid from the second fluid chamber to the first passage, and the flow from the first fluid chamber to the first passage is allowed. The flow of the working fluid into the single passage is blocked. Further, when the valve for the second passage is provided, the valve for the second passage allows the flow of the working fluid from the first fluid chamber to the second passage, and the flow from the second fluid chamber to the second passage is allowed. The flow of working fluid into the communication passage is blocked. As described above, when the rotary inertial mass damper contracts due to the vibration of the structure, the reaction force due to the rotary inertial mass of the rotary mass can be hardly generated. Therefore, the effect of the invention according to
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施形態による振動抑制装置を、これを適用した構造物Bとともに概略的に示している。構造物Bは、例えば、居住用又は商用の高層のビルであり、基礎Fに立設されている。ここで、基礎Fは、構造物の基礎に限らず、地下構造物などでもよい。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a vibration suppression device according to a first embodiment of the present invention together with a structure B to which the device B is applied. The structure B is, for example, a residential or commercial high-rise building, and is erected on the foundation F. Here, the foundation F is not limited to the foundation of the structure, and may be an underground structure or the like.
図1に示すように、振動抑制装置は、構造物Bを中心として水平方向に互いに対称に配置された複数の振動抑制装置ADで構成されており、各振動抑制装置ADは、構造物Bの外周に配置された回転慣性質量ダンパ1と、構造物Bに沿って上下方向に延びる連結部材31を備えている。図2及び図3に示すように、回転慣性質量ダンパ1は、シリンダ2と、シリンダ2内に軸線方向に摺動自在に設けられたピストン3と、ピストン3と一体のピストンロッド4と、シリンダ2に接続された第1連通路5及び第2連通路6を備えている。なお、図2では便宜上、第1及び第2連通路5、6などの一部の構成要素の図示を省略している。
As shown in FIG. 1, the vibration suppression device is composed of a plurality of vibration suppression devices AD arranged symmetrically with each other in the horizontal direction about the structure B, and each vibration suppression device AD is a structure B. It includes a rotary inertial
シリンダ2は、円筒状の周壁2aと、周壁2aの軸線方向の両端部にそれぞれ設けられた円板状の第1端壁2b及び第2端壁2cを、一体に有している。これらの周壁2a、第1及び第2端壁2b、2cで画成された空間は、ピストン3によって第1流体室2dと第2流体室2eに区画されている。第1及び第2流体室2d、2eには、作動流体HFが充填されており、作動流体HFは、粘性を有する適当な流体、例えばシリコンオイルで構成されている。
The
また、シリンダ2の第1端壁2bには、軸線方向に外方に突出する凸部2fが同心状に一体に設けられている。凸部2fの内側には、ピストンロッド4を部分的に収容するための空間が形成されており、凸部2fの第1端壁2bと反対側の端部には、自在継手を介して、第1取付具FL1が設けられている。さらに、上記の第1及び第2端壁2b、2cの中心には、ロッド案内孔2g、2hがそれぞれ形成されている。ピストンロッド4は、シリンダ2内に軸線方向に延び、その軸線方向の中央部がピストン3に一体に連結されており、ロッド案内孔2g、2hにシールを介して液密に挿入されている。また、ピストンロッド4の一端部は、凸部2f内の空間に収容され、ピストンロッド4の凸部2fと反対側の部分は、第2端壁2cから外方に延びており、ピストンロッド4の他端部には、自在継手を介して、第2取付具FL2が設けられている。
Further, the
また、ピストン3の外周面は、シールを介して、シリンダ2の周壁2aの内周面に液密に接しており、ピストン3の径方向の外端部には、軸線方向に貫通する複数の第1連通孔3a及び第2連通孔3b(それぞれ1つのみ図示)が形成されている。第1及び第2連通孔3a、3bの各々は、第1及び第2流体室2d、2eに連通しており、第1連通孔3aには第1リリーフ弁11が、第2連通孔3bには第2リリーフ弁12が、それぞれ設けられている。
Further, the outer peripheral surface of the
第1リリーフ弁11は、いわゆる常閉弁として構成され、弁体と、これを閉弁方向に付勢するばねを有しており、第1流体室2d内の作動流体HFの圧力が所定の上限値よりも小さいときには、第1連通孔3aを閉鎖し、上限値に達したときには、第1連通孔3aを開放する。これにより、第1及び第2流体室2d、2eが第1連通孔3aを介して互いに連通し、第1流体室2d内の作動流体HFの圧力が、第2流体室2e側に逃がされることによって、上記の上限値以下に制限され、その過大化が防止される。
The
同様に、第2リリーフ弁12は、弁体と、これを閉弁方向に付勢するばねを有しており、第2流体室2e内の作動流体HFの圧力が上限値よりも小さいときには、第2連通孔3bを閉鎖し、上限値に達したときには、第2連通孔3bを開放する。これにより、第1及び第2流体室2d、2eが第2連通孔3bを介して互いに連通し、第2流体室2e内の圧力が、第1流体室2d側に逃がされることによって、上限値以下に制限されその過大化が防止される。なお、第1及び第2リリーフ弁11、12の上限値を互いに異なる値に設定してもよい。
Similarly, the
また、ピストン3は、図1及び図2に示すシリンダ2内の所定の中立位置を初期位置としており、外力が一度も入力されていないときには、この中立位置に位置している。
Further, the
前記第1及び第2連通路5、6は、ピストン3が摺動可能なシリンダ2内の範囲の全体において、ピストン3をバイパスし、第1及び第2流体室2d、2eに連通するように、シリンダ2に接続されており、互いに並列に設けられている。なお、第1及び第2流体室2d、2eとの第1連通路5の連通位置は、第2連通路6のそれと、シリンダ2の径方向(軸線方向と直交する方向)において重なっているが、重なっていなくてもよい。
The first and
また、第1及び第2連通路5、6の各々は、例えば円形の断面を有し、両者5、6の断面積(作動流体HFが流れる方向に直交する面の面積)は、シリンダ2の断面積(軸線方向に直交する面の面積)よりも小さな値に設定されており、第1及び第2連通路5、6には、第1及び第2流体室2d、2eと同様、作動流体HFが充填されている。なお、図1では便宜上、第1及び第2連通路5、6内の作動流体HFの符号の図示を省略している。
Further, each of the first and
また、回転慣性質量ダンパ1は、第1連通路5内の作動流体HFの流動を回転運動に変換する歯車モータMと、歯車モータMに連結された回転マス21と、第2連通路6に設けられた逆止弁7をさらに備えている。歯車モータMは、例えば外接歯車型のものであり、ケーシング22と、ケーシング22に収容された第1ギヤ23及び第2ギヤ24を有している。なお、歯車モータMとして内接歯車型のものを用いてもよい。
Further, the rotary inertial
ケーシング22は、第1連通路5の中央部に一体に設けられており、互いに対向する2つの出入口22a、22bを介して、第1連通路5内に連通している。また、第1及び第2ギヤ23、24はそれぞれ、スパーギヤで構成され、第1及び第2回転軸25、26に一体に設けられるとともに、互いに噛み合っている。第1及び第2回転軸25、26はそれぞれ、第1連通路5に直交する方向に水平に延び、ケーシング22に回転自在に支持されており、第1回転軸25はケーシング22の外部に突出している。また、第1及び第2ギヤ23、24の互いの噛合い部分は、ケーシング22の出入口22a、22bに臨んでいる。さらに、ケーシング22から突出した第1回転軸25の部分には、上記の回転マス21が同軸状に一体に設けられている。回転マス21は、比重の比較的大きな材料、例えば鉄で構成され、円板状に形成されている。
The
図4に示すように、前記逆止弁7は、例えばスイング式のものであり、第2連通路6の途中に設けられた弁箱7aと、弁箱7a内に回動自在に設けられた弁体7dを有している。弁箱7aには、互いに対向する第1連通口7b及び第2連通口7cが設けられており、弁箱7aの内部は、これらの連通口7b、7cを介して、第2連通路6に連通している。また、第1及び第2連通口7b、7cは、第2連通路6を介して、第1及び第2流体室2d、2eにそれぞれ連通している。
As shown in FIG. 4, the
上記の弁体7dは、軸7eを介して、弁箱7aに回動自在に支持されており、図4(a)に示す閉鎖位置と、図4(b)に示す開放位置との間で回動自在である。軸7eは、弁箱7a内の第1連通口7bの付近に配置されており、第2連通路6と直交する方向(図4の奥行き方向)に延びている。弁体7dは、第1連通口7bを、閉鎖位置にあるときには完全に閉鎖し、開放位置にあるときには完全に開放する。
The
以上の構成の逆止弁7では、シリンダ2内をピストン3が第1流体室2d側に摺動したときには、第1流体室2d内の作動流体HFが第2連通路6側に押圧されるのに伴い、弁体7dは、第2連通路6内の作動流体HFの圧力が作用することで開放位置に位置し、それにより、第1流体室2dから第2連通路6を介した第2流体室2e側への作動流体HFの流動が、常に許容される。一方、シリンダ2内をピストン3が第2流体室2e側に摺動したときには、第2流体室2e内の作動流体HFが第2連通路6側に押圧されるのに伴い、弁体7dは、第2連通路6内の作動流体HFの圧力が背圧として作用することで閉鎖位置に位置し、それにより、第2流体室2eから第2連通路6を介した第1流体室2d側への作動流体HFの流動が、常に阻止される。
In the
なお、図3において、第2連通路6の付近に記載された中抜きの矢印は、作動流体HFが第2連通路6内を流動することが可能な方向を示している。
In FIG. 3, the hollow arrow drawn near the
前記連結部材31は、例えば、H型鋼などの複数の鋼材を直列に組み合わせたものであって、前述したように構造物Bに沿って上下方向に延びるとともに、その上端部が構造物Bの上端部、例えば最上部のブレース階FBの水平方向の端部に連結される。連結部材31の下端部は、回転慣性質量ダンパ1の第2取付具FL2に連結されており、回転慣性質量ダンパ1は、上下方向に延びるとともに、その第1取付具FL1が基礎Fに連結される。
The connecting
以上のように、回転慣性質量ダンパ1のシリンダ2は、基礎Fに連結され、ピストンロッド4は、連結部材31を介して構造物Bの上端部に連結される。また、連結部材31は、ピストンロッド4と構造物Bの上端部の間に、直列に設けられており、シリンダ2の軸線方向に延びている。なお、シリンダ2及びピストンロッド4の連結関係を逆にしてもよく、すなわち、シリンダ2を、連結部材31を介して構造物Bの上端部に連結するとともに、ピストンロッド4を基礎Fに連結してもよい。
As described above, the
次に、回転慣性質量ダンパ1の動作について説明する。構造物Bは、前述したように高層のビルであることから、その振動中、せん断変形よりも曲げ変形が卓越する傾向にあるため、構造物Bの振動は、その上端側が水平方向に繰り返し往復動し、揺動するような態様で行われる。この構造物Bの揺動による基礎Fに対する変位は、上下方向に延びる連結部材31を介して、シリンダ2及びピストンロッド4に外力として伝達され、それにより、シリンダ2とピストンロッド4が軸線方向に相対的に移動し、ピストン3がシリンダ2内を摺動する。
Next, the operation of the rotary inertial
この場合、ピストン3が第1流体室2d側(図3の左方)に摺動したときには、第1流体室2d内の作動流体HFの一部が、ピストン3で第1連通路5に押し出されることによって、第1連通路5内に第2流体室2e側(右方)への作動流体HFの流動が生じる。これとは逆に、ピストン3が第2流体室2e側(右方)に摺動したときには、第2流体室2e内の作動流体HFの一部が、ピストン3で第1連通路5に押し出されることによって、第1連通路5内に第1流体室2d側(左方)への作動流体HFの流動が生じる。
In this case, when the
この作動流体HFの流動は、歯車モータMにより回転運動に変換され、その第1及び第2ギヤ23、24が回転し、第1ギヤ23と一体の第1回転軸25及び回転マス21が回転する結果、回転マス21の回転慣性質量による反力が発生する。
The flow of the working fluid HF is converted into rotary motion by the gear motor M, the first and
また、ピストン3が第1流体室2d側に摺動したときには、前述したように逆止弁7の弁体7dが開放位置に位置することで第1流体室2dから第2連通路6への作動流体HFの流動が許容されるため、第1流体室2d内の作動流体HFの一部が、ピストン3で第2連通路6にも押し出され、それにより、第2連通路6内に第2流体室2e側への作動流体HFの流動が生じる。
Further, when the
一方、ピストン3が第2流体室2e側に摺動したときには、前述したように逆止弁7の弁体7dが閉鎖位置に位置することで第2流体室2eから第2連通路6への作動流体HFの流動が阻止されるため、第2流体室2e内の作動流体HFは、ピストン3で第2連通路6には押し出されずに、上述したように第1連通路5に押し出される。したがって、この場合には、ピストン3が第1流体室2d側に摺動したときと比較して、第1連通路5内を流動する作動流体HFの流量が大きくなることによって、回転マス21の回転量が大きくなり、その回転慣性質量による反力が大きくなる。
On the other hand, when the
また、回転慣性質量ダンパ1では、第1及び第2連通路5、6内を作動流体HFが流動するのに伴って、作動流体HFの粘性抵抗による反力が発生する。
Further, in the rotary inertial
以上のように、第1実施形態によれば、逆止弁7によって、第1流体室2dから第2連通路6への作動流体の流動が許容されるとともに、第2流体室2eから第2連通路6への作動流体HFの流動が阻止される。また、ピストン3が第1流体室2d側に摺動するとき、すなわち回転慣性質量ダンパ1が収縮するときに、逆止弁7で作動流体HFの流動が上述したように許容されることにより、回転マス21の回転慣性質量による反力は、回転慣性質量ダンパ1が伸長するときと比較して小さくなり、低減される。
As described above, according to the first embodiment, the
さらに、連結部材31が前述したように設けられているため、回転慣性質量ダンパ1が収縮するときには、構造物Bの振動に伴って発生した回転慣性質量ダンパ1の反力が、連結部材31に圧縮力として作用する。以上より、構造物Bの振動中、連結部材31が座屈するのを防止でき、ひいては、構造物Bの振動を適切に抑制することができる。
Further, since the connecting
また、上述した効果が得られることにより、例えば、連結部材31の横断面積を比較的小さく設定することが可能になり、それにより、振動抑制装置ADの製造コストを削減することができるとともに、振動抑制装置ADを含めた構造物B全体の意匠性を向上させることができる。
Further, by obtaining the above-mentioned effects, for example, the cross-sectional area of the connecting
次に、図5及び図6を参照しながら、本発明の第2実施形態による振動抑制装置の回転慣性質量ダンパ41について説明する。この回転慣性質量ダンパ41は、第1実施形態の回転慣性質量ダンパ1と比較して、逆止弁7が第2連通路6に設けられておらず、逆止弁42が第1連通路5に設けられている点が主に異なっている。図5及び図6において、第1実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を付している。以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。
Next, the rotational
図6に示すように、逆止弁42は、例えば、第1実施形態の逆止弁7と同様、スイング式のものであり、第1連通路5の途中に設けられた弁箱42aと、弁箱42a内に回動自在に設けられた弁体42dを有している。弁箱42aには、互いに対向する第1連通口42b及び第2連通口42cが設けられており、弁箱42aの内部は、これらの連通口42b、42cを介して、第1連通路5に連通している。また、第1及び第2連通口42b、42cは、第1連通路5を介して、第1及び第2流体室2d、2eにそれぞれ連通している。
As shown in FIG. 6, the
上記の弁体42dは、軸42eを介して、弁箱42aに回動自在に支持されており、図6(a)に示す閉鎖位置と、図6(b)に示す開放位置との間で回動自在である。軸42eは、弁箱42a内の第2連通口42cの付近に配置されており、第1連通路5と直交する方向(図6の奥行き方向)に延びている。弁体42dは、第2連通口42cを、閉鎖位置にあるときには完全に閉鎖し、開放位置にあるときには完全に開放する。
The
以上の構成の逆止弁42では、シリンダ2内をピストン3が第2流体室2e側に摺動したときには、第2流体室2e内の作動流体HFが第1連通路5側に押圧されるのに伴い、弁体42dは、第1連通路5内の作動流体HFの圧力が作用することで開放位置に位置し、それにより、第2流体室2eから第1連通路5を介した第1流体室2d側への作動流体HFの流動が、常に許容される。一方、シリンダ2内をピストン3が第1流体室2d側に摺動したときには、第1流体室2d内の作動流体HFが第1連通路5側に押圧されるのに伴い、弁体42dは、第1連通路5内の作動流体HFの圧力が背圧として作用することで閉鎖位置に位置し、それにより、第1流体室2dから第1連通路5を介した第2流体室2e側への作動流体HFの流動が、常に阻止される。
In the
なお、図5において、第1連通路5の付近に記載された中抜きの矢印は、作動流体HFが第1連通路5内を流動することが可能な方向を示している。
In FIG. 5, the hollow arrows drawn near the
回転慣性質量ダンパ41は、例えば、第1実施形態の回転慣性質量ダンパ1と同様に、そのシリンダ2が基礎Fに連結されるとともに、そのピストンロッド4が連結部材31を介して構造物Bの上端部に連結される(図1及び図2参照)。構造物Bの振動による基礎Fに対する変位は、第1実施形態の場合と同様、連結部材31を介してシリンダ2及びピストンロッド4に伝達され、それによりピストン3がシリンダ2内を摺動する。
Like the rotary
この場合、ピストン3が第2流体室2e側(図5の右方)に摺動するときには、上述したように逆止弁42の弁体42dが開放位置に位置することで第2流体室2eから第1連通路5への作動流体HFの流動が許容されるため、第2流体室2e内の作動流体HFの一部が、ピストン3で第1連通路5に押し出されることによって、第1連通路5内に第1流体室2d側(左方)への作動流体HFの流動が生じる。第1連通路5内の作動流体HFの流動は、第1実施形態の場合と同様、歯車モータMで回転マス21の回転運動に変換され、それにより回転マス21が回転する結果、その回転慣性質量による反力が発生する。また、第2流体室2e内の作動流体HFの一部は、ピストン3で第2連通路6にも押し出され、それにより、第2連通路6内に第1流体室2d側への作動流体HFの流動が生じる。
In this case, when the
このように、ピストン3が第2流体室2e側に摺動するとき、すなわち、回転慣性質量ダンパ41が伸長するときには、作動流体HFは第1及び第2連通路5、6の両方を流動し、それにより、回転マス21の回転慣性質量による反力と、作動流体HFの粘性抵抗による反力の両方が発生する。なお、第2実施形態では、粘性抵抗による反力が回転マス21の回転慣性質量による反力に比べて十分に小さい値に設定されていることが、前提になっている。
In this way, when the
これとは逆に、ピストン3が第1流体室2d側(左方)に摺動するときには、弁体42dが閉鎖位置に位置することで第1流体室2dから第1連通路5への作動流体HFの流動が阻止されるため、第1流体室2d内の作動流体HFは、第1連通路5には押し出されずに、その一部が第2連通路6に押し出され、第2連通路6内に第2流体室2e側(右方)への作動流体HFの流動が生じる。
On the contrary, when the
このように、ピストン3が第1流体室2d側に摺動するとき、すなわち、回転慣性質量ダンパ41が収縮するときには、作動流体HFが第2連通路6のみを流動し、それにより、回転マス21の回転慣性質量による反力はほとんど発生せずに、作動流体HFの粘性抵抗による反力が発生する。上述した前提から、この粘性抵抗による反力は、回転マス21の回転慣性質量による反力の低減分に比べて十分に小さい。
In this way, when the
以上のように、第2実施形態によれば、逆止弁42によって、第2流体室2eから第1連通路5への作動流体の流動が許容されるとともに、第1流体室2dから第1連通路5への作動流体HFの流動が阻止される。また、ピストン3が第1流体室2d側に摺動するとき、すなわち回転慣性質量ダンパ41が収縮するときに、逆止弁42で作動流体HFの流動が上述したように阻止されることにより、回転マス21の回転慣性質量による反力は、ほとんど発生しなくなる。
As described above, according to the second embodiment, the
さらに、連結部材31が第1実施形態で説明したように設けられているため、回転慣性質量ダンパ41が収縮するときには、構造物Bの振動に伴って発生した回転慣性質量ダンパ41の反力が、連結部材31に圧縮力として作用する。以上より、第1実施形態の場合と同様、構造物Bの振動中、連結部材31が座屈するのを防止でき、ひいては、構造物Bの振動を適切に抑制することができる。
Further, since the connecting
なお、本発明は、説明した第1及び第2実施形態(以下、総称する場合「実施形態」という)に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、スイング式の逆止弁7、42を用いているが、他の適当な逆止弁、例えば、ボール式や、ポペット式、ウエハ式のものなどを用いてもよいことは、もちろんである。また、実施形態では、本発明における第2連通路として、ピストン3をバイパスしてシリンダ2に接続された第2連通路6を用いているが、ピストン3に形成され、軸線方向に貫通するとともに、第1及び第2流体室に連通する連通孔を用いてもよい。これにより、本発明における第2連通路を簡易に構成することができる。
The present invention is not limited to the first and second embodiments described above (hereinafter, collectively referred to as "embodiments"), and can be implemented in various embodiments. For example, in the embodiment, swing
図7は、第1実施形態に関し、第2連通路として、上述したような連通孔3cを用いた場合の回転慣性質量ダンパを示している。同図に示すように、この場合には、この連通孔3cに逆止弁8が設けられるとともに、逆止弁8によって、第1流体室2dから連通孔3cを介した第2流体室2eへの作動流体HFの流動が許容されるとともに、第2流体室2eから連通孔3cを介した第1流体室2dへの作動流体HFの流動が阻止される。なお、逆止弁8として、例えばボール式のものなど、適当なものを用いてもよいことは、もちろんである。
FIG. 7 shows a rotary inertial mass damper when the
さらに、第1実施形態では、本発明における第2連通路用バルブとして、第2流体室2eから第2連通路6への作動流体HFの流動を阻止するように構成された逆止弁7を用いているが、第2流体室から第2連通路への作動流体の流動を制限するように構成された第2連通路用バルブを用いてもよい。この場合、第2連通路用バルブは、例えば、次のように構成される。すなわち、ピストンが第2流体室側に摺動するときに、第2連通路内の作動流体の圧力がその弁体に背圧として作用するとともに、それにより、弁体の開度が、ストッパに当接することによって、ピストンが第1流体室側に摺動するときよりも小さな値に保持されるように、第2連通路用バルブは構成される。
Further, in the first embodiment, as the valve for the second continuous passage in the present invention, a
同様に、第2実施形態では、本発明における第1連通路用バルブとして、第1流体室2dから第1連通路5への作動流体HFの流動を阻止するように構成された逆止弁42を用いているが、第1流体室から第1連通路への作動流体の流動を制限するように構成された第1連通路用バルブを用いてもよい。この場合、第1連通路用バルブは、例えば、次のように構成される。すなわち、ピストンが第1流体室側に摺動するときに、第1連通路内の作動流体の圧力がその弁体に背圧として作用するとともに、それにより、弁体の開度が、ストッパに当接することによって、ピストンが第2流体室側に摺動するときよりも小さな値に保持されるように、第1連通路用バルブは構成される。
Similarly, in the second embodiment, as the valve for the first communication passage in the present invention, the
また、第1実施形態では、本発明における第2連通路用バルブである逆止弁7を、第2実施形態では、本発明における第1連通路用バルブである逆止弁42を、それぞれ備えるように、本発明による振動抑制装置を構成しているが、逆止弁7、42の両方を備えるように構成してもよい。
Further, in the first embodiment, the
さらに、実施形態では、本発明における流動変換機構として、歯車モータMを用いているが、他の適当な機構、例えば、特許第5191579号の図5などに記載されたスクリュー機構や、特許第5161395号の図2などに記載されたピストンがナットに一体に設けられたボールねじ、あるいは、ベーンモータやプランジャモータ(ピストンモータ)などを用いてもよい。流動変換機構としてこのボールねじを用いる場合には、流動変換機構や第1連通路を、特開2014−137108号公報や、特開2014−163447号公報、特開2014−211176号公報に開示されるように、構成してもよい。 Further, in the embodiment, the gear motor M is used as the flow conversion mechanism in the present invention, but other suitable mechanisms such as the screw mechanism described in FIG. 5 of Japanese Patent No. 5191579 and the screw mechanism of Japanese Patent No. 5161395 are used. A ball screw in which the piston shown in FIG. 2 of No. 2 is integrally provided on the nut, a vane motor, a plunger motor (piston motor), or the like may be used. When this ball screw is used as the flow conversion mechanism, the flow conversion mechanism and the first continuous passage are disclosed in JP2014-137108, JP2014-163447, and JP2014-211176. It may be configured as such.
また、実施形態では、シリンダ2の凸部2f内に、ピストンロッド4を部分的に収容するための空間が形成されているが、この空間に、作動流体HFを充填し、サブピストンを設けるとともに、このサブピストンをピストンロッド4の一端部に一体に設けて、それにより、通常の粘性ダンパの機能を付加してもよい。
Further, in the embodiment, a space for partially accommodating the
図8は、第1実施形態に関し、凸部2f内の空間に、作動流体HFを充填するとともに、ピストンロッド4の一端部に連結したサブピストン9を軸線方向に移動可能に設けた場合の回転慣性質量ダンパを示している。この場合、サブピストン9には、軸線方向に貫通する連通孔(オリフィス)や、調圧弁、リリーフ弁が設けられる。また、この場合、サブピストン9に関し、特開2017−53402号公報や、特開2013−130203号公報、特開2009−19383号公報などに開示された構成を採用し、その減衰性能を変更可能に構成してもよい。
FIG. 8 shows rotation when the working fluid HF is filled in the space inside the
さらに、実施形態では、連結部材31を、構造物Bの上端部と回転慣性質量ダンパ1の間に直列に設けているが、これに代えて、又はこれとともに、回転慣性質量ダンパ1と基礎Fの間に直列に設けてもよい。また、実施形態では、本発明における第1及び第2部位はそれぞれ、基礎F及び構造物Bの上端部のブレース階FBであるが、他の適当な部位でもよい。さらに、実施形態では、構造物Bは、高層のビルであるが、他の適当な構造物、例えば、橋梁や鉄塔などでもよい。さらに、これまでに述べた実施形態に関するバリエーションを適宜、組み合わせて適用してもよいことは、もちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成(形状や、サイズ、個数、配置などを含む)を適宜、変更することが可能である。
Further, in the embodiment, the connecting
B 構造物
F 基礎(第1部位)
FB ブレース階(第2部位)
AD 振動抑制装置
1 回転慣性質量ダンパ
2 シリンダ
3 ピストン
4 ピストンロッド
5 第1連通路
6 第2連通路
7 逆止弁
M 歯車モータ(流動変換機構)
21 回転マス
31 連結部材
HF 作動流体
41 回転慣性質量ダンパ
42 逆止弁
3c 連通孔(第2連通路)
8 逆止弁
B Structure F Foundation (1st part)
FB brace floor (second part)
AD
21 Rotating
8 Check valve
Claims (2)
前記回転慣性質量ダンパは、
作動流体が充填され、前記第1部位に連結されるシリンダと、
当該シリンダ内に軸線方向に摺動自在に設けられ、前記シリンダ内を第1流体室と第2流体室に区画するピストンと、
当該ピストンに連結され、前記第2流体室を介して、前記シリンダから軸線方向の外方に延びるとともに、前記第2部位に連結されるピストンロッドと、
を備え、
前記連結部材は、前記第1部位と前記シリンダの間、及び、前記第2部位と前記ピストンロッドの間の少なくとも一方に直列に設けられ、前記シリンダの軸線方向に延びており、
前記回転慣性質量ダンパはさらに、
前記ピストンをバイパスし、前記第1及び第2流体室に連通するとともに、作動流体が充填された第1連通路と、
回転自在の回転マスと、
前記第1連通路内の作動流体の流動を前記回転マスの回転運動に変換する流動変換機構と、
前記第1連通路と並列に設けられ、前記第1及び第2流体室に連通するとともに、作動流体が充填された第2連通路と、
前記第1連通路に設けられ、前記第2流体室から前記第1連通路への作動流体の流動を許容するとともに、前記第1流体室から前記第1連通路への作動流体の流動を制限する第1連通路用バルブ、及び、前記第2連通路に設けられ、前記ピストンが前記第1流体室側に摺動するときに前記第1流体室から前記第2連通路への作動流体の流動を常に許容するとともに、前記ピストンが前記第2流体室側に摺動するときに前記第2流体室から前記第2連通路への作動流体の流動を常に制限する第2連通路用バルブの少なくとも一方と、
を備え、
前記構造物の振動により前記回転慣性質量ダンパが収縮するときに、前記回転マスの回転慣性質量による前記回転慣性質量ダンパの反力は、前記シリンダ内の前記ピストンのストローク全体にわたり、前記回転慣性質量ダンパが伸長するときの前記反力に比べて小さくなることを特徴とする構造物の振動抑制装置。 A structure vibration suppression device that includes a rotary inertial mass damper and a connecting member, is connected to predetermined first and second parts in a system including a structure, and suppresses vibration of the structure.
The rotary inertia mass damper is
A cylinder filled with working fluid and connected to the first part,
A piston that is slidably provided in the cylinder in the axial direction and divides the inside of the cylinder into a first fluid chamber and a second fluid chamber.
A piston rod that is connected to the piston, extends outward from the cylinder in the axial direction via the second fluid chamber, and is connected to the second portion.
With
The connecting member is provided in series between the first portion and the cylinder, and at least one between the second portion and the piston rod, and extends in the axial direction of the cylinder .
The rotary inertia mass damper further
A first passage that bypasses the piston and communicates with the first and second fluid chambers and is filled with a working fluid.
With a rotatable rotating mass,
A flow conversion mechanism that converts the flow of the working fluid in the first continuous passage into the rotational motion of the rotating mass, and
A second passage that is provided in parallel with the first passage and communicates with the first and second fluid chambers and is filled with a working fluid.
Provided in the first communication passage, the flow of the working fluid from the second fluid chamber to the first communication passage is allowed, and the flow of the working fluid from the first fluid chamber to the first communication passage is restricted. A valve for the first communication passage, and a working fluid provided in the second passage and when the piston slides toward the first fluid chamber, the working fluid from the first fluid chamber to the second passage. with always permit flow, the piston of the second communication passage valve to always limit the flow of hydraulic fluid to the second communication path from said second fluid chamber when the slide to the second fluid chamber side At least one and
Equipped with a,
When the rotational inertia mass damper contracts due to the vibration of the structure, the reaction force of the rotational inertia mass damper due to the rotational inertia mass of the rotating mass is the rotational inertia mass over the entire stroke of the piston in the cylinder. A vibration suppression device for a structure, characterized in that the reaction force is smaller than the reaction force when the damper is extended .
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