JPH086494B2 - 構造物の振動制御装置 - Google Patents
構造物の振動制御装置Info
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- JPH086494B2 JPH086494B2 JP3136468A JP13646891A JPH086494B2 JP H086494 B2 JPH086494 B2 JP H086494B2 JP 3136468 A JP3136468 A JP 3136468A JP 13646891 A JP13646891 A JP 13646891A JP H086494 B2 JPH086494 B2 JP H086494B2
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- mass body
- vibration
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
- E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
- E04H9/14—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate against other dangerous influences, e.g. tornadoes, floods
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
- E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
- E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
- E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
- E04H9/0215—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings involving active or passive dynamic mass damping systems
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
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- Architecture (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
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- Structural Engineering (AREA)
- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は制御力を加えることによ
り地震や風等による構造物の応答を低減する能動型振動
制御装置に関するものである。
り地震や風等による構造物の応答を低減する能動型振動
制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】受動型の振動制御装置としては、ダイナ
ミックダンパー（以下、ＤＤという）があり、構造物に
適用したものとしては、例えば特開昭６３−７６９３２
号公報や特開昭６３−１１４７７３号公報に記載された
もの等がある。
ミックダンパー（以下、ＤＤという）があり、構造物に
適用したものとしては、例えば特開昭６３−７６９３２
号公報や特開昭６３−１１４７７３号公報に記載された
もの等がある。
【０００３】図４は構造物に適用されるＤＤの振動モデ
ルを示したものであり、図中、ｍ1 は主振動系を構成す
る構造物の質量、ｍd は吸振系を構成する付加質量体の
質量である。また、ｋ1 は構造物本体のバネ定数であ
り、質量ｍ1 の構造物本体と質量ｍd の付加質量体と
が、バネ定数ｋd のバネと、減衰係数ｃd のダンパーで
連結されている。ｘ1 は構造物の変位、ｘd は重りの変
位を表す。
ルを示したものであり、図中、ｍ1 は主振動系を構成す
る構造物の質量、ｍd は吸振系を構成する付加質量体の
質量である。また、ｋ1 は構造物本体のバネ定数であ
り、質量ｍ1 の構造物本体と質量ｍd の付加質量体と
が、バネ定数ｋd のバネと、減衰係数ｃd のダンパーで
連結されている。ｘ1 は構造物の変位、ｘd は重りの変
位を表す。
【０００４】主振動系の固有角振動数は、 ω1 ＝（ｋ1 ／ｍ1 ）1/2 で与えられる。
【０００５】ＤＤにおいて、吸振系の質量ｍd は主振動
系の質量ｍ1 との比が、 μ＝ｍd ／ｍ1 ≧０．０１ 程度となるよう設計されている。
系の質量ｍ1 との比が、 μ＝ｍd ／ｍ1 ≧０．０１ 程度となるよう設計されている。
【０００６】このとき、吸振系の固有角振動数は、 ωd ＝（１／１＋μ）ω1 となり、減衰係数ｃd 及び減衰定数ｈd は、 ｃd ＝２ｍd ωd ｈd ｈd ＝〔３μ／８（１＋μ）〕1/2 と表現される。
【０００７】また、能動型の振動制御装置としては、例
えば特開平１−２７５８６６〜６９号公報に記載された
もの〔以下、ＡＭＤ（アクティブ・マス・ダンパーの
略）という〕等がある。
えば特開平１−２７５８６６〜６９号公報に記載された
もの〔以下、ＡＭＤ（アクティブ・マス・ダンパーの
略）という〕等がある。
【０００８】図５はＡＭＤの振動モデルを示したもので
あり、質量ｍ1 の構造物本体と、質量ｍd の付加質量体
との間に、アクチュエーターの油圧力あるいは電磁力等
による制御力ｕ(t) を加え、構造物の振動を能動的に抑
制する。
あり、質量ｍ1 の構造物本体と、質量ｍd の付加質量体
との間に、アクチュエーターの油圧力あるいは電磁力等
による制御力ｕ(t) を加え、構造物の振動を能動的に抑
制する。
【０００９】ＡＭＤにおいては構造物本体と振動制御装
置を構成する付加質量体との間のバネを柔らかい状態、
すなわち、 ωd ≦（１／２）ω1 とし、制御力ｕ(t) は例えば次式のような形で与えられ
る。
置を構成する付加質量体との間のバネを柔らかい状態、
すなわち、 ωd ≦（１／２）ω1 とし、制御力ｕ(t) は例えば次式のような形で与えられ
る。
【００１０】 ｕ(t) ＝Ｇ1 （ｄｘ1 ／ｄｔ）＋Ｇ2 （ｄｘd ／ｄｔ） ここで、Ｇ1 は構造物の応答速度に対するＡＧＣ回路等
を含む回路のゲインであり、大入力から小入力までの対
応を図ったものである（ここで、Ｇ2 は負の値とな
る）。また、上式の第２項は付加質量体側の振動速度に
ゲインＧ2 をかけたものを制御力に加えることにより、
付加質量体側にも減衰性を与え、安定化を図ったもので
ある。
を含む回路のゲインであり、大入力から小入力までの対
応を図ったものである（ここで、Ｇ2 は負の値とな
る）。また、上式の第２項は付加質量体側の振動速度に
ゲインＧ2 をかけたものを制御力に加えることにより、
付加質量体側にも減衰性を与え、安定化を図ったもので
ある。
【００１１】この他、上記ＡＭＤに対し、図６の振動モ
デルで示すようにアクチュエーターによる制御力と並列
にバネ定数ｋd のバネを付加し、ＡＭＤに比べ少ない制
御力でＡＭＤと同程度の振動制御効果を得ようとするも
の〔以下、ＨＭＤ（ハイブリッド・マス・ダンパーの
略）という〕が研究されている。
デルで示すようにアクチュエーターによる制御力と並列
にバネ定数ｋd のバネを付加し、ＡＭＤに比べ少ない制
御力でＡＭＤと同程度の振動制御効果を得ようとするも
の〔以下、ＨＭＤ（ハイブリッド・マス・ダンパーの
略）という〕が研究されている。
【００１２】ＨＭＤの場合には、バネ定数ｋd を付加質
量体の振動が構造物の振動と同期するよう、すなわち、 ωd ＝ω1 となるよう設定し、制御力ｕ(t) を例えば次式の形で与
える。
量体の振動が構造物の振動と同期するよう、すなわち、 ωd ＝ω1 となるよう設定し、制御力ｕ(t) を例えば次式の形で与
える。
【００１３】 ｕ(t) ＝Ｇ1 （ｄｘ1 ／ｄｔ）＋Ｇ2 （ｄｘd ／ｄｔ） ＋Ｇ3 （ｘ1 −ｘd ） ここで、Ｇ3 は負の符号を持つゲインであり、上式の第
３項により振動時に付加質量体に作用する慣性力の一部
をキャンセルし、少ない制御力で付加質量体を振動させ
られるようにしている。
３項により振動時に付加質量体に作用する慣性力の一部
をキャンセルし、少ない制御力で付加質量体を振動させ
られるようにしている。
【００１４】さらに、出願人は特開昭６３−１５６１７
１号公報において、ＤＤの付加質量体に対し、それより
小さい質量の第２の付加質量体をバネとアクチュエータ
ーを介して連結し、アクチュエーターから第２の付加質
量体に対して制御力を加えることにより、地震等による
構造物の振動を抑制する形式の能動型振動制御装置を提
案している。
１号公報において、ＤＤの付加質量体に対し、それより
小さい質量の第２の付加質量体をバネとアクチュエータ
ーを介して連結し、アクチュエーターから第２の付加質
量体に対して制御力を加えることにより、地震等による
構造物の振動を抑制する形式の能動型振動制御装置を提
案している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】ＤＤの付加質量体に対
し、それより小さい質量の第２の付加質量体を設け、ア
クチュエーターから第２の付加質量体に対して制御力を
加え、構造物の振動を抑制する形式の振動制御装置は、
ＡＭＤあるいはＨＭＤに比べ、さらに小さな制御力で高
い振動制御効果を得られるようにしたものであるが、Ａ
ＭＤ、ＨＭＤと同様、駆動体あるいは付加質量体（また
は第２の付加質量体）の発生する騒音、振動等の問題が
ある。
し、それより小さい質量の第２の付加質量体を設け、ア
クチュエーターから第２の付加質量体に対して制御力を
加え、構造物の振動を抑制する形式の振動制御装置は、
ＡＭＤあるいはＨＭＤに比べ、さらに小さな制御力で高
い振動制御効果を得られるようにしたものであるが、Ａ
ＭＤ、ＨＭＤと同様、駆動体あるいは付加質量体（また
は第２の付加質量体）の発生する騒音、振動等の問題が
ある。
【００１６】また、メンテナンス等の理由から駆動部の
保護を考えなければならず、またその設置スペース等も
考慮する必要がある。
保護を考えなければならず、またその設置スペース等も
考慮する必要がある。
【００１７】本発明は従来の振動制御装置における問題
点の解決を図ったもので、小さい供給エネルギー、制御
力で作動し、地震等に対する構造物の振動を効果的に抑
制できるとともに、騒音および構造物に対し有害な振動
が防止され、かつメンテナンスの面でも優れた信頼性及
び安全性の高い振動制御装置を提供することを目的とし
ている。
点の解決を図ったもので、小さい供給エネルギー、制御
力で作動し、地震等に対する構造物の振動を効果的に抑
制できるとともに、騒音および構造物に対し有害な振動
が防止され、かつメンテナンスの面でも優れた信頼性及
び安全性の高い振動制御装置を提供することを目的とし
ている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の振動制御装置は
上述したＤＤの基本構成における付加質量体を第１付加
質量体とし、第１付加質量体に対して上述したＡＭＤま
たはＨＭＤを構成する第２付加質量体を加えたものに相
当し、言わば能動型の２重動吸振器を構成するものであ
る。
上述したＤＤの基本構成における付加質量体を第１付加
質量体とし、第１付加質量体に対して上述したＡＭＤま
たはＨＭＤを構成する第２付加質量体を加えたものに相
当し、言わば能動型の２重動吸振器を構成するものであ
る。
【００１９】所定質量ｍa の第１付加質量体は内部に部
屋を形成した構造体からなり、高減衰積層ゴム等の所定
のバネ定数ｋa と所定の減衰係数ｃa を有する支持体に
よって支持され、構造物の頂部、その他適切な場所に設
置される。
屋を形成した構造体からなり、高減衰積層ゴム等の所定
のバネ定数ｋa と所定の減衰係数ｃa を有する支持体に
よって支持され、構造物の頂部、その他適切な場所に設
置される。
【００２０】所定質量ｍb の第２付加質量体は、第１付
加質量体の内部、すなわち第１付加質量体の形成する部
屋内に設置され、制御力ｕ(t) により、前記第１付加質
量体に対し相対移動可能な駆動体を構成する。
加質量体の内部、すなわち第１付加質量体の形成する部
屋内に設置され、制御力ｕ(t) により、前記第１付加質
量体に対し相対移動可能な駆動体を構成する。
【００２１】支持体のバネ定数ｋa の値は第１付加質量
体の振動周期が構造物の固有周期（通常、１次の固有周
期）と同期するように決定される。一方、支持体の減衰
係数ｃa はＤＤの場合よりかなり大きくとり、駆動体か
ら受ける力で第１付加質量体を加振する構成とする。支
持体は必ずしも高減衰積層ゴムに限定されないが、高減
衰積層ゴムの場合、目標とするバネ定数ｋa 及び高い減
衰係数ｃa が容易に得られる利点がある。従って、所定
のバネ性能、減衰性能が得られるものであれば、高減衰
積層ゴム以外の空気バネと減衰材の組み合わせ、通常の
免震用の積層ゴムと弾塑性ダンパーとの組み合わせ等、
種々の形式が可能である。
体の振動周期が構造物の固有周期（通常、１次の固有周
期）と同期するように決定される。一方、支持体の減衰
係数ｃa はＤＤの場合よりかなり大きくとり、駆動体か
ら受ける力で第１付加質量体を加振する構成とする。支
持体は必ずしも高減衰積層ゴムに限定されないが、高減
衰積層ゴムの場合、目標とするバネ定数ｋa 及び高い減
衰係数ｃa が容易に得られる利点がある。従って、所定
のバネ性能、減衰性能が得られるものであれば、高減衰
積層ゴム以外の空気バネと減衰材の組み合わせ、通常の
免震用の積層ゴムと弾塑性ダンパーとの組み合わせ等、
種々の形式が可能である。
【００２２】制御力ｕ(t) は、例えばリニアモーター等
による電磁力あるいは油圧シリンダー等による油圧力等
の形で与えられ、地震や風等の振動外力による構造物の
応答、あるいは地震応答解析等に基づいて制御される。
による電磁力あるいは油圧シリンダー等による油圧力等
の形で与えられ、地震や風等の振動外力による構造物の
応答、あるいは地震応答解析等に基づいて制御される。
【００２３】
【実施例】次に、図示した実施例について説明する。
【００２４】図１は本発明の一実施例における振動制御
装置の構造を示したものである。
装置の構造を示したものである。
【００２５】振動制御装置を構成する第１付加質量体と
しての構造体１が部屋を形成しており、構造体１の内部
には第２付加質量体としての駆動体２及びアクチュエー
ター４が設けられている。
しての構造体１が部屋を形成しており、構造体１の内部
には第２付加質量体としての駆動体２及びアクチュエー
ター４が設けられている。
【００２６】第１付加質量体はコンクリートや鉄等で内
部に部屋を形成した構造体１からなり、分散配置された
複数の高減衰積層ゴム３ａからなる支持体３によって、
建物の屋上等、所定の設置床面上に支持されている。
部に部屋を形成した構造体１からなり、分散配置された
複数の高減衰積層ゴム３ａからなる支持体３によって、
建物の屋上等、所定の設置床面上に支持されている。
【００２７】構造体１の部屋内部には第２付加質量体と
しての駆動体２及びアクチュエーター４が設置され、駆
動体２が構造体１の床面上を走行する。なお、走行面に
おける摩擦力はできるだけ小さくする。
しての駆動体２及びアクチュエーター４が設置され、駆
動体２が構造体１の床面上を走行する。なお、走行面に
おける摩擦力はできるだけ小さくする。
【００２８】図２は本願の請求項３に係る発明の振動制
御装置を振動モデルとして表したもので、図１の実施例
において、第１付加質量体としての構造体１と第２付加
質量体としての駆動体２を所定のバネ定数ｋb のバネで
連結したものに相当する。すなわち、図１の実施例がＤ
ＤとＡＭＤの組み合わせであるのに対し、図２のモデル
はＤＤとＨＭＤの組み合わせとなる。
御装置を振動モデルとして表したもので、図１の実施例
において、第１付加質量体としての構造体１と第２付加
質量体としての駆動体２を所定のバネ定数ｋb のバネで
連結したものに相当する。すなわち、図１の実施例がＤ
ＤとＡＭＤの組み合わせであるのに対し、図２のモデル
はＤＤとＨＭＤの組み合わせとなる。
【００２９】図中、ｍ1 は主振動系を構成する構造物の
質量、ｍa は第１付加質量体の質量、ｍb は第２付加質
量体の質量である。また、ｋ1 は構造物本体のバネ定
数、ｋa は支持体のバネ定数、ｃa は支持体の減衰係
数、ｋb は第１付加質量体とその内部に設けられた第２
付加質量体間のバネ定数、ｕ(t) は制御力である。ｘ1
は構造物の変位、ｘa は第１付加質量体の変位、ｘb は
第２付加質量体の変位を表す。
質量、ｍa は第１付加質量体の質量、ｍb は第２付加質
量体の質量である。また、ｋ1 は構造物本体のバネ定
数、ｋa は支持体のバネ定数、ｃa は支持体の減衰係
数、ｋb は第１付加質量体とその内部に設けられた第２
付加質量体間のバネ定数、ｕ(t) は制御力である。ｘ1
は構造物の変位、ｘa は第１付加質量体の変位、ｘb は
第２付加質量体の変位を表す。
【００３０】高層建物、超高層建物等の大型の構造物を
対象とする場合、第１付加質量体の質量は例えば構造物
の質量の１／５００〜１／１０００程度とする。ただ
し、この場合の質量は内部の第２付加質量体及びアクチ
ュエーター等の質量も含めて考える。また、第２付加質
量体の質量は、例えば第１付加質量体の質量の１／２０
〜１／１００とする。
対象とする場合、第１付加質量体の質量は例えば構造物
の質量の１／５００〜１／１０００程度とする。ただ
し、この場合の質量は内部の第２付加質量体及びアクチ
ュエーター等の質量も含めて考える。また、第２付加質
量体の質量は、例えば第１付加質量体の質量の１／２０
〜１／１００とする。
【００３１】具体的な数値例を挙げると、構造物総重量
が１０万トンの場合において、第１付加質量体を約１０
０トン、第２付加質量体を約５トンとする設計が考えら
れる。
が１０万トンの場合において、第１付加質量体を約１０
０トン、第２付加質量体を約５トンとする設計が考えら
れる。
【００３２】図２におけるパラメーターを用いると、主
振動系、第１付加質量体及び第２付加質量体の角振動数
ω1 、ωa 、ωb は、 ω1 ＝（ｋ1 ／ｍ1 ）1/2 ωa ＝（ｋa ／ｍa ）1/2 ωb ＝（ｋb ／ｍb ）1/2 と表される。
振動系、第１付加質量体及び第２付加質量体の角振動数
ω1 、ωa 、ωb は、 ω1 ＝（ｋ1 ／ｍ1 ）1/2 ωa ＝（ｋa ／ｍa ）1/2 ωb ＝（ｋb ／ｍb ）1/2 と表される。
【００３３】これらの角振動数を同調させることで、次
式の関係が成立する。
式の関係が成立する。
【００３４】ω1 ≒ωa ≒ωb また、前述した構造物、第１付加質量体及び第２付加質
量体の質量の間の関係は、 ｍa ／ｍ1 ＝１／５００〜１／１０００ ｍb ／ｍa ＝１／１０〜１／１００ と表せる。
量体の質量の間の関係は、 ｍa ／ｍ1 ＝１／５００〜１／１０００ ｍb ／ｍa ＝１／１０〜１／１００ と表せる。
【００３５】さらに、第１付加質量に対する支持体の減
衰係数ｃa は次式で表せる。
衰係数ｃa は次式で表せる。
【００３６】ｃa ＝２ｍa ωa ｈa 上式において、ｈa は支持体の減衰定数であり、後述す
る理由により支持体の設計において、ｈa ＝１０％〜５
０％程度の大きな減衰定数のものを用いる。
る理由により支持体の設計において、ｈa ＝１０％〜５
０％程度の大きな減衰定数のものを用いる。
【００３７】また、第２付加質量体である駆動体の動き
を制御するための制御力を次式によって規定する。
を制御するための制御力を次式によって規定する。
【００３８】 ｕ(t) ＝Ｇ1 （d2ｘ1 ／dt2 ）＋Ｇ2 （ dｘb ／dt） ＋Ｇ3 （ｘb −ｘa ） ……(1) ここで、Ｇ1 、Ｇ2 、Ｇ3 は上記(1)式の各項における
ゲイン（利得）である。
ゲイン（利得）である。
【００３９】エネルギーは主として支持体のダンパー機
能（減衰係数ｃa ）により消費する。
能（減衰係数ｃa ）により消費する。
【００４０】第１付加質量体の角振動数ωa は主振動系
の角振動数ω1 に同期しているので、ダイナミックダン
パー（動吸振器）を形成している。しかし、支持体の減
衰係数ｃa はダイナミックダンパーの最適設計値より十
分大きくする。通常この状態ではダイナミックダンパー
が作動しない。
の角振動数ω1 に同期しているので、ダイナミックダン
パー（動吸振器）を形成している。しかし、支持体の減
衰係数ｃa はダイナミックダンパーの最適設計値より十
分大きくする。通常この状態ではダイナミックダンパー
が作動しない。
【００４１】そこで、制御力ｕ(t) を加えて、第１付加
質量体（質量ｍa ）を加振する。
質量体（質量ｍa ）を加振する。
【００４２】ＡＭＤの通常制御と異なり、構造物の加速
度（d2ｘ1 ／dt2 ）をフィードバックする。すると、第
１付加質量体（質量ｍa ）は通常のＤＤ（ダイナミック
ダンパー）の何倍も大きく動き、従って振動制御効果が
上がる。
度（d2ｘ1 ／dt2 ）をフィードバックする。すると、第
１付加質量体（質量ｍa ）は通常のＤＤ（ダイナミック
ダンパー）の何倍も大きく動き、従って振動制御効果が
上がる。
【００４３】ここで、上記(1) 式の第１項におけるゲイ
ンＧ1 は主振動系を構成する構造物の加速度が小さい場
合にも、加速度を増幅した形で制御力を与える機能を有
し、これにより振動制御効果を上げることができる。
ンＧ1 は主振動系を構成する構造物の加速度が小さい場
合にも、加速度を増幅した形で制御力を与える機能を有
し、これにより振動制御効果を上げることができる。
【００４４】制御力ｕ(t) の反力は第２付加質量体（質
量ｍb ＝１／１０ｍa 〜１／１００ｍa ）の慣性力を利
用して処理する。
量ｍb ＝１／１０ｍa 〜１／１００ｍa ）の慣性力を利
用して処理する。
【００４５】上記(1) 式の第２項は作用、反作用の関係
を利用して駆動体１に対しても減衰性を与えるための項
であり、これにより第２付加質量体の振動の安定化を図
ることができる。第２付加質量体の角振動数ωa を主振
動系の角振動数ω1 に同期させた状態において、ゲイン
Ｇ2 は、 Ｇ2 ＝２ｍa ω1 ｈ と表すことができ、減衰係数ｈが０．１〜０．２（１０
％〜２０％）となるよう設定する。
を利用して駆動体１に対しても減衰性を与えるための項
であり、これにより第２付加質量体の振動の安定化を図
ることができる。第２付加質量体の角振動数ωa を主振
動系の角振動数ω1 に同期させた状態において、ゲイン
Ｇ2 は、 Ｇ2 ＝２ｍa ω1 ｈ と表すことができ、減衰係数ｈが０．１〜０．２（１０
％〜２０％）となるよう設定する。
【００４６】また、前述したＨＭＤの原理を利用して第
２付加質量体の角振動数ωb も主振動系の角振動数ω1
に同期させておく。すると、バネ力（バネ定数ｋb ）が
制御に必要なほとんどの力を吸収するので、制御に必要
な力はさらに小さくなる。
２付加質量体の角振動数ωb も主振動系の角振動数ω1
に同期させておく。すると、バネ力（バネ定数ｋb ）が
制御に必要なほとんどの力を吸収するので、制御に必要
な力はさらに小さくなる。
【００４７】すなわち、第２付加質量体には制御力〔ｕ
(t) 〕、慣性力〔ｍb （ dｘb ／dt）2 〕及びバネ力
〔ｋb （ｘb −ｘa ）〕が働いており、次の関係があ
る。
(t) 〕、慣性力〔ｍb （ dｘb ／dt）2 〕及びバネ力
〔ｋb （ｘb −ｘa ）〕が働いており、次の関係があ
る。
【００４８】 〔制御力〕＋〔慣性力〕＋〔バネ力〕＝０ 従って、慣性力とバネ力がキャンセルし合うことで、制
御力を小さくすることができる。
御力を小さくすることができる。
【００４９】その際、上記(1) 式の第３項のゲインＧ3
（負の値で、例えば−ｋb ×０．９または−ｋb ×０．
８程度の値を選択する）によって生じる同調角振動数ω
b ’（＝〔（ｋb ＋Ｇ3 ）／ｍb 〕1/2 ）を、第２付加
質量体の角振動数ωb の１／２以下とする。
（負の値で、例えば−ｋb ×０．９または−ｋb ×０．
８程度の値を選択する）によって生じる同調角振動数ω
b ’（＝〔（ｋb ＋Ｇ3 ）／ｍb 〕1/2 ）を、第２付加
質量体の角振動数ωb の１／２以下とする。
【００５０】この結果、入力として用いられる構造物の
応答加速度の５秒の周期成分の他に、例えば約１６秒
（Ｇ3 ＝−ｋb ×０．９の場合）の周期成分に対し同調
が生じることになり、制御力を少なくするためにはゲイ
ンＧ1 に適度なフィルターをかける必要がある。
応答加速度の５秒の周期成分の他に、例えば約１６秒
（Ｇ3 ＝−ｋb ×０．９の場合）の周期成分に対し同調
が生じることになり、制御力を少なくするためにはゲイ
ンＧ1 に適度なフィルターをかける必要がある。
【００５１】従来のＨＭＤの制御で検討されているフィ
ルターはハイパスフィルター等であるが、通常のハイパ
スフィルターは大きな位相ずれを伴っているので、カッ
トオフ振動数をかなり離さなければならず、十分な効果
が得られていないのが実情であり、位相ずれのない急峻
な特性を持つフィルターの工夫が必要となる。
ルターはハイパスフィルター等であるが、通常のハイパ
スフィルターは大きな位相ずれを伴っているので、カッ
トオフ振動数をかなり離さなければならず、十分な効果
が得られていないのが実情であり、位相ずれのない急峻
な特性を持つフィルターの工夫が必要となる。
【００５２】図３は本発明の実施例における制御回路の
一部をブロック図として示したもので、上記(1) 式の第
１項の対応する。
一部をブロック図として示したもので、上記(1) 式の第
１項の対応する。
【００５３】入力は地震や風等による構造物の応答加速
度であり、これをフィルター回路５、ＡＧＣ回路６及び
リミッター回路７からなる回路で増幅する。なお、図３
は簡略化して示したものであり、フィルター回路５等を
複数重ね合わせて用いることもあり得る。
度であり、これをフィルター回路５、ＡＧＣ回路６及び
リミッター回路７からなる回路で増幅する。なお、図３
は簡略化して示したものであり、フィルター回路５等を
複数重ね合わせて用いることもあり得る。
【００５４】フィルター回路５は目的の振動数付近で位
相のずれがなく、かつ鋭敏な特性を持つもので、その伝
達特性は例えば次式のラプラス関数で与えられる。
相のずれがなく、かつ鋭敏な特性を持つもので、その伝
達特性は例えば次式のラプラス関数で与えられる。
【００５５】 Ｈ（ｓ）＝（ｓ2 ＋２Ｇ1 ζn ωn ｓ＋ωn 2 ） ／（ｓ2 ＋２ζn ωn ｓ＋ωn 2 ） ……(2) これにより、目的角振動数（構造物の１次角振動数に相
当）ωn で、ゲインＧ倍（例えば２０倍前後の値とす
る）の出力が得られ、かつこの角振動数で位相ずれはな
い。ζn は減衰定数であり、例えば０．２〜０．５（２
０％〜５０％）といった値をとる。高振動数域及び低振
動数域でも同様に位相ずれを生じることはなく、目的角
振動数の前後で位相ずれを生じるのみである。このフィ
ルターを用いることにより、上述の制御方式に必要な制
御変位及び制御力が著しく低減される。
当）ωn で、ゲインＧ倍（例えば２０倍前後の値とす
る）の出力が得られ、かつこの角振動数で位相ずれはな
い。ζn は減衰定数であり、例えば０．２〜０．５（２
０％〜５０％）といった値をとる。高振動数域及び低振
動数域でも同様に位相ずれを生じることはなく、目的角
振動数の前後で位相ずれを生じるのみである。このフィ
ルターを用いることにより、上述の制御方式に必要な制
御変位及び制御力が著しく低減される。
【００５６】ＡＧＣ回路６は、通常、オーディオ回路等
に用いられているものであるが、この回路の採用によ
り、大入力から小入力までの振動を扱うことができ、振
動制御効果を増すことができる。
に用いられているものであるが、この回路の採用によ
り、大入力から小入力までの振動を扱うことができ、振
動制御効果を増すことができる。
【００５７】ただし、ＡＧＣ回路６はある程度の時間遅
れを伴って増幅率を変化させるので、リミッター回路７
により出力を制限し、特に振動初期等において過大な出
力信号が出ないようにした。
れを伴って増幅率を変化させるので、リミッター回路７
により出力を制限し、特に振動初期等において過大な出
力信号が出ないようにした。
【００５８】
【発明の効果】 ＤＤを基本構造としてこれに駆動体
を有するＡＭＤまたはＨＭＤの構成を加えたことで、極
めて小さな質量体の駆動により、大きな振動制御効果を
上げることができる。
を有するＡＭＤまたはＨＭＤの構成を加えたことで、極
めて小さな質量体の駆動により、大きな振動制御効果を
上げることができる。
【００５９】 第１付加質量体が部屋を形成し、その
内部に駆動体が納められていることで、駆動体の発生す
る騒音が外部に漏れ難く、有害な振動は支持体で遮断さ
れて構造物に伝播され難い。
内部に駆動体が納められていることで、駆動体の発生す
る騒音が外部に漏れ難く、有害な振動は支持体で遮断さ
れて構造物に伝播され難い。
【００６０】 駆動体およびアクチュエーター等の駆
動機構が第１付加質量体としての構造体で守られている
ため、装置全体を建物の屋上等に設置することができ
る。
動機構が第１付加質量体としての構造体で守られている
ため、装置全体を建物の屋上等に設置することができ
る。
【００６１】 駆動体が第１付加質量体の内部に設置
されていること、振動制御装置本体は減衰性能の高い支
持体で支持されていること、駆動体の質量が構造物の質
量に比べ非常に小さいこと等から、たとえ駆動部の暴走
があったとしても、構造物本体に与える影響は極めて小
さい。
されていること、振動制御装置本体は減衰性能の高い支
持体で支持されていること、駆動体の質量が構造物の質
量に比べ非常に小さいこと等から、たとえ駆動部の暴走
があったとしても、構造物本体に与える影響は極めて小
さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動制御装置の概要を示す鉛直断面図
である。
である。
【図２】本発明の振動制御装置の振動モデル図である。
【図３】本発明の実施例における制御回路の一部の構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図４】比較例としての従来のＤＤの振動モデル図であ
る。
る。
【図５】比較例としての従来のＡＭＤの振動モデル図で
ある。
ある。
【図６】比較例としてのＨＭＤの振動モデル図である。
１…構造体、２…駆動体、３…支持体、３ａ…高減衰積
層ゴム、４…アクチュエーター、５…フィルター回路、
６…ＡＧＣ回路、７…リミッター回路
層ゴム、４…アクチュエーター、５…フィルター回路、
６…ＡＧＣ回路、７…リミッター回路
Claims (5)
- 【請求項１】 内部に部屋を形成した第１付加質量体
と、前記第１付加質量体を支持する支持体と、前記第１
付加質量体の前記部屋内部に設置され、前記第１付加質
量体との間に作用する制御力ｕ(t) により、前記第１付
加質量体に対し相対移動可能な第２付加質量体としての
駆動体とからなり、前記支持体は減衰性能に加え前記第
１付加質量体に前記構造物の固有周期と同期する周期を
与えるバネ定数ｋ a を有することを特徴とする構造物の
振動制御装置。 - 【請求項２】 前記支持体は複数、分散配置した高減衰
積層ゴムである請求項１記載の構造物の振動制御装置。 - 【請求項３】 前記駆動体は前記第１付加質量体にバネ
で連結されており、前記バネは前記構造物の固有周期と
同期させた第１付加質量体の周期と同期する周期を与え
るバネ定数ｋ b を有することを特徴とする請求項１また
は２記載の構造物の振動制御装置。 - 【請求項４】 前記第１付加質量体の質量は前記構造物
の質量の１／５００〜１／１０００である請求項３記載
の構造物の振動制御装置。 - 【請求項５】 前記駆動体の質量は前記第１付加質量体
の質量の１／２０〜１／１００である請求項４記載の構
造物の振動制御装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3136468A JPH086494B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 構造物の振動制御装置 |
| DE69225402T DE69225402T2 (de) | 1991-06-07 | 1992-06-05 | Schwingungskontrollvorrichtung für bauten |
| PCT/JP1992/000729 WO1992021841A1 (en) | 1991-06-07 | 1992-06-05 | Vibration control device for structure |
| EP92911161A EP0587891B1 (en) | 1991-06-07 | 1992-06-05 | Vibration control device for structure |
| US08/157,121 US5447001A (en) | 1991-06-07 | 1993-12-06 | Vibration control device for structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3136468A JPH086494B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 構造物の振動制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04360976A JPH04360976A (ja) | 1992-12-14 |
| JPH086494B2 true JPH086494B2 (ja) | 1996-01-24 |
Family
ID=15175824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3136468A Expired - Fee Related JPH086494B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 構造物の振動制御装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5447001A (ja) |
| EP (1) | EP0587891B1 (ja) |
| JP (1) | JPH086494B2 (ja) |
| DE (1) | DE69225402T2 (ja) |
| WO (1) | WO1992021841A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11350422A (ja) * | 1998-06-08 | 1999-12-21 | Kajima Corp | 振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物 |
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| JP2546465B2 (ja) * | 1992-01-28 | 1996-10-23 | 鹿島建設株式会社 | 構造物の振動制御装置 |
| JPH05222863A (ja) * | 1992-02-14 | 1993-08-31 | Kajima Corp | 構造物の振動制御装置 |
| JP3359976B2 (ja) * | 1994-04-22 | 2002-12-24 | カヤバ工業株式会社 | 制振装置 |
| CA2196883C (en) * | 1994-10-12 | 2000-12-26 | Warren E. Schmidt | Active systems and devices including active vibration absorbers (avas) |
| US5713163A (en) * | 1995-01-19 | 1998-02-03 | Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co. Ltd. | Vibration damping apparatus |
| CA2170561C (en) * | 1996-02-28 | 2001-01-30 | Raymond Wood | Gas, fire and earthquake detector |
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| DE19812053B4 (de) * | 1998-03-19 | 2004-03-04 | Schröder, Dierk, Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. h.c. | Bandpaß-Absorber |
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| DE69926984D1 (de) | 1999-02-26 | 2005-10-06 | Vinci Construction Grands Proj | Gelenkige paraseismische elastoplastische Vorrichtung für Hoch- und Tiefbau und Brücke mit einer derartigen Vorrichtung |
| US6361483B1 (en) | 1999-10-22 | 2002-03-26 | Morrison Berkshire, Inc. | System for controlling vibration of a dynamic surface |
| US6389941B1 (en) | 2000-04-14 | 2002-05-21 | Marquip, Llc | Rotary knife with electromagnetic active vibration control |
| US6851511B2 (en) * | 2002-05-31 | 2005-02-08 | Stig Rune Lennart Tenghamn | Drive assembly for acoustic sources |
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| CN103603439B (zh) * | 2013-11-22 | 2016-01-20 | 同济大学 | 一种碰撞阻尼器 |
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| WO2017172720A1 (en) | 2016-03-28 | 2017-10-05 | Robert Berry | Disruptive tuned mass system and method |
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| CN115435035A (zh) * | 2022-08-19 | 2022-12-06 | 国家电投集团江苏海上风力发电有限公司 | 一种双向调谐液柱阻尼器及应用该阻尼器的海上风力发电机组 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS6376932A (ja) * | 1986-09-17 | 1988-04-07 | Kajima Corp | 建物用動吸振器 |
| FR2614337B1 (fr) * | 1987-04-27 | 1991-05-10 | Shimizu Construction Co Ltd | Procede pour limiter les vibrations d'un plancher, etage ou niveau de batiment et dispositif pour le mettre en oeuvre |
| CN1013780B (zh) * | 1987-04-28 | 1991-09-04 | 清水建设株式会社 | 遏制结构对外部干扰的反应的方法及其装置 |
| JPS63297837A (ja) * | 1987-05-28 | 1988-12-05 | Kajima Corp | ２重動吸振器 |
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-
1991
- 1991-06-07 JP JP3136468A patent/JPH086494B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-06-05 EP EP92911161A patent/EP0587891B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-06-05 WO PCT/JP1992/000729 patent/WO1992021841A1/ja active IP Right Grant
- 1992-06-05 DE DE69225402T patent/DE69225402T2/de not_active Expired - Fee Related
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1993
- 1993-12-06 US US08/157,121 patent/US5447001A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
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| JPH11350422A (ja) * | 1998-06-08 | 1999-12-21 | Kajima Corp | 振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物 |
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| Publication number | Publication date |
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| EP0587891A1 (en) | 1994-03-23 |
| JPH04360976A (ja) | 1992-12-14 |
| EP0587891B1 (en) | 1998-05-06 |
| EP0587891A4 (en) | 1995-07-05 |
| DE69225402T2 (de) | 1998-10-29 |
| WO1992021841A1 (en) | 1992-12-10 |
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