免震装置と制振装置
【課題】簡易な構造により所望の免震性能または制振性能を発揮できる装置とその装置を構成する要素の諸元を容易に設定できる免震装置と制振装置とを提供する。
【解決手段】特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性接続要素３０と、特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生するバネ要素４０と、特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生するダンパー要素５０と、を備え、前記慣性接続要素３０と前記ダンパー要素５０とを並列接続した系と前記バネ要素４０とを直列接続した系であるバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物１０に連結された、ものとした。
【解決手段】特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性接続要素３０と、特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生するバネ要素４０と、特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生するダンパー要素５０と、を備え、前記慣性接続要素３０と前記ダンパー要素５０とを並列接続した系と前記バネ要素４０とを直列接続した系であるバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物１０に連結された、ものとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象構造物の振動を免震する免震装置、または制振する制振装置に係る。特に、地震等によって揺すられた対象構造物の振動エネルギーを免震する免震装置、または制振する制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震が発生すると、建物、構造物等の対象構造物が水平、垂直に揺すられる。
地震等による加速度レベルが大きいと、対象構造物が損傷をうけたり、対象構造物の中にあるものが予想を越えて加速度を受けたり、予想を超える変位をうけたりする。
そこで、基礎から対象構造物へ伝達する振動エネルギーを減少させて振動を免震する免震装置、または対象構造物が振動した際に振動エネルギーを吸収し振動レベルを小さくして振動を制振する制振装置として各種の構造の装置が試されている。
構造とその構造を構成する要素の諸元を適正に設定することにより、所望の免震性能や制振性能を発揮できる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１００９４５号
【特許文献２】特開平１０−１８４７５７号
【特許文献３】特開２０００−０１７８８５号
【特許文献４】特開２００３−１３８７８４号
【特許文献５】特開２００４−２３９４１１号
【特許文献６】特開２００５−１８０４９２号
【特許文献７】特開２００５−２０７５４７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、所望の免震性能または制振性能を発揮するための構造とその構造を構成する要素の諸元を適正に設定することは容易ではなかった。
【０００５】
本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出されたもので、簡易な構造により所望の免震性能または制振性能を発揮できる装置とその装置を構成する要素の諸元を容易に設定できる免震装置と制振装置とを提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物の特定方向の変位を免震する免震装置を、特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性接続要素と、特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生するバネ要素と、特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生するダンパー要素と、を備え、前記慣性接続要素と前記ダンパー要素とを並列接続した系と前記バネ要素とを直列接続した系であるバネ付き粘性マスダンパーが支持体と対象構造物との間に連結される、ものとした。
【０００７】
上記本発明の構成により、慣性接続要素が特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する。バネ要素が特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生する。ダンパー要素が特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生する。前記慣性接続要素と前記ダンパー要素とを並列接続した系と前記バネ要素とを直列接続した系であるバネ付き粘性マスダンパーが、支持体と対象構造物との間に連結する。
その結果、対象構造物が特定方向に振動運動すると、前記慣性接続要素と前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記慣性接続要素が相対変位し、並列接続された前記ダンパー要素が相対変位して振動エネルギーを吸収する。
【０００８】
以下に、本発明の実施形態に係る免震装置を説明する。本発明は、以下に記載した実施形態のいずれか、またはそれらの中の二つ以上が組み合わされた態様を含む。
【０００９】
また、本発明の実施形態に係る免震装置は、前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比ω／ωｎを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にし、前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である絶対応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、ものとした。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整して、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくする。
その結果、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
【００１０】
さらに、本発明の実施形態に係る免震装置は、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にした。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる。
その結果、前記ダンパー要素が、適切な減衰係数ｃを持ち、前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
【００１１】
また、本発明の実施形態に係る免震装置は、前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの９０％から１１０％までの間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値、または、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの７０％から１６０％までの間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２）×ωｒ×ｍｒの７０％から１６０％までの間の値、のうちのいっぽうであって、
ここで、
０＜μ≦０．２５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ｋは主架構の特定方位に沿った変位に係る弾性係数、ｍは対象構造物の主架構に支持される質量、
ｍｒは前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂは前記バネ要素の弾性係数、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、であるものとした。
上記実施形態の構成により、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの９０％から１１０％までの間の値であり、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値である。
または、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの７０％から１６０％までの間の値であり、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２）×ωｒ×ｍｒの７０％から１６０％までの間の値である。
その結果、前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整して、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の変位応答倍率を縦軸としたとき、前記変位応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなり、変位応答倍率が１つの定点での値を越えないので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記変位応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
【００１２】
また、本発明の実施形態に係る免震装置は、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／（１−２μ）の９０％から１１０％までの間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値であって、
ここで、
０＜μ≦０．５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ｋは主架構の特定方位に沿った変位に係る弾性係数、
ｍは対象構造物の質量、
ｍｒは前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂは前記バネ要素の弾性係数、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、
であるものとした。
上記実施形態の構成により、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／（１−２μ）の９０％から１１０％までの間の値であり、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値である。
その結果、前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整して、
加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の加速度応答倍率を縦軸としたとき、前記加速度応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなり、加速度応答倍率が２つの定点での値を越えないので、
２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記加速度応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に係る支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物の特定方向の変位を免震する免震装置を、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と該回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有するバネ要素と、を備え、前記直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の一方を支持体又は対象構造物の一方に連結し、前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の他方を前記バネ要素の第一部材に連結し、前記バネ要素の第二部材を支持体又は対象構造物の他方に連結する、のとした。
【００１４】
本発明の構成により、前記粘性マスダンパーが、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体のとの隙間に封入された粘性流体とを有する。前記バネ要素が、弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有する。前記粘性マスダンパーのフレームを支持体又は対象構造物の一方に連結する。前記粘性マスダンパーの直動軸と前記バネ要素の第一部材とを連結する。前記バネ要素の第二部材を支持体又は対象構造物の他方に連結する。
その結果、対象構造物が特定方向に振動運動すると、前記粘性マスダンパーと前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記直動軸が直動方向に相対変位して前記回転体が回転し、前記粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
【００１５】
以下に、本発明の実施形態に係る免震装置を説明する。本発明は、以下に記載した実施形態のいずれか、またはそれらの中の二つ以上が組み合わされた態様を含む。
【００１６】
本発明の実施形態に係る免震装置は、前記バネ要素を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を前記相対距離で割った値である弾性係数ｋｂと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに前記直動方向に作用する反力を前記相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比ω／ωｎを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記粘性マスダンパーの前記直動軸を一定に相対速度で直動させた際に前記直動方向に作用する反力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にし、前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である絶対応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である前記変位応答該率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である前記加速度応答倍率のうちのひとつである。
上記実施形態の構成により、前記バネ要素を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を前記相対距離で割った値である弾性係数ｋｂと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに前記直動方向に作用する反力を前記相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整する。加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の絶対応答倍率、相対変位応答倍率、または加速度応答倍率のうちのひとつの応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記粘性マスダンパーの前記直動軸を相対速度で直動させた際に前記直動方向に作用する反力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる。
その結果、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記粘性マスダンパーの慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記前記粘性マスダンパーが前記フレームと前記直動軸との相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
【００１７】
さらに、本発明の実施形態に係る免震装置は、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にした。
上記実施形態の構成により、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる。
その結果、前記粘性マスダンパーが、適切な減衰係数ｃを持ち、前記フレームと前記直同軸の相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明に係る対象構造物の特定方向の相対変形伴う振動を制振する制振装置を、特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性接続要素と、特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生するバネ要素と、特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生するダンパー要素と、
を備え、前記慣性接続要素と前記ダンパー要素とを並列接続した系と前記バネ要素とを直列接続した系であるバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の間に連結される、ものとした。
【００１９】
上記本発明の構成により、前記慣性接続要素が、特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する。前記バネ要素が、特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生する。前記ダンパー要素が、特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生する。前記慣性接続要素と前記ダンパー要素とを並列接続した系と前記バネ要素とを直列接続した系であるバネ付き粘性マスダンパーが、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所に連結される。
その結果、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、前記慣性接続要素と前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記慣性接続要素の相対変位し、並列接続された前記ダンパー要素が相対変位して振動エネルギーを吸収する。
【００２０】
以下に、本発明の実施形態に係る制振装置を説明する。本発明は、以下に記載した実施形態のいずれか、またはそれらの中の二つ以上が組み合わされた態様を含む。
【００２１】
本発明の実施形態に係る制振装置は、前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にし、前記応答倍率は、対象構造物の一方の前記箇所を強制加振させた際の加振力による対象構造物の一方の前記箇所の静的変位と応答して振動した対象構造物の一方の前記箇所の振幅の比である絶対応答倍率、対象構造物の一方の前記箇所を強制加振した際の一方の前記箇所の変位と応答して振動した対象構造物の他方の前記箇所の変位との比である記変位応答倍率、または対象構造物の一方の前記箇所を強制加振した際の対象構造物の一方の前記箇所の加速度と応答して振動した対象構造物の他方の前記箇所の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
【００２２】
上記実施形態の構成により、前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整する。加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の絶対応答倍率、相対変位応答倍率、または加速度応答倍率のうちのひとつの応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる。
その結果、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくできる。
【００２３】
さらに、本発明の実施形態に係る制振装置は、 前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にした。
上記本発明の構成により、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる。
その結果、前記ダンパー要素が、適切な減衰係数ｃを持ち、前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
【００２４】
また、本発明の実施形態に係る制振装置は、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの９０％から１１０％の間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％の間の値、
または、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの７０％から１６０％の間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２）×ωｒ×ｍｒの７０％から１６０％の間の値、
のうちのいっぽうであって、
ここで、
０＜μ≦０．２５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）
ｋは対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動をばねと質点との１質点系に模しときの該ばねの弾性係数、
ｍは前記１質点系の前記質点の質量、
ｍｒは前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂは前記バネ要素の弾性係数、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、
であるものとした。
上記実施形態の構成により、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの９０％から１１０％の間の値であり、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％の間の値である。
または、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの７０％から１６０％の間の値であり、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２）×ωｒ×ｍｒの７０％から１６０％の間の値である。
その結果、前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整して、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の変位応答倍率を縦軸としたとき、前記変位応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなるので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記変位応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った変位相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
【００２５】
本発明の実施形態に係る制振装置は、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／（１−２μ）の９０％から１１０％までの間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値であって、
ここで、
０＜μ≦０．５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）、
ｋは対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動をばねと質点との１質点系に模しときの該ばねの弾性係数、
ｍは前記１質点系の前記質点の質量、
ｍｒは前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂは前記バネ要素の弾性係数、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、
であるものとした。
上記実施形態の構成により、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／（１−２μ）の９０％から１１０％までの間の値であり、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値である。
その結果、前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整して、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の加速度応答倍率を縦軸としたとき、前記加速度応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなるので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記加速度応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
【００２６】
上記目的を達成するため、本発明に係る対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する制振装置を、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と該回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有するバネ要素と、を備え、対象構造物が特定方向に離間した一対の取付部を有し、前記直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の一方を一対の前記取付部の一方に連結し、前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の他方を前記バネ要素の前記第一部材に連結し、前記バネ要素の前記第二部材を一対の前記取付部の他方に連結する、ものとした。
【００２７】
上記本発明の構成により、前記粘性マスダンパーが、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と該回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する。前記バネ要素が、弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有する。前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の一方を一対の前記取付部の一方に連結する。前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の他方を前記バネ要素の第一部材に連結する。前記バネ要素の第二部材を一対の前記取付部の他方に連結する、
その結果、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、前記粘性マスダンパーと前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記直動軸が直動方向に相対変位して前記回転体が回転し、前記粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
【００２８】
上記目的を達成するため、本発明に係る対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する制振装置を、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、特定方向に交差する方向に延びた板材を有するバネ要素と、を備え、対象構造物が離間した一対の取付部を有し、前記直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、前記バネ要素の前記板材の一端が一対の前記取付部の一方に固定され、前記粘性マスダンパーのフレーム又は直動軸の一方が前記バネ要素の前記板材の他端に連結され、前記粘性マスダンパーのフレーム又は直動軸の他方が対象構造物の一対の前記取付部の他方に連結し、一対の前記取付部の他方が前記板材の他端から特定方向に離間した位置にある、ものとした。
【００２９】
上記本発明の構成により、前記粘性マスダンパーが、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体の隙間に封入された粘性流体とを有する。バネ要素が特定方向に交差する方向に延びた板材を有する。前記バネ要素の前記板材の一端が一対の前記取付部の一方に固定される。前記粘性マスダンパーのフレーム又は直動軸の一方が前記バネ要素の前記板材の他端に連結される。前記粘性マスダンパーのフレーム又は直動軸の他方が対象構造物の一対の前記取付部の他方に連結する。
その結果、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、前記粘性マスダンパーと前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記直動軸が直動方向に相対変位して前記回転体が回転し、前記粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
【００３０】
上記目的を達成するため、本発明に係る対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する制振装置を、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体の外面との間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有するバネ要素と、を備え、対象構造物が特定方向に離間した一対の取付部を有し、前記直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、前記バネ要素の前記第二部材を一対の前記取付部の一方に連結し、前記バネ要素の前記第一部材を前記粘性マスダンパーのフレームに連結し、前記粘性マスダンパーの直動軸の一方の端部を一対の前記取付部の他方に連結し、前記粘性マスダンパーの直動軸の他方の端部を対象構造物の一対の前記取付部の一方を挟んで他方の反対側に連結する、ものとした。
【００３１】
上記本発明の構成により、前記粘性マスダンパーが、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体の外面との間に封入された粘性流体とを有する。バネ要素が、弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有する。前記バネ要素の前記第一部材を一対の前記取付部の一方に連結する。前記バネ要素の前記第二部材を前記粘性マスダンパーのフレームに連結する。前記粘性マスダンパーの直動軸の一方の端部を一対の前記取付部の他方に連結する。前記粘性マスダンパーの直動軸の他方の端部を対象構造物の一対の前記取付部の一方を挟んで他方の反対側に連結する。
その結果、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、前記粘性マスダンパーと前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記直動軸が直動方向に相対変位して前記回転体が回転し、前記粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
【００３２】
以下に、本発明の実施形態に係る制振装置を説明する。本発明は、以下に記載した実施形態のいずれか、またはそれらの中の二つ以上が組み合わされた態様を含む。
【００３３】
本発明の実施形態にかかる制振装置は、前記バネ要素を特定方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を前記相対距離で割った値である弾性係数ｋｂと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに前記直動方向に作用する反力を前記相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記粘性マスダンパーの前記直動軸を一定の相対速度で直動させた際に前記直動方向に作用する反力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にし、前記応答倍率は、対象構造物の一方の前記取付部を強制加振させた際の加振力による対象構造物の一方の前記取付部の静的変位と応答して振動した対象構造物の一方の前記取付部の振幅の比である絶対応答倍率、対象構造物の一方の前記取付部を強制加振した際の一方の前記取付部の変位と応答して振動した対象構造物の他方の前記取付部の変位との比である変位応答倍率、または対象構造物の一方の前記取付部を強制加振した際の対象構造物の一方の前記取付部の加速度と応答して振動した対象構造物の他方の前記取付部の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
【００３４】
前記バネ要素を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を前記相対距離で割った値である弾性係数ｋｂと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに前記直動方向に作用する反力を前記相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整する。加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の絶対応答倍率、相対変位応答倍率、または加速度応答倍率のうちのひとつの応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記粘性マスダンパーの前記直動軸を相対速度で直動させた際に前記直動方向に作用する反力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる。
その結果、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記粘性マスダンパーの慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記前記粘性マスダンパーが前記フレームと前記直動軸との相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の取付部の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
【００３５】
さらに、本発明の実施形態に係る制振装置は、 前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にした。
上記実施形態の構成により、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる。
その結果、前記粘性マスダンパーが、適切な減衰係数ｃを持ち、前記フレームと前記直同軸の相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、対象構造物の特定方向に離間する一対の取付部の相対的な振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように、本発明に係る免震装置は、その構成により、以下の効果を有する。
相対変位を回転量に変換する慣性接続要素と減衰抵抗力を発生するダンパー要素とを並列接続した系と弾性反力を発生するバネ要素とを直列接続したバネ付き粘性マスダンパーが支持体と対象構造物とを連結する様にしたので、対象構造物が振動運動すると、前記慣性接続要素と前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記慣性接続要素が相対変位し、並列接続された前記ダンパー要素が相対変位して振動エネルギーを吸収する。
また、バネ付き粘性マスダンパーの諸元を対象構造物の振動特性に対応させて設定し、対象構造物の応答倍率を最適化し、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなる様にしたので、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に略極大になる様にしたので、前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
また、バネ要素の弾性係数ｋｂを質量比μと主架構の弾性係数ｋから求め、ダンパー要素の減衰係数ｃを質量比μと慣性接続要素のみかけの慣性質量ｍｒとバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωｒとから求めて、対象構造物の変位応答倍率を最適化する様にしたので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、また、バネ要素の弾性係数ｋｂを質量比μと主架構の弾性係数ｋから求め、ダンパー要素の減衰係数ｃを質量比μと慣性接続要素のみかけの慣性質量ｍｒとバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωｒとから求めて、対象構造物の加速度応答倍率を最適化する様にしたので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、直動軸の雄ねじに嵌め合った回転体を回転自在に支持してフレームと回転体との間に粘性流体を封入した粘性マスダンパーと弾性体でできたバネ要素とを直接接続したバネ付き粘性マスダンパーが支持体と対象構造物とを連結する様にしたので、対象構造物が特定方向に振動運動すると、前記粘性マスダンパーと前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記直動軸が直動方向に相対変位して前記回転体が回転し、前記粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
また、バネ付き粘性マスダンパーの諸元を対象構造物の振動特性に対応させて設定し、対象構造物の応答倍率を最適化し、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記粘性マスダンパーの慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記前記粘性マスダンパーが前記フレームと前記直動軸との相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に略極大になる様にしたので、前記フレームと前記直同軸の相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
【００３７】
以上説明したように、本発明に係る制振装置は、その構成により、以下の効果を有する。
相対変位を回転量に変換する慣性接続要素と減衰抵抗力を発生するダンパー要素とを並列接続した系と弾性反力を発生するバネ要素とを直列接続したバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所を連結したので、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、前記慣性接続要素と前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記慣性接続要素の相対変位し、並列接続された前記ダンパー要素が相対変位して振動エネルギーを吸収する。
また、バネ付き粘性マスダンパーの諸元を対象構造物の振動特性に対応させて設定し、対象構造物の応答倍率を最適化し、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなる様にしたので、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくできる。
また、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に略極大になる様にしたので、前記ダンパー要素が、適切な減衰係数ｃを持ち、前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
また、バネ要素の弾性係数ｋｂを質量比μと主架構の弾性係数ｋから求め、ダンパー要素の減衰係数ｃを質量比μと慣性接続要素のみかけの慣性質量ｍｒとバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωｒとから求めて、対象構造物の変位応答倍率を最適化する様にしたので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、バネ要素の弾性係数ｋｂを質量比μと主架構の弾性係数ｋから求め、ダンパー要素の減衰係数ｃを質量比μと慣性接続要素のみかけの慣性質量ｍｒとバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωｒとから求めて、対象構造物の加速度応答倍率を最適化する様にしたので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、直動軸の雄ねじに嵌め合った回転体を回転自在に支持してフレームと回転体との間に粘性流体を封入した粘性マスダンパーと弾性体でできたバネ要素とを直接接続したバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の特定方向に離間する一対の取付部に連結する様にしたので、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、前記粘性マスダンパーと前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記直動軸が直動方向に相対変位して前記回転体が回転し、前記粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
また、直動軸の雄ねじに嵌め合った回転体を回転自在に支持してフレームと回転体との間に粘性流体を封入した粘性マスダンパーと板材でできたバネ要素とを直接接続したバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の特定方向に離間する一対の取付部に連結する様にしたので、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、前記粘性マスダンパーと前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記直動軸が直動方向に相対変位して前記回転体が回転し、前記粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
また、直動軸の雄ねじに嵌め合った回転体を回転自在に支持してフレームと回転体との間に粘性流体を封入した粘性マスダンパーをバネ要素を解して対象構造物に連結し、直動軸の両端を対象構造物の他の取付部の連結する様にし、連結した取付部が特定方向に並んでいる様にしたので、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、前記粘性マスダンパーと前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記直動軸が直動方向に相対変位して前記回転体が回転し、前記粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
また、バネ付き粘性マスダンパーの諸元を対象構造物の振動特性に対応させて設定し、対象構造物の応答倍率を最適化し、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記粘性マスダンパーの慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記前記粘性マスダンパーが前記フレームと前記直動軸との相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、象構造物の特定方向に離間する一対の取付部の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に略極大になる様にしたので、前記フレームと前記直同軸の相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、支持体を基礎とする象構造物の特定方向に離間する一対の取付部の相対的な振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
従って、簡易な構造により所望の免震性能または制振性能を発揮できる装置とその装置を構成する要素の諸元を容易に設定できる免震装置と制振装置とを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
説明の便宜のために、地震の加速度が建物を揺する場合を例に、説明する。
【００３９】
最初に、本発明の第一の実施形態に係る免震装置を、図を基に、説明する
図１は、本発明の第一または第四の実施形態に係る免震装置・制振装置の概念図である。
【００４０】
免震装置は、支持体５を基礎として主架構２０に支持される対象構造物１０の特定方向の変位を免震する装置である。
例えば、主架構２０は複数の樹脂製板材を積層したものである。
免震装置は、慣性接続要素３０とバネ要素４０とダンパー要素５０とで構成され、慣性接続要素３０とダンパー要素５０とを並列接続した系とバネ要素４０とを直列接続した系が支持体と対象構造物との間に連結される。
便宜上、慣性接続要素３０とダンパー要素５０とを並列接続した系を粘性マスダンパーと呼称し、その粘性マスダンパーとバネ要素４０とを直列接続した系をバネ付き粘性マスダンパーと呼称する。
例えば、バネ付き粘性マスダンパーは、支持体と対象構造物との間に置かれ、支持体と対象構造物とに両端部を直列に連結される。
【００４１】
慣性接続要素３０は、特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する要素である。
例えば、慣性接続要素３０は特定方向の相対変位を螺旋構造により回転体の回転量に変換する。例えば、回転体が所定の回転慣性能率をもつときに、慣性接続要素は特定方向の相対加速度に比例して回転慣性能率に対応した慣性力を発生する。
バネ要素４０は、特定方向の相対変位に対応して特定方向にそった弾性反力を発生する要素である。例えば、バネ要素４０が所定の弾性係数をもつときに、バネ要素４０は相対変位に比例して弾性係数に対応した弾性力を発生する。
ダンパー要素５０は、特定方向の相対速度に対応して減衰抵抗力を発生する要素である。例えば、ダンパー要素５０が所定の減衰係数ｃをもつときに、ダンパー要素５０は、相対速度に比例して減衰係数に対応した減衰力を発生する。
【００４２】
以下に、免震装置の諸元を決定する方法を説明する。
バネ要素の弾性係数ｋｂと慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比ωｒ／ωｎを調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上でダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にする。
ここで、応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である絶対応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
【００４３】
上記の方法により諸元を求める手順は以下の通りである。
免震装置と主架構と対象構造物とで構成される構造を質点モデルして表す。
質点モデルを運動方程式を作成する。
応答倍率が絶対応答倍率である場合は、質点モデルの対象構造物に変位強制加振動を加える運動方程式を作成する。
応答倍率が変位応答倍率である場合は、質点モデルの主架構の端部に変位強制振動を加える運動方程式を作成する。
応答倍率が加速度応答倍率である場合は、質点モデルの主架構の端部に加速度強制振動を加える運動方程式を作成する。
運動方程式を解いて、応答倍率を求める方程式を作成する。
減衰係数ｃ＝０の応答倍率のカーブと減衰係数ｃ＝∞の応答倍率のカーブとの２つの交点Ｐ、Ｑ求める。
カーブは、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたグラフに、描いた応答倍率である。
Ｐ点での応答倍率とＱ点での応答倍率とを等しくする固有振動数ωｒと固有振動数ωｎとの比の値を決定する。
ωｒ／ωｎの値から免震装置を構成する要素の諸元を決定する。
ωｒは、バネ要素の弾性係数ｋｂと慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数である。
ωｎは、主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数である。
【００４４】
対象構造物の変位を小さくしたいときには、応答倍率は変位応答倍率であるとよい。
対象構造物の加速度を小さくしたいときは、応答倍率は加速度応答倍率であるとよい。
【００４５】
さらに、減衰係数ｃを調整し、２つの定点での値が各々に実質的に略極大になる様にする。例えば、減衰係数ｃはカーブがＰ点で極値をとる減衰係数ｃｐとカーブがＱ点で極値をとる減衰係数ｃｑとの平均値である。
この様にすると、応答倍率が、定点での値を越えない。
【００４６】
上記の方法により減衰係数を求める手順は、以下の通りである。
上記の手順により求めた諸元を代入された応答倍率の式を作成する。
Ｐ点を応答倍率の極値とする減衰係数ｃｐを求める。
Ｑ点を応答倍率の極値とする減衰係数ｃｑを求める。
減衰係数ｃｐと減衰係数ｃｑとの平均値を、２つの定点での値が各々に略極大にする減衰係数ｃとして採用する。
平均値は、加算平均による値であっても、乗算平均による値であっても、その他の平均による値であってもよい。
【００４７】
以下に、対象構造物の支持体に対する変位応答倍率を小さくすることを重視した諸元の決定方法を説明する。
バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの９０％から１１０％までの間の値であって、
ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値、または
バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの７０％から１６０％までの間の値であって、
ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２）×ωｒ×ｍｒの７０％から１６０％までの間の値のうちのひとつである。
ここで、
０＜μ≦０．２５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ｋは主架構２０の特定方位に沿った変位に係る弾性係数、
ｍは対象構造物１０の質量、
ｍｒは慣性接続要素３０の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂはバネ要素４０の弾性係数、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、である。
【００４８】
上記の弾性係数ｋｂと減衰係数ｃとを決定する過程を、図を基に、説明する。
図１５は、本発明の実施形態に係る振動数比・減衰定数−質量比のグラフ３である。
グラフ３は、対象構造物の変位応答倍率を小さくする様に最適化された振動数比βｏｐｔと質量比μとの関係、最適化された付加系６の減衰定数ζｏｐｔと質量比μとの関係を示す。
βｏｐｔ＝ｓｑｒｔ｛（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μ２｝、
βｏｐｔ＝ｓｑｒｔ｛（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μ２｝、
ζｏｐｔ＝３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８、
ζｏｐｔ＝−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２、
最初に質量比μを決定する。但し、質量比は０．２５を越えない。
図１５に示す、振動数比・減衰定数−質量比のグラフから振動数比μに対応する最適化された振動数比βｏｐｔと最適化された減衰定数ζｏｐｔを決定する。
以下の式により、諸元を決定する
Ｋｂ＝ｋ×βｏｐｔ２×μ
ｃ＝２×ζｏｐｔ×ωｒ×ｍｒ
【００４９】
免震装置が上記の式を満足するバネ要素の弾性係数ｋｂを持つと、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の変位応答倍率を縦軸としたとき、変位応答倍率を示す線の上でダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる。
さらに、免震装置が上記の式を満足するバネ要素の弾性係数ｋｂと減衰係数ｃを持つと、２つの定点での値が各々に実質的に略極大になる。
従って、対象構造物の変位応答倍率を小さくすることをできる。
【００５０】
以下に、対象構造物の支持体に対する加速度応答を小さくすることを重視した諸元の決定方法を説明する。
バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／（１−２μ）の９０％から１１０％までの間の値であって、
ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６）×ωｒ／ｍｒの９０％から１１０％までの間の値である。
ここで、
０＜μ≦０．５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ｋは主架構２０の特定方位に沿った変位に係る弾性係数、
ｍは対象構造物１０の質量
ｍｒは慣性接続要素３０の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量
ｋｂはバネ要素４０の弾性係数、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、である。
【００５１】
上記の弾性係数ｋｂと減衰係数ｃとを決定する過程を図を基に、説明する。
図１６は、本発明の実施形態に係る振動数比・減衰定数−質量比のグラフ４である。
グラフ４は、対象構造物の加速度応答倍率を小さくする様に最適化された振動数比βｏｐｔと質量比μとの関係、最適化された減衰定数ζｏｐｔと質量比μとの関係を示す。
βｏｐｔ＝ｓｑｒｔ｛（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／μ（１−２μ）｝、
ζｏｐｔ＝４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６、
最初に質量比μを決定する。但し、質量比は０．５を越えない。
図１６に示す、振動数比・減衰定数−質量比のグラフから質量比μに対応する最適化された振動数比βｏｐｔと最適化された減衰定数ζｏｐｔを決定する。
以下の式により
以下の計算により
Ｋｂ＝ｋ×βｏｐｔ２×μ
ｃ＝２×ζｏｐｔ×ωｒ×ｍｒ
【００５２】
免震装置が上記の式を満足するバネ要素の弾性係数ｋｂを持つと、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の加速度応答倍率を縦軸としたとき、加速度応答倍率を示す線の上でダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる。
さらに、免震装置が上記の式を満足するバネ要素の弾性係数ｋｂと減衰係数ｃを持つと、２つの定点での値が各々に実質的に略極大になる。
従って、対象構造物の加速度応答倍率を小さくすることをできる。
【００５３】
次に、本発明の第二の実施形態に係る免震装置を、図を基に、説明する。
図２は、本発明の第二の実施形態に係る免震装置の概念図である。
図１２は、本発明の対象構造物の概念図である。
免震装置は、支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物の特定方向の変位を免震する装置である。
免震装置は、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とで構成され、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とを直列接続した系が支持体と対象構造物とを連結する。
図１２は、免震装置が、建物の基礎に設けられるのを示している。
【００５４】
粘性マスダンパー１００を、図を基に、説明する。
図１０は、本発明の実施形態に係る粘性マスダンパーの断面図である。
図１０は、粘性マスダンパーの構造の一例を示している。
粘性マスダンパー１００は、直動軸１２０と回転体１３０とフレーム１４０と粘性流体１５０とで構成される。
【００５５】
直動軸１２０は、雄ねじを設けられた軸体である。
直動軸１２０の両端のうち少なくとも１端は後述するフレーム１４０の外部へ露出する。
【００５６】
回転体１３０は、雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた部材である。
回転体１３０は、ねじナット１３１と回転円筒１３２とで構成される。
ねじナット１３１は、後述するフレーム１４０に回転自在に支持され、雄ねじに嵌め合う雌ねじを設けられる。雄ねじと雌ねじとは、一列に並んだベアリング球を介して嵌め合っていてもよい。
回転円筒１３２は、後述するフレーム１４０に回転自在に支持された中空の円筒部材である。
ねじナット１３１と回転円筒１３２とは、各々の回転中心を一致させて連結される。
ねじナット１３１が回転すると、回転円筒１３２も回転する。
フレーム１４０は、回転体を回転自在に支持する部材であり、ねじナットフレーム１４１と回転円筒フレーム１４２と軸受１４３とで構成される。
ねじナットフレーム１４１は軸受１４３と介してねじナット１３１を回転自在に支持する。回転円筒フレーム１４２は、軸受１４３を介して回転円筒１３２を回転自在に支持する。
粘性流体１５０は、フレーム１４０の内面と該回転体との隙間に封入された液体である。
例えば、粘性流体１５０は、フレーム１４０の内面と該回転体の外周との隙間に封入される。
【００５７】
粘性マスダンパー１００は、本発明の第一の実施形態にかかる免震装置で説明した「慣性接続要素とダンパー要素とを並列接続した系」に相当する。
フレーム１４０と直動軸１２０との軸心の回りの回転を拘束した状態で、直動軸１２０を直動方向に相対変位させると、回転体１３０が雄ねじと雌ねじのねじの傾斜角に対応した回転角だけ回転する。
慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒは、直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに直動方向に作用する反力を相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒに一致する。
回転体１３０が回転する際に、回転円筒１３２と回転円筒フレーム１４２との隙間に封入された粘性流体１５０が、回転円筒に１３２に粘性力を作用させる。
ダンパー要素の特定方向の相対速度に対応して減衰抵抗力は、その粘性力により直動軸１２０の直動方向に作用する力に一致する。
ダンパー要素の減衰抵抗力を相対速度で割った値である減衰係数ｃは、粘性マスダンパーの直動軸１２０を相対速度で直動させた際に直動方向に作用する反力を相対速度で割った値である減衰係数ｃに一致する。
【００５８】
バネ要素２００は、弾性体２１０と弾性体を間に挟んだ第一部材２２０と第二部材２３０とを有する要素である。
図１１は、本発明の実施形態に係るバネ要素の概念図である。
弾性体２１０は、弾性変形する要素である。
例えば、弾性体２１０は、剪断力を受けて弾性変形する柔軟材料性の板形状の部材である。
第一部材２２０は、フランジ２２１とフランジに固定された一対の弾性体支持部材２２２とで構成される。
第二部材２３０は、フランジ２３１とフランジに固定された弾性体支持部材２３２とで構成される。
弾性体支持部材２２２と弾性体支持部材２３２とが弾性体２１０を挟む。
第一部材２２０と第二部材２３０とが、互いに離間する方向へ移動すると、弾性体に剪断力が発生する。
バネ要素は、第一部材２２０と第二部材２３０とが互いに離間する方向を特定方向に一致させる。
【００５９】
バネ要素２００は、本発明の第一の実施形態にかかる免震装置で説明したバネ要素４０に相当する。
バネ要素４０の弾性係数ｋｂは、バネ要素２００を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を相対距離で割った値である弾性係数ｋｂに一致する。
【００６０】
クレビス３００は、２つの機械要素の間に介在し、２つの要素を繋ぐ向きに直交する軸の回りに回転自在になった機械要素である。
例えば、クレビズ３００は、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０と支持体５との間に介在する。
例えば、クレビス３００は、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０とバネ要素２００との間に介在する。
【００６１】
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの取り付け構造を説明する。
直動軸１２０の直動方向と特定方向とが略一致し、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０または直動軸１２０の一方を支持体５又は対象構造物１０の一方に連結し、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０または直動軸１２０の他方をバネ要素の第一部材２２０に連結し、バネ要素２００の第二部材２３０を支持体又は対象構造物の他方に連結する。
図２は、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０がクレビス３００を介して支持体５に連結され、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０がクレビス３００を介してバネ要素２００の第一部材２２０に連結され、バネ要素２００の第二部材２３０が対象構造物１０の一取付部１１に固定される。
支持体５は、対象構造物が設置される基礎から立ち上がった基礎の一部である。
対象構造物の一取付部は、対象構造物の底面かた下方に張りだした対象構造物の一部である。
【００６２】
以下に、ばね付き粘性マスダンパーの諸元の設定方法につき、説明する。
バネ要素２００を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を相対距離で割った値である弾性係数ｋｂと粘性マスダンパーの直動軸１２０を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに直動方向に作用する反力を相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構２０と対象構造物１０とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとω／ωｎの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上で粘性マスダンパーの直動軸を相対速度で直動させた際に直動方向に作用する反力を相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にする。
【００６３】
ここで、応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である絶対応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答該率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
【００６４】
減衰係数ｃを調整し、２つの定点での値が各々に実質的に略極大になる様にする。
【００６５】
上記の粘性マスダンパーとバネ要素とで構成される振動系の固有振動数ωｒと主架構２０と対象構造物１０とで構成される振動系の固有振動数ωｎとを調整する方法を、図を基に、説明する。
図１３は、本発明の第一の実施形態に係る振動数比−変位応答倍率のグラフ１である。
グラフ１は、横軸に振動数比ω／ωｎをとり、縦軸に変位応答倍率をとった際の、支持体の特定方向の変位と対象構造物１０の一取付部１１の特定方向の変位の比を示している。
実線は、バネ付き粘性マスダンパーが上記の手法で設定され最適化された減衰係数ｃをもった場合の、変位応答倍率を示している。
破線は、バネ付き粘性マスダンパーが上記の手法で設定されるが減衰係数ｃがゼロではないが極めて小さな値である場合の、変位応答倍率を示している。
一点破線は、比較のために、バネ要素を除いた場合を示している。
Ｐ点、Ｑ点が、２つの定点である。
主架構２０と対象構造物１０とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎは、加振実験により求めてよいし、地震時の対象構造物に設けた加速度計による特定方向の加速度データを解析して求めてもよいし、主架構の弾性係数ｋと対象構造物ｍの質量から固有振動数を求める数式を用いて演算により求めてもよい。
一般には、ｃ＝０の変位応答倍率のカーブとｃ＝∞の変位応答倍率のカーブの交差する２つの定点Ｐ点とＰ点の値が等しく成るように、粘性マスダンパーとバネ要素の諸元を選定する。
カーブが２つの定点Ｐ１とＰ２とで実質的に極値をとる様に、減衰係数ｃを選定する。
例えば、減衰係数ｃはカーブがＰ点で極値をとる減衰係数ｃｐとカーブがＱ点で極値をとる減衰係数ｃｑとの平均値である。
【００６６】
図１４は、本発明の実施形態に係る振動数比−加速度応答倍率のグラフ２である。
グラフ２は、横軸に振動数比ω／ωｎをとり、縦軸に加速度応答倍率をとった際の、支持体の特定方向の加速度と対象構造物１０の取付部１１の特定方向の加速度の比を示している。
実線は、バネ付き粘性マスダンパーが上記の手法で設定され最適化された減衰係数ｃをもった場合の、加速度応答倍率を示している。
破線は、バネ付き粘性マスダンパーが上記の手法で設定されるが減衰係数ｃがゼロではないが極めて小さな値である場合の、加速度応答倍率を示している。
一点破線は、比較のために、バネ要素を除いた場合を示している。
Ｐ点、Ｑ点が、２つの定点である。
主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎは、加振実験により求めてよいし、地震時の対象構造物に設けた加速度計による特定方向の加速度データを解析して求めてもよいし、主架構の弾性係数ｋと対象構造物ｍの質量から固有振動数を求める数式を用いて演算により求めてもよい。
一般には、ｃ＝０の加速度応答倍率のカーブとｃ＝∞の加速度応答倍率のカーブの交差する２つの定点Ｐ１とＰ２の値が等しく成るように、粘性マスダンパーとバネ要素の諸元を選定する。
カーブが２つの定点Ｐ点とＱ点とで実質的に極値をとる様に、減衰係数ｃを選定する。例えば、減衰係数ｃはカーブがＰ点で極値をとる減衰係数ｃｐとカーブがＱ点で極値をとる減衰係数ｃｑとの平均値である。
【００６７】
ばね付き粘性マスダンパーの諸元を求めるのに、本発明の第一の実施形態に係る免震装置で説明した様に、振動数比・減衰定数−質量比のグラフから質量比μに対応する最適化された振動数比βｏｐｔと最適化された減衰定数ζｏｐｔとを決定し、そのβｏｐｔとζｏｐｔから諸元を求めてもよい。
【００６８】
次に、本発明の第三の実施形態に係る免震装置を、図を基に、説明する。
図３は、本発明の第三の実施形態に係る免震装置の概念図である。
免震装置は、支持体を基礎として主架構２０に支持される対象構造物１０の特定方向の変位を免震する装置である。
免震装置は、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とで構成され、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とを直列接続した系が支持体と対象構造物とを連結する。
【００６９】
粘性マスダンパー１００は、リニアガイド１１０と直動軸１２０と回転体１３０とフレーム１４０と粘性流体１５０とで構成される。
図１０はリニアガイド１１０の付いていない粘性マスダンパー１００を示している。
リニアガイド１１０はオプションであり、直動軸１２０の軸心回りの回転を拘束する機械要素である。
例えば、リニアガイド１１０は、フレーム１４０に固定され、直動軸１２０の側面に長手方向に沿って設けられた溝または突起に噛みあい、直動軸１２０の軸心回りの回転を拘束しつつ、長手方向への移動を許容する。
【００７０】
直動軸１２０と回転体１３０とフレーム１４０と粘性流体１５０の構造は、第二の実施形態にかかる免震装置のものと同じなので、説明を省略する。
【００７１】
バネ要素２００は、弾性体２１０と弾性体を間に挟んだ第一部材２２０と第二部材２３０とを有する要素である。
バネ要素２００は、第二の実施形態に係る免震装置で説明したものでもよいし、他の形式のものでよい。
以下では、他の形式のものを説明する。
弾性体２１０は、弾性変形する要素である。
例えば、弾性体２１０は、特定方向に延びたコイルスプリング（図示せず）である。
第一部材２２０は、フランジ２２１とフランジに固定された一対の弾性体支持部材２２２とで構成される。
第二部材２３０は、フランジ２３１とフランジに固定された弾性体支持部材２３２とで構成される。
弾性体支持部材２２２と弾性体支持部材２３２とがコイルスプリングを挟む。
第一部材２２０と第二部材２３０とが、互いに離間する方向へ移動すると、コイルスプリングが撓む。
バネ要素は、第一部材２２０と第二部材２３０とが互いに離間する方向を特定方向に一致させる。
【００７２】
クレビス３００は、本発明の第二の実施形態に係る免震装置のものと同じなので、説明を省略する。
【００７３】
第三の実施形態にかかる免震装置の使用方法と諸元の設定方法は、第二の実施形態に係る免震装置の場合と同じなので、説明を省略する。
【００７４】
次に、本発明の第四の実施形態に係る制振装置を、図を基に、説明する。
図１は、本発明の第一または第四の実施形態に係る免震装置・制振装置の概念図である。
【００７５】
制振装置は、対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する装置である。
例えば、制振装置は、対象構造物の特定方向に離間した一対の取付部の間に設置され、一対の取付部に連結されて、対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動の振動エネルギーを吸収し、制振する。
制振装置は、慣性接続要素３０とバネ要素４０とダンパー要素５０とで構成される。慣性接続要素３０とダンパー要素５０とを並列接続した系とバネ要素４０とを直列接続した系が対象構造物の特定方向に離間する一対の取付部に連結される。
便宜上、慣性接続要素３０とダンパー要素５０とを並列接続した系を粘性マスダンパーと呼称し、その粘性マスダンパーとバネ要素４０とを直列接続した系をバネ付き粘性マスダンパーと呼称する。
例えば、バネ付き粘性マスダンパーを対象構造物の特定方向に離間する一対の取付部の間に置かれ、一対の取付部に両端部を直列に連結される。
【００７６】
バネ付き粘性マスダンパーの構造は、本発明の第一の実施形態にかかる免震装置のものと同じなので、説明を省略する。
【００７７】
以下に、制振装置の諸元を決定する方法を説明する。
バネ要素の弾性係数ｋｂと慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上でダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にする。
ここで、応答倍率は、対象構造物の一方の箇所を強制加振させた際の加振力による対象構造物の一方の箇所の静的変位と応答して振動した対象構造物の一方の箇所の振幅の比である絶対応答倍率、対象構造物の一方の箇所を強制加振した際の一方の箇所の変位と応答して振動した対象構造物の他方の箇所の変位との比である変位応答該率、または対象構造物の一方の箇所を強制加振した際の対象構造物の一方の箇所の加速度と応答して振動した対象構造物の他方の箇所の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
【００７８】
上記の方法により諸元を求める手順は以下の通りである。
対象構造物の制振装置を取り付けた箇所を、対象構造物の特定方向に変位する振動モードとその固有振動数ωｎから１質点系にモデル化する。
免震装置と対象構造物とで構成される構造を質点モデルして表す。
質点モデルを運動方程式を作成する。
応答倍率が絶対応答倍率である場合は、質点モデルの対象構造物に変位強制加振動を加える運動方程式を作成する。
応答倍率が変位応答倍率である場合は、質点モデルの主架構の端部に変位強制振動を加える運動方程式を作成する。
応答倍率が加速度応答倍率である場合は、質点モデルの主架構の端部に加速度強制振動を加える運動方程式を作成する。
運動方程式を解いて、応答倍率を求める方程式を作成する。
減衰係数ｃ＝０の応答倍率のカーブと減衰係数ｃ＝∞の応答倍率のカーブとの２つの交点Ｐ、Ｑ求める。
カーブは、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたグラフに描かれた応答倍率である。
Ｐ点での応答倍率とＱ点での応答倍率とを等しくする様に、固有振動数ωｒと固有振動数ωｎとの比の値を決定する。
ωｒ／ωｎの値から免震装置を構成する要素の諸元を決定する。
ωｒは、バネ要素の弾性係数ｋｂと慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数である。
ωｎは、対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数である。
【００７９】
対象構造物の変位応答を小さくしたいときには、応答倍率は変位応答倍率であるとよい。
対象構造物の加速度応答を小さくしたいときは、応答倍率は加速度応答倍率であるという。
【００８０】
さらに、減衰係数ｃを調整し、２つの定点での値が各々に実質的に略極大になる様にする。例えば、減衰係数ｃはカーブがＰ点で極値をとる減衰係数ｃｐとカーブがＱ点で極値をとる減衰係数ｃｑとの平均値である。
【００８１】
上記の方法により減衰係数を求める手順は以下の通りである。
上記の手順により求めた諸元を代入された応答倍率の式を作成する。
Ｐ点を応答倍率の極値とする減衰係数ｃｐを求める。
Ｑ点を応答倍率の極値とする減衰係数ｃｑを求める。
減衰係数ｃｐと減衰係数ｃｑとの平均値を、２つの定点での値が各々に略極大にする減衰係数ｃとして採用する。
平均値は、加算平均による値であっても、乗算平均による値であっても、その他の平均による値であってもよい。
この様にすると、応答倍率が、２つの定点での値を実質的に越えない。
【００８２】
以下に、対象構造物の一対の箇所の特定方向の変位応答を小さくすることを重視した諸元の決定方法を説明する。
バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの９０％から１１０％までの間の値であって、
ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値、または
バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの７０％から１６０％までの間の値であって、
ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２）×ωｒ×ｍｒの７０％から１６０％までの間の値のうちのひとつであってもよい。
ここで、
０＜μ≦０．２５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）
ｋは対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動をばねと質点との１質点系に模しときの該ばねの弾性係数、
ｍは前記１質点系の前記質点の質量、
ｍｒは慣性接続要素３０の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量
ｋｂはバネ要素４０の弾性係数、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、である。
この様にすると、対象構造物の変位応答倍率を小さくすることをできる。
【００８３】
上記の弾性係数ｋｂと減衰係数ｃとを決定する過程は、本発明の第一の実施形態に係る免震装置のものと同じなので、説明を省略する。
対象構造物の弾性係数ｋと質量ｍは、対象構造物の一対の箇所の特定方向の振動を質量とばねで構成される１質点系に模したときのばねの弾性係数と質点の質量とである。
ここで、対象構造物の質量ｍを求めるのに、対象構造物の設計データを用いて演算により求めてもよい。
【００８４】
免震装置が上記の式を満足するバネ要素の弾性係数ｋｂを持つと、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の特定方向に離間した一対の箇所の変位応答倍率を縦軸としたとき、変位応答倍率を示す線の上でダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる。
さらに、免震装置が上記の式を満足するバネ要素の弾性係数ｋｂと減衰係数ｃを持つと、２つの定点での値が各々に実質的に略極大になる。
従って、対象構造物の変位応答倍率を小さくすることをできる。
【００８５】
以下に、対象構造物の支持体に対する加速度応答を小さくすることを重視した諸元の決定方法を説明する。
バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／（１−２μ）の９０％から１１０％までの間の値であって、
ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値であってもよい。
ここで、
０＜μ≦０．５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）、
ｋは対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動をばねと質点との１質点系に模しときの該ばねの弾性係数、
ｍは前記１質点系の前記質点の質量、
ｍｒは慣性接続要素３０の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量
ｋｂはバネ要素４０の弾性係数、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根である。
この様にすると、対象構造物の加速度応答倍率を小さくすることをできる。
【００８６】
上記の弾性係数ｋｂと減衰係数ｃとを決定する過程は、本発明の第一の実施形態に係る免震装置のものと同じなので、説明を省略する。
【００８７】
免震装置が上記の式を満足するバネ要素の弾性係数ｋｂを持つと、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の加速度応答倍率を縦軸としたとき、加速度応答倍率を示す線の上でダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる。
さらに、免震装置が上記の式を満足するバネ要素の弾性係数ｋｂと減衰係数ｃを持つと、２つの定点での値が各々に実質的に略極大になる。
従って、対象構造物の加速度応答倍率を小さくすることをできる。
【００８８】
次に、本発明の第五の実施形態に係る制振装置を、図を基に、説明する。
図４は、本発明の第五の実施形態に係る制振装置の概念図である。
図１２は、本発明の対象構造物の概念図である。
制振装置は、対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する装置である。
制振装置は、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とで構成され、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とを直列接続した系が対象構造物の一対の取付部を連結する。
図１２は、制振装置が、建物の３階に設けられるのを示している。
【００８９】
粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００の構造は、本発明の第二の実施態様に係る免震装置で使用したものと同じなので、説明を省略する。
【００９０】
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの取り付け構造を説明する。
対象構造物が特定方向に離間した一対の取付部１２，１３を有し、
直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、
粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の一方を一対の取付部の一方に連結し、
粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の他方をバネ要素の第一部材に連結し、
バネ要素の第二部材を一対の取付部の他方に連結する。
図４は、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０がクレビス３００を介して対象構造物の一対の取付部の一方の取付部１２に連結され、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０がバネ要素２００の第一部材２２０に連結され、バネ要素の第二部材２３０が対象構造物１０の他の取付部１３に固定される。
対象構造物の一方の取付部１２は、対象構造物の梁材に固定された取り付け座である。
対象構造物の他方の取付部１３は、対象物の梁材の２箇所から斜めに突き出た一対の斜材の下端の交点である。
バネ付き粘性マスダンパーを取り付ける向きは反対であっても良い。
【００９１】
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの諸元の設定方法につき、説明する。
バネ要素を特定方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を相対距離で割った値である弾性係数ｋｂと粘性マスダンパーの直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに直動方向に作用する反力を相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上で粘性マスダンパーの直動軸を相対速度で直動させた際に直動方向に作用する反力を相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にしてもよい。
【００９２】
ここで、応答倍率は、対象構造物の一方の箇所を強制加振させた際の加振力による対象構造物の一方の取付部の静的変位と応答して振動した対象構造物の一方の箇所の振幅の比である絶対応答倍率、対象構造物の一方の箇所を強制加振した際の一方の箇所の変位と応答して振動した対象構造物の他方の箇所の変位との比である変位応答倍率、または対象構造物の一方の箇所を強制加振した際の対象構造物の一方の箇所の加速度と応答して振動した対象構造物の他方の箇所の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、
【００９３】
減衰係数ｃを調整し、２つの定点での値が各々に実質的に略極大になる様にする。
【００９４】
上記の粘性マスダンパーとバネ要素とで構成される振動系の固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとを調整する方法を、図を基に、説明する。
図１３は、本発明の実施形態に係る振動数比−変位応答倍率のグラフ１である。
図１３は、横軸に振動数比ω／ωｎをとり、縦軸に変位応答倍率をとった際の、対象構造物の一対の取付部の一方の取付部１２の特定方向の変位と対象構造物１０の他方の取付部１３の特定方向の変位の比を示している。
実線は、バネ付き粘性マスダンパーが上記の手法で設定され最適化された減衰係数ｃをもった場合の、変位応答倍率を示している。
破線は、バネ付き粘性マスダンパーが上記の手法で設定されるが減衰係数ｃが限りなくゼロに近い小さな値である場合の、変位応答倍率を示している。
一点破線は、比較のために、バネ要素を除いた場合を示している。
Ｐ点、Ｑ点が、２つの定点である。
対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎは、加振実験により求めてよいし、地震時の対象構造物に設けた加速度計による一対の取付部の特定方向の加速度データを解析して求めてもよいし、対象構造物の設計データから固有振動数を求めてもよい。
一般には、ｃ＝０の変位応答倍率のカーブとｃ＝∞の変位応答倍率のカーブの交差する２つの定点Ｐ点とＰ点の値が等しく成るように、粘性マスダンパーとバネ要素の諸元を選定する。
その後、カーブが２つの定点Ｐ１とＰ２とで実質的に極値をとる様に、減衰係数ｃを選定する。
【００９５】
図１４は、本発明の実施形態に係る振動数比−加速度応答倍率のグラフ１である。
図１４は、横軸に振動数比ω／ωｎをとり、縦軸に加速度応答倍率をとった際の、対象構造物の一対の取付部の一方の取付部１２の加速度と対象構造物１０の他方の取付部１３の特定方向の加速度の比を示している。
実線は、バネ付き粘性マスダンパーが上記の手法で設定され最適化された減衰係数ｃをもった場合の、変位応答倍率を示している。
破線は、バネ付き粘性マスダンパーが上記の手法で設定されるが減衰係数ｃが限りなくゼロに近い小さな値である場合の、変位応答倍率を示している。
一点破線は、比較のために、バネ要素を除いた場合を示している。
Ｐ点、Ｑ点が、２つの定点である。
主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎは、加振実験により求めてよいし、地震時の対象構造物に設けた加速度計による特定方向の加速度データを解析して求めてもよいし、主架構の弾性係数ｋと対象構造物ｍの質量から固有振動数を求める数式を用いて演算により求めてもよい。
一般には、ｃ＝０の変位応答倍率のカーブとｃ＝∞の変位応答倍率のカーブの交差する２つの定点Ｐ１とＰ２の値が等しく成るように、粘性マスダンパーとバネ要素の諸元を選定する。
カーブが２つの定点Ｐ１とＰ２とで実質的に極値をとる様に、減衰係数ｃを選定する。例えば、減衰係数ｃはカーブがＰ点で極値をとる減衰係数ｃｐとカーブがＱ点で極値をとる減衰係数ｃｑとの平均値である。
【００９６】
ばね付き粘性マスダンパーの諸元を求めるのに、本発明の実施形態に係る制振装置で説明した様に、振動数比・減衰定数−質量比のグラフから質量比μに対応する最適化された振動数比βｏｐｔと最適化された減衰定数ζｏｐｔとを決定し、そのβｏｐｔとζｏｐｔから諸元を求めてもよい。
【００９７】
次に、本発明の第六の実施形態にかかる制振装置を、図を基に、説明する。
図５は、本発明の第六の実施形態に係る制振装置の概念図である。
【００９８】
制振装置は、対象構造物の特定方向の相対変形を制振する装置である。
制振装置は、粘性マスダンパー１００とバネ要素４００とクレビス３００とで構成され、粘性マスダンパー１００とバネ要素４００とクレビス３００とを直列接続した系を対象構造物の一対の取付部に連結する。
図１２は、制振装置が建物の４階に設けられるのを示している。
【００９９】
粘性マスダンパー１００の構造は、本発明の第五の実施形態にかかる免震装置のものと同じなので、説明を省略する。
【０１００】
バネ要素４００は、特定方向に交差する方向に延びた板材４１０と板材の一方の端部に固定された取り付けフランジ４２０とを有する。
板材４１０は、板厚方向へ弾性限度内で曲る。
例えば、板材４１０は、ばね鋼でできた板材である。
例えば、板材４１０は、複数の板材を板厚方向に積層した板材である。
例えば、板材４１０は、金属板と樹脂板とを板厚方向に積層した複合材である。
【０１０１】
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの取り付け構造を説明する。
対象構造物１０が離間した一対の取付部を有し、直動軸１２０の直動方向と特定方向とが略一致し、バネ要素４００の板材４１０の一端４１１が一対の取付部の一方の取付部に固定され、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０又は直動軸１２０の一方がバネ要素４００の板材の他端４１２に連結され、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０又は直動軸１２０の他方が対象構造物１０の一対の取付部の他方の取付部に連結し、一対の取付部の他方が板材の他端４１２から特定方向に離間した位置にある。
図５は、バネ要素４００の取り付け用フランジ４２０が対象構造物の上方の梁材に固定され、板材４１０の下端が下方に垂れ下がるのを示している。
粘性マスダンパー１００のフレーム１４０がクレビス３００を介して対象構造物の下方の梁材の取付部１２に連結され、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０がクレビス３００を介してバネ要素４００の板材４１０の下端４１２に連結される。
【０１０２】
ばね付き粘性マスダンパーの諸元の設定方法は、第五の実施形態に係る制振装置のものと同じなので、説明を省略する。
【０１０３】
次に、本発明の第七の実施形態に係る制振装置を、図を基に、説明する。
図６は、本発明の第七の実施形態に係る制振装置の概念図である。
図１２は、本発明の対象構造物の概念図である。
制振装置は、粘性マスダンパー１００とバネ要素４００と一対のクレビス３００とで構成され、粘性マスダンパー１００とバネ要素４００とクレビス３００とを直列接続した系が対象構造物の一対の取付部に連結される。
図１２は、制振装置が、建物の４階に設けられるのを示している。
【０１０４】
粘性マスダンパー１００とバネ要素４００とクレビス３００の構造は、本発明の第一の免震装置で使用したものと同じなので、説明を省略する。
【０１０５】
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの取り付け構造を説明する。
対象構造物１０が離間した一対の取付部を有し、直動軸１２０の直動方向と特定方向とが略一致し、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０または直動軸１２０の一方を一対の取付部の一方の取付部１２に連結し、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０または直動軸１２０の他方をバネ要素２００の第一部材２２０に連結し、バネ要素２００の第二部材２３０を一対の取付部の他方の取付部１３に連結する。
図６は、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０が対象構造物の一対の取付部の一方１２に固定され、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０が直列に連なった２つのクレビス３００を介してバネ要素４００の他端４１２に連結されるのを、示している。
【０１０６】
ばね付き粘性マスダンパーの諸元の設定方法は、第五の実施形態に係る制振装置のものと同じなので、説明を省略する。
【０１０７】
次に、本発明の第八の実施形態に係る制振装置を、図を基に、説明する。
図７は、本発明の第八の実施形態に係る制振装置の概念図である。
図１２は、本発明の対象構造物の概念図である。
制振装置は、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００と一対のクレビス３００とで構成され、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とを直列接続した系が対象構造物の一対の取付部に連結される。
図１２は、制振装置が、建物の２階に設けられるのを示している。
【０１０８】
粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００の構造は、本発明の第一の免震装置で使用したものと同じなので、説明を省略する。
【０１０９】
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの取り付け構造を説明する。
対象構造物１０が特定方向に離間した一対の取付部１２、１３を有し、直動軸１２０の直動方向と特定方向とが略一致し、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０または直動軸１２０の一方を一対の取付部の一方の取付部１２に連結し、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０または直動軸１２０の他方をバネ要素２００の第一部材２２０に連結し、バネ要素２００の第二部材２３０を一対の取付部の他方の取付部１３に連結する。
特定方向が、対象構造物の斜め方向に向いている。
対象構造物の一方の取付部１２が下段の梁の上部に位置し、他方の取付部１３が上段の梁の下面に位置する。
図７は、直動方向が斜めになった粘性マスダンパー１００のフレーム１４０がクレビス３００を介して対象構造物の一対の取付部の一方の取付部１２に固定され、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０がバネ要素２００を介して対象構造物１０の第一部材に連結されるのを、示している。
【０１１０】
ばね付き粘性マスダンパーの諸元の設定方法は、第五の実施形態に係る制振装置のものと同じなので、説明を省略する。
【０１１１】
次に、本発明の第九の実施形態に係る制振装置を、図を基に、説明する。
図８は、本発明の第九の実施形態に係る制振装置の概念図である。
図１２は、本発明の対象構造物の概念図である。
制振装置は、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００と一対のクレビス３００とで構成され、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とを直列接続した系が対象構造物の一対の箇所を連結する。
図１２は、制振装置が、建物の１階に設けられるのを示している。
【０１１２】
粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００の構造は、本発明の第一の免震装置で使用したものと同じなので、説明を省略する。
【０１１３】
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの取り付け構造を説明する。
対象構造物が特定方向に離間した一対の取付部を有し、
直動軸１２０の直動方向と特定方向とが略一致し、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０または直動軸１２０の一方を一対の取付部の一方の取付部１２に連結し、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０または直動軸１２０の他方をバネ要素２００の第一部材２２０に連結し、バネ要素２００の第二部材を２３０一対の取付部の他方の取付部１３に連結する。
特定方向が、対象構造物の上下方向に向いている。
対象構造物の一方の取付部１２が下段の梁の上部に位置し、他方の取付部１３が上段の梁の下面に位置する。
図８は、直動方向が上下方向に沿った粘性マスダンパー１００のフレーム１４０がクレビス３００を介して対象構造物の一対の取付部の一方の取付部１２に固定され、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０がバネ要素を介して対象構造物１０の第一部材に連結されるのを、示している。
【０１１４】
ばね付き粘性マスダンパーの諸元の設定方法は、第五の実施形態に係る制振装置のものと同じなので、説明を省略する。
【０１１５】
次に、本発明の第十の実施形態に係る制振装置を、図を基に、説明する。
図９は、本発明の第九の実施形態に係る制振装置の概念図である。
図１２は、本発明の対象構造物の概念図である。
制振装置は、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とで構成され、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とを直列接続した系が対象構造物の一対の取付部に連結される。
図１２は、制振装置が、建物の１階に設けられるのを示している。
【０１１６】
粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００の構造は、本発明の第一の免震装置で使用したものとほとんど同じなので、同一の説明を省略し、異なる点を説明する。
異なるのは、直動軸の両端が各々のフレームから露出する点である。
【０１１７】
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの取り付け構造を説明する。
対象構造物１０が特定方向に離間した一対の取付部を有し、直動軸１２０の直動方向と特定方向とが略一致し、バネ要素２００の第一部材２２０を一対の取付部の一方に連結し、バネ要素２００の第二部材２３０を粘性マスダンパー１００のフレームに連結し、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０の一方の端部を一対の取付部の他方に連結し、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０の他方の端部を対象構造物１０の一対の取付部の一方の取付部１３を挟んでの反対側の取付部１４に連結する。
図９は、バネ要素２００の第一部材２２０が直動方向が水平方向に沿った粘性マスダンパー１００のフレーム１４０に固定し、バネ要素２００の第二部材２３０が対象構造物の一対の取付部の一方の取付部１２に固定され、直動軸の両端が各々に対象構造物に固定されるのを、示している。
【０１１８】
ばね付き粘性マスダンパーの諸元の設定方法は、第五の実施形態に係る制振装置のものと同じなので、説明を省略する。
【実施例１】
【０１１９】
第一または第四の実施形態にかかる免震装置・制振装置の諸元を、３つの形式の応答倍率の毎に、最適化して評価した数値解析結果を説明する。
図１７は、本発明の実施例１の数値解析結果を示すグラフである。
図１７の上のグラフが変位応答倍率を示す。
図１７の下のグラフが加速度応答倍率を示す。
図１７の凡例において、動的最適設計時は絶対応答倍率を小さくすることの重点をおいて諸元を決定した場合、変位最適設計時は変位応答倍率を小さくすることに重点をおいて諸元を決定した場合、加速度最適設計時は加速度応答倍率を小さくすることに重点をおいて諸元を決定した場合、である。
質量比μが０．１と０．２との場合を評価した。
図１７から、動的最適設計の系のピークは変位、加速度ともに最もピークが大きい、変位最適設計と加速度最適設計を比較すると、共振曲線のピーク値は低い法の共振点では加速度最適設計の方が、高い方の共振点では変位最適設計のほうがピーク値が小さい。最適設計としてどちらがより適切かは、系の外乱の特性による。ことが判明した。
【実施例２】
【０１２０】
第七の実施形態にかかる制振装置の制振性能を模型試験により確認した。
図１８は、本発明の実施例２の模型試験装置の外観図である。
図１９は、本発明の実施例２の模型試験の結果表である。
模型試験装置では、ＬＭガイドに支持された鋼板が対象構造物を模擬し、コイルバネが主架構または対象構造物の一対の箇所の間の弾性を模擬する。バネ要素の板材の上端が鋼板の下面に固定される。慣性接続要素の端部が、バネ要素の板材の下端に連結される。
べースを加振し、鋼板の上部においた加速度計で鋼板の加速度を測定する。加速度を積分して変位に変換する。
図１９が、設計用人工地震波（ＢＣＬ−Ｌ２）と４つの実地震波における最適設計システムの最大応答値と応答低減率を示す。
図１９の表から、変位応答倍率を最適化した場合、または加速度応答倍率を最適化した場合に、対象構造物の振動をよく免震または制振できることが明らかである。
【０１２１】
以上説明したように、本発明に係る免震装置は、その構成により、以下の効果を有する。
相対変位を回転量に変換する慣性接続要素３０と減衰抵抗力を発生するダンパー要素５０とを並列接続した系と弾性反力を発生するバネ要素４０とを直列接続したバネ付き粘性マスダンパーが支持体５と対象構造物１０とを連結する様にしたので、主架構に支持される対象構造物１０が振動運動すると、慣性接続要素３０とバネ要素４０とで構成される振動系が連成振動し、慣性接続要素３０が相対変位し、並列接続されたダンパー要素５０が相対変位して振動エネルギーを吸収する。
また、バネ付き粘性マスダンパーの諸元を対象構造物の振動特性に対応させて設定し、対象構造物の応答倍率を最適化し、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、バネ要素４０の弾性係数Ｋｂと慣性接続要素３０の慣性質量ｍｒとで定まる応答倍率が略等しくなる様にしたので、ダンパー要素５０が慣性接続要素３０の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体５を基礎とする対象構造物１０の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、減衰係数ｃを調整し、２つの定点Ｐ、Ｑでの値が各々に略極大になる様にしたので、慣性接続要素３０の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体５を基礎とする対象構造物１０の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、支持体５を基礎とする対象構造物１０の振動応答のレベルが２つの定点ｐ、Ｑに対応する応答倍率を越えないようにできる。
また、バネ要素の弾性係数ｋｂを質量比μと主架構の弾性係数ｋから求め、ダンパー要素の減衰係数ｃを質量比μと慣性接続要素のみかけの慣性質量ｍｒとバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωｒとから求めて、対象構造物の変位応答倍率を最適化する様にしたので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、バネ要素の弾性係数Ｋｂと慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる応答倍率が略等しくなり、ダンパー要素が慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、また、バネ要素の弾性係数ｋｂを質量比μと主架構の弾性係数ｋから求め、ダンパー要素の減衰係数ｃを質量比μと慣性接続要素のみかけの慣性質量ｍｒとバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωｒとから求めて、対象構造物の加速度応答倍率を最適化する様にしたので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、バネ要素の弾性係数Ｋｂと慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる応答倍率が略等しくなり、ダンパー要素が慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、直動軸１２０の雄ねじに嵌め合った回転体１３０を回転自在に支持してフレーム１３０と回転体１３０との間に粘性流体１５０を封入した粘性マスダンパーと弾性体でできたバネ要素２００とを直接接続したバネ付き粘性マスダンパーが支持体５と対象構造物１０とを連結する様にしたので、対象構造物１０が特定方向に振動運動すると、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とで構成される振動系が連成振動し、直動軸１２０が直動方向に相対変位して回転体１３０が回転し、粘性流体１５０に剪断力が発生し、粘性流体１５０が振動エネルギーを吸収する。
また、バネ付き粘性マスダンパーの諸元を対象構造物１０の振動特性に対応させて設定し、対象構造物１０の応答倍率を最適化し、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、バネ要素の弾性係数Ｋｂと粘性マスダンパーの慣性質量ｍｒとで定まる応答倍率が略等しくなり、粘性マスダンパーがフレームと直動軸との相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、減衰係数ｃを調整し、２つの定点での値が各々に略極大になる様にしたので、フレームと直同軸の相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
【０１２２】
また、以上説明したように、本発明に係る制振装置は、その構成により、以下の効果を有する。
相対変位を回転量に変換する慣性接続要素３０と減衰抵抗力を発生するダンパー要素５０とを並列接続した系と弾性反力を発生するバネ要素４０とを直列接続したバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物１０の特定方向に離間する一対の箇所を連結したので、対象構造物１０が特定方向に相対運動するモードで振動すると、慣性接続要素とバネ要素とで構成される振動系が連成振動し、慣性接続要素の相対変位し、並列接続されたダンパー要素が相対変位して振動エネルギーを吸収する。
また、バネ付き粘性マスダンパーの諸元を対象構造物の振動特性に対応させて設定し、対象構造物の応答倍率を最適化し、２つの定点Ｐ、Ｑに対応する加振周波数ωの付近の周波数において、バネ要素４０の弾性係数Ｋｂと慣性接続要素３０の慣性質量ｍｒとで定まる応答倍率が略等しくなる様にしたので、ダンパー要素５０が慣性接続要素３０の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物１０の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくできる。
また、減衰係数ｃを調整し、２つの定点Ｐ、Ｑでの値が各々に実質的に略極大になる様にしたので、ダンパー要素５０が、適切な減衰係数ｃを持ち、慣性接続要素３０の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物１０の振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、対象構造物１０の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
また、バネ要素の弾性係数ｋｂを質量比μと主架構の弾性係数ｋから求め、ダンパー要素の減衰係数ｃを質量比μと慣性接続要素のみかけの慣性質量ｍｒとバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωｒとから求めて、対象構造物の変位応答倍率を最適化する様にしたので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、バネ要素の弾性係数Ｋｂと慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる応答倍率が略等しくなり、ダンパー要素が慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、バネ要素の弾性係数ｋｂを質量比μと主架構の弾性係数ｋから求め、ダンパー要素の減衰係数ｃを質量比μと慣性接続要素のみかけの慣性質量ｍｒとバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωｒとから求めて、対象構造物の加速度応答倍率を最適化する様にしたので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、バネ要素の弾性係数Ｋｂと慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる応答倍率が略等しくなり、ダンパー要素が慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、直動軸１２０の雄ねじに嵌め合った回転体１３０を回転自在に支持してフレーム１４０と回転体１３０との間に粘性流体１５０を封入した粘性マスダンパー１００と弾性体でできたバネ要素２００とを直接接続したバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物１０の特定方向に離間する一対の箇所に連結する様にしたので、対象構造物１０が特定方向に相対運動するモードで振動すると、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とで構成される振動系が連成振動し、直動軸１２０が直動方向に相対変位して回転体が回転し、粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
また、直動軸１２０の雄ねじに嵌め合った回転体１３０を回転自在に支持してフレーム１４０と回転体１３０との間に粘性流体１５０を封入した粘性マスダンパー１００と板材でできたバネ要素２００とを直接接続したバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所に連結する様にしたので、対象構造物１０が特定方向に相対運動するモードで振動すると、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とで構成される振動系が連成振動し、直動軸が直動方向に相対変位して回転体が回転し、粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
また、直動軸１２０の雄ねじに嵌め合った回転体１３０を回転自在に支持してフレーム１４０と回転体１３０との間に粘性流体１５０を封入した粘性マスダンパー１００をバネ要素２００を介して対象構造物１０に連結し、直動軸１２０の両端を対象構造物１０の他の箇所の連結する様にし、連結した箇所が特定方向に並んでいる様にしたので、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とで構成される振動系が連成振動し、直動軸１２０が直動方向に相対変位して回転体が回転し、粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
また、バネ付き粘性マスダンパーの諸元を対象構造物の振動特性に対応させて設定し、対象構造物１０の応答倍率を最適化し、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、バネ要素の弾性係数Ｋｂと粘性マスダンパーの慣性質量ｍｒとで定まる応答倍率が略等しくなり、粘性マスダンパーがフレームと直動軸との相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、減衰係数ｃを調整し、２つの定点での値が各々に略極大になる様にしたので、フレームと直同軸の相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、支持体を基礎とする象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
【０１２３】
本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない歯非で各種の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の第一・第四の実施形態に係る免震装置・制振装置の概念図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る免震装置の概念図である。
【図３】本発明の第三の実施形態に係る免震装置の概念図である。
【図４】本発明の第五の実施形態に係る制振装置の概念図である。
【図５】本発明の第六の実施形態に係る制振装置の概念図である。
【図６】本発明の第七の実施形態に係る制振装置の概念図である。
【図７】本発明の第八の実施形態に係る制振装置の概念図である。
【図８】本発明の第九の実施形態に係る制振装置の概念図である。
【図９】本発明の第十の実施形態に係る制振装置の概念図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る粘性マスダンパーの断面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るバネ要素の概念図である。
【図１２】本発明の対象構造物の概念図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る振動数比−変位応答倍率のグラフ１である。
【図１４】本発明の実施形態に係る振動数比−変位応答倍率のグラフ２である。
【図１５】本発明の実施形態に係る振動数比・減衰定数−質量比のグラフ３である。
【図１６】本発明の実施形態に係る振動数比・減衰定数−質量比のグラフ４である。
【図１７】本発明の実施例１の数値解析結果を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施例２の模型試験装置の外観図である。
【図１９】本発明の実施例２の模型試験の結果表である。
【符号の説明】
【０１２５】
５ 支持体
６ 付加系
１０ 対象構造物
１１ 取付部
１２ 取付部
１３ 取付部
２０ 主架構
３０ 慣性接続要素
４０ バネ要素
５０ ダンパー要素
１００ 粘性マスダンパー
１１０ リニアガイド
１２０ 直動軸
１３０ 回転体
１３１ ねじナット
１３２ 回転円筒
１４０ フレーム
１４１ ねじナットフレーム
１４２ 回転円筒フレーム
１４３ 軸受
１５０ 粘性流体
２００ バネ要素
２１０ 弾性体
２２０ 第一部材
２２１ フランジ
２２２ 弾性体支持部材
２３０ 第二部材
２３１ フランジ
２３２ 弾性体支持部材
３００ クレビス
４００ バネ要素
４１０ 板材
４１１ 一端
４１２ 他端
４２０ 取り付けフランジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象構造物の振動を免震する免震装置、または制振する制振装置に係る。特に、地震等によって揺すられた対象構造物の振動エネルギーを免震する免震装置、または制振する制振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震が発生すると、建物、構造物等の対象構造物が水平、垂直に揺すられる。
地震等による加速度レベルが大きいと、対象構造物が損傷をうけたり、対象構造物の中にあるものが予想を越えて加速度を受けたり、予想を超える変位をうけたりする。
そこで、基礎から対象構造物へ伝達する振動エネルギーを減少させて振動を免震する免震装置、または対象構造物が振動した際に振動エネルギーを吸収し振動レベルを小さくして振動を制振する制振装置として各種の構造の装置が試されている。
構造とその構造を構成する要素の諸元を適正に設定することにより、所望の免震性能や制振性能を発揮できる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１００９４５号
【特許文献２】特開平１０−１８４７５７号
【特許文献３】特開２０００−０１７８８５号
【特許文献４】特開２００３−１３８７８４号
【特許文献５】特開２００４−２３９４１１号
【特許文献６】特開２００５−１８０４９２号
【特許文献７】特開２００５−２０７５４７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、所望の免震性能または制振性能を発揮するための構造とその構造を構成する要素の諸元を適正に設定することは容易ではなかった。
【０００５】
本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出されたもので、簡易な構造により所望の免震性能または制振性能を発揮できる装置とその装置を構成する要素の諸元を容易に設定できる免震装置と制振装置とを提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物の特定方向の変位を免震する免震装置を、特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性接続要素と、特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生するバネ要素と、特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生するダンパー要素と、を備え、前記慣性接続要素と前記ダンパー要素とを並列接続した系と前記バネ要素とを直列接続した系であるバネ付き粘性マスダンパーが支持体と対象構造物との間に連結される、ものとした。
【０００７】
上記本発明の構成により、慣性接続要素が特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する。バネ要素が特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生する。ダンパー要素が特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生する。前記慣性接続要素と前記ダンパー要素とを並列接続した系と前記バネ要素とを直列接続した系であるバネ付き粘性マスダンパーが、支持体と対象構造物との間に連結する。
その結果、対象構造物が特定方向に振動運動すると、前記慣性接続要素と前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記慣性接続要素が相対変位し、並列接続された前記ダンパー要素が相対変位して振動エネルギーを吸収する。
【０００８】
以下に、本発明の実施形態に係る免震装置を説明する。本発明は、以下に記載した実施形態のいずれか、またはそれらの中の二つ以上が組み合わされた態様を含む。
【０００９】
また、本発明の実施形態に係る免震装置は、前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比ω／ωｎを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にし、前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である絶対応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、ものとした。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整して、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくする。
その結果、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
【００１０】
さらに、本発明の実施形態に係る免震装置は、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にした。
上記本発明に係る実施形態の構成により、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる。
その結果、前記ダンパー要素が、適切な減衰係数ｃを持ち、前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
【００１１】
また、本発明の実施形態に係る免震装置は、前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの９０％から１１０％までの間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値、または、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの７０％から１６０％までの間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２）×ωｒ×ｍｒの７０％から１６０％までの間の値、のうちのいっぽうであって、
ここで、
０＜μ≦０．２５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ｋは主架構の特定方位に沿った変位に係る弾性係数、ｍは対象構造物の主架構に支持される質量、
ｍｒは前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂは前記バネ要素の弾性係数、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、であるものとした。
上記実施形態の構成により、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの９０％から１１０％までの間の値であり、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値である。
または、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの７０％から１６０％までの間の値であり、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２）×ωｒ×ｍｒの７０％から１６０％までの間の値である。
その結果、前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整して、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の変位応答倍率を縦軸としたとき、前記変位応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなり、変位応答倍率が１つの定点での値を越えないので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記変位応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
【００１２】
また、本発明の実施形態に係る免震装置は、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／（１−２μ）の９０％から１１０％までの間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値であって、
ここで、
０＜μ≦０．５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ｋは主架構の特定方位に沿った変位に係る弾性係数、
ｍは対象構造物の質量、
ｍｒは前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂは前記バネ要素の弾性係数、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、
であるものとした。
上記実施形態の構成により、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／（１−２μ）の９０％から１１０％までの間の値であり、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値である。
その結果、前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整して、
加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の加速度応答倍率を縦軸としたとき、前記加速度応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなり、加速度応答倍率が２つの定点での値を越えないので、
２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記加速度応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に係る支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物の特定方向の変位を免震する免震装置を、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と該回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有するバネ要素と、を備え、前記直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の一方を支持体又は対象構造物の一方に連結し、前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の他方を前記バネ要素の第一部材に連結し、前記バネ要素の第二部材を支持体又は対象構造物の他方に連結する、のとした。
【００１４】
本発明の構成により、前記粘性マスダンパーが、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体のとの隙間に封入された粘性流体とを有する。前記バネ要素が、弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有する。前記粘性マスダンパーのフレームを支持体又は対象構造物の一方に連結する。前記粘性マスダンパーの直動軸と前記バネ要素の第一部材とを連結する。前記バネ要素の第二部材を支持体又は対象構造物の他方に連結する。
その結果、対象構造物が特定方向に振動運動すると、前記粘性マスダンパーと前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記直動軸が直動方向に相対変位して前記回転体が回転し、前記粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
【００１５】
以下に、本発明の実施形態に係る免震装置を説明する。本発明は、以下に記載した実施形態のいずれか、またはそれらの中の二つ以上が組み合わされた態様を含む。
【００１６】
本発明の実施形態に係る免震装置は、前記バネ要素を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を前記相対距離で割った値である弾性係数ｋｂと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに前記直動方向に作用する反力を前記相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比ω／ωｎを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記粘性マスダンパーの前記直動軸を一定に相対速度で直動させた際に前記直動方向に作用する反力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にし、前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である絶対応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である前記変位応答該率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である前記加速度応答倍率のうちのひとつである。
上記実施形態の構成により、前記バネ要素を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を前記相対距離で割った値である弾性係数ｋｂと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに前記直動方向に作用する反力を前記相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整する。加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の絶対応答倍率、相対変位応答倍率、または加速度応答倍率のうちのひとつの応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記粘性マスダンパーの前記直動軸を相対速度で直動させた際に前記直動方向に作用する反力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる。
その結果、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記粘性マスダンパーの慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記前記粘性マスダンパーが前記フレームと前記直動軸との相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
【００１７】
さらに、本発明の実施形態に係る免震装置は、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にした。
上記実施形態の構成により、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる。
その結果、前記粘性マスダンパーが、適切な減衰係数ｃを持ち、前記フレームと前記直同軸の相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明に係る対象構造物の特定方向の相対変形伴う振動を制振する制振装置を、特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性接続要素と、特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生するバネ要素と、特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生するダンパー要素と、
を備え、前記慣性接続要素と前記ダンパー要素とを並列接続した系と前記バネ要素とを直列接続した系であるバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の間に連結される、ものとした。
【００１９】
上記本発明の構成により、前記慣性接続要素が、特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する。前記バネ要素が、特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生する。前記ダンパー要素が、特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生する。前記慣性接続要素と前記ダンパー要素とを並列接続した系と前記バネ要素とを直列接続した系であるバネ付き粘性マスダンパーが、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所に連結される。
その結果、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、前記慣性接続要素と前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記慣性接続要素の相対変位し、並列接続された前記ダンパー要素が相対変位して振動エネルギーを吸収する。
【００２０】
以下に、本発明の実施形態に係る制振装置を説明する。本発明は、以下に記載した実施形態のいずれか、またはそれらの中の二つ以上が組み合わされた態様を含む。
【００２１】
本発明の実施形態に係る制振装置は、前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にし、前記応答倍率は、対象構造物の一方の前記箇所を強制加振させた際の加振力による対象構造物の一方の前記箇所の静的変位と応答して振動した対象構造物の一方の前記箇所の振幅の比である絶対応答倍率、対象構造物の一方の前記箇所を強制加振した際の一方の前記箇所の変位と応答して振動した対象構造物の他方の前記箇所の変位との比である記変位応答倍率、または対象構造物の一方の前記箇所を強制加振した際の対象構造物の一方の前記箇所の加速度と応答して振動した対象構造物の他方の前記箇所の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
【００２２】
上記実施形態の構成により、前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整する。加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の絶対応答倍率、相対変位応答倍率、または加速度応答倍率のうちのひとつの応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる。
その結果、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくできる。
【００２３】
さらに、本発明の実施形態に係る制振装置は、 前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にした。
上記本発明の構成により、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる。
その結果、前記ダンパー要素が、適切な減衰係数ｃを持ち、前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
【００２４】
また、本発明の実施形態に係る制振装置は、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの９０％から１１０％の間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％の間の値、
または、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの７０％から１６０％の間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２）×ωｒ×ｍｒの７０％から１６０％の間の値、
のうちのいっぽうであって、
ここで、
０＜μ≦０．２５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）
ｋは対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動をばねと質点との１質点系に模しときの該ばねの弾性係数、
ｍは前記１質点系の前記質点の質量、
ｍｒは前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂは前記バネ要素の弾性係数、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、
であるものとした。
上記実施形態の構成により、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの９０％から１１０％の間の値であり、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％の間の値である。
または、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの７０％から１６０％の間の値であり、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２）×ωｒ×ｍｒの７０％から１６０％の間の値である。
その結果、前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整して、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の変位応答倍率を縦軸としたとき、前記変位応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなるので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記変位応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った変位相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
【００２５】
本発明の実施形態に係る制振装置は、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／（１−２μ）の９０％から１１０％までの間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値であって、
ここで、
０＜μ≦０．５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）、
ｋは対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動をばねと質点との１質点系に模しときの該ばねの弾性係数、
ｍは前記１質点系の前記質点の質量、
ｍｒは前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂは前記バネ要素の弾性係数、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、
であるものとした。
上記実施形態の構成により、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／（１−２μ）の９０％から１１０％までの間の値であり、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値である。
その結果、前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整して、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の加速度応答倍率を縦軸としたとき、前記加速度応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなるので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記加速度応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
【００２６】
上記目的を達成するため、本発明に係る対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する制振装置を、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と該回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有するバネ要素と、を備え、対象構造物が特定方向に離間した一対の取付部を有し、前記直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の一方を一対の前記取付部の一方に連結し、前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の他方を前記バネ要素の前記第一部材に連結し、前記バネ要素の前記第二部材を一対の前記取付部の他方に連結する、ものとした。
【００２７】
上記本発明の構成により、前記粘性マスダンパーが、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と該回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する。前記バネ要素が、弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有する。前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の一方を一対の前記取付部の一方に連結する。前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の他方を前記バネ要素の第一部材に連結する。前記バネ要素の第二部材を一対の前記取付部の他方に連結する、
その結果、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、前記粘性マスダンパーと前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記直動軸が直動方向に相対変位して前記回転体が回転し、前記粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
【００２８】
上記目的を達成するため、本発明に係る対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する制振装置を、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、特定方向に交差する方向に延びた板材を有するバネ要素と、を備え、対象構造物が離間した一対の取付部を有し、前記直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、前記バネ要素の前記板材の一端が一対の前記取付部の一方に固定され、前記粘性マスダンパーのフレーム又は直動軸の一方が前記バネ要素の前記板材の他端に連結され、前記粘性マスダンパーのフレーム又は直動軸の他方が対象構造物の一対の前記取付部の他方に連結し、一対の前記取付部の他方が前記板材の他端から特定方向に離間した位置にある、ものとした。
【００２９】
上記本発明の構成により、前記粘性マスダンパーが、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体の隙間に封入された粘性流体とを有する。バネ要素が特定方向に交差する方向に延びた板材を有する。前記バネ要素の前記板材の一端が一対の前記取付部の一方に固定される。前記粘性マスダンパーのフレーム又は直動軸の一方が前記バネ要素の前記板材の他端に連結される。前記粘性マスダンパーのフレーム又は直動軸の他方が対象構造物の一対の前記取付部の他方に連結する。
その結果、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、前記粘性マスダンパーと前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記直動軸が直動方向に相対変位して前記回転体が回転し、前記粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
【００３０】
上記目的を達成するため、本発明に係る対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する制振装置を、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体の外面との間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有するバネ要素と、を備え、対象構造物が特定方向に離間した一対の取付部を有し、前記直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、前記バネ要素の前記第二部材を一対の前記取付部の一方に連結し、前記バネ要素の前記第一部材を前記粘性マスダンパーのフレームに連結し、前記粘性マスダンパーの直動軸の一方の端部を一対の前記取付部の他方に連結し、前記粘性マスダンパーの直動軸の他方の端部を対象構造物の一対の前記取付部の一方を挟んで他方の反対側に連結する、ものとした。
【００３１】
上記本発明の構成により、前記粘性マスダンパーが、雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体の外面との間に封入された粘性流体とを有する。バネ要素が、弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有する。前記バネ要素の前記第一部材を一対の前記取付部の一方に連結する。前記バネ要素の前記第二部材を前記粘性マスダンパーのフレームに連結する。前記粘性マスダンパーの直動軸の一方の端部を一対の前記取付部の他方に連結する。前記粘性マスダンパーの直動軸の他方の端部を対象構造物の一対の前記取付部の一方を挟んで他方の反対側に連結する。
その結果、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、前記粘性マスダンパーと前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記直動軸が直動方向に相対変位して前記回転体が回転し、前記粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
【００３２】
以下に、本発明の実施形態に係る制振装置を説明する。本発明は、以下に記載した実施形態のいずれか、またはそれらの中の二つ以上が組み合わされた態様を含む。
【００３３】
本発明の実施形態にかかる制振装置は、前記バネ要素を特定方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を前記相対距離で割った値である弾性係数ｋｂと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに前記直動方向に作用する反力を前記相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記粘性マスダンパーの前記直動軸を一定の相対速度で直動させた際に前記直動方向に作用する反力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にし、前記応答倍率は、対象構造物の一方の前記取付部を強制加振させた際の加振力による対象構造物の一方の前記取付部の静的変位と応答して振動した対象構造物の一方の前記取付部の振幅の比である絶対応答倍率、対象構造物の一方の前記取付部を強制加振した際の一方の前記取付部の変位と応答して振動した対象構造物の他方の前記取付部の変位との比である変位応答倍率、または対象構造物の一方の前記取付部を強制加振した際の対象構造物の一方の前記取付部の加速度と応答して振動した対象構造物の他方の前記取付部の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
【００３４】
前記バネ要素を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を前記相対距離で割った値である弾性係数ｋｂと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに前記直動方向に作用する反力を前記相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整する。加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の絶対応答倍率、相対変位応答倍率、または加速度応答倍率のうちのひとつの応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記粘性マスダンパーの前記直動軸を相対速度で直動させた際に前記直動方向に作用する反力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる。
その結果、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記粘性マスダンパーの慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記前記粘性マスダンパーが前記フレームと前記直動軸との相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の取付部の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
【００３５】
さらに、本発明の実施形態に係る制振装置は、 前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にした。
上記実施形態の構成により、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる。
その結果、前記粘性マスダンパーが、適切な減衰係数ｃを持ち、前記フレームと前記直同軸の相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、対象構造物の特定方向に離間する一対の取付部の相対的な振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように、本発明に係る免震装置は、その構成により、以下の効果を有する。
相対変位を回転量に変換する慣性接続要素と減衰抵抗力を発生するダンパー要素とを並列接続した系と弾性反力を発生するバネ要素とを直列接続したバネ付き粘性マスダンパーが支持体と対象構造物とを連結する様にしたので、対象構造物が振動運動すると、前記慣性接続要素と前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記慣性接続要素が相対変位し、並列接続された前記ダンパー要素が相対変位して振動エネルギーを吸収する。
また、バネ付き粘性マスダンパーの諸元を対象構造物の振動特性に対応させて設定し、対象構造物の応答倍率を最適化し、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなる様にしたので、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に略極大になる様にしたので、前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
また、バネ要素の弾性係数ｋｂを質量比μと主架構の弾性係数ｋから求め、ダンパー要素の減衰係数ｃを質量比μと慣性接続要素のみかけの慣性質量ｍｒとバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωｒとから求めて、対象構造物の変位応答倍率を最適化する様にしたので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、また、バネ要素の弾性係数ｋｂを質量比μと主架構の弾性係数ｋから求め、ダンパー要素の減衰係数ｃを質量比μと慣性接続要素のみかけの慣性質量ｍｒとバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωｒとから求めて、対象構造物の加速度応答倍率を最適化する様にしたので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、直動軸の雄ねじに嵌め合った回転体を回転自在に支持してフレームと回転体との間に粘性流体を封入した粘性マスダンパーと弾性体でできたバネ要素とを直接接続したバネ付き粘性マスダンパーが支持体と対象構造物とを連結する様にしたので、対象構造物が特定方向に振動運動すると、前記粘性マスダンパーと前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記直動軸が直動方向に相対変位して前記回転体が回転し、前記粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
また、バネ付き粘性マスダンパーの諸元を対象構造物の振動特性に対応させて設定し、対象構造物の応答倍率を最適化し、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記粘性マスダンパーの慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記前記粘性マスダンパーが前記フレームと前記直動軸との相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に略極大になる様にしたので、前記フレームと前記直同軸の相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
【００３７】
以上説明したように、本発明に係る制振装置は、その構成により、以下の効果を有する。
相対変位を回転量に変換する慣性接続要素と減衰抵抗力を発生するダンパー要素とを並列接続した系と弾性反力を発生するバネ要素とを直列接続したバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所を連結したので、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、前記慣性接続要素と前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記慣性接続要素の相対変位し、並列接続された前記ダンパー要素が相対変位して振動エネルギーを吸収する。
また、バネ付き粘性マスダンパーの諸元を対象構造物の振動特性に対応させて設定し、対象構造物の応答倍率を最適化し、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなる様にしたので、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくできる。
また、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に略極大になる様にしたので、前記ダンパー要素が、適切な減衰係数ｃを持ち、前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
また、バネ要素の弾性係数ｋｂを質量比μと主架構の弾性係数ｋから求め、ダンパー要素の減衰係数ｃを質量比μと慣性接続要素のみかけの慣性質量ｍｒとバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωｒとから求めて、対象構造物の変位応答倍率を最適化する様にしたので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、バネ要素の弾性係数ｋｂを質量比μと主架構の弾性係数ｋから求め、ダンパー要素の減衰係数ｃを質量比μと慣性接続要素のみかけの慣性質量ｍｒとバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωｒとから求めて、対象構造物の加速度応答倍率を最適化する様にしたので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記ダンパー要素が前記慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、直動軸の雄ねじに嵌め合った回転体を回転自在に支持してフレームと回転体との間に粘性流体を封入した粘性マスダンパーと弾性体でできたバネ要素とを直接接続したバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の特定方向に離間する一対の取付部に連結する様にしたので、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、前記粘性マスダンパーと前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記直動軸が直動方向に相対変位して前記回転体が回転し、前記粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
また、直動軸の雄ねじに嵌め合った回転体を回転自在に支持してフレームと回転体との間に粘性流体を封入した粘性マスダンパーと板材でできたバネ要素とを直接接続したバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の特定方向に離間する一対の取付部に連結する様にしたので、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、前記粘性マスダンパーと前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記直動軸が直動方向に相対変位して前記回転体が回転し、前記粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
また、直動軸の雄ねじに嵌め合った回転体を回転自在に支持してフレームと回転体との間に粘性流体を封入した粘性マスダンパーをバネ要素を解して対象構造物に連結し、直動軸の両端を対象構造物の他の取付部の連結する様にし、連結した取付部が特定方向に並んでいる様にしたので、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、前記粘性マスダンパーと前記バネ要素とで構成される振動系が連成振動し、前記直動軸が直動方向に相対変位して前記回転体が回転し、前記粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
また、バネ付き粘性マスダンパーの諸元を対象構造物の振動特性に対応させて設定し、対象構造物の応答倍率を最適化し、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、前記バネ要素の弾性係数Ｋｂと前記粘性マスダンパーの慣性質量ｍｒとで定まる前記応答倍率が略等しくなり、前記前記粘性マスダンパーが前記フレームと前記直動軸との相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、象構造物の特定方向に離間する一対の取付部の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に略極大になる様にしたので、前記フレームと前記直同軸の相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、支持体を基礎とする象構造物の特定方向に離間する一対の取付部の相対的な振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
従って、簡易な構造により所望の免震性能または制振性能を発揮できる装置とその装置を構成する要素の諸元を容易に設定できる免震装置と制振装置とを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
説明の便宜のために、地震の加速度が建物を揺する場合を例に、説明する。
【００３９】
最初に、本発明の第一の実施形態に係る免震装置を、図を基に、説明する
図１は、本発明の第一または第四の実施形態に係る免震装置・制振装置の概念図である。
【００４０】
免震装置は、支持体５を基礎として主架構２０に支持される対象構造物１０の特定方向の変位を免震する装置である。
例えば、主架構２０は複数の樹脂製板材を積層したものである。
免震装置は、慣性接続要素３０とバネ要素４０とダンパー要素５０とで構成され、慣性接続要素３０とダンパー要素５０とを並列接続した系とバネ要素４０とを直列接続した系が支持体と対象構造物との間に連結される。
便宜上、慣性接続要素３０とダンパー要素５０とを並列接続した系を粘性マスダンパーと呼称し、その粘性マスダンパーとバネ要素４０とを直列接続した系をバネ付き粘性マスダンパーと呼称する。
例えば、バネ付き粘性マスダンパーは、支持体と対象構造物との間に置かれ、支持体と対象構造物とに両端部を直列に連結される。
【００４１】
慣性接続要素３０は、特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する要素である。
例えば、慣性接続要素３０は特定方向の相対変位を螺旋構造により回転体の回転量に変換する。例えば、回転体が所定の回転慣性能率をもつときに、慣性接続要素は特定方向の相対加速度に比例して回転慣性能率に対応した慣性力を発生する。
バネ要素４０は、特定方向の相対変位に対応して特定方向にそった弾性反力を発生する要素である。例えば、バネ要素４０が所定の弾性係数をもつときに、バネ要素４０は相対変位に比例して弾性係数に対応した弾性力を発生する。
ダンパー要素５０は、特定方向の相対速度に対応して減衰抵抗力を発生する要素である。例えば、ダンパー要素５０が所定の減衰係数ｃをもつときに、ダンパー要素５０は、相対速度に比例して減衰係数に対応した減衰力を発生する。
【００４２】
以下に、免震装置の諸元を決定する方法を説明する。
バネ要素の弾性係数ｋｂと慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比ωｒ／ωｎを調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上でダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にする。
ここで、応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である絶対応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
【００４３】
上記の方法により諸元を求める手順は以下の通りである。
免震装置と主架構と対象構造物とで構成される構造を質点モデルして表す。
質点モデルを運動方程式を作成する。
応答倍率が絶対応答倍率である場合は、質点モデルの対象構造物に変位強制加振動を加える運動方程式を作成する。
応答倍率が変位応答倍率である場合は、質点モデルの主架構の端部に変位強制振動を加える運動方程式を作成する。
応答倍率が加速度応答倍率である場合は、質点モデルの主架構の端部に加速度強制振動を加える運動方程式を作成する。
運動方程式を解いて、応答倍率を求める方程式を作成する。
減衰係数ｃ＝０の応答倍率のカーブと減衰係数ｃ＝∞の応答倍率のカーブとの２つの交点Ｐ、Ｑ求める。
カーブは、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたグラフに、描いた応答倍率である。
Ｐ点での応答倍率とＱ点での応答倍率とを等しくする固有振動数ωｒと固有振動数ωｎとの比の値を決定する。
ωｒ／ωｎの値から免震装置を構成する要素の諸元を決定する。
ωｒは、バネ要素の弾性係数ｋｂと慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数である。
ωｎは、主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数である。
【００４４】
対象構造物の変位を小さくしたいときには、応答倍率は変位応答倍率であるとよい。
対象構造物の加速度を小さくしたいときは、応答倍率は加速度応答倍率であるとよい。
【００４５】
さらに、減衰係数ｃを調整し、２つの定点での値が各々に実質的に略極大になる様にする。例えば、減衰係数ｃはカーブがＰ点で極値をとる減衰係数ｃｐとカーブがＱ点で極値をとる減衰係数ｃｑとの平均値である。
この様にすると、応答倍率が、定点での値を越えない。
【００４６】
上記の方法により減衰係数を求める手順は、以下の通りである。
上記の手順により求めた諸元を代入された応答倍率の式を作成する。
Ｐ点を応答倍率の極値とする減衰係数ｃｐを求める。
Ｑ点を応答倍率の極値とする減衰係数ｃｑを求める。
減衰係数ｃｐと減衰係数ｃｑとの平均値を、２つの定点での値が各々に略極大にする減衰係数ｃとして採用する。
平均値は、加算平均による値であっても、乗算平均による値であっても、その他の平均による値であってもよい。
【００４７】
以下に、対象構造物の支持体に対する変位応答倍率を小さくすることを重視した諸元の決定方法を説明する。
バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの９０％から１１０％までの間の値であって、
ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値、または
バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの７０％から１６０％までの間の値であって、
ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２）×ωｒ×ｍｒの７０％から１６０％までの間の値のうちのひとつである。
ここで、
０＜μ≦０．２５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ｋは主架構２０の特定方位に沿った変位に係る弾性係数、
ｍは対象構造物１０の質量、
ｍｒは慣性接続要素３０の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂはバネ要素４０の弾性係数、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、である。
【００４８】
上記の弾性係数ｋｂと減衰係数ｃとを決定する過程を、図を基に、説明する。
図１５は、本発明の実施形態に係る振動数比・減衰定数−質量比のグラフ３である。
グラフ３は、対象構造物の変位応答倍率を小さくする様に最適化された振動数比βｏｐｔと質量比μとの関係、最適化された付加系６の減衰定数ζｏｐｔと質量比μとの関係を示す。
βｏｐｔ＝ｓｑｒｔ｛（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μ２｝、
βｏｐｔ＝ｓｑｒｔ｛（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μ２｝、
ζｏｐｔ＝３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８、
ζｏｐｔ＝−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２、
最初に質量比μを決定する。但し、質量比は０．２５を越えない。
図１５に示す、振動数比・減衰定数−質量比のグラフから振動数比μに対応する最適化された振動数比βｏｐｔと最適化された減衰定数ζｏｐｔを決定する。
以下の式により、諸元を決定する
Ｋｂ＝ｋ×βｏｐｔ２×μ
ｃ＝２×ζｏｐｔ×ωｒ×ｍｒ
【００４９】
免震装置が上記の式を満足するバネ要素の弾性係数ｋｂを持つと、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の変位応答倍率を縦軸としたとき、変位応答倍率を示す線の上でダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる。
さらに、免震装置が上記の式を満足するバネ要素の弾性係数ｋｂと減衰係数ｃを持つと、２つの定点での値が各々に実質的に略極大になる。
従って、対象構造物の変位応答倍率を小さくすることをできる。
【００５０】
以下に、対象構造物の支持体に対する加速度応答を小さくすることを重視した諸元の決定方法を説明する。
バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／（１−２μ）の９０％から１１０％までの間の値であって、
ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６）×ωｒ／ｍｒの９０％から１１０％までの間の値である。
ここで、
０＜μ≦０．５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ｋは主架構２０の特定方位に沿った変位に係る弾性係数、
ｍは対象構造物１０の質量
ｍｒは慣性接続要素３０の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量
ｋｂはバネ要素４０の弾性係数、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、である。
【００５１】
上記の弾性係数ｋｂと減衰係数ｃとを決定する過程を図を基に、説明する。
図１６は、本発明の実施形態に係る振動数比・減衰定数−質量比のグラフ４である。
グラフ４は、対象構造物の加速度応答倍率を小さくする様に最適化された振動数比βｏｐｔと質量比μとの関係、最適化された減衰定数ζｏｐｔと質量比μとの関係を示す。
βｏｐｔ＝ｓｑｒｔ｛（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／μ（１−２μ）｝、
ζｏｐｔ＝４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６、
最初に質量比μを決定する。但し、質量比は０．５を越えない。
図１６に示す、振動数比・減衰定数−質量比のグラフから質量比μに対応する最適化された振動数比βｏｐｔと最適化された減衰定数ζｏｐｔを決定する。
以下の式により
以下の計算により
Ｋｂ＝ｋ×βｏｐｔ２×μ
ｃ＝２×ζｏｐｔ×ωｒ×ｍｒ
【００５２】
免震装置が上記の式を満足するバネ要素の弾性係数ｋｂを持つと、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の加速度応答倍率を縦軸としたとき、加速度応答倍率を示す線の上でダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる。
さらに、免震装置が上記の式を満足するバネ要素の弾性係数ｋｂと減衰係数ｃを持つと、２つの定点での値が各々に実質的に略極大になる。
従って、対象構造物の加速度応答倍率を小さくすることをできる。
【００５３】
次に、本発明の第二の実施形態に係る免震装置を、図を基に、説明する。
図２は、本発明の第二の実施形態に係る免震装置の概念図である。
図１２は、本発明の対象構造物の概念図である。
免震装置は、支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物の特定方向の変位を免震する装置である。
免震装置は、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とで構成され、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とを直列接続した系が支持体と対象構造物とを連結する。
図１２は、免震装置が、建物の基礎に設けられるのを示している。
【００５４】
粘性マスダンパー１００を、図を基に、説明する。
図１０は、本発明の実施形態に係る粘性マスダンパーの断面図である。
図１０は、粘性マスダンパーの構造の一例を示している。
粘性マスダンパー１００は、直動軸１２０と回転体１３０とフレーム１４０と粘性流体１５０とで構成される。
【００５５】
直動軸１２０は、雄ねじを設けられた軸体である。
直動軸１２０の両端のうち少なくとも１端は後述するフレーム１４０の外部へ露出する。
【００５６】
回転体１３０は、雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた部材である。
回転体１３０は、ねじナット１３１と回転円筒１３２とで構成される。
ねじナット１３１は、後述するフレーム１４０に回転自在に支持され、雄ねじに嵌め合う雌ねじを設けられる。雄ねじと雌ねじとは、一列に並んだベアリング球を介して嵌め合っていてもよい。
回転円筒１３２は、後述するフレーム１４０に回転自在に支持された中空の円筒部材である。
ねじナット１３１と回転円筒１３２とは、各々の回転中心を一致させて連結される。
ねじナット１３１が回転すると、回転円筒１３２も回転する。
フレーム１４０は、回転体を回転自在に支持する部材であり、ねじナットフレーム１４１と回転円筒フレーム１４２と軸受１４３とで構成される。
ねじナットフレーム１４１は軸受１４３と介してねじナット１３１を回転自在に支持する。回転円筒フレーム１４２は、軸受１４３を介して回転円筒１３２を回転自在に支持する。
粘性流体１５０は、フレーム１４０の内面と該回転体との隙間に封入された液体である。
例えば、粘性流体１５０は、フレーム１４０の内面と該回転体の外周との隙間に封入される。
【００５７】
粘性マスダンパー１００は、本発明の第一の実施形態にかかる免震装置で説明した「慣性接続要素とダンパー要素とを並列接続した系」に相当する。
フレーム１４０と直動軸１２０との軸心の回りの回転を拘束した状態で、直動軸１２０を直動方向に相対変位させると、回転体１３０が雄ねじと雌ねじのねじの傾斜角に対応した回転角だけ回転する。
慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒは、直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに直動方向に作用する反力を相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒに一致する。
回転体１３０が回転する際に、回転円筒１３２と回転円筒フレーム１４２との隙間に封入された粘性流体１５０が、回転円筒に１３２に粘性力を作用させる。
ダンパー要素の特定方向の相対速度に対応して減衰抵抗力は、その粘性力により直動軸１２０の直動方向に作用する力に一致する。
ダンパー要素の減衰抵抗力を相対速度で割った値である減衰係数ｃは、粘性マスダンパーの直動軸１２０を相対速度で直動させた際に直動方向に作用する反力を相対速度で割った値である減衰係数ｃに一致する。
【００５８】
バネ要素２００は、弾性体２１０と弾性体を間に挟んだ第一部材２２０と第二部材２３０とを有する要素である。
図１１は、本発明の実施形態に係るバネ要素の概念図である。
弾性体２１０は、弾性変形する要素である。
例えば、弾性体２１０は、剪断力を受けて弾性変形する柔軟材料性の板形状の部材である。
第一部材２２０は、フランジ２２１とフランジに固定された一対の弾性体支持部材２２２とで構成される。
第二部材２３０は、フランジ２３１とフランジに固定された弾性体支持部材２３２とで構成される。
弾性体支持部材２２２と弾性体支持部材２３２とが弾性体２１０を挟む。
第一部材２２０と第二部材２３０とが、互いに離間する方向へ移動すると、弾性体に剪断力が発生する。
バネ要素は、第一部材２２０と第二部材２３０とが互いに離間する方向を特定方向に一致させる。
【００５９】
バネ要素２００は、本発明の第一の実施形態にかかる免震装置で説明したバネ要素４０に相当する。
バネ要素４０の弾性係数ｋｂは、バネ要素２００を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を相対距離で割った値である弾性係数ｋｂに一致する。
【００６０】
クレビス３００は、２つの機械要素の間に介在し、２つの要素を繋ぐ向きに直交する軸の回りに回転自在になった機械要素である。
例えば、クレビズ３００は、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０と支持体５との間に介在する。
例えば、クレビス３００は、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０とバネ要素２００との間に介在する。
【００６１】
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの取り付け構造を説明する。
直動軸１２０の直動方向と特定方向とが略一致し、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０または直動軸１２０の一方を支持体５又は対象構造物１０の一方に連結し、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０または直動軸１２０の他方をバネ要素の第一部材２２０に連結し、バネ要素２００の第二部材２３０を支持体又は対象構造物の他方に連結する。
図２は、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０がクレビス３００を介して支持体５に連結され、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０がクレビス３００を介してバネ要素２００の第一部材２２０に連結され、バネ要素２００の第二部材２３０が対象構造物１０の一取付部１１に固定される。
支持体５は、対象構造物が設置される基礎から立ち上がった基礎の一部である。
対象構造物の一取付部は、対象構造物の底面かた下方に張りだした対象構造物の一部である。
【００６２】
以下に、ばね付き粘性マスダンパーの諸元の設定方法につき、説明する。
バネ要素２００を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を相対距離で割った値である弾性係数ｋｂと粘性マスダンパーの直動軸１２０を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに直動方向に作用する反力を相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構２０と対象構造物１０とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとω／ωｎの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上で粘性マスダンパーの直動軸を相対速度で直動させた際に直動方向に作用する反力を相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にする。
【００６３】
ここで、応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である絶対応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答該率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
【００６４】
減衰係数ｃを調整し、２つの定点での値が各々に実質的に略極大になる様にする。
【００６５】
上記の粘性マスダンパーとバネ要素とで構成される振動系の固有振動数ωｒと主架構２０と対象構造物１０とで構成される振動系の固有振動数ωｎとを調整する方法を、図を基に、説明する。
図１３は、本発明の第一の実施形態に係る振動数比−変位応答倍率のグラフ１である。
グラフ１は、横軸に振動数比ω／ωｎをとり、縦軸に変位応答倍率をとった際の、支持体の特定方向の変位と対象構造物１０の一取付部１１の特定方向の変位の比を示している。
実線は、バネ付き粘性マスダンパーが上記の手法で設定され最適化された減衰係数ｃをもった場合の、変位応答倍率を示している。
破線は、バネ付き粘性マスダンパーが上記の手法で設定されるが減衰係数ｃがゼロではないが極めて小さな値である場合の、変位応答倍率を示している。
一点破線は、比較のために、バネ要素を除いた場合を示している。
Ｐ点、Ｑ点が、２つの定点である。
主架構２０と対象構造物１０とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎは、加振実験により求めてよいし、地震時の対象構造物に設けた加速度計による特定方向の加速度データを解析して求めてもよいし、主架構の弾性係数ｋと対象構造物ｍの質量から固有振動数を求める数式を用いて演算により求めてもよい。
一般には、ｃ＝０の変位応答倍率のカーブとｃ＝∞の変位応答倍率のカーブの交差する２つの定点Ｐ点とＰ点の値が等しく成るように、粘性マスダンパーとバネ要素の諸元を選定する。
カーブが２つの定点Ｐ１とＰ２とで実質的に極値をとる様に、減衰係数ｃを選定する。
例えば、減衰係数ｃはカーブがＰ点で極値をとる減衰係数ｃｐとカーブがＱ点で極値をとる減衰係数ｃｑとの平均値である。
【００６６】
図１４は、本発明の実施形態に係る振動数比−加速度応答倍率のグラフ２である。
グラフ２は、横軸に振動数比ω／ωｎをとり、縦軸に加速度応答倍率をとった際の、支持体の特定方向の加速度と対象構造物１０の取付部１１の特定方向の加速度の比を示している。
実線は、バネ付き粘性マスダンパーが上記の手法で設定され最適化された減衰係数ｃをもった場合の、加速度応答倍率を示している。
破線は、バネ付き粘性マスダンパーが上記の手法で設定されるが減衰係数ｃがゼロではないが極めて小さな値である場合の、加速度応答倍率を示している。
一点破線は、比較のために、バネ要素を除いた場合を示している。
Ｐ点、Ｑ点が、２つの定点である。
主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎは、加振実験により求めてよいし、地震時の対象構造物に設けた加速度計による特定方向の加速度データを解析して求めてもよいし、主架構の弾性係数ｋと対象構造物ｍの質量から固有振動数を求める数式を用いて演算により求めてもよい。
一般には、ｃ＝０の加速度応答倍率のカーブとｃ＝∞の加速度応答倍率のカーブの交差する２つの定点Ｐ１とＰ２の値が等しく成るように、粘性マスダンパーとバネ要素の諸元を選定する。
カーブが２つの定点Ｐ点とＱ点とで実質的に極値をとる様に、減衰係数ｃを選定する。例えば、減衰係数ｃはカーブがＰ点で極値をとる減衰係数ｃｐとカーブがＱ点で極値をとる減衰係数ｃｑとの平均値である。
【００６７】
ばね付き粘性マスダンパーの諸元を求めるのに、本発明の第一の実施形態に係る免震装置で説明した様に、振動数比・減衰定数−質量比のグラフから質量比μに対応する最適化された振動数比βｏｐｔと最適化された減衰定数ζｏｐｔとを決定し、そのβｏｐｔとζｏｐｔから諸元を求めてもよい。
【００６８】
次に、本発明の第三の実施形態に係る免震装置を、図を基に、説明する。
図３は、本発明の第三の実施形態に係る免震装置の概念図である。
免震装置は、支持体を基礎として主架構２０に支持される対象構造物１０の特定方向の変位を免震する装置である。
免震装置は、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とで構成され、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とを直列接続した系が支持体と対象構造物とを連結する。
【００６９】
粘性マスダンパー１００は、リニアガイド１１０と直動軸１２０と回転体１３０とフレーム１４０と粘性流体１５０とで構成される。
図１０はリニアガイド１１０の付いていない粘性マスダンパー１００を示している。
リニアガイド１１０はオプションであり、直動軸１２０の軸心回りの回転を拘束する機械要素である。
例えば、リニアガイド１１０は、フレーム１４０に固定され、直動軸１２０の側面に長手方向に沿って設けられた溝または突起に噛みあい、直動軸１２０の軸心回りの回転を拘束しつつ、長手方向への移動を許容する。
【００７０】
直動軸１２０と回転体１３０とフレーム１４０と粘性流体１５０の構造は、第二の実施形態にかかる免震装置のものと同じなので、説明を省略する。
【００７１】
バネ要素２００は、弾性体２１０と弾性体を間に挟んだ第一部材２２０と第二部材２３０とを有する要素である。
バネ要素２００は、第二の実施形態に係る免震装置で説明したものでもよいし、他の形式のものでよい。
以下では、他の形式のものを説明する。
弾性体２１０は、弾性変形する要素である。
例えば、弾性体２１０は、特定方向に延びたコイルスプリング（図示せず）である。
第一部材２２０は、フランジ２２１とフランジに固定された一対の弾性体支持部材２２２とで構成される。
第二部材２３０は、フランジ２３１とフランジに固定された弾性体支持部材２３２とで構成される。
弾性体支持部材２２２と弾性体支持部材２３２とがコイルスプリングを挟む。
第一部材２２０と第二部材２３０とが、互いに離間する方向へ移動すると、コイルスプリングが撓む。
バネ要素は、第一部材２２０と第二部材２３０とが互いに離間する方向を特定方向に一致させる。
【００７２】
クレビス３００は、本発明の第二の実施形態に係る免震装置のものと同じなので、説明を省略する。
【００７３】
第三の実施形態にかかる免震装置の使用方法と諸元の設定方法は、第二の実施形態に係る免震装置の場合と同じなので、説明を省略する。
【００７４】
次に、本発明の第四の実施形態に係る制振装置を、図を基に、説明する。
図１は、本発明の第一または第四の実施形態に係る免震装置・制振装置の概念図である。
【００７５】
制振装置は、対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する装置である。
例えば、制振装置は、対象構造物の特定方向に離間した一対の取付部の間に設置され、一対の取付部に連結されて、対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動の振動エネルギーを吸収し、制振する。
制振装置は、慣性接続要素３０とバネ要素４０とダンパー要素５０とで構成される。慣性接続要素３０とダンパー要素５０とを並列接続した系とバネ要素４０とを直列接続した系が対象構造物の特定方向に離間する一対の取付部に連結される。
便宜上、慣性接続要素３０とダンパー要素５０とを並列接続した系を粘性マスダンパーと呼称し、その粘性マスダンパーとバネ要素４０とを直列接続した系をバネ付き粘性マスダンパーと呼称する。
例えば、バネ付き粘性マスダンパーを対象構造物の特定方向に離間する一対の取付部の間に置かれ、一対の取付部に両端部を直列に連結される。
【００７６】
バネ付き粘性マスダンパーの構造は、本発明の第一の実施形態にかかる免震装置のものと同じなので、説明を省略する。
【００７７】
以下に、制振装置の諸元を決定する方法を説明する。
バネ要素の弾性係数ｋｂと慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上でダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にする。
ここで、応答倍率は、対象構造物の一方の箇所を強制加振させた際の加振力による対象構造物の一方の箇所の静的変位と応答して振動した対象構造物の一方の箇所の振幅の比である絶対応答倍率、対象構造物の一方の箇所を強制加振した際の一方の箇所の変位と応答して振動した対象構造物の他方の箇所の変位との比である変位応答該率、または対象構造物の一方の箇所を強制加振した際の対象構造物の一方の箇所の加速度と応答して振動した対象構造物の他方の箇所の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである。
【００７８】
上記の方法により諸元を求める手順は以下の通りである。
対象構造物の制振装置を取り付けた箇所を、対象構造物の特定方向に変位する振動モードとその固有振動数ωｎから１質点系にモデル化する。
免震装置と対象構造物とで構成される構造を質点モデルして表す。
質点モデルを運動方程式を作成する。
応答倍率が絶対応答倍率である場合は、質点モデルの対象構造物に変位強制加振動を加える運動方程式を作成する。
応答倍率が変位応答倍率である場合は、質点モデルの主架構の端部に変位強制振動を加える運動方程式を作成する。
応答倍率が加速度応答倍率である場合は、質点モデルの主架構の端部に加速度強制振動を加える運動方程式を作成する。
運動方程式を解いて、応答倍率を求める方程式を作成する。
減衰係数ｃ＝０の応答倍率のカーブと減衰係数ｃ＝∞の応答倍率のカーブとの２つの交点Ｐ、Ｑ求める。
カーブは、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたグラフに描かれた応答倍率である。
Ｐ点での応答倍率とＱ点での応答倍率とを等しくする様に、固有振動数ωｒと固有振動数ωｎとの比の値を決定する。
ωｒ／ωｎの値から免震装置を構成する要素の諸元を決定する。
ωｒは、バネ要素の弾性係数ｋｂと慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数である。
ωｎは、対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数である。
【００７９】
対象構造物の変位応答を小さくしたいときには、応答倍率は変位応答倍率であるとよい。
対象構造物の加速度応答を小さくしたいときは、応答倍率は加速度応答倍率であるという。
【００８０】
さらに、減衰係数ｃを調整し、２つの定点での値が各々に実質的に略極大になる様にする。例えば、減衰係数ｃはカーブがＰ点で極値をとる減衰係数ｃｐとカーブがＱ点で極値をとる減衰係数ｃｑとの平均値である。
【００８１】
上記の方法により減衰係数を求める手順は以下の通りである。
上記の手順により求めた諸元を代入された応答倍率の式を作成する。
Ｐ点を応答倍率の極値とする減衰係数ｃｐを求める。
Ｑ点を応答倍率の極値とする減衰係数ｃｑを求める。
減衰係数ｃｐと減衰係数ｃｑとの平均値を、２つの定点での値が各々に略極大にする減衰係数ｃとして採用する。
平均値は、加算平均による値であっても、乗算平均による値であっても、その他の平均による値であってもよい。
この様にすると、応答倍率が、２つの定点での値を実質的に越えない。
【００８２】
以下に、対象構造物の一対の箇所の特定方向の変位応答を小さくすることを重視した諸元の決定方法を説明する。
バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの９０％から１１０％までの間の値であって、
ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値、または
バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの７０％から１６０％までの間の値であって、
ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２）×ωｒ×ｍｒの７０％から１６０％までの間の値のうちのひとつであってもよい。
ここで、
０＜μ≦０．２５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）
ｋは対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動をばねと質点との１質点系に模しときの該ばねの弾性係数、
ｍは前記１質点系の前記質点の質量、
ｍｒは慣性接続要素３０の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量
ｋｂはバネ要素４０の弾性係数、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、である。
この様にすると、対象構造物の変位応答倍率を小さくすることをできる。
【００８３】
上記の弾性係数ｋｂと減衰係数ｃとを決定する過程は、本発明の第一の実施形態に係る免震装置のものと同じなので、説明を省略する。
対象構造物の弾性係数ｋと質量ｍは、対象構造物の一対の箇所の特定方向の振動を質量とばねで構成される１質点系に模したときのばねの弾性係数と質点の質量とである。
ここで、対象構造物の質量ｍを求めるのに、対象構造物の設計データを用いて演算により求めてもよい。
【００８４】
免震装置が上記の式を満足するバネ要素の弾性係数ｋｂを持つと、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の特定方向に離間した一対の箇所の変位応答倍率を縦軸としたとき、変位応答倍率を示す線の上でダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる。
さらに、免震装置が上記の式を満足するバネ要素の弾性係数ｋｂと減衰係数ｃを持つと、２つの定点での値が各々に実質的に略極大になる。
従って、対象構造物の変位応答倍率を小さくすることをできる。
【００８５】
以下に、対象構造物の支持体に対する加速度応答を小さくすることを重視した諸元の決定方法を説明する。
バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／（１−２μ）の９０％から１１０％までの間の値であって、
ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値であってもよい。
ここで、
０＜μ≦０．５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）、
ｋは対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動をばねと質点との１質点系に模しときの該ばねの弾性係数、
ｍは前記１質点系の前記質点の質量、
ｍｒは慣性接続要素３０の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量
ｋｂはバネ要素４０の弾性係数、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根である。
この様にすると、対象構造物の加速度応答倍率を小さくすることをできる。
【００８６】
上記の弾性係数ｋｂと減衰係数ｃとを決定する過程は、本発明の第一の実施形態に係る免震装置のものと同じなので、説明を省略する。
【００８７】
免震装置が上記の式を満足するバネ要素の弾性係数ｋｂを持つと、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の加速度応答倍率を縦軸としたとき、加速度応答倍率を示す線の上でダンパー要素の減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる。
さらに、免震装置が上記の式を満足するバネ要素の弾性係数ｋｂと減衰係数ｃを持つと、２つの定点での値が各々に実質的に略極大になる。
従って、対象構造物の加速度応答倍率を小さくすることをできる。
【００８８】
次に、本発明の第五の実施形態に係る制振装置を、図を基に、説明する。
図４は、本発明の第五の実施形態に係る制振装置の概念図である。
図１２は、本発明の対象構造物の概念図である。
制振装置は、対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する装置である。
制振装置は、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とで構成され、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とを直列接続した系が対象構造物の一対の取付部を連結する。
図１２は、制振装置が、建物の３階に設けられるのを示している。
【００８９】
粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００の構造は、本発明の第二の実施態様に係る免震装置で使用したものと同じなので、説明を省略する。
【００９０】
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの取り付け構造を説明する。
対象構造物が特定方向に離間した一対の取付部１２，１３を有し、
直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、
粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の一方を一対の取付部の一方に連結し、
粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の他方をバネ要素の第一部材に連結し、
バネ要素の第二部材を一対の取付部の他方に連結する。
図４は、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０がクレビス３００を介して対象構造物の一対の取付部の一方の取付部１２に連結され、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０がバネ要素２００の第一部材２２０に連結され、バネ要素の第二部材２３０が対象構造物１０の他の取付部１３に固定される。
対象構造物の一方の取付部１２は、対象構造物の梁材に固定された取り付け座である。
対象構造物の他方の取付部１３は、対象物の梁材の２箇所から斜めに突き出た一対の斜材の下端の交点である。
バネ付き粘性マスダンパーを取り付ける向きは反対であっても良い。
【００９１】
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの諸元の設定方法につき、説明する。
バネ要素を特定方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を相対距離で割った値である弾性係数ｋｂと粘性マスダンパーの直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに直動方向に作用する反力を相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、応答倍率を示す線の上で粘性マスダンパーの直動軸を相対速度で直動させた際に直動方向に作用する反力を相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にしてもよい。
【００９２】
ここで、応答倍率は、対象構造物の一方の箇所を強制加振させた際の加振力による対象構造物の一方の取付部の静的変位と応答して振動した対象構造物の一方の箇所の振幅の比である絶対応答倍率、対象構造物の一方の箇所を強制加振した際の一方の箇所の変位と応答して振動した対象構造物の他方の箇所の変位との比である変位応答倍率、または対象構造物の一方の箇所を強制加振した際の対象構造物の一方の箇所の加速度と応答して振動した対象構造物の他方の箇所の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、
【００９３】
減衰係数ｃを調整し、２つの定点での値が各々に実質的に略極大になる様にする。
【００９４】
上記の粘性マスダンパーとバネ要素とで構成される振動系の固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとを調整する方法を、図を基に、説明する。
図１３は、本発明の実施形態に係る振動数比−変位応答倍率のグラフ１である。
図１３は、横軸に振動数比ω／ωｎをとり、縦軸に変位応答倍率をとった際の、対象構造物の一対の取付部の一方の取付部１２の特定方向の変位と対象構造物１０の他方の取付部１３の特定方向の変位の比を示している。
実線は、バネ付き粘性マスダンパーが上記の手法で設定され最適化された減衰係数ｃをもった場合の、変位応答倍率を示している。
破線は、バネ付き粘性マスダンパーが上記の手法で設定されるが減衰係数ｃが限りなくゼロに近い小さな値である場合の、変位応答倍率を示している。
一点破線は、比較のために、バネ要素を除いた場合を示している。
Ｐ点、Ｑ点が、２つの定点である。
対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎは、加振実験により求めてよいし、地震時の対象構造物に設けた加速度計による一対の取付部の特定方向の加速度データを解析して求めてもよいし、対象構造物の設計データから固有振動数を求めてもよい。
一般には、ｃ＝０の変位応答倍率のカーブとｃ＝∞の変位応答倍率のカーブの交差する２つの定点Ｐ点とＰ点の値が等しく成るように、粘性マスダンパーとバネ要素の諸元を選定する。
その後、カーブが２つの定点Ｐ１とＰ２とで実質的に極値をとる様に、減衰係数ｃを選定する。
【００９５】
図１４は、本発明の実施形態に係る振動数比−加速度応答倍率のグラフ１である。
図１４は、横軸に振動数比ω／ωｎをとり、縦軸に加速度応答倍率をとった際の、対象構造物の一対の取付部の一方の取付部１２の加速度と対象構造物１０の他方の取付部１３の特定方向の加速度の比を示している。
実線は、バネ付き粘性マスダンパーが上記の手法で設定され最適化された減衰係数ｃをもった場合の、変位応答倍率を示している。
破線は、バネ付き粘性マスダンパーが上記の手法で設定されるが減衰係数ｃが限りなくゼロに近い小さな値である場合の、変位応答倍率を示している。
一点破線は、比較のために、バネ要素を除いた場合を示している。
Ｐ点、Ｑ点が、２つの定点である。
主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎは、加振実験により求めてよいし、地震時の対象構造物に設けた加速度計による特定方向の加速度データを解析して求めてもよいし、主架構の弾性係数ｋと対象構造物ｍの質量から固有振動数を求める数式を用いて演算により求めてもよい。
一般には、ｃ＝０の変位応答倍率のカーブとｃ＝∞の変位応答倍率のカーブの交差する２つの定点Ｐ１とＰ２の値が等しく成るように、粘性マスダンパーとバネ要素の諸元を選定する。
カーブが２つの定点Ｐ１とＰ２とで実質的に極値をとる様に、減衰係数ｃを選定する。例えば、減衰係数ｃはカーブがＰ点で極値をとる減衰係数ｃｐとカーブがＱ点で極値をとる減衰係数ｃｑとの平均値である。
【００９６】
ばね付き粘性マスダンパーの諸元を求めるのに、本発明の実施形態に係る制振装置で説明した様に、振動数比・減衰定数−質量比のグラフから質量比μに対応する最適化された振動数比βｏｐｔと最適化された減衰定数ζｏｐｔとを決定し、そのβｏｐｔとζｏｐｔから諸元を求めてもよい。
【００９７】
次に、本発明の第六の実施形態にかかる制振装置を、図を基に、説明する。
図５は、本発明の第六の実施形態に係る制振装置の概念図である。
【００９８】
制振装置は、対象構造物の特定方向の相対変形を制振する装置である。
制振装置は、粘性マスダンパー１００とバネ要素４００とクレビス３００とで構成され、粘性マスダンパー１００とバネ要素４００とクレビス３００とを直列接続した系を対象構造物の一対の取付部に連結する。
図１２は、制振装置が建物の４階に設けられるのを示している。
【００９９】
粘性マスダンパー１００の構造は、本発明の第五の実施形態にかかる免震装置のものと同じなので、説明を省略する。
【０１００】
バネ要素４００は、特定方向に交差する方向に延びた板材４１０と板材の一方の端部に固定された取り付けフランジ４２０とを有する。
板材４１０は、板厚方向へ弾性限度内で曲る。
例えば、板材４１０は、ばね鋼でできた板材である。
例えば、板材４１０は、複数の板材を板厚方向に積層した板材である。
例えば、板材４１０は、金属板と樹脂板とを板厚方向に積層した複合材である。
【０１０１】
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの取り付け構造を説明する。
対象構造物１０が離間した一対の取付部を有し、直動軸１２０の直動方向と特定方向とが略一致し、バネ要素４００の板材４１０の一端４１１が一対の取付部の一方の取付部に固定され、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０又は直動軸１２０の一方がバネ要素４００の板材の他端４１２に連結され、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０又は直動軸１２０の他方が対象構造物１０の一対の取付部の他方の取付部に連結し、一対の取付部の他方が板材の他端４１２から特定方向に離間した位置にある。
図５は、バネ要素４００の取り付け用フランジ４２０が対象構造物の上方の梁材に固定され、板材４１０の下端が下方に垂れ下がるのを示している。
粘性マスダンパー１００のフレーム１４０がクレビス３００を介して対象構造物の下方の梁材の取付部１２に連結され、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０がクレビス３００を介してバネ要素４００の板材４１０の下端４１２に連結される。
【０１０２】
ばね付き粘性マスダンパーの諸元の設定方法は、第五の実施形態に係る制振装置のものと同じなので、説明を省略する。
【０１０３】
次に、本発明の第七の実施形態に係る制振装置を、図を基に、説明する。
図６は、本発明の第七の実施形態に係る制振装置の概念図である。
図１２は、本発明の対象構造物の概念図である。
制振装置は、粘性マスダンパー１００とバネ要素４００と一対のクレビス３００とで構成され、粘性マスダンパー１００とバネ要素４００とクレビス３００とを直列接続した系が対象構造物の一対の取付部に連結される。
図１２は、制振装置が、建物の４階に設けられるのを示している。
【０１０４】
粘性マスダンパー１００とバネ要素４００とクレビス３００の構造は、本発明の第一の免震装置で使用したものと同じなので、説明を省略する。
【０１０５】
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの取り付け構造を説明する。
対象構造物１０が離間した一対の取付部を有し、直動軸１２０の直動方向と特定方向とが略一致し、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０または直動軸１２０の一方を一対の取付部の一方の取付部１２に連結し、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０または直動軸１２０の他方をバネ要素２００の第一部材２２０に連結し、バネ要素２００の第二部材２３０を一対の取付部の他方の取付部１３に連結する。
図６は、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０が対象構造物の一対の取付部の一方１２に固定され、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０が直列に連なった２つのクレビス３００を介してバネ要素４００の他端４１２に連結されるのを、示している。
【０１０６】
ばね付き粘性マスダンパーの諸元の設定方法は、第五の実施形態に係る制振装置のものと同じなので、説明を省略する。
【０１０７】
次に、本発明の第八の実施形態に係る制振装置を、図を基に、説明する。
図７は、本発明の第八の実施形態に係る制振装置の概念図である。
図１２は、本発明の対象構造物の概念図である。
制振装置は、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００と一対のクレビス３００とで構成され、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とを直列接続した系が対象構造物の一対の取付部に連結される。
図１２は、制振装置が、建物の２階に設けられるのを示している。
【０１０８】
粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００の構造は、本発明の第一の免震装置で使用したものと同じなので、説明を省略する。
【０１０９】
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの取り付け構造を説明する。
対象構造物１０が特定方向に離間した一対の取付部１２、１３を有し、直動軸１２０の直動方向と特定方向とが略一致し、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０または直動軸１２０の一方を一対の取付部の一方の取付部１２に連結し、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０または直動軸１２０の他方をバネ要素２００の第一部材２２０に連結し、バネ要素２００の第二部材２３０を一対の取付部の他方の取付部１３に連結する。
特定方向が、対象構造物の斜め方向に向いている。
対象構造物の一方の取付部１２が下段の梁の上部に位置し、他方の取付部１３が上段の梁の下面に位置する。
図７は、直動方向が斜めになった粘性マスダンパー１００のフレーム１４０がクレビス３００を介して対象構造物の一対の取付部の一方の取付部１２に固定され、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０がバネ要素２００を介して対象構造物１０の第一部材に連結されるのを、示している。
【０１１０】
ばね付き粘性マスダンパーの諸元の設定方法は、第五の実施形態に係る制振装置のものと同じなので、説明を省略する。
【０１１１】
次に、本発明の第九の実施形態に係る制振装置を、図を基に、説明する。
図８は、本発明の第九の実施形態に係る制振装置の概念図である。
図１２は、本発明の対象構造物の概念図である。
制振装置は、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００と一対のクレビス３００とで構成され、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とを直列接続した系が対象構造物の一対の箇所を連結する。
図１２は、制振装置が、建物の１階に設けられるのを示している。
【０１１２】
粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００の構造は、本発明の第一の免震装置で使用したものと同じなので、説明を省略する。
【０１１３】
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの取り付け構造を説明する。
対象構造物が特定方向に離間した一対の取付部を有し、
直動軸１２０の直動方向と特定方向とが略一致し、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０または直動軸１２０の一方を一対の取付部の一方の取付部１２に連結し、粘性マスダンパー１００のフレーム１４０または直動軸１２０の他方をバネ要素２００の第一部材２２０に連結し、バネ要素２００の第二部材を２３０一対の取付部の他方の取付部１３に連結する。
特定方向が、対象構造物の上下方向に向いている。
対象構造物の一方の取付部１２が下段の梁の上部に位置し、他方の取付部１３が上段の梁の下面に位置する。
図８は、直動方向が上下方向に沿った粘性マスダンパー１００のフレーム１４０がクレビス３００を介して対象構造物の一対の取付部の一方の取付部１２に固定され、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０がバネ要素を介して対象構造物１０の第一部材に連結されるのを、示している。
【０１１４】
ばね付き粘性マスダンパーの諸元の設定方法は、第五の実施形態に係る制振装置のものと同じなので、説明を省略する。
【０１１５】
次に、本発明の第十の実施形態に係る制振装置を、図を基に、説明する。
図９は、本発明の第九の実施形態に係る制振装置の概念図である。
図１２は、本発明の対象構造物の概念図である。
制振装置は、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とで構成され、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００とを直列接続した系が対象構造物の一対の取付部に連結される。
図１２は、制振装置が、建物の１階に設けられるのを示している。
【０１１６】
粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とクレビス３００の構造は、本発明の第一の免震装置で使用したものとほとんど同じなので、同一の説明を省略し、異なる点を説明する。
異なるのは、直動軸の両端が各々のフレームから露出する点である。
【０１１７】
以下に、バネ付き粘性マスダンパーの取り付け構造を説明する。
対象構造物１０が特定方向に離間した一対の取付部を有し、直動軸１２０の直動方向と特定方向とが略一致し、バネ要素２００の第一部材２２０を一対の取付部の一方に連結し、バネ要素２００の第二部材２３０を粘性マスダンパー１００のフレームに連結し、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０の一方の端部を一対の取付部の他方に連結し、粘性マスダンパー１００の直動軸１２０の他方の端部を対象構造物１０の一対の取付部の一方の取付部１３を挟んでの反対側の取付部１４に連結する。
図９は、バネ要素２００の第一部材２２０が直動方向が水平方向に沿った粘性マスダンパー１００のフレーム１４０に固定し、バネ要素２００の第二部材２３０が対象構造物の一対の取付部の一方の取付部１２に固定され、直動軸の両端が各々に対象構造物に固定されるのを、示している。
【０１１８】
ばね付き粘性マスダンパーの諸元の設定方法は、第五の実施形態に係る制振装置のものと同じなので、説明を省略する。
【実施例１】
【０１１９】
第一または第四の実施形態にかかる免震装置・制振装置の諸元を、３つの形式の応答倍率の毎に、最適化して評価した数値解析結果を説明する。
図１７は、本発明の実施例１の数値解析結果を示すグラフである。
図１７の上のグラフが変位応答倍率を示す。
図１７の下のグラフが加速度応答倍率を示す。
図１７の凡例において、動的最適設計時は絶対応答倍率を小さくすることの重点をおいて諸元を決定した場合、変位最適設計時は変位応答倍率を小さくすることに重点をおいて諸元を決定した場合、加速度最適設計時は加速度応答倍率を小さくすることに重点をおいて諸元を決定した場合、である。
質量比μが０．１と０．２との場合を評価した。
図１７から、動的最適設計の系のピークは変位、加速度ともに最もピークが大きい、変位最適設計と加速度最適設計を比較すると、共振曲線のピーク値は低い法の共振点では加速度最適設計の方が、高い方の共振点では変位最適設計のほうがピーク値が小さい。最適設計としてどちらがより適切かは、系の外乱の特性による。ことが判明した。
【実施例２】
【０１２０】
第七の実施形態にかかる制振装置の制振性能を模型試験により確認した。
図１８は、本発明の実施例２の模型試験装置の外観図である。
図１９は、本発明の実施例２の模型試験の結果表である。
模型試験装置では、ＬＭガイドに支持された鋼板が対象構造物を模擬し、コイルバネが主架構または対象構造物の一対の箇所の間の弾性を模擬する。バネ要素の板材の上端が鋼板の下面に固定される。慣性接続要素の端部が、バネ要素の板材の下端に連結される。
べースを加振し、鋼板の上部においた加速度計で鋼板の加速度を測定する。加速度を積分して変位に変換する。
図１９が、設計用人工地震波（ＢＣＬ−Ｌ２）と４つの実地震波における最適設計システムの最大応答値と応答低減率を示す。
図１９の表から、変位応答倍率を最適化した場合、または加速度応答倍率を最適化した場合に、対象構造物の振動をよく免震または制振できることが明らかである。
【０１２１】
以上説明したように、本発明に係る免震装置は、その構成により、以下の効果を有する。
相対変位を回転量に変換する慣性接続要素３０と減衰抵抗力を発生するダンパー要素５０とを並列接続した系と弾性反力を発生するバネ要素４０とを直列接続したバネ付き粘性マスダンパーが支持体５と対象構造物１０とを連結する様にしたので、主架構に支持される対象構造物１０が振動運動すると、慣性接続要素３０とバネ要素４０とで構成される振動系が連成振動し、慣性接続要素３０が相対変位し、並列接続されたダンパー要素５０が相対変位して振動エネルギーを吸収する。
また、バネ付き粘性マスダンパーの諸元を対象構造物の振動特性に対応させて設定し、対象構造物の応答倍率を最適化し、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、バネ要素４０の弾性係数Ｋｂと慣性接続要素３０の慣性質量ｍｒとで定まる応答倍率が略等しくなる様にしたので、ダンパー要素５０が慣性接続要素３０の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体５を基礎とする対象構造物１０の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、減衰係数ｃを調整し、２つの定点Ｐ、Ｑでの値が各々に略極大になる様にしたので、慣性接続要素３０の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体５を基礎とする対象構造物１０の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、支持体５を基礎とする対象構造物１０の振動応答のレベルが２つの定点ｐ、Ｑに対応する応答倍率を越えないようにできる。
また、バネ要素の弾性係数ｋｂを質量比μと主架構の弾性係数ｋから求め、ダンパー要素の減衰係数ｃを質量比μと慣性接続要素のみかけの慣性質量ｍｒとバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωｒとから求めて、対象構造物の変位応答倍率を最適化する様にしたので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、バネ要素の弾性係数Ｋｂと慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる応答倍率が略等しくなり、ダンパー要素が慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、また、バネ要素の弾性係数ｋｂを質量比μと主架構の弾性係数ｋから求め、ダンパー要素の減衰係数ｃを質量比μと慣性接続要素のみかけの慣性質量ｍｒとバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωｒとから求めて、対象構造物の加速度応答倍率を最適化する様にしたので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、バネ要素の弾性係数Ｋｂと慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる応答倍率が略等しくなり、ダンパー要素が慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、直動軸１２０の雄ねじに嵌め合った回転体１３０を回転自在に支持してフレーム１３０と回転体１３０との間に粘性流体１５０を封入した粘性マスダンパーと弾性体でできたバネ要素２００とを直接接続したバネ付き粘性マスダンパーが支持体５と対象構造物１０とを連結する様にしたので、対象構造物１０が特定方向に振動運動すると、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とで構成される振動系が連成振動し、直動軸１２０が直動方向に相対変位して回転体１３０が回転し、粘性流体１５０に剪断力が発生し、粘性流体１５０が振動エネルギーを吸収する。
また、バネ付き粘性マスダンパーの諸元を対象構造物１０の振動特性に対応させて設定し、対象構造物１０の応答倍率を最適化し、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、バネ要素の弾性係数Ｋｂと粘性マスダンパーの慣性質量ｍｒとで定まる応答倍率が略等しくなり、粘性マスダンパーがフレームと直動軸との相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、減衰係数ｃを調整し、２つの定点での値が各々に略極大になる様にしたので、フレームと直同軸の相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、支持体を基礎とする対象構造物の振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
【０１２２】
また、以上説明したように、本発明に係る制振装置は、その構成により、以下の効果を有する。
相対変位を回転量に変換する慣性接続要素３０と減衰抵抗力を発生するダンパー要素５０とを並列接続した系と弾性反力を発生するバネ要素４０とを直列接続したバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物１０の特定方向に離間する一対の箇所を連結したので、対象構造物１０が特定方向に相対運動するモードで振動すると、慣性接続要素とバネ要素とで構成される振動系が連成振動し、慣性接続要素の相対変位し、並列接続されたダンパー要素が相対変位して振動エネルギーを吸収する。
また、バネ付き粘性マスダンパーの諸元を対象構造物の振動特性に対応させて設定し、対象構造物の応答倍率を最適化し、２つの定点Ｐ、Ｑに対応する加振周波数ωの付近の周波数において、バネ要素４０の弾性係数Ｋｂと慣性接続要素３０の慣性質量ｍｒとで定まる応答倍率が略等しくなる様にしたので、ダンパー要素５０が慣性接続要素３０の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物１０の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくできる。
また、減衰係数ｃを調整し、２つの定点Ｐ、Ｑでの値が各々に実質的に略極大になる様にしたので、ダンパー要素５０が、適切な減衰係数ｃを持ち、慣性接続要素３０の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物１０の振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、対象構造物１０の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
また、バネ要素の弾性係数ｋｂを質量比μと主架構の弾性係数ｋから求め、ダンパー要素の減衰係数ｃを質量比μと慣性接続要素のみかけの慣性質量ｍｒとバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωｒとから求めて、対象構造物の変位応答倍率を最適化する様にしたので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、バネ要素の弾性係数Ｋｂと慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる応答倍率が略等しくなり、ダンパー要素が慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、バネ要素の弾性係数ｋｂを質量比μと主架構の弾性係数ｋから求め、ダンパー要素の減衰係数ｃを質量比μと慣性接続要素のみかけの慣性質量ｍｒとバネ付き粘性マスダンパーの固有振動数ωｒとから求めて、対象構造物の加速度応答倍率を最適化する様にしたので、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、バネ要素の弾性係数Ｋｂと慣性接続要素の慣性質量ｍｒとで定まる応答倍率が略等しくなり、ダンパー要素が慣性接続要素の特定方向に沿った相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、直動軸１２０の雄ねじに嵌め合った回転体１３０を回転自在に支持してフレーム１４０と回転体１３０との間に粘性流体１５０を封入した粘性マスダンパー１００と弾性体でできたバネ要素２００とを直接接続したバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物１０の特定方向に離間する一対の箇所に連結する様にしたので、対象構造物１０が特定方向に相対運動するモードで振動すると、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とで構成される振動系が連成振動し、直動軸１２０が直動方向に相対変位して回転体が回転し、粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
また、直動軸１２０の雄ねじに嵌め合った回転体１３０を回転自在に支持してフレーム１４０と回転体１３０との間に粘性流体１５０を封入した粘性マスダンパー１００と板材でできたバネ要素２００とを直接接続したバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所に連結する様にしたので、対象構造物１０が特定方向に相対運動するモードで振動すると、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とで構成される振動系が連成振動し、直動軸が直動方向に相対変位して回転体が回転し、粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
また、直動軸１２０の雄ねじに嵌め合った回転体１３０を回転自在に支持してフレーム１４０と回転体１３０との間に粘性流体１５０を封入した粘性マスダンパー１００をバネ要素２００を介して対象構造物１０に連結し、直動軸１２０の両端を対象構造物１０の他の箇所の連結する様にし、連結した箇所が特定方向に並んでいる様にしたので、対象構造物が特定方向に相対運動するモードで振動すると、粘性マスダンパー１００とバネ要素２００とで構成される振動系が連成振動し、直動軸１２０が直動方向に相対変位して回転体が回転し、粘性流体に剪断力が発生し、粘性流体が振動エネルギーを吸収する。
また、バネ付き粘性マスダンパーの諸元を対象構造物の振動特性に対応させて設定し、対象構造物１０の応答倍率を最適化し、２つの定点に対応する加振周波数ωの付近の周波数において、バネ要素の弾性係数Ｋｂと粘性マスダンパーの慣性質量ｍｒとで定まる応答倍率が略等しくなり、粘性マスダンパーがフレームと直動軸との相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルを小さくすることをできる。
また、減衰係数ｃを調整し、２つの定点での値が各々に略極大になる様にしたので、フレームと直同軸の相対変位に伴って振動エネルギーを吸収し、支持体を基礎とする対象構造物の絶対変位に対応する振幅、相対変位、または加速度をより小さくし、支持体を基礎とする象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の相対的な振動応答のレベルが２つの定点に対応する応答倍率を越えないようにできる。
【０１２３】
本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない歯非で各種の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の第一・第四の実施形態に係る免震装置・制振装置の概念図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る免震装置の概念図である。
【図３】本発明の第三の実施形態に係る免震装置の概念図である。
【図４】本発明の第五の実施形態に係る制振装置の概念図である。
【図５】本発明の第六の実施形態に係る制振装置の概念図である。
【図６】本発明の第七の実施形態に係る制振装置の概念図である。
【図７】本発明の第八の実施形態に係る制振装置の概念図である。
【図８】本発明の第九の実施形態に係る制振装置の概念図である。
【図９】本発明の第十の実施形態に係る制振装置の概念図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る粘性マスダンパーの断面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るバネ要素の概念図である。
【図１２】本発明の対象構造物の概念図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る振動数比−変位応答倍率のグラフ１である。
【図１４】本発明の実施形態に係る振動数比−変位応答倍率のグラフ２である。
【図１５】本発明の実施形態に係る振動数比・減衰定数−質量比のグラフ３である。
【図１６】本発明の実施形態に係る振動数比・減衰定数−質量比のグラフ４である。
【図１７】本発明の実施例１の数値解析結果を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施例２の模型試験装置の外観図である。
【図１９】本発明の実施例２の模型試験の結果表である。
【符号の説明】
【０１２５】
５ 支持体
６ 付加系
１０ 対象構造物
１１ 取付部
１２ 取付部
１３ 取付部
２０ 主架構
３０ 慣性接続要素
４０ バネ要素
５０ ダンパー要素
１００ 粘性マスダンパー
１１０ リニアガイド
１２０ 直動軸
１３０ 回転体
１３１ ねじナット
１３２ 回転円筒
１４０ フレーム
１４１ ねじナットフレーム
１４２ 回転円筒フレーム
１４３ 軸受
１５０ 粘性流体
２００ バネ要素
２１０ 弾性体
２２０ 第一部材
２２１ フランジ
２２２ 弾性体支持部材
２３０ 第二部材
２３１ フランジ
２３２ 弾性体支持部材
３００ クレビス
４００ バネ要素
４１０ 板材
４１１ 一端
４１２ 他端
４２０ 取り付けフランジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物の特定方向の変位を免震する免震装置であって、
特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性接続要素と、
特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生するバネ要素と、
特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生するダンパー要素と、
を備え、
前記慣性接続要素と前記ダンパー要素とを並列接続した系と前記バネ要素とを直列接続した系であるバネ付き粘性マスダンパーが支持体と対象構造物との間に連結される、
ことを特徴とする免震装置。
【請求項２】
前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比ω／ωｎを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にし、
前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である絶対応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、
ことを特徴とする請求項１に記載の免震装置。
【請求項３】
前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にした、
ことを特徴とする請求項２に記載の免震装置。
【請求項４】
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの９０％から１１０％までの間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値、
または、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの７０％から１６０％までの間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２）×ωｒ×ｍｒの７０％から１６０％までの間の値、
のうちのいっぽうであって、
ここで、
０＜μ≦０．２５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ｋは主架構の特定方位に沿った変位に係る弾性係数、
ｍは対象構造物の質量、
ｍｒは前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂは前記バネ要素の弾性係数、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、
であることを特徴とする請求項１に記載の免震装置。
【請求項５】
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／（１−２μ）の９０％から１１０％までの間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値であり、
ここで、
０＜μ≦０．５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ｋは主架構の特定方位に沿った変位に係る弾性係数、
ｍは対象構造物の主架構に支持される質量、
ｍｒは前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂは前記バネ要素の弾性係数、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、
であることを特徴とする請求項１に記載の免震装置。
【請求項６】
支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物の特定方向の変位を免震する免震装置であって、
雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と該回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、
弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有するバネ要素と、
を備え、
前記直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、
前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の一方を支持体又は対象構造物の一方に連結し、
前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の他方を前記バネ要素の第一部材に連結し、
前記バネ要素の第二部材を支持体又は対象構造物の他方に連結する、
ことを特徴とする免震装置。
【請求項７】
前記バネ要素を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を前記相対距離で割った値である弾性係数ｋｂと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに前記直動方向に作用する反力を前記相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比ω／ωｎを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記粘性マスダンパーの前記直動軸を一定に相対速度で直動させた際に前記直動方向に作用する反力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にし、
前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である絶対応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である前記変位応答該率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である前記加速度応答倍率のうちのひとつである、
ことを特徴とする請求項６に記載の免震装置。
【請求項８】
前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にした、
ことを特徴とする請求項７に記載の免震装置。
【請求項９】
対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する制振装置であって、
特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性接続要素と、
特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生するバネ要素と、
特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生するダンパー要素と、
を備え、
前記慣性接続要素と前記ダンパー要素とを並列接続した系と前記バネ要素とを直列接続した系であるバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の間に連結される、
ことを特徴とする制振装置。
【請求項１０】
前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にし、
前記応答倍率は、対象構造物の一方の前記箇所を強制加振させた際の加振力による対象構造物の一方の前記箇所の静的変位と応答して振動した対象構造物の一方の前記箇所の振幅の比である絶対応答倍率、対象構造物の一方の前記箇所を強制加振した際の一方の前記箇所の変位と応答して振動した対象構造物の他方の前記箇所の変位との比である変位応答倍率、または対象構造物の一方の前記箇所を強制加振した際の対象構造物の一方の前記箇所の加速度と応答して振動した対象構造物の他方の前記箇所の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、
ことを特徴とする請求項９に記載の制振装置。
【請求項１１】
前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にした、
ことを特徴とする請求項１０に記載の制振装置。
【請求項１２】
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの９０％から１１０％の間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％の間の値、
または、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの７０％から１６０％の間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２）×ωｒ×ｍｒの７０％から１６０％の間の値、
のうちのいっぽうであって、
ここで、
０＜μ≦０．２５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）
ｋは対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動をばねと質点との１質点系に模しときの該ばねの弾性係数、
ｍは前記１質点系の前記質点の質量、
ｍｒは前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂは前記バネ要素の弾性係数、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、
であることを特徴とする請求項９に記載の制振装置。
【請求項１３】
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／（１−２μ）の９０％から１１０％までの間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値であり、
ここで、
０＜μ≦０．５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）、
ｋは対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動をばねと質点との１質点系に模しときの該ばねの弾性係数、
ｍは前記１質点系の前記質点の質量、
ｍｒは前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂは前記バネ要素の弾性係数、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、
であることを特徴とする請求項９に記載の制振装置。
【請求項１４】
対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する制振装置であって、
雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と該回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、
弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有するバネ要素と、
を備え、
対象構造物が特定方向に離間した一対の取付部を有し、
前記直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、
前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の一方を一対の前記取付部の一方に連結し、
前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の他方を前記バネ要素の前記第一部材に連結し、
前記バネ要素の前記第二部材を一対の前記取付部の他方に連結する、
ことを特徴とする制振装置。
【請求項１５】
対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する制振装置であって、
雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、
特定方向に交差する方向に延びた板材を有するバネ要素と、
を備え、
対象構造物が離間した一対の取付部を有し、
前記直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、
前記バネ要素の前記板材の一端が一対の前記取付部の一方に固定され、
前記粘性マスダンパーのフレーム又は直動軸の一方が前記バネ要素の前記板材の他端に連結され、
前記粘性マスダンパーのフレーム又は直動軸の他方が対象構造物の一対の前記取付部の他方に連結し、
一対の前記取付部の他方が前記板材の他端から特定方向に離間した位置にある、
ことを特徴とする制振装置。
【請求項１６】
対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する制振装置であって、
雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体の外面との間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、
弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有するバネ要素と、
を備え、
対象構造物が特定方向に離間した一対の取付部を有し、
前記直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、
前記バネ要素の前記第一部材を一対の前記取付部の一方に連結し、
前記バネ要素の前記第二部材を前記粘性マスダンパーのフレームに連結し、
前記粘性マスダンパーの直動軸の一方の端部を一対の前記取付部の他方に連結し、
前記粘性マスダンパーの直動軸の他方の端部を対象構造物の一対の前記取付部の一方を挟んで他方の反対側に連結する、
ことを特徴とする制振装置。
【請求項１７】
前記バネ要素を特定方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を前記相対距離で割った値である弾性係数ｋｂと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに前記直動方向に作用する反力を前記相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記粘性マスダンパーの前記直動軸を一定の相対速度で直動させた際に前記直動方向に作用する反力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にし、
前記応答倍率は、対象構造物の一方の前記取付部を強制加振させた際の加振力による対象構造物の一方の前記取付部の静的変位と応答して振動した対象構造物の一方の前記取付部の振幅の比である絶対応答倍率、対象構造物の一方の前記取付部を強制加振した際の一方の前記取付部の変位と応答して振動した対象構造物の他方の前記取付部の変位との比である変位応答倍率、または対象構造物の一方の前記取付部を強制加振した際の対象構造物の一方の前記取付部の加速度と応答して振動した対象構造物の他方の前記取付部の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、
ことを特徴とする請求項１４乃至請求項１６のうちのひとつに記載の制振装置。
【請求項１８】
前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にした、
ことを特徴とする請求項１７に記載の制振装置。
【請求項１】
支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物の特定方向の変位を免震する免震装置であって、
特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性接続要素と、
特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生するバネ要素と、
特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生するダンパー要素と、
を備え、
前記慣性接続要素と前記ダンパー要素とを並列接続した系と前記バネ要素とを直列接続した系であるバネ付き粘性マスダンパーが支持体と対象構造物との間に連結される、
ことを特徴とする免震装置。
【請求項２】
前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比ω／ωｎを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にし、
前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である絶対応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である変位応答倍率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、
ことを特徴とする請求項１に記載の免震装置。
【請求項３】
前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にした、
ことを特徴とする請求項２に記載の免震装置。
【請求項４】
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの９０％から１１０％までの間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値、
または、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの７０％から１６０％までの間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２）×ωｒ×ｍｒの７０％から１６０％までの間の値、
のうちのいっぽうであって、
ここで、
０＜μ≦０．２５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ｋは主架構の特定方位に沿った変位に係る弾性係数、
ｍは対象構造物の質量、
ｍｒは前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂは前記バネ要素の弾性係数、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、
であることを特徴とする請求項１に記載の免震装置。
【請求項５】
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／（１−２μ）の９０％から１１０％までの間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値であり、
ここで、
０＜μ≦０．５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ｋは主架構の特定方位に沿った変位に係る弾性係数、
ｍは対象構造物の主架構に支持される質量、
ｍｒは前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂは前記バネ要素の弾性係数、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、
であることを特徴とする請求項１に記載の免震装置。
【請求項６】
支持体を基礎として主架構に支持される対象構造物の特定方向の変位を免震する免震装置であって、
雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と該回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、
弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有するバネ要素と、
を備え、
前記直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、
前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の一方を支持体又は対象構造物の一方に連結し、
前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の他方を前記バネ要素の第一部材に連結し、
前記バネ要素の第二部材を支持体又は対象構造物の他方に連結する、
ことを特徴とする免震装置。
【請求項７】
前記バネ要素を直動方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を前記相対距離で割った値である弾性係数ｋｂと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに前記直動方向に作用する反力を前記相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと主架構と対象構造物とで構成される系の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比ω／ωｎを横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記粘性マスダンパーの前記直動軸を一定に相対速度で直動させた際に前記直動方向に作用する反力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にし、
前記応答倍率は、対象構造物を強制加振させた際の加振力による対象構造物の静的変位と応答して振動した対象構造物の振幅との比である絶対応答倍率、支持体を強制加振した際の支持体の変位と応答して振動した対象構造物の変位との比である前記変位応答該率、または支持体を強制加振した際の支持体の加速度と応答して振動した対象物の加速度との比である前記加速度応答倍率のうちのひとつである、
ことを特徴とする請求項６に記載の免震装置。
【請求項８】
前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にした、
ことを特徴とする請求項７に記載の免震装置。
【請求項９】
対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する制振装置であって、
特定方向の相対変位を回転体の回転量に変換する慣性接続要素と、
特定方向の相対変位に対応して特定方向にそって作用する弾性反力を発生するバネ要素と、
特定方向の相対速度に対応して特定方向にそって作用する減衰抵抗力を発生するダンパー要素と、
を備え、
前記慣性接続要素と前記ダンパー要素とを並列接続した系と前記バネ要素とを直列接続した系であるバネ付き粘性マスダンパーが対象構造物の特定方向に離間する一対の箇所の間に連結される、
ことを特徴とする制振装置。
【請求項１０】
前記バネ要素の弾性係数ｋｂと前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記ダンパー要素の前記減衰抵抗力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にし、
前記応答倍率は、対象構造物の一方の前記箇所を強制加振させた際の加振力による対象構造物の一方の前記箇所の静的変位と応答して振動した対象構造物の一方の前記箇所の振幅の比である絶対応答倍率、対象構造物の一方の前記箇所を強制加振した際の一方の前記箇所の変位と応答して振動した対象構造物の他方の前記箇所の変位との比である変位応答倍率、または対象構造物の一方の前記箇所を強制加振した際の対象構造物の一方の前記箇所の加速度と応答して振動した対象構造物の他方の前記箇所の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、
ことを特徴とする請求項９に記載の制振装置。
【請求項１１】
前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にした、
ことを特徴とする請求項１０に記載の制振装置。
【請求項１２】
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ−ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの９０％から１１０％の間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（３１．０９５μ３−１２．０４１μ２＋２．５８１μ＋０．０３８）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％の間の値、
または、
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（１−２μ＋ｓｑｒｔ（１−４μ））／２μの７０％から１６０％の間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（−１８．５５８μ３＋４．８８０μ２−０．７１７μ＋０．６１２）×ωｒ×ｍｒの７０％から１６０％の間の値、
のうちのいっぽうであって、
ここで、
０＜μ≦０．２５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）
ｋは対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動をばねと質点との１質点系に模しときの該ばねの弾性係数、
ｍは前記１質点系の前記質点の質量、
ｍｒは前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂは前記バネ要素の弾性係数、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、
であることを特徴とする請求項９に記載の制振装置。
【請求項１３】
前記バネ要素の弾性係数ｋｂがｋ×（２μ−１＋ｓｑｒｔ（１−２μ））／（１−２μ）の９０％から１１０％までの間の値であって、
前記ダンパー要素の減衰係数ｃが２×（４．４３６μ３−３．６１９μ２＋１．７２９μ＋０．０５６）×ωｒ×ｍｒの９０％から１１０％までの間の値であり、
ここで、
０＜μ≦０．５、
μ＝ｍｒ／ｍ、
ωｒ＝ｓｑｒｔ（ｋｂ／ｍｒ）、
ｋは対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動をばねと質点との１質点系に模しときの該ばねの弾性係数、
ｍは前記１質点系の前記質点の質量、
ｍｒは前記慣性接続要素の特定方向の相対加速度に対するみかけの慣性質量、
ｋｂは前記バネ要素の弾性係数、
ｓｑｒｔ（ｘ）はｘの平方根、
であることを特徴とする請求項９に記載の制振装置。
【請求項１４】
対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する制振装置であって、
雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と該回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、
弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有するバネ要素と、
を備え、
対象構造物が特定方向に離間した一対の取付部を有し、
前記直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、
前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の一方を一対の前記取付部の一方に連結し、
前記粘性マスダンパーのフレームまたは直動軸の他方を前記バネ要素の前記第一部材に連結し、
前記バネ要素の前記第二部材を一対の前記取付部の他方に連結する、
ことを特徴とする制振装置。
【請求項１５】
対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する制振装置であって、
雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体との隙間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、
特定方向に交差する方向に延びた板材を有するバネ要素と、
を備え、
対象構造物が離間した一対の取付部を有し、
前記直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、
前記バネ要素の前記板材の一端が一対の前記取付部の一方に固定され、
前記粘性マスダンパーのフレーム又は直動軸の一方が前記バネ要素の前記板材の他端に連結され、
前記粘性マスダンパーのフレーム又は直動軸の他方が対象構造物の一対の前記取付部の他方に連結し、
一対の前記取付部の他方が前記板材の他端から特定方向に離間した位置にある、
ことを特徴とする制振装置。
【請求項１６】
対象構造物の特定方向の相対変形を伴う振動を制振する制振装置であって、
雄ねじを設けられた直動軸と該雄ねじに嵌めあう雌ねじを設けられた回転体と回転体を回転自在に支持するフレームと該フレームの内面と該回転体の外面との間に封入された粘性流体とを有する粘性マスダンパーと、
弾性体と該弾性体を間に挟んだ第一部材と第二部材とを有するバネ要素と、
を備え、
対象構造物が特定方向に離間した一対の取付部を有し、
前記直動軸の直動方向と特定方向とが略一致し、
前記バネ要素の前記第一部材を一対の前記取付部の一方に連結し、
前記バネ要素の前記第二部材を前記粘性マスダンパーのフレームに連結し、
前記粘性マスダンパーの直動軸の一方の端部を一対の前記取付部の他方に連結し、
前記粘性マスダンパーの直動軸の他方の端部を対象構造物の一対の前記取付部の一方を挟んで他方の反対側に連結する、
ことを特徴とする制振装置。
【請求項１７】
前記バネ要素を特定方向に相対距離だけ変位させた際に発生する反力を前記相対距離で割った値である弾性係数ｋｂと前記粘性マスダンパーの前記直動軸を直動方向に所定の相対加速度で直動させたさいに前記直動方向に作用する反力を前記相対加速度で割った値であるみかけの慣性質量ｍｒとに対応する固有振動数ωｒと対象構造物の特定方向に変位する振動モードの固有振動数ωｎとの比を調整し、加振周波数ωと固有振動数ωｎとの比を横軸とし、対象構造物の応答倍率を縦軸としたとき、前記応答倍率を示す線の上で前記粘性マスダンパーの前記直動軸を一定の相対速度で直動させた際に前記直動方向に作用する反力を前記相対速度で割った値である減衰係数ｃの値のいかんにかかわらず一定値となる２つの定点での値が略等しくなる様にし、
前記応答倍率は、対象構造物の一方の前記取付部を強制加振させた際の加振力による対象構造物の一方の前記取付部の静的変位と応答して振動した対象構造物の一方の前記取付部の振幅の比である絶対応答倍率、対象構造物の一方の前記取付部を強制加振した際の一方の前記取付部の変位と応答して振動した対象構造物の他方の前記取付部の変位との比である変位応答倍率、または対象構造物の一方の前記取付部を強制加振した際の対象構造物の一方の前記取付部の加速度と応答して振動した対象構造物の他方の前記取付部の加速度との比である加速度応答倍率のうちのひとつである、
ことを特徴とする請求項１４乃至請求項１６のうちのひとつに記載の制振装置。
【請求項１８】
前記減衰係数ｃを調整し、２つの前記定点での値が各々に実質的に略極大になる様にした、
ことを特徴とする請求項１７に記載の制振装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００９−６８６５９（Ｐ２００９−６８６５９Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４０２８３（Ｐ２００７−２４０２８３）
【出願日】平成１９年９月１５日（２００７．９．１５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００７年３月２０日 社団法人 日本建築学会発行の「構造工学論文集 Ｖｏｌ．５３Ｂ」に発表
【出願人】（５９３０６３１６１）株式会社ＮＴＴファシリティーズ (475)
【出願人】（０００１７４９４３）三井住友建設株式会社 (346)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１５日（２００７．９．１５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００７年３月２０日 社団法人 日本建築学会発行の「構造工学論文集 Ｖｏｌ．５３Ｂ」に発表
【出願人】（５９３０６３１６１）株式会社ＮＴＴファシリティーズ (475)
【出願人】（０００１７４９４３）三井住友建設株式会社 (346)
【Ｆターム（参考）】
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