JP2014009943A - 共振振動台 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の共振振動台と比べてより一層大きな加速度（最大加速度）を発生させることができるようにする。
【解決手段】軸受け３Ａを備える第一の加振台２Ａと、当該第一の加振台２Ａからみて外部の基台(７Ａ)に配置される軸受け３Ｂを備える第二の加振台２Ｂと、第一の加振台２Ａを加振する加振機４と、第一の加振台２Ａと第二の加振台２Ｂとの間に介在する第一の弾性体６と、第二の加振台２Ｂと外部反力受け７Ｂとの間に介在する第二の弾性体９とを有するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、共振振動台に関する。さらに詳述すると、本発明は、例えば、建物や機械の地震などに対する安全性の実験的な評価に用いて好適な共振振動台に関する。

建物や機械の例えば地震による揺れ・振動に対する安全性を実験的に評価する装置に振動台がある。振動台の基本的な構造は、図９に示すように、剛な架台である加振台１０２が軸受１０３に支持され、加振台１０２に対して加振機１０４が連結設置されるというものである。そして、加振台１０２の上に安全性評価の対象である試験体１０５（具体的には、建物の一部や機械である）が設置される。なお、軸受１０３は加振台１０２を図面において左右方向に振動可能に支持するための部品であり、加振機１０４は加振台１０２に図面において左右方向の作用力を与えるための部品である。また、符号１０７は加振機１０４を固定的に支持して当該加振機１０４の反力を受けるための反力受けである。

図９に示す仕組みでは、振動台１０１において発生する最大加速度は、軸受１０３の摩擦力などの抵抗力が小さいほど大きくなり、また、加振機１０４の加振力が大きいほど大きくなる。

ここで、理想的な条件として軸受１０３の抵抗力がゼロであると共に試験体１０５と加振台１０２とが一体となって動くとすると、振動台１０１で発生させることができる最大の加速度Ａは数式１で与えられる。
（数１） Ａ＝Ｆ／(Ｗ₀＋Ｗ₁)
ここに、 Ａ：最大加速度(加速度振幅)〔ｍ／ｓ²〕，
Ｆ：加振機の最大加振力〔ｔ〕，
Ｗ₀：加振台の重量〔ｔ〕，
Ｗ₁：試験体の重量〔ｔ〕 をそれぞれ表す。

具体的には例えば、加振台の重量Ｗ₀＝５０〔ｔ〕，試験体の重量Ｗ₁＝２０〔ｔ〕，加振機の最大加振力Ｆ＝１００〔ｔ〕の場合には、Ａ＝１．４３Ｇとなり（Ｇ：重力単位，１Ｇ＝９．８〔ｍ／ｓ²〕）、これが振動台１０１で発生させることができる最大加速度になる。

上述のように、振動台で発生させることができる最大加速度Ａは、数式１に示したように、加振機の最大加振力Ｆと加振台と試験体との合計重量(Ｗ₀＋Ｗ₁)の比で決定される。つまり、図９に示す振動台の仕組みを前提にすると、前記比よりも大きな最大加速度を発生させることはできない。

その一方で、実際に観測される地震動の最大加速度は大地震を経験するたびに大きくなる傾向があること、建物や機械に要求される耐震安全性のレベルがより一層高くなる傾向にあることなどにより、建物や機械の耐震安全性を評価するための入力加速度は大きくなる傾向がある。このため、振動試験で要求される加速度のレベルも高い数値が要求されるようになってきている。

そこで、上述の課題に対応するため、既存の振動台を利用してより一層大きな加速度を再現しようとする仕組みが提案されている。

提案されている仕組みとして、図１０に示すように、下部加振台１０２Ａの上面に小型の上部加振台１０２Ｂを配置し、下部加振台１０２Ａと上部加振台１０２Ｂとの最大加速度を一致させるように各加振台１０２Ａ，１０２Ｂを加振する加振機１０４Ａ，１０４Ｂを制御することで、上部加振台１０２Ｂに設置された試験体１０５に大きな加速度を与えることを企図したものがある（特許文献１，２）。なお、符号１０３Ａ，１０３Ｂは軸受けであり、符号１０７は加振機１０４Ａを固定的に支持して当該加振機１０４Ａの反力を受けるための反力受けであり、符号１０８は下部加振台１０２Ａの上面に設けられて加振機１０４Ｂを固定的に支持して当該加振機１０４Ｂの反力を受けるための加振台反力受けである。

また、提案されている他の仕組みとして、図１０に示す仕組みにおいて上部加振台１０２Ｂを加振する加振機１０４Ｂをばね１０６に換えることによってばね共振を利用する方法であり、図１１(Ａ)に示すように、下部加振台１０２Ａの上面に小型の上部加振台１０２Ｂを配置し、下部加振台１０２Ａと上部加振台１０２Ｂとを軸受１０３Ｂ及びばね１０６で接続された構造とし、ばね１０６のばね定数と上部加振台１０２Ｂ及び試験体１０５との合計重量とから決まる共振振動数を加振振動数に設定して加振機１０４で正弦波加振することで、上部加振台１０２Ｂ及び試験体１０５を共振させて試験体１０５に大きな加速度を与えることを企図したものがある（特許文献３，４）。ここで、図１１(Ａ)に示すような、下部加振台１０２Ａの上面に上部加振台１０２Ｂを配置し両加振台１０２Ａ，１０２Ｂの間にばね１０６を介在させると共に共振振動数を加振振動数に設定する振動台のことを「共振振動台」と呼ぶ。

図１１(Ａ)に示す仕組みについて、理想的な条件として、上部加振台１０２Ｂ及び試験体１０５のみが振動して加速度が発生し、下部加振台１０２Ａには加速度は発生しないと仮定する。このとき、試験体１０５に発生する最大加速度Ａ₁（上部加振台１０２Ｂも同じ）は数式２で与えられる。
（数２） Ａ₁＝Ｆ／Ｗ₂
ここに、 Ａ₁：試験体に発生する最大加速度(加速度振幅)〔ｍ／ｓ²〕，
Ｆ：加振機の最大加振力〔ｔ〕，
Ｗ₂：上部加振台及び試験体の合計重量〔ｔ〕 をそれぞれ表す。

具体的には例えば、上述の数式１による算定と同様に上部加振台及び試験体の合計重量Ｗ₂＝２０〔ｔ〕，加振機の最大加振力Ｆ＝１００〔ｔ〕の場合には、Ａ₁＝５Ｇとなり（Ｇ：重力単位，１Ｇ＝９．８〔ｍ／ｓ²〕）、これが振動台で発生させることができる最大加速度になる。

図１１(Ａ)に示す仕組みについて、他の理想的な条件として、同図(Ｂ)に示す揺れの状態になるように振動を制御することも考えられる。具体的には、下部加振台１０２Ａと上部加振台１０２Ｂ及び試験体１０５との振動が互いに逆位相になるように揺れを制御する。

このとき、下部加振台１０２Ａに作用する慣性力と上部加振台１０２Ｂ及び試験体１０５に作用する慣性力とは釣り合っている。このため、下部加振台１０２Ａの最大加速度をＡ₀とすると共に試験体１０５の最大加速度をＡ₁（上部加振台１０２Ｂも同じ）とすると、下部加振台１０２Ａの慣性力(Ｗ₀×Ａ₀)と加振機１０４の加振力Ｆと上部加振台１０２Ｂ及び試験体１０５の慣性力(Ｗ₂×Ａ₁)との間の関係式（即ち、力の釣り合い式）として数式３−１が成り立ち、これより数式３−２が得られる。
（数３−１） Ｗ₀×Ａ₀＋Ｆ＝Ｗ₂×Ａ₁
（数３−２） Ａ₁＝(Ｗ₀×Ａ₀＋Ｆ)／Ｗ₂
ここに、 Ａ₁：試験体に発生する最大加速度(加速度振幅)〔ｍ／ｓ²〕，
Ｗ₀：下部加振台の重量〔ｔ〕，
Ａ₀：下部加振台の最大加速度(加速度振幅)〔ｍ／ｓ²〕，
Ｆ：加振機の最大加振力〔ｔ〕，
Ｗ₂：上部加振台及び試験体の合計重量〔ｔ〕 をそれぞれ表す。

具体的には例えば、上述の数式１による算定と同様に下部加振台の重量Ｗ₀＝５０〔ｔ〕，上部加振台及び試験体の合計重量Ｗ₂＝２０〔ｔ〕，加振機の最大加振力Ｆ＝１００〔ｔ〕とすると共に、実際の振動台における仕様上の加速度の最大値(制約)を２Ｇとすると（即ち、下部加振台の最大加速度Ａ₀＝２〔ｍ／ｓ²〕）、試験体１０５の最大加速度Ａ₁＝１０Ｇとなる（Ｇ：重力単位，１Ｇ＝９．８〔ｍ／ｓ²〕）。

実開昭６１−１２２５４４号 特許第３９０１９１０号 特開昭５７−１４７０２８号 特開２００２−２３６０７４号

しかしながら、図１０や図１１に示す従来の仕組みでは、上部加振台１０２Ｂが共振振動台作動時において振動する下部加振台１０２Ａ上に配置されるので、上部加振台１０２Ｂや軸受け１０３Ｂに障害が発生し易いという問題がある。そして、上部加振台１０２Ｂや軸受け１０３Ｂの障害発生を防止するためには、これら上部加振台１０２Ｂや軸受け１０３Ｂを振動に耐え得る強度や構造を有するものとして構成する必要がある。このため、上部加振台１０２Ｂ及びその軸受け１０３Ｂの重量が大きくなり、例えば数式３−２からも明らかな通り（具体的には分母のＷ₂が大きくなるので）試験体に発生する最大加速度Ａ₁を大きく設定することを阻害してしまうという問題がある。

また、図１０に示す従来の仕組みでは、大きな加速度を得るためには、加振機１０４Ｂの加振力（言い換えると、容量）を大きくしたり、加振機１０４Ｂの反力をとるための加振台反力受け１０８を大きくしたりする必要があり、その結果として加振機１０４Ｂや加振台反力受け１０８の重量が増加して上部加振台１０２Ｂの加速度が小さくなるということになって試験体１０５に与える加速度を大きくするには限界がある。このため、特に大きい加速度（最大加速度）を必要とする場合に用いるものとして適当であるとは言い難い。

また、図１１に示す従来の仕組みでは、大きな加速度を得るためには、加振機１０４の加振力（言い換えると、容量）を大きくしたり、下部加振台１０２Ａの重量を大きくしたりするなど、既設の振動台を増強する必要がある。具体的には、数式３−２によれば、例えば、下部加振台の重量Ｗ0と加振機の最大加振力Ｆとの両方を２倍に引き上げるような改造を施すことによって試験体に発生する最大加速度Ａ1を２倍にすることができる。しかしながらこの改造は既設の振動台と同じ仕様の振動台を更に一台導入することに相当するので、コストや既設設備周辺の拡張の必要性を考慮するとこれを実現することは、困難であり、汎用的であるとは言い難い。

そこで、本発明は、従来の共振振動台における上部加振台の障害の発生を防止することができる共振振動台を提供することを目的とする。また、本発明は、従来の共振振動台と比べてより一層大きな加速度（最大加速度）を発生させることができる共振振動台を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１記載の共振振動台は、軸受けを備える第一の加振台と、当該第一の加振台からみて外部の基台に配置される軸受けを備える第二の加振台と、前記第一の加振台を加振する加振機と、前記第一の加振台と前記第二の加振台との間に介在する第一の弾性体と、前記第二の加振台と外部反力受けとの間に介在する第二の弾性体とを有するようにしている。

また、請求項２記載の共振振動台は、軸受けを備える加振台と、当該加振台からみて外部の基台に配置される試験体を支持する試験体軸受けと、前記加振台を加振する加振機と、前記加振台と前記試験体との間に介在する第一の弾性体と、前記試験体と外部反力受けとの間に介在する第二の弾性体とを有するようにしている。

また、請求項３記載の共振振動台は、軸受けを備える第一の加振台と、当該第一の加振台からみて外部の基台に配置される軸受けを備える第二の加振台と、前記第一の加振台を加振する加振機と、前記第一の加振台と前記第二の加振台との間に介在する弾性体とを有するようにしている。

また、請求項４記載の共振振動台は、軸受けを備える加振台と、当該加振台からみて外部の基台に配置される試験体を支持する試験体軸受けと、前記加振台を加振する加振機と、前記加振台と前記試験体との間に介在する弾性体とを有するようにしている。

これらの共振振動台によると、一方の加振台を他方の加振台からみて外部の基台に配置するようにしているので、すなわち、一方の加振台を他方の加振台上に配置しないようにしているので、他方の加振台の振動に因って一方の加振台や当該加振台の軸受けに障害が発生することがない。

また、請求項１，２記載の共振振動台によると、第二の加振台と外部反力受けとの間或いは試験体と外部反力受けとの間に介在する第二の弾性体を有するようにしているので、第二の加振台や試験体の慣性力と反対向きの反力が外部から得られる。

本発明の共振振動台によれば、一方の加振台を他方の加振台上に配置しないようにしているので、他方の加振台の振動に因って一方の加振台や当該加振台の軸受けに障害が発生することを回避することが可能になる。また、他方の加振台の振動に因る障害発生の防止のための強度確保が必要ないので、加振台や軸受けの構造を従来と比べて簡素にしてこれらの重量を小さく抑えることができ、例えば数式３−２からも明らかな通り（具体的には分母のＷ₂が小さくなるので）試験体に発生する最大加速度Ａ₁を大きく設定することが可能になる。

また、請求項１，２記載の共振振動台によれば、第二の加振台や試験体の慣性力と反対向きの反力を外部から得ることができるので、当該反力に相当する分だけ第二の加振台・試験体において発生する加速度を大きくすることが可能になる。これにより、揺れ・振動に対する安全性の評価において特に大きい加速度（最大加速度）を必要とする場合の適当性・有用性の向上が可能になる。また、特別に大きな加速度を必要とはしない共振振動台においても、本発明を適用することにより、所望の加速度を発生させるために必要とされる加振機の最大加振力を小さくすることができるので、共振振動台の小型化や製造コストの抑制を図ることが可能になる。

本発明の共振振動台の実施形態の一例を示す構成側面図である。 実施形態の共振振動台における力の釣り合い関係を説明する図である。 本発明の共振振動台の他の実施形態の一例を示す構成側面図である。 本発明の共振振動台の更に他の実施形態を示す構成側面図である。 本発明の共振振動台のまた更に他の実施形態を示す構成側面図である。 実施例における質点系応答解析のモデルを説明する図である。（Ａ）は従来技術の構成に対応するモデル図である。（Ｂ）は本発明の構成に対応するモデル図である。 実施例における従来技術の質点系応答解析の結果を示す図である。 実施例における本発明の質点系応答解析の結果を示す図である。 従来の振動台の基本構造を示す構成側面図である。 従来の振動台の他の構造を示す構成側面図である。 従来の共振振動台の構造を示す図である。（Ａ）は構成側面図である。（Ｂ）は力の釣り合い関係を説明する図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２に、本発明の共振振動台の実施形態の一例を示す。この共振振動台は、軸受け３Ａを備える第一の加振台２Ａと、当該第一の加振台２Ａからみて外部の基台(７Ａ)に配置される軸受け３Ｂを備える第二の加振台２Ｂと、第一の加振台２Ａを加振する加振機４と、第一の加振台２Ａと第二の加振台２Ｂとの間に介在する第一の弾性体６と、第二の加振台２Ｂと外部反力受け７Ｂとの間に介在する第二の弾性体９とを有する。

第一の加振台２Ａは、剛な架台として形成され、基台１０（固有の構造でなく共振振動台の接地面でも良い）との間に軸受け３Ａを介して設置される。

軸受け３Ａは、特定の仕組みに限定されるものではなく、基台１０に対して加振機４によって与えられる振動(揺れ)の方向（図中符号Ｘの両矢印の方向；以下、「振動方向Ｘ」という）に第一の加振台２Ａが振動し得る(揺れ得る)ように第一の加振台２Ａを支持し得るものであればどのような仕組みでも良い。具体的には例えば、静圧軸受やゴム支承が用いられ得る。

加振機４は、外部の反力受け７Ａに固定されると共に第一の加振台２Ａに連結されて両者の間に介在して設けられ、第一の加振台２Ａに振動(揺れ)を与えて第一の加振台２Ａを加振するものである。

加振機４が固定される外部の反力受け７Ａは、第一の加振台２Ａ及び第二の加振台２Ｂからみて外部（言い換えると、別体）の反力受けである。

第二の加振台２Ｂは、剛な架台として形成され、本実施形態では加振機４が固定される外部の反力受け７Ａの上面に軸受け３Ｂを介して配置される。なお、第二の加振台２Ｂの配置場所は加振機４が固定される外部の反力受け７Ａの上面に限られるものではなく、外部の反力受け７Ａとは別に基台が設けられて当該基台の上面に第二の加振台２Ｂが配置されるようにしても良い。すなわち、第二の加振台２Ｂは、第一の加振台２Ａの上面ではなく、第一の加振台２Ａからみて外部（言い換えると、別体）の基台の上面に軸受け３Ｂを介して配置される。

軸受け３Ｂは、特定の仕組みに限定されるものではなく、外部の反力受け７Ａ（或いは、第一の加振台２Ａからみて外部の基台）に対して振動方向Ｘに第二の加振台２Ｂが振動し得る(揺れ得る)ように第二の加振台２Ｂを支持し得るものであればどのような仕組みでも良い。具体的には例えば、静圧軸受やゴム支承が用いられ得る。

本実施形態では、加振台反力受け８が、第一の加振台２Ａの上面に、第一の加振台２Ａに対して不動に固定して設けられる、或いは、第一の加振台２Ａと一体に形成される。

そして、本実施形態では、第一の弾性体６は、加振台反力受け８と第二の加振台２Ｂとに取り付けられて両者を連結し両者の間に介在して設けられる。

また、第二の弾性体９は、第二の加振台２Ｂと外部の反力受け７Ｂとに取り付けられて両者を連結し両者の間に介在して設けられる。

第一の弾性体６及び第二の弾性体９は振動方向Ｘにおいて軸方向の弾性力を発揮し得るものであればどのようなものでも良い。具体的には例えば、これら第一・第二の弾性体６，９として圧縮コイルばねや引張コイルばねが用いられることが考えられ、この場合には当該圧縮コイルばね若しくは引張コイルばねは伸縮軸方向が振動方向Ｘに合わせられて配置され設けられる。なお、第一・第二の弾性体６，９は共振振動台が作動している状態（即ち、揺れ・振動している状態）において圧縮力及び引っ張り力を発揮し得るように長さや伸縮の度合いが調整されて設けられる。

第二の弾性体９の一端が取り付けられる外部の反力受け７Ｂは、第一の加振台２Ａ及び第二の加振台２Ｂからみて外部（言い換えると、別体）の反力受けである。図２に示す好適な条件のときには加振機４が固定される反力受け７Ａと第二の弾性体９の一端が取り付けられる反力受け７Ｂとに発生する反力は逆向きになり、ともに不動点となるとき、加振機４で発生する加振力を最も効率的に第一の弾性体６及び第二の弾性体９に伝達することができる。したがって、二つの反力受け７Ａ，７Ｂを同一体として構成することが望ましい。

そして、試験体５が第二の加振台２Ｂに不動に固定して載置され、加振機４によって振動方向Ｘの方向の振動が与えられ、試験体５に対して加速度が与えられる。

ここで、図２に示す揺れの状態のとき、第二の弾性体９が設置されていることにより、第二の加振台２Ｂ及び試験体５の慣性力(Ｗ₂×Ａ₁)と反対向きの反力Ｒを外部から得ることができる。そして、力の釣り合い式として数式４−１が成り立ち、これより数式４−２が得られる。
（数４−１） Ｗ₀×Ａ₀＋Ｆ＋Ｒ＝Ｗ₂×Ａ₁
（数４−２） Ａ₁＝(Ｗ₀×Ａ₀＋Ｆ＋Ｒ)／Ｗ₂
ここに、 Ａ₁：試験体に発生する最大加速度(加速度振幅)〔ｍ／ｓ²〕，
Ｗ₀：第一の加振台の重量〔ｔ〕，
Ａ₀：第一の加振台の最大加速度(加速度振幅)〔ｍ／ｓ²〕，
Ｆ：加振機の最大加振力〔ｔ〕，
Ｒ：第二の加振台・試験体に作用する反力〔ｔ〕，
Ｗ₂：第二の加振台及び試験体の合計重量〔ｔ〕 をそれぞれ表す。

数式４−２と、従来の共振振動台における力の釣り合い関係に基づく数式３−２とを比べると、数式４−２では分子に反力Ｒが新たに加わることで最大加速度Ａ₁を大きく設定することが可能であることが分かる。

以上の構成を有する本発明の共振振動台によれば、第二の加振台２Ｂを第一の加振台２Ａ上に配置していないので、第一の加振台２Ａの振動に因って第二の加振台２Ｂや軸受け３Ｂに障害が発生することを回避することが可能になる。また、第一の加振台２Ａの振動に因る障害発生の防止のための強度確保が必要ないので、第二の加振台２Ｂや軸受け３Ｂの構造を従来と比べて簡素にしてこれらの重量を小さく抑えることができ、試験体５に発生する最大加速度Ａ₁を大きく設定することが可能になる。

以上の構成を有する本発明の共振振動台によれば、また、第二の加振台２Ｂと外部反力受け７Ｂとの間に介在する第二の弾性体９を有するようにしているので、第二の加振台２Ｂ及び試験体５の慣性力と反対向きの反力Ｒを外部から得ることができ、当該反力Ｒに相当する分だけ試験体５において発生する最大加速度Ａ₁を大きくすることが可能になる。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるが本発明の実施の態様はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では第二の加振台２Ｂに試験体５を載置するようにしているが、これに限られず、第二の加振台２Ｂを設けずに、試験体支持用の軸受け（上述の実施形態の軸受け３Ｂに対応するもの）を介して試験体５を第一の加振台２Ａからみて外部の反力受け７Ａ（或いは、第一の加振台２Ａからみて外部の基台）に設置するようにしても良い。この場合には、数式４−２における第二の加振台及び試験体の合計重量Ｗ₂が試験体の重量Ｗ₁になり、すなわち数式４−２における分母が小さくなるので、他の条件が同一であれば試験体に発生する最大加速度Ａ₁をより一層大きくすることが可能になる。

また、上述の実施形態では第一の加振台２Ａの上面に加振台反力受け８を設けると共に当該加振台反力受け８と第二の加振台２Ｂとに第一の弾性体６が取り付けられるようにしているが、加振台反力受け８は上述したように第一の加振台２Ａと一体のものであっても良いし、さらに言えば、第一の弾性体６の一端が第一の加振台２Ａに固定して取り付けられるのであれば特に反力受けとして認識し得るような特定の構造を有している必要はない。

また、上述の実施形態では第二の加振台２Ｂと外部反力受け７Ｂとの間に第二の弾性体９を介在させて設けるようにしているが、図３に示すように、第二の弾性体９を設けない構成にしても良い。この場合も、第一の加振台２Ａの振動に因って第二の加振台２Ｂや軸受け３Ｂに障害が発生することを回避することが可能になり、また、第二の加振台２Ｂや軸受け３Ｂの構造を従来と比べて簡素にしてこれらの重量を小さく抑えて試験体５に発生する最大加速度Ａ₁を大きく設定することが可能になる。

また、上述の実施形態では加振機４が固定される外部の反力受け７Ａの上面に第二の加振台２Ｂが配置されるようにしているが、第二の加振台２Ｂの配置場所は上述のように前記外部の反力受け７Ａの上面に限られるものではなく、前記外部の反力受け７Ａとは別に基台が設けられて当該基台の上面に第二の加振台２Ｂが配置されるようにしても良いし、さらに言えば、図４（第二の弾性体９を設ける場合）や図５（第二の弾性体９を設けない場合）に示すように第一の加振台２Ａが設置される基台１０の上面に第二の加振台２Ｂが配置されるようにしても良い。

本発明の共振振動台によって発生し得る加速度と従来型の共振振動台によって発生し得る加速度との比較を図６乃至図８を用いて説明する。本実施例では、振動台の挙動を模した質点系応答解析を行うことによって加速度を計算した。

まず、図１１に示す従来型の共振振動台を図６(Ａ)のようにモデル化した。具体的には、実際の第一の加振台（即ち、下部の加振台）に対応する下部構造と、実際の第二の加振台（即ち、上部の加振台）及び試験体（或いは、試験体のみ）に対応する上部構造と、これら下部構造と上部構造とを連結する弾性体とによってモデルを構成した。そして、各構造などの諸元は以下のようにした。
＜下部構造＞ 質量Ｍ＝50〔tonf〕
水平方向変位ｘ₂，加速度ａ₂とする。
＜上部構造＞ 質量ｍ＝20〔tonf〕
水平方向変位ｘ₁，加速度ａ₁とする。
＜弾性体(ばね)＞ 固有振動数ｆ₀＝10〔Hz〕(固定)
減衰定数ｈ₀＝0.005

そして、下部構造に対して加振台加振力Ｆ＝1000〔kN〕≒100〔tonf〕(一定)を作用させて周波数応答を計算し、上部構造の加速度ａ₁と下部構造の加速度ａ₂とをそれぞれ算出して図７に示す結果が得られた（なお、図７においては、算出された加速度ａ₁，ａ₂の絶対値を用いてグラフを描画している）。

ここで、実際の振動台の仕様としては加速度の最大値に上限値が設定されることが一般的であり、この上限値を例えば２Ｇとすると、下部構造の加速度ａ₂が２Ｇを超える振動数範囲では加振機の加振力を落として振動台を使用せざるを得ない。このことを考慮して、下部構造の発生加速度ａ₂の最大値は２Ｇであることを制約条件として、上部構造の加速度ａ₁（即ち、試験体に与えられる加速度）の最大値を検証した。

図７に示す結果から、下部構造の応答としての加速度ａ₂は振動数10〔Hz〕でゼロ点を有することが確認された。この10〔Hz〕は上部構造の固有振動数であり、上部構造に影響を受けて（言い換えると、引っ張られて）下部構造の加速度ａ₂は非常に小さくなる。そして、この10〔Hz〕における上部構造の加速度ａ₁は５Ｇであり、図１１に示す共振振動台について数式２によって理論的に算出した試験体に発生する最大加速度Ａ₁の値と一致することが確認された。

図７に示す結果から、さらに、下部構造の加速度ａ₂が２Ｇであるとき（このときの振動数は上記の加速度ゼロ点の振動数よりもやや高い10.9〔Hz〕である）に、上部構造の加速度ａ₁は、下部構造の加速度ａ₂が２Ｇ以内における最大となり、その値は10Ｇ程度であることが確認された。すなわち、従来型の共振振動台において、下部加振台の発生加速度を仕様上の上限として２Ｇ以内で使用することを想定すると、上部構造としての試験体に与えることができる加速度は最大で10Ｇ程度であることが確認された。

一方、図１に示す本発明の共振振動台を図６(Ｂ)のようにモデル化した。具体的には、実際の第一の加振台に対応する加振台部と、実際の第二の加振台及び試験体（或いは、試験体のみ）に対応する試験体部と、これら加振台部と試験体部とを連結する第一の弾性体と、さらに、試験体部と外部の固定壁(反力受け)とを連結する第二の弾性体とによってモデルを構成した。そして、各構造などの諸元は以下のようにした（加振台部については上述の従来の共振振動台のモデルにおける下部構造と同じ諸元とし、試験体部については同じく上部構造と同じ諸元とした）。
＜加振台部＞ 質量Ｍ＝50〔tonf〕
水平方向変位ｘ₂，加速度ａ₂とする。
＜試験体部＞ 質量ｍ＝20〔tonf〕
水平方向変位ｘ₁，加速度ａ₁とする。
＜第一の弾性体(ばね)＞ 質点基礎固定系１質点振動系モデル
固有振動数ｆ₀＝5.590〔Hz〕
減衰定数ｈ₀＝0.005
＜第二の弾性体(ばね)＞ 質点基礎固定系１質点振動系モデル
固有振動数ｆ_s＝8.165〔Hz〕
減衰定数ｈ_s＝0.005

そして、上述の従来の共振振動台についての解析と同様に加振台部（従来の下部構造に対応）に対して加振台加振力Ｆ＝1000〔kN〕≒100〔tonf〕(一定)を作用させて周波数応答を計算し、試験体部の加速度ａ₁と加振台部の加速度ａ₂とをそれぞれ算出して図８に示す結果が得られた（なお、図８においては、算出された加速度ａ₁，ａ₂の絶対値を用いてグラフを描画している）。

ここで、上述の従来の共振振動台についての検討と同様に、加振台部の発生加速度ａ₂の最大値は２Ｇであることを制約条件として、試験体部の加速度ａ₁（即ち、試験体に与えられる加速度）の最大値を検証した。

図８に示す結果から、加振台部の加速度ａ₂が２Ｇであるとき（このときの振動数は10〔Hz〕である）に、試験体部の加速度ａ₁は、加振台部の加速度ａ₂が２Ｇ以内における最大となり、その値は20Ｇを超えることが確認された。すなわち、本発明の共振振動台によれば、下部加振台の発生加速度を仕様上の上限として２Ｇ以内で使用することを想定しても、試験体に与えることができる加速度は最大で20Ｇ（この値は従来型の共振振動台の場合の２倍である）を超えることが確認された。

以上の結果から、本発明に因れば従来型の共振振動台と比べて非常に大きな加速度（最大加速度）を試験体に与えることが可能であることが確認された。

２Ａ 第一の加振台
２Ｂ 第二の加振台
４ 加振機
６ 第一の弾性体
７Ａ 外部反力受け（基台）
７Ｂ 外部反力受け
８ 加振台反力受け
９ 第二の弾性体

Claims (4)

1. 軸受けを備える第一の加振台と、当該第一の加振台からみて外部の基台に配置される軸受けを備える第二の加振台と、前記第一の加振台を加振する加振機と、前記第一の加振台と前記第二の加振台との間に介在する第一の弾性体と、前記第二の加振台と外部反力受けとの間に介在する第二の弾性体とを有することを特徴とする共振振動台。
2. 軸受けを備える加振台と、当該加振台からみて外部の基台に配置される試験体を支持する試験体軸受けと、前記加振台を加振する加振機と、前記加振台と前記試験体との間に介在する第一の弾性体と、前記試験体と外部反力受けとの間に介在する第二の弾性体とを有することを特徴とする共振振動台。
3. 軸受けを備える第一の加振台と、当該第一の加振台からみて外部の基台に配置される軸受けを備える第二の加振台と、前記第一の加振台を加振する加振機と、前記第一の加振台と前記第二の加振台との間に介在する弾性体とを有することを特徴とする共振振動台。
4. 軸受けを備える加振台と、当該加振台からみて外部の基台に配置される試験体を支持する試験体軸受けと、前記加振台を加振する加振機と、前記加振台と前記試験体との間に介在する弾性体とを有することを特徴とする共振振動台。

Images