JPH02282582A - ２重振り子水槽ダンパー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は土木、建築の分野において、風や地震など、構
造物に作用する振動外力の影響を低減させるための動吸
振器としての振り子水槽ダンパーに関するものである。

〔従来の技術〕

構造物に対する動吸振器としては、特開昭６３−１１４
７７３号公報記載の発明などがある。

ところで、例えばペンシルビルのように水平剛性が低く
、したがって固有周期が長く　（固有振動数が小さり）
、風圧変動の卓越周期と共振しやすい構造物では風揺れ
による振動障害（主として居住性の問題）が生じやすい
。しかし、居住性を問題とするとき、人が感じ始める加
速度のレベルは１、　ＯＧａ１前後と言われており、従
来、風揺れなどのように微小な振動の低減を図ることは
非常に難しいとされてきた。

また、水槽内に液体を貯留した従来のスロッシングダン
パー（特開昭６２−１０１７６４号公報など）について
は、水などの液体を用いるため、十分な振動抑制効果を
得るためには、非常に大きな水槽を必要とし、設置位置
や設置方法の問題がある。

これに対し、出願人は摩擦が少なく、微小振動にも敏感
に反応することのできる振り子式動吸振器を用いた第１
振動系と、主として第１振動系の振動を減衰させるため
の第２振動系を構成するスロッシングダンパーとを組み
合わせ、２重動吸振器を構成することにより、主振動系
である構造物の揺れを効果的に抑制する振り子式スロッ
シングダンパー（以下、振り子水槽ダンパーという）を
開発している（「風揺れを対象とした側風構造の振動実
験」、小堀他、日本建築学会大会学術講演梗概集、昭和
６３年１０月および特願昭６３−３２３０６１号参照）
。

振り子水槽ダンパーは主振動系を構成する構造物に対し
、複数の吊り材を介して吊支持される支持台と、該支持
台上に設置された水槽とからなり、吊り材により、支持
台および水槽が重りとして振動し、構造物の振動を減衰
させる。さらに、この第１振動系の振動に対しては、第
２振動系を構成する水槽内の液体の振動が減衰力を与え
ることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、単一の動吸振器では、パラメーターのわずかな
変動により制振効果が損なわれるなど、最適同調が崩れ
たときの安定性に問題がある。

また、土木、建築構造物に特有な問題として、構造物の
固有周期の推定の難しさがある。構造物の振動を減衰す
る動吸振器は構造物の固有周期を正確に推定して設計す
る必要があるが、構造物の固有周期は供用期間中で常に
一定というわけではない。例えば、大きな地震を経験し
た後の構造物は、剛性が低下し、固有周期が長くなる。

また、小さな振動の場合は、非構造部材の剛性が加わり
、逆に固有周期が短くなる。このように、構造物のその
状態での固有周期を正確に推定することには難しさがあ
る。

なお、前者の問題を解決する手段としては、従来、２個
の動吸振器を並列的に用いる方法が提案されている（例
えば、［２個の複合動的吸振器の最適設計法とその効果
」背戸他、日本機械学会論文集、昭５９−１など）。

本発明は２重の振り子水槽ダンパーを構成して同調域を
広げることにより、上述の問題を解決し、さらに両振り
子水槽ダンパー間に減衰機構を導入することにより、動
吸振器としての減衰性の向上を図ったものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の２重振り子水槽ダンパーは、内部に所定量の液
体を注入した所定の質量の第１の水槽を、構造物より複
数本の吊り材で吊り支持し、さらに内部に所定量の液体
を注入した所定の質量の第２の水槽を、少なくとも下部
が前記第１の水槽内の液体に浸るように、構造物より複
数本の吊り材で吊り支持したものである。

水槽自体の重量を重りとして利用することも可能である
が、通常は水槽に対し、付加質量としての重りが取付け
られる。

第１の振り子を構成する第１の水槽は、振り子としての
第２の水槽（重りも含む）が内部で揺動でき、かつ第１
の水槽内の液体の振動が構造物および第１の振り子の振
動と同調できる寸法に設計される。

第２の水槽に付加質量としての重りが取付けられている
場合は、この重り部分の一部または全部が水槽内の液体
に浸るようにすればよい。

また、水槽または重りの底面や側面に、リプを設けるこ
とにより、水槽または重りが第１の水槽の液体内で揺動
する際の粘性抵抗を調整することができる。

〔作　用〕

第４図は本発明の２重振り子水槽ダンパーの第１振動系
のみのモデル図であり、運動方程式は以下のようになる
。

すなわち、第１の水槽内の液体は第１の振り子自身の振
動を減衰させる減衰器だけでなく、第１の振り子と第２
の振り子相互を減衰させる減衰器としても機能する。た
だし、このためには、第１の振り子の質量ｍｌと、第２
の振り子の質量ｍ２の質量比が１に近いことが条件とな
る。

このようにして、構造物の振動エネルギーは振り子の振
動エネルギーに変換され、第１の水槽内の液体による２
重振り子間の粘性抵抗を受けるとともに、さらに振り子
から水槽中の液体の摩擦や破砕に伴う熱エネルギーに変
換されることにより、振動が減衰する。

〔実施例〕

第１図〜第３図は本発明の２重振り子水槽ダンパーの一
例を概略的に示したもので、第１の振り子水槽ダンパー
１と第２の振り子水槽ダンパー１ａとで構成され、第１
の振り子水槽ダンパーを構成する水槽２０の液体２１内
に、第２の振り子水槽ダンパー１ａの水槽２０ａに付帯
する重り１１ａの下部側が浸っており、振り子の揺動に
際し、液体２１の粘性抵抗を受け、両振り子の揺動を減
衰させるようになっている。

第１の振り子水槽ダンパー１についてみると、水槽２０
が構造物３の頂部のフレーム４に対し、ワイヤーロープ
１２により、４点で吊り下げられている。水槽２０には
、その底面側に付加質量としての重り１１が取付けられ
ており、この実施例では、水槽２０を直接ワイヤーロー
プ１２で吊り支持し、質量ｍｌ、吊り長さｌｌ、固有振
動数ωの振り吊代の第１振動系を構成している。なお、
重り１１としては鋼材などが用いられる。

水槽２０には振動周期を同調させた水など所定量の液体
２１が注入されており、第２振動系としての液体２１の
スロッシング作用により、第１振動系および構造物３に
減衰性を与えている。

第２の振り子水槽ダンパー１ａは重りｌｌａが水槽２０
ａの支持台を兼ねており、重りｌｌａをワイヤーロープ
１２ａで吊り支持し、質量ｍ２、吊り長さ１２、固有振
動数ω２の振り吊代の第１振動系と、スロッシングによ
る第２振動系を構成している。

また、重りｌｌａの底面および側面には複数のリブ５が
設けられており、重りｌｌａが第１の振り子水槽ダンパ
ー１の液体２０内で揺動する際の粘性抵抗を調整してい
る。

これらの振り子水槽ダンパー１，１ａは主振動系に対し
、それぞれ第１振動系および第２振動系を有する２重動
吸振器として構成されているため、従来のスロッシング
ダンパーと比較し、同じ風揺れ抑制効果を得ようとする
場合、水量が約１／３０、体積が約１／７で済む。実際
の建物に適用する場合では、例えば１０００　を程度の
建物では、振り子の重りは１０〜２０　ｔ　、水量は２
００〜５００１程度で大きな振動低減効果が得られる。

最適同調が崩れたときの安定性に関しては、２つの振り
子水槽ダンパー１，１ａの振り吊代の第１振動系の固有
振動数をω１、ω２、構造物３の固有振動数（１次の固
有振動数）をΩとして、（１３１＜Ωくω２ となる大小関係とし、かつω１とω２の差があまり大き
くない範囲で調整することにより、単一の振り子水槽ダ
ンパーの場合に表れる応答倍率における２つのピークが
均され、最大応答倍率が低減されるとともに、最適同調
が崩れたときにも影響が少なく、動吸振器としての安定
性を向上させることができる。

具体的な数値を挙げると、ω１くΩくω２となる大小関
係において、Ω−ω、とω２−ΩがΩに対し、１７１０
以下程度の範囲で調整するのが望ましい。第１振動系の
各重りの質量ｍ＋、ｍｇは、制振効果を考えた場合、主
振動系である構造物の質量Ｍの１　／１００〜ｌ　／４
００程度が望ましく、例えば、１　／２００の場合は第
１の振り子水槽ダンパー１の固有振動数ω１を構造物の
固有振動数Ωより４％程度小さく設定し、第２の振り子
水槽ダンパー１ａの固有振動数ω２を構造物の固有振動
数Ωより４％程度大きく設定する。

なお、本発明の２重振り子水槽ダンパーの構造物への設
置方法としては、建物の塔屋の天井の梁にワイヤーロー
プをかけて設置する方法や、建物最上階の天井の梁にワ
イヤーロープをかけて設置する方法が考えられる。

〔発明の効果〕

■　２つの振り手水槽ダンパーの第１振動系および第２
振動系の質量および固有振動数などを適切に設定するこ
とにより、２個合わせた付加質量比が同じ単一の振り手
水槽ダンパーに比べ振動抑制効果が大きく、また最適同
調が崩れたときの安定性に優れている。このことは特に
構造物に対する付加質量比が小さい場合に顕著である。

■　摩擦が小さい吊り方式と、動揺しやすい液体を採用
しているので、小さな風揺れや地震動にも、敏感に反応
し、揺れを効果的に抑制し、早期に減衰させ、揺れによ
る不快感を取り除くことができる。

■　第１の振り手水槽ダンパーの水槽内の液体は第１の
振り子自身の振動を減衰させるだけでなく、第１の振り
子と第２の振り子相互の振動を減衰させる減衰器として
も機能するため、減衰性能の向上が図れる。

■　振り子弐動吸振器とスロッシングダンパーを２重動
吸振器として組み合わせたことにより、従来のスロッシ
ングダンパーと比較して、小容量の水槽に小量の液体を
入れることにより、大きな制振効果を得ることができる
。

■　装置がコンパクトであり、取り付けも容易なので、
小さなスペースに設置できる。

■　高層住宅、高層ビル、高層タワーなどの風揺れを効
果的に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の２重振り手水槽ダンパーの概要をモデ
ル的に示した概念図、第２図はそのＩ■断面図、第３図
はｎ−ｎ断面図、第４図は本発明の２重振り手水槽ダン
パーにおける第１振動系の解析のためのモデル図である
。 １・・・振り手水槽ダンパー　３・・・構造物、４・・
・外周フレーム、５・・・リプ、１１・・・重り、１２
・・・ワイヤーロープ、２０・・・水槽、２１・・・液
体−一　−力 ＬＬφ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に所定量の液体を注入した所定の質量の第１
   の水槽を、構造物より複数本の吊り材で吊り支持し、さ
   らに内部に所定量の液体を注入した所定の質量の第２の
   水槽を、少なくとも下部が前記第１の水槽内の液体に浸
   るように、構造物より複数本の吊り材で吊り支持したこ
   とを特徴とする２重振り子水槽ダンパー。
2. （２）前記第１の水槽および第２の水槽には所定の質量
   とするための重りが取付けられている請求項１記載の２
   重振り子水槽ダンパー。
3. （３）前記第２の水槽は前記重り部分のみ前記第１の水
   槽内の液体に浸っており、該重りの表面には前記第１の
   水槽内の液体による粘性抵抗を調整するためのリブを設
   けてある請求項２記載の２重振り子水槽ダンパー。