JPH0254071A - 構造物制振装置 - 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］ 本発明は吊り橋のタワー、超高層ビルディング、タワー
、鉄塔等の構造物の上部に取り付けてこれら構造物の風
荷重（空気力）による振動や、地震による娠動撮幅を抑
えて早期に振動を減衰させるために用いる構造物制振装
置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、この種構造物制振装置としては、たとえば、特開
昭６０−９２５６９号公報に示されているように、撮動
物体の振動量を検出する検出手段と、この検出手段によ
って検出された撮動量に対応する制御力を振動物体に印
加する駆動装置と、上記制御力を撮動物体に印加する際
の力のバランスを達成する付加質量とを有する振動制御
装置において、付加質量の過大な動きを規制するストッ
パーおよびこのストッパーに対する付加質６の衝撃力を
吸収する緩衝部材を備えた構成としたもの、特開昭６０
−９２５７０号公報に示されているように、構造物に付
加重錘駆動装置を設置し、上記構造物の撮動を振動検出
器で検出し、この検出信号に基づいて制御回路で制御信
号を発生し、この信号で上記付加重錘駆動装置の駆動を
制御し、上記構造物の振動を制御するようにしたものに
おいて、地上１、に設置した地震動検出器と論理回路か
ら構成される構造物撮動予知センサを設け、この出力に
よって上記付加重錘駆動装置に電力を供給して制振制御
可能状態にするようにしたもの、特開昭５９−９７３４
１号公報に示されるように、構造物の床部または天井部
に可動自在に載置した付加重錘と、前記床部または天井
部に静止部を固着した、付加重錘を駆動するアクチュエ
ータと、アクチュエータを作動さ・せる制御部と、構造
物に装着した、構造物の振動を検出する振動検出器と、
構造物の地盤に装着した、地盤の振動を検出する撮動検
出器と、構造物の撮動検出器の検出信号から地盤の撮動
検出器の検出信号を減算して制御部の入力とする減緯回
路とから成るとしたもの、更には、特開昭６０−８５１
６５号公報に示されるように、構造物に付加重錘駆動装
置を設置し、構造物の撮動を検出する振動検出器からの
信号に基づき上記付加重錘駆動装置のアクチュエータを
駆動するようにした構成において、上記振動検出器から
付加重錘駆動装置の間に帯域フィルタを接続した構成と
したもの、等がある。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記特開昭６０−９２５６９号公報に開示さ
れたものは、ストッパー等を有しているため構造が複雑
でおり、特開昭６０−９２５７０＠公報に開示されたも
のは、地上に地震動検出器があるため制ａｌｌ装置が複
雑であり、特開昭５９−９７３４１＠公報に開示された
ものは、減算器が必要であるため撮動検出器が複数必要
であり、特開昭６０−８５１６５号公報に開示されたも
のは、帯域フィルタが必要であるため余分な回路が必要
である、等の問題点がそれぞれある。又、上記各従来方
式のものでは、いずれも駆動体をどのように制御するの
かの具体的手段に欠Ｃプでおり、更に構造物の撮動と制
振装置の駆動体の具体的動きに関する位相関係が明確で
はない。

そこで、本発明は上記の諸問題点を解決し、簡単な回路
構成で、構造物に錘りの運動エネルギーを最大に与えて
構造物から運動エネルギーを奪い、錘りの位相を構造物
に対して最適となるように制御することにより、構造物
の振動を少なくしようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するために、構造物の上部に
、駆動装置によって自在に移動させられるようにした制
振用の錘りと、構造物の揺れを検知する揺れ検知センサ
を設け、且つ該揺れ検知センサの信号を位相制御して上
記駆動装置へ駆動指令を送る位相制御装置を備えてなる
構成とする。

［作　　用］ 構造物の揺れが揺れ検知センサによって検知されると、
その信号は位相制御装置により位相制御されてから錘り
の駆動装置へ出力される。

したがって、錘りのエネルギーが構造物に対して最適な
状態で与えられるため、構造物の揺れが素早く抑えられ
る。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は外力を受けて撮動する構造物としての吊り橋の
タワーに適用した本発明の一実施例を示すもので、吊り
橋のタワー１の頂部に制振装置本体８、揺れ検知センサ
９を取り付ける。

すなわら、上記制振装置本体８は、第２図及び第３図に
詳細を示す如く、タワー１の頂部に、該タワー１の揺れ
方向に沿ってレール２を架台を介し敷設して、該レール
２上に、鍾り４を１２１載した台車３を走行自在に載置
し、且つ上記レール２の両端側に配設した２台のモータ
５ａ、　５ｂの駆動によって回転させられるようにした
ボールねじ６に、該ボールねじ６の回転運動を直線運動
に変換するための連結金具７を介して上記台車３を連結
し、該ボールねじ６の回転により錘り４か台車３ととも
にレール２上を移動させられるようにしである。

又、揺れ検知センサ９は、タワー１の上側部に取り付け
られてタワー１の揺れを検知するようにしてあり、更に
本発明では、上記センサ９からの信号を位相制御する位
相制御装置を備え、該位相制御装置より出力される位相
信号を基に上記モータ５ａ、　５ｂを駆動させるように
して、タワー１の揺れに対して錘り４の移動を、ボール
ねじ６、連結金具７、台車３を介して任意に位相制御づ
ることにより、タワー１の揺れを許容揺れ範囲に抑える
と共にタワー１の運動エネルギーを消費させるようにし
である。

ここで、本発明における位相制御の原理を第４図を参照
して説明する。第４図中、１０はアクチュエータ１１に
よって力旧辰される撮動台、１２は該撮動台１０上に移
動自在に載置した供試体（第１図のタワー１に相当）、
１３は錘り（第２図の鍾り４に相当）、１４はブラケッ
ト、Ｘは供試体１２の変位、Ｘは鍾り１３の変位、ｍは
鍾り１３の質量でおる。

今、アクチュエータ１１で撮動台１０　＠　Ｓｉｎカー
ブで撮動させると、供試体１２も同様に振＠させられる
。このときの変位を Ｘ　＝　Ａ　ｓｉｎ　ωｔ　　　　　　　　　　　＝（
１）（但し、Ａ：振幅、ω：角速度、ｔ：時間）とする
。一方、錘り１３には、供試体１２が動くことによりエ
ネルギーが変位Ｘを介して与えられる。このときの変位
を Ｘ＝ＢＳＩｎ（ωｔ−θ）・・・・・・（２）（但し、
Ｂ：振幅、−θ：Ｘに対する遅れ位相）とする。

今、錘り１３の質量ｍに与えられるエネルギー（仕事量
）は、 ｄＥ＝ｍ（Ｘ−父）文ｄ　ｔ　　　　　　　　−・−・
−・（３）（１）式より Ｘ＝Ａω粥ωｔ　　　　　　　　　・・・・・・〈４）
Ｘ＝−Ａω２ｓ＋ｎωｔ　　　　　　　　　　＝（５）
（２）式より Ｘ＝３Ｓｌｎωし−ＣＯＳθ−ＢＳｌｎθ−ｃａｓωｔ
、°改＝　３　ωｃ＜＋５（Ｉ）ｔ　−ｃｏｓθ＋１３
　ωｓｌｎθ−５ｌｎ（ＪＪｔ　　・−・−・（６）Ｒ
＝　　−ＢＯ２ｓｌｎωｔ−Ｃ（Ｉｓθ＋ｊ３ω２Ｓｉ
ｎθ−ｃｏｓωｔ　　　・＜７）り３）式に＜４）＜５
）＜６）式を代入して整理すると、ｄＥ＝　（−ｍＡ”
　ω３ｓｌｎωｔ　−ｃｏｓωｔ１周明分のエネルギー
を計緯すると、 ＝ｍＡ３ω２π５Ｉｎ（−〇） ＝ｍＡＢω２７ｒ　（−５ｉｎθ） ＝−ｍＡＢω２πｓｌｎθ　　　　　　　　　−−−−
−−＜８）となり、５ｔｎｏ＝１のとぎにＥは最大とな
るので、θ−９０°となる。

したがって、（２）式にθを代入すると、ｘ＝（３ｓｉ
ｎ　（ωｔ　−９０）　　　　　　　　　　・＝＜９）
となる。

よって、（９）式より明らかなように、供試体１２の角
速度ωｔに対して９０°遅れで錘り１３を動かせば、供
試体１２の揺れは減衰することになる。

以上のことから、タワー１と制振装置本体８の鍾り４の
変位の位相差を９０°つければよいことが判る。その図
を第５図（イ）に示す。ここで、第５図（イ）より変位
を１回微分すれば、第５図に）に示す如く速度が得られ
る。更に速度をもう１回微分すれば、第５図ぐ９に示す
如く加速瓜が得られる。なお、第５図において、実線は
構造物の動きを、又、破線は錘りの動きを示す。したが
って、本発明では、揺れ検知センサ９を加速度センサと
しており、タワー１の揺れを揺れ検知センサ９で加速度
として計測し、この加速度を１回積分してタワー１の速
度信号を求め、この速度信号と錘り４の変位信号を比較
し、タワー１の速度信号を反転した信号を錘り４の速度
信号として制振装置本体８の駆動部に与えることにより
、鍾り４の変位をタワー１の変位に対して９０°遅れで
動作させるようにする。

上記位相制御を行わせるための制御ブロック図は第６図
に示す如くである。すなわら、１５は揺れ検知センサ９
で検出した加速度信号α、を積分する第１積分器、１６
は該第１積分器１５の出力である速度信号Ｖ、の符号を
反転してリレー１７の各接点１７ａを介し第１モータ５
ａ用のドライブユニット１８ａと第２モータ５ｂ用のド
ライブユニット１８ｂに駆動指令を送るアンプ、１９ａ
、１９ｂはモータ５ａ、　５ｂの回転数を上記アンプ１
６からの信号と等価ざけるだめのフィードバック信号を
ドライブユニット１８ａ、１８ｂへ送るパルスゼネレー
タ、２０は上記第１積分器１５からの信号ｖ、を更にも
う１回積分するための第２積分器、２１は該第２積分器
２０からの変位信号４１と任意の設定値とを比較するコ
ンパレータ、１７は前記したリレーで、上記コンパレー
タ２１で設定信号と比較された変位信号１１が設定値よ
り大きい場合に励磁されて上記各接点１７ａをＯＮ作動
させ、モータ５ａ、　５ｂを回転させて鍾り４を前後に
動かすことができるようにしである。２２は上記第２積
分器２０の出力信号を表示する変位表示器である。

なお、上記コンパレータ２１はタワー１が成る揺れの範
囲を越えたときに鍾り４を動かすためのものであるが、
必ずしも必要なものではない。

又、変位表示器２２も付加的に設けたものであり、絶対
的に必要なものではない。

第６図のブロック図について具体的に説明する。タワー
１に取付けである加速度検知センサである揺れ検知セン
サ９で加速度が検出されると、その信号α、が第１積分
器１５で積分されることにより速度信号■、となる。次
にこの速度信号Ｖ、の符号がアンプ１６で反転された後
、ドライブユニット１８ａ、１８ｂに入力されるため、
モータ５ａ、５ｂが回転させられることにより錘り、４
が前後に動かされる。一方、第１積分器１５からの速度
信号■１　は第２積分器２０で更にもう１回積分される
ことにより変位信号１１となり、この変位信号１＋がコ
ンパレータ２１で設定値と比較され、設定値よりも大き
い場合に、コンパレータ２１からの信号がリレー１７に
送られることになり、アンプ１６とドライブユニット１
８ａ、１８ｂとの間の各接点１７ａがＯＮ作動させられ
ることになる。

次に、第７図は位相制御装置の他の例を承りもので、上
記第６図の実施例の場合には、揺れ検知センサ９で検出
した信号を第１積分器１５て１回積分した後、アンプ１
６で符号を反転させるようにしたが、第５図から明らか
なように、タワー１に取付けた揺れ検知センサ９の信号
を反転すれば錘り４の速度信号となり、この信号を鍾り
４を駆動する速度信号として使用すれば第５図（イ）に
示す如き動きとなるので、本実施例では、揺れ検知セン
サ９での検出信号α２をセンサ出力反転器２３で反転し
て−α２とし、この信号−α２をアンプ２４で増幅した
後、リレー１７の各接点１７ｂを通してドライブユニッ
ト１８ａ、　１８ｂへ送るようにしたものであり、以後
の動作は前記した第６図の場合と同じである。第７図の
実施例を採用しても上記第６図の実施例と同等な作用効
果が得られる。

ところで、タワー１が速い周期で揺れた場合には制振装
置本体８の駆動系に遅れが生じる可能性がある。第８図
はこの駆動系の遅れを補正するための回路を示すもので
ある。すなわち、２５は第１積分器１５から出力された
信号をデジタル化するためのＡ／Ｄ変換器、２６は該Ａ
／Ｄ変換器２５からの信号データをそのａ′＃ａ子に入
力されているクロック信号に同期させて記憶りるメモリ
、２７は位相設定器２８で設定された位相を上記メモリ
２６に送り該メモリ２６内のデータの送受をコントロー
ルする位相制御器、２９は上記メモリ２６から出力され
たデータをアナログ変換しリレー１７の各接点１７ｃを
通してドライブユニット１８ａ、１８ｂへ駆動指令とし
て送るＤ／Ａ変換器である。

第８図の回路において、揺れ検知センサ９により検知さ
れた信号α３は第１積分器１５で速度信号ｖ３に変えら
れた後Ａ／Ｄ変換器２５でデジタル化されてメモリ２６
に入れられる。メモリ２６では、揺れ始めて任意周期分
のｖ３のデータをａ端子に加わるクロック信号に同期さ
せて記憶づると同時に、位相設定器２８でセットした値
に基づく位相制御器２７からの指令により任意の位相遅
れでデータを排出する。この場合、メモリ２６は位相設
定器２８でセットした位相によりデータを排出できるの
で、速度の急激な変動に対して位相を自由に設定できる
ため、サーボ系の遅れを補正できることになる。寸なわ
ち、メモリ２６を使用しない場合には、第９図に示す如
く、ナーボ遅れにより錘り４の動き（二点鎖線〉に遅れ
が生じてしまうが、メモリ２６を使用すると、第１０図
に示す如く、サーボ系に遅れ時間Ａｔ（本実施例では３
／４Ｈｚ＞を折り込むと、鍾り４の動きを補正すること
ができる。つまり、位相を任意周期遅らせて、サーボ系
の遅れを補正しながら制御できることになる。

なお、前記実施例では吊り橋のタワー１への採用例を例
示したが、第１１図に示す如き高層ビル１′や他の構造
物についても同様に採用できるものであり、又、位相を
構造物の撮動に対して進ませるように制御して加振装置
として使用することも任意にでき、その細氷発明の要旨
を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論で
ある。

［発明の効果］ 以上述べた如く、本発明の構造物制振装置によれば、位
相制御装置の制御に基づき錘りのエネルギーを構造物に
対して最適に与えることができるので、構造物の揺れを
素早く抑えることができると共に、高速振動により生ず
るサーボ系の遅れを位相制御によって補正できるので、
高速振動に対しても制振効果を充分に発揮プることがで
き、又、制御系が簡単なため、価格が安く且つメンテナ
ンスが容易である、等の優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構造物制振装置を吊り橋のタワーに採
用した状態を示す概略図、第２図は制撮装置本体の構造
を示す正面図、第３図は第２図の切断側面図、第４図は
本発明の原理をモデル化して示した図、第５図は構造物
と錘りとの関係を示すもので、（（）は変位として、（
へ）は速度として、（／９は加速度としてそれぞれ表わ
した線図、第６図は本発明における位相制御装置の一実
施例を示すブロック図、第７図は位相制御装置の仙の例
を示すブロック図、第８図はサーボ系のｄれを補正する
ための回路の一例を示すブロック図、第９図はり−ボ系
の遅れを補正しない場合の変位を示す図、第１０図はサ
ーボ系の遅れを補正した場合の変位を示す図、第１１図
は本発明を高層ビルに採用した場合の概略図である。 １・・・吊り橋タワー、２・・・レール、３・・・台車
、４・・・錘り、５ａ、　５ｂ・・・モータ、６・・・
ボールねじ、８・・・υ］撮装置本体、９・・・揺れ検
知センサ、１５・・・第′１積分器、１７・・・リレー
、１８ａ、　１８ｂ・・・ドライブユニット、２０・・
・第２積分器、２１・・・コンパレータ、２３・・・出
力反転器、２６・・・メモリ、２７・・・位相制御器。 第１図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）構造物の上部に、駆動装置によって自在に移動さ
   せられるようにした制振用の錘りと、構造物の揺れを検
   知する揺れ検知センサを設け、且つ該揺れ検知センサの
   信号を位相制御して上記駆動装置へ駆動指令を送る位相
   制御装置を備えてなることを特徴とする構造物制振装置
   。