JPH05181542A - 橋梁様構造物の可動式制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 風の方向及び強さの変化に応じて最適な制振
効果を得ることのできる制振装置を、更には美観を損な
うことが少ない制振装置を得る。 【構成】 橋梁様構造物への風を整流又は抑流する整流
手段又は抑流手段の大きさ，設置位置，及び／又は方向
を変更する駆動手段を備えたものである。更に、整流手
段又は抑流手段が必要ない時には、構造物内部に納めた
り、構造物表面上に載置させて、美観を損なうことが少
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば橋梁のように一
端又は両端が固定された長尺体の長手方向に対して交差
する風により振動する構造物の制振装置に関し、特に該
装置が風の方向及び強さに応じて最適な状態に可動な制
振装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】吊橋、斜張橋あるいは大スパンの連続梁
のような長径間の橋梁では、橋梁が側方或は斜方から強
風を受けると、橋梁の上下面に発生する渦により橋梁が
上下或はねじれ方向に振動するいわゆる渦励振やフラッ
タが発生する。

【０００３】このような空力振動は、桁の風上より前縁
角部から剥離する空気流が渦となって桁表面を流下する
ことによって生ずる非定常空気力が原因であると考えら
れている。

【０００４】図９は渦励振発生のメカニズムを示す説明
図で、(1) は橋梁、(2) は主桁、(3) はデッキ、(4) は
高欄、(5) は側縦桁、(6) は風の方向を示す矢印、(7)
は境界層、(8) は渦、(9) は負圧の強さを示す線であ
る。このような橋梁(1) が横方向(6) から風を受ける
と、高欄(4) や側縦桁(5) の影響で強い境界層(7) が発
生し、境界層(7) とデッキ(3) 上面や主桁(2) 下面との
間に剥離渦(8) が生じ、この剥離渦(8) により負圧力
(9) を生じる。加えて、その剥離渦(8) の下流に発生す
る剪断層渦流(shear layer vortex)(8')が橋梁(1) の固
有振動とある位相差をもって流下する。その結果橋梁
(1) に上下方向に渦励振が発生し、最悪の場合は橋梁を
破損する恐れがある。

【０００５】この渦励振の発生を防止する、又はその振
幅を小さくして被害を少なくする方法として、 (1) 図１０に示すように、フラップ(10)やデフレクタ(1
1)あるいはスポイラ(12)等の整流板又は抑流板を備えて
空気流の剥離を防止する。尚、図１０において(b),(d),
(e),(l) はフラップ(10)の拡大図であり、その他は橋梁
の断面図である。 (2) 図１１に示すように、橋梁の両端にフェアリング(1
3)を設けて、橋梁の断面を流線形に近付ける。などの方
法がとられている。

【０００６】以上のように、フラップ，フェアリング，
カウリング，スポイラ，デフレクター，スカート等と呼
称される種々の整流板又は抑流板を、橋梁等の構造物の
設計に先立ち、模型による風洞実験を行って耐風安定性
を検討し、制振効果が良好な整流板又は抑流板の形状及
び取付位置を確かめ、実際の建設に役立てている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、橋梁等
の構造物では、構造物に吹き付ける風の方向、風の強さ
等により、最適な制振効果を与える整流板又は抑流板の
形状及び取付位置が相違するものであり、橋梁の建設さ
れる自然環境に応じて、取捨選択していた。

【０００８】また、整流板又は抑流板の大きさは、一般
的に大きいものほど整流又は抑流効果が増大して制振効
果の増大につながることが知られているが、橋梁等の構
造物の美観を問題にするため、前述の整流板又は抑流板
の大きさを小さくする要望が常にある。

【０００９】本発明は、風の方向及び強さの変化に応じ
て最適な制振効果を得ることのできる制振装置を、更に
は美観を損なうことが少ない制振装置を得ることを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本請求項１に記載の発明
に係る橋梁様構造物の可動式制振装置では、長尺体の一
端又は両端が固定された橋梁様構造物への風により振動
する橋梁様構造物の空力振動を制振するものにおいて、
前記橋梁様構造物への風を整流又は抑流する整流手段又
は抑流手段の大きさ，設置位置，及び／又は方向を変更
する駆動手段を備えたものである。

【００１１】また、本請求項２に記載の発明に係る橋梁
様構造物の可動式制振装置では、前記請求項１に記載の
制振装置において、前記駆動手段を備えた整流手段又は
抑流手段が、フラップ，カウリング，スポイラ，デフレ
クター，スカートと呼称される何れか１つであるもので
ある。

【００１２】更に、本請求項３に記載の発明に係る橋梁
様構造物の可動式制振装置では、前記請求項１又は２に
記載の制振装置において、前記橋梁様構造物の長手方向
と直交する断面が、長辺と短辺とを備えた略矩形状であ
り、前記短辺部分に突設した前記長辺に平行な風を整流
して該長辺面に添わせるフェアリングを備え、前記整流
手段が、前記長辺面と前記フェアリングとの境界近傍か
ら前記フェアリング上方を覆うことのできるフラップで
あり、前記駆動手段が、前記フラップの大きさ，設置位
置，及び／又は方向を変更するものである。

【００１３】また具体的に、本請求項４に記載の発明に
係る橋梁様構造物の可動式制振装置では、前記請求項３
に記載の制振装置において、前記フラップが、前記駆動
手段によって前記長辺面と前記フェアリングとの境界か
らフェアリング上方に引出されるものである。

【００１４】加えて、本請求項５に記載の発明に係る橋
梁様構造物の可動式制振装置では、前記請求項３に記載
の制振装置において、前記フラップが、前記フェアリン
グ上面を覆い、一端を前記長辺面と前記フェアリングと
の境界で回動自在に支持され、前記駆動手段によってフ
ェアリング上方に駆動されるものである。

【００１５】

【作用】本発明においては、橋梁様構造物への風を整流
又は抑流する整流手段又は抑流手段の大きさ，設置位
置，及び／又は方向を変更する駆動手段を備えたもので
あるため、風の方向及び強さの変化に応じて前記整流手
段又は抑流手段の大きさ，設置位置，方向を変化させる
ことにより、橋梁様構造物の最適な制振効果を得ること
ができる。即ち必要ならば、前述の図９〜図１１に示し
た整流又は抑流板に該大きさ，設置位置，及び／又は方
向を変更する駆動手段を備えてもよい。

【００１６】具体的な整流手段又は抑流手段とは、構造
物に吹き込む風を他の方向に逃がしたり、堰止めたり、
細かく分けて種々の方向に逃がしたりして、吹き込む前
と後とで風に何らかの相違が生じるものをさす。即ち、
フラップ，カウリング，スポイラ，デフレクター，スカ
ート等と呼称されるものは、風によって備えつける構造
物が振動しなければよく、各々のものの取付位置や形状
等の与える印象によって設計者が任意に呼称しているも
のである。各々が整流による制振効果なのか、抑流によ
る制振効果なのかは実際の気流の流れ等を測定しなけれ
ば明言することはできないものであり、本発明では前述
の通り、吹き込む前と後とで風に何らかの相違が生じる
ものを整流手段又は抑流手段とし、特にフラップ，カウ
リング，スポイラ，デフレクター，スカートと呼称され
るものとした。

【００１７】また、以下に示す実施例では、具体的な適
用としては、橋梁のように、長辺と短辺とを備えた略矩
形状の断面を有し、短辺部分に突設したフェアリングを
備えた構造物であり、長辺面とフェアリングとの境界近
傍からフェアリング上方を覆うことのできるフラップ
と、このフラップの大きさ，設置位置，及び／又は方向
を変更する駆動手段とを備えたものであるため、長辺に
略平行な強い風が吹きつけて、フェアリングだけでは制
振効果を得られない場合には、フェアリング上面を覆う
フラップの大きさ，設置位置，方向を変更することによ
り、最良の制振効果を得ることができる。

【００１８】加えて、このフラップが駆動手段によって
長辺面と前記フェアリングとの境界からフェアリング上
方に引出されるもの、及びフラップが前記フェアリング
表面を覆い、一端を前記長辺面と前記フェアリングとの
境界で回動自在に支持され、前記駆動手段によってフェ
アリング上方に駆動されるものであるため、フラップが
必要ない時には、フェアリング又は構造物内部に納めた
り、フェアリング表面上に載置させて、美観を損なうこ
とが少ない。

【００１９】

【実施例】図１は本制振装置の一実施例の橋梁での構成
を示す断面図であり、図２は図１の要部の構成を示す説
明図である。図に示す通り、長辺と短辺とを備えた略矩
形状の橋梁(20)の短辺部分にフェアリング(21)が突設さ
れている。このフェアリング(21)は橋梁(20)の側方向か
らの風(22)を整流して上下のデッキ面(23)に添わせるも
のである。

【００２０】ところで、この橋梁の横方向からの風が強
まり、大きくなりすぎると、気流が桁前縁部(24)で剥離
することにより、前縁剥離渦(25)、剪断層渦流(shear l
ayervortex)(25') が生じ、また、桁後縁部から後縁剥
離渦(26)が生じ、フラッター、渦励振等の有害な振動が
生じる。特に、橋梁(20)は橋梁に対して正の迎角で空力
的に不安定となることが多い。このような場合、フェア
リング(21)の整流効果のみでは、橋梁のデッキ面(23)か
らの剥離流(25)を抑制して制振効果が得られない場合が
生じることになる。

【００２１】そこで、橋梁の横方向からの風が強まった
場合に、フェアリング(21)の上部開口(27)から可動フラ
ップ(28)を引出して、フェアリング(21)を覆う。この可
動フラップ(28)は断面が円弧状の板で、裏面には歯車(2
9)と噛み合う突起(29') が突設され、歯車(29)の正転・
逆転の回動により、可動フラップ(28)の出し入れが可能
となっている。尚、可動フラップ(28)の外側端縁はフェ
アリングの開口(27)をフェアリング(21)面と段差をもた
ずに塞ぐようになっており、収納時のフェアリング(21)
の整流効果を低下させないように設計されている。

【００２２】以上のように、フェアリング(21)より大き
な可動フラップ(28)で、フェアリング(21)外側上方を覆
っているため、橋梁の風上側（前縁部）では、デッキ面
(23)での気流の剥離を防いでこれに起因する振動を抑
え、橋梁の風下側（後縁部）でもコアンダー効果で流れ
の剥離を防ぐことと、橋梁上下面から発生する渦の対称
性（風向方向の発生位置や渦の大きさ）をつぶすこと
で、後縁剥離渦(26)に起因する振動を抑える。

【００２３】このため、通常のフェアリングで整流効果
が得られなかった強い風が吹き込む場合でも、橋梁構造
部が振動することがなく、比較的空力的に不安定な橋梁
に対して正の迎角に対しても安定である。また、フェア
リングで良好な制振効果を得られる場合には、可動フラ
ップは橋梁のフェアリング及び橋梁内部に収納されてい
るため、橋梁の美観を損ねることはない。

【００２４】尚、図１及び図２に示した橋梁内部に収納
されるもの以外にも、風の方向及び強さの変化に応じて
フラップ，カウリング，スポイラ，デフレクター，スカ
ート等の整流板や抑流板の大きさ，設置位置，方向を変
化させることにより、橋梁の最適な制振効果を得るもの
がある。図３は本制振装置の別の実施例の橋梁での構成
を示す断面図であり、図４は本制振装置の更に別の実施
例の橋梁での構成を示す断面図である。また、図５は図
４の要部の構成を示す線図である。

【００２５】図３に示す通り、フェアリング(31)上端縁
から下端縁までを覆う可動フラップ(38)が上端縁部の支
点(37)で回動自在に支持されており、可動フラップ(38)
裏面を上方に押しあげる支持棒(39)が設けられている。
即ち、風の方向及び強さの変化に応じてフェアリング(3
1)を覆っている可動フラップ(38)を上方に持ち上げ、デ
ッキ面(33)に向かう気流(32)をより緩やかに整流するこ
とにより、より大きな制振効果を得ることができる。

【００２６】また、図４及び図５に示す通り、フェアリ
ング(41)よりも大きな可動フラップ(48)をデッキ面(43)
に突設された地覆(44)上縁に板を設けることもできる。
地覆(44)上縁からフェアリング(41)下端縁までを覆う可
動フラップ(48)が地覆(44)上縁部で回動自在に支持され
ており、可動フラップ(48)裏面をシリンダ(49') の伸長
により、上方に押しあげるピストン支持棒(49)が設けら
れている。即ち、風(62)の方向及び強さの変化に応じて
フェアリング(41)を覆っている可動フラップ(48)を上方
に持ち上げ、デッキ面(43)に向かう気流をより緩やかに
整流するため、より大きな整流効果が得られる。

【００２７】以上のように、フェアリング(31)(41)を覆
う可動フラップ(38)(48)の角度を大きくするため、デッ
キ面(33)(43)での気流の剥離を防ぎ、より大きな整流効
果が得られる。このため、通常のフェアリングで整流効
果が得られなかった強い風が吹き込む場合でも、橋梁構
造部が振動することがなく、比較的空力的に不安定な橋
梁に対して正の迎角に対しても安定である。また、フェ
アリング(31)(41)で充分な制振効果を得られる場合に
は、可動フラップ(38)(48)は橋梁(30)(40)のフェアリン
グ(31)(41)に沿って閉じることができるため、橋梁(30)
(40)の美観を損ねることはない。

【００２８】図６は本発明の他の実施例の構成を示す断
面図である。図に示すように、フェアリング(61)を備え
た橋梁(60)へ側方から吹き込む風(62)のデッキ面(63)で
の気流の剥離を抑える効果を上げるために、デッキ面(6
3)の地覆(64)位置に第１の可動フラップ(68)の上方に第
２の可動フラップ(68') を設け、デッキ面(63)での前縁
剥離渦(65)に起因する振動を抑え、橋梁の風下側（後縁
部）でもコアンダー効果で流れの剥離を防ぐことと、橋
梁上下面から発生する渦の対象性（風向方向の発生位置
や渦の大きさ）をつぶすことで、後縁剥離渦(66)に起因
する振動を抑える。このため、強い風が吹き込む場合で
も、橋梁構造部が振動することがなく、比較的空力的に
不安定な橋梁に対して正の迎角に対しても安定である。
また、通常の整流板等で充分な制振効果を得られる場合
には、２つの可動フラップ(68)(68') は橋梁内部に収納
される構成とする。

【００２９】図７は本発明の更に他の実施例の構成を示
す断面図である。図に示すように、フェアリング(71)を
備えた橋梁(70)へ側方から吹き込む風(72)の風下からの
後縁剥離渦(76)の発生を抑制する効果を上げるために、
フェアリング(71)を上面側から覆う可動フラップ(78)に
加えて、フェアリング(71)を下面側から覆う可動フラッ
プ(78') 収納可能に設けた。即ち、風上側では上面側か
らの可動フラップ(78)を展開し、風下側では下面側から
の可動フラップ(78)を展開することにより、後縁剥離渦
(76)の発生を抑え、これに起因する振動を抑える。

【００３０】以上説明したように、風の方向及び強さの
変化に応じてフラップ，カウリング，スポイラ，デフレ
クター，スカート等の整流板や抑流板の大きさ，設置位
置，方向を変化させることにより、橋梁の最適な制振効
果を得ることができる。このため、前述の図９〜図１１
に示したフラップ，カウリング，スポイラ，デフレクタ
ー，スカートと呼称される何れかの整流又は抑流板の大
きさ，取付位置や取付方向を変更する駆動手段を備えて
もよい。

【００３１】また、橋軸方向への取付や構成についても
種々のものがある。前述の可動フラップは橋軸方向に連
続的に設置することもできるが、断続的に設置すること
もできる。図８は図１〜図７に示したフェアリングを覆
う可動フラップの橋軸方向への取付の一実施例の構成を
示す説明図である。図ａは前述の可動フラップを断続的
に設置する場合を示しており、図ｂは橋軸方向で可動フ
ラップの大きさを変化させて設置する場合を示してい
る。

【００３２】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり、橋梁様構
造物への風を整流又は抑流する整流手段又は抑流手段の
大きさ，設置位置，及び／又は方向を変更する駆動手段
を備えたものであるため、風の方向及び強さの変化に応
じて前記整流手段又は抑流手段の大きさ，設置位置，方
向を変化させることにより、橋梁様構造物の最適な制振
効果を得ることができる。

【００３３】また、橋梁のように、長辺と短辺とを備え
た略矩形状の断面を有し、短辺部分に突設したフェアリ
ングを備えた構造物であり、長辺面とフェアリングとの
境界近傍からフェアリング上方を覆うことのできるフラ
ップと、このフラップの大きさ，設置位置，及び／又は
方向を変更する駆動手段とを備えたものであるため、長
辺に略平行な強い風が吹きつけて、フェアリングだけで
は制振効果を得られない場合には、フェアリング上面を
覆うフラップの大きさ，設置位置，方向を変更すること
により、最良の制振効果を得ることができる。

【００３４】更に、具体的にはフラップが駆動手段によ
って長辺面とフェアリングとの境界からフェアリング上
方に引出されるもの、及びフラップがフェアリング表面
を覆い一端を長辺面とフェアリングとの境界で回動自在
に支持され駆動手段によってフェアリング上方に駆動さ
れるものであるため、フラップが必要ない時には、フェ
アリング又は構造物内部に納めたり、フェアリング表面
上に載置させて、美観を損なうことが少ないという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本制振装置の一実施例の橋梁での構成を示す断
面図である。

【図２】図１の要部の構成を示す説明図である。

【図３】本制振装置の別の実施例の橋梁での構成を示す
断面図である。

【図４】本制振装置の更に別の実施例の橋梁での構成を
示す断面図である。

【図５】図４の要部の構成を示す線図である。

【図６】本発明の他の実施例の構成を示す断面図であ
る。

【図７】本発明の更に他の実施例の構成を示す断面図で
ある。

【図８】フェアリングを覆う可動フラップの橋軸方向へ
の取付の一実施例の構成を示す説明図である。

【図９】従来の橋梁の渦励振発生のメカニズムを示す説
明図である。

【図１０】従来の制振方法を示す橋梁の断面図である。

【図１１】別の従来の制振方法を示す橋梁の断面図であ
る。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長尺体の一端又は両端が固定された橋梁
   様構造物への風により振動する橋梁様構造物の空力振動
   を制振するものにおいて、 前記橋梁様構造物への風を整流又は抑流する整流手段又
   は抑流手段の大きさ，設置位置，及び／又は方向を変更
   する駆動手段を備えたことを特徴とする橋梁様構造物の
   可動式制振装置。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の制振装置におい
   て、 前記駆動手段を備えた整流手段又は抑流手段が、フラッ
   プ，カウリング，スポイラ，デフレクター，スカートと
   呼称される何れか１つであることを特徴とする橋梁様構
   造物の可動式制振装置。
3. 【請求項３】 前記請求項１又は２に記載の制振装置に
   おいて、 前記橋梁様構造物の長手方向と直交する断面が、長辺と
   短辺とを備えた略矩形状であり、 前記短辺部分に突設した前記長辺に平行な風を整流して
   該長辺面に添わせるフェアリングを備え、 前記整流手段が、前記長辺面と前記フェアリングとの境
   界近傍から前記フェアリング上方を覆うことのできるフ
   ラップであり、 前記駆動手段が、前記フラップの大きさ，設置位置，及
   び／又は方向を変更するものであることを特徴とする橋
   梁様構造物の可動式制振装置。
4. 【請求項４】 前記請求項３に記載の制振装置におい
   て、 前記フラップが、前記駆動手段によって前記長辺面と前
   記フェアリングとの境界からフェアリング上方に引出さ
   れるものであることを特徴とする橋梁様構造物の可動式
   制振装置。
5. 【請求項５】 前記請求項３に記載の制振装置におい
   て、 前記フラップが、前記フェアリング上面を覆い、一端を
   前記長辺面と前記フェアリングとの境界で回動自在に支
   持され、前記駆動手段によってフェアリング上方に駆動
   されるものであることを特徴とする橋梁様構造物の可動
   式制振装置。