JPH0762353B2 - 制振装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダイナミックダンパー
を介して大型の振動台を設置した耐震実験装置の基礎や
その他の機器からなる振動源を設置した基礎の振動を低
減させる制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の耐震実験装置の概要を説明
するための図である。

【０００３】化学プラントや原子力発電所等では、大地
震にも耐えることができ十分信頼できる耐震構造の設計
が要求される。特に、日本のような地震国では、これら
の建設、設置に当たり、耐震設計の良否を実証すること
が必要、不可欠である。

【０００４】大型構造物の振動による破壊機構の解明
や、より長い周期を有する構造物の応答性状の確認等を
行うものとして、従来より例えば図５に示すように例え
ば１５ｍ×１５ｍもの振動台４１を有する大型耐震実験
装置が使用されている。このような大型の装置では、基
礎４３との間にダイナミックダンパー４２を設けてはい
るが、それでも１ｋｍ四方にもその振動が伝わるため、
周囲に環境問題を引き起こしている。

【０００５】そこで、上記の問題を解消するため、従来
は、２重基礎にしてその間に免振ゴム等の柔らかいバネ
を入れてダイナミックダンパーを構成し、内側の基礎が
揺れてもその周囲は揺れないような構造を採用してい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ダイナミックダンパーは、バネや粘性ダンパーでその特
性を固定しているため、例えば１Ｈｚから５０Ｈｚの範
囲で振動周波数が変化するような場合には、振動周波数
によっては振動抑制効果を十分に発揮できないという問
題が生じてくる。

【０００７】本発明は、上記の課題を解決するものであ
って、大型振動台の加振振動数域でダイナミックダンパ
ーをより効果的に用いることができる制振装置を提供す
ることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのために本発明は、ダ
イナミックダンパーを介して大型の振動台を設置した耐
震実験装置の基礎やその他の機器からなる振動源を設置
した基礎の振動を低減させる制振装置であって、制振機
として定数連続可変のバネ部と質量部と質量支持部から
なる特性連続可変ダイナミックダンパーを基礎に取り付
け、振動源の加振振動数に合わせてバネ定数を調整し、
振動源の加振停止後に質量部の自由振動を抑止するよう
に構成したことを特徴とし、バネ部は、油圧シリンダー
であることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の制振装置では、制振機として定数連続
可変のバネ部と質量部と質量支持部からなる特性連続可
変ダイナミックダンパーを基礎に取り付けるので、バネ
部の定数を振動源の加振振動数に合わせて調整し振動抑
制効果を高めることができ、振動源の加振停止後に質量
部の自由振動を抑止するので、振動源の加振停止後の振
動抑制も確実に行うことができる。また、バネ部を油圧
シリンダとすることにより簡単な構成で大きな効果を得
ることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の制振装置の１実施例を示す図、図
２はバネ部をモデルで説明するための図である。図中、
１と１′はバネ部、２は質量部、３は質量支持部、４は
装置取付基礎部、５は振動台、６はダイナミックダンパ
ー、７はハウジング、８は基礎を示す。

【００１１】図１（イ）において、バネ部１は、油圧シ
リンダーを用いたものであり、ケースとピストンロッド
により装置取付基礎部４と質量部２との間に取り付けら
れる。質量部（マス）２は、コンクリート又は鉄塊から
なるものであり、質量支持部３は、質量部２を装置取付
基礎部４に支持するものであり、レール方式、タイヤ方
式、コロ方式、ローラベアリング方式、静圧ベアリング
方式、空気バネ方式、リンク支持方式等、リンク、静
圧、又は空気による支持で運動の自由度を有する方式が
採用される。装置取付基礎部４は、基礎８と一体化され
たものであり、装置取付基礎部４を省き直接基礎８にバ
ネ部１を取り付けるように構成してもよいことはいうま
でもない。基礎８は、ダイナミックダンパー６を介して
大型の振動台５を設置するものである。上記のようなバ
ネ部１を油圧シリンダーに代えて空気バネで構成した例
を示したのが図（ロ）である。

【００１２】油圧シリンダーを用いたバネ部のモデル
は、図２（イ）に示され、Ｃ₁ 、Ｃ₂ を油圧シリンダー
チャンバー、Ｖ₁₀をＣ₁ 側の油溜部体積、Ｖ₂₀をＣ₂ 側
の油溜部体積、Ａをピストンの断面積、Ｐ₁ をＣ₁ の圧
力、Ｐ₂ をＣ₂ の圧力、ベータを油の体積弾性率とする
と、バネ係数ｋは、 ｋ＝βＡ² 〔（１／（ｘ₁ Ａ＋Ｖ₁₀））＋（１／（ｘ₂ Ａ＋Ｖ₂₀））〕 したがって、バネ係数ｋは、ピストン位置を油圧シリン
ダー内で移動することにより βＡ² 〔（１／Ｖ₁₀）＋（１／（（ｘ₁ ＋ｘ₂ ）Ａ＋Ｖ₂₀）〕 から βＡ² 〔（１／イ）＋（１／ロ）〕 ただし、イ＝（ｘ₁ ＋ｘ₂ ）（Ａ／２）＋Ｖ₁₀ ロ＝（ｘ₁ ＋ｘ₂ ）（Ａ／２）＋Ｖ₂₀ まで連続的に変化させることができる。本発明は、この
性質を利用して制御ダイナミックダンパーをつくるもの
である。

【００１３】この場合、質量部の質量をｍ_d とすると、
制振機の固有振動数ω₀ はω₀ ＝ｋ／ｍ_d となる。変移
をｘ_d とすると、ｍ_d ｘ_d ／Ａ＝Ｐ₁ −Ｐ₂ となる。こ
の式により与えられる圧力が制振機の動きで油圧シリン
ダーに加わることになる。

【００１４】空気バネを用いたバネ部のモデルは、図２
（ロ）に示され、ｎ段のベローズ形の例である。ｘは標
準高さからの変位、Ｐ₀ は標準高さにおける絶対内圧、
Ｄ₀ は標準高さにおける有効直径、Ａ₀ は標準高さにお
ける有効受圧面積、Ｖ_SOは標準高さにおけるベローズの
内容積、Ｖ_t は補助タンクの内容積、Ｐ_a は大気圧、Ｐ
は荷重、Ｖ₀ ＝Ｖ_SO＋Ｖ_t とすると、ｘ撓んだときの荷
重Ｐは、 Ｐ＝Ａ₀ 〔（Ｐ₀ ／ハ^r ）−Ｐ_a 〕〔１＋（π／ｎ)(１／ニ)(ｘ／Ｄ₀ ）〕 ただし、ハ＝１−（Ａ₀ ／Ｖ₀ ）ｘ、ニ＝１＋（π／２）φ₀ 上式をｘについて微分すると、空気バネのバネ定数ｋが
得られる。

【００１５】 ｋ＝ｒ（Ａ₀ ² ／Ｖ₀ ）（Ｐ₀ ／ハ^r+1 ） ×〔１＋（π／ｎ)(１／ニ)(ｘ／Ｄ₀ ）〕 ＋Ａ₀ 〔（Ｐ₀ ／ハ^r ）−Ｐ_a 〕×（π／ｎ)(１／ニ)(１／Ｄ₀ ） ｘ→０とすると、 ｋ＝ｒ（Ａ₀ ² ／Ｖ₀)Ｐ₀ ＋（Ｐ₀ −Ｐ_a )(Ａ₀ ／Ｄ₀)( π／ｎ)(１／ニ) となる。このように空気バネは絶対内圧を増減すること
によりバネ定数を連続的に変化させることができる。

【００１６】本発明は、上記のように制振機として定数
連続可変のバネ部と質量部と質量支持部からなる特性連
続可変ダイナミックダンパーを用い、バネ部として油圧
シリンダーや空気バネを用いたものである。

【００１７】図３は本発明の制振装置を備えた大型耐震
実験装置の全体構成図、図４は操作手順及びその効果を
説明するための図である。

【００１８】図３において、定数連続可変バネ１５は、
上記のように油圧シリンダーや空気バネからなり制振装
置の振動吸収能を大きくするため減衰が極力小さいもの
を採用したものであり、台数は必要に応じて増減され
る。バネ定数制御機構１３は、油圧シリンダーではサー
ボ弁、ピストン変位計、サーボアンプ、フィードバック
アンプを含み、空気バネでは調圧弁及びサーボコントロ
ールシステムを含む。バネ定数調整機構動力源１２は、
油圧源（油圧ポンプ）又は空気源（コンプレッサー）か
らなる。制振機の質量支持部１４には、先に説明したよ
うにレール方式、タイヤ方式、コロ方式、ローラベアリ
ング方式、静圧ベアリング方式、空気バネ方式、リンク
支持方式等が採用される。ブレーキ１６は、質量部２５
に作用し大型の振動台１９が停止後、制振機のバネ−質
量系の振動を強制的に停止させるために用いるものであ
る。ブレーキ作動機構１７は、オリフィス制御弁あるい
はブレーキ作動用アクチュエータ並びにこれらの制御部
からなる。制御用コンピュータ等からなる制御装置１１
は、振動台制御部１８の振動台加振信号、振動台１９に
取り付けた振動センサー２１の振動台応答信号、振動台
基礎２４に取り付けた振動センサー２２の基礎応答信
号、質量部２５に取り付けた振動センサー２３の制振機
振動信号を入力し、バネ定数制御指令、ブレーキ制御指
令を生成して、バネ定数制御機構１３、ブレーキ作動機
構１７を制御するものである。

【００１９】上記のように本発明の制振装置は、バネと
しては定数連続可変のものを用い、ダイナミックダンパ
ーの特性を遠隔操作により変化させるように構成したも
のであり、バネ定数は、制御用コンピューター等からな
る制御装置１１により大型の振動台１９の加振振動数に
合わせ、最もダイナミックダンパーが効果を発揮するよ
うに調整される。そして、大型振動台１９の加振停止後
にダイナミックダンパーの自由振動が続いていると、ダ
イナミックダンパーが振動台基礎２４を揺することにな
るので、この自由振動を抑止するための大型振動台２４
の加振停止指令信号（振動台加振信号）によりダイナミ
ックダンパーのブレーキ又はダンパーが働くようにす
る。

【００２０】本発明の制振装置は、制御装置により振動
源である振動台の動作に合わせて制振機の特性を調整す
るので、制振機がその能力を最大に発揮できる。この点
が既存のダイナミックダンパーと異なる点である。本発
明の制振装置の効果は、減衰の小さいバネ（油圧又は空
気バネ）及び質量支持部で制振機の減衰を小さくすれば
するほど良くなる。

【００２１】本発明の制振装置の操作手順は、図４
（イ）に示すようにまず振動台の入力信号を設定する
と、制振機バネ定数の計算を行って制振機バネの設定を
行う。しかる後、振動台の加振を開始する。振動台の加
振が停止すると、制振機のブレーキを作動させ、制振機
を停止する。

【００２２】チューニングを行う場合には、図４（イ）
の点線のルートが追加される。すなわち、制振機の効果
を判定し、ＯＫになるまで振動台入力信号設定から制振
機バネの設定、振動台の加振開始を繰り返し行う。

【００２３】ブレーキが機能しない場合には、図４
（ロ）のに示すように振動台の作動が停止してもダイ
ナミックダンパーは作動したまま（）になるので、基
礎は振動台の作動停止後に振動が大きくなるが、ブレー
キが機能すれば、振動台の作動停止と同時にダイナミッ
クダンパーの振動も急激に減衰し、基礎の制振状態が維
持される。

【００２４】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものではなく、種々の変形が可能である。例えばバネ
部については、空気バネと油圧シリンダーを組み合わせ
てもよい。空気バネは比較的低振動数に有効であるが、
油圧シリンダーは高振動数の共振特性を得るのに有効で
あり、低振動数の特性を得るにはストロークを長くする
必要がある。また、ランダム波の入力に対しては、複数
の特性の異なる制振機を設置し、卓越振動を吸収するよ
うに各制振機の連続可変バネ定数を設定するように構成
してもよい。さらには、大型の振動台を設置した耐震実
験装置の基礎の振動を低減させる制振装置として説明し
たが、車両や船舶、航空機に搭載され振動源となる機
器、例えばエンジン等の取り付けフレームやベース（基
礎）、或いは工作・加工機械等の装置を設置した工場の
基礎、その他これらに類似する基礎に対しても、その振
動を低減させる制振装置として同様に適用してもよいこ
とはいうまでもない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
制振機として定数連続可変のバネ部と質量部と質量支持
部からなる特性連続可変ダイナミックダンパーを基礎に
取り付けるので、バネ部の定数を加振振動数に合わせて
調整することができ、大型振動台が設置されている基礎
の振動を低減させるとともに、周辺基盤に生じる公害振
動を減少させることができる。しかも、基礎に本発明の
制振機を取り付ければよいので、簡便に既設の耐震実験
装置にも適用することができ、油圧シリンダー等で実現
できるので、簡単な構成、低コストで実現できる。特
に、振動台実験で頻繁に使われる３Ｈｚ以上の振動数帯
域で十分な効果が期待でき、制振機の質量の増大と、減
衰の減少に伴い増加する。例えば ＝０．０１（１％の
減衰）を得られるとすれば、両側合わせて６００ｔｏｎ
の制振機質量で基礎振動を１／４以下に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の制振装置の１実施例を示す図であ
る。

【図２】 バネ部をモデルで説明するための図である。

【図３】 本発明の制振装置を備えた大型耐震実験装置
の全体構成図である。

【図４】 操作手順及びその効果を説明するための図で
ある。

【図５】 従来の耐震実験装置の概要を説明するための
図である。

【符号の説明】

１と１′…バネ部、２…質量部、３…質量支持部、４…
装置取付基礎部、５…振動台、６…ダイナミックダンパ
ー、７…ハウジング、８…基礎

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイナミックダンパーを介して振動源を
   設置した基礎の振動を低減させる制振装置であって、制
   振機として定数連続可変のバネ部と質量部と質量支持部
   からなる特性連続可変ダイナミックダンパーを基礎に取
   り付け、振動源の加振振動数に合わせてバネ定数を調整
   し、振動源の加振停止後に質量部の自由振動を抑止する
   ように構成したことを特徴とする制振装置。
2. 【請求項２】 振動源として大型の振動台を設置した耐
   震実験装置の基礎の振動を低減させることを特徴とする
   請求項１記載の制振装置。
3. 【請求項３】 バネ部は、油圧シリンダーであることを
   特徴とする請求項１記載の制振装置。