(57)【要約】【課題】本発明は、荷重支持要素の製作限界の問題がなく、過大な静撓み、及び動撓みを少なくすることができ、限界固有周期の長周期化を実現し、装置構成のコンパクト化をも図れる多自由度多段型制振装置を提供する。【解決手段】本発明の多自由度多段型制振装置は、上下方向の大変位・長周期の振動が生じる構造物に設置して、その制振を行う多自由度多段型制振装置１であって、下架台２と、この下架台２の上方に配置され構造物の長周期の固有振動周期に同調させる振動マス３と、下架台２、振動マス３間に一体的に設置され、２自由度バネを中間支持部材４を挟んで直列多段配置とし、振動マス３を弾性支持するとともに振動変位が生じた場合に復元させる複数の２自由度バネ装置２１と、下架台２と、振動マス３の側壁とにわたって配置されて、上下方向の振動減衰を行う振動減衰要素５としてのオイルダンパー６とを有する。【選択図】図２
2014001594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向の大変位・長周期の振動が生じる構造物に設置し、その制振を行う多自由度多段型制振装置であって、
前記構造物の長周期の固有振動周期に同調させる振動マスと、
多自由度バネを中間マスを挟んで直列多段配置とし、前記振動マスを弾性支持するとともに振動変位が生じた場合に復元させる複数の多自由度バネ装置を用いた荷重支持復元機構と、
前記振動マスの上下方向の振動減衰を行う振動減衰要素と、
を有することを特徴とする多自由度多段型制振装置。
【請求項２】
上下方向の大変位・長周期の振動が生じる構造物に設置し、その制振を行う多自由度多段型制振装置であって、
下架台と、
この下架台の上方に配置され前記構造物の長周期の固有振動周期に同調させる振動マスと、
前記下架台、振動マス間に一体的に設置され、多自由度バネを中間マスを挟んで直列多段配置とし、前記振動マスを弾性支持するとともに振動変位が生じた場合に復元させる複数の多自由度バネ装置を用いた荷重支持復元機構と、
前記下架台と、前記振動マスの側壁とにわたって配置され、上下方向の振動減衰を行う振動減衰要素と、
を有することを特徴とする多自由度多段型制振装置。
【請求項３】
上下方向の大変位・長周期の振動が生じる構造物に設置し、その制振を行う多自由度多段型制振装置であって、
下架台と、
この下架台の上方に配置され前記構造物の長周期の固有振動周期に同調させる振動マスと、
前記下架台、振動マス間に一体的に設置され、多自由度バネを中間マスを挟んで直列多段配置とし、前記振動マスを弾性支持するとともに振動変位が生じた場合に復元させる複数の多自由度バネ装置を用いた荷重支持復元機構と、
前記下架台と、前記振動マスの側壁とにわたって配置され、上下方向の振動減衰を行う振動減衰要素と、
前記荷重支持復元機構における各多自由度バネ装置の多自由度バネのバネ剛性を調整するプリセット機構と、
前記中間マスを貫通する状態で前記下架台、前記振動マスに連結配置され、前記中間マス及び振動マスの回転を防止する回転防止機構と、
を有することを特徴とする多自由度多段型制振装置。
【請求項４】
上下方向の大変位・長周期の振動が生じる構造物に設置し、その制振を行う多自由度多段型制振装置であって、
下架台と、
この下架台の上方に配置され前記構造物の長周期の固有振動周期に同調させる振動マスと、
前記下架台、振動マス間に一体的に設置され、２自由度バネを中間マスを挟んで直列２段配置とし、前記振動マスを弾性支持するとともに振動変位が生じた場合に復元させる複数の２自由度バネ装置を用いた荷重支持復元機構と、
前記下架台と、前記振動マスの側壁とにわたって配置され、上下方向の振動減衰を行う振動減衰要素と、
前記荷重支持復元機構における各２自由度バネ装置の２自由度バネのバネ剛性を調整するプリセット機構と、
前記中間マスを貫通する状態で前記下架台、前記振動マスに連結配置され、前記中間マス及び振動マスの回転を防止する回転防止機構と、
を有することを特徴とする多自由度多段型制振装置。
【請求項５】
上下方向の大変位・長周期の振動が生じる構造物に設置し、その制振を行う多自由度多段型制振装置であって、
下架台と、
この下架台の上方に配置され前記構造物の長周期の固有振動周期に同調させる鋼材又はコンクリート板の単独或いは組み合わせからなる振動マスと、
前記下架台、振動マス間に一体的に設置され、コイルバネ、板バネ、皿バネ等の金属バネ、油圧バネ又は空気バネを単独或いは組み合わせて構成した２自由度バネを鋼材又はコンクリート板の単独或いは組み合わせからなる中間マスを挟んで直列２段配置とし、前記振動マスを弾性支持するとともに振動変位が生じた場合に復元させる複数の２自由度バネ装置を用いた荷重支持復元機構と、
前記下架台と、前記振動マスの側壁とにわたって配置され、上下方向の振動減衰を行うオイルダンパー、摩擦ダンパー、粘弾性ダンパー又は弾塑性ダンパーからなる振動減衰要素と、
前記荷重支持復元機構における各２自由度バネ装置の２自由度バネのバネ剛性を調整するプリセット機構と、
前記中間マスを貫通する状態で前記下架台、前記振動マスに連結配置され、前記中間マス及び振動マスの回転を防止するガイドレール、直動レール、ガイドローラ又はスプラインシャフトからなる回転防止機構と、
を有することを特徴とする多自由度多段型制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多自由度多段型制振装置に関し、詳しくは、超長周期地震動や過励振による共振現象で大きく揺れる建築土木の大型構造物に適用して好適な多自由度多段型制振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記のような震動源により励起される大型構造物の共振現象によって発生する比較的低い振動数を卓越周波数とする振動に対しては、免震・制振装置などにより対処しているが、通常このような場合リンク機構などを組み合わせるなど装置が複雑になり、信頼性・メンテナンス・施工性・価格など色々な問題が生じている。
【０００３】
また、長周期振動構造物に対応する比較的低い固有周期を有する免震・制振装置は、装置の形状寸法、安定性、耐久性、耐荷重性、製造限界など具現化する際の課題もある。
【０００４】
すなわち、大型構造物に対して超長周期地振動（震動）や渦励振が加わった場合、共振現象が発生する。この時、大型構造物は大変形を起こし安全性や居住性に問題が生じる。
【０００５】
特に、このような大型構造物(振動周期は数秒範囲)に制振装置を設置すると、制振装置自体も当然大変形することになり、制振装置の荷重支持要素やエネルギー吸収要素は、場合によって、例えば応力の関係から製造不可能であったり、破断したり、ある時期が来たら部品交換するなどの必要性が生じる。
【０００６】
更に、現実的な観点では、通常大型構造物における部品の交換は容易なことでない。
【０００７】
特許文献１には、大型構造物である斜張橋に設置する斜張橋用架設時制振装置であって、制振重錘をリニアガイドを介して支持フレーム内に上下動自在に設け、この制振重錘を油圧シリンダで上下に駆動可能に支承し、また、バネにより制振重錘を支持し、制振重錘を上下方向に加振する時に、油圧シリンダにかかる負担を軽減した構成のものが提案されている。
【０００８】
しかし、この特許文献１の技術を含め、荷重支持要素の製作限界の問題がなく、過大な静撓み、及び動撓みを少なくすることができ、限界固有周期の長周期化を実現しえる制振装置は存在しないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第２７８７６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする問題点は、地震動に伴って比較的低い振動数で振動する大型構造物に設置する制振装置において、荷重支持要素の製作限界の問題がなく、過大な静撓み、及び動撓みを少なくすることができ、限界固有周期の長周期化を実現し、装置構成のコンパクト化をも図れるような制振装置が存在しない点である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上下方向の大変位・長周期の振動が生じる構造物に設置し、その制振を行う多自由度多段型制振装置であって、前記構造物の長周期の固有振動周期に同調させる振動マスと、多自由度バネを中間マスを挟んで直列多段配置とし、前記振動マスを弾性支持するとともに振動変位が生じた場合に復元させる複数の多自由度バネ装置を用いた荷重支持復元機構と、前記振動マスの上下方向の振動減衰を行う振動減衰要素と、を有することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、上下方向の大変位・長周期の振動が生じる構造物に設置する多自由度多段型制振装置を、多自由度バネを中間マスを挟んで直列多段配置とし、振動マスを弾性支持するとともに振動変位が生じた場合に復元させる複数の多自由度バネ装置を用いた荷重支持復元機構と、振動マスの上下方向の振動減衰を行う振動減衰要素と、を有する構成としているので、荷重支持復元機構を構成する多自由度バネ装置の製作限界の問題がなく、静撓み、及び動撓みを少なくすることができ、装置構成のコンパクト化を図りつつ限界固有周期の長周期化を実現できる多自由度多段型制振装置を実現し提供することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、上下方向の大変位・長周期の振動が生じる構造物に設置する多自由度多段型制振装置を、下架台と、下架台上に配置した多自由度バネを中間マスを挟んで直列多段配置とし、振動マスを弾性支持するとともに振動変位が生じた場合に復元させる複数の多自由度バネ装置を用いた荷重支持復元機構と、下架台と、振動マスの側壁とにわたって配置した振動減衰要素と、を有する構成としているので、請求項１記載の発明と同様、荷重支持復元機構を構成する多自由度バネ装置の製作限界の問題がなく、静撓み、及び動撓みを少なくすることができ、装置構成のコンパクト化を図りつつ限界固有周期の長周期化を実現できる多自由度多段型制振装置を実現し提供することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明の構成に加えて、荷重支持復元機構における各多自由度バネ装置の多自由度バネのバネ剛性を調整するプリセット機構と、中間マスを貫通する状態で下架台、前記振動マスに連結配置され、中間マス及び振動マスの回転を防止する回転防止機構と、を付加した構成としているので、請求項２記載の発明の効果に加えて、プリセット機構の採用により多自由度バネ装置のバネ特性調整から得られる装置固有周期調整の多様化、中間マス及び振動マスの回転による動作安定性を実現することができる多自由度多段型制振装置を実現し提供することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明の構成と同様な構成とし、かつ、多自由度バネ装置として２自由度バネ装置を採用した構成の基に、荷重支持復元機構を構成する２自由度バネ装置の製作限界の問題がなく、静撓み、及び動撓みを少なくすることができ、装置構成のコンパクト化を図りつつ限界固有周期の長周期化を実現でき、更に、プリセット機構の採用により多自由度バネ装置のバネ特性調整から得られる装置固有周期調整の多様化、中間マス及び振動マスの回転による動作安定性を実現することができる多自由度多段型制振装置を実現し提供することができる。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、下架台と、この下架台の上方に配置され構造物の長周期の固有振動周期に同調させる鋼材又はコンクリート板の単独或いは組み合わせからなる振動マスと、下架台、振動マス間に一体的に設置され、コイルバネ、板バネ、皿バネ等の金属バネ、油圧バネ又は空気バネを単独或いは組み合わせて構成した２自由度バネを鋼材又はコンクリート板の単独或いは組み合わせからなる中間マスを挟んで直列２段配置とし、振動マスを弾性支持するとともに振動変位が生じた場合に復元させる複数の２自由度バネ装置を用いた荷重支持復元機構と、下架台と、振動マスの側壁とにわたって配置され、上下方向の振動減衰を行うオイルダンパー、摩擦ダンパー、粘弾性ダンパー又は弾塑性ダンパーからなる振動減衰要素と、荷重支持復元機構における各２自由度バネ装置の２自由度バネのバネ剛性を調整するプリセット機構と、中間マスを貫通する状態で下架台、振動マスに連結配置され、中間マス及び振動マスの回転を防止するガイドレール、直動レール、ガイドローラ又はスプラインシャフトからなる回転防止機構と、を有する構成として、荷重支持復元機構を構成する２自由度バネ装置の製作限界の問題がなく、静撓み、及び動撓みを少なくすることができ、装置構成のコンパクト化を図りつつ限界固有周期の長周期化を実現でき、更に、プリセット機構の採用により多自由度バネ装置のバネ特性調整から得られる装置固有周期調整の多様化、中間マス及び振動マスの回転による動作安定性を実現することができる多自由度多段型制振装置を実現し提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本発明の実施例に係る多自由度多段型制振装置の部分切欠概略平面図である。
【図２】図２は本実施例に係る多自由度多段型制振装置の概略正面図である。
【図３】図３は本実施例に係る多自由度多段型制振装置の概略側面図である。
【図４】図４は本実施例に係る多自由度多段型制振装置を構成する２自由度バネ装置の概略平面図である。
【図５】図５は本実施例に係る多自由度多段型制振装置を構成する２自由度バネ装置の部分切欠概略正面図である。
【図６】図６は本実施例に係る多自由度多段型制振装置を構成する２自由度バネ装置の概略側面図である。
【図７】図７は本実施例に係る多自由度多段型制振装置を斜張橋に設置した例を示す概略説明図である。
【図８】図８は１自由度振動系の概略説明図である。
【図９】図９は２自由度振動系の概略説明図である。
【図１０】図１０は３自由度振動系の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、荷重支持要素の製作限界の問題がなく、過大な静撓み、及び動撓みを少なくすることができ、限界固有周期の長周期化を実現し、装置構成のコンパクト化をも図れるような多自由度多段型制振装置を提供するという目的を、上下方向の大変位・長周期の振動が生じる構造物に設置し、その制振を行う多自由度多段型制振装置であって、下架台と、この下架台の上方に配置され前記構造物の長周期の固有振動周期に同調させる振動マスと、前記下架台、振動マス間に一体的に設置され、多自由度バネを中間マスを挟んで直列多段配置とし、前記振動マスを弾性支持するとともに振動変位が生じた場合に復元させる複数の多自由度バネ装置を用いた荷重支持復元機構と、前記下架台と、前記振動マスの側壁とにわたって配置され、上下方向の振動減衰を行う振動減衰要素と、を有する構成により実現した。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明の実施例に係る多自由度多段型制振装置について、図面を参照して説明する。
【００２０】
なお、本実施例において、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向を図１乃至図３に示すように定義して以下の説明を行う。
【００２１】
本実施例に係る多自由度多段型制振装置１は、図１乃至図３に示すように、上面が平坦な長方形状を呈し底部を設置箇所上に配置する下架台２と、この下架台２の上方に平行配置する鉄板、コンクリート板等の積層構造からなりボルト、ナット締め構造で一体化した全体として直方体状で鋼材又はコンクリート板の単独或いは組み合わせからなる振動マス３との間に、複数（下側３台、上側３台：合計６台）の荷重支持復元機構を構成する２自由度バネ装置２１を平坦な長方形状を呈する鉄板、コンクリート板等からなる中間マスとしての中間支持部材４を挟みつつ２台ずつ直列配置に上下２段構造とし、かつ、これらがＸ方向に関して一定の間隔を有する３列平行状態とし、各々ボルト、ナット締め構造で固定配置し、前記下架台２、振動マス３と一体化することにより構成している。
【００２２】
前記中間支持部材４は、鋼材又はコンクリート板の単独或いは組み合わせから構成している。
【００２３】
前記上下２段構造の各２自由度バネ装置２１は、図３に示すように各々前記中間支持部材４を挟んで上下対称配置となるように配置している。
【００２４】
また、前記多自由度多段型制振装置１は、前記下架台２のＸ方向両端中央部と前記振動マス３のＸ方向両端中央部とにわたって一対の振動減衰要素５、５を取り付けている。
【００２５】
この振動減衰要素５は、例えば底部が前記下架台２により固定支持され、シリンダーロッド７が前記振動マス３の壁面に固定されたオイルダンパー６により構成している。
【００２６】
前記振動減衰要素５としては、図示しないが摩擦ダンパー、粘弾性ダンパー又は弾塑性ダンパーを用いて構成することもできる。
【００２７】
更に、前記多自由度多段型制振装置１は、前記振動マス３が前記下架台２に対してＺ方向回りに回転することを防止するための回転防止機構８を備えている。
【００２８】
前記回転防止機構８は、３列２段平行配置の２自由度バネ装置２１の内の中央の２自由度バネ装置２１の両側に片側２個合計４個配置している。
【００２９】
前記回転防止機構８は、下架台２にボルト、ナット締め構造で固定した支持基礎部９と、この支持基礎部により底部がボルト、ナット締め構造で支持されるとともに、前記中間支持部材４を経て前記振動マス３の下面に上端部をボルト、ナット締め構造で連結した例えば直動レール１０を用いて構成している。
【００３０】
前記直動レール１０に替えて、図示しないがガイドローラ、ガイドレール又はスプラインシャフトを用いた構成とすることもできる。
【００３１】
前記振動マス３の上面には、図１乃至図３に示すように、粘弾性体又は高減衰ゴム等からなるストッパ板１１を合計４個取り付けている。
【００３２】
次に、前記２自由度バネ装置２１の単体構造について、図４乃至図６を参照して詳述する。
【００３３】
前記２自由度バネ装置２１は、平面視長方形板状の下部プレート２２と、上部プレート２３との間に、２自由度バネ２６を垂直配置に、かつ、一定の間隔をもって並列配置するとともに、下部プレート２２と、上部プレート２３のＹ方向両端部に対称配置に一対のプリセット機構３１、３１を設けている。
【００３４】
前記２自由度バネ２６は、図５、図６に示すように、下側のコイルバネ２６ａと上側のコイルバネ２６ｂとを、コイル巻き部分を連続させずに中間部に非コイル巻き部分２６ｃを設けた構造としたものである。
【００３５】
なお、前記２自由度バネ２６としては、板バネ、皿バネ等の金属バネ、油圧バネ又は空気バネを単独或いは組み合わせて構成とすることも可能である。
【００３６】
前記２自由度バネ装置２１は、更に下側のコイルバネ２６ａ内にストッパ柱状体２４を、上側のコイルバネ２６ｂ内にストッパ柱状体２５を各々配置し、これらストッパ柱状体２４、２５の突出端面を所定の間隔をもって上下対向配置している。
【００３７】
ストッパ柱状体２４の底部は下部プレート２２に固着し、また前記ストッパ柱状体２５の底部は上部プレート２３に固着している。
【００３８】
前記上部プレート２３は、Ｙ方向のサイズを下部プレート２２のサイズよりも小さく設定している。
【００３９】
前記プリセット機構３１は、前記下部プレート２２のＹ方向の端部で、かつ、Ｘ方向中央部に、プリセット用ボルト３２の底部を固定して垂直起立配置に設けている。
【００４０】
また、前記上部プレート２３のＹ方向の端面に垂下板３３をボルト止めで取り付け、垂下板３３の下端に水平配置にボルト孔３４ａを設けたネジ受け板３４を固着し、更に垂下板３３とネジ受け板３４とにわたってＸ方向から見て三画形状を呈する一対の側板３５を前記ボルト孔３４ａの両側を占める配置で、かつ、平行配置に固着している。
【００４１】
そして、前記プリセット用ボルト３２を、前記ボルト孔３４ａを貫通させてＺ方向に突出させ、プリセット用ボルト３２にプリセット用ナット３６を螺合させ、プリセット用ボルト３２に対する螺合位置を変えることで、前記２自由度バネ２６のバネ剛性を調整可能としている。
【００４２】
次に、前記２自由度バネ装置２１における２自由度バネ２６のバネ定数について説明する。
【００４３】
一般に、２自由度系(質点系)の場合について固有振動数は下記数１により求まる。
【００４４】
【数１】
2014001594.tif 000003
【００４５】
すなわち、必要な振動数を与えることにより下記数２により各々のバネ定数を決めることができる。
【００４６】
【数２】
2014001594.tif 000004
【００４７】
ここで、
2014001594.tif 000005
【００４８】
なお、２自由度系以上の多自由度系（３自由度系、４自由度系等）の場合も同じやり方で設定可能である。
【００４９】
次に、本実施例に係る多自由度多段型制振装置１の具体的設置態様について図７を参照して説明する。
【００５０】
図７は、主塔４２が２基で、主塔４２間のスパンは約３５０ｍの大型の斜張橋４１における１次モードの応答変位が過大となる箇所（主桁４３の中央部）に、本実施例に係る多自由度多段型制振装置１を設置した例を示すものである。
【００５１】
すなわち、一次固有振動数０．４３８Ｈｚ(一次固有周期２．２８秒)、振動質量１０２３ｔｏｎを有する既存の斜張橋４１が渦励振により励起される振動問題対策のために設置した例である。
【００５２】
この場合の本実施例に係る多自由度多段型制振装置１においては、主マス３２５０ｋｇ、中間マス（上段バネ含む）１０７５ｋｇに設定した。
【００５３】
この時、固有振動数は、０．４３８Ｈｚ、上段静撓み＝６７２ｍｍ、バネ定数＝４．８４kgf/mm、下段静撓み＝６９２ｍｍ、バネ定数＝６．２kgf/mmであった。
【００５４】
このようにして前記斜張橋４１と、多自由度多段型制振装置１の固有振動数を同調させることにより斜張橋４１の中央部の振動振幅は１２ｍｍ程度と以下に述べる１自由度系（１質点系）の多段型制振装置の場合に比べ大幅に低減できることが明らかになった。これにより、前記斜張橋４１を走行する車両等の走行安全性を確保することが十分可能となる。
【００５５】
また、２自由度バネ装置２１を2段にすることにより、１段当りの静撓みを７００ｍｍ程度とし、設置スペースとバネの座屈、及び動撓みも考慮して応力的に問題の無いバネを設計することが簡単に可能となり、装置全体としても機構が簡略化する。
【００５６】
本実施例の場合には、２自由度バネ装置２１を多段にすることで、１自由度バネの場合に比べ、静撓みは2段の場合で１／２、３段の場合で１／３になり、同様に動撓みもお互いに負担することになるので支持バネの設計製作が十分可能となる。
【００５７】
これに対して、図示しないが、例えばコイルバネ直列2段仕様で1自由度系（１質点系）の多段型制振装置の場合においては、主マス３２５０ｋｇ、上段バネ３００ｋｇに設定した場合、
【００５８】
固有振動数は、０．４３８Ｈｚ、上段静撓み＝６４３ｍｍ、下段静撓み＝702ｍｍとなり、またバネ定数は、直列2段使用なので1段当たり５．０６kgf/mmであった。
【００５９】
このように上下同じバネ定数の場合、下段のバネは上段のバネに比べ約６０ｍｍ静撓みが増えることが明らかとなった。
【００６０】
従って、このような多段型制振装置の場合には、バネ定数が小さいことは柔らかいバネなので線径が小さいか中心径が大きくなることを意味することになり、座屈の問題や製造上の材料長さのほか応力的にも難しくなる可能性が生じるという不都合が推定される。
【００６１】
更に付言すれば、一般的にバネ装置を１段にした場合には、通常固有振動数が０．４Ｈｚの長周期の固有周期を有する柔構造の構造物の場合、バネ装置は、その長周期の固有周期に装置側の固有周期を同調させるため、装置マス部支持の初期撓み、及び装置稼働時の動撓みから約１５４０mmの静撓みを持った装置にする必要がある。
【００６２】
しかし、このようなバネ装置は座屈の問題や転倒防止の問題、バネ横剛性の観点から実現不可能であるため、従来においてはリンク機構やレバー比を用いて約半分以下程度の静撓みになるようにしているのである。
【００６３】
以上説明した本実施例に係る多自由度多段型制振装置１においては、従来例のようなリンク機構等を用いることなく装置自体の長周期化を実現しているのが大きな特徴である。
【００６４】
本実施例に係る多自由度多段型制振装置１によれば、荷重支持復元機構を２自由度バネ装置２１の２段構成とすることで、一般にはバネ要素の製作限界等から生じる装置の限界固有周期の長周期化、過大な静撓み、及び動撓みを改善することによる装置構成のコンパクト化を実現することができる。
【００６５】
また、本実施例に係る多自由度多段型制振装置１によれば、２自由度バネ装置２１の２段構成によるバネ要素単体の変位抑制、プリセット機構３１の採用により２自由度バネ装置２１のバネ特性調整から得られる装置固有周期調整の多様化等を図ることもできる。
【００６６】
更に、単に２自由度バネ装置２１を直列的に多段にするだけでなく、中間マスである中間支持部材４を挟み込んでの多段（２段）とすることで、多自由度・多段構成とし、多段形態によるマス部とバネ要素による装置固有周期の設計調整幅の多様化（拡大）、及びバネ要素単体の設計調整幅の多様化（拡大）を簡易に実現することができる。
【００６７】
すなわち、装置構成を、多自由度化し、かつ、２自由度バネ装置２１の多段（２段）構成とすることにより、装置バネ要素の必要変形量を低減できることからから製造限界の課題をクリアし、装置振動系の固有周期の設計調整幅での拡大、バネ要素単体での設計調整幅の拡大などを実現可能とするものである。
【００６８】
更に、応力集中しないので耐久性が高く、また、前記２自由度バネ２６は任意に剛性が調整できるので静撓み、動撓みを調節できることになり設計製作上問題のないバネ設計を行うことができる等の利点を有するものである。
【００６９】
なお、前記振動減衰要素５は、上述した実施例では前記下架台２、振動マス３間に配置した例を示したが、下段、上段各々に配置することにより標準品を適用できる可能性が大幅に増加する。
【００７０】
本実施例における多自由度多段（２段）型制振装置１の運動方程式も多自由度系となるが、それぞれの振動数を目的の振動数になるように関連する振動マスの重量、２自由度バネ装置２１のバネ定数を計算し設置することに留意することが肝要となる。
【００７１】
また、長周期の固有周期に多自由度多段型制振装置１を同調させる場合、この装置側の振動系で必要となるバネ要素は、低いバネ定数となり、コイルバネで具現化する場合、振動系のマス支持時の初期撓みと装置稼働時の動撓み、及び設計裕度のための撓み量についても留意することが肝要となる。
【００７２】
ここで、図８乃至図１０を参照して、１自由度振動系、２自由度振動系及び３自由度振動系の各制振装置各々の基本仕様、必要となるばね定数、残留変位について具体例を挙げて説明する。
【００７３】
一般に制振装置においては、対象構造物の振動数と制振自体の振動数を同調させることが重要となる。従来の制振装置は、多自由度系ではないので基本的に装置の同調振動数は1つである。
【００７４】
従って、例えば３自由度振動系にした場合には３つの固有振動数があるのでその中の必要な固有振動数を１つ或いは必要に応じて複数個活用する。
【００７５】
すなわち、対象構造物が並進運動とねじれ運動を同時に発生している場合、２自由度系の各固有振動数をそれぞれの振動に同調させ制振する。
【００７６】
一方、機械振動等を防振する装置には、多自由度式もあるが、防振の場合は発生振動数に対して、機械稼働に影響を与えず、かつ、安定する範囲内でできるだけ低い振動数に設定し設置する。すなわち、同調させると共振するので避けなければならない。
【００７７】
このようなことから、例えば、図８に示すような１自由度振動系で下記表１のような仕様の場合、ばね定数は
2014001594.tif 000006
より下記表２のようになる。
【００７８】
【表１】
2014001594.tif 000007
【００７９】
【表２】
2014001594.tif 000008
【００８０】
また、振動系における質量稼働時の摩擦係数を4/1000とした場合、振動系に発生する摩擦力が9.81 [kN]となり、先に求まるばね定数で除算した値を残留変位とすると次のようになる。
【００８１】
【表３】
2014001594.tif 000009
【００８２】
次に、図９に示すような２自由度振動系で下記表４のような仕様の場合、ばね定数は、既述した数２に示す式で定まることから、下記表５に示すようになる。
【００８３】
【表４】
2014001594.tif 000010
【００８４】
【表５】
2014001594.tif 000011
【００８５】
また、振動系における質量稼働時の摩擦係数を4/1000とした場合、振動系に発生する摩擦力は、上段部で1.96 [kN]，下段部で9.81 [kN]となり、先に求まるばね定数で除算した値を残留変位とすると下記表６のようになる。
【００８６】
【表６】
2014001594.tif 000012
【００８７】
この様に、制振装置を多自由度化することにより装置を構成するばね要素は、１自由度振動系と比較して増大するここととなり、よって、長周期用付加質量型制振装置を設計する際に問題となるばね要素の製造限界に対して必要となる仕様のばね要素を設計が可能となる。
【００８８】
例えば，表１に示した１自由度振動系の場合には，ばね要素の質量搭載時の自重による自然長からの初期たわみは、6.2 [m]を超えることになるが、２自由度振動系で構成した場合には、ばね要素のばね定数が上段ばね要素で1.5倍となり初期たわみは0.82 [m]、下段ばね要素で1.9倍となり初期たわみは3.28 [m]となる。よって、初期たわみの合計も4.1 [m]となり約2/3に低減される。
【００８９】
次に、図１０に示すような３自由度振動系で下記表７のような仕様の場合、ばね定数は、下記表８に示すようになる。
【００９０】
【表７】
2014001594.tif 000013
【００９１】
【表８】
2014001594.tif 000014
【００９２】
また、振動系における質量稼働時の摩擦係数を4/1000とした場合、振動系に発生する残留変位は下記表９のようになる。
【００９３】
【表９】
2014001594.tif 000015
【００９４】
そして、３自由度振動系で構成した場合の初期たわみは下段、中段、上段の順に0.25
[m]、0.41 [m]、2.32 [m]となり、初期たわみの合計が2.98 [m]となることから１自由度振動系に対して約1/2に以下に低減することが可能になる。
なお、見かけの残留変位については，多自由度化していく場合にも合計残留変形量はほぼ同様の値になる。
【００９５】
更に、本実施例における多自由度多段型制振装置は、バネ装置を４段、５段構成等として実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の多自由度多段型制振装置は、上述した場合の他、高層又は超高層のビルディング、各種橋梁等のような大型構造物の地震動等に対する制振用として広範に適用可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１    多自由度多段型制振装置
２    下架台
３    振動マス
４    中間支持部材
５    振動減衰要素
６    オイルダンパー
７    シリンダーロッド
８    回転防止機構
９    支持基礎部
１０    直動レール
１１    ストッパ板
２１    ２自由度バネ装置
２２    下部プレート
２３    上部プレート
２４    ストッパ柱状体
２５    ストッパ柱状体
２６    ２自由度バネ
２６ａ  コイルバネ
２６ｂ  コイルバネ
２６ｃ  非コイル巻き部分
３１    プリセット機構
３２    プリセット用ボルト
３３    垂下板
３４    ネジ受け板
３４ａ  ボルト孔
３５    側板
３６    プリセット用ナット
４１    斜張橋
４２    主塔
４３    主桁
【図１】
2014001594.tif 000016
【図２】
2014001594.tif 000017
【図３】
2014001594.tif 000018
【図４】
2014001594.tif 000019
【図５】
2014001594.tif 000020
【図６】
2014001594.tif 000021
【図７】
2014001594.tif 000022
【図８】
2014001594.tif 000023
【図９】
2014001594.tif 000024
【図１０】
2014001594.tif 000025