(57)【要約】【課題】鉄塔等の鉄骨構造物を構成する鉄骨部材に制振装置を鉄骨部材の外観を損ねることなく設置でき、固有振動数の調整も容易に行うことができ、比較的簡単で安価な装置により鉄骨部材の振動を確実に抑制でき、既存の鉄骨部材にも簡単に安全に設置できるようにする。【解決手段】鋼管鉄塔１の腹材である水平材３や斜材４の内部に、棒状の重量物１０からなる制振装置を挿入し、腹材のカルマン渦励振等による振動方向に移動自在に設置して振動抑制装置を構成し、棒状の重量物１０が腹材内部で振動方向に移動することで、制振作用が働き、腹材の振動が抑制されるようにする。棒状の重量物１０は、プラスチック製のフレキシブル管１１の内部に、砂、ブラスト材あるいはコンクリート等の安価で投入量を調整可能な充填材１２を投入して構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄骨構造物を構成する鉄骨部材の振動を抑制する装置であり、前記鉄骨部材の内部に、鉄骨部材の軸方向に沿う棒状の重量物からなる制振装置が挿入され、鉄骨部材の振動方向に移動自在に設置されて構成されていることを特徴とする鉄骨構造物における鉄骨部材の振動抑制装置。
【請求項２】
請求項１に記載の振動抑制装置において、棒状の重量物は、鉄骨部材の内径より小さい外径を有する管の内部に投入量を調整可能な材料を投入して構成されていることを特徴とする鉄骨構造物における鉄骨部材の振動抑制装置。
【請求項３】
請求項２に記載の振動抑制装置において、管は外面に凹凸の付いたプラスチック製であることを特徴とする鉄骨構造物における鉄骨部材の振動抑制装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の振動抑制装置において、管に投入される材料は、砂、ブラスト材、コンクリート、その他の充填材であることを特徴とする鉄骨構造物における鉄骨部材の振動抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄塔等の塔状構造物などの鉄骨構造物における鉄骨部材の振動抑制装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
強風下の鋼管鉄塔では、特に両端がピン接合となる腹材において、カルマン現象等により振動することが確認されている。このような部材は、継続時間が長いので、疲労損傷の懸念が生じる。
【０００３】
このような場合、施工性等を考慮して、制振部材を鋼管部材の外部に設置し、風の流れを乱す方法が多かった（例えば、特許文献１参照）。また、鋼管部材の外側の長さ方向中央部に制振装置を設置する方法もある（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−８８８６０号公報
【特許文献２】
実開昭６２−８５６４３号公報
【特許文献３】
実開昭６３−１１５９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の制振部材を鋼管部材の外部に設置する方法では、外観を損ねることや固有振動数の調整が困難であることが課題となっていた。また、鋼管部材の外側の長さ方向中央部に制振装置を設置する方法では、長い鋼管部材では、制振装置を設置する施工性が低下することが問題であった。
【０００６】
本発明は、前述した従来の問題点を解消すべくなされたもので、その目的は、鉄塔等の鉄骨構造物を構成する鉄骨部材に制振装置を鉄骨部材の外観を損ねることなく設置することができ、固有振動数の調整も容易に行うことができ、また、比較的簡単で安価な装置により鉄骨部材の振動を確実に抑制することができると共に、既存の鉄骨部材にも簡単に安全に設置することができる鉄骨構造物における鉄骨部材の振動抑制装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、鉄骨構造物を構成する鉄骨部材の振動を抑制する装置であり、前記鉄骨部材の内部に、鉄骨部材の軸方向に沿う棒状の重量物からなる制振装置が挿入され、鉄骨部材の振動方向に移動自在に設置されて構成されていることを特徴とする鉄骨構造物における鉄骨部材の振動抑制装置である。
【０００８】
本発明は、鉄塔等の塔状構造物など、その鉄骨部材が風に晒される鉄骨構造物に適用され、特に両端部がピン接合となる腹材のカルマン渦励振等による振動の抑制に有効に適用される。また、鉄骨部材は、主に円形鋼管等の円形中空部材が対象となる。このような鉄骨部材の内部に棒状の重量物からなる制振装置を挿入し、カルマン渦励振等による鉄骨部材の振動方向、即ち鉄骨部材の軸直角方向に自由に移動できるようにする。鉄骨部材の軸方向に関しては、両端部を除く中央部に棒状の重量物を配置し、棒状の重量物の両端部を前記移動を妨げないようなワイヤ等からなる固定装置を用いて主柱材等に固定する。
【０００９】
本発明の請求項２は、請求項１に記載の振動抑制装置において、棒状の重量物は、鉄骨部材の内径より小さい外径を有する管の内部に投入量を調整可能な材料を投入して構成されていることを特徴とする鉄骨構造物における鉄骨部材の振動抑制装置である。即ち、金属製やプラスチック製などの管の内部に、重量となる材料を投入し、その投入量を調整することで、固有振動数を調整する。管の外径は、鉄骨部材の内部を自由に動けるような大きさとし、また既設の鉄骨部材内に挿入する場合には、端部から挿入できるような大きさとする。
【００１０】
本発明の請求項３は、請求項２に記載の振動抑制装置において、管は外面に凹凸の付いたプラスチック製であることを特徴とする鉄骨構造物における鉄骨部材の振動抑制装置である。即ち、棒状の重量物を構成する管をプラスチック製とすることで、鉄骨部材の内面に傷を与えないようにする。また、フレキシブル管のように外面に凹凸の付いた管を用いることにより、摩擦を減じて、鉄骨部材の内面に対して滑りや転がり等を生じやすくする。
【００１１】
本発明の請求項４は、請求項２または請求項３に記載の振動抑制装置において、管に投入される材料は、砂、ブラスト材、コンクリート、その他の充填材であることを特徴とする鉄骨構造物における鉄骨部材の振動抑制装置である。即ち、比較的安価な砂、ブラスト材、コンクリート、その他の充填材を管内に投入する。
【００１２】
以上のような構成において、鋼管等の鉄骨部材がカルマン渦励振等により振動した場合、棒状の重量物が鉄骨部材内部で振動方向に移動することで、制振作用が働き、鉄骨部材の振動が抑制される。
【００１３】
従来の風の流れを乱す制振部材を鉄骨部材の外面に取付ける方法では、外観を損ねる問題があったが、本発明では、棒状の重量物からなる制振装置を鉄骨部材の内部に設置するため、鉄骨部材の外観を損ねることがない。また、従来の制振部材では、固有振動数の調整が困難であったが、棒状の重量物の重量を調整することにより、固有振動数の調整を容易に行うことができる。
【００１４】
また、例えば管内に砂等の充填材を投入して構成される棒状の重量物を鉄骨部材内に設置するだけでよいため、比較的簡単で安価な装置により鉄骨部材の振動を確実に抑制することができる。さらに、主柱材の節点部など長い鉄骨部材の端部で棒状の重量物からなる制振装置の挿入設置作業を行えるため、従来の鉄骨部材の中央部の外側に制振装置を設置する方法のように部材中央まで移動する必要がなく、既存の鉄骨部材にも簡単に安全に設置することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する一実施形態に基づいて説明する。この実施形態は、鋼管鉄塔に適用した例である。図１は、鋼管鉄塔の一例と本発明の振動抑制装置の一例およびその設置状況等を示したものである。図２は、本発明の振動抑制装置の固定装置の一例を示したものである。
【００１６】
図１に示すように、鋼管鉄塔１は、主に、鋼管からなる主柱材２と、鋼管からなる腹材としての水平材３および斜材４から構成され、これら水平材３および斜材４の端部に、主柱材２の節点部のガセットプレート５を挟持してボルト接合される一対の継手板６が差し込み方式で固定されている。
【００１７】
このような水平材３および斜材４の鋼管内部に棒状の重量物１０からなる制振装置を挿入し、水平材３および斜材４の振動に対して重量物１０が鋼管内面を転がりあるいは滑って振動方向に移動できるように設置し、振動抑制装置を構成する。なお、カルマン渦励振による振動方向は、主として、風向方向あるいは風向直角方向である。
【００１８】
この棒状の重量物１０は、例えば、スパイラル突条などにより外面に凹凸の付いたプラスチック製のフレキシブル管（蛇腹管）１１の内部に、砂、ブラスト材（ショットブラストに使用された金属球や硬質樹脂製球など）あるいはコンクリート等の安価で投入量を調整可能な充填材１２を投入して構成される。プラスチック製の管であれば、鋼管内面に傷を与えることがない。さらに、外面に凹凸の付いた管であれば、鋼管内面との摩擦を小さくし、滑りや転がりを生じ易くすることができる。
【００１９】
このような棒状の重量物１０の外径は、継手板６の付いた水平材３や斜材４の場合、水平材３や斜材４の内径の半分よりも小さいものがよく、主柱材２の節点部において、水平材３や斜材４の端部における半円状の隙間から挿入することができるようにする。
【００２０】
また、部材中央部にセットされた棒状の重量物１０が水平材３や斜材４の軸方向に移動しないように固定するため、例えば図２に示すような固定装置２０を用いる。この固定装置２０は、棒状の重量物１０の端部を抱持する２つ割りの抱持体２１と、固定用のワイヤ２２、２３、２４等からなる。これら各部材は、フレキシブルな接続点２５で接続し、棒状の重量物１０が振動方向に自由に振動できるようにする。接続点２５には、例えばワイヤ端部の輪と回転自在のピンおよびリングからなる取付機構を用いる。円形のワイヤ２４は、主柱材２または水平材３や斜材４の端部等に固定する。また、この固定装置２０の各部材はステンレス鋼製とするのが好ましい。
【００２１】
＜試験体による自由振動試験＞
図３は、試験体のセットアップ架構を示した正面図であり、試験体は、外径６０．５ｍｍ×肉厚３．２ｍｍ  、長さが６ｍ程度の鋼管であり、これを門形の架構３０に斜めに取付けた。この鋼管部材３１の中央部（図の黒丸印）にロープを取付け、架構の弱軸方向（図の面外方向）に強制変位を与えた後、張力を解放させる自由振動試験を実施した。試験体の内部の詳細は、図１（ｂ）  と同様である。
【００２２】
試験結果となる時刻歴の加速度応答波形（弱軸方向）を図４に示す。本制振装置が無い場合を図４（ａ）  に、本制振装置を有する場合を図４（ｂ）  、（ｃ）  に示す。図４（ｂ）  、（ｃ）  は、鋼管部材重量に対する内部重量比をそれぞれ７％、５％と変化させた結果を示す。応答波形は、内部重量比が７％、５％のどちらの場合においても、本制振装置を設置することで、極めて小さくなることがわかる。減衰定数は、いずれの場合も、本試験体では６％と大きな値を示した。以上により、本制振装置の制振効果が確認される。
【００２３】
＜実機鉄塔での制振効果＞
本制振装置を図１（ａ）  に示す実機鉄塔の最大径を有する部材（図の白抜き矢印）に設置した。鋼管の部材寸法は、外径３１８．５ｍｍ  ×肉厚８．２ｍｍ  である。３０秒間における平均風速と最大加速度の関係を図５に示す。図５においてＡのデータの塊が設置前、Ｂのデータの塊が設置後である。鋼管内部に設置した制振装置の重量は、鋼管重量比で６％とした。これにより、共振域における最大応答加速度は、本制振装置を設置することにより、大幅に減少することが確認される。
【００２４】
また、１０ｍ／ｓ以上の強風域における、制振装置の設置前と設置後のある計測データを比較する。このとき、平均風向、平均風速および瞬間最大風速は、ほぼ同じ条件とする。設置前と設置後の時刻歴波形（強軸方向応答加速度、弱軸方向応答加速度、風速）を図６に、変位リサージュ図形を図７に示す。本制振装置を設置することにより、応答加速度は、大きく減少することがわかる。
【００２５】
なお、以上は、鉄塔について、例示したが、これに限らず、その他の塔状構造物の制振にも本発明を適用できる。
【００２６】
【発明の効果】
（１）  棒状の重量物からなる制振装置を鉄骨部材の内部に設置するため、鉄骨部材の外観を損ねることがない。
【００２７】
（２）  棒状の重量物の重量を調整することにより、固有振動数の調整を容易に行うことができる。
【００２８】
（３）  例えば管内に砂等の充填材を投入して構成される棒状の重量物を鉄骨部材内に設置するだけでよいため、比較的簡単で安価な装置により鉄骨部材の振動を確実に抑制することができる。
【００２９】
（４）  主柱材の節点部など長い鉄骨部材の端部で棒状の重量物からなる制振装置の挿入設置作業を行えるため、既存の鉄骨部材にも簡単に安全に設置することができ、施工性、安全性、経済性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される塔状構造物と本発明の振動抑制装置を示したものであり、（ａ）  は鋼管鉄塔の一例を示す正面図、（ｂ）  は斜材への振動抑制装置の設置状態を示す部分断面正面図、（ｃ）  は水平材への振動抑制装置の設置状態を示す部分断面正面図、（ｄ）  は前記斜材および水平材の横断面図、（ｅ）  は振動抑制装置の部分断面正面図である。
【図２】本発明の振動抑制装置の固定装置の一例を示す正面図である。
【図３】本発明の振動抑制装置を設置した試験体のセットアップ架構を示す正面図である。
【図４】図３の試験体の試験結果である時刻歴の加速度応答波形を示すグラフである。
【図５】本発明の振動抑制装置を設置した実機鉄塔の平均風速と最大加速度の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の振動抑制装置を設置した実機鉄塔の強風域における時刻歴の加速度波形（強軸と弱軸）と風速を示すグラフである。
【図７】本発明の振動抑制装置を設置した実機鉄塔の強風域における変位リサージュ図形を示すグラフである。
【符号の説明】
１……鋼管鉄塔
２……主柱材
３……水平材
４……斜材
５……ガセットプレート
６……継手板
１０……棒状の重量物（制振装置）
１１……フレキシブル管
１２……充填材
２０……固定装置
２１……抱持体
２２、２２、２３、２４……固定用のワイヤ
２５……接続点
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004316314.tif 000005
【図４】
2004316314.tif 000006
【図５】
2004316314.tif 000007
【図６】
2004316314.tif 000008
【図７】
2004316314.tif 000009