(57)【要約】【課題】わずかなエネルギー消費に抑えつつ建築構造体又は機械構造体への負荷に応じて適切な減衰比に調整することが可能な液体式制振装置を提供すること。【解決手段】少なくとも２つのパイプ部を備え、このパイプ部のうち少なくとも１つについてその上端部が気密に閉鎖されていることにより液面レベルの上方に密閉された空気空間部が形成され、他のパイプ部のうち少なくとも１つについてその上端部が部分的に開放されている液体式制振装置において、閉鎖された空気空間Ｖ０を少なくとも２つの空気空間部Ｖ０１〜Ｖ０ｎに分割するとともに、分割された空気空間部の１つＶ０１を液体３の直上に配置し、他の１つ又は複数の分割された空気空間部Ｖ０２〜Ｖ０ｎを、それぞれ開口部７を介して液体直上に配置された空気空間部Ｖ０１及び／又は隣接する空気空間部に接続し、また、前記開口部７を独立して閉鎖可能に構成した。
2010540854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築構造体又は機械構造体における垂直方向及び／又は水平方向の振動を制振する液体式制振装置であって、部分的に液体で満たされつつ下端部で互いに連通している少なくとも２つのパイプ部を備え、このパイプ部のうち少なくとも１つについてその上端部が気密に閉鎖されていることにより液面レベルの上方に密閉された空気空間部が形成され、他のパイプ部のうち少なくとも１つについてその上端部が部分的に開放されている前記液体式制振装置において、
前記閉鎖された空気空間（Ｖ０）を少なくとも２つの空気空間部（Ｖ０１〜Ｖ０ｎ）に分割するとともに、分割された空気空間部の１つ（Ｖ０１）を液体（３）の直上に配置し、他の１つ又は複数の分割された空気空間部（Ｖ０２〜Ｖ０ｎ）を、それぞれ開口部（７）を介して前記液体直上に配置された空気空間部（Ｖ０１）及び／又は隣接する空気空間部に接続し、また、前記開口部（７）を独立して閉鎖可能に構成したことを特徴とする液体式制振装置。
【請求項２】
前記空気空間部（Ｖ０１〜Ｖ０ｎ）を、四角柱状又は円柱状に形成したことを特徴とする請求項１記載の液体式制振装置。
【請求項３】
前記開口部（７）を、制御装置（８）を介して制御される弁として形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の液体式制振装置。
【請求項４】
上端部が開放されている前記パイプ部の当該開放部分を、開度可変の開口部（９）として形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体式制振装置。
【請求項５】
前記開口部（９）を、制御装置（８）により制御されるオリフィス開口部としたことを特徴とする請求項４記載の液体式制振装置。
【請求項６】
当該液体式制振装置内で使用される液体の密度（ρ）を、１０００ｋｇ／ｍ３より大きく、特に１０００〜５０００ｋｇ／ｍ３としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体式制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築構造体又は機械構造体における垂直方向及び／又は水平方向の振動を制振する液体式制振装置であって、部分的に液体で満たされつつ下端部で互いに連通している少なくとも２つのパイプ部を備え、このパイプ部のうち少なくとも１つについてその上端部が気密に閉鎖されていることにより液面レベルの上方に密閉された空気空間が形成され、他のパイプ部のうち少なくとも１つについてその上端部が部分的に開放されている液体式制振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１に詳細に記載されているように、質量−ばね−ダンパ式の制振装置の使用が従来知られており、このような制振装置は、建築構造体又は機械構造体における垂直方向の制振に多く用いられている。また、水平方向の制振にはいわゆる振り子式制振装置が使用される。これら両制振装置の原理は、いずれも制振すべき構造体の所望の固有振動数に初期パラメータ（固有振動数及び減衰比）を最適に調整することを基本とするものである。そして、従来の制振装置においては、最適な初期パラメータを後から変更する場合に、例えば弾性要素の交換及び／又は振動体の質量の変更など多大な労力がかかってしまう。
【０００３】
質量−ばね−ダンパ式の制振装置の代わりとして、Ｕ字状のパイプシステムの一部に液体が満たされたいわゆる液体式制振装置がある。垂直方向及び水平方向の振動に対する液体式制振装置の理論的な研究は、Ｓｕｎらによって初めて行われた（非特許文献２，３）。さらに、水平方向の振動に対する液体式制振装置の包括的な研究は、Ｒｅｉｔｅｒｅｒ、Ｚｉｅｇｌｅｒらによって行われた（非特許文献４）。
【０００４】
ところで、特許文献１にはＵ字状のタンクを備えた制振装置が開示されており、この特許文献１に開示されたものは、その下部に液体が満たされ、この液体の上方に左右の空気室が配置されている。また、この空気の圧力は、エネルギー消費を伴いつつ吸気弁及び排気弁によって制御されている。
【０００５】
特許文献２には２つの空間部を備えた液体式制振装置が開示されており、これら２つの空間部は、外部に対し気密に閉鎖されているか、又はこれらの少なくともいずれかが当該液体式制振装置の高さ方向軸（特に他方の空間部の高さ方向軸）に対して対称に配置されている。さらに、この特許文献２には、少なくとも１つの空間部に対する気体の吸気及び排気を制御することにより、所望の減衰比に調整することが記載されているが、気体の吸気及び排気の制御に対するエネルギー消費の面から難点がある。
【０００６】
特許文献３には、左右の液面の上方にそれぞれ空気室を備えて成るシステムが開示されている。また、この特許文献３には、上方へ向けて開口した上端部において開度を変更することが可能な流出口が開示されている。
【０００７】
特許文献４には、液体の上方に形成された空間部をその上方において弁により密閉することが記載されている。また、この弁は、直接外部へ連通させるものであり、温度変化による圧力変化を補償するものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２２０５２２号公報
【特許文献２】オーストリア国特許第２０１８７０号明細書
【特許文献３】特開平９−１５１９８６号公報
【特許文献４】特開平５−２４８４９１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｐｅｔｅｒｓｏｎ，  Ｃ．  “Ｓｃｈｗｉｎｇｕｎｇｓｄａｅｍｐｆｅｒ  ｉｍ  Ｉｎｇｅｎｉｅｕｒｂａｕ”  １．  Ａｕｆｌａｇｅ，  Ｍａｕｒｅｒ  Ｓｏｅｈｎｅ  ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧ，  Ｍｕｅｎｃｈｅｎ，  ２００１，  ＩＳＢＮ  ３−００−００８０５９−７
【非特許文献２】Ｓｕｎ，  Ｌ．Ｍ．，  Ｆｕｊｉｎｏ，  Ｙ．，  Ｋｏｇａ，  Ｋ．，  “Ａ  Ｍｏｄｅｌ  Ｏｆ  Ｔｕｎｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｄａｍｐｅｒｓ  Ｆｏｒ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ  Ｐｉｔｃｈｉｎｇ  Ｍｏｔｉｏｎｓ  Ｏｆ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．  Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ”，  １９９５，  Ｖｏｌ．  ２４，  ｐ．  ６２５−６３６
【非特許文献３】Ｓｕｎ，  Ｌ．Ｍ．，  Ｎａｋａｏｋａ，  Ｔ．，  など、“Ｔｕｎｅｄ  ｌｉｑｕｉｄ  ｄａｍｐｅｒ  ｆｏｒ  ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ  ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ”，  Ｐｒｏｃ．  ４５ｔｈ  ＪＳＣＥ  ａｎｎｕａｌ  ｍｅｅｔｉｎｇ，  １９９０，  Ｖｏｌ．  １  ｐ．９７８−９７９
【非特許文献４】Ｒｅｉｔｅｒｅｒ，  Ｍ．，  Ｚｉｅｇｌｅｒ，  Ｆ．，  “Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ−Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｌｏｎｇ  Ｓｐａｎ  Ｂｒｉｄｇｅｓ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ＆  Ｈｅａｌｔｈ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ”，  ２００６，  Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，  Ｌｔｄ．，  ＩＳＳＮ  １５４５−２２５５，  Ｖｏｌ．  １３，  Ｎｏ．  ６，  ｐ．１００３−１０２７
【非特許文献５】Ｆｒｉｅｄ，  Ｅ．，  Ｉｄｅｌｃｈｉｋ，  Ｉ．Ｅ．，  “Ｆｌｏｗ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：  ａ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｇｕｉｄｅ  ｆｏｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ”，  １９８９，  Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ
【非特許文献６】Ｄｅｎ  Ｈａｒｔｏｇ，  Ｊ．Ｐ．，  “Ｍｅｃｈａｎｉｓｃｈｅ  Ｓｃｈｗｉｎｇｕｎｇｅｎ”，  １９３６，  Ｖｅｒｌａｇ  ｖｏｎ  Ｊｕｌｉｕｓ  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，  Ｂｅｒｌｉｎ
【非特許文献７】Ｒｅｉｔｅｒｅｒ，  Ｍ．，  “Ｓｃｈｗｉｎｇｕｎｇｓｄａｅｍｐｆｕｎｇ  ｖｏｎ  Ｂａｕｋｏｎｓｔｒｕｋｔｉｏｎｅｎ，  ｉｎｓｂｅｓｏｎｄｅｒｅ  ｖｏｎ  Ｂｒｕｅｃｋｅｎ”，  ２００４，  Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，  Ｆａｋｕｌｉｔａｅｔ  ｆｕｅｒ  Ｂａｕｉｎｇｅｎｉｅｕｒｗｅｓｅｎ，  Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｅｔ  Ｗｉｅｎ，  Ｉｎｓｔｉｔｕｔ  ｆｕｅｒ  Ａｌｌｇｅｍｅｉｎｅ  Ｍｅｃｈａｎｉｋ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的とするところは、わずかなエネルギー消費に抑えつつ建築構造体又は機械構造体への負荷に応じて適切な減衰比に調整することが可能な液体式制振装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は、冒頭に記載した液体式制振装置において、２つのパイプ部のうち１つのみを気密に密閉するとともに、もう一方のパイプ部の上方に、外部に連通する流出口を設けたことにより達成される。また、閉鎖された空気空間は少なくとも２つの空気空間部に分割されているとともに、分割された空気空間部の１つが液体の直上に配置され、他の１つ又は複数の分割された空気空間部は、それぞれ開口部を介して前記液体直上に配置された空気空間部及び／又は隣接する空気空間部に接続され、また、開口部が独立して閉鎖可能に構成されている。
【００１２】
ここで、分割された空気空間部の配置は、パイプ部の高さ方向に直列でもよいし、並列でもよい。また、パイプ部の断面についても、四角形でもよいし、円形でもよい。
【００１３】
また、開口部を開閉することで、液面直上の空気空間部及び該空気空間部に連通する他の空気空間部によって総体積を変化させることが可能であり、これにより液体式制振装置の固有振動数を変更することができる。
【００１４】
ところで、従来技術と異なり、本発明においては、制御された気体の吸気及び排気は行われない。制振装置の固有振動数は、液体の上方に位置する空間の総体積（直列又は並列に配置された分割された空間部の合計）を適当に選択することでエネルギーの消費を抑えつつ調整される。また、本発明における最適な減衰比は、開度可変の開口部の開度を適切に選択することで調整される。
【００１５】
さらに、前記開口部には、例えばマイクロコントローラユニットなどの制御装置によって制御される弁が設けられている。特に、上端部が開放されている空気空間の開放部分を、開度可変の開口部として形成するとともに、該開口部を、例えばマイクロコントローラユニットなどの制御装置により制御されるオリフィス開口部とするのが好ましい。そして、開口部の開度を変更することで、負荷に応じて減衰比を調整することが可能である。
【００１６】
また、減衰作用を高めるために、液体式制振装置内で使用される液体の密度ρを、１０００ｋｇ／ｍ３より大きく、特に１０００〜５０００ｋｇ／ｍ３（例えばベントナイト（ρ＝２３００ｋｇ／ｍ３））とするのが好ましい。
【００１７】
本発明による液体式制振装置を使用する場合には、予定される荷重に基づいて建築構造体及び機械構造体の固有振動数が計算されるとともに、当該液体式制振装置の最適な固有振動数が算出され、さらに、特に制御装置によって制御される弁である空気空間部間の開口部を開閉することにより、液面上にある空気空間及びこの空気空間に連通する空気空間部の総体積が、最適な固有振動数に対応する最適な体積に近似される。
【００１８】
また、予定される荷重に基づき最適な減衰比が計算され、部分的に開放されたパイプ部の開放面（開度）が、好ましくは制御装置により制御されるオリフィス開口部を介して最適な減衰比に調整される。ここで、様々な負荷に対する最適な減衰比に対応する開度調整の情報は、各液体式制振装置においてあらかじめ実験的に得ることができる。予定される荷重に基づく建築構造体及び機械構造体の固有振動数及び最適な減衰比の計算の基礎として、好ましくは、負荷を受ける部材の重量が特に動的な計量器によって計量される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、わずかなエネルギー消費に抑えつつ建築構造体又は機械構造体への負荷に応じて適切な減衰比に調整することが可能な液体式制振装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】垂直方向振動用の液体式制振装置を示す図である。
【図２】水平方向振動用の液体式制振装置を示す図である。
【図３】垂直方向及び水平方向の振動用の液体式制振装置を示す図である。
【図４】液体式制振装置における気密に閉鎖された端部を示す図である。
【図５】液体式制振装置における気密に閉鎖された端部を示す図である。
【図６】液体式制振装置における気密に閉鎖された端部の断面を示す図である。
【図７】液体式制振装置における気密に閉鎖された端部の断面を示す図である。
【図８】液体式制振装置における気密に閉鎖された端部の断面を示す図である。
【図９】液体式制振装置における気密に閉鎖された端部の断面を示す図である。
【図１０】内部に液体式制振装置を備えたブリッジ構造体の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１には垂直方向振動用の液体式制振装置が示され、図２には水平方向振動用の液体式制振装置が示され、図３には垂直方向及び水平方向の振動用の液体式制振装置が示されている。そして、図４及び図５には、それぞれ本発明による液体式制振装置における気密に閉鎖された端部の例が示されている。また、図６〜図９には、それぞれ本発明による液体式制振装置における気密に閉鎖された端部の断面の例が示されている。さらに、図１０には、内部に液体式制振装置を備えたブリッジ構造体の断面が示されている。
【００２３】
水平方向及び／又は垂直方向の振動について制振する液体式制振装置の構造は、マイクロコントローラユニットにより制御される最適な固有振動数調整及び減衰作用調整について優れている。この液体式制振装置は、断面積Ａ（任意形状）を有しつつ密度ρの液体で部分的に満たされているパイプシステムで構成されている。本実施の形態においては、原則として次の３つの種類の液体式制振装置に区別されている。すなわち、
・垂直方向振動用の液体式制振装置（図１）
・水平方向振動用の液体式制振装置（図２）
・垂直方向振動用と水平方向振動用のものを組み合わせた液体式制振装置（図３）
である。
【００２４】
＜垂直方向振動用の液体式制振装置（図１）＞
垂直方向振動用の液体式制振装置は、特に垂直方向の構造体振動の制振（減衰）に用いられるものである。一部が液体３で満たされたパイプシステムは、気密に閉鎖されたパイプ部１で構成されており、体積Ｖ０を有する液面レベル上方の空気空間は、体積Ｖ０１〜Ｖ０ｎを有する複数の空気空間部に分割されている。気密に閉鎖されたパイプ部１内には、ｐ１＝ｐ０＋２ρｇＨ０の圧力が作用している。ここで、ｐ０は大気圧であり、２Ｈ０はパイプ部１における液面レベル４と開口部を有するパイプ部２における液面レベル５の差である。なお、上記圧力の時間変化は圧力センサ６によって検出され、これに伴い液面レベルの静的及び動的な変化も検出される。
【００２５】
分割された空気空間部の配置は、パイプ部の高さ方向に直列でもよいし（図４）、並列でもよい（図５）。また、パイプ部の断面についても、四角形でもよいし（図６，図７）、円形でもよい（図８，図９）。ここで、分割された空気空間部がパイプ部の高さ方向に直列に配置されている場合には、各空気空間部は、弁７を介して隣接する空気空間部と接続されている。また、分割された空気空間部がパイプ部の高さ方向に並列に配置されている場合にも、各空気空間部は互いに隣接して配置されている。なお、各空気空間部の開閉は、マイクロコントローラユニット８によって制御されるようになっている。
【００２６】
開放された空気空間部の数、すなわち現状での空気体積Ｖは、所望する液体式制振装置の固有振動数（第１の初期パラメータ）に応じて最適に調整される。ここで、弁の開放度とこれによる液体減衰作用の関係については、非特許文献５において実験的に調査され、表にリスト化されている。
【００２７】
垂直方向振動用の液体式制振装置のパイプ部２は部分的に開放されて形成されており、このパイプ部２における液面レベル５については、パイプ部１における液面レベル４に対して高さ方向に２Ｈ０の差が設定されている。ここで、液面レベル５の上方には空気が存在しており、大気圧ｐ０が作用している。また、液柱の変位に伴い、空気は開度可変のオリフィス開口部９を介して上方へ流出する。ここで、このオリフィス開口部９の開度は、所望する液体による減衰（制振）作用（第２の初期パラメータ）に応じて、マイクロコントローラユニット８によって最適に調整されるようになっている。なお、垂直方向振動用の液体式制振装置のマイクロコントローラユニット８は、動的計量器１０及び／又は適当な重量測定システム（例えば動的重量計測システム（Ｗｅｉｇｈ−Ｉｎ−Ｍｏｔｉｏｎ−Ｓｙｓｔｅｍ））に接続されている。
【００２８】
制振すべき構造体における様々な動的な荷重状態（無負荷、部分負荷、全負荷）に応じて、固有振動数の変化及びこれに伴う追加荷重の大きさが加速度センサによって検出されるようになっている。そして、動的重量計測システムが例えば橋梁の前部に配置され、軸荷重及び変化した橋梁の固有振動数が検出される。現重量の検出は上記計量器１０によってなされ、マイクロコントローラユニット８へ情報を伝達することにより、液体式制振装置の最適な固有振動数及び減衰作用が算出される。この最適な固有振動数及び減衰作用は、開放された空気空間部の数を適当に選択すること、及びオリフィス開口部９の開度によって調整される。
【００２９】
ところで、垂直方向振動用の液体式制振装置の線形な固有振動数は、非圧縮性流体の流線に沿った非定常のベルヌーイ方程式を適用して、以下のように表される。
【００３０】
【数１】
2010540854.tif 000003
【００３１】
ここで、ｇ＝９．８１ｍ／ｓ２であり、ｈ０≒１０ｍである。このｈ０＝ｐ０／ρｇは大気圧ｐ０に対応する液柱の高さであり、ｎについては、１≦ｎ≦１．４であり、線形に用いられるポリトロープ指数を表している。また、流線の長さ及びパイプ部の水平面に対してなす角度は、それぞれＬ及びβで表されている。さらに、気密に閉鎖されたパイプ部において調整された空気ばねの仮定の高さＨａは
【００３２】
【数２】
2010540854.tif 000004
【００３３】
で表され、この高さＨａは、垂直方向振動用の液体式制振装置の固有振動数へ実質的に影響を与えるパラメータである。そして、固有振動数のアクティブな制御は、開放可能な弁７によって、直列又は並列に配置された空気空間部の数を選択することで行われる。
【００３４】
垂直方向振動用の液体式制振装置の第２の初期パラメータは、液体の減衰作用である。この減衰作用は、線形化された減衰率ζＡによって定義される。最適な値へのアクティブな液体の減衰作用の制御は、マイクロコントローラユニット８によって、オリフィス開口部９を介して行われる。線形化された減衰率ζＡに対応するオリフィス開口部の開度は、各液体式制振装置に対してあらかじめ実験的に決定しておくことが可能である。
【００３５】
ここで、垂直方向振動用の液体式制振装置の効果は、幾何学的因子κｖ＝２Ｈ０ｓｉｎβ／Ｌによって定義される。したがって、静止状態での初期のＨ０の値ができる限り大きく、β＝π／２であるのが好ましい。また、垂直方向振動用の液体式制振装置における質量は、ｍＡ＝κｖ・ｍｆで定義され、ここで、ｍｆ＝ρＡＬである。
【００３６】
＜水平方向振動用の液体式制振装置（図２）＞
水平方向振動用の液体式制振装置は、特に水平方向の構造体振動の制振（減衰）に用いられるものである。一部が液体３で満たされたパイプシステムは、気密に閉鎖されたパイプ部１で構成されており、体積Ｖ０を有する液面レベル上方の空気空間は、体積Ｖ０１〜Ｖ０ｎを有する複数の空気空間部に分割されている。釣り合い状態において、液面レベル１１は、両パイプ部に大気圧ｐ０が作用している。すなわち、オーバプレッシャは作用していない。また、気密に閉鎖されたパイプ部１内に設けられた圧力センサ６は、液体の振動が生じた際の圧力変化の値を供給するものである。
【００３７】
なお、水平方向振動用の液体式制振装置の動作及び制御についての他の詳細については、垂直方向振動用の液体式制御装置と同様である。
【００３８】
水平方向振動用の液体式制御装置の線形な固有振動数は、非圧縮性流体の流線に沿った非定常のベルヌーイ方程式を適用して、以下のように表される。
【００３９】
【数３】
2010540854.tif 000005
【００４０】
ここで、ｇ＝９．８１ｍ／ｓ２であり、ｈ０≒１０ｍである。このｈ０＝ｐ０／ρｇは大気圧ｐ０に対応する液柱の高さであり、ｎについては、１≦ｎ≦１．４であり、線形に用いられるポリトロープ指数を表している。また、流線の長さ及びパイプ部の水平面に対してなす角度は、それぞれＬ及びβで表されている。さらに、気密に閉鎖されたパイプ部において調整された空気ばねの仮定の高さＨａは
【００４１】
【数４】
2010540854.tif 000006
【００４２】
で表され、この高さＨａは、垂直方向振動用の液体式制振装置の固有振動数へ実質的に影響を与えるパラメータである。
【００４３】
ここで、水平方向振動用の液体式制振装置の効果は、幾何学的因子κＨ＝（Ｂ＋２Ｈ０ｓｉｎβ）／Ｌによって定義される。したがって、静止状態での水平方向長さＢの値ができる限り大きいのが好ましい。また、垂直方向振動用の液体式制振装置における質量は、ｍＡ＝κＨ・ｍｆで定義される。
【００４４】
＜垂直方向及び水平方向の複合振動用の液体式制振装置（図３）＞
垂直方向及び水平方向の複合振動用の液体式制振装置は、垂直方向及び／又は水平方向の構造体振動の制振（減衰）に用いられるものであり、基本的には、これら振動が複合されたものに対する液体式制振装置である。この液体式制振装置の幾何形状は、垂直方向及び／又は水平方向の振動を最適に減衰することができるように形成されている。ここで、線形の固有振動数及び実施形態は垂直方向振動用のものと同様であるが、水平方向のパイプ部が延長されている。
【００４５】
このような液体式制振装置によれば、
１）垂直方向と水平方向の複合振動が生じた場合に、唯一の液体式制振装置によってこの複合振動を最適に減衰することが可能であり、
２）負荷（作用方向及び励起振動数）に応じて、臨界固有振動数及びこれに対応する振動形状を垂直方向及び水平方向に誘起され、開放された空気空間部の数を適当に選択することで、液体式制振装置の固有振動数を垂直方向又は水平方向の振動に最適に合わせることが可能である
という大きな利点が得られる。
【００４６】
ここで、垂直方向及び水平方向の複合振動用の液体式制振装置の効果は、幾何学的因子κｖ＝２Ｈ０ｓｉｎβ／Ｌ及びκＨ＝（Ｂ＋２Ｈ０ｓｉｎβ）／Ｌによって定義され、このとき、どちらの振動が優勢であるかによって効果の比重が変化する。
【００４７】
＜液体式制振装置の最適な調整＞
液体式制振装置の最適な調整は、非特許文献４に記載されているような従来の質量−ばね−ダンパと類似の形態で行われる。質量−ばね−ダンパの最適な初期パラメータは、非特許文献５により初めて提示され、線形の固有振動数及び構造体の形式的な質量をそれぞれｆｓ＊及びＭ＊で表すと、
【００４８】
【数５】
2010540854.tif 000007
【００４９】
【数６】
2010540854.tif 000008
【００５０】
【数７】
2010540854.tif 000009
【００５１】
となる。
【００５２】
ここで、δｏｐｔ＊及びδＡ，ｏｐｔ＊は、それぞれ、線形の質量−ばね−ダンパ式制振装置の最適な振動数比及び減衰比を表している。液体式制振装置の最適な初期パラメータの計算に対する質量比は次のように定義される。
【００５３】
【数８】
2010540854.tif 000010
【００５４】
ここで、μ＝ｍｆ／Ｍであり、幾何学的因子κとしては、κｖ又はκＨを用いればよい。そして、液体式制振装置の最適な初期パラメータは、以下のとおりとなる。
【００５５】
【数９】
2010540854.tif 000011
【００５６】
ここで、δｏｐｔ＊＝δＡ，ｏｐｔ＊である。
【００５７】
＜鋼鉄製の橋梁での実施例＞
実際の例として、開放された断面を有し、長さｌ＝３０ｍの片持ちの鋼鉄製の橋梁を仮定する。この橋梁の長さ方向の桁材は高さ１．２ｍのＩ型鋼で形成されており、この長さ方向の桁材は、横方向の桁材と互いに結合されている。また、単位長さ当たりの質量はρＡ＝２６７０ｋｇであり、曲げ強さはＥＪ＝１．１×１０１０Ｎ／ｍｍ２である。
【００５８】
以下では、例えば列車の通過など２つの異なる動的な負荷（動荷重）をかけた状態について説明する。
ケース１：単位長さ当たりの負荷（ρＡ）ｚｕｓ１＝７００ｋｇ／ｍ
ケース２：単位長さ当たりの負荷（ρＡ）ｚｕｓ２＝２１００ｋｇ／ｍ
ケース３：無負荷
ここで、無負荷の場合は、列車の通過又は風による振動の後、橋梁の振動がなくなった状態が考えられる。そして、橋梁の形式的な動荷重は、
Ｍｚｕｓ１＝［ρＡ＋（ρＡ）ｚｕｓ１］ｌ／２＝５０５５０ｋｇ、
Ｍｚｕｓ２＝［ρＡ＋（ρＡ）ｚｕｓ２］ｌ／２＝７１５５０ｋｇ、
Ｍ＝ρＡｌ／２＝４００５０ｋｇ
となる（非特許文献７参照）。垂直方向の振動が優勢である場合、基本振動数は、このような異なる負荷状態に基づき以下のとおりとなる（非特許文献７参照）。
ケース１：基本振動数（垂直方向）ｆｓ，ｚｕｓ１＝３．１５Ｈｚ
ケース２：基本振動数（垂直方向）ｆｓ，ｚｕｓ２＝２．６５Ｈｚ
ケース３：基本振動数（垂直方向）ｆｓ＝３．５４Ｈｚ
このような橋梁の制振のために、液体総重量ｍｆ＝８００ｋｇの垂直方向振動用の液体式制振装置を用いると、１つの液体式制振装置により、すべてのケース（ケース１〜ケース３）において制振することができる。ここで、液体総重量と橋梁の重量の比は、上記式μ＝ｍｆ／Ｍにより算出され、μｚｕｓ１＝１．６％、μｚｕｓ２＝１．２％、μ＝２．０％となる。また、流線の長さ、液面レベルの差及びパイプ部の水平面に対する角度をそれぞれＬ＝１．５ｍ、Ｈ０＝０．３ｍ及びβ＝π／２とすると、パイプ部の断面積はＡ＝０．５３ｍ２となり、幾何学的因子はκｖ＝０．４となる（上記参照）。
【００５９】
垂直方向振動用の液体式制振装置の条件を決定すれば、数式５，６，７，８，９から各負荷状態に応じた液体式制振装置の最適な初期パラメータを算出することができ、以下のとおりとなる。
ケース１：ｆＡ，ｏｐｔ，ｚｕｓ１＝３．１２Ｈｚ、ζＡ，ｏｐｔ＝３．１％
ケース２：ｆＡ，ｏｐｔ，ｚｕｓ２＝２．６３Ｈｚ、ζＡ，ｏｐｔ＝２．７％
ケース３：ｆＡ，ｏｐｔ＝３．５０Ｈｚ、ζＡ，ｏｐｔ＝３．４％
また、各負荷状態に対する仮定の空気ばね高さは、数式１においてｎ＝１．２とすれば、以下のとおりとなる。
ケース１：Ｈａ，ｚｕｓ１＝０．２３ｍ
ケース２：Ｈａ，ｚｕｓ２＝０．３２ｍ
ケース３：Ｈａ＝０．１８ｍ
気密に閉鎖されたパイプ部における全体高さはその最大値が０．３２ｍであり、空気空間の分割は、静止状態の液面レベルから０．２３ｍと０．１８ｍとなるように行われる。したがって、最適な液体式制振装置の固有振動数は、各負荷状態に応じて、空気空間部を介して調整される。そして、最適な液体による制振の調整は、開放されたパイプ部における開度可変のオリフィス開口部を介してなされる。なお、このオリフィス開口部の開度については、実験的に求めることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１，２      パイプ部
３          液体
４，５      液面レベル
６          圧力センサ
７          弁
８          マイクロコントローラユニット
９          オリフィス開口部
１０        計量器
１１        液面レベル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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