(57)【要約】【課題】  特定の周波数域に限定されず、広い周波数域で高い振動低減効果を得ることができる方法およびシステムを提供すること。【解決手段】  振動を発するかまたは振動を受ける構造物２の直下、前記構造物の周辺の地下、或いは振動伝播経路の少なくともいずれかに、周辺の地盤よりも剛性の高い固結体６を設置し、固結体６を、振動の周期と同調することなく位相をずらして振動させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動を発するかまたは振動を受ける構造物の直下、前記構造物の周辺の地下、或いは振動伝播経路の少なくともいずれかに、周辺の地盤よりも剛性の高い固結体を設置し、前記固結体を、前記振動の周期と同調することなく位相をずらして振動させることを特徴とする地盤の振動を低減する方法。
【請求項２】
振動を発するかまたは振動を受ける構造物の直下、前記構造物の周辺の地下、或いは振動伝播経路の少なくともいずれかに設置され、周辺の地盤よりも剛性の高い固結体と、
前記固結体を振動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータを、前記固結体が前記振動の周期と同調することなく位相をずらして振動するように制御する制御装置とを備えることを特徴とする地盤の振動を低減するシステム。
【請求項３】
前記制御装置が、前記アクチュエータを、前記固結体が前記振動と等しい周期で位相を略πラジアンずらして振動するように制御することを特徴とする請求項２記載の地盤の振動を低減するシステム。
【請求項４】
前記固結体が複数に分割され、各分割体にそれぞれ前記アクチュエータが設置されていることを特徴とする請求項２または３記載の地盤の振動を低減するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の振動を低減する方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、交通振動や機械振動によって、道路や鉄道構造物等の周辺における振動障害が多発している。特に、交通量の多い道路や鉄道の軌道近くでは、それらを通行する車両の発する振動が、周辺の家屋や住民に及ぼす悪影響が甚大である。そのため、それらをより効果的に、かつ効率よく抑制するための対策が強く求められている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−９０３８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の振動抑制対策では、振動伝達経路上の地盤に溝を掘ったり、地盤に防振効果を生む廃タイヤを埋設したり、地盤に周辺よりも剛性の高い固結体を埋設したりして振動伝達経路を遮断する手法が採用されている。しかしながら、これらの対策では、振動抑制効果が限定的で、十分な振動低減効果を得られなかった。また、特定の周波数域では高い振動低減効果を発揮するものの、その領域から外れた周波数域では十分な振動低減効果を得られない場合があった。
【０００４】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、道路や鉄道構造物等の周辺における振動障害に対し、特定の周波数域に限定されず、広い周波数域で高い振動低減効果を得ることができる方法およびシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成の地盤の振動を低減する方法およびシステムを採用する。
すなわち本発明の請求項１記載の地盤の振動を低減する方法は、振動を発するかまたは振動を受ける構造物の直下、前記構造物の周辺の地下、或いは振動伝播経路の少なくともいずれかに、周辺の地盤よりも剛性の高い固結体を設置し、前記固結体を、前記振動の周期と同調することなく位相をずらして振動させることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の地盤の振動を低減するシステムは、振動を発するかまたは振動を受ける構造物の直下、前記構造物の周辺の地下、或いは振動伝播経路の少なくともいずれかに設置され、周辺の地盤よりも剛性の高い固結体と、前記固結体を振動させるアクチュエータと、前記アクチュエータを、前記固結体が前記振動の周期と同調することなく位相をずらして振動するように制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の地盤の振動を低減するシステムは、請求項２記載の地盤の振動を低減するシステムにおいて、前記制御装置が、前記アクチュエータを、前記固結体が前記振動と等しい周期で位相を略πラジアンずらして振動するように制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の地盤の振動を低減するシステムは、請求項２または３記載の地盤の振動を低減するシステムにおいて、前記固結体が複数に分割され、それら各分割体にそれぞれ前記アクチュエータが設置されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、周辺の地盤よりも剛性の高い固結体を、地盤振動の周期と同調することなく位相をずらして振動させることにより、構造物に伝播する地盤振動が効果的に低減される。つまり、固結体を振動させることによって、低減すべき地盤振動のエネルギーが散逸するので、地盤振動のエネルギーが減衰されるのである。
また、低減すべき地盤振動の周期や振幅が変化したとしても、それに応じて固結体を振動させる周期や振幅を変更することにより、固結体が地盤振動を打ち消すために最適な挙動をするので、特定の周波数に限定されず、構造物に伝播する地盤振動が効果的に低減される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、道路や鉄道構造物等の周辺における振動障害に対し、特定の周波数域に限定されず、広い周波数域で高い振動低減効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態を、図１から図４に示して説明する。
図１には、交通振動に起因する振動障害を生じる都市構造のモデル図を示す。図において、符号１は交通振動の原因となる高架橋、２は高架橋１が引き起こす振動障害を受けている構造物、３は高架橋１と構造物２との間の地下に設置された振動低減壁、４は振動低減壁３が設置された地表の地盤振動を計測する振動計である。
【００１２】
図２には、振動低減壁３の構造を示す。図に示すように、振動低減壁３は、固定壁５と、固定壁５との間に間隙を設けて平行に設置された可動壁（固結体）６と、固定壁５と可動壁６との間に設置され、固定壁５に対して反力を作用させて可動壁６を動かすアクチュエータ７とを備えている。固定壁５および可動壁６には、周辺の地盤よりも高い剛性が与えられている。また、可動壁６は、それぞれが三角形をなす複数の分割体６ａに分かれており、各分割体６ａには、３つの頂点に近い位置にそれぞれアクチュエータ７が設置されている。アクチュエータ７には、圧電素子、油圧シリンダ等の機構が、適宜選択されて使用される。
【００１３】
図３には、地盤の振動を低減するシステムの構成を示す。このシステムは、前記した振動計４と、振動計４から出力されたアナログ信号を増幅する増幅器８と、増幅された振動計４の出力から振動低減対象周波数領域外の余計な高周波成分を除去するフィルタ９と、高周波成分を除去された出力をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１０と、デジタル信号に変換された振動計４の出力から振動計４の設置位置における地盤振動を解析し、その解析結果に基づいてアクチュエータ７を制御する制御装置としてのパソコン１１と、パソコン１１からアクチュエータ７を制御すべく出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器１２と、アクチュエータ７を具備する振動低減壁３とを備えている。
【００１４】
続いて、上記のシステムを用いて上記モデル図の都市構造に生じる振動障害を解消する方法について説明する。
高架橋１を車両が通行し、例えば２〜４Ｈｚ（ヘルツ）を主成分とする振動が生じると、この振動は地盤を全方位的に伝播し、高架橋１の近隣に建つ構造物２にも伝播する。
上記システムにおいては、高架橋１から構造物２に向けて伝播する地盤振動が、高架橋１と構造物２との間に設置された振動低減壁３と同地点に設置された振動計４によって計測される。振動計４によって計測された地盤振動の大きさや周期の情報を含む信号は、増幅器８、フィルタ９、ＡＣ変換器１０を経てパソコン１１に入力される。パソコン１１では、振動低減壁３が設置された地点の地盤振動の大きさや周期の情報を解析し、可動壁６
を構成する各分割体６ａを、同地点の地盤振動に近い周期で、かつこの振動を低減するに有効な振幅で、また位相をπラジアンずらして振動させる制御信号を出力する。パソコン１１から出力された制御信号は、ＤＡ変換器１２を経て各アクチュエータ７に入力される。アクチュエータ７は、制御信号に従って駆動し、可動壁６を構成する各分割体６ａを、上記のごとく振動させる。
【００１５】
上記のシステムにおいては、振動低減壁３に伝播する地盤振動のエネルギーは、各分割体６ａが、地盤振動の周期に対して位相をπラジアンだけずらして振動することによって減衰される。つまり、地盤と各分割体６ａとが押し合うことにより、低減すべき地盤振動のエネルギーが散逸するので、構造物２に伝播する地盤振動が効果的に低減される。
【００１６】
また、上記のシステムにおいては、低減すべき地盤振動の周期や振幅が変化したとしても、それに応じて各分割体６ａを振動させる周期や振幅を変更することにより、各分割体６ａが地盤振動を打ち消すために最適な挙動をするので、特定の周波数に限定されず、構造物２に伝播する地盤振動が効果的に低減される。
【００１７】
ところで、上記のシステムにおいては、振動低減壁３を、高架橋１から構造物２への地盤振動の伝達経路の途中に設置したが、これ以外に、振動低減壁３を振動源である高架橋１の直下に設置したり、振動を受ける構造物２の直下に設置したり、また、振動源から振動を受ける構造物への伝播経路上に設置してもよい。さらに、振動低減壁３をこれら複数箇所へ同時に設置しても効果的である。
また、各分割体６ａを、振動低減壁３に伝播する地盤振動の周期に対して位相をπラジアンだけずらして振動させたが、位相のずれ量はπラジアンに限らず、振動の振幅が一致しなければ、ある程度の効果が得られる。つまり、位相のずれ量はπラジアンを含めた有効な範囲だけずらして振動することによって減衰される。勿論、位相のずれ量をπラジアンとした場合が最も効果的であることはいうまでもない。
また、各分割体６ａの振幅の大きさも、地盤振動の半分に限らず、振動低減壁３に求められる減衰特性に応じて変化させればよい。
【００１８】
上記のシステムにおいては、可動壁６を、三角形をなす複数の分割体６ａに分け、各分割体６ａを独立して振動させるように構成した。これは、可動壁６をあまりに大型化しすぎるとアクチュエータ７のストロークが長くなり、現実的ではなくなること、ストロークが長くなることで可動壁６に短い周期の振動をさせ難くなることを考慮したためである。このような条件が許容される場合であれば、可動壁６を分割せずに単体として駆動させても構わない。
【００１９】
上記のシステムにおいては、振動低減壁３を地表面に対して平行に設置したが、それ以外に、高架橋１から構造物２への地盤振動の伝達経路を断つように、振動低減壁３を地表面に対して垂直に設置してもよい。
【実施例】
【００２０】
図４には、震動源（上記実施の形態では高架橋）から３０ｍ離れた地点に振動低減壁３を設置してこれを作動させた場合と作動させなかった場合とで、振動低減壁３を設置しなかった場合と比較してどの程度の振動低減効果が得られるかを比較したグラフである（横軸は地盤振動の周波数、縦軸は振動低減壁３を設置しなかった場合の地盤の加速度に対する、振動低減壁３を設置した場合の地盤の加速度の比である）。
振動低減壁３を設置してこれを作動させなかった場合と、振動低減壁３を設置しなかった場合とで、振動する地盤の加速度を比較すると、当然のごとく振動低減壁３を設置した場合においてすべての周波数域（０〜６Ｈｚ）で加速度が低減しており、振動低減効果が現れている。しかしながら、その加速度低減の幅は、最大でも６０％程度となっている。これに対し、振動低減壁３を設置してこれを作動させた場合と振動低減壁３を設置しなかった場合とで、振動する地盤の加速度を比較すると、すべての周波数域で上記の場合よりも優れた振動低減効果が現れており、その加速度低減の幅も、最大で９０％近くに達している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態を示す図であって、交通振動に起因する振動障害を生じる都市構造のモデル図である。
【図２】振動低減壁３の構造を示す斜視断面図である。
【図３】地盤の振動を低減するシステムの構成を示すブロック図である。
【図４】震動源から３０ｍ離れた地点に振動低減壁３を設置してこれを作動させた場合と作動させなかった場合とで、振動低減壁３を設置しなかった場合と比較してどの程度の振動低減効果が得られるかを比較したグラフである。
【符号の説明】
【００２２】
１      高架橋
２      構造物
３      振動低減壁
４      振動計
５      固定壁
６      可動壁（固結体）
７      アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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