(57)【要約】【課題】  異なる周期特性を有する直交する水平２方向に加えて水平斜め方向の構造物の揺れにも対応できるスロッシングダンパーを提供する。【解決手段】  スロッシングダンパー１０は、長径Ｄ１、短径Ｄ２の平面視楕円形の筒状容器１内に所定の水深ｈを有する水２が貯留されたものであり、楕円形の長軸方向Ｌと短軸方向Ｓのスロッシング周期は、構造物の主軸２方向の固有周期とそれぞれ同調している。筒状容器１の素材はＦＲＰや熱可塑性樹脂あるいは鋼材などである。【選択図】      図１
2005256943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物に設置された筒状容器内に液体が貯留され、当該液体のスロッシング周期を前記構造物の固有周期に同調させることにより、前記構造物の振動を抑制するスロッシングダンパーにおいて、
前記筒状容器が平面視楕円形であって、当該楕円形の長軸方向と短軸方向の前記スロッシング周期は、前記構造物の直交する水平２方向の固有周期とそれぞれ同調していることを特徴とするスロッシングダンパー。
【請求項２】
前記筒状容器の内周面に突起が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスロッシングダンパー。
【請求項３】
複数の前記筒状容器を備え、前記各筒状容器内の液体のスロッシング周期は、前記構造物の固有周期を含む所定の周期範囲を複数に分割にした各周期に対応するように同調されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスロッシングダンパー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強風や地震による構造物の水平振動を抑制するスロッシングダンパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
風揺れや地震のあと揺れに有効な受動型の制振装置としてＴＭＤ（Ｔｕｎｅｄ  Ｍａｓｓ  Ｄａｍｐｅｒ）やスロッシングダンパーがある。中でも、水を利用したスロッシングダンパーは、機構が簡単でローコストで製作できることから、様々な構造物に設置されている。
スロッシングダンパーは、円筒形の容器に所定の高さまで水を入れて密閉したものを多段に積み重ねて制振装置としたものであり（例えば、特許文献１参照。）、液体のスロッシングを利用して構造物に発生する振動エネルギーを吸収する。
【特許文献１】特開平３−４８０３７号公報  （第２−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、スロッシングダンパーを円筒形としているために、どの水平方向にも同じ周期特性を有することになる。このため、構造物の周期特性が直交する水平２方向で異なる場合には、揺れやすい長周期の水平方向だけを制振対象としたり、周期特性の異なる２種類のスロッシングダンパーを設置したりしていた。
一方、スロッシングダンパーの平面形状を矩形とすれば、直交する水平２方向で異なる周期特性を有していても対応することができるが、水平斜め方向の揺れに対しては、スロッシングダンパーの辺長が長くなり周期が伸びてしまう。例えば、直交する水平２方向の固有周期が同一である構造物の場合、水平斜め方向も同じ周期となるので、平面形状が矩形のスロッシングダンパーでは、水平斜め方向の揺れに対して効果的ではない。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、異なる周期特性を有する直交する水平２方向に加えて水平斜め方向の構造物の揺れにも対応できるスロッシングダンパーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明に係るスロッシングダンパーでは、構造物に設置された筒状容器内に液体が貯留され、当該液体のスロッシング周期を前記構造物の固有周期に同調させることにより、前記構造物の振動を抑制するスロッシングダンパーにおいて、前記筒状容器が平面視楕円形であって、当該楕円形の長軸方向と短軸方向の前記スロッシング周期は、前記構造物の直交する水平２方向の固有周期とそれぞれ同調していることを特徴とする。
ここで、スロッシングとは、容器内の液体が地震等の振動を受けた際に、液面が揺動する現象のことであり、液面の揺動周期をスロッシング周期という。因みに、液体が貯留された円筒状の容器のスロッシング周期Ｔは（１）式で表され、水深ｈが同じ場合、円筒の直径Ｄが大きくなるほどスロッシング周期Ｔは長くなる。
【０００５】
【数１】
2005256943.tif 000003
【０００６】
本発明では、液体が貯留された平面視楕円形の筒状容器の長軸方向と短軸方向のスロッシング周期を構造物の直交する水平２方向の固有周期とそれぞれ同調させる。これにより、異なる周期特性を有する直交する水平２方向の構造物の揺れを１台で抑制することができ、設置スペースの点から費用対効果が大きい。しかも、平面視楕円形の筒状容器の場合、水平斜め方向のスロッシング周期は長軸方向と短軸方向の間の周期となるので、水平斜め方向の構造物の揺れに対しても効果を発揮することができる。
【０００７】
また、本発明に係るスロッシングダンパーでは、前記筒状容器の内周面に突起が設けられていてもよい。
構造物に作用する風の向きは常時微妙に変化し続けることから、構造物の振動の向きおよび筒状容器内の液体の揺動の向きも微妙に変化する。そして、この変化が大きくなると、筒状容器内の液体が回り始める現象が発生し、かかる場合には、ダンパーとしての機能を発揮できなくなるおそれがある。
本発明では、筒状容器内の液体が回流しようとすると各突起が液体の流れに抵抗し、筒状容器内の液体の回流を防止する。
【０００８】
また、本発明に係るスロッシングダンパーでは、複数の前記筒状容器を備え、前記各筒状容器内の液体のスロッシング周期は、前記構造物の固有周期を含む所定の周期範囲を複数に分割にした各周期に対応するように同調されていてもよい。
スロッシングダンパーのスロッシング周期の調整誤差や液体の蒸発による液位の変動あるいは構造物の経年変化等により、スロッシングダンパーのスロッシング周期と構造物の固有周期との間にズレが生じる場合がある。そして、このような場合、スロッシングダンパーによる構造物の応答低減効果は低下する。
これに対して、本発明では、複数の筒状容器を備え、各筒状容器内の液体のスロッシング周期を、構造物の固有周期を含む所定の周期範囲内で少しずつ異なる周期に同調させる。これにより、構造物の揺れを低減できる周期帯域が拡大し、周期特性の変動にも頑健（ロバスト）なスロッシングダンパーを実現することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、液体が貯留された平面視楕円形の筒状容器の長軸方向と短軸方向のスロッシング周期を構造物の直交する水平２方向の固有周期にそれぞれ同調させることにより、異なる周期特性を有する直交する水平２方向に加えて水平斜め方向の構造物の揺れにも対応できるスロッシングダンパーを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係るスロッシングダンパーの実施形態について図面に基いて説明する。
図１は、本発明に係るスロッシングダンパーの第一の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は立断面図である。
図１に示すように、本実施形態によるスロッシングダンパー１０は、長径Ｄ１、短径Ｄ２の平面視楕円形の筒状容器１内に所定の水深ｈを有する水（液体）２が貯留されたものであり、楕円形の長軸方向Ｌと短軸方向Ｓのスロッシング周期は、構造物の直交する水平２方向の固有周期とそれぞれ同調している。
筒状容器１の素材はＦＲＰや熱可塑性樹脂あるいは鋼材などである。
【００１１】
一般に、構造物の直交する水平２方向には構造物の主軸方向が選ばれる。ここで、構造物の主軸方向とは、構造物に捩れが作用したときに、構造物の剛心（構造物にねじれが生じない作用点）と構造物の重心を結ぶ方向と、それに直交する方向の２方向である。図２は、構造物の梁伏図を示したものであるが、（ａ）の一般的な矩形構造物４の場合は、構造物の梁間方向および桁行方向である、Ｘ方向およびＹ方向が主軸となる。また、（ｂ）の平面視三角形の構造物５の場合は、Ｕ方向およびＶ方向が主軸となる。
【００１２】
筒状容器１の長径Ｄ１、短径Ｄ２および水深ｈは、スロッシングダンパー１０の長軸方向Ｌのスロッシング周期が、構造物４、５の主軸の内、長いほうの固有周期と一致し、且つ、短軸方向Ｓのスロッシング周期が、短いほうの固有周期と一致するように決定される。
水深ｈが同じ場合、スロッシングダンパー１０のスロッシング周期は、筒状容器１の径が大きいほど大きくなるほどスロッシング周期は長くなる。従って、水平斜め方向Ｍのスロッシング周期は長軸方向Ｌと短軸方向Ｓの間の周期となる。
なお、筒状容器１の高さＨは、水２が破砕しない程度の高さに決定される。
【００１３】
そして、構造物４、５の長周期側の主軸方向とスロッシングダンパー１０の長軸方向Ｌが一致するように、換言すれば、構造物４、５の短周期側の主軸方向とスロッシングダンパー１０の短軸方向Ｓが一致するように、構造物４、５の頂部若しくは上層階にスロッシングダンパー１０が設置される。
【００１４】
本実施形態によるスロッシングダンパー１０では、水２が貯留された平面視楕円形の筒状容器１の長軸方向Ｌと短軸方向Ｓのスロッシング周期を構造物４、５の主軸２方向の固有周期とそれぞれ同調させる。これにより、異なる周期特性を有する主軸２方向の構造物４、５の揺れを１台で抑制することができ、設置スペースの点から費用対効果が大きい。しかも、平面視楕円形の筒状容器１の場合、水平斜め方向Ｍのスロッシング周期は長軸方向Ｌと短軸方向Ｓの間の周期となるので、水平斜め方向Ｍの構造物の揺れに対しても効果を発揮することができる。
さらに、本実施形態によるスロッシングダンパー１０では、平面形状が従来の円形から楕円形に変更されるだけなので、製作および現場施工とも従来と同程度のコストで可能である。
【００１５】
加えて、本実施形態によるスロッシングダンパー１０は、従来のスロッシングダンパーが有する以下の効果も併せて有する。
（１）水深ｈによってスロッシングダンパー１０のスロッシング周期を調整できるので、増改築や用途変更による構造物の固有周期変動にも容易に対応できる。
（２）強風や中小地震だけでなく大地震に対しても、筒状容器１の内壁にぶつかる波が破砕しながらスロッシングダンパーとしての機能をある程度発揮できる。
（３）重錘を利用したＴＭＤでは、大地震時に重錘が過大な変位を生じるため、これを防止するストッパー手段が必要となる。これに対して、スロッシングダンパー１０では、筒状容器１の大きさ以上に水２が移動しないため、ストッパー手段が不要となり、コストアップを防ぐことができる。
【００１６】
図３は、本発明に係るスロッシングダンパーの第二の実施形態を示す平断面図である。
図３に示すように、本実施形態によるスロッシングダンパー２０は、第一の実施形態に加えて、筒状容器１の内周面１ａに一定の間隔で複数の突起３…が設けられている。
本実施形態によるスロッシングダンパー２０では、筒状容器１内の水２が回流しようとすると突起３…が水２の流れに抵抗し、筒状容器１内の水２の回流を防止することができる。
【００１７】
図４は、平面視楕円形の着脱自在な筒状容器１を多段に積層したスロッシングダンパーである。
図４（ａ）のように、同形状の筒状容器１を多段に積層したスロッシングダンパー３０の場合、各筒状容器１内の水２の総和がスロッシングダンパー３０の総有効質量となるため、大きな制振効果を発揮することができる。しかも、積層されているため、小さな設置スペースしか必要としない。
【００１８】
一方、図４（ｂ）は、構造物の固有周期を含む所定の周期範囲（例えば、構造物の固有周期を中心とする±５％程度の範囲）内で少しずつ異なるスロッシング周期を有するように、長径Ｄ１、短径Ｄ２または水深ｈが少しずつ異なる複数の筒状容器１…からなるスロッシングダンパー４０を示している。これにより、構造物の揺れを低減できる周期帯域が拡大し、周期特性の変動にも頑健（ロバスト）なスロッシングダンパーを実現することができる。
【００１９】
以上、本発明に係るスロッシングダンパーの実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、構造物の固有周期を含む所定の周期範囲内で少しずつ異なるスロッシング周期を有するようにする場合、１つの周期と１つの筒状容器とが対応関係にあるのではなく、周期ごとに重みを付け、ある特定の周期（例えば、構造物の固有周期）に対して複数の筒状容器を対応させてもよい。また、筒状容器内に仕切等を配置して消波効果をもたせることにより、粘性抵抗による減衰特性を調整してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るスロッシングダンパーの第一の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は立断面図である。
【図２】構造物の梁伏図を示し、（ａ）は一般的な矩形構造物の場合、（ｂ）は平面視三角形の構造物の場合である。
【図３】本発明に係るスロッシングダンパーの第二の実施形態を示す平断面図である。
【図４】平面視楕円形の着脱自在な筒状容器を多段に積層した状態を示し、（ａ）は各筒状容器の形状が同じ場合、（ｂ）は筒状容器ごとに径および高さを変化させた場合である。
【符号の説明】
【００２１】
１  筒状容器
２  水（液体）
３  突起
４  矩形構造物
５  平面視三角形の構造物
１０、２０、３０、４０  スロッシングダンパー
【図１】
2005256943.tif 000004
【図２】
2005256943.tif 000005
【図３】
2005256943.tif 000006
【図４】
2005256943.tif 000007