(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風や地震に対して異なる応答を生じる主塔部と主桁部に対し個々に制震装置を設置してなる橋梁において、前記主塔部に受動型の制震装置であるダンパ兼振動エネルギー変換装置を設置し、前記主桁部にエネルギー供給を必要とする能動制御型の制震装置を設置し、主塔部の振動を受けて前記ダンパ兼振動エネルギー変換装置によって変換されたエネルギーをエネルギー蓄積装置に蓄積し、前記エネルギー蓄積装置に蓄積されたエネルギーを前記能動制御型の制震装置に供給して主桁部の振動を抑制するよう構成したことを特徴とする振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物。
【請求項２】
風や地震に対して異なる応答を生じる主塔部と主桁部に対し個々に制震装置を設置してなる橋梁において、前記主桁部に受動型の制震装置であるダンパ兼振動エネルギー変換装置を設置し、前記主塔部にエネルギー供給を必要とする能動制御型の制震装置を設置し、主桁部の振動を受けて前記ダンパ兼振動エネルギー変換装置によって変換されたエネルギーをエネルギー蓄積装置に蓄積し、前記エネルギー蓄積装置に蓄積されたエネルギーを前記能動制御型の制震装置に供給して主塔部の振動を抑制するよう構成したことを特徴とする振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物。
【請求項３】
前記ダンパ兼振動エネルギー変換装置が、構造体に設置された付加質量と、前記付加質量を構造体に対し相対移動可能に支持するバネ手段およびダンパとからなるダイナミックダンパである請求項１または２記載の振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物。
【請求項４】
前記ダンパ兼振動エネルギー変換装置が、構造体内に耐震要素を介して設置されたダンパである請求項１または２記載の振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物。
【請求項５】
前記能動制御型の制震装置が、構造体に設置された付加質量と、前記付加質量を構造体に対し相対移動可能に支持するバネ手段と、前記構造体に反力をとって前記付加質量に振動外力または建物の応答に応じた制御力を加える駆動装置とを備えた制震装置である請求項１、２、３または４記載の振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物。
【請求項６】
前記能動制御型の制震装置が、構造体内に耐震要素を介して設置され、構造体に振動外力または建物の応答に応じた制御力を加える駆動装置を備えた制震装置である請求項１、２、３または４記載の振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物。
【請求項７】
前記振動エネルギー変換装置が油圧ダンパにより構成され、前記エネルギー蓄積装置がアキュムレータにより構成され、前記能動制御型の制震装置が油圧アクチュエータにより構成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物。
【請求項８】
前記振動エネルギー変換装置が電磁ダンパにより構成され、前記エネルギー蓄積装置がバッテリにより構成され、前記能動制御型の制震装置が電磁アクチュエータにより構成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、橋梁の振動を制震装置により制御して揺れを低減し、機能性や安全性を確保する振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
出願人は、これまで各種の能動制震装置を開発している。
【０００３】
これらの能動制御型を大きく分類すると、付加質量とそれを駆動するアクチュエータ、入力地震動や建物の揺れを検出するセンサ、センサからの信号を分析してアクチュエータへの駆動指令を決める制御コンピュータ等からなるアクティブマスドライバ方式の装置（例えば特公平４−６３１８５号公報、特公平８−６４９４号公報等参照）、柱梁架構内に筋交い状に取り付けたテンドンを直接アクチュエータで緊張・弛緩して制御を行うアクティブテンドン方式の装置（例えば特公平６−７６７３８号公報、特公平６−８６７４５号公報等参照）、柱梁架構とブレースや耐震壁等の耐震要素との連結状態をアクチュエータあるいはダンパ等を介して制御する能動制御型の可変剛性装置（例えば特公平７−４５７８１号公報、特公平７−４７８９８号公報等参照）がある。
【０００４】
上述の能動制御型の制震装置で特に大きな制御力（制震力）を発生させる装置では、そのためのエネルギーを如何にして供給するかが問題となる。
【０００５】
ここで、制御力を発生させる制震装置において大きい制震効果を得るためには、大型のアクチュエータ等により強制的に揺れを抑えることが最も確実な方法であるが、その場合、エネルギーのコストの問題、エネルギー供給設備スペースの問題、メンテナンスの問題、さらに停電等の非常時におけるエネルギー供給の問題がある。
【０００６】
そこで出願人は、免震装置によって支持された質量体（付加質量）と支持面との間にエネルギー変換装置を介在させ、地震時の質量体と支持面の相対変位を利用して地震エネルギーをエネルギー変換装置に導入し、これを構造物に設置した能動制御型の制震装置の駆動エネルギーに変換しエネルギー蓄積型制震構造物を開発している（特開平９−３２４５５２号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、橋梁、特に長大橋では例えば強風時の振動によって設計が決まったり、また場合によってはこの振動が使用上問題となることがある。
【０００８】
このような長大橋の複雑な振動は、主塔部と主桁部の両方の揺れにより生じる。従って橋梁の振動を抑制するためには、両方の振動を低減する必要があるが、鉛直方向の主塔部と水平方向の主桁部から構成される橋梁の揺れを同時に制御することは難しく、実際上は主塔部、主桁部に対し個々に制震装置を設置することになる。
【０００９】
本願発明は、このような主塔部と主桁部を有する橋梁の揺れを効率良く抑え、橋梁としての機能と安全性を確保することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物は、風や地震に対して異なる応答を生じる主塔部と主桁部に対し個々に制震装置を設置してなる橋梁において、前記主塔部に受動型の制震装置であるダンパ兼振動エネルギー変換装置を設置し、前記主桁部にエネルギー供給を必要とする能動制御型の制震装置を設置し、主塔部の振動を受けて前記ダンパ兼振動エネルギー変換装置によって変換されたエネルギーをエネルギー蓄積装置に蓄積し、前記エネルギー蓄積装置に蓄積されたエネルギーを前記能動制御型の制震装置に供給して主桁部の振動を抑制するよう構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
すなわち、主塔部は受動型の制震装置により、また主桁部は能動制御型の制震装置により、個々に制御を行うにあたり、受動型の制震装置をダンパ兼振動エネルギー変換装置として構成することで、主塔部の揺れによってダンパ兼エネルギー変換装置に入力されるエネルギーを、主桁部の能動制御型の制震装置で利用可能な形に変換し、これをエネルギー蓄積装置を介して主桁部の能動制御型の制震装置に供給するようにしたものである。
【００１２】
したがって、例えば能動制御型の制震装置が油圧によって駆動されるものであれば、受動型の制震装置であるダンパ兼エネルギー変換装置で振動エネルギーを油圧の形に変換し、アキュムレータなどのエネルギー蓄積装置に蓄積し、これを能動制御型の制震装置に供給することになる。
【００１３】
本願の請求項２に係る振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物は、風や地震に対して異なる応答を生じる主塔部と主桁部に対し個々に制震装置を設置してなる橋梁において、前記主桁部に受動型の制震装置であるダンパ兼振動エネルギー変換装置を設置し、前記主塔部にエネルギー供給を必要とする能動制御型の制震装置を設置し、主桁部の振動を受けて前記ダンパ兼振動エネルギー変換装置によって変換されたエネルギーをエネルギー蓄積装置に蓄積し、前記エネルギー蓄積装置に蓄積されたエネルギーを前記能動制御型の制震装置に供給して主塔部の振動を抑制するよう構成したことを特徴とするものである。
【００１４】
これは、請求項１に係る振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物におけるダンパ兼エネルギー変換装置としての受動型の制震装置と能動制御型の制震装置の配置を主塔部と主桁部で入れ替えたものに相当する。
【００１５】
請求項３は、請求項１または２に係る振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物において、ダンパ兼振動エネルギー変換装置が、ダイナミックダンパである場合を限定したものである。
【００１６】
ダイナミックダンパは、一般に構造体に設置された付加質量と、前記付加質量を構造体に対し相対移動可能に支持するバネ手段およびダンパとからなる。
【００１７】
なお、バネ手段としては、コイルバネその他の各種バネに限らず、付加質量を振り子式に吊り支持することにより所定の固有周期を持たせたものなども含まれる。
【００１８】
ダイナミックダンパにおけるダンパとしては、従来、油圧ダンパ、電磁ダンパ、粘性ダンパなどが用いられているが、本願発明ではダイナミックダンパ部分でエネルギーを消費してしまうのではなく、エネルギーを変換・蓄積する必要があるため、油圧の形でエネルギーの変換・蓄積が可能な油圧ダンパあるいは電気の形でエネルギーの変換・蓄積が可能な電磁ダンパなどを用いることになる。
【００１９】
請求項４は、請求項１または２に係る振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物において、ダンパ兼振動エネルギー変換装置が、構造体内に耐震要素を介して設置されたダンパである場合を限定したものである。
【００２０】
この場合のダンパも油圧式のダンパや電磁ダンパなどが考えられる。また、油圧式のダンパには、油圧室間を結ぶ流路にオリフィスや受動型の流量制御弁を設け、減衰係数を所定の値に調整したり、ある範囲で可変としたものなども含まれる。
【００２１】
耐震要素は例えば構造体を構成するフレーム内にブレースあるいは耐震壁などの形で配置することができるが、形態等は特に限定されない。
【００２２】
請求項５は、請求項１、２、３または４に係る振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物において、能動制御型の制震装置が、構造体に設置された付加質量と、前記付加質量を構造体に対し相対移動可能に支持するバネ手段と、前記構造体に反力をとって前記付加質量に振動外力または建物の応答に応じた制御力を加える駆動装置とを備えた制震装置（アクティブマスダンパ）である場合を限定したものである。
【００２３】
このようなアクティブマスダンパは、構造体あるいは装置設置部分の振動を検知するセンサ等の情報をもとにコンピュータあるいは電気的な制御回路によって求めた最適な制御力を駆動装置から付加質量に加えることによって構造体の振動を抑制することができる。
【００２４】
従来、駆動装置として油圧式のアクチュエータを用いたものや電動式のアクチュエータを用いたものなどが知られており、油圧式のものとするか電磁式のものとするか等は、ダンパ兼エネルギー変換装置によって変換されるエネルギーが油圧か電気か等に応じて決まる。
【００２５】
請求項６は、請求項１、２、３または４に係る振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物において、能動制御型の制震装置が、構造体内に耐震要素を介して設置され、構造体に振動外力または建物の応答に応じた制御力を加える駆動装置を備えた制震装置である場合を限定したものである。
【００２６】
これは請求項３における受動型の制震装置であるダンパ兼振動エネルギー変換装置が、能動制御型の制震装置に置き替わった構成であり、駆動装置としては、油圧式または電動式のアクチュエータの他、油圧ダンパにおける流路に能動制御型の開閉制御弁を設けて減衰係数を可変とし、減衰抵抗力の形で構造体に制御力を与える可変減衰装置等を用いることができる。
【００２７】
請求項７は、請求項１〜６に係る振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物において、より具体的な形態として、振動エネルギー変換装置が油圧ダンパにより構成され、エネルギー蓄積装置がアキュムレータにより構成され、能動制御型の制震装置が油圧アクチュエータにより構成されている場合を限定したものである。
【００２８】
請求項８は、請求項１〜６に係る振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物において、より具体的な形態として、振動エネルギー変換装置が電磁ダンパにより構成され、エネルギー蓄積装置がバッテリにより構成され、能動制御型の制震装置が電磁アクチュエータにより構成されている場合を限定したものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は主塔部１と主桁部２とケーブル３から構成される長大橋に、本願発明を適用した振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物の基本概念を概略的に示したものである。
【００３０】
本願発明では主塔部１または主桁部２のいずれか一方に、受動型の制震装置であるダンパ兼エネルギー変換装置４を設置し、他方に能動制御型の制震装置５を設置し、任意の位置にエネルギー蓄積装置６を設置する。
【００３１】
例えば、主塔部１にダンパ兼エネルギー変換装置４を設置したとすれば、主桁部２に能動制御型の制震装置５を設置する。また、図では主桁部２の下面にエネルギー蓄積装置６を設置している。
【００３２】
その場合、強風時等の主塔部１の振動は受動型の制震装置であるダンパ兼エネルギー変換装置４がダンパとして機能し、エネルギーを吸収することで主塔部１の振動を抑制しつつ、吸収したエネルギーを変換してエネルギー蓄積装置６に蓄積する。
【００３３】
一方、主桁部２の振動については、センサからの情報などをもとに能動制御型の制震装置５の駆動装置を駆動し、主桁部２の振動を抑制する。その際、駆動エネルギーをエネルギー蓄積装置６から得ることで、理想的には外部からのエネルギー供給の必要がなくなり、エネルギー供給設備を省略することができる。
【００３４】
ただし、エネルギー蓄積装置６に蓄積されるエネルギーでは不足する場合には、別途、外部エネルギー供給設備を併設してもよい。その場合も、外部エネルギー供給設備は小規模のものとすることができる。
【００３５】
逆に、主桁部２にダンパ兼エネルギー変換装置４を設置したとすれば、主塔部１に能動制御型の制震装置を設置する。システムとしての原理は上述したものと同じである。
【００３６】
図２は本願の請求項１、３、５に対応する振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物の一実施形態を示したものである。
【００３７】
すなわち、この例では、主塔部１の頂部に受動型の制震装置であるダイナミックダンパ（動吸振器）７を設置し、主桁部２にアクティブマスダンパ８を設置している。
【００３８】
強風時等におけるダイナミックダンパ７による主塔部１の制震自体は、従来のダイナミックダンパによる制震と同じ原理によるものであるが、本願発明ではこのダイナミックダンパ７をダンパ兼エネルギー変換装置として機能させることで、吸収・変換したエネルギーをエネルギー蓄積装置６に蓄積し、そのエネルギーを利用してやはり従来と同じ原理で制震を行う能動型の制震装置であるアクティブマスダンパ８の駆動装置を駆動する。
【００３９】
図中、１０は主桁部２の振動を検出するセンサであり、センサからの情報をコンピュータ９で解析し、アクティブマスダンパ８を作動させることで、主桁部２の振動を抑制することができる。
【００４０】
図３は、本願の請求項４、６に対応する振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物の一実施形態を示したもので、(a) に主塔部へのダンパ兼エネルギー変換装置の配置を(b) に主桁部への能動制御型の制震装置とエネルギー蓄積装置の配置を示している。
【００４１】
すなわち、この例では、主塔部１にはブレース１１等の耐震要素を介して、ダンパ兼エネルギー変換装置としてのダンパ１２を組み込み、主桁部２にはブレース１１等の耐震要素を介して能動制御型の制震装置としてのアクチュエータ１３を組み込んでいる。
【００４２】
ここでも、ダンパ１２が主塔部１の振動の抑制を行うと同時に振動エネルギーを吸収・変換して、この例において主桁部２に設置したエネルギー蓄積装置６に一旦蓄積し、センサ１０の情報に基づいてコンピュータ９がアクチュエーター１３の制御力を計算し、蓄積されたエネルギーをアクチュエーター１３に供給して、主桁部２の振動を抑制する。
【００４３】
なお、図２の実施形態と図３の実施形態の組合せも可能である。例えば主塔部１に図２のダイナミックダンパ７を設置し、吸収・変換したエネルギーにより、主桁部２にブレース１１等の耐震要素を介して設置した図３のアクチュエーター１３を駆動するといった構成も考えられる。
【００４４】
図４は本願の請求項４、６、７に対応する振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物の一実施形態におけるダンパ兼エネルギー変換装置、エネルギー蓄積装置、能動制御型の制震装置の関係を示したものである。
【００４５】
この例では、主塔部１にブレース１１などの耐震要素を介して設置したダンパ兼エネルギー変換装置としての受動型の制震装置である油圧ダンパ１２で主塔部１の振動を抑制し、その際に油圧ダンパ１２が受ける振動エネルギーを主桁部２に設置したエネルギー蓄積装置としてのアクチュエータ１４に蓄積し、アクチュエータ１４に蓄積された油圧を利用して、主桁部２にブレース１１などの耐震要素を介して設置された能動制御型の制震装置としての油圧アクチュエータ１３をセンサなどからの情報を基に制御することで主桁部２の振動を抑制することができる。
【００４６】
【発明の効果】
主塔部と主桁部の双方に配置した制震装置によって、長大橋等の複雑な振動を抑制するにあたり、一方に配置したダンパ兼エネルギー変換装置と、他方に配置した能動制御型の制震装置の間にエネルギー蓄積装置を介在させ、構造物に生じる振動エネルギーをダンパ兼エネルギー変換装置で吸収・変換し、これを能動制御型の制震装置の駆動のために供給することで、主塔部と主桁部を有する橋梁の揺れを効率良く抑え、橋梁としての機能と安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の請求項１、２に係る振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物の概念図である。
【図２】本願の請求項１、３、５に係る振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物の一実施形態を示す概要図である。
【図３】本願の請求項４、６に係る振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物の一実施形態を示したものであり、(a) は主塔部へのダンパ兼エネルギー変換装置の配置を示す立面概要図、(b) は主桁部への能動制御型の制震装置とエネルギー蓄積装置の配置を示す平面概要図である。
【図４】本願の請求項４、６、７に係る振動エネルギー変換・供給型橋梁制振構造物の一実施形態におけるダンパ兼エネルギー変換装置、エネルギー蓄積装置、能動制御型の制震装置の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１…主塔部、２…主桁部、３…ケーブル、４…ダンパ兼エネルギー変換装置、５…能動制御型の制震装置、６…エネルギー蓄積装置、７…ダイナミックダンパ、８…アクティブマスダンパ、９…コンピュータ、１０…センサ、１１…ブレース、１２…ダンパ、１３…アクチュエータ、１４…アキュームレータ
【図１】
0003903596.tif 000002
【図２】
0003903596.tif 000003
【図３】
0003903596.tif 000004
【図４】
0003903596.tif 000005