(57)【要約】【課題】従来のＴＭＤのように過大な付加質量を必要とせず、且つ施工誤差程度の取付誤差を許容して、充分な振動低減効果が得られる塔状構造物の制振構造を提供する。【解決手段】塔状構造物１の下部に慣性質量装置４を備えて構成する。また、塔状構造物に上部取付具３と下部取付具２をそれぞれ固着し、上部取付具３と下部取付具２に連結した状態で上部取付具３と下部取付具２の間に慣性質量装置４を介設する。【選択図】図１
2017214712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塔状構造物の下部に慣性質量装置を備えて構成されていることを特徴とする塔状構造物の制振構造。
【請求項２】
請求項１記載の塔状構造物の制振構造において、
前記塔状構造物に上部取付具と下部取付具がそれぞれ固着され、
前記上部取付具と前記下部取付具に連結した状態で前記上部取付具と前記下部取付具の間に前記慣性質量装置が介設されていることを特徴とする塔状構造物の制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塔状構造物の制振構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄塔や展望タワーのような曲げ変形が卓越する塔状構造物の振動を抑制するために、ＴＭＤ（Tunned Mass Damper）を設置する手法が提案、実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この手法は、塔状構造物の頂部に付加バネを介して付加質量を設置し、それら付加バネと付加質量により定まる固有振動数を塔状構造物の固有振動数に同調させることによって塔状構造物の共振点近傍における応答を低減させるものである。
【０００４】
さらに、塔状構造物の下部（鉄塔１層目、柱脚部など）側にトグル機構を介して付加質量を設置して応答を低減させる手法もある。この手法においては、塔状構造物を使用しながら耐震改修の施工を行えるという大きな利点を有している（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１５６１７１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】真下  貢、荻原  実、土田  剛、宮島  洋平：ダイナミック・マス（Ｄ．Ｍ．）による高さ２００ｍ鉄塔構造物の制震補強、一般社団法人日本免震構造協会、ＭＥＮＳＨＩＮ、Ｎｏ．８８、２０１５年５月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の特許文献１に開示された制震構造（ＴＭＤ）では、十分な振動低減効果を得るために付加質量を大きくする必要があり、重量を増した分だけ塔状構造物への負荷が増加することになる。特にアンテナポールのように本来的に軽量で簡易な構造の塔状構造物には適用し難い。
【０００８】
また、非特許文献１に開示された制震構造（ダイナミック・マス）においては、トグル機構を介して鉄塔１層目の主柱に付加質量を設置するようにしているため、トグル機構ひいては付加質量を非常に高精度で取り付けることが要求される。
【０００９】
上記事情に鑑み、本発明は、従来のＴＭＤのように過大な付加質量を必要とせず、且つ施工誤差程度の取付誤差を許容して、充分な振動低減効果が得られる塔状構造物の制振構造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】
【００１０】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１１】
本発明の塔状構造物の制振構造は、塔状構造物の下部に慣性質量装置を備えて構成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の塔状構造物の制振構造においては、前記塔状構造物に上部取付具と下部取付具がそれぞれ固着され、前記上部取付具と前記下部取付具に連結した状態で前記上部取付具と前記下部取付具の間に前記慣性質量装置が介設されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の塔状構造物の制振構造においては、従来のＴＭＤのように過大な付加質量を必要とせず、且つ施工誤差程度の取付誤差を許容して充分な振動低減効果を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る塔状構造物の制振構造を示す図である。
【図２】図１のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図３】図１のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る塔状構造物の制振構造の慣性質量装置を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る塔状構造物の制振構造を備えた塔状構造物の耐振性能を確認するシミュレーションで用いたモデルを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る塔状構造物の制振構造を備えた塔状構造物の耐振性能を確認するシミュレーションで用いたモデルを示す図である。
【図７】告示波Ｘ方向入力におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図８】告示波Ｘ方向入力におけるシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図１から図８を参照し、本発明の一実施形態に係る塔状構造物の制振構造について説明する。
【００１６】
本実施形態の塔状構造物の制振構造は、例えば煙突の鉄塔部の柱脚部など、曲げ変形が卓越する塔状構造物の下部に設置され、地震時や強風時などに生じる振動を抑制するためのもの（耐震性能／耐振性能を付与するためのもの）である。
【００１７】
そして、本実施形態の塔状構造物の制振構造Ａは、図１から図３に示すように、塔状構造物１の下部の所定位置に固定して取り付けられる下部取付具２と、下部取付具２よりも上方の所定位置に固定して取り付けられる上部取付具（上部取付けブレース）３と、下部取付具（下部取付けブレース）２と上部取付具３に連結し、これら上下の取付具２、３の間に介装して設置される慣性質量装置４とを備えて構成されている。
【００１８】
また、本実施形態では、慣性質量装置４の上端を連結取付具５に接続し、連結取付具５と上部取付具３の間にバネ部材６が介設されている。すなわち、慣性質量装置４は、直列配置されたバネ部材６（及び連結取付具５）を介して下部取付具２と上部取付具３に連結し、上下の取付具２、３の間に介設されている。
【００１９】
さらに、本実施形態では、部材の伸縮を利用してバネ性能を発揮する鋼管部材がバネ部材６として用いられている。
【００２０】
そして、本実施形態の塔状構造物の制振構造Ａにおいては、これら慣性質量装置４とバネ部材６によって付加振動系を構成し、塔状構造物の振動数を同調させ、応答低減を図るように構成されている。
【００２１】
さらに、本実施形態の塔状構造物の制振構造Ａにおいては、下部取付具２と連結取付具５（上部取付具３）の間に、慣性質量装置４に加えてオイルダンパー、粘性・粘弾性ダンパーなどの減衰装置７が慣性質量装置４と並列に設けられている。
【００２２】
本実施形態の上部取付具３、下部取付具２はそれぞれ、鋼製で円環状に形成され、上下に所定の間隔をあけて配設される一対の連結板８と、一対の連結板８同士を連結する連結部材９とを備えて形成されている。そして、これら上部取付具３、下部取付具２は、鉄塔１の主柱１ａを中心孔に挿通するように配置しつつ、溶接、ボルト接合等の適宜手段を用い、主柱１ａに固定して取り付けられている。
【００２３】
次に、本実施形態の慣性質量装置４の一例を具体的に説明する。
【００２４】
本実施形態の慣性質量装置４は、ボールねじのリードが異なる２組のボールねじ機構（第１ボールねじ機構２０と第２ボールねじ機構３０）をケーシング７０内に同軸状態で対向配置した状態で組み込んで、それら２組のボールねじ機構によって１つの回転錘４０を回転させることにより、それ自体で回転錘４０に対する変位拡大機能及び増速機能を有する構成としたものである。
【００２５】
また、この慣性質量装置４は、下部取付具２と連結取付具５にそれぞれ接続するための連結具１１、１３を両端部に備えている。
【００２６】
第１ボールねじ機構２０は、第１ねじ軸２１と、その第１ねじ軸２１に対して螺着された第１ナット２３とからなり、第１ねじ軸２１の基端がケーシングの内面に対して回転不能に（下部取付具２に対して回転不能に）固着され、それに螺着されている第１ナット２３がケーシングに対して回転可能かつ軸方向変位不能に設けられている。
【００２７】
同様に、第２ボールねじ機構３０は、第２ねじ軸３１と、その第２ねじ軸３１に対して螺着された第２ナット３３とからなり、第２ねじ軸３１の基端がケーシングの内面に対して回転不能に（連結取付具５に対して回転不能に）固着され、それに螺着されている第２ナット３３がケーシングに対して回転可能かつ軸方向変位不能に設けられている。
【００２８】
そして、第１ボールねじ機構２０における第１ナット２３と第２ボールねじ機構３０における第２ナット３３は中央部において互いに間隔をおいて対向配置され、且つ、第１ナット２３と第２ナット３３の間に円筒状の回転錘４０が配置されている。また、回転錘４０は両端がそれぞれ第１ナット２３と第２ナット３３の先端面に対して相対回転不能に連結されるとともに、第１ねじ軸２１の先端部及び第２ねじ軸３１の先端部がそれぞれ回転錘４０の中心孔に相対回転可能に且つ軸方向相対変位可能に挿入されている。
【００２９】
また、本実施形態の回転質量装置４は、第１ナット２３と第２ナット３３との間に、錘支持スリーブ６１を配し、錘支持スリーブ６１を第１ナット２３と第２ナット３３に連結固定して双方のナットの回転量が同じになるようにしている。
【００３０】
また、錘支持スリーブ６１内において第１ねじ軸２１と第２ねじ軸３１の先端部同士をスリーブ５０を介して相対回転不能かつ軸方向の相対変位可能に連結しており、これにより、相対振動によって第１ナット２３と第２ナット３３と錘支持スリーブ６１の全体が第１ねじ軸２１及び第２ねじ軸３１に対して軸方向に相対変位しつつ一体に回転可能とされている。
【００３１】
また、錘支持スリーブ６１の外側に回転錘４０をベアリングを介して装着し、回転錘４０が錘支持スリーブ６１に対して一体回転可能に且つ相対回転可能に支持されている。
【００３２】
さらに、本実施形態の回転質量装置４においては、回転錘４０と錘支持スリーブ６１との間に伝達トルク制限機構６０が介装されている。
【００３３】
伝達トルク制限機構６０は、錘支持スリーブ６１から回転錘４０に伝達されるトルクが所定の制限値を超えるまではトルクを伝達し、回転錘４０を錘支持スリーブ６１とともに一体回転させる。また、トルクが制限値を超えた時点で回転錘４０を錘支持スリーブ６１に対して相対回転（空転）させ、トルク伝達を制限する。
【００３４】
具体的に、回転錘４０の端面に対して対向配置した押圧ブロックの前部に環状の摩擦板６４を固定し、押圧ブロック６３を前方に押圧することで摩擦板６４を回転錘４０の端面に対して押圧するようにしている。
【００３５】
本実施形態では、調整ボルト６８によって押圧板６９を介して押圧ブロック６３を押圧し、摩擦板６４が回転錘４０に対して押圧される。
【００３６】
よって、支持ブロック６７に対する調整ボルト６８のねじ込み量を調整することによって、回転錘４０に対する摩擦板６４の押圧力（つまりは摩擦板６４と回転錘４０との間の摩擦力）を自由に且つ広範に調整可能とされている。
【００３７】
本実施形態の回転質量装置４は、伝達トルク制限機構６０を備えることにより、この回転慣性質量ダンパーの両端に相対変位が生じると第１ナット２３と第２ナット３３の双方が同じ回転を生じ（双方のナットの回転量は自ずと一致する）、それら第１ナット２３と第２ナット３３と一体化された錘支持スリーブ６１も同じだけ回転する。
【００３８】
一方、回転錘４０は摩擦板６４を介して錘支持スリーブ６１に支持されているので、回転錘４０と錘支持スリーブ６１との間で伝達されるトルクは一定値で頭打ちとされ、その頭打ちトルクに達した時点で摩擦板６４が回転錘４０に対してスリップを生じて回転錘４０は錘支持スリーブ６１に対して相対回転（空転）し、これにより過大加速度に対する過負荷防止機能が発揮される。
【００３９】
頭打ちトルクは摩擦板６４の摩擦係数を一定とすれば圧縮バネ６６で付加される押圧力に比例することから、所望の制限値を調整ボルト６８のねじ込み量で自由に調整することができる。
【００４０】
このように構成した本実施形態の回転質量装置４は、以下のような作用効果を発揮する。
【００４１】
（１）リードの異なる２組のボールねじ機構を併用して、ダンパー両端の相対変位に対する各ボールねじ機構の変位（ナットに対するねじ軸の移動量）を大幅に拡大できる効果をもちつつ、ダンパー両端に生じるトルク反力を大幅に低減し、構造躯体への負担を軽減することができ、さらに過負荷防止機構としての伝達トルク制限機構を備えた有効な回転慣性質量ダンパーを実現できる。
【００４２】
（２）過負荷防止機構としての伝達トルク制限機構の頭打ち荷重（頭打ちトルク）は、摩擦板を押圧する圧縮バネに対する押し込み量を調整ボルトにより増減することで容易にかつ広範に調整することができる。
【００４３】
（３）ダンパーを構成する部品として、従来はボールねじ機構の他に軸受けやシリンダー等が必要であったが、これらが不要であって構成部品が減り、メカニズムが大幅に簡略化される。そのため、大容量ダンパーをローコストに製造できる。
【００４４】
（４）ボールねじ機構の実際のリードを小さくする必要がないので、ボールベアリングも過小な径とする必要はなく、そのため、ねじ軸の径に合わせた適切なリードを確保できるので耐荷重性能の問題は生じない。
【００４５】
（５）この種の回転慣性質量ダンパーは静的な剛性を持たず復元力は保持しないし、手動で回転錘を回転させることも可能であるので、現場での設置工事の際に寸法調整を容易に実施することも可能である。
【００４６】
そして、上記構成からなる本実施形態の塔状構造物の制振構造Ａにおいては、鉄塔の１層目の主柱１ａ等、塔状構造物１の下部の所定位置に間隔をあけて上部取付具３と下部取付具２を設置し、これら上部取付具３と下部取付具２にバネ部材６を介して連結して慣性質量装置４、必要に応じて減衰装置５を介設することにより、地震や強風などによって作用した振動エネルギーを慣性質量装置４及び必要な場合には減衰装置７が吸収して減衰させ、塔状構造物１を制振化することが可能になる。すなわち、優れた耐震性能を付与することが可能になる。
【００４７】
また、本実施形態の塔状構造物の制振構造Ａにおいては、これら慣性質量装置４とバネ部材６によって付加振動系を構成し、塔状構造物の振動数を同調させることによって、効果的に応答低減を図ることができる。
【００４８】
また、塔状構造物１の下部に取り付けるため、頂部に付加質量を設置するＴＭＤと比較し、その施工性を大幅に向上させて制振化することができるとともに、塔状構造物１を使用しながら耐振／耐震改修の施工を行うことが可能である。
【００４９】
さらに、塔状構造物１にトグル機構を介して付加質量を設けるダイナミック・マスと比較し、塔状構造物１の下部に上部取付具３と下部取付具２を設置し、これら上部取付具３と下部取付具２に連結して慣性質量装置４を介設すればよいため、施工性が大幅に向上するとともに、著しく高精度で設置しなくても所望の制振性能を発揮させることができる。すなわち、施工誤差程度の誤差を許容して取付けを行うことができる。
【００５０】
ここで、本実施形態の塔状構造物の制振構造Ａを取り付けた場合の煙突の鉄塔（塔状構造物）１の制振性能を確認するために行ったシミュレーションについて説明する。
【００５１】
図５、図６は本検討で用いた鉄塔の三次元立体フレーム解析モデルを示している。
【００５２】
次に、本検討では、塔状構造物の制振構造Ａの慣性質量装置４を鉄塔部柱脚部に沿わせて設けるようにした。また、慣性質量を１０，０００ｔｏｎ／基、上部取付具３、下部取付具２（取付けブレース）の剛性を６．０×１０４ｋＮ／ｍ／基、減衰項（減衰装置５）を１．０×１０３ｋＮ・ｓ／ｍ／基とした。なお、本検討では、煙突本体の振動系との同調による最適化は実施していない。
【００５３】
次に、本検討では、地震動として告示波を用い、Ｘ方向（水平の一方向）に地震動を入力した。
【００５４】
図７、図８は本検討の解析結果を示している。
【００５５】
これらの結果から、鉄塔部の柱軸力が減少し、変形も減少することが確認された。なお、塔状構造物の制振構造Ａ、慣性質量装置４の最適化、同調振動数の策定を十分に行っていないが、種々の地震動に対して一定の応答低減効果が発揮されることも確認している。当然、煙突本体の振動系と回転慣性質量による付加振動系との同調周期を詳細に検討すれば、さらなる低減効果を得ることが可能である。
【００５６】
以上、本発明に係る塔状構造物の制振構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一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。
【符号の説明】
【００５７】
１      塔状構造物
１ａ    主柱
２      下部取付具
３      上部取付具
４      慣性質量装置
５      連結取付具
６      バネ部材
７      減衰装置
８      連結板
９      連結部材
１１    連結具
１３    連結具
２０    第１ボールねじ機構
２１    第１ねじ軸
２３    第１ナット
３０    第２ボールねじ機構
３１    第２ねじ軸
３３    第２ナット
４０    回転錘
５０    スリーブ
６０    伝達トルク制限機構
６１    錘支持スリーブ
６３    押圧ブロック
６４    摩擦板
６８    調整ボルト
６９    押圧板
７０    ケーシング
Ａ      塔状構造物の制振構造
【図１】
2017214712.tif 000003
【図２】
2017214712.tif 000004
【図３】
2017214712.tif 000005
【図４】
2017214712.tif 000006
【図５】
2017214712.tif 000007
【図６】
2017214712.tif 000008
【図７】
2017214712.tif 000009
【図８】
2017214712.tif 000010