(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制振対象に生じる振動に応じた応答値を検出する応答値検出手段と、前記応答値検出手段で検出した応答値に基づいて減衰量を算出する減衰量算出手段と、前記減衰量算出手段で算出した減衰量に応じた減衰力を発生させる減衰力発生手段とを備えた、制振対象に生じる振動を緩和させる減衰力を発生させる可変減衰装置であって、
前記減衰量算出手段は、前記応答値検出手段で検出した前記制振対象の変位および速度に基づいて算出した変位ｘ~aを格納した変数ｘ~aｉの絶対値が所定の基準値ｘaTを下回っているときは、所定の下限値Ｃminを限度として減衰係数Ｃvを直接減少させる一方、前記変数ｘ~aｉの絶対値が前記所定の基準値ｘaTを上回っているときは、所定の上限値Ｃmaxを限度として減衰係数Ｃvを直接増加させて減衰量を算定し、該減衰量を前記減衰力発生手段に出力することにより、前記制振対象に生じる振動を緩和させる減衰力を発生させる可変減衰装置。
【請求項２】
請求項１に記載された可変減衰装置において、
前記減衰力発生手段は、粘性ダンパであり、
前記減衰量算出手段は、前記粘性ダンパの減衰係数を直接、前記変数ｘ~aｉ の絶対値と所定の基準値ｘaT との比率に応じて変化させるものであることを特徴とする可変減衰装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震や風等の外乱による振動が制振対象物に生じた場合に、その振動を緩和させる減衰力を発生させる可変減衰装置に係り、特に、長周期成分が卓越した振動波に対して、制振対象物の応答振幅が過大になるのを防止するのに好適な可変減衰装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、免震構造物や床免震装置の一部として建物、構築物、機械、装置その他の物（以下、これらを総称して制振対象物という。）にダンパを設け、地震や風等の外乱による振動が制振対象物に生じた場合に、ダンパが制振対象物に減衰力を与えることにより、制振対象物に生じる振動または制振対象物の変位を緩和させるという技術が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常の地震動では、低周波に比して高周波の振幅が大きな振動波（以下、短周期成分が卓越した振動波という。）が発生する場合が多く、従来の免震構造物は、これらの地震動成分と共振を避けるため、積層ゴム等を用いて制振対象物の固有周期を２秒〜４秒と長周期化して加速度応答を低減している。ところが、最近、地震断層近傍では、高周波に比して低周波の振幅が大きな振動波（以下、長周期成分が卓越した振動波という。）が発生する可能性があり、こうした地震動に対しては、免震構造物の固有周期が一致するため、共振現象が発生し、免震構造物の許容変位を超えてしまう可能性が指摘されている。そのため、これからの免震構造物は、短周期成分が卓越した振動波だけでなく長周期成分が卓越した振動波が制振対象物に与えられた場合にも対応できることが要求される。
【０００４】
しかしながら、上記従来のダンパにあっては、一定の減衰係数（固定値）に基づいて減衰力を発生させるため、長周期成分が卓越した振動波が与えられた場合も、短周期成分が卓越した振動波が与えられた場合と同様の割合で減衰力が発生する。そのため、長周期成分が卓越した振動波が与えられた場合に、減衰力が不足し、制振対象物の応答振幅が過大となる可能性があるという問題があった。
【０００５】
なお、長周期成分が卓越した振動波に対応して応答振幅を適切にすることの方策としては、新たな関数を定義したり、フィードフォワード制御のように別個の機構を設けたり、制御量を求めるための演算において、変数を増やしたり、または新たな伝達関数を定義したりすることが挙げられる。しかし、バンド幅が大きくなって計算時間が長くなったり、繰り返し回数を増やす必要があるなど、機構が複雑になって演算負荷が大きくなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、長周期成分が卓越した振動波に対して、制振対象物の応答振幅が過大になるのを防止するのに好適な可変減衰装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の可変減衰装置は、制振対象に生じる振動に応じた応答値を検出する応答値検出手段と、前記応答値検出手段で検出した応答値に基づいて減衰量を算出する減衰量算出手段と、前記減衰量算出手段で算出した減衰量に応じた減衰力を発生させる減衰力発生手段とを備えた、制振対象に生じる振動を緩和させる減衰力を発生させる可変減衰装置であって、前記減衰量算出手段は、前記応答値検出手段で検出した前記制振対象の変位および速度に基づいて算出した変位ｘ~aを格納した変数ｘ~aｉの絶対値が所定の基準値ｘaTを下回っているときは、所定の下限値Ｃminを限度として減衰係数Ｃvを直接減少させる一方、前記変数ｘ~aｉの絶対値が前記所定の基準値ｘaTを上回っているときは、所定の上限値Ｃmaxを限度として減衰係数Ｃvを直接増加させて減衰量を算定し、該減衰量を前記減衰力発生手段に出力することにより、前記制振対象に生じる振動を緩和させる減衰力を発生させるものとした。
【０００８】
このような構成であれば、制振対象に生じる振動に応じた応答値と所定の基準値との比率が１を超えるか否かに基づいて直接に減衰係数を増減することにより減衰量が変化する。
本発明に係る請求項１記載の可変減衰装置は、前記制振対象に生じる振動に応じた応答値を検出する応答値検出手段と、前記応答値検出手段で検出した応答値に基づいて減衰量を算出する減衰量算出手段と、前記減衰量算出手段で算出した減衰量に応じた減衰力を発生させる減衰力発生手段とを備え、前記減衰量算出手段は、前記応答値検出手段で検出した前記制振対象の変位および速度に基づいて算出した変位ｘ~aを格納した変数ｘ~aｉの絶対値が所定の基準値ｘaTを下回っているときは、所定の下限値Ｃminを限度として減衰係数Ｃvを直接減少させる一方、前記変数ｘ~aｉの絶対値が前記所定の基準値ｘaTを上回っているときは、所定の上限値Ｃmaxを限度として減衰係数Ｃvを直接増加させて減衰量を算定し、該減衰量を前記減衰力発生手段に出力することにより、前記制振対象に生じる振動を緩和させる減衰力を発生させるようになっている。
【０００９】
このような構成であれば、応答値検出手段により、制振対象に生じる振動に応じた応答値である変位および速度が検出され、減衰量算出手段により、検出された前記制振対象の変位および速度に基づいて減衰量が算出される。具体的に、減衰量の算出においては、減衰係数が直接に、応答値検出手段で検出された制振対象の変位および速度に基づいて算出した変数の絶対値と所定の基準値との比率に応じて変化する。そして、この減衰係数に基づいて減衰量が算出されると、減衰力発生手段により、算出された減衰量に応じた減衰力が発生する。
【００１０】
短周期成分が卓越した振動波が制振対象に与えられた場合と、長周期成分が卓越した振動波が制振対象に与えられた場合とでは、検出される応答値である変位および速度がそれぞれ異なる。そのため、長周期成分が卓越した振動波が制振対象に与えられた場合は、短周期成分が卓越した振動波が制振対象に与えられた場合に比して、減衰量の算出に必要な減衰係数が異なるので、これに伴って異なる割合で減衰力が発生する。
【００１１】
ここで、応答値検出手段は、制振対象に生じる振動に応じた応答値を検出するようになっていればどのような構成であってもよく、例えば、減衰力発生手段の応答量および外乱や減衰力発生手段による制振対象の応答量が含まれる。外乱による制振対象の応答量としては、例えば、制振対象に生じる振動の変位、速度または加速度が挙げられる。
【００１２】
さらに、本発明に係る請求項２記載の可変減衰装置は、請求項１記載の可変減衰装置において、前記減衰力発生手段は、粘性ダンパであり、前記減衰量算出手段は、前記粘性ダンパの減衰係数を直接、前記応答値検出手段で検出した前記制振対象の変位および速度に基づいて算出した変数の絶対値と所定の基準値との比率に応じて変化させるようになっている。このような構成であれば、減衰量算出手段により、粘性ダンパの減衰係数が直接、応答値検出手段で検出された応答値である変位および速度に基づいて算出した変数の絶対値と所定の基準値との比率に応じて変化する。そして、粘性ダンパの減衰係数に基づいて減衰量が算出されると、粘性ダンパにより、算出された減衰量に応じた減衰力が発生する。
【００１３】
ここで、粘性ダンパには、オイルダンパ、ＭＲダンパ（磁気粘性流体を用いたもの）、ＥＲダンパその他粘性体の粘度により減衰力を発生させるダンパが含まれる。さらに、参考発明の実施の形態の可変減衰装置の減衰力発生手段は、オイルダンパであり、前記減衰量算出手段は、前記オイルダンパのリリーフ荷重を算出するのに必要なパラメータを、前記応答値検出手段で検出した応答値とその応答値の所定の基準値との比率に応じて変化させるようになっている。
【００１４】
このような構成であれば、減衰量算出手段により、オイルダンパのリリーフ荷重を算出するのに必要なパラメータが、応答値検出手段で検出された応答値と所定の基準値との比率に応じて変化する。そして、こうしたパラメータに基づいて減衰量が算出されると、オイルダンパにより、算出された減衰量に応じた減衰力が発生する。
【００１５】
さらに、参考発明の実施の形態の可変減衰装置は、前記リリーフ荷重を変数αの関数とし、前記減衰量算出手段は、前記応答値検出手段で検出した応答値と前記所定の基準値との比率が「１」を下回っているときは、所定上限値を限度として前記変数αの値を増加させ、前記応答値検出手段で検出した応答値と前記所定の基準値との比率が「１」を上回っているときは、所定下限値を限度として前記変数αの値を減少させるようになっている。
【００１６】
このような構成であれば、応答値検出手段で検出された応答値と所定の基準値との比率が「１」を下回っていると、減衰量算出手段により、所定上限値を限度として変数αの値が増加する。また、応答値検出手段で検出された応答値と所定の基準値との比率が「１」を上回っていると、減衰量算出手段により、所定下限値を限度として変数αの値が減少する。そして、リリーフ荷重は、このように増減された変数αの関数として求められる。
【００１７】
長周期成分が卓越した振動波が制振対象に与えられた場合は、短周期成分が卓越した振動波が制振対象に与えられた場合に比して、制振対象に生じる振動に応じた応答値がオイルダンパの変位、速度または加速度のようなものであれば、その応答値が大きくなる。そのため、短周期成分が卓越した振動波が制振対象に与えられた場合は、変数αの値は上限値付近でほとんど変動しないが、長周期成分が卓越した振動波が制振対象に与えられた場合は、変数αの値は下限値を限度として減少する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、参考発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１ないし図１５は、参考発明に係る可変減衰装置の実施の形態を示す図である。本実施の形態は、参考発明に係る可変減衰装置を、図１に示すように、建物１０の免震構造物１００に適用したものである。
【００１９】
まず、参考発明と本発明を適用する免震構造物１００の構造を図１を参照しながら説明する。図１は、参考発明と本発明を適用する免震構造物１００の構造を示す図である。免震構造物１００は、図１に示すように、建物１０の基礎部を支持する積層ゴム等からなる支承部２０と、地震や風等の外乱による振動が建物１０に生じた場合にその振動を緩和させる減衰力を発生させる可変減衰ダンパ３０と、可変減衰ダンパ３０の変位ｘa および速度ｘ'a を検出するセンサ４０と、センサ４０で検出した変位ｘaおよび速度ｘ'aに基づいて可変減衰ダンパ３０の減衰力を制御するダンパ制御回路５０とで構成されている。
【００２０】
可変減衰ダンパ３０は、ダンパ制御回路５０からの制御信号に応じた減衰力を発生させるようになっている。
ダンパ制御回路５０は、図示しないが、センサ４０で検出した変位ｘaおよび速度ｘ'aをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、Ａ／Ｄ変換回路でＡ／Ｄ変換した変位データｘaおよび速度データｘ'aに基づいて減衰量Ｕを算出する減衰量算出回路と、減衰量算出回路からの減衰量Ｕに応じた制御信号（制御電流）を可変減衰ダンパ３０に出力する駆動装置制御回路とで構成されている。
【００２１】
減衰量算出回路は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびＩ／Ｆ等をバス接続した一般的なコンピュータと同一機能を有して構成されており、ＲＯＭの所定領域に格納されている所定のプログラムを起動させ、そのプログラムに従って、図２のフローチャートに示す減衰量算出処理を所定周期ごとに実行するようになっている。図２は、減衰量算出処理を示すフローチャートである。
【００２２】
参考発明の減衰量算出処理は、Ａ／Ｄ変換回路でＡ／Ｄ変換した変位データｘa および速度データｘ'a に基づいて減衰量Ｕを算出する処理であって、ＣＰＵにおいて実行されると、図２に示すように、まず、ステップＳ１００に移行するようになっている。ステップＳ１００では、演算ステップを表す変数ｉに「０」を設定し、変数ｉの値により特定される配列型の変数αiに初期値αinitを設定し、ステップＳ１０２に移行して、変数ｉの値に「１」を加算し、ステップＳ１０４に移行する。
【００２３】
ステップＳ１０４では、変位データｘaをＡ／Ｄ変換回路から入力し、入力した変位データｘaを変数ｘaiに格納し、速度データｘ'aをＡ／Ｄ変換回路から入力し、入力した速度データｘ'aを変数ｘ'aiに格納する。
次いで、ステップＳ１０６に移行して、下式（１）に示すように、変数ｘ'aiの値にΔＴを乗算し、その乗算結果と変数ｘaiの値とを加算することにより、ΔＴ秒後の変位ｘ~aを算出し、その変位データｘ~aを変数ｘ~aiに格納する。
【００２４】
【数１】
0004144848.tif 000002
【００２５】
次いで、ステップＳ１０８に移行して、下式（２）に示すように、変数ｘ~aiの絶対値を所定の基準値ｘaTで除算し、その除算結果を「１」から減算したものを変数βiに格納する。
【００２６】
【数２】
0004144848.tif 000003
【００２７】
次いで、ステップＳ１１０に移行して、下式（３）に示すように、変数βiの値に所定の増分Δαを乗算し、その乗算結果と変数αi-1の値とを加算したものを変数αiに格納する。
【００２８】
【数３】
0004144848.tif 000004
【００２９】
次いで、ステップＳ１１２に移行して、変数αiの値が所定の下限値αmin以下であるか否かを判定し、変数αiの値が下限値αminよりも大きいと判定したとき(No)は、ステップＳ１１４に移行して、変数αiの値が所定の上限値αmax以上であるか否かを判定し、変数αiの値が上限値αmax未満であると判定したとき(No)は、ステップＳ１１６に移行する。
【００３０】
ステップＳ１１６では、変数αiの値を関数Ｆに代入して減衰係数Ｃvを算出し、その減衰係数データＣvを変数Ｃviに格納し、減衰係数Ｃvに速度ｘ'aを乗算することにより減衰量Ｕを算出し、その減衰量データＵを変数Ｕiに格納し、ステップＳ１１８に移行する。
ステップＳ１１８では、変数Ｕiの値が所定の上限値Ｕc以上であるか否かを判定し、変数Ｕiの値が上限値Ｕc未満であると判定したとき(No)は、ステップＳ１２０に移行して、変数Ｕiの値を減衰量Ｕとして駆動装置制御回路に出力し、ステップＳ１０２に移行する。
【００３１】
一方、ステップＳ１１８で、変数Ｕiの値が上限値Ｕc以上であると判定したとき(Yes)は、ステップＳ１２２に移行して、変数Ｕiの値を関数sgnに代入したときの関数sgnの値に上限値Ｕcを乗算し、その乗算結果を変数Ｕiに格納し、ステップＳ１２０に移行する。なお、関数sgnは、代入値が正の値であるときは「＋１」を出力し、代入値が負の値であるときは「−１」を出力する関数である。
【００３２】
一方、ステップＳ１１４で、変数αiの値が上限値αmax以上であると判定したとき(Yes)は、ステップＳ１２４に移行して、変数αiに上限値αmaxを設定し、ステップＳ１１６に移行する。
一方、ステップＳ１１２で、変数αiの値が下限値αmin以下であると判定したとき(Yes)は、ステップＳ１２６に移行して、変数αiに下限値αminを設定し、ステップＳ１１６に移行する。
【００３３】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
まず、短周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合を説明する。
短周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられると、ダンパ制御回路５０では、ステップＳ１００，Ｓ１０２を経て、変数ｉおよび変数αiが初期化され、変数ｉの値に「１」が加算される。次いで、ステップＳ１０４を経て、変位データｘaがＡ／Ｄ変換回路から入力され、入力された変位データｘaが変数ｘaiに格納される。また、速度データｘ'aがＡ／Ｄ変換回路から入力され、入力された速度データｘ'aが変数ｘ'aiに格納される。
【００３４】
次いで、ステップＳ１０６〜Ｓ１１０を経て、上式（１）により変数ｘ~aiの値が、上式（２）により変数βiの値が、上式（３）により変数αiの値がそれぞれ算出される。ここで、短周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合は、長周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合に比して、建物１０に生じる振動の変位ｘaおよび速度ｘ'aが小さくなる。したがって、上式（２）によれば、短周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合は、変数βiの値は大きくなる。これに伴って、変数αiの値は、変数βiの値に増分Δαを乗算した値が加算されるので、減衰量算出処理が繰り返し実行されるにつれて次第に増加していき、ほぼ上限値αmaxを維持することとなる。
【００３５】
次いで、ステップＳ１１６を経て、変数αiの値が関数Ｆに代入されて減衰係数Ｃvが算出され、減衰係数Ｃvに速度ｘ'aが乗算されて減衰量Ｕが算出される。この場合、変数αiの値がほぼ上限値αmaxとなっているので、上限値αmaxで算出される減衰係数Ｃvをその規定値として設定しておけば、減衰係数Ｃvおよび減衰量Ｕは規定値を維持することとなる。
【００３６】
次いで、ステップＳ１２０を経て、変数Ｕiの値が減衰量Ｕとして駆動装置制御回路に出力され、駆動装置制御回路により、減衰量Ｕに応じた制御信号が可変減衰ダンパ３０に出力される。変数Ｕiの値が規定値なので、可変減衰ダンパ３０により、規定値に応じた減衰力が発生する。
したがって、短周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合は、可変減衰ダンパ３０により規定の減衰力が発生する。この点については、従来の減衰係数一定のダンパと同等の動作である。
【００３７】
次に、長周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合を説明する。長周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられると、ダンパ制御回路５０では、ステップＳ１００，Ｓ１０２を経て、変数ｉおよび変数αiが初期化され、変数ｉの値に「１」が加算される。次いで、ステップＳ１０４を経て、変位データｘaがＡ／Ｄ変換回路から入力され、入力された変位データｘaが変数ｘaiに格納される。また、速度データｘ'aがＡ／Ｄ変換回路から入力され、入力された速度データｘ'aが変数ｘ'aiに格納される。
【００３８】
次いで、ステップＳ１０６〜Ｓ１１０を経て、上式（１）により変数ｘ~aiの値が、上式（２）により変数βiの値が、上式（３）により変数αiの値がそれぞれ算出される。ここで、長周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合は、短周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合に比して、建物１０に生じる振動の変位ｘaおよび速度ｘ'aが大きくなる。したがって、上式（２）によれば、長周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合は、変数βiの値は小さくなる。これに伴って、変数αiの値は、変数βiの値に増分Δαを乗算した値が加算されるので、減衰量算出処理が繰り返し実行されるにつれて次第に減少していき、上限値αmaxよりも小さい値を維持することとなる。
【００３９】
次いで、ステップＳ１１６を経て、変数αiの値が関数Ｆに代入されて減衰係数Ｃvが算出され、減衰係数Ｃvに速度ｘ'aが乗算されて減衰量Ｕが算出される。この場合、変数αiの値が上限値αmaxよりも小さい値となっているので、上限値αmaxで算出される減衰係数Ｃvをその規定値として設定しておけば、減衰係数Ｃvおよび減衰量Ｕは規定値よりも大きい値を維持することとなる。
【００４０】
次いで、ステップＳ１２０を経て、変数Ｕiの値が減衰量Ｕとして駆動装置制御回路に出力され、駆動装置制御回路により、減衰量Ｕに応じた制御信号が可変減衰ダンパ３０に出力される。変数Ｕiの値が規定値よりも大きいので、可変減衰ダンパ３０により、規定値に応じた減衰力よりも大きな減衰力が発生する。
したがって、長周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合は、可変減衰ダンパ３０により規定の減衰力よりも大きな減衰力が発生する。すなわち、長周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられ、建物１０に共振現象が発生しても、それに対抗可能な減衰力が可変減衰ダンパ３０により発生するので、建物１０の応答振幅が過大となる可能性が低減する。
【００４１】
次に、参考発明の実施例を図３ないし図１５を参照しながら説明する。免震構造物１００は、免震周期を３秒、減衰係数を２０％とし、建物１０を４層ＲＣ建物とした場合、図３に示すように、２質点系にモデル化することができる。図３は、免震構造物１００の力学モデルの一例を示す図である。図３の力学モデルでは、質点Ｍs と質点Ｍbとは、剛性部Ｋsおよび減衰部Ｃsを介して接続され、質点Ｍbと地面とは、剛性部Ｋbおよび減衰部Ｃbを介して接続されている。また、質点Ｍbと質点ｍcとは、並列接続した剛性部Ｋdおよび減衰部Ｃdと、可変減衰部ｕとを直接接続したものを介して接続され、質点ｍcと地面とは、剛性部Ｋcおよび減衰部Ｃcを介して接続されている。
【００４２】
したがって、運動方程式は、下式（４）により表すことができる。
【００４３】
【数４】
0004144848.tif 000005
【００４４】
本実施例では、モデル諸元として、例えば、図４の表に示すような値を与えるものとする。図４は、モデル諸元の一例を示す表である。
また、基準値ｘaTを１２[Cm]とし、建築基準法に基づき減衰定数ｈを５％に設定する。減衰定数ｈは、減衰係数Ｃv、質量ｍおよび剛性係数ｋにより定まる定数である。減衰定数ｈが５％の場合、建物１０の加速度応答スペクトルは、図５に示すようになる。図５は、減衰定数ｈが５％の場合における建物１０の加速度応答スペクトルを示す図である。
【００４５】
このように想定した力学モデルに対して、図６に示すように、長周期成分が卓越した地震動を入力し、本発明に係る可変減衰ダンパ３０を取り付けた場合と、本発明に係る可変減衰ダンパ３０を取り付けない場合とで建物１０の応答振幅を比較する。図６は、長周期成分が卓越した地震動の波形を時系列に示したグラフである。
【００４６】
図７ないし図１５は、その解析結果を示している。図７ないし図９においては、可変減衰ダンパ３０を取り付けた場合を波線で、可変減衰ダンパ３０を取り付けない場合を実線で示している。
図７は、建物１０の加速度の波形を時系列に示したグラフである。図１３は、地震動の加速度レベルに対して建物１０の加速度が変化する様子を示したグラフである。
【００４７】
また、図８は、建物１０の基礎部における加速度の波形を時系列に示したグラフである。図１４は、地震動の加速度レベルに対して建物１０の基礎部における加速度が変化する様子を示したグラフである。
また、図９は、免震層の変形波形を時系列に示したグラフである。図１５は、地震動の加速度レベルに対して免震層が変化する様子を示したグラフである。
【００４８】
また、図１０は、変数αの変化を時系列に示したグラフである。図１１は、変数αの変化に伴う減衰係数Ｃvの変化を時系列に示したグラフである。図１２は、変数αの変化に伴う可変減衰ダンパ３０の減衰力の変化を時系列に示したグラフである。
変数αは、図６の地震動のうち短周期成分が卓越した部分については、図１０に示すように、上限値αmax（図１０の例では「１」）を維持している。そのため、図１１および図１２に示すように、減衰係数Ｃvが上限値αmaxに基づいて算出され、可変減衰ダンパ３０からは、算出された減衰係数Ｃvに応じた減衰力が発生している。上限値αmaxが既定値として設定されていれば、従来の減衰係数一定のダンパと同等の動作を行う。
【００４９】
これに対して、変数αは、図６の地震動のうち長周期成分が卓越した部分については、図１０に示すように、上限値αmaxよりも小さい値を維持している。上限値αmaxを下回っている部分が、長周期成分が卓越した地震動による影響である。そのため、図１１および図１２に示すように、減衰係数Ｃvが上限値αmaxよりも小さい値に基づいて算出され、可変減衰ダンパ３０からは、算出された減衰係数Ｃvに応じた減衰力が発生している。上限値αmaxが既定値として設定されていれば、従来の減衰係数一定のダンパよりも大きな減衰力を発生することになる。
【００５０】
その結果、建物１０の加速度および建物１０の基礎部における加速度については、図７、図８、図１３および図１４に示すように、地震動の入力加速度レベルが小さいときは、可変減衰ダンパ３０を取り付けた場合と取り付けない場合とでは差がほとんどないが、地震動の入力加速度レベルが大きいときは、可変減衰ダンパ３０を取り付けた場合の方が大きくなっている。しかし、免震層の変形については、図９および図１５に示すように、地震動の入力加速度レベルが小さいときは、可変減衰ダンパ３０を取り付けた場合と取り付けない場合とでは差がほとんどないが、地震動の入力加速度レベルが大きいときは、可変減衰ダンパ３０を取り付けない場合よりも小さくなっていることが分かる。
【００５１】
なお、図１３ないし図１５は、原波を344.3〔Gal〕として地震動の原波に対する比率を横軸にとっている。例えば、２〔Ａ〕は、原波の２倍の地震動が入力されたことを意味している。
このようにして、本実施の形態では、ダンパ制御回路５０は、センサ４０で検出した変位ｘaおよび速度ｘ'aに基づいて算出した変数ｘ~aiの絶対値が基準値ｘaTを下回っているときは、上限値αmaxを限度として変数αの値を増加させ、センサ４０で検出した変位ｘaおよび速度ｘ'aに基づいて算出した変数ｘ~aiの絶対値が基準値ｘaTを上回っているときは、下限値αminを限度として変数αの値を減少させるようになっている。
【００５２】
これにより、短周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合は、従来の減衰係数一定のダンパと同等の減衰効果を発揮するとともに、長周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合は、従来に比して、建物１０の応答振幅が過大になる可能性を低減することができる。また、検出された変位ｘaおよび速度ｘ'aの大小にかかわらず、可変減衰ダンパ３０の能力限界値またはその近傍で減衰力を制御可能となるので、可変減衰ダンパ３０の制約内で可変減衰ダンパ３０の能力を有効に発揮させて制振を行うことができる。
【００５４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１６は、本発明に係る可変減衰装置の実施の形態を示す図である。なお、以下、上記参考発明の実施の形態と異なる部分についてのみ説明し、上記参考発明の実施の形態と重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。本実施の形態は、本発明に係る可変減衰装置を、図１に示すように、建物１０の免震構造物１００に適用したものであり、上記参考発明の実施の形態と異なるのは、センサ４０の検出結果に基づいて変数αを変化させるのではなく減衰係数Ｃv を直接変化させる点にある。
【００５５】
ダンパ制御回路５０の減衰量算出回路は、ＲＯＭの所定領域に格納されている所定のプログラムを起動させ、そのプログラムに従って、図２のフローチャートに示す減衰量算出処理に代えて、図１６のフローチャートに示す減衰量算出処理を所定周期ごとに実行するようになっている。図１６は、減衰量算出処理を示すフローチャートである。
【００５６】
減衰量算出処理は、Ａ／Ｄ変換回路でＡ／Ｄ変換した変位データｘaおよび速度データｘ'aに基づいて減衰量Ｕを算出する処理であって、ＣＰＵにおいて実行されると、図１６に示すように、まず、ステップＳ２００に移行するようになっている。
ステップＳ２００では、変数ｉに「０」を設定し、変数ｉの値により特定される配列型の変数Ｃiに初期値Ｃinitを設定し、ステップＳ２０２に移行して、変数ｉの値に「１」を加算し、ステップＳ２０４に移行する。
【００５７】
ステップＳ２０４では、変位データｘaをＡ／Ｄ変換回路から入力し、入力した変位データｘaを変数ｘaiに格納し、速度データｘ'aをＡ／Ｄ変換回路から入力し、入力した速度データｘ'aを変数ｘ'aiに格納する。
次いで、ステップＳ２０６に移行して、上式（１）に示すように、変数ｘ'aiの値にΔＴを乗算し、その乗算結果と変数ｘaiの値とを加算することにより、ΔＴ秒後の変位ｘ~aを算出し、その変位データｘ~aを変数ｘ~aiに格納する。
【００５８】
次いで、ステップＳ２０８に移行して、下式（５）に示すように、変数ｘ~aiの絶対値を所定の基準値ｘaTで除算し、その除算結果から「１」を減算したものを変数βiに格納する。
【００５９】
【数５】
0004144848.tif 000006
【００６０】
次いで、ステップＳ２１０に移行して、下式（６）に示すように、変数βiの値に所定の増分ΔＣを乗算し、その乗算結果と変数Ｃi-1の値とを加算したものを変数Ｃiに格納する。
【００６１】
【数６】
0004144848.tif 000007
【００６２】
次いで、ステップＳ２１２に移行して、変数Ｃiの値が所定の下限値Ｃmin以下であるか否かを判定し、変数Ｃiの値が下限値Ｃminよりも大きいと判定したとき(No)は、ステップＳ２１４に移行して、変数Ｃiの値が所定の上限値Ｃmax以上であるか否かを判定し、変数Ｃiの値が上限値Ｃmax未満であると判定したとき(No)は、ステップＳ２１６に移行する。
【００６３】
ステップＳ２１６では、減衰係数Ｃvである変数Ｃiの値に速度ｘ'aを乗算することにより減衰量Ｕを算出し、その減衰量データＵを変数Ｕiに格納し、ステップＳ２１８に移行する。
ステップＳ２１８では、変数Ｕiの値が所定の上限値Ｕc以上であるか否かを判定し、変数Ｕiの値が上限値Ｕc未満であると判定したとき(No)は、ステップＳ２２０に移行して、変数Ｕiの値を減衰量Ｕとして駆動装置制御回路に出力し、ステップＳ２０２に移行する。
【００６４】
一方、ステップＳ２１８で、変数Ｕiの値が上限値Ｕc以上であると判定したとき(Yes)は、ステップＳ２２２に移行して、変数Ｕiの値を関数sgnに代入したときの関数sgnの値に上限値Ｕcを乗算し、その乗算結果を変数Ｕiに格納し、ステップＳ２２０に移行する。
一方、ステップＳ２１４で、変数Ｃiの値が上限値Ｃmax以上であると判定したとき(Yes)は、ステップＳ２２４に移行して、変数Ｃiに上限値Ｃmaxを設定し、ステップＳ２１６に移行する。
【００６５】
一方、ステップＳ２１２で、変数Ｃiの値が下限値Ｃmin以下であると判定したとき(Yes)は、ステップＳ２２６に移行して、変数Ｃiに下限値Ｃminを設定し、ステップＳ２１６に移行する。
次に、本実施の形態の動作を説明する。
まず、短周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合を説明する。
【００６６】
短周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられると、ステップＳ２０６〜Ｓ２１０を経て、上式（１）により変数ｘ~aiの値が、上式（５）により変数βiの値が、上式（６）により変数Ｃiの値がそれぞれ算出される。ここで、短周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合は、長周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合に比して、建物１０に生じる振動の変位ｘaおよび速度ｘ'aが小さくなる。したがって、上式（５）によれば、短周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合は、変数βi はほとんど負の値となる。これに伴って、変数Ｃiの値は、変数βiの値に増分ΔＣを乗算した値が加算されるので、減衰量算出処理が繰り返し実行されるにつれて次第に減少していき、ほぼ下限値Ｃminを維持することとなる。
【００６７】
したがって、短周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合は、可変減衰ダンパ３０により規定の減衰力が発生する。この点については、従来の減衰係数一定のダンパと同等の動作である。次に、長周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合を説明する。長周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられると、ステップＳ２０６〜Ｓ２１０を経て、上式（１）により変数ｘ~aiの値が、上式（５）により変数βiの値が、上式（６）により変数Ｃiの値がそれぞれ算出される。ここで、長周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合は、短周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合に比して、建物１０に生じる振動の変位ｘaおよび速度ｘ'aが大きくなる。したがって、上式（５）によれば、長周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合は、変数βiは正の値となることが多い。これに伴って、変数Ｃiの値は、変数βiの値に増分ΔＣを乗算した値が加算されるので、減衰量算出処理が繰り返し実行されるにつれて次第に増加していき、下限値Ｃminよりも大きい値を維持することとなる。
【００６８】
したがって、長周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられた場合は、可変減衰ダンパ３０により規定の減衰力よりも大きな減衰力が発生する。すなわち、長周期成分が卓越した振動波が建物１０に与えられ、建物１０に共振現象が発生しても、それに対抗可能な減衰力が可変減衰ダンパ３０により発生するので、建物１０の応答振幅が過大となる可能性が低減する。
【００６９】
このようにして、本実施の形態では、ダンパ制御回路５０は、センサ４０で検出した変位ｘaおよび速度ｘ'aに基づいて算出した変数ｘ~aiの絶対値が基準値ｘaTを下回っているときは、下限値Ｃminを限度として減衰係数Ｃvを減少させ、センサ４０で検出した変位ｘaおよび速度ｘ'aに基づいて算出した変数ｘ~aiの絶対値が基準値ｘaTを上回っているときは、上限値Ｃmaxを限度として減衰係数Ｃvを増加させるようになっている。
【００７０】
これにより、上記参考発明の実施の形態と同等の効果が得られる。上記本発明の実施の形態において、建物１０は、請求項１記載の制振対象に対応し、可変減衰ダンパ３０は、請求項１記載の減衰力発生手段、または請求項２記載の粘性ダンパに対応し、センサ４０は、請求項１ないし２記載の応答値検出手段に対応し、ダンパ制御回路５０は、請求項１ないし２記載の減衰量算出手段に対応している。また、基準値ｘaT は、請求項１ないし２記載の基準値に対応している。
【００７１】
なお、上記参考発明および本発明の実施の形態においては、発明に係る可変減衰装置を免震構造物１００に適用したが、これに限らず、図１７に示すように、床免震装置２００に適用することもできる。図１７は、本発明を適用する床免震装置２００の構造を示す図である。床免震装置２００は、図１７に示すように、制振対象となる装置１２を載置したステージを支持する積層ゴム等からなる支承部２０と、地震等による振動が装置１２に生じた場合にその振動を緩和させる減衰力（リリーフ荷重）を発生させる可変減衰ダンパ３０と、可変減衰ダンパ３０の変位ｘa および速度ｘ'a を検出するセンサ４０と、センサ４０で検出した変位ｘaおよび速度ｘ'aに基づいて可変減衰ダンパ３０の減衰力を制御するダンパ制御回路５０とで構成されている。
【００７２】
このような構成によっても、上記本発明の実施の形態と同等の効果が得られる。また、免震構造物１００および床免震装置２００に限らず、建物１０の層間変形を抑制するダンパ、アクティブマスダンパ等の能動式制振装置に対しても同様に適用することができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る請求項１ないし２記載の可変減衰装置によれば、制振対象に生じる振動に応じた応答値である制振対象の変位および速度に基づいて算出した変数の絶対値と所定の基準値との比率に基づいて減衰係数を直接増減させて減衰量を算定して減衰力を変化させるので、長周期成分が卓越した振動波が前記制振対象に与えられた場合に、従来に比して、前記制振対象の応答振幅が過大になる可能性を低減することができるという効果が得られる。
また、新たな関数を定義したり、フィードフォワード制御のように別個の機構を設けたり、制御量を求めるための演算において、変数を増やしたり、または新たな伝達関数を定義したりする必要がないので、バンド幅が大きくなって計算時間が長くなったり、繰り返し回数を増やすなど、機構が複雑になって演算負荷が大きくなってしまうことなく、簡易に減衰力を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する免震構造物１００の構造を示す図である。
【図２】減衰量算出処理を示すフローチャートである。
【図３】免震構造物１００の力学モデルの一例を示す図である。
【図４】モデル諸元の一例を示す表である。
【図５】減衰定数ｈが５％の場合における建物１０の加速度応答スペクトルを示す図である。
【図６】長周期成分が卓越した地震動の波形を時系列に示したグラフである。
【図７】建物１０の加速度の波形を時系列に示したグラフである。
【図８】建物１０の基礎部における加速度の波形を時系列に示したグラフである。
【図９】免震層の変形波形を時系列に示したグラフである。
【図１０】変数αの変化を時系列に示したグラフである。
【図１１】変数αの変化に伴う減衰係数Ｃvの変化を時系列に示したグラフである。
【図１２】変数αの変化に伴う可変減衰ダンパ３０の減衰力の変化を時系列に示したグラフである。
【図１３】地震動の加速度レベルに対して建物１０の加速度が変化する様子を示したグラフである。
【図１４】地震動の加速度レベルに対して建物１０の基礎部における加速度が変化する様子を示したグラフである。
【図１５】地震動の加速度レベルに対して免震層が変化する様子を示したグラフである。
【図１６】減衰量算出処理を示すフローチャートである。
【図１７】本発明を適用する床免震装置２００の構造を示す図である。
【符号の説明】
１００                    免震構造物
１０                      建物
２０                      支承部
３０                      可変減衰ダンパ
４０                      センサ
５０                      ダンパ制御回路
【図１】
0004144848.tif 000008
【図２】
0004144848.tif 000009
【図３】
0004144848.tif 000010
【図４】
0004144848.tif 000011
【図５】
0004144848.tif 000012
【図６】
0004144848.tif 000013
【図７】
0004144848.tif 000014
【図８】
0004144848.tif 000015
【図９】
0004144848.tif 000016
【図１０】
0004144848.tif 000017
【図１１】
0004144848.tif 000018
【図１２】
0004144848.tif 000019
【図１３】
0004144848.tif 000020
【図１４】
0004144848.tif 000021
【図１５】
0004144848.tif 000022
【図１６】
0004144848.tif 000023
【図１７】
0004144848.tif 000024