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振動対策事例
建築
高架道路上に設置された休憩施設のアクティブ除振対策

高速道路の料金所には職員の休憩施設が付随するがこの施設を道路橋桁上に設置する計画があり、事前予測では車両通行振動により居住環境を満足しない結果であった。
建物自体を除振する検討が行われ、除振系の固有振動数で増幅しないアクティブ除振が採用された。

対策のポイント

対処となる建物はS造平屋の64m2、総質量は43tonであり、大質量を支持し、なおかつ大変位を制御するためにエアサーボシステムを採用し、制御バルブには大流量型を用いた。

原因

休憩施設が設置される橋桁の径間は61m、設計固有振動は1次モード2.5Hz、2次モード5.3Hz。大型トラックの走行による応答最大変位は1,000μm程度と予測された。この変位を1/5に低減するための方策として(1)パッシブによる除振システム(2)パッシブによる除振に、除振系の固有振動数の増幅を制御する動吸振器を付加したシステム(3)アクティブ制御を行った除振システムなどが検討された。
図1に建物の平面図を示す。

図1 建物平面図
図1 建物平面図

対策

対策対象の周波数が低いこと、居住性として減衰は大きいほどよいことからエアサーボアクチュエーターを使用したアクティブ制御の除振システムが採用された。
図2にアクチュエーターの配置を示す。
図3にアクチュエーターを示す。
基本構造は 支持点数6点、制御アクチュエーター4点の剛体モード制御とし、水平方向は弾性系固有振動数帯域の増幅がないこと、水平1.5G、鉛直1Gの耐震ストッパーを装備することなどを基本とし対策工事を行った。鉛直のアクチュエーターはφ600のダイヤフラム型空気ばねを使用した。

図2 アクチュエーター配置
図2 アクチュエーター配置
図3 アクチュエーター
図3 アクチュエーター

図4に鉛直方向の橋桁上、建屋床の振動スペクトルの比較を示す。
図5に橋桁上と建屋床のX,Y,Z方向の振動加速度時間軸波形を示す。

図4 振動スペクトルの比較
図4 振動スペクトルの比較
図5 時間軸波形の比較
図5 時間軸波形の比較

S造の建物は剛体ではないため、水平の制御ゲインを上げると構造歪が出ることや、空気ばねの浮上、着座時にきしみ音が出るなど精密除振とは異なった苦労はあったが、建物竣工時の大型トラック走行テストでは、鉛直方向で橋桁振動の1/5以下、水平方向で増幅なしという所期の目的を達成することが出来た。

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