JP2000353880A

JP2000353880A - 構造物の制振装置

Info

Publication number: JP2000353880A
Application number: JP11166313A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Murase; 成一村瀬; Kyoichi Otsuka; 恭一大塚
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】簡素な構成で、また任意に固有振動数を調整
でき、さらには適切な減衰が容易に得られる構造物の制
振装置を得る。【解決手段】碍子型の避雷器１が架台２の天板部２ａ
に固定支持されている。避雷器１は、中空の碍管１ａの
中に金属酸化物で形成された図示しない非直線抵抗素子
を収容したものである。なお、避雷器１及び架台２が制
振対象構造物である。制振装置３は、架台２の天板部２
ａに吊り下げられる３本のケーブル４（図１（ｂ））
と、この３本のケーブル４を途中の２箇所と終端部とに
おいて互いに接触しないように隔てるスペーサ５を有す
る。地震のときに、地震のエネルギーをケーブル４の振
動にて吸収し、避雷器１を搭載した架台２の振動を抑制
する。ケーブル４は、素線４ａを撚り合わせたもので、
地震のときに振動して変形したときに素線間の摩擦によ
りほぼ最適な減衰定数が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、構造物、例えば
碍子や碍管を有する電気機器を搭載した制振対象構造物
等の構造物の制振装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、架台に搭載された電力用の碍子
・碍管の固有振動数は地震波のもつ固有振動数域（０．
５〜１０Ｈｚ）にあり、何らかの共振が発生し応答が大
きくなる傾向がある。

【０００３】この対策として、例えば次のような方法に
より極力固有振動数を高くすることが行われている。架
台については、架台を広くする、架台の高さを低くす
る、架台構成部材として断面形状の大きなものを採用す
る、横梁や斜め梁を多数入れ剛性を高くする等の対策を
する。碍管・碍子については、太径のものを採用する等
の対策を行う。しかし、固有振動数を高めるのに限界が
あった。

【０００４】一方で、積極的に制振装置を適用すること
は、構造が複雑となること、長期に亘りまた地震発生時
に確実に動作することが要求されること等により、採用
されていなかった。

【０００５】本発明と原理的に類似するものに、振り子
を用いた制振装置がある。これは振動応答を低減したい
装置すなわち制振対象構造物に、この制振対象構造物の
固有振動数に近い振り子装置を付加することにより、外
乱として入力される振動エネルギーを制振対象構造物に
伝えることなく、振り子制振装置で吸収させようとする
ものである。

【０００６】図７は、例えば文献日本機械学会編「耐
震設計と構造動力学」（日本工業出版、昭和６０年９月
刊）に記載された従来の振り子式制振装置を示す構成図
である。図７において、制振対象構造物である架台２
に、連結板６を介して振り子装置７の振り子１０が連結
されている。振り子１０は、一端がピン９により支持台
８に回動可能に支持された棒部１０ａとこの棒部１０ａ
の先端部に固着された錘１０ｂとを有し、棒部１０ａに
連結板６がピンにて連結されている。

【０００７】このような振り子式制振装置は、次のよう
に動作する。振動例として地震に遭遇したとき、地動か
らの地震力は架台２を振動させるが、このとき、振り子
式制振装置がない場合、架台２単体の固有振動数が地震
のもつ固有振動数域にあると、架台２は共振を起こし大
きな振動が発生する。一方、架台２単体の固有振動数に
近い固有振動数を有する振り子式制振装置を設けると、
地動から架台に入力される地震エネルギーが、まず振り
子式制振装置により吸収され、架台２への地震エネルギ
ーの伝達が低減され、架台２の応答を下げることができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の振
り子式制振装置においては、振り子式制振装置を取り付
けるために架台２を強固なものとする必要がある。この
ために、架台２の重量が増え製作費用も高くなる。

【０００９】また、地震エネルギーを吸収する振り子１
０の振動応答をできるだけ低くするために、適切な減衰
を有するオイルダンパー等の減衰装置（図７では図示し
ていない）が必要であるが、地震時に確実に動作するこ
と、また振り子式制振装置の支持台７のピン９の取り付
け構造等の腐食や固着防止等の耐環境性を配慮した設計
が必要となることから、制振装置が複雑化する問題点が
あった。

【００１０】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、簡素な構成で、また任意に固
有振動数を調整でき、さらには適切な減衰が容易に得ら
れる構造物の制振装置を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の構造物の制振装置は、制振対象構造物に吊
り下げられるものであって弾性を有する紐状の弾性部材
を設けたものである。紐状の弾性部材は、地震のときに
振動して地震エネルギーを吸収して制振対象構造物の振
動を抑制する。また、弾性部材の形状、数、質量を所定
の値にすることにより、制振装置の固有振動数やばね定
数を設定する。従って、制振装置の構成が簡素となり、
また任意に固有振動数を設定でき、ばね定数の設定も容
易である。

【００１２】そして、弾性部材は、複数本の素線が撚り
合わされたケーブルであって、その質量が制振対象構造
物の等価質量の１〜５％の範囲にあり、その固有振動数
が制振対象構造物の固有振動数に対して９５〜９９％の
範囲にあることを特徴とする。弾性部材としてケーブル
を用い、その質量及び固有振動数を実用的に上記の範囲
に設定すると、ケーブルの重量を軽くでき、かつ効果的
に振動を抑制することができる。また、ケーブルが振動
し変形したときに発生する素線間の摩擦により、ほぼ最
適な減衰定数が得られ、別に減衰装置を設ける必要が無
くなる。

【００１３】さらに、ケーブルは複数本であり、この複
数本のケーブルを互いに隔てるスペーサを設けたことを
特徴とする。スペーサの間隔を調整することによって、
ばね定数を容易に設定できる。

【００１４】また、ケーブルに付加質量を付加したこと
を特徴とする。付加質量の値を調整することによって、
固有振動数を容易に設定できる。

【００１５】そして、制振対象構造物は、架台及びこの
架台に搭載された電気機器であることを特徴とする。電
気機器は、絶縁のために振動に弱い碍子や碍管を用いる
ことが多いので、電機機器及びこれを支持する架台に適
用すると効果的である。

【００１６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１（ａ）は、こ
の発明の実施の一形態を示す碍子型の避雷器が搭載され
た架台に適用された制振装置の構成図である。図１
（ｂ）は、図１（ａ）の制振装置の詳細構成図である。
図１（ａ）において、碍子型の避雷器１が架台２の天板
部２ａに固定支持されている。避雷器１は、中空の碍管
１ａの中に金属酸化物で形成された非直線抵抗素子（図
示せず）を収容したものである。なお、避雷器１及び架
台２が、この発明における制振対象構造物である。

【００１７】制振装置３は、架台２の天板部２ａに吊り
下げられる３本のケーブル４（図１（ｂ））と、３本の
ケーブル４を途中の２箇所と終端部とにおいて互いに接
触しないように隔てる三角形（図１（ｂ））の３個のス
ペーサ５を有する。ケーブル４は、図１（ｂ）に示すよ
うに、鋼やアルミニウムや銅等で製作された多数の素線
４ａを撚り合わせたものである。

【００１８】図１の避雷器１が搭載された架台２は、制
振装置３がない場合、地震に遭遇すると、地震波と共振
し大きな振れが発生する。一方、制振装置３を設けた場
合は、制振装置３が地震エネルギーを吸収するため、架
台２及び避雷器１の振れを抑えることが可能となる。

【００１９】ここで、ケーブル４を有する制振装置３の
制振原理について説明する。説明を理解しやすくするた
めに、図２に示す２質点系の振動モデルを考える。これ
は同調質量ダンパーと称されるものであり、その考え方
は理論的にも確立されている。図２において、質点Ａと
ばねＡと減衰Ａとは、避雷器１及び架台２系に相当する
ものとする。質点ＢとばねＢと減衰Ｂとは、制振装置３
のケーブル４及びスペーサ５系に相当するものとする。

【００２０】ここで、地震入力として制振効果を最もよ
く表現できる正弦連続波で考える。図２の振動系で質点
ＡとばねＡで決まる固有振動数（避雷器１及び架台２の
固有振動数に相当）をｆ０、質点ＢとばねＢから決まる
固有振動数をｆ１（スペーサ５で離隔されたケーブル４
の固有振動数に相当）とする。

【００２１】図２の振動系に入力する正弦波を、その振
幅は一定とし振動数を種々変化させると、質点Ａの応答
特性は図３のようになる。図３において、曲線Ｃは制振
装置がない場合の応答特性であり、曲線Ｄは制振装置を
設けた場合の応答特性である。

【００２２】この図に示されるように、制振装置を設け
ると、質点Ａの応答がかなり低減される。すなわち、適
切な付加振動系（この実施の形態ではスペーサ５にて固
定されたケーブル４）を選択し、主振動系すなわち制振
対象構造物に取り付けると、主振動系の応答をかなり低
減することができる。

【００２３】この付加振動系の最適値は、理論的に導き
出されており、次の（１）式及び（２）式で表される。
すなわち、最適固有振動数比ｒ＝（ｆ１／ｆ０）＝１／（１＋μ）・・・（１）最適減衰比率ζ＝√（３μ／８（１＋μ））・・・（２）で与えられる。

【００２４】ここで、μ：質量比（質点Ｂの質量／質点
Ａの質量）であるが、各質点の質量は、それそれ全質量
ではなく、理論的に導き出される等価質量である。この
等価質量の算出については、例えば文献柴田明徳著
「最新耐震構造解析」（森北出版（株）、１９８１年６
月刊）に記載されている。

【００２５】また、概略の適用範囲はμ＝０．０１〜
０．４、ζ＝０〜０．１５であるが、実機への適用にあ
たっては、できるだけ質量比μを小さくする（すなわち
ケーブル４の重量を軽くする）方が、制振装置３の全体
重量の軽減やコスト低減につながるので望ましい。

【００２６】上述の（１）、（２）式から質量比μ、最
適固有振動数比ｒ、最適減衰比率ζの関係について、実
際の設計に採用可能な範囲で具体的数値を計算すると、
図４に示すようになる。この結果から、通常ケーブル４
で得られる最適減衰比率ζは０．０６〜０．１３程度と
考えられるので、質量比μがほぼ０．０１〜０．０５の
範囲にあり、固有振動数比ｒがほぼ０．９５〜０．９９
の範囲にあるようにするのが、実際の制振対象構造物の
構造及び制振装置３の製作の観点から適切である、とい
える。

【００２７】この最適条件のもとでは、先ほどの図３に
示す曲線Ｄに相当する特性、すなわち二つのピークの大
きさをほぼ等しくかつ最小とすることができる。実機に
おいては、できるだけ固有振動数比ｒが１に近くなるよ
うに、ケーブル４の質量を決めればよい。必要な質量
は、ケーブル４の太さ及び本数を適宜選択することによ
り、容易に設定できる。

【００２８】また、固有振動数を決定するためのばね定
数の設定は、スペーサ５の本数やその間隔を変化させる
ことにより、容易に設定可能である。

【００２９】必要減衰定数については、ケーブル４自身
が素線４ａを複数本撚り合わせた撚り線となっているた
め（図１（ｂ））、ケーブル４が振動し変形したときに
発生する素線４ａ間の摩擦により、ほぼ最適減衰定数が
得られることが判明している。従って、従来の制振装置
のような減衰装置は不要となるという、大きな利点を有
する。

【００３０】このように、ケーブル４及びスペーサ５を
選定して制振装置３を構成すれば、地震に遭遇しても避
雷器１及び架台２の応答を低減できる。ここでは、正弦
連続波入力について述べたが、実際の地震波の場合には
図３に示した応答特性よりも低減効果は低くなるもの
の、十分に効果を奏する。なお、このような制振装置を
採用すれば、従来のように架台２の剛性を高くする必要
はなく、逆に柔構造にして架台２と避雷器１とが一体と
なった変形に対しても更なる制振効果を発揮することが
できる。

【００３１】実施の形態２．図５は、この発明の他の実
施の形態である制振装置を示す構成図であり、図５
（ａ）はケーブル４が２本の場合、図５（ｂ）はケーブ
ル４が８本の場合である。その他の構成については、図
１に示した実施の形態１と同様のものである。もちろ
ん、ケーブル４が１本であってもよい。

【００３２】実施の形態３．図６は、さらにこの発明の
他の実施の形態である制振装置を示す構成図である。図
６において、ケーブル４の下方の端部に錘１１がそれぞ
れ設けられている。その他の構成については、図１に示
した実施の形態１と同様のものである。

【００３３】このように、固有振動数を決定するための
質量の大きさの設定は、ケーブル４の自重以外に錘１１
を付加することによっても、容易に設定できる。

【００３４】なお、上記各実施の形態では、制振対象構
造物が避雷器１及びその架台２である場合について説明
したが、断路器、ブッシング、遮断器等他の電気機器を
搭載した架台であってもよいし、電気機器を搭載したも
のに限らず一般の構造物であっても同様の効果を奏す
る。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載するような効果を奏する。

【００３６】すなわち、制振対象構造物に吊り下げられ
るものであって弾性を有する紐状の弾性部材を設けたも
のであるので、紐状の弾性部材は地震のときに振動して
地震エネルギーを吸収して制振対象構造物の振動を抑制
する。また、弾性部材の形状、数、質量を所定の値にす
ることにより、制振装置の固有振動数やばね定数を設定
できる。従って、制振装置の構成が簡素となり、また任
意に固有振動数を調整でき、ばね定数の設定も容易であ
る。

【００３７】そして、弾性部材は、複数本の素線が撚り
合わされたケーブルであって、その質量が制振対象構造
物の等価質量の１〜５％の範囲にあり、その固有振動数
が制振対象構造物の固有振動数に対して０．９５〜１の
範囲にあることを特徴とするので、弾性部材としてケー
ブルを用い、その質量及び固有振動数を実用的に上記の
範囲に設定すると、ケーブルの重量を軽くでき、かつ効
果的に振動を抑制することができる。また、ケーブルが
振動し変形したときに発生する素線間の摩擦により、ほ
ぼ最適な減衰定数が得られ、別に減衰装置を設ける必要
が無くなる。これらにより、制振装置は、軽量、簡素な
ものとなる。

【００３８】さらに、ケーブルは複数本であり、この複
数本のケーブルを互いに隔てるスペーサを設けたことを
特徴とするので、スペーサの間隔を調整することによっ
て、ばね定数を容易に設定できる。

【００３９】また、ケーブルに付加質量を付加したこと
を特徴とするので、付加質量の値を調整することによっ
て、固有振動数を容易に設定できる。

【００４０】そして、制振対象構造物は、架台及びこの
架台に搭載された電気機器であることを特徴とするの
で、絶縁のために振動に弱い碍子や碍管を用いることが
多い電機機器及びこれを支持する架台に適用すると効果
的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の一形態を示すもので、図
（ａ）は電気機器を搭載した構造物の制振装置を示す構
成図、図（ｂ）は制振装置の詳細構成図である。

【図２】制振原理を説明するための２質点系の振動モ
デルである。

【図３】図２の振動モデルから得られる応答特性を示
す特性図である。

【図４】質量比、最適固有振動数比、最適減衰比率の
関係を示す図である。

【図５】この発明の他の実施の形態である制振装置を
示す構成図であり、図５（ａ）はケーブルが２本の場
合、図５（ｂ）はケーブルが８本の場合である。

【図６】さらに、この発明の他の実施の形態である制
振装置を示す構成図である。

【図７】従来の振り子式制振装置を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１避雷器、１ａ碍管、２架台、２ａ天板部、３
制振装置、４ケーブル、４ａ素線、５スペー
サ、１１錘。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J048 AA05 AD06 BE10 BF09 CB01 DA01 EA13 EA38 4E360 AB02 AB52 AB64 EA05 EB03 EC03 ED17 FA02 GA14 GA28 GB99

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制振対象構造物に吊り下げられるもので
あって弾性を有する紐状の弾性部材を設けた構造物の制
振装置。
【請求項２】弾性部材は、複数本の素線が撚り合わさ
れたケーブルであって、その質量が制振対象構造物の等
価質量の１〜５％の範囲にあり、その固有振動数が制振
対象構造物の固有振動数に対して９５〜９９％の範囲に
あることを特徴とする請求項１に記載の構造物の制振装
置。
【請求項３】ケーブルは複数本であり、この複数本の
ケーブルを互いに隔てるスペーサを設けたことを特徴と
する請求項２に記載の構造物の制振装置。
【請求項４】ケーブルに付加質量を付加したことを特
徴とする請求項２に記載の構造物の制振装置。
【請求項５】制振対象構造物は、架台及びこの架台に
搭載された電気機器であることを特徴とする請求項１に
記載の構造物の制振装置。