JP4883740B2

JP4883740B2 - 制振装置

Info

Publication number: JP4883740B2
Application number: JP2001227989A
Authority: JP
Inventors: 達治松本; 一裕藤澤
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP2003041513A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、斜張橋ケーブル、並行ケーブル、吊り橋ケーブル、ポール、支柱、街灯、道路灯、信号機、避雷針、煙突、その他の構造物における制振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、斜張橋に用いる斜張橋ケーブルを被制振部材とするケーブルの制振装置を例に従来技術を説明する。図１１（ａ）は斜張橋の概略を示したものであって、同図で１は橋桁、２は支塔、３は斜張橋ケーブル、４はケーブル制振装置である。ケーブル制振装置４は、風や走行車両などの影響による斜張橋ケーブル３の振動を減衰させ、斜張橋ケーブル３に掛かる負荷を緩和して、斜張橋ケーブル３の破損を防止するものである。
【０００３】
このケーブル制振装置４は、図１１（ｂ）（ｃ）に示すように、橋桁１に取り付けたケーブル定着部１１の近傍において、粘弾性体の一種である減衰性を有するゴムからなるゴムダンパー１２を斜張橋ケーブル３の周囲に複数個等配状態で配設し、ゴムダンパー１２の一端をケーブル定着部１１側に取り付け、他端を斜張橋ケーブル３側に固定したもので、雨水や紫外線を遮蔽するためカバー１３で覆ってある。ゴムダンパー１２の取り付けは、図１１（ｄ）に示すように、ゴムダンパー１２の一端に接着した鋼板製の取付板１４を、ケーブル定着部１１の上端の固定リング１５に固着したフランジ１６に取り付け、ゴムダンパー１２の他端に接着した鋼板製の取付板１７を斜張橋ケーブル３にクランプリング１８で固定したホルダ１９に取り付けている。
【０００４】
このケーブル制振装置４によれば、風などの影響により振動する斜張橋ケーブル３の振動エネルギーを受けてゴムダンパー１２がせん断方向に弾性変形し、そのせん断方向の反力で振動を減衰させて斜張橋ケーブル３の振動を抑制する仕組みになっている。
【０００５】
上記の制振装置は、振動のエネルギーを受けてせん断方向に変形するゴムダンパー１２のせん断方向の反力により振動を減衰させるものである。一般に同一材料で作られた同一断面積のゴム体の場合、引張方向の弾性係数である縦弾性係数Ｅ（σ／ε）と、せん断方向の弾性係数である横弾性係数Ｇ（τ／γ）との比（E：Ｇ）は、約３：１の関係にある。このことから、一般のゴム体は、同じ値の応力を引張（圧縮）方向に与えた場合とせん断方向に与えた場合とでは、せん断方向に応力を与えた場合の方がより大きく変形する性質がある。換言すれば、一般のゴム体は引張（圧縮）方向によりもせん断方向の方が軟らかい性質がある。
【０００６】
このため、上記の制振装置４のように、斜張橋ケーブル３の半径方向の変位に対してゴムダンパー１２がせん断方向に弾性変形するようにゴムダンパー１２を配設している。
【０００７】
しかし、ゴムダンパー１２のせん断歪と、せん断歪を受けたときの反力との関係は、図１２に示すように、ゴムダンパー１２が破断するまでほぼ線形関係にあるので、例えば、設計時に想定した力よりも異常に大きな力が斜張橋ケーブル３に掛かった場合に、せん断歪に伴う反力を十分に発揮し得ないまま、ゴムダンパー１２が弾性変形域を越えて破損してしまう可能性がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本出願人は、制振部材の形状について種々検討した結果、先に、ケーブルの軸線に沿った縦断面形状が、頂部から上下に一対の二股状に延びる斜辺部を有するＶ字状の制振部材、円弧状の頂部から一対の対称形状の円弧状部が延び、かつそれら円弧状部の端部を結合する平坦部を有するアルファベットのD字状の制振部材、頂部から一対の円弧状部が延び、かつそれら円弧状部の他端部が結合された底部を有し、外形が太鼓状で内部にラグビーボール状の孔を有する制振部材などを用いる制振装置を提案した。
【０００９】
本出願人の提案に係る上記の制振装置は、従来の断面形状が円形状のゴムダンパーを用いる制振装置に比較して、初期反力が高く、圧縮変形に対する余裕が大きく、優れた制振性能を有するものであるが、強いて難点を挙げれば、低歪領域において非線形性が強いため、ばね定数の予測性に弱点があった。また、制振部材の圧縮方向に方向性があるため、圧縮方向により制振特性が異なるという問題点があった。
【００１０】
そこで、本発明は、制振性が高いことはもちろんのこと、従来よりも大きい圧縮（引張）応力に対して減衰域を有し、かつ、低歪領域から広い歪領域で一定のばね定数を有する制振部材を備え、設計・取り扱いが容易な制振装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の制振装置は、被制振部材の外周に、振動のエネルギーを受けてせん断方向に弾性変形し、そのせん断方向の反力で振動を減衰させるゴムダンパーを配置し、該ゴムダンパーを内包して支持するダンパーハウジングを備える制振装置において、前記ゴムダンパーと前記被制振部材とによって囲まれる空間部を有し、前記ゴムダンパーは、前記被制振部材とダンパーハウジング間に延在する方向に形状中心軸を有して、該中心軸に対して回転対称の形状を有すると共に、前記ゴムダンパーの内面は連続した曲面部を有することを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、上記の「空間部」は、制振部材の変形を容易にするもので、その断面形状は、円弧形状が好ましい。そのような形状によれば、圧縮歪を受ける制振部材の側と反対側に配置された制振部材に働く引張力に対して変形の余裕が大きくなり、変形の自由度が高い間は、圧縮応力対歪特性の直線性も高い。上記の制振装置によれば、広い範囲で略一定なばね定数が得られ、応力に対する制振部材の変形の直線性が高くなり、被制振部材の振動を効果的に抑制することができる。
【００１３】
上記の制振装置によれば、ゴムダンパーの形状が応力を受けたときに空間部によって弾性的に変形するとともに、前記被制振部材とダンパーハウジング間に延在する方向に形状中心軸を有して、該中心軸に対して回転対称の形状を有するように構成されていることによって、比較的小さい応力負荷時から大きな応力負荷時にわたる広い領域で、ゴムダンパーのばね定数が線形に近くなり、応力に対する変形量が一定となり、安定した取り付け施行が可能になるという、取り付け上の優位性も大きくなる。
【００１４】
請求項２に記載の制振装置は、前記ゴムダンパーが、周方向に連続した円錐台形筒状で、かつ、平面状の頂部を有することを特徴とするものである。
【００１５】
上記の制振装置によれば、ゴムダンパーが周方向に連続した円錐台形筒状であるので、従来の横断面形状が矩形状のゴムダンパーに比較して、被制振部材に対するいずれの方向（軸線に垂直な面内の角度）からの応力に対しても、一定の制振特性が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、斜張橋ケーブルを被制振部材とする本発明の実施形態に係る制振装置３０を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、被制振部材としての斜張橋ケーブル３に取り付けられた制振装置３０の軸線方向の縦断面図であり、図２（ａ）は、図１における軸線方向に垂直なＡ−Ａ線に沿った横断面図である。図１および図２（ａ）において、３１は斜張橋ケーブル３に固定されたケーブルフランジ、３２は制振部材としてのゴムダンパー、３３は内周面３３ａがケーブルフランジ３１の外周面３１ａに対向するように配設した多角筒形状のダンパーハウジング、３４はダンパーハウジング３３の変形を防ぐためにダンパーハウジング３３の外周面に装着した拘束リング、３５は調心フランジ、３６は定着フランジ、３７は定着フランジ３６を橋桁１に締結するアンカーボルト、３８は橋桁１に斜張橋ケーブル３を相通させるためのケーブル挿通管である。
【００２０】
前記ケーブルフランジ３１は、斜張橋ケーブル３に固定したフランジ部材である。ダンパーハウジング３３は、内周面３３ａがケーブルフランジ３１の外周面３１ａに対向するように配置した有底多角筒状（図示例は８角形）の部材で、ダンパーハウジング３３の底部には、斜張橋ケーブル３が挿通する穴３３ｂが形成してある。
【００２１】
前記調心フランジ３５と定着フランジ３６は、半径方向および周方向に位置を調整してダンパ−ハウジング３３を橋桁１に取り付けるものであり、斜張橋ケーブル３の取り付けを容易にするとともに、初期状態で斜張橋ケーブル３に掛かる負荷を低減させるものである。
【００２２】
定着フランジ３６は、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、直径に沿って半分に分断した一組の円筒形状の部材であって、軸方向の両端にフランジ板３６ａ，３６ｂを備えるものである。橋桁１側のフランジ板３６ａは、周方向に長穴３６ｃが形成され、この長穴３６ｃを橋桁１に取り付けたアンカーボルト３７に挿通して締結するものであり、ダンパーハウジング３３の取り付け位置を橋桁１に対して周方向に調節するものである。この定着フランジ３６の調心フランジ３５側のフランジ板３６ｂは、外形に対して偏心した位置ａを中心として穴３６ｄが形成してあり、この穴３６ｄに沿うように所定の位置に植設した複数個の調心フランジ取付用のスタッドボルト３６ｅを備えている。
【００２３】
定着フランジ３６は、図３（ｃ）の二点鎖線３^`で示すように、斜張橋ケーブル３がケーブル挿通管３８の中心の位置からずれた位置にある場合、橋桁１側の周方向に長穴３６ｃが形成してあることにより、定着フランジ３６を所定量回転させて調心フランジ３５側のフランジ板３６ｂに形成した穴３６ｄの中心を斜張橋ケーブル３の偏心の向きに合わせてアンカーボルト３７で橋桁１に締結する。
【００２４】
調心フランジ３５は、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、直径に沿って半分に分割した一組の円板状の部材で、斜張橋ケーブル３を充分な余裕を持って遊嵌させることができる穴３５ａと、前記定着フランジ３６のスタッドボルト３６ｅをスライド可能に嵌める長穴３５ｂとを有する。この長穴３５ｂは定着フランジ３６の穴３６ｄの偏心方向に整列させて形成したものである。調心フランジ３５は、その長穴３５ｄに定着フランジ３６のスタッドボルト３６ｅを挿通し、斜張橋ケーブル３が調心フランジ３５の中心となるように位置を合わせてナットで締結する。
【００２５】
前記ゴムダンパー３２は、（例えば、損失係数tanδが０．３０よりも大きな）高減衰性を有する高分子弾性材からなるゴム製の制振部材であって、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、全体として円錐台形筒状体で、小傾斜円錘状部３２ａと、それに続く大傾斜円錐状部３２ｂと、平面状の頂部３２ｃと、大傾斜円錐状部３２ｂの下端から外方に延びるフランジ部３２ｄと、このフランジ部３２ｄの上面の円周方向等間隔位置に鋼板製の取付板３２ｇを収容するための複数個の凹部３２ｅと、このフランジ部３２ｄをケーブルフランジ３１の外周面３１ａに取付ボルトで取り付けるための取付孔３２ｆとを有する。前記取付板３２ｇにも、フランジ部３２ｄの凹部３２ｅの取付孔３２ｆと一致する位置に取付孔３２ｈを有する。
【００２６】
詳しくは、ゴムダンパー３２の断面形状は、図５（ｂ）に示すように、大傾斜円錐筒状部３２ｂおよび平面状の頂部３２ｃの内面において、連続した曲面部３２ｉを有する空間部３２ｊを有している。
【００２７】
図示例のゴムダンパー３２は、フランジ部３２ｄの上面側（円錐筒状部３２ａ，３２ｂ側）の凹部３２ｅに取付板３２ｇを収納して、取付板３２ｇの上からボルトでフランジ部３２ｄをケーブルフランジ３１の外周面３１ａに取り付けるようにしたものである。このため、ケーブルフランジ３１の外周面３１ａは、図２（ａ）に示すように、四角形状または多角形状の平面部を有するように形成することが望ましい。
【００２８】
ゴムダンパー３２の反対側、すなわち、平面状の頂部３２ｃ側は、ダンパーハウジング３３の内周面３３ａに直接当接するか接着剤により固定接続してある。このため、ダンパーハウジング３３の内周面３３ａは、図２（ａ）に示すように、多角形状の平面部を有するように形成することが望ましい。
【００２９】
これにより、このゴムダンパー３２は、図６（ａ）に示す無負荷状態から、図６（b）に示すように、斜張橋ケーブル３が半径方向に振動して圧縮される場合、斜張橋ケーブル３の振動エネルギーとダンパーハウジング３３の反力を受けて、円錐筒状部３２ｂが弾性変形して外側に膨らむようになる。このゴムダンパー３２は、図６（ｃ）に示すように、円錐筒状部３２ｂに囲まれた空間３２ｊがほとんど無くなる程度まで円錐筒状部３２ｂの弾性変形が進むから、斜張橋ケーブル３の半径方向において約６０％の圧縮歪に相当する圧縮変形にも十分に耐えることができ、斜張橋ケーブル３のより大きな変位を吸収することができる。
【００３０】
図７は、斜張橋ケーブル３の半径方向の圧縮量とその反力との関係を示す。従来の断面形状がＶ字状のゴムダンパーが、図７の鎖線Ｂで示すように、約５０％の圧縮変形が限界で，かつ、圧縮量が０〜１０％の狭い範囲内で直線性を有するのに対して、このゴムダンパー３２においては、図７の実線Ａで示すように、約６０％の圧縮変形が可能で、かつ、圧縮量が０〜３５％の広い範囲で直線性を有し、優れた直線性を有する。
【００３１】
すなわち、このゴムダンパー３２は、斜張橋ケーブル３の振動によって０〜２０％程度圧縮歪が生じるが、ゴムの減衰能力内で十分に斜張橋ケーブル３の振動エネルギーを吸収することができる。また、弾性圧縮変形可能領域においても優れおり、優れた制振作用を発揮することができる。
【００３２】
すなわち、この制振装置３０は、ゴムダンパー３２が通常の斜張橋ケーブル３の振動を変形におけるその減衰域内で吸収して十分な耐久性と優れた制振機能を発揮することができるとともに、斜張橋ケーブル３に異常に大きな変位が生じた場合でも、半径方向の圧縮変形に対する許容量が大きく、構造的に破損する可能性が低く、かつ、斜張橋ケーブル３の異常な変位に対してはより大きな反力を発揮して斜張橋ケーブル３を拘束するように作用することができる。
【００３３】
また、上記のゴムダンパー３２は、円錐台形筒状であるため回転対称形状であり、ケーブルフランジ３１およびダンパーハウジング３３に対して取り付ける際に、従来の矩形状ダンパーのように、その取り付け方向を考慮しなくてもよくなり、取り付け作業性が著しく向上する。
【００３４】
しかも、上記のゴムダンパー３２は、前述のとおり、円錐台形筒状であるため回転対称形状であり、その中心軸に垂直な方向であれば、図８に示すように、どの方向からの圧縮力に対しても、同様の変形をするので、圧縮に対する方向性がなくなる。
【００３５】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ゴムダンパー３２は、フランジ部３２ｄの上面側（円錐筒状部３２ａ，３２ｂ側）に鋼板製の取付板３２ｇを配置する場合について説明したが、フランジ部３２ｄの下面側（円錐筒状部３２ａ，３２ｂ側と反対側）に取付板３２ｇを配置するようにしてもよい。
【００３６】
また、図９に示すゴムダンパー４０のように、フランジ部４０ｄ内に取付板４０ｇを埋め込むようにしてもよい。このようにすれば、ゴムダンパー４０を取り付ける場合に、ゴムダンパー４０と取付板４０ｇが分離することがないので、取付作業性が一層向上する。
【００３７】
さらにまた、上記の上記実施形態では、平面状の頂部３２ｃ（４０ｃ）を設けるとともに、ゴムダンパー３２（４０）の内面を円弧状の曲面部３２ｊ（４０ｊ）に形成する場合について説明したが、図１０に示すゴムダンパー４１のように、頂部４１ｃに開口部を有するとともに、内面を円筒状部４１ｋおよび円錐状部４１ｍとによる多角形状に形成してもよい。このようなゴムダンパー４１において、円環状の頂部４１ｃに鋼板製の取付板４１ｎを取り付けまたは埋め込むようにしてもよい。
【００３８】
また、上記図１および図２（ａ）に示す実施形態の場合は、ゴムダンパー３２を、そのフランジ部３２ｄをケーブルフランジ３１側の外周面３１ａ側に、その平面状の頂部３２ｃをダンパーハウジング３３の内周面３３ａ側に配置する場合について説明したが、上記と逆に、図２（ｂ）に示すように、そのフランジ部３２ｄ側をダンパーハウジング３３の内周面３３ａ側に、その平板状の頂部３２ｃ側をケーブルフランジ３１の外周面３１ａ側に配置するようにしてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、ゴムダンパー３２（４０，４１）を斜張橋ケーブル３の周囲に４個配置する場合について説明したが、その配置数は、それ以外の複数個であってもよい。ただし、斜張橋ケーブル３の直径方向の両側に、ゴムダンパーが配置されるようにする。そのようにすることによって、一方側のゴムダンパーが圧縮応力を受けると、他方側のゴムダンパーが引張応力を受けて、バランスがとれた制振作用を営む。
【００４０】
さらに、上記の実施形態では、斜張橋ケーブルの制振装置について説明したが、斜張橋ケーブルに限定されず、吊り橋ケーブル、並列ケーブル、ポール、支柱、街灯、道路灯、信号機、避雷針、煙突、その他の振動を伴う構造物の制振装置として広く適用することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の制振装置は、被制振部材の外周に、振動のエネルギーを受けてせん断方向に弾性変形し、そのせん断方向の反力で振動を減衰させるゴムダンパーを配置し、該ゴムダンパーを内包して支持するダンパーハウジングを備える制振装置において、前記ゴムダンパーと前記被制振部材とによって囲まれる空間部を有し、前記ゴムダンパーは、前記被制振部材とダンパーハウジング間に延在する方向に形状中心軸を有して、該中心軸に対して回転対称の形状を有すると共に、前記ゴムダンパーの内面は連続した曲面部を有するものであるから、従来の制振装置に比較して、圧縮量に対する反力の直線性が改善されて、低歪領域から広い歪領域で、ばね定数が一定で、制振装置の設計・取り扱いが容易になる。また、その取り付けの際の方向性がなくなるので、取付作業性が著しく向上する。さらに、いずれの方向からの応力に対しても同一の変形をする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る制振装置の軸線に沿った縦断面図、
【図２】（ａ）は図１の制振装置における軸線に垂直なＡ−Ａ線に沿った横断面図、
（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る制振装置の軸線に垂直な横断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の定着フランジの底面図、
（ｂ）は定着フランジの側面図、
（ｃ）は定着フランジの平面図である。
【図４】（ａ）は本発明の調心フランジの側面図、
（ｂ）は調心フランジの平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の一実施形態に係る制振装置における制振部材の拡大斜視図、
（ｂ）は（ａ）の制振部材の拡大縦断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の一実施形態に係る制振装置の制振部材が圧縮されていない状態を示す拡大縦断面図、
（ｂ）は制振部材が途中まで圧縮された状態を示す拡大縦断面図、
（ｃ）は制振部材が略完全に圧縮された状態を示す拡大縦断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る制振装置の圧縮量と反力の関係を、従来の制振装置とともに示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る制振装置の制振部材に対する応力の方向性がないことを示す制振部材の平面図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る制振部材の拡大縦断面図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態に係る制振部材の拡大縦断面図である。
【図１１】（ａ）は一般的な斜張橋ケーブルの概略図、
（ｂ）は従来の斜張橋ケーブルの制振装置の側断面図、
（ｃ）は（ｂ）の制振装置の横断面図、
（ｄ）は制振部材部分の拡大縦断面図である。
【図１２】従来の制振部材のせん断歪と反力との関係を示す図である。
【符号の説明】
３斜張橋ケーブル
３０制振装置
３１ケーブルフランジ
３２，４０，４１制振部材（ゴムダンパー）
３２ａ，４０ａ，４１ａ小傾斜円錐状部
３２ｂ，４０ｂ，４１ｂ大傾斜円錐状部
３２ｃ，４０ｂ，４１ｃ頂部
３２ｄ，４０ｄ，４１ｄフランジ部
３２ｇ，４０ｇ，４１ｇ，４１ｎ取付板
３２ｉ，４０ｉ曲面部
３２ｊ，４０ｊ，４１ｊ空間部
３３ダンパーハウジング
３４拘束リング
３５調心フランジ
３６定着フランジ
４１ｋ円筒状部
４１ｍ円錐状部

Claims

被制振部材の外周に、振動のエネルギーを受けてせん断方向に弾性変形し、そのせん断方向の反力で振動を減衰させるゴムダンパーを配置し、該ゴムダンパーを内包して支持するダンパーハウジングを備える制振装置において、
前記ゴムダンパーと前記被制振部材とによって囲まれる空間部を有し、前記ゴムダンパーは、前記被制振部材とダンパーハウジング間に延在する方向に形状中心軸を有して、該中心軸に対して回転対称の形状を有すると共に、前記ゴムダンパーの内面は連続した曲面部を有することを特徴とする制振装置。
前記ゴムダンパーが、周方向に連続した円錐台形筒状で、かつ、平面状の頂部を有することを特徴とする請求項１に記載の制振装置。