Susumu Yoshinaka

VIBRATION CONTROL OF LARGE SPAN STRUCTURES USING DISTRIBUTED MTMDs : Shaking table tests with an arch model

TMD(Tuned Mass Damper)は,質量,バネ,ダンパーで構成され, 構造物に取り付けて大きく振動させることにより,構造物の振動エ ネルギーを TMD の運動エネルギーとして吸収し,ダンパーの減衰 力によりエネルギーを消散させることができる。そのため,これま で様々な建築構造物で地震動や風荷重に対する振動制御に用いられ てきた。本研究は,空間的な広がりをもつドームやスタジアム屋根 など大スパン屋根構造物の地震時や強風時における振動制御,大ス パン床スラブなど軽量大スパン構造物の環境振動対策としての TMD の適用方法に関するものである。大スパン屋根構造物では,新 潟県中越地震や福岡西方沖の地震,宮城県沖の地震においても体育 館やプールの天井材や照明など吊り物の落下被害が多く発生し,耐 震制振対策の必要性が指摘されている。また今後さらに床スラブ の大スパン化が進むことにより,環境振動障害に対する対策の必要 性が増すものと思われる。大スパン建築構造は,ビル等の多層式 骨組構造のせん断型振動と比較して,高次モードまで含む固有振動 数の近接した複数のモードが励起される特徴があるため,本研究で は,特に固有振動数の近接した複数のモードを効率良く制御する設 計手法の開発に重点を置いている。 既報では,これら大スパン建築構造用の TMD 設計法として, 複数の小型の TMD を空間に分散配置する分散型 TMD を提案した。 設計パラメーターの設定法として,同調比に対するロバスト性に優 れる MTMD 法を用い,MTMD は制御モードの重ね合わせの 最大振幅点に分散型に配置した(図1参照,以下,分散型 MTMD と述べる)。矩形平板を対象モデルとして選択し,2個のモードを制 御対象モードとした周波数応答解析の結果,合計 TMD 質量が等し い条件で,従来の通常 TMD 設計法と比較して,以下の結果が得ら れている。(1)提案手法は,MTMD 設定バンド幅(複数の MTMD のうち最大固有振動数から最小固有振動数までの幅)の内側では制 振効果が優れるが,バンド幅外側では応答が若干大きくなる傾向が ある。(2)提案手法は,一点でなく構造物全体の振動を制御する目 的に対して特に有効である。最終的に提案手法が大スパン建築構造 の TMD 設計法として適用可能性に優れるという結論が得られた。 これらの結果を受け,既報では,MTMD の空間配置に重点を 置いた研究結果を述べた。MTMD の逐次的な最適配置探索手法を提 案して最適配置を求め,提案した簡易配置法との比較を行った。そ の結果,精算による最適配置と提案した簡易 MTMD 配置はほぼ等 しく,制振効果もほぼ同じであることが分かった。次に大スパン建 築構造モデルとして単層円筒ラチスシェルを選択し,観測地震波を 用いた時刻歴応答解析により,提案手法の制振効果を確認した。そ の結果,モードの腹に一つの TMD を配置する従来型の TMD 設計法 は,TMD を配置した位置における制振効果は高いが,それ以外の位 置での応答のバラツキが大きい。一方,提案手法は構造物全体をバ ランス良く制御でき,且つ提案手法の構造物全体における制振効果 が非常に優れていることが確認された。 既報では,本設計法で重要な設計パラメーターである,複数モ ード制御のための MTMD バンド幅設定法に着目した研究結果を述 べた。まず,複数モードの固有振動数間隔を単一モード制御時にお * 東京大学生産技術研究所 助教・工博 Research Associate, IIS, University of Tokyo, Dr. Eng. * * 東京大学生産技術研究所 教授・工博 Professor, IIS, University of Tokyo, Dr. Eng. 分散型 MTMD による大スパン建築構造の振動制御に関する研究 -アーチモデルを用いた振動台実験-