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ま と め

ドキュメント内 九州大学学術情報リポジトリ (ページ 64-128)

吊 架 ジ ャ ン パ 装 置 の 自 由 振 動 試 験 と 強 制 加 振 試 験 に お い て , 吊 架 ジ ャ ン パ 装 置 に 変 位 を 与 え る た め に 設 置 し た 塔 体 の 支 持 点 に 反 力 に よ っ て 塔 体 振 動 が 励 起 さ れ た 可 能 性 が 考 え ら れ た た め ,鉄 塔 A に お い て 吊 架 ジ ャ ン パ 装 置 を 含 む 4 基 3 径 間 の 鉄 塔-送 電 線 連 成 系 モ デ ル に よ る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 解 析 を 実 施 し ,吊 架 ジ ャ ン パ 装 置 振 動 が 塔 体 振 動 に 与 え る 影 響 に つ い て 検 討 し た 結 果 ,以 下 の 所 見 が 得 ら れ た 。

(1)吊 架 ジ ャ ン パ 装 置 を 強 制 加 振 さ せ た と き ,振 動 試 験 と 同 様 に 塔 体 1 次 線 路 直 角 方 向 振 動 モ ー ド が 励 起 さ れ る こ と が 分 か り , 吊 架 ジ ャ ン パ 装 置 が 振 動 す る こ と に よ っ て 塔 体 振 動 が 励 起 さ れ る こ と が 確 認 で き た 。

(2)シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 解 析 に お い て も ,吊 架 ジ ャ ン パ 装 置 の 振 動 が 腕 金 を 介 し て 塔 体 へ 伝 播 し , 吊 架 ジ ャ ン パ 装 置 の 固 有 振 動 数 の 約 4 倍 に 相 当 す る 塔 体 振 動 が 励 起 さ れ る こ と が 明 ら か と な っ た 。 た だ し , 振 動 レ ベ ル と し て は 十 数 c m/sec と 非 常 に 小 さ い こ と も 分 か っ た 。

上 記 よ り , シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 解 析 か ら も 吊 架 ジ ャ ン パ 装 置 振 動 が 塔 体 振 動 を 励 起 さ せ る こ と が 明 ら か と な り , 無 風 時 に お い て は 同 様 の 現 象 が 生 じ る 可 能 性 が あ る こ と が 分 か っ た 。 し か し な が ら , そ の 振 幅 レ ベ ル が 小 さ い こ と や 第 2 章 の 強 風 応 答 観 測 結 果 で は 上 記 現 象 は 明 確 に 見 ら れ な い こ と か ら 吊 架 ジ ャ ン パ 装 置 振 動 に よ る 塔 体 振 動 の 励 起 が 鉄 塔 の 安 全 性 に 大 き く 寄 与 す る こ と は 低 い と 考 え ら れ る 。 ま た , シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 解 析 で は 確 認 す る こ と が で き な か っ た が , 鉄 塔 構 造 諸 元 と 吊 架 ジ ャ ン パ 装 置 諸 元 の 関 係 に よ っ て は , 振 動 伝 播 に よ っ て 吊 架 ジ ャ ン パ 装 置 振 動 が オ バ リ ン グ 振 動 や 部 材 振 動 を 励 起 さ せ る 可 能 性 も あ る と 考 え ら れ る 。

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第 5 章 部材制振対策の基本的特性

についての検討

特 定 は 困 難 で あ っ た が , 強 風 下 に お い て 振 動 伝 播 や 風 荷 重 な ど の 様 々 な 要 因 に よ っ て , 部 材 振 動 ( オ バ リ ン グ 振 動 ) が 発 現 す る こ と が 明 ら か と な っ た 。 部 材 振 動 は そ の 振 動 特 性 か ら ボ ル ト 接 合 部 の ボ ル ト 緩 み や 溶 接 部 の 疲 労 問 題 が 懸 念 さ れ る た め , 制 振 対 策 が 必 要 で あ る 。 従 来 , 渦 励 振 に よ る 部 材 振 動 に 対 し て は , 付 加 構 造 材 の 挿 入 や 部 材 の サ イ ズ ア ッ プ な ど を 行 っ て い る が , 振 動 伝 播 に 対 す る 制 振 効 果 は 検 討 さ れ て い な い こ と や 構 造 上 適 用 で き な い 箇 所 が 生 じ る 可 能 性 が あ る こ と か ら , 振 動 伝 播 に よ る 部 材 振 動 に 対 し て も 有 効 で 簡 易 な 制 振 対 策 が 望 ま れ て い た 。 本 章 で は , 高 減 衰 ゴ ム を 用 い た 制 振 対 策 を 提 案 し , そ の 有 効 性 を 振 動 試 験 お よ び シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 解 析 な ど か ら 検 討 し た 。

5.1 部 材 振 動 抑 制 手 法 の 選 定

鋼 材 な ど の 履 歴 特 性 を 利 用 し て エ ネ ル ギ ー を 吸 収 す る 構 造 物 の 制 振 対 策 と し て 主 に 図 5. 1~ 図 5 .4 に 示 す も の が 考 え ら れ る 。

鋼 材 ダ ン パ ( 図 5 .1) は 鋼 材 が 降 伏 し た 後 の 履 歴 , 摩 擦 型 ダ ン パ ( 図 5 .2) は 設 定 し た 摩 擦 力 に 達 し た 後 の 履 歴 に よ っ て エ ネ ル ギ ー を 吸 収 す る こ と で 制 振 効 果 が 得 ら れ る た め , 微 小 変 形 に 対 し て は あ ま り 制 振 効 果 が 期 待 で き な い 。 ま た , そ の 履 歴 特 性 か ら 外 力 作 用 後 に 残 留 変 位 が 生 じ る 。

粘 性 ダ ン パ ( 図 5 .3) は 基 本 的 に は 速 度 に 依 存 し て エ ネ ル ギ ー 吸 収 が 増 大 す る 機 構 で あ る た め , 低 速 度 に 対 し て は 速 度 増 幅 機 構 な ど を 適 用 す る こ と で 対 応 が 可 能 で あ り ,微 小 変 形 に 対 し て も あ る 程 度 制 振 効 果 が 期 待 で き る も の と 考 え ら れ る 。 し か し な が ら , 機 械 的 な 機 構 で 構 成 さ れ て い る た め , 遊 び な ど に よ り 微 小 な 変 形 に 対 し て 有 効 な 制 振 効 果 が 期 待 で き な い こ と が 考 え ら れ る 。

粘 弾 性 ダ ン パ ( 図 5 . 4) は 粘 弾 性 体 の 変 形 に よ っ て 微 小 変 形 か ら 効 率 的 に 制 振 効 果 が 期 待 で き る た め , 高 層 建 築 物 な ど の 風 応 答 対 策 な ど で 採 用 さ れ て い る 。 し か し , 粘 弾 性 体 の 履 歴 特 性 は 温 度 や 周 波 数 お よ び 振 幅 に 依 存 す る こ と が 周 知 さ れ

5 57 て い る た め , そ れ ら を 把 握 し て 適 用 す る こ と が 必 要 と な る 。

今 回 , 送 電 鉄 塔 の 部 材 振 動 の よ う な 微 小 振 幅 に も 対 応 で き , 適 用 が 容 易 に 可 能 で あ る 対 策 が 求 め ら れ る 。 従 っ て , 微 小 振 幅 に は 適 用 が 困 難 で あ り , 外 力 作 用 後 に 残 留 変 位 が 生 じ る 鋼 材 ダ ン パ や 摩 擦 型 ダ ン パ は 不 適 切 で あ る と 考 え ら れ る 。 ま た , 粘 性 ダ ン パ は 速 度 増 幅 機 構 な ど を 適 用 す れ ば 微 小 振 幅 か ら で も 制 振 効 果 が 期 待 で き る が , 主 に 屋 内 で の 使 用 が 想 定 さ れ て い る こ と や 高 価 で あ る こ と か ら 不 経 済 に な る と 想 定 さ れ る こ と が 懸 念 さ れ る 。 粘 弾 性 ダ ン パ は 微 小 変 形 か ら 制 振 効 果 が 期 待 で き , 橋 脚 の 支 承 な ど で 使 用 さ れ て い る よ う な 粘 弾 性 体 を 選 定 す る こ と で 屋 外 で も 使 用 可 能 で あ る と 考 え ら れ る 。

上 記 の 理 由 か ら , 粘 弾 性 体 を 用 い た 部 材 振 動 対 策 に つ い て 検 討 す る 。 通 常 , 粘 弾 性 体 を 用 い た 制 振 対 策 は 図 5. 4 の よ う に ブ レ ー ス の 一 部 に ダ ン パ と し て 組 込 み , 構 造 物 全 体 の 振 動 を 制 御 す る 方 法 が 一 般 的 で あ り , 部 材 単 体 の 振 動 に 着 目 し た 制 振 対 策 は あ ま り 見 ら れ な い 。 部 材 自 体 の 制 振 対 策 と し て は , 粘 弾 性 体 を 部 材 自 体 に 貼 付 し て 制 御 す る 手 法 が 自 動 車 な ど の メ カ ニ カ ル な 機 構 な ど で 適 用 さ れ て お り , そ の 手 法 を 送 電 鉄 塔 の 部 材 振 動 対 策 と し て 応 用 す る こ と が 考 え ら れ る 。 し か し , 本 手 法 は 橋 梁 の 自 動 車 走 行 時 に お け る 騒 音 対 策 4 4)( 図 5 .5) や 上 述 の よ う な 自 動 車 な ど の メ カ ニ カ ル な 機 構 4 5 )( 図 5.6) に 対 し て 適 用 さ れ て い る た め , 対 象 周 波 数 は 数 百 ~ 数 kH z と , 今 回 対 象 と す る 送 電 鉄 塔 の 部 材 振 動 は 数 ~ 数 十 Hz よ り も 高 周 波 数 領 域 で あ る 。 数 ~ 数 十 Hz の よ う な 低 周 波 数 領 域 に 対 す る 本 手 法 の 有 効 性 に つ い て は ,制 振 装 置 の 一 部 4 6)と し て 幾 つ か 検 討 さ れ て い る が ,不 明 な 点 が 数 多 く 残 さ れ て い る 。 ま た , 粘 弾 性 体 の 履 歴 特 性 は 温 度 や 周 波 数 な ど に よ っ て 制 振 効 果 が 異 な る た め , 使 用 す る 粘 弾 性 体 の 材 料 特 性 の 把 握 が 必 須 で あ る 。

本 研 究 で は , 屋 外 で 使 用 す る た め , 耐 久 性 ・ 耐 候 性 が 求 め ら れ , ま た 広 範 囲 の 温 度 に お い て 安 定 し た 減 衰 を 有 す る が 求 め ら れ る ( 制 振 効 果 が 期 待 で き る ) こ と か ら , 鋼 橋 の 騒 音 対 策 で 使 用 さ れ て い る 鋼 鉄 道 橋 規 格 4 7 )(SRS) を 満 足 す る 高 減 衰 ゴ ム を 粘 弾 性 体 と し て 選 定 し た 。

次 節 以 降 で は , ま ず 単 純 せ ん 断 試 験 か ら 高 減 衰 ゴ ム の 材 料 特 性 の 把 握 し た 後 , 高 減 衰 ゴ ム を 用 い た 基 本 的 な 制 振 効 果 に つ い て 振 動 試 験 か ら 検 討 し た 。 ま た , 高 減 衰 ゴ ム の 材 料 特 性 を 模 擬 し た 要 素 を 用 い た 解 析 を 行 い , 基 本 的 な 制 振 効 果 を 確 認 し て , 温 度 と 周 波 数 お よ び 高 減 衰 ゴ ム の 適 用 箇 所 な ど が 制 振 効 果 に 与 え る 影 響 に つ い て 検 討 し た 。さ ら に ,実 機 に お け る 本 対 策 の 有 効 性 に つ い て ,4 .1 .2 節 で 示 し た オ バ リ ン グ 振 動 が 生 じ た パ ネ ル を 用 い た 解 析 を 実 施 し , 実 機 に お け る 本 対 策 の 有 効 性 に つ い て 検 討 し た 。

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・ 鋼 材 ダ ン パ 4 8) 4 9 )

・ 摩 擦 型 ダ ン パ 5 0)

・ 粘 性 ダ ン パ 5 1)

・ 粘 弾 性 ダ ン パ 5 2)

図 5. 1 鋼 材 ダ ン パ と 履 歴 特 性 の 例

図 5. 2 摩 擦 型 ダ ン パ と 履 歴 特 性 の 例

図 5. 3 粘 性 ダ ン パ と 履 歴 特 性 の 例

図 5. 4 粘 弾 性 体 ダ ン パ と 履 歴 特 性 の 例

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図 5. 5 粘 弾 性 体 を 用 い た 騒 音 対 策 ( 例 )

図 5. 6 粘 弾 性 体 を 用 い た 振 動 対 策 ( 例 )

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5.2 高 減 衰 ゴ ム の 材 料 特 性 5.2.1 単 純 せ ん 断 試 験

高 減 衰 ゴ ム の 材 料 特 性 ( 等 価 せ ん 断 弾 性 率 , 等 価 減 衰 定 数 ) を 把 握 す る た め , 鋼 板 に 高 減 衰 ゴ ム を 貼 付 し た 供 試 体 を 用 い て 単 純 せ ん 断 試 験 を 行 っ た 。 供 試 体 諸 元 を 図 5. 7,写 真 5.1 に 示 す 。高 減 衰 ゴ ム と 鋼 板 は 専 用 接 着 剤 に て 一 体 化 し た 。温 度 お よ び 周 波 数 に よ る 高 減 衰 ゴ ム の 材 料 特 性 へ の 影 響 を 把 握 す る た め , 表 5. 1 の よ う に 温 度 0,20,50℃ と 加 振 周 波 数 0 .1,5,1 0,20,30Hz を 組 合 せ た 計 15 ケ ー ス の 試 験 を 実 施 し た 。 供 試 体 の ば ら つ き を 考 慮 し ,3 体 を 試 験 し て 平 均 値 に て 評 価 し た 。

こ こ で , 温 度 は 実 機 に お け る 雰 囲 気 温 度 を 想 定 し , 加 振 周 波 数 は 試 験 機 の 制 限 に よ り 上 限 を 3 0Hz と し て 設 定 し た 。 こ れ ま で 計 測 さ れ た 部 材 振 動 の 固 有 周 波 数 は 1 0~30Hz 程 度 で あ る た め , 上 記 の 条 件 と す る こ と で 殆 ど の 部 材 振 動 を 対 象 と す る こ と が 可 能 で あ る と 考 え ら れ る 。

試 験 時 は , 高 減 衰 ゴ ム の 温 度 変 化 を 抑 制 す る た め に 写 真 5. 2 に 示 す よ う に 断 熱 材 ( カ オ ウ ー ル ) で 供 試 体 を 梱 包 し た 。 写 真 5 . 4 に 示 す よ う に 氷 を 入 れ た ク ー ラ ボ ッ ク ス に 供 試 体 を 入 れ て 温 度 0℃ に 保 定 し , 高 温 槽 に 供 試 体 を 入 れ て 温 度 50℃

に 保 定 し て , 試 験 直 前 に 取 り 出 し て 試 験 を 行 い , 温 度 変 化 が 小 さ く な る よ う に し た 。 ま た , 写 真 5. 3 に 示 す よ う に 高 減 衰 ゴ ム に 熱 電 対 を 貼 付 し て 試 験 前 , 試 験 時 に お い て 温 度 変 化 が な い こ と を 確 認 し て , 写 真 5. 5 の よ う に 試 験 し た 。

試 験 は , 試 験 機 の 制 限 お よ び 事 前 試 験 か ら 得 ら れ た 接 着 面 の 耐 荷 重 か ら 載 荷 荷 重 が 1. 5 kN( 高 減 衰 ゴ ム の せ ん 断 応 力 度 τ ≒0 .25 MPa)以 下 と な る よ う な 荷 重 制 御 と し た 。

※ 事 前 試 験 に お い て , 接 着 面 が 載 荷 荷 重 2 k N( 高 減 衰 ゴ ム せ ん 断 応 力 度 τ ≒ 0.3 MPa) で 剥 離

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