第４章 パレット免震装置の振動台実験とシミュレーション解析
4.3 プロトタイプの性能確認
4.3.3 プロトタイプの振動台実験
4.3 プロトタイプの性能確認
- 111 -
- 112 -
振動台実験に使用した4つの観測波について、X方向（NS成分）の入力加速度が最大と なる加振ケース時の等価減衰5％時の加速度応答スペクトルを図 4.6に示す。また、代表的 な各観測波の時刻歴波形を図 4.7～図 4.10に示す。それぞれの入力目標値は、神戸海洋気 象台の観測波についてはNS成分500cm/s2、EW成分378cm/s2、UD成分200cm/s2、エルセ ントロについてはNS成分550cm/s2、EW成分338cm/s2、UD成分332cm/s2、K-NET白河に ついてはNS成分1295cm/s2、EW成分949m/s2、UD成分441cm/s2、八戸についてはNS成 分330cm/s2、EW成分260cm/s2、UD成分165cm/s2を示している。
図 4.6 入力地震動の加速度応答スペクトル（等価減衰 5％）
0.1 1 10
0.050 1000 2000 3000 4000 5000
ELCN 550cm/s2 HACHI 330cm/s2 KOBE 500cm/s2 FKS016 1300cm/s2
Sa [c m /s
2]
Period[s]
八戸 330cm/s2
神戸海洋気象台 500cm/s2 エルセントロ 550cm/s2 K-NET 白河 1296cm/s2
4.3 プロトタイプの性能確認
- 113 -
図 4.7 入力地震動に使用した神戸海洋気象台の加振波
（入力目標値：NS 成分 500cm/s2、EW 成分 378cm/s2、UD 成分 200cm/s2）
0 5 10 15 20 25 30
-600 -400 -200 0 200 400 600
Acc[cm/s2 ]
t[s]
0 5 10 15 20 25 30
-600 -400 -200 0 200 400 600
Acc[cm/s2 ]
t[s]
0 5 10 15 20 25 30
-600 -400 -200 0 200 400 600
Acc[cm/s2 ]
t[s]
(a)加速度 NS 成分〔X 方向〕
(b) 加速度 EW 成分〔Y 方向〕
(c) 加速度 UD 成分〔Z 方向〕
0 10 20 30 40 50 60
-600 -400 -200 0 200 400 600
Acc[cm/s2 ]
t[s]
0 10 20 30 40 50 60
-600 -400 -200 0 200 400 600
Acc[cm/s2 ]
t[s]
0 10 20 30 40 50 60
-600 -400 -200 0 200 400 600
Acc[cm/s2 ]
t[s]
(a) 加速度 NS 成分〔X 方向〕
(b) 加速度 EW 成分〔Y 方向〕
(c)加速度 UD 成分〔Z 方向〕
図 4.8 入力地震動に使用したエルセントロの加振波
（入力目標値：NS 成分 550cm/s2、EW 成分 340cm/s2、UD 成分 332cm/s2）
- 114 -
0 20 40 60 80 100 120
-1200-800-400 0 400 800 1200
Acc[cm/s2 ]
t[s]
0 20 40 60 80 100 120
-1200-800-400 0 400 800 1200
Acc[cm/s2 ]
t[s]
0 20 40 60 80 100 120
-1200-800-4004008000 1200
Acc[cm/s2 ]
t[s]
0 10 20 30 40 50 60
-400 -200 0 200 400
Acc[cm/s2 ]
t[s]
0 10 20 30 40 50 60
-400 -200 0 200 400
Acc[cm/s2 ]
t[s]
0 10 20 30 40 50 60
-400 -200 0 200 400
Acc[cm/s2 ]
t[s]
(a) 加速度 NS 成分〔X 方向〕
(b) 加速度 EW 成分〔Y 方向〕
(c)加速度 UD 成分〔Z 方向〕
(a) 加速度 NS 成分〔X 方向〕
(b) 加速度 EW 成分〔Y 方向〕
(c)加速度 UD 成分〔Z 方向〕
図 4.9 入力地震動に使用した K-NET 白河の加振波
（入力目標値：NS 成分 1295cm/s2、EW 成分 949cm/s2、UD 成分 441cm/s2）
図 4.10 入力地震動に使用した八戸の加振波
（入力目標値：NS 成分 330cm/s2、EW 成分 260cm/s2、UD 成分 165cm/s2）
4.3 プロトタイプの性能確認
- 115 -
最大入力加速度と免震装置の最大応答加速度の関係を、錘の質量をパラメータとして図 4.11に、加振軸をパラメータとして図 4.12に示す。また、スラストベアリングの種類を変
えたCASE1とCASE2を比較して図 4.13に、すべり材を1枚ものとしたCASE3と標準の
2枚ものとしたCASE2を比較して図 4.14に示す。さらに、シャフト表面にコート処理を施
したCASE4と標準のコート処理なしのCASE2を比較して図 4.15に、免震装置の設置にお
いて傾斜を設けたCASE5と標準のCASE2を比較して図 4.16に示す。各パラメータが可動 方向の応答加速度に与える影響を把握すると共に、可動方向と直交する方向の入力がある 場合に応答低減効果が低下することがわかった。実機の製作では、可動方向と直交する方向 の入力に対する免震装置の動きを滑らかにするために、スラストベアリングの形状を改良
（後述、写真 4.3(a)を参照）し、支持材との衝突緩和を図る。
0 300 600 900 1200
0 100 200 300 400 500
錘なし 錘20kg 錘50kg Case1 Case2 Case3 Case4 Case5
免震装置の最大応答加速度[cm/s2 ]
最大入力加速度[cm/s2]
図 4.11 錘をパラメータとした最大応答加速度の比較（全ケース）
図 4.12 加振軸をパラメータとした最大応答加速度の比較（全ケース）
0 300 600 900 1200
0 100 200 300 400
500 X XY XZ XYZ Case1
Case2 Case3 Case4 Case5
免震装置の最大応答加速度[cm/s2 ]
最大入力加速度[cm/s2] 可動方向に直交する入力の影響
- 116 -
0 300 600 900 1200
0 100 200 300 400 500
錘なし 錘20kg 錘50kg Case2 Case3
免震装置の最大応答加速度[cm/s2 ]
最大入力加速度[cm/s2]
0 300 600 900 1200
0 100 200 300 400 500
錘なし 錘20kg 錘50kg Case2 Case4
免震装置の最大応答加速度[cm/s2 ]
最大入力加速度[cm/s2]
0 300 600 900 1200
0 100 200 300 400 500
錘なし 錘20kg 錘50kg Case1 Case2
免震装置の最大応答加速度[cm/s2]
最大入力加速度[cm/s2]
0 300 600 900 1200
0 100 200 300 400 500
X XY XZ XYZ Case1 Case2
免震装置の最大応答加速度[cm/s2]
最大入力加速度[cm/s2]
図 4.13 スラストベアリングの材質の違いによる影響（CASE1 と CASE2 の比較）
図 4.14 すべり材をＶ型レールに一枚構成とする影響（CASE2 と CASE3 の比較）
図 4.15 シャフトのコート処理の有無による影響（CASE2 と CASE4 の比較）
(a)錘をパラメータ (b) 加振軸をパラメータ
(a) 錘をパラメータ (b)加振軸をパラメータ
(a)錘をパラメータ (b) 加振軸をパラメータ
0 300 600 900 1200
0 100 200 300 400 500
X XY XZ XYZ Case2
Case3
免震装置の最大応答加速度[cm/s2 ]
最大入力加速度[cm/s2]
可動方向に直交する入力の影響
0 300 600 900 1200
0 100 200 300 400 500
X XY XZ XYZ Case2
Case4
免震装置の最大応答加速度[cm/s2 ]
最大入力加速度[cm/s2] 可動方向に直交
する入力の影響
4.3 プロトタイプの性能確認
- 117 -
CASE1からCASE5をパラメータとした実験について、時刻歴波形を図 4.17～図 4.26に
示す。可動方向の入力レベルが大きいK-NET白河を加振波とした実験ケースを示している が、パレット免震装置の応答加速度は、概ね250 cm/s2以下に低減できた。また、エルセン トロを加振波とした上下動および直交方向にも入力した実験について時刻歴波形を図 4.27
～図 4.29に示す。図 4.29 から3軸加振の影響により、応答加速度のピークが大きくなる 瞬間があることがわかった。これに対して、3 軸加振においても 1 軸加振と同様の低減効果 が得られるように、スラストベアリングの形状を変更することで実機での改善を図る。
0 300 600 900 1200
0 100 200 300 400 500
錘なし 錘20kg 錘50kg Case2 Case5
免震装置の最大応答加速度[cm/s2 ]
最大入力加速度[cm/s2]
図 4.16 免震装置を設置する際に傾斜を設けた影響（CASE2 と CASE5 の比較）
(a) 錘をパラメータ (b) 加振軸をパラメータ
0 300 600 900 1200
0 100 200 300 400 500
X XY XZ XYZ Case1
Case2
免震装置の最大応答加速度[cm/s2 ]
最大入力加速度[cm/s2]
可動方向に直交する入力の影響
- 118 -
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-1010-505 免震装置の応答変位(peak:4.48cm) 免震装置の応答加速度(peak:223.9cm/s2)
錘の応答加速度(peak:213.4cm/s2)
t[s]
acc[cm/s2 ] 入力加速度(peak:1157.5cm/s2)
2 acc[cm/s] t[s]
2 acc[cm/s] t[s]
disp[cm] t[s]
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-1010-505 免震装置の応答変位(peak:4.90cm) 免震装置の応答加速度(peak:202.1cm/s2)
錘の応答加速度(peak:239.3cm/s2)
t[s]
acc[cm/s2 ] 入力加速度(peak:1162.5cm/s2)
2 acc[cm/s] t[s]
2 acc[cm/s] t[s]
disp[cm] t[s]
図 4.17 CASE1 の時刻歴波形(パレットの錘 20kg)
～ K-NET 白河、X 方向加振、入力目標値 1296cm/s2 ～
図 4.18 CASE1 の時刻歴波形(パレットの錘 50kg)
～ K-NET 白河、X 方向加振、入力目標値 1296cm/s2 ～
4.3 プロトタイプの性能確認
- 119 -
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-1010-505 免震装置の応答変位(peak:4.65cm) 免震装置の応答加速度(peak:201.8cm/s2)
錘の応答加速度(peak:206.9cm/s2)
t[s]
acc[cm/s2 ] 入力加速度(peak:1148.9cm/s2)
2 acc[cm/s] t[s]
t[s]
acc[cm/s2 ]
disp[cm] t[s]
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-1010-505 免震装置の応答変位(peak:4.84cm) 免震装置の応答加速度(peak:189.1cm/s2)
錘の応答加速度(peak:202.4cm/s2)
t[s]
acc[cm/s2 ] 入力加速度(peak:1148.1cm/s2)
2 acc[cm/s] t[s]
2 acc[cm/s] t[s]
disp[cm] t[s]
図 4.19 CASE2 の時刻歴波形(パレットの錘 20kg)
～ K-NET 白河、X 方向加振、入力目標値 1296cm/s2 ～
図 4.20 CASE2 の時刻歴波形(パレットの錘 50kg)
～ K-NET 白河、X 方向加振、入力目標値 1296cm/s2 ～
- 120 -
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-1010-505 免震装置の応答変位(peak:4.42cm) 免震装置の応答加速度(peak:183.4cm/s2)
錘の応答加速度(peak:189.1cm/s2)
t[s]
acc[cm/s2 ] 入力加速度(peak:1164.4cm/s2)
2 acc[cm/s] t[s]
t[s]
acc[cm/s2 ]
disp[cm] t[s]
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-1010-505 免震装置の応答変位(peak:4.62cm) 免震装置の応答加速度(peak:189.3cm/s2)
錘の応答加速度(peak:190.3cm/s2)
t[s]
acc[cm/s2 ] 入力加速度(peak:1152.8cm/s2)
2 acc[cm/s] t[s]
2 acc[cm/s] t[s]
disp[cm] t[s]
図 4.21 CASE3 の時刻歴波形(パレットの錘 20kg)
～ K-NET 白河、X 方向加振、入力目標値 1296cm/s2 ～
図 4.22 CASE3 の時刻歴波形(パレットの錘 50kg)
～ K-NET 白河、X 方向加振、入力目標値 1296cm/s2 ～
4.3 プロトタイプの性能確認
- 121 -
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-1010-505 免震装置の応答変位(peak:5.45cm) 免震装置の応答加速度(peak:191.5cm/s2)
錘の応答加速度(peak:176.7cm/s2)
t[s]
acc[cm/s2 ] 入力加速度(peak:1161.3cm/s2)
2 acc[cm/s] t[s]
2 acc[cm/s] t[s]
disp[cm] t[s]
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-1010-505 免震装置の応答変位(peak:5.24cm) 免震装置の応答加速度(peak:218.6cm/s2)
錘の応答加速度(peak:217.4cm/s2)
t[s]
acc[cm/s2 ] 入力加速度(peak:1168.2cm/s2)
2 acc[cm/s] t[s]
2 acc[cm/s] t[s]
disp[cm] t[s]
図 4.23 CASE4 の時刻歴波形(パレットの錘：20kg)
～ K-NET 白河、X 方向加振、入力目標値 1296cm/s2 ～
図 4.24 CASE4 の時刻歴波形(パレットの錘：50kg)
～ K-NET 白河、X 方向加振、入力目標値 1296cm/s2 ～
- 122 -
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-1010-505 免震装置の応答変位(peak:4.85cm) 免震装置の応答加速度(peak:232.3cm/s2)
錘の応答加速度(peak:235.0cm/s2)
t[s]
acc[cm/s2 ] 入力加速度(peak:1176.8cm/s2)
2 acc[cm/s] t[s]
t[s]
acc[cm/s2 ]
disp[cm] t[s]
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-10001000-5005000
0 20 40 60 80 100 120
-1010-505 免震装置の応答変位(peak:5.29cm) 免震装置の応答加速度(peak:226.9cm/s2)
錘の応答加速度(peak:236.2cm/s2)
t[s]
acc[cm/s2 ] 入力加速度(peak:1184.5cm/s2)
2 acc[cm/s] t[s]
2 acc[cm/s] t[s]
disp[cm] t[s]
図 4.25 CASE5 の時刻歴波形(パレットの錘：20kg)
～ K-NET 白河、X 方向加振、入力目標値 1296cm/s2 ～
図 4.26 CASE5 の時刻歴波形(パレットの錘：50kg)
～ K-NET 白河、X 方向加振、入力目標値 1296cm/s2 ～
4.3 プロトタイプの性能確認
- 123 -
0 10 20 30 40 50 60
-500 0 500
0 10 20 30 40 50 60
-500 0 500
0 10 20 30 40 50 60
-500 0 500
0 10 20 30 40 50 60
-1010-505 免震装置の応答変位(peak:7.22cm) 免震装置の応答加速度(peak:171.1cm/s2)
錘の応答加速度(peak:210.5cm/s2)
t[s]
acc[cm/s2 ] 入力加速度(peak:493.1cm/s2)
2 acc[cm/s] t[s]
t[s]
acc[cm/s2 ]
disp[cm] t[s]
0 10 20 30 40 50 60
-500 0 500
0 10 20 30 40 50 60
-500 0 500
0 10 20 30 40 50 60
-500 0 500
0 10 20 30 40 50 60
-1010-505 免震装置の応答変位(peak:6.94cm) 免震装置の応答加速度(peak:222.7cm/s2)
錘の応答加速度(peak:214.1cm/s2)
t[s]
acc[cm/s2 ] 入力加速度(peak:489.2cm/s2)
2 acc[cm/s] t[s]
2 acc[cm/s] t[s]
disp[cm] t[s]
図 4.27 CASE1 の時刻歴波形(上下動なし、パレットの錘：50kg)
～ エルセントロ、X 方向加振、入力目標値 550cm/s2 ～
図 4.28 CASE1 の時刻歴波形(上下動あり、パレットの錘：50kg)
～ エルセントロ、ＸＺ方向加振、入力目標値 550cm/s2、332cm/s2 ～
- 124 -
0 10 20 30 40 50 60
-500 0 500
0 10 20 30 40 50 60
-500 0 500
0 10 20 30 40 50 60
-500 0 500
0 10 20 30 40 50 60
-1010-505 免震装置の応答変位(peak:5.19cm) 免震装置の応答加速度(peak:337.1cm/s2)
錘の応答加速度(peak:255.4cm/s2)
t[s]
acc[cm/s2 ] 入力加速度(peak:499.4cm/s2)
2 acc[cm/s] t[s]
t[s]
acc[cm/s2 ]
disp[cm] t[s]
図 4.29 CASE1 の時刻歴波形(直交・上下動あり、パレットの錘：50kg)
～ エルセントロ、ＸＹＺ方向加振、入力目標値 550cm/s2、338cm/s2、332cm/s2 ～