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Development of an aperiodic and no power required vertical seismic isolation system using a hydraulic cylinder

Research Project

Project/Area Number 20K04676
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
Research InstitutionNational Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention

Principal Investigator

Yamada Manabu  国立研究開発法人防災科学技術研究所, 地震減災実験研究部門, 主幹研究員 (10835763)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords鉛直免震 / パラレルリンク / 固有周期 / 力学特性 / 復元力特性 / 摩擦力 / 無動力 / 油圧シリンダ / アキュムレータ / 無周期 / 免震装置
Outline of Research at the Start

近年,我が国では大地震が相次いで発生し,今後,南海トラフ地震やこれに呼応する直下型地震の発生が確実視されている状況にある。現在,庁舎や中核病院等の重要建物には免震構造が採用されているが,鉛直震動に対応できるものは無く,対策として十分とは言えない。鉛直免震の課題は,大荷重支持と低剛性化(柔らかく支える)というトレードオフを両立することにある。本研究ではこれを解決すべく,油圧シリンダとアキュムレータ(蓄圧機)等からなる新型油圧回路により,地震時に無動力・無周期で性能を発揮する免震要素の開発を検討する。発展形として,本免震要素でパラレルリンクを構成することで,3次元免震への拡張を検討する。

Outline of Final Research Achievements

Parallel link vertical base isolation was studied by analysis and small mock-up. The results of the analysis showed that the use of a supported parallel link in the passive method causes unstable behavior where the displacement of the cylinder expands. Therefore, we changed to a suspension type parallel link that can solve this problem. In the suspension type, where the cylinder is used in the retracted direction, the force vector and the force point of the cylinder connection are aligned, so smooth motion can be expected. It also works to reduce frictional force, which is the biggest weak point of the cylinder system. Four pneumatic type and one hydraulic type were fabricated as small mockups and subjected to vibration tests, which showed good results in reducing the input acceleration. The current design specifications for 250 t/leg are summarized.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

南海トラフ地震が確実視され,その備えが必要である。そこで,フライトシミュレータ等に用いられるパラレルリンクを鉛直免震装置に適用する検討を実施した。パラレルリンクは,関節を順次連結するシリアルリンクと比較して,堅強な構造を作る事ができるが,地震力を受け流す方向で使う場合,水平復元力が乏しく,不安定挙動を示すことが本研究で明らかになった。そこで,支持型から懸架型に変更することで復元性を向上し,安定化できる見通しを得た。小型モックアップの加振実験では一定の免震性能を確認している。今後,ほとんど実用化されていない鉛直免震の有望な方式として発展が期待される。

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Products Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] A STUDY ON STATIC MECHANICAL PROPERTIES OF VERTICAL SEISMIC ISOLATION SYSTEM WITH PARALLEL LINK MECHANISM2022

    • Author(s)
      TOMIZAWA Tetsuya、MATSUMOTO Itsuki、OGAWA Koya、YAMADA Manabu、SATO Eiji、FUKUI Hirohisa
    • Journal Title

      Journal of Structural and Construction Engineering (Transactions of AIJ)

      Volume: 87 Issue: 802 Pages: 1164-1173

    • DOI

      10.3130/aijs.87.1164

    • ISSN
      1340-4202, 1881-8153
    • Year and Date
      2022-12-01
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 流体浮揚式3次元免震システムの開発(その4)油圧シリンダによるパラレルリンク式鉛直免震2022

    • Author(s)
      山田学、佐藤栄児、福井弘久、梶原浩一、富澤徹弥
    • Organizer
      2022年度日本建築学会大会(北海道)学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] パラレルリンク機構を用いた鉛直免震システムに関する研究 その1 静的力学特性2022

    • Author(s)
      小川航矢、富澤徹弥、松本樹、山田学、福井弘久、佐藤栄児
    • Organizer
      2022年度日本建築学会大会(北海道)学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] パラレルリンク機構を用いた鉛直免震システムに関する研究 その2 縮小装置を用いた特性確認試験及び鉛直動に対する地震応答解析2022

    • Author(s)
      松本樹、富澤徹弥、小川航矢、山田学、福井弘久、佐藤栄児
    • Organizer
      2022年度日本建築学会大会(北海道)学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 流体浮揚式3次元免震システムの開発(その4)油圧シリンダによるパラレルリンク式鉛直免震2022

    • Author(s)
      山田 学、佐藤栄児、福井弘久、梶原浩一、富澤徹弥
    • Organizer
      2022年度日本建築学会大会(北海道)学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] パラレルリンク機構を用いた鉛直免震システムに関する研究 その1 静的力学特性2022

    • Author(s)
      小川航矢、富澤徹弥、松本 樹、山田 学、福井弘久、佐藤栄児
    • Organizer
      2022年度日本建築学会大会(北海道)学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] パラレルリンク機構を用いた鉛直免震システムに関する研究 その2 縮小装置を用いた特性確認試験及び鉛直動に対する地震応答解析2022

    • Author(s)
      松本 樹、富澤徹弥、小川航矢、山田 学、福井弘久、佐藤栄児
    • Organizer
      2022年度日本建築学会大会(北海道)学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 免震装置、免震システム及び免震方法2023

    • Inventor(s)
      山田学、佐藤栄児, 福井弘久、富澤徹弥
    • Industrial Property Rights Holder
      防災科学技術研究所、明治大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2023-129883
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      Products Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-03-28  

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