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Kyoto University Global COE “Human Security Engineering”

1

Post‐tensioning Damper System for Micro‐vibration Reduction in Houses

Takewaki‐Tsuji Lab.

Kyoto University Global COE “Human Security Engineering”

2

Outline of research

Traffic and wind vibrationHabitability

Earthquake and windSafety

New vibration control system

Theoretical investigation and experimental test

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3

Asian Cities

Kyoto University Global COE “Human Security Engineering”

4

Background and purpose of research• Need of micro‐vibration reduction in houses• Proposal of low‐cost and handy system• Clarification of control mechanism• Proposal of simple analysis model• Experimental investigation (1/3 scale)• Use of High‐hardness rubber damperSufficient damping even in small deformation range (shear strain of 0.5%)

Experimental results (5mm thickness)

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

-0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15Reaction force[kN]

Deformation[mm]

2.0Hz0.5%

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5

Proposed vibration‐control system• Sufficient damping of high‐hardness rubber damper even in small deformation range

• Avoidance of mechanical looseness via post‐tensioning brace

beam

column

setting of damper brace

drift for damper deformation

damper unit• High effectiveness• Stable deformation

brace

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Clarification of damper mechanism

• Member stiffness(brace and rubber damper)

• Eccentricity of brace

• Brace angle

• Post‐tensioning force

No brace eccentricity

Brace angle

Principal parameters

Eccentricity

Detailed model Simple model

D

S

D

SS

D

rotaion

250*125*6 / 9H

150*150*9B10SR

60°

60°3000

6000

250*125*6 / 9H

150*150*9B10SR

60°

60°3000

600075

276

300

75

276

300

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Effective deformation ratio

DS

=Interstory

drift

Damper displacement

Effective deformation ratio

D

S

D

S

SD

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8

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0 50 100 150 200

ブレース材取り付け角θ 60° ポストテンションP 7000N

±0mm

-20mm

-50mm

+20mm

+50mm

±0mm(MIDAS)

-20mm(MIDAS)

-50mm(MIDAS)

+20mm(MIDAS)

+50mm(MIDAS)

実効

率(高

硬度

ゴム

変形

量D

/建

物骨

組変

形量

S)

高硬度ゴムせん断ひずみ(%)

Simulation result

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 1 2 3 4 5

5mm10mm20mm

実効

層間変位[mm]

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 1 2 3 4 5

30°45°60°70°

実効

層間変位[mm]

Influence of brace angle Influence of brace size (diameter)Inter-story drift [mm]ef

fect

ive

defo

rmat

ion

ratio

effe

ctiv

e de

form

atio

n ra

tio

0

510

1520

25

30

35

40

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

取付け角60°,層間変位1mm時

実効

ズレ量[mm]

effe

ctiv

e de

form

atio

n ra

tio

Eccentricity [mm] effe

ctiv

e de

form

atio

n ra

tio

Inter-story drift [mm]

Influence of brace eccentricity Comparison between detailed and simple model

Damper shear strain

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1/3‐scale experiment

• Brace angle=60°• Brace eccentricity=0,30,100mm• Brace diameter=φ6• Post‐tensioning is determined so that compressive‐side brace 

does not enter compressive region and tensile‐side brace does not yield

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Initial state

Frame displacement 3mm

Test specimen

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0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6

-10mm

0mm

+30mm

実効

フレーム変位[mm]

Simulation result

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 1 2 3 4 5 6

ダンパー1枚ダンパー2枚フレームのみ

水平

載荷

荷重

[N]

フレーム変位[mm]

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 1 2 3 4 5 6

-10mm(圧縮)±0mm(圧縮)+30mm(圧縮)-10mm(引張)±0mm(引張)+30mm(引張)

軸力

[N]

フレーム変位[mm]

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0 1 2 3 4 5 6

-10mm(2枚)

±0mm(2枚)

+20mm(2枚)

+30mm(2枚)

ダン

パー

ユニ

ット

回転

角[r

ad]

フレーム変位[mm]

damper deformation [mm] frame deformation [mm]

frame deformation [mm]frame deformation [mm]

rota

tion

angl

e [ra

d]br

ace

axia

l for

ce [N

]

horiz

onta

l for

ce [N

]da

mpe

r def

orm

atio

n [m

m]

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Experimental result

-1000

-500

0

500

1000

-6 -4 -2 0 2 4 6

10%50%100%

200%

せん

断力

[N]

ダンパー相対変位[mm]

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

10%

50%100%

200%

水平

載荷

荷重

[N]

フレーム変位[mm]

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

10%50%100%

200%

ダン

パー

相対

変位

[mm

]

フレーム変位[mm]

0

500

1000

1500

2000

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8

10%(圧縮)50%(圧縮)100%(圧縮)200%(圧縮)

ブレ

ース

軸力

[N]

フレーム変位[mm]frame deformation [mm] frame deformation [mm]

frame deformation [mm]

shea

r for

ce [N

]br

ace

axia

l for

ce [N

]

dam

per d

efor

mat

ion

[mm

]ho

rizon

tal f

orce

[N]

damper deformation [mm]

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Future issues• Proposal of design method including proposed vibration control system 

• Dual resistance for small and large amplitudes

Series solution

• Tensegrity solution of post‐tensioning force

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