FR2698896A1 - Device to prevent oscillation of tall structures - has inert mass attached to structure by elastic components and shock-absorbing cable springs which can be regulated - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif d 'atténuation des oscillations d'ouvrages ou structures, notamment d'ouvrages élancés tels que des cheminées, pylônes, mâts et ouvrages analogues. Device for attenuating the oscillations of works or structures, in particular of slender works such as chimneys, pylons, masts and similar works.
La présente invention se rapporte à un dispositif d'atténuation des oscillations d'ouvrages ou structures, notamment d'ouvrages élancés tels que cheminées, pylônes, mâts et ouvrages analogues, comprenant une masse inerte reliée à l'ouvrage par des éléments élastiques et amortisseurs. The present invention relates to a device for attenuating the oscillations of structures or structures, in particular of slender structures such as chimneys, pylons, masts and the like, comprising an inert mass connected to the structure by elastic and damping elements. .
ll est bien connu que des ouvrages élancés tels que cheminées, pylônes, mâts et ouvrages analogues ont tendance à osciller sous l'effet du vent ou de secousses sismiques. L'importance de ces oscillations dépend notamment du degré d'amortissement propre de l'ouvrage, lequel est fonction notamment de la configuration et du matériau de l'ouvrage. C'est ainsi que, par exemple, des cheminées métalliques sont nettement plus sujettes aux oscillations que des cheminées en béton. lt is well known that slender structures such as chimneys, pylons, masts and similar structures tend to oscillate under the effect of wind or earthquakes. The extent of these oscillations depends in particular on the degree of proper damping of the structure, which depends in particular on the configuration and the material of the structure. For example, metal chimneys are much more subject to oscillations than concrete chimneys.
Pour atténuer ces oscillations, on a déjà proposé des dispositifs de natures très diverses généralement prévus en tête des ouvrages, entre autres des dispositifs comprenant une masse inerte suspendue dont les mouvements oscillants sont amortis par des éléments amortisseurs du type amortisseurs pour véhicules automobiles. Une solution plus simple et plus efficace est proposée par le document DE-A-28 06 757, suivant lequel des éléments à la fois élastiques et amortisseurs sont disposés radialement entre la masse inerte et l'ouvrage. Ces éléments élastiques et amortisseurs sont constitués par des ressorts hélicoïdaux câblés, c'est-à-dire constitués par un câble d'acier qui, lors de sa déformation, dissipe de l'énergie par le frottement des torons du câble les uns sur les autres. To mitigate these oscillations, a variety of devices have already been proposed, generally provided at the head of structures, inter alia devices comprising a suspended inert mass, the oscillating movements of which are damped by damping elements of the damping type for motor vehicles. A simpler and more effective solution is proposed in document DE-A-28 06 757, according to which elements which are both elastic and dampers are arranged radially between the inert mass and the structure. These elastic and damping elements are constituted by wired helical springs, that is to say constituted by a steel cable which, during its deformation, dissipates energy by the friction of the strands of the cable one on the other. other.
Ce dispositif connu d'atténuation des oscillations présente l'inconvénient de ne pas permettre une adaptation optimale simple des propriétés d'élasticité et d'amortissement de la liaison entre la masse inerte et l'ouvrage, adaptation qui serait cependant désirable pour pouvoir tenir compte à la fois de l'importance de la masse inerte, des caractéristiques de l'ouvrage, de l'évolution de ces caractéristiques au cours du temps (par exemple corrosion dans le cas d'ouvrages métalliques), des caractéristiques réelles du sol de fondation, etc... This known device for attenuating oscillations has the drawback of not allowing a simple optimal adaptation of the elasticity and damping properties of the connection between the inert mass and the structure, an adaptation which would however be desirable in order to be able to take account both the importance of the inert mass, the characteristics of the structure, the evolution of these characteristics over time (for example corrosion in the case of metallic structures), the actual characteristics of the foundation soil , etc ...
Les seules possibilités prévues à cet effet consistent, soit dans le choix d'un nombre plus ou moins important d'éléments élastiques et amortisseurs, soit dans l'incorporation aux éléments de matériaux amortisseurs, par exemple de caoutchouc ou de matière plastique, et/ou dans l'enrobage des éléments à l'aide de tels matériaux. Une telle adaptation n'est ni simple, ni continue.The only possibilities provided for this purpose consist either in the choice of a greater or lesser number of elastic and damping elements, or in the incorporation into the elements of damping materials, for example rubber or plastic, and / or in the coating of the elements using such materials. Such adaptation is neither simple nor continuous.
La présente invention vise un dispositif d'atténuation des oscillations d'ouvrages, dispositif qui permet, par des moyens simples, une adaptation optimale de ses caractéristiques d'élasticité et d'amortissement à la masse inerte et à l'ouvrage. The present invention relates to a device for attenuating the oscillations of structures, a device which allows, by simple means, an optimal adaptation of its elasticity and damping characteristics to the inert mass and to the structure.
L'invention a pour objet un dispositif d'atténuation des oscillations d'ouvrages, notamment d'ouvrages élancés tels que cheminées, pylônes, mâts et ouvrages analogues, comprenant une masse inerte reliée à l'ouvrage par des éléments élastiques et amortisseurs constitués par un ou plusieurs ressorts câblés. Selon l'invention, le ou les ressorts câblés et leur mode de liaison avec l'ouvrage et/ou avec la masse inerte sont conçus de manière que l'effet d'élasticité et l'effet d'amortissement des ressorts câblés soient réglables. The subject of the invention is a device for attenuating the oscillations of structures, in particular of slender structures such as chimneys, pylons, masts and similar structures, comprising an inert mass connected to the structure by elastic and damping elements constituted by one or more wired springs. According to the invention, the wired spring or springs and their mode of connection with the structure and / or with the inert mass are designed so that the elasticity effect and the damping effect of the wired springs are adjustable.
De préférence, les ressorts câblés et leur mode de liaison avec l'ouvrage et/ou avec la masse inerte sont conçus de manière que l'effet d'élasticité et l'effet d'amortissement des ressorts câblés soient réglables de façon continue. Preferably, the wired springs and their mode of connection with the structure and / or with the inert mass are designed so that the elasticity effect and the damping effect of the wired springs are continuously adjustable.
Le réglage de l'effet d'élasticité et de l'effet d'amortissement des ressorts câblés peut avantageusement être effectué par le fait que la longueur utile des ressorts câblés entre leurs points de liaison avec l'ouvrage et avec la masse inerte est réglable. The adjustment of the elasticity effect and the damping effect of the wired springs can advantageously be carried out by the fact that the useful length of the wired springs between their points of connection with the structure and with the inert mass is adjustable .
Suivant un mode de réalisation, les ressorts câblés peuvent se présenter chacun sous la forme d'un tronçon de câble d'acier en U, relié de façon réglable à la masse inerte d'une part, et à l'ouvrage, d'autre part par les deux branches du U de manière que la longueur de la partie utile incurvée du ressort entre les points de fixation des deux branches du U soit réglable. According to one embodiment, the cabled springs can each be in the form of a section of U-shaped steel cable, connected in an adjustable manner to the inert mass on the one hand, and to the structure, on the other hand starts with the two arms of the U so that the length of the curved working part of the spring between the attachment points of the two arms of the U is adjustable.
Afin d'obtenir un effet d'amortissement élevé avec un faible nombre d'éléments élastiques et amortisseurs, il est possible de réaliser chacun des ressorts câblés par un tronçon de câble en forme de boucle à deux U, dont les branches sont reliées à la masse inerte, d'une part, et à l'ouvrage, d'autre part, respectivement par deux points de fixation espacés réglables de manière à permettre un réglage de la longueur des deux parties utiles opposées incurvées du tronçon de câblé d'acier entre l'ouvrage et la masse inertie. In order to obtain a high damping effect with a small number of elastic and damping elements, it is possible to produce each of the springs wired by a cable section in the form of a loop with two U's, the branches of which are connected to the inert mass, on the one hand, and to the structure, on the other hand, respectively by two spaced adjustable fixing points so as to allow an adjustment of the length of the two opposite curved useful parts of the section of steel cord between the structure and the inertia mass.
Un tel réglage peut être obtenu, soit par l'écartement et le rapprochement l'une de l'autre des deux extrémités du tronçon de ressort câblé cintré en forme de boucle, avec déplacement du câble par rapport à ses dispositifs de fixation qui peuvent alors être immobiles par rapport à la masse inerte et par rapport à l'ouvrage. Cependant, le même résultat peut être obtenu également par le fait que l'un au moins des deux dispositifs de fixation à la masse inerte, d'une part, et à l'ouvrage, d'autre part, est réglable en position par rapport à son support (masse inerte, ouvrage). Such an adjustment can be obtained, either by spacing and bringing one of the two ends of the wired spring section bent in the form of a loop, with displacement of the cable relative to its fixing devices which can then be immobile with respect to the inert mass and with respect to the structure. However, the same result can also be obtained by the fact that at least one of the two devices for fixing to the inert mass, on the one hand, and to the structure, on the other hand, is adjustable in position relative to to its support (inert mass, structure).
Suivant un autre mode de réalisation, un élément élastique et amortisseur unique est prévu pour la masse inerte, cet élément comprenant un seul tronçon de câblé d'acier conformé en ressort à boudin en passant dans les trous de quatre anneaux dont deux sont reliés à la masse inerte et deux à l'ouvrage, l'un au moins de chacun de ces deux anneaux étant réglable en position suivant son axe. According to another embodiment, a single elastic and shock-absorbing element is provided for the inert mass, this element comprising a single section of steel cord shaped as a coil spring passing through the holes of four rings, two of which are connected to the inert mass and two at work, at least one of each of these two rings being adjustable in position along its axis.
En se référant aux dessins schématiques annexés, on va décrire ciaprès plusieurs modes de réalisation illustratifs et non limitatifs d'un dispositif d'atténuation d'oscillation conforme à l'invention; sur les dessins
la figure 1 est une coupe verticale, dans un plan diamétral, d'un dispositif conforme à l'invention installé dans un mât;
la figure 2 est une vue de dessus du dispositif de la figure 1;
la figure 3 est une coupe verticale, dans un plan diamétral, d'un dispositif conforme à l'invention installé sur une cheminée;
la figure 4 est une vue de dessus du dispositif de la figure 3;
la figure 5 est une coupe verticale dans un plan diamétral d'un dispositif conforme à l'invention comportant un élément élastique et amortisseur unique et installé dans un mât;
la figure 6 est une vue de dessus du dispositif de la figure 5. Referring to the accompanying schematic drawings, several illustrative and non-limiting embodiments of an oscillation attenuation device according to the invention will be described below. on the drawings
Figure 1 is a vertical section, in a diametral plane, of a device according to the invention installed in a mast;
Figure 2 is a top view of the device of Figure 1;
Figure 3 is a vertical section, in a diametral plane, of a device according to the invention installed on a chimney;
Figure 4 is a top view of the device of Figure 3;
Figure 5 is a vertical section in a diametrical plane of a device according to the invention comprising a single elastic and damping element and installed in a mast;
FIG. 6 is a top view of the device of FIG. 5.
Le dispositif conforme à l'invention tel qu'illustré par les figures 1 et 2 est destiné à atténuer les oscillations d'un ouvrage élancé 1 tel qu'un mât, par exemple un mât métallique. Ce dispositif comprend une masse inerte 2 suspendue de façon pendulaire à l'extrémité supérieure du mât 1, à l'intérieur de ce dernier, par exemple par un câble 3 accroché à une traverse 4 fixées à l'intérieur du mât 1. The device according to the invention as illustrated in Figures 1 and 2 is intended to attenuate the oscillations of a slender structure 1 such as a mast, for example a metal mast. This device comprises an inert mass 2 suspended pendulumly at the upper end of the mast 1, inside the latter, for example by a cable 3 hooked to a crosspiece 4 fixed inside the mast 1.
L'importance de la masse inerte 2 est choisie, de façon connue en soi, en fonction de la masse totale de l'ouvrage 1. Ce mode de détermination est connu en soi et n'entre pas dans le cadre de la présente invention. The importance of the inert mass 2 is chosen, in a manner known per se, as a function of the total mass of the structure 1. This method of determination is known per se and does not come within the scope of the present invention.
La masse 2 est par ailleurs reliée radialement au mât 1 qui l'entoure par plusieurs éléments élastiques et amortisseurs 5. Dans l'exemple représenté, les éléments 5 sont au nombre de trois et sont répartis à 1200 les uns des autres autour de la masse inerte, comme le montre la figure 2. The mass 2 is also connected radially to the mast 1 which surrounds it by several elastic elements and shock absorbers 5. In the example shown, the elements 5 are three in number and are distributed 1200 from each other around the mass inert, as shown in Figure 2.
Chaque élément 5 est constitué par un tronçon de câble d'acier conformé en étrier en U par son blocage dans deux dispositifs de serrage 6 et 7 fixés l'un intérieurement au mât 1, et l'autre à la masse inerte 2. L'élément 5 présente ainsi deux branches 8 et 9 maintenues dans les dispositifs de serrage 6 et 7 et une partie 10 incurvée reliant entre elles les deux branches 8 et 9 et constituant la partie utile de l'élément 5. Les deux dispositifs de serrage 6 et 7 qui peuvent être par exemple des dispositifs de serrage à vis analogues à des bomes à vis utilisées pour les raccordements électriques permettent, lorsqu'ils sont desserrés, de faire coulisser l'élément 5 vers le haut ou vers le bas, donc de faire varier la longueur de la partie utile 10 de l'élément entre les deux dispositifs de serrage 6 et 7. Cette variation de la longueur utile des éléments 5 entraîne une variation de la raideur et de l'effet d'amortissement des éléments 5, l'effet d'amortissement étant produit par le frottement entre les torons du câble d'acier lors des déformations que subit la partie utile 10 de l'éléments sous l'action d'oscillations induites dans l'ouvrage 1, par exemple par l'effet dynamique du vent. Each element 5 is constituted by a section of steel cable shaped like a U-shaped stirrup by its blocking in two clamping devices 6 and 7 fixed one internally to the mast 1, and the other to the inert mass 2. The element 5 thus has two branches 8 and 9 held in the clamping devices 6 and 7 and a curved part 10 connecting the two branches 8 and 9 together and constituting the useful part of element 5. The two clamping devices 6 and 7 which can be for example screw clamping devices similar to screw booms used for electrical connections allow, when they are loose, to slide the element 5 up or down, thus to vary the length of the useful part 10 of the element between the two clamping devices 6 and 7. This variation in the useful length of the elements 5 causes a variation in the stiffness and the damping effect of the elements 5, cushioning effect ement being produced by the friction between the strands of the steel cable during the deformations which the useful part 10 of the elements undergoes under the action of oscillations induced in the structure 1, for example by the dynamic effect of the wind .
Selon le mode de réalisation des figures 3 et 4, un ouvrage 1 1 constitué par exemple par une cheminée métallique comporte, à son extrémité supérieure, en vue de l'amortissement de ses oscillations, une masse inerte 12 annulaire entourant à distance l'extrémité supérieure de la cheminée 11 en étant suspendue par exemple par trois câbles 13 à trois bras 14 fixés en porte à faux, en position radiale, extérieurement sur la cheminée 11. According to the embodiment of Figures 3 and 4, a structure 1 1 constituted for example by a metal chimney comprises, at its upper end, for the damping of its oscillations, an inert annular mass 12 surrounding the end at a distance upper part of the chimney 11 by being suspended for example by three cables 13 with three arms 14 fixed in a cantilever, in a radial position, externally on the chimney 11.
Plusieurs éléments élastiques et amortisseurs 15 sont disposés entre la cheminée 11 et la masse 12, ces éléments étant, dans l'exemple représenté, au nombre de trois et décalés de 120 les uns par rapport aux autres autour de la cheminée 11. Chaque élément 15 est constitué par un tronçon de câble d'acier conformé en forme de boucle par passage dans deux dispositifs de serrage 16 disposés sur le côté intérieur de l'anneau 12, l'un au dessus de l'autre, et dans deux dispositifs de serrage 17 disposés sur la face extérieure de la cheminée 11, l'un au dessus de l'autre de telle manière que les deux extrémités 18, 19 du tronçon de câble soient situés entre les deux dispositifs de serrage 17.De ce fait, le tronçon de câble constituant chaque élément 15 comporte deux parties incurvées 20 constituant deux parties utiles à effet élastique et d'amortissement, situées respectivement entre les deux dispositifs 16 et 17 supérieurs et les deux dispositifs 16 et 17 inférieurs. Several elastic and damping elements 15 are arranged between the chimney 11 and the mass 12, these elements being, in the example shown, three in number and offset by 120 relative to each other around the chimney 11. Each element 15 consists of a section of steel cable shaped as a loop by passing through two clamping devices 16 arranged on the inside of the ring 12, one above the other, and through two clamping devices 17 arranged on the external face of the chimney 11, one above the other in such a way that the two ends 18, 19 of the cable section are located between the two clamping devices 17. As a result, the section of cable constituting each element 15 comprises two curved parts 20 constituting two useful parts with elastic effect and damping, situated respectively between the two upper devices 16 and 17 and the two devices 16 e t 17 lower.
Par variation de la longueur desdites parties utiles 20, variation qui peut se faire soit par écartement des deux extrémités 18 et 19 l'une de autre, les dispositifs 16 et/ou 17 restant immobiles, soit, lorsque au moins l'un des dispositifs 16 ou des dispositifs 17 est relié à la masse 12 ou à la cheminée 1 1 de façon mobile verticalement, par déplacement des dispositifs 16 et 17 dans le sens de l'écartement ou du rapprochement réciproque des deux dispositifs 16 et/ou des deux dispositifs 17, il est possible de régler l'effet d'élasticité et d'amortissement des éléments 15. By variation of the length of said useful parts 20, this variation can be done either by spacing the two ends 18 and 19 from each other, the devices 16 and / or 17 remaining stationary, or, when at least one of the devices 16 or devices 17 is connected to the ground 12 or to the chimney 1 1 in a vertically movable manner, by displacement of the devices 16 and 17 in the direction of the spacing or reciprocal bringing together of the two devices 16 and / or of the two devices 17, it is possible to adjust the elasticity and damping effect of the elements 15.
Dans le mode de réalisation suivant les figures 5 et 6 dans lequel un mât 21 est équipé à son extrémité supérieure d'une masse inerte 21 suspendue par un câble 23 de façon pendulaire à une traverse 24 à l'intérieur du mât, un élément 25 formant ressort et amortisseur, constitué par un seul tronçon de câble d'acier de grande longueur, est disposé entre le mât 21 et la masse 22. In the embodiment according to FIGS. 5 and 6 in which a mast 21 is fitted at its upper end with an inert mass 21 suspended by a cable 23 pendulumly to a crosspiece 24 inside the mast, an element 25 forming a spring and damper, consisting of a single section of very long steel cable, is disposed between the mast 21 and the mass 22.
A cet effet, deux anneaux 26 comportant chacun une multitude de trous régulièrement répartis sur son pourtour sont reliés au mât 21 en étant disposé l'un au-dessus de l'autre, et deux anneaux 27 comportant également chacun une multitude de trous axiaux répartis sur son pourtour sont reliés à la masse 22 en étant disposés l'un au-dessus de l'autre. A l'endroit de chaque trou axial, chaque anneau extérieur 26 peut comporter un dispositif de serrage de câble, par exemple une vis engagée dans un trou taraudé débouchant dans le trou axial.Par ailleurs, au moins l'un des anneaux extérieurs 26 peut être relié au mât 21 et ou au moins l'un des anneaux intérieurs 27 peut être relié à la masse 22 avec mobilité dans le sens vertical, ce qui permet de rapprocher et d'écarter l'un de l'autre les deux anneaux extérieurs 26 et/ou les deux anneaux intérieurs 27. To this end, two rings 26 each comprising a multitude of regularly distributed holes around its periphery are connected to the mast 21 by being arranged one above the other, and two rings 27 also each comprising a multitude of distributed axial holes on its periphery are connected to the mass 22 by being arranged one above the other. At the location of each axial hole, each outer ring 26 may include a cable tightening device, for example a screw engaged in a tapped hole opening into the axial hole. Furthermore, at least one of the outer rings 26 may be connected to the mast 21 and or at least one of the inner rings 27 can be connected to the mass 22 with mobility in the vertical direction, which allows the two outer rings to be brought closer and apart 26 and / or the two inner rings 27.
L'élément 25 constitué par un seul tronçon de câble d'acier est enfilé en hélice dans les trous axiaux des anneaux 26, 27 de manière à constituer, sur tout le pourtour de la masse 22, une multitude de boucles sensiblement radiales, allongées verticalement. Ainsi, le rapprochement ou l'écartement des deux anneaux 16 et/ou des deux anneaux 17 permet de raccourcir ou d'allonger les branches verticales 28, 29 des boucles de l'élément 25 et, par conséquent, d'augmenter ou de réduire en conséquence la longueur des parties utiles 30 incurvées situées à l'extérieur des anneaux 26 et 27. Cela permet donc de faire varier à la fois l'élasticité et l'effet d'amortissement des parties utiles 30 de l'élément 25 élastique et amortisseur. The element 25 consisting of a single section of steel cable is threaded helically into the axial holes of the rings 26, 27 so as to constitute, over the entire periphery of the mass 22, a multitude of substantially radial loops, elongated vertically . Thus, the approximation or spacing of the two rings 16 and / or the two rings 17 makes it possible to shorten or lengthen the vertical branches 28, 29 of the loops of the element 25 and, consequently, to increase or reduce consequently the length of the curved useful parts 30 situated outside the rings 26 and 27. This therefore makes it possible to vary both the elasticity and the damping effect of the useful parts 30 of the elastic element 25 and damper.
n y a lieu de noter que les modes de réalisation représentés et décrits n'ont été donnés qu'à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs et que de nombreuses modifications et suivantes sont possibles dans le cadre de l'invention. En particulier, le nombre et la conformation des éléments élastiques et amortisseurs pourraient être différents, de même que le mode de liaison de ces éléments avec l'ouvrage, d'une part, et avec la masse inerte, d'autre part. Il serait également possible de ne pas suspendre la masse inerte de façon pendulaire à l'ouvrage, les éléments élastiques et amortisseurs pouvant, le cas échéant, assurer également le rôle de support de la masse inerte. It should be noted that the embodiments shown and described have been given only by way of illustrative and non-limiting examples and that numerous modifications and the following are possible within the scope of the invention. In particular, the number and the shape of the elastic and damping elements could be different, as well as the mode of connection of these elements with the structure, on the one hand, and with the inert mass, on the other hand. It would also be possible not to suspend the inert mass pendulumly to the structure, the elastic and damping elements being able, if necessary, also to fulfill the role of supporting the inert mass.
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