"PROCEDE ET DISPOSITIF D'AMORTISSEMENT DES VIBRATIONS TRANSVERSALES DE CABLES DE HAUBANAGE"
L'invention a pour objet un procédé et un dispositif pour l'amortissement des vibrations transversales de câbles de haubanage.
Les haubanages constitués par des câbles haubans, sont d'un usage courant pour nombre de constructions ou maintien en place de structures telles notamment que ponts à tablier suspendus, mâts de navire, pylônes, etc. Un des problèmes qui se pose avec ce type de construction est que les câbles, qui supportent parfois des charges et des tensions considérables, peuvent, sous l'effet de sollicitations extérieures relativement faibles, telles que l'action du vent, les trépidations dues au trafic, la pluie, être soumis à des vibrations transversales qui, notamment dans le cas de phénomènes annexes de résonance, peuvent amener les câbles à vibrer transversalement très fortement en engendrant parallèlement des mouvements parasites tels par exemple qu'une excitation verticale du tablier d'un pont haubané ou des torsions d'un pied de mât, entraînant des phénomènes de fatigue et de fragilisation des éléments de la structure soumis à ces vibrations.
Des travaux scientifiques approfondis ont cependant permis de conclure :
1°) qu'un apport extérieur d'amortissement, même faible, pouvait atténuer considérablement ce phénomène parasite, 2°) que pour être le plus efficace possible, c'est-à-dire pour être capable d'amortir le plus grand nombre de fréquences de résonance possible, l'amortisseur devait se situer à proximité d'un point d'accrochage du câble, par exemple à environ un mètre d'une extrémité, le phénomène étant assez analogue à celui des cordes vibrantes.
A ce jour cependant, on n'a pas su réaliser d'amortisseurs efficaces et qui de surcroît, aient une durée de vie satisfaisante.
Certaines solutions proposées selon l'art antérieur font appel à des amortisseurs linéaires hydrauliques, du type de ceux utilisés sur des camions, et que l'on fixe au câble à amortir, par exemple à une distance d'environ un mètre de son point d'ancrage en l'orientant sensiblement perpendiculairement au câble et en fixant l'autre extrémité à un point fixe distinct du câble, par exemple une partie du tablier du pont suspendu au câble. Une telle réalisation est schématiquement illustrée à la figure 1. Selon une autre solution connue, on place autour du câble toujours à une légère distance de son point d'ancrage, des plaques en caoutchouc Néoprène que l'on fixe à un pied de renvoi, par exemple fixé au tablier. Cette réalisation est schématiquement illustrée à la figure 2.
Mais dans la pratique, ces solutions ne donnent pas satisfaction, l'amortissement étant insuffisant et la durée de vie des dispositifs trop courte.
Une autre difficulté liée au problème à résoudre est que si l'on souhaite pouvoir intervenir après coup sur un ouvrage pour corriger des vibrations mal amorties, ou si l'on doit changer un câble, les opérations de mise en place du dispositif amortisseur peuvent être très compliquées si le dispositif requiert qu'il soit mis en place en même temps que le câble, ne pouvant être ajouté après coup sur le câble mis en place.
L'invention a pour objet un procédé et un dispositif qui permettent de résoudre ces problèmes. Le procédé d'amortissement des vibrations transversales de câbles de haubanage conforme à l'invention se caractérise en ce qu'on enroule de façon serrée sur les câbles à amortir, aux endroits les plus appropriés, au moins une spire d'un tuyau rempli d'un fluide à forte viscosité d'un type utilisé dans les amortisseurs à compression hydrostatique, on enferme le tuyau ainsi enroulé sur le câble dans une enveloppe rigide dans laquelle est
enfermé et contraint le tuyau enroulé, et l'on solidarise l'enveloppe d'un point fixe distinct de la partie de câble sur laquelle est appliqué le tuyau susmentionné.
Dans un mode de mise en oeuvre préféré, après mise en place de l'enroulement serré du tuyau sur le câble et mise en place de l'enveloppe, on remplit le tuyau au moyen du fluide à forte viscosité précité jusqu'à atteindre une pression élevée de fonctionnement, avantageusement de l'ordre de plusieurs centaines de bars.
Lorsque l'on procède de la sorte, on obtient notamment les avantages suivants :
1°) Le procédé peut être appliqué à n'importe quelle construction préexistante, et tout aussi bien à une construction neuve, ceci sans aucune difficulté de mise en place.
2°) L'amortissement est efficace pour une gamme de fréquences très étendue, du fait que l'amortissement peut être effectif sur une longueur de câble notable, aussi grande que désiré, ne nécessitant que d'augmenter en conséquence le nombre de spires qui entoureront le câble, et en conséquence, amortissant la vibration dès sa naissance en quelque point que ce soit de cette longueur d'application. 3°) Du fait de l'utilisation d'un fluide à forte viscosité sous pression, et comme il apparaîtra plus clairement de la description qui suivra, on obtient un amortissement très significatif du fait des frottements visqueux créés par le déplacement du fluide à haute viscosité dans le tuyau qui se déforme lorsque le câble vibre. 4°) Du fait des hautes pressions que l'on peut appliquer au fluide, on limite considérablement les effets de variation d'efficacité du système en fonction des variations de la température auxquelles peut être soumis le haubanage.
L'invention se rapporte également à un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé ci-dessus mentionné, dispositif qui se caractérise en ce qu'il comprend :
- au moins une longueur d'un tuyau susceptible d'être rempli d'un fluide à forte viscosité et de résister à des pressions de fonctionnement élevées, d'au moins plusieurs dizaines de bars, la longueur étant suffisante pour former au moins une spire d'enroulement sur le câble à amortir,
- au moins un système de type à clapet équipant au moins une extrémité du tuyau, permettant le remplissage du tuyau au moyen du fluide à forte viscosité sous la pression de fonctionnement du dispositif,
- au moins une enveloppe rigide dont les dimensions : diamètre/ longueur, sont adaptées pour venir épouser étroitement la surface extérieure du tuyau enroulé en place sur le câble,
- des boîtiers d'extrémité fermant latéralement le dispositif en place autour du câble, et se solidarisant de l'enveloppe en maintenant en place les deux extrémités du tuyau.
L'invention et sa mise en oeuvre apparaîtront plus clairement à l'aide de la description détaillée qui va suivre faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : Les figures 1 et 2 montrent de façon très schématique deux systèmes proposés par l'art antérieur ;
La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif amortisseur de haubans conforme à l'invention ;
La figure 4 est une vue à plus grande échelle de la partie de la figure 3 entourée en IV ;
La figure 5 est une vue à plus grande échelle de la partie entourée en V de la figure 3 ;
La figure 6 est une vue en coupe faite selon le plan VI- VI de la figure 4 ;
La figure 7 est une vue semblable à celle de la figure 6 mais montrant le dispositif dans une autre position dans laquelle le câble est déplacé en dehors de sa position de centrage dans le dispositif ;
La figure 8 est une vue en coupe faite selon le plan VIII-VIII de la figure 4 ;
La figure 9 est une vue en coupe faite selon le plan LX-LX de la figure 4 ;
La figure 10 est une vue en coupe faite selon le plan X-X de la figure 8 ; La figure 11 est une vue en coupe faite selon le plan XI-XI de la figure 4 ;
La figure 12 est une vue faite avec arrachement pour illustrer une variante à deux étages d'amortissement.
En se référant aux dessins, tout d'abord aux figures 1 et 2, on a illustré de façon schématique une partie d'un tablier 10 de pont soutenue par un câble ou hauban 11 ancré en 12 sur une pièce d'ancrage 13 solidaire du tablier 10. Pour obtenir l'amortissement des vibrations du câble, on a prévu un amortisseur linéaire hydraulique schématisé en 14, du type utilisé sur des camions, dont une extrémité est fixée en 15 au tablier 10, et dont l'autre extrémité est fixée en 16 autour du câble 11. De façon avantageuse, le point 16 est situé à environ un mètre du point d'ancrage 12 du hauban 11 sur le tablier, ceci afin que l'amortissement soit le plus efficace possible. Les études ont montré en effet que c'est vers l'extrémité d'ancrage du hauban 11 que l'effet d'amortissement est le plus efficace, le câble 11 réagissant comme une corde vibrante.
Dans la pratique cependant, ce dispositif est détérioré en étant soumis à une fatigue excessive.
A la figure 2 on a représenté un autre dispositif d'amortissement connu de l'art antérieur dans lequel le dispositif d'amortissement 17 est constitué par des plaques de caoutchouc type Néoprène schématisées en 18
qui prennent le câble 11 au même niveau que l'amortisseur de la figure 1 et qui sont fixées à un pied support 19 solidaire du tablier 10.
Là aussi, ce dispositif ne s'est pas révélé très efficace et sa durée de vie est réduite. La figure 3 illustre de façon schématique la constitution d'un dispositif amortisseur conforme à l'invention.
En se reportant à cette figure, on a figuré en 20 le câble dont les mouvements de vibration doivent être amortis. Autour du câble, on a fixé, selon une procédure qui sera décrite en détail plus loin, un dispositif amortisseur conforme à l'invention référencé dans son ensemble 21. Le dispositif 21 occupe sur le câble sensiblement la position des dispositifs amortisseurs illustrés aux figures 1 et 2. Le dispositif lui-même est fixé par exemple au tablier 10 du pont soit par un piétement similaire au piétement 19 de la figure 2, qui viendra alors s'appuyer sur l'enveloppe 22 du dispositif, soit au niveau par exemple d'un tube allongé 23 qui sera fixé à l'un des boîtiers 24 terminant le dispositif d'un côté, et à son autre extrémité (non représentée) à la pièce d'ancrage telle que la pièce 13 illustrée aux figures 1 et 2.
Le dispositif 21 comprend l'enveloppe 22 cvlindrique à section circulaire retenue entre les deux boîtiers d'extrémité 24, 25 du dispositif. La forme et la constitution de ces pièces apparaîtront plus clairement au cours de la description qui suivra des figures qui les montrent en détail.
Dans l'exemple illustré, autour du câble 20 a été montée une cale entretoise 26 sur laquelle on aperçoit enroulé un tuyau 27 qui forme plusieurs spires juxtaposées. Dans l'exemple illustré à la figure 3, il y a environ une dizaine de spires du tuyau 27 enroulées sur l'entretoise 26. Le tuyau 27 se termine à ses deux extrémités 27a, 27b par deux embouts 28, 29 respectivement, lesquels embouts sont calés respectivement dans le boîtier 24 et dans le boîtier 25 comme il sera décrit plus en détail ci-après.
A son extrémité opposée au tube de fixation 23, le dispositif est fermé, par dessus le boîtier 25, par un capot 30, l'étanchéité étant réalisée par exemple par un joint torique en caoutchouc 31 ou par un joint d'étanchéité du type à lèvres 32. En se reportant à la figure 4, on va décrire plus en détail certaines parties du dispositif de ce côté référencé IV à la figure 3.
A cette figure, on aperçoit de façon plus précise, et en se reportant également parallèlement à la figure 6, comment est formée la première spire d'enroulement du tuyau 27 avec son embout 28. On voit également, plus particulièrement à la figure 6, comment est maintenue et calée dans le boîtier 24, l'extrémité du tuyau 27 par son embout 28. Dans l'embout 28 est vissé un boulon 33, lequel est avantageusement équipé d'un clapet (non représenté) d'injection pour la gomme silicone formant le fluide à haute viscosité dont on remplira le tuyau 27 pour son fonctionnement. De tels boulons équipés, généralement dans leur axe, d'un clapet à bille ou analogue, sont classiques dans la technique. A la figure 6 on a seulement suggéré pour mémoire une bille 34 dans le boulon 33.
A la même figure 6, on aperçoit clairement que la cale entretoise 26 est en fait formée de deux demi-cales symétriques 26a, 26b, ce qui facilite bien entendu le montage autour du câble 20. Ces cales 26a, 26b sont réalisées en un matériau incompressible, tel que par exemple un alliage métallique approprié, et l'on prévoit avantageusement autour du câble 20 un revêtement protecteur intermédiaire 35 qui évite de blesser le câble, par exemple en un matériau synthétique approprié. On observe également, comme cela se voit aux figures 3 et 6, que le boîtier 24 est constitué par deux demi-boîtiers, référencés respectivement 24a, permettant de loger l'embout 28 et le boulon 33 et 24b non pourvu d'une telle entrée pour la fixation de l'extrémité du tuyau 27.
En retournant à la figure 4, on aperçoit également comment l'enveloppe 22, constituée de deux demi-cylindres cylindriques 22a, 22b,
s'engage et s'encastre par ses joues d'extrémité 36, 37, également visibles à la figure 3, sur des retours conformés en concordance 38, 39 du boîtier 24. En 40, 41, on a figuré les lignes de fixation de boulons (non représentés) qui permettront la solidarisation de l'enveloppe 22 au boîtier 24. De la même façon, on a figuré en 42, 43 (voir figures 3 et 4) les axes de fixation de boulons (non représentés) qui permettront de solidariser, après assemblage, le boîtier 24 au tube de fixation 23. Comme le boîtier 24, comme l'enveloppe 22, le tube de fixation 23 est également formé en deux parties 23a, 23b respectivement, comme il apparaîtra plus clairement sur les figures 8 et 9. En se reportant à la figure 5, à l'autre extrémité du dispositif 21, on aperçoit l'embout 29 qui a été fixé de façon similaire à l'embout 28, dans une entrée coopérante prévue dans le boîtier 25 et plus précisément dans la moitié 25a du boîtier 25 qui comporte cette entrée. On observera qu'à la figure 3, la partie 25a est située vers le bas de la figure, tandis qu'à la figure 5, la partie 25a est située dans le haut de la figure. En fait, comme on l'expliquera plus loin, lorsqu'on a enroulé le tuyau sur la cale support 26, plus précisément sur les deux demi-cales 26a, 26b, on fait tourner le boîtier 25 par rapport au boîtier 24 de façon à assurer un enroulement correct du tuyau sur la cale, quelle que soit la longueur du tuyau, à quelques millimètres près, cette opération se faisant sans difficultés tant que le tuyau n'a pas été rempli du fluide visqueux sous pression qu'il contiendra pour son fonctionnement. A la figure 5, on aperçoit également le capot 30 formé lui aussi de deux moitiés 30a, 30b, fixé par des boulons (non représentés), seul un axe de fixation 44 des boulons ayant été montré à la figure 5. On observe que l'enveloppe 22 s'engage avec le boîtier 25 de la même façon avec le boîtier 24 grâce aux joues 45, 46 des demi-enveloppes 22a, 22b qui viennent sous les rebords en saillie 47, 48 des demi-boîtiers 25a, 25b, la fixation étant là encore assurée par des boulons dont seuls les axes de fixation 48, 49 ont été référencés (figure 5).
En se reportant maintenant aux figures 8, 9 et 10, on a illustré un mode de réalisation pratique du tube de fixation 23 permettant de fixer le dispositif 21 d'amortissement conforme à l'invention, par exemple à la pièce d'ancrage 13 du câble 11 (voir figures 1 et 2). Le tube 23 est formé de deux parties 23a, 23b. Pour faciliter le montage et l'assemblage, du côté de la tête du tube, avant la partie élargie qui vient coiffer le boîtier 24, et comme on le voit à la figure 8, le tube a une section sensiblement carrée laissant le câble 20 jouer librement à l'intérieur de lui. A ce niveau, les deux boîtiers 23a, 23b du tube présentent des joues respectivement 23c, 23d dans lesquelles sont formés des trous 50 pour la fixation au moyen de boulons (non représentés). Un peu plus loin du dispositif, c'est-à-dire en se rapprochant de l'ancrage du câble, le tube 23 présente avantageusement une forme cylindrique circulaire formée des deux demi-parties 23a, 23b, le câble 20 jouant librement à l'intérieur du tube. La figure 10 montre de façon plus précise la forme des joues 23c d'assemblage.
En se référant à la figure 11, on a montré également de façon plus précise comment peut être constituée la cale d'enroulement 26 formée des deux demi-cales 26a, 26b, par exemple en un alliage métallique, comportant des joues telles que 26c, 26d, percées de trous 51 permettant la fixation des deux demi-cales autour du câble 20, par exemple au moyen de boulons et d'écrous (non représentés).
On décrira maintenant rapidement la mise en place du dispositif. Comme on l'a expliqué précédemment, le tube 23, le boîtier 24, l'enveloppe 22, le boîtier 25, la cale 26 et le chapeau 30 sont formés en deux moitiés respectivement 23, 23b pour le tube, 24a, 24b pour le boîtier 24, 22a, 22b pour l'enveloppe 22, 25a, 25b pour le boîtier 25, 26a, 26b pour la cale 26, et 30a, 30b pour le capot 30. Dans ces conditions, un câble 20 étant en place, il est possible d'assembler par dessus lui le dispositif sans aucun démontage, toujours extrêmement délicat, du câble.
On peut par exemple procéder de la façon suivante. Dans un premier temps, on enroule de façon approximative à l'endroit voulu, le tuyau 27 autour du câble en formant le nombre de spires requis, par exemple une dizaine dans l'exemple illustré. Dans l'exemple illustré en fait, le tuyau n'est pas enroulé sur le câble, mais sur la cale 26. Dans ces conditions, on positionne d'abord les deux demi-cales 26a, 26b sur le câble à l'endroit voulu, en ayant éventuellement au préalable protégé le câble par un revêtement adéquat tel qu'illustré en 35 (voir figure 6) et l'on assemble les cales par leurs boulons de fixation qui réunissent les deux demi-cales 26a, 26b pour former la cale complète. On engage ensuite les deux demi-tubes de fixation 23a, 23b puis les deux demi-boîtiers 25a, 25b que l'on positionne et assemble correctement. On engage ensuite par dessus le tuyau souple qui est vide de fluide, les deux demi-enveloppes 22a, 22b en engageant correctement les joues 36, 37 sous les saillies 38, 39 coopérantes du boîtier 24, les deux demi-enveloppes étant assemblées en comprimant légèrement l'enroulement du tuyau, on positionne par dessus, correctement, les deux demi-coquilles 25a, 25b du boîtier 25. On ajuste correctement dans l'entrée du demi-boîtier 24a et dans l'entrée du demi-boîtier 25a les deux extrémités du tuyau, équipé à chaque extrémité d'un boulon de fermeture tel que 33, dont au moins un est équipé d'un clapet par exemple à bille 34 d'introduction du fluide. On fait alors tourner le boîtier 25 par rapport au boîtier 24 de façon à amener le tuyau 27 dans la position convenable de travail dans laquelle les spires doivent être légèrement ovalisées, comme illustré aux dessins, c'est-à-dire légèrement aplaties entre cale et enveloppe, les spires étant jointives. Ceci s'obtient aisément du fait de la souplesse du tuyau, vide de tout produit. Cette opération étant effectuée, il ne reste plus qu'à serrer tous les boulons de l'assemblage et à mettre en place le capot formé des deux moitiés 30a, 30b avec interposition du joint d'étanchéité. Dans le cas d'utilisation d'un joint torique 31, celui-ci est d'un type formé
d'une spire enroulable pour pouvoir également être montée autour du câble 20 sans difficultés.
Le dispositif étant mis en place, il ne reste plus qu'à introduire dans le tube, sous la pression de travail requise, le fluide à forte viscosité le plus approprié pour l'application en cause.
Si l'on souhaite maintenir le fonctionnement du dispositif dans une plage de pression quasiment indépendante de la température à laquelle le dispositif peut être soumis, on peut avantageusement prévoir (non représentée) une source extérieure d'une réserve de fluide sous pression en communication avec l'espace intérieur du tuyau, par exemple par le clapet 34 d'admission du fluide.
Le fonctionnement du dispositif sera maintenant rapidement expliqué.
En se reportant aux figures 6 et 7, et en comparant ces figures, on voit qu'à la figure 6, le câble 20 est centré par rapport au boîtier 24.
A la figure 7, il y a un léger décentrement, autrement dit le câble 20 s'est déplacé légèrement vers la droite de la figure dans la figure 7 par rapport à la position que le câble occupait à la figure 6. Cela crée un certain écrasement, figuré en 27', du tuyau 27 à droite, et un léger relâchement se traduisant par un arrondissement du tuyau tel qu'illustré en 27". La section circulaire étant de plus grand volume que la section aplatie, compte tenu du caractère non extensible du tuyau utilisé, le fluide est contraint de se déplacer dans le tuyau, de la partie aplatie à la partie arrondie, ce qui crée un déséquilibre de la précontrainte et donc une force résistante et des frottements visqueux prenant naissance dans le fluide à haute viscosité et précontraint sous la pression d'exploitation.
Dans le mode de réalisation schématisé à la figure 12, la cale 26 a été supprimée et l'on a utilisé autour du câble 20 deux étages successifs de tuyaux enroulés, respectivement référencés 57 entre câble 20 et enveloppe 58, et tuyau 59 enroulé entre enveloppe 58 et enveloppe 60. Dans une telle
construction, l'enveloppe 58 joue, pour le tuyau 59, le rôle que jouait la cale 26 dans le mode de réalisation des figures précédentes, tandis que l'enveloppe 60 joue le rôle de l'enveloppe 22 du mode de réalisation précédent. L'utilisation d'un dispositif à deux étages, qui peut être généralisée à un plus grand nombre d'étages, présente l'avantage de pouvoir enrouler des tuyaux de diamètre plus faible qui sont plus résistants et peuvent par suite être remplis d'un fluide visqueux sous plus forte pression. Cela permet aussi d'augmenter les amplitudes de déplacement du câble et/ou de diminuer la fatigue des tuyaux utilisés. Et il est connu que plus la pression de travail est élevée, plus l'effet d'amortissement est grand et moins est sensible l'action d'une variation de la température.
Dans l'application illustrée à la figure 12, il est clair que les longueurs des tuyaux 57, 59 vont aller en croissant au fur et à mesure que le diamètre d'enroulement est plus grand. Il pourra donc être avantageux dans certains cas, de monter en circuit au moins deux étages de spires d'enroulement de tuyaux l'une par dessus l'autre, l'enveloppe de l'étage n constituant la surface d'enroulement de l'étage du rang suivant n + 1.
Avantageusement, l'enveloppe 22 sera réalisée en acier, de façon à pouvoir résister aux pressions du tuyau qu'elle enserre, tandis que les boîtiers 24, 25 pourront être réalisés eux aussi en acier ou en un autre métal résistant tel que fonte par exemple. La nature du tuyau sera telle qu'il puisse résister aux pressions de fonctionnement envisagées, qui peuvent s'échelonner, selon le cas, entre 0 bar et 1 000 bars, des pressions facilement envisageables se situant de préférence entre quelques dizaines de bars et quelques centaines de bars. Des tuyaux en caoutchouc ou équivalent, convenablement armés, tressés en fibres synthétiques textiles, fibres de verre, éventuellement métalliques, pourront convenir.
Par câbles de haubanage on entend par extension toute structure longiligne susceptible de vibrer telle notamment que mât souple ou suspente de mât pour lesquelles l'invention s'applique tout aussi bien.
Les fluides utilisés seront avantageusement des fluides de type silicone à forte viscosité, par exemple supérieure à 10 millions de centistokes, de tels fluides étant classiquement utilisés dans les amortisseurs de type à compression hydrostatique.