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WO2018100109A1 - Amortisseur dynamique accorde et procédé pour réduire l'amplitude des oscillations - Google Patents

Amortisseur dynamique accorde et procédé pour réduire l'amplitude des oscillations Download PDF

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WO2018100109A1
WO2018100109A1 PCT/EP2017/081069 EP2017081069W WO2018100109A1 WO 2018100109 A1 WO2018100109 A1 WO 2018100109A1 EP 2017081069 W EP2017081069 W EP 2017081069W WO 2018100109 A1 WO2018100109 A1 WO 2018100109A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
inertial mass
frame
dynamic damper
relative
rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/081069
Other languages
English (en)
Inventor
Charles CYNOBER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Soletanche Freyssinet SA
Original Assignee
Soletanche Freyssinet SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Soletanche Freyssinet SA filed Critical Soletanche Freyssinet SA
Priority to EP17807865.5A priority Critical patent/EP3548675A1/fr
Priority to CA3045712A priority patent/CA3045712A1/fr
Priority to KR1020197019081A priority patent/KR20190089972A/ko
Priority to US16/465,771 priority patent/US20190284800A1/en
Priority to RU2019116837A priority patent/RU2719844C1/ru
Publication of WO2018100109A1 publication Critical patent/WO2018100109A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
    • E04H9/0215—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings involving active or passive dynamic mass damping systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/10—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
    • F16F7/1022—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect the linear oscillation movement being converted into a rotational movement of the inertia member, e.g. using a pivoted mass

Definitions

  • the present invention relates to a tuned dynamic damper (also called TMD, for "Tuned Mass Damper” in English).
  • TMD tuned dynamic damper
  • Such dampers are used to attenuate the vibrations of a structure in a restricted range of frequencies around the resonant frequency of the structure.
  • These systems operate on the principle of transfer cycles between kinetic and potential energies, and dissipation, particularly viscous, of the kinetic energy at each cycle.
  • Some such as that disclosed in the publication CN 205153175, implement a first inertial mass, mobile in translation, and a second inertial mass rotatable about a fixed axis of rotation, and whose rotational movement is controlled by a rack moving with the first inertial mass.
  • Such dampers are limited to the damping of vertical vibrations.
  • Pendulum dampers are also known.
  • Such dampers comprise an inertial mass connected by suspension lines to a fixed frame connected to the structure whose vibration is sought to dampen, and a damping system for oscillations.
  • Examples of pendular dampers are described in CN204458973U, CN103132628A, CN202954450U.
  • US 2013/0326969 discloses a pendulum damper in which the damping of the pendulum movement of the inertial mass is obtained by electromagnetic brakes with induced currents, in order to generate electricity.
  • the lines are connected to the fixed frame by hinges configured to rotate armature disks subjected to a magnetic field.
  • the armature disks are of very low inertia and participate negligibly in the accumulation of kinetic energy of rotation, compared to the kinetic energy generated by the mass performing the pendulum movement.
  • EP 474269 discloses a dynamic damper comprising an inertial mass supported by two parallel rods which drive it in displacement parallel to itself, without rotation on itself relative to the frame. To increase the kinetic energy, one must increase the mass with the disadvantage of having to mechanically reinforce the rods, which increases the cost and bulk of the damper.
  • the present invention thus aims to further improve the tuned dynamic dampers and more particularly the pendulum dampers.
  • the invention achieves this through dynamic damping tuned pendulum, comprising:
  • An inertial mass drive system configured to transform a variation of the angle of at least one line relative to the moving frame or the fixed frame in a relative movement of the inertial mass relative to the frame that carries it.
  • the relative movement of the inertial mass relative to the frame which carries it is preferably a rotational movement on itself.
  • the invention makes it possible to increase the overall kinetic energy by adding to the kinetic energy related to the movement of the pendulum, that of the movement of the inertial mass relative to the frame which carries it, in particular that of rotation of the inertial mass on it. even.
  • the rotational kinetic energy can be increased without having to increase the mass and bulk of the damper.
  • the orientation of the inertial mass relative to the frame may change over time relative to the frame due to its rotation on itself.
  • the inertial mass can turn on itself over more than 180 °, better for more than 360 ° around a specific axis of rotation during the operation of the shock absorber.
  • the inertial mass is carried by the movable frame.
  • the drive system advantageously comprises a gear reduction mechanism.
  • a small angular variation of the lines can be converted into a rotational movement of the inertial mass on itself significant.
  • the drive system may comprise a driving gear, guided in rotation relative to the movable frame, and which is hung a hanger.
  • This driving gear can mesh with a driven gear, guided in rotation by the movable frame and rotating with the inertial mass.
  • the drive system comprises at least one rack.
  • the latter is for example hooked at its ends to the lines.
  • the drive system may comprise a pinion rotating with the inertial mass and meshing on the rack.
  • the damper comprises a pinion meshing on the rack and driving through a suitable mechanism, including a bevel gear, the inertial mass, the latter preferably having a axis of vertical rotation when the shock absorber is at rest.
  • the damper may include in particular two parallel racks and a pair of gears meshing on these racks and coupled to the same drive shaft of the inertial mass.
  • the mobile frame comprises a first and a second frame, the lines being hooked to the first frame and being coupled to the second frame so that an angular movement of the lines relative to the vertical s' accompanied by a displacement of the second frame relative to the first.
  • the inertial mass is connected to the chassis so that the relative movement of the chassis relative to each other is accompanied by a rotational movement of the inertial mass relative to the chassis.
  • the inertial mass can be connected by ball joints to the chassis.
  • the damping movements of the inertial mass as well as those of the mobile frame can be carried out in various ways, seeking or not to recover the kinetic energy to produce electricity.
  • the tuned dynamic damper comprises one or more viscous dampers, which can be arranged in various ways depending on the structure of the damper.
  • the above-mentioned lower and upper frames are connected by viscous dampers.
  • the tuned dynamic damper comprises at least one friction or induction brake.
  • the damper may be unidirectional but preferably it is bidirectional. It may comprise at least two inertial masses, rotating about respective axes of rotation perpendicular to each other, or alternatively axial co and oriented vertically when the damper is at rest.
  • the tuned dynamic damper has four flywheels, the diametrically opposed flywheels rotating about parallel axes of rotation.
  • the weight of the inertial mass may be such that the ratio ECR / ECT of the nominal kinetic energy of the inertial mass rotating on itself at the nominal kinetic energy in translation is between 0.4 and 100, better between 0.4 and 10.
  • the tuned dynamic damper is normally intended to operate for relatively frequent wind, seismic or other loads, for which an attempt is made to maintain a given comfort level, or even to maintain a stress level below a certain limit.
  • the tuned dynamic damper can be stopped because of exceptional wind, seismic or other conditions, which are rare.
  • the maximum stress can correspond to a limit load before an abutment against a protection system relating to accidental solicitations.
  • a ratio of from 0.4 to 10 is preferred for large masses, typically greater than 3 kg.
  • the inertial mass may be greater than or equal to 10 weight 2 kg, more preferably 5.10 to 2 kg, most preferably to 10 3 kg.
  • the invention further relates, in another aspect, a civil engineering work, including a tower or a walkway, equipped with a damper according to the invention, as defined above.
  • the invention also relates to a method for reducing the amplitude of the oscillations of a civil engineering structure, in particular a tower or a bridge, using a damper as defined above, in which it is possible to the mobile frame to oscillate in a pendular manner so as to reduce the amplitude of the oscillations of the structure.
  • FIG. 1 schematically and partially shows, in perspective, an exemplary dynamic damper according to the invention
  • FIGS. 2 to 4 are views similar to FIG. 1 of variant embodiments
  • FIG. 5 represents a detail of the drive system of the flywheels of the damper of FIG. 4,
  • FIG. 6 is a view similar to FIG. 1 of another variant embodiment.
  • FIG. 7 shows a detail of the embodiment of the damper of Figure 6.
  • a tuned dynamic damper 1 according to the invention, comprising a set of lines 10, four in the example considered.
  • the lines 10 are hingedly hinged at their upper end 11 to a fixed frame 2 of the structure equipped with the damper, for example a house tower and / or high office. They support at their lower end 12 a mobile frame 20 which carries four inertial masses 30 in the form of flywheels, each rotatable on themselves relative to the mobile frame 20.
  • the damper 1 comprises two flywheels 30a diametrically opposed, rotating about axes of rotation X parallel to each other, and two other flywheels 30b also diametrically opposed and rotating about axes of rotation. Y rotation parallel to each other and perpendicular to the X axis.
  • the movable frame 20 comprises beams 21 which extend between the flywheels 30 and which support bearings that rotate the shafts rotating with the corresponding flywheels 30.
  • each shaft which rotates a corresponding flywheel on the frame 20 carries a pinion 33.
  • Each of the lines 10 is connected at its lower end 12 to a toothed wheel 26, the articulation of the suspension on this wheel being eccentric with respect to the axis of rotation of the wheel.
  • Each gear 26 meshes with a corresponding pinion 33.
  • the pendular oscillation of the mobile frame 20 with the flywheels 30 is accompanied by a variation of the angle of the longitudinal axis of the lines 10 relative to the mobile frame 20 and a rotation of a or more of the wheels 26 relative to the frame 20. This rotation drives that of the corresponding flywheel through the pinion 33 which meshes with the wheel 26.
  • the oscillation of the damper is therefore accompanied by a rotation of the flywheels 30 and an accumulation of kinetic energy in rotation, in addition to that related to the swinging oscillation movement.
  • the wheels 26 and the corresponding pinions 33 can be produced so as to obtain a reduction factor greater than 1 in order to increase the speed of rotation of the flywheels and the kinetic energy of rotation.
  • Each flywheel 30 may be associated, as illustrated, with a braking means of the viscous type of its rotation, that is to say exerting a braking torque which is all the more important that the speed of rotation is high.
  • each flywheel is associated with an induction brake disc 40.
  • the movable frame 20 carries a single inertial mass 30 in the form of a flywheel, rotating about an axis of rotation X.
  • the flywheel 30 rotates with two pinions 33 arranged at each of its axial ends, which each mesh with a corresponding rack 50 extending between two lines 10 and coupled thereto by means of fasteners 52.
  • a pendulum oscillation of the damper 1 in a plane perpendicular to the axis X is accompanied by a variation of the angle of the lines 10 relative to the mobile frame and a movement of the racks 50 relative to the frame, which causes rotation of the flywheel 30 around the X axis.
  • the flywheel 30 may be equipped with a brake disk, for example inductive or by friction, so as to dissipate the kinetic energy of rotation.
  • the movable frame 20 can be made with each side of the flywheel 30 two spaced parallel beams 61 and 62, between which is disposed the pinion 33 corresponding.
  • FIG. 3 is bidirectional, comprising a mobile frame 20 comprising a frame inside which four inertial masses 30 are arranged in the form of flywheels, each associated with a pinion 33 and with a rack 50, these the latter being arranged respectively along the four sides of the frame of the mobile frame 20.
  • the latter can comprise as illustrated two cross beams 65, joined in their middle and being connected respectively to the four corners of the frame of the frame 20.
  • the flywheels 30 may have, as illustrated, each a generally frustoconical shape, converging towards the center of the frame 20.
  • Each wheel 30 may be equipped with a brake 40, for example inductive or friction.
  • the damper 1 comprises two flywheels 30 which are co axial and which rotate about an axis of rotation Z which is vertical when the damper is at rest.
  • the flywheel drive system 30 comprises, as in the embodiment of FIG. 3, four racks 50 which each connect two adjacent lines 10, being coupled thereto, so that an oscillation of the mobile frame 20 accompanied by a movement of the racks 50 parallel to the corresponding sides of the frame 20.
  • the movement of the racks 50 is transmitted to the flywheels 30 by pinions 33.
  • Two opposite gears are connected by a shaft 70a and the other two by a another tree 70b crossing the first.
  • the pinions 33 are guided in rotation by the frame 20 and rotate, as can be seen in Figure 5, with the shafts 70a and 70b.
  • Each shaft 70a or 70b carries a corresponding bevel gear 71 which meshes with a bevel gear 72 rotating with the corresponding flywheel 30, so that a rotation of the gears 33 on themselves is accompanied by a rotation of the corresponding flywheel 30 about the axis of rotation Z.
  • the tuned dynamic damper 1 of FIG. 4 is thus bidirectional.
  • FIGS. 6 and 7 illustrate an alternative embodiment of the tuned dynamic damping device 1 without gearing to increase the angular movement of the lines 10 relative to the mobile frame 20.
  • the mobile frame 20 comprises a lower frame 80 and an upper frame 81 of similar shapes, comprising an outer frame of polygonal shape, in this case square, and an X-shaped structure with two beams 85 crossing each other. their middle 86 and connecting at their ends to the corners of the frame 84.
  • the frames 80 and 81 are interconnected by viscous dampers 83 which are for example arranged at mid-length sides of each frame.
  • Each line 10 is connected by its lower end 12 hingedly to the lower frame 80 and passes through the upper frame 81 in favor of a corresponding opening 86, with a small clearance.
  • the variation of the angle of the lines relative to the lower frame 80 is accompanied by a displacement of the upper frame 81 relative to the lower frame 80.
  • the central portions 86 of the chassis 80 and 81 thus have a misalignment which is variable during the oscillation of the mobile frame 20.
  • the tuned dynamic damper 1 comprises a single inertial mass 30 which comprises four blocks 90 of general pyramidal shape converging towards the center, connected by two crosses 92 spaced vertically. Crosses 92 are connected by a shaft 95 of vertical Z axis when the damper 1 is at rest.
  • the shaft 95 comprises ball joints 97 which are respectively engaged in the central portions 86 of the upper frame 81 and lower 80.
  • the relative movement of the upper frame 81 relative to the lower frame 80 is accompanied by a tilting of the shaft 95 and a rotation of the blocks 90.
  • the latter are part of the triangles formed by the X structures of the upper and lower frames.
  • the inertial mass and the mechanism for transmitting the angular variation of a line relative to the vertical to the inertial mass can be made differently to cause it to rotate on itself.

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Abstract

Amortisseur dynamique accordé pendulaire (1), comportant : • un ensemble de suspentes (10) à relier de façon articulée à un bâti fixe (2), • un bâti mobile (20) porté par les suspentes (10), • au moins une masse inertielle (30) portée par le bâti fixe ou le bâti mobile (20), • un système d'entraînement de la masse inertielle, configuré pour transformer une variation de l'angle d'au moins une suspente par rapport au bâti fixe ou au bâti mobile en un mouvement relatif de la masse inertielle par rapport au bâti qui la porte.

Description

AMORTISSEUR DYNAMIQUE ACCORDE ET PROCÉDÉ POUR RÉDUIRE
L'AMPLITUDE DES OSCILLATIONS
La présente invention concerne un amortisseur dynamique accordé (encore appelé TMD, pour « Tuned Mass Damper » en anglais).
De tels amortisseurs sont utilisés pour atténuer les vibrations d'une structure dans une plage restreinte de fréquences autour de la fréquence de résonance de la structure. Ces systèmes fonctionnent sur le principe de cycles de transferts entre énergies cinétique et potentielle, et d'une dissipation, notamment visqueuse, de l'énergie cinétique à chaque cycle.
Le principe a été appliqué initialement dans le brevet US 989 958 par H. Frahm en 1909 pour réduire les oscillations d'un navire.
Depuis, un grand nombre d'amortisseurs ont été proposés.
Certains, tel celui divulgué dans la publication CN 205153175, mettent en œuvre une première masse inertielle, mobile en translation, et une deuxième masse inertielle mobile en rotation autour d'un axe de rotation fixe, et dont le mouvement de rotation est commandé par une crémaillère se déplaçant avec la première masse inertielle. De tels amortisseurs sont limités à l'amortissement de vibrations verticales.
Il a été proposé dans la publication CN 203034632 un amortisseur comportant un volant d'inertie muni de pignons, mobile en rotation sur une double crémaillère, entre lesquelles le volant se déplace. Ainsi, le déplacement le long de la crémaillère du volant d'inertie s'accompagne d'une rotation de celui-ci sur lui-même, ce qui permet d'augmenter l'énergie cinétique en cumulant l'énergie cinétique dite de « translation », liée au déplacement le long de la crémaillère, et l'énergie cinétique de rotation du volant sur lui- même. Cet amortisseur est limité à l'amortissement de vibrations unidirectionnelles.
On connaît également des amortisseurs dits « pendulaires ».
De tels amortisseurs comportent une masse inertielle reliée par des suspentes à un bâti fixe lié à la structure dont on cherche à amortir les vibrations, et un système d'amortissement des oscillations.
Des exemples d'amortisseurs pendulaires sont décrits dans CN204458973U, CN103132628A, CN202954450U.
US 2013/0326969 divulgue un amortisseur pendulaire dans lequel l'amortissement du mouvement pendulaire de la masse inertielle est obtenu par des freins électromagnétiques à courants induits, afin de générer de l'électricité. Les suspentes sont reliées au bâti fixe par des articulations configurées pour faire tourner des disques d'induit soumis à un champ magnétique. Les disques d'induit sont de très faible inertie et participent de façon négligeable à l'accumulation d'énergie cinétique de rotation, comparativement à l'énergie cinétique générée par la masse effectuant le mouvement pendulaire.
Dans les tours de grande hauteur notamment, où la surface de plancher utile coûte cher, un compromis doit être trouvé entre l'efficacité de l'amortisseur et son volume.
EP 474269 divulgue un amortisseur dynamique comportant une masse inertielle supportée par deux tiges parallèles qui l'entraînent en déplacement parallèlement à elle-même, sans rotation sur elle-même relativement au bâti. Pour augmenter l'énergie cinétique, on doit augmenter la masse avec l'inconvénient de devoir renforcer mécaniquement les tiges, ce qui accroît le coût et l'encombrement de l'amortisseur.
D'autres amortisseurs sont divulgués dans JP 2000-74135, DE 10 2007 024431 et US 5 005 326.
La présente invention vise ainsi à perfectionner encore les amortisseurs dynamiques accordés et plus particulièrement les amortisseurs pendulaires.
L'invention y parvient grâce à amortisseur dynamique accordé pendulaire, comportant :
- un ensemble de suspentes à relier de façon articulée à un bâti fixe, - un bâti mobile porté par les suspentes,
- au moins une masse inertielle portée par le bâti mobile ou par le bâti fixe,
- un système d'entraînement de la masse inertielle configuré pour transformer une variation de l'angle d'au moins une suspente par rapport au bâti mobile ou au bâti fixe en un mouvement relatif de la masse inertielle par rapport au bâti qui la porte.
Le mouvement relatif de la masse inertielle par rapport au bâti qui la porte est de préférence un mouvement de rotation sur elle-même.
L'invention permet d'accroître l'énergie cinétique globale en ajoutant à l'énergie cinétique liée au déplacement du pendule, celle du mouvement de la masse inertielle relativement au bâti qui la porte, notamment celle de rotation de la masse inertielle sur elle-même.
En augmentant la vitesse de rotation, on peut augmenter l'énergie cinétique de rotation sans avoir à augmenter la masse et l'encombrement de l'amortisseur. L'orientation de la masse inertielle par rapport au bâti peut changer au cours du temps par rapport au bâti du fait de sa rotation sur elle-même. La masse inertielle peut tourner sur elle-même sur plus de 180°, mieux sur plus de 360° autour d'un axe de rotation propre au cours du fonctionnement de l'amortisseur. De préférence, la masse inertielle est portée par le bâti mobile.
On peut ainsi diminuer le poids de la masse inertielle sans diminuer l'énergie cinétique globale par rapport à une masse inertielle fixe par rapport au bâti mobile, et diminuer le poids du pendule, ce qui facilite sa mise en place en haut d'une tour de grande hauteur notamment.
Le système d'entraînement comporte avantageusement un mécanisme démultiplicateur. Ainsi, une faible variation angulaire des suspentes peut être convertie en un mouvement de rotation de la masse inertielle sur elle-même significatif.
Le système d'entraînement peut comporter un engrenage menant, guidé en rotation relativement au bâti mobile, et auquel est accrochée une suspente. Cet engrenage menant peut engrener avec un engrenage mené, guidé en rotation par le bâti mobile et tournant avec la masse inertielle.
En variante, le système d'entraînement comporte au moins une crémaillère.
Cette dernière est par exemple accrochée à ses extrémités à des suspentes. Le système d'entraînement peut comporter un pignon tournant avec la masse inertielle et engrenant sur la crémaillère.
Dans un exemple de mise en œuvre, l'amortisseur comporte un pignon engrenant sur la crémaillère et entraînant par le biais d'un mécanisme adapté, notamment d'un renvoi à engrenages coniques, la masse inertielle, cette dernière ayant de préférence un axe de rotation vertical lorsque l'amortisseur est au repos.
L'amortisseur peut notamment comporter deux crémaillères parallèles et une paire de pignons engrenant sur ces crémaillères et couplés à un même arbre d'entraînement de la masse inertielle.
Dans un autre exemple de mise en œuvre, le bâti mobile comporte un premier et un deuxième châssis, les suspentes étant accrochées au premier châssis et étant couplées au deuxième châssis de telle sorte qu'un mouvement angulaire des suspentes par rapport à la verticale s'accompagne d'un déplacement du deuxième châssis relativement au premier.
La masse inertielle est reliée aux châssis de telle sorte que le mouvement relatif des châssis l'un par rapport à l'autre s'accompagne d'un mouvement de rotation de la masse inertielle relativement aux châssis. La masse inertielle peut être reliée par des rotules aux châssis.
L'amortissement des mouvements de la masse inertielle ainsi que de ceux du bâti mobile peuvent s'effectuer de diverses façons, en cherchant ou non à récupérer l'énergie cinétique de façon à produire de l'électricité.
Dans un exemple de mise en œuvre de l'invention, l'amortisseur dynamique accordé comporte un ou plusieurs amortisseurs visqueux, lesquels peuvent être disposés de diverses façons selon la structure de l'amortisseur. Par exemple, les châssis inférieur et supérieur précités sont reliés par des amortisseurs visqueux.
Dans des exemples de mise en œuvre de l'invention, l'amortisseur dynamique accordé comporte au moins un frein à frottement ou à induction.
L'amortisseur peut être unidirectionnel mais de préférence il est bidirectionnel. Il peut comporter deux masses inertielles au moins, tournant autour d'axes de rotation respectifs perpendiculaires entre eux, ou en variante co axiaux et orientés verticalement lorsque l'amortisseur est au repos.
Dans des variantes de réalisation, l'amortisseur dynamique accordé comporte quatre volants d'inertie, les volants d'inertie diamétralement opposés tournant autour d'axes de rotation parallèles.
Le poids de la masse inertielle peut être tel que le rapport ECR/ECT de l'énergie cinétique nominale de la masse inertielle en rotation sur elle-même à l'énergie cinétique nominale en translation soit compris entre 0,4 et 100, mieux entre 0,4 et 10.
L'amortisseur dynamique accordé est normalement prévu pour fonctionner pour des charges de vent, sismiques ou autres, relativement fréquentes, pour lesquelles on cherche à maintenir un niveau de confort donné, voire à garder un niveau de contrainte en dessous d'une certaine limite. Dans le cas de tours de grande hauteur, l'amortisseur dynamique accordé peut être mis en butée à cause de conditions exceptionnelles de vents, sismiques ou autres, qui sont rares. Par « nominale », il faut comprendre dans les conditions normales d'utilisation de l'amortisseur, c'est-à-dire entre les sollicitations minimale et maximale d'emploi. La sollicitation maximale peut correspondre à une sollicitation limite avant une mise en butée contre un système de protection relatif aux sollicitations accidentelles. Un rapport compris entre 0,4 et 10 est préféré pour des masses conséquentes, typiquement supérieures à 103kg-
La masse inertielle peut être de poids supérieur ou égal à 102 kg, mieux à 5.102 kg, encore mieux à 103 kg.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un ouvrage de génie civil, notamment une tour ou une passerelle, équipée d'un amortisseur selon l'invention, tel que défini ci-dessus.
L'invention a encore pour objet un procédé pour réduire l'amplitude des oscillations d'un ouvrage de génie civil, notamment une tour ou une passerelle, à l'aide d'un amortisseur tel que défini ci-dessus, dans lequel on permet au bâti mobile d'osciller de façon pendulaire de façon à réduire l'amplitude des oscillations de l'ouvrage.
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 représente de façon schématique et partielle, en perspective, un exemple d'amortisseur dynamique accordé selon l'invention,
- les figures 2 à 4 sont des vues analogues à la figure 1 de variantes de réalisation,
- la figure 5 représente un détail du système d'entraînement des volants d'inertie de l'amortisseur de la figure 4,
- la figure 6 est une vue analogue à la figure 1 d'une autre variante de réalisation, et
- la figure 7 représente un détail de réalisation de l'amortisseur de la figure 6. On a représenté à la figure 1 un amortisseur dynamique accordé 1 selon l'invention, comportant un ensemble de suspentes 10, au nombre de quatre dans l'exemple considéré.
Les suspentes 10 sont accrochées de façon articulée à leur extrémité supérieure 11 à un bâti fixe 2 de l'ouvrage équipé de l'amortisseur, par exemple une tour d'habitations et/ou de bureaux de grande hauteur. Elles supportent à leur extrémité inférieure 12 un bâti mobile 20 qui porte quatre masses inertielles 30 sous la forme de volants d'inertie, pouvant tourner chacun sur eux-mêmes relativement au bâti mobile 20. Dans l'exemple considéré, l'amortisseur 1 comporte deux volants d'inertie 30a diamétralement opposés, tournant autour d'axes de rotation X parallèles entre eux, et deux autres volants d'inertie 30b également diamétralement opposés et tournant autour d'axes de rotation Y parallèles entre eux et perpendiculaires à l'axe X.
Le bâti mobile 20 comporte des poutres 21 qui s'étendent entre les volants 30 et qui supportent des paliers guidant en rotation des arbres tournant avec les volants d'inertie 30 correspondants.
Dans l'exemple considéré, chaque arbre qui assure le montage en rotation d'un volant correspondant sur le bâti 20 porte un pignon 33.
Chacune des suspentes 10 est reliée à son extrémité inférieure 12 à une roue dentée 26, l'articulation de la suspente sur cette roue étant excentrée par rapport à l'axe de rotation de la roue. Chaque roue dentée 26 engrène avec un pignon 33 correspondant.
Ainsi, l'oscillation pendulaire du bâti mobile 20 avec les volants d'inertie 30 s'accompagne d'une variation de l'angle de l'axe longitudinal des suspentes 10 par rapport au bâti mobile 20 et d'une rotation d'une ou plusieurs des roues 26 relativement au bâti 20. Cette rotation entraîne celle du volant d'inertie correspondant par l'intermédiaire du pignon 33 qui engrène sur la roue 26.
L'oscillation de l'amortisseur s'accompagne donc d'une rotation des volants d'inertie 30 et d'une accumulation d'énergie cinétique en rotation, en plus de celle liée au mouvement d'oscillation pendulaire.
On peut réaliser les roues 26 et les pignons 33 correspondants de façon à obtenir un facteur de démultiplication supérieur à 1 afin d'accroître la vitesse de rotation des volants et l'énergie cinétique de rotation.
Chaque volant 30 peut être associé, comme illustré, à un moyen de freinage de type visqueux de sa rotation, c'est-à-dire exerçant un couple de freinage qui est d'autant plus important que la vitesse de rotation est élevée. Par exemple, comme illustré, chaque volant est associé à un disque de frein à induction 40.
Dans la variante illustrée à la figure 2, le bâti mobile 20 porte une unique masse inertielle 30 sous la forme d'un volant d'inertie, tournant autour d'un axe de rotation X. Le volant d'inertie 30 tourne avec deux pignons 33 disposés à chacune de ses extrémités axiales, qui engrènent chacun sur une crémaillère correspondante 50 s'étendant entre deux suspentes 10 et couplée à ces dernières à l'aide d'attaches 52.
Ainsi, une oscillation pendulaire de l'amortisseur 1 dans un plan perpendiculaire à l'axe X s'accompagne d'une variation de l'angle des suspentes 10 par rapport au bâti mobile et d'un déplacement des crémaillères 50 relativement au bâti, qui provoque la rotation du volant d'inertie 30 autour de l'axe X.
Le volant d'inertie 30 peut être équipé d'un disque de frein, par exemple inductif ou par frottement, de façon à dissiper l'énergie cinétique de rotation.
Le bâti mobile 20 peut être réalisé avec de chaque côté du volant 30 deux poutrelles 61 et 62 parallèles espacées, entre lesquelles est disposé le pignon 33 correspondant.
L'exemple de la figure 2 est unidirectionnel.
La variante de la figure 3 est bidirectionnelle, comportant un bâti mobile 20 comportant un cadre à l'intérieur duquel sont disposés quatre masses inertielles 30 sous la forme de volants d'inertie, associés chacun à un pignon 33 et à une crémaillère 50, ces dernières étant disposées respectivement le long des quatre côtés du cadre du bâti mobile 20. Ce dernier peut comporter comme illustré deux poutrelles 65 en croix, réunies en leur milieu et se raccordant respectivement aux quatre coins du cadre du bâti 20.
Les volants d'inertie 30 peuvent avoir, comme illustré, chacun une forme généralement tronconique, convergeant vers le centre du bâti 20. Chaque volant 30 peut être équipé d'un frein 40, par exemple inductif ou à frottement.
Dans la variante de réalisation illustrée à la figure 4, l'amortisseur 1 comporte deux volants d'inertie 30 qui sont co axiaux et qui tournent autour d'un axe de rotation Z qui est vertical lorsque l'amortisseur est au repos.
Le système d'entraînement des volants 30 comporte comme dans l'exemple de réalisation de la figure 3 quatre crémaillères 50 qui relient chacune deux suspentes adjacentes 10 en étant accouplées à celles-ci, de telle sorte qu'une oscillation du bâti mobile 20 s'accompagne d'un déplacement des crémaillères 50 parallèlement aux côtés correspondants du bâti 20.
Le mouvement des crémaillères 50 est transmis aux volants d'inertie 30 par des pignons 33. Deux pignons opposés sont reliés par un arbre 70a et les deux autres par un autre arbre 70b croisant le premier. Les pignons 33 sont guidés en rotation par le bâti 20 et tournent, comme on peut le voir sur la figure 5, avec les arbres 70a et 70b. Chaque arbre 70a ou 70b porte un engrenage conique correspondant 71 qui engrène avec un engrenage conique 72 tournant avec le volant d'inertie 30 correspondant, de telle sorte qu'une rotation des pignons 33 sur eux-mêmes s'accompagne d'une rotation du volant d'inertie correspondant 30 autour de l'axe de rotation Z.
L'amortisseur dynamique accordé 1 de la figure 4 est ainsi bidirectionnel.
On a illustré sur les figures 6 et 7 une variante de réalisation de l'amortisseur dynamique accordé 1, sans engrenage pour démultiplier le mouvement angulaire des suspentes 10 relativement au bâti mobile 20.
Dans cet exemple de réalisation, le bâti mobile 20 comporte un châssis inférieur 80 et un châssis supérieur 81 de formes similaires, comportant un cadre extérieur de forme polygonale, en l'espèce carrée, et une structure en X avec deux poutrelles 85 se croisant en leur milieu 86 et se raccordant à leurs extrémités aux coins du cadre 84.
Les châssis 80 et 81 sont reliés entre eux par des amortisseurs visqueux 83 qui sont par exemple disposés à mi-longueur des côtés de chaque châssis.
Chaque suspente 10 est reliée par son extrémité inférieure 12 de façon articulée au châssis inférieur 80 et traverse le châssis supérieur 81 à la faveur d'une ouverture correspondante 86, avec un faible jeu.
Ainsi, lors de l'oscillation pendulaire du bâti mobile 20, la variation de l'angle des suspentes relativement au châssis inférieur 80 s'accompagne d'un déplacement du châssis supérieur 81 relativement au châssis inférieur 80. Les parties centrales 86 des châssis 80 et 81 présentent ainsi un désaxement qui est variable au cours de l'oscillation du bâti mobile 20.
L'amortisseur dynamique accordé 1 comporte une unique masse inertielle 30 qui comporte quatre blocs 90 de forme générale pyramidale convergeant vers le centre, reliées par deux croix 92 espacées verticalement. Les croix 92 sont reliées par un arbre 95 d'axe Z vertical lorsque l'amortisseur 1 est au repos. L'arbre 95 comporte des rotules 97 qui sont respectivement engagées dans les parties centrales 86 des châssis supérieur 81 et inférieur 80.
Ainsi, le mouvement relatif du châssis supérieur 81 par rapport au châssis inférieur 80 s'accompagne d'un basculement de l'arbre 95 et d'une rotation des blocs 90. Ces derniers s'inscrivent dans les triangles formés par les structures en X des châssis supérieur et inférieur.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.
On peut notamment réaliser autrement la masse inertielle et le mécanisme permettant de transmettre la variation angulaire d'une suspente relativement à la verticale à la masse inertielle pour l'amener à tourner sur elle-même.
L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comprenant au moins un », sauf si le contraire est spécifié. L'expression « compris entre » s'entend bornes incluses.

Claims

REVENDICATIONS
1. Amortisseur dynamique accordé pendulaire (1), comportant :
- un ensemble de suspentes (10) à relier de façon articulée à un bâti fixe (2), - un bâti mobile (20) porté par les suspentes (10),
- au moins une masse inertielle (30) portée par le bâti fixe ou le bâti mobile
(20),
- un système d'entraînement de la masse inertielle, configuré pour transformer une variation de l'angle d'au moins une suspente (10) par rapport au bâti fixe ou au bâti mobile (20) en un mouvement relatif de rotation sur elle-même de la masse inertielle (30) par rapport au bâti qui la porte.
2. Amortisseur dynamique accordé selon la revendication 1, le mouvement relatif de la masse inertielle par rapport au bâti qui la porte étant un mouvement de rotation sur elle-même de la masse inertielle autour d'un axe propre sur plus de 180°, mieux sur plus de 360°.
3. Amortisseur dynamique accordé selon l'une des revendications 1 et 2, la masse inertielle étant portée par le bâti mobile.
4. Amortisseur dynamique accordé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, le système d'entraînement comportant un mécanisme démultiplicateur.
5. Amortisseur dynamique accordé selon l'une quelconque des revendications
1 à 4, le système d'entraînement comportant un engrenage menant (26) guidé en rotation relativement au bâti mobile et auquel est accrochée une suspente (10).
6. Amortisseur dynamique accordé selon la revendication 5, l'engrenage menant (26) engrenant avec un engrenage mené (33), guidé en rotation par le bâti mobile et tournant avec la masse inertielle (30).
7. Amortisseur dynamique accordé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, le système d'entraînement comportant au moins une crémaillère (50).
8. Amortisseur dynamique accordé selon la revendication 7, la crémaillère (50) étant accrochée à ses extrémités à des suspentes (10).
9. Amortisseur dynamique accordé selon l'une des revendications 7 et 8, comportant un pignon (33) tournant avec la masse inertielle (30) et engrenant sur la crémaillère (50).
10. Amortisseur dynamique accordé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, comportant un pignon (33) engrenant sur la crémaillère (50) et entraînant par le biais d'un mécanisme adapté, notamment un renvoi à engrenages coniques (71, 72), la masse inertielle, cette dernière ayant de préférence un axe de rotation (Z) vertical lorsque l'amortisseur est au repos.
11. Amortisseur dynamique accordé selon la revendication 10, comportant deux crémaillères (50) parallèles et une paire de pignons (33) engrenant sur ces crémaillères et couplés à un même arbre d'entraînement (70a ; 70b) de la masse inertielle.
12. Amortisseur dynamique accordé selon la revendication 11, le bâti mobile (20) comportant un premier (80) et un deuxième (81) châssis, les suspentes (10) étant accrochées au premier châssis (80) et étant couplées au deuxième châssis (81) de telle sorte qu'un mouvement angulaire des suspentes par rapport à la verticale s'accompagne d'un déplacement du deuxième châssis (81) relativement au premier (80), la masse inertielle (30) étant reliée aux châssis (80, 81) de telle sorte que le mouvement relatif des châssis s'accompagne d'un mouvement de rotation de la masse inertielle relativement aux châssis.
13. Amortisseur dynamique accordé selon la revendication 12, la masse inertielle étant reliée par des rotules (96, 97) aux châssis.
14. Amortisseur selon l'une des revendications 12 et 13, les châssis étant reliés par des amortisseurs visqueux (83).
15. Amortisseur dynamique accordé selon l'une quelconque des revendications précédentes, étant unidirectionnel.
16. Amortisseur dynamique accordé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, étant bidirectionnel, de préférence à deux volants d'inertie au moins, tournant autour d'axes de rotation respectifs perpendiculaires entre eux ou co axiaux et orientés verticalement lorsque l'amortisseur est au repos.
17. Amortisseur dynamique accordé selon la revendication 16, comportant quatre volants d'inertie tournant, pour les volants d'inertie diamétralement opposés, autour d'axes de rotation parallèles.
18. Amortisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, le rapport ECR/ECT de l'énergie cinétique nominale en rotation sur elle-même de la masse inertielle à l'énergie cinétique nominale en translation de la masse inertielle étant compris entre 0,4 et 100, mieux entre 0,4 et 10.
19. Amortisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un frein à induction et/ou un système de génération d'énergie électrique par ralentissement de la masse inertielle.
20. Ouvrage de génie civil, notamment tour ou passerelle, équipé d'un amortisseur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
21. Procédé pour réduire l'amplitude des oscillations d'un ouvrage de génie civil, notamment une tour ou une passerelle, à l'aide d'un amortisseur dynamique accordé (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, dans lequel on permet au bâti mobile (20) d'osciller de façon à réduire l'amplitude des oscillations de l'ouvrage.
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