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REVENDICATIONS
1. Dispositif de liaison honrizontale d'une machine au bâtiment dans lequel elle est installée avec possibilité de déplacement qui, en cas de séisme, transmet des efforts et tend à lier rigidement la machine au bâtiment, caractérisé en ce qu'il comprend un vérin hydraulique antisismique (1) composé d'un piston (3) coulissant dans un cylindre (2) rendu solidaire de la machine, I'extrémité (7) du piston sortant du vérin prenant appui contre une surface verticale (10) perpendiculaire à l'axe du vérin (1) et solidaire du bâtiment (11), un circuit hydraulique (17) soumis en perrmanence à une pression alimentant le vérin (1), un clapet (12) de grande section autorisant les débits hydrauliques d'allongement du vérin et empêchant tout débit en retour, un clapet à viscosité (13), de petite section,
agissant sur les débits hydrauliques se produisant lors des phases de raccourcissement du vérin, autorisant l'écoulement, se présentant pendant les périodes d'utilisation normale en absence de séisme de la machine et, en cas de séisme, bloquant l'écoulement qui aurait tendance à s'établir dans ce même sens, le clapet (13) étant entraîné sur son SIèGE supérieur dès le début du séisme par la viscosité du fluide combinée à sa vitesse initiale de passage, le clapet (13) restant appliqué sur son siège supérieur aussi longtemps que la pression hydraulique régnant dans le vérin (1) dépasse la pression hydraulique en provenance du circuit d'alimentation (17).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contact entre la surface d'appui (10) solidaire du bâtiment (1) et le piston (3) du vérin (1) est réalisé par l'intermédiaire d'au moins un galet (22) roulant sur une piste (10).
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contact entre la surface (10) d'appui solidaire du bâtiment (il) et le piston (3) du vérin (1) est réalisé par l'intermédiaire d'au moins un patin (6) glissant sur une piste (10).
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir hydraulique (16) situé au-dessus de la machine et relié au vérin hydraulique antisismique (1) par des tuyauteries (17), l'ensemble étant rempli d'un fluide hydraulique établissant, lors des conditions de fonctionnement normales, une pression hydraulique d'alimentation dans le vérin, pression correspondant à la différence des niveaux du réservoir (16) et des vérins (1).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un vase d'expansion (23) constitué d'une enceinte fermée, une paroi intérieure déformable divisant l'enceinte en deux chambres dont l'une contient un gaz sous pression, et dont l'autre est reliée à la canalisation (17) du fluide d'alimentation du vérin.
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une soupape (29) limitant à une valeur maximale la pression du fluide qui pourrait s'établir dans la chambre du vérin, en cas de séisme violent.
7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de relaxation (27) permettant, par une intervention manuelle, de faire décroître la pression régnant dans la chambre du vérin.
8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de relaxation (28) réduisant automatiquement et progressivement, après un séisme, la pression régnant dans la chambre du vérin.
9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme d'une partie de la paroi de la chambre dans laquelle est logé le clapet à viscosité (13) autorisant les mouvements lents de raccourcissement du vérin est en tronc de cône évasé vers le haut.
10. Dispositif selon la revendication 1, pour la liaison au bâtiment d'un engin de levage comprenant au moins une poutre horizontale (21), caractérisé en ce qu'un vérin hydraulique antisismique (1) est disposé à chaque extrémité de la poutre (21) pour lier rigidement, en cas de séisme, les deux extrémités de la poutre (21) au bâtiment.
Les grandes constructions - bâtiments, usines - situées dans
des contrées où le risque de séisme est important, doivent être
conçues dans leur forme et leur exécution, sans omettre leurs fonda
tions, de telle manière que l'ensemble de la construction puisse subir
un séisme, même important, sans dommages graves.
Les principes permettant d'atteindre ce but sont connus depuis
de nombreuses décennies, mais ne sont pas toujours appliqués. Le
problème posé par la résistance des bâtiments au séisme se compli
que singulièrement lorsque la construction est haute et lorsqu'en plus elle comprend, logés dans des zones du bâtiment, des éléments
lourds, par exemple des machines, et cela d'autant plus lorsque celles-ci doivent être déplacées par rapport au bâtiment, et ne peuvent par conséquent pas lui être liées par des liaisons adéquates permanentes.
Dans un système en vibration, par exemple lors d'un séisme, la
nature des liaisons reliant les unes aux autres les diverses masses en présence doit dépendre de la fréquence propre de vibration de chaque élément, ainsi que du spectre d'excitation en provenance du séisme. Si cette fréquence propre est supérieure à celle correspondant à la pointe en amplitude des fréquences du séisme, une liaison d'une très grande raideur est indiquée; la machine vibre alors en synchronisme avec le bâtiment, les forces de liaison correspondent aux accélérations du séisme et aux masses en vibration. Les coups de bélier qui pourraient se produire contre le bâtiment sont supprimées. Dans le cas inverse, par contre, où la fréquence propre de la machine est inférieure à celle de cette pointe, une liaison souple munie éventuellement d'amortisseurs est nettement préférable.
Les vibrations des deux éléments, bâtiment et machine, sont alors en opposition de phase, la liaison est élastique, il n'y a pas de coup de bélier.
L'invention a pour objet un dispositif de liaison honrizontale d'une machine au bâtiment dans lequel elle est installée avec possibilité de déplacement qui, en cas de séisme, transmet des efforts et tend à lier rigidement la machine au bâtiment.
Le dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend un vérin hydraulique antisismique composé d'un piston coulissant dans un cylindre rendu solidaire de la machine, I'extrémité du piston sortant du vérin prenant appui contre une surface verticale perpendiculaire à l'axe du vérin et solidaire du bâtiment, un circuit hydraulique soumis en permanence à une pression alimentant le vérin, un clapet de grande section autorisant les débits hydrauliques d'allongement du vérin et empêchant tout débit en retour, un clapet à viscosité, de petite section, agissant sur les débits hydrauliques se produisant lors des phases de raccourcissement du vérin, autorisant l'écoulement, se présentant pendant les périodes d'utilisation normale en absence de séisme de la machine et, en cas de séisme, bloquant l'écoulement qui aurait tendance à s'établir dans ce même sens,
le clapet étant entraîné sur son siège supérieur dés le début du séisme par la viscosité de fluide combinée à sa vitesse initiale de passage, le clapet restant appliqué sur son siège supérieur aussi longtemps que la pression hydraulique régnant dans le vérin dépasse la faible pression hydraulique en provenance du circuit d'alimentation.
Le dessin annexé représente schématiquement et à titre d'exemple le dispositif selon l'invention et une variante, ainsi que leur utilisation.
La fig. 1 en est une vue de profil d'un pont roulant muni du dispositif.
La fig. 2 en est une vue en plan.
La fig. 3 est une vue en plan d'un pont roulant muni du dispositif.
La fig. 4 représente le dispositif.
La fig. 5 représente la variante du dispositif équipé d'un chariot à galets.
La fig. 6 représente les connexions hydrauliques du dispositif muni d'un vase d'expansion.
La fig. 7 est un schéma hydraulique du dispositif muni d'organes de relaxation, I'un manuel, l'autre automatique.
Les fig. 1, 2 et 3 représentent, vue en coupe et en plan, la partie supérieure du bâtiment où la machine est montée. Dans la descrip
tion ci-dessous, cette machine est considérée respectivement comme un pont roulant ou comme un pont tournant, mais cette description ne se limite pas à ce type de machine. Le bâtiment 11 porte, par l'intermédiaire de rails de roulement 19 et de galets, I'extrémité des deux poutres 21 du pont qui comprend une voie de roulement supérieure sur laquelle un treuil de levage 20 roule. Ce treuil, comme dans tous les engins de levage de cette nature, peut être déplacé longitudinalement par rapport au pont. Il comporte des tambours sur lesquels s'enroulent des câbles et un crochet de levage. Par la nature même des opérations qu'il doit effectuer, ce pont est disposé au sommet du bâtiment. Lorsqu'il est rectangulaire (fig. 1 et 2), le pont est roulant et peut être déplacé tout le long du bâtiment.
Lorsqu'il est cylindrique, le pont est tournant (fig. 3) et peut pivoter autour d'un axe de pivotement 24 vertical.
Ces engins sont assez connus pour rendre toute description détaillée superflue. Ils sont supportés par des galets en nombre suffisant pour répartir la charge le long de la voie de roulement 19 (rectiligne ou circulaire), soit en un nombre de points tel que les pressions sont compatibles avec la résistance des matériaux des galets et des rails.
En cas de séisme transversal, agissant donc dans la direction longitudinale des poutres du pont, les masses en présence sont importantes car, en plus de celles des poutres, il faut ajouter celles du chariot de levage qui, si elles n'étaient pas liées au bâtiment, pourraient jouer le même rôle que celui d'un marteau et, pendant les périodes de vibrations, frapper violemment le mur 11 du bâtiment et provoquer des destructions. Pour éviter l'apparition de ces chocs, au moins un vérin antisismique 1, agissant dans la direction longitudinale des poutres du pont roulant (cas des fig. 1 et 2) ou en direction de l'axe 24 de pivotement du pont tournant (cas de la fig. 3), est monté à chaque extrémité de chaque poutre du pont, prend appui contre le mur 11 du bâtiment et constitue un organe de liaison.
Le vérin antisismique est représenté à la fig. 4. Il comprend un cylindre 2 lié rigidement à chaque extrémité des poutres; un piston 3 coulisse dans ce cylindre et sort par une tige extérieure 5. Des joints d'étanchéité 4, 4' sont montés, selon des principes bien connus, entre le piston et le cylindre. Cette tige extérieure 5 se prolonge vers le mur
Il du bâtiment et porte à son extrémité un patin 6 qui prend appui, par l'intermédiaire d'une surface de glissement 15, par exemple en
Nylon ou en Téflon, fixée au patin, contre une surface métallique 10 fixée au mur 11 du bâtiment.
Le patin 6 est monté à l'extrémité de la tige extérieure du piston 5 du vérin par l'intermédiaire d'une chambre remplie d'un élastomère 8 permettant au patin d'osciller légèrement dans toutes les directions et de s'adapter pour que l'appui entre la surface de glissement 15 du patin et celle d'appui 10 du mur 11 s'exerce sur la totalité de la surface du patin. Cette chambre, remplie d'élastomère 8, joue le même rôle qu'un appui sphérique.
La grande chambre du vérin est remplie d'un fluide hydraulique arrivant par la canalisation 17. L'installation comprend deux clapets; I'un, 12, de grandes dimensions, est disposé de manière à autoriser les mouvements d'allongement du vérin en s'opposant à tout mouvement contraire, et l'autre 13, de petites dimensions, s'ouvre lors d'un mouvement de raccourcissement du vérin et se ferme pour tout mouvement contraire. Ce clapet est représenté par une bille logée dans un cylindre où débouche et d'où ressort une petite canalisation. Ce clapet comprend en fait deux sièges pour son obturateur: la bille. Un premier, inférieur comme représenté au dessin, autorise les mouvements lents de raccourcissement du vérin.
Mais, dés que la vitesse d'un tel mouvement augmente, le débit traversant le clapet 13 de bas en haut augmente aussi, la bille est entraînée par le fluide, monte dans le cylindre et bloque le mouvement lorsqu'elle arrive sur son siège supérieur. C'est un clapet à viscosité limiteur de vitesse de débit.
Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant: lorsque le pont roulant se déplace dans le bâtiment, soit en translation selon les fig.
1 et 2, ou en rotation selon la fig. 3, la surface de glissement 15 reste en contact constant avec la surface d'appui 10 du mur 11. En effet, la grande chambre du vérin est mise sous une légère pression du
fluide, pression provenant de la différence de niveau existant entre
celui du réservoir 16 et le vérin. Cette poussée d'appui, entre vérin et
bâtiment, est très faible, de l'ordre de 103 à 104 N. Lors des mouve
ments du pont, la distance des extrémités de ses poutres à la paroi du bâtiment ne reste pas rigoureusement constante, du fait des tolérances d'exécution de tout ouvrage et surtout de ceux de génie civil.
Le vérin sort ou entre sa tige suivant les variations de cette distance.
Le contact reste établi en permanence entre les surfaces d'appui du patin et le mur du bâtiment; la grande chambre du vérin reste constamment sous une légère pression d'huile. Les mouvements d'extension du vérin sont provoqués par l'arrivée d'huile passant par le clapet 12. Les mouvements de raccourcissement du vérin soulèvent le clapet 13 et, si la vitesse de passage est petite, la bille de ce clapet reste, par son propre poids, au voisinage de son siège inférieur, la vitesse d'écoulement passant au travers du clapet étant insuffisante pour entraîner la bille contre son siège supérieur.
En cas de séisme, deux situations différentes peuvent se présenter: dans une première phase, un mur 11 du bâtiment soumis au séisme peut tendre à se rapprocher ou à s'éloigner de l'extrémité de la poutre du pont. Dans le premier cas, elle provoque l'amorce d'un déplacement du piston 3 du cylindre dans le même sens et à la même vitesse que le mur 11, puisqu'il n'y a aucun élément élastique entre ces éléments. La vitesse de l'amorce de ce mouvement est grande et suffit à tendre à l'établissement d'un débit important, vertical ascendant, à travers le clapet 13. Son obturateur, entraîné par la vitesse du fluide, vient s'appliquer contre son siège supérieur et empêche tout débit de s'écouler aussi longtemps que la poussée du bâtiment sur le pont est maintenue et crée dans le vérin une pression légèrement supérieure à celle, statique, produite par le réservoir 16.
L'autre clapet 12 est déjà obturé du fait de la gravité.
Dans le second cas, le mur, en s'éloignant du pont, supprime la réaction qu'il exerçait à l'extrémité extérieure du piston du vérin qui va s'allonger immédiatement du fait de la pression hydraulique à laquelle il est soumis. L'accélération possible d'allongement du vérin est nettement supérieure à celle probable du bâtiment en cas de séisme maximal. Le clapet 12 de grande section est levé, le vérin s'allonge, le contact entre les surfaces de glissement 15 et le mur 11 est maintenu.
Lors d'un séisme agissant principalement dans la direction longitudinale du pont, les extrémités du pont sont soumises alternativement à l'un puis à l'autre des deux cas ci-dessus. La longueur totale du pont, compte tenu des vérins situés aux deux extrémités, croît aussi longtemps que le séisme a tendance à faire apparaître un jeu entre une extrémité du pont et le mur situé en regard. Cet allongement se répercute sur le bâtiment et entraîne sa déformation par augmentation de sa largeur (fig. 2) ou de son diamètre (fig. 3).
Lorsque les contraintes engendrées dans le bâtiment résultant de ces déformations sont telles qu'elles correspondent aux forces nécessaires pour accélérer le pont identiquement aux accélérations provenant du séisme, les vibrations du pont seront identiques à celles du bâtiment, en grandeur et en phase. L'éventualité d'un coup de bélier du pont heurtant le bâtiment et le détruisant ou d'une chute du pont est exclue.
En résumé, tout mouvement de déplacement lent du pont par rapport au bâtiment est autorisé mais, dès que sa vitesse tend à augmenter, ce mouvement est bloqué, la longueur totale du pont, y compris ses vérins, tend à augmenter et à établir une liaison rigide entre lui et le bâtiment en le déformant légèrement.
La déformation ci-dessus a pour effet, par le jeu de l'élasticité du bâtiment, de maintenir un état de pression élevé dans les vérins et de maintenir également les deux clapets 12 et 13 bloqués sur leurs sièges.
Après le séisme, pour faire disparaître cet état de contrainte des poutres du pont et du bâtiment, divers moyens peuvent être utilisés dont deux ont été représentés à la fig. 7, qui est une figure schématique semblable à la fig. 4. Elle comprend les mêmes éléments, mais s'en distingue par quelques particularités.
Le clapet 13, au lieu d'être constitué d'une chambre cylindrique, comprend deux éléments en tronc de cône; lorsque l'écoulement a tendance à s'établir dans le sens vertical ascendant, la bille est entraînée par le courant et occupe une position déterminée le long du tronc de cône 14 fonction de la vitesse d'écoulement, de la viscosité du fluide et du poids de la bille. Lorsque la vitesse augmente au-delà de la valeur dite lente qui correspond au fonctionnement normal du pont, la bille est, comme précédemment, entraînée au sommet du clapet et empêche tout écoulement dans cette direction.
Deux dispositifs de relaxation ont été ajoutés sur ce dessin; I'un est constitué par un obturateur 27 commandé manuellement, qui permet de faire baisser à volonté la pression dans la chambre du cylindre; I'autre, 28, est constitué par une très longue canalisation de très petite section, enroulée à l'image d'un ressort et laissant échapper un petit débit de fluide du fait de la grande perte de charge que cet élément provoque. Il constitue un élément qui laisse décroître lentement la pression dans le vérin. Dans cette exécution, la liaison entre le patin 6 et l'extrémité 7 d'appui du piston est réalisée par deux surfaces sphériques oscillant l'une sur l'autre et jouant le même rôle que l'élastomère 8 de la fig. 4.
L'installation selon la fig. 4 comprend en outre une canalisation 18 qui relie la chambre sans pression du vérin à un réservoir auxiliaire 26. Ce réservoir est destiné à recueillir les fuites éventuelles qui pourraient se produire et passer entre le piston 3 et le cylindre 2 par inétanchéité du joint 4. La présence de telles fuites est l'indice d'un défaut au joint 4 et, par conséquent, le signe qu'une intervention de remise en état du vérin doit être faite. La chambre correspondante du vérin est aérée par un orifice 25.
La fig. 5 représente une autre solution constructive dans laquelle le patin est remplacé par un chariot 22 muni de deux galets qui restent en permanence appuyés contre la surface 10; l'ensemble se comporte comme un patin de glissement.
La fig. 6 représente schématiquement, et à une autre échelle, les mêmes éléments que ceux de la fig. 4. Le circuit hydraulique est équipé d'un vase d'expansion 23.comprenant une chambre remplie d'un gaz sous pression séparé du fluide hydraulique de l'installation par une paroi déformable, selon des principes bien connus et utilisés couramment, notamment dans les installations de chauffage central d'immeubles. La présence de ce vase d'expansion permet de maintenir constante la pression dans le cylindre même en cas d'expansion rapide de son piston en évitant la baisse de pression consécutive aux pertes de charge qui pourraient se produire dans la canalisation 17, dont la longueur est assez grande, reliant le réservoir 16 au vérin.
Dans les schémas qui précèdent (fig. 4, 6 et 7), l'installation fonctionne de manière passive, en ce sens que l'énergie nécessaire pour la commande et la manoeuvre du vérin, blocage et expansion, provient de la gravité terrestre et du séisme. Elle est suffisante, I'installation ne demande pas le recours à une autre source d'énergie extérieure quelconque. Cependant, si le montage à un niveau suffisant d'un réservoir 16 de mise sous pression n'est pas possible, le vérin pourrait être alimenté par une pompe entraînée par moteur, le circuit comprenant un accumulateur de fluide hydraulique sous pression, I'ensemble fonctionnant comme précédemment.
Le montage d'une soupape 29, selon la fig. 7, limitant à une valeur maximale la pression du fluide dans le vérin en cas de chocs très violents, demeure réservé pour une utilisation spéciale du dispositif.
La description fait état d'un vérin situé à chaque extrémité des deux poutres du pont, mais il va de soi que l'on peut utiliser le vérin antisismique sur des ponts n'ayant qu'une seule poutre et en monter plusieurs à chaque extrémité.
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CLAIMS
1. Honrizontal connection device of a machine to the building in which it is installed with the possibility of displacement which, in the event of an earthquake, transmits forces and tends to rigidly link the machine to the building, characterized in that it comprises a jack anti-seismic hydraulics (1) composed of a piston (3) sliding in a cylinder (2) made integral with the machine, the end (7) of the piston emerging from the jack bearing against a vertical surface (10) perpendicular to the cylinder axis (1) and integral with the building (11), a hydraulic circuit (17) permanently subjected to a pressure supplying the cylinder (1), a valve (12) of large section authorizing the hydraulic flow rates of extension of the cylinder and preventing any return flow, a viscosity valve (13), of small section,
acting on the hydraulic flows occurring during the shortening phases of the jack, authorizing the flow, occurring during periods of normal use in the absence of an earthquake of the machine and, in the event of an earthquake, blocking the flow which would tend to be established in the same direction, the valve (13) being driven on its upper SEAT from the start of the earthquake by the viscosity of the fluid combined with its initial speed of passage, the valve (13) remaining applied to its upper seat also as long as the hydraulic pressure in the cylinder (1) exceeds the hydraulic pressure from the supply circuit (17).
2. Device according to claim 1, characterized in that the contact between the bearing surface (10) integral with the building (1) and the piston (3) of the jack (1) is produced by means of at least a roller (22) rolling on a track (10).
3. Device according to claim 1, characterized in that the contact between the support surface (10) integral with the building (it) and the piston (3) of the jack (1) is produced by means of at least a shoe (6) sliding on a track (10).
4. Device according to claim 1, characterized in that it comprises a hydraulic tank (16) located above the machine and connected to the anti-seismic hydraulic cylinder (1) by pipes (17), the assembly being filled with 'a hydraulic fluid establishing, under normal operating conditions, a hydraulic supply pressure in the jack, pressure corresponding to the difference in the levels of the reservoir (16) and of the jacks (1).
5. Device according to claim 4, characterized in that it comprises an expansion vessel (23) consisting of a closed enclosure, a deformable inner wall dividing the enclosure into two chambers, one of which contains a gas under pressure , and the other of which is connected to the pipe (17) of the actuator supply fluid.
6. Device according to claim 1, characterized in that it comprises a valve (29) limiting to a maximum value the pressure of the fluid which could be established in the chamber of the jack, in the event of a violent earthquake.
7. Device according to claim 1, characterized in that it comprises a relaxation member (27) allowing, by manual intervention, to decrease the pressure prevailing in the cylinder chamber.
8. Device according to claim 1, characterized in that it comprises a relaxation member (28) automatically and gradually reducing, after an earthquake, the pressure prevailing in the chamber of the jack.
9. Device according to claim 1, characterized in that the shape of a part of the wall of the chamber in which is housed the viscosity valve (13) allowing the slow shortening movements of the jack is in truncated cone flared towards the top.
10. Device according to claim 1, for the connection to the building of a lifting device comprising at least one horizontal beam (21), characterized in that an anti-seismic hydraulic cylinder (1) is disposed at each end of the beam ( 21) to rigidly link, in the event of an earthquake, the two ends of the beam (21) to the building.
Large constructions - buildings, factories - located in
regions where the risk of earthquake is significant, must be
designed in their form and execution, without omitting their foundations
in such a way that the entire construction can undergo
an earthquake, even a large one, without serious damage.
The principles for achieving this goal have been known since
many decades, but are not always applied. The
problem posed by the resistance of buildings to earthquakes becomes more complicated
that particularly when the construction is high and when in addition it includes, housed in areas of the building, elements
heavy, for example machines, and all the more so when these have to be moved relative to the building, and cannot therefore be linked to it by suitable permanent connections.
In a vibrating system, for example during an earthquake, the
nature of the connections connecting the various masses to each other must depend on the natural frequency of vibration of each element, as well as the excitation spectrum from the earthquake. If this natural frequency is higher than that corresponding to the peak in amplitude of the frequencies of the earthquake, a connection of a very great stiffness is indicated; the machine then vibrates in synchronism with the building, the bonding forces correspond to the accelerations of the earthquake and the masses in vibration. Water hammer that could occur against the building is eliminated. In the opposite case, on the other hand, where the natural frequency of the machine is lower than that of this point, a flexible connection possibly provided with dampers is clearly preferable.
The vibrations of the two elements, building and machine, are then in phase opposition, the connection is elastic, there is no water hammer.
The subject of the invention is a device for connecting a machine to the building in a horizontal position, with the possibility of displacement which, in the event of an earthquake, transmits forces and tends to rigidly link the machine to the building.
The device is characterized in that it comprises an anti-seismic hydraulic cylinder composed of a piston sliding in a cylinder made integral with the machine, the end of the piston emerging from the cylinder bearing against a vertical surface perpendicular to the axis of the cylinder. and integral with the building, a hydraulic circuit permanently subjected to a pressure supplying the jack, a valve of large section authorizing the hydraulic flows of elongation of the jack and preventing any flow in return, a valve with viscosity, of small section, acting on the hydraulic flows occurring during the shortening phases of the jack, authorizing the flow, occurring during periods of normal use in the absence of an earthquake of the machine and, in the event of an earthquake, blocking the flow which would tend to s 'establish in this same direction,
the valve being driven on its upper seat from the start of the earthquake by the viscosity of fluid combined with its initial speed of passage, the valve remaining applied on its upper seat as long as the hydraulic pressure prevailing in the jack exceeds the low hydraulic pressure in from the power circuit.
The accompanying drawing shows schematically and by way of example the device according to the invention and a variant, as well as their use.
Fig. 1 is a side view of an overhead crane provided with the device.
Fig. 2 is a plan view thereof.
Fig. 3 is a plan view of an overhead crane provided with the device.
Fig. 4 shows the device.
Fig. 5 shows the variant of the device equipped with a roller carriage.
Fig. 6 shows the hydraulic connections of the device fitted with an expansion tank.
Fig. 7 is a hydraulic diagram of the device provided with relaxation members, one manual, the other automatic.
Figs. 1, 2 and 3 show, in section and plan view, the upper part of the building where the machine is mounted. In the description
tion below, this machine is considered respectively as an overhead crane or as a rotary bridge, but this description is not limited to this type of machine. The building 11 carries, by means of running rails 19 and rollers, the end of the two beams 21 of the bridge which includes an upper running track on which a lifting winch 20 rolls. This winch, as in all lifting devices of this nature, can be moved longitudinally relative to the bridge. It has drums on which cables are wound and a lifting hook. By the very nature of the operations it must perform, this bridge is placed at the top of the building. When it is rectangular (fig. 1 and 2), the bridge is rolling and can be moved all along the building.
When it is cylindrical, the bridge is rotating (fig. 3) and can pivot around a vertical pivot axis 24.
These devices are known enough to make any detailed description superfluous. They are supported by rollers in sufficient number to distribute the load along the track 19 (straight or circular), or at a number of points such that the pressures are compatible with the resistance of the materials of the rollers and rails.
In the event of a transverse earthquake, therefore acting in the longitudinal direction of the bridge beams, the masses involved are significant because, in addition to those of the beams, we must add those of the lifting carriage which, if they were not linked to the building, could play the same role as that of a hammer and, during periods of vibration, violently strike the wall 11 of the building and cause destruction. To avoid the appearance of these shocks, at least one anti-seismic cylinder 1, acting in the longitudinal direction of the gantry crane beams (in the case of FIGS. 1 and 2) or in the direction of the pivot axis 24 of the rotary bridge (case in Fig. 3), is mounted at each end of each beam of the bridge, bears against the wall 11 of the building and constitutes a connecting member.
The anti-seismic cylinder is shown in fig. 4. It comprises a cylinder 2 rigidly connected to each end of the beams; a piston 3 slides in this cylinder and exits through an external rod 5. Seals 4, 4 ′ are mounted, according to well known principles, between the piston and the cylinder. This outer rod 5 extends towards the wall
It of the building and carries at its end a shoe 6 which is supported, by means of a sliding surface 15, for example in
Nylon or Teflon, fixed to the shoe, against a metal surface 10 fixed to the wall 11 of the building.
The shoe 6 is mounted at the end of the external rod of the piston 5 of the jack via a chamber filled with an elastomer 8 allowing the shoe to oscillate slightly in all directions and to adapt so that the support between the sliding surface 15 of the shoe and that of support 10 of the wall 11 is exerted on the entire surface of the shoe. This chamber, filled with elastomer 8, plays the same role as a spherical support.
The large cylinder chamber is filled with hydraulic fluid arriving through line 17. The installation includes two valves; One, 12, of large dimensions, is arranged so as to allow the movements of elongation of the jack while opposing any contrary movement, and the other 13, of small dimensions, opens during a movement shortening the cylinder and closes for any contrary movement. This valve is represented by a ball housed in a cylinder where opens and from which a small pipe emerges. This valve actually includes two seats for its shutter: the ball. A first, lower as shown in the drawing, allows the slow shortening movements of the jack.
But, as soon as the speed of such a movement increases, the flow rate passing through the valve 13 from bottom to top also increases, the ball is entrained by the fluid, rises in the cylinder and blocks the movement when it arrives in its upper seat. . It is a valve with a flow rate limiting viscosity.
The operation of the assembly is as follows: when the traveling crane moves in the building, ie in translation according to FIGS.
1 and 2, or in rotation according to fig. 3, the sliding surface 15 remains in constant contact with the bearing surface 10 of the wall 11. In fact, the large chamber of the jack is put under a slight pressure from the
fluid, pressure from the difference in level between
that of the reservoir 16 and the jack. This thrust of support, between cylinder and
building, is very weak, around 103 to 104 N. When moving
elements of the bridge, the distance from the ends of its beams to the wall of the building does not remain strictly constant, due to the tolerances of execution of any work and especially those of civil engineering.
The cylinder comes out or between its rod according to the variations of this distance.
Contact remains permanently established between the bearing surfaces of the skate and the building wall; the large cylinder chamber remains constantly under slight oil pressure. The cylinder extension movements are caused by the arrival of oil passing through the valve 12. The cylinder shortening movements raise the valve 13 and, if the speed of passage is small, the ball of this valve remains, by its own weight, in the vicinity of its lower seat, the flow speed passing through the valve being insufficient to drive the ball against its upper seat.
In the event of an earthquake, two different situations may arise: in a first phase, a wall 11 of the building subjected to the earthquake may tend to approach or move away from the end of the bridge beam. In the first case, it causes the initiation of a displacement of the piston 3 of the cylinder in the same direction and at the same speed as the wall 11, since there is no elastic element between these elements. The speed of the initiation of this movement is high and sufficient to tend to the establishment of a significant flow, vertical upward, through the valve 13. Its shutter, driven by the speed of the fluid, is applied against its upper seat and prevents any flow from flowing as long as the thrust of the building on the bridge is maintained and creates in the jack a pressure slightly higher than that, static, produced by the tank 16.
The other valve 12 is already closed due to gravity.
In the second case, the wall, moving away from the bridge, suppresses the reaction it exerted at the outer end of the piston of the jack which will immediately lengthen due to the hydraulic pressure to which it is subjected. The possible acceleration of the cylinder's elongation is much higher than that likely for the building in the event of a maximum earthquake. The valve 12 of large section is lifted, the cylinder lengthens, the contact between the sliding surfaces 15 and the wall 11 is maintained.
During an earthquake acting mainly in the longitudinal direction of the bridge, the ends of the bridge are subjected alternately to one then to the other of the two above cases. The total length of the bridge, taking into account the jacks located at both ends, increases as long as the earthquake tends to cause play between one end of the bridge and the opposite wall. This elongation has repercussions on the building and causes its deformation by increasing its width (fig. 2) or its diameter (fig. 3).
When the stresses generated in the building resulting from these deformations are such that they correspond to the forces necessary to accelerate the bridge identically to the accelerations coming from the earthquake, the vibrations of the bridge will be identical to those of the building, in magnitude and in phase. The possibility of a water hammer from the bridge hitting the building and destroying it or a fall from the bridge is excluded.
In summary, any movement of slow movement of the bridge relative to the building is authorized but, as soon as its speed tends to increase, this movement is blocked, the total length of the bridge, including its jacks, tends to increase and establish a connection rigid between it and the building by slightly deforming it.
The above deformation has the effect, by the play of the elasticity of the building, of maintaining a high state of pressure in the jacks and also of keeping the two valves 12 and 13 blocked on their seats.
After the earthquake, to remove this state of stress from the beams of the bridge and the building, various means can be used, two of which have been shown in FIG. 7, which is a schematic figure similar to FIG. 4. It includes the same elements, but is distinguished by some peculiarities.
The valve 13, instead of being made up of a cylindrical chamber, comprises two frusto-conical elements; when the flow tends to be established in the vertical upward direction, the ball is entrained by the current and occupies a determined position along the truncated cone 14 as a function of the flow speed, the viscosity of the fluid and the weight of the ball. When the speed increases beyond the so-called slow value which corresponds to the normal operation of the bridge, the ball is, as before, driven to the top of the valve and prevents any flow in this direction.
Two relaxation devices have been added to this drawing; One is constituted by a manually controlled shutter 27, which makes it possible to lower the pressure in the cylinder chamber at will; The other, 28, is constituted by a very long pipe of very small section, wound like a spring and letting out a small flow of fluid because of the great pressure drop that this element causes. It constitutes an element which slowly decreases the pressure in the cylinder. In this embodiment, the connection between the shoe 6 and the support end 7 of the piston is produced by two spherical surfaces oscillating one on the other and playing the same role as the elastomer 8 of FIG. 4.
The installation according to fig. 4 further comprises a pipe 18 which connects the pressureless chamber of the jack to an auxiliary tank 26. This tank is intended to collect any leaks which may occur and pass between the piston 3 and the cylinder 2 by leaktightness of the seal 4. The presence of such leaks is an indication of a defect in the joint 4 and, therefore, a sign that an intervention to repair the jack must be made. The corresponding chamber of the jack is ventilated by an orifice 25.
Fig. 5 shows another constructive solution in which the shoe is replaced by a carriage 22 provided with two rollers which remain permanently pressed against the surface 10; the whole behaves like a sliding pad.
Fig. 6 schematically represents, and on another scale, the same elements as those of FIG. 4. The hydraulic circuit is equipped with an expansion vessel 23. Comprising a chamber filled with a pressurized gas separated from the hydraulic fluid of the installation by a deformable wall, according to well known and commonly used principles, in particular in central heating installations for buildings. The presence of this expansion vessel allows the pressure in the cylinder to be kept constant even in the event of rapid expansion of its piston, avoiding the pressure drop resulting from the pressure drops which could occur in the line 17, the length of which is quite large, connecting the reservoir 16 to the jack.
In the preceding diagrams (fig. 4, 6 and 7), the installation operates in a passive manner, in the sense that the energy necessary for the control and the operation of the jack, blocking and expansion, comes from the earth's gravity and earthquake. It is sufficient, the installation does not require the use of any other external energy source. However, if it is not possible to mount a pressurizing reservoir 16 at a sufficient level, the jack could be supplied by a pump driven by a motor, the circuit comprising an accumulator of hydraulic fluid under pressure, the assembly operating as before.
The mounting of a valve 29, according to FIG. 7, limiting the pressure of the fluid in the cylinder to a maximum value in the event of very violent impacts, remains reserved for special use of the device.
The description describes a cylinder located at each end of the two beams of the bridge, but it goes without saying that one can use the earthquake-resistant cylinder on bridges having only one beam and mount several at each end. .