DD293164A5

DD293164A5 - Schwingungstilger zur verminderung von schwingungen an bauwerken

Info

Publication number: DD293164A5
Application number: DD90339176A
Authority: DD
Inventors: Arnulf Traetner
Original assignee: Bauakademie,Inst. F. Heizung, Lueftung U. Grundlagen D. Bautechnik,De
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1991-08-22
Also published as: DE4109962A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schwingungstilger zur Verminderung von Schwingungen an Bauwerken. Die Erfindung bezieht sich auf die Tilgung horizontaler winderregter Schwingungen an schwingungsgefaehrdeten Bauteilen und Baukonstruktionen, wie z. B. Schornsteine, Fernseh-, Funk- oder Aussichtstuerme. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, einen Schwingungstilger mit einer dauerhaften Funktionstuechtigkeit, einer weitgehenden Witterungsunabhaengigkeit und Wartungsfreiheit zu entwickeln. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung geloest, die aus einem kreiszylindrischen Gehaeuse besteht, das fest mit dem Bauwerk verbunden ist. Auf der Grundplatte des Gehaeuses ist eine Kugelkalotte angeordnet, die die Form eines Kreisbogens oder einer Zykloide besitzt und auf der sich eine Kugel in jeder beliebigen Richtung bewegt. Die Daempfungswirkung wird dadurch erreicht, dasz das Gehaeuse teilweise mit einer Daempfungsfluessigkeit, vorzugsweise hochviskoses Silikonoel, gefuellt ist.{Schwingungstilger; Gehaeuse; Bauwerk; Kugel; Kugelkalotte; Daempfungsring; Daempferfluessigkeit; Daempfungswirkung; Zykloid}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Tilgung horizontaler winderregter Schwingungen an schwingungsgefährdeten Bauteilen und Baukonstruktionen, wie z. B. Schornsteine, Fernseh-, Funk- oder Aussichtstürme.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Methode der passiven Schwingungskontrolle am Hauptsystem angekoppelter Zusatzsysteme gehört zum Stand der Technik. Es ist eine Vielzahl von Schwingungstilgern entwickelt worden, die insbesondere winderrogte Schwingungen bei hohen schlanken Bauwerken, wie z. B. Schornsteine, Fernseh-, Funk- oder Aussichtstürme, abmindern.

- D'J-PS 69191 (angependelte Masse mit verstellbarer Pendellänge und räumlich angeordneten

Dämpfungselementen)

- DE-OS 2806757 (Drahtseil-Schraubenfedern dienen als Feder-Dämpfer-Elemente)

- DE-OS 2509001 (Federelement ist ein elastisches Trageglied)

- DE-AS 1559243 (Dämpfung erfolgt in einem mit Öl gefüllten Gefäß, das mit einer einstellbaren Heizung versehen ist)

- DE-AS 1275759 (Gefäß, das mit einer als Dämpfmasse vorhandenen viskosen Flüssigkeit teilweise gefüllt ist)

- DE-AS 1227633 (Dämpfermassewirdaufeinem festmitdem Bauwerkverbundenen Bauteil gegenüberdiesem

verschiebbar aufgelegt. Kopplung erfolgt im Bewegungszustand nur durch Reibungskräfte)

- DE-OS 2718962 (Gasfeder-Anordnung)

Über den erstmaligen erfolgreichen Einsatz eines passiven Zusatzsystems zur Abminderung der Rollbewegung eines Schiffes wurde von P.Watts berichtet (On a method of reducing the rolling of ships at Trans. Inst. Nav. Architekt, 1883). Dynamische Schwingungsdämpfer wurden zunächst vor allem im Maschinenbau eingesetzt. Im Bauwesen fanden passive bzw. semiaktive Schwingungskontrollen unter Zuhilfenahme von Zusatzsystemen in den Fällen CN-Tower, Toronto (Isyumov u.a. Full-scale and wind tunnel model wind-induce response of the CN tower, Toronto, Canada. Report from Boundary Layer Wind Tunnel Laboratorium, University of Western Ontario, London, Canada, 1985), Citicorp-Center New York (Petersen: Design of large scale tuned mass dampers) sowie im John Hancock Building, Boston (Tuned mass dampers steady sway of skyscrapers in wind. Ing.

New Record, August 1977) Anwendung.

In der Bundesrepublik wurden Zusatzsysteme u.a. zur Beruhigung von Fußgängerbrücken eingesetzt (Hirsch: Kontrolle d. wind- und erdbebenerregten Schwingungen weitgespannter Schrägseilbrücken. VDI-Berichte 419,1981).

In zunehmendem Maße werden dynamische Schwingungstilger zur Beherrschung wirbelerregter Querschwingungen an hohen schlanken Bauwerken eingesetzt.

In der DDR stehen zur Dämpfung wirbelerregter Querschwingungen vier dynamische Pendel-Schwingungsdämpfer zur Verfügung (Ein- und Mehrstangenaufhängung für granulat- und hydraulisch gedämpfte Tilger).

Über Erfahrungen vom praktischen Einsatz von Dämpfersystemen berichteten:

Langer, W.: Querschwingungen hoher schlanker Bauwerke mit kreisförmigem Querschnitt

lfL-Mitteilungen8(1969),Heft 5 Hirsch, G.: Kritischer Vergleich von aktiven und passiven Dämpfungssystemen zur Unterdrückung winderregter

Schwingungen schlanker Strukturen.

Beiträgezur Anwendung der Aeroelastik im Bauwesen,TU München, 1980, H. 11

Adler, P.; Dämpfung winderregter Schwingungen von Stahlschornsteinen in Gruppenanordnung.

Hirsch,G.: Bautechnik7/1986

Petersen, C: Windinduzierte Schwingungen und ihre Verhütung durch Dämpfer

Der Stahlbau 11/1982 Hagedorn, P.: Tanzschwingungen in Freileitungen und ihre Unterdrückung

VDI-Ver lag 1986 Pacht, H.: Schwingungsuntersuchungen an stählernen Turmbauwerken wie Maste und Schornsteine aus der Sicht

der Praxis

In: VDI-Berichte 221

Narnse,T.; Entwicklung eines passiven dynamischen Schwingungsdämpfers

Hirashima.Y.: Stahlbau 7/1987

Die gebräuchlichste konstruktive Ausbildung von Schwingungsdämpfern besteht in einer angependelten Masse und einem Dämpferelement. Die Rückstellkraft wird dabei nicht aus einer Feder, sondern aus der Gravitation bezogen. Als Dämpferelemente dienen zum Beispiel Stoßdämpfer oder Reibelemente. Die konstruktive Beschränkung ergibt sich aus der erforderlichen Pendellänge. Für f δ 0,8 bis 0,3Hz wird die Pendellange zu kurz, für f 5 0,4 bis 0,6Hz wird sie zu lang. Neben dem Pendeldämpfersystem existieren noch weitere Systeme wie Flüssigkeitstanks mit viskosem Fluid. Die Dimensionierung dieser Systeme ist schwieriger und unsicherer.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen Schwingungstilger mit einer dauerhaften Funktionstüchtigkeit, einer weitgehenden Witterungsunabhängigkeit und Wartungsfreiheit zu entwickeln.

Darlegung dos Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Schwingungstilger mit einer bestimmten Tilgermasse in eine gegenüber der Schwingung des Bauwerkes phasenverschobene Bewegung zu bringen, sobald die durch Schwingungen ausgeübte Beschleunigung einen bestimmten Wert übersteigt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die aus einem kreiszylindrischen Gehäuse besteht, das fest mit dem Bauwerk verbunden ist. Auf der Grundplatte des Gehäuses ist eine Kugelkalotte angeordnet, auf der sich eine Kugel in jeder beliebigen Richtung bewegt. Erfindungswesenliich ist hierbei, daß, wenn die Kugelkalotte die Form einer Zykloide besitzt, eine konstante Tilgerfrequenz vorhanden ist. Die Rückstellkraft wird durch das Rollen der Kugel in der Kugelkalotte erzeugt. Erfindungswesentlich sit weiterhin, daß die Dämpfungswirkung dadurch erreicht wird, daß das Gehäuse teilweise mit einer viskosen Flüssigkeit, vorzugsweise hochviskosem Silikonöl, gefüllt ist. Durch Anordnung eines zusätzlichen Dämpfungsringes auf der Kugelkalotte tritt bei größeren Tilgerbewegungen eine verstärkte Dämpfung auf.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert

In der dazugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: die Draufsicht auf das Bauwerk mit drei angeordneten Schwingungstilgern Fig. 2: den Vertikalschnitt durch einen Schwingungstilger.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist das Gehäuse 1 des Schwingungstilgers durch eine Befestigung 4 mit dem Bauwerk 5 außen verbunden. Eine Innenanordnung der Schwingungstilger besteht aus einer auswechselbaren Kugelkalotte 3, die die Form eines Kreisbogens oder einer Zykloide besitzt, der Kugel 2 und der Dämpferflüssigkeit 6, die vorzugsweise aus hochviskosem Silikonöl besteht. Zusätzlich ist auf der Kugelkalotte 3 ein Dämpfungsring 7 (Fig. 2) angeordnet.

Die Anzahl der erforderlichen Schwingungstilger kann in Abhängigkeit von der erforderlichen Tilgermasse m_T und der Kugelmasse m beliebig gewählt werden.

Sind nicht nur Schwingungen in der Grundfrequenz des Bauwerkes zu dämpfen, sondern auch Schwingungen in höheren Eigenfrequenzen, können auch mehrere Schwingungstilger mit unterschiedlichen optimalen Abstimmungen und Dämpfereinstellungen angeordnet werden.

Die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers f„ beträgt:

m (1 + \) .(R-r)

g = 981 ^cm/_s2 Erdbeschleunigung

2 . _Γ2

D = Dämpfungsmaß

Claims

1. Schwingungstilger zur Verminderung von Schwingungen an Bauwerken, bestehend aus starr am Bauwerk befestigten kreiszylindrischen Gehäusen, die mit einer Dämpferflüssigkeit teilweise gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Grundplatte des Gehäuses (1) eine auswechselbare Kugelkalotte (3) angeordnet ist, auf der sich eine Kugel (2) befindet und auf der ein Dämpfungsring (7) angeordnet ist.

2. Schwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelkalotte (3) die Form eines Kreisbogens oder einer Zykloide besitzt.

3. Schwingungstilger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schwingungstilger mit unterschiedlichen Tilgermassen und -frequenzen angeordnet sind.