FR2606054A1

FR2606054A1 - Dispositif destine a eliminer les vibrations dans les structures ou ossatures de batiments

Info

Publication number: FR2606054A1
Application number: FR8705997A
Authority: FR
Inventors: Takanori Sato
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Priority date: 1986-08-06
Filing date: 1987-04-28
Publication date: 1988-05-06
Anticipated expiration: 2007-04-28
Also published as: CN1014440B; CN87103224A; GB2194017A; FR2606054B1; GB2194017B; US4783937A; GB8709813D0

Abstract

UN DISPOSITIF 1 DESTINE A SUPPRIMER LES VIBRATIONS D'UNE STRUCTURE 2 TELLE QUE DES EDIFICES OU BATIMENTS ET DES PONTS, COMPORTE UN RESERVOIR, DISPOSE DANS LA STRUCTURE 2, CONTENANT UN LIQUIDE DESTINE A SUPPRIMER LES VIBRATIONS DE LA STRUCTURE 2, LE RESERVOIR 4 ETANT APTE A CONTENIR UNE QUANTITE DU LIQUIDE TELLE QUE CELUI-CI PRESENTE UNE PERIODE NATURELLE D'OSCILLATION EGALE A CELLE DE LA STRUCTURE 2.

Description

DISPOSITIF DESTINE A ELIMINER LES VIBRATIONS

DANS LES STRUCTURES OU OSSATURES DE BATIMENTS

La présente invention se rapporte à un disposi-

tif destiné à éliminer les vibrations dans une structu-

re ou charpente, telle qu'édifices, bâtiments et ponts,

à savoir les vibrations provoquées par le vent, les se-

cousses sismiques ou phénomènes similaires.

Grâce aux récentes mises au point dans les maté-

riaux à résistance élevée et aux progrès rapides aussi bien dans la technique de fabrication que dans l'analyse

par ordinateur des structures, les ossatures des bâti-

ments de grande hauteur sont désormais légères et sou-

ples. Or, ces structures de bâtiments de grande hauteur, legères et souples, ont tendance à ce que leur facteur d'amortissement de fréquences et de vibrations diminue,

et par conséquent il existe un risque que différents ty-

pes de vibrations de grande amplitude se produisent de façon inattendue en raison de forces externes imputables aux tremblements de terre ou au vent. Ainsi, de telles

vibrations dans ces structures sont susceptibles de pro-

voquer un malaise chez leurs occupants, et de plus, ris-

quent d'imposer des sollicitations dépassant la limite

tolérable pour celles-ci.

En conséquence, un but de la présente invention

est de fournir un dispositif destiné à supprimer de fa-

çon efficace et économique les vibrations dues au vent, aux secousses sismiques ou tremblements de terre, etc. dans un structure de bâtiment.

Avec ce but et d'autres buts à l'esprit, la pré-

sente invention fournit un dispositif visant à supprimer

les vibrations dans une structure d'édifice ou de bâti-

ment, lequel dispositif comprend: un réservoir disposé dans la structure pour recevoir un liquide destiné à supprimer les vibrations de la structure, le réservoir étant apte à contenir une quantité de liquide telle que celui-ci présente une période de vibration égale à celle

de la structure.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de

la description qui suit, donnée à titre d'exemple non

limitatif. La description se réfère aux dessins ci-anne-

xés dans lesquels: - la figure 1 est une vue frontale schématique d'un bâtiment muni d'un dispositif de suppression des vibrations selon la présente invention, dispositif placé

sur le toit du bâtiment et représenté en coupe vertica-

le; - la figure 2 est une vue en plan agrandie du dispositif de suppression des vibrations représenté à la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe axiale du dispositif de suppression des vibrations représenté à la figure 2;

- la figure 4 représente une maquette schémati-

que du bâtiment muni du dispositif de suppression de vi-

bration représenté à la figure 1;

- la figure 5 est une vue axiale d'un autre mo-

de de réalisation de la présente invention; - la figure 6 est une vue en plan d'une forme

modifiée du dispositif de suppression des vibrations re-

présenté à la figure 1; - la figure 7 est une vue en plan d'une autre

forme modifiée du dispositif de suppression des vibra-

tions représenté à la figure 1;

- la figure 8 est une coupe axiale du disposi-

tif de suppression des vibrations représenté à la figure 7; - la figure 9 est une coupe transversale axiale

d'une forme modifiée du dispositif représenté à la figu-

re 5; - la figure 10 est une vue en coupe à une échelle modifiée, prise selon la ligne X-X de la figure 9; - la figure 11 est une vue en coupe d'une autre forme modifiée du dispositif de la figure 1, prise selon la ligne XI-XI de la figure 13;

- la figure 12 est une coupe axiale du disposi-

tif représenté à la figure 11, avec l'élément de cloi-

sonnement relevé;

- la figure 13 est une coupe axiale du disposi-

tif selon la figure 11, avec l'élément de cloisonnement abaissé; - la figure 14 est un schéma synoptique ou fonctionnel du système de détection d'accélération du dispositif représenté à la figure 11; - la figure 15 est une vue latérale d'un pont suspendu comportant des dispositifs de suppression des vibrations conformes à la présente invention;

- la figure 16 est une vue en plan du pont sus-

pendu de la figure 15 dont les portions essentielles sont représentées à l'échelle modifiée; - la figure 17 est une vue agrandie prise selon la ligne XVII-XVII représentée à la figure 16; - la figure 18 est une coupe verticale agrandie du dispositif monté sur le dessus d'un pylône du pont représenté à la figure 15; - la figure 19 est une coupe verticale d'une

autre forme modifiée du dispositif représenté à la figu-

re 1; - la figure 20 représente encore une autre mo- dification du dispositif de la figure 1;

- la figure 21 est une vue en pIan du disposi-

tif représenté à la figure 20; - la figure 22 est une vue schématique d'une maquette d'un bâtiment muni du dispositif représenté à la figure 20;

- la figure 23 est une vue en perspective, par-

tiellement écorchée, d'un autre mode de réalisation de la présente invention;

- la figure 24 est une illustration des dispo-

sitifs de suppression des vibrations de la figure 23, accrochés au plafond d'un bâtiment;

- la figure 25 est une représentation schémati-

que d'une maquette utilisée lors des essais expérimen-

taux;

- la figure 26 est un graphique d'un essai com-

paratif effectué sur la maquette de la figure 25, dans laquelle on n'a pas utilisé l'eau servant à supprimer les vibrations; et

- la figure 27 est un graphique d'un essai réa-

lisé sur la maquette, dans lequel on a utilisé l'eau

destinée à supprimer les vibrations.

Si l'on se réfère maintenant aux figures 1 à 3,

un dispositif de suppression des vibrations 1, conçu se-

lon la présente invention, est installé de préférence sur le toit d'un bâtiment 2 par l'intermédiaire d'une embase d'isolement antivibratoire classique 3 consistant

en un empilage alterné de plaques élastiques et de pla-

ques en acier. Le dispositif de suppresion des vibra-

tions 1 comprend un réservoir cylindrique creux 4 monté sur l'embase de support et d'isolement antivibratoire 3,

le réservoir 4 présentant une extrémité supérieure ou-

verte 5. Le dispositif de suppression des vibrations 1 est de préférence disposé sur le toit du bâtiment 2 en

vue de la suppression efficace des vibrations de celui-

ci, vibrations dues aux tremblements de terre ou secous-

ses sismiques, au vent, etc. Le réservoir 4 peut égale-

ment servir au stockage d'eau potable ou d'eau pour in-

cendie. Le réservoir 4 est conçu de manière à contenir une quantité telle de liquide W que ce dernier ait un période naturelle de vibration égale à celle du bâtiment 2 afin de supprimer les vibrations de celui-ci. De façon générale, le bâtiment 2 et le dispositif de suppression des vibrations 1 présentent des propriétés de vibrations qui peuvent s'approcher de la propriété vibratoire d'une

maquette de vibrations montrée à la figure 4. La maquet-

te de vibrations est composée d'un premier système vi-

bratoire A, lequel représente le bâtiment 2, et d'un deuxième système vibratoire B qui est une maquette de vibration du liquide W dans le réservoir 4, le deuxième système vibratoire B étant relié en série au premier système vibratoire A. Le premier système vibratoire A comprend un premier corps 6A de masse Mo, un premier ressort 7A qui présente une constante de ressort Ko et supporte le premier corps 6A et un premier amortisseur 8A présentant un facteur d'amortissement Ho qui est ajouté en parallèle au premier ressort 7A. Le deuxième système vibratoire B comporte un deuxième corps 6B de

masse M1, un deuxième ressort 7B qui présente une cons-

tante de ressort K1 et supporte le deuxième corps 6B, et

un deuxième amortisseur 8B présentant un facteur d'amor-

tissement H1 qui est ajouté en parallèle au deuxième

ressort 7B.

Lorsque l'on provoque la vibration du système vibratoire A par une force extérieure exercée sur le corps 6A, le système vibratoire B se met à vibrer selon une phase décalée de 1/4 de la période vibratoire du premier système vibratoire A. La vibration du premier système vibratoire A peut être supprimée en égalisant à la fois la période des systèmes vibratoires A et B. La période Ti d'un système vibratoire i est généralement donnée par l'équation (1): mi Ti=2fl- (1) Ti = 2 Mni i dans laquelle Mi est la masse du système vibratoire i et

Ki est la constante-de ressort. Etant donné que la pé-

riode To du bâtiment 2 est ainsi définie à la fois par sa masse Mo et la constante de ressort Ko, la période T1 du liquide W peut être rendue égale à la période To en

sélectionnant de façon appropriée la dimension et le vo-

lume du réservoir 4.

Selon la théorie de Housner, la masse efficace M1, agissant en tant que corps vibratoire, du liquide W

déplaçable dans le réservoir 4, est fournie par l'équa-

tion suivante (2): mi 6 85) 12 27tanhlTm (2) 4 (6) 8 k M(2)

' R

dans laquelle h est la hauteur depuis le fond du réser-

voir 4 jusqu'au niveau du liquide, R est un rayon du ré-

servoit 4, et M est la masse du liquide W contenu dans le réservoir 4. (voir "Dynamic Pressures on Accelerated Fluid Containers" (Pressions dynamiques sur conteneurs à fluides accélérés) par Housner, G.W., Bulletin of the Seismological Society of America (Bulletin de la Société

Séismologique d'Amérique), volume 47 (1957), pp. 15-35.

La fréquence naturelle w du liquide w, c'est-à-

dire la fréquence naturelle de fluctuation ou ballotte-

ment est fournie par l'équation (3): =2 = À. S.tanh [ ( 8 8 wÀ (3)

La période naturelle T du liquide est ainsi ob-

tenue par l'équation (4): T = 2 N / w (4)

dans laquelle R = 15 m, h = 2 m et M = 1414 tonnes mé-

triques (M1 = 812 tonnes métriques à partir de l'équa-

tion (2)), la période T1 = 11,7 secondes.

Le rapport entre la masse efficace M1 du liquide W et la masse Mo du bâtiment est de façon typique:

M1/Mo = environ 1/50 à environ 1/200.

Au-dessous de la limite inférieure ou d'environ 1/200, l'effet de suppression des vibrations ne peut être obtenu de façon efficace tandis qu'au-dessus de la limite supérieure ou d'environ 1/50, le poids du liquide

influera considérablement sur la conception de la struc-

ture du bâtiment, rendant ainsi nécessaire la modifica-

tion de sa conception architecturale. La limite infé-

rieure se situe de préférence aux environs de 1/100.

Toutefois, l'effet de suppression des vibrations peut

être obtenu même pour M1/Mo = environ 1/300.

Lorsqu'un réservoir fermé est entièrement rempli

du liquide W de sorte que le liquide devient stationnai-

re et qu'il ne se produit plus aucune ondulation de ce-

lui-ci pendant les vibrations, l'équation (2) est rem-

placée par l'équation suivante: k Ml = M. tanh(É r) (2') k1 Les figures 5 et 6 illustrent un autre mode de

réalisation de la présente invention, dans lequel un ré-

servoir cylindrique 10 est séparé horizontalement par des parois de cloisonnement 12 pour former plusieurs, dans ce mode de réalisation quatre, chambres horizonta- les 14. Dans ce dispositif de suppression des vibrations 16, le nombre de chambres 14 dans lesquelles est confiné le liquide W modifie la masse efficace du liquide W sans

changer la période de celui-ci, étant donné que ce der-

nier est défini à la fois par le rayon R des chambres 14 et par la hauteur h du liquide W. Ainsi, on peut ajustez

la performance de suppression des vibrations du disposi-

tif 16 en modifiant le nombre de chambres 14 utilisées.

Une forme modifiée 18 du dispositif de suppres-

sion des vibrations représentées aux figures 1-3 est il-

lustrée à la figure 6 et se différencie de ce dernier en ce que quatre réservoirs 4 sont installés sur le toit du bâtiment 2. Les quatre réservoirs 4 sont conçus pour contenir de l'eau de façon que la période naturelle

d'oscillation soit égale à celle du bâtiment 2. La per-

formance de suppression des vibrations du dispositif 18

peut également être ajustée en réglant de façon appro-

priée la masse efficace d'eau. Ceci peut être réalisé en sélectionnant le nombre de réservoirs 4 ou le nombre de

réservoirs 4 dans lequel l'eau est contenue.

Les figures 7 et 8 représentent une autre forme modifiée du dispositif de suppression des vibrations 1

montré à la figure 1, laquelle se distingue en ce qu'el-

le est munie d'un mécanisme de chicanes 20 dans le fond

22 du réservoir 4 pour le réglage du facteur d'amortis-

sement du liquide W. Ce mécanisme 20 comprend vingt-qua-

tre t6les-chicanes rectangulaires périphériques 26, huit t6les-chicanes rectangulaires intermédiaires 28 et un

élément chicane central 30. Les tôles-chicanes périphé-

riques 26 sont disposées radialement à des intervalles

angulaires réguliers sur le centre O du réservoir 4.

Chacune des tôles-chicanes périphériques 26 est fixée par l'un de ses bords verticaux sur la face intérieure de la paroi périphérique 32 du réservoir 4 et par son extrémité inférieure sur la face supérieure de la paroi de fond 22 de celui-ci. Les t6les-chicanes intermédiai-

res 28 sont également disposées radialement et à inter-

valles angulaires réguliers. Elles sont fixées par leurs extrémités de fond sur la face supérieure de la paroi de fond 22. L'élément de chicane central 30 comporte huit plaques rectangulaires 34 disposées de façon à s'étendre radialement à partir du centre 0 du réservoir 4, chaque plaque rectangulaire 34 étant fixée par l'un de ses bords verticaux sur les autres plaques rectangulaires 34 et par son extrémité inférieure sur la face supérieure

du fond 22 du réservoir. Les éléments de chicane cen-

traux, intermédiaires et périphériques 26, 28 et 30 sont

chacun conçus de façon à présenter une hauteur au-des-

sous du niveau h du liquide W. Lorsque le bâtiment 2 est mis en oscillations sur le centre de sa rigidité sous l'effet du vent ou de phénomènes similaires, en raison de l'écart entre le centre de gravité et le centre de rigidité du bâtiment 2 pour produire un écoulement circonférenciel du liquide, le mécanisme de chicanes 20 fournit une résistance à l'écoulement du liquide. Ainsi, le liquide W supprime le mouvement oscillatoire du bâtiment 2 étant donné qu'il

s'écoule selon une période égale à la période de l'os-

cillation du bâtiment 2 avec une phase décalée. Le dis-

positif de suppression des vibrations 36 est capable de 33 supprimer le mouvement oscillatoire du bâtiment aussi bien dnas l'axe vertical que dans l'axe horizontal. Le

mécanisme de chicanes 20 ajuste le facteur d'amortisse-

ment du liquide W en sélectionnant la dimension et le nombre d'éléments de chicane 26, 28 et 30, étant ainsi en mesure d'ajuster de façon appropriée le facteur 1'0

d'amortissement du bâtiment. A partir d'essais de simu-

lation, on pense que la longueur radiale des éléments de chicane 26, 28, 30 est d'environ 5 cm pour un réservoir

4 de 30 m de diamètre.

Une forme modifiée du dispositif de suppression

des vibrations de la figure 5 est représentée aux figu-

res 9 et 10. Dans ce dispositif modifié 40, plusieurs montants de chicane 42 sont disposés dans le réservoir de façon à relier des parois de fond contiguës 12 de chaque chambre. Les montants de chicane 42 servent à la fois à assurer une résistance à l'écoulement du liquide

W et à supporter les parois de fond 12 des chambres su-

périeures 14.

Les figures 11 à 13 représentent une autre forme modifiée du dispositif de suppression des vibrations montré aux figures 1 à 3. Lorsque le liquide W dans le réservoir 4 génère une résonance jusqu'à une composante de fréquence dominante d'ondes oscillatoires diverses dans le bâtiment 2, la surface du liquide peut donner une amplitude de vibrations excessivement importantes, appelée phénomène de fluctuation ou de ballottement. Ce dispositif de suppression des vibrations 50 modifié a pour but de supprimer ce phénomène de ballottement. Le réservoir 4 comporte un élément de fermeture cylindrique creux 52 monté coaxialement sur le bord supérieur 54 de

la paroi périphérique 56 destiné à le recouvrir. Plu-

sieurs palans électriques 58 sont accrochés au plafond de l'élément de fermeture 52 en vue du déplacement vertical d'un élément de chicane ou de cloisonnement 62

par l'intermédiaire des câbles 63. L'élément de cloison-

nement 62 comporte 8 plaques de séparation rectilignes 64, chacune étant fixée sur une extrémité aux autres plaques de séparation 64 de sorte qu'elles s'étendent radialement vers l'extérieur; toutefois, cet élément de cloisonnement 62 peut assumer d'autres formes convenant à la suppression du phénomène de ballottement du liquide

W. L'élément de cloisonnement 62 est prévu pour être lo-

gé dans le réservoir 4 lorsqu'il est abaissé. Un accélé-

romètre 66 est monté sur la face intérieure de la paroi

périphérique 56 du réservoir 4 à un niveau situé au-des-

sous de la surface d'eau normale du liquide W pour dé-

terminer l'accélération du liquide qui est mis en vibra-

tions par les vibrations du bâtiment 2. Un autre accélé-

romètre 68 est prévu sur le toit du bâtiment 2 autour du réservoir 4. Ces accéléromètres 66 et 68 sont reliés

électriquement par l'intermédiaire d'une unité de com-

mande électronique classique 70 à une source de puissan-

ce 72 des palans électriques 58 pour la commande du fonctionnement des palans électriques. Dans la pratique, l'élément de cloisonnement 62 est bloqué horizontalement

en amenant son extrémité inférieure à l'intérieur du ré-

servoir 4 pour éviter l'oscillation latérale de celui-

ci. On peut prévoir tout type de mécanisme de verrouil-

lage électrique classique, commandé électriquement par l'unité de commande 70 pour l'élément de fermeture 52 en vue du verrouillage de l'élément de cloisonnement 62 en

temps normal et en vue de sa libération lorsque le phé-

nomène de ballottement est détecté.

Lorsque le liquide W dans le réservoir 4 est sur le point de produire une résonance avec le bâtiment 2,

les données numériques représentant l'accélération pro-

voquée sont transmises à partir des accéléromètres 66 et

68 à l'unité de commande o la coincidence des deux ty-

pes de données est détectée de façon à alimenter instan-

tanément en courant les palans électriques 58 à partir de la source cde puissance 72. Les palans électriques 58

sont alors actionnés pour abaisser l'élément de cloison-

nement 62 dans le liquide W ce qui a pour effet de sup-

primer les vibrations du liquide W, empêchant ainsi tou-

te amplitude excessive de vibrations de la surface du

liquide due au phénomène de ballottement.

Les figures 15-18 représentent l'application de la présente invention à un pont suspendu 80 comportant

deux paires de pylônes parallèles 82 et des poutres ren-

forcées 84 reliant les paires de pylônes et s'étendant

entre la terre et la paire de pylônes correspondante.

Les pylônes 82 de chaque paire comportent chacun une em-

base d'isolement antivibratoire 3 montée sur leurs som-

mets 86. Un dispositif de suppression des vibrations 88

comprenant un réservoir 90 rectiligne en forme de cais-

son est monté sur chaque embase d'isolement antivibra-

toire 3. Chaque poutre renforcée 84 comporte un plancher 92, supporté par des profilés 94 et une dalle 96. La dalle 96 comporte un autre dispositif de suppression de vibrations 98 comprenant un réservoir 100 monté sur sa

face inférieure 102 s'étendant longitudinalement et ac-

croché à celle-ci, le réservoir 100 présentant une sec-

tion transversale rectangulaire. Le réservoir 100 est

cloisonné en un certain nombre de chambres 104 compor-

tant plusieurs parois de séparation verticales 106, une

seule d'entre elles étant représentée dans les figures.

Les chambres cloisonnées 104 facilitent l'entretien du réservoir 100 et empêchent que la totalité du liquide W contenu dans celles-ci ne s'échappe vers l'extérieur en cas de rupture de l'une de ces parois par le vent ou par une secousse sismique. De plus, l'agencement des parois de séparation 106 permet le réglage approprié du facteur d'amortissement du liquide W. Les réservoirs 90 et 100 sont conçus de façon à

pouvoir contenir une quantité de liquide W dont la pé-

riode naturelle de vibrations est égale à celle des py-

lônes correspondants 8f2 et de la poutre renforcée 84

respectivement. Les dispositifs de suppression des vi-

brations 88 et 98 ont pour objet de supprimer les vibra-

tions latérales des pylônes 82 et des poutres renforcées 84 respectivement. Chacun des dispositifs de suppression des vibrations 88 et 98 peut également être représenté

sous forme delamaquette de la figure 4.

On va analyser ci-dessous le comportement du li-

quide W contenu dans les réservoirs 90 et 100. La rela-

tion entre le jième ordre de la période naturelle Tj et

le jième ordre de la fréquence naturelle wj du ballotte-

ment est définie ci-dessous. Tj = 2 n / wj (5) La fréquence naturelle wj est donnée par wj = kj.g.tanh(kj.H) (6)

dans laquelle H est la profondeur du liquide W dans cha-

que réservoir 90, 100, q est l'accélération gravitation-

nelle. kj dans l'équation est donné par: kj = (2j - 1)n / 2a (7) dans laquelle 2a est la larjeur, dans la direction de la vibration, du réservoir 90, 100. A partir des équations (5) à (7), on obtient la période naturelle d'oscillation Tj du ballottement. Dans les modes de réalisation de la présente invention, on utilise la période naturelle de vibration du ballottement de premier ordre. Le rapport entre la masse efficace du liquide W utilisé et la masse des pylônes correspondants 82 et 82 est égal au rapport

donné dans les modes de réalisation précédents. Le rap-

port entre la masse efficace du liquide W et la poutre

renforcée correspondante 84 est lui aussi égal au rap-

port déjà donné.

Une autre forme modifiée du dispositif de sup-

pression des vibrations des figures 1-3 est représentée à la figure 19 dans laquelle une paire de réservoirs auxiliaires 110 et 110 sont montés sur des positions diamétralement opposées du réservoir 4. Chaque réservoir auxiliaire 110 est muni d'un couvercle de fermeture 112 destiné à recouvrir l'extrémité supérieure ouverte. Le réservoir 4 et chacun des réservoirs auxiliaires 110 sont en communication par une conduite d'aplomb 114 qui traverse la paroi périphérique 32 du réservoir 4 à un niveau situé au-dessus du niveau normal du liquide W. Chaque tuyauterie d'aplomb 114 est munie d'une pompe 116

pour l'alimentation le liquide en provenance du réser-

voir auxiliaire 110 à destination du réservoir 4 et pour

l'évacuation du liquide W dans le réservoir 4. Le réser-

voir 4 comporte des détecteurs de niveau de liquide 118,

118 montés sur la surface intérieure de la paroi péri-

phérique 32 pour la détection du niveau normal du liqui-

de W dans le réservoir 4, niveau normal auquel le liqui-

de W présente une masse efficace nécessaire pour la sup-

* pression des vibrations du bâtiment 2. Les détecteurs de niveau de liquide 118 sont reliés électriquement à une

unité de commande électrique (non représentée) qui com-

mande la pompe 116. L'unité de commande électrique est conçue de façon à n'actionner la pompe 116 que lorsque les détecteurs de niveau de liquide 118 détectent que le niveau d'eau est supérieur ou inférieur au niveau normal pendant une durée prédéterminée étant donné que les creux des ondes du liquide W peuvent atteindre un niveau au-dessous des détecteurs 118, 118 dans la suppression des vibrations du bâtiment 2. Le réservoir 4 peut être fermé sur son extrémité supérieure ouverte à l'aide d'un couvercle de fermeture 120 représenté par la ligne en traits mixtes à la figure 19 de façon à maintenir les variations du niveau du liquide dans des limites aussi

faibles que possible.

Lorsque la quantité du liquide W dans le réser-

voir 4 augmente par suite de la pluie ou diminue par suite d'évaporation, la variation du niveau du liquide est détectée par le détecteur de niveau du liquide 118

qui fournit alors un signal électrique à l'unité de com-

mande pour l'actionnement des pompes 116, de sorte que le liquide est évacué ou amené par les conduites 114 pour maintenir le liquide W au niveau prédéterminé. La quantité de liquide W contenue dans les réservoirs auxi-

liaires 110, 110 est réglée de façon à ne provoquer au-

cune incidence préjudiciable à l'effet de suppression des vibrations de ce dispositif 122. Les conduites 114, 114 peuvent être reliées à une tuyauterie de terminal d'eau de ville en vue de la réception d'eau en tant que

liquide W de suppression des vibrations sans qu'il fail-

le prévoir les réservoirs auxiliaires 110, 110.

Les figures 20 et 21 représentent une forme mo-

difiée supplémentaire du dispositif de suppression des vibrations représenté aux figures 1-3. Lorsque pour le bâtiment 2 l'amplitude des vibrations devient inférieure à celle du liquide W après que les vibrations du premier aient été considérablement éliminées, le dispositif de suppression des vibrations 1 montré aux figures 1-3 peut fonctionner en tant que vibrateur, lequel transmet des vibrations supplémentaires au bâtiment 2. Ce dispositif de suppression des vibrations 130 modifié sert à amortir les vibrations du liquide W dans le réservoir 4. Un bac

flotteur 132 est placé sur le liquide Wl de façon à pou-

voir flotter avec son fond 134 dirigé vers le haut. Un deuxième réservoir 136 est monté sur le bac flottant 132 et contient le liquide W2 qui sert de troisième système vibratoire C illustré sous forme de maquette à la figure 22. Ce troisième système vibratoire C est relié en série

au deuxième système vibratoire B et comprend un troisiè-

me corps 6C qui représente le liquide W2, un troisième

ressort 7C et un troisième amortisseur 8C reliés en pa-

rallèle au ressort 7C. Le troisième corps 6C est relié par l'intermédiaire à la fois du troisième ressort 7C et du troisième amortisseur 8C au deuxième corps 6B. La théorie décrite précédemment à l'égard des premier et deuxième systèmes vibratoire A et B peut être appliquée au troisième système vibratoire C. ceci signifie que le troisième système vibratoire C supprime les vibrations du deuxième système vibratoire B de la même manière que le deuxième système vibratoire B supprime les vibrations du premier système vibratoire A. Le rapport entre la masse efficace M2 duliquide W2 et la masse efficace du liquide W1 est de façon typique d'environ 1/50 à environ 1/200. Un élément approprié peut être prévu sur la paroi périphérique 32 du réservoir 4 pour maintenir à distance

le bac flotteur 132 de celui-ci.

Une autre forme modifiée du dispositif de sup-

pression des vibrations des figures 1-3 est représentée

aux figures 23 et 24 dans lequelles des paires de réser-

voirs portatifs 140, empilés verticalement, rectilignes, fermés, sont disposés sur un plancher 142 d'un bâtiment 2 selon une implantation en colonnes et en rangées, les

réservoirs adjacents de niveau égal étant placés bout-à-

bout. Les réservoirs 140 sont réalisés en un matériau de

résine synthétique. Chaque réservoir 140 est muni au ni-

veau des surfaces intérieures 143 de ses parois latéra-

les 144 d'une irrégularité 146 pour accroître la résis-

tance des surfaces intérieures 143 au liquide W afin d'ajuster le facteur d'amortissement de ce dernier et il est de plus muni sur l'une de ses parois latérales 148

d'une jauge de niveau 150 réalisée en un matériau trans-

parent tel que du verre. Un tube de piquage 152 d'un collecteur 154 traverse l'une des parois latérales 146 de chaque réservoir 140 et parvient jusqu'au fond pour l'alimentation ou l'évacuation de l'eau W. Le collecteur est en communication avec une source d'eau unique par l'intermédiaire d'une pompe (la source et la pompe ne sont pas représentées), permettant ainsi d'égaliser ou

d'ajuster le niveau du liquide W dans les réservoirs.

La quantité du liquide W dans les réservoirs 140

est réglée de façon que la période naturelle d'oscilla-

tion du liquide W soit égale à celle du bâtiment 2 dans respectivement chacune des directions longitudinale X et transversale Y des réservoirs. La quantité totale du li- quide dans les réservoirs est ajustée de façon typique

pour représenter environ 1/50 à 1/200 de la masse du bâ-

timent 2. Le comportement du liquide W dans les réser-

voirs 140 peut être analysé de la même manière que cela

est décrit à l'égard des équations (5) à (7). Les modi-

fications des réservoirs 140 facilitent leur transport,

leur montage et leur remplacement.

Bien que dans cette forme modifiée les réser-

voirs 140 soient disposés en colonnes et en rangées, ils ne sont pas limités à cette agencement. Ils peuvent être disposés en éloignement l'un de l'autre sur le plancher ou peuvent être suspendus au plafond 150 du bâtiment 2 comme cela est représenté à la figure 24. Les références numériques 152 et 154 désignent des canalisations ou

gaines et panneaux de revêtement du plafond.

Dans les modes de réalisation précédents, les réservoirs sont constitués par des cylindres creux ou

des caissons rectilignes mais ils peuvent être sphéri-

ques, sphéroidaux ou de configuration similaire. La for-

me des réservoirs peut être modifiée en fonction de leurs conditions d'installation. La période naturelle d'oscillation et la masse efficace du liquide W peuvent

être déterminées par des équations reposant sur la théo-

rie de Housner, selon la forme du réservoir.

Les réservoirs ne comportent pas toujours obli-

gatoirement une quantité prédéterminée du liquide W qui

y est stocké. La quantité du liquide W peut être augmen-

tée jusqu'à la masse efficace prédéterminée en fonction

des conditions climatiques.

Dans le liquide du réservoir, on pourra ajouter des agents de protection classiques contre la rouille

afin d'éviter la corrosion du réservoir. D'autres liqui-

des tels que de l'huile peuvent être utilisés en tant

que liquide W. L'huile empêche la corrosion des réci-

pients lorsque ceux-ci sont réalisés par exemple en acier. Le facteur d'amortissement des vibrations des dispositifs de suppression des vibrations peut être

ajusté en utilisant des liquides présentant un coeffi-

cient de viscosité différent de celui de l'eau.

Une maquette 160 d'une hauteur de 2 m représen-

tant un bâtiment de cinq étages et d'une section trans-

versale de 100 cm X 100 cm a été construite sur une

table vibrante 162 comme cela est représenté schémati-

quement à la figure 25, chaque étage ayant un poids de 400 kg. La période naturelle d'oscillation de premier ordre To de la maquette du bâtiment 160 était de 0,41 seconde. Sur le toit de la maquette 160 du bâtiment, on a monté un réservoir 164 à deux chambres horizontales

comme cela est montré à la figure 5 (bien que le réser-

voir 10 comporte quatre chambres 14 horizontales à la figure 5), puis on a versé 46 kg d'eau dans le réservoir 164 avec un niveau égal dans chaque chambre horizontale

14. Chaque chambre 14 du réservoir présentait une lar-

geur de 80 cm, une longueur de 90 cm et une profondeur de 3,2 cm de dimensions internes. La période naturelle

d'oscillation T1 de l'eau était égale à celle de la ma-

quette 160 du bâtiment. Des ondes arbitraires (ondes EL-

CENTRALES-NS) avec une accélération maximale de 200 gals

ont été appliquées sur cette maquette 160 de bâtiment.

La relation obtenue à partir de cet essai entre le dé-

placement horizontal de réponse du quatrième étage de la

maquette 160 du bâtiment et le temps est tracé à la fi-

gure 27. Par ailleurs, un essai comparatif a été effec-

tué dans lequel les mêmes ondes arbitraires ont été ap-

pliquées avec une accélération maximale de 200 gals sur

Z606054

la maquette 160 du bâtiment, l'eau ayant été retirée du réservoir 164. Les résultats de l'essai comparatif à l'égard du quatrième étage sont représentés à la figure 26. A partir des résultats des deux essais, il ressort que les vibrations de la maquette du-bâtiment ont été supprimées dans une grande mesure dans l'essai conforme

à la présente invention, par rapport à l'essai compara-

tif.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif destiné à supprimer les vibrations

(1) d'une structure de bâtiment de construction (2), ca-

ractérisé en ce qu'il comprend: un premier réservoir disposé dans la structure,

destiné à recevoir un premier liquide pour la suppres-

sion des vibrations de la structure (2),.le premier ré-

servoir (4) étant apte à contenir une quantité du pre-

mier liquide telle qu'il présente une période naturelle

d'oscillation égale à celle de la structure (2).

2. Dispositif (1) selon la revendication 1, ca-

ractérisé en ce que le premier réservoir (4) est apte à contenir une quantité du premier liquide telle que le rapport entre la masse efficace du premier liquide et la masse de la structure (2) est d'environ 1/50 à environ

1/300.

3. Dispositif (1) selon la revendication 2, ca-

ractérisé en ce que le rapport entre la masse efficace du premier liquide et la masse de la structure (2) n'est

pas inférieure à 1/100.

4. Dispositif (1) selon la revendication 2, ca-

ractérisé en ce que la structure (2) présente un centre de rigidité et le premier réservoir (4) comporte une

surface intérieure et comprend de plus des premiers mo-

yens de chicane (20), montés sur la surface intérieure du premier réservoir pour contrarier l'écoulement du

premier liquide, provoqué par l'oscillation de la struc-

ture (2) sur le centre de gravité, de façon à supprimer

le mouvement d'oscillation de la structure (2).

5. Dispositif (1) selon la revendication 2 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une paroi de séparation horizontale (12) cloisonnant horizontalement le premier réservoir (4) pour définir deux chambres (14), chaque chambre étant apte à contenir une quantité du premier liquide telle que le premier liquide présente une période naturelle d'oscillation égale à celle de la

structure (2).

6. Dispositif (1) selon la revendication 5, ca-

ractérisé en ce que le premier réservoir (4) comporte un

fond et en ce que le premier moyen de chicane (20) com-

prend plusieurs éléments de support dressés sur le fond du premier réservoir pour la reprise de la paroi de

cloisonnement horizontale (12).

7. Dispositif (1) selon la revendication 2, ca-

ractérisé en ce qu'il comprend de plus: des seconds

moyens de chicane destinés à contrarier un autre écoule-

ment du premier liquide de façon à empêcher un phénomène

de ballottement provoqué par la résonance du premier li-

quide sur la structure (2); des moyens de déplacement, montés sur le premier réservoir (4) destinés à déplacer verticalement les seconds moyens de chicane entre une position élevée et une position abaissée dans lesquelles

les seconds moyens de chicane se trouvent dans le pre-

mier liquide; et des moyens de commande destinés à dé-

tecter le phénomène de ballottement et ensuite à comman-

der les moyens de déplacement pour abaisser les seconds

moyens de chicane sur la position abaissée.

8. Dispositif (1) selon la revendication 2, ca-

ractérisé en ce que la structure (12) est un bâtiment et en ce que le premier réservoir (4) est disposé sur le

toit du bâtiment. -

9. Dispositif (1) selon la revendication 2, ca-

ractérisé en ce que la structure est un bâtiment et en

ce que le premier réservoir (4) est disposé à l'inté-

rieur du bâtiment.

10. Dispositif (1) selon la revendication 2, ca-

ractérisé en ce que la structure (2) est un pont (80)

comportant plusieurs pylônes (82), chaque pylône compor-

tant un sommet, et en ce que le premier réservoir (4) est monté sur le sommet (86) d'au moins un des pylônes

(82).

11. Dispositif (1) selon la revendication 2, ca-

ractérisé en ce que la structure est un pont (80) com-

portant une poutre renforcée (84) et en ce que le pre-

mier réservoir (4) est monté sur la poutre (84).

12. Dispositif (1) selon la revendication 2, ca-

ractérisé en ce que l'on a plusieurs premiers réser-

voirs.

13. Dispositif (1) selon la revendication 12, ca-

ractérisé en ce qu'il comprend de plus des moyens desti-

nés à alimenter et à évacuer le premier liquide de façon

à maîtriser la quantité du premier liquide dans les pre-

miers réservoirs (4).

14. Dispositif (1) selon la revendication 13, ca-

ractérisé en ce que les premiers réservoirs (4) se pré-

sentent sous la forme d'un caisson rectiligne fermé.

15. Dispositif (1) selon la revendication 14, ca-

ractérisé en ce que les premiers réservoirs (140) com-

portent chacun une paroi latérale (144) comprenant une surface intérieure, la surface intérieure comportant une irrégularité (146) destiné à accroître la résistance de la surface intérieure au premier liquide en vue de

l'ajustement du facteur d'amortissement.

16. Dispositif (1) selon la revendication 15, ca-

ractérisé en ce que les premiers réservoirs (4) sont

portatifs.

17. Dispositif (1) selon la revendication 16, ca-

ractérisé en ce que les premiers réservoirs (4) sont disposés bout-à-bout selon un agencement en colonnes et rangées.

18. Dispositif (1) selon la revendication 17, ca-

ractérisé en ce que chacun des premiers réservoirs (4)

comporte une largeur dans une direction horizontale tel-

le que le premier liquide dans le réservoir comporte une période naturelle d'oscillation égale à celle de la

structure (2) dans la direction horizontale.

19. Dispositif (1) selon la revendication 2, ca-

ractérisé en ce qu'il comprend de plus: un second ré-

servoir, et des moyens flotteurs pour permettre le flot-

tement du second réservoir sur le premier liquide dans le premier réservoir, le second réservoir étant monté

sur les moyens flotteurs, et en ce que le second réser-

voir est apte à contenir une quantité du second liquide telle que ce dernier présente une période naturelle

d'oscillation égale à celle du premier liquide, le rap-

port entre la masse efficace du second liquide et la masse du premier liquide étant d'environ 1/50 à environ

1/300.