FR2614337A1 - Procede pour limiter les vibrations d'un plancher, etage ou niveau de batiment et dispositif pour le mettre en oeuvre - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION FOURNIT UN PROCEDE DESTINE A LIMITER LES VIBRATIONS D'UN PLANCHER, ETAGE OU NIVEAU DE BATIMENT ET UN DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE. SELON LE PROCEDE, UN RESERVOIR EST FIXE SUR LE PLANCHER ET SUPPORTE PAR DES ELEMENTS DE CHARPENTE D'UNE STRUCTURE DE PLANCHER ET UN LIQUIDE EST RETENU DANS LE RESERVOIR. LA GEOMETRIE DU RESERVOIR ET LA PROFONDEUR DU FLUIDE SONT DETERMINEES DE FACON A PERMETTRE QUE LA FREQUENCE NATURELLE DE BALLOTTEMENT DU LIQUIDE COINCIDE AVEC LA FREQUENCE NATURELLE DU PLANCHER DANS UNE MEME DIRECTION. LE DISPOSITIF DE LIMITATION DE VIBRATIONS SELON LA PRESENTE INVENTION EST MUNI D'UN RESERVOIR 10 DANS LEQUEL EST RETENUE UNE QUANTITE PRESCRITE DE LIQUIDE. LA FREQUENCE DE BALLOTTEMENT NATURELLE DU LIQUIDE DANS LE RESERVOIR EST DE FACON GENERALE EGALE A UNE FREQUENCE NATURELLE DE LA STRUCTURE DU PLANCHER.

Description

PROCEDE POUR LIMITER LES VIBRATIONS D'UN PLANCHER.

ETAGE OU NIVEAU DE BATIMENT ET DISPOSITIF

POUR LE METTRE EN OEUVRE

La présente invention se rapporte à un procédé et a un dlspositif destinés à limiter les vibrations

dans un plancher, étage ou niveau d'un bâtiment.

Les planchers, étages ou niveaux des bâtiments vibrent lorsqu'ils entrent en vibration à la suite de secousses sismiques, des effets du vent, du trafic et

d'autres sources vibratoires. Des vibrations sont égale-

ment induites dans les planche-rs.en raison de sources

vibratoires situées sur le plancher lui-même. Les bâti-

ments modernes ont de façon générale une plus grande souplesse et un amortissement moindre par rapport aux bâtiments classiques grâce a l'extrême souplesse des

eléments de charpente modernes et aux techniques préci-

ses de construction. Par conséquent, les bâtiments mo-

dernes permettent des déplacements plus importants que ce n'était le cas auparavant, et les vibrations dans ces

bâtiments ont tendance à croitre par rapport aux bâti-

ments classiques. Des vibrations excessives des plan-

chers peuvent alors provoquer des inconvénients et pro-

blemes divers tels qu'un mauvais fonctionnement des équipements ou appareillages installés sur le sol ainsi que des sensations de malaise dues aux mouvements pour

les occupants, etc. La réduction des vibrations est éga-

lement souhaitable pour réduire les charges vibratoires

exercées sur les éléments de charpente du bâtiment lors-

que la source des vibrations est située sur le plancher.

Pour éliminer certains de ces inconvénients, les

présents inventeurs ont déjà proposé un appareil de li-

mitation de vibrations pour les bâtiments par la demande de brevet japonaise 62-241045, figure 1. Cette demande de brevet décrit un appareil de limitation de vibrations

comprenant un réservoir et un liquide contenu dans ce-

lul-ci, réservoir devant être monté sur la toiture du

bâtiment pour en réduire'les vibrations. Dès que le bâ-

timent se met à vibrer, son énergie vibratoire est transmise au liquide, et'celui-ci présentant une fré- quence naturelle de ballottement identique à celle du

bâtiment, il ballotte en résonance avec lui. Par consé-

quent, la vibration du bâtiment est limitée lorsque son énergie vibratoire est transmise au liquide. Il a été

indiqué dans la description que le poids du liquide con-

tenu dans le réservoir était de préférence supérieur à 1 % de celui du bâtiment, afin de limiter les vibrations

de celui-ci de façon efficace.

Un problème rencontré avec l'appareil et les

procédés classiques précités pour la limitation des vi-

brations d'un bâtiment réside dans le fait que l'appa-

rell demande beaucoup d'espace pour son installation et qu'en conséquence la place nécessaire à son implantation n'est de façon génerale disponible que sur le toit du

bâtiment.

Un autre problème dans les appareils et procédés classiques est qu'!l faut implanter un certain nombre de réservoirs de ce type, car la dimension du réservoir de liquide, lequel est relativement petit, est déterminée afin de rendre sa fréquence de ballottement identique à

celle du bâtiment et de même, le poids effectif du li-

quide doit être supérieur à 1 % de celui du bâtiment. Un autre problème est qu'il n'est pas facile de s'assurer de la présence d'une quantité prescrite de liquide dans

chacun des réservoirs.

En revanche, il est indispensable d'éliminer les vibrations d'un plancher, étage ou niveau spécifique

lorsque des instruments de précision tels que par exem-

ple des ordinateurs y sont installés. Dans certains cas, la limitation des vibrations de chaque étage s'avère

plus efficace ou economnque et par conséquent preféra-

ble. Dans d'autres cas, la source vibratoire se situe a un etage spéecifique, et il convient alors d'isoler cet étage afin qu'il ne transmette pas les vibrations au

reste du bâtiment.

Une technique classique pour réduire les vibra-

tions d'un étage consiste à faire supporter celui-ci

partir des éléments de charpente munis de moyens élas-

tiques. Grâce a l'élasticlté du support, la fréquence naturelle de l'étage est redulte et s'écarte fortement de celle du bât-ment. Le support de l'étage agit comme

une sorte de dispositif d'isolation.

Un probleme rencontre dans ce cas est que le dé-

placement relatif entre l'étage et le bâtiment tend à

prendre de l'ampleur et à entraîner différents intonvé-

nlents au niveau des tuyauteries et des câbles traver-

sant les bâtiments et le plancher. Un autre problème est que des qu'une vibration se produit, elle a tendance à se poursuivre longtemps avant de pouvoir être stabilises

et procure un sentiment de malaise aux occupants.

La présente invention concerne un procédé et un

dispositif destinés à limiter les vibrations d'un plan-

cher, étage ou niveau de bâtiment, en reprenant le plan-

cher au moyen d'un support relativement souple et en équipant la structure du plancher, étage ou niveau d'un

réservoir contenant un liquide et en ajustant une fré-

quence naturelle de ballottement du liquide de façon qu'elle coincide de façon générale avec une fréquence

naturelle de la structure du plancher.

Dans la réalisation de l'application pratique de la présente invention, le dispositif de limitation de vibrations, qui doit être fixé au sol, peut comprendre un réservoir définissant au moi-ns une chambre apte à

contenir un liquide présentant une surface libre.

Le liquide contenu dans les chambres-ballotte

des que le plancher se met à vibrer. L'énergie vibratol-

re du plancher est transmise au liquide et en provoque le ballottement. Il en résulte que les vibrations du

plancher sont limitées en raison de la perte de l'éner-

gie vibratoire. Les vibrations du plancher sont limitées

de la façon la plus efficace lorsqu'une fréquence natu-

relle du ballottement coïncide avec une fréquence natu-

relle de la structure du plancher. En d'autres termes,

le plancher et le liquide forment un système oscillatoi-

re unitaire et un mode de vibration fondamental du sys-

téme est un mode dans lequel le ballottement se produit conDolntement avec un déplacement du bâtiment. Le mode propre du système oscillatoire, tel qu'il est défini

dans un espace complexe, comprend un déplacement du bal-

lottement de 90 degrés hors phase par rapport au dépla-

cement du bâtiment. L'effet est sensible même lorsqu'une masse efficace du liquide est de loin inférieure à celle

du bâtiment tant que la fréquence naturelle du ballotte-

ment coinclde avec celle du plancher. Le déplacement du

plancher dans le mode fondamental du système oscillatol-

re unitaire est plus petit que celui du bâtiment sans le liquide. Par conséquent, les vibrations deviennent plus petites lorsque le plancher est équipé de la structure

de limitation de vibrations.

Dans un premier aspect de l'invention, le dlspo-

sitlf de limitation des vibrations comprend (a) un re-

servoir aux dimensions prescrites, fixe à la structure du plancher, étage ou niveau; et (b) un liquide contenu dans le réservoir, présentant une profondeur prescrite

et une surface libre; donnant ainsi une fréquence natu-

relle de ballottement du liquide de façon générale égale

à la fréquence naturelle sèche de la structure du plan-

cher correspondant à une condition dans laquelle la

charge du réservoir sans le liquide et sans les équipe-

ments repose sur la structure du plancher. Dans un se-

cond aspect de l'invention, le procédé pour limiter les vibrations d'un plancher comprend les étapes consistant à (a) fixer un appareil de limitation de vibrations sur

la structure du plancher, l'appareil comprenant un ré-

servoir aux dimensions prescrites; et (b) munir le ré-

servoir d'une quantité prescrite de liquide de façon que ce dernier présente une profondeur prescrite avec une

surface libre au-dessus; en ajustant ainsi une fréquen-

ce naturelle de ballottement du liquide de façon généra-.

le égale a la fréquence naturelle sèche et de la struc-

ture du bàtiment correspondant à une condition dans la-

quelle la charge du réservoir sans le liquide et sans

les equlpements repose sur la structure du plancher.

D'autres objets et avantages de la présente in-

vention vont apparaitre cl-après en référence aux des-

sins dans lesquels:

- la figure 1 montre un dispositif de limita-

tion de vibrations classique; - la flgure 2 montre un mode de réalisation d'un dispositif de limitation de vibrations pour un plancher selon la présente invention; - la figure 3 est une vue en plan de l'appareil de limltaltion de vibrations

- la figure 4 est une coupe verticale du dispo-

sitif de limitation de vibrations; - la figure 5 est une coupe verticale en gros plan du dispositif de limitation de vibrations; - la figure 6 montre la manière d'ajuster la quantité d'eau contenue dans le dispositif de limitation de vibrations; - la figure 7 est une vue en perspective d'un exemple de structure de plancher sur laquelle est fixé le dispositif de limitation de vibrations; - la figure 8 et la figure 9 montrent un mode de réalisation modifié du dispositif de limitation de vibrations;

- la figure 10 est une maquette de système os-

clllatolre représentant un plancher et un dispositif de limitation de vibrations;

- la figure 11 montre les fonctions de tranis-

mission d'un plancher avec et sans dispositif de limita- tion de vibrations; - la figure 12 (A) et (B) montre les vibrations temporelles ou valeurs en fonction du temps, calculé pour un plancher avec et sans dispositif de limitation de vibrations;

- la figure 13 montre un dispositif de limita-

tion de vibrations modifié; - les figures 14 à 17 montrent des mécanismes destinés à amener l'eau aux réservoirs et à l'évacuer à partir de ceux-cl;

- les figures 18 à 20 montrent un réservoir mo-

difié;

- la figure 21 montre un réservoir modifié sup-

plémentaire. Des modes de réalisation préférés de la présente invention vont maintenant être expliqués en détail, avec référence aux dessins, dans lesquels: La figure 7 est une vue en perspective d'un exemple d'une structure de plancher, étage ou niveau de bâtiment sur laquelle doit être prévu un dispositif de

limitation de vibrations selon la présente invention.

Une grille 3 est supportée par une dalle en béton 1 à

l'aide de poteaux 2 qui sont ancrés ou scellés dans la.

dalle 1. La grille 3 comprend des éléments longitudinaux

et des éléments transversaux qui viennent en intersec-

tion et sont reliés entre eux à leurs points de jonc-

tion. La grille 3 est reliée aux poteaux 2 à leurs

points de jonction. Les plaques de plancher 4 sont pla-

cées sur la grille généralement d'une façon amovible. La structure du plancher ou sol s'apparente aux structures d'usage fréquent dans les salles d'ordinateurs etc. qui

permettent de prévoir un espace pour chemin de câble au-

dessous de la plaque du plancher ou sol.

Les figures 2 et 3 montrent un premier mode de réalisation de la structure de limitation de vibrations selon la présente invention, ainsi qu'une structure de plancher. La structure de plancher comprend une plaque de plancher 4 supportée par une dalle en béton 1 d'un bâtiment au moyen de quatre poteaux 2. Au-dessous de la

plaque de plancher 4 est fixé un dispositif de limita-

tion de vibrations 10. Le dispositif de limitation de

vibrations 10 comprend quatre parois latérales 14 re-

liées entre elles au niveau d'une paire de bords en op-

position pour définir un espace intérieur de parallélé-

pipède rectangle, et une plaque de fond 16 obturant une

extrémité inférieure de l'espace intérieur. Un bord in-

férleur des parois latérales 14 est relié-à chaque bord de la plaque de fond 16. Un bord supérieur de chacune

des parois latérales 14 est relié à une surface infé-

rieure de la plaque de plancher 4. Des cloisons de sépa-

ration verticales 12 et une cloison de séparation hori-

zontale 17 sont prévues dans l'espace intérieur pour sé-

parer l'espace intérieur en chambres 18. Des trous de

communication 15 sont formés dans les parois de sépara-

tion verticales 11 au niveau d'une portion inférieure de chacune des chambres 18, de sorte que les chambres 18 situées à une même hauteur sont en communication entre elles par l'intermédiaire des trous 15. Des ouvertures

d'admission 12 sont pratiquées dans la plaque de plan-

cher 4 pour permettre l'alimentation et l'évacuation d'un liquide comme par exemple de l'eau, à destination

et en provenance des chambres 18.

Comme cela est montré à la figure 4, une condui-

te 13 est prévue dans une chambre supérieure 18, une ex-

trémité supérieure de celle-ci étant fixée sur la plaque de plancher 4, une extrémité inférieure de celle-ci

étant fixée sur la plaque de séparation horizontale 17.

Une ouverture d'équilibrage 13a est pratiquée en une po-

sition prescrite de la conduite. Un trou d'alimentation de liquide 14 est pratiqué dans la plaque de séparation horizontale 17 obturant un fond de la conduite 13. Par conséquent, la chambre supérieure 18 est en communication avec une chambre inférieure 18 par l'intermédiaire de la conduite 13 au moyen de l'ouverture d'équilibrage 13a et du trou d'alimentation de liquide 14. La figure 5

montre la conduite 13 plus en détail.

La structure de plancher possède une fréquence naturelle, désignée ciaprès fréquence naturelle sèche, laquelle est une fréquence naturelle du plancher lorsque des équipements sont installés sur celui-ci et que le dispositif de limitation de vibrations fixé ne contient

pas de liquide. La fréquence naturelle sèche est déter-

minée approximativement par une rigidité totale des po-

teaux 2 et par un poids total supporté par les poteaux 2.

L'eau est amenée à l'appareil comme suit.

D'abord, une quantité prescrite d'eau est versée dans le réservoir par l'ouverture d'admission 12. L'eau est stockée dans les chambres supérieures 18. Ensuite, un bord du dispositif 10, le plus éloigné de la conduite

13, est soulevé de façon à incliner le dispositif 10.

Par conséquent, une partie de l'eau est évacuée par la conduite 13 et stockée dans les chambres inférieures,

figure 6. En choisissant convenablement l'angle d'incli-

nalson, la quantité d'eau évacuée dans les chambres in-

férieures 18 est rendue égale à celle stockée dans les chambres supérieures. Après avoir replacé le dispositif

horizontalement, les niveaux d'eau dans les chambres su-

pérleures 18 et dans les chambres inférieures 18 devien-

nent identiques grâce aux trous de communication 15. Le

niveau d'eau peut être ajusté en déterminant sélective-

ment la quantité d'eau versée dans le réservoir et l'an-

gle selon lequel on va ensuite incliner le dispositif.-

La dimension des chambres 18 et la profondeur de l'eau stockée dans les chambres 18 sont déterminées de façon que la fréquence naturelle de ballottement de

l'eau solt de façon générale égale a la fréquence natu-

relle vide précltée de la structure du plancher. Dans un mode de réalisation préféré, l'ouverture

d'équilibrage 13a est-située à un niveau auquel la sur-

face. de l'eau doit être maintenue. Dans ce cas, il suf-

fit simplement de verser une quantité prescrite d'eau dans le réservoir. L'eau excédentaire s'écoule depuis

les chambres supérieures 18 vers les chambres inférieu-

res 18 -à travers l'ouverture d'équilibrage 13a et une quantité prescrite de l'eau est de ce fait retenue à la

fols dans les chambres supérieures et inférieures 18.

Les figures 8 et 9 montrent un mode de réalisa-

tlon modifié supplémentaire du dispositif de limitation de vibrations. Dans ce mode de réalisation, une paroi

laterale rectangulaire 21 et plusieurs parois cylindri-

ques de réservoir 20 comportant une plaque de fond rec-

tangulalre commune (non représentée), obturant leur ex-

tremîté inférieure, sont fixées sur la plaque de plan-

cher 4. Comme cela est montré à la figure 8, les parois de chaque réservoir 20 sont en contact entre elles pour

former ainsi un espace fermé 71. A l'intérieur du réser-

voir 20, plusieurs parois de séparation 73 sont prévues parallèlement à la plaque de sol 4. Ainsi, un espace

fermé à l'intérieur du réservoir 20 est divisé en plu-

sieurs chambres cylindriques courtes grâce aux cloisons de séparation 73. La paroi du réservoir cylindrique 20

comporte des premières fentes 70 pratiquées sur une ex-

trémité inférieure de chaque chambre, s'ouvrant vers l'espace fermé 71. Chaque chambre est en communication avec l'espace fermé 71 à travers la fente 70. Une paroi de chaque réservoir 20 et une paire de parois latérales tangentielles d'intersection 21 définissent un espace fermé prismatique 72 de façon générale triangulaire. La

paroi du réservoir' cylindrique 20 comporte plusieurs se-

condes fentes (non représentees) en une partie supérieu-

re de chacune des chambres à travers lesquelles ces der-

nières communiquent avec l'espace prismatique 72. Une conduite d'eau d'alimentation 22 est prévue dans l'espa-

ce prismatique 72 de sorte que l'espace prismatique fer-

mé 72 est relié à un moyen d'alimentation d'eau (non re-

presenté) à travers celui-ci. Sur le point opposé du dispositif de limitation de vibrations, il est prévu une autre conduite d'eau d'alimentation 22. Les conduites d'eau d'alimentation 22 sont utilisées non seulement pour amener l'eau au dispositif 1, mais également pour

évacuer l'eau à partir du dispositif 1.

Le mode d'amenée d'une quantité prescrite d'eau

à chacun des réservoirs 20 est expliqué ci-après.

D'abord, le dispositif de limitation de vibra-

tions 1 est maintenu dans une position verticale. Une quantité prescrite d'eau est amenée à l'appareil par

l'intermédiaire de l'une des conduites d'eau d'allmenta-

tion 22. Ensuite, l'appareil est retourné de façon que

les cloisons de separation horizontales deviennent ver-

ticales. Pendant que l'appareil est dans cette position, comme cela est indiqué à la figure 8, l'eau s'écoule dans la moitié des chambres qui sont plus basses que

25.l'autre moitié des chambres à travers les secondes fen-

tes. L'appareil est ensuite replacé dans la position

verticale. L'eau qui a été retenue dans la chambre infé-

rieure s'écoule dans les autres chambres à travers les premières fentes. Il s'ensuit que toutes les chambres ont une profondeur d'eau identique et, par conséquent, une fréquence naturelle de ballottement identique. Dans un mode de réalisation modifié supplémentaire, une paroi de séparation rectangulaire remplace les quatre cloisons

séparant l'espace intérieur du réservoir et sépare éga-

lement les espaces prismatiques triangulaires. Dans ce 1 1

cas, le moyen d'eau d'alimentation 12 mentionné ci-des-

sus est utilisé pour alimenter en eau chaque espace prismatique triangulaire. Le procédé d'alimentation en

eau du dispositif est similaire au cas ci-dessus.

De préférence, des ailes 64 sont fixées sur la surface intérieure de la paroi latérale 20 de façon à

empêcher le mouvement tourbillonnaire de l'eau.

Les figures 13 à 17 montrent des modes de réali.

sation modifiés de la présente invention. La figure 13 montre un dispositif de limitation de vibrations 1 qui comprend une paroi latérale cylindrique 40 fixée sur une

plaque de plancher 43 et une plaque de fond 41, définis-

sant ainsi un espace cylindrique intérieur. Les parois de séparation sont prévues dans l'espace intérieur pour

définir ainsi des chambres 42. Chaque paroi de sépara-

tion 44 et la plaque de fond 41 sont munies d'une paire de dispositifs d'eau d'alimentation 45 comprenant un élément tubulaire 40. L'élément tubulaire est fixé sur

la paroi de séparation 44 à son extrémité inférieure.

L'élément tubulaire 40 est placé en porte-à-faux sur

l'extrémité inférieure fixée. Il est prévu un espace li-

bre 47 d'une distance prescrite entre l'extrémité supé-

rieure de l'élément 40 et une paroi de séparation au-

dessus de l'extrémité, figures 13 et 14. Une ouverture d'eau d'alimentation 46 est pratiquée dans les parois de séparation 44 de sorte qu'un espace intérieur dans l'élément tubulaire 40 est en communication avec la

chambre au-dessous de la paroi de séparation 44 sur la-

quelle est fixé l'élément 40 à travers l'ouverture 46.

Dans la plaque de plancher 43, un trou d'eau d'alimenta-

tion 43 est pratiqué en un endroit situé au-dessus de

l'élément tubulaire 40.

La figure 15 montre un autre mode de réalisation

du dispositif d'eau d'alimentation qui comprend une con-

duite d'eau d'alimentation 50 traversant verticalement

* les chambres 42. Une ouverture de régulation 51 est pra-

tiquée dans la conduite d'eau d'alimentation 50 à proxi-

mité d'une cloison de séparation supérieure 40 déflnis-

sant chaque chambre 42. Tout comme dans le cas ci-des-

sus, l'espace intérieur de la conduite d'eau d'alimenta-

tion 50 communique avec les chambres 42 par l'intermé-

diaire des chambres de régulation 51.

Pour l'alimentation des chambres 42 en une quan-

tlté prescrite d'eau, la somme de la quantité prescrite

d'eau est d'abord versée dans le dispositif de limita-

tion de vibrations 1 à travers le trou d'eau d'alimenta-

tion 46. L'eau est retenue dans une ou plusieurs des chambres inférieures 42. Ensuite, l'appareil est mis en

rotation sur 90 degrés de façon à maintenir la paroi ho-

rlzontale 44 en position verticale. Dans cette position, l'un des éléments tubulaires 40 ou la conduite d'eau d'alimentation 50 sont maintenus dans une position plus

basse que la surface de l'eau. Par conséquent, une quan-

tité d'eau différente d'une chambre 42 à l'autre est.au-

tcmatiquement régulée. Le dispositif de limitation de vibrations 1 est remis en place. Ensuite, la quantité

d'eau retenue dans les chambres 42 demeure inchangée.

Ainsi, le dispositif d'eau d'alimentation 45 simplifie

fortement l'opération consistant à alimenter les cham-

bres 42 en une quantité prescrite d'eau.

Les figures 16 et 17 montrent un dispositif

d'obturation destiné à couper la communication des cham-

bres 42 après l'alimentation d'une quantité prescrite

d'eau dans les chambres 42. L'-apparell comprend un élé-

ment tubulaire élastique allongé 52 comportant une ad-

mission (non représentée). L'élément tubulaire 52 est de

diamètre plus petit à l'état non gonflé que l'espace in-

térieur dans l'élément tubulaire 40 et la conduite d'eau d'alimentation 50 et son diamètre se dilate lorsqu'il est gonflé de sorte que ce diamètre devient plus grand que le diamètre intérieur de l'élément tubulaire 40 et de la conduite d'eau d'alimentation 52 fermant l'espace

vide 47 ou l'ouverture de régulation 51.

Lorsqu'on utilise le dispositif d'obturation, on

verse de l'eau dans le dispositif de limitation de vi-

brations 1 et une quantité prescrite d'eau est répartie

dans chaque chambre selon un procédé mentionné ci-des-

sus. Ensuite, on insère le dispositif d'obturation dans les éléments tubulaires 40 ou dans la conduite d'eau d'alimentation 50 à l'état non gonflé. On gonfle alors

l'élément tubulaire élastique 52 pour le mettre étroite-

ment en contact avec une surface intérieure des éléments

tubulaires 40 ou de la conduite d'alimentation d'eau 50.

En même temps; l'élément tubulaire élastique 52 obture

les espaces vides 47 ou lés ouvertures de régulation 51.

Par conséquent, l'eau retenue dans les chambres ne peut

s'acheminer vers les autres chambres et s'y évaporer.

Ainsl, on augmente la fiabilité du système.

Dans un autre mode de réalisation représenté dans -la figure 18, la cloison de séparation 61 possède une rainure 60 constituée dans sa surface inférieure et

reliant de façon diamétralement opposée une paire d'ou-

vertures 22 constituée sur les bords opposés de la cloi-

son 61. La profondeur de cette rainure 60 augmente pro-

gressivement de son centre vers ses deux bords. Ainsi

les bulles captées dans la chambre sont amenées par cet-

te rainure 60 jusqu'à l'ouverture 22 par laquelle elles

sont évacuées.

Dans encore un autre mode de réalisation modi-

fié, représenté aux figures 19 et 20, la surface supé-

rieure de la plaque 3 est plate et son épaisseur diminue

à partir des bords de la rainure 7 constituée diamétra-

lement dans sa surface inférieure. Grâce à cette incli-

naison de la surface inférieure, les bulles dans la

chambre peuvent être rassemblées et évacuées plus faci-

lement. Dans ce mode de réalisation également, la pro-

fondeur de la rainure augmente de son centre vers ses

bords extrêmes pour diriger les bulles.

La figure 21 montre un mode de réalisation dans lequel plusieurs barrières 64 sont prévues à l'intérieur de la chambre de sorte à freiner l'écoulement d'eau dans celle-ci et à augmenter le coefficient d'amortissement

du ballottement.

On va maintenant expliquer le fonctionnement du

mode de réalisation.

La structure de plancher comprenant les équipe-

ments installés sur celui-ci et la structure de limita-

tion de vibrations sont représentées sous forme de ma-

quette simple à la figure 10. On va évoquer ci-après les caractéristiques vibratoires en référence à la maquette de la figure 10 qui est un système d'oscillation dit à deux degrés de liberté. Un système amortisseur à ressort

de masse 30 représente schématiquement les caractéristi-

ques vibratoires de la structure du plancher. Une masse

32, un ressort 33 et un amortisseur 34 représentent res-

pectivement la masse effective, la rigidité effective et l'amortissement effectif du mode, qui sont déterminés

par la proprleté structurelle de la structure du plan-

cher et par le poids des équipements supportés par le plancher. Un système 31 comportant une masse, un ressort

et un amortisseur représentent un certain mode de struc-

ture de la limitation de vibrations, de façon plus spé-

clflque, les caractéristiques de ballottement du liquide dans la structure de limitation de vibrations. Une masse

, un ressort 36 sont déterminés par une masse effecti-

ve et un ressort effectif du ballottement qui sont fonc- tion des caractéristiques géométriques des chambres dans

lesquelles est contenu le liquide, la profondeur du li-

quide et la nature du liquide. Etant donné que ces va-

leurs sont identiques dans toutes les chambres, l'effet du ballottement dans celles-ci est représenté par un système unique comportant une masse, un ressort, un

amortisseur 31. La propriété de l'amortisseur 37 est dé-

termlnee principalement par la viscosité du liquide et

par la géométrie du réservoir.

Dans la mesure o le poids effectif du liquide est inférieur à 2 % du poids effectif de la structure du

plancher, l'effet de couplage sur les fréquences natu-

relles de la structure du plancher et du ballottement est négligeable. Par conséquent, lorsque la fréquence

naturelle de la structure du plancher coincide avec cel-

le du ballottement, il en va de même pour la fréquence

naturelle du système à deux degrés de liberté accouplé.

Les fréquences naturelles de ballottement Fs sont déter-

mlnees cor.me suit: Fs = ks g tanh(ks h) /2 w ks: (2n-1) wr/2a n: ordre du mode concerné

2a: largeur du réservoir dans la direction d'oscil-

lation g: gravite h: profondeur de l'eau La fréquence naturelle de la structure du sol fb est déterminée comme suit: fbn = kn/mn /2 r o Kn: rigidité modale de la structure du plancher

Mn: masse modale de la structure du plancher.

Par conséquent, il est désormais possible d'adapter une fréquence naturelle de ballottement à la

fréquence naturelle de la structure du plancher confor-

mément aux équations précitées.

Etant donné que le ballottement résonne avec la

vibration de la structure du plancher lorsque cette der-

nière vibre par suite de secousses sismiques etc., l'am-

plitude vibratoire de la structure du plancher est ré-

dulte grâce à la structure de limitation de vibrations.

Dans l'explication ci-dessus, les caractéristi- ques vibratoires du bâtiment ont été représentées par le premier mode et les effets de la structure de limitation

de vibrations ont été décrits de façon simplifiée. Tou-

tefols, l'application de la structure de limitation de

vibrations n'est pas limitée au premier mode mais s'ap-

plique également a tout autre mode. Dans ce cas, la

structure de limitation de vibrations est avantageuse-

ment installée à l'endroit o le bâtiment se déplace fortement dans le mode à réduire.- Par conséquent, la

structure de limitation de vibrations peut être instal-

lée au niveau d'un étage ou de plusieurs étages lntermé-

dlaires.

La fréquence naturelle de la structure du plan-

cher diffère bien entendu selon le mode. Par conséquent,

la géométrie de la chambre contenant le liquide est dé-

termlnée de façon à égaliser la fréquence naturelle de ballottement et la fréquence naturelle de la structure

de plancher du mode concerne.

De plus, étant donné que la structure de limita-

25.tlon de vibrations selon la présente invention est com-

pacte, elle peut être installée sous n'importe quelle

structure de plancher.

La structure de limitation de vibrations conte-

nant une quantité considérable de liquide, elle est ef-

ficace également en tant que cloison d'isolation acous-

tique et de cloison pare-feu également.

Les effets de la structure de limitation de vi-

brations de la présente invention ont été vérifiés à l'aide d'analyses de réponse à des secousses sismiques des structures de plancher avec et sans la structure de

limitation de vibrations. La structure soumises aux ana-

lyses est une maquette de la charpente de plancher d'un bâtiment à cinq étages et un dispositif de limitation de

vibrations situé sur le desssus de la structure du plan-

cher comme cela est indiqué à la figure 1. La maquette

du bâtiment présente une masse de 400 kg à chaque étage.

La première période naturelle (inverse de la première fréquence naturelle) de la structure du plancher est de 0,41 seconde. Le poids effectif total de liquide est de 52 kg et sa première-période de ballottement est de 0, 41 seconde. La figure 12(A) montre la valeur des variations temporelles de déplacement à la quatrième masse à partir du bas de la structure de plancher sans le dispositif de limitation de vibrations sensible à l'enregistrement sismique de El Centro (ES). La figure 12(B) montre la

valeur des variations temporelles correspondantes du bâ-

tlment équipé du dispositif de limitation de vibrations.

La comparaison des réponses aux secousses sismiques mon-

tre clairement que le déplacement de réponses de la structure de plancher est réduit grâce à une structure de limitation de vibrations. De plus, les vibrations se stabilisent plus rapidement lorsque la structure de

plancher est munie du dispositif de limitation de vi-

brations.

Une étude analytique supplémentaire montre que l'effet du dispositif de limitation de vibrations est remarquable lorsque la masse effective du ballottement est supérieure à 0,5 % de la masse effective de la structure de plancher. Il est également démontré que lorsque la masse effective du ballottement dépasse 2 %

de celle de la structure de plancher, la fréquence natu-

relle du système accouplé devient alors différente des

structures non couplées et l'effet de limitation de vi-

bration diminue. Dans ces cas, il faut ajuster la fré-

quence de ballottement en prenant en considération l'effet de couplage des structures. Lorsque la fréquence naturelle de ballottement est correctement ajustée, l'effet de limitation de vibrations peut dans ces cas

être également obtenu.

La figure 11 montre un spectre de Fourier des valeurs des variations temporelles. Lorsque la structure de plancher n'est pas munie du dispositif, la fonction

de transmission comporte une pointe sensible qui signi-

fie que la structure du plancher potentialise une compo-

sante de fréquence spécifique fl contenue dans, la source vibratoire d'entrée. En revanche, dans le cas o le

plancher est muni d'un dispositif de limitation de vi-

brations, la pointe se fractionne en plusieurs pointes et la hauteur de pointe est de loin inférieure à la pointe sensible du premier cas. En conséquence, l'aire du spectre est plus petite dans le second cas que dans

le premier cas. Le résultat coïncide avec une caracté-

rlstique observée dans les valeurs de variations tempo-

relles, c'est-à-dlre que lorsque le plancher est muni du

dispositif, un déplacement de grandes réponses sous for-

me d'une oscillation harmonique simple observée dans le

premier cas est réduite dans le second cas, et il s'en-

suit que l'amplitude de la réponse est beaucoup plus

faible dans le second cas que dans le premier cas.

( RÉPUBLIQUE FRAN AISE 2 614 338

INSTITUT NATIONAL

DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE

PARIS Ce numéro n'a donné lieu à aucune publication o0

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Dlspositlf de limitation de vibrations desti-

né à une structure de plancher, étage ou niveau de bâti-

ment la structure de plancher comprenant un plancher, supporté à partir d'éléments de charpente du bâtiment et présentant une fréquence naturelle, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un réservoir aux dimensions prescrites fixé sur la structure du plancher; et (b) un liquide contenu dans le réservoir, présentant une profondeur prescrite et une surface libre; rendant ainsi une fréquence naturelle de ballottement du

liquide de façon générale égale à une fréquence naturel-

le sèche de la structure du plancher correspondant à une condition dans laquelle la charge du réservoir sans le liquide et sans les équipements repose sur la structure

du plancher.

2. Dispositif de limitation de vibrations desti-

ne à une structure de plancher selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plancher comprend au moins une

plaque de plancher et le réservoir est fixé sur la pla-

que de plancher par le dessous pour être accroché à ce-

lui-ci.

3. Dispositif de limitation de vibrations pour une structure de plancher selon la revendication 1, dans lequel le réservoir est caractérisé en ce qu'il comprend; (a) des éléments de parois latérales rectangulaires présentant un bord supérieur, un bord inférieur et des bords latéraux fixées l'une sur l'autre entre

eux sur leur bords latéraux et fixées sur le plan-

cher par leur bord supérieur;

(b) un élément de paroi de fond fixé sur le bord infé-

rieur des éléments de parois latérales, définissant

ainsi un espace intérieur de parallélépipède rec-

tangle destiné à contenir le liquide.

4. Dispositif de limitation de vibrations desti-

né à une structure de plancher selon la revendication 3, caractérisé en ce que le réservoir comprend de plus des parois de séparation disposees dans l'espace intérieur pour séparer l'espace intérieur en plusieurs chambres aux dimensions prescrites, le liquide est contenu dans chaque chambre, et le liquide dans les chambres présente

une profondeur prescrite et une surface libre.

5. Appareil de limitation de vibrations destiné à une structure de plancher selon la revendication 4, dans lequel les parois de séparation comprennent au

moins une paroi de séparation verticale disposée verti-

calement dans l'espace intérieur et comporte au moins un

trou de communication prévu au-dessous de la surface li-

bre du liquide à travers lequel des chambres contigués

sont en communication entre elles.

6. Dispositif de limitation de vibrations pour une structure de plancher selon la revendication 4, dans

lequel la géométrie des chambres et la profondeur de li-

quide retenue dans les chambres sont identiques pour toutes les chambres de sorte qu'une fréquence naturelle du ballottement du liquide coincide avec une fréquence

naturelle de la structure de plancher.

7. Dispositif de limitation de vibrations pour

une structure de plancher selon la revendication 4, ca-

ractérisé en ce qu'il comprend de plus un moyen d'ali-

mentatlon de liquide destiné à amener le liquide aux

chambres et un moyen d'évacuation du liquide pour éva-

cuer ce dernier à partir des chambres.

8. Dispositif de limitation de vibrations pour

une structure de plancher selon la revendication 3, ca-

ractérisé en ce que plusieurs parois cylindriques, com-

portant une extrémité supérieure et une extrémité infé-

rieure, sont prévues dans l'espace intérieur de sorte que l'extrémité supérieure vient en contact avec le plancher et l'extrémité inférieure vient en contact avec la paroi de fond, les parois cylindriques définissant

des espaces intérieurs cylindriques respectifs, les pa-

rois cylindriques sont en contact entre elles pour.for-

mer un espace prismatique de façon générale quadrilaté-

ral, chaque paroi cylindrique étant en contact avec une paire de parois latérales tangentielles à celle-ci et venant en intersection entre elles pour former un espace prismatique de façon générale triangulaire entre elles,

le liquide étant ainsi retenu dans les espaces inté-

rieurs cylindriques.

9. Dispositif de limitation de vibrations desti-

né à une structure de plancher selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'au moins une paroi de séparation est prévue dans l'espace intérieur du parallélépipède

rectangle de façon à diviser les espaces intérieurs cy-

lindriques en chambres, le liquide étant retenu dans

chacune des chambres.

10. Dispositif de limitation de vibrations desti-

né à une structure de plancher selon la revendication 9,

caractérisé en ce que les premières fentes sont prati-

quées dans chacune des parois cylindriques au niveau d'une partie inférieure de chaque chambre, de sorte que la chambre communique avec l'espace prismatique de façon générale quadrilatéral à l'intérieur de celle-ci, des

secondes fentes sont pratiquées dans les parois cylin-

driques au niveau d'une partie supérieure de chaque chambre de sorte que la chambre communique avec l'espace prismatique triangulaire et un moyen d'alimentation en

eau est prévu pour amener l'eau sur l'espace prismatique-

triangulaire.

11. Dispositif de limitation de vibrations desti-

né à une structure de plancher selon la revendication 4,

caractérisé en ce qu'une fréquence naturelle de ballot-

tement dans une direction longitudinale coincide de fa-

çon générale avec une fréquence naturelle de la structu-

re du plancher dans la direction longitudinale et une fréquence de ballottement naturelle dans une direction

transversale coincide de façon générale avec une fré-

quence naturelle de la structure de plancher dans la di-

rection transversale.

12. Procédé destiné à limiter les vibrations d'un plancher, supporté par des éléments de charpente d'un bâtiment, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: (a) fixer un dispositif de limitation de vibrations à la structure du plancher, le dispositif comprenant un réservoir; et (b) alimenter le réservoir en une quantité prescrite de liquide de façon que le liquide ait une profondeur

prescrite et une surface libre sur le dessus de ce-

lui-ci; une fréquence naturelle de ballottement du liquide étant ainsi aDustée de façon à être généralement égale à une fréquence naturelle sèche de la structure de plancher, une fréquence naturelle de la structure du plancher dans

laquelle la charge du dispositif de limitation de vibra-

tions sans le liquide et sans les équipements repose sur

la structure du plancher.

13. Procédé destiné à limiter les vibrations d'un plancher selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'appareil de limitation des vibrations est fixé au

plancher par le dessous.

14. Procédé destiné à limiter les vibrations d'un plancher selon la revendication 9, caractérisé en ce que plusieurs dispositifs de limitation de vibrations sont

fixés sur au plancher.

15. Dispositif destiné à limiter les vibrations d'un plancher selon la revendication 12, caractérisé en

ce que les fréquences naturelles de ballottement longi-

tudinal et transversal coïncident respectivement avec

les fréquences naturelles longitudinales et transversa-

les de la structure de plancher.