Brevet FR2698896A1 — publié le 19940610

Dispositif d 'atténuation des oscillations d'ouvrages ou structures, notamment d'ouvrages élancés tels que des cheminées, pylônes, mâts et ouvrages analogues. La présente invention se rapporte à un dispositif d'atténuation des oscillations d'ouvrages ou structures, notamment d'ouvrages élancés tels que cheminées, pylônes, mâts et ouvrages analogues, comprenant une masse inerte reliée à l'ouvrage par des éléments élastiques et amortisseurs. ll est bien connu que des ouvrages élancés tels que cheminées, pylônes, mâts et ouvrages analogues ont tendance à osciller sous l'effet du vent ou de secousses sismiques. L'importance de ces oscillations dépend notamment du degré d'amortissement propre de l'ouvrage, lequel est fonction notamment de la configuration et du matériau de l'ouvrage. C'est ainsi que, par exemple, des cheminées métalliques sont nettement plus sujettes aux oscillations que des cheminées en béton. Pour atténuer ces oscillations, on a déjà proposé des dispositifs de natures très diverses généralement prévus en tête des ouvrages, entre autres des dispositifs comprenant une masse inerte suspendue dont les mouvements oscillants sont amortis par des éléments amortisseurs du type amortisseurs pour véhicules automobiles. Une solution plus simple et plus efficace est proposée par le document DE-A-28 06 757, suivant lequel des éléments à la fois élastiques et amortisseurs sont disposés radialement entre la masse inerte et l'ouvrage. Ces éléments élastiques et amortisseurs sont constitués par des ressorts hélicoïdaux câblés, c'est-à-dire constitués par un câble d'acier qui, lors de sa déformation, dissipe de l'énergie par le frottement des torons du câble les uns sur les autres. Ce dispositif connu d'atténuation des oscillations présente l'inconvénient de ne pas permettre une adaptation optimale simple des propriétés d'élasticité et d'amortissement de la liaison entre la masse inerte et l'ouvrage, adaptation qui serait cependant désirable pour pouvoir tenir compte à la fois de l'importance de la masse inerte, des caractéristiques de l'ouvrage, de l'évolution de ces caractéristiques au cours du temps (par exemple corrosion dans le cas d'ouvrages métalliques), des caractéristiques réelles du sol de fondation, etc... Les seules possibilités prévues à cet effet consistent, soit dans le choix d'un nombre plus ou moins important d'éléments élastiques et amortisseurs, soit dans l'incorporation aux éléments de matériaux amortisseurs, par exemple de caoutchouc ou de matière plastique, et/ou dans l'enrobage des éléments à l'aide de tels matériaux. Une telle adaptation n'est ni simple, ni continue. La présente invention vise un dispositif d'atténuation des oscillations d'ouvrages, dispositif qui permet, par des moyens simples, une adaptation optimale de ses caractéristiques d'élasticité et d'amortissement à la masse inerte et à l'ouvrage. L'invention a pour objet un dispositif d'atténuation des oscillations d'ouvrages, notamment d'ouvrages élancés tels que cheminées, pylônes, mâts et ouvrages analogues, comprenant une masse inerte reliée à l'ouvrage par des éléments élastiques et amortisseurs constitués par un ou plusieurs ressorts câblés. Selon l'invention, le ou les ressorts câblés et leur mode de liaison avec l'ouvrage et/ou avec la masse inerte sont conçus de manière que l'effet d'élasticité et l'effet d'amortissement des ressorts câblés soient réglables. De préférence, les ressorts câblés et leur mode de liaison avec l'ouvrage et/ou avec la masse inerte sont conçus de manière que l'effet d'élasticité et l'effet d'amortissement des ressorts câblés soient réglables de façon continue. Le réglage de l'effet d'élasticité et de l'effet d'amortissement des ressorts câblés peut avantageusement être effectué par le fait que la longueur utile des ressorts câblés entre leurs points de liaison avec l'ouvrage et avec la masse inerte est réglable. Suivant un mode de réalisation, les ressorts câblés peuvent se présenter chacun sous la forme d'un tronçon de câble d'acier en U, relié de façon réglable à la masse inerte d'une part, et à l'ouvrage, d'autre part par les deux branches du U de manière que la longueur de la partie utile incurvée du ressort entre les points de fixation des deux branches du U soit réglable. Afin d'obtenir un effet d'amortissement élevé avec un faible nombre d'éléments élastiques et amortisseurs, il est possible de réaliser chacun des ressorts câblés par un tronçon de câble en forme de boucle à deux U, dont les branches sont reliées à la masse inerte, d'une part, et à l'ouvrage, d'autre part, respectivement par deux points de fixation espacés réglables de manière à permettre un réglage de la longueur des deux parties utiles opposées incurvées du tronçon de câblé d'acier entre l'ouvrage et la masse inertie. Un tel réglage peut être obtenu, soit par l'écartement et le rapprochement l'une de l'autre des deux extrémités du tronçon de ressort câblé cintré en forme de boucle, avec déplacement du câble par rapport à ses dispositifs de fixation qui peuvent alors être immobiles par rapport à la masse inerte et par rapport à l'ouvrage. Cependant, le même résultat peut être obtenu également par le fait que l'un au moins des deux dispositifs de fixation à la masse inerte, d'une part, et à l'ouvrage, d'autre part, est réglable en position par rapport à son support (masse inerte, ouvrage). Suivant un autre mode de réalisation, un élément élastique et amortisseur unique est prévu pour la masse inerte, cet élément comprenant un seul tronçon de câblé d'acier conformé en ressort à boudin en passant dans les trous de quatre anneaux dont deux sont reliés à la masse inerte et deux à l'ouvrage, l'un au moins de chacun de ces deux anneaux étant réglable en position suivant son axe. En se référant aux dessins schématiques annexés, on va décrire ciaprès plusieurs modes de réalisation illustratifs et non limitatifs d'un dispositif d'atténuation d'oscillation conforme à l'invention; sur les dessins la figure 1 est une coupe verticale, dans un plan diamétral, d'un dispositif conforme à l'invention installé dans un mât; la figure 2 est une vue de dessus du dispositif de la figure 1; la figure 3 est une coupe verticale, dans un plan diamétral, d'un dispositif conforme à l'invention installé sur une cheminée; la figure 4 est une vue de dessus du dispositif de la figure 3; la figure 5 est une coupe verticale dans un plan diamétral d'un dispositif conforme à l'invention comportant un élément élastique et amortisseur unique et installé dans un mât; la figure 6 est une vue de dessus du dispositif de la figure 5. Le dispositif conforme à l'invention tel qu'illustré par les figures 1 et 2 est destiné à atténuer les oscillations d'un ouvrage élancé 1 tel qu'un mât, par exemple un mât métallique. Ce dispositif comprend une masse inerte 2 suspendue de façon pendulaire à l'extrémité supérieure du mât 1, à l'intérieur de ce dernier, par exemple par un câble 3 accroché à une traverse 4 fixées à l'intérieur du mât 1. L'importance de la masse inerte 2 est choisie, de façon connue en soi, en fonction de la masse totale de l'ouvrage 1. Ce mode de détermination est connu en soi et n'entre pas dans le cadre de la présente invention. La masse 2 est par ailleurs reliée radialement au mât 1 qui l'entoure par plusieurs éléments élastiques et amortisseurs 5. Dans l'exemple représenté, les éléments 5 sont au nombre de trois et sont répartis à 1200 les uns des autres autour de la masse inerte, comme le montre la figure 2. Chaque élément 5 est constitué par un tronçon de câble d'acier conformé en étrier en U par son blocage dans deux dispositifs de serrage 6 et 7 fixés l'un intérieurement au mât 1, et l'autre à la masse inerte 2. L'élément 5 présente ainsi deux branches 8 et 9 maintenues dans les dispositifs de serrage 6 et 7 et une partie 10 incurvée reliant entre elles les deux branches 8 et 9 et constituant la partie utile de l'élément 5. Les deux dispositifs de serrage 6 et 7 qui peuvent être par exemple des dispositifs de serrage à vis analogues à des bomes à vis utilisées pour les raccordements électriques permettent, lorsqu'ils sont desserrés, de faire coulisser l'élément 5 vers le haut ou vers le bas, donc de faire varier la longueur de la partie utile 10 de l'élément entre les deux dispositifs de serrage 6 et 7. Cette variation de la longueur utile des éléments 5 entraîne une variation de la raideur et de l'effet d'amortissement des éléments 5, l'effet d'amortissement étant produit par le frottement entre les torons du câble d'acier lors des déformations que subit la partie utile 10 de l'éléments sous l'action d'oscillations induites dans l'ouvrage 1, par exemple par l'effet dynamique du vent. Selon le mode de réalisation des figures 3 et 4, un ouvrage 1 1 constitué par exemple par une cheminée métallique comporte, à son extrémité supérieure, en vue de l'amortissement de ses oscillations, une masse inerte 12 annulaire entourant à distance l'extrémité supérieure de la cheminée 11 en étant suspendue par exemple par trois câbles 13 à trois bras 14 fixés en porte à faux, en position radiale, extérieurement sur la cheminée 11. Plusieurs éléments élastiques et amortisseurs 15 sont disposés entre la cheminée 11 et la masse 12, ces éléments étant, dans l'exemple représenté, au nombre de trois et décalés de 120 les uns par rapport aux autres autour de la cheminée 11. Chaque élément 15 est constitué par un tronçon de câble d'acier conformé en forme de boucle par passage dans deux dispositifs de serrage 16 disposés sur le côté intérieur de l'anneau 12, l'un au dessus de l'autre, et dans deux dispositifs de serrage 17 disposés sur la face extérieure de la cheminée 11, l'un au dessus de l'autre de telle manière que les deux extrémités 18, 19 du tronçon de câble soient situés entre les deux dispositifs de serrage 17.De ce fait, le tronçon de câble constituant chaque élément 15 comporte deux parties incurvées 20 constituant deux parties utiles à effet élastique et d'amortissement, situées respectivement entre les deux dispositifs 16 et 17 supérieurs et les deux dispositifs 16 et 17 inférieurs. Par variation de la longueur desdites parties utiles 20, variation qui peut se faire soit par écartement des deux extrémités 18 et 19 l'une de autre, les dispositifs 16 et/ou 17 restant immobiles, soit, lorsque au moins l'un des dispositifs 16 ou des dispositifs 17 est relié à la masse 12 ou à la cheminée 1 1 de façon mobile verticalement, par déplacement des dispositifs 16 et 17 dans le sens de l'écartement ou du rapprochement réciproque des deux dispositifs 16 et/ou des deux dispositifs 17, il est possible de régler l'effet d'élasticité et d'amortissement des éléments 15. Dans le mode de réalisation suivant les figures 5 et 6 dans lequel un mât 21 est équipé à son extrémité supérieure d'une masse inerte 21 suspendue par un câble 23 de façon pendulaire à une traverse 24 à l'intérieur du mât, un élément 25 formant ressort et amortisseur, constitué par un seul tronçon de câble d'acier de grande longueur, est disposé entre le mât 21 et la masse 22. A cet effet, deux anneaux 26 comportant chacun une multitude de trous régulièrement répartis sur son pourtour sont reliés au mât 21 en étant disposé l'un au-dessus de l'autre, et deux anneaux 27 comportant également chacun une multitude de trous axiaux répartis sur son pourtour sont reliés à la masse 22 en étant disposés l'un au-dessus de l'autre. A l'endroit de chaque trou axial, chaque anneau extérieur 26 peut comporter un dispositif de serrage de câble, par exemple une vis engagée dans un trou taraudé débouchant dans le trou axial.Par ailleurs, au moins l'un des anneaux extérieurs 26 peut être relié au mât 21 et ou au moins l'un des anneaux intérieurs 27 peut être relié à la masse 22 avec mobilité dans le sens vertical, ce qui permet de rapprocher et d'écarter l'un de l'autre les deux anneaux extérieurs 26 et/ou les deux anneaux intérieurs 27. L'élément 25 constitué par un seul tronçon de câble d'acier est enfilé en hélice dans les trous axiaux des anneaux 26, 27 de manière à constituer, sur tout le pourtour de la masse 22, une multitude de boucles sensiblement radiales, allongées verticalement. Ainsi, le rapprochement ou l'écartement des deux anneaux 16 et/ou des deux anneaux 17 permet de raccourcir ou d'allonger les branches verticales 28, 29 des boucles de l'élément 25 et, par conséquent, d'augmenter ou de réduire en conséquence la longueur des parties utiles 30 incurvées situées à l'extérieur des anneaux 26 et 27. Cela permet donc de faire varier à la fois l'élasticité et l'effet d'amortissement des parties utiles 30 de l'élément 25 élastique et amortisseur. n y a lieu de noter que les modes de réalisation représentés et décrits n'ont été donnés qu'à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs et que de nombreuses modifications et suivantes sont possibles dans le cadre de l'invention. En particulier, le nombre et la conformation des éléments élastiques et amortisseurs pourraient être différents, de même que le mode de liaison de ces éléments avec l'ouvrage, d'une part, et avec la masse inerte, d'autre part. Il serait également possible de ne pas suspendre la masse inerte de façon pendulaire à l'ouvrage, les éléments élastiques et amortisseurs pouvant, le cas échéant, assurer également le rôle de support de la masse inerte. REVENDICATIONS I. Dispositif d'atténuation des oscillations d'ouvrages ou structures, notamment d'ouvrages élancés tels que des cheminées, pylônes, mâts et ouvrages analogues, comprenant une masse inerte reliée à l'ouvrage par des éléments élastiques et amortisseurs constitués par un ou plusieurs ressorts câblés, caractérisé par le fait que le ou les ressorts câblés (5, 15, 25) et leur mode de liaison avec l'ouvrage (1, 11, 21) et/ou avec la masse inerte (2, 12, 22) sont conçus de manière que l'élasticité et l'effet d'amortissement des ressorts câblés soient réglables. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les ressorts câblés (5, 15, 25) et leur mode de liaison avec l'ouvrage et/ou avec la masse inerte sont conçus de manière que l'effet d'élasticité et l'effet d'amortissement des ressorts câblés soient réglables de façon continue. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le réglage de l'effet d'élasticité et de l'effet d'amortissement des ressorts câblés (5, 15, 25) s'effectue par réglage de la longueur utile des ressorts câblés entre leurs points de liaison avec l'ouvrage et avec la masse inerte. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les ressorts câblés se présentent chacun sous la forme d'un tronçon de câble d'acier (5) en U, relié de façon réglable à la masse inerte (2), d'une part, et à l'ouvrage (1), d'autre part, par les deux branches (8, 9) du U de manière que la longueur de la partie utile incurvée (10) du ressort entre les deux points de fixation (6, 7) soit réglable. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que chaque ressort câblé est constitué par un tronçon de câble d'acier (15) en forme de boucle à deux U dont les deux branches sont reliées à la masse inerte (12), d'une part, et à l'ouvrage (11), d'autre part, respectivement en deux points de fixation (16, 17) espacés réglables de manière à permettre un réglage de la longueur des deux parties utiles (20) opposées, incurvées, du tronçon de câble d'acier entre l'ouvrage et la masse inerte. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que les dispositifs de fixation (16, 17) du tronçon de câble d'acier (15) sont fixes par rapport à la masse inerte (12) et par rapport à l'ouvrage (11) et sont adaptés pour permettre un réglage par déplacement du tronçon de câble par rapport à ces dispositifs. 7. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que l'un au moins des deux dispositifs de fixation du tronçon de câble d'acier à la masse inerte, d'une part, et à l'ouvrage, d'autre part, est réglable en position par rapport à la masse inerte ou à l'ouvrage. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comprend un seul tronçon de câble d'acier (25) conformé en ressort à boudin en passant par les trous de quatre anneaux (26, 27) dont deux (26) sont reliés à l'ouvrage (21) et deux (27) à la masse inerte (22, l'un au moins de chacun de ces deux anneaux étant réglable en position suivant son axe.