DE4313835C1 - Building-vibration damper for basic and higher frequencies - Google Patents

Abstract

The main weight oscillates on the building (1), and a lighter one (5) is suspended from it. Second coil springs of wire rope (6.2) are mounted between the two weights. The double pendulum mechanism is so tuned that at the basic frequency of the building the weights oscillate in phase, while at the higher frequency they vibrate in anti-phase.Third wire-rope coil springs can be mounted between the lighter weight and the building. Both weights are rings and the lighter one is axially and radially set inside to heavier one.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer für Bauwerke, bestehend aus einer an diesen schwingend zu lagernden Dämpfungs­ masse und wenigstens einer auf sie wirkenden, mit der Längsachse quer zu deren Schwingungsrichtung angeordneten Drahtseil-Schraubenfeder, welche zusammen mit der Dämpfungs­ masse auf die Grundfrequenz und eine höhere Eigenfrequenz des Bauwerks abgestimmt ist.The invention relates to a vibration damper for buildings, consisting of a damping to be mounted on these mass and at least one acting on it, with the Longitudinal axis arranged transversely to their direction of vibration Wire rope coil spring, which together with the damping mass to the fundamental frequency and a higher natural frequency of the Building is coordinated.

Ein derartiger Schwingungsdämpfer mit Drahtseil-Schraubenfedern zur Erzeugung einer auf die Dämpfungsmasse wirkenden Rückstellkraft und gleichzeitig zur Schwingungsdämpfung durch innere Reibung ist aus der DE-OS 28 06 757 bekannt. Er hat eine bestimmte Dämpfungsmasse, welche mit ersten Drahtseil- Schraubenfedern auf die Grundfrequenz und mit stufenweise hinzutretenden weiteren Drahtseil-Schraubenfedern auf eine höhere Eigenfrequenz des Bauwerks abgestimmt werden soll. Dies bereitet jedoch große praktische Schwierigkeiten, und wegen der nicht-linearen Federcharakteristik ist grund­ sätzlich keine optimale Dämpfung der Schwingungen mit der Grundfrequenz und dem Oberton des Bauwerks möglich, sondern bestenfalls ein guter Kompromiß.Such a vibration damper with wire rope coil springs to generate an acting on the damping mass Restoring force and at the same time for vibration damping internal friction is known from DE-OS 28 06 757. He has a certain damping mass, which with first wire rope Coil springs on the fundamental frequency and with gradual additional wire rope coil springs on a higher natural frequency of the structure should be coordinated. However, this creates great practical difficulties, and is because of the non-linear spring characteristic additionally no optimal damping of the vibrations with the Fundamental frequency and the overtone of the structure possible, but at best a good compromise.

Der vorstehend erörterte Mangel der fehlenden optimalen Abstimmungsmöglichkeit auf unterschiedlichen Frequenzen ist auch bei einem Schwingungs­ dämpfer gemäß DE-PS 38 16 033 vorhanden, bei welchem eine einzige Dämpfungsmasse an zwei in Reihe angeordneten Feder­ gliedern in Form von Blattfedern und Spanndraht aufgehängt ist. Im letzteren Fall kommt erschwerend hinzu, daß es sich nur um einen sog. Tilger ohne wirksame Dämpfung handelt.The one discussed above Lack of the lack of optimal coordination options different frequencies is even with a vibration Damper according to DE-PS 38 16 033 available, in which one only damping mass on two springs arranged in series articulated in the form of leaf springs and tension wire is. In the latter case it is aggravated that it is is only a so-called absorber without effective damping.

Um Eigenschwingungen mit unterschiedlichen Frequenzen zu dämpfen, könnten an dem Bauwerk zwei unterschiedlich schwere Dämpfungsmassen mit jeweils geeigneten Drahtseil-Schraubenfedern angehängt werden. Dann ergeben sich aber insgesamt große Massen und entsprechend hohen Baukosten. Außerdem müßten mit großem Aufwand am Bauwerk getrennte Vorrichtungen angebracht und Montagearbeiten ausgeführt werden, um zwei voneinander getrennte Dämpfungssysteme aufzuhängen.To natural vibrations with different frequencies too dampen, could have two different weights on the structure Damping compounds with suitable wire rope coil springs be attached. But then there are big ones overall  Masses and correspondingly high construction costs. In addition, would have to great effort attached to the structure separate devices and assembly work to be carried out two by one separate damping systems.

Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsdämpfer für Bauwerke zu schaffen, der sich auf einfache Weise und mit relativ kleiner Dämpfermasse mittels Drahtseil-Schraubenfedern auf zwei verschiedene Eigenfrequenzen des Bauwerks optimal ab­ stimmen und leicht montieren läßt.Based on the prior art mentioned at the outset the invention has for its object a vibration damper for buildings to create oneself in a simple way and with relative small damper mass using wire rope coil springs optimally two different natural frequencies of the structure right and easy to assemble.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dämpfungsmasse durch ein Doppelpendel gebildet ist mit einem im montierten Zustand am Bauwerk schwingend gelagerten schwereren Körper und einem an diesem Körper schwingend ge­ lagerten leichteren Körper, daß zwischen dem schwereren Körper und dem Bauwerk erste Drahtseil-Schraubenfedern und zwischen den beiden Körpern beide Drahtseil-Schraubenfedern angeordnet sind, und daß das Doppelpendel so auf die Eigenfrequenzen des Bauwerks abgestimmt ist, daß die beiden Körper bei der Grundfrequenz des Bauwerks mit gleicher Phase und bei einem Oberton des Bauwerks gegenphasig schwingen.The above object is achieved in that the damping mass is formed by a double pendulum one which is mounted on the structure in a swinging manner when assembled heavier body and a swinging on this body encased lighter bodies that between the heavier bodies and the structure's first wire rope coil springs and between both wire rope coil springs are arranged in the two bodies are, and that the double pendulum so on the natural frequencies the structure is coordinated that the two bodies at Basic frequency of the building with the same phase and at one Swing the structure's overtone in phase opposition.

Der vorgeschlagene Schwingungsdämpfer bietet den Vorteil, daß er durch die Aufteilung der Dämpfungsmasse auf zwei Körper und die zwischen diesen angeordneten, zusätzlichen Drahtseil- Schraubenfedern sehr genau auf eine höhere Eigenfrequenz des Bauwerks abgestimmt werden kann, ohne daß dadurch die optima­ le Abstimmung auf die Grundfrequenz des Bauwerks beeinträchtigt wird. Das Ergebnis ist also dasselbe wie bei zwei un­ abhängig voneinander an einem Bauwerk aufgehängten oder pendelnd abgestützten, mit einer Dämpfung versehenen Masse- Feder-Systemen, von denen eines auf die Grundfrequenz und das andere auf eine höhere Eigenfrequenz abgestimmt ist. Die Erfindung hat darüber hinaus jedoch jedoch den Vorzug, daß man nur eine einzige Aufhängung am Bauwerk braucht und die Dämp­ fungsmasse insgesamt kleiner ist, weil die beiden Körper als Doppelpendel zusammenwirken.The proposed vibration damper has the advantage that he by dividing the damping mass into two bodies and the additional wire rope Coil springs very precisely to a higher natural frequency of the Building can be coordinated without the optima le adjustment to the basic frequency of the structure impaired becomes. So the result is the same as with two un depending on each other suspended or swinging on a building supported, damped mass Spring systems, one of which is based on the fundamental frequency and  the other is tuned to a higher natural frequency. The In addition, however, invention has the advantage that only a single suspension on the structure needs and the damper tion mass is smaller overall because the two bodies than Double pendulums work together.

In bevorzugter praktischer Ausführung der Erfindung ist der schwerere Körper pendelnd an einem senkrecht aufragenden, ho­ rizontal schwingenden Bauwerk anhängbar, während der leichtere Körper am schwereren Körper pendelnd abgehängt ist. Dabei sind vorzugsweise beide Körper Ringe, und der leichtere Ring ist radial und axial innerhalb des schwereren Rings an­ geordnet. Die zwischen dem schwereren und dem leichteren Körper wirksamen Drahtseil-Schraubenfedern sind an ihrem äußeren Umfang mit beiden Körpern fest verbunden, so daß bei jeder Relativbewegung die vorausberechneten Rückstell- und Rei­ bungskräfte wirksam werden.In a preferred practical embodiment of the invention heavier bodies swinging on a vertically towering, ho rizontal swinging structure attachable, while the lighter Body is suspended from the heavier body. Here are preferably both body rings, and the lighter one Ring is on radially and axially within the heavier ring orderly. The one between the heavier and the lighter body effective wire rope coil springs are on their outer Circumference with both bodies firmly connected, so that with each Relative movement of the pre-calculated reset and Rei be effective.

Alle Ausführungsvarianten des neuen Schwingungsdämpfers ge­ statten eine weitgehende Vormontage, so daß an der Baustelle lediglich noch die vormontierte Einheit aufgehängt, auf Pendel­ stangen abgestützt und/oder unmittelbar an den Drahtseil- Schraubenfedern befestigt zu werden braucht.All versions of the new vibration damper provide extensive pre-assembly, so that at the construction site only the pre-assembled unit is suspended on a pendulum rods supported and / or directly on the wire rope Coil springs need to be attached.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch den obersten Abschnitt eines als Schornstein dienenden, hohen Metallrohrs mit einem daran angehängten Schwingungsdämpfer zur Dämpfung winderreg­ ter Schwingungen in der Grundfrequenz und einer höheren Eigen­ frequenz des Bauwerks. Wegen der zylindrischen Form des Rohrs und der Dämpfungsmasse genügt die Darstellung auf einer Seite der senkrechten Mittellängsachse. An embodiment of the invention is described below the drawing explained in more detail. This shows in a schematic Representation of a longitudinal section through the uppermost section a high metal pipe serving as a chimney with a attached vibration damper for damping ter vibrations in the fundamental frequency and a higher eigen frequency of the structure. Because of the cylindrical shape of the Pipe and the damping mass suffice to show them on one Side of the vertical central longitudinal axis.  

Am oberen Ende des gezeigten Rohrs 1 sind z. B. drei radial nach außen vorstehende Konsolen 2 angebracht, an denen mittels Pendelstangen 3 ein ringförmiger Körper 4, z. B. aus Stahl, angehängt ist. Im Innenraum des im Beispielsfall im wesentlich hohlzylindrisch ringförmigen Körpers 4 ist an einer mit diesem verbundenen Halterung 8, ebenfalls über z. B. drei Pendelstangen, ein leichterer hohlzylindrischer ringförmiger Körper 5 angehängt. Er befindet sich im Ausfüh­ rungsbeispiel nicht nur radial, sondern auch axial innerhalb des schwereren äußeren ringförmigen Körpers 4, beeinflußt also das Aussehen des Bauwerks nicht. Die Halterung 8 kann z. B. ein über den gesamten Umfang umlaufender, mit der Innenwand des ringförmigen Körpers 4 verschweißter Flansch­ ring sein, alternativ kommen aber auch z. B. drei einzelne, je für sich an der Innenwand des ringförmigen Körpers 4 be­ festigte, sich radial nach innen erstreckende Konsolen in Frage. Die Masse der Halterung 8 ist als Masse des ringförmigen Körpers 4 zu berücksichtigen.At the upper end of the tube 1 shown z. B. three radially outwardly projecting brackets 2 , on which by means of pendulum rods 3 an annular body 4 , z. B. made of steel. In the interior of the substantially hollow cylindrical annular body 4 in the example, is attached to a bracket 8 connected to this, also via z. B. three pendulum rods, a lighter hollow cylindrical annular body 5 attached. It is in the exemplary embodiment not only radially but also axially within the heavier outer annular body 4 , so it does not affect the appearance of the structure. The bracket 8 can, for. B. a circumferential over the entire circumference, welded to the inner wall of the annular body 4 flange ring, but alternatively come z. B. three individual, each for itself on the inner wall of the annular body 4 be fastened, radially inwardly extending brackets in question. The mass of the holder 8 is to be taken into account as the mass of the annular body 4 .

Zwischen dem Rohr 1 und dem ringförmigen Körper 4 sind, über den Umfang verteilt, mehrere Drahtseil-Schraubenfedern 6.1 mit senkrechter Mittellängsachse angeordnet. Sie sind an ihrem Umfang mittels Befestigungsleisten 7 einerseits an dem ringförmigen Körper 4 und andererseits am Rohr 1 befestigt. Schwingungen des Rohrs 1 relativ zum ringförmigen Körper 4 in horizontaler Richtung führen zur elastischen radialen Ver­ formung der Drahtseil-Schraubenfedern 6.1 und gleichzeitig zur Reibung der Drähte in den Drahtseil-Schraubenfedern an­ einander, wodurch die notwendige Dämpfung erzielt wird. Between the tube 1 and the annular body 4 , several wire rope helical springs 6.1 with a vertical central longitudinal axis are arranged distributed over the circumference. They are attached on their circumference by means of fastening strips 7 on the one hand to the annular body 4 and on the other hand to the tube 1 . Vibrations of the tube 1 relative to the annular body 4 in the horizontal direction lead to the elastic radial deformation of the wire rope coil springs 6.1 and at the same time to the friction of the wires in the wire rope coil springs to one another, whereby the necessary damping is achieved.

In entsprechender Weise sind, über den Umfang verteilt, zwischen dem schwereren ringförmigen Körper 4 und dem leichteren ringförmigen Körper 5, ebenfalls mittels Befestigungsleisten, vergleichsweise kleinere Drahtseil-Schraubenfedern 6.2 befestigt. Sie sind gleichfalls mit senkrechter Mittellängsachse angeordnet und werden bei relativ horizontalen Schwingbewe­ gungen der beiden ringförmigen Körper 4 und 5 radial elastisch verformt, wodurch eine Rückstellkraft und Reibung zwischen den Drähten der Drahtseil-Schraubenfedern erzeugt werden. Diese können im Einzelfall noch verstärkt werden durch zwischen dem leichteren Körper 5 und dem Rohr 1 eingespannte Drahtseil-Schraubenfedern 6.3, siehe Fig. 2.Correspondingly, distributed over the circumference, between the heavier ring-shaped body 4 and the lighter ring-shaped body 5 , also by means of fastening strips, relatively smaller wire rope coil springs 6.2 are fastened. They are also arranged with a vertical central longitudinal axis and are radially elastically deformed at relatively horizontal Schwingbewe movements of the two annular bodies 4 and 5 , whereby a restoring force and friction between the wires of the wire rope coil springs are generated. In individual cases, these can be reinforced by wire rope coil springs 6.3 clamped between the lighter body 5 and the tube 1 , see FIG. 2.

Abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen könnte der leichtere ringförmige Körper 5, ggf. sogar der schwerere ringförmige Körper 4 allein durch die Verbindung mit den Drahtseil-Schraubenfedern 6.2 bzw. 6.1 in einem horizontal schwingfähigen Zustand gehalten sein.In a departure from the exemplary embodiments shown, the lighter annular body 5 , possibly even the heavier annular body 4, could be kept in a horizontally oscillatable state solely by the connection to the wire rope helical springs 6.2 or 6.1 .

Es versteht sich, daß der aus den ringförmigen Körpern 4 und 5 sowie den zugeordneten Drahtseil-Schraubenfedern 6.1, 6.2 und 6.3 bestehende Schwingungsdämpfer auch im Inneren des Rohrs 1 angehängt oder pendelnd abgestützt sein kann. Im Hinblick auf die Funktion ist es auch unerheblich, ob sich der leichtere ringförmige Körper 5 radial innerhalb oder radial außerhalb des schwereren ringförmigen Körpers 4 befindet. Statt der in sich geschlossenen Ringe können in allen Fällen auch Ringabschnitte oder noch stärker konzentrierte Dämp­ fungsmassen Anwendung finden, insbesondere dann, wenn das Bauwerk nur in einer bestimmten Schwingungsrichtung gefährdet ist.It goes without saying that the vibration damper consisting of the annular bodies 4 and 5 and the associated wire rope helical springs 6.1 , 6.2 and 6.3 can also be suspended in the interior of the tube 1 or supported in an oscillating manner. In terms of function, it is also irrelevant whether the lighter annular body 5 is located radially inside or radially outside of the heavier annular body 4 . Instead of the self-contained rings, ring sections or even more concentrated damping masses can be used in all cases, especially when the structure is only at risk in a certain direction of vibration.

Schließlich ist die Erfindung auch nicht auf die Anwendung bei senkrechten schlanken Masten und Rohren be­ schränkt, son­ dern kann auch an sich horizontal oder schräg erstreckenden Bauwerksteilen, z. B. von Brücken, zum Einsatz kommen.Finally, the invention is also not applicable with vertical slim masts and pipes limits, son  it can also extend horizontally or diagonally Building parts, e.g. B. of bridges, are used.

Das aus den Körpern 4 und 5 sowie den Federn 6.1 und 6.2 und evtl. 6.3 gebildete Doppelpendel wird auf die Grundfrequenz und eine höhere Eigenschwingung des Bauwerks abgestimmt, wobei die beiden Körper 4, 5 bei der Grundfrequenz gleichphasig und bei dem Oberton gegenphasig schwingen. Wenn es sich bei den Federorganen 6.1, 6.2, 6.3 um reine Federn ohne Dämp­ fungswirkung durch Reibung handeln würde, wäre die beschrie­ bene Konstruktion ein sog. Schwingungstilger, welcher in der Abstimmung auf die Grundfrequenz und dem Oberton zwar das winderregte Schwingen bei diesen zwei Frequenzen verhindert, stattdessen jedoch Eigenschwingungen des Bauwerks mitsamt der Masse des Schwingungstilgers bei vier anderen Frequenzen zuläßt. Durch die erfindungsgemäß verwendeten Drahtseil-Schraubenfedern, die bei jeder elastischen Verformung eine hohe Reibungsarbeit verbrauchen, werden die Schwingungen bei diesen vier Frequenzen durch Dämpfung unschädlich gemacht.The double pendulum formed from the bodies 4 and 5 and the springs 6.1 and 6.2 and possibly 6.3 is tuned to the fundamental frequency and a higher natural vibration of the structure, the two bodies 4 , 5 vibrating in phase at the fundamental frequency and in opposite phase at the overtone. If the spring organs 6.1 , 6.2 , 6.3 were pure springs without damping effect due to friction, the construction described would be a so-called vibration damper, which, in coordination with the fundamental frequency and the overtone, caused the wind-excited oscillation at these two frequencies prevented, but instead allows natural vibrations of the structure together with the mass of the vibration damper at four other frequencies. Due to the wire rope coil springs used according to the invention, which consume a high amount of friction work with every elastic deformation, the vibrations at these four frequencies are made harmless by damping.

Claims (6)

1. Schwingungsdämpfer für Bauwerke, bestehend aus einer an diesen schwingend zu lagernden Dämpfungsmasse und wenig­ stens einer auf sie wirkenden, mit der Längsachse quer zu deren Schwingungsrichtung angeordneten Drahtseil-Schrau­ benfeder, welche zusammen mit der Dämpfungsmasse auf die Grundfrequenz und eine höhere Eigenfrequenz des Bauwerks abgestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämp­ fungsmasse (4, 5) durch ein Doppelpendel gebildet ist mit einem im montierten Zustand am Bauwerk (1) schwingend ge­ lagerten schwereren Körper (4) und einem an diesem Körper (4) schwingend gelagerten, leichteren Körper (5), daß zwischen dem schwereren Körper (4) und dem Bauwerk (1) erste Drahtseil-Schraubenfedern (6.1) und zwischen den beiden Körpern (4, 5) zweite Drahtseil-Schraubenfedern (6.2) angeordnet sind, und daß das Doppelpendel so auf die Eigenfrequenzen des Bauwerks (1) abgestimmt ist, daß die beiden Körper (4, 5) bei der Grundfrequenz des Bau­ werks (1) mit gleicher Phase und bei einem Oberton des Bauwerks (1) gegenphasig schwingen.1. Vibration damper for structures, consisting of a damping mass to be mounted on these in a vibrating manner and at least one acting on them, with the longitudinal axis arranged transversely to the direction of oscillation of the wire rope screw ben spring, which together with the damping mass to the fundamental frequency and a higher natural frequency of the structure is coordinated, characterized in that the damping mass ( 4 , 5 ) is formed by a double pendulum with a heavier body ( 4 ) which is mounted on the structure ( 1 ) in a vibrating manner in the assembled state and a lighter body which is swingably mounted on this body ( 4 ) Body ( 5 ) that between the heavier body ( 4 ) and the structure ( 1 ) first wire rope coil springs ( 6.1 ) and between the two bodies ( 4 , 5 ) second wire rope coil springs ( 6.2 ) are arranged, and that the double pendulum is matched to the natural frequencies of the structure ( 1 ) so that the two bodies ( 4 , 5 ) at the fundamental frequency of the construction Swing the plant ( 1 ) with the same phase and with an overtone of the structure ( 1 ) in phase opposition. 2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem leichteren Körper (5) und dem Bau­ werk (1) dritte Drahtseil-Schraubenfedern (6.3) angeordnet sind.2. Vibration damper according to claim 1, characterized in that between the lighter body ( 5 ) and the construction work ( 1 ) third wire rope coil springs ( 6.3 ) are arranged. 3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der schwerere Körper (4) pendelnd an einem senkrecht aufragenden, horizontal schwingenden Bau­ werk (1) anhängbar ist und der leichtere Körper (5) am schwereren Körper (4) pendelnd abgehängt ist. 3. Vibration damper according to claim 1 or 2, characterized in that the heavier body ( 4 ) pendulum on a vertically projecting, horizontally vibrating construction work ( 1 ) can be attached and the lighter body ( 5 ) on the heavier body ( 4 ) pendulum suspended is. 4. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Körper (4, 5) Ringe sind und der leichtere Ring (5) radial und axial innerhalb des schwereren Rings (4) angeordnet ist.4. Vibration damper according to one of claims 1 to 3, characterized in that both bodies ( 4 , 5 ) are rings and the lighter ring ( 5 ) is arranged radially and axially within the heavier ring ( 4 ). 5. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem leichteren und dem schwereren Körper (4, 5) wirksamen Drahtseil-Schrau­ benfedern (6.2) an ihrem äußeren Umfang mit beiden Körpern (4, 5) und/oder die zwischen dem leichteren Körper (5) und dem Bauwerk (1) wirksamen Drahtseil-Schraubenfe­ dern (6.3) mit dem Bauwerk (1) und dem leichteren Körper (5) fest verbunden sind.5. Vibration damper according to one of claims 1 to 4, characterized in that between the lighter and the heavier body ( 4 , 5 ) effective wire rope screw benfedern ( 6.2 ) on its outer circumference with both bodies ( 4 , 5 ) and / or between the lighter body ( 5 ) and the structure ( 1 ) effective wire rope screw spring ( 6.3 ) with the structure ( 1 ) and the lighter body ( 5 ) are firmly connected. 6. Bauwerk, z. B. Mast oder Schornstein, mit einem Schwin­ gungsdämpfer nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich am oberen Ende des Bauwerks (1) radial auswärts oder einwärts auskragende Konsolen (2) befinden, an denen der schwerere Ring (4) hängt, und unterhalb der Konsolen (2) Befestigungsstellen (7) für die zwischen dem Bauwerk (1) und dem schwereren Körper (4) angeordneten Drahtseil-Schraubenfedern (6.1) vorhanden sind.6. Building, e.g. B. mast or chimney, with a vibration damper according to one of claims 4 or 5, characterized in that at the upper end of the structure ( 1 ) radially outwardly or inwardly projecting brackets ( 2 ), on which the heavier ring ( 4 ) hangs, and below the brackets ( 2 ) there are fastening points ( 7 ) for the wire rope coil springs ( 6.1 ) arranged between the structure ( 1 ) and the heavier body ( 4 ).