JP4071291B2 - 張りケーブルの横方向振動を減衰する方法および装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、張りケーブルの横方向振動を減衰する方法および装置に関する。
背景技術
張りケーブルで構成された支えは、多くの建造物または構造体（例えば、特に、つり橋、船のマスト、パイロン，ｅｔｃ．）の位置保持に汎用されている。このタイプの建造物に付随する課題の１つは、大きい荷重および張力を場合によっては支持するケーブルが、比較的小さい外部応力（例えば、風、交通に起因する揺れ、雨）の作用を受けて、横方向へ振動されることがあり、この横方向振動は、共振現象が付随する場合は特に、ケーブルを横方向へ極めて強く振動させ、平行して、上記振動を受けた構造要素の疲労現象および脆弱化を誘起する寄生運動（例えば、つり橋の橋床の垂直方向励起またはマスト脚のねじれ）を形成するという点である。
しかしながら、徹底的な科学的研究によって下記の結論が得られた：
１）外部の減衰作用は、弱くても、上記寄生運動をかなり緩和できる；
２）できる限り有効であるよう、即ち、できる限り多数の共振周波数を減衰できるよう、減衰装置は、ケーブルの定着点の近傍に、例えば、振動ロープの場合と同様に、一端から約１ｍの付近に設置しなければならない。
しかしながら、現在、有効で、しかも、満足できる寿命を有する減衰装置は得られていない。
先行技術にもとづき提案された若干の解決法は、トラックに使用されるタイプの液圧式線形減衰装置である。この場合、上記減衰装置は、被減衰ケーブルに、例えば、ケーブル定着点から１ｍの距離にケーブルに対して実質的に垂直に向けて固定し、他端を別個の固定点、例えば、ケーブルつり橋の橋床の部分に固定する。この種の例を第１図に模式的に示した。
別の公知の解決法では、ケーブルのまわりに、ケーブル定着点から僅かに離してネオプレンゴム製プレートを設置し、そのプレートの支持脚を、例えば、橋床に固定する。この実施形態を第２図に模式的に示した。
しかしながら、実際には、これらの解決法は、満足を与えない。即ち、減衰が不十分であり、装置の寿命が極めて短い。
解決すべき課題に関連する他の問題点は、減衰装置をケーブルと同時に設置する必要があるので、既設体に対して事後に減衰不良の振動を修正する作業を行いたい場合、またはケーブルを変更しなければならない場合、設置ずみのケーブルに後から付加できないので、減衰装置の設置操作は、極めて複雑となる。
発明の開示
本発明は、上記問題点を解決できる方法および装置を目的とする。
本発明に係る、張りケーブルの横方向振動を減衰する方法は、被減衰ケーブルに、最適な箇所に、液圧式圧縮減衰装置に使用されるタイプの高粘度流体を充填したパイプの少なくとも一重の巻きを密着状態に巻付け、ケーブルにこのように巻いたパイプを剛体からなるシース内に封入して拘束し、上記ケーブルのパイプを巻いた部分とは別の固定点にシースを結合することを特徴とする。
好ましい実施態様によれば、ケーブルにパイプを密着状態に巻付け、シースを設置した後、高い、有利には、ある程度大きいｂａｒの作動圧が得られるまで上記の高粘度流体をパイプに充填する。
このように操作すれば、特に、下記の利点が得られる：
１）本方法は、設置の困難さがなく、既存の任意の建造物に適用でき、また同じように新設の建造物に適用できる。
２）減衰は、所望の長さのケーブルに対して、ケーブルを囲む巻きの数を増加するだけで有効であり、上記の使用長さの任意の点において振動をその発生とともに減衰するので、減衰は、極めて広い周波数範囲について有効である。
３）高圧の高粘度流体の使用にもとづき、更に、以下の説明から明らかな如く、ケーブル振動時に変形するパイプ内の高粘度流体の移動によって形成される粘性摩擦にもとづき極めて有意な減衰が達成される。
４）流体に加えることができる高圧にもとづき、支えが受ける温度変化に依存する系の効率の変動結果を可成り制限できる。
本発明は、更に、上述の方法を実施できる装置に関する。この装置は、
高粘度流体を充填でき、少なくとも数十ｂａｒの高い作動圧に耐え、被減衰ケーブル上に少なくとも一重の巻きを形成するのに十分な長さを有する少なくとも1つのパイプと、
パイプの少なくとも一端に装備され、装置の作動圧下の高粘度流体をパイプに充填できる弁の形状の少なくとも1つの系と、
ケーブル上に巻かれたパイプ外面に密着するよう適合させた寸法、即ち、径／長さを有する少なくとも１つのシースと、
ケーブルのまわりに設置された装置の側面を閉鎖し、シースと一体化されパイプの両端の位置を保持する端部ボックスと、
を含むことを特徴とする。
本発明およびその実施形態は、添付の図面を参照した以下の詳細な説明から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第１，２図は、先行技術によって提案された２つの系の略図であり、第３図は、本発明に係る支え減衰装置の縦断面図であり、第４図は、第３図の部分ＩＶの拡大図であり、第５図は、第３図の部分Ｖの拡大図であり、第６図は、第４図の線ＶＩ−ＶＩに沿う断面図であり、第７図は、第６図と同様であるが、ケーブルを装置内の調心位置外にずらした他の位置にある装置を示す図面であり、第８図は、第４図の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿う断面図であり、第９図は、第４図の線ＩＸ−ＩＸに沿う断面図であり、第１０図は、第８図の線Ｘ−Ｘに沿う断面図であり、第１１図は、第４図の線ＸＩ−ＸＩに沿う断面図であり、第１２図は、２つの減衰段を有する変更例を示す部分図である。
発明を実施するための最良の形態
まず、第１，２図を参照して説明する。同図に、橋床１０と一体の定着部材１３に１２で定着したケーブルまたは支え１１によって支持した橋の橋床の一部を示した。ケーブルの振動の減衰を達成するため、一端を１５で橋床１０に固定し他端を１６でケーブル１１のまわりに固定した、トラックに使用するタイプの液圧式線形減衰装置１４（模式的に示してある）が設けてある。減衰が最大限に有効であるよう、点１６は、有利な態様で、橋床上の支え１１の定着点１２から約１ｍの箇所にある。実際、支え１１の定着端の近傍において、減衰効果が最も有効であり、ケーブル１１が、振動する弦として作用するということが、実験から判明している。
しかしながら、実際には、上記装置は、過度の疲労を受けて破壊される。
第２図に、先行技術から公知の他の減衰装置を示した。この場合、減衰装置１７は、第１図の減衰装置と同一レベルにおいてケーブル１１を受容し橋床１０と一体の支持脚１９に固定されたネオプレン・タイプのゴムプレート１８（模式的に示してある）から構成されている。
従って、この装置は、効果的でないことが判っており、その寿命は短い。
第３図に、本発明に係る減衰装置の構造を模式的に示した。
同図を参照して説明する。同図に、振動運動を減衰すべきケーブルを２０で示した。ケーブルのまわりに、以下に詳細に示した操作にもとづき、概ね２１で示した本発明に係る減衰装置が固定してある。装置２１は、ケーブル上で、第１，２図に示した減衰装置の位置を占める。装置自体は、例えば、この場合は装置のシース２２に支持された第２図の脚１９と類似の脚によって固定されるか、例えば、装置の端部をなすボックス２４の１つに一端が固定され且つ第１，２図に示した部材１３の如き定着部材に他端（図示してない）が固定された長いパイプ２３で橋の橋床１０に固定されている。
装置２１は、装置の２つの端部ボックス２４，２５の間に保持された断面円形の円筒形シース２２を含む。上記部材の形状および構造は、詳細図に関する以下の説明から明らかであろう。
図示の実施形態の場合、ケーブル２０のまわりに支持ライナ２６が設けられ、その周囲にパイプ２７が巻かれている。第３図に示した実施形態の場合、約１０巻きのパイプ２７が支持ライナ２６に巻かれている。パイプ２７は、２つの端部２７ａ，２７ｂにおいて、それぞれ、２つのニップル２８，２９で終わっている。上記ニップルは、以下に詳細に説明する如く、それぞれ、ボックス２４およびボックス２５に固定されている。
固定パイプ２３の反対側では、装置は、ボックス２５が蓋３０によって閉鎖されている。この場合、例えば、円環状ゴムパッキン３１またはリップタイプの密封パッキン３２によって密封される。
第４図を参照する。第３図でＩＶで示した装置部分を更に詳細に説明する。
同図を参照するとともに、第６図を参照して、ニップル２８を含むパイプ２７の最初の巻きを形成する態様を詳細に説明する。更に、特に、第６図に、パイプ２７の端部をそのニップル２８によってボックス２４に保持、固定する態様を示した。ニップル２８には、有利には、パイプ２７にその機能のために充填される高粘度流体であるシリコーン・ゴムの注入弁（図示してない）を備えたボルト３３が取り付けられている。軸線上にボール弁または同様なものを備えたこの種のボルトは、技術的に慣用されている。第６図には、参考までに、ボルト３３内にボール３４のみを示した。
更に、第６図から明らかな如く、支持ライナ２６は、ケーブル２０のまわりに取付け易いよう２つの対称なライナ半部２６ａ，２６ｂから形成されている。上記ライナ半部２６ａ，２６ｂは、非圧縮性材料（例えば、適切な合金）で構成され、この場合、ケーブル２０のまわりには、ケーブルの損傷を防止する、例えば、適切な合成材料からなる中間保護層３５を設けるのが有利である。
更に、第３，６図から明らかな如く、ボックス２４は、ニップル２８およびパイプ２７の端部を固定するための開口を備えていないボックス半部２４ｂとボルト３３を設けることができるボックス半部２４ａの二つのボックス半部から構成されている。
更に、第４図に、２つの円筒体半部２２ａ，２２ｂからなるシース２２が、その端部カラー３６，３７によってボックス２４の対応する突起３８，３９にはめ込まれ係合される態様を示した（第３図も参照）。４０，４１で、ボックス２４にシース２２を結合できるボルト（図示してない）の固定軸線を示した。同じく、４２，４３で、組立後に固定パイプ２３にボックス２４を結合できるボルト（図示してない）の固定軸線を示した（第３，４図参照）。ボックス２４およびシース２２と同様、固定パイプ２３は、更に第８，９図から明らかな如く、２つの部分２３ａ，２３ｂから構成されている。
第５図に示した如く、装置２１の他端には、ニップル２９が、ニップル２８と同様の態様で、ボックス２５に設けた、より詳細に云えば、ボックス２５の半部２５ａに設けた開口に固定してある。第３図では、部分２５ａは図面の下方に設けてあり、一方、第５図では、部分２５ａは図面の上方に設けてある。事実、以下に説明する如く、支持ライナ２６に、より詳細に云えば、２つのライナ半部２６ａ，２６ｂにパイプを巻く場合、ライナ上にパイプを正しく巻き得るよう、パイプの長さに関係なく、ほぼ数ｍｍにわたってボックス２４に対してボックス２５を回転させる。この操作は問題なく行われる。なぜならば、パイプの機能に必要な高圧の粘稠流体がパイプに充填されてないからである。第５図に、更に、ボルト（図示してない）によって固定された２つの半部３０ａ，３０ｂから構成された蓋３０が示してある。第５図には、ボルトの固定軸線４４のみを示した。
同図から明らかな如く、シース２２は、ボックス半部２５ａ，２５ｂの突起４７，４８の下方にあるシース半部２２ａ，２２ｂのカラー４５，４６によって、ボックス２４と同様の態様でボックス２５と係合する。固定は、同じく、固定軸線４８，４９のみを示したボルトによって行われる（第５図）。
さて、第８，９，１０図を参照する。同図に、本発明に係る減衰装置２１を、例えば、ケーブル１１の定着部材１３に固定できる固定パイプ２３の実施形態を示した（第１，２図参照）。
パイプ２３は、２つの部分２３ａ，２３ｂから構成されている。組立および取付を容易化するため、第８図に示した如く、パイプの頭部側に、ボックス２４を被う拡大部分の前に、パイプは、パイプ内部をケーブル２０を自由に移動させ得る実質的に正方形の断面を有する。このレベルにおいて、パイプの２つのボックス半部２３ａ，２３ｂは、ボルト（図示してない）による固定のための穴５０を形成したカラー２３ｃ，２３ｄを有する。装置から幾分離れた箇所に、即ち、ケーブルの定着点の近傍において、パイプ２３は、２つの半部２３ａ，２３ｂから構成された円筒形形状を有し、ケーブル２０が、パイプ内部を自由に移動できれば有利である。
第１０図に、組立カラー２３ｃの形状を詳細に示した。
第１１図を参照する。同図に示した如く、巻付支持ライナ２６は、例えば、合金からなる２つのライナ半部２６ａ，２６ｂから構成され、ライナ半部は、例えば、ボルトおよびナット（図示してない）によって、ケーブル２０のまわりに２つのライナ半部を固定できる穴５１を穿設したカラー２６ｃ，２６ｄを含む。
さて、装置の設置を簡単に説明する。
上述の如く、パイプ２３、ボックス２４，シース２２，ボックス２５，ライナ２６および蓋３０は、それぞれ、２つの半部、即ち、パイプについて２３ａ，２３ｂ、ボックス２４について２４ａ，２４ｂ，シース２２について２２ａ，２２ｂ，ボックス２５について２５ａ，２５ｂ、ライナ２６について２６ａ，２６ｂおよび蓋３０について３０ａ，３０ｂから構成される。上記条件において、ケーブル２０を設置し、外れないよう、極めて慎重にケーブルに取り付ける。
例えば、下記の如く操作する。
第１段階において、ケーブルのまわりの概ね所望の箇所に、パイプ２７を巻いて、所要の数の巻き（例えば、図示の実施形態の場合は１０ケの巻き）を形成する。図示の実施形態の場合、パイプは、ケーブル上に巻いてなく、ライナ２６上に巻かれている。上記条件において、まず、ケーブルの所望の箇所に２つのライナ半部２６ａ，２６ｂを設置し、場合によっては、適切なコーチング（例えば、第６図に３５で示した）によってケーブルをあらかじめ保護し、２つのライナ半部２６ａ，２６ｂを合わせて完全なライナを形成するよう固定ボルトによってライナを結合させる。次いで、２つの固定パイプ半部２３ａ，２３ｂを係合させ、次いで、２つのボックス半部２５ａ，２５ｂを正しく設置し、結合する。次いで、流体を充填してない可撓性パイプの上方で、ボックス２４の突起３８，３９の下にカラー３６，３７を正しく係合させることによって、２つのシース半部２２ａ，２２ｂを係合させる。パイプの巻きを僅かに圧縮するようにして２つのシース半部を結合させ、それに、ボックス２５の２つのシェル半部２５ａ，２５ｂを正しく設置する。ボックス半部２４ａの開口およびボックス半部２４ｂの開口に、各端に閉鎖ボルト３３を備えたパイプの２つの端部を正しくはめ込む。上記閉鎖ボルトの少なくとも１つには、例えば、流体導入用ボールを備えた蓋が設けてある。次いで、ボックス２４に対してボックス２５を回転して、巻きが、図示の如く、幾分楕円形となり、即ち、ライナとシースとの間で幾分偏平化されて突合わされた適切な作動位置にパイプ２７を置く。この操作は、流体を含んでいないパイプの可撓性にもとづき、容易に実施できる。この操作の実施後、残余の作業として、すべての固定ボルトを締付け、密封パッキンを挿入した２つの半部３０ａ，３０ｂから構成された蓋を設置する。円環状パッキン３１を使用する場合、このパッキンは、同じくケーブル２０のまわりに容易に取付けられるよう巻きから構成されたタイプである。
装置を設置した後、次いで、所要の作業圧力下で、当該用途に最適な高粘度の流体をパイプに導入する。
装置が受ける温度とほぼ無関係な圧力レベルにおいて装置の機能を維持したい場合は、例えば、流体導入弁３４を介して、パイプの内部スペースと連通する外部の高圧流体補充源（図示してない）を設ければ有利である。
さて、装置の機能を簡単に説明する。
第６，７図を対比して参照する。第６図に示した如く、ケーブル２０は、ボックス２４に対して調心されている。
第７図の場合、僅かな偏心が認められる。換言すれば、ケーブル２０は、第６図においてケーブルが占める位置に対して第７図の右方へ僅かにずらしてある。かくして、パイプ２７は、右側で２７’で示した如く、若干押しつぶされ、左側では僅かな緩和が、２７”で示したパイプの拡張によって示される。円形断面は、使用したパイプの非伸縮性特性を考慮すると、偏平断面よりも大容積であり、流体は、強制的に、パイプ内を偏平部分から拡張部分へ移動し、かくして、利用圧力下でプレストレスが与えられていた高粘度流体にプレストレスの非平衡が生じ、従って、抵抗力および粘性摩擦が生ずる。
第１２図に模式的に示した実施形態の場合、ライナ２６ａは、除去してあり、ケーブル２０のまわりに、２段に巻いたパイプ、即ち、ケーブル２０とシース５８との間のパイプ５７およびシース５８とシース６０との間に巻かれたパイプ５９を使用する。このような構造の場合、シース５８は、パイプ５９に対して、図示の先行実施形態のライナ２６の役割を果たし、一方、シース６０は、先行実施形態のシース２２の役割を果たす。
より多数の段に一般化できる２段装置を使用すれば、強度が大きく、従って、より高圧の粘稠流体を充填できる径のより小さいパイプを巻くことができるという利点が得られる。かくして、ケーブルの変位振幅を増大できおよび／または使用するパイプの疲労を減少できる。更に、よく知られているように、作業圧力が高い程、減衰効果は大きくなり、温度変動の作用が小さくなる。
第１２図に示した用例の場合、もちろん、巻き径の増加に応じて、パイプ５７，５９の長さを増大できる。従って、場合によっては、重ね合わせた少なくとも２段のパイプの巻きを回路として設置すれば有利である。この場合、段ｎのシースが、次の列ｎ＋１の段の巻き面を構成する。
シース２２は、シースで囲んだパイプの圧力に耐え得るよう鋼で構成するのが有利であり、他方、ボックス２４，２５も、同じく、鋼または高強度金属（例えば、鋳鉄）で構成できる。パイプの性質は、場合に応じて０ｂａｒ−１０００ｂａｒの範囲にある予期の機能圧力に耐え得るような性質である。この場合、容易に予期される圧力は、特に、数十ｂａｒから数百ｂａｒの範囲にある。合成繊維、ガラス繊維、場合によっては、金属繊維で適切に強化したまたは上記繊維を編込んだゴムまたは同様の材料からなるパイプが、好適と云える。
張りケーブルは、拡張して、振動できるすべての細長い構造体（例えば、本発明が適用される可撓性マストまたはマストの吊索）を含む。
使用する流体は、高粘度、例えば、１０百万センチストークスのシリコーンタイプの流体であれば有利である。この種の流体は、従来、液圧圧縮式減衰装置に使用されている。

Claims (7)

1. 張りケーブルの横方向振動を減衰する方法において、被減衰ケーブルに、最適な箇所に、液圧式圧縮減衰装置に使用される高粘度流体を充填したパイプ（２７）の少なくとも一重の巻きを密着状態に巻付け、ケーブルにこのように巻いたパイプをシース（２２）内に封入して拘束し、ケーブルのパイプを巻いた部分とは別の固定点にシース（２２）を結合することを特徴とする方法。
2. 重ね合わせた少なくとも２段のパイプ（５７，５８）の巻きを直列に設置し、列ｎの段のシース（５８）で、次の列ｎ＋１の段の巻付面を構成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 請求項１または２に記載の方法を実施する装置において、その装置が、
   高粘度流体を充填でき、被減衰ケーブル上に少なくとも１回の巻きを形成するのに十分な長さを有する少なくとも１つのパイプ（２７）と、
   パイプの少なくとも一端（３３）に装備され、装置の作動圧下の高粘度流体をパイプに充填できる弁（３４）の形状の少なくとも１つの系と、
   ケーブル（２０）上に巻かれたパイプ（２７）の外面に密着するよう適合させた径及び長さを有する少なくとも１つのシース（２２）と、そして
   ケーブルのまわりに設置された装置の側面を閉鎖し、シース（２２）と一体化されパイプ（２７）の両端の位置を保持する端部ボックス（２４，２５）と、
   を含み、
   前記装置が、更に、ケーブル（２０）に適合しパイプ（２７）の巻きを受容する合金製支持ライナ（２６）
   を含むことを特徴とする装置。
4. シース（２２）およびボックス（２４，２５）が、少なくとも２つの別個の部分から構成されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. シース（２２）、ボックス（２４，２５）およびライナ（２６）が、少なくとも２つの別個の部分から構成されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
6. 前記装置が、装置の調心位置においてケーブル（２０）または巻付ライナ（２６）と拘束シース（２２）との間に扁平すなわち楕円形に変形されて密着状態に巻かれたパイプ（２７）の複数の巻きと、ケーブル（２０）の固定点、ケーブルの定着点、橋の橋床の隣接部分または支え構造体の他の部分における装置の少なくとも１つの固定部材（２３）とを含むことを特徴とする、ケーブルの作動位置に組込まれた請求項３−５のいずれか１つに記載の装置。
7. 高粘度流体を充填した１つまたは複数のパイプが、外部の高圧流体補充源に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。

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