Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Schwingungsdämpfung von Kabeln
in einer Brücke mit diagonaler Beanspruchung.
Hintergrund der Erfindung
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Eine Einrichtung zur Verminderung oder Dämpfung von Schwingungen von Kabeln
in einer Brücke mit diagonaler Beanspruchung ist bereits Stand der Technik. Eine
derartige Einrichtung weist, wie in Fig. 13 gezeigt, ein Ankerrohr 2 bzw.
Schutzrohr auf, welches in einer bestimmten Position an einem Träger bzw. Turm einer
Brücke angeordnet ist und mit dem ein Ende des Kabels 1 verbunden ist. Das
Ankerrohr 2 weist einen Flansch 3 auf, welcher das Kabel 1 umschließt. Zwischen
dem Flansch 3 und dem Kabel 1 sind mehrere viskoelastische Körper 4 angeordnet.
Bei Schwingungen des Kabels 1 werden die viskoelastischen Körper 4 durch
Scherkräfte verformt, was einen Energieverlust der viskoelastischen Körper 4
bedeutet, wodurch die Schwingung des Kabels 1 vermindert oder gedämpft wird
(vgl. die japanische Offenlegungsschrift 06-136718 (KOKAI HEI-6-136718) und
die japanische Offenlegungsschrift 07-3720 (KOKAI HEI-6-3720).
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Eine Brücke mit diagonaler Beanspruchung wird errichtet, indem zunächst
Haupttürme errichtet werden. Dann werden Träger aus Stahl oder Spannbeton aus den
Haupttürmen herausgeführt. Die Träger werden mittels diagonaler Elemente (Seile
bzw. Kabel) mit den Haupttürmen verbunden und von diesen gehalten. Weitere
Träger werden durch Wiederholung der einzelnen Schritte errichtet.
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Somit ist die Zugbelastung der Kabel zwischen der ersten Stufe und dem Abschluß
der Konstruktion unterschiedlich. Dabei verschiebt sich der mittig angeordnete
Kern des Kabels 6 gegenüber einer vorgesehenen Position aus konstruktiven
Gründen, oder sein Neigungswinkel wird verändert. Bei großen Brücken kann die
Exzentrizität sogar ein mehrfaches von 10 Millimetern betragen.
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Unter diesen Umständen ist es häufig schwierig, die in den oben erwähnten
japanischen Offenlegungsschriften 6-136718 oder 7-3720 offenbarte
Schwingungsdämpfungseinrichtung zwischen dem Ankerrohr 2 und dem Seil 1
anzubringen.
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Die Konfiguration eines viskoelastischen Körpers 4 wird im wesentlichen von einer
angenommenen Feder- oder Dämpfungskonstante bestimmt, und der
viskoelastische Körper hat eine Dicke zwischen 20 und 80 Millimetern. Damit kann eine
Positionsveränderung von 10 Millimetern oder einem mehrfachen hiervön während
der Montage nicht allein durch Verformung des viskoelastischen Körpers erreicht
werden.
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In der Praxis wird mit der Montage des Ankerrohrs 2 an einem Träger gewartet, bis
sich die Zugbelastung des Kabels nicht mehr ändert, d. h. bis die Brücke fast fertig
ist. Dann wird die auf die Länge bezogene Mitte des Ankerrohrs 2 mit der auf die
Länge bezogenen Mitte des Seils in eine Flucht gebracht. Dadurch verringern sich
die Fertigungsarbeiten für Träger und Türme oder die Montagearbeit für die
Ankerrohre.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Schwingungsdämpfvorrichtung zur Verfügung
zu stellen, die bei der Herstellung einen hohen Grad von Freiheit gewährt, ohne
während der Herstellung die oben erwähnte Einschränkung zu verursachen.
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Erfindungsgemäß wird eine Kabeldämpfvorrichtung zur Verfügung gestellt, die ein
Ankerrohr, welches zur Aufnahme eines ortsfesten Endes des Seils geeignet ist,
einen Ankerflansch, welcher an einem freien Ende des Ankerrohrs angeordnet ist,
um das Kabel berührungslos zu umgeben, einen Kabelflansch, der an dem Kabel
angebracht ist, und mehrere viskoelastische Körper, die zwischen dem
Ankerflansch und dem Kabelflansch angeordnet sind, beinhaltet.
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Die Kabeldämpfvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes enthält:
einen Ausrichtflansch, der mehrere an dem Ankerflansch in einer exzentrischen
Beziehung gegenüber dem Ankerflansch zu montierende Montageabschnitte und
mehrere Montagesitze aufweist, an denen die viskoelastischen Körper, welche um
das Kabel herum angeordnet sind, angebracht werden, wobei der Ausrichtflansch
an dem Ankerflansch in einer Weise angebracht werden kann, daß die durch die
Montagesitze definierte Mitte mit der Längsmitte des Kabels ausgerichtet ist, und
daß die viskoelastischen Körper zwischen dem Ausrichtflansch und dem
Kabelflansch eingespannt sind.
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Die Montageabschnitte des Ausrichtflansches können mehrere Schlitzlöcher sein,
die so in den Ausrichtflansch eingearbeitet sind, daß ihre Längsachsen in einer
Richtung ausgerichtet sind, so daß mehrere vom Ankerflansch abstehende Bolzen
verschiebbar in den Schlitzlöchern aufgenommen werden können.
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Der Ankerflansch, der Kabelflansch und der Ausrichtflansch können eine geteilte
Konstruktion aufweisen, so daß sie nachträglich an dem Kabel und dem Ankerrohr
angebracht werden können.
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Der Ankerflansch kann dazu eingerichtet sein, daß er mittels Bolzen am Ankerrohr
gesichert werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Zum besseren Verständnis des Wesens und der Aufgaben der vorliegenden
Erfindung sollte die nachfolgende ausführliche Beschreibung unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen herangezogen werden. Es zeigen:
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Fig. 1: eine Kabeldämpfvorrichtung in einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform im fertig montierten Zustand, wobei Fig. 1(a) ein
Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 1(b) ist und Fig. 1(b) ein
Querschnitt entlang der Linie B-B von Fig. 1(a) ist.
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Fig. 2(a): einen Querschnitt des Ankerflansches von Fig. 1 und
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Fig. 2(b): eine Draufsicht des Ankerflansches;
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Fig. 3(a): einen Querschnitt des Ausrichtflansches von Fig. 1 und
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Fig. 3(b): eine Draufsicht des Ausrichtflansches;
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Fig. 4(a): eine Beilagscheibe von Fig. 1 im Querschnitt, die zur Sicherung
eines Bolzens des Ankerflansches verwendet wird, der aus einem
Schlitzloch im Ausrichtflansch herausragt, und
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Fig. 4(b): eine Draufsicht der Beilagscheibe;
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Fig. 5(a): eine Draufsicht des Kabelflansches von Fig. 1,
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Fig. 5(b): eine Seitenansicht des Kabelflanschs im Querschnitt und
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Fig. 5(c): eine Rückansicht des Kabelflansches;
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Fig. 6(a): eine Draufsicht des Gummituchs von Fig. 1 und
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Fig. 6(b): eine Seitenansicht des Gummituchs;
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Fig. 7(a): eine Seitenansicht des stark dämpfenden Gummidämpfungsglieds
von Fig. 1 und
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Fig. 7(b): eine Draufsicht des Dämpfungsglieds;
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Fig. 8: die räumliche Beziehung zwischen dem Ankerflansch und dem am
Ankerrohr befestigten Ausrichtflansch (bei konzentrischer
Anordnung von Seil und Ankerrohr);
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Fig. 9: die räumliche Beziehung zwischen dem Ankerflansch und dem am
Ankerrohr befestigten Ausrichtflansch (bei nach unten versetztem
Kabel);
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Fig. 10: die räumliche Beziehung zwischen dem Ankerflansch und dem am
Ankerrohr befestigten Ausrichtflansch (bei nach rechts unten
versetztem Kabel);
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Fig. 11: die räumliche Beziehung zwischen dem Ankerflansch und dem am
Ankerrohr befestigten Ausrichtflansch (bei einem Ankerflansch, der
eine zu seinem Außendurchmesser konzentrische Öffnung hat);
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Fig. 12: eine Endfläche eines Ankerrohrs, wobei diese Endfläche mit Bolzen
versehen ist, mittels derer der Ankerflansch am Ankerrohr befestigt
wird, und
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Fig. 13: eine bekannte Kabeldämpfvorrichtung.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Fig. 1(a) und 1(b) zeigen eine Ausführungsform der Erfindung in fertig montiertem
Zustand. Wie zu sehen ist, ist das Kabel in diesem Fall nicht exzentrisch zum
Ankerrohr angeordnet.
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In den Zeichnungen ist mit Bezugszeichen 5 ein Ankerrohr bezeichnet. Das
Ankerrohr 5 ist an seinem proximalen Ende mit einem Träger eines Turms der
Brückenkonstruktion verbunden. Mit Bezugszeichen 6 ist ein Kabel bezeichnet. Das Kabel
6 wird in das Ankerrohr 5 gezogen und an seinem linksseitigen Ende (nach Fig.
1(a) gesehen) mit dem Träger eines Brückenturms verbunden. Mit Bezugszeichen
7 ist ein Ankerflansch bezeichnet. Der Ankerflansch 7 wird am freien Ende des
Ankerrohrs 5 angeschweißt. Mit Bezugszeichen 8 ist ein Ausrichtflansch
bezeichnet. Der Ausrichtflansch 8 wird auf dem Ankerflansch 7 angebracht und mit
diesem mittels mehrerer Bolzen verbunden. Mit Bezugszeichen 9 ist ein
Kabelflansch bezeichnet. Das Kabel 6 wird in den Kabelflansch 9 eingespannt, wobei ein
Gummituch 10 dazwischengelegt wird. Mit Bezugszeichen 11 sind Gummilager
bezeichnet (bei der dargestellten Ausführungsform sechs), die von viskoelastischen
Körpern mit starker Dämpfungseigertschaft gebildet werden. Die Gummilager 11
sind zwischen dem Ausrichtflansch 8 und dem Kabelflansch 9 angeordnet. Die
Gummilager 11 werden mittels in gleichem Abstand zueinander entlang der
Umfangslinie angeordneter Bolzen befestigt, wodurch der Ausrichtflansch 8 und der
Kabelflansch 9 miteinander verbunden werden.
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Wie in Fig. 2(a) und 2(b) gezeigt, weist der Ankerflansch 7 eine Öffnung 7a auf,
die exzentrisch angeordnet bzw. gegenüber seinem Außendurchmesser versetzt
ist, sowie Stiftschrauben 7b, die in Winkelpositionen um die Öffnung 7a herum
angeordnet sind, um den Ausrichtflansch 8 am Ankerflansch 7 zu befestigen. Im
Umfangsabschnitt des Ankerflansches 7 ist ein stufiger Abschnitt 7c ausgebildet,
um den Ankerflansch 7 zuverlässig gegenüber dem Ende des Ankerrohrs 5
auszurichten.
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Wie in Fig. 3(a) und 3(b) gezeigt, weist der Ausrichtflansch 8 eine Öffnung 8a,
mehrere Stiftschrauben 8b und mehrere Schlitz- oder Langlöcher 8c
(Befestigungsabschnitte) auf. Die Öffnung 8a ist im Ausrichtflansch 8 mittig und konzentrisch
zum Außendurchmesser der Öffnung 8a angeordnet. Die Öffnung 8a hat einen
Durchmesser, der ausreichend groß ist, um das Kabel 6 locker aufzunehmen. Die
Stiftschrauben 8b sind entlang der Umfangslinie auf einem zur Öffnung 8a
konzentrischen Kreis angeordnet. Jede der Stiftschrauben 8b dient als viskoelastischer
Montagesitz. Die Schlitzlöcher 8c sind jeweils so gestaltet, daß sie eine
entsprechende Stiftschraube 7b verschiebbar aufnehmen können. Die Schlitzlöcher 8c
sind in Flucht mit der Richtung ausgebildet, in der die Öffnung 7a, wie oben
erwähnt, versetzt ist. (Diese Richtung wird in der vorliegenden Beschreibung als
"Versatzrichtung" bezeichnet.) Die Stiftschrauben 7b des Ankerflansches 7 werden
nach Einführung in die ihnen jeweils zugeordneten Schlitzlöcher 8c mittels Muttern
13 festgezogen, wie in Fig. 1(a) und 1(b) gezeigt, wobei jeweils eine Beilagscheibe
12 (siehe Fig. 4(a) und 41b) dazwischengelegt wird.
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Wie in Fig. 5(a), 5(b) und 5(c) gezeigt, weist der Kabelflansch 9 ein Rohr 9a, das
in Längsrichtung in zwei Hälften gespalten ist, einen Flansch 9b von größerem
Durchmesser und einen Flansch 9c von kleinerem Durchmesser, die mit dem
vorderen bzw. dem hinteren Ende des Rohrs 9a verbunden sind, auf. Der Flansch
9b mit dem größeren Durchmesser ist entlang seiner Umfangslinie mit Öffnungen
9d zur Befestigung der jeweiligen stark dämpfenden Gummilager 11 am Flansch 9b
versehen. Das Rohr 9a ist auf seiner äußeren Umfangslinie mit mehreren
Verstärkungsrippen 9e versehen, die die Flansche 9b und 9c miteinander verbinden.
Die Rippen 9e', die sich an den Stellen, an denen das Rohr 9a in zwei Hälften
gespalten ist, paarweise gegenüberliegen, sind mit Öffnungen 9f versehen. In jede
der Öffnungen 9f wird ein Bolzen eingesetzt, um die beiden Hälften des Rohrs 9a
miteinander zu verbinden.
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Das Gummituch 10 ist an seinen einander gegenüberliegenden Längsenden
(entlang der Richtung, an der es zusammengelegt wird) dünner. Dadurch kann das
Gummituch 10 leicht in Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche des Kabels 6
gebracht werden, wenn es zwischen Kabelflansch 9 und Kabel 6 eingespannt wird.
Wie in Fig. 7(a) und 7(b) gezeigt, weist jedes der stark dämpfenden Gummilager
11 ein Paar Montageflansche 11b und 11b sowie einen stark dämpfenden
Gummikörper 11 aus viskoelastischem Material auf. Der stark dämpfende Gummikörper
11 a ist zwischen dem Paar Montageflansche 11b und 11b angeordnet und an die
Montageflansche 11b und 11b anvulkanisiert. Das stark dämpfende Gummilager
11 nimmt Schwingungsenergie auf, indem es Scherverformungen in Wärmeenergie
umwandelt. Das stark dämpfende Gummilager 11 wird mittels Bolzen, die in die
Montagelöcher 11 c in den gegenüberliegenden Enden der Montageflansche 11b
und 11b eingeführt werden, am Ausrichtflansch 8 und am Kabelflansch 9
befestigt.
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Das Kabel 6 und das Ankerrohr 5 der Kabeldämpfvorrichtung in vorstehender
Ausführungsform werden am Aufbau der diagonal beanspruchten Brücke befestigt,
wenn beim Aufbau der Brücke ein vorgegebener Punkt erreicht ist. Die übrigen
Teile der Kabeldämpfvorrichtung werden am Aufbau angebracht, wenn die
diagonal belastete Brücke nahezu fertig ist. Daher ist sowohl der Ankerflansch 7 als
auch der Ausrichtflansch 8 wie der Kabelflansch 9 in zwei Hälften (eine linke und
eine rechte) geteilt.
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Der Ausrichtflansch 8 der Kabeldämpfvorrichtung ist dazu eingerichtet, die
exzentrische Anordnung des Kabels 6 gegenüber dem Ankerrohr 5 aufzufangen. Die Art
und Weise der Befestigung des Ausrichtflanschs 8 der Kabeldämpfvorrichtung wird
nachstehend anhand der drei in Fig. 8 bis 10 gezeigten Beispiele erläutert.
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Wenn das Ankerrohr 5 und das Kabel 6 konzentrisch zueinander angeordnet sind,
wie in Fig. 8(a) gezeigt, kann der Ankerflansch 7 beliebig ausgerichtet werden.
Wenn der Ankerflansch 7 so angebracht wird wie in Fig. 8(b) gezeigt, erfolgt die
Befestigung des Ausrichtflanschs 8, indem zunächst die Stiftschrauben 7b in die
zugehörigen Schlitzlöcher 8c eingeführt werden, wie in Fig. 8(c) gezeigt. Dann
wird der Ausrichtflansch 8 in die der Versatzrichtung der Öffnung 7a
entgegengesetzte Richtung geschoben, um die Öffnung 8a des Ausrichtflansches 8 und das
Kabel 6 konzentrisch zueinander auszurichten. Da die Stiftschrauben 8b auf dem
Ausrichtflansch 8 zur Befestigung der stark dämpfenden Lager ringförmig
konzentrisch zu der Öffnung 8a angeordnet sind, wie in Fig. 3 gezeigt, ist es möglich, die
stark dämpfenden Lager drehsymmetrisch zur Mitte des Kabels 6 anzubringen. Die
drehsymmetrischen Positionen entsprechen den Positionen der stark dämpfenden
Gummilager 11 des Kabelflanschs 9, die so angeordnet sind, daß sie das Kabel 6
kreisförmig umgeben.
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Wenn das Kabel 6 gegenüber dem Ankerrohr 5 nach unten versetzt ist, wie in Fig.
9(a) gezeigt, wird der Ankerflansch 7 an das Ankerrohr 5 angeschweißt, wobei
die Öffnung 7a des Ankerflanschs in einer tieferen Position angeordnet wird, wie
in Fig. 9(b) gezeigt. In diesem Fall wird der Ausrichtflansch 8 angebracht, indem
er in Richtung der Versatzrichtung der Öffnung 7a geschoben wird, um die
Öffnung 8a des Ausrichtflansches und das Kabel 6 konzentrisch zueinander
anzuordnen, wie in Fig. 9(c) gezeigt. Dabei ist der Außendurchmesser des Ausrichtflanschs
8 gegenüber dem Außendurchmesser des Ankerflanschs 7 versetzt, jedoch
konzentrisch zum Kabel 6 und dem Kabelflansch 9 angeordnet, so daß die stark
dämpfenden Lager 11 an geeigneter Stelle angebracht werden können.
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Wenn das Kabel 6 gegenüber dem Ankerrohr 5 nach unten rechts versetzt ist, wie
in Fig. 10(a) gezeigt, werden der Ankerflansch 7 nach unten rechts ausgerichtet
und der Ausrichtflansch 8 mit Verschieberichtung nach unten rechts im
wesentlichen entsprechend dem Beispiel von Fig. 9 angebracht, wie in Fig. 10(b) und 10(c)
gezeigt. In diesem Fall sind die Öffnung 8a des Ausrichtflanschs 8 und das Kabel
6 ebenfalls konzentrisch zueinander angeordnet, so daß die Montagepositionen der
stark dämpfenden Lager 11 dem Kabelflansch 9 entsprechen.
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Wenn der Ausrichtflansch 8 so angebracht wird, wie in Fig. 8(c), Fig. 9(c) oder
Fig. 10(c) gezeigt, werden die stark dämpfenden Gummilager 11 mittels Bolzen am
Ausrichtflansch 8 befestigt. Dann wird der Kabelflansch 9 so angebracht, daß er
das Kabel 6 kreisförmig umgibt, wobei seine Öffnungen 9d mit den Positionen der
stark dämpfenden Gummilager 11 fluchten. Die stark dämpfenden Gummilager 11
werden mittels Bolzen am Kabelflansch 9 befestigt. Schließlich werden die beiden
Hälften des Kabelflanschs 9 mittels Bolzen miteinander befestigt, womit die
Montage abgeschlossen ist.
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Die in Fig. 1 gezeigte Kabeldämpfvorrichtung kann Schwingungen des Kabels 6
sehr wirksam dämpfen, weil wegen der Relativbewegung zwischen Ausrichtflansch
8 und Kabelflansch 9 eine Scherverformung der viskoelastischen Körper 11 a der
stark dämpfenden Gummidämpfungsglieder herbeigeführt wird, wenn das Kabel 6
durch Wind oder Regen etc. gegenüber dem feststehenden Ankerrohr 5 in
Schwingungen versetzt wird. Die Scherverformung führt zu einer inneren Dämpfung bzw.
einem inneren Verlust, der zur Eindämmung der Schwingung des Kabels 6 beiträgt.
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Die vorstehende Ausführungsform wird anhand eines Ankerflanschs 7, dessen
Öffnung 7a gegenüber seinem Außendurchmesser versetzt ist, wie in Fig. 2
gezeigt, sowie anhand eines Ausrichtflanschs 8, dessen Öffnung 8a konzentrisch
zu seinem Außendurchmesser ist, wie in Fig. 3 gezeigt, erläutert. Es sei jedoch
darauf hingewiesen, daß der Ankerflansch 7, wie in Fig. 11(a), 11(b) und 11(c)
gezeigt, eine Öffnung 7a' haben kann, die konzentrisch zu seinem
Außendurchmesser ist, und daß der Ausrichtflansch 8 eine Öffnung haben kann, die gegenüber
seinem Außendurchmesser versetzt ist. Ein solcher Ankerflansch und ein solcher
Ausrichtflansch können in ähnlicher Weise montiert werden wie oben dargelegt.
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In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß beim Ankerflansch 7, wenn
er eine Öffnung 7a' hat, die konzentrisch zu seinem Außendurchmesser ist, diese
Öffnung einen größeren Durchmesser haben sollte als die Öffnung 7a, die
gegenüber dem Außendurchmesser des Ankerflanschs 7 versetzt ist.
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Bei der vorstehenden Ausführungsform wird der Ankerflansch 7 an das Ankerrohr
5 angeschweißt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß das Ankerrohr 5 an seiner
Endfläche mit Gewindebohrungen 14 versehen werden kann, damit der
Ankerflansch 7 mit dem Ankerrohr 5 verschraubt werden kann.
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Wenn sechzehn (16) Gewindebohrungen 11 in gleich voneinander beabstandeten,
auf einem Kreis auf der Endfläche des Ankerrohrs 5 liegenden Positionen
hergestellt werden, kann die Drehposition des Ankerflanschs 7 in Abhängigkeit von
einem gegebenen Exzentrizitätsgrad des Kabels 6 in einem Teilwinkel von 22,5º
verstellt werden. Werden vierundzwanzig (24) Gewindebohrungen 11 gebildet,
kann die Drehposition des Ankerflanschs 7 in einem Teilwinkel von 15 Grad
verstellt werden.
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Die erfindungsgemäße Kabeldämpfvorrichtung ist so gestaltet, daß der
Ausrichtflansch 8, wenn seine Öffnung exzentrisch angeordnet ist, entsprechend der
Exzentrizitätsrichtung des Kabels 6 angebracht werden kann. Dadurch können die
Mittelpunkte der Positionen, in denen die stark dämpfenden Gummilager auf dem
Ausrichtflansch 8 und dem Kabelflansch 9 angeordnet sind, stets konzentrisch
zueinander gehalten werden. Dadurch lassen sich die zwecklosen Bemühungen
während der Herstellung, das Ankerrohr 5 mit der Längsseitenmitte des Kabels 6
in eine Flucht zu bringen, vermeiden. Somit können die stark dämpfenden
Gummilager 11 leicht zwischen dem Ausrichtflansch 8 und dem Kabelflansch 9 montiert
werden, ohne daß sie übermäßig beansprucht oder verformt werden.
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Der Fachmann wird erkennen, daß die vorstehenden Ausführungsbeispiele, die zur
Erläuterung der Erfindung ausgewählt wurden, zahlreiche
Abwandlungsmöglichkeiten bieten, und das Äquivalenzprinzip im Rahmen der in den Ansprüchen
definierten Erfindung voll ausgeschöpft werden kann.